JP2006174694A - 風力タービン発電機の制御方法および制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ウィンドファーム（１２）の出力ランプ速度を制御するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】ウィンドファーム（１２）は、複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）とウィンドファーム制御システム（４８）とを含む。ウィンドファーム制御システム（４８）は、風力タービン発電機（１４、１６、１８）の総出力電力の変化率をモニタし、風力タービン発電機（１４、１６、１８）の総出力電力のモニタ変化率と風力タービン発電機（１４、１６、１８）の所望総出力ランプとに基づいて電力出力率制限信号を生成しかつ該電力出力率制限信号を複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）に伝達することによって、総出力電力の変化率を制限するように動作可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、総括的には風力発電に関し、より具体的には複数の風力タービン発電機を有するウィンドファームの出力ランプ速度を制御する方法ならびにシステムに関する。

風力発電システムは一般的に、電力をユーティリティ・グリッド（公共電力網）に供給する複数の風力タービン発電機を有するウィンドファーム（風力発電所）を含む。ウィンドファームの総出力電力は一般的に、個々の風力タービン発電機に作用する風の状況によって大きな影響を受ける。多くの場合、ユーティリティは、その電気的負荷をバランスさせるために火力発電プラントなどの他の電力源を有し、これにより、断続的な風力状況時の風の状態における変動に適応している。火力発電プラントは、例えば石炭及びガス火力発電所を含むことができる。突風又は穏やかな風の状況によるウィンドファームの出力変動は通常、これら火力発電プラントの出力電力を調整することによって処理されて、需要に合致した比較的一定の全体出力（電力）を供給する。

しかしながら、火力発電プラントの出力電力を即時に変化させるのは困難な場合が多い。出力電力を変化させることはまた、「ランプ」させる(ramping)と言うこともある。火力発電機は、過度の熱応力を掛けずまた熱伝達構成部品の加熱及び冷却において必然的に生じる自然な遅延時間に対応したランプ速度を必要とするようにするのが望ましい。実例としては、石炭火力発電所は、低温状態からスタートして１２時間以上を必要とする場合があり、高温時においてさえ、その定格出力の０〜１００％からランプさせるのに２〜３時間かかることもある。このような火力発電機をランプダウンさせる場合には、プラント構成部品を損傷させる危険性を最少にするために、さらに遅いランプ速度を必要とすることさえある。一方、風の状況は、比較的より短い時間スパンで大きく変化する場合がある。従って、このような他の電力源の最大規定出力ランプ速度を考慮してウィンドファームの出力ランプ速度を制御するのが望ましい。

個々の風力タービン発電機の出力ランプ速度を現在の風速に応じて決まる最大出力値までのあらゆるレベルに制限することは可能である。このことは、出力ランプ速度が最大所望ランプ速度を超えないように出力電力の一部を削減することによって達成される。しかしながら、これは風力エネルギーの捕捉を制限することになり、ウィンドファームの有効なエネルギーコストを増大させる。さらに、出力ランプ速度制御は、このような方法によって個々の発電機に対してはある程度まで達成されているが、この問題は、ウィンドファームレベルではこれまで対処されていなかった。
米国特許出願公開第２００４／０２０７２０７号公報 欧州特許第０８４７４９６Ｂ１号公報

従って、個々の風力タービン発電機による風力エネルギーの捕捉を最大にするのを可能にしながら、ウィンドファームレベルにおいて送電システムオペレータが指定した制限値の範囲内で出力ランプ速度を制御する方法に対する必要性が存在する。

従って、本発明技術は、前述の問題に対処する新規な解決法を提供する。１つの態様では、複数の風力タービン発電機の総出力電力の変化率を調節する方法を提供する。本方法は、風力タービン発電機の総出力電力の変化率をモニタする段階と、電力出力率制限信号を生成することによって総出力電力の変化率を制限する段階とを含む。出力率制限信号は、風力タービン発電機の総出力電力のモニタ変化率と風力タービン発電機の所望総出力ランプとに基づいている。電力出力率制限信号は次に、複数の風力タービン発電機に適用される。

