JP5031119B1 - 風力発電所の制御装置及び風力発電所の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図4
Description
風力発電所は、電力系統が不安定にならないように電力系統へ送電しなければならず、風力発電所から電力系統への電力の供給が過剰となった場合、風力発電所から電力系統への供給電力を低減させる必要が生じる。
しかし、風力発電装置が出力の低減を行うと、上昇したロータの回転数が定格回転数に到達する場合がある。このような場合、ロータの回転数を定格回転数以下とするために、翼のピッチ角度をフェザー側となるように制御し、翼が受ける風を逃がす必要が生じる。このような制御が行われる風力発電装置は、本来電力として変換可能な風のエネルギーの一部を、ロータの慣性エネルギーとしても蓄えることもできずに、捨てることとなる。
このため、風力発電所から電力系統への供給電力を低減させる場合、風力発電装置が備える発電機の出力を低減させると共にロータの回転数を増加させる制御が、複数の風力発電装置のうち、出力可能な最大電力に対して実際に出力している電力が相対的に小さい風力発電装置に行われる。ロータの回転数を増加させるということは、上述したように発電に用いられなかった、風のエネルギーを翼の回転エネルギーに変換し、蓄えるということである。
そして、出力低減値算出手段によって、潜在的慣性エネルギーが大きいほど風力発電装置の出力の低減値が大きくなるように、風力発電装置毎の出力の低減値が算出される。
従って、上記構成は、常に全ての風力発電装置に対して出力低減制御を行うことにならないため、出力低減制御を効率良く行うことができる。
図1は、本実施形態に係る風力発電装置10の外観図である。
図1に示す風力発電装置10は、基礎12上に立設される支柱14と、支柱14の上端に設置されるナセル16と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル16に設けられるロータ18とを有している。
風力発電所50は、複数(n台、以下、nを風力発電装置10を識別するための番号とする。)の風力発電装置10、風力発電装置10毎に設けられ、風力発電装置10を制御するための風車コントローラ52、各風力発電装置10の制御を司る風力発電所制御装置54を備えている。
図3を参照して、風力発電所50から電力系統への供給電力を低減させる従来の出力低減制御の一例を説明する。
このために、風車出力低減値演算部62Bは、下記(1)式に示されるように、受信した風力発電装置10毎の運転情報により示される風力発電装置10毎の出力(電力)Pnに比例させて、風車出力低減値ΔPnを算出する。
ここでいう定格回転数とは、翼20のピッチがフルファインであり、かつ風力発電装置10の出力が定格時の状態におけるロータ18の回転数である。また、ロータ18の回転数ωnは、風車コントローラ52から受信する運転情報から得られる。また、潜在的慣性エネルギー演算部64は、最大回転数ωlimとして定格回転数を用いずに、最大回転数ωlimをロータ18の定格回転数を基準とした定格回転数よりも低い回転数を用いてもよい。
そして、風車出力低減値演算部62Aは、算出した風車コントローラ52毎の風車出力低減値ΔPnを各風車コントローラ52へ送信する。各風車コントローラ52は、受信した出力指令値に基づいて、対応する風力発電装置10に対して、例えば発電機の出力を低減させ、さらにロータ18の回転数が増加するように制御する。発電機の出力を低減させるように制御すると、これにより、負荷が軽くなるため、ロータ18の回転数が増加し、風エネルギーを慣性エネルギーとして蓄えることができる。
図5(a)は従来の出力低減制御における風エネルギーの風力発電装置による変換を示し、図5(b)は本実施形態に係る出力低減制御における風エネルギーの風力発電装置による変換を示す。
一方、本実施形態に係る出力低減制御だけでは、総出力低減値ΔPに達しない場合は、翼20のピッチ角度を、フルファインより予め定められた角度だけフェザー側へ変化させ、風力発電装置10の運転を継続させる。
