JP2016149839A - 電力貯蔵装置の制御装置、風力発電システムおよび電力貯蔵装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統に供給される電力の変動を抑制することができる電力貯蔵装置の制御装置、風力発電システムおよび電力貯蔵装置の制御方法を提供する。
【解決手段】電力貯蔵装置の制御装置は、風速取得装置と、発電出力検出部と、容量検出部と、制御部とを備える。風速取得装置は、風速を取得する。発電出力検出部は、電力系統に接続される風力発電装置の発電出力を検出する。容量検出部は、発電出力における少なくとも一部の電力を貯蔵し、貯蔵された電力の少なくとも一部を電力系統に供給する電力貯蔵装置に対して、残存容量の検出を実行する。制御部は、風速と、発電出力と、残存容量とに基づいて、発電出力と電力貯蔵装置が貯蔵または供給する電力とを合成した合成出力の変動を抑制するように電力の貯蔵および供給を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明による実施形態は、電力貯蔵装置の制御装置、風力発電システムおよび電力貯蔵装置の制御方法に関する。

昨今、再生可能エネルギーの１つとして、風力エネルギーが積極的に導入されている。風力エネルギーは、風速の変動にともなって変動する不安定なエネルギーである。このため、風力エネルギーをその変動を考慮せずに電力系統に連系させた場合、電力の安定供給を妨げるおそれがある。電力系統に供給される電力の変動を抑制するために、風力エネルギーの系統連系について、風力エネルギーの変動幅等の規定が設けられている。

電力系統に供給される電力の変動を抑制する技術として、風力発電装置に電力貯蔵装置を併設する技術が知られている。電力貯蔵装置は、風力発電装置の発電電力の変動を吸収するために、風力発電装置の発電電力を貯蔵（すなわち、充電）したり、貯蔵された電力を電力系統に供給（すなわち、放電）したりする。

しかし、従来の技術では、電力貯蔵装置の長期間における容量の変化を十分に考慮して、電力貯蔵装置に電力を過不足なく貯蔵または供給させることができなかった。このため、例えば、電力貯蔵装置が電力を供給している途中で、電力貯蔵装置の容量が不足することにより、電力系統に供給される電力の変動を抑制することが困難になるといった問題があった。

特開２０１４−８７２３９号公報

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、電力系統に供給される電力の変動を抑制することができる電力貯蔵装置の制御装置、風力発電システムおよび電力貯蔵装置の制御方法を提供することを目的とする。

本実施形態による電力貯蔵装置の制御装置は、風速取得装置と、発電出力検出部と、容量検出部と、制御部とを備える。風速取得装置は、風速を取得する。発電出力検出部は、電力系統に接続される風力発電装置の発電出力を検出する。容量検出部は、発電出力における少なくとも一部の電力を貯蔵し、貯蔵された電力の少なくとも一部を電力系統に供給する電力貯蔵装置に対して、残存容量の検出を実行する。制御部は、風速と、発電出力と、残存容量とに基づいて、発電出力と電力貯蔵装置が貯蔵または供給する電力とを合成した合成出力の変動を抑制するように電力の貯蔵および供給を制御する。

本発明によれば、電力系統に供給される電力の変動を抑制することができる。

第１の実施形態を示す風力発電システム１のブロック図である。 図１の風力発電システム１における電力貯蔵装置１２の制御装置１３のブロック図である。 第１の実施形態を示す電力貯蔵装置の制御方法のフローチャートである。 図２の制御装置１３における第１目標容量算出部１３５１の動作例を示す図である。 図２の制御装置１３における第１発電出力予測部１３５２の動作例を示す図である。 図２の制御装置１３における発電出力判定部１３５３の動作例を示す図である。 図３の充放電指令値の決定工程の詳細を示すフローチャートである。 図２の制御装置１３における充放電指令部１３５４の動作例を示す図である。 第２の実施形態を示す風力発電システム１のブロック図である。 図９の風力発電システム１における制御装置１３のブロック図である。 第３の実施形態を示す制御装置１３のブロック図である。 図１１の制御装置１３における第２目標容量算出部１３５５の動作例を示す図である。 図１１の制御装置１３における第２発電出力予測部１３５６の動作例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態を示す風力発電システム１のブロック図である。図２は、図１の風力発電システム１における電力貯蔵装置１２の制御装置１３のブロック図である。なお、図１において、実線部は、電力が通る電力ラインを示し、破線部は、信号が通る信号ラインを示す。図２において、破線部は、信号ラインを示す。

図１に示すように、風力発電システム１は、風力発電装置１１と、電力貯蔵装置１２と、制御装置１３と、電力変換器１４とを備える。

風力発電装置１１は、電力系統２に接続される。風力発電装置１１は、風力を利用した発電方式によって電力を発生させる。風力発電装置１１は、電力系統２に連系して、風力発電装置１１が発生させた電力すなわち発電出力（以下、風力発電出力ともいう）を、電力系統２に供給（送電）する。風力発電装置１１は、例えば、発電機が内蔵された風車を１台以上備えている。風力発電装置１１は、集合型風力発電所（ウィンドファーム）に備えられていてもよい。