別の態様では、ウィンドファームを提供する。本ウィンドファームは、複数の風力タービン発電機とウィンドファーム制御システムとを含む。風力タービン発電機は、全体として電力をユーティリティ系統に供給するように作動可能である。ウィンドファーム制御システムは、風力タービン発電機のモニタ総出力ランプ速度とウィンドファームの所望ランプ速度とに基づいて電力出力率制限信号を生成するように動作可能である。制御システムは次に、電力出力率制限信号を風力タービン発電機に送信して個々の風力タービン発電機の１つ又はそれ以上の作動パラメータの変化率を制御する。

さらに別の態様では、ウィンドファーム制御システムを提供する。本ウィンドファーム制御システムは、中央制御装置を含む。制御装置は、複数の風力タービン発電機の総出力電力の変化率をモニタするように動作可能である。制御装置はまた、風力タービン発電機の総出力電力のモニタ変化率と風力タービン発電機の所望総出力ランプとに基づいて電力出力率制限信号を生成することによって該風力タービン発電機の総出力電力の変化率を制限する。制御装置は、電力出力率制限信号を複数の風力タービン発電機に伝達する。

また別の態様では、上記の機能を実行するようになったコードを含むコンピュータプログラム及びルーチンを提供する。

本発明のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、同様の符号が図面を通して同様の部分を表す添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むとき、一層良く理解されるようになるであろう。

本発明技術は、中央又は監視ウィンドファーム制御システムによって複数の風力タービン発電機を有するウィンドファームの出力ランプ速度（ｐｏｗｅｒ ｒａｍｐ ｒａｔｅ）を制御するためのシステム及び方法を提供する。本発明技術の態様によると、ウィンドファーム制御システムは、送電システムオペレータが設定した最大ランプ速度の範囲内でウィンドファームのランプ速度を制御するように動作可能である。このランプ速度というのは一般的に、例えば１分間のような一定時間分の時間窓にわたるウィンドファームの平均出力ランプ速度に対して適用する。一部の実施形態では、第２の（一般的により低速の）ランプ速度という限定は、例えば１０〜１５分間のような比較的長い時間分の第２の時間窓にわたるウィンドファームの平均出力ランプ速度に適用することにする。これらのランプ速度は、始動、正常運転及び停止を含む様々な運転範囲に適用することができる。出力ランプ速度の制御は、ウィンドファーム制御システムが個々の風力タービン発電機に伝達するランプ速度制限信号によって達成される。１つの実施形態では、ランプ速度制限信号は、ランプ速度コマンドを含む。別の実施形態では、ランプ速度制限信号は、出力設定値コマンド又はトルク設定値コマンドを含むことができる。図１〜図６を全体的に参照して、本発明技術の実施形態を以下に詳細に説明する。

図１は、本発明技術の態様による例示的な風力発電システム１０を示す。風力発電システム１０は、ユーティリティ２０に電力を供給するように作動可能な複数の風車（風力タービン）発電機１４、１６、１８を有するウィンドファーム１２を含む。加えて、ユーティリティ２０は、他の電力源２２から電力を受けて、断続的な風力状況によるウィンドファーム１２の出力電力の変動に適応することができる。他の電力源２２には、とりわけ、例えば火力、水力又は原子力発電所を含むことができる。

風力タービン発電機１４、１６、１８は、発電機３０、３２、３４のロータを駆動して発電する１つ又はそれ以上のブレードを有する風車ロータ（タービンロータ）２４、２６、２８を含む。発電機３０、３２、３４によって発電される電力（出力）は、中間電圧（中圧）配電網４２に結合される前にタービン変圧器３６、３８、４０によって電圧を上昇させることができる。図示した実施形態では、フィーダ４４を用いて、中圧配電網４２に供給するように風力タービン発電機１４、１６、１８の出力電力を結合する。典型的な使用法では、中圧配電網４２は、各々が複数の風力タービン発電機の出力電力を結合した複数のフィーダ（図示せず）からの電力を組合せる。発電所変圧器４６は一般的に、中圧配電網４２からの出力の電圧をユーティリティ２２で要求される送電電圧に上昇させるために用いられる。

