JP4951403B2 - 風力発電制御システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電機とそれに接続された負荷（または電力貯蔵装置、あるいは発電装置）で構成される風力発電制御システム及びその制御方法に関する。

近年、地球温暖化や化石燃料枯渇の問題から、石油代替エネルギーとして水素が期待されている。水素は水の電気分解によって生成する際に、電力が必要となる。しかし、その電力に石油などの化石燃料を燃料とする火力発電によって電力を供給することは、地球温暖化や化石燃料枯渇の問題に対する抜本的な解決にはならない。そこで、風力発電などの再生可能エネルギーによる水素製造が重要視されている。

風力発電による水素製造装置として特許文献１がある。特許文献１の水素製造装置は風車発電機と、その交流出力を直流出力に変換する電力変換器と、複数の電解セルを接続する水素製造装置を備える。さらに前記直流電力を水素製造装置に供給する際に、電解セルごとにオン／オフするスイッチと、直流電力の電圧を可変制御する電圧制御部と、各電解セルに作用する電圧、電流が所定範囲内となるように電解セルの使用数を制御するセル使用数制御部を設けている。これによれば、変動する風力発電機出力に応じて電解セルをオンオフすることができるので、エネルギー効率の良い水素製造設備を提供できる。

特開２００５−１２６７９２号公報 「負荷多分割形チョッパの提案；山本勇他、電気学会論文誌Ｄ，VOL124，No2,pp230-237,2004」

特許文献１においては、水素製造装置はスイッチによってオンオフ制御されるが、複数の電解セルを並列接続する場合には、各電解セルを流れる電流を積算した電流の総和（全電流）が大きくなる。通常、風車は地上から高い場所に固定され、水素製造装置は地上に設置されるため、この場合には電流密度を抑制する目的からその間の電線を太くする必要があり、限られたスペースを有効に使う必要がある風車設備では問題となる。また、複数の電解セルを直接接続する場合には、上記のような問題は発生しないが、スイッチを多数用いた複雑な回路構成をとる必要がある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、簡単な回路構成で、風力発電設備に接続される複数台の負荷で構成されたシステムの全電流値を大きくすることなく、効率良く負荷を運転することができる風力発電制御システム及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機が負荷として少なくとも２台以上の電力を消費する電力機器を備える風力発電制御システムにおいて、前記負荷を複数のブロックに分割し、投入ブロック数に応じて負荷を制御する多分割形チョッパを設けることを特徴とする。

前記投入ブロック数は前記風力発電機の発電機回転速度と風速から推定される最大効率運転点の回転速度と差分に応じて決定する。

本発明は、風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機を制御する発電コントローラと、前記風力発電機が負荷として電力を消費する少なくとも２台以上の電力機器を備えるとともに系統に連系される風力発電制御システムにおいて、前記負荷を複数のブロックに分割し、投入ブロック数に応じて負荷を制御する多分割型チョッパと、前記風力発電機の出力のうち一定成分を系統電力として供給する発電制御部と、変動成分を前記多分割型チョッパに供給する負荷制御部を備えることを特徴とする。

前記発電制御部は系統への供給電力を調整することで発電機回転速度を調整するための補正電力を求める速度制御部を有し、風速から推定される最大効率運転点での有効電力と前記補正電力の加算値をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令により前記発電コントローラを制御することを特徴とする。

または、前記発電制御部はピッチ角を調整することで発電機回転速度を調整するための補正ピッチ角を求める速度制御部を有し、風速から推定される最大効率運転点での有効電力をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令により前記発電コントローラを制御するとともに、前記補正ピッチ角で補正されたピッチ角度指令によって風車のピッチ角を調節するピッチコントローラを備えることを特徴とする。

本発明は、風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機が少なくとも２台で構成される負荷を備えるとともに系統に連系される風力発電負荷システムの制御方法において、前記負荷を複数のブロックに分割し、風速による最大効率運転点での回転速度と発電機回転速度との差分に応じて前記ブロックの投入ブロック数を決定することを特徴とする。

前記風力発電機の出力が一定成分と変動成分で構成され、前記一定成分を系統電力として供給し、前記変動成分を前記多分割型チョッパに供給する場合に、系統への供給電力を調整することで発電機回転速度を調整するための補正電力を求め、風速から推定される最大効率運転点での有効電力と前記補正電力の加算値をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令により前記風力発電機を制御することを特徴とする。

