JP2002325496A - 風力発電出力制限システム及び方法 - Google Patents
風力発電出力制限システム及び方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
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- Y02E10/70—Wind energy
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- Wind Motors (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 系統周波数、電圧を維持しながら風力発電の
出力を制限し、風力エネルギーの有効利用を図る。 【解決手段】 電力を調整可能な発電を含む系統に並列
された風力発電の出力制限を行う風力発電出力制限シス
テムであって、系統に並列中の発電機運転台数及び出力
を算定して風力発電の出力制限値を決定する制限値決定
手段３と、系統に並列中の発電機、系統周波数を監視し
て最低出力以下にならないように、一定時間における周
波数の最大値と最小値との差が設定値以内になるよう
に、一定力率以下とならないように出力制限値を補正す
る制限値補正手段４〜６とを備え、制限値決定手段３に
より決定した出力制限値を制限値補正手段４〜６により
補正して風力発電の出力制限を行い、系統周波数、電圧
を維持しながら連続的に風車出力を制限でき、風力エネ
ルギーの有効利用を図る。
出力を制限し、風力エネルギーの有効利用を図る。 【解決手段】 電力を調整可能な発電を含む系統に並列
された風力発電の出力制限を行う風力発電出力制限シス
テムであって、系統に並列中の発電機運転台数及び出力
を算定して風力発電の出力制限値を決定する制限値決定
手段３と、系統に並列中の発電機、系統周波数を監視し
て最低出力以下にならないように、一定時間における周
波数の最大値と最小値との差が設定値以内になるよう
に、一定力率以下とならないように出力制限値を補正す
る制限値補正手段４〜６とを備え、制限値決定手段３に
より決定した出力制限値を制限値補正手段４〜６により
補正して風力発電の出力制限を行い、系統周波数、電圧
を維持しながら連続的に風車出力を制限でき、風力エネ
ルギーの有効利用を図る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力を調整可能な
発電と系統に並列された風力発電の出力制限を行う風力
発電出力制限システム及び方法に関する。
発電と系統に並列された風力発電の出力制限を行う風力
発電出力制限システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃力発電所など電力を調整可能な発電
機、地熱発電所など一定出力で運転する発電機並びに風
力発電機で構成される系統もしくは電力を調整可能な発
電機と風力発電機で構成される系統においては、需要の
変動、風速の変化による風力発電機の出力変動に対し電
力を調整可能な発電機で出力調整を行い、電力の需要と
供給を調整している。
機、地熱発電所など一定出力で運転する発電機並びに風
力発電機で構成される系統もしくは電力を調整可能な発
電機と風力発電機で構成される系統においては、需要の
変動、風速の変化による風力発電機の出力変動に対し電
力を調整可能な発電機で出力調整を行い、電力の需要と
供給を調整している。
【０００３】しかし、風力発電は、風速の変化により出
力が変動するため、小規模系統に電力を供給する場合、
出力変動によっては系統周波数、電圧および他設備に悪
影響を与える。例えば夜間など電力需要が減り、系統規
模に対する風力発電機の発電比率が高まると、風力発電
機の出力変動を電力を調整可能な発電機で調整しきれな
くなり、周波数、電圧の変動など電気の品質に影響を与
える。
力が変動するため、小規模系統に電力を供給する場合、
出力変動によっては系統周波数、電圧および他設備に悪
影響を与える。例えば夜間など電力需要が減り、系統規
模に対する風力発電機の発電比率が高まると、風力発電
機の出力変動を電力を調整可能な発電機で調整しきれな
くなり、周波数、電圧の変動など電気の品質に影響を与
える。
【０００４】したがって、風力発電機の出力変動が電気
の品質に影響を与えるような状況では、風車を停止する
か、もしくは系統周波数、系統全体の送電端電力を計器
で確認しながら手動で風車の最大出力に制限をかけて風
力発電機の出力変動を抑制している。
の品質に影響を与えるような状況では、風車を停止する
か、もしくは系統周波数、系統全体の送電端電力を計器
で確認しながら手動で風車の最大出力に制限をかけて風
力発電機の出力変動を抑制している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】刻々と変化する系統負
荷に対して系統に並列する発電機の運転台数や運転して
いる発電機の号機が変化すると、系統周波数変動容量
（許容周波数以上に周波数変動を与えない電力変動量）
が変化する。このような刻々と変化する系統負荷の中
で、風力発電機の出力変動が、並列中の電力を調整可能
な発電機による系統周波数および系統電圧維持調整能力
の範囲内に入るように手動で調整するには、常時運転員
が計器を監視しながら操作する必要があり、運転員の負
担が大きい。また、手動では、きめ細かな操作が行えな
いため、むしろ必要以上に風力発電機の出力制限をかけ
て風のエネルギーを無駄にする場合が多くなるという問
題が生じる。
荷に対して系統に並列する発電機の運転台数や運転して
いる発電機の号機が変化すると、系統周波数変動容量
（許容周波数以上に周波数変動を与えない電力変動量）
が変化する。このような刻々と変化する系統負荷の中
で、風力発電機の出力変動が、並列中の電力を調整可能
な発電機による系統周波数および系統電圧維持調整能力