図示した実施形態では、ウィンドファーム１２は、中央制御装置５０を備えたウィンドファーム制御システム４８を含む。図示した実施形態では、ウィンドファーム制御システム４８は、ウィンドファーム１２の総出力電力の変化率をモニタしかつ制御するように動作可能である。出力電力の変化率はまた、この説明においては、「出力ランプ速度」とも呼ぶ。ウィンドファーム制御システム４８はさらに、電圧及び電流センサ５２のような出力センサを含み、これら出力センサは、ウィンドファーム１２の総出力電力を感知するように構成され、発電所変圧器４６（図１に示す）の出力部又は中圧配電網４２の箇所のいずれかに接続することができる。

中央制御装置５０は、通信回線５４を介して個々の風力タービン発電機と通信するように構成され、これはハードウェア及びソフトウェアとして実行することができる。一部の実施形態では、通信回線５４は、当業者に公知のあらゆる有線又は無線通信プロトコルを使用して中央制御装置５０に又は該中央制御装置５０からデータ信号を遠隔的に通信するように構成することができる。このようなデータ信号には、例えば、中央制御装置５０に送信される個々の風力タービン発電機の作動状況を示す信号及び中央制御装置５０によって個々の風力タービン発電機に伝達される様々なコマンド信号を含むことができる。中央制御装置５０はさらに、中圧配電網４２と通信状態になるようにすることができ、またコンデンサ及びリアクトル（図示せず）のようなネットワーク４２の様々なスイッチング装置を制御して、送電システムオペレータが指定した仕様の範囲内でウィンドファーム１２の出力電力を制御するように動作可能とすることができる。

本発明技術によると、ウィンドファーム１２の出力ランプ速度の制御は、タービンレベルにおける出力ランプ速度限界（リミット）制御とウィンドファームレベルにおける監視制御とに分かれる。タービンレベルにおける出力ランプ速度リミット（限界値）の制御を図２及び図３を全体的に参照して説明する。

図２は、本発明技術の態様が適用できる例示的な風力タービン発電機の機能構成部品を示す。上述のように、風力タービン発電機１４は、発電機３０を駆動する、１つ又はそれ以上のブレード有するタービンロータ２４を含む。発電機３０は、グリッド６２に接続された巻線６０を有するステータ５８と可変周波数インバータのような電力変換器６８に接続された巻線６６を有するロータ６４とを含む。電力変換器６８は、ロータ巻線６６に励磁を生じさせるように作動可能である。電力変換器６８は、発電機によって生じる空隙トルク（発電機トルクとも呼ばれる）をロータ巻線６６に対する励磁を調整することによって制御するように構成される。電力変換器６８によって生じる励磁は、タービン制御装置７０によって送信されたトルクコマンド信号に基づいている。１つの実施形態では、タービン制御装置７０は、発電機３０のトルクコマンドを決定するように構成されたトルク制御アルゴリズムを実行するように動作可能なプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）を含むことができる。発電機に対するトルクコマンドは一般的に、風速の関数であり、所定の風速でタービン性能を最大にするようになっている。当業者には公知のように、発電機の出力電力は、発電機速度と発電機トルクとの積である。従って、速度が分かっている場合、所望の出力ランプ速度を維持するようにトルクを調整することができる。タービン制御装置７０はまた、タービンブレードのピッチ（すなわち、ブレードに対する風の迎え角）を調節することによって発電機速度を制御するように動作可能とすることができる。このことは、ハードウェア／ソフトウェアとして実行することができるピッチ制御機構を介してタービン制御装置７０によって達成される。

図３は、本発明技術によるタービンレベルランプ速度制御機構７２を示す。出力ランプ速度のタービンレベル制御は、個々の風力タービン発電機のタービン制御装置によってハードウェア及び／又はソフトウェアとして実行することができる。図示した実施形態では、タービンレベル制御機構７２の機能ブロックは、トルクコマンド信号（Ｔ^＊）がタービン制御装置によって生成された後であってかつ実トルクコマンド信号（Ｔ^＊＊）が電力変換器によって受信される前に実行される。下に述べるように、タービンレベル制御機構７２は、トルクコマンド信号の変化率を制限し、それによって発電機トルクの変化率を制御するように動作可能である。

