JP2014202190A - Control apparatus, control method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、制御装置、制御方法及びプログラムに関し、特に、自然エネルギーを利用して発電を行う発電部を制御する制御装置等に関するものである。 The present invention relates to a control device, a control method, and a program, and more particularly to a control device that controls a power generation unit that generates power using natural energy.
特許文献１には、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーを利用した発電において、発電量に関する情報を収集して、その統計情報に基づき部品の姿勢制御を行うことによって効率よく発電することが記載されている。 Patent Document 1 discloses that in power generation using natural energy such as solar power generation and wind power generation, information on the power generation amount is collected, and power generation is efficiently performed by performing posture control of the parts based on the statistical information. Have been described.
特許文献２には、風力発電において、一定の風速以上になれば、ブレードを所定のポジションとすることにより、部品へのダメージを避けることが記載されている。 Patent Document 2 describes that in wind power generation, if the wind speed exceeds a certain level, damage to parts is avoided by setting the blade to a predetermined position.
自然エネルギーを利用した発電では、大きなエネルギーであればあるほど、発電には有利である。他方、故障のリスクも高まる。これまで、管理の容易性から、理想的な環境で予め制御手法を定めておき、複数台あれば、統一した制御を実現するのが通常であった。しかしながら、このような制御手法では、発電効率を高めることはできない。さらに、例えば複数台あれば、ある装置に吹く風は、風上に別の発電装置があるか否かだけでも変わるように、その設置場所による特異な環境等に対応することは困難である。 In power generation using natural energy, the larger the energy, the more advantageous the power generation. On the other hand, the risk of failure increases. In the past, for ease of management, it has been usual to define a control method in an ideal environment in advance and to achieve unified control if there are a plurality of devices. However, such a control method cannot increase power generation efficiency. Furthermore, for example, if there are a plurality of units, it is difficult to cope with a specific environment or the like depending on the installation location so that the wind blown to a certain device changes only whether there is another power generation device on the windward side.
特許文献１に記載されているように、自然エネルギーを利用した発電において、発電に利用した自然エネルギーに関する情報が、通常、収集されている。しかしながら、自然エネルギーは、予測困難に変化し得るものである。さらに、収集された情報は、膨大なものとなり、有意な情報とそうでない情報との区別も困難となる。そのため、計測して得られた膨大な情報は、例えば、部品が故障した場合に、その原因を探求するため等に活用するように、過去に計測されたデータとして活用され、将来予測への具体的な活用は困難であった。 As described in Patent Document 1, in power generation using natural energy, information on natural energy used for power generation is usually collected. However, renewable energy can change to be difficult to predict. Furthermore, the collected information becomes enormous, and it becomes difficult to distinguish significant information from information that is not. For this reason, the vast amount of information obtained by measurement is used as data measured in the past, such as when searching for the cause of a component failure. Utilization was difficult.
特許文献１には、姿勢制御手段が、収集された「発電量に関する情報」を、統計情報として姿勢制御に活用することが記載されている。しかしながら、どのように活用すればよいのか、実質的には開示されていない。収集された情報が膨大なものとなり、自然エネルギーが予測困難に変化することに鑑みれば、過去の膨大な計測情報を、いかに将来に活用するかについて、実用化できる程度に十分な開示がなされているとは認められない。このように、従来の将来予測は、限定的なものにとどまっていた。 Patent Document 1 describes that the attitude control means uses the collected “information on the amount of power generation” as statistical information for attitude control. However, it is not substantially disclosed how to use it. Considering that the amount of information collected will be enormous and natural energy will change to be difficult to predict, sufficient disclosure has been made on how to use the vast amount of past measurement information in the future. It is not allowed to exist. Thus, the conventional future prediction has been limited.
故障予防という観点からは、例えば、特許文献２に記載されたものは、現状の状態によって判断するものである。例えば、風力発電において、平均風速が小さい場合には、通常、風車のブレードのピッチ角を制御して、大きな風力が発生するようにして、発電効率を高める。風車が故障する可能性が高いのは、このような状態で、ブレードに損傷を及ぼすほどの大きな風力が加わるような気流変化が生じる場合である。すなわち、このような場合に、風速が急激に大きく変化して、ピッチ角が追従できず、ブレードに損傷が生じる可能性がある。実際、そのような状況で、風車のブレードが破損する事故が多く発生している。また、風向変化に追従できずヨーモーターやヨーギアが故障するケースも極めて多い。そのため、単に、現状の風の状況から制御を行っても、安全制御という観点からは足りない。 From the viewpoint of failure prevention, for example, what is described in Patent Document 2 is determined based on the current state. For example, in wind power generation, when the average wind speed is small, usually the pitch angle of the blades of the windmill is controlled so that large wind power is generated, thereby increasing the power generation efficiency. It is highly likely that the wind turbine will fail in such a situation when an air flow change occurs that causes a wind force that is large enough to damage the blade. That is, in such a case, the wind speed may change drastically, the pitch angle cannot follow, and the blade may be damaged. In fact, in such a situation, there are many accidents in which the blade of the windmill is damaged. In many cases, the yaw motor or yaw gear fails because it cannot follow the change in wind direction. Therefore, simply controlling from the current wind situation is not sufficient from the viewpoint of safety control.
このような故障予防に関する課題は、風力に限らず、例えば潮力発電等、他の自然エネルギーを利用した発電についても同様に存在する。 Such problems related to failure prevention are not limited to wind power, but also exist for power generation using other natural energy such as tidal power generation.
そこで、本願発明は、発電部が風力等の自然エネルギーを利用して発電を行う場合に、計測された情報を利用して、発電部の故障を予防するのに適した制御装置等を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a control device and the like suitable for preventing failure of the power generation unit using the measured information when the power generation unit generates power using natural energy such as wind power. For the purpose.