の範囲内に入るように手動で調整するには、常時運転員
が計器を監視しながら操作する必要があり、運転員の負
担が大きい。また、手動では、きめ細かな操作が行えな
いため、むしろ必要以上に風力発電機の出力制限をかけ
て風のエネルギーを無駄にする場合が多くなるという問
題が生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、系統周波数、電圧を維持しながら
風力発電の出力を制限し、風力エネルギーの有効利用を
図るものである。
決するものであって、系統周波数、電圧を維持しながら
風力発電の出力を制限し、風力エネルギーの有効利用を
図るものである。
【０００７】そのために本発明は、電力を調整可能な発
電を含む系統に並列された風力発電の出力制限を行う風
力発電出力制限システムであって、系統に並列中の発電
機運転台数及び出力を算定して風力発電の出力制限値を
決定する制限値決定手段と、系統に並列中の発電機、系
統周波数を監視して前記出力制限値を補正する制限値補
正手段とを備え、前記制限値決定手段により決定した出
力制限値を前記制限値補正手段により補正して風力発電
の出力制限を行うことを特徴とするものである。
電を含む系統に並列された風力発電の出力制限を行う風
力発電出力制限システムであって、系統に並列中の発電
機運転台数及び出力を算定して風力発電の出力制限値を
決定する制限値決定手段と、系統に並列中の発電機、系
統周波数を監視して前記出力制限値を補正する制限値補
正手段とを備え、前記制限値決定手段により決定した出
力制限値を前記制限値補正手段により補正して風力発電
の出力制限を行うことを特徴とするものである。
【０００８】前記制限値決定手段は、系統容量に対し系
統周波数が許容範囲となる出力変動容量と該出力変動容
量に対する風力発電の出力を演算し、系統規模から許容
される出力変動量以内になる風力発電の出力を求め、系
統に並列する発電機台数と前記出力変動量以内になる風
力発電の出力との関係を関数化したテーブルを持ち、系
統に並列中の発電機台数と発電機出力から求まる系統規
模を基に前記出力制限値を決定し、前記制限値補正手段
は、系統に並列中の発電機の出力を監視し、最低出力以
下にならないように出力制限値を補正し、系統周波数を
監視し、一定時間における周波数の最大値と最小値との
差が設定値以内になるように出力制限値を補正し、系統
に並列中の発電機の力率を監視し、一定力率以下となら
ないように出力制限値を補正することを特徴とするもの
である。
統周波数が許容範囲となる出力変動容量と該出力変動容
量に対する風力発電の出力を演算し、系統規模から許容
される出力変動量以内になる風力発電の出力を求め、系
統に並列する発電機台数と前記出力変動量以内になる風
力発電の出力との関係を関数化したテーブルを持ち、系
統に並列中の発電機台数と発電機出力から求まる系統規
模を基に前記出力制限値を決定し、前記制限値補正手段
は、系統に並列中の発電機の出力を監視し、最低出力以
下にならないように出力制限値を補正し、系統周波数を
監視し、一定時間における周波数の最大値と最小値との
差が設定値以内になるように出力制限値を補正し、系統
に並列中の発電機の力率を監視し、一定力率以下となら
ないように出力制限値を補正することを特徴とするもの
である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る風力発電出
力制限システムの実施の形態を示す図、図２は本発明に
係る風力発電出力制限システムが適用される電力系統の
構成概要を示す図、図３は本発明に係る風力発電出力制
限システムの適用状態の例を説明するための図である。
図中、１は有効電力算出部、２は無効電力算出部、３は
周波数変動抑制制御部、４は軽負荷運転防止制御部、５
は周波数上昇多発抑制部、６は発電機力率加減値算出
部、７は最大値判定部、８は演算部、９はパルス設定
部、１０は出力制限設定部、１１は風車制御装置を示
す。
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る風力発電出
力制限システムの実施の形態を示す図、図２は本発明に
係る風力発電出力制限システムが適用される電力系統の
構成概要を示す図、図３は本発明に係る風力発電出力制
限システムの適用状態の例を説明するための図である。
図中、１は有効電力算出部、２は無効電力算出部、３は
周波数変動抑制制御部、４は軽負荷運転防止制御部、５
は周波数上昇多発抑制部、６は発電機力率加減値算出
部、７は最大値判定部、８は演算部、９はパルス設定
部、１０は出力制限設定部、１１は風車制御装置を示
す。
【００１０】図１において、有効電力算出部１は、風力
発電機を除く各発電機の有効電力の合計値を求めるもの
であり、無効電力算出部２は、電力調整可能な発電機の
無効電力の合計値を求めるものである。周波数変動抑制
制御部３は、有効電力算出部１で算出した有効電力の合
計値に対応する風力出力制限値を求めるものである。例
えば系統容量に対して、系統周波数±０．２Ｈｚ以内と
なる変動許容量を演算し、当該地の風況データを模擬
し、許容変動容量に対する風車出力を演算して、系統規
模から許容される出力変動量以内になるように風車出力
の関係を関数化する。そして、系統に並列する発電機台
数とこの関数をテーブル化して持ち、系統に並列中の発
電機台数と発電機から求まる系統規模から風力発電の出
力制限値を決定する。系統が図２に示すように電力調整
可能発電所、一定出力で運転する発電所、風力発電所で
構成される場合、風力発電所を除く発電機のガバナ定数
と運転台数から、系統規模毎の電力変動許容量をＥＭＴ
Ｐによりシミュレーションし、発電機運転台数と系統容
量における系統周波数の変動が許容値以内となる電力変
動量を算出する。そして、例えば図３に示すような系統
規模に対する風車出力の関係を導き出す。３本の直線
