JP2002152975A - Wind mill power generating system - Google Patents
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、風車発電システム
に関し、特に出力変動抑制装置を有する風車発電システ
ムに関するものである。The present invention relates to a wind turbine power generation system, and more particularly to a wind turbine power generation system having an output fluctuation suppressing device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】風車発電は実用性の高い自然エネルギー
発電であるが、風エネルギーの変動により生じる大きな
発電出力変動の抑制が課題である。風がなければ出力が
ゼロになる風車発電は単独運転では難しく、火力や原子
力による電力系統と連系されて使われる。従って、風車
発電の出力変動が電力系統全体を大きく揺さぶり、その
安定性を害する。一般に、風車発電の出力は風速の３乗
に比例するため、この変動は大きい。このような変動に
より、特に電力系統容量の小さい離島などでは電力系統
の周波数変動や電圧変動が生じるだけでなく、系統側発
電機が停止するなどの問題が多数生じている。2. Description of the Related Art Wind turbine power generation is a highly practical natural energy power generation, but the problem is to suppress large fluctuations in power generation output caused by fluctuations in wind energy. Wind turbine power generation, which has no output if there is no wind, is difficult in isolated operation, and it is used in conjunction with thermal and nuclear power systems. Accordingly, fluctuations in the output of the wind turbine power generation greatly shake the entire power system, impairing its stability. Generally, the output of wind turbine power generation is large in proportion to the cube of the wind speed. Such fluctuations not only cause frequency fluctuations and voltage fluctuations of the power system, especially on an isolated island having a small power system capacity, but also cause many problems such as a stop of the system-side generator.
【０００３】従来技術では、出力の安定化を図り、系統
側発電機への影響を押さえる目的で、風車発電機にイン
バータ装置を追加した可変速風車が開発され実用運転も
開始されている。しかし、この可変速風車は、コンデン
サの容量にもよるが０．１秒以下の短時間継続する変動
は抑制できるが、それ以上の時間継続する変動の抑制に
は設置するのに建物が必要な大型かつ高価なバッテリ
（マイナス変動対策）と、放電抵抗（プラス変動対策）
とが必要である。特に放電抵抗は系統側発電機燃料の省
エネルギーの点でも問題とされている。このときの放電
は７００ｋＷ〜１０００ｋＷの放電が必要なときが多い
エネルギーの消耗である。風車発電機出力変動の電力系
統側発電機に対する影響度合いは、電力系統側の発電容
量の大きさに反比例する。通常、風車発電は離島や過疎
地などの比較的に容量の小さい電力系統に連系されるの
がほとんどであり、この出力変動の問題は風車発電の極
めて大きな欠点である。０．１秒から数秒の時間の変動
が総変動エネルギーも大きく、系統側発電機の出力制御
特性の限界外になることが多く、電力系統側発電機制御
装置と可変速風車とを組み合わせたシステムでも出力変
動を抑制しきれない。In the prior art, for the purpose of stabilizing the output and suppressing the influence on the system side generator, a variable speed wind turbine in which an inverter device is added to the wind turbine generator has been developed and practical operation has started. However, this variable-speed wind turbine can suppress fluctuations that last for a short time of 0.1 second or less, depending on the capacity of the condenser, but requires a building to be installed in order to suppress fluctuations that continue for a longer time. Large and expensive battery (for negative fluctuations) and discharge resistance (for positive fluctuations)
Is necessary. In particular, the discharge resistance is also a problem in terms of energy saving of the system side generator fuel. The discharge at this time is energy consumption that often requires a discharge of 700 kW to 1000 kW. The degree of influence of the output fluctuation of the wind turbine generator on the power system side generator is inversely proportional to the magnitude of the power generation capacity on the power system side. Normally, wind turbine power generation is mostly connected to a relatively small-capacity power system such as an isolated island or a depopulated area, and this problem of output fluctuation is a very serious drawback of wind turbine power generation. The fluctuation of the time from 0.1 second to several seconds has a large total fluctuation energy, and often falls outside the limits of the output control characteristics of the system-side generator. Therefore, the system that combines the power system-side generator control device and the variable speed wind turbine However, output fluctuations cannot be suppressed.
