JP2017028774A - 風力発電装置、風力発電制御装置および風力発電制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】風力発電装置において、突風による過回転に対する回避を確実に実行することを可能にする。
【解決手段】 風車と、風車の回転によって発電を行う発電機と、記発電機による出力を制御する制御部とを備え、制御部は、第１の検出時間中の平均発電出力が定格値を目指すように発電機の出力を制御する定格出力モードを有し、定格出力モードの際に、第１の検出時間よりも短い第２の検出時間中における短期平均発電出力が、平均発電出力よりも所定の閾値以上で低下した場合、発電機による出力を平均発電出力よりも低下させる出力低下制御を行う。
【選択図】図５

Description

この発明は、発電量を制御しつつ動作させる風力発電装置、風力発電制御装置および風力発電制御プログラムに関するものである。

風力発電装置では、風車のブレード取り付け角度を調整するピッチ制御、風車の向きを変えるヨー制御や発電機のトルク制御などにより、発電量を制御しており、一般的には目標とする定格出力を設定し、この定格出力を目指した制御を行っている。
定格出力制御では、定格出力を超える状態では、ピッチ制御によって、風車の回転数が定格回転数を超過しないような制御を行っている。しかし、発電量を制御している際に、想定を超える突風が吹いた場合、風車の制御が間に合わず、回転数が設定値を超過する問題を有している。

従来技術においては、突風を事前に検知して制御する手法として、
（１）ナセルに設置した遠隔風速取得装置で前方風速を取得する方法（引用文献１、引用文献２）、
（２）シミュレーション等により風況を予測する手法（引用文献３、引用文献４）、（３）風車ロータの回転慣性が大きいことを利用し、主流に対しロータ後方に設置された風速計の測定値を使用する手法（特許文献５）が挙げられる。

特開２００６−１２５２６５号公報 特開２０１３−１４８０５８号公報 特開２００７−２３８１１号公報 特開２０１４−２０２１９０号公報 実用新案登録第３０８５０８９号公報

従来技術のうち、（１）の手法については、レーザライダー風速計の設置が提案されているが、装置の値段が高い、また雨等の天候の影響を受けること、ロータ面内の風速不均一性の取り扱い等の課題を有する。（２）の手法については、気象モデルを使用した風速予測の場合、計算コストが高いこと、予測精度が不十分であることに起因する課題が残り、風速測定データの短期情報から予測する手法は予測精度の点で課題が残る。また、風速測定値を使用して予測する場合、測定風速がロータ面内をかならずしも代表するとは限らず、予測誤差の原因となる。（３）の手法においても、同様に測定風速の局所性が問題となる。また、本手法の場合、一般に風速の上昇傾向を把握して風車の回転数抑制制御を実施するが、風速の上昇傾向を監視して出力抑制制御を試みても、（大型風車の場合）調速制御に時間がかかるため、効果が低いという課題が挙げられる。

本願発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、事前の対応によって、突風が発生した際の対応を確実に行うことができる風力発電装置、風力発電制御装置および風力発電制御プログラムを提供することを目的とする。

すなわち、本発明の風力発電装置のうち、第１の形態は、
風車と、
前記風車の回転によって発電を行う発電機と、
前記発電機による出力を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、第１の検出時間中の平均発電出力が定格値を目指すように前記発電機の出力を制御する定格出力モードを有し、前記定格出力モードの際に、前記第１の検出時間よりも短い第２の検出時間中における短期平均発電出力が、前記平均発電出力よりも所定の閾値以上で低下した場合、前記発電機による出力を前記平均発電出力よりも低下させる出力低下制御を行うことを特徴とする。