I、II、 IIIは、系統に並列中の発電機台数によって切
り換える関数である。
発電機を除く各発電機の有効電力の合計値を求めるもの
であり、無効電力算出部２は、電力調整可能な発電機の
無効電力の合計値を求めるものである。周波数変動抑制
制御部３は、有効電力算出部１で算出した有効電力の合
計値に対応する風力出力制限値を求めるものである。例
えば系統容量に対して、系統周波数±０．２Ｈｚ以内と
なる変動許容量を演算し、当該地の風況データを模擬
し、許容変動容量に対する風車出力を演算して、系統規
模から許容される出力変動量以内になるように風車出力
の関係を関数化する。そして、系統に並列する発電機台
数とこの関数をテーブル化して持ち、系統に並列中の発
電機台数と発電機から求まる系統規模から風力発電の出
力制限値を決定する。系統が図２に示すように電力調整
可能発電所、一定出力で運転する発電所、風力発電所で
構成される場合、風力発電所を除く発電機のガバナ定数
と運転台数から、系統規模毎の電力変動許容量をＥＭＴ
Ｐによりシミュレーションし、発電機運転台数と系統容
量における系統周波数の変動が許容値以内となる電力変
動量を算出する。そして、例えば図３に示すような系統
規模に対する風車出力の関係を導き出す。３本の直線
I、II、 IIIは、系統に並列中の発電機台数によって切
り換える関数である。
【００１１】軽負荷運転防止制御部４は、系統に並列中
の電力を調整可能な発電機の出力を監視し、それらの発
電機の出力が最低出力以下にならない風力発電機の出力
補正値を求めるものである。周波数上昇多発抑制部５
は、系統周波数を監視し、任意の時間における周波数の
最大値と最小値の差が設定値以内になる風力発電機の出
力補正値に求めるものである。発電機力率加減値算出部
６は、系統に並列中の電力を調整可能な発電機の出力を
検出し、それらの発電機の力率が一定の力率以下になら
ない風力発電機の出力補正値を求めるものである。
の電力を調整可能な発電機の出力を監視し、それらの発
電機の出力が最低出力以下にならない風力発電機の出力
補正値を求めるものである。周波数上昇多発抑制部５
は、系統周波数を監視し、任意の時間における周波数の
最大値と最小値の差が設定値以内になる風力発電機の出
力補正値に求めるものである。発電機力率加減値算出部
６は、系統に並列中の電力を調整可能な発電機の出力を
検出し、それらの発電機の力率が一定の力率以下になら
ない風力発電機の出力補正値を求めるものである。
【００１２】最大値判定部７は、軽負荷運転防止制御部
４と周波数上昇多発抑制部５と発電機力率加減値算出部
６で求めたそれぞれの補正値のうち最大値を判定するも
のであり、演算部８は、周波数変動抑制制御部３で求め
た風力出力制限値を最大値判定部７で判定した最大値で
補正し、（風力出力制限値−最大値）でパルス設定器９
を動作させ、出力制限設定器１０に出力制限値を設定す
る。風車制御装置１１は、出力制限設定器１０に設定さ
れた出力制限値を基に風力発電機の出力を制御するもの
である。
４と周波数上昇多発抑制部５と発電機力率加減値算出部
６で求めたそれぞれの補正値のうち最大値を判定するも
のであり、演算部８は、周波数変動抑制制御部３で求め
た風力出力制限値を最大値判定部７で判定した最大値で
補正し、（風力出力制限値−最大値）でパルス設定器９
を動作させ、出力制限設定器１０に出力制限値を設定す
る。風車制御装置１１は、出力制限設定器１０に設定さ
れた出力制限値を基に風力発電機の出力を制御するもの
である。
【００１３】本発明に係る風力発電出力制限システムで
は、図２に示すように例えば内燃力発電所や水力発電所
など電力調整可能な発電所、例えば地熱発電所など一定
出力で運転する発電所、風力発電所の組み合わせにより
負荷に給電するように電力系統が構成されている。そし
て、これらの各発電所の総出力Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３を図４
（Ａ）に示すように電力需要Ｐに応じて調整しバランス
させている。このとき、系統規模がΔＰ縮小すると、従
来のシステムでは、図４（Ｂ）に示すようにその系統規
模の縮小に見合って電力調整可能な発電の出力をＰ２−
ΔＰに縮小させて系統をバランスさせている。しかし、
本発明では、系統に並列中の発電機運転台数および出力
に応じて、風力発電出力変動と系統周波数変動から出力
制限値を決めることにより、風力発電の出力（風車出
力）の制限が必要な場合には、図４（Ｃ）に示すように
系統規模の縮小に見合って風力発電の出力をＰ２−ΔＰ
に縮小させ、あるいは電力調整可能な発電の出力と風力
発電の出力により合わせてΔＰに縮小させ系統をバラン
スさせる。
は、図２に示すように例えば内燃力発電所や水力発電所
など電力調整可能な発電所、例えば地熱発電所など一定
出力で運転する発電所、風力発電所の組み合わせにより
負荷に給電するように電力系統が構成されている。そし
て、これらの各発電所の総出力Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３を図４
（Ａ）に示すように電力需要Ｐに応じて調整しバランス
させている。このとき、系統規模がΔＰ縮小すると、従
来のシステムでは、図４（Ｂ）に示すようにその系統規
模の縮小に見合って電力調整可能な発電の出力をＰ２−
ΔＰに縮小させて系統をバランスさせている。しかし、
本発明では、系統に並列中の発電機運転台数および出力
に応じて、風力発電出力変動と系統周波数変動から出力
制限値を決めることにより、風力発電の出力（風車出
力）の制限が必要な場合には、図４（Ｃ）に示すように
系統規模の縮小に見合って風力発電の出力をＰ２−ΔＰ
に縮小させ、あるいは電力調整可能な発電の出力と風力
発電の出力により合わせてΔＰに縮小させ系統をバラン
スさせる。
【００１４】要するに、本発明に係る風力発電出力制限
システムでは、系統を構成する発電機のガバナ定数と台