タービンレベルランプ速度制御機構７２は、電力変換器で受信した実トルクコマンド信号（Ｔ^＊＊）の変化率を制限しかつ積分制御システムのような閉ループフィードバック制御システムを用いることによって、生成トルクコマンド信号（Ｔ^＊）と電力変換器で受信した実トルクコマンド信号（Ｔ^＊＊）との間の誤差（ｅ）を最少にするように動作する。図示するように、誤差（ｅ）は、差分接続部７４において得られる。誤差（ｅ）は、ブロック７５において既知のゲイン（Ｋ）によって増幅された後に、ブロック７６において時間に関して積分されてランプ信号７７を生成し、このランプ信号７７が、実トルクコマンド信号（Ｔ^＊＊）として電力変換器に伝達される。

積分器７６への入力７８は、電力変換器で受信した実トルクコマンド信号（Ｔ^＊＊）の変化率を表し、従って発電機の出力ランプ速度も表す。本発明技術の態様によると、発電機の出力ランプ速度は、速度リミッタ（速度制限器）８０により積分器７６への入力を制限することによって制御される。速度リミッタ８０は、該速度リミッタ８０の出力７８が該速度リミッタ８０の上限により定まる最大値によって制限されるように構成される。つまり、速度リミッタ８０の出力７８は、入力８２が該上限を超えるまでは該速度リミッタ８０への入力８２に等しいものとなり、入力８２が該上限を超えた場合には、速度リミッタ８０の出力７８は、ほぼ一定でありかつ上限値に等しいものになる。１つの実施形態では、速度リミッタ８０の上限は、後の章で詳細に説明する、ウィンドファーム制御システム４８によって生成されるランプ速度コマンド信号（△ｒｒ）に基づいた速度制限信号（ｒｒ^＊＊）によって制限される。ランプ速度コマンド信号（△_ｒｒ）は、送電システムオペレータが設定したウィンドファーム１２の所望の長期及び短期出力ランプ速度に基づいている。従って、ウィンドファーム制御システム４８によりランプ速度コマンド信号（△_ｒｒ）を調整することによって個々の風力タービン発電機の最大出力ランプ速度を制御することが可能になる。図示した実施形態では、速度制限信号（ｒｒ^＊＊）によりリミッタ８０の上限を設定することによって、発電機のトルク出力の変化率は、発電機出力電力の変化率がウィンドファーム制御システム４８によって設定したランプ速度限界値を超えないように制御することができる。一部の実施形態では、速度リミッタ８０はまた、発電機の最大規定負出力ランプ速度を表す下限（−ｒｒ_ｍａｘ）を含むことができる。

図示したフィードバック制御システムは、実トルクコマンド（Ｔ^＊＊）が生成トルクコマンド（Ｔ^＊）に近づくように経時的な誤差（ｅ）を最少にするようになっている。定常状態では、誤差（ｅ）がゼロに近づき、電力変換器で受信されるほぼ一定のトルクコマンド信号（Ｔ^＊＊）が生成される。誤差（ｅ）が、ゼロに近づく速度は、ゲインＫの値に応じて決まる。従って、ゲインＫは、トルクコマンド信号における変動に対して所望の高速の閉ループ応答を行うのに充分な大きい値を有するように選択される。一部の実施形態では、出力ランプ速度のタービンレベル制御における上述の方法は、速度制限信号により出力コマンドを制限することによって達成することができる。次ぎに、トルク及び速度設定値が、出力設定値に基づいて算出され、それぞれ電力変換器及びピッチ制御システムに適用される。

ウィンドファーム制御システム４８は、図４に示す監視ランプ速度制御機構８４によってウィンドファームレベルにおいて風力タービン発電機の総出力電力の変化率を制御するように構成される。１つの実施形態では、監視ランプ速度制御機構の機能ブロックは、中央制御装置５０によって実行される。監視ランプ速度制御機構８４は、低速ランプ制御機構８６と高速ランプ制御機構８８とを含む。低速ランプ制御機構８６は、ウィンドファーム１２の平均ランプ速度を送電システムオペレータが規定した限界値の範囲内に維持しながら、ウィンドファーム１２のエネルギー生成を最大にするようになったランプ速度要求値信号（ｒｒ^＊）を生成するように動作可能である。高速ランプ制御機構８８は、測定ウィンドファームランプ速度をランプ速度要求値信号（ｒｒ^＊）と比較しかつタービンレベルにおいて要求値レベルを維持するように出力ランプ速度を調整することによって動作する。低速ランプ制御機構８６及び急速ランプ制御機構８８を以下にさらに詳細に説明する。