本願発明の第１の観点は、自然エネルギーを利用して発電を行う発電部を制御する制御装置であって、前記発電部に到達した前記自然エネルギーを計測する計測手段と、前記計測手段が既に計測した前記自然エネルギーの一つ又は複数の特性と、前記計測手段が前記特性を計測した後に、前記発電部が対応可能な範囲を超過する前記自然エネルギーが前記発電部に到達する確率である制御用超過確率との対応関係を記憶する制御用超過確率記憶手段と、前記計測手段が、前記制御用超過確率記憶手段において、所定の値以上である前記制御用超過確率に対応する前記自然エネルギーの一つ又は複数の特性を計測した場合に、前記発電部による発電量を抑制し、又は、前記発電部による発電を停止させる発電部制御手段を備えるものである。 A first aspect of the present invention is a control device that controls a power generation unit that generates power using natural energy, and the measurement unit that measures the natural energy that has reached the power generation unit, and the measurement unit are already One or more characteristics of the measured natural energy, and a control that is the probability that the natural energy that exceeds the range that the power generation unit can handle after the measurement unit measures the characteristic will reach the power generation unit Control excess probability storage means for storing a correspondence relationship with excess probability for use, and the measurement means in the control excess probability storage means for the natural energy corresponding to the control excess probability that is greater than or equal to a predetermined value. When one or a plurality of characteristics are measured, power generation unit control means for suppressing the power generation amount by the power generation unit or stopping power generation by the power generation unit is provided.
本願発明の第２の観点は、第１の観点の制御装置であって、前記発電部制御手段は、前記発電部による発電量を抑制している場合に、前記計測手段が計測した前記自然エネルギーの一つ又は複数の特性が、抑制した状態における前記発電部が対応可能な範囲を超過する前記自然エネルギーが前記発電部に到達する確率が所定の値以上となるものに対応するときに、前記発電部による発電量をさらに抑制し、又は、前記発電部による発電を停止させるものである。 A second aspect of the present invention is the control device according to the first aspect, wherein the power generation unit control means measures the natural energy measured by the measurement means when the power generation amount by the power generation part is suppressed. When one or a plurality of characteristics correspond to the natural energy exceeding the range that can be handled by the power generation unit in a suppressed state corresponds to a probability that the natural energy reaches the power generation unit is a predetermined value or more. The power generation amount by the power generation unit is further suppressed, or the power generation by the power generation unit is stopped.
本願発明の第３の観点は、第１又は第２の観点の制御装置であって、前記自然エネルギーは、風力であり、前記発電部は、風力発電を行い、前記計測手段は、前記発電部に到達した風を計測し、前記制御用超過確率記憶手段は、計測時間における最大風速と、当該計測時間に続く予測時間において前記発電部が損傷し得る風が到達する確率との対応関係を記憶し、前記発電部制御手段は、前記計測手段が、直前の前記計測時間において、所定の値以上である前記制御用超過確率に対応する前記自然エネルギーの一つ又は複数の特性を計測した場合に、前記発電部による発電を停止して前記発電部の故障を予防するものである。 A third aspect of the present invention is the control device according to the first or second aspect, wherein the natural energy is wind power, the power generation unit performs wind power generation, and the measurement unit is the power generation unit. The excess probability storage means for control stores a correspondence relationship between the maximum wind speed in the measurement time and the probability that the wind that can damage the power generation unit in the prediction time following the measurement time. The power generation unit control means, when the measuring means measures one or more characteristics of the natural energy corresponding to the excess probability for control that is equal to or greater than a predetermined value in the immediately preceding measurement time. The power generation by the power generation unit is stopped to prevent a failure of the power generation unit.
本願発明の第４の観点は、第１から第３のいずれかの観点の制御装置であって、前記発電部の所定の部位に到達する前記自然エネルギーを予測するシミュレーション手段を備え、前記発電部制御手段は、前記シミュレーション手段が予測した前記所定の部位に到達する自然エネルギーが、前記発電部の所定の部位が対応可能な範囲を超過する確率が所定の値以上である場合にも、前記発電部による発電量を抑制するものである。 A fourth aspect of the present invention is the control device according to any one of the first to third aspects, comprising simulation means for predicting the natural energy reaching a predetermined part of the power generation unit, wherein the power generation unit The control means may generate the power generation even when the probability that the natural energy reaching the predetermined part predicted by the simulation means exceeds the range that the predetermined part of the power generation unit can handle is greater than or equal to a predetermined value. This suppresses the amount of power generated by the unit.
本願発明の第５の観点は、自然エネルギーを利用して発電を行う発電部を制御する制御方法であって、計測手段が、前記発電部に到達した前記自然エネルギーを計測する計測ステップと、前記計測手段が計測した前記自然エネルギーの一つ又は複数の特性が、前記発電部が対応可能な範囲を超過する前記自然エネルギーが前記発電部に到達する制御用超過確率が所定の値以上であるものに対応する場合に、発電部制御手段が、前記発電部による発電量を抑制させ、又は、発電部による発電を停止させる発電部制御ステップを含むものである。 A fifth aspect of the present invention is a control method for controlling a power generation unit that generates power using natural energy, wherein a measurement unit measures the natural energy that has reached the power generation unit, and One or more characteristics of the natural energy measured by the measuring means exceed the range that can be handled by the power generation unit. The excess probability for control that the natural energy reaches the power generation unit is a predetermined value or more. The power generation unit control means includes a power generation unit control step of suppressing the power generation amount by the power generation unit or stopping power generation by the power generation unit.
本願発明の第６の観点は、コンピュータを、自然エネルギーを利用して発電を行う発電部に到達した前記自然エネルギーの計測結果に基づき、前記自然エネルギーの一つ又は複数の特性と、前記計測手段が前記特性を計測した後に、前記発電部が対応可能な範囲を超過する前記自然エネルギーが前記発電部に到達する確率である制御用超過確率との対応関係を計算する履歴演算手段として機能させるためのプログラムである。 According to a sixth aspect of the present invention, the computer uses one or more characteristics of the natural energy based on the measurement result of the natural energy that has reached the power generation unit that generates power using natural energy, and the measurement unit. After measuring the characteristics, the power generation unit functions as a history calculation unit that calculates a correspondence relationship with the excess probability for control, which is the probability that the natural energy that exceeds the range that the power generation unit can handle reaches the power generation unit. It is a program.