他の形態の風力発電装置は、前記形態の本発明において、前記制御部は、前記出力低下制御において、前記定格値またはそのときの平均発電出力を基準にして低下量が設定されていることを特徴とする。
さらに他の形態の風力発電装置は、前記形態の本発明において、前記制御部は、前記出力低下制御の際に、該制御開始直後に前記発電機による出力を一定量にする定発電量制御を第１の継続時間で継続することを特徴とする。
さらに他の形態の風力発電装置は、前記形態の本発明において、前記制御部は、前記定発電量制御の後に、前記発電機による出力を、第２の継続時間で、段階的または連続的に増加させて前記定格出力モードに復帰させることを特徴とする。
さらに他の形態の風力発電装置は、前記形態の本発明において、前記制御部は、風速計による測定結果を取得し、風速の測定結果に基づいて出力低下制御を調整することを特徴とする。
さらに他の形態の風力発電装置は、前記形態の本発明において、前記制御部は、風速が第１の風速値以上の場合に出力低下制御を実行することを特徴とする。
さらに他の形態の風力発電装置は、前記形態の本発明において、前記制御部は、前記出力低下制御中に、第２の風速値を超える風速が発生した場合、そのときの出力が出力低下制御における最低出力を超えているときには、最低出力以上の出力で、前記発電機の出力をさらに低下させる制御を実行することを特徴とする。
さらに他の形態の風力発電装置は、前記形態の本発明において、前記制御部は、前記出力低下制御中に、第２の前記風速値を超える風速が発生し、かつ風速がその後、第３の風速値以下（ただし、第２の風速値＞第３の風速値）になった場合、前記出力低下制御を終了する制御を実行することを特徴とする。

さらに他の形態の風力発電装置は、前記形態の本発明において、前記制御部は、風速計による第１の風速検出時間中の長期平均風速値と、前記第１の風速検出時間よりも短い第２の風速検出時間中の短期平均風速値の測定結果を取得し、短期平均風速値が、長期平均風速値よりも第２の閾値以上で低下した場合に、前記出力低下制御を行うことを特徴とする。

本発明の風力発電制御装置のうち、第１の形態は、発電機を備える風力発電装置の出力を制御する制御装置であって、
前記発電機による出力を制御する制御部と、
平均発電出力を算出する第１の検出時間と、定格値と、第２の検出時間と、閾値と、出力低下時の発電量を規定する低下発電量と、をデータとして格納する記憶部と、を備え、
前記制御部は、前記記憶部における格納データを呼び出し、前記第１の検出時間中の平均発電出力が前記定格値を目指すように前記発電機の出力を制御する定格出力モードを有し、前記定格出力モードの際に、第１の前記検出時間よりも短い第２の前記検出時間中における短期平均発電出力が、前記平均発電出力よりも前記閾値以上で低下した場合、前記発電機による出力を前記平均発電出力よりも低下した前記低下発電量とする出力低下制御を行うことを特徴とする。

さらに他の形態の風力発電制御装置は、前記形態の本発明において、
前記記憶部は、さらに、第１の風速検出時間、第２の風速検出時間、第２の閾値を格納し、
前記制御部は、前記記憶部における格納データを呼び出し、前記定格出力モードの際に、短期平均発電出力が、前記平均発電出力よりも前記閾値以上で低下し、かつ、第２の風速検出時間中の短期平均風速値が第１の風速検出時間中の長期平均風速値よりも前記第２の閾値以上で低下した場合、前記発電機による出力を前記平均発電出力よりも低下した前記低下発電量とする出力低下制御を行うことを特徴とする。

本発明の風力発電制御プログラムのうち、第１の形態は、発電機を備える風力発電装置の出力を制御するコンピュータで実行される風力発電制御プログラムであって、
第１の検出時間中の平均発電出力が定格値を目指すように前記発電機の出力を制御する定格出力ステップと、
前記定格出力の際に、第１の前記検出時間よりも短い第２の検出時間中における短期平均発電出力が、前記平均発電出力よりも閾値以上で低下した場合、前記発電機による出力を前記平均発電出力よりも低下させる出力低下ステップと、を有することを特徴とする。

さらに他の形態の風力発電制御プログラムは、前記形態の本発明において、前記出力低下ステップは、前記短期平均発電出力が、前記平均発電出力よりも閾値以上で低下し、かつ、第２の風速検出時間中の短期平均風速値が第１の風速検出時間中の長期平均風速値よりも前記第２の閾値以上で低下した場合に、前記発電機による出力を前記平均発電出力よりも低下させることを特徴とする。

