JP2020005476A - ウィンドファーム及びウィンドファームの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速広域の通信設備を用いることなく、ウィンドファームの発電出力を上限値に一致させ得るウィンドファーム及びウィンドファームの制御方法を提供する。【解決手段】ウィンドファーム９は、風力エネルギーを受けて発電する複数基の風力発電装置（５ａ，５ｂ，５ｃ）と、風力発電装置の発電出力を制御する風車コントローラ５１７ａと、複数基の風力発電装置（５ａ，５ｂ，５ｃ）のうち一部の風力発電装置（５ｂ，５ｃ）の合成発電出力を計測する送電線センサ８を備え、少なくとも、第１の風力発電装置５ａを制御する第１の風車コントローラ５１７ａは、送電線センサ８により計測される一部の風力発電装置（５ｂ，５ｃ）の合成発電出力の計測値に基づき第１の風力発電装置５ａの発電指令値を決定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、風のエネルギーを利用して発電する風力発電装置を複数基備えるウィンドファーム及びウィンドファームの制御方法に関する。

地球温暖化の原因と考えられている二酸化炭素の排出量削減が大きな課題である。二酸化炭素の排出量削減の方策の一つとして、２基以上の風力発電装置からなる風力発電装置群（以下、ウィンドファームと称する）の導入が盛んになっている。ウィンドファームは電力系統に連系されて用いられることが多いが、風速の変動により、発電出力が変動し、連系先の電力系統の周波数に悪影響を及ぼすことが懸念される。その対策の一つとして、ウィンドファームの発電出力に上限値を設定し、電力系統の周波数上昇を抑制する提案がなされている。
例えば、特許文献１には、複数基の風力発電装置を集中制御するファームコントローラによって、ウィンドファームの発電出力を所定の上限値に一致される方法が開示されている。

特表２０１６−５２１５３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載される構成では、ファームコントローラが、ウィンドファームの発電出力の変化に応じてウィンドファーム内の全ての風力発電装置の出力上限指令を逐次更新する必要がある。ウィンドファームの発電出力は、風速の変化によって数秒間隔で変動する場合があるため、ファームコントローラには高速な通信設備が必要となる。また、大規模なウィンドファームには、数百基の風力発電装置が接続されるため、広域の通信設備が必要となる。このことから、特許文献１に記載される構成では、ファームコントローラに高速広域の通信設備の設置を要するという課題が生じる。
そこで、本発明は、高速広域の通信設備を用いることなく、ウィンドファームの発電出力を上限値に一致させ得るウィンドファーム及びウィンドファームの制御方法を提供する。

上記課題を解決するため、本発明に係るウィンドファームは、風力エネルギーを受けて発電する複数基の風力発電装置と、前記風力発電装置の発電出力を制御する風車コントローラと、前記複数基の風力発電装置のうち一部の風力発電装置の合成発電出力を計測する送電線センサを備え、少なくとも、第１の風力発電装置を制御する第１の風車コントローラは、前記送電線センサにより計測される前記一部の風力発電装置の合成発電出力の計測値に基づき前記第１の風力発電装置の発電指令値を決定することを特徴とする。

また、本発明に係るウィンドファームの制御方法は、風力エネルギーを受けて発電する複数基の風力発電装置と、前記風力発電装置の発電出力を制御する風車コントローラと、前記複数基の風力発電装置のうち一部の風力発電装置の合成発電出力を計測する送電線センサを備えるウィンドファームの制御方法であって、少なくとも、第１の風力発電装置を制御する第１の風車コントローラは、前記送電線センサにより計測される前記一部の風力発電装置の合成発電出力の計測値に基づき前記第１の風力発電装置の発電指令値を決定することを特徴とする。

本発明によれば、高速広域の通信設備を用いることなく、ウィンドファームの発電出力を上限値に一致させ得るウィンドファーム及びウィンドファームの制御方法を提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る実施例１のウィンドファームの全体概略構成図である。 図１に示すウィンドファーム内に設置される一の風力発電装置５ｂの概略構成を示す図である。 図１に示すウィンドファーム内に設置される他の風力発電装置５ａの概略構成を示す図である。 図１に示すウィンドファーム内に設置されるファームコントローラの概略構成を示す図である。 図４に示す制御テーブル記憶装置に保存されるテーブルの一例を示す図である。 図２に示す風力発電装置５ｂを構成する風車コントローラ５１７ｂの概略構成を示す図である。 図３に示す風力発電装置５ａを構成する風車コントローラ５１７ａの概略構成を示す図である。 図１に示すウィンドファーム全体の動作を示すフローチャートである。 実施例１における風力発電装置の発電出力を説明するためのグラフである。 実施例１におけるウィンドファームの合成発電出力を説明するためのグラフである。 実施例１の変形例１におけるファーム出力上限指令を説明するためのグラフである。 実施例１の変形例１におけるファーム出力上限指令を説明するためのテーブルである。 本発明の他の実施例に係る実施例２のウィンドファームの全体概略構成図である。 図１３に示すウィンドファーム内に設置されるファームコントローラの概略構成を示す図である。 図１４に示す制御テーブル記憶装置に保存されるテーブルの一例を示す図である。 実施例２におけるウィンドファームの結線（ケース１）を示す図である。 実施例２におけるウィンドファームの結線（ケース２）を示す図である。 実施例２におけるウィンドファームの結線（ケース３）を示す図である。 図１３に示すウィンドファーム全体の動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施例に係る実施例３のウィンドファームの全体概略構成図である。 図２０に示すウィンドファーム内に設置されるファームコントローラの概略構成を示す図である。 図２１に示す制御テーブル記憶装置に保存されるテーブルの一例を示す図である。 図２０に示すウィンドファーム全体の動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施例に係る実施例４のウィンドファームの全体概略構成図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る実施例１のウィンドファームの全体概略構成図である。図１に示すように、本実施例のウィンドファーム９は、通信ネットワーク１２を介して電力系統制御所６と相互に通信可能に接続されると共に、連系点２を接続地点としてウィンドファーム９の連系先の電力系統１に接続されている。ここで通信ネットワーク１２は、有線であるか、無線であるかを問わない。
また、ウィンドファーム９は、連系変圧器３、送電線４（４ａ，４ｂ，４ｃ）、風力発電装置５（５ａ，５ｂ，５ｃ）、ファームコントローラ７、送電線センサ８、広域低速通信１０、及び局所高速通信１１にて構成されている。風力発装置５は、送電線４及び連系変圧器３を介して、連系点２に接続される。なお、図１では、ウィンドファーム９内に、風力発装置５ａ，風力発装置５ｂ，及び風力発装置５ｃの３基の風力発装置５を、送電線４ａ，送電線４ｂ，及び送電線４ｃを介して連系変圧器３に直列に設置する場合を一例として示している。しかし、ウィンドファーム９内に設置される風力発装置５の数はこれに限られるものではなく、例えば、２基の風力発電装置５、或いは４基以上の風力発装置５を設置する構成としても良い。