電力貯蔵装置１２は、電力変換器１４を介して風力発電装置１１および電力系統２に接続される。電力貯蔵装置１２は、風力発電出力における少なくとも一部の電力を貯蔵する。また、電力貯蔵装置１２は、貯蔵された電力の少なくとも一部を電力系統２に供給する。電力変換器１４は、風力発電出力を電力変換したうえで電力貯蔵装置１２に貯蔵する。また、電力変換器１４は、電力貯蔵装置１２に貯蔵された電力を電力変換したうえで電力系統２に供給する。

電力貯蔵装置１２は、後述する充放電指令信号に基づいて、風力発電出力と電力貯蔵装置１２が貯蔵または供給する電力（以下、充放電出力ともいう）とを合成した合成出力の変動を抑制するように充放電を実行する。ここで、合成出力は、電力貯蔵装置１２が充電を実行する場合には、風力発電出力から充電出力（貯蔵する電力）を減じた値である。一方、合成出力は、電力貯蔵装置１２が放電を実行する場合には、風力発電出力に放電出力（供給する電力）を加えた値である。合成出力の変動は、風力発電装置１１と電力系統２との連系条件が定義する変動幅に収められればよい。

電力貯蔵装置１２は、単一または複数の蓄電池（セル）を備える。蓄電池は、充放電可能な二次電池であればよく、具体的な態様は特に限定されない。

制御装置１３は、電力貯蔵装置１２に充放電指令信号を出力することで、電力貯蔵装置１２による電力の貯蔵および供給を制御（以下、充放電制御ともいう）する。充放電指令信号は、後述する充放電指令値を示す信号である。制御装置１３は、所定の制御周期おきに新たな充放電指令信号を出力してよい。

制御装置１３は、風速取得装置としての風速予測装置１３１と、発電出力検出部１３２と、容量検出部１３３と、合成出力検出部１３４と、制御部１３５とを備える。

風速予測装置１３１は、現在の風速を、予測（計算）によって取得する。風速予測装置１３１は、予測された風速を示す風速信号を制御部１３５に出力する。風速予測装置１３１は、例えば、数理モデルおよび統計モデルの少なくとも１つに基づいて風速を予測する。風速予測装置１３１は、例えば、カルマンフィルタや風況モデル等に基づいて風速を予測してもよい。風速予測装置１３１が風速を予測する手法は、以上に限定されない。風速予測装置１３１で予測された風速は、後述するように、電力貯蔵装置１２の残存容量の長期的な変動を考慮した充放電制御に用いることができる。

発電出力検出部１３２は、風力発電出力を検出する。発電出力検出部１３２は、検出された風力発電出力を示す風力発電出力信号を制御部１３５に出力する。

容量検出部１３３は、電力貯蔵装置１２の残存容量を単位時間おきに検出する。容量検出部１３３は、検出された残存容量を示す容量信号を制御部１３５に出力する。残存容量は、例えば、ＳＯＣ(State Of Charge)等であってもよい。単位時間は、制御装置１３の制御周期と同一であってもよいが、これに限定されない。容量検出部１３３で検出された残存容量は、後述するように、残存容量の長期的な変動を考慮した充放電制御に用いることができる。

合成出力検出部１３４は、合成出力を検出する。合成出力検出部１３４は、検出された合成出力を示す合成出力信号を制御部１３５に出力する。

制御部１３５は、風速信号が示す風速と、風力発電出力信号が示す風力発電出力と、容量信号が示す残存容量と、合成出力信号が示す合成出力とに基づいて、合成出力の変動を抑制するように充放電制御を実行する。

図２に示すように、制御部１３５は、第１目標容量算出部１３５１と、第１発電出力予測部１３５２と、発電出力判定部１３５３と、充放電指令部１３５４とを備える。

第１目標容量算出部１３５１は、風速予測装置１３１からの風速信号を入力とし、風速信号が示す風速に基づいて、電力貯蔵装置１２の目標容量を単位時間おきに算出する。ここで、電力貯蔵装置１２の目標容量とは、目標とする電力貯蔵装置１２の残存容量をいう。第１目標容量算出部１３５１は、算出された目標容量を示す目標容量信号を充放電指令部１３５４に出力する。第１目標容量算出部１３５１で算出された目標容量は、後述するように、残存容量の長期的な変動を考慮した充放電制御に用いることができる。

第１発電出力予測部１３５２は、風速予測装置１３１からの風速信号を入力とし、風速信号が示す風速に基づいて、風速変動量を単位時間おきに算出する。風速変動量は、設定された時間（以下、基準時間ともいう）当たりの風速の変化（時間変化）を示すパラメータであってよい。風速変動量は、例えば、風速の増加方向への変動量を正の値とし、風速の減少方向への変動量を負の値とする。例えば、風速変動量は、風速の傾き、すなわち、風速の時間微分であってよい。風速変動量の基準時間を可変とすることで、風力発電出力の増減の予測方法を簡便に修正（変更）することもできる。