以上、説明したように、本発明によれば、突風を予測して対応することができ、突風発生時に、確実な風車制御を行うことができ、風車を停止することなく運転が可能であり、風車稼働率の向上が期待できる。

本発明の一実施形態における風力発電装置の概略を示す図である。 同じく、風力発電装置を制御する制御部の機能ブロックを示す図である。 定格出力モードにおける制御手順を示すフローチャートである。 定格出力モードを含む従来の制御手順を示すフローチャートである。 本実施形態の制御手順を示すフローチャートである。 同じく、出力低下判定の手順を示す一例のフローチャートである。 同じく、出力低下判定の手順を示す他例のフローチャートである。 同じく、出力低下制御の手順を示すフローチャートである。 同じく、出力低下制御中の発電量増加の手順を示すフローチャートである。 同じく、発電量増加手順中に制御手順を示すフローチャートである。 同じく、制御動作時のシミュレーション結果を示す図である。 他例における、制御動作時のシミュレーション結果を示す図である。 同じく、乱流流入風が流入する際の風車挙動シミュレーションの一例を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本発明の一実施形態である風力発電装置１は、図１に示すように、装置本体１Ａに、風車２と、風車２と連結された発電機４とを有しており、さらに風力発電装置１を制御する制御部５が装置本体１Ａ外に設置されている。ナセル３の上方には、風速計６が設置されており、制御部５に測定結果が送信される。風速計の設置箇所は特に限定されない。さらに、風力発電装置では、風速計を備えず、外部の計測データなどを入手するようにしてもよい。
また、制御部５は、装置本体１Ａ外に設置する他に、装置本体１Ａ内に設置されるものでもよく、また、ネットワークを介して装置本体１Ａ内の機器と接続されるものであってもよい。制御部５は、本発明の風力発電制御装置に相当する。

制御部５は、図２に示すように、ＣＰＵ５０と、風力発電装置１を制御するプログラムや、風力発電装置１の動作パラメータ、各種設定データなどが格納された記憶部５１とを有しており、記憶部５１には、ＲＯＭやＲＡＭ、不揮発メモリなどが用いられる。

ＣＰＵ５０では、風力発電制御プログラムが記憶部５１などから読み出されるなどして実行される。
記憶部５１には、平均発電出力を算出する際の第１の検出時間、定格出力を行う際の定格値、短期平均発電出力を算出する際の第２の検出時間、低下制御を行う場合の閾値、出力低下時の発電量を規定する低下発電量などが設定データとして格納されている。これらの設定データは変更可能としてもよい。

制御部５は、風力発電装置１全体の制御を行うことができ、発電機４における出力制御として、風車２のブレード角度を変更するピッチ制御や、装置本体１Ａのヨー制御、発電機４のトルク制御などを行うことができる。

風力発電装置１では、通常、定格出力を目指して定格出力モードによって運転が行われる。
定格出力モードにおける手順を、図３のフローチャートに基づいて説明する。
定格出力モードの開始に伴って、現況の風車ロータ回転数を取得する（ステップｓ１）。
次いで、主として前記回転数に基づいて定格出力（回転数）制御を行う（ステップｓ２）。出力制御では、風車２の角度を変更するピッチ制御や装置本体１Ａの向きを調整するヨー制御、発電機４のトルク制御などによって、風力発電装置１の出力Ｐｗが定格値を目標とするように制御する。

出力Ｐｗに関するデータは、制御部５で取得されており、制御部５では、定格出力制御に際し、出力Ｐｗが定格値に対応した値であるかを判定し、フィードバックによって出力制御を行うことができる。ただし、本発明としては、定格出力制御の内容が特定のものに限定されるものではない。

