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
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012044824A JP2013181440A (ja) | 2012-02-29 | 2012-02-29 | 風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法 |
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Publications (1)
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