図１に示すように、ファームコントローラ７は、電力系統制御所６から通信ネットワーク１２を介してファーム出力上限指令を受信し、広域低速通信１０（例えば、２０分周期）を介して、風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃへそれぞれ風車出力上限指令を送信する。ここで、ファームコントローラ７は、例えば、ウィンドファーム９内の建屋内に設置される。
電力系統制御所６は、電力系統１の周波数変動を規定値以内に抑えるために、ウィンドファーム及び火力発電所等に対し、出力調整を指令する役割を担う。送電線センサ８は、局所高速通信１１（例えば、１秒周期）を介して、風力発電装置５aに、送電線４ｂの電力潮流計測値を送信する。局所高速通信１１に代えて、送電線センサ８を構成する電圧センサ及び電流センサのアナログ出力の取り合いとしても良い。なお、送電線４ｂの電力潮流は、風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃの合成発電出力である。その他の送電線について、送電線４ｃには、風力発電装置５ｃの発電出力が流れる。また、送電線４ａには、全ての風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃの合成発電出力が流れる。

次に、風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃの構成につき図２及び図３を用いて説明する。図２は図１に示すウィンドファーム９内に設置される一の風力発電装置５ｂの概略構成を示す図であり、図３は図１に示すウィンドファーム９内に設置される他の風力発電装置５ａの概略構成を示す図である。なお、風力発電装置５ｃの構成は風力発電装置５ｂの構成と同様であるため以下では説明を省略する。

図２に示すように、風力発電装置５ｂは、風を受けて回転する風力ブレード５４ｂ、風力ブレード５４ｂを支持するハブ５２ｂ、図示しないナセル、及びナセルを回動可能に支持するタワー（図示せず）を備える。図示しないナセル内に、ハブ５２ｂに接続されハブ５２ｂと共に回転する回転軸５５ｂ、及び、回転軸５５ｂに連結され回転子を回転させて発電運転する発電機５６ｂを備えている。風力ブレード５４ｂの回転エネルギーを発電機５６ｂに伝達する部位は、動力伝達部と称される。また、風力ブレード５４ｂ及びハブ５２ｂによりロータが構成される。
また、風力発電装置５ｂは、風速計５１ｂ、可変ピッチ機構部５３ｂ、交流電圧センサ（５７ｂ，５１５ｂ）、交流電流センサ（５８ｂ，５１４ｂ）、回転速度検出器５９ｂ、有効電力演算部５１０ｂ、コンバータ５１１ｂ、直流電圧センサ５１２ｂ、インバータ５１３ｂ、昇圧変圧器５１６ｂ、及び風車コントローラ５１７ｂを備える。

風速計５１ｂは、風力ブレード５４ｂが受ける風の速度(風速)を計測する。風力ブレード５４ｂで受けた風力エネルギーは，可変ピッチ機構部５３ｂ、ハブ５２ｂ、及び回転軸５５ｂを介して発電機５６ｂに伝達される。発電機５６ｂは、風力エネルギーを発電出力（電気エネルギー）に変換し、発電出力をコンバータ５１１ｂに送る。コンバータ５１１ｂは、交流電圧センサ５７ｂと交流電流センサ５８ｂの計測値、及び風車コントローラ５１７ｂから指令される発電出力目標値Ｐ_Ｇ２ ^＊（発電出力は有効電力である）に基づいて、発電機５６ｂの交流電圧及び交流電流を制御する。また、コンバータ５１１ｂは，発電機５６ｂの交流電圧および交流電流を直流電圧および直流電流に変換し，直流電圧および直流電流をインバータ５１３ｂに送る。インバータ５１３ｂは、直流電圧センサ５１２ｂ、交流電圧センサ５１５ｂ、及び交流電流センサ５１４ｂに基づいて、コンバータ５１１ｂとインバータ５１３ｂの間の直流電圧、及びインバータ５１３ｂの無効電力出力を制御する。また、インバータ５１３ｂは、コンバータ５１１ｂから送られた直流電圧及び直流電流を、交流電圧及び交流電流に逆変換することで、発電機５６ｂの発電出力を昇圧変圧器５１６ｂに送る。昇圧変圧器５１６ｂは、電圧を昇圧して、発電出力を送電線４ｂに送る。

回転速度検出器５９ｂは、交流電圧センサ５７ｂの交流電圧計測値から、発電機５６ｂの回転速度ωｒを検出する。
有効電力演算部５１０ｂは、交流電圧センサ５７ｂの交流電圧計測値及び交流電流センサ５８ｂの交流電流計測値から、発電機５６ｂの発電出力Ｐ_Ｇ（有効電力）を演算する。

風車コントローラ５１７ｂは、風速計５１ｂによる風速計測値Ｖ_Ｗ、ファームコントローラ７から広域低速通信１０（図１）により指令される風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*、回転速度検出器５９ｂにより検出された発電機５６ｂの回転速度ωｒ、及び有効電力演算部５１０ｂにより演算された発電機５６ｂの発電出力Ｐ_Ｇに基づいて、発電出力目標値Ｐ_Ｇ２ ^＊及びピッチ角目標値θ_PITCH ^*を決定する。
風車コントローラ５１７ｂは、発電出力目標値Ｐ_Ｇ２ ^＊をコンバータ５１１ｂへ送信すると共に、ピッチ角目標値θ_PITCH ^*を可変ピッチ機構部５３ｂへ送信する。コンバータ５１１ｂは、発電出力Ｐ_Ｇが風車コントローラ５１７ｂより送信された発電出力目標値Ｐ_Ｇ２ ^＊に追従するように、発電機５６ｂの出力電流を制御する。可変ピッチ機構部５３ｂは、風車コントローラ５１７ｂより送信されたピッチ角目標値θ_PITCH ^*に一致するように、風力ブレード５４ｂのピッチ角（風向に対する風力ブレードの角度）を調整する。