低速ランプ制御機構８６は、出力センサ５２で感知したウィンドファーム出力電力をモニタしかつ第１の時間窓における第１の規定平均ランプ速度と第２の時間窓における第２の規定平均ランプ速度とに基づいてランプ速度要求値（ｒｒ^＊）を算出するように構成されたランプ速度アルゴリズム９０を含む。図示した実施形態では、第１及び第２の時間窓は、それぞれ１分間及び１０〜１５分間の継続時間を含むように選択される。第１の規定平均ランプ速度は一般的に、第２の規定平均ランプ速度よりも大きい。従って、第１及び第２の規定平均ランプ速度はまた、本説明ではそれぞれ高速ランプ速度（ｒｒ_ｍｘ）及び低速ランプ速度（ｒｒ_ｍｎ）とも呼ぶ。高速ランプ速度（ｒｒ_ｍｘ）及び低速ランプ速度（ｒｒ_ｍｎ）は一般的に、送電システムオペレータが規定する。

しばらく図５を参照すると、本発明技術の態様による例示的なランプ速度アルゴリズム９０を示している。アルゴリズムは、ステップ９２において入力として高速ランプ速度（ｒｒ_ｍｘ）と低速ランプ速度（ｒｒ_ｍｎ）とを受ける。ステップ９４において、アルゴリズム９０は、ウィンドファームの瞬間測定出力電力（Ｐ_ｎ）に対応する入力を受け、ここで、ｎは高速サンプリング間隔（例えば、１分間）である。次ぎに、ステップ９６において、アルゴリズム９０は、移動時間の終わりにおける予測ウィンドファーム出力電力（Ｐｔ_ｍ＋ｎ）を求め、ここで、ｍは第２の時間窓の長さ（一般的には、１分間隔での１０〜１５分間）である。予測ウィンドファーム出力電力（Ｐｔ_ｍ＋ｎ）は、ｎ番目の間隔におけるウィンドファームの瞬間測定出力電力（Ｐ_ｎ）と規定低速ランプ速度（ｒｒ_ｍｎ）とに基づいて求められる。ステップ９８において、ウィンドファーム出力電力の予測変化率（△Ｐ_ｎ）は、瞬間測定出力電力（Ｐ_ｎ）と次のサンプリング間隔における（すなわち、サンプリング間隔ｎ＋１における）前に算出した予測ウィンドファーム出力電力（Ｐｔ_ｎ＋１）との間の差異に基づいて求められる。ステップ１００において、ウィンドファーム出力電力の予測変化率（△Ｐ_ｎ）が規定高速ランプ速度（ｒｒ_ｍｘ）よりも低いか又は規定高速ランプ速度に等しい場合には次ぎに、ステップ１０２において、ウィンドファーム出力電力の予測変化率（△Ｐ_ｎ）と値が等しくなるようにランプ速度要求値（ｒｒ^＊）が割り当てられる。上記のことが当てはまらない場合には、ステップ１０４において規定高速ランプ速度（ｒｒ_ｍｘ）と値が等しくなるようにランプ速度要求値（ｒｒ^＊）が割り当てられる。その後、上記のステップは、後続のサンプリング間隔（ｎ＋１）において繰り返される。従って、ランプ速度アルゴリズム９０によって決定されるランプ速度要求値（ｒｒ^＊）は、規定高速ランプ速度（ｒｒ_ｍｘ）に等しい最大値によって制限されかつ規定低速ランプ速度（ｒｒ_ｍｎ）に基づいてターゲット又は予測ウィンドファーム出力電力を生成するように構成される。