数により、その系統規模における系統周波数および系統
電圧を維持できる出力変動量を算出する。そして、風力
発電所の風況データを模擬して、風車出力に対する出力
変動量を算出し、系統規模に対する風車出力の最大値
（出力制限値）を算出する。そして、系統に並列中の他
の発電設備への影響をなくすため、他の発電機状態から
風車最大出力に補正を加える。
システムでは、系統を構成する発電機のガバナ定数と台
数により、その系統規模における系統周波数および系統
電圧を維持できる出力変動量を算出する。そして、風力
発電所の風況データを模擬して、風車出力に対する出力
変動量を算出し、系統規模に対する風車出力の最大値
（出力制限値）を算出する。そして、系統に並列中の他
の発電設備への影響をなくすため、他の発電機状態から
風車最大出力に補正を加える。
【００１５】これら制御システムは、例えば系統に並列
される電力調整可能な発電機などの情報および風車への
出力制限指令のやりとりを行う入出力ユニット、プログ
ラマブルコントローラと監視用メータで構成することが
でき、入出力ユニットからの情報を基に、プログラマブ
ルコントローラにて風車出力最大値（出力制限値）を算
出し、入出力ユニットを通じて風車出力を制限する。プ
ログラマブルコントローラでは、初期設定で、シミュレ
ーションから求めた系統規模に関する風車出力の関数を
入力し、電力調整可能な発電機の並列台数により関数を
選択できるテーブル化を行う。そして、並列している電
力調整可能な発電機、一定出力の発電機出力の合計、台
数よりテーブルと関数から風車が出力できる最大値であ
る出力制限値を算出し、出力制限値に対し、条件の異な
る複数の補正値のうち最大値による補正を行う。それら
は、並列している電力調整可能な発電機の力率から無効
電力を求め、その合計と電力調整可能な発電機の出力合
計より、並列している電力調整可能な発電機全体の力率
を求めて、この力率が設定力率を下回った場合にその差
分に応じて一次遅れで出力制限低下量を算出する。ま
た、並列している電力調整可能な発電機の出力が下限出
力（設定値）を低下した場合に、低下量に応じて一次遅
れで出力制限低下量を算出する。さらに、系統周波数を
監視し、一定時間の最大値と最小値の差が設定値を上回
った場合にその量に応じて一次遅れで出力制限低下量を
算出する。
される電力調整可能な発電機などの情報および風車への
出力制限指令のやりとりを行う入出力ユニット、プログ
ラマブルコントローラと監視用メータで構成することが
でき、入出力ユニットからの情報を基に、プログラマブ
ルコントローラにて風車出力最大値（出力制限値）を算
出し、入出力ユニットを通じて風車出力を制限する。プ
ログラマブルコントローラでは、初期設定で、シミュレ
ーションから求めた系統規模に関する風車出力の関数を
入力し、電力調整可能な発電機の並列台数により関数を
選択できるテーブル化を行う。そして、並列している電
力調整可能な発電機、一定出力の発電機出力の合計、台
数よりテーブルと関数から風車が出力できる最大値であ
る出力制限値を算出し、出力制限値に対し、条件の異な
る複数の補正値のうち最大値による補正を行う。それら
は、並列している電力調整可能な発電機の力率から無効
電力を求め、その合計と電力調整可能な発電機の出力合
計より、並列している電力調整可能な発電機全体の力率
を求めて、この力率が設定力率を下回った場合にその差
分に応じて一次遅れで出力制限低下量を算出する。ま
た、並列している電力調整可能な発電機の出力が下限出
力（設定値）を低下した場合に、低下量に応じて一次遅
れで出力制限低下量を算出する。さらに、系統周波数を
監視し、一定時間の最大値と最小値の差が設定値を上回
った場合にその量に応じて一次遅れで出力制限低下量を
算出する。
【００１６】図５は風力発電の出力制限を行う制御フロ
ーを説明するための図、図６は周波数変動による風車出
力制限補正フローを説明するための図、図７は軽負荷運
転防止補正フローを説明するための図、図８は電力調整
可能発電機の最低力率維持による風車出力制限補正フロ
ーを説明するための図である。
ーを説明するための図、図６は周波数変動による風車出
力制限補正フローを説明するための図、図７は軽負荷運
転防止補正フローを説明するための図、図８は電力調整
可能発電機の最低力率維持による風車出力制限補正フロ
ーを説明するための図である。
【００１７】本発明に係る風力発電出力制限システムに
おける制御フローは、図５に示すように電力調整可能発
電機のそれぞれについて設定値以上の出力で運転してい
るのを判断し、系統規模と出力制限値の関数テーブルか
ら条件に合った関数を選択する（ステップＳ１１）。他
方で、電力調整可能発電機の出力合計を求めてから（ス
テップＳ１２）、一定出力発電機の出力と合わせ風力発
電機を除く発電機の出力合計を求める（ステップＳ１
３）。そして、ステップＳ１１で選択した関数を基にス
テップＳ１３で求めた風力発電機を除く発電機出力合計
を適用し（ステップＳ１４）、風車出力制限値を求める
（ステップＳ１５）。他方で、周波数変動による風車出
力制限補正値、軽負荷運転防止補正値、電力調整可能発
電機の最低力率維持による風車出力制限補正値から、そ
の最大値を求めて（ステップＳ１６）、ステップＳ１５
で求めた風車出力制限値に補正を行って（ステップＳ１
７）、補正後風車出力制限値を求め（ステップＳ１
８）、現在の風車出力制限値と比較する（ステップＳ１
９）。そして、補正後風車出力制限値と現在の風車出力
制限値との差に応じて風車への出力制限値上げ下げ指令
を生成し（ステップＳ２０）、風力発電所に出力する。
おける制御フローは、図５に示すように電力調整可能発
電機のそれぞれについて設定値以上の出力で運転してい
るのを判断し、系統規模と出力制限値の関数テーブルか
ら条件に合った関数を選択する（ステップＳ１１）。他
方で、電力調整可能発電機の出力合計を求めてから（ス
