CN102220940B - 风力发电装置组的控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电装置组的控制装置及其控制方法，控制装置包括：收发部(51)，其接收从各风力发电装置(11、12、13)送来的运转信息，并且发送输出指令信息；集中运转控制部(41)，其接收各运转信息并对输出变动进行运算处理，并根据发送到各风力发电装置(11、12、13)的输出指令信息控制风力发电装置组(100)的运转；输出预测部(53)，其基于运转信息，预测对风力发电装置组(100)的不远将来的风速变动，并基于该不远将来的预测来预测不远将来的输出变动；和能量蓄积释放指令部(54)，其在合计输出大于目标输出的情况下，将风能作为转动能来蓄积，合计输出被限制为比额定输出低的值，能量蓄积释放指令部(54)在合计输出小于规定的目标输出的情况下，在不远将来的合计输出的最低值附近释放所蓄积的转动能。由此能抑制风电场的输出变动，维持恒定的输出。

Description

风力发电装置组的控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及由将利用风能而发出的电力供给到电力系统的由多个风力发电装置构成的风力发电装置组的控制装置及其控制方法。

背景技术

近年来，作为地球变暖的对策之一，不排出CO₂的清洁的风力发电的引入在世界范围内变得越来越盛行。在大量引入风力发电时，从性价比的观点出发，多数情况下是在一定的区域内设置多台风力发电装置，并设置成对这些风力发电装置组进行统一控制运用的风电场。

以往，关于风电场以及各个风力发电装置，提出了下面的专利文献1～4的各种提案。

在专利文献1中，公开了下述方法：在由多台风力发电装置构成的风电场中设定目标发电量，为了使构成风电场的各风力发电装置的合计输出的电力接近目标发电量，在风力发电装置之间交换维修履历数据、运转特性数据等的运转信息，来决定风力发电装置的运转模式。

在专利文献2中，记载了下述控制方法：通过由螺距控制(pitch control)等来变更输出变动大的风力发电装置的功率曲线的最大值，来抑制输出变动。

在专利文献3中，记载了下述控制方法：将蓄电器连接于风力发电装置，通过对蓄电器进行充放电控制，从而将不足电力或者过剩电力与设定的基准发电电力的偏差调整为基准发电电力，来抑制发电电力的变动。

在专利文献4中，记载了下述控制方法：在风力发电装置中设置利用了多普勒效应的激光式风向风速计，通过测量与风力发电装置的位置分开的地点的风向风速，由此预测该风力发电装置处的不远将来的风速，并根据预测值进行控制，由此使发电输出恒定。

【专利文献1】特开2002-349413号公报

【专利文献2】特开2001-234845号公报

【专利文献3】特开2002-27679号公报

【专利文献4】特开2004-301116号公报

但是，随着发电输出因气象状况而变动的风力发电装置向电力系统的引入变多，在该引入将来进一步增加的情况下，担心发电输出的变动会对电力系统的电压或频率的维持造成影响。

就频率的维持而言，目前为止，各区域的电力公司主要是将各种电源与电力需求的变动组合起来，来平衡需求与供给。在风力发电与电力系统大量联动的情况下，由于发电输出的变动，可以说负的负载与以往的需求重叠。根据电力需求的变动和风力发电输出的组合，两者的变动重叠，可预想需要目前为止更高的供需调整能力。

电力需求的变动被认为是重叠了具有变化幅度小的各种振幅和周期的脉动成分或不规则的变动，该成分被分为周期为几分钟的微小变动、几分钟到十几分钟的程度的短周期变动、十几分钟以上的长周期变动的主要3个成分。风力发电的发电输出中也同样包含上述3个成分。

对于周期为几分钟程度的微小的需求变动，在发电站，能够通过利用了自主地调整变动的调速机的调速机自由运转来进行调整。对于周期为几分钟到十几分钟程度的短周期变动，在调频发电站检测频率偏差等来使发电机的频率变化，由此改变其输出。将此称作负载频率控制(LFC：LoadFrequency Control)。对于周期为十几分钟以上的长周期变动，考虑到经济性，通过向各发电站送出发电指令来进行调整，将此称作经济负载分配控制(ELD：Economic Load Dispatch)。

在将风力发电大量引入电力系统的情况下，尤其成为问题的是第2负载频率控制(LFC)。在风力发电的输出变动与需求(负载)变动重叠的情况下，被认为是调频发电站的设备容量不足。但是，单纯地增大调频发电站的设备容量会增加经济上的负担，需要某种替代手段。

目前为止，如专利文献1以及专利文献2所记载的那样，研究了调整风电场内的运转台数，或较小地限制功率曲线的最大值来缓和输出变动。通过限制功率曲线的最大值的方法，虽然能在某种程度上缓和变动，但由于在风速急剧降低时使发电输出降低，所以产生变动，在与该电力系统连接的例如、火力发电站、原子能发电站等电源或负载(消费者)，有产生电压变动或频率变动等的不良影响的危险。

另外，在如专利文献3那样设置蓄电器(蓄电池)方法中，虽然能通过适当地进行蓄电器的充放电控制来缓和变动，但存在因设置蓄电器而导致风力发电事业者的成本负担增大的问题。