第１発電出力予測部１３５２は、算出された風速変動量に基づいて、風力発電出力の増減を予測する。第１発電出力予測部１３５２は、予測された風力発電出力の増減を示す増減予測信号を充放電指令部１３５４に出力する。第１発電出力予測部１３５２で予測された風力発電出力の増減は、後述するように、残存容量の長期的な変動を考慮した充放電制御に用いることができる。

なお、第１発電出力予測部１３５２で予測された風力発電出力の増減は、風速変動量（風速）に基づいて予測された増減であり、後述する発電出力判定部１３５３で判定される風力発電出力の大きさを考慮していない。発電出力判定部１３５３で判定される風力発電出力の大きさを併せて考慮すれば、後述する充放電指令値の決定の際に予測（想定）すべき風力発電出力の増減が、第１発電出力予測部１３５２の予測した増減と相反する場合がある。詳細は後述する。

発電出力判定部１３５３は、発電出力検出部１３２からの風力発電出力信号を入力とし、風力発電出力信号が示す風力発電出力の現在の大きさを判定する。発電出力判定部１３５３は、判定された風力発電出力の大きさを示す発電出力判定信号を充放電指令部１３５４に出力する。発電出力判定部１３５３で判定された風力発電出力の大きさは、後述するように、残存容量の長期的な変動を考慮した充放電制御に用いることができる。

充放電指令部１３５４は、合成出力の変動を抑制可能な電力として、電力貯蔵装置１２が貯蔵または供給すべき電力を決定する。具体的には、充放電指令部１３５４は、電力貯蔵装置１２が貯蔵または供給すべき電力を示す充放電指令値を決定する。

充放電指令部１３５４は、決定された電力の貯蔵または供給を電力貯蔵装置１２に指令することで、充放電制御を実行する。具体的には、充放電指令部１３５４は、充放電指令値を充放電指令信号として電力貯蔵装置１２に出力することで、充放電指令値に応じた充放電を指令する。

充放電指令部１３５４は、目標容量信号と、容量信号と、増減予測信号と、発電出力判定信号と、合成出力信号とを入力とする。そして、充放電指令部１３５４は、目標容量信号が示す目標容量と、容量信号が示す残存容量と、増減予測信号が示す風力発電出力の増減と、発電出力判定信号が示す風力発電出力の大きさと、合成出力信号が示す合成出力とに基づいて、充放電指令値を決定する。充放電指令部１３５４は、目標容量と残存容量との大小関係を充放電指令値の決定に用いてもよい。

もし、風速を予測（取得）せずに、風力発電出力や残存容量のみに基づいて充放電指令値を決定する場合、残存容量の長期的な変動を考慮した充放電制御が困難となる。例えば、今後の風速の低下による風力発電出力の減少を予測できないため、今後、合成出力の低下を抑制する放電の必要が生じ、残存容量が減少することを考慮できない。このため、いざ放電が必要になった時点で放電を行っても、残存容量が不足していることで、合成出力の変動（低下）を抑制できないおそれがある。

また、もし、残存容量を検出せずに充放電指令値を決定する場合、風速を取得しない場合と同様に、電力貯蔵装置１２の今後の容量不足を回避した充放電制御が困難となる。このため、残存容量を検出しない場合にも、合成出力の変動を抑制できないおそれがある。

これに対して、本実施形態においては、風速と残存容量との双方を考慮した充放電指令値を決定することで、合成出力の変動を確実に抑制できる。また、目標容量に基づいて充放電指令値を決定することで、偏った充放電による電力貯蔵装置１２の容量不足を更に簡便かつ確実に回避することができる。また、予測された風力発電出力の増減（風速変動量）に基づいて充放電指令値を決定することで、風力発電出力の増加が予測される場合に充電量を増加させるといった効率的な充放電を行うことも可能となる。

次に、以上のように構成された風力発電システム１の動作例について図３〜図７を参照して説明する。

図３は、第１の実施形態を示す電力貯蔵装置１２の制御方法のフローチャートである。図３は、制御装置１３の１回の制御周期当たりのフローチャートであってもよい。この場合、制御装置１３は、図３のフローチャートを繰り返し実行すればよい。

図４は、図２の制御装置１３における第１目標容量算出部１３５１の動作例を示す図である。図４は、横軸を時間（分）、縦軸を風速とし、風速が属する縦軸上の領域と目標容量との対応関係を示している。

図５は、図２の制御装置１３における第１発電出力予測部１３５２の動作例を示す図である。図５は、横軸を時間（分）、縦軸を風速の傾き（風速変動量）とし、風速の傾きが属する縦軸上の領域と予測される風力発電出力の増減との対応関係を示している。