上記制御では、測定回転数に依拠して制御が行われるため、突風が生じるような状況では出力制御が間に合わない状況が発生し得る。また、風速のみの制御では、風速のゆらぎによって、的確な突風回避を行うことが難しい。
従来の制御において、突風が発生する状況における運転手順を、図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、突風は平均風速から突然減少した後、瞬間的に増大する特徴を有している。

突風が頻発する状況の運転において（ステップｓ１００）、風速が一時落ち込み、風車（ロータ）の回転速度が減速される（ステップｓ１０１）。
定格出力モードでは、定格回転数を目標値としてピッチ角度は出力増加方向へ制御される（ステップｓ１０２）。その後、急速な風速の上昇により（ステップｓ１０３）、風車の回転数が上昇する（ステップｓ１０４）。定格出力モードでは、回転数制御によるピッチ角度を出力低減方向へ制御する（ステップｓ１０５）。しかし、最大速度で制御しても間に合わず（ステップｓ１０６）、風車（ロータ）の過回転状態が発生する（ステップｓ１０７）。

この実施形態では、風車運転時の風速や発電量（または、回転数）を検出する。検出された運転データから、風車の過回転を引き起こす特異なパターンを検出し、あらかじめ制御を実施することで、過回転状態を引き起こさないようにすることができる。特に、地形により生成される突風は平均風速から突然減少した後、瞬間的に増大する特徴を有することが想定される。
この特徴は、特に発電量に相関する。発電量を観察することで、実際のロータ面全体が受ける荷重、トルクを評価できるため、風速測定の局所性に関わる問題を排除できる。
さらに、風車の過回転状態が発生しやすい領域は風車の定格風速付近であるといえる。これは、風速の急激な減少により風車が減少した回転数（発電量）を補うために、風車ピッチ角を発電量が増加する方向に制御した瞬間に突風が吹くためである。
したがって、発電量と風速の時系列変化を監視することで、より効率的な過回転制御が可能である。

発電量（または発電量と風速）を監視に使用することで、効果的に過回転を招く突風のみを対象とすることができる。突風の検出後、風車を出力制限状態にすることで、突風に伴う急激な回転数増加を抑制できるだけでなく、発電量の極端な増加を抑制することが可能であり、発電量の平滑化も期待できる。突風は、同一時間、同一風向で繰り返し発生することが想定されるため、風車出力を段階的に回復させることで、繰り返し発生する突風に対しても効果的に本制御の効果を得ることができる。
なお、発電量や風速の監視は、これらを直接監視する他、間接的にこれらを把握できる物理量などを対象に監視を行うようにしてもよい。例えば、発電力の監視は、発電量そのものの他、風車の回転数、発電機のトルク、発電機ブレードのピッチ角度、発電機における電流値、電圧値、風速発生に伴う荷重量、加速度など、発電量を推測できるものが挙げられる。したがって、風力以外を監視対象とする場合、監視する物理量に応じて発電量の低下に見合う変化量を把握する。

以下に、本実施形態の制御手順を図５のフローチャートに基づいて説明する。
制御開始に伴って、風速測定値を取得する（ステップｓ１０）。
次に、風速値が予め定めた第１の風速値以上であるかを判定する（ステップｓ１１）。第１の風速値は、予め突風が吹く可能性のある風速値や過回転状態を招きやすい風速領域を経験的に定めておき、記憶部５１に格納しておく。風速が低い場合は、風車過回転を招く突風が吹く可能性は低く、発電効率を考慮して出力低下制御を行わないようにするのが望ましい。なお、本発明としては、風速の大小によって出力低下制御を行う判定を行わないものであってもよい。第１の風速値は、地形や風車の構造応答特性などを考慮して定めることができる。また、この際の風速値には、ある程度の時間（例えば３０秒程度）の平均風速を用いるのが望ましい。

測定した風速値が第１の風速値未満である場合（ステップｓ１１、Ｎｏ）、出力低下制御は不要として、ステップｓ１６における定格出力モードを実行する。
測定した風速値が第１の風速値以上である場合（ステップｓ１１、Ｙｅｓ）、長期平均発電出力と短期平均発電出力と、を算出する（ステップｓ１２）。長期平均発電出力は、本発明における平均発電出力に相当する。