【０００４】例えば、世界的に風車発電は数万kＷ級の
大型プラント（Wind Farm）として建設するのが有効性
の点から一般的になっている。また、風車発電が大きな
割合を占めている北欧では、風車発電プラントの出力の
安定化に制約を加え始めている。０．１秒以下の変動
は、風車台数Nの√Ｎに比例して低減されるので、今後
増加するWind Farmでは問題が小さくなると考えられ
る。しかし、離島などの風車発電の出力が比較的小さく
てよい電力用途などでは、風車の数が少ないため、風力
エネルギーを無駄に消耗してしまう可変速風車が必要で
ある。[0004] For example, it is common in the world to construct wind power generation as a large plant (Wind Farm) of tens of thousands of kW in terms of effectiveness. In northern Europe, where wind power generation accounts for a large proportion, the stabilization of wind turbine power plant output has begun to impose constraints. Since the fluctuation of 0.1 second or less is reduced in proportion to ΔN of the number N of wind turbines, it is considered that the problem will be reduced in a wind farm that will increase in the future. However, in an electric power application where the output of the wind turbine power generation may be relatively small, such as a remote island, a variable speed wind turbine that wastefully consumes wind energy is required because the number of wind turbines is small.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題を鑑
みてなされたものであり、風状態の変動から生じる風車
発電システムでの出力変動を抑制することが目的であ
る。またこのとき、省エネルギーに逆行する放電抵抗や
有限寿命のバッテリを用いないで、出力変動を抑制する
ことが目的である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to suppress output fluctuations in a wind turbine power generation system caused by fluctuations in wind conditions. At this time, another object is to suppress output fluctuation without using a discharge resistor or a battery having a finite life which goes against energy saving.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、風力発電機と、電力系統側発電機と、第１
の時刻での所定の測定点における風ベクトルを測定する
ドップラーレーダと、該ドップラーレーダによって測定
された第１の時刻での該測定点における風ベクトルに基
づいて、第２の時刻での該風車発電機の出力値を予測す
るデータ処理部と、該データ処理部から受けた第２の時
刻での該風車発電機の出力予測値に基づいて、第２の時
刻での電力系統側発電機の出力を制御する制御部とを含
む風車発電システムを提供する。好ましくは、前記測定
点が前記風車よりも５０〜１０メートル離れた風上にあ
ることを特徴とすることが好ましい。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a wind power generator, a power system side generator, and a first power generator.
A Doppler radar for measuring a wind vector at a predetermined measurement point at a time, and the wind turbine power generation at a second time based on the wind vector at the measurement point at the first time measured by the Doppler radar. A data processing unit for predicting an output value of the wind turbine, and an output of the power system side generator at a second time based on the output prediction value of the wind turbine generator at a second time received from the data processing unit And a control unit for controlling the wind turbine power generation system. Preferably, the measurement point is located on the windward side at a distance of 50 to 10 meters away from the windmill.
【０００７】本発明において、風ベクトルとは、風の風
向き、速さを含むベクトル量としての風の速度をいう。
電力系統側発電機とは、風力発電機以外の発電機であ
る。発電機とは、一般に、水力または熱機関などによっ
て磁界内でコイルを回転する際、それを通る磁束の変化
によって誘導電流である電力を生じさせる機械である
が、本発明において好適に利用できるのは比較的に応答
性の高いディーゼルエンジンによって駆動される発電機
である。電力系統側発電機は１台でも、同一または異な
るタイプの発電機を複数台含むものであってもよい。な
お、電力系統側発電機は電力会社などにある電力系統側
にある。第１の時刻とは、ドップラーレーダで風ベクト
ルを測定した任意の時刻である。第２の時刻とは、第１
の時刻で測定された風が風車に到着すると予想される時
刻である。ドップラーレーダとは、電波を発射し大気か
ら反射され返ってくるエコーにより地上から上空の風ベ
クトルを測定するレーダのことである。レーダが使用す
る電波（ビーム）の周波数は、ＶＨＦ（５０ＭＨｚ）、
ＵＨＦ（４００ＭＨｚ、１ＧＨｚ）が好ましいが、風ベ
クトルを測定できれば、これらの周波数に限らない。風
力発電機３台に対してドップラーレーダを２台を設置す
るような、風力発電機１台に対してドップラーレーダを
平均１台以下の割合で設置してもよい。好適には、風力
発電機１台に対して、ドップラーレーダを平均１台以上
の割合で設置することが好ましい。このように風力発電
機１台に対してドップラーレーダを平均して２〜３台な
どのように複数台設置して、風ベクトルの測定の高精度
化を行っても良い。また、ドップラーレーダは、地上に
設置してもよく、風車の上に設置してもよく、別途にポ
ールを建てて設置してもよい。In the present invention, the wind vector refers to the wind speed as a vector quantity including the wind direction and speed.
