JP2013181440A - 風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ある所定期間における平均出力を要求出力以下に抑えるような要求が系統側から通知された場合に、所定期間における平均出力を可能な限り要求出力に近づけることを目的とする。
【解決手段】所定期間における連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、該要求出力を該所定期間で積分して第１目標電力量を設定する１設定部３１と、所定期間における連系点の出力を積算する積算部３２と、積算部３２の出力積算値が第１目標電力量に達した場合に、各風車に対して出力をゼロとする指令を出力する出力制御部３３とを具備する風力発電システムの制御装置を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は、風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法に関するものである。

複数の風車を有する風力発電システム（ウィンドファーム）においては、ある所定期間における風力発電システムの平均出力を要求出力以下とするように、系統側から要求されることがある。
例えば、特許文献１には、異なる地点のウィンドファーム間で、それぞれに設定された発電上限値と、発電電力の情報を交換し合い、ウィンドファームの合計が発電上限値の合計に収まるように、発電電力を制御する方法が開示されている。

特開２００９−１５６１７１号公報

ところで、系統側からある所定期間における平均出力を要求出力以下に抑えるような要求を受けた場合、例えば、図１８に示すように、連系点における出力が要求出力となるように各風車の出力を継続的に制限することでその要求に応じることが考えられる。
しかしながら、このような方法を採用した場合、風車の出力は風況に応じて変化することから、風況によっては、所定期間における電力供給量が要求出力を大きく下回ることも予想される。したがって、この方法は、売電収入の観点から必ずしも効果的とはいえない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ある所定期間における平均出力を要求出力以下に抑えるような要求が系統側から通知された場合に、所定期間における平均出力を可能な限り要求出力に近づけることのできる風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、複数の風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムに適用される制御装置であって、所定期間における前記連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、該要求出力を前記所定期間で積分して第１目標電力量を設定する第１設定手段と、前記所定期間における前記連系点の出力を積算する積算手段と、前記所定期間内において、現在の前記積算手段の出力積算値と、現在から前記所定期間経過時までの期間において各前記風車を所定の第１出力値で運転した場合の前記連系点の推定出力積算値との合計が前記第１目標電力量に達したか否かを判定し、前記出力積算値と前記推定出力積算値との合計が前記第１目標電力量に達した場合に、各前記風車に対して出力を前記第１出力値とする指令を出力する出力制御手段とを具備する風力発電システムの制御装置を提供する。

本発明によれば、所定期間における連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、要求出力と所定期間とから第１目標電力量を算出するとともに、連系点における出力の積算を開始する。そして、出力制御手段においては、所定期間内において、現在の積算手段の出力積算値と、現在から所定期間経過時までの期間において各風車を所定の第１出力値で運転した場合の連系点の推定出力積算値との合計が算出され、この合計が第１目標電力量に達した場合に、各風車に対して出力を第１出力値とする指令を出力する。
これにより、系統側から指示された所定期間における平均出力を確実に要求出力以下とすることが可能となる。また、風況が好ましくなく、所定期間経過時における出力積算値が第１目標電力量に達しないような場合には、結果的に、所定期間において、風車に出力制限をかけずに運転を行わせることができる。

上記風力発電システムの制御装置において、前記第１出力値はゼロであり、前記出力制御手段は、前記積算手段による出力積算値が前記第１目標電力量に達した場合に、各前記風車に対して出力をゼロとする指令を出力することとしてもよい。
このように、第１出力値をゼロに設定することで、出力制御手段における演算処理を簡素化することが可能となる。

上記風力発電システムの制御装置において、前記第１出力値は、各前記風車が連続運転可能な最小の出力値に設定されていてもよい。

このように、第１出力値として風車が連続運転可能な最小の出力値を設定しておくことで、所定期間経過後において、速やかに通常運転に復帰させることが可能となる。

上記風力発電システムの制御装置は、前記第１目標電力量よりも小さい第２目標電力量を設定する第２設定手段を備え、前記出力制御手段は、前記積算手段による前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した場合に、前記連系点における目標出力を徐々に減少させることとしてもよい。