図３に示すように、風力発電装置５ａが、風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃと異なる点は、風車コントローラ５１７ａに、送電線センサ８の電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥ(風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃの合成発電出力の計測値)が入力される点である。風車コントローラ５１７ａは、風速計５１ａによる風速計測値Ｖ_Ｗ、ファームコントローラ７から広域低速通信１０（図１）により指令される風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*、回転速度検出器５９ａにより検出された発電機５６ａの回転速度ωｒ、有効電力演算部５１０ａにより演算された発電出力Ｐ_Ｇ、及び送電線センサ８からの電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥに基づいて、発電出力目標値Ｐ_Ｇ２ ^＊及びピッチ角目標値θ_PITCH ^*を決定する。換言すれば、風車コントローラ５１７ａが、他の風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃの合成発電出力の計測値（送電線センサ８の電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥ）の過不足を判定し発電出力目標値Ｐ_Ｇ２ ^＊を求め風力発電装置５ａの発電出力Ｐ_Ｇが求めた発電出力目標値Ｐ_Ｇ２ ^＊となるよう発電機５６ａの出力電流を制御する。なお、詳細については後述する。また、図３に示す風力発電装置５ａの構成要素である風速計５１ａ〜昇圧変圧器５１６aは、上述の図２に示す風力発電装置５ｂの風速計５１ｂ〜昇圧変圧器５１６ｂと同様の機能を有するため、ここでは詳細説明を省略する。

次に、ファームコントローラ７につき図４及び図５を用いて説明する。図４は図１に示すウィンドファーム９内に設置されるファームコントローラ７の概略構成を示す図であり、図５は図４に示す制御テーブル記憶装置７４に保存されるテーブルの一例を示す図である。

図４に示すように、ファームコントローラ７は、受信部７１、風車出力上限決定部７２、送信部７３、及び制御テーブル記憶装置７４を備える。受信部７１は、電力系統制御所６から通信ネットワーク１２を介して指令されるファーム出力上限指令値を取得する。風車出力上限決定部７２は、受信部７１にて取得されたファーム出力上限指令、及び制御パラメータ記憶装置７４に保存されるテーブルに基づいて、各風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃの風車出力上限指令値を決定する。送信部７３は、風車出力上限決定部７２により決定された風車出力上限指令値を、広域低速通信１０を介して各風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃへ送信する。

図５に示すように、ファームコントローラ７を構成する制御テーブル記憶装置７４には、各風力発電装置の識別番号及び出力上限配分比率（％）を対応づけてテーブル形式にて保存している。図５に示す例では、「風力発電装置識別番号」が“５ａ”には「出力上限配分比率（％）」が“１００”、「風力発電装置識別番号」が“５ｂ”には「出力上限配分比率（％）」が“５０”、及び「風力発電装置識別番号」が“５ｃ”には「出力上限配分比率（％）」が“５０”がそれぞれ対応付けて保存されている。

風車出力上限決定部７２は、ファーム出力上限指令及び図５のテーブルに示す出力上限配分比率から、以下の式（１）によって、各風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃの風車出力上限指令値を決定する。
Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊（ｉ）＝Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊×α（ｉ）／１００ ・・・（１）
ここで、Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊（ｉ）は風車出力上限指令値であり、Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊はファーム出力上限指令値であり、α（ｉ）は出力上限配分比率であり、ｉは風力発電装置の識別番号(５ａ，５ｂ，５ｃ)である。

ここで、ファームコントローラ７を構成する風車出力上限決定部７２が、式（１）に具体的な数値を代入し、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊の決定する方法について説明する。

例えば、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊が６ＭＷの場合、風車出力上限決定部７４は上述の式（１）に基づき、図５に示す出力配分比率から、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊は、それぞれ、風力発電装置５ａでは６ＭＷ、風力発電装置５ｂでは３ＭＷ、及び風力発電装置５ｃでは３ＭＷとなる。風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃは、それぞれ、発電機５６ｂ及び発電機５６ｃの発電出力Ｐ_Ｇを、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊の３ＭＷに制御する。一方、風力発電装置５aは、発電機５６ａの発電出力Ｐ_Ｇと送電線センサ８の電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥ（風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃの合成発電出力)の合計値を、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊の６ＭＷに制御する。
なお、風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃの各々の発電出力Ｐ_Ｇが風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊の３ＭＷと一致する場合、その合成出力は６ＭＷとなりファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の６ＭＷと一致するため、風力発電装置５ａの発電出力は０ＭＷとなる。

また、仮に、風力発電装置５ａ、風力発電装置５ｂ、及び風力発電装置５ｃの定格出力がいずれも５ＭＷであり、風力発電装置５ｂの発電出力Ｐ_Ｇが風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊の３ＭＷと一致し、風力発電装置５ｃの各々の発電出力Ｐ_Ｇが２ＭＷで風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊の３ＭＷと一致しない場合、風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃの合成出力は５ＭＷとなりファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の６ＭＷに対し１ＭＷ不足する。この場合、風力発電装置５ａの発電出力Ｐ_Ｇを１ＭＷとなるよう発電機５６ａを調整することで、風力発電装置５ａ、風力発電装置５ｂ、及び風力発電装置５ｃの発電出力Ｐ_Ｇの合計値が６ＭＷとなり、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の６ＭＷに一致させる。すなわち、風力発電装置５ａは、風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃの各々の発電出力Ｐ_Ｇが風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊に対して不足する場合に、その不足分を補償するように発電出力Ｐ_Ｇを調整する。

次に、風力発電装置５ａを構成する風車コントローラ５１７ａ、風力発電装置５ｂを構成する風車コントローラ５１７ｂ、及び風力発電装置５ｃを構成する風車コントローラ５１７ｃの構成につき図６及び図７を用いて説明する。図６は図２に示す風力発電装置５ｂを構成する風車コントローラ５１７ｂの概略構成を示す図であり、図７は図３に示す風力発電装置５ａを構成する風車コントローラ５１７ａの概略構成を示す図である。なお、風力発電装置５ｃを構成する風車コントローラ５１７ｃの構成は風力発電装置５ｂを構成する風車コントローラ５１７ｂの構成と同様であるため以下では説明を省略する。

図６に示すように、風力発電装置５ｂを構成する風車コントローラ５１７ｂは、最大電力点追従制御器５１７１ｂ（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ）、減算器、回転速度制御器５１７２ｂ（ＡＳＲ：Ａｕｔｏ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）、及びリミッタ５１７３ｂより構成される。