戻って図４を参照すると、高速ランプ制御機構８８は、こうして確定したランプ速度要求値（ｒｒ^＊）をランプ速度コマンド信号（△ｒｒ）として個々の風力タービン発電機に伝達するように動作可能である。これは、フィードバック制御ループ１０８と補正ループ１１０とによって達成される。フィードバック制御ループ１０８は、ランプ速度要求値（ｒｒ^＊）とウィンドファーム１２の実出力ランプ速度との間の誤差を減少させるような閉ループ応答を行うように構成される。ウィンドファーム１２の実出力ランプ速度１２２は、ランプ速度推定モジュール１１２によって確定される。１つの実施形態では、ランプ速度推定モジュール１１２は、感知ウィンドファーム出力電力の変化率のローリング平均値を求めるようになったアルゴリズムを含むことができる。接続部１１４において、ランプ速度要求値（ｒｒ^＊）とブロック１１２で推定した実ウィンドファームランプ速度１２２との間の差異に基づいて信号１１６が生成される。閉ループ応答は、積分制御装置１１８によって達成され、積分制御装置は既知のゲイン（Ｋｒ）で信号１１６を増幅しかつ得られた信号を時間に関して積分する。ゲイン（Ｋｒ）は、ウィンドファーム１２におけるランプ速度の乱れに対する適度に高速の閉ループ応答を行うように調整される。

タービン製造者が設定した最大及び最小瞬間ランプ速度を図３及び図４においてそれぞれｒｒ_ｍａｘ及びｒｒ_ｍｉｎとして示す。一般的には、ｒｒ_ｍａｘ≧ｒｒ_ｍｘ≧ｒｒ_ｍｎ≧ｒｒ_ｍｉｎとなる。本発明技術の１つの態様によると、積分制御装置１１８の出力信号１１９は、図４に示すように、これらの最大値と最小値との間の差異に等しい上限値によって制限される。この出力信号１１９は次ぎに、ランプ速度コマンド信号（△ｒｒ）としてウィンドファーム１２に伝えられる。１つの実施形態では、ランプ速度コマンド信号（△ｒｒ）は、上述のように、中央制御装置５０によって通信回線５４を介してウィンドファーム１２の個々のタービン制御装置に伝達され、この通信回線５４は有線又は無線遠隔通信回線を含むことができる。

図３に示すように、ランプ速度コマンド信号（△ｒｒ）は、接続部１２０において最小規定ランプ速度（ｒｒ_ｍｉｎ）と加え合わされて個々のタービン制御装置のためのランプ速度制限信号（ｒｒ^＊＊）を生成する。従って、ランプ速度制限信号（ｒｒ^＊＊）は、（ｒｒ_ｍｉｎ）によって定まる最小値よりも大きいか又は等しくなるように設計される。従って、ランプ速度コマンド（△ｒｒ）がゼロに近づくと、風力タービン発電機が取得可能な最大出力ランプ速度は、ウィンドファーム１２の最小瞬間ランプ速度（ｒｒ_ｍｉｎ）に等しくなる。本発明技術の態様によると、△ｒｒ＞０の場合での正常運転時、ウィンドファーム１２の一部の風力タービン発電機は、その出力電力を最小規定速度（ｒｒ_ｍｉｎ）よりも大きい速度で上昇させることができると同時に、他の一部の風力タービン発電機は、それらのタービンにおける局所的風力状況で決まる比較的より低速の（又は負の）ランプ速度で作動して、ウィンドファーム１２の平均ランプ速度は、送電システムオペレータが設定した高速又は低速平均ランプ速度を超えないようになる。上記の特徴により、ウィンドファームレベルにおいて送電システムオペレータが規定したランプ速度を維持しながら個々の風力タービン発電機による風力エネルギーの捕捉を最大にすることが可能になる。このことは、風力状況が個々の風力タービン発電機の間で著しく変化する大型ウィンドファームにおいて特に利点がある。