このようにすることで、第１目標電力量よりも小さい第２目標電力量を設定し、出力積算値が第２目標電力量に達した場合に、目標出力を徐々に低減させるので、連系点における出力を緩やかにゼロまたは所定の値に近づけることが可能となる。

上記風力発電システムの制御装置において、前記出力制御手段は、前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した時点における前記連系点の出力が前記所定期間経過時において連系第１出力値となるような一次関数の目標出力を設定することとしてもよい。ここで、前記連系第１出力値は、各前記風車を前記第１出力値で運転した場合の前記連系点における出力値である。

上記風力発電システムの制御装置において、前記出力制御手段は、前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した時点における前記連系点の出力を所定のレートで減少させるような目標出力を設定することとしてもよい。

本発明は、複数の風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムに適用される制御装置であって、所定期間における前記連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、該要求出力を前記所定期間で積分して第１目標電力量を設定する第１設定手段と、前記所定期間を含む風況予測情報から前記所定期間における出力予測曲線を作成する出力予測手段と、前記出力予測曲線を用いて、前記所定期間における出力積算値が前記第１目標電力量となるような目標出力を設定する出力制御手段とを具備する風力発電システムの制御装置を提供する。

本発明によれば、所定期間における風況予測情報を用いて連系点における出力予測曲線を作成し、この出力予測曲線を用いて所定期間における出力積算値が第１目標電力量となるような目標出力を設定するので、所定期間における平均出力を確実に要求出力以下とすることが可能となる。

本発明は、複数の風車と、上記のいずれかに記載の風力発電システムの制御装置とを具備する風力発電システムを提供する。

本発明は、複数の風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムに適用される制御方法であって、所定期間における前記連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、該要求出力を前記所定期間で積分して第１目標電力量を設定する第１設定過程と、前記所定期間における前記連系点の出力の積算値である出力積算値を算出する積算過程と、前記所定期間内において、現在の前記出力積算値と、現在から前記所定期間経過時までの期間において各前記風車を所定の第１出力値で運転した場合の前記連系点の推定出力積算値との合計が前記第１目標電力量に達したか否かを判定し、前記出力積算値と前記推定出力積算値との合計が前記第１目標電力量に達した場合に、各前記風車に対して出力を前記第１出力値とする指令を出力する出力制御過程とを含む風力発電システムの制御方法を提供する。

上記風力発電システムの制御方法において、前記第１出力値はゼロであり、前記出力制御過程は、前記出力積算値が前記第１目標電力量に達した場合に、各前記風車に対して出力をゼロとする指令を出力することとしてもよい。

上記風力発電システムの制御方法において、前記第１出力値は、各前記風車が連続運転可能な最小の出力値に設定されていてもよい。

上記風力発電システムの制御方法は、前記第１目標電力量よりも小さい第２目標電力量を設定する第２設定過程を含み、前記出力制御過程は、前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した場合に、前記連系点における目標出力を徐々に減少させることとしてもよい。

上記風力発電システムの制御方法において、前記出力制御過程は、前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した時点における前記連系点の出力が前記所定期間経過時において連系第１出力値となるような一次関数の目標出力を設定してもよい。ここで、前記連系第１出力値は、各前記風車を前記第１出力値で運転した場合の前記連系点における出力値である。

上記風力発電システムの制御方法において、前記出力制御過程は、前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した時点における前記連系点の出力を所定のレートで減少させるような目標出力を設定することとしてもよい。

本発明は、複数の風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムに適用される制御方法であって、所定期間における前記連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、該要求出力を前記所定期間で積分して第１目標電力量を設定する第１設定過程と、前記所定期間を含む風況予測情報から前記所定期間における出力予測曲線を作成する出力予測過程と、前記出力予測曲線を用いて、前記所定期間における出力積算値が前記第１目標電力量となるような目標出力を設定する出力制御過程とを含む風力発電システムの制御方法を提供する。