最大電力点追従制御器５１７１ｂ（ＭＰＰＴ）は、風速計５１ｂによる風速計速値Ｖ_Ｗと有効電力演算部５１０ｂにより演算された発電出力Ｐ_Ｇを入力し、発電出力Ｐ_Ｇを最大化する回転速度指令値ωｒ^＊を算出する。
減算器は、最大電力点追従制御器５１７１ｂ（ＭＰＰＴ）により算出された回転速度指令値ωｒ^＊と回転速度検出器５９ｂにより検出された発電機５６ｂの回転速度計測値ωｒとの差分を算出し、算出結果の差分を回転速度制御器５１７２ｂ（ＡＳＲ）へ出力する。
回転速度制御器５１７２ｂ（ＡＳＲ）は、減算器より入力される差分がゼロとなるよう、ずなわち、回転速度指令値ωｒ^＊と回転速度検出器５９ｂにより検出された発電機５６ｂの回転速度計測値ωｒが一致するように、抑制前発電出力目標値Ｐ_Ｇ１ ^＊及びピッチ角目標値θ_PITCH ^*を決定する。回転速度制御器５１７２ｂ（ＡＳＲ）は、決定した抑制前発電出力目標値Ｐ_Ｇ１ ^＊をリミッタ５１７３ｂへ出力すると共にピッチ角目標値θ_PITCH ^*を可変ピッチ機構部５３ｂへ送信する。
リミッタ５１７３ｂは、抑制前発電出力目標値Ｐ_Ｇ１ ^＊の上限を風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*に制限した発電出力目標値Ｐ_Ｇ２ ^＊を算出する。なお、発電出力の抑制によって回転速度計測値ωｒが上昇する場合は、回転速度制御器５１７２ｂ（ＡＳＲ）がピッチ角目標値θ_PITCH ^*を調整することで、回転速度計測値ωｒの上昇を抑制する。リミッタ５１７３ｂは、算出した発電出力目標値Ｐ_Ｇ２ ^＊をコンバータ５１１ｂへ送信する。

図７に示すように、風力発電装置５ａを構成する風車コントローラ５１７ａが、図６に示す風力発電装置５ｂを構成する上述の風車コントローラ５１７ｂと異なる点は、送電線センサ８の電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥを受信する点である。そして、風車コントローラ５１７aは、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊（ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊と同じ値）から、電力潮流計測値（風力発電装置５ｂと風力発電装置５ｃの合成発電出力の計測値）を引いた値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ}２^＊（ファーム発電出力の上限指令に対する不足分）を、リミッタ５１７３aに入力する。風車コントローラ５１７aのその他の構成については、風車コントローラ５１７ｂと同様であるため、説明を省略する。

次に、ウィンドファーム９全体の動作について説明する、図８は図１に示すウィンドファーム９全体の動作を示すフローチャートである。
図８に示すように、ステップＳ１０１では、電力系統制御所６にて、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の初期値が設定される。ここで、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の初期値として、ウィンドファーム９の定格出力(最大出力)が設定される。
ステップＳ１０２では、ファームコントローラ７が、電力系統制御所６から通信ネットワーク１２を介してファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信したか否かを判定する。判定の結果、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信していない場合にはステップＳ１０４へ進む。一方、判定の結果、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信した場合には、ステップＳ１０３へ進む。なお、通信ネットワーク１２を介して電力系統制御所６よりファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信する周期は、例えば、１時間に設定される。

ステップＳ１０３では、例えば、１時間周期で受信されるファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を、ファームコントローラ７が更新し、ステップＳ１０４へ進む。
ステップＳ１０４では、ファームコントローラ７を構成する風車出力上限決定部７２が、上述の式（１）に基づき、受信されたファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を用いて、各風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃの風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*を決定する。そして、決定された風力発電装置毎の風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*を、ファームコントローラ７を構成する送信部７３が広域低速通信１０を介して各風力発電装置へ送信する。ここで、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*の送信周期は、上述のファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の受信周期と同様に、例えば、１時間に設定される。

ステップＳ１０５では、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*の送信先の風力発電装置が送電線センサ８の計測値を使用する風力発電装置５ａであるか否かを判定し、風力発電装置５ａでない場合、すなわち、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*の送信先の風力発電装置が風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃの場合にはステップＳ１０９へ進む。一方、送信先が送電線センサ８の計測値を使用する風力発電装置５ａである場合にはステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、風力発電装置５ａを構成する風車コントローラ５１７ａが、送電線センサ８から電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥ（風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃの合成発電出力の計測値）を受信したか否かを判定する。ここでの受信周期は、例えば、１秒に設定される。送電線センサ８から電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥを受信していない場合にはステップＳ１１１へ進む。一方、送電線センサ８から電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥを受信した場合は、ステップＳ１０７へ進む。
ステップＳ１０７では、風力発電装置５ａを構成する風車コントローラ５１７ａが、有効電力演算部５１０ａにより演算された風力発電装置５ａの発電出力Ｐ_Ｇ（有効電力）を受信し、ステップＳ１０８へ進む。
ステップＳ１０８では、風力発電装置５ａを構成する風車コントローラ５１７ａが、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊（ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊と同じ値）から、送電線センサ８の電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥ（風力発電装置５ｂと風力発電装置５ｃの合成発電出力の計測値）を引いた値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ}２^＊（ファーム発電出力の上限指令に対する不足分）を、リミッタ５１７３aに入力する。これにより、電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥ（風力発電装置５ｂと風力発電装置５ｃの合成発電出力の計測値）及び風力発電装置５ａの発電出力Ｐ_Ｇ（有効電力）の合計出力が風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^＊（ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊と同じ値）に追従するよう制御する。そしてステップＳ１１１へ進む。

ステップＳ１０９では、風力発電装置５ｂを構成する風車コントローラ５１７ｂが、有効電力演算部５１０ｂにより演算された発電出力Ｐ_Ｇを受信する。
ステップＳ１１０では、風車コントローラ５１７ｂが、ファームコントローラ７より受信した風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*をリミッタ５１７３ｂの上限値に設定し、更新周期（例えば、１時間）毎に調整し、ステップＳ１１１へ進む。

ステップＳ１１１では、ウィンドファーム９が稼働中か否かを判定し、ウィンドファーム９が停止或いは稼働していない場合には動作を終了する。一方、ウィンドファーム９が稼働中の場合には、上述のステップＳ１０２〜ステップＳ１１０の処理を繰り返し実行する。

次に、本実施例のウィンドファーム９によって、高速広域の通信設備を用いることなく、ウィンドファーム９の発電出力を出力上限指令に一致させることができる原理について、図９及び図１０を用いて説明する。
図９は、本実施例における風力発電装置の発電出力を説明するためのグラフであり、単一の時間断面における、各風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃの各々の可能発電出力１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）、発電出力１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）、及び風車出力上限指令値１５（１５ｂ，１５ｃ）の一例を示す。なお、風力発電装置５ａには、風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃの合成出力に対する風車出力上限指令値が設定される。そのため、風力発電装置５aの風車出力上限指令値１５ａは、図９には示さない。
図９に示すように、風力発電装置５ｃでは、風車出力上限指令値１５ｃより可能発電出力１３ｃが大きいため、発電出力の抑制によって、風車出力上限指令値１５ｃと発電出力１４ｃは一致する。風力発電装置５ｂでは、風車出力上限指令値１５ｂより可能発電出力１３ｂが小さいため、風車出力上限指令値１５ｂに対して、発電出力１４ｂは不足分１６ｂだけ小さい。風力発電装置５aでは、風力発電装置５ｂの不足分１６ｂを発電するように、発電出力１４ａを調整する。