テップＳ１２）、一定出力発電機の出力と合わせ風力発
電機を除く発電機の出力合計を求める（ステップＳ１
３）。そして、ステップＳ１１で選択した関数を基にス
テップＳ１３で求めた風力発電機を除く発電機出力合計
を適用し（ステップＳ１４）、風車出力制限値を求める
（ステップＳ１５）。他方で、周波数変動による風車出
力制限補正値、軽負荷運転防止補正値、電力調整可能発
電機の最低力率維持による風車出力制限補正値から、そ
の最大値を求めて（ステップＳ１６）、ステップＳ１５
で求めた風車出力制限値に補正を行って（ステップＳ１
７）、補正後風車出力制限値を求め（ステップＳ１
８）、現在の風車出力制限値と比較する（ステップＳ１
９）。そして、補正後風車出力制限値と現在の風車出力
制限値との差に応じて風車への出力制限値上げ下げ指令
を生成し（ステップＳ２０）、風力発電所に出力する。
【００１８】ステップＳ１６の最大値判定の対象となる
周波数変動による風車出力制限補正値を求める補正フロ
ーでは、図６に示すように設定時間中の母線周波数変動
幅を求めて（ステップＳ２１）、周波数変動幅設定値と
比較し（ステップＳ２２）、周波数変動による風車出力
制限補正値を求める（ステップＳ２３）。
周波数変動による風車出力制限補正値を求める補正フロ
ーでは、図６に示すように設定時間中の母線周波数変動
幅を求めて（ステップＳ２１）、周波数変動幅設定値と
比較し（ステップＳ２２）、周波数変動による風車出力
制限補正値を求める（ステップＳ２３）。
【００１９】また、軽負荷運転防止補正値を求める補正
フローでは、図７に示すように運転中の電力調整可能発
電機の台数とそれらの定格出力との乗算を行って（ステ
ップＳ３１）、運転中の電力調整可能発電機定格出力を
合計し（ステップＳ３２）、最低出力の設定値（百分
率）を使って運転中の電力調整可能発電機定格出力の最
低値を求める（ステップＳ３３）。この運転中の電力調
整可能発電機定格出力の最低値と先のステップＳ１２で
求めた実際の電力調整可能発電機出力合計とを比較して
（ステップＳ３４）、軽負荷運転防止補正値を求める
（ステップＳ３５）。
フローでは、図７に示すように運転中の電力調整可能発
電機の台数とそれらの定格出力との乗算を行って（ステ
ップＳ３１）、運転中の電力調整可能発電機定格出力を
合計し（ステップＳ３２）、最低出力の設定値（百分
率）を使って運転中の電力調整可能発電機定格出力の最
低値を求める（ステップＳ３３）。この運転中の電力調
整可能発電機定格出力の最低値と先のステップＳ１２で
求めた実際の電力調整可能発電機出力合計とを比較して
（ステップＳ３４）、軽負荷運転防止補正値を求める
（ステップＳ３５）。
【００２０】電力調整可能発電機の最低力率維持による
風車出力制限補正値を求める補正フローでは、図８に示
すように各電力調整可能発電機出力と力率から無効電力
を計算し（ステップＳ４１）、電力調整可能な発電機の
無効電力合計を計算する（ステップＳ４２）。そして、
先のステップＳ１２で求めた電力調整可能発電機出力合
計と無効電力合計から電力調整可能発電機の合計力率を
計算し（ステップＳ４３）、力率制限値の設定値と比較
して（ステップＳ４４）、電力調整可能発電機の最低力
率維持による風車出力制限補正値を求める（ステップＳ
４５）。
風車出力制限補正値を求める補正フローでは、図８に示
すように各電力調整可能発電機出力と力率から無効電力
を計算し（ステップＳ４１）、電力調整可能な発電機の
無効電力合計を計算する（ステップＳ４２）。そして、
先のステップＳ１２で求めた電力調整可能発電機出力合
計と無効電力合計から電力調整可能発電機の合計力率を
計算し（ステップＳ４３）、力率制限値の設定値と比較
して（ステップＳ４４）、電力調整可能発電機の最低力
率維持による風車出力制限補正値を求める（ステップＳ
４５）。
【００２１】風車出力制限補正についてさらに説明す
る。図９は軽負荷運転防止での風力発電機の出力制限補
正について説明するための図、図１０は一次遅れ演算の
例を示す図、図１１は電力調整可能発電機の力率下限値
での風力発電機の出力制限補正について説明するための
図である。
る。図９は軽負荷運転防止での風力発電機の出力制限補
正について説明するための図、図１０は一次遅れ演算の
例を示す図、図１１は電力調整可能発電機の力率下限値
での風力発電機の出力制限補正について説明するための
図である。
【００２２】電力調整可能発電機は５０％以下の出力に
できないため、軽負荷運転防止では、図９において太線
で示す系統負荷に対し、それとバランスする電力を風力
発電機と電力調整可能発電機で発電した場合、縦線の網
かけ部分で風力発電の出力が制限される。この場合、電
力調整可能な発電機の出力からどの号機が運転している
かわかるので、風力発電機の出力制限値は 風力発電機の出力制限値 ＝系統全体の発電出力 −（一定出力発電機出力＋電力調整可能発電機の最低出力） ＝（電力調整可能発電機の出力＋風力発電機の出力） −電力調整可能発電機の最低出力 ここで、系統全体の発電出力＝電力調整可能発電機の出力 ＋一定出力発電機の出力 ＋風力発電機の出力 で求めることができる。
できないため、軽負荷運転防止では、図９において太線
で示す系統負荷に対し、それとバランスする電力を風力
発電機と電力調整可能発電機で発電した場合、縦線の網
かけ部分で風力発電の出力が制限される。この場合、電
力調整可能な発電機の出力からどの号機が運転している
かわかるので、風力発電機の出力制限値は 風力発電機の出力制限値 ＝系統全体の発電出力 −（一定出力発電機出力＋電力調整可能発電機の最低出力） ＝（電力調整可能発電機の出力＋風力発電機の出力） −電力調整可能発電機の最低出力 ここで、系統全体の発電出力＝電力調整可能発電機の出力 ＋一定出力発電機の出力 ＋風力発電機の出力 で求めることができる。
【００２３】しかし、上記の式では、風力発電機の出力