戻って図４を参照すると、実ウィンドファーム出力ランプ速度１２２がランプ速度要求値（ｒｒ^＊）を超えると、接続部１１４で得られた出力１１６は、負となる。従って、閉ループ制御機構１０８は、ウィンドファーム出力電力１２２がランプ速度（ｒｒ^＊）に近づくように、ランプ速度要求値（ｒｒ^＊）を減少させる。しかしながら、このような場合には、１分間のより小さい時間窓にわたって平均したウィンドファームランプ速度は、送電システムオペレータが指定した高速ランプ速度（ｒｒ_ｍｘ）よりも大きくなる傾向がある。補正ループ１１０は、ランプ速度要求値（ｒｒ^＊）を調整して、１分間の時間窓にわたる平均ウィンドファーム出力ランプ速度の修正を行うように動作可能である。図示した実施形態では、接続部１２４において、ランプ速度要求値（ｒｒ^＊）と実ウィンドファーム出力ランプ速度１２２との間の差異に基づいて信号１２６が生成される。信号１２６は、ゲイン（Ｋａ）で増幅されかつ積分制御装置１２８によって積分される。積分制御装置１２８は、信号１２６が負の値を含む場合にのみ出力１３０を生成するように構成される。このことは、積分制御装置１２８の上限値をゼロに設定することによって達成される。従って、実ウィンドファーム出力ランプ速度１２２が、ランプ速度要求値（ｒｒ^＊）を超えると、負の値を含む信号１３０は、接続部１１４においてランプ速度要求値（ｒｒ^＊）と実ウィンドファーム出力電力１２２との間の差異と加え合わされる。これにより、フィードバック制御機構１０８への入力１１６が付加的な負の成分を有することになり、このことはさらに、１分間時間分にわたって平均した場合に平均ウィンドファームランプ速度が１分間時間窓にわたる規定高速ランプ速度に従うように、風力出力電力１２２をランプ速度要求値（ｒｒ^＊）以下に低下させる傾向になる。図６を参照して、補正ループ１１０の動作をさらに説明する。

図６は、本発明技術の態様による経時的なランプ速度要求値と実ウィンドファームランプ速度とにおける例示的な変動を示す。所望ランプ速度（ｒｒ^＊に対応する）は全体として線１３２で表し、実ウィンドファーム出力電力における対応する変動は、全体として線１３４で表している。図示するように、実ウィンドファーム出力ランプ速度がランプ速度要求値（正の領域１３６で表す）以上に増大すると、補正ループ１１０は、補正信号１３０によってウィンドファームランプ速度を調整し、実出力電力をランプ速度要求値（負の領域１３８で表す）以下に低下させて、１分間時間分にわたる領域１３６及び１３８の算術合計がゼロになるようにする。従って、補正ループ１１０は、ウィンドファーム出力ランプ速度を調節して１分間窓にわたる高速ランプ速度に従うようにするように構成される。

明らかなように、上述の方法は、送電システムオペレータが規定した短期及び長期ランプ速度を順守するようにウィンドファームの集合特性を管理するウィンドファーム出力ランプ速度の協調制御を提供する。説明した方法はさらに、個々の風力タービン発電機がウィンドファームの所望総ランプ速度以上又は以下で作動するのを可能にすることによってウィンドファームによる風力エネルギーの捕捉を最大にするようにする。

さらに明らかなように、上述の方法は、これらのプロセスを実施するためのコンピュータ又は制御装置実行型の方法及び装置の形態を取ることができる。本発明技術の態様はまた、例えばフロッピー(登録商標）小型ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードドライブ又は他のあらゆるコンピュータ可読記憶媒体のような有形媒体内に具体的に表現した命令を含むコンピュータプログラムコードの形態として具現化することができ、その場合、コンピュータプログラムコードがコンピュータ又は制御装置内に搭載されかつそれらによって実行されたとき、コンピュータは本発明を実施する装置となる。説明した方法はさらに、例えば憶媒体内に記憶され、コンピュータ又は制御装置内に搭載されかつ／又はそれらによって実行され、或いは電線又はケーブルで、光ファイバを通して又は電磁放射線によってのような何らかの伝送媒体で送信されるかのいずれかのようなコンピュータプログラムコード又は信号の形態として具現化することができ、その場合、コンピュータプログラムコードがコンピュータ内にロードされかつ実行されたとき、コンピュータは本発明を実行する装置となる。汎用マイクロプロセッサに実装されたとき、コンピュータプログラムコードセグメントは、特定ロジック回路を形成するようにマイクロプロセッサを構成する。