なお、本願発明を、第６の観点のプログラムを定常的に記憶するコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。 Note that the present invention may be regarded as a computer-readable recording medium that regularly stores the program of the sixth aspect.
本願発明の各観点によれば、計測手段が実際に計測した観測値に基づき、計測手段が計測した自然エネルギーの特徴と故障を生じさせるような自然エネルギーが到来する確率との対応関係を求めておき、一定の確率に対応する特徴が観測されれば、発電部の発電量を抑制・停止することにより、その設置場所に応じた具体的な制御を実現しつつ、安全運転を実現可能にする。 According to each aspect of the present invention, based on the observation values actually measured by the measuring means, the correspondence between the characteristics of the natural energy measured by the measuring means and the probability of arrival of natural energy that causes a failure is obtained. In addition, if a feature corresponding to a certain probability is observed, it is possible to realize safe driving while realizing specific control according to the installation location by suppressing and stopping the power generation amount of the power generation unit .
さらに、本願発明の第２の観点によれば、発電量を抑制した状態では、発電部への風の影響は小さくなることが予想され、「抑制した状態における前記発電部が対応可能な範囲」を考慮した多段の調整を行うことにより、より細やかな制御が実現可能となる。 Furthermore, according to the second aspect of the present invention, in the state where the power generation amount is suppressed, it is expected that the influence of the wind on the power generation unit is reduced, and “the range in which the power generation unit in the suppressed state can cope” By performing multistage adjustment in consideration of the above, finer control can be realized.
さらに、本願発明の第３の観点によれば、風向や風速等が予測困難に変化する風力という自然エネルギーを対象としても、その特性から超過確率を考慮することにより、具体的な安全制御が可能となる。 Furthermore, according to the third aspect of the present invention, even when natural energy such as wind power whose wind direction and wind speed change difficult to predict, specific safety control is possible by considering the excess probability from its characteristics. It becomes.
さらに、本願発明の第４の観点によれば、シミュレーション手段の数値計算により、発電部の具体的な部位に到達する自然エネルギーを予測し、その予測結果をも考慮して安全制御を実現することが可能となる。 Furthermore, according to the fourth aspect of the present invention, the natural energy reaching the specific part of the power generation unit is predicted by the numerical calculation of the simulation means, and the safety control is realized in consideration of the prediction result. Is possible.
以下、図面を参照して本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following examples.
図１は、本願発明の実施の形態に係る発電システムの一例を示すブロック図である。発電システム１は、発電装置３（本願請求項の「発電部」の一例）と、制御装置５（本願請求項の「制御装置」の一例）と、シミュレーション装置７を備える。 FIG. 1 is a block diagram showing an example of a power generation system according to an embodiment of the present invention. The power generation system 1 includes a power generation device 3 (an example of a “power generation unit” in the claims of the present application), a control device 5 (an example of a “control device” in the claims of the present application), and a simulation device 7.
発電装置３は、自然エネルギーを利用して発電を行うものである。本実施例では、風力発電を行うものを想定している。発電装置３は、例えば風車であり、タワー（支柱）の上にナセル（発電機等を収納する部分）が設けられ、その回転軸とブレード（羽根・プロペラ）とは、ハブにより接続されているものである。 The power generation device 3 generates power using natural energy. In this embodiment, it is assumed that wind power generation is performed. The power generation device 3 is, for example, a windmill, and a nacelle (portion for storing a generator or the like) is provided on a tower (support), and the rotation shaft and the blade (blade / propeller) are connected by a hub. Is.
制御装置５は、発電装置３を制御する。例えば、ナセルの方位角を調整して回転軸を風向に合わせるようにしたり、ブレードのピッチ角を制御して風速に合わせるようにしたり、発電装置３の発電量を抑制したり、発電装置３を停止したりする。 The control device 5 controls the power generation device 3. For example, the azimuth angle of the nacelle is adjusted to adjust the rotation axis to the wind direction, the pitch angle of the blade is adjusted to match the wind speed, the power generation amount of the power generation device 3 is suppressed, Or stop.
シミュレーション装置７は、数値計算により、発電装置３に吹く風を予測する。さらに、シミュレーション装置７は、必要に応じて、解像度を上げて、発電装置３の所定の部位に吹く風を予測する。 The simulation device 7 predicts the wind blown to the power generation device 3 by numerical calculation. Furthermore, the simulation device 7 increases the resolution as necessary, and predicts the wind blown to a predetermined part of the power generation device 3.
シミュレーション装置７の構成及び動作の一例について説明する。シミュレーション装置７は、メソ気象情報作成部２１と、シミュレーション演算部２３（本願請求項の「シミュレーション演算手段」の一例）と、シミュレーションデータ記憶部２５を備える。メソ気象情報作成部２１は、気象モデルと、最も狭い領域のみに流体工学モデルとを用いて、日本周辺をカバーするメソ気象情報を作り出す。シミュレーション演算部２３は、順次計算領域を接続しながら、制御対象となるウィンドファーム周辺の気流性状を、風車の安全運転制御に必要な解像度で予測・再現する。シミュレーション演算部２３は、履歴記憶部１３に記憶された、気流性状の測定値も併用する。シミュレーションデータ記憶部２５は、シミュレーション演算部２３により予測再現された気流性状を記憶する。なお、発電システム１では、制御変数として風速を使用しているが、シミュレーションにより得られた値は、観測値に代えて、又は、観測値と共に使用すればよく、具体的な制御方法は、同様に実現することができる。また、本願の各請求項に係る発明においては、風速以外のものを使用してもよい。 An example of the configuration and operation of the simulation apparatus 7 will be described. The simulation device 7 includes a meso-meteorological information creation unit 21, a simulation calculation unit 23 (an example of “simulation calculation means” in the claims of the present application), and a simulation data storage unit 25. The meso-meteorological information creation unit 21 creates meso-meteorological information covering the vicinity of Japan using a weather model and a fluid engineering model only in the narrowest area. The simulation calculation unit 23 predicts and reproduces the airflow properties around the wind farm to be controlled with the resolution necessary for the safe driving control of the windmill while sequentially connecting the calculation areas. The simulation calculation unit 23 also uses the measurement value of the airflow property stored in the history storage unit 13. The simulation data storage unit 25 stores the airflow property predicted and reproduced by the simulation calculation unit 23. Although the wind speed is used as a control variable in the power generation system 1, the value obtained by the simulation may be used instead of the observation value or together with the observation value, and the specific control method is the same. Can be realized. In the invention according to each claim of the present application, other than the wind speed may be used.
