JP5713927B2

JP5713927B2 - 風力発電装置の制御装置、風力発電装置、ウインドファーム、及び風力発電装置の制御方法

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Publication number: JP5713927B2
Application number: JP2012010024A
Authority: JP
Inventors: 強志若狭; 明八杉; 芳克井川; 丈博名嘉; 篠田　尚信; 尚信篠田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: JP2013150474A; WO2013108484A1

Description

本発明は、風力発電装置の制御装置、風力発電装置、ウインドファーム、及び風力発電装置の制御方法に関するものである。

発電した電力を電力系統へ送電する風力発電装置は、電力品質の維持、電力系統の安定化のために、電力系統の周波数である系統周波数を一定に保つように発電出力を制御するＰＦＲ（Primary Frequency Control）が求められる。このため、風力発電装置は、系統周波数が上昇した場合、出力する有効電力を低減させなければならない。
表１は、系統周波数の変化に対する風力発電装置に対する要求（系統連系要求）の一例を示す表である。

なお、表１の制限式に示されるように、発電出力の制限量は、実際の系統周波数と基準となる系統周波数（表１の例では５０．２Ｈｚ）との差分に応じて決定される。
この系統連系要求を満たすことができないと、風力発電装置の電力系統への系統連系が認められない場合もある。

特許文献１には、系統周波数の上昇に応じて、発電機出力を低減させる風力発電装置の制御方法について記載されている。特許文献１に記載の制御方法は、系統周波数が上昇すると系統周波数を制御目標とし、系統周波数が低下するように風力発電装置の出力を低下させている。

米国特許第６８９１２８１号明細書

しかしながら、風力発電装置の発電出力を低減させることは、風力発電装置の所有者（売電事業者）にとっては、売電収入が低下するため、好ましくはない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、系統連系の要求を満たすと共に、系統周波数が上昇しても系統周波数が上昇していない場合と同様の発電出力を得ることができる、風力発電装置の制御装置、風力発電装置、ウインドファーム、及び風力発電装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置の制御装置、風力発電装置、ウインドファーム、及び風力発電装置の制御方法は以下の手段を採用する。

すなわち、本発明の第一態様に係る風力発電装置の制御装置は、電力系統に系統連系され、翼を有するロータの回転により発電機が発電する風力発電装置の制御装置であって、前記風力発電装置の発電出力を示す出力指令値を生成する出力指令値生成手段と、前記発電出力と前記発電機の回転数との関係に基づいて定められる少なくとも前記発電出力の上限値によって、前記出力指令値を制限する出力指令値制限手段と、前記電力系統の周波数である系統周波数が予め定められた基準周波数よりも上昇した場合に、前記出力指令値の上限値である第１制限値を系統周波数の上昇量に応じて生成する制限値生成手段と、前記出力指令値制限手段によって制限された前記出力指令値の上限を、前記制限値生成手段で生成された前記第１制限値で制限する第１上限制限手段と、を備える。

本構成によれば、風力発電装置は、電力系統に系統連系され、翼を有するロータの回転により発電機が発電する。

そして、風力発電装置の制御装置は、出力指令値生成手段によって風力発電装置の発電出力を示す出力指令値を生成する。そして、出力指令値は、出力指令値制限手段によって、発電出力と発電機の回転数との関係（所謂、パワーカーブ）に基づいて定められる少なくとも発電出力の上限値で制限される。パワーカーブは、発電機の回転数が発電出力に対して最も効率良く発電できる最適な値となっており、翼の特性等に基づいて予め決定されている。これにより、発電機の回転数を制御目標として、発電出力指令値が制限されることとなる。なお、出力指令値制限手段は、パワーカーブに基づいた発電出力の上限値及び下限値で出力指令値を制限してもよい。

系統周波数が予め定められた基準周波数よりも上昇した場合、制限値生成手段によって、出力指令値の上限値である第１制限値が系統周波数の上昇量に応じて生成される。そして、出力指令値制限手段で制限された出力指令値の上限が、第１上限制限手段によって第１制限値で制限される。