通过不设置新的高价的设备来预测不远将来的风速并基于预测值进行控制，由此能在某种程度上降低或者抑制风力发电的输出变动。

若如专利文献4那样利用多普勒激光式风向风速计，则存在不仅能测量通常进行风向风速测量的风力发电装置的设置位置的风向风速，还能测量与设置位置分开的周边位置的风向风速的优点。但是，在采用多普勒激光式风速计的情况下，测量所需强度的激光到达的范围被限制，尤其在风电场的面积宽阔的情况下，存在设置激光式风向风速计的风力发电事业者的成本负担变大的问题。

发明内容

本发明的目的在于抑制从风电场向电力系统输出的电力的变动，维持恒定的输出。尤其提供一种从电力系统控制的观点出发有效的、能使几分钟到十几分钟程度的短周期变动大致恒定的风力发电装置组的控制装置方式及其控制方法。

为了达到上述目的，与第1本发明相关的风力发电装置组的控制装置，具备在各风力发电装置设置的风向风速计、和设置于所述各风力发电装置并且经由通信网络对所述各风力发电装置中的包括风向及风力在内的运转信息进行收发的个别控制装置，所述风力发电装置组的控制装置用来控制风力发电装置组，该风力发电装置组具有经由输电线与电力系统连接的能进行可变转速以及可变螺距控制的多台所述风力发电装置，所述风力发电装置组的控制装置具备：收发部，其接收从所述各风力发电装置送来的运转信息，并且发送用来控制所述各风力发电装置的运转的输出指令信息；集中运转控制部，其经由所述收发部接收来自所述各个别控制装置的所述运转信息并对输出变动进行运算处理，并且根据经由所述收发部向所述各风力发电装置发送的所述输出指令信息，控制所述风力发电装置组的运转；输出预测部，其基于所述运转信息，预测对所述风力发电装置组的不远将来的风速变动，并基于所述风速变动的预测，来预测所述风力发电装置组的不远将来的输出变动；和能量蓄积释放指令部，其通过所述输出指令信息进行控制，使得在所述风力发电装置组的合计输出大于规定的目标输出的情况下将风能作为所述风力发电装置组的转动能进行蓄积，所述风力发电装置组的合计输出被限制为比额定输出低的值，所述能量蓄积释放指令部，在所述风力发电装置组的合计输出小于所述规定的目标输出的情况下，通过所述输出指令信息进行控制，使得在所述不远将来的合计输出的最低值附近释放所述风力发电装置组中蓄积的转动能，由此来抑制所述风力发电装置组的合计输出的变动。

与第2本发明相关的风力发电装置组的控制装置，具备在各风力发电装置设置的风向风速计、和设置于所述各风力发电装置并且经由通信网络对所述各风力发电装置中的包括风向及风力在内的运转信息进行收发的个别控制装置，所述风力发电装置组的控制装置用来控制风力发电装置组，该风力发电装置组具有经由输电线与电力系统连接的能进行可变转速以及可变螺距控制的多台所述风力发电装置，所述风力发电装置组的控制装置具备：收发部，其接收从所述各风力发电装置送来的运转信息，并且发送用来控制所述各风力发电装置的运转的输出指令信息；集中运转控制部，其经由所述收发部接收来自所述各个别控制装置的所述运转信息并对输出变动进行运算处理，并且根据经由所述收发部向各所述风力发电装置发送的所述输出指令信息，控制所述风力发电装置组的运转；输出预测部，其基于所述运转信息，预测对所述风力发电装置组的不远将来的风速变动，并基于所述风速变动的预测，来预测所述风力发电装置组的不远将来的输出变动；和能量蓄积释放指令部，其通过所述输出指令信息进行控制，使得在所述风力发电装置组的合计输出大于规定的目标输出的情况下将风能作为所述风力发电装置组的转动能进行蓄积，所述风力发电装置组的合计输出被限制为比额定输出低的值，所述能量蓄积释放指令部，通过所述输出指令信息进行控制，使得每当所述转动能被蓄积规定量以上时释放所述风力发电装置组中蓄积的转动能，由此来抑制所述风力发电装置组的发电电力量的降低。

与第3本发明相关的风力发电装置组的控制装置的控制方法，是与第1本发明相关的风力发电装置组的控制装置的控制方法。

与第4本发明相关的风力发电装置组的控制装置的控制方法，是与第2本发明相关的风力发电装置组的控制装置的控制方法。

根据本发明，能实现抑制从风电场向电力系统输出的电力的变动、并能维持恒定的输出的风力发电装置组的控制装置方式及其控制方法。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的风电场的装置结构的方框图。

图2(a)是表示风力发电装置的配置和风向风力的关系的图，(b)是表示风力发电装置的风力变动向各风力发电装置的到达时间延迟的图。

图3是表示图1所示的集中控制装置的结构的方框图。

图4(a)是表示当前时间点的风力发电装置的风速变动的实测值的曲线图，(b)是表示在经过时间T2后，在风力发电装置上风的情况下通过(式1)的方法预测的到达各风力发电装置的风速变动预测结果的曲线图，(c)是表示经过时间T3后的风力发电装置的风速变动的预测值的曲线图。