または、前記発電制御部はピッチ角を調整することで発電機回転速度を調整するための補正ピッチ角を求める速度制御部を有し、風速から推定される最大効率運転点での有効電力をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令により前記発電コントローラを制御するとともに、前記補正ピッチ角で補正されたピッチ角度指令によって風車のピッチ角を調節するピッチコントローラを備えることを特徴とする。

上記において、負荷は少なくとも２台以上の複数台で構成された水素製造装置またはモータやヒータなどの電力を消費する電力機器である。電力機器に代わり、二次電池やフライホイールなどの電力貯蔵機器、あるいは燃料電池や発電機などの発電機器に置き換えることも可能である。

本発明によれば、簡単な回路構成で、風力発電設備に接続される複数台の負荷で構成されたシステムの全電流値を大きくすることなく、効率良く負荷を運転することができる。また、多分割型チョッパにおいて負荷の接続数の調整や、容量の異なる負荷の組み合わせを実現するなど、きめ細かな負荷調整をすることができる。さらに、風力発電出力を安定分と変動分に分け、前者を系統へ後者を負荷に出力するようにすれば、系統への出力変動を平滑化できる効果もある。

本発明は、風力発電機の変動出力のうち一定分を系統に出力し、不安定分で負荷を運転する。図２は一定出力分と変動出力分の関係を示す概念図である。図２（ａ）は風力発電機の出力波形例である。変動出力の所定時間平均Ｐ１から想定される電力の変動幅をΔＰとすると、このΔＰ／２に補正幅αを加えた値（ΔＰ／２＋α）をＰ１から差し引いたＰ_Ｌ＝Ｐ１−（ΔＰ／２＋α）が系統へ出力される有効電力となる。図２（ｂ）に出力変動分の拡大図を示す、発電出力Ｐ１には、変動分が含まれない一定分出力Ｐ_Ｌと変動分出力Ｐ_Ｅが含まれる。このＰ_Ｌを系統に出力するため、変動分Ｐ_Ｅに応じて負荷の容量（台数）を制御する。本発明では時々刻々と変化する風速Ｖ_ｗと回転数ωｍとの差に応じて、上記の関係を満足するようにＰ_ＬとＰ_Ｅを決定する。なお、αは(Ｐ−ΔＰ／２)＜Ｐ_Ｌとならないための裕度に相当する。つまり、αを大きくとると変動分Ｐ_Ｅが大きくなるので、負荷で消費される電力量が大きくなる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態を示す風力発電制御システムの全体構成を示すブロック図である。図１において、１は風車、２は発電機（ここでは、交流励磁形発電機を例にとる：以下、交流発電機）、３はＡＣ−ＤＣ−ＡＣ電力変換器でコンバータ３１とインバータ３２及び直流結合部３３を持つ。４は多分割型チョッパ、５は負荷で、ここでは複数台の水素製造装置で構成されている。６は制御装置で、風速Ｖ_ｗと発電機回転数ωｍを入力とする負荷制御部１０および発電制御部２０を有している。風速Ｖ_ｗは風車の近傍に設置された風速計から、発電機回転数ωｍは風力発電機２の回転軸から検出される。７は電力系統であるが、特に電力系統と連系されていなくてもよい。

交流発電機２は風車１によって駆動される可変速風力発電機である。複数台の風力発電機を用いてもよいが、ここでは省略して１台のみを示している。本実施例の交流発電機２は交流励磁形で、系統への有効出力電力ＰとＧ点における端子電圧Ｖ_Ｇを検出し、系統電圧の平滑化と端子電圧一定制御を行う。本例では、交流励磁型発電機を用いたが、また誘導発電機や同期発電機など他の種類の発電機を用いてもよい。負荷多分割形チョッパ４は複数台の水素製造装置５を複数のブロックに分割し、ブロックごとにオンオフ制御する。

図３は交流発電機の制御装置の構成図を示す。交流発電機２の制御は、電力変換器（ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ）３のインバータ３２によって発電機２の２次側（回転子側）へすべり周波数の交流電力を供給し、励磁制御が行われる。インバータ３２を制御するために、１次側（固定子側）の交流電力をコンバータ３１に供給して直流電力に変換し、この直流をインバータ３２で交流変換する。このように、交流発電機２は２次側の励磁によって制御されるため電力変換器３の容量が励磁容量だけですみ、低コスト化が図れるメリットがある。