The power system side generator is a generator other than the wind power generator. A generator is generally a machine that generates electric power, which is an induced current, by a change in magnetic flux passing therethrough when a coil is rotated in a magnetic field by a hydropower or heat engine, but can be suitably used in the present invention. Is a generator driven by a relatively responsive diesel engine. The power system side generator may be one or may include a plurality of generators of the same or different types. Note that the power system side generator is on the power system side in a power company or the like. The first time is an arbitrary time when the wind vector is measured by the Doppler radar. The second time is the first time
Is the time at which the wind measured at time is expected to arrive at the windmill. The Doppler radar is a radar that emits a radio wave and measures a wind vector from the ground to the sky by an echo reflected from the atmosphere and returned. The frequency of the radio wave (beam) used by the radar is VHF (50 MHz),
UHF (400 MHz, 1 GHz) is preferable, but the frequency is not limited as long as the wind vector can be measured. As an example, two Doppler radars may be installed for three wind power generators, and an average of one Doppler radar may be installed for one wind power generator. Preferably, it is preferable to install one or more Doppler radars on average for one wind power generator. In this way, a plurality of Doppler radars, such as two or three Doppler radars, may be installed for one wind power generator on average to improve the accuracy of wind vector measurement. Further, the Doppler radar may be installed on the ground, may be installed on a windmill, or may be installed separately by building a pole.
【０００８】ドップラーレーダとデータ処理部とは、電
気配線または無線などのデータのやり取りができる接続
手段によってつながっている。同様に、データ処理部は
電力系統側発電器と電気配線または無線などのデータの
やり取りができる接続手段によってつながっている。ま
た、測定点の位置は前記風車より約５０〜１０メート
ル、好ましくは４０〜１５メートル、最も好ましくは２
０メートル離れた風上である。風力発電機の効率が風速
２０メートルくらいが最もよく、例えば風車から２０メ
ートルくらい風上の上空での測定点で風ベクトルを測定
すれば、風車に届くのに１秒間かかるので、１秒間の間
に電力系統側の発電機の出力を制御して、予想される風
車発電機の出力変動に備えることができる。[0008] The Doppler radar and the data processing unit are connected by a connection means capable of exchanging data, such as electric wiring or wireless communication. Similarly, the data processing unit is connected to the power system side generator by a connection means capable of exchanging data such as electric wiring or wireless communication. The position of the measurement point is about 50 to 10 meters, preferably 40 to 15 meters, most preferably 2 to 10 meters from the windmill.
It is windward 0 meters away. The efficiency of a wind generator is best when the wind speed is about 20 meters. For example, if the wind vector is measured at a measurement point about 20 meters above the wind from the windmill, it takes one second to reach the windmill, so it takes one second. By controlling the output of the generator on the power system side, it is possible to prepare for the expected output fluctuation of the wind turbine generator.
【０００９】本発明によって、第１の時刻での測定点の
風ベクトルを測定し、第２の時刻での風車に届くこの風
ベクトルを予測することにより、第２の時刻での風車発
電機から出力される電力値を予想できるようになった。
この予想された出力値にもとづき、電力系統側発電機の
出力電力を制御することにより、風ベクトルの変動によ
って起こる風車発電システムからの出力変動を抑制する
ことができるようになった。According to the present invention, by measuring a wind vector at a measurement point at a first time and predicting the wind vector reaching the wind turbine at a second time, the wind turbine generator at the second time The output power value can now be predicted.