長期平均発電出力は、第１の検出時間における発電出力の平均値として算出し、短期平均発電出力は、第１の検出時間よりも短い第２の検出時間における発電出力の平均値として算出する。第１の検出時間および第２の検出時間は予め設定しておき、記憶部５１に格納しておくことができる。第１の検出時間および第２の検出時間の大きさは特定のものに限定されるものではなく、地形などを考慮して決定してもよい。第１の検出時間としては、例えば数十秒から数百秒の範囲を選定でき、第２の検出時間としては、例えば数秒の範囲で選定することができる。第１の検出時間は第２の検出時間よりも長く、かつその差が十分にあるのが望ましい。
なお、発電出力の平均は、相加平均が一般的であるが、本発明としてはこれに限定されず、相乗平均、調和平均、加重平均などの種々の平均方法を用いることができる。長期平均発電出力と短期平均発電出力とは、同じ平均方法で算出するのが望ましいが、同じである必要はない。
なお、長期平均発電出力における第１の検出時間と、第１の風速値と比較する風速値の測定時間とは同じ時間を採用するようにしてもよい。

長期平均発電出力と短期平均発電出力を算出した後、出力低下判定を行う（ステップｓ１３）。出力低下判定では、閾値を予め定めておき、これを記憶部５１に格納しておくことができる。閾値としては、例えば、基準となる出力に対し、１０〜８０％程度を設定することができる。出力低下判定は、短期平均発電出力と長期平均発電出力との対比によって行う。
なお、長期平均発電出力と短期平均発電出力は、前述したように、発電量を直接求めるものではなく、間接的にこれらを把握できる物理量などを測定対象にして、算出を行うようにしてもよい。例えば、風車の回転数、発電機のトルク、発電機ブレードのピッチ角度、発電機における電流値、電圧値、風速発生に伴う荷重量、加速度などを用いることができる。

ステップｓ１４では、ステップｓ１３における判定結果に基づいて、低下発電制御の要否を判定する。出力低下制御が要であると判定されなければ（ステップｓ１４、Ｎｏ）、ステップｓ１６に移行して、通常の定格出力モードを実行する。
出力低下制御が要であると判定された場合（ステップｓ１４、Ｙｅｓ）、出力低下制御を実行する（ステップｓ１５）。その後、出力低下制御の完了後に定格出力モードを実行する（ステップｓ１６）。次いで、終了かを判定し（ステップｓ１７）。終了でなければステップｓ１０に移行して処理を継続し、終了であれば（ステップｓ１７、Ｙｅｓ）、手順を終了する。

次に、出力低下判定の手順の一例を図６のフローチャートに基づいて説明する。
出力低下判定では、短期平均発電出力が長期平均発電出力に対し、閾値以上で低下しているか否かで判定する（ステップｓ１３０）。短期平均発電出力が長期平均発電出力に対し、閾値以上で低下していれば（ステップｓ１３０、Ｙｅｓ）、低下発電制御が要であると判定し（ステップｓ１３１）、出力低下判定を終了する。短期平均発電出力が長期平均発電出力に対し、閾値以上で低下していなければ（ステップｓ１３０、Ｎｏ）、出力低下制御は不要であると判定し（ステップｓ１３２）、出力低下判定を終了する。

他の手順の例として、風速を考慮した判定手順を図７のフローチャートに基づいて説明する。
この例では、第２の風速検出時間における短期平均風速値が、第１の風速検出時間における長期平均風速値に対し、第２の閾値以上で低下したことを出力低下判定の条件の一つとする（ステップｓ１３０Ａ）。第１の風速検出時間は、第２の風速検出時間よりも長くなっている。
この手順では、ステップｓ１３０で短期平均発電出力が長期平均発電出力に対し、閾値（この場合は、第１の閾値とする）以上で低下して場合（ステップｓ１３０、Ｙｅｓ）、さらに、短期平均風速値が長期平均風速値に対し、第２の閾値以上で低下しているかを判定する（ステップｓ１３０Ａ）。その差が第２の閾値以上で低下していれば（ステップｓ１３０Ａ、Ｙｅｓ）、出力低下要であると判定する（ステップｓ１３１）。