台数選択制御が加えられた出力低減制御によれば、総出力低減値ΔPが大きい場合には、相対的に多くの風力発電装置10に対して出力を低減させる制御が行われる。一方、総出力低減値ΔPが小さい場合には、相対的に少ない風力発電装置10に対して出力を低減させる制御が行われる。
そして、風車出力低減値演算部62Aは、総出力低減値ΔPが所定の閾値以上の場合、例えば上位20台の風力発電装置10に対し、出力低減制御を行わせるように風車出力低減値ΔPnを算出する。一方、総出力低減値ΔPが所定の閾値未満の場合、風車出力低減値演算部62Aは、例えば上位10台の風力発電装置10に対し、出力低減制御を行わせるように風車出力低減値ΔPnを算出する。
従って、台数選択制御によって、常に全ての風力発電装置に対して出力低減制御が行うことにならないため、出力低減制御を効率良く行うことができる。
なお、風力発電装置10が受ける風エネルギーは、各風力発電装置10近傍に設定された風速計により検出された風速に基づいて算出される。
各風車コントローラ52は、(1)式に基づいて、自身が制御する風力発電装置10の潜在的慣性エネルギーEinernを算出する。
そして、各風車コントローラ52は、他の風車コントローラ52から運転情報を受信すると共に、風力発電所制御装置54から総出力低減値ΔPを受信し、(2)式に基づいて自身が制御する風力発電装置10の風車出力低減値ΔPnを算出し、自身が制御する風力発電装置10に対して出力低減制御を行う。
18 ロータ
20 翼
50 風力発電所
52 風車コントローラ
54 風力発電所制御装置
62A 風車出力低減値演算部
64 潜在的慣性エネルギー演算部
Claims (6)
- 複数の風力発電装置を有する風力発電所の制御装置であって、
前記風力発電所から電力系統への供給電力を低減させる場合に、複数の前記風力発電装置のうち、出力可能な最大電力に対して実際に出力している電力が相対的に小さい前記風力発電装置に、該風力発電装置が備える発電機の出力を低減させると共にロータの回転数を増加させる制御を行う風力発電所の制御装置。 - 前記ロータの回転数を更に上昇させることで蓄えることが可能な慣性エネルギーである潜在的慣性エネルギーを、前記風力発電装置の運転状態を示す運転情報に基づいて前記風力発電装置毎に算出する潜在的慣性エネルギー算出手段と、
前記潜在的慣性エネルギー算出手段によって算出された前記潜在的慣性エネルギーが大きいほど前記風力発電装置の出力の低減値が大きくなるように、前記風力発電装置毎の出力の低減値を算出する出力低減値算出手段と、
を備えた請求項1記載の風力発電所の制御装置。 - 前記出力低減値算出手段は、前記電力系統への供給電力の低減値を、前記風力発電装置毎の前記潜在的慣性エネルギーに基づいて比例配分することによって、前記風力発電装置毎の出力の低減値を算出する請求項2記載の風力発電所の制御装置。
- 前記出力低減値算出手段は、前記電力系統への供給電力の低減値に基づいて、出力を低減させる前記風力発電装置の台数を導出し、導出した台数の前記風力発電装置に対して、前記潜在的慣性エネルギーが大きいほど前記風力発電装置の出力の低減値が大きくなるように、前記風力発電装置毎の出力の低減値を算出し、
前記導出した台数の前記風力発電装置に、出力を低減させると共にロータの回転数を増加させる請求項2記載の風力発電所の制御装置。 - 前記出力低減値算出手段は、受ける風のエネルギーが小さくなると予想される前記風力発電装置を選択し、選択した前記風力発電装置に対して、前記潜在的慣性エネルギーが大きいほど前記風力発電装置の出力の低減値が大きくなるように、前記風力発電装置毎の出力の低減値を算出し、
前記選択した前記風力発電装置に、出力を低減させると共にロータの回転数を増加させる請求項2記載の風力発電所の制御装置。 - 複数の風力発電装置を有する風力発電所の制御方法であって、
前記風力発電所から電力系統への供給電力を低減させる場合に、複数の前記風力発電装置のうち、出力可能な最大電力に対して実際に出力している電力が相対的に小さい前記風力発電装置に、該風力発電装置が備える発電機の出力を低減させると共に、前記ロータの回転数を増加させる風力発電所の制御方法。
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