電力変換器３を構成するコンバータ３１とインバータ３２にはＰＷＭ方式を用い、その制御にはＰＩ制御を用いている。図３において、Ｐ_ＲＥＦは発電機２の有効電力出力の指令値で、Ｖ_ＲＥＦはＧ点（図１）の端子電圧Ｖ_Ｇの指令値である。コンバータ３２はＤＣリンク部３３の電圧Ｅ_ＤＣが一定になるように制御している。図示のＩ_ｄ、Ｉ_ｄ’とＩ_ｑ、Ｉ_ｑ’はそれぞれ３相−２相変換された有効分電流と無効分電流を表す。これらを用いる制御技術は周知であるので、詳細な説明は省略する。

図４は風車の特性図である。なお、この特性は風車のピック角によっても変化する。風車入力は風速に応じて変化するため、発電機は各速度の最大値を通る曲線Ｐ_ｍａｘとなるように制御される。例えば、発電機２の可変速範囲がたとえば同期速度の＋／−３０％の場合、発電機出力の最大値を定格出力とすると、図の破線を通るように制御される。

図５Ａは多分割型チョッパと水素製造装置を組み合せた回路構成を示す。水素製造装置５は複数のブロックごとに負荷多分割形チョッパ４に接続される。点線内は水素製造装置５の１ブロックの水素製造装置の等価回路を示し、ブロック（１）−ブロック（３）に分割されている。各ブロックのオンオフをチョッパ制御することによって、負荷としての水素製造装置の運転ブロック数を変化させることができ、これによって、負荷調整が可能になる。

図５Ｂは多分割形チョッパを並列に接続した場合の実施例を示す。この場合、回路全体の電圧を増加することなく、負荷制御台数を増やすことができる。

図５Ｃはチョッパごとに容量（直流電圧）が異なる負荷を接続した例を示す。チョッパごとに容量（直流電圧）が異なる負荷を接続することで、細かい負荷調整が可能である。図５Ｂの例では負荷全体の出力を整数倍にしか調整できないが、この例では出力を１．０倍（Ｖ１のみを運転）、１．２５(Ｖ１とＶ４を運転)、１．５（Ｖ１とＶ２を運転）・・・というように、細かく出力を調整することできる。

次に負荷制御部１０を説明する。図６は負荷制御部の構成を示す。ブロック制御部１１はＶ_ｗとωｍを入力して投入するブロック数Ｎを決定する。チョッパコントローラ１２は投入ブロック数Ｎに従い、投入するブロックのスイッチ（例えば、図５Ｂまたは図５Ｃの場合、Ｓ１〜Ｓ６）のオンオフ制御を行う。

図７にブロック数制御回路の構成例を示す。発電機２の回転子の角速度ωｍと風速Ｖ_Ｗより算出される最大効率運転点での回転角速度ωｍ_−ｏｐ（ωｍａｘ）との差分をＰＩ制御してその値を所定時間（たとえば０．５秒）ごとにサンプリングし、水素製造装置の投入ブロック数Ｎを決定する。たとえば、出力を０〜６の範囲で変化し、その整数値を取ることによって、投入する水素製造装置のブロック数を決定する。出力が２．８であればその整数値２をとり、投入ブロック数とする。また、ωｍがωｍ_−ｏｐよりも小さいときはその差分に補正を加えて、早めに投入数を減らすように制御する。

図８はチョッパ制御部の構成例を示す。チョッパコントローラ１２は多分割型チョッパ４のスイッチＳ１−Ｓ６（図５Ｂ）の制御信号を出力する。ブロック数制御部１１で投入数Ｎが決定されると、その投入ブロック数となるようにチョッパ制御が行われる。水素製造装置５の各ブロックをＯＮ状態にするためには、水素製造装置のブロックごとに定格電圧Ｖがかかるように電圧を制御する（例：Ｖ_１ＲＥＦ＝Ｖ）。一方、ＯＦＦ状態にするときには、水素製造装置４のブロックごとに流れる電流がゼロとなるように電圧の指令値を与える（例：Ｖ_１ＲＥＦ＝Ｖ_０）。さらに、ｉを任意のブロックとして、Ｖ_ｉとＶ_ｉＲＥＦとの差分をＰＩ制御し、大きさが０〜１の三角波と比較してそれぞれの制御信号を決定する。