図１０は、本実施例におけるウィンドファーム９の合成発電出力を説明するためのグラフであり、横軸を時間としたファーム発電出力及びファーム出力上限指令値のグラフの一例を示している。また、ファーム発電出力は、各風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃの発電出力１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の合成値である。そのため、図１０には、発電出力１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）も合わせて示す。
図１０に示すように、ファーム出力上限指令値１７は、電力系統制御所６によって、時刻ｔ（ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３）に更新される。ファームコントローラ７は、ファーム出力上限指令値１７の更新に応じて、時刻ｔ１及びｔ２に風車出力上限指令値を更新する。そして、風車出力上限指令値は、各風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃへ送信される。ファーム出力上限指令値１７及び風車出力上限指令値の更新周期は、例えば２０分である。

上述の図９で説明した通り、風力発電装置５ａは、風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃの合成発電出力（１４ｂ＋１４ｃ）がファーム出力上限指令値１７より小さい場合に、その不足分（例えば、図９に示す１６ｂ）と同量の発電出力（１３ａ）を供給する。また、風力発電装置５ａは、上述の図３に示す送電線センサ８及び局所高速通信１１（例えば、１秒周期）によって、その不足分（例えば、図９に示す１６ｂ）を検出することができる。

以上より、本実施例によれば、高速広域の通信設備を用いることなく、ウィンドファームの発電出力を上限値に一致させ得るウィンドファーム及びウィンドファームの制御方法を提供することが可能となる。
具体的には、ファーム発電出力が所定の上限値に制限される場合に、送電線センサ８と局所高速通信１１を用いることで、ファーム発電出力を上限値と一致させることができる。これにより、ファームコントローラ７と各風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃをつなぐ広域低速通信１０を高速通信に変更する設備増強が不要となり、ウィンドファーム９の設備費用を削減できる。また、ファーム発電出力を上限値に一致させることにより、制限された範囲内で、ウィンドファーム９から電力系統１に供給する電力を最大化でき、二酸化炭素の排出量削減に貢献できる。
＜実施例１の変形例＞
図１１は実施例１の変形例１におけるファーム出力上限指令を説明するためのグラフであり、図１２は実施例１の変形例１におけるファーム出力上限指令を説明するためのテーブルである。
上述の実施例１におけるファーム出力上限指令及び風車出力上限指令は、発電出力の上限値（Ｗ：ワット）に代えて、発電出力の時間変化率（Ｗ／分）としても良い。図１１には、ファーム出力上限指令を発電出力の時間変化率とした場合での、横軸を時間としたファーム出力上限指令のグラフを示している。図１１では、時刻ｔ１からｔ２の期間におけるファーム発電出力の上昇の時間変化を（Ｐ２−Ｐ１）／（ｔ２−ｔ１）以下に制限している。ファームコントローラ７は、図１１に示すファーム出力上限指令を、図１２に示すような時刻とファーム出力上限指令を対応づけたテーブルに変換し、各風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃに送信する。これにより、実施例１と同じ構成で実現が可能である。

図１３は、本発明の他の実施例に係る実施例２のウィンドファーム９ａの全体概略構成図である。本実施例のウィンドファーム９ａでは、風力発電装置（５ａ，５ｂ，５ｃ）、送電線（４ａ，４ｂ，４ｃ），及び送電線センサ８と同じ構成の風力発電装置（５ｄ，５ｅ，５ｆ）、送電線（４ｅ，４ｆ，４ｇ）、及び送電線センサ８ａが、連系変圧器３に並列に接続されている点が実施例１と異なる。また更に、開閉器１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ）及び送電線（４ｄ，４ｈ）が追加された点が実施例１と異なる。送電線４ｄと４ｈの間には、開閉器１４ｅが配置される。開閉器１４（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）は、開閉状態を切替えることで、その両端の送電線を電気的に接続、または切り離すことができる。以下では、実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、実施例１と重複する説明を省略する。

図１４は、図１３に示すウィンドファーム９ａ内に設置されるファームコントローラ７ａの概略構成を示す図である。図１４に示すように、本実施例のファームコントローラ７ａの構成は、上述の実施例１のファームコントローラ７と異なり、開閉器１８の開閉状態を、受信部７１ａによって取得する。風車出力上限決定部７２ａは、電力系統制御所６から通信ネットワーク１２を介して指令されるファーム出力上限指令、開閉器１４の開閉状態、及び制御テーブル記憶装置７４ａに保存されるテーブルに基づいて、各風力発電装置５の風車出力上限指令値を決定する。風車出力上限指令値は、送信部７３によって、各風力発電装置５に送信される。

図１５は、図１４に示す制御テーブル記憶装置７４ａに保存されるテーブルの一例を示す図である。図１５に示すように、ファームコントローラ７ａを構成する制御テーブル記憶装置７４ａには、開閉器１８の開閉状態、風車番号、送電線センサの使用有無、及び出力上限配分比率（％）を対応づけてテーブル形式にて保存している。ファームコントローラ７ａを構成する風車出力上限決定部７２ａは、開閉器１８の開閉状態の組合せに応じて、３種類（図１４に示すケース１，２，３）の出力上限配分比率を使い分ける。

図１６は、本実施例におけるウィンドファーム９ａの結線（ケース１）を示す図である。図１５に示すように、ケース１では、「開閉器の開閉状態」は、「開閉器１８ａ及び開閉器１８ｂ」並びに「開閉器１８ｃ及び開閉器１８ｄ」は共に“閉状態”であり、「開閉器１８ｅ」のみが“開状態”である。よって、図１６に示すように、送電線４ｄと送電線４ｈは切り離される。この状態は、上述の実施例１における風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃと同様に、風力発電装置５ｄ，風力発電装置５ｅ，及び風力発電装置５ｆを制御すれば良い。