変動が急な場合、電力調整可能発電機の出力追従の遅れ
によって出力制限値が変化すること、および最低出力以
下の運転も継続することがなければ特に問題がないこと
から、電力調整可能発電機の出力に関して （最低出力−現在出力）×ゲイン で求めた値に、図１０に示すように一次遅れの演算を行
い、軽負荷運転防止での風力発電機の出力制限補正値と
して計算される。
変動が急な場合、電力調整可能発電機の出力追従の遅れ
によって出力制限値が変化すること、および最低出力以
下の運転も継続することがなければ特に問題がないこと
から、電力調整可能発電機の出力に関して （最低出力−現在出力）×ゲイン で求めた値に、図１０に示すように一次遅れの演算を行
い、軽負荷運転防止での風力発電機の出力制限補正値と
して計算される。
【００２４】系統の周波数は、電力調整可能発電機の調
速機によって制御されている（出力の増減制御）が、周
波数の上昇が多発するということは、風況の変化が激し
く、風力発電の出力変動が大きいことも要因の１つとし
て考えられる。そのため、周波数上昇多発抑制では、 （系統の周波数変動値−周波数変動の設定値）×ゲイン ここで、系統の周波数変動値＝周波数−基準周波数 で求めた値に一次遅れの演算を行い、周波数上昇多発抑
制での風車出力制限補正値として計算される。
速機によって制御されている（出力の増減制御）が、周
波数の上昇が多発するということは、風況の変化が激し
く、風力発電の出力変動が大きいことも要因の１つとし
て考えられる。そのため、周波数上昇多発抑制では、 （系統の周波数変動値−周波数変動の設定値）×ゲイン ここで、系統の周波数変動値＝周波数−基準周波数 で求めた値に一次遅れの演算を行い、周波数上昇多発抑
制での風車出力制限補正値として計算される。
【００２５】電力調整可能発電機を図１１に示すように
運転能力曲線の現象で表すと、の状態で電力調整可能
発電機を運転しているときに風力発電機が出力を上げた
場合、電力調整可能発電機は、′の状態に出力を下げ
てしまう。そのため、電力調整可能発電機は、のとき
より力率が悪化する。そこで、電力調整可能発電機の無
効電力が増加すると、縦線の網かけ部分に入り風力発電
機の出力が制限される。この場合、軽負荷運転防止の場
合と同様に電力調整可能発電機の有効電力と無効電力か
ら風力発電機の出力制限値は 風力発電機の出力制限値 ＝系統全体の発電出力 −（一定出力発電機の出力＋最低力率の有効電力） ＝（電力調整可能発電機の出力＋風力発電機の出力） −最低力率の有効電力 ここで、系統全体の発電出力＝電力調整可能発電機の出力 ＋一定出力発電機の出力 ＋風力発電機の出力 最低力率をｃｏｓθとすると 最低力率の有効電力＝無効電力・ｃｏｓθ／ｓｉｎθ で求めることができる。
運転能力曲線の現象で表すと、の状態で電力調整可能
発電機を運転しているときに風力発電機が出力を上げた
場合、電力調整可能発電機は、′の状態に出力を下げ
てしまう。そのため、電力調整可能発電機は、のとき
より力率が悪化する。そこで、電力調整可能発電機の無
効電力が増加すると、縦線の網かけ部分に入り風力発電
機の出力が制限される。この場合、軽負荷運転防止の場
合と同様に電力調整可能発電機の有効電力と無効電力か
ら風力発電機の出力制限値は 風力発電機の出力制限値 ＝系統全体の発電出力 −（一定出力発電機の出力＋最低力率の有効電力） ＝（電力調整可能発電機の出力＋風力発電機の出力） −最低力率の有効電力 ここで、系統全体の発電出力＝電力調整可能発電機の出力 ＋一定出力発電機の出力 ＋風力発電機の出力 最低力率をｃｏｓθとすると 最低力率の有効電力＝無効電力・ｃｏｓθ／ｓｉｎθ で求めることができる。
【００２６】しかし、軽負荷運転防止の場合と同様に最
低力率以下の運転も継続することがなければ特に問題が
ないことから、 （最低力率−電力調整可能発電機全体の力率）×ゲイン で求めた値に一次遅れの演算を行い、電力調整可能発電
機の力率下限値での風力発電機の出力制限補正値として
計算される。
低力率以下の運転も継続することがなければ特に問題が
ないことから、 （最低力率−電力調整可能発電機全体の力率）×ゲイン で求めた値に一次遅れの演算を行い、電力調整可能発電
機の力率下限値での風力発電機の出力制限補正値として
計算される。
【００２７】本発明に係る風力発電出力制限システム
は、上記のように系統に並列された風力発電機を除く発
電機の出力合計から求まる系統規模と風力発電機出力制
限値の関数を電力を調整可能な発電機の系統に並列され
た台数、組み合わせによってテーブル化して、自動的に
風力発電機の出力を制限する。そのため、系統に並列中
の発電機運転台数および出力に応じて、風力発電機の出
力変動と系統周波数変動から出力制限値を決める。ま
ず、周波数変動抑制として、系統容量に対して、例えば
周波数±０．２Ｈｚ以内となる出力変動許容量を演算
し、当該地域の風況データを模擬し、許容変動容量に値
する風車出力を演算し、系統規模から許容される出力変
動量以内になるように風車出力を制限する。
は、上記のように系統に並列された風力発電機を除く発
電機の出力合計から求まる系統規模と風力発電機出力制
限値の関数を電力を調整可能な発電機の系統に並列され
た台数、組み合わせによってテーブル化して、自動的に
風力発電機の出力を制限する。そのため、系統に並列中
の発電機運転台数および出力に応じて、風力発電機の出
力変動と系統周波数変動から出力制限値を決める。ま
ず、周波数変動抑制として、系統容量に対して、例えば
周波数±０．２Ｈｚ以内となる出力変動許容量を演算
し、当該地域の風況データを模擬し、許容変動容量に値
する風車出力を演算し、系統規模から許容される出力変
動量以内になるように風車出力を制限する。
【００２８】そして、系統並列発電機軽負荷運転防止と
して、系統に並列中の発電機の出力を監視し、最低出力
以下にならないように出力制限値に補正をかける。ま
た、周波数上昇多発抑制として、系統周波数を監視し、