本発明によれば、ある所定期間における平均出力を要求出力以下に抑えるような要求が系統側から通知された場合に、所定期間における平均出力を可能な限り要求出力に近づけることができる。これにより、可能な限りの電力を系統側に供給することができ、売電収入の落ち込みを抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る風力発電システムの全体構成を示す図である。 図１に示した風車の外観図である。 図１に示した風車の電気的構成を概略的に示した模式図である。 図１に示した中央制御装置のハードウェア構成の一例を示した図である。 中央制御装置が備える各種機能のうち、所定期間における連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に作動する出力制御機能の機能ブロック図を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る出力制御を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る中央制御装置が備える出力制御機能の機能ブロック図を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る出力制御を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る中央制御装置が備える出力制御機能の機能ブロック図を示した図である。 本発明の第３実施形態に係る出力制御を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る出力制御を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る出力制御の他の例を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る出力制御の他の例を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係る中央制御装置が備える出力制御機能の機能ブロック図を示した図である。 変換情報の一例を示した図である。 出力予測曲線の一例を示した図である。 本発明の第４実施形態に係る出力制御を説明するための図である。 従来の出力制御の例を示した図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る風力発電システムの全体構成を示す図である。図１に示されるように、風力発電システム１は、複数の風車１０−１，・・・，１０−ｎ（以下、全ての風車を示すときは単に符号「１０」を付し、各風車を示すときは符号「１０−１」、「１０−ｎ」等を付す。）と、各風車１０に対して出力指令を与える中央制御装置２とを備えている。

本実施形態において、全ての風車１０は、風速に応じて回転速度を制御可能な可変速風車とされている。図２は、風車１０の外観図、図３は風車１０の電気的構成を示した模式図である。
図２に示すように、風車１０は、基礎５上に立設されるタワー６と、タワー６の上端に設置されるナセル７と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル７に設けられるロータヘッド８とを有している。

ロータヘッド８には、その回転軸線周りに複数のブレード９が放射状に取り付けられている。ブレード９は、運転条件に応じてロータヘッド８に対して回動可能なように連結されており、ピッチ角が変化可能とされている。

図３に示すように、ロータヘッド８の回転軸２１には、増速機２２および発電機２３が機械的に連結されている。発電機２３は、同期発電機であってもよいし、誘導発電機であってもよい。また、増幅機２２は設けられていなくてもよい。

ロータヘッド８の回転軸線方向からブレード９に当たった風の力によってロータヘッド８が回転軸周りに回転させられ、その回転力が増速機２２により増速されて、発電機２３に伝達され、電力に変換される。発電機２３の発電電力は、電力変換部２４により電力系統３に応じた電力に変換され、図１に示した連系点Ａを通じて電力系統３へ供給される。
上記電力変換部２４の制御、ブレード９のピッチ角制御等は、各風車に対応してそれぞれ設けられた風車制御装置２０によって行われ、これにより各風車の出力が制御される。

中央制御装置２は、コンピュータを有しており、例えば、図４に示すように、ＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１が実行するプログラム等を記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）１２と、各プログラム実行時のワーク領域として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）１３と、大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（HDD）１４と、ネットワークに接続するための通信インターフェース１５とを主な構成として備えている。これら各部は、バス１８を介して接続されている。また、中央制御装置２は、外部記憶装置が装着されるアクセス部、キーボードやマウス等からなる入力部、およびデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部などを備えていてもよい。

上記ＣＰＵ１１が実行するプログラム等を記憶するための記憶媒体は、ＲＯＭ１２に限られない。例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等の他の補助記憶装置であってもよい。

図５は、中央制御装置２が備える各種機能のうち、所定期間における連系点Ａの平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に作動する出力制御機能の機能ブロック図を示した図である。図５に示した各部によって実現される処理は、上述したＣＰＵ１１がＲＯＭ１２に格納されているプログラムをＲＡＭ１３に読み出して実行することにより実現される。