図１７は、本実施例におけるウィンドファーム９ａの結線（ケース２）を示す図である。図１５に示すように、ケース２では、「開閉器の開閉状態」は、「開閉器１８ａ及び開閉器１８ｂ」が“閉状態”であり、「開閉器１８ｃ及び開閉器１８ｄ」が“開状態”であり、「開閉器１８ｅ」が“閉状態”である。よって、図１７に示すように、連系変圧器３と送電線４ｅは切り離される。この場合では、送電線センサ８は、風力発電装置５ｂ，風力発電装置５ｃ，風力発電装置５ｄ，風力発電装置５ｅ，及び風力発電装置５ｆの合成発電出力を計測する。そのため、風力発電装置５ｂ，風力発電装置５ｃ，風力発電装置５ｄ，風力発電装置５ｅ，及び風力発電装置５ｆは、自身の発電出力を風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*と一致するように制御する。そして、風力発電装置５ａは、送電線センサ８を用いてファーム発電出力がファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊に一致するように制御すれば良い。

図１８は、本実施例におけるウィンドファーム９ａの結線（ケース３）を示す図である。図１５に示すように、ケース３では、「開閉器の開閉状態」は、「開閉器１８ａ及び開閉器１８ｂ」のみが“開状態”であり、「開閉器１８ｃ及び開閉器１８ｄ」並びに「開閉器１８ｅ」は共に“閉状態”である。よって、図１８に示すように、連系変圧器３と送電線４ａは切り離される。この場合では、送電線センサ８ａは、風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，風力発電装置５ｃ，風力発電装置５ｅ，及び風力発電装置５ｆの合成発電出力を計測する。そのため、風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，風力発電装置５ｃ，風力発電装置５ｅ，及び風力発電装置５ｆは、自身の発電出力を風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*と一致するように制御する。そして、風力発電装置５ｄは、送電線センサ８ａを用いてファーム発電出力がファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊に一致するように制御すれば良い。

次に、ウィンドファーム９ａ全体の動作について説明する、図１９は図１３に示すウィンドファーム９ａ全体の動作を示すフローチャートである。
図１９に示すように、ステップＳ２０１では、電力系統制御所６にて、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の初期値が設定される。ここで、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の初期値として、ウィンドファーム９ａの定格出力(最大出力)が設定される。
ステップＳ２０２では、ファームコントローラ７ａが、電力系統制御所６から通信ネットワーク１２を介してファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信したか否かを判定する。判定の結果、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信していない場合にはステップＳ２０４へ進む。一方、判定の結果、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信した場合には、ステップＳ２０３へ進む。なお、通信ネットワーク１２を介して電力系統制御所６よりファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信する周期は、例えば、１時間に設定される。

ステップＳ２０３では、例えば、１時間周期で受信されるファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を、ファームコントローラ７ａが更新し、ステップＳ２０４へ進む。
ステップ２０４では、開閉器の開閉状態の初期値が設定される。ここで、開閉器の開閉状態の初期値は、送電線４が健全の時の開閉状態(図１５に示すケース１)が設定される。

ステップ２０５では、ファームコントローラ７ａが、開閉器１８ａ，開閉器１８ｂ，開閉器１８ｃ，開閉器１８ｄ，及び開閉器１８ｅより広域低速通信１０を介して開閉状態を。ファームコントローラ７ａの受信部７１ａにて受信したか否かを判定する。受信した場合はステップＳ２０６へ進み、一方、受信したなった場合はステップＳ２０７へ進む。なお、開閉器の開閉状態を受信するタイミングは、例えば、送電線４ａまたは送電線４ｅが事故によって断線した時である。
ステップＳ２０６では、受信した開閉器１８ａ，開閉器１８ｂ，開閉器１８ｃ，開閉器１８ｄ，及び開閉器１８ｅの開閉状態を更新し制御テーブル記憶装置７４ａに保存する。

ステップＳ２０７では、ファームコントローラ７ａを構成する風車出力上限決定部７２ａが、開閉器１８の開閉状態及び図１５に示すテーブルから、開閉状態に応じたケースを選択する。選択したケースに対応する出力上限配分比率及び上記ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊に基づき、風力発電装置毎に個別の風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*を上述の式（１）によって求める。風車出力上限決定部７２ａにより求められた個別の風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*は、送信部７３より対応する風力発電装置へ広域低速通信１０を介して送信される。ここで、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*の送信周期は、上述のファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の受信周期と同様に、例えば１時間に設定される。

ステップＳ２０８では、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*の送信先の風力発電装置が送電線センサの計測値を使用する風力発電装置であるか否かを判定し、送電線センサの計測値を使用する風力発電装置である場合、上述の実施例１と同様に図８に示すステップＳ１０６へ進む。一方、送電線センサの計測値を使用する風力発電装置でない場合、上述の実施例１と同様に図８に示すステップＳ１０９へ進む。以降は、上述の実施例１と同様にステップＳ１０７〜ステップＳ１１１と同様の処理を実行する。

以上より、本実施例によれば、上述の実施例１の効果に加え、開閉器１８の開閉状態に応じて、使用する送電線センサを選択することで、例えば送電線４ａまたは送電線４ｅが事故によって断線した場合においても、ファーム発電出力を上限値と一致させることができる。

図２０は、本発明の他の実施例に係る実施例３のウィンドファーム９ｂの全体概略構成図である。本実施例のウィンドファーム９ｂでは、送電線センサ８に加え、送電線センサ８ｂを追加した点が実施例１と異なる。送電線センサ８ｂは、局所高速通信１１ｂを介して、風力発電装置５ｂに、電力潮流計測値Ｐ_ＬＩＮＥ(ｂ)（風力発電装置５ｃの発電出力）を送る。以下では、実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、実施例１と重複する説明を省略する。

図２１は、図２０に示すウィンドファーム９ｂ内に設置されるファームコントローラ７ｂの概略構成を示す図である。図２１に示すように、本実施例のファームコントローラ７ｂの構成は、上述の実施例１のファームコントローラ７と異なり、風力発電装置５ａの発電出力Ｐ_Ｇ（ａ）を、受信部７１ｂによって取得する。風車出力上限決定部７２ｂは、電力系統制御所６から通信ネットワーク１２を介して指令されるファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊、発電出力Ｐ_Ｇ（ａ）、及び制御テーブル記憶装置７４ｂに保存されるテーブルに基づいて、各風力発電装置５の風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*を決定する。風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*は、送信部７３によって、各風力発電装置５へ広域低速通信１０を介して送信される。

図２２は、図２１に示す制御テーブル記憶装置７４ｂに保存されるテーブルの一例を示す図である。図２２に示すように、ファームコントローラ７ｂを構成する制御テーブル記憶装置７４ｂには、風力発電装置５ａの発電出力Ｐ_Ｇ（ａ）の閾値、風車番号、送電線センサの使用有無、及び出力上限配分比率（％）を対応づけてテーブル形式にて保存している。ファームコントローラ７ｂを構成する風車出力上限決定部７２ｂは、発電出力Ｐ_Ｇ（ａ）に応じて、２種類（ケース１，２）の出力上限配分比率を使い分ける。