By controlling the output power of the generator on the power system side based on the expected output value, it is possible to suppress the output fluctuation from the wind turbine power generation system caused by the fluctuation of the wind vector.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下に本発明に係る風車発電の出
力変動抑制装置の実施の形態について、さらに詳細に説
明する。 ［風力発電システム］図１に示すように本発明に係る風
力発電システムの構成は、風力発電機と、電力系統側発
電機と、上空のある測定点での風ベクトルを測定するド
ップラーレーダ３と、ドップラーデータが測定した上空
のある測定点の風ベクトルに関するデータに基づいて風
車が発電する出力を予測するデータ処理部５と、電力系
統側発電機を制御する制御部（図示しない）とを含むシ
ステムによって構成される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an embodiment of the output fluctuation suppressing device for wind turbine power generation according to the present invention will be described in more detail. [Wind Power Generation System] As shown in FIG. 1, the configuration of the wind power generation system according to the present invention comprises a wind power generator, a power system side generator, and a Doppler radar 3 for measuring a wind vector at a certain measurement point in the sky. A data processing unit 5 for predicting an output generated by the wind turbine based on data on a wind vector at a certain measurement point in the sky measured by Doppler data, and a control unit (not shown) for controlling the power system side generator. Configured by the system.
【００１１】［ドップラーレーダの風ベクトル測定原
理］本発明に係るドップラーレーダの原理について、図
２、図３を用いて説明する。大気の乱流に生じるレーダ
波長の２分の１程度の屈折率変動はマイクロ波を散乱す
る。乱流は大気の流れ（風１１）とともに移動するた
め、乱流の動きを観測することで、風の速度（風速と同
じ意味。以下、風ベクトルという）を観測することが可
能である。そこで、散乱波のレーダに戻ってくるエコー
を受信し、そのドップラーシフトから風ベクトルのレー
ダビーム方向のビーム観測成分を測定する。パルスの送
信時刻と受信時刻から対象までの距離を観測可能であ
り、１本のレーダビームでは、任意の高さにおける３次
元風ベクトルの１成分（レーダビーム方向）を観測可能
である。そこで、図２（a）〜（ｃ）に示すように、方
向の異なる最低３台のレーダビーム源を用い、水平方向
の風の一様性を仮定することで、風ベクトルの３成分を
観測することが可能となる。[Principle of Wind Vector Measurement of Doppler Radar] The principle of the Doppler radar according to the present invention will be described with reference to FIGS. Refractive index fluctuations on the order of one-half the radar wavelength caused by atmospheric turbulence scatter microwaves. Since the turbulence moves together with the flow of the atmosphere (the wind 11), by observing the movement of the turbulence, it is possible to observe the speed of the wind (same meaning as the wind speed; hereinafter, referred to as a wind vector). Then, the echo of the scattered wave returning to the radar is received, and the beam observation component of the wind vector in the radar beam direction is measured from the Doppler shift. The distance from the pulse transmission time and the reception time to the target can be observed, and one radar beam can observe one component (radar beam direction) of the three-dimensional wind vector at an arbitrary height. Therefore, as shown in FIGS. 2A to 2C, three components of the wind vector are observed by using at least three radar beam sources in different directions and assuming uniformity of the horizontal wind. It is possible to do.
【００１２】さらに詳しく本発明に係るドップラーレー
ダによる風ベクトルの測定原理について説明する。図３
（ａ）に示すように、レーダは送信パルス２０のような
短い幅のマイクロ波パルスを送信し、受信エコー２１の
ような対象からの反射波を記録する。送信パルスを送信
してから反射波を受信までの時間はレーダから対象まで
の距離に比例するので、反射波の受信時間から対象物ま
での距離を算出することができる。さらに、パルスの送
信と反射波の受信を繰り返すことで、図３（ａ）に示す
横軸の時間軸２２のように、時間変化を得ることができ
る。図３（ａ）から得られた横軸の時間変化を図３
（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示すような時系列データ
を、特定の地点について周波数分析（例えば、高速フー
リエ変換 FFT：Fast Fourier Transform）を行うこ
とで、その地点のドップラーシフトを算出できる。図３
（ｃ）のようなドップラーシフト量であるドップラー周
波数ｆから、ドップラー周波数は風速に比例するという
自然法則を用いて、その地点の風ベクトルのレーダビー
ム方向成分を算出することができる。また、方向の異な
る最低３台のレーダビームを用い、水平方向の風の一様
性を仮定することで、風ベクトルの３成分を観測するこ
とが可能となるのは、上述の通りである。また、ドップ
ラーレーダ３の測定点は特に限定されないが、前記風車
より約５０メートルから約１０メートル、特に２０メー
トル離れた風上が好ましい。この理由は、風力発電機の
発電効率が風速２０メートルくらいが最も効率がよく、
例えば風車から２０メートルくらい風上の上空での測定
点で風ベクトルを測定すれば、風車に届くのに１秒間か
かるので、１秒程度の間に電力系統側のディーゼル発電
機等の発電機を制御できるからである。なお、本発明に
おいて利用されるドップラーレーダ３は数１００メート
ル四方、高度２００メートル以下の比較的狭い空域の風
測定を行えるものでよい。空港に用いられるような数１
０キロメートル四方、高度数キロメートルの空域を測定
するような大がかりなドップラーレーダは必要でない。The principle of measuring the wind vector by the Doppler radar according to the present invention will be described in more detail. FIG.