図９に基本的な負荷多分割形チョッパの回路動作を示す。ここでは、負荷が２段の場合について説明する。

（ａ）は期間１を示し、昇圧用のスイッチＳ_０がターンオンすると、電源ＥからリアクトルＬ、スイッチＳ_０を通って電流が点線のように流れ、リアクトルＬには電磁エネルギーが蓄えられる。この状態で電源Ｅと負荷（Ｒ_１、Ｒ_２）は切り離されるが、負荷側には前期間の動作で充電されていたコンデンサＣ_１及びＣ_２の放電により、Ｒ_１、Ｒ_２に電力が供給される。スイッチＳ_０がターンオフすると、期間１が終了する。

（ｂ）は期間２を示し、スイッチＳ_０がターンオフし、スイッチＳ_１がターンオンする、電源Ｅより電流がコンデンサＣ_１を充電すると共に、負荷Ｒ_１に電力を供給する。スイッチＳ_１のターンオンが終了すると、この期間２が終了する。

（ｃ）は期間３を示し、スイッチＳ_１がターンオフすると、電源Ｅの電流は下側スイッチ回路から上側ダイオード回路へと転流する。この電流はコンデンサＣ_１、Ｃ_２を同時に充電し、負荷へも電力を供給する。

次に、発電制御部２０の構成と動作を説明する。図１０は発電制御部の構成を示すブロック図である。発電制御部２０は風速Ｖ_ｗと回転速度ωｍを入力して、風速Ｖ_ｗから最大効率運転点での発電機出力Ｐ_ｍａｘ、風速Ｖ_ｗと回転速度ωｍとから補正出力Ｐ_ｃを求める速度調整部２１と、Ｐ_ｍａｘとＰ_ｃを加算したＰ_ｉｎを平均値演算するフィルター２２をもつ。フィルター２２の出力が、最終的には系統７に出力される出力指令値Ｐ_Ｌである。また、ブロック数制御部１１の投入ブロック数Ｎに基づいて負荷容量を演算する負荷演算部２３の出力指令値Ｐ_Ｅと系統への出力指令値Ｐ_Ｌとを加算したＰ^＊を発電機コントローラ２４に入力する。発電機コントローラ２４はＰ^＊＝Ｐ_Ｅ＋Ｐ_Ｌを有効電力指令値として電力変換器３を制御する。

図１１は速度調整部の構成を示すブロック図である。速度調整部２１は有効電力指令値Ｐ^＊を得るためのブロックＡと、発電機の回転速度ωｍが最大効率運転点の近傍となるように制御するブロックＢを有している。ブロックＡでは風速Ｖ_ｗを入力し、図４を用いて、最大効率運転を行った場合の有効電力値Ｐ_ｍａｘを計算する。しかし、この制御を適用すると、風による風車入力に対して系統出力が低くなるため、発電機２の回転速度が上昇し、風速に対する最大効率運転点を大きく外れ、発電機の効率が低下してしまう。そこで、上述のように水素製造装置５を多分割型チョッパ４によって分割投入し、回転数を最大効率運転点の近傍に制御する。

しかし、発電機の回転速度ωｍが最大効率運転点より下回った場合は水素製造装置の分割制御では制御できない。そこで、水素製造装置の投入数を減らすように制御すると共に、ブロックＢのように発電機の回転速度ωｍと風速Ｖ_ｗによる最大回転数ωｍａｘの差分をとり、その差分値に応じて補正値Ｐ_ｃを算出し、回転数が最大効率運転点より離れ過ぎないように制御している。

ブロックＣは、回転数が、たとえば０．７ｐｕ以下にならないように、下限けり返し補正を行っている。回転数が０．７以下になるときは、ωｍと０．７の差分に応じて補正値Ｐ_ｃを算出し、回転数が０．７を下回らないように補正している。

図１２は風力発電制御システムの全体構成で、系統電力の制御によって発電機回転速度を制御する場合の実施例である。ピッチ制御部５０は、回転速度ωｍが最大回転数ωｍａｘを超えることを防止するために用いられている。ピッチコントローラ５１は、ピッチ制御部５０のピッチ角度指令θ＊に基づいて風車１の羽角度を制御する。θが０で最大の風車入力が得られ、θが増えるに従って風車入力は減少する。