図５に示すように、中央制御装置２は、第１設定部３１、積算部３２、及び出力制御部３３を備えている。
第１設定部３１は、系統側から通知された所定期間Ｔの情報及び要求出力Ｐを入力情報として取得すると、これらの情報を用いて第１目標電力量を設定する。例えば、第１設定部３１は、要求出力Ｐ（ｋＷ）を所定期間Ｔ（ｈ）で積分することにより、第１目標電力量を設定する。すなわち、第１目標電力量Ｗｔは、以下の（１）式で得られる。

Ｗｔ＝Ｐ（ｋＷ）×Ｔ（ｈ） （１）

第１設定部３１により設定された第１目標電力量は、出力制御部３３に出力される。
積算部３２は、所定期間Ｔの開始時から連系点Ａにおける出力を積算し、出力積算値を出力制御部３３に出力する。
出力制御部３３は、積算部３２から入力される出力積算値が第１設定部３１によって設定された第１目標電力量に達したか否かを判定し、第１目標電力量に達した場合に、各風車１０に対して出力をゼロとする出力指令を出力する。
これにより、全ての風車１０の出力がゼロとなることにより、連系点Ａにおける出力もゼロとなる。

このような風力発電システム１では、例えば、図６に示すように時刻ｔ０から所定期間Ｔにおける平均出力を要求出力Ｐ以下とする要求が系統側から通知されると、第１設定部３１により第１目標電力量Ｗｔ（＝Ｐ×Ｔ）が設定され、所定期間Ｔの開始時ｔ０から積算部３２による連系点Ａの出力の積算が開始される。

出力制御部３３は、積算部３２から通知される出力積算値と第１目標電力量Ｗｔとを比較し、例えば、図６の時刻ｔ１で出力積算値が第１目標電力量Ｗｔに達すると、各風車１０に対して出力をゼロとする出力指令を出力する。

これにより、図６の時刻ｔ０からｔ１までの期間においては、各風車における出力制限が行われず、風速等に応じた通常の制御が行われる。例えば、風速が定格風速に達していない風車については風速に応じた部分負荷運転が行われ、風速が定格風速に達している風車については出力を定格で一定とする定格運転が行われる。なお、出力積算値が第１目標電力量Ｗｔに達するまでの期間（図６の時刻ｔ０からｔ１）における各風車の運転制御は上記例に限定されず、他の運転制御が適用されてもよい。

そして、図６の時刻ｔ１において出力積算値が第１目標電力量Ｗｔに達することにより、各風車１０に出力をゼロとする出力指令が発せられると、各風車１０において出力をゼロとする制御が行われる。これにより、時刻ｔ０から少し遅れて連系点Ａの出力がゼロとなり、所定期間Ｔが経過するまで出力がゼロに維持される。
なお、図６において、細線で示した曲線は、風速に応じて出力を行う場合を想定した連系点Ａの出力を示しており、太線は連系点Ａにおける出力を示している。

以上のように、本実施形態に係る風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法によれば、所定期間における連系点Ａの平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、要求出力と所定期間とから第１目標電力量Ｗｔを算出するとともに、所定期間Ｔの開始時から連系点Ａにおける出力の積算を開始し、連系点Ａにおける出力積算値が第１目標電力量Ｗｔに達した場合に各風車に対して出力をゼロとする出力指令を送信して、連系点Ａにおける出力をゼロにさせる。

これにより、系統側から指示された所定期間Ｔにおける平均出力を確実に要求出力Ｐ以下とすることが可能となる。また、風況が好ましくなく、所定期間Ｔの経過時における出力積算値が第１目標電力量Ｗｔに達していないような場合には、結果的に、所定期間を通して、風車に出力制限をかけずに運転を行わせることが可能となる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法について、図面を参照して説明する。
上述した第１実施形態においては、出力積算値が第１目標電力量Ｗｔに達した場合に、各風車の出力をゼロとする制御を行っていたが、本実施形態においては、各風車の出力をゼロではなく、所定の第１出力値、例えば、連続運転が可能な最小出力値で運転させる点で上述した各実施形態と異なる。