As shown in (a), the radar transmits a short-width microwave pulse such as a transmission pulse 20 and records a reflected wave from an object such as a reception echo 21. Since the time from transmitting the transmission pulse to receiving the reflected wave is proportional to the distance from the radar to the target, the distance to the target can be calculated from the reception time of the reflected wave. Further, by repeating the transmission of the pulse and the reception of the reflected wave, a time change can be obtained as shown on the time axis 22 on the horizontal axis shown in FIG. FIG. 3 shows the time change of the horizontal axis obtained from FIG.
(B). By performing frequency analysis (for example, Fast Fourier Transform FFT: Fast Fourier Transform) on a specific point on the time-series data as shown in FIG. 3B, the Doppler shift at that point can be calculated. FIG.
From the Doppler frequency f, which is the amount of Doppler shift as shown in (c), the radar beam direction component of the wind vector at that point can be calculated using the natural law that the Doppler frequency is proportional to the wind speed. As described above, it is possible to observe three components of the wind vector by using at least three radar beams having different directions and assuming the uniformity of the wind in the horizontal direction. Further, the measurement point of the Doppler radar 3 is not particularly limited, but it is preferable that the windward point is about 50 m to about 10 m, particularly 20 m away from the windmill. The reason is that the wind power generator is most efficient when the wind speed is around 20 meters,
For example, if a wind vector is measured at a measurement point about 20 meters above the windmill from the windmill, it takes one second to reach the windmill, so a generator such as a diesel generator on the power system side should be used in about one second. Because it can be controlled. It should be noted that the Doppler radar 3 used in the present invention may be capable of measuring wind in a relatively narrow airspace of several hundred meters square and altitude of 200 meters or less. Number 1 as used in airports
There is no need for a large Doppler radar that measures airspace at 0 km square and several kilometers altitude.
【００１３】［測定された風ベクトルから風力発電機の
出力を予測］本発明に係るドップラーレーダで測定され
た風ベクトルから、測定一定時間後の風力発電機に吹く
風ベクトルを予測することについて説明する。上空の測
定点での測定時刻の風のベクトルが上記のような原理で
求められるので、測定されてからのある時間後の風力発
電機に吹く風ベクトルを予測できる。これらの測定され
た風ベクトルから風力発電機に吹く風ベクトル予測は、
データ処理機で行われる。このデータ処理機は、ドップ
ラーレーダや風力発電機の近くの屋外にあってもよい
し、任意の場所の屋外や屋内にあってもよい。[Prediction of Wind Generator Output from Measured Wind Vector] Prediction of a wind vector blown to the wind generator after a predetermined time from the wind vector measured by the Doppler radar according to the present invention will be described. I do. Since the wind vector at the measurement time at the measurement point in the sky is obtained based on the above principle, it is possible to predict the wind vector blowing on the wind power generator a certain time after the measurement. From these measured wind vectors, the wind vector prediction blowing on the wind generator is
Performed by a data processor. This data processor may be outdoors near a Doppler radar or a wind generator, or outdoors or indoors at any location.
【００１４】次に、任意の高さでの風ベクトルを示す数
式１と、風車トルクＴw（ｔ）を示す数式２と、風車の
発電器トルクＴg（ｔ）を示す数式３を示す。[0014] Next, the formula 1 showing the wind vector at any height, and Equation 2 showing a windmill torque T w (t), Equation 3 shows the wind turbine generator torque T g (t).