なお、従来、高精度のシミュレーションは、高性能なシミュレーション装置を使用すれば実現することができるものであった。出願人・発明者らによるシミュレーション技術の研究開発により、例えば風車の特定の部位のような高精度のシミュレーションを高性能なシミュレーション装置を使用せずに容易に実現することが可能となった。発電システム１は、出願人・発明者らが発展させたシミュレーション技術を用いて、メソ気象モデル、流体工学モデル、及び、観測データを有機的に結び付け、これに基づいてウィンドファーム周辺の将来の気流性状を予測して、風車の効率的な安全制御を実現することができる。 Conventionally, high-precision simulation can be realized by using a high-performance simulation apparatus. Research and development of simulation technology by the applicant / inventors has made it possible to easily realize a high-precision simulation such as a specific part of a windmill without using a high-performance simulation device. The power generation system 1 uses a simulation technique developed by the applicant / inventors to organically connect a meso-meteorological model, a fluid engineering model, and observation data, and based on this, the future air current around the wind farm By predicting the properties, efficient safety control of the wind turbine can be realized.
制御装置５は、計測部１１（本願請求項の「計測手段」の一例）と、履歴記憶部１３と、履歴演算部１５（本願請求項の「履歴演算手段」の一例）と、制御用超過確率記憶部１７（本願請求項の「制御用超過確率記憶手段」の一例）と、発電部制御部１９（本願請求項の「発電部制御手段」の一例）を備える。 The control device 5 includes a measurement unit 11 (an example of “measurement unit” in the claims of the present application), a history storage unit 13, a history calculation unit 15 (an example of “history calculation unit” in the claims of the present application), and an excess for control. A probability storage unit 17 (an example of “control excess probability storage unit” in claims of this application) and a power generation unit control unit 19 (an example of “power generation unit control unit” in claims of this application) are provided.
計測部１１は、発電装置３のナセルに取り付けられた風向・風速計により、発電装置３に到達した風を計測する。これは、ウィンドファーム内に設置された観測装置による実測値である。履歴記憶部１３は、計測部１１が計測した計測データを記憶する。 The measurement unit 11 measures the wind that has reached the power generation device 3 with an anemometer / anemometer attached to the nacelle of the power generation device 3. This is a measured value by an observation device installed in the wind farm. The history storage unit 13 stores measurement data measured by the measurement unit 11.
履歴演算部１５は、履歴記憶部１３に記憶された計測データから、一定の時間（以下、「計測時間」という。）における風の特性（本願請求項の「自然エネルギーの一つ又は複数の特性」の一例）（例えば、風速など）と、当該計測時間に続く一定の時間（以下、「予測時間」という。）において、発電装置３を故障させる可能性のある風が吹くか否かを判断して、故障させる可能性があり、発電装置３の制御が必要な風が吹く確率（以下、「制御用超過確率」という。）を演算する。 The history calculation unit 15 uses the measurement data stored in the history storage unit 13 to determine the wind characteristics at a certain time (hereinafter referred to as “measurement time”) (“one or more characteristics of natural energy” in the claims). ”(For example, wind speed) and a certain time (hereinafter referred to as“ predicted time ”) following the measurement time, it is determined whether or not there is a wind that may cause the power generation apparatus 3 to fail. Then, a probability that a wind that may cause a failure and needs to be controlled by the power generation apparatus 3 (hereinafter referred to as “excess probability for control”) is calculated.
制御用超過確率記憶部１７は、履歴演算部１５により求められた、風の特性と制御用超過確率との対応関係を記憶する。 The control excess probability storage unit 17 stores a correspondence relationship between the wind characteristics and the control excess probability obtained by the history calculation unit 15.
図２は、履歴演算部１５の動作の一例を示すフロー図である。図２を参照して、履歴演算部１５の動作の一例について、具体的に説明する。 FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the history calculation unit 15. With reference to FIG. 2, an example of operation | movement of the log | history calculating part 15 is demonstrated concretely.
履歴演算部１５は、履歴記憶部１３に記憶された計測データについて、計測時間にわたり、例えば風速などの風の特徴を分析する（ステップＳＴＬ１）。そして、当該計測時間に続く予測時間において、発電装置３を故障させる可能性のある風が到来するか否かを判断する（ステップＳＴＬ２）。故障させるか否かは、例えば、風速の変化によりブレードのピッチ角の追従ができるか、風向変化に追従できるか、などによって判断する。 The history calculation unit 15 analyzes the characteristics of the wind such as the wind speed over the measurement time for the measurement data stored in the history storage unit 13 (step STL1). Then, it is determined whether or not there is a wind that may cause the power generation device 3 to fail at the predicted time following the measurement time (step STL2). Whether or not to cause a failure is determined by, for example, whether the pitch angle of the blade can be followed by a change in the wind speed or whether a change in the wind direction can be followed.