ここで、従来は、系統周波数が上昇すると系統周波数を制御目標とし、系統周波数が低下するように風力発電装置の出力を低下させていた。

一方、本構成は、系統周波数を低下させる場合でも、出力指令値は発電出力と発電機の回転数との関係に基づいた上限値及び下限値で予め制限されているので、従来のように系統周波数を制御目標とするのではなく、発電機の回転数が制御目標となる。

このように、本構成は、系統周波数が上昇しても系統周波数が上昇していない場合と同様に、発電機の回転数を制御目標として風力発電装置を制御することとなるので、系統連系の要求を満たすと共に、系統周波数が上昇しても系統周波数が上昇していない場合と同様の発電出力を得ることができる。

上記第一態様では、前記出力指令値制限手段によって制限された前記出力指令値の上限値を、任意に設定可能とされた第２制限値で制限する第２上限制限手段を備え、前記第１上限制限手段が、前記第２上限制限手段で制限された前記出力指令値の上限値を、前記第１制限値で制限することが好ましい。

本構成によれば、第１上限制限手段と第２上限制限手段によって出力指令値の上限値を制限することとなるので、系統周波数が上昇した場合に複数の補償制御（ＰＦＲとＳＦＲ）を簡易に行うことができる。

上記第一態様では、前記制限値生成手段が、系統周波数の上昇量に応じた前記発電出力の低減量を基準出力に乗算することで、前記第１制限値を生成することが好ましい。

基準出力とは、系統周波数の上昇に伴う発電出力の制限を行わなければ出力可能な発電出力のことであり、本構成は、簡易に適正な第１制限値を生成することができる。

上記第一態様では、前記基準出力が、系統周波数が上昇する前の前記発電出力、又は前記風力発電装置に対する風速に基づいた前記発電出力であることが好ましい。

系統周波数が上昇する前の発電出力は、過去の実績に応じた現在出力可能な電力であり、風速に基づいた発電出力は、時々刻々と変化する現在の風速に応じた現在出力可能な電力である。これにより、本構成は、第１制限値を正確に算出ができる。

上記第一態様では、前記第１上限制限手段によって前記出力指令値が制限されると前記風力発電装置が停止する場合、前記第１上限制限手段による前記出力指令値の制限を行わないことが好ましい。

出力指令値が制限されると、ロータは、風力発電装置の発電出力が低下することに伴って加速する。そして、ロータの回転数が所定の閾値に達すると風力発電装置の保護のため風力発電装置はトリップする。トリップ時に発電機は解列されるが、解列されるとそれまで電力系統へ供給されていた電力が供給されないこととなるので、電力系統に系統周波数の低下等の悪影響を及ぼす。また、風力発電装置は、一旦トリップすると再起動までに時間がかかる。また、風力発電装置本体及び電力系統との接続を遮断する遮断器等、各種機器の寿命の観点から頻繁に停止と再起動を繰り返すのは好ましくない。
このため、本構成は、第１上限制限手段によって出力指令値が制限されると風力発電装置が停止する場合、第１上限制限手段による出力指令値の制限を行わないので、風力発電装置の解列、停止と再起動の繰返しを防止できる。

本発明の第二態様に係る風力発電装置は、上記記載の制御装置を備える。

本発明の第三態様に係るウインドファームは、上記記載の風力発電装置を複数備える。

本発明の第四態様に係る風力発電装置の制御方法は、電力系統に系統連系され、翼を有するロータの回転により発電機が発電する風力発電装置の制御方法であって、前記風力発電装置の発電出力を示す出力指令値を生成する第１工程と、前記発電出力と前記発電機の回転数との関係に基づいて定められる少なくとも前記発電出力の上限値によって、前記出力指令値を制限する第２工程と、前記電力系統の周波数である系統周波数が予め定められた基準周波数よりも上昇した場合に、前記出力指令値の上限値である第１制限値を系統周波数の上昇量に応じて生成する第３工程と、前記第２工程によって制限された前記出力指令値の上限を、前記第１制限値で制限する第４工程と、を含む。