図６は、図２の制御装置１３における発電出力判定部１３５３の動作例を示す図である。図６は、横軸を時間（分）、縦軸を出力（風力発電出力）とし、出力が属する領域と出力の大きさの状態との対応関係を示している。

図７は、図３の充放電指令値の決定工程の詳細を示すフローチャートである。

図３に示すように、先ず、風速予測装置１３１は、風速を予測することで風速を取得し（ステップＳ１＿１）、風速信号を第１目標容量算出部１３５１および第１発電出力予測部１３５２に出力する。

また、発電出力検出部１３２は、風力発電出力を検出し（ステップＳ１＿２）、風力発電出力信号を発電出力判定部１３５３に出力する。

また、容量検出部１３３は、残存容量を検出し（ステップＳ１＿３）、容量信号を制御部１３５の充放電指令部１３５４に出力する。

また、合成出力検出部１３４は、合成出力を検出し（ステップＳ１＿４）、合成出力信号を充放電指令部１３５４に出力する。

次いで、第１目標容量算出部１３５１は、風速予測装置１３１から入力された風速信号が示す風速に基づいて目標容量を算出し（ステップＳ２＿１）、目標容量信号を充放電指令部１３５４に出力する。

例えば、第１目標容量算出部１３５１は、図４の横軸における単位時間（例えば、１ｓｅｃ或いはデータ収集の周期等であってもよい）毎の算出時点において、縦軸の風速が、高容量領域および低容量領域のいずれに属するかを判定する。ここで、高容量領域は、第１風速閾値ａ１以上の風速が属する領域であって、目標容量を高い値に設定すべき領域である。低容量領域は、第１風速閾値ａ１より低い第２風速閾値ａ２未満の風速が属する領域であって、目標容量を低い値に設定すべき領域である。第１目標容量算出部１３５１は、風速が高容量領域に属する場合には、目標容量として、高容量領域に対応する第１目標容量を算出（設定）する。一方、第１目標容量算出部１３５１は、風速が低容量領域に属する場合には、目標容量として、低容量領域に対応する第２目標容量を算出する。なお、第１目標容量算出部１３５１は、風速が高容量領域および低容量領域のいずれにも属しない場合には、電池の劣化を抑制し、充電および放電のどちらにも対応可能であるＳＯＣ５０％を目標容量としてよい。また、第１目標容量算出部１３５１は、図４の風速波形の短周期成分を一次遅れや移動平均によって緩和することで、滑らかな風速波形（図６参照）を取得してもよい。そして、第１目標容量算出部１３５１は、取得された滑らかな風速波形を用いて目標容量を算出してもよい。

目標容量の算出は、例えば、目標容量を示すフラグの設定等によって行ってもよいが、これに限定されない。また、第１風速閾値ａ１および第２風速閾値ａ２の具体的な態様は特に限定されず、例えば、実験やシミュレーション等に基づいて好適な値を設定してもよい。

第１目標容量算出部１３５１によれば、風速が大きければ、風力発電出力の増加を見込んで目標容量を高めに設定できる。逆に、風速が小さければ、風力発電出力の減少を見込んで目標容量を低めに設定できる。したがって、目標容量を風速に適合した値に設定できる。また、風速の閾値に基づいて目標容量を簡便に算出できる。目標容量を簡便かつ適切に算出できることで、目標容量に基づいた充放電指令値の決定を簡便かつ適切に行うことができる。

図３に示すように、第１発電出力予測部１３５２は、風速予測装置１３１から入力された風速信号が示す風速に基づいて風力発電出力の増減を予測し（ステップＳ２＿２）、増減予測信号を充放電指令部１３５４に出力する。

例えば、第１発電出力予測部１３５２は、図５の横軸における単位時間（例えば１ｓｅｃ或いはデータ収集の周期等であってもよい）毎の予測時点において、縦軸の風速の傾きが、出力増加領域および出力減少領域のいずれに属するかを判定する。ここで、出力増加領域は、第１傾き閾値ｂ１以上の風速の傾きが属する領域であって、風力発電出力が増加すると予測すべき領域である。出力減少領域は、第１傾き閾値ｂ１より低い第２傾き閾値ｂ２未満の風速の傾きが属する領域であって、風力発電出力が減少すると予測すべき領域である。第１発電出力予測部１３５２は、風速の傾きが出力増加領域に属する場合には、風力発電出力の増加を予測する。一方、第１発電出力予測部１３５２は、風速の傾きが出力減少領域に属する場合には、風力発電出力の減少を予測する。なお、第１発電出力予測部１３５２は、風速の傾きが出力増加領域および出力減少領域のいずれにも属しない場合には、現在の風力発電出力の維持を予測してよい。また、第１発電出力予測部１３５２は、図５の風速の傾きの波形の短周期成分を一次遅れや移動平均によって緩和することで、滑らかな風速の傾きの波形を取得してもよい。そして、第１発電出力予測部１３５２は、取得された滑らかな風速の傾きの波形を用いて風力発電出力の増減を予測してもよい。