履歴演算部１５は、履歴記憶部１３に記憶された計測データについて、判断対象とすべきすべての計測時間に対して判断を行ったか否かを判断する（ステップＳＴＬ３）。判断を行っていないものがあれば、ステップＳＴＬ１に戻る。判断を行ったのであれば、ステップＳＴＬ４に進む。例えば、一定時間ごと（例えば１カ月等）に分析をするのであれば、以前に分析したものを利用して、新たに分析が必要なものに対して判断を行い、既に分析したものについては、その判断結果を利用するようにしてもよい。 The history calculation unit 15 determines whether or not the measurement data stored in the history storage unit 13 has been determined for all measurement times that are to be determined (step STL3). If there is something that has not been judged, the process returns to step STL1. If so, the process proceeds to step STL4. For example, if you want to analyze at regular intervals (for example, one month), use what you have analyzed before and make a decision on what you need to analyze, The determination result may be used.
履歴演算部１５は、ステップＳＴＬ１で分析した風の特徴に応じて、ステップＳＴＬ２で故障させる可能性があり、発電装置３の制御が必要であると判断された風が到達する確率（制御用超過確率）を演算する（ステップＳＴＬ４）。なお、少なくとも風の特徴によって対応関係を演算していればよく、他の考慮要素によって、対応関係を細分化してもよい。例えば、１年の一定の時期における風の特徴によって、さらに分類することなどである。 The history calculation unit 15 may cause a failure in step STL2 according to the characteristics of the wind analyzed in step STL1, and the probability of reaching the wind determined to require the control of the power generation device 3 (excess for control). (Probability) is calculated (step STL4). Note that it is only necessary to calculate the correspondence relationship based on at least wind characteristics, and the correspondence relationship may be subdivided based on other consideration factors. For example, it may be further classified according to the wind characteristics at a certain time of the year.
履歴演算部１５は、制御用超過確率記憶部１７に、ステップＳＴＬ４における風の特徴と制御用超過確率との対応関係を記憶させる（ステップＳＴＬ５）。履歴演算部１５は、以上のようにして、履歴演算処理を行う。 The history calculation unit 15 causes the control excess probability storage unit 17 to store the correspondence between the wind characteristics and the control excess probability in step STL4 (step STL5). The history calculation unit 15 performs history calculation processing as described above.
一般的に、風力発電等における制御は、開発時の理想的な環境（例えば平地等）における制御手法を基本とする。複数台の風力発電では、制御の画一性を指向して、統一した制御を行いがちである。しかしながら、風力発電は、特に高低差のある地形では、地形の影響を受けやすく、また、複数台の風車があれば、風上にあるものと風下にあるものでは、異なる制御が適切である。履歴演算部１５は、実際に発電装置３が発電する現場での観測値に基づき演算するものであり、さらに、膨大な計測データから、風の特性に着目して、故障させる可能性のある風の有無を抽出するという具体的なデータ処理を行うものであり、従来技術とは異なるものである。 In general, control in wind power generation or the like is based on a control method in an ideal environment (for example, flat land) at the time of development. A plurality of wind power generations tend to perform unified control with a focus on control uniformity. However, wind power generation is easily affected by topography, especially on topography with different elevations, and if there are a plurality of wind turbines, different control is appropriate for the one on the windward side and the one on the leeward side. The history calculation unit 15 performs calculation based on the observation value at the site where the power generation device 3 actually generates power. Further, the history calculation unit 15 focuses on the characteristics of the wind from the enormous amount of measurement data, and wind that may cause a failure. This is to perform specific data processing for extracting the presence or absence of this, and is different from the conventional technique.
発電部制御部１９は、シミュレーション装置７の数値計算による予測及び計測部１１による観測に基づき、ウィンドファーム周辺の将来の気流性状を予測し、風車の発電効率を最大化するように最適化された安全制御を行う。すなわち、発電部制御部１９は、制御用超過確率記憶部１７に記憶された制御用超過確率を用いて、発電装置３の発電量を抑制したり、発電装置３を停止したりして、安全運転を実現する。さらに、発電部制御部１９は、シミュレーション装置７が予測した、発電装置３の所定の部位に到達する風の状態にも基づき、発電装置３の発電量を抑制したり、発電装置３を停止したりして、安全運転を実現する。さらに、発電部制御部１９は、シミュレーション装置７が予測した、発電装置３に到達する風の状態に基づき、発電装置３を、最も効果的な発電を行うように最適化して動作させる。 The power generation unit control unit 19 is optimized to predict the future airflow characteristics around the wind farm based on the numerical calculation of the simulation device 7 and the observation by the measurement unit 11, and to maximize the power generation efficiency of the windmill. Perform safety control. That is, the power generation unit control unit 19 uses the control excess probability stored in the control excess probability storage unit 17 to suppress the power generation amount of the power generation device 3 or to stop the power generation device 3 to Realize driving. Furthermore, the power generation unit control unit 19 suppresses the power generation amount of the power generation device 3 or stops the power generation device 3 based on the state of the wind reaching the predetermined part of the power generation device 3 predicted by the simulation device 7. To achieve safe driving. Furthermore, the power generation unit controller 19 optimizes and operates the power generation device 3 so as to perform the most effective power generation based on the state of the wind reaching the power generation device 3 predicted by the simulation device 7.
発電部制御部１９による、制御用超過確率を利用した制御の一例について、図３〜図１１を参照して説明する。具体的には、図３〜図５を参照して、ある風車の故障の分析について説明する。続いて、図６〜図８を参照して、発電部制御部１９による制御の一例について説明する。 An example of control using the excess probability for control by the power generation unit control unit 19 will be described with reference to FIGS. Specifically, an analysis of a failure of a certain windmill will be described with reference to FIGS. Next, an example of control by the power generation unit control unit 19 will be described with reference to FIGS.
まず、図３及び図４を参照して、強風が発生した際の風車のブレード損傷事故について、過去の観測記録を用いて気流性状を明らかにする。 First, referring to FIG. 3 and FIG. 4, the airflow properties of a wind turbine blade damage accident when a strong wind is generated are clarified using past observation records.