一方、短期風速測定値が長期風速測定値に対し、第２の閾値以上で低下していなければ（ステップｓ１３０Ａ、Ｎｏ）、出力低下は不要であると判断し（ステップｓ１３２）、処理を終了する。なお、短期平均発電出力が長期平均発電出力に対し、閾値以上で低下していなければ（ステップｓ１３０、Ｎｏ）、図６の手順と同様に、出力低下不要であると判断し（ステップｓ１３２）、処理を終了する。

長期平均風速値における第１の風速検出時間は、長期平均発電出力を算出した際の第１の検出時間と同じ時間を用いることができ、短期平均風速値における第２の風速検出時間は、短期平均発電出力を算出した際の第２の検出時間と同じ時間を用いることができる。ただし、長期平均風速値、短期平均風速値における風速検出時間は、平均発電電力の検出時間と同じである必要はない。第２の閾値は予め定めておき、記憶部５１に格納しておくことができる。第２の閾値は、第１の閾値と相関しているのが望ましい。

風速と発電量を監視した手順は、判断の確実性を増す効果がある。その一方で、風速は、例えば、ナセル上方などの一部領域で測定されるのが通常であるため、その領域では、風速値が十分に得られていても、ナセル下方側での風速が小さくなって、風車の回転数が十分に得られずに、出力が低下しているような場合もある。このような状況で、過回転を招くことも考えられるが、上記手順では、過回転抑止の点で回避可能性が低下する可能性を有している。

次に、出力低下制御の手順を図８のフローチャートに基づいて説明する。
先ず低下制御を行う際の低下量を記憶部５１から読み出す（ステップｓ２０）。低下量は、発電低下の出力値で規定してもよく、基準となる出力に対する減少率などによって規定するものであってもよい。基準となる出力は、出力低下制御判定時の長期平均発電出力や定格値を用いることができる。

次いで、設定した低下量に基づいて、第１の継続時間で定発電制御を行う（ステップｓ２１）。第１の継続時間は、予め設定しておき、記憶部５１などに格納しておく。第１の継続時間は、その際の風速などによって異なる時間が設定されているものであってもよい。
定発電制御の後、第２の継続時間で、段階的または連続的に発電量を増加させる（ステップｓ２２）。第２の継続時間は予め設定しておき、記憶部５１などに格納しておく。
第２の継続時間後、出力低下から低下前の出力に復帰させ（ステップｓ２３）、手順を終了する。

なお、第２の継続時間で段階的または連続的な発電量増加を行っている際に、風速値によって異なる制御を行うことができる。その手順を図９のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、風速値を取得し（ステップｓ３０）、風速値が第２の風速値を超えたかを判定する（ステップｓ３１）。第２の風速値は突風に相当するものであり、その値を予め設定して記憶部５１などに格納しておく。したがって、この際の風速値は瞬間風速で示される。
この際に、風速値が第２の風速値を超えていれば（ステップｓ３１、Ｙｅｓ）、図６に示すステップｓ２１に移行し、発電出力をさらに下げて定電圧制御を行う。
風速値が第２の風速値を超えていなければ（ステップｓ３１、Ｎｏ）、前に第２の風速値を超え（フラグＯＮ）、かつ、第３の風速値以下の風速になっているかを判定する（ステップｓ３２）。