【数１】 (Equation 1)
【数２】 (Equation 2)
【数３】 なお、この数式中使用される文字の意味は、ｗ（ｔ）：
風車の中心のハブにおける風ベクトル（風速）、Ｖ
w（ｔ）：任意の高さでの風ベクトル（風速）、Ｈ：風
車の中心のハブまでの高さ、ｈ：任意の位置での高さ、
ｎ：定数、Ｔw（ｔ）：風車トルク、Ｔg（ｔ）：発電機
トルク、p：空気密度、Ａ：風車の回転断面積、W（t):
風車の機械的角速度、Ｃp：出力係数、l（ｔ）＝ＲW
（t)/Ｖw（ｔ）：風速比、Ｒ：風車の半径、Ｋg：定数
である。ドップラーレーダとデータ処理機において、あ
る時間後の風力発電機に吹く風ベクトル（風速）を予測
できるので、この数式１、数式２、数式３より、既知の
各種値を代入して、風車トルク、発電機トルクが計算さ
れる。この仕事量である発電機トルクは風車発電機の出
力に比例するので、風車発電器の出力値が計算される。
なお、この数式１、数式２、数式３はあくまで風力発電
機の出力値を計算するモデルの一例にすぎず、本発明の
趣旨に合致さえしていれば、他のモデルの数式を用いて
もよい。(Equation 3) Note that the meaning of the characters used in this formula is w (t):
Wind vector (wind speed) at the hub at the center of the windmill, V
w (t): wind vector (wind speed) at an arbitrary height, H: height to the hub at the center of the windmill, h: height at an arbitrary position,
n: constant, T w (t): wind turbine torque, T g (t): generator torque, p: air density, A: rotation cross section of the wind turbine, W (t):
Mechanical angular velocity of wind turbine, C p : output coefficient, l (t) = RW
(T) / V w (t): wind speed ratio, R: radius of windmill, K g : constant. The Doppler radar and the data processor can predict the wind vector (wind speed) blown to the wind power generator after a certain time. Therefore, by substituting various known values from Expressions 1, 2, and 3, the wind turbine torque, Generator torque is calculated. Since the generator torque, which is this work, is proportional to the output of the wind turbine generator, the output value of the wind turbine generator is calculated.
It should be noted that Equations 1, 2, and 3 are merely examples of a model for calculating the output value of the wind power generator, and any other models may be used as long as they conform to the gist of the present invention. Good.
【００１５】［電力系統側発電機の制御］ドップラーレ
ーダが上空の風ベクトル測定した時刻（以下、第１の時
刻という）で、その測定された風が風力発電機に吹く時
刻（以下、第２の時刻という）での、この風によって風
車発電機が出力する出力値が予想される。この予想され
た第２の時刻での風車発電の出力値に基づいて、第２の
時刻での電力系統側発電機の出力を制御する必要があ
る。なぜならば、風力発電機の出力値は、風によって刻
々変動するため、電力系統側の発電機を制御して、風力
発電機と電力系統側発電機とを含む風車発電システム全
体として出力される出力の変動を抑制する必要があるか
らである。例えば、第１の時刻で測定された風が強くな
り、第２の時刻での風車発電機の出力が大きくなると予
想されるときは、第２の時刻での電力系統側発電機を出
力を小さくする。その逆に第１の時刻で測定された風が
弱くなり、第２の時刻での風車発電機の出力が小さくな
ると予想されるときは、第２の時刻での電力系統側発電
機を出力を大きくする。以上の制御をすることにより、
風力発電機と電力系統側発電機とを含む風力発電システ
ムからの出力の変動を抑制できる。[Control of the power system side generator] At the time when the Doppler radar measures the wind vector in the sky (hereinafter referred to as the first time), the time when the measured wind blows to the wind power generator (hereinafter referred to as the second time). At this time, an output value output from the wind turbine generator by this wind is expected. It is necessary to control the output of the power system side generator at the second time based on the predicted output value of the wind turbine power generation at the second time. Because the output value of the wind power generator fluctuates momentarily due to the wind, the output of the wind turbine power generation system as a whole including the wind power generator and the power grid power generator is controlled by controlling the power grid side power generator. This is because it is necessary to suppress the fluctuation of For example, when the wind measured at the first time is strong and the output of the wind turbine generator at the second time is expected to increase, the output of the power system side generator at the second time is reduced. I do. Conversely, when the wind measured at the first time becomes weaker and the output of the wind turbine generator at the second time is expected to be smaller, the power system side generator at the second time is output. Enlarge. By performing the above control,
Fluctuations in output from a wind power generation system including a wind power generator and a power system side generator can be suppressed.