図７は、本実施形態に係る中央制御装置２ａが備える各種機能のうち、所定期間における連系点Ａの平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に作動する出力制御機能の機能ブロック図を示した図である。
図７に示すように、出力制御部３３ａには、第１設定部３１から第１目標電力量Ｗｔが、積算部３２から出力積算値が入力される。出力制御部３３ａは、連系最小出力値を予め保有している。ここで、連系最小出力値とは、各風車１０を連続運転が可能な最小出力値（例えば、０．１ｐｕ）で運転したときの連系点Ａにおける出力値である。

そして、出力制御部３３ｂは、図８に示すように、所定期間Ｔの開始時ｔ０からの経過時間ｔ１をカウントしており、現在時刻ｔ１から所定期間経過時ｔ３までの期間Ｔ１において各風車を最小出力値で運転させたときの連系点Ａにおける推定出力積算値Ｗ２を推定する。そして、この推定出力積算値Ｗ２と、積算部３２からの出力積算値Ｗ１との合計が第１目標電力量Ｗｔに達したか否かを判定する。この算出処理、判定処理は、所定期間Ｔにおいて、所定の時間間隔で繰り返し行われる。

そして、積算部３２からの出力積算値Ｗ１と推定出力積算値Ｗ２との合計が第１目標電力量Ｗｔに達すると、出力制御部３３ｂは、各風車１０に対して最小出力指令を送信する。
このような制御が行われることにより、時刻ｔ０からｔ１までの期間は、各風車１０において、その時々の風況に応じた出力が行われ、時刻ｔ１からｔ３までの期間は各風車１０の出力が最小出力値となるように制御される。これにより、所定期間Ｔ経過時における連系点Ａの出力積算値を第１目標電力量Ｗｔに一致させることが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、出力積算値Ｗ１と推定出力積算値Ｗ２との合計が第１目標電力量Ｗｔに達すると、その時刻から各風車を最小出力値で運転させるので、例えば、所定期間Ｔが経過した後において通常の運転に戻る際に、速やかに運転を再開させることが可能となる。
なお、本実施形態では、第１出力値として最小出力値を設定したが、他の出力値（例えば、要求出力）を設定することとしてもよい。また、第１出力値としてゼロを設定することもでき、この場合には、上述した第１実施形態の構成となる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法について、図面を参照して説明する。
上述した第１実施形態では、連系点Ａにおける出力積算値が第１目標電力量に達したときに、各風車の出力をゼロとする出力指令を出力することとしていたが、本実施形態においては、連系点Ａにおける出力積算値が第１目標電力量に到達する手前で、徐々に出力を低減させることにより、連系点Ａにおける出力を緩やかにゼロに到達させる点で上記第１実施形態とは異なる。
以下、第１実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図９は、本実施形態に係る中央制御装置２ｂが備える出力制御機能の機能ブロック図を示した図である。
図９に示すように、本実施形態に係る中央制御装置２ｂは、第１設定部３１、積算部３２、出力制御部３３ｂ、第２設定部３４とを備えている。第１設定部３１、積算部３２は、上述した第１実施形態と同様の構成である。

第２設定部３４は、第１設定部３１によって設定された第１目標電力量Ｗｔよりも小さい第２目標電力量Ｗｔ＿２を設定する。例えば、第２設定部３４は、予め設定されている所定の係数α（０＜α＜１）を乗算して第２目標電力量Ｗｔ＿２（＝Ｗｔ×α）を設定する。ここで、所定の係数は、０＜α＜１の範囲で任意に設定することが可能であるが、０．５≦α＜０．９５の範囲で設定することが好ましい。第２設定部３４によって設定された第２目標電力量Ｗｔ_２は、出力制御部３３ｂに出力される。