图5是表示风力发电装置的预测风速和输出电力的特性的特性图。

图6(a)是表示用来表示各风力发电装置的输出预测的各线种不同的曲线上的点P1、P2、P3在各时间点的各风力发电装置的输出预测结果的图，(b)是表示风电场的预测合计输出，是表示点P1、P2、P3合计之后得到的结果是风电场预测合计输出Psum的各风力发电装置的输出和风电场合计输出的预测结果的图。

图7是表示通过输出限制来变更风力发电装置的功率曲线的方式的示意图。

图8(a)是表示输出变动评价时间T e中的各风力发电装置的输出P1、P2、P3，以及其合计、即风电场的输出P1+P2+P3＝Psum的图，(b)是表示以图6(b)所示的最小值Psum’进行控制的情况下的输出限制控制结果的图。

图9(a)是表示输出变动评价时间Te中的各风力发电装置的发电输出P1、P2、P3，以及其合计、即风电场的发电输出P1+P2+P3的图，(b)是表示以合计输出平均值Psum”进行控制的情况下的输出限制控制结果的图。

图10是表示风力发电装置的转速一发电输出特性的特性图。

图11(a)是关于将风能作为风力发电装置的风轮机(参照图1)的转动能来进行蓄积/释放的第1控制方式，具体表示了转动能的蓄积和释放的定时的一个例子的示意图，(b)是表示转动能相对于此时的经过时间的变化的图。

图12(a)是关于将风能作为风力发电装置的转动能进行蓄积/释放的第2控制方式，具体表示转动能的蓄积和释放的定时的其他例子的示意图，(b)是表示转动能相对于此时的经过时间的变化图。

图13是表示将本发明适用于在多个风力发电装置中辅助性地并设了至少1台蓄电装置的风电场的情况下的方框图。

符号说明：

5通信网络；

7电力系统；

9输电线；

11、12、13风力发电装置；

21、22、23风向风速计；

31、32、33个别控制装置；

41集中控制装置(集中运转控制单元)；

50蓄电装置；

51收发单元；

52风速变动预测单元；

53输出预测单元；

54动能蓄积释放指令单元(能量蓄积释放指令单元)；

55转速上升指令单元；

56转速下降指令单元；

100风电场(风力发电装置组)。

具体实施方式

以下、参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明一实施方式的风电场100的装置结构的方框图。

<实施方式的风电场100>

风电场100经由输电线9，与用于将电力供给到电力消费者8的电力系统7连接。另外，从电力系统7和风电场100对电力消费者8供给电力。

风电场100由能够进行可变转速控制以及可变螺距控制的多个风力发电装置11、12、13构成。

风力发电装置11、12、13分别具有：具有多个接受风的旋转叶片(叶片，blade)11h、12h、13h的风轮机(转子，rotor)11f、12f、13f；通过各风轮机11f、12f、13f的旋转而产生电力的发电机(未图示)；和将发电机所产生的电力变压为所希望的电力的变压器(未图示)。风轮机11f的各旋转叶片11h、风轮机12f的各旋转叶片12h、以及风轮机13f的各旋转叶片13h被构成为：能分别绕离心方向的轴旋转，能实现旋转叶片11h、12h、13h绕离心方向的轴进行旋转的螺距控制。

各风力发电装置11、12、13经由输电线9与电力系统7以及电力消费者8连接。

在风力发电装置11、12、13上连接有：测量各自所处场所的风向、风速的风向风速计21、22、23；以及分别控制各风力发电装置11、12、13，分别收集风向风速计21、22、23的信息、旋转叶片11h、12h、13h的转速、各发电输出等的信息(运转信息)的个别控制装置31、32、33。

个别控制装置31、32、33经由通信网络5相互连接，并且与对各风力发电装置11、12、13进行统一控制的集中控制装置41连接。

集中控制装置41利用输出指令信息，经由各个别控制装置31、32、33来控制各风力发电装置11、12、13的运转。

在集中控制装置41上连接有存储各风力发电装置11、12、13的输出特性数据等的存储装置42。

个别控制装置31、32、33、集中控制装置41由计算机、电路等构成。

<风电场100中的风向、风速的信息的收集>

风电场100中的风向、风速的信息的收集如下述那样进行。

附属于风力发电装置11的个别控制装置31经由通信网络5，将由风向风速计21测量的风力发电装置11处的风向、风速发送到集中控制装置41。同样也分别将其他风力发电装置32、33的风向、风速数据发送到集中控制装置41。

例如，在吹着图1的箭头6所示风向的风时，在风电场100中风速的变动最先到达的是风力发电装置11。集中控制装置41根据接收到的各风力发电装置11、12、13处的风向数据，判断在风电场100内风力发电装置11处于最上风处。然后，使用以下的方法，根据各风力发电装置11、12、13处的风速数据，预测风力发电装置11的风速变动到达其他风力发电装置12、13的风速变动的时间变化。

<风速变动的时间变化的预测>

以风力发电装置11处于最上风处的情况为例，说明风力发电装置11、12、13的配置和它们的风向风力的关系。

图2是表示预测到达各风力发电装置11、12、13的风速变动的方法的示意图，图2(a)表示风力发电装置的配置和风向风力的关系，图2(b)表示风力发电装置11的风力变动向各风力发电装置12、13的到达时间延迟T2、T3。