本明細書では本発明の一部の特徴のみを例示しかつ説明してきたが、当業者は多くの修正及び変更に想到するであろう。従って、特許請求の範囲は、全てのそのような修正及び変更を本発明の技術思想の範囲内に属するものとして保護しようとするものであることを理解されたい。

本発明技術の態様による風力発電システムの概略図。 本発明技術の態様が適用できる風力タービン発電機の概略図。 本発明技術によるタービンレベルランプ速度制御機構の概略図。 本発明技術によるランプ速度監視制御機構の概略図。 高速ランプ速度及び低速ランプ速度に基づいてランプ速度コマンドを算出する例示的なアルゴリズムを示すフローチャート。 本発明技術の態様によるランプ速度要求値の経時的な変動と経時的な実ウィンドファームランプ速度とを示すグラフ図。

符号の説明

１０ 風力発電システム
１２ ウィンドファーム
１４、１６、１８ 風力タービン発電機
２０ ユーティリティ
２２ 他の電力源
２４、２６、２８ タービンロータ
３０、３２、３４ 発電機
３６、３８、４０ タービン変圧器
４２ 中圧配電網
４４ フィーダ
４６ 発電所変圧器
４８ ウィンドファーム制御システム
５０ 中央制御装置
５２ Ｖ．Ｉセンサ
５４ 通信回線

Claims (10)

1. 複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）の総出力電力の変化率を調節する方法であって、
   前記複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）の総出力電力の変化率をモニタする段階と、
   前記風力タービン発電機（１４、１６、１８）の総出力電力の前記モニタ変化率と前記風力タービン発電機（１４、１６、１８）の所望総出力ランプとに基づいて電力出力率制限信号を生成しかつ前記電力出力率制限信号を前記複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）に適用することによって、該複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）の総出力電力の変化率を制限する段階と、
   を含む風力タービン発電機の制御方法。
2. 前記電力出力率制限信号を生成する段階が、第１の時間分にわたる第１の所望総出力ランプ速度と前記第１の時間分よりも長い第２の時間分にわたる第２の所望総出力ランプ速度とに基づいてランプ速度要求値を決定する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記決定したランプ速度要求値が、前記風力タービン発電機（１４、１６、１８）の出力電力の総変化率が前記第１の時間分にわたる前記第１の所望総出力ランプ速度を超えずかつ前記第２の時間分にわたる前記第２の所望総出力ランプ速度を超えないように、該風力タービン発電機（１４、１６、１８）の総出力電力を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記第１の所望総出力ランプ速度が、前記第２の所望総出力ランプ速度よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 前記電力出力率制限信号を適用する段階が、閉ループ積分フィードバック制御システムにより、最大ランプ速度値と最小ランプ速度値とによって制限されたランプ速度要求値を前記複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）に伝達する段階を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
6. 前記電力出力率制限信号を適用する段階が、前記第１の時間分にわたる前記複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）の平均ランプ速度応答に対する修正を行うように前記ランプ速度要求値を調整する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記電力出力率制限信号によって前記風力タービン発電機の作動パラメータの変化率を制限する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記作動パラメータが、発電機出力、発電機トルク又はそれらの組合せを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）の総出力電力の変化率をモニタし、前記風力タービン発電機（１４、１６、１８）の総出力電力の前記モニタ変化率と前記風力タービン発電機（１４、１６、１８）の所望総出力ランプとに基づいて電力出力率制限信号を生成しかつ前記電力出力率制限信号を前記複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）に伝達することによって、該複数の風力タービン発電機（１４、１６、１８）の総出力電力の変化率を制限するように動作可能な中央制御装置（５０）を含むことを特徴とする風力タービン発電機の制御システム（４８）。
10. 前記中央制御装置（５０）が、第１の時間分にわたる第１の所望総出力ランプ速度と前記第１の時間分よりも長い第２の時間分にわたる第２の所望総出力ランプ速度とに基づいてランプ速度要求値を決定するように動作可能であることを特徴とする請求項９記載のウィンドファーム制御システム（５０）。

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