出力制御部３３ｂには、第１設定部３１から第１目標電力量Ｗｔが、第２設定部３４から第２目標電力量Ｗｔ＿２が、積算部３２から出力積算値が入力される。
出力制御部３３ｂは、出力積算値が第２目標電力量Ｗｔ＿２に達したか否かを判定し、第２目標電力量Ｗｔ＿２に達した場合に、連系点Ａにおける目標出力を徐々に低下させる。

例えば、出力制御部３３ｂは、図１０に示すように、出力積算値が第２目標電力量Ｗｔ＿２に達した時刻ｔ２における出力値と時刻ｔ０からの所定期間Ｔ経過時である時刻ｔ３の出力ゼロの点を直線で結ぶ目標出力を設定し、この目標出力に基づいて各風車の出力指令を生成し、各風車に対して送信する。これにより、期間Ｔ１では、各風車１０において、出力指令とその時々の風況に応じた出力が行われ、連系点Ａにおける出力が出力制御部３３ａによって設定された目標出力に一致するように制御される。

また、出力制御部３３ｂは、期間Ｔ１においても出力積算値と第１目標電力量Ｗｔとの比較を行っており、出力積算値が第１目標電力量Ｗｔに達した場合には、例えば、図１１に示すように、目標出力をゼロとし、各風車に対して出力をゼロとする指令を出力する。

以上のように、本実施形態に係る風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法によれば、第１目標電力量Ｗｔよりも小さい第２目標電力量Ｗｔ＿２を設定し、出力積算値が第２目標電力量Ｗｔ＿２に達した以降は、出力を徐々に低減させるので、緩やかに出力をゼロまたは最小出力値に近づけることが可能となる。
また、本実施形態によれば、例えば、図１０に示すように、出力積算値が第２目標電力量Ｗｔ＿２に達した以降において、風況が不足し、連系点Ａにおける出力が落ち込んだ場合には、所定期間Ｔにおける出力積算値が第１目標電力量Ｗｔを下回る結果となる。このような場合でも、要求出力で出力制限をかける図１８に示した制御方法に比べて、所定期間Ｔにおける電力供給量の増加を期待できる。また、図１１に示すように、出力積算値が第２目標電力量Ｗｔ＿２に達した以降において、出力積算値が第１目標電力量Ｗｔに達した場合には、各風車に対して出力をゼロとする指令が出力されるので、所定期間Ｔにおける連系点Ａの出力積算値が第１目標電力量Ｗｔを超えることを回避することが可能となる。

なお、本実施形態においては、出力積算値が第２目標電力量Ｗｔ＿２に達した以降から所定期間Ｔの経過時までの期間Ｔ１における目標出力の設定方法については特に限定されない。
例えば、図１０に示したように、時刻ｔ２における出力と時刻ｔ３におけるゼロとを直線で結ぶような目標出力を設定するのではなく、時刻２における出力と時刻ｔ３における系統最小出力値とを直線で結ぶような目標出力を設定することとしてもよい。また、系統最小出力値に代えて、任意の出力値を採用することとしてもよい。

また、図１０に示した方法に代えて、図１２に示すように、目標出力を予め設定された所定のレートで減少させるようにしてもよいし、図１３に示すように要求出力で一定としてもよい。また、図１３における要求出力に代えて最小出力値を採用してもよい。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係る風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法について、図面を参照して説明する。
図１４は、本実施形態に係る中央制御装置２ｃが備える各種機能のうち、所定期間における連系点Ａの平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に作動する出力制御機能の機能ブロック図を示した図である。

図１４に示すように、中央制御装置２ｃは、第１設定部３１、出力予測部３６、出力制御部３３ｃを備えている。第１設定部３１は、上述した第１実施形態と同様に、所定期間Ｔにおける連系点Ａの平均出力を要求出力Ｐ以下とする要求が系統側から通知された場合に、該要求出力Ｐを所定期間Ｔ積分して第１目標電力量Ｗｔを設定し、第１目標電力量Ｗｔを出力制御部３３ｃに出力する。