以风速变动最先到达的风力发电装置11为基点，到其他风力发电装置12、13为止的距离L和当前的风向所对应的方位角θ，根据预先输入到存储装置42中的已知的风力发电装置11、12、13的配置数据来求得。例如，若有风力发电装置11、12、13的配置数据，则根据该时间点的风向容易求得方位角θ。

根据由风力发电装置11测量出的风速，风速变动在时刻T12到达风力发电装置12为止的时间延迟T2，通过风力发电装置11到风力发电装置12为止的风向方向上的距离Lcosθ除以风速V，用下面的(式1)来表示。

【式1】

$T2=\frac{L\cos \mathrm{\&theta;}}{V}---\left(1\right)$

同样，利用(式1)，求得风力发电装置11处的风速变动在时刻T13到达其他风力发电装置13的风速变动的到达时间延迟T3。

<集中控制装置41>

图3是表示图1所示的集中控制装置41的结构的方框图。

集中控制装置41包括：进行信息的收发的收发单元51；预测各风力发电装置11、12、13处的风速的变动的风速变动预测单元52；预测由各风力发电装置11、12、13的发电而得到的输出(电力)的输出预测单元53；和将剩余的风能作为转动能进行蓄积，并且为了补充电力而释放所蓄积的转动能的动能蓄积释放指令单元54。其中，动能蓄积释放指令单元54包括：对各风力发电装置11、12、13提高转速来蓄积转动能的转速上升指令单元55；和释放蓄积的转动能的转速下降指令单元56。

<集中控制装置41的控制>

集中控制装置41的控制如下述那样进行。

经由通信网络5而得到的各风力发电装置11、12、13的风向、风速数据、发电的输出数据，经由收发单元51被输入到风速变动预测单元52。然后，在风速变动预测单元52中，使用(式1)等，预测风电场100整体的不远将来的风速。

这里，对在风速变动预测单元52中进行的风速、风向变动预测中，例如风力发电装置11处于最上风处的情况下的风力发电装置11的风速、风向的预测法进行说明。作为风力发电装置11的风速预测的一个例子，例如基于过去的气象状况、风速、风向等，将风速、风向的预测数据预先存储于存储装置42中，利用根据原气象状况、风速、风向等而存储的预测数据，能进行当前的风速、风向变动的预测。另外，本预测根据风力发电装置11实际的当前风速、风向等对预测进行逐次更新，并作为风电场100的预测。

另外，上述说明的上风的风力发电装置11的风速、风向的预测只是一个例子，当然也可以适用其他做法。

由风速变动预测单元52预测的风速预测数据进一步被输入到输出预测单元53，同样地预测风电场100整体的不远将来的发电而得到的输出。接着，输出的预测数据被输入到动能蓄积释放指令单元54，在动能蓄积释放指令单元54中，与预先设定的预定输出进行比较。然后，在输出的预测数据比预定输出高的情况下，由转速上升指令单元55提高风力发电装置11、12、13的转速，将风能作为风力发电装置的机械能的转动能进行蓄积。另一方面，在由发电而得到的输出的预测数据比预定输出低的情况下，由转速下降指令单元56降低风力发电装置的转速，释放所蓄积的转动能(机械能)来补充输出，从而实现输出的平均化。

保存在存储装置42中的各风力发电装置11、12、13的输出特性数据被提供给输出预测单元53、动能蓄积释放指令单元54等，用于输出预测及其他。

集中控制装置41以及个别控制装置31、32、33可以由在计算机系统上工作的控制软件构成，在该情况下，可以由在同一计算机系统中设置的不同的控制软件构成。

例如，使集中控制装置41具有用于统一控制各风力发电装置11、12、13的图3所示的功能，个别控制装置31、32、33分别进行各风力发电装置11、12、13的风轮机(转子，rotor)11f、12f、13f的转速控制、使旋转叶片11h、12h、13h绕离心方向的轴旋转的螺距控制等。

或者，由于个别控制装置31、32、33经由通信网络5连接，所以也可以使个别控制装置31、32、33任一个具有集中控制装置41的功能，或者也可以分割为个别控制装置31、32、33。在该情况下，在具有集中控制装置41的功能的个别控制装置31、32、33上连接存储装置42，不需要集中控制装置41。

这样一来，只要可进行实施方式中说明的规定的控制，集中控制装置41以及个别控制装置31、32、33的实现形态可以适当进行选择。

图4是表示在风力发电装置11处于上风的情况下通过(式1)的方法而预测的到达各风力发电装置12、13的风速变动预测结果的曲线，横轴表示经过时间[秒]，纵轴表示风速[m/s]。

图4(a)表示当前时间点的风力发电装置11的风速变动的实测值，图4(b)表示经过时间T2后的风力发电装置12的风速变动的预测值。图4(c)表示经过时间T3后的风力发电装置13的风速变动的预测值。

图4(a)的当前风力发电装置11的风速变动如图4(b)所示，在经过时间T2后的时刻T12到达风力发电装置12，同样，图4(a)的当前风力发电装置11的风速变动如图4(c)所示，在经过时间T3后的时刻T13到达风力发电装置13。