第３の風速値は、予め設定しておき、記憶部５１に格納しておく。第３の風速値は、例えば、第１の風速値未満に設定するものが例示される。フラグＯＮは、前に突風が吹いたことを示している。その後、風速値が第３の風速値まで低下していれば突風の可能性が低いことが想定される。第３の風速値には、ある程度の時間の平均風速を用いるのが望ましい。
フラグＯＮで、かつ、第３の風速値以下の風速になっている場合（ステップｓ３２、Ｙｅｓ）、フラグをＯＦＦにした上で、段階的または連続的発電増加処理を終了する。これによる低下発電前の状態に復帰することができる。
フラグＯＦＦ、または、第３の風速値以下の風速になっていない場合（ステップｓ３２、Ｎｏ）、第２の継続時間が経過したかを判定する（ステップｓ３３）。第２の経過時間を経過していれば（ステップｓ３３、Ｙｅｓ）、処理を終了し、第２の継続時間が経過していなければ、ステップｓ３０に戻り処理を継続する。

次に、発電時の変化を図１０（ａ）に示す。
図に示すように、長期平均発電出力に対し、短期平均発電出力が落ち込むと、その後に、突風が発生する可能性が高く、風車の回転が過回転になり、発電出力が急激に増加している。本実施形態では、短期平均発電出力が長期平均発電出力に対し、所定以上で落ち込んだことを検出し、図１０（ｂ）に示すように、発電出力の低下制御を行う。

落ち込み検出によって突風検出を予測し、発電出力を、所定の低下量で低下させる。この例では、低下制御前の出力（１００％）に対し、２５％出力まで低下させており、この出力を第１の継続時間で維持する。なお、突風に対する対処としては、定格出力の２５％程度が好ましいが、本発明としては特に限定するものではない。その後、第２の継続時間で段階的または連続的に発電量を増加させて、低下制御前の出力に復帰させる。この際の復帰レート（復帰発電量／第２の継続時間）は、適宜定めることができる。
なお、第２の継続時間による復帰を設けることで、複数発生する突風にも対処することが可能になる。
なお、第１の継続時間と、第２の継続時間と、復帰レートとは、低下制御を行っている際の逸失発電量に係わるため、突風回避の確率と、逸失発電量とを勘案して、これらの条件を適宜選定するのが望ましい。

図１１は、均一流入風が流入する際の風車挙動シミュレーションを示す例である。
発電量の低下を検出して出力低下制御を開始する。発生した突風による過回転を抑制することができる。時刻ｔ＝７３００ｓにおいて、風速の大きな減少は見られないが、発電量の落ち込みが発生し，制御が動作している様子が確認できる。
なお、図中実線は、制御無しを示し、点線は、制御有りを示している。

図１２は、均一流入風が流入する際に、風速の変化と発電量の変化に基づく風車挙動シミュレーションを示す例である。ｔ＝５０秒前後において制御を導入することで、過回転状態を防ぐことができる。また、タワーおよびブレードに発生する荷重も抑制することが可能である。図中実線は、制御無しを示し、点線は、制御有りを示している。

図１３は、乱流流入風が流入する際の風車挙動シミュレーションの一例を示す図である。
１）突風の前兆である風速・回転数の落ち込みを検知し、
２）一度出力制限をかけることで、
３）風速の急上昇にロータ回転数が定格回転数を大幅に上回ることなく運転を継続可能である。
４）また、一度突風が発生すると繰り返しの可能性が高い。
５）そのため出力を徐々に上げる効果により、ロータ回転数を安定的に定格付近に戻すことができる。

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは前記実施形態を適宜変更することが可能である。

１ 風力発電装置
１Ａ 装置本体
２ 風車
３ ナセル
４ 発電機
５ 制御部
６ 風速計
５０ ＣＰＵ
５１ 記憶部

Claims (13)