出力予測部３６は、所定期間Ｔを含む風況予測情報を取得し、所定期間Ｔにおける出力予測曲線を取得する。出力予測部３６は、例えば、将来の風況を予測した風況予測情報を外部のデータベース等からネットワークを介して取得する。風況予測情報は、例えば、気象庁から提供されるメソスケールモデルの風況予測情報である。また、気象庁から提供される気象データと、各風車の設置エリアにおける地形データとに基づいて、地形を考慮したより精度の高い風況予測を行い、この風況予測情報を採用することとしてもよい。

また、外部から風況予測情報を取得する態様に代えて、出力予測部３６が風況予測機能を有しており、自身が取得した風況予測情報に基づいて出力予測を行うこととしてもよい。風況予測機能の一例としては、ライダーシステムなどが挙げられる。このように、風況予測情報の取得方法については特に限定されない。

出力予測部３６は、例えば、図１５に示すような風速と風車出力とが関連付けられた変換情報を有しており、この変換情報を用いて所定期間Ｔにおける各風車の出力予測曲線を作成する。図１６に出力予測曲線の一例を示す。
そして、これらの出力予測曲線を足し合わせることで、連系点Ａにおける出力予測曲線を作成する。また、この例に代えて、風車１０が設置されている風況を一様としてみなし、１つの風車についての出力予測曲線を風車台数分、足し合わせることにより、連系点Ａの出力予測曲線としてもよい。
連系点Ａにおける出力予測曲線は、出力制御部３３ｃに出力される。

出力制御部３３ｃは、第１設定部３１からの第１目標電力量Ｗｔと出力予測部３６からの出力予測曲線とを用いて、所定期間Ｔにおける出力積算値が第１目標電力量Ｗｔとなるような目標出力を設定する。図１７に目標出力の一例を示す。
出力制御部３３ｃは、設定した目標出力に基づいて各風車１０に対する出力指令を生成し、これを各風車に対して送信する。
これにより、各風車によって目標出力に基づく出力制御が行われ、連系点Ａにおける出力が目標出力に近づくように制御される。

以上のように、本実施形態に係る風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法によれば、所定期間Ｔにおける風況予測情報を用いて連系点Ａにおける出力予測曲線を作成し、この出力予測曲線を用いて所定期間Ｔにおける出力積算値が第１目標電力量Ｗｔとなるような目標出力を設定するので、所定期間Ｔにおける平均出力を確実に要求出力以下とすることが可能となる。

１ 風力発電システム
１０−１、１０−ｎ 風車
２、２ａ、２ｂ、２ｃ 中央制御装置
３ 電力系統
２０ 風車制御装置
３１ 第１設定部
３２ 積算部
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 出力制御部
３４ 第２設定部
３６ 出力予測部
Ａ 連系点

Claims (15)