图5是表示预测风速和风力发电装置11、12、13的输出关系(功率曲线)的特性图。

图5所示的风力发电装置11、12、13的特性数据被预先保存在与集中控制装置41连接的存储装置42中，在输出预测单元53中进行的风电场100的输出预测运算时，该特性数据被呼出到集中控制装置41。

这里，在风电场100内设置有相同特性的风力发电装置的情况下，一个风力发电装置的特性数据被预先保存在与集中控制装置41连接的存储装置42中。另一方面，在风电场100内设置有不同特性的风力发电装置的情况下，保存风电场100内存在的所有各风力发电装置的特性数据，用于在输出预测单元53中进行的预测运算。

图6是利用图4的各风力发电装置11、12、13的风速变动预测结果、图5的功率曲线，表示风电场100内的各风力发电装置11、12、13的输出变动(参照图6(a))和风电场100的合计输出变动(参照图6(b))的预测结果的示意图。图6的横轴表示经过时间(分)，纵轴是表示发电输出的Pu(Per Unit)。

图6(a)表示各风力发电装置11、12、13的输出预测，表示各线种不同的曲线上的点P1、P2、P3在各时间点的各风力发电装置11、12、13的输出预测结果。图6(b)表示风电场100的预测合计输出，将点P1、P2、P3合计而得到的是风电场预测合计输出Psum。

基于风电场预测合计输出Psum的变动范围，在动能蓄积释放指令单元54中，算出能以恒定输出值进行稳定控制的输出。

<将风电场100的输出设为最小值Psum’的控制>

接着，对将风电场100的输出设为最小值Psum’的控制进行说明。

图6(b)的Psum’是在成为恒定输出值控制的对象的时间范围(例如、图6中为20分)内的预测合计输出的最小值，将Psum’设定为风电场100的恒定输出值控制的输出值的情况下，对各风力发电装置11、12、13的控制指令指示满足图6的Psum’的输出限制。

在该情况下，对各风力发电装置11、12、13的控制指令如图7所示，成为设置了输出限制的功率曲线的控制指令。

图8是表示基于对各风力发电装置11、12、13的控制指令的发电输出的示意图。图8的横轴表示经过时间，纵轴表示发电输出。Tc是输出限制指令周期。图8(a)表示输出变动评价时间T e中的各风力发电装置11、12、13的输出P1、P2、P3，和其合计、即风电场100的输出P1+P2+P3＝Psum。图8(b)表示通过对各风力发电装置11、12、13的输出限制控制，对风电场100的输出以图6(b)所示的最小值Psum’进行控制的情况下的输出限制控制结果。

在图8中，针对图8(a)的(1)、(2)、(3)的各控制时间，说明各风力发电装置11、12、13的控制指令的设定方法。

控制指令的设定方法以下面两点为基准来决定。第一，使第一个发电的风力发电装置11、12、13中的某一个负担输出。即，使风最强的风力发电装置11、12、13优先转动(使用)。第二，使各风力发电装置11、12、13的工作均衡化。

图8(a)的(1)是P1(风力发电装置11的发电输出)+P2(风力发电装置12的发电输出)+P3(风力发电装置13的发电输出)＞Psum’，并且P1+P2＜Psum’的情况。

在该情况下，大致决定为P1’＝P2’＝P3’，并且P1’+P2’+P3’＝Psum’。在成为P1’＜P1、P2’＜P2、P3’＜P3的情况下，有余力的风力发电装置11、12、13中的某一个负担不足量的输出。

图8(a)的(2)是P1+P2＞Psum’的情况。

在该情况下，使有余力的P1、P2的输出降低，大致决定为P1’＝P2’＝P3’，并且P1’+P2’+P3’＝Psum’。从能量方面考虑虽然也可以设为P3’＝0，但不仅仅使1台停止而使其运转更能够使风电场100内的运转均匀化，能够使风力发电装置11、12、13的劣化均匀化。由此，由于在风力发电装置11、12、13产生了劣化时，能够统一进行维修，所以从维修成本的方面来说是有优点的。

图8(a)的(3)是P1+P2+P3＝Psum’的情况。

在该情况下，保持原来的输出不变，满足P1’＝P1、P2’＝P2、P3’＝P3。

在所说明的图8的控制方式下，输出的变动得到抑制，但不产生Psum’以上的输出，所以剩余的能量变大，能量损失变大。

为此，对通过将风能作为风力发电装置11、12、13的风轮机(转子，rotor)11f、12f、13f的转动能进行蓄积来减小能量损失，使恒定输出值控制的输出上升到图6(b)的合计输出的平均值Psum”(以下称作合计输出平均值Psum”)的控制方式进行说明。

<将风电场100的输出设为平均值Psum”的控制>

图9是表示基于对各风力发电装置11、12、13的控制指令的(发电)输出的示意图。图9(a)表示输出变动评价时间T e中的各风力发电装置11、12、13的(发电)输出P1、P2、P3，和其合计、即风电场100的(发电)输出(P1+P2+P3)。图9(b)表示以合计输出平均值Psum”进行控制的情况下的输出限制控制结果。