本発明によれば、系統連系の要求を満たすと共に、系統周波数が上昇しても系統周波数が上昇していない場合と同様の発電出力を得ることができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係る風力発電装置の外観図である。本発明の第１実施形態に係る風力発電装置の電気的構成を示した模式図である。本発明の第１実施形態に係るタービン制御器の発電出力指令値を生成する機能に関する機能ブロック図である。本発明の第１実施形態に係る風力発電装置のパワーカーブと発電出力の制限値との関係を示したグラフである。本発明の第１実施形態に係る系統周波数の変化と発電出力との関係を示したグラフであり、（Ａ）は系統周波数が上昇したタイミングを示し、（Ｂ）は発電出力低減量の時間変化を示し、（Ｃ）は発電出力の時間変化を示している。系統周波数が上昇した場合した後、発電出力指令値を制限することによって系統周波数を基準周波数に戻すまでの時間変化を示したグラフである。本発明の第２実施形態に係るウインドファームの構成図である。本発明の第２実施形態に係る選択処理の流れを示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る風力発電装置の制御装置、風力発電装置、ウインドファーム、及び風力発電装置の制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。

以下、本発明の実施形態について説明する。
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上に立設されるタワー（支柱）１４と、タワー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。

ロータ１８には、その回転軸線周りに放射状にして複数（本実施形態では、一例として３つ）の翼２０が取り付けられている。これにより、ロータ１８の回転軸線方向から翼２０に当たった風の力が、ロータ１８を回転軸線周りに回転させる動力に変換され、該動力が発電機によって電力に変換される。なお、翼２０は、風向きに対して回動可能なようにロータ１８に連結されており、翼２０のピッチ角度が変化可能とされている。

図２は、第１実施形態に係る風力発電装置１０の電気的構成を示した模式図である。

風力発電装置１０は、ロータ１８に接続された主軸３０の回転数を増速する増速器３２を介して動力が発電機３４に伝達され、発電機３４によって動力が電力に変換される。なお、発電機３４は、例えば、巻線型誘導発電機であるが、同期発電機としてもよい。そして、風力発電装置１０は、昇圧のための変圧器３６を介して電力系統３８に系統連系されており、電力を電力系統３８へ供給する。
なお、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、電力系統３８の周波数である系統周波数を一定に保つように発電出力を制御するＰＦＲが求められる。

風力発電装置１０は、ナセル１６内に備えられているタービン制御器４０によって制御される。タービン制御器４０は、ロータ１８の回転数の計測値（以下、「ロータ回転数計測値」という。）に基づいて、翼２０のピッチ角を示した翼ピッチ角指令値を生成してピッチ角を変更するピッチアクチュエータ（不図示）へ出力する。
また、タービン制御器４０は、ロータ回転数計測値及び系統周波数の計測値（以下、「系統周波数計測値」という。）に基づいて、風力発電装置１０が出力させる有効電力及び無効電力の大きさを示した発電出力指令値を生成して、コンバータ制御器４２へ出力する。

コンバータ制御器４２は、入力された発電出力指令値に基づいて、風力発電装置１０に備えられたコンバータ４４を制御するための制御信号を生成する。コンバータ４４は、コンバータ制御器４２からの制御信号に基づいて、発電機３４から電力系統３８への発電出力を制御する。

図３は、タービン制御器４０の発電出力指令値を生成する機能に関する機能ブロック図である。

タービン制御器４０は、発電出力指令値生成部５０によって、発電出力指令値を生成する。本第１実施形態に係る発電出力指令値生成部５０は、ロータ回転数計測値とロータ１８の回転数の指令値（以下、「ロータ回転数指令値」という。）との差分を減算部５２で算出し、ＰＩ制御部５４によった該差分に基づいたＰＩ制御により発電出力指令値Ｐ_０を生成する。なお、発電出力指令値生成部５０は、ロータ１８の回転数の替わりに発電機３４の回転数に基づいて、発電出力指令値Ｐ_０を生成してもよい。