図１３は系統電力の制御によって発電機回転速度を調整する制御手順を示すフロー図である。ステッップ１０１は風速Ｖ_ｗ、発電機回転速度ωｍ、ピッチ角度指令θ＊を取り込む。ステップ１０２は風速Ｖ_ｗから推定される最大効率運転点での有効電力Ｐ_ｍａｘ＝f(Ｖ_ｗ，θ＊)を図４（特性がピッチ角度に応じて変わる）より算出する。ステップ１０３は回転速度ωｍと、風速Ｖ_Ｗから推定される最大効率運転点の回転速度との差分を補正する補正値Ｐｃ１を決定する(図１１のBlockＢ)。ステップ１０４は回転速度ωｍが０．７pu以下になるかチエックする。ステップ１０５は、０．７pu以下であれば、補正値Ｐｃ２を決定する(図１１のBlockＣ)。ステップ１０６はＰ_max、Ｐｃ１、Ｐｃ２を加算してＰｉｎを算出する。ステップ１０７はＰ_ｉｎを平均値演算してＰ_Ｌを算出し、ステップ１０８はこのＰ_Ｌを系統電力に供給する。

ステップ１０９は風速Ｖｗと発電機回転速度ωｍからチョッパで分割されるブロック数Ｎを決定する（図７）。ブロック数Ｎはチョッパ制御部１２に与えられ、スイッチ４のオンオフ信号を発生する（ステップ１１３）。ステップ１１０はブロック数Ｎからチョッパ消費電力Ｐ_Ｅを算出する。ステップ１１１はこのＰ_Ｅとステップ１０６で算出したＰ_ｉｎから平均値演算したＰ_Ｌを加算して発電指令Ｐ^＊を求め、ステップ１１２は発電機コントローラ２４に発電指令Ｐ^＊を与える。

ステップ１１４は、回転速度ωｍが０．７puを超えるとき、ωｍ≧１．３か判定する。ステップ１１５は、ωｍが１．３以上の時に、ωｍが１．３以下となるようにピッチ角指令値θ＊を決定して風車のピッチ角制御を行う。

図１４は風力発電制御システムの他の実施例による全体構成で、ピッチ角度の制御によって発電機回転速度を制御する場合である。図１２との違いは、速度調整部１２の出力である補正値Ｐ_ｃを系統電力調整ではなく、ピッチ角度の調整に用いている点である。図１３で、補正角演算部５２は風速Ｖ_ｗと回転速度ωｍによる補正値Ｐ_ｃに基づいてピッチ角度の補正角Δθを演算し、ピッチ制御部５０のピッチ角度指令値θｍに加算器５３で加算し、補正されたピッチ角度指令θ＊を得る。これにより、回転速度はピッチ制御により補正され、発電機は最大効率運転点近傍の回転速度に調整される。

図１５はピッチ角度の制御によって発電機回転速度を調整する制御手順を示すフロー図である。ステップ１０１は風速Ｖ_ｗ、発電機回転速度ωｍ、ピッチ角度指令θ＊を取り込む。ステップ１０２は風速Ｖ_ｗから推定される最大効率運転点での有効電力Ｐ_ｍａｘ＝f(Ｖ_ｗ，θ＊)を算出する。なお、風速Ｖ_ｗ、発電機回転速度ωｍを基にブロック数Ｎを決定してチョッパ制御を行う手順（ステップ１０９〜１１３）は、図１３と同じであるので省略する。ステップ１０３〜１０５も図１３と同じである。

ステップ１２２は、ステップ１０３による補正値Ｐｃ１とステップ１０５による補正値Ｐｃ２を加算し、補正値Ｐｃを求める。ステップ１２３は、補正値Ｐｃに基づいてピッチ角の補正角Δθｃ（Δθｃ＝ｆ（Ｐｃ））を算出する。一方、ステップ１２１２のピッチ角制御は、回転速度ωｍと所定値であるωｍの最大値ωｍａｘに基づいてピッチ角指令θｍを求める。ステップ１２４は、θｍとΔθｃを加算して、最終的なピッチ角指令値θ＊を決定して風車のピッチ角制御を行う。