在图9中，将输出变动评价时间Te的预测发电量Psum的平均值决定为合计输出平均值Psum”。

图10是表示风力发电装置11、12、13的转速-输出特性的特性图，横轴取转速指令值，纵轴取(发电)输出。以往，如图10的虚线所示那样，在各风速区域进行可变速控制，来提高最大的输出。

在该结构中，在比合计输出平均值Psum”大预测发电量的时间段(1)(参照图9(a))中，基于图10所示的特性图，按照将对各风力发电装置11、12、13的转速指令值比最大输出转速(图10的m1、m2、m3)进一步提高并降低发电输出的方式进行控制，将风能作为风力发电装置11、12、13的风轮机11f、12f、13f的转动能进行蓄积。

另一方面，在比合计输出平均值Psum”小预测发电量的时间段(2)中，通过使风力发电装置11、12、13的转速渐渐下降，从而按照释放图9(a)的(1)的时间段所蓄积的转动能，维持合计输出平均值Psum”的输出的方式进行控制。

在实际的风力发电装置中，如图9(a)所示，存在仅通过风力发电装置的转动能不足以将风电场100的输出维持恒定的可能性。在这样的情况下，通过将风电场100的输出限制到比额定输出低的某个值，由此来抑制风电场100的输出变动。

接着，对用于风电场100中转动能的蓄积和释放的两个第1/第2控制方式进行说明。

<风电场100中的转动能的蓄积和释放的第1控制方式>

图11(a)是关于将风能作为风力发电装置11、12、13的风轮机11f、12f、13f(图1参照)的转动能来进行蓄积/释放的第1控制方式，具体地表示了转动能的蓄积和释放的定时的一个例子的示意图，图11(b)是表示此时的经过时间所对应的转动能的变化的图。

在图11中，在将风电场100的输出控制在目标值(规定的目标输出)Pt的情况下，为了最大程度减小输出变动，在输出的最低点Pmin释放蓄留了转动能的风力发电装置11、12、13中某一个的转动能的方式是有效的。

根据由输出预测单元53求出的风电场100的合计输出的预测值来事先进行求取成为Pmin的时刻。然后，根据由风电场100内的风力发电装置11、12、13的规格而决定的可蓄积的转动能的最大值、和转动能可释放的速度，按照使发电输出的最低点Pmin均衡化的方式来决定转动能释放开始的定时td。

由于从图11(b)的时刻td开始转动能的释放，所以到释放结束的时刻td1为止，转动能减少。从图11(b)的时刻td1到时刻td2之间，如图11(a)所示，输出为目标值Pt以下，所以转动能不增加。若成为图11(b)的时刻td2，则由于输出达到目标值Pt，所以将剩余的风能作为转动能进行蓄积。因此，从时刻td2开始，转动能增加，若成为图11(b)的时刻td3，则由于达到能蓄积转动能的最大值，所以转动能不会被蓄积而变得平稳。

由此，如图11(a)的斜线部分所示，能通过转动能的释放来提高成为Pmin的时刻的输出。另外，通过使转动能的释放速度变化，从而能选择是以短时间来释放大的输出，还是以长时间来释放小的输出，所以能根据输出降低的值及其时间来决定用于开始转动能的释放的定时td。

<风电场100中的转动能的蓄积和释放的第2控制方式>

图12(a)是关于将风能作为风力发电装置的转动能来进行蓄积/释放的第2控制方式，具体地表示转动能的蓄积和释放的定时的其他例子的示意图，图12(b)是表示此时的经过时间所对应的转动能的变化的图。

在图11的第1控制方式中是在输出的最低点Pmin附近释放转动能，而在图12的第2控制方式中，对转动能连续地进行蓄积/释放。由此，第2控制方式是在限制风电场100的输出，使输出变动收敛在预定的范围的情况下，以使降低的发电电力量提高为目的的方式。

其中，在图12(a)中假设将输出限制在目标值Pt的情况，来图示本方式。

若相对于风电场100的输出的目标值Pt，无控制的输出超出目标值Pt，则在蓄积转动能(图12(b)的时刻t0、t2、t5)、转动能达到可蓄积的最大值的时间点(图12(b)的时刻t1、t3、t6)，开始转动能的释放。到转动能的释放结束为止，有使输出提高的效果。以后，通过连续地反复该控制，从而存在使因为输出限制而降低了的发电电力量提高的效果。

详细而言，由于从图12(b)的时刻t0到成为可蓄积的最大值的转动能的时刻t1为止蓄积转动能，所以转动能增加。从图12(b)的时刻t1到时刻t2为止释放转动能。在时刻t2，风电场100的输出高于目标值Pt，所以直到成为可蓄积的最大值的转动能的时刻t3为止蓄积转动能。从时刻t3到时刻t4为止释放转动能。

从时刻t4到时刻t5为止，发电输出如图12(a)所示，小于目标值Pt，所以不蓄积转动能。从时刻t5到时刻t6为止，由于图12(a)所示的风电场100的发电输出在目标值Pt以上，所以直到成为可蓄积的最大值的转动能的时刻t6为止蓄积转动能。由于时刻t6成为可蓄积的最大值的转动能，所以以后释放转动能。