発電出力指令値生成部５０によって生成された発電出力指令値Ｐ_０は、最適上下限制限部５６に入力される。
最適上下限制限部５６は、発電機３４を効率良く回転させるために定められた発電出力の上限値及び下限値によって発電出力指令値Ｐ_０を制限する（発電出力指令値Ｐ_１）。
これにより、風力発電装置１０は、受ける風が弱くて発電出力を定格値にできない場合に、ロータ１８の回転数を目標値に近づけると共に効率良く発電することができる。

さらに、コンバータ制御器４２は、制限値生成部５８を備える。制限値生成部５８は、系統周波数が予め定められた基準周波数よりも上昇した場合に、発電出力指令値の上限値となる制限値（以下、「周波数依存上限値」という。）を系統周波数の上昇量に応じて生成する。

制限値生成部５８は、系統周波数計測値と予め定められた系統周波数の基準値である系統周波数閾値との差分を減算部６０で算出する。
減算部６０からの出力が正の場合は系統周波数計測値が系統周波数閾値よりも上昇している場合であり、ＰＦＲを実施するタイミングである。この場合に制限値生成部５８は、低減量算出部６２によって、系統周波数の上昇量に応じた発電出力の低減量（以下、「発電出力低減量」という。）を差分に基づいて算出する。なお、本第１実施形態に係る低減量算出部６２は、発電出力低減量を、一例としてｐｕ単位系で算出する。
そして、制限値生成部５８は、低減量算出部６２で算出した発電出力低減量［p.u.］と基準となる１．０［p.u.］との差分を減算部６４で算出し、算出結果に基準となる発電出力（以下、「基準出力」という。）［kW］を乗算部６６で乗算する。この結果、系統周波数が基準値よりも上昇した場合における発電出力の上限値となる周波数依存上限値［kW］が算出される。

制限値生成部５８によって生成された周波数依存上限値は、第１上限制限部６８に入力される。

さらに、コンバータ制御器４２は、最適上下限制限部５６によって制限された発電出力指令値Ｐ_１の上限値を、任意に設定可能とされた制限値（以下、「任意設定上限値」という。）で制限（発電出力指令値Ｐ_２）する第２上限制限部７０を備える。
任意設定上限値は、例えば、電力系統３８の運用者又は風力発電装置１０の管理者によって適正な売電収入を得ることができるように設定される。

そして、第２上限制限部７０によって制限された発電出力指令値Ｐ_２は、第１上限制限部６８によって周波数依存上限値で制限され（発電出力指令値Ｐ_３）、コンバータ制御器４２へ出力される。

次に、本第１実施形態に係るタービン制御器４０の作用を説明する。

図４は、風力発電装置１０のパワーカーブと発電出力の制限値との関係を示したグラフである。パワーカーブは、発電出力と発電機３４の回転数との関係を示した曲線であり、発電出力指令値をＰ、発電機３４の回転数をω、係数をＫｏｐｔとする下記（１）式で表わされる。パワーカーブは、発電機３４の回転数が発電出力に対して最も効率良く発電できる最適な値となっており、翼２０の特性等に基づいて予め決定されている。
Ｐ＝Ｋｏｐｔ×ω^３・・・（１）
本第１実施形態に係るタービン制御器４０は、発電出力指令値Ｐと（１）式に基づいて、最適な発電機３４の回転数ωを算出し、算出した回転数ωとなるように翼２０のピッチ角を変化させ、ロータ１８の回転数、すなわち発電機３４の回転数を制御する。

そして、発電出力指令値Ｐ_０を制限する最適上下限制限部５６は、回転数ωが予め設定された最小値ω_minから中間値ω_medの間において、パワーカーブで示される発電出力を発電出力指令値Ｐの上限値とし、発電出力０［kW］を発電出力指令値Ｐの下限値とする。また、最適上下限制限部５６は、回転数ωが予め設定された最小値ω_medから中間値ω_maxの間において、パワーカーブで示