1. 複数の風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムに適用される制御装置であって、
   所定期間における前記連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、該要求出力を前記所定期間で積分して第１目標電力量を設定する第１設定手段と、
   前記所定期間における前記連系点の出力を積算する積算手段と、
   前記所定期間内において、現在の前記積算手段の出力積算値と、現在から前記所定期間経過時までの期間において各前記風車を所定の第１出力値で運転した場合の前記連系点の推定出力積算値との合計が前記第１目標電力量に達したか否かを判定し、前記出力積算値と前記推定出力積算値との合計が前記第１目標電力量に達した場合に、各前記風車に対して出力を前記第１出力値とする指令を出力する出力制御手段と
   を具備する風力発電システムの制御装置。
2. 前記第１出力値はゼロであり、
   前記出力制御手段は、前記積算手段による出力積算値が前記第１目標電力量に達した場合に、各前記風車に対して出力をゼロとする指令を出力する請求項１に記載の風力発電システムの制御装置。
3. 前記第１出力値は、各前記風車が連続運転可能な最小の出力値に設定されている請求項１に記載の風力発電システムの制御装置。
4. 前記第１目標電力量よりも小さい第２目標電力量を設定する第２設定手段を備え、
   前記出力制御手段は、前記積算手段による前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した場合に、前記連系点における目標出力を徐々に減少させる請求項１から請求項３のいずれかに記載の風力発電システムの制御装置。
5. 前記出力制御手段は、前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した時点における前記連系点の出力が前記所定期間経過時において連系第１出力値となるような一次関数の目標出力を設定し、
   前記連系第１出力値は、各前記風車を前記第１出力値で運転した場合の前記連系点における出力値である請求項４に記載の風力発電システムの制御装置。
6. 前記出力制御手段は、前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した時点における前記連系点の出力を所定のレートで減少させるような目標出力を設定する請求項４に記載の風力発電システムの制御装置。
7. 複数の風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムに適用される制御装置であって、
   所定期間における前記連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、該要求出力を前記所定期間で積分して第１目標電力量を設定する第１設定手段と、
   前記所定期間を含む風況予測情報から前記所定期間における出力予測曲線を作成する出力予測手段と、
   前記出力予測曲線を用いて、前記所定期間における出力積算値が前記第１目標電力量となるような目標出力を設定する出力制御手段と
   を具備する風力発電システムの制御装置。
8. 複数の風車と、
   請求項１から請求項７のいずれかに記載の風力発電システムの制御装置と
   を具備する風力発電システム。
9. 複数の風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムに適用される制御方法であって、
   所定期間における前記連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、該要求出力を前記所定期間で積分して第１目標電力量を設定する第１設定過程と、
   前記所定期間における前記連系点の出力の積算値である出力積算値を算出する積算過程と、
   前記所定期間内において、現在の前記出力積算値と、現在から前記所定期間経過時までの期間において各前記風車を所定の第１出力値で運転した場合の前記連系点の推定出力積算値との合計が前記第１目標電力量に達したか否かを判定し、前記出力積算値と前記推定出力積算値との合計が前記第１目標電力量に達した場合に、各前記風車に対して出力を前記第１出力値とする指令を出力する出力制御過程と
   を含む風力発電システムの制御方法。
10. 前記第１出力値はゼロであり、
    前記出力制御過程は、前記出力積算値が前記第１目標電力量に達した場合に、各前記風車に対して出力をゼロとする指令を出力する請求項９に記載の風力発電システムの制御方法。
11. 前記第１出力値は、各前記風車が連続運転可能な最小の出力値に設定されている請求項９に記載の風力発電システムの制御方法。
12. 前記第１目標電力量よりも小さい第２目標電力量を設定する第２設定過程を含み、
    前記出力制御過程は、前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した場合に、前記連系点における目標出力を徐々に減少させる請求項９から請求項１１のいずれかに記載の風力発電システムの制御方法。
13. 前記出力制御過程は、前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した時点における前記連系点の出力が前記所定期間経過時において連系第１出力値となるような一次関数の目標出力を設定し、
    前記連系第１出力値は、各前記風車を前記第１出力値で運転した場合の前記連系点における出力値である請求項１２に記載の風力発電システムの制御方法。
14. 前記出力制御過程は、前記出力積算値が前記第２目標電力量に達した時点における前記連系点の出力を所定のレートで減少させるような目標出力を設定する請求項１２に記載の風力発電システムの制御方法。
15. 複数の風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムに適用される制御方法であって、
    所定期間における前記連系点の平均出力を要求出力以下とする要求が系統側から通知された場合に、該要求出力を前記所定期間で積分して第１目標電力量を設定する第１設定過程と、
    前記所定期間を含む風況予測情報から前記所定期間における出力予測曲線を作成する出力予測過程と、
    前記出力予測曲線を用いて、前記所定期間における出力積算値が前記第１目標電力量となるような目標出力を設定する出力制御過程と
    を含む風力発電システムの制御方法。

Images