图11的第1控制方式和图12的第2控制方式也能根据风电场100的输出目标值Pt的值、输出变动的大小来动态地进行切换。

<对风电场100一并设置了蓄电装置50的情况>

接着说明对风电场100一并设置了蓄电装置50的情况。

图13是将本发明适用于在多个风力发电装置11、12、13中辅助性地至少一并设置了1台蓄电装置50的风电场100中的情况下的方框图。

以往，在以抑制风电场的输出变动为目的而设置蓄电装置的情况下，需要通过蓄电装置的充放电来吸收在风电场中产生的所有输出变动。因此，存在蓄电装置的容量变大、成本变高的问题。

在本实施方式中，如上所述，不用蓄电装置便能将风电场100的输出控制为恒定，但存在各风力发电装置11、12、13的不远将来的风速预测过程中产生誤差的可能性，有可能风电场100的输出与恒定值相比会有一点点偏差。

图13所示的至少1台蓄电装置50通过充放电来对所述输出的偏差量进行补偿。由此，与以往相比能减小蓄电装置50的容量，能削减蓄电装置50的设置成本。

<效果>

根据上述结构，具备在各风力发电装置11、12、13设置的个别控制装置31、32、33、和根据个别控制装置31、32、33的信息进行输出预测运算的集中控制装置41，从而能以简单的结构，根据由风电场100内的各风力发电装置11、12、13测量的风向/风速的测量值来预测不远将来的风电场100的输出变动。

另外，通过各风力发电装置11、12、13的转速增减而将风电场100的输出变动作为转动能进行蓄积/释放，由此能够抑制输出变动，将风电场100的输出保持恒定。因此，能减轻风电场100的输出变动对电力系统造成的影响。由此，能抑制从风电场100向电力系统8输出的电力的变动，能维持恒定的输出。尤其得到从电力系统控制的观点出发有效的、能使几分钟到十几分钟程度的短周期变动大致恒定的风电场100。

另外，能降低以抑制风电场100的输出变动为目的而附加设置的蓄电装置50的容量，能降低成本。

Claims (8)

1.一种风力发电装置组的控制装置，具备在各风力发电装置设置的风向风速计、和设置于所述各风力发电装置并且经由通信网络对所述各风力发电装置中的包括风向及风力在内的运转信息进行收发的个别控制装置， 

所述风力发电装置组的控制装置用来控制风力发电装置组，该风力发电装置组具有经由输电线与电力系统连接的能进行可变转速以及可变螺距控制的多台所述风力发电装置， 

所述风力发电装置组的控制装置的特征在于，具备： 

收发部，其接收从所述各风力发电装置送来的运转信息，并且发送用来控制所述各风力发电装置的运转的输出指令信息； 

集中运转控制部，其经由所述收发部接收来自所述各个别控制装置的所述运转信息并对输出变动进行运算处理，并且根据经由所述收发部向所述各风力发电装置发送的所述输出指令信息，控制所述风力发电装置组的运转； 

输出预测部，其基于所述运转信息，预测对所述风力发电装置组的不远将来的风速变动，并基于所述风速变动的预测，来预测所述风力发电装置组的不远将来的输出变动；和 

能量蓄积释放指令部，其通过所述输出指令信息进行控制，使得在所述风力发电装置组的合计输出大于规定的目标输出的情况下将风能作为所述风力发电装置组的转动能进行蓄积， 

所述风力发电装置组的合计输出被限制为比额定输出低的值， 

所述能量蓄积释放指令部，在所述风力发电装置组的合计输出小于所述规定的目标输出的情况下，通过所述输出指令信息进行控制，使得在所述不远将来的合计输出的最低值附近释放所述风力发电装置组中蓄积的转动能，由此来抑制所述风力发电装置组的合计输出的变动。 

2.根据权利要求1所述的风力发电装置组的控制装置，其特征在于， 

具备： 

转速上升指令部，其在由所述输出预测部预测的所述风力发电装置组的合计输出大于所述规定的目标输出的时间段，将风能作为所述各风力发 电装置的转动能进行蓄积；和 

转速下降指令部，其释放作为所述各风力发电装置的转动能而蓄积的风能。 

3.根据权利要求1所述的风力发电装置组的控制装置，其特征在于， 

至少1台蓄电装置被连接于所述输电线， 

当根据来自所述集中运转控制部的所述输出指令信息将所述风力发电装置组的输出控制为规定的目标输出时，在由于所述风速的预测誤差而与所述规定的目标输出有偏差的情况下，所述风力发电装置组通过所述蓄电装置的充放电电力来补偿所述偏差。 

4.一种风力发电装置组的控制装置，具备在各风力发电装置设置的风向风速计、和设置于所述各风力发电装置并且经由通信网络对所述各风力发电装置中的包括风向及风力在内的运转信息进行收发的个别控制装置， 

所述风力发电装置组的控制装置用来控制风力发电装置组，该风力发电装置组具有经由输电线与电力系统连接的能进行可变转速以及可变螺距控制的多台所述风力发电装置， 

所述风力发电装置组的控制装置的特征在于，具备： 

收发部，其接收从所述各风力发电装置送来的运转信息，并且发送用来控制所述各风力发电装置的运转的输出指令信息； 

集中运转控制部，其经由所述收发部接收来自所述各个别控制装置的所述运转信息并对输出变动进行运算处理，并且根据经由所述收发部向各所述风力发电装置发送的所述输出指令信息，控制所述风力发电装置组的运转； 