この風車は、ある山の尾根上にあるウィンドファームの端に位置する。これらの風車のナセル上に取り付けられた風向風速計により観測された風向風速記録を用いて、気流性状の解析を行った。図３は、この風車の風向と風速の観測記録の例である。 This windmill is located at the end of a wind farm on a mountain ridge. Using the wind direction and wind speed records observed by the anemometers installed on the nacelles of these wind turbines, the air flow properties were analyzed. FIG. 3 is an example of an observation record of the wind direction and speed of the windmill.
風車について、ブレード損傷事故が発生するときの気流性状の特徴を、当該風車の風速計の出力より検討する。 For wind turbines, the characteristics of the airflow characteristics when a blade damage accident occurs will be examined from the output of the anemometer of the wind turbine.
ブレードに損傷が発生する風速の限界値を安全限界風速Vbfと表す。この限界値Vbfを超過するような風速が発生すると、風車を故障させる可能性が発生する。 The limit value of the wind speed at which the blade is damaged is expressed as a safe limit wind speed V bf . If a wind speed exceeding this limit value V bf occurs, there is a possibility that the windmill will be damaged.
図４は、事故が発生した時間帯の当該風車における風速計の記録から得られた、風向及び風速の変化を示す図である。事故発生時間帯に入ると、風速が増加し、最初にタワー振動警報が発生した16時ごろには、風速は、ブレードの安全限界風速Vbfを超えるようになる。 FIG. 4 is a diagram showing changes in the wind direction and the wind speed obtained from the anemometer recording in the windmill in the time zone where the accident occurred. When entering the accident time zone, the wind speed increases, and the wind speed exceeds the safety limit wind speed V bf of the blade around 16:00 when the tower vibration alarm is first generated.
風車の安全運転制御を風速で行うのであれば、事故当時使用されていたブレードに対しては、V＜Vbfの条件で運転制御を行うことが最低限必要である。 If safe operation control of the windmill is performed at wind speed, it is necessary to perform operation control under the condition of V <V bf for the blades used at the time of the accident.
ナセル上の風速計の出力を参照して風車の安全運転を行う場合、運転中に受ける風速を予測し、事前にブレードのピッチ角やナセルの方位角を制御する必要がある。特に、風速の発現予測は、ブレードやタワーの損傷を防ぐために重要である。以下では、ブレードの損傷防止を目標に、ブレードの安全限界風速以上の風速を予測し、事前に安全制御をかけるために必要となる特性を抽出する方法を述べる。 When a wind turbine is safely operated with reference to the output of the anemometer on the nacelle, it is necessary to predict the wind speed received during the operation and control the blade pitch angle and nacelle azimuth in advance. In particular, wind speed prediction is important to prevent damage to blades and towers. In the following, with the goal of preventing blade damage, a method for predicting the wind speed above the safety limit wind speed of the blade and extracting the characteristics necessary for performing safety control in advance will be described.
ブレードに安全限界風速以上の風速をあてないためには、風速の発現特性を把握し、将来の風速を予測することが必要になる。図５は、観測値をもとに、直前の10分間（本願請求項の「計測時間」の一例）における風速V0と、次（将来）の10分間（本願請求項の「予測時間」の一例）における風速V1との関係を示す図である。 In order not to apply a wind speed higher than the safety limit wind speed to the blade, it is necessary to grasp the characteristics of the wind speed and predict the future wind speed. FIG. 5 shows the wind speed V 0 in the immediately preceding 10 minutes (an example of “measurement time” in the present application claim) and the next (future) 10 minutes (“predicted time” in the present application claim) based on the observed values. it is a diagram showing a relationship between the wind speed V 1 in one example).
風車における観測値を用い、直前の10分間における風速がV0である場合に、次の10分間における風速がV1以上となる確率を求め、図６は、これをグラフ化したものである。これより、あるV0に対して次の10分においてV1以上の風速が発生する確率が求められる。 Using the observation value in the windmill, when the wind speed in the previous 10 minutes is V 0 , the probability that the wind speed in the next 10 minutes is V 1 or more is obtained, and FIG. 6 is a graph of this. From this, the probability that a wind speed of V 1 or more will occur in the next 10 minutes for a certain V 0 is obtained.
続いて、発電部制御部１９による、具体的な安全運転制御の一例について説明する。この例では、ブレードの安全限界風速は風車タワーの設計風速よりも小さい。そのため、風車の安全運転制御は、ブレードの安全限界風速を基準に行う。 Next, an example of specific safe driving control by the power generation unit control unit 19 will be described. In this example, the safety limit wind speed of the blade is smaller than the design wind speed of the wind turbine tower. Therefore, the safe operation control of the windmill is performed based on the safety limit wind speed of the blade.
風車を安全に運転するために、風速がVbfを超過する確率を求め、その確率がある値（制御用超過確率）以上になった場合に，風車の安全制御を行う。 In order to operate the windmill safely, the probability that the wind speed exceeds V bf is obtained, and when that probability exceeds a certain value (control excess probability), the windmill safety control is performed.
風車の安全制御は、ブレードのピッチ角を制御して行う。すなわち、ブレードのピッチ角を変化させて、ブレードが受ける風力を減少させ、損傷が発生する風速の限界値である安全限界風速Vbfを高めることにより、風速がVbfを超過する確率を下げて、ブレードに損傷が発生する確率を下げる。 Wind turbine safety control is performed by controlling the blade pitch angle. In other words, by changing the pitch angle of the blade, reducing the wind force received by the blade and increasing the safety limit wind speed V bf , which is the limit value of the wind speed at which damage occurs, the probability that the wind speed exceeds V bf is reduced. Reduce the probability of damage to the blade.