風力発電出力の増減の予測は、増減の予測結果を示すフラグの設定等によって行ってもよいが、これに限定されない。また、第１傾き閾値ｂ１および第２傾き閾値ｂ２の具体的な態様は特に限定されず、例えば、実験やシミュレーション等に基づいて好適な値を設定してもよい。

第１発電出力予測部１３５２によれば、風速の傾きが大きければ、風力発電出力の増加を予測し、逆に、風速の傾きが小さければ、風力発電出力の減少を予測できる。したがって、風力発電出力の増減を精度良く予測できる。また、風速の傾きの閾値に基づいて、風力発電出力の増減を簡便に予測できる。風力発電出力の増減を簡便かつ高精度に予測できることで、予測された風力発電出力の増減に基づいた充放電指令値の決定を簡便かつ高精度に行うことができる。

図３に示すように、発電出力判定部１３５３は、発電出力検出部１３２から入力された風力発電出力信号が示す風力発電出力に基づいて風力発電出力の大きさを判定し（ステップＳ２＿３）、発電出力判定信号を充放電指令部１３５４に出力する。

例えば、発電出力判定部１３５３は、発電出力検出部１３２から入力された風力発電出力の短周期変動成分を緩和することで、図６に示すような滑らかな波形の風力発電出力に変換する。発電出力判定部１３５３は、風力発電出力の一次遅れや移動平均を求めることで短周期変動成分を緩和してもよい。そして、発電出力判定部１３５３は、変換された波形の風力発電出力を用いて、風力発電出力の大きさを判定する。例えば、発電出力判定部１３５３は、図６の横軸における判定周期（例えば、１ｓｅｃ或いはデータ収集の周期等であってもよい）毎に、縦軸の風力発電出力が、高出力継続領域および低出力継続領域のいずれに属するかを判定する。

ここで、高出力継続領域は、第１出力閾値ｃ１以上の風力発電出力が閾値時間Ｔｔｈ以上継続している領域であって、風力発電出力が大きいと判定すべき領域である。低出力継続領域は、第１出力閾値ｃ１より低い第２出力閾値ｃ２未満の風力発電出力が閾値時間Ｔｔｈ以上継続している領域であって、風力発電出力が小さいと判定すべき領域である。発電出力判定部１３５３は、風力発電出力が高出力継続領域に属する場合には、風力発電出力が大きいと判定する。一方、発電出力判定部１３５３は、風力発電出力が低出力継続領域に属する場合には、風力発電出力が小さいと判定する。なお、発電出力判定部１３５３は、風力発電出力が高出力継続領域および低出力継続領域のいずれにも属しない場合には、風力発電出力の大きさが普通であると判定してよい。

風力発電出力の大きさの判定は、判定結果を示すフラグの設定等によって行ってもよいが、これに限定されない。また、第１出力閾値ｃ１、第２出力閾値ｃ２および閾値時間Ｔｔｈの具体的な態様は特に限定されず、例えば、実験やシミュレーション等に基づいて好適な値を設定してもよい。

発電出力判定部１３５３によれば、風力発電出力の閾値に基づいて、風力発電出力の大小を簡便かつ正確に判定できる。風力発電出力の大小を簡便かつ正確に判定できることで、風力発電出力の大きさの判定結果に基づいた充放電指令値の決定を簡便かつ正確に行うことができる。

また、風力発電出力が高い状態が継続している場合には、たとえ、風速変動量に基づいて風力発電出力の増加が予測された場合であっても、長期的に見れば、予測された増加の更にその後の急落を予測（想定）すべきである。発電出力判定部１３５３の判定結果を考慮することで、第１発電出力予測部１３５２の予測結果をのみを考慮する場合に比較して、長期的な観点からより的確な風力発電出力の増減を想定して、より的確な充放電指令値を決定することが可能となる。

次いで、図３に示すように、充放電指令部１３５４は、充放電指令値を決定し（ステップＳ３）、決定された充放電指令値を示す充放電指令信号を電力貯蔵装置１２に出力する。充放電指令値の決定は、第１目標容量算出部１３５１から入力された目標容量と、第１発電出力予測部１３５２から入力された風力発電出力の増減の予測結果と、発電出力判定部１３５３から入力された風力発電出力の大きさの判定結果と、合成出力検出部１３４から入力された合成出力とに基づく。

次に、充放電指令部１３５４が決定する充放電指令値について、図７を用いて更に詳細に説明する。図７に示すように、充放電指令部１３５４は、以下の（１）〜（４）の場合に、貯蔵すべき電力を示す充放電指令値を決定する。