【００１６】［実施例：風車発電の出力変動抑制装置］
次に、本発明に係る風車発電の出力変動抑制装置の実施
例を説明する。図１は、本発明に係る実施例のひとつで
ある風車発電の出力変動抑制装置の構成図であり、ドッ
プラー効果を利用して風ベクトルを測定するドップラー
レーダ３と、ドップラーレーダによって測定された風ベ
クトルに基づいて、ある時間後の風力発電機の出力を予
測するデータ処理部５と、この予測された風力発電機の
出力に基づいて、電力系統側発電機の出力を制御する制
御部（図示しない）とを含む風車発電の出力変動抑制装
置が示されている。また、定格出力５００ｋＷ、柱２で
支えられているハブの高さ３８ｍ（Ｈ）、ブレード１の
長さ１９ｍ（２Ｒ）を含む風力発電機が図示されてい
る。[Embodiment: Wind Turbine Power Output Fluctuation Suppression Device]
Next, an embodiment of an output fluctuation suppressing device for wind turbine power generation according to the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of an output fluctuation suppressing device for wind turbine power generation according to one embodiment of the present invention. The Doppler radar 3 measures a wind vector using the Doppler effect, and the wind measured by the Doppler radar. A data processing unit 5 for predicting the output of the wind generator after a certain time based on the vector, and a control unit for controlling the output of the power system side generator based on the predicted output of the wind generator (illustration No) is shown. Further, a wind power generator including a rated output of 500 kW, a height of the hub supported by the pillar 2 of 38 m (H), and a length of the blade 1 of 19 m (2R) is illustrated.
【００１７】第１の時刻で、ドップラーレーダの出す電
波（ビーム）によって、上空のある測定点での風ベクト
ルを測定する。この測定点は、ドップラーレーダ３の測
定点は本発明の趣旨であれば限定されないが、前記風車
より約２０メートル離れた風上が好ましい。データ処理
部５において、この測定された第１の時刻でのある測定
点における風ベクトルに基づいて、第１時刻からある時
間経過後の第２の時刻での風力発電機に吹く風の風ベク
トルを予測する。またデータ処理部５において、予測さ
れた第２の時刻での風ベクトルによってブレード１が回
転して起こる風力発電用発電機の出力を数式１、数式２
のようなモデルによって予測する。この予測された第２
の時刻での風力発電機の電力予測値に基づいて制御部
は、第２の時刻での電力系統側発電器の出力を制御す
る。このとき、データ処理部が制御部と物理的に離れて
いるときは、データ処理部から制御部に予測された風車
の出力データを無線などで送信する送受信機４があって
もよいし、出力データを電気通信回線で伝送してもよ
い。または、風力発電機の出力データを電力会社に送信
するだけで、電力会社などが電力系統側発電機を制御し
てもよい。この電力系統側の発電機の制御によって、風
力発電機と電力系統側発電機とを含む風車発電システム
全体として出力される出力の変動を抑制できる。At a first time, a wind vector at a certain measurement point in the sky is measured by a radio wave (beam) emitted by the Doppler radar. The measurement point of the Doppler radar 3 is not limited as long as it is the purpose of the present invention, but is preferably upwind about 20 meters away from the windmill. In the data processing unit 5, based on the measured wind vector at a certain point at the first time, the wind vector of the wind blown to the wind power generator at a second time after a lapse of a certain time from the first time Predict. In the data processing unit 5, the output of the wind power generator, which is generated when the blade 1 is rotated by the predicted wind vector at the second time, is represented by Expressions 1 and 2.
Predict by a model like This predicted second
The control unit controls the output of the power system-side generator at the second time based on the predicted power value of the wind power generator at the time. At this time, when the data processing unit is physically separated from the control unit, there may be a transceiver 4 that wirelessly transmits the output data of the windmill predicted from the data processing unit to the control unit. Data may be transmitted over a telecommunications line. Alternatively, the power company or the like may control the power system-side generator simply by transmitting the output data of the wind power generator to the power company. By controlling the generator on the power system side, it is possible to suppress fluctuations in the output output as the entire wind turbine power generation system including the wind power generator and the power system side generator.