ブレードのピッチ角を制御して、ブレードに損傷が発生する安全限界風速Vbfを高めると、ブレードが受ける風力が減少し、風車の発電量も低下する。このため、ブレードのピッチ角の制御は、通常風車の発電量を指標として行われる。 When the pitch angle of the blade is controlled to increase the safe limit wind speed V bf at which the blade is damaged, the wind force received by the blade is reduced and the power generation amount of the windmill is also reduced. For this reason, control of the pitch angle of a blade is normally performed using the power generation amount of a windmill as an index.
前記風車の安全制御は、発電効率ができるだけ高くなるように行いたい。そのためには、細かな制御を行う必要があり、風車の発電量の制限は多段階で行う。以下では、風車の発電量の制限を、安全限界風速Vbf以下の風速でブレードに損傷が発生せずに運転する場合の最大発電出力を100%としたときの、60%と0%（停止）の2段階で行う例を示す。 The wind turbine safety control should be performed so that the power generation efficiency is as high as possible. For that purpose, it is necessary to perform fine control, and the power generation amount of the windmill is limited in multiple stages. In the following, the wind power generation amount is limited to 60% and 0% (stopped) when the maximum power output is 100% when operating without damage to the blades at wind speeds below the safe limit wind speed V bf ) Is an example performed in two stages.
風速が増加し安全限界風速Vbfに近づく場合には、風車は最大発電出力となっている。したがって、次の10分における風速が、安全限界風速Vbf以上になる確率がある値を超えた場合に第１段の制御を行い、発電出力を60%に減らす。 When the wind speed increases and approaches the safe limit wind speed V bf , the wind turbine has the maximum power output. Therefore, when the wind speed in the next 10 minutes exceeds a value that has a probability of becoming the safety limit wind speed V bf or more, the first-stage control is performed and the power generation output is reduced to 60%.
第１段の制御風速は、風車の発電出力が最大発電出力の60%となるようにブレードのピッチ角の制御を行った際に、ブレードの損傷がある確率以下となるような制御風速V1upとする。 The control wind speed V 1up is such that when the blade pitch angle is controlled so that the power generation output of the wind turbine is 60% of the maximum power output, the blade wind angle is less than the probability of blade damage. And
第２段の制御は、風車に加わる風力が最小となるようにブレードのピッチ角の制御を行い、風車を停止した際に、ブレードの損傷がある確率以下となるような制御風速V2upとする。 In the second stage control, the pitch angle of the blade is controlled so that the wind force applied to the wind turbine is minimized, and when the wind turbine is stopped, the control wind speed V 2up is set so that the blade is less likely to be damaged. .
制御風速V2upは、風車に加わる風力が最小ブレードのピッチ角の制御を行った際の風速であるから、制御風速V1upよりも大きい。 The control wind speed V 2up is larger than the control wind speed V 1up because the wind force applied to the windmill is the wind speed when the pitch angle of the minimum blade is controlled.
第２段の制御で用いる制御風速V2upは、制御を行う時刻の次の10分における風速V1が安全限界風速Vbf以上になる確率が例えば１％となるような風速とする。このとき、図６を参照して説明した方法により、制御を行う時刻の風車V0として制御風速V2upを求めることができる。 The control wind speed V 2up used in the second-stage control is a wind speed at which the probability that the wind speed V 1 in the next 10 minutes after the control time will be equal to or higher than the safety limit wind speed V bf is 1%, for example. At this time, the control wind speed V 2up can be obtained as the wind turbine V 0 at the time of control by the method described with reference to FIG.
次に風速が減少し、風車の運転を安全に再開させる制御風速について考える。上述の条件で、風速が大きくなって発電出力を最大発電出力の60%に制御、あるいは停止させた後、風速が減少して発電を再開させようとする場合の制御風速は、風速が増加しているときよりもそれぞれ小さくする。この制御風速で再起動あるいは発電出力を上げた場合に、次の10分における風速が前述の風速増加期間の制御風速V1upおよびV2upをすぐに超えてしまうと、頻繁に出力制御がかかって都合が悪いので、すぐには制御風速V1upおよびV2upを超えないようにする。 Next, let us consider the control wind speed at which the wind speed decreases and the windmill operation is resumed safely. Under the above conditions, the wind speed increases when the wind speed increases and the power generation output is controlled to 60% of the maximum power generation output or stopped, and then the wind speed decreases and the power generation is resumed. Make each smaller than when you are. When restarting at this control wind speed or increasing the power generation output, if the wind speed in the next 10 minutes immediately exceeds the control wind speed V 1up and V 2up during the wind speed increase period described above, output control is frequently applied. Since it is inconvenient, the control wind speeds V 1up and V 2up should not be exceeded immediately.
表１は、上記をまとめた、風車に対する安全運転制御の例を示す。図７は、それを具体的に示すフロー図である。すなわち、出力抑制制御風速（V1up）が検出されると（ステップＳＴ１）、発電量を60%に下げる（ステップＳＴ２）。ここで、出力抑制解除風速（V1dw）が検出されると（ステップＳＴ３）、60%に下げていた発電量を100%に上げ（ステップＳＴ４）、ステップＳＴ１の処理に戻る。出力抑制解除風速が検出されず、出力停止制御風速（V2up）が検出されると（ステップＳＴ５）、発電を停止する（ステップＳＴ６）。停止後、出力停止解除風速（V2dw）が検出されると（ステップＳＴ７）、発電量を60%に戻し（ステップＳＴ８）、ステップＳＴ３に戻る。図８は、図３の風車において、図７に示す安全運転制御をかけた場合の発電効率の変化を示す図である。 Table 1 summarizes the above and shows an example of safe driving control for a wind turbine. FIG. 7 is a flowchart specifically showing this. That is, when the output suppression control wind speed (V 1up ) is detected (step ST1), the power generation amount is reduced to 60% (step ST2). When the output suppression release wind speed (V 1dw ) is detected (step ST3), the power generation amount that has been reduced to 60% is increased to 100% (step ST4), and the process returns to step ST1. When the output suppression release wind speed is not detected and the output stop control wind speed (V 2up ) is detected (step ST5), power generation is stopped (step ST6). When the output stop cancellation wind speed (V 2dw ) is detected after the stop (step ST7), the power generation amount is returned to 60% (step ST8), and the process returns to step ST3. FIG. 8 is a diagram showing a change in power generation efficiency when the safe driving control shown in FIG. 7 is applied to the windmill of FIG.