図２２に示すように、ケース１は、「風力発電装置５ａの発電出力Ｐ_Ｇ（ａ）の閾値」が、例えば、“定格出力の１０％以上”の場合である。この場合は、上述の実施例１と同様に、風力発電装置５ｂ及び風力発電装置５ｃは、自身の発電出力が風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*に一致するように制御する。また、風力発電装置５ａは、送電線センサ８の計測値を用いて、ファーム発電出力がファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊に一致するように制御する。
ケース２は、「風力発電装置５ａの発電出力Ｐ_Ｇ（ａ）が閾値」が、例えば、“定格出力の１０％未満”の場合である。この場合は、風力発電装置５ａの出力調整能力が小さいため、風力発電装置５ａは、送電線センサ８を使用せず、自身の発電出力を０Ｗに制御する。そして、風力発電装置５ｂは、送電線センサ８ｂの計測値を用いて、ファーム発電出力がファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊に一致するように制御する。なお、風力発電装置５ｃは、ケース１と同じ動作をする。

次に、ウィンドファーム９ｂ全体の動作について説明する、図２３は、図２０に示すウィンドファーム９ｂ全体の動作を示すフローチャートである。
図２３に示すように、ステップＳ３０１では、電力系統制御所６にて、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の初期値が設定される。ここで、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の初期値として、ウィンドファーム９ｂの定格出力(最大出力)が設定される。
ステップＳ３０２では、ファームコントローラ７ｂが、電力系統制御所６から通信ネットワーク１２を介してファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信したか否かを判定する。判定の結果、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信していない場合にはステップＳ３０４へ進む。一方、判定の結果、ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信した場合には、ステップＳ３０３へ進む。なお、通信ネットワーク１２を介して電力系統制御所６よりファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊を受信する周期は、例えば、１時間に設定される。

ステップ３０４では、ファームコントローラ７ｂが、風力発電装置の発電出力Ｐ_Ｇの初期値を設定する。ここで、例えば、風力発電装置５ａの定格出力が初期値として設定される。
ステップＳ３０５では、ファームコントローラ７ｂが、広域低速通信１０を介して、風力発電装置５aの発電出力計測値Ｐ_Ｇを受信したか否か判定する。風力発電装置５aの発電出力計測値Ｐ_Ｇを受信していない場合は、ステップＳ３０７へ進む。一方、風力発電装置５aの発電出力計測値Ｐ_Ｇを受信した場合には、ステップＳ３０６へ進む。ここで、風力発電装置５aの発電出力計測値Ｐ_Ｇの受信周期は、例えば、１０分に設定される。

ステップＳ３０６では、風力発電装置５aの発電出力計測値Ｐ_Ｇを更新する。
ステップＳ３０７では、ファームコントローラ７ｂを構成する風車出力上限決定部７２ｂが、受信された風力発電装置５aの発電出力計測値Ｐ_Ｇ及び図２２に示すテーブルに基づき、発電出力計測値Ｐ_Ｇに応じたケースを選択する。選択されたケースに対応する出力上限配分比率及び上記ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊から、風力発電装置毎に個別の風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*を、上述の式（１）によって求める。風車出力上限決定部７２ｂにより求められた個別の風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*は、送信部７３より対応する風力発電装置５ａ，風力発電装置５ｂ，及び風力発電装置５ｃへ広域低速通信１０を介して送信される。風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*の送信周期は、上記ファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊の受信周期と同様に、例えば１時間に設定される。

ステップＳ３０８では、風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*の送信先の風力発電装置が送電線センサの計測値を使用する風力発電装置であるか否かを判定し、送電線センサの計測値を使用する風力発電装置である場合、上述の実施例１と同様に図８に示すステップＳ１０６へ進む。一方、送電線センサの計測値を使用する風力発電装置でない場合、上述の実施例１と同様に図８に示すステップＳ１０９へ進む。以降は、上述の実施例１と同様にステップＳ１０７〜ステップＳ１１１と同様の処理を実行する。

以上より、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、複数の送電線センサ８及び送電線センサ８ｂを備え、風力発電装置５ａの発電出力Ｐ_Ｇ（ａ）に応じて、使用する送電線センサを選択することで、風力発電装置５ａの風速（発電出力）が低下した場合においても、ファーム発電出力を上限値と一致させることができる。

図２４は、本発明の他の実施例に係る実施例４のウィンドファームの全体概略構成図である。本実施例のウィンドファーム９ｃでは、ファームコントローラ７に代えて、第１のファームコントローラ１９および第２のファームコントローラ２０を備える点が上述の実施例１及び実施例２と異なる。以下では、実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、実施例１と重複する説明を省略する。

図２４に示すように、第１のファームコントローラ１９は、ウィンドファーム９ｃ内の半数以上の風力発電装置５ｂ，風力発電装置５ｃ，風力発電装置５ｅ，及び風力発電装置５ｆと通信する広域低速通信１０a（例えば，２０分周期）を介して、各風力発電装置に風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*を送信する。第１のファームコントローラ１９は、各風力発電装置５ｂ，風力発電装置５ｃ，風力発電装置５ｅ，及び風力発電装置５ｆの各々の発電出力を制限する風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*を決定する。
第２のファームコントローラ２０は、ウィンドファーム９ｃ内の一部の風力発電装置５ａ及び風力発電装置５ｄ並びに送電線センサ（８，８ａ）と通信する局所高速通信１１ｂ（例えば，１秒周期）を介して、各風力発電装置に風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*を送信する。第２のファームコントローラ２０は、ファーム発電出力がファーム出力上限指令値Ｐ_{ＷＦ＿ＵＬ} ^＊に一致するように、送電線センサ（８，８ａ）の計測値を監視して、風力発電装置５ａ及び風力発電装置５ｄの風車出力上限指令値Ｐ_{ＷＴ＿ＵＬ} ^*を決定する。

以上より、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、複数のファームコントローラ及び送電線センサを備え、更に一方のファームコントローラは一部の風力発電装置及び送電線センサと通信できる局所高速通信を備えることで、ファーム発電出力を上限値と一致させることができる。