一定時間における周波数の最大値と最小値との差が設定
値以内になるように出力制限値に補正をかける。さら
に、系統並列発電機力率低下防止として、系統に並列中
の発電機の力率を監視し、一定力率以下にならないよう
に出力制限値に補正をかける。
して、系統に並列中の発電機の出力を監視し、最低出力
以下にならないように出力制限値に補正をかける。ま
た、周波数上昇多発抑制として、系統周波数を監視し、
一定時間における周波数の最大値と最小値との差が設定
値以内になるように出力制限値に補正をかける。さら
に、系統並列発電機力率低下防止として、系統に並列中
の発電機の力率を監視し、一定力率以下にならないよう
に出力制限値に補正をかける。
【００２９】このようにして電力系統に並列中の発電機
の情報を取り込み、風力発電設備の出力電力（出力制限
値）を決定する。系統に与える電力変動量、変動周期と
系統の周波数の関係を運転中の発電機台数や出力に基づ
いて関数化またはテーブル化し、これにより出力制限値
を決定する。電力系統に並列中の発電機の出力を監視
し、出力制限値を補正する機能を持たせる。系統の周波
数を監視して出力制限値を補正する機能を持たせる。電
力系統に並列中の発電機の力率を監視し、出力制限値を
補正する機能を持たせる。
の情報を取り込み、風力発電設備の出力電力（出力制限
値）を決定する。系統に与える電力変動量、変動周期と
系統の周波数の関係を運転中の発電機台数や出力に基づ
いて関数化またはテーブル化し、これにより出力制限値
を決定する。電力系統に並列中の発電機の出力を監視
し、出力制限値を補正する機能を持たせる。系統の周波
数を監視して出力制限値を補正する機能を持たせる。電
力系統に並列中の発電機の力率を監視し、出力制限値を
補正する機能を持たせる。
【００３０】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、内燃力発電所、地熱発電所を並列に
して系統の構成として説明したが、水力発電所や波力発
電所、火力発電所その他の発電所を系統に並列にした系
統においても同様に適用可能であることはいうまでもな
い。
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、内燃力発電所、地熱発電所を並列に
して系統の構成として説明したが、水力発電所や波力発
電所、火力発電所その他の発電所を系統に並列にした系
統においても同様に適用可能であることはいうまでもな
い。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電力を調整可能な発電を含む系統に並列され
た風力発電の出力制限を行う風力発電出力制限システム
であって、系統に並列中の発電機運転台数及び出力を算
定して風力発電の出力制限値を決定する制限値決定手段
と、系統に並列中の発電機、系統周波数を監視して出力
制限値を補正する制限値補正手段とを備え、制限値決定
手段により決定した出力制限値を制限値補正手段により
補正して風力発電の出力制限を行うので、系統周波数、
電圧を維持しながら連続的に風車出力を制限でき、風力
エネルギーの有効利用を図ることができる。
によれば、電力を調整可能な発電を含む系統に並列され
た風力発電の出力制限を行う風力発電出力制限システム
であって、系統に並列中の発電機運転台数及び出力を算
定して風力発電の出力制限値を決定する制限値決定手段
と、系統に並列中の発電機、系統周波数を監視して出力
制限値を補正する制限値補正手段とを備え、制限値決定
手段により決定した出力制限値を制限値補正手段により
補正して風力発電の出力制限を行うので、系統周波数、
電圧を維持しながら連続的に風車出力を制限でき、風力
エネルギーの有効利用を図ることができる。
【００３２】また、制限値決定手段は、系統容量に対し
系統周波数が許容範囲となる出力変動容量と該出力変動
容量に対する風力発電の出力を演算し、系統規模から許
容される出力変動量以内になる風力発電の出力を求め、
系統に並列する発電機台数と出力変動量以内になる風力
発電の出力との関係を関数化したテーブルを持ち、系統
に並列中の発電機台数と発電機出力から求まる系統規模
を基に出力制限値を決定し、制限値補正手段は、系統に
並列中の発電機の出力を監視し、最低出力以下にならな
いように出力制限値を補正し、系統周波数を監視し、一
定時間における周波数の最大値と最小値との差が設定値
以内になるように出力制限値を補正し、系統に並列中の
発電機の力率を監視し、一定力率以下とならないように
出力制限値を補正するので、風速の変化により刻々と変
化する風車出力を監視する必要がなく、随時監視制御が
可能となる。
系統周波数が許容範囲となる出力変動容量と該出力変動
容量に対する風力発電の出力を演算し、系統規模から許
容される出力変動量以内になる風力発電の出力を求め、
系統に並列する発電機台数と出力変動量以内になる風力
発電の出力との関係を関数化したテーブルを持ち、系統
に並列中の発電機台数と発電機出力から求まる系統規模
を基に出力制限値を決定し、制限値補正手段は、系統に
並列中の発電機の出力を監視し、最低出力以下にならな
いように出力制限値を補正し、系統周波数を監視し、一
定時間における周波数の最大値と最小値との差が設定値
以内になるように出力制限値を補正し、系統に並列中の
発電機の力率を監視し、一定力率以下とならないように
出力制限値を補正するので、風速の変化により刻々と変
化する風車出力を監視する必要がなく、随時監視制御が
可能となる。
【図１】 本発明に係る風力発電出力制限システムの実
施の形態を示す図である。
施の形態を示す図である。
【図２】 本発明に係る風力発電出力制限システムが適
用される電力系統の構成概要を示す図である。
用される電力系統の構成概要を示す図である。
【図３】 テーブルの構成例を示す図である。
【図４】 本発明に係る風力発電出力制限システムの適