（１）残存容量が目標容量以上（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）で、第１発電出力予測部１３５２において風力発電出力の増加が予測され（ステップＳ３２＿１：増加）、発電出力判定部１３５３において風力発電出力が大きいと判定された（ステップＳ３３＿１：大）場合。
（１）の場合、たとえ、風速変動量に基づいて風力発電出力の増加が予測されていても、風力発電出力が高い状態が継続していることを考慮して、風力発電出力が増加後に急落することを想定すべきである。このため、（１）の場合には、残存容量が十分であっても、風力発電出力の急落に備えて電力系統２に供給可能な電力を備蓄しておくために、貯蔵すべき電力を示す充放電指令値を決定する（ステップＳ３４_１）。このように充電側の充放電指令値を決定することで、風力発電出力が急落しても合成出力の変動を確実に抑制できる。

（２）残存容量が目標容量以上（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）で、発電出力の減少が予測され（ステップＳ３２＿１：減少）、発電出力が大きいと判定された（ステップＳ３３＿２：大）場合。
（２）の場合、（１）の場合と同様の理由によって、貯蔵すべき電力を示す充放電指令値を決定する（ステップＳ３４_２）。

（３）残存容量が目標容量未満（ステップＳ３１：Ｎｏ）で、発電出力の増加が予測され（ステップＳ３２＿２：増加）、発電出力が大きいと判定された（ステップＳ３３＿３：大）場合。
（３）の場合、残存容量が乏しく、更に、（１）の場合と同様に風力発電出力の急落を想定すべきであるため、貯蔵すべき電力を示す充放電指令値を決定する（ステップＳ３４_３）。残存容量が乏しい状態で風力発電出力が急落した場合、合成出力の変動を抑制するように電力系統２に給電することは、残存容量が十分であるとき以上に困難である。ステップＳ３４＿３のように充電側の充放電指令値を決定することで、電力系統２に供給すべき電力を予め確保することができる。これにより、風力発電出力の急落にともなう合成出力の変動を確実に抑制できる。

（４）残存容量が目標容量未満（ステップＳ３１：Ｎｏ）で、発電出力の減少が予測された（ステップＳ３２＿２：減少）場合。
（４）の場合、風力発電出力の減少に備えて電力系統２に供給可能な電力を備蓄しておくために、貯蔵すべき電力を示す充放電指令値を決定する（ステップＳ３４_４）。このように充電側の充放電指令値を決定することで、風力発電出力が減少しても合成出力の変動を確実に抑制できる。

また、図７に示すように、充放電指令部１３５４は、以下の（５）〜（７）の場合に、供給すべき電力を示す充放電指令値を決定する。

（５）残存容量が目標容量以上（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）で、発電出力の増加が予測され（ステップＳ３２＿１：増加）、発電出力が小さいと判定された（ステップＳ３３＿１：小）場合。
（５）の場合、残存容量を目標容量に近付けることを優先し、供給すべき電力を示す充放電指令値を決定する（ステップＳ３４_５）。

（６）残存容量が目標容量以上（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）で、発電出力の減少が予測され（ステップＳ３２＿１：減少）、発電出力が小さいと判定された（ステップＳ３３＿２：小）場合。
（６）の場合、（５）の場合と同様の理由により、供給すべき電力を示す充放電指令値を決定する（ステップＳ３４_６）。

（７）残存容量が目標容量未満（ステップＳ３１：Ｎｏ）で、発電出力の増加が予測され（ステップＳ３２＿２：増加）、発電出力が小さいと判定された（ステップＳ３３＿３：小）場合。
（７）の場合、風力発電出力が低い状態が継続していることを考慮して、今後の風力発電出力の急増を想定すべきである。このため、（７）の場合には、供給すべき電力を示す充放電指令値を決定する（ステップＳ３４_７）。なお、（７）の場合には、今後の風力発電出力の急増にともなって合成出力の変動を抑制する充電が必要となることを想定して、今後の充電のための電力貯蔵装置１２の空き容量を確保するために、放電側の充放電指令値を決定してもよい。

なお、制御装置１３の１回の制御周期当たりの充電側および放電側の充放電指令値は、一定であっても可変であってもよい。また、充放電指令部１３５４は、充放電指令値として、合成出力検出部１３４で検出された合成出力を考慮した値を決定してもよい。例えば、図８に示すように、電力系統２への連系条件が、任意時間Ｂ［ｓｅｃ］における合成出力の変動幅をＡ［ｋＷ］以内に収めることであるとする。この場合、充放電指令部１３５４は、合成出力検出部１３４で検出された合成出力に基づいて、現在の時刻ｔまでの過去の任意時間Ｂ［ｓｅｃ］分の合成出力の変動幅を算出してよい。なお、現在の時刻ｔにおいて、風力発電装置１１は系統連系しているものとする。充放電指令部１３５４は、過去の任意時間Ｂ［ｓｅｃ］分の合成出力の変動幅に、充放電指令部１３５４が算出した充放電指令値（充放電出力）を加算することで、時刻ｔ＋１における合成出力の予定値を算出してよい。そして、充放電指令部１３５４は、図８の波形ＷＦ１に示すように、合成出力の予定値がＡ［ｋＷ］を超える場合には、図８の波形ＷＦ２に示すように、合成出力の予定値がＡ［ｋＷ］以下になるように、充放電指令値を補正してよい。これにより、現在の時刻ｔの後の時刻ｔ＋１においても引き続き合成出力の変動幅を任意時間Ｂ［ｓｅｃ］あたりＡ［ｋＷ］以内に収めることができるので、系統連系を継続することができる。