なお、本発明は上記した実施例１〜実施例４に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ−Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１…電力系統
２…連系点
３…連系変圧器
４…送電線
５…風力発電装置
６…電力系統制御所
７…ファームコントローラ
８…送電線センサ
９…ウィンドファーム
１０…広域低速通信
１１…局所高速通信
１３…可能発電出力
１２…通信ネットワーク
１４…発電出力
１５…風車出力上限指令値
１６…不足分
１７…ファーム出力上限指令値
１８…開閉器
５１…風速計
５２…ハブ
５３…可変ピッチ機構部
５４…風力ブレード
５５…回転軸
５６…発電機
５７…交流電圧センサ
５８…交流電流センサ
５９…回転速度検出器
７１…受信部
７２…風車出力上限決定部
７３…送信部
７４…制御テーブル記憶装置
５１０…有効電力演算部
５１１…コンバータ
５１２…直流電圧センサ
５１３…インバータ
５１４…交流電流センサ
５１５…交流電圧センサ
５１６…昇圧変圧器
５１７…風車コントローラ
５１７１…最大電力点追従制御器
５１７２…回転数制御器
５１７３…リミッタ

Claims (11)

1. 風力エネルギーを受けて発電する複数基の風力発電装置と、
   前記風力発電装置の発電出力を制御する風車コントローラと、
   前記複数基の風力発電装置のうち一部の風力発電装置の合成発電出力を計測する送電線センサを備え、
   少なくとも、第１の風力発電装置を制御する第１の風車コントローラは、前記送電線センサにより計測される前記一部の風力発電装置の合成発電出力の計測値に基づき前記第１の風力発電装置の発電指令値を決定することを特徴とするウィンドファーム。
2. 請求項１に記載のウィンドファームにおいて、
   電力系統制御所から通信ネットワークを介してファーム出力上限指令値を受信し、広域低速通信を介して、前記複数基の風力発電装置へそれぞれ風車出力上限指令値を送信するファームコントローラを備え、
   前記ファームコントローラは、
   前記ファーム出力上限指令値を受信する受信部と、
   前記複数基の風力発電装置による合成出力の上限値及び所定の配分比率に基づき、前記風車出力上限指令値を決定する風車出力上限決定部と、を有し、
   前記第１の風車コントローラは、局所高速通信を介して前記送電線センサにより計測される合成発電出力の計測値を受信し、前記合成発電出力の計測値及び前記風車出力上限指令値に基づき前記第１の風力発電装置の発電指令値を決定することを特徴とするウィンドファーム。
3. 請求項２に記載のウィンドファームにおいて、
   風力発電装置間または風力発電装置と電力系統の接続と切断を切替える開閉器を備え、
   前記ファームコントローラは、少なくとも前記開閉器の開閉状態と、前記送電線センサの使用有無と、前記配分比率とを対応づけたテーブルを保存する制御テーブル記憶装置を有し、前記風車出力上限決定部は、前記制御テーブル記憶装置に保存されるテーブルに基づき前記風車出力上限指令値を決定することを特徴とするウィンドファーム。
4. 請求項２に記載のウィンドファームにおいて、
   前記ファームコントローラは、少なくとも前記第１の風力発電装置の発電出力の閾値、前記送電線センサの使用有無と、前記配分比率とを対応づけたテーブルを保存する制御テーブル記憶装置を有し、前記風車出力上限決定部は、前記制御テーブル記憶装置に保存されるテーブルに基づき前記風車出力上限指令値を決定することを特徴とするウィンドファーム。
5. 請求項４に記載のウィンドファームにおいて、
   前記ファームコントローラは、
   前記受信部にて第１の風力発電装置の発電出力計測値を受信し、前記第１の風力発電装置の発電出力計測値が前記第１の風力発電装置の発電出力の閾値未満の場合、前記風車出力上限決定部は、他の風力発電装置の合成発電出力の計測値が前記ファーム出力上限指令値となるよう前記他の風力発電装置の風車出力上限指令値を決定することを特徴とするウィンドファーム。
6. 請求項２に記載のウィンドファームにおいて、
   前記ファームコントローラは、第１のファームコントローラ及び第２のファームコントローラを備え、
   前記第１のファームコントローラは、前記一部の風力発電装置と前記広域低速通信を介して接続され、
   前記第２のファームコントローラは、少なくとも前記第１の風力発電装置及び前記送電線センサと前記局所高速通信を介して接続されることを特徴とするウィンドファーム。
7. 風力エネルギーを受けて発電する複数基の風力発電装置と、前記風力発電装置の発電出力を制御する風車コントローラと、前記複数基の風力発電装置のうち一部の風力発電装置の合成発電出力を計測する送電線センサを備えるウィンドファームの制御方法であって、
   少なくとも、第１の風力発電装置を制御する第１の風車コントローラは、前記送電線センサにより計測される前記一部の風力発電装置の合成発電出力の計測値に基づき前記第１の風力発電装置の発電指令値を決定することを特徴とするウィンドファームの制御方法。
8. 請求項７に記載のウィンドファームの制御方法において、
   前記ウィンドファームは、電力系統制御所から通信ネットワークを介してファーム出力上限指令値を受信し、広域低速通信を介して、前記複数基の風力発電装置へそれぞれ風車出力上限指令値を送信するファームコントローラを備え、
   前記ファームコントローラは、前記複数基の風力発電装置による合成出力の上限値及び所定の配分比率に基づき、前記風車出力上限指令値を決定し、
   前記第１の風車コントローラは、局所高速通信を介して前記送電線センサにより計測される合成発電出力の計測値を受信し、前記合成発電出力の計測値及び前記風車出力上限指令値に基づき前記第１の風力発電装置の発電指令値を決定することを特徴とするウィンドファームの制御方法。
9. 請求項８に記載のウィンドファームの制御方法において、
   前記ウィンドファームは、風力発電装置間または風力発電装置と電力系統の接続と切断を切替える開閉器を備え、
   前記ファームコントローラは、少なくとも前記開閉器の開閉状態と、前記送電線センサの使用有無と、前記配分比率とを対応づけたテーブルを保存し、前記保存されたテーブルに基づき前記風車出力上限指令値を決定することを特徴とするウィンドファームの制御方法。
10. 請求項８に記載のウィンドファームの制御方法において、
    前記ファームコントローラは、少なくとも前記第１の風力発電装置の発電出力の閾値、前記送電線センサの使用有無と、前記配分比率とを対応づけたテーブルを保存し、前記保存されるテーブルに基づき前記風車出力上限指令値を決定することを特徴とするウィンドファームの制御方法。
11. 請求項１０に記載のウィンドファームの制御方法において、
    前記ファームコントローラは、第１の風力発電装置の発電出力計測値を受信し、前記第１の風力発電装置の発電出力計測値が前記第１の風力発電装置の発電出力の閾値未満の場合、他の風力発電装置の合成発電出力の計測値が前記ファーム出力上限指令値となるよう前記他の風力発電装置の風車出力上限指令値を決定することを特徴とするウィンドファームの制御方法。

Images