図１６は交流発電機のシミュレーション結果を示す。風力発電機２と負荷多分割形チョッパ４を用いた水素製造装置５の組み合わせによる系統出力のシミュレーションを行った。（ａ）の発電機の有効電力出力Ｐ_Ｇと（ｂ）の系統への有効電力出力Ｐを参照すると、出力変動の大部分が平滑化されていることが分かる。また、（ｃ）の発電機の回転速度はほぼ最大効率運転点の近傍で維持されていることが分かる。

図１７は水素製造装置のＯＮ−ＯＦＦ特性を示す。図５Ｂに示す（１）〜（６）ブロックのＯＮ−ＯＦＦ特性で、ブロック数の番号が上がるに従ってＯＮが減っている。この分割投入によって回転数を最大効率運転点の近傍に制御し、発電機の効率を大きく下げることなく、系統出力の平滑化が行われている。

以上の実施例では、電力系統への連系がある場合について説明をしてきたが、Ｐ_Ｌ＝０とすれば電力系統へ連系しない独立したシステムとなる。

また、負荷に水素製造装置を用いたが、負荷はこれに限られるものではない。例えば、負荷としてはモータやヒータなどの電力を消費する電力機器でもよく、その代わりに二次電池やフライホイールなどの電力貯蔵機器、あるいは燃料電池や発電機などの発電機器を適用してもよい。

図１８は負荷として燃料電池を用いた場合の多分割形チョッパと負荷を組合せた回路図を示す。この場合、系統へ供給される有効電力は、Ｐ_Ｌ＝Ｐ１＋（ΔＰ／２＋α）となる点が、前述した実施例と異なる。

図１９は負荷として二次電池を用いた場合の多分割形チョッパと負荷を組み合わせた回路図を示す。この場合、二次電池に電力を貯蔵する場合には、負荷として水素製造装置を用いた実施例と同じ動作を行い、二次電池から電力を供給する場合には、負荷として燃料電池を用いた実施例（図１８）の動作を行えばよい。

本発明の一実施例による風力発電水素製造装置の概略全体構成を示すブロック図。 本発明の課題に関わる安定出力分と不安定出力分の関係を示す概念図。 風力発電機の制御装置の構成図。 風力発電機の動作点を示す特性図。 多分割型チョッパと水素製造装置の制御ブロック図。 多分割型チョッパと水素製造装置の他の制御ブロック図。 多分割型チョッパと水素製造装置の更に他の制御ブロック図。 負荷制御部のブロック図。 ブロック数制御部の機能を説明するブロック図。 チョッパ制御部の機能を説明する説明図。 負荷多分割形チョッパ制御のブロック図。 発電制御部の構成を示すブロック図、 発電機回転速度を調整する制御ブロック図。 系統への供給電力を調整することで発電機回転速度を制御するための全体構成を示すブロック図。 図１２の構成の制御手順を示すフローチャート。 ピッチ角を調整することで発電機回転速度を制御するための全体構成を示すブロック図。 図１４の構成の制御手順を示すフローチャート。 風力発電機のシミュレーション結果を示すグラフ。 水素製造装置の各ブロックのＯＮ−ＯＦＦ特性を示すグラフ。 多分割型チョッパと燃料電池の制御ブロック図。 多分割型チョッパと二次電池の制御ブロック図。

符号の説明

１…風車、２…風力発電機、３…電力変換器、３１…コンバータ、３２…インバータ、４…多分割型チョッパ、５…水素製造装置、６…制御装置、７…系統、１０…負荷制御部、１１…ブロック数制御部、１２…チョッパ制御部、２０…発電制御部、２１…速度調整部、２２…フィルター（平均値演算部）、２３…負荷演算部、２４…発電機コントローラ、５０…ピッチ制御部、５１…ピッチコントローラ、５２…補正角演算部。

Claims (14)