本実施形態によれば、風速と残存容量との双方を考慮した充放電指令値を決定することで、合成出力の変動を簡便かつ確実に抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の説明にあたり、第１の実施形態と同様の構成部については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図９は、第２の実施形態を示す風力発電システム１のブロック図である。図１０は、図９の風力発電システム１における制御装置１３のブロック図である。

図９、図１０に示すように本実施形態の風力発電システム１は、第１の実施形態における風速予測装置１３１の代わりに、風速検出装置１３６を備えている。風速検出装置１３６は、風速を実測し、実測された風速を示す風速信号を制御部１３５（第１目標容量算出部１３５１、第１発電出力予測部１３５２）に出力する。

第１目標容量算出部１３５１は、風速の実測値に基づいて目標容量を算出することができる。また、第１発電出力予測部１３５２は、風速の実測値に基づいて風力発電出力の増減を予測できる。このため、充放電指令部１３５４は、風速の実測値に基づいて充放電指令値を決定できる。なお、第１目標容量算出部１３５１は、風速波形の短周期成分を一次遅れや移動平均によって緩和することで滑らかな風速波形を取得し、当該滑らかな風速波形を用いて目標容量を算出してもよい。また、第１発電出力予測部１３５２は、風速の傾きの波形の短周期成分を一次遅れや移動平均によって緩和することで滑らかな風速の傾きの波形を取得し、当該滑らかな風速の傾きの波形を用いて風力発電出力の増減を予測してもよい。

第２の実施形態によれば、実際の風速を考慮することで、合成出力の変動を抑制する充放電制御を第１の実施形態よりも高精度に行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の説明にあたり、第１の実施形態と同様の構成部については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１１は、第３の実施形態を示す制御装置１３のブロック図である。図１２は、図１１の制御装置１３における第２目標容量算出部１３４５の動作例を示す図である。図１３は、図１１の制御装置１３における第２発電出力予測部１３４２の動作例を示す図である。

図１１に示すように、本実施形態の風力発電システム１の制御装置１３は、第１目標容量算出部１３５１（図２参照）の代わりに第２目標容量算出部１３５５を備える。また、本実施形態の制御装置１３は、第１発電出力予測部１３５２（図２）の代わりに第２発電出力予測部１３５６を備える。

第２目標容量算出部１３５５は、図１２の横軸における単位時間毎の算出時点において、縦軸の風速の傾きが、高容量領域および低容量領域のいずれに属するかを判定する。第２目標容量算出部１３５５は、風速の傾きが高容量領域に属する場合には、目標容量として第１目標容量を算出する。一方、第２目標容量算出部１３５５は、風速の傾きが低容量領域に属する場合には、目標容量として第２目標容量を算出する。なお、第２目標容量算出部１３５５は、図１２の風速の傾きの波形の短周期成分を一次遅れや移動平均によって緩和することで、滑らかな風速の傾きの波形を取得してもよい。そして、第２目標容量算出部１３５５は、取得された滑らかな風速の傾きの波形を用いて目標容量を算出してもよい。

第２発電出力予測部１３５６は、図１３の横軸における単位時間毎の予測時点において、縦軸の風速が、出力増加領域および出力減少領域のいずれに属するかを判定する。第２発電出力予測部１３５６は、風速が出力増加領域に属する場合には、風力発電出力の増加を予測する。一方、第２発電出力予測部１３５６は、風速が出力減少領域に属する場合には、風力発電出力の減少を予測する。なお、第２発電出力予測部１３５６は、図１３の風速波形の短周期成分を一次遅れや移動平均によって緩和することで、滑らかな風速波形を取得してもよい。そして、第２発電出力予測部１３５６は、取得された滑らかな風速波形を用いて風力発電出力の増減を予測してもよい。

第２目標容量算出部１３５５によれば、目標容量を風速の傾きに適合した値に設定できる。また、風速の傾きの閾値に基づいて目標容量を簡便に算出できる。また、第２発電出力予測部１３５６によれば、風力発電出力の増減を簡便に予測できる。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、充放電指令値を簡便かつ適切に決定し、決定された充放電指令値に基づいて、合成出力の変動を確実に抑制できる。

なお、上述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、第２の実施形態で説明した風速検出装置１３６と、第３の実施形態で説明した第２目標容量算出部１３５５および第２発電出力予測部１３５６とを備えた風力発電システム１を構成することもできる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 風力発電システム
１２ 電力貯蔵装置
１３ 制御装置
１３１ 風速予測装置
１３２ 発電出力検出部
１３３ 容量検出部
１３４ 合成出力検出部
１３５ 制御部
２ 電力系統

Claims (10)