1. 風車と、
   前記風車の回転によって発電を行う発電機と、
   前記発電機による出力を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、第１の検出時間中の平均発電出力が定格値を目指すように前記発電機の出力を制御する定格出力モードを有し、前記定格出力モードの際に、前記第１の検出時間よりも短い第２の検出時間中における短期平均発電出力が、前記平均発電出力よりも所定の閾値以上で低下した場合、前記発電機による出力を前記平均発電出力よりも低下させる出力低下制御を行うことを特徴とする風力発電装置。
2. 前記制御部は、前記出力低下制御において、前記定格値またはそのときの平均発電出力を基準にして低下量が設定されていることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
3. 前記制御部は、前記出力低下制御の際に、該制御開始直後に前記発電機による出力を一定量にする定発電量制御を第１の継続時間で継続することを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電装置。
4. 前記制御部は、定発電量制御の後に、前記発電機による出力を、第２の継続時間で、段階的または連続的に増加させて前記定格出力モードに復帰させることを特徴とする請求項３記載の風力発電装置。
5. 前記制御部は、風速計による測定結果を取得し、風速の測定結果に基づいて出力低下制御を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の風力発電装置。
6. 前記制御部は、風速が第１の風速値以上の場合に出力低下制御を実行することを特徴とする請求項５記載の風力発電装置。
7. 前記制御部は、前記出力低下制御中に、第２の風速値を超える風速が発生した場合、そのときの出力が出力低下制御における最低出力を超えているときには、最低出力以上の出力で、前記発電機の出力をさらに低下させる制御を実行することを特徴とする請求項５または６に記載の風力発電装置。
8. 前記制御部は、前記出力低下制御中に、第２の前記風速値を超える風速が発生し、かつ風速がその後、第３の風速値以下（ただし、第２の風速値＞第３の風速値）になった場合、前記出力低下制御を終了する制御を実行することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の風力発電装置。
9. 前記制御部は、第１の風速検出時間中の長期平均風速値と、前記第１の風速検出時間よりも短い第２の風速検出時間中の短期平均風速値の測定結果を取得し、短期平均風速値が、長期平均風速値よりも第２の閾値以上で低下した場合に、前記出力低下制御を行うことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の風力発電装置。
10. 発電機を備える風力発電装置の出力を制御する制御装置であって、
    前記発電機による出力を制御する制御部と、
    平均発電出力を算出する第１の検出時間と、定格値と、第２の検出時間と、閾値と、出力低下時の発電量を規定する低下発電量と、をデータとして格納する記憶部と、を備え。
    前記制御部は、前記記憶部における格納データを呼び出し、前記第１の検出時間中の平均発電出力が前記定格値を目指すように前記発電機の出力を制御する定格出力モードを有し、前記定格出力モードの際に、第１の前記検出時間よりも短い第２の前記検出時間中における短期平均発電出力が、前記平均発電出力よりも前記閾値以上で低下した場合、前記発電機による出力を前記平均発電出力よりも低下した前記低下発電量とする出力低下制御を行うことを特徴とする風力発電制御装置。
11. 前記記憶部は、さらに、第１の風速検出時間、第２の風速検出時間、第２の閾値を格納し、
    前記制御部は、前記記憶部における格納データを呼び出し、前記定格出力モードの際に、短期平均発電出力が、前記平均発電出力よりも前記閾値以上で低下し、かつ、第２の風速検出時間中の短期平均風速値が第１の風速検出時間中の長期平均風速値よりも前記第２の閾値以上で低下した場合、前記発電機による出力を前記平均発電出力よりも低下した前記低下発電量とする出力低下制御を行うことを特徴とする請求項１０記載の風力発電制御装置。
12. 発電機を備える風力発電装置の出力を制御するコンピュータで実行される風車発電制御プログラムであって、
    第１の検出時間中の平均発電出力が定格値を目指すように前記発電機の出力を制御する定格出力ステップと、
    前記定格出力の際に、第１の前記検出時間よりも短い第２の検出時間中における短期平均発電出力が、前記平均発電出力よりも閾値以上で低下した場合、前記発電機による出力を前記平均発電出力よりも低下させる出力低下ステップと、を有することを特徴とする風力発電制御プログラム。
13. 前記出力低下ステップは、前記短期平均発電出力が、前記平均発電出力よりも閾値以上で低下し、かつ、第２の風速検出時間中の短期平均風速値が第１の風速検出時間中の長期平均風速値よりも前記第２の閾値以上で低下した場合に、前記発電機による出力を前記平均発電出力よりも低下させることを特徴とする請求項１２記載の風力発電制御プログラム。

Images