1. 風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機が負荷として少なくとも２台以上の電力を消費する電力機器を備える風力発電制御システムにおいて、
   前記負荷を複数のブロックに分割し、投入ブロック数に応じて負荷を制御する多分割形チョッパ、前記投入ブロック数は前記風力発電機の回転数と風速から推定される最大回転数の差分に応じて決定する負荷制御部を設けることを特徴とする風力発電制御システム。
2. 請求項１において、前記多分割形チョッパは複数の多分割形チョッパを並列接続してなることを特徴する風力発電制御システム。
3. 請求項１において、前記負荷は各ブロックごとに容量または出力が異なることを特徴とする風力発電制御システム。
4. 請求項１において、前記負荷として水素製造装置を設けることを特徴とする風力発電制御システム。
5. 風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機を制御する発電コントローラと、前記風力発電機が負荷として電力を消費する少なくとも２台以上の電力機器を備えるとともに系統に連系される風力発電制御システムにおいて、
   前記負荷を複数のブロックに分割し、投入ブロック数に応じて負荷を制御する多分割型チョッパと、
   前記風力発電機の出力のうち一定成分を系統電力として供給する発電制御部と、変動成分を前記多分割型チョッパに供給する負荷制御部を備え、
   前記発電制御部は電力系統への供給電力を調整することで発電機回転速度を調整するための補正電力を求める速度制御部を有し、風速から推定される最大効率運転点での有効電力と前記補正電力の加算値をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令値により前記発電コントローラを制御することを特徴とする風力発電制御システム。
6. 請求項５において、前記速度制御部は風速による最大効率運転点での回転速度と発電機
   回転速度の差に応じて前記補正電力を求めることを特徴とする風力発電制御システム。
7. 風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機を制御する発電コントローラと、前記風力発電機が負荷として電力を消費する少なくとも２台以上の電力機器を備えるとともに系統に連系される風力発電制御システムにおいて、
   前記負荷を複数のブロックに分割し、投入ブロック数に応じて負荷を制御する多分割型チョッパと、
   前記風力発電機の出力のうち一定成分を系統電力として供給する発電制御部と、変動成分を前記多分割型チョッパに供給する負荷制御部を備え、
   前記発電制御部はピッチ角を調整することで発電機回転速度を調整するための補正ピッチ角を求める速度制御部を有し、風速から推定される最大効率運転点での有効電力をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令値により前記発電コントローラを制御するとともに、
   前記補正ピッチ角で補正されたピッチ角度指令値によって風車のピッチ角を調節するピッチコントローラを備えることを特徴とする風力発電制御システム。
8. 請求項７において、前記補正ピッチ角は風速による最大効率運転点での回転速度と発電
   機回転速度の差に応じて求めることを特徴とする風力発電制御システム。
9. 請求項５において、前記負荷として水素製造装置を設けることを特徴とする風力発電制
   御システム。
10. 請求項５において、前記負荷の代わりに、複数台で構成される二次電池もしくはフライ
    ホイールなどの電力貯蔵装置、または燃料電池もしくは発電機などの発電設備を備えたこ
    とを特徴とする風力発電制御システム。
11. 風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機が負荷として少なくと
    も２台以上の電力を消費する電力機器を備える風力発電制御システムの制御方法において
    、
    前記負荷を複数のブロックに分割し、風速による最大効率運転点での回転速度と発電機
    回転速度との差分に応じて前記ブロックの投入ブロック数を決定することを特徴とする風
    力発電制御システムの制御方法。
12. 風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機を制御する発電コント
    ローラと、前記風力発電機が負荷として電力を消費する少なくとも２台以上の電力機器を
    備えるとともに系統に連系される風力発電制御システムの制御方法において、
    前記負荷を複数のブロックに分割し、風速による最大効率運転点での回転速度と発電機
    回転速度との差分に応じて前記ブロックの投入ブロック数を決定することを特徴とする風
    力発電制御システムの制御方法。
13. 請求項１２において、前記風力発電機の出力のうち一定成分を系統電力として供給し、
    変動成分を前記多分割型チョッパに供給する場合に、
    系統への供給電力を調整することで発電機回転速度を調整するための補正電力を求め、
    風速から推定される最大効率運転点での有効電力と前記補正電力の加算値をフィルター処
    理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッ
    パへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ電力の和による発電機有効電力指令
    値により前記風力発電機を制御することを特徴とする風力発電制御システムの制御方法。
14. 請求項１２において、前記風力発電機の出力のうち一定成分を系統電力として供給し、
    変動成分を前記多分割型チョッパに供給する場合に、
    風速から推定される最大効率運転点での有効電力をフィルター処理または平均値演算に
    よって前記一定成分を求め、かつ前記投入ブロック数によりチョッパ供給電力を求め、前
    記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令により前記風力発電機
    を制御し、
    また風速から推定される最大効率運転点での回転速度と前記発電機回転速度の差に応じ
    てピッチ角の補正角を求め、該補正角により補正されたピッチ角指令値により風車のピッ
    チ角を制御することを特徴とする風力発電制御システムの制御方法。

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