なお、本願発明の発電部は、例えば、潮流発電等、他の自然エネルギーを利用するものであってもよい。また、発電システム１は、風速以外に、例えば、水流や波などを利用するものであってもよい。 The power generation unit of the present invention may use other natural energy such as tidal power generation. In addition to the wind speed, the power generation system 1 may use, for example, a water flow or a wave.
本願発明は、例えば風力発電であれば、風車メーカー、風力発電事業者、電力会社等が利用でき、他の自然エネルギーでも、装置メーカー、発電事業者、及び、発電された電力を供給する電力会社等が利用できる。 The present invention can be used by wind turbine manufacturers, wind power generators, power companies, etc., for example, if it is wind power generation, and equipment manufacturers, power generators, and power companies that supply generated power even with other natural energy Etc. are available.
１ 発電システム、３ 発電装置、５ 制御装置、７ シミュレーション装置、１１ 計測部、１３ 履歴記憶部、１５ 履歴演算部、１７ 超過確率記憶部、１９ 発電部制御部、２１ メソ気象情報作成部、２３ シミュレーション演算部、２５ シミュレーションデータ記憶部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation system, 3 Power generation apparatus, 5 Control apparatus, 7 Simulation apparatus, 11 Measurement part, 13 History storage part, 15 History calculation part, 17 Excess probability storage part, 19 Power generation part control part, 21 Meso weather information preparation part, 23 Simulation calculation unit, 25 simulation data storage unit
Claims (6)
前記発電部に到達した前記自然エネルギーを計測する計測手段と、
前記計測手段が既に計測した前記自然エネルギーの一つ又は複数の特性と、前記計測手段が前記特性を計測した後に、前記発電部が対応可能な範囲を超過する前記自然エネルギーが前記発電部に到達する確率である制御用超過確率との対応関係を記憶する制御用超過確率記憶手段と、前記計測手段が、前記制御用超過確率記憶手段において、所定の値以上である前記制御用超過確率に対応する前記自然エネルギーの一つ又は複数の特性を計測した場合に、前記発電部による発電量を抑制し、又は、前記発電部による発電を停止させる発電部制御手段を備える制御装置。 A control device that controls a power generation unit that generates power using natural energy,
Measuring means for measuring the natural energy that has reached the power generation unit;
One or more characteristics of the natural energy already measured by the measuring unit and the natural energy that exceeds the range that the power generation unit can handle after the measurement unit measures the characteristic reaches the power generation unit. A control excess probability storage means for storing a correspondence relationship with a control excess probability that is a probability of the control, and the measuring means corresponds to the control excess probability that is greater than or equal to a predetermined value in the control excess probability storage means. A control device comprising power generation unit control means for suppressing the amount of power generated by the power generation unit or stopping power generation by the power generation unit when one or more characteristics of the natural energy to be measured are measured.
前記発電部は、風力発電を行い、
前記計測手段は、前記発電部に到達した風を計測し、
前記制御用超過確率記憶手段は、計測時間における風速と、当該計測時間に続く予測時間において前記発電部が損傷し得る風が到達する確率との対応関係を記憶し、
前記発電部制御手段は、前記計測手段が、直前の前記計測時間において、所定の値以上である前記制御用超過確率に対応する前記自然エネルギーの一つ又は複数の特性を計測した場合に、前記発電部による発電を停止して前記発電部の故障を予防する、請求項１又は２に記載の制御装置。 The natural energy is wind power,
The power generation unit performs wind power generation,
The measuring means measures the wind reaching the power generation unit,
The control excess probability storage means stores a correspondence relationship between the wind speed at the measurement time and the probability that the wind that can damage the power generation unit in the prediction time following the measurement time,
The power generation unit control means, when the measurement means measures one or more characteristics of the natural energy corresponding to the excess probability for control that is equal to or greater than a predetermined value in the immediately preceding measurement time, The control device according to claim 1, wherein power generation by the power generation unit is stopped to prevent a failure of the power generation unit.
前記発電部制御手段は、前記シミュレーション手段が予測した前記所定の部位に到達する自然エネルギーが、前記発電部の所定の部位が対応可能な範囲を超過する確率が所定の値以上である場合にも、前記発電部による発電量を抑制する、請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。 A simulation means for predicting the natural energy reaching a predetermined part of the power generation unit;
The power generation unit control means may be configured such that the probability that the natural energy reaching the predetermined part predicted by the simulation means exceeds a range that can be handled by the predetermined part of the power generation part is greater than or equal to a predetermined value. The control device according to claim 1, wherein the power generation amount by the power generation unit is suppressed.
計測手段が、前記発電部に到達した前記自然エネルギーを計測する計測ステップと、
前記計測手段が計測した前記自然エネルギーの一つ又は複数の特性が、前記発電部が対応可能な範囲を超過する前記自然エネルギーが前記発電部に到達する制御用超過確率が所定の値以上であるものに対応する場合に、発電部制御手段が、前記発電部による発電量を抑制させ、又は、発電部による発電を停止させる発電部制御ステップを含む制御方法。 A control method for controlling a power generation unit that generates power using natural energy,
A measuring step for measuring the natural energy reaching the power generation unit;
One or more characteristics of the natural energy measured by the measuring means exceed a range that can be handled by the power generation unit. A control excess probability that the natural energy reaches the power generation unit is a predetermined value or more. A control method including a power generation unit control step in which the power generation unit control means suppresses the power generation amount by the power generation unit or stops the power generation by the power generation unit when corresponding to the above.
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