用状態の例を説明するための図である。
用状態の例を説明するための図である。
【図５】 風力発電の出力制限を行う制御フローを説明
するための図である。
するための図である。
【図６】 周波数変動による風車出力制限補正フローを
説明するための図である。
説明するための図である。
【図７】 軽負荷運転防止補正フローを説明するための
図である。
図である。
【図８】 電力調整可能発電機の最低力率維持による風
車出力制限補正フローを説明するための図である。
車出力制限補正フローを説明するための図である。
【図９】 軽負荷運転防止での風力発電機の出力制限補
正について説明するための図である。
正について説明するための図である。
【図１０】 一次遅れ演算の例を示す図である。
【図１１】 電力調整可能発電機の力率下限値での風力
発電機の出力制限補正について説明するための図であ
る。
発電機の出力制限補正について説明するための図であ
る。
１…有効電力算出部、２…無効電力算出部、３…周波数
変動抑制制御部、４…軽負荷運転防止制御部、５…周波
数上昇多発抑制部、６…発電機力率加減値算出部、７…
最大値判定部、８…演算部、９…パルス設定部、１０…
出力制限設定部、１１…風車制御装置
変動抑制制御部、４…軽負荷運転防止制御部、５…周波
数上昇多発抑制部、６…発電機力率加減値算出部、７…
最大値判定部、８…演算部、９…パルス設定部、１０…
出力制限設定部、１１…風車制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福原 正幸 群馬県高崎市新町６丁目19番 東京電力株 式会社内 Ｆターム(参考） 3H078 AA26 BB01 BB11 CC22 CC62 5G066 HA15 HA30 HB02 5H590 AA02 AB03 BB09 CA14 CE01 EA07 EA14 EB02 EB07 EB11 EB21 FB01 GA02 GA06 GA08 GA09 HA02 HA04 HA06 JA03 JB11
Claims (7)
- 【請求項１】 電力を調整可能な発電を含む系統に並列
された風力発電の出力制限を行う風力発電出力制限シス
テムであって、系統に並列中の発電機運転台数及び出力
を算定して風力発電の出力制限値を決定する制限値決定
手段と、系統に並列中の発電機、系統周波数を監視して
前記出力制限値を補正する制限値補正手段とを備え、前
記制限値決定手段により決定した出力制限値を前記制限
値補正手段により補正して風力発電の出力制限を行うこ
とを特徴とする風力発電出力制限システム。 - 【請求項２】 前記制限値決定手段は、系統容量に対し
系統周波数が許容範囲となる出力変動容量と該出力変動
容量に対する風力発電の出力を演算し、系統規模から許
容される出力変動量以内になる風力発電の出力を求めて
出力制限値を決定することを特徴とする請求項１記載の
風力発電出力制限システム。 - 【請求項３】 前記制限値決定手段は、系統に並列する
発電機台数と前記出力変動量以内になる風力発電の出力
との関係を関数化したテーブルを持ち、系統に並列中の
発電機台数と発電機出力から求まる系統規模を基に前記
出力制限値を決定することを特徴とする請求項２記載の
風力発電出力制限システム。 - 【請求項４】 前記制限値補正手段は、系統に並列中の
発電機の出力を監視し、最低出力以下にならないように
出力制限値を補正することを特徴とする請求項１記載の
風力発電出力制限システム。 - 【請求項５】 前記制限値補正手段は、系統周波数を監
視し、一定時間における周波数の最大値と最小値との差
が設定値以内になるように出力制限値を補正することを
特徴とする請求項１記載の風力発電出力制限システム。 - 【請求項６】 前記制限値補正手段は、系統に並列中の
発電機の力率を監視し、一定力率以下とならないように
出力制限値を補正することを特徴とする請求項１記載の
風力発電出力制限システム。 - 【請求項７】 電力を調整可能な発電機を含む系統に並
列された風力発電の出力制限を行う風力発電出力制限方
法であって、系統容量に対して、系統周波数の許容範囲
内となる出力変動容量を演算し、該出力容量に対する風
力発電の出力を演算して、系統規模から許容される出力
変動量以内となるように風力発電の出力制限すると共
に、系統周波数、系統に並列中の発電機の出力、力率に
応じて前記出力制限を補正することを特徴とする風力発
電出力制限方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001125145A JP3461495B2 (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 風力発電出力制限システム及び方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001125145A JP3461495B2 (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 風力発電出力制限システム及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002325496A true JP2002325496A (ja) | 2002-11-08 |
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ID=18974417
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-
2001
- 2001-04-24 JP JP2001125145A patent/JP3461495B2/ja not_active Expired - Fee Related
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