1. 風速を取得する風速取得装置と、
   電力系統に接続される風力発電装置の発電出力を検出する発電出力検出部と、
   前記発電出力における少なくとも一部の電力を貯蔵し、貯蔵された電力の少なくとも一部を前記電力系統に供給する電力貯蔵装置に対して、残存容量の検出を実行する容量検出部と、
   前記電力の貯蔵および供給を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記風速と、前記発電出力と、前記残存容量とに基づいて、前記発電出力と前記電力貯蔵装置が貯蔵または供給する電力とを合成した合成出力の変動を抑制するように前記電力の貯蔵および供給を制御する、電力貯蔵装置の制御装置。
2. 前記合成出力を検出する合成出力検出部を更に備え、
   前記制御部は、更に、検出された前記合成出力に基づいて前記電力の貯蔵および供給を制御する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記風速に基づいて前記電力貯蔵装置の目標容量を算出する第１目標容量算出部と、
   前記風速に基づいて風速変動量を算出し、前記風速変動量に基づいて前記発電出力の増減を予測する第１発電出力予測部と、
   前記発電出力の現在の大きさを判定する発電出力判定部と、
   前記合成出力の変動を抑制可能な電力を決定し、決定された電力の貯蔵または供給を前記電力貯蔵装置に指令する充放電指令部と、を備え、
   前記充放電指令部は、前記目標容量と前記残存容量との大小関係と、予測された前記発電出力の増減と、判定された前記発電出力の大きさとに基づいて、前記合成出力の変動を抑制可能な電力を決定する、請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記充放電指令部は、
   前記残存容量が前記目標容量以上で、前記発電出力の増加が予測され、前記発電出力が大きいと判定された場合、
   前記残存容量が前記目標容量以上で、前記発電出力の減少が予測され、前記発電出力が大きいと判定された場合、
   前記残存容量が前記目標容量未満で、前記発電出力の増加が予測され、前記発電出力が大きいと判定された場合、または、
   前記残存容量が前記目標容量未満で、前記発電出力の減少が予測された場合に、前記合成出力の変動を抑制可能な電力として、前記電力貯蔵装置が貯蔵すべき電力を決定する、請求項３に記載の制御装置。
5. 前記充放電指令部は、
   前記残存容量が前記目標容量以上で、前記発電出力の増加が予測され、前記発電出力が小さいと判定された場合、
   前記残存容量が前記目標容量以上で、前記発電出力の減少が予測され、前記発電出力が小さいと判定された場合、または、
   前記残存容量が前記目標容量未満で、前記発電出力の増加が予測され、前記発電出力が小さいと判定された場合に、前記合成出力の変動を抑制可能な電力として、前記電力貯蔵装置が供給すべき電力を決定する、請求項４に記載の制御装置。
6. 前記制御部は、
   前記風速に基づいて風速変動量を算出し、前記風速変動量に基づいて前記電力貯蔵装置の目標容量を算出する第２目標容量算出部と、
   前記風速に基づいて前記発電出力の増減を予測する第２発電出力予測部と、
   前記発電出力の現在の大きさを判定する発電出力判定部と、
   前記合成出力の変動を抑制可能な電力を決定し、決定された電力の貯蔵または供給を前記電力貯蔵装置に指令する充放電指令部と、を備え、
   前記充放電指令部は、前記目標容量と前記残存容量との大小関係と、予測された前記発電出力の増減と、判定された前記発電出力の大きさとに基づいて、前記合成出力の変動を抑制可能な電力を決定する、請求項１または２に記載の制御装置。
7. 前記風速取得装置は、数理モデルおよび統計モデルの少なくとも一方に基づいて前記風速を予測する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 前記風速取得装置は、前記風速を実測する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御装置。
9. 電力系統に接続される風力発電装置と、
   前記風力発電装置の発電出力における少なくとも一部の電力を貯蔵し、貯蔵された電力の少なくとも一部を前記電力系統に供給する電力貯蔵装置と、
   前記電力貯蔵装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   風速を取得する風速取得装置と、
   前記発電出力を検出する発電出力検出部と、
   前記電力貯蔵装置の残存容量を検出する容量検出部と、
   前記電力の貯蔵および供給を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記風速と、前記発電出力と、前記残存容量とに基づいて、前記発電出力と前記電力貯蔵装置が貯蔵または供給する電力とを合成した合成出力の変動を抑制するように前記電力の貯蔵および供給を制御する、風力発電システム。
10. 風速を取得し、
    電力系統に接続される風力発電装置の発電出力を検出し、
    前記発電出力における少なくとも一部の電力を貯蔵し、貯蔵された電力の少なくとも一部を前記電力系統に供給する電力貯蔵装置に対して、残存容量の検出を実行し、
    前記風速と、前記発電出力と、前記残存容量とに基づいて、前記発電出力と前記電力貯蔵装置が貯蔵または供給する電力とを合成した合成出力の変動を抑制するように前記電力の貯蔵および供給を制御する、電力貯蔵装置の制御方法。

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