【００１８】[0018]
【発明の効果】本発明によって、第１の時刻での測定点
の風ベクトルを測定し、第２の時刻での風車に届くこの
風ベクトルを予測することにより、第２の時刻での風車
から出力される電力値を予想できるようになる。この予
想された出力値にもとづき、電力系統側発電機の出力電
力を制御することにより、風ベクトルの変動によって起
こる風車発電システムからの出力変動を抑制することが
できるようになる。幅広い継続時間の風車出力の変動予
測をもとに、省エネルギーに逆行する放電抵抗や有限寿
命のバッテリを用いないで、電力系統側発電機の制御の
みで電力系統の出力の変動を抑制し、出力安定化を実現
できるようになる。According to the present invention, the wind vector at the measurement point at the first time is measured, and the wind vector reaching the wind turbine at the second time is estimated, whereby the wind vector at the second time is calculated. The output power value can be predicted. By controlling the output power of the power system-side generator based on the predicted output value, it is possible to suppress the output fluctuation from the wind turbine power generation system caused by the fluctuation of the wind vector. Based on the prediction of fluctuations in wind turbine output over a wide range of time, without using a discharge resistor or a battery with a finite life that goes against energy saving, the fluctuations in the power system output are controlled only by controlling the power system side generator, and the output is reduced. Stabilization can be realized.
【図１】本発明に係る風車発電の出力変動抑制装置と風
車発電システムとを示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a wind turbine power generation output fluctuation suppressing device and a wind turbine power generation system according to the present invention.
【図２】本発明に係るドップラーレーダの風ベクトルを
測定する原理を表す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a principle of measuring a wind vector of the Doppler radar according to the present invention.
【図３】本発明に係るドップラーレーダの風ベクトルを
測定する原理を表す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a principle of measuring a wind vector of the Doppler radar according to the present invention.
１ ブレード ２ 柱 ３ ドップラーレーダ ４ 送受信機 ５ データ処理部 １０ ドップラーレーダ １１ 風 １２ ビーム観測成分 １３ ビーム観測成分 １４ ビーム観測成分 ２０ 送信パルス ２１ 受信エコー ２２ 時間軸 Reference Signs List 1 blade 2 pillar 3 Doppler radar 4 transceiver 5 data processing unit 10 Doppler radar 11 wind 12 beam observation component 13 beam observation component 14 beam observation component 20 transmission pulse 21 reception echo 22 time axis
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB04 CC02 CC22 CC47 CC52 CC73 5G066 HA08 HB02 HB20 5H590 AA01 AA02 AA15 BB07 BB09 CA14 CE01 CE02 EB04 HA12Continued on the front page F term (reference) 3H078 AA02 AA26 BB04 CC02 CC22 CC47 CC52 CC73 5G066 HA08 HB02 HB20 5H590 AA01 AA02 AA15 BB07 BB09 CA14 CE01 CE02 EB04 HA12
Claims (2)
するドップラーレーダと、 該ドップラーレーダによって測定された第１の時刻での
該測定点における風ベクトルに基づいて、第２の時刻で
の該風車発電機の出力値を予測するデータ処理部と、 該データ処理部から受けた第２の時刻での該風車発電機
の出力予測値に基づいて、第２の時刻での電力系統側発
電機の出力を制御する制御部とを含む風車発電システ
ム。1. A wind power generator, a power system side generator, a Doppler radar for measuring a wind vector at a predetermined measurement point at a first time, and a Doppler radar at a first time measured by the Doppler radar. A data processing unit for predicting an output value of the wind turbine generator at a second time based on a wind vector at the measurement point; and an output of the wind turbine generator at a second time received from the data processing unit A control unit for controlling the output of the power system-side generator at a second time based on the predicted value.
メートル離れた風上にあることを特徴とする請求項１に
記載の風車発電システム。2. The method according to claim 1, wherein the measurement point is 50 to 10 points away from the windmill.
The wind turbine power generation system according to claim 1, wherein the wind turbine power generation system is located at a windward distance of meters.
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