输出预测部，其基于所述运转信息，预测对所述风力发电装置组的不远将来的风速变动，并基于所述风速变动的预测，来预测所述风力发电装置组的不远将来的输出变动；和 

能量蓄积释放指令部，其通过所述输出指令信息进行控制，使得在所述风力发电装置组的合计输出大于规定的目标输出的情况下将风能作为所述风力发电装置组的转动能进行蓄积， 

所述风力发电装置组的合计输出被限制为比额定输出低的值， 

所述能量蓄积释放指令部，通过所述输出指令信息进行控制，使得每 当所述转动能被蓄积规定量以上时释放所述风力发电装置组中蓄积的转动能，由此来抑制所述风力发电装置组的发电电力量的降低。 

5.一种风力发电装置组的控制方法，执行该控制方法的控制装置具备在各风力发电装置设置的风向风速计、和设置于所述各风力发电装置并且经由通信网络对所述各风力发电装置中的包括风向及风力在内的运转信息进行收发的个别控制装置， 

所述控制装置用来控制风力发电装置组，该风力发电装置组具有经由输电线与电力系统连接的能进行可变转速以及可变螺距控制的多台所述风力发电装置， 

所述风力发电装置组的控制方法的特征在于， 

所述控制装置具备收发部、集中运转控制部、输出预测部和能量蓄积释放指令部， 

所述收发部接收从所述各风力发电装置送来的运转信息，并且发送用来控制所述各风力发电装置的运转的输出指令信息， 

所述集中运转控制部经由所述收发部接收来自所述各个别控制装置的所述运转信息并对输出变动进行运算处理，并且根据经由所述收发部向所述各风力发电装置发送的所述输出指令信息，控制所述风力发电装置组的运转， 

所述输出预测部基于所述运转信息，预测对所述风力发电装置组的不远将来的风速变动，并基于所述风速变动的预测，来预测所述风力发电装置组的不远将来的输出变动， 

所述能量蓄积释放指令部通过所述输出指令信息进行控制，使得在所述风力发电装置组的合计输出大于规定的目标输出的情况下将风能作为所述风力发电装置组的转动能进行蓄积， 

所述风力发电装置组的合计输出被限制为比额定输出低的值， 

所述能量蓄积释放指令部，在所述风力发电装置组的合计输出小于所述规定的目标输出的情况下，通过所述输出指令信息进行控制，使得在所述不远将来的合计输出的最低值附近释放所述风力发电装置组中蓄积的转动能，由此来抑制所述风力发电装置组的合计输出的变动。 

6.根据权利要求5所述的风力发电装置组的控制方法，其特征在于， 

转速上升指令部在由所述输出预测部预测的所述风力发电装置组的合计输出大于所述规定的目标输出的时间段，将风能作为所述各风力发电装置的转动能进行蓄积；和 

转速下降指令部释放作为所述各风力发电装置的转动能而蓄积的风能。 

7.根据权利要求5所述的风力发电装置组的控制方法，其特征在于， 

至少1台蓄电装置被连接于所述输电线， 

当根据来自所述集中运转控制部的所述输出指令信息将所述风力发电装置组的输出控制为规定的目标输出时，由于所述风速的预测誤差而与所述规定的目标输出有偏差的情况下，所述风力发电装置组通过所述蓄电装置的充放电电力来补偿所述偏差。 

8.一种风力发电装置组的控制方法，执行该控制方法的控制装置具备在各风力发电装置设置的风向风速计、和设置于所述各风力发电装置并且经由通信网络对所述各风力发电装置中的包括风向及风力在内的运转信息进行收发的个别控制装置， 

所述控制装置用来控制风力发电装置组，该风力发电装置组具有经由输电线与电力系统连接的能进行可变转速以及可变螺距控制的多台所述风力发电装置， 

所述风力发电装置组的控制方法的特征在于， 

所述控制装置具备收发部、集中运转控制部、输出预测部和能量蓄积释放指令部， 

所述收发部接收从所述各风力发电装置送来的运转信息，并且发送用来控制所述各风力发电装置的运转的输出指令信息； 

所述集中运转控制部经由所述通信网络接收来自所述各个别控制装置的所述运转信息并对输出变动进行运算处理，并且根据向各所述风力发电装置发送的所述输出指令信息，控制所述风力发电装置组的运转； 

所述输出预测部基于所述运转信息，预测对所述风力发电装置组的不远将来的风速变动，并基于所述风速变动的预测，来预测所述风力发电装置组的不远将来的输出变动； 

所述能量蓄积释放指令部通过所述输出指令信息进行控制，使得在所述风力发电装置组的合计输出大于规定的发电输出的情况下将风能作为所述风力发电装置组的转动能进行蓄积， 

所述风力发电装置组的合计输出被限制为比额定输出低的值， 

所述能量蓄积释放指令部，通过所述输出指令信息进行控制，使得每当所述转动能被蓄积规定量以上时释放所述风力发电装置组中蓄积的转动能，由此来抑制所述风力发电装置组的发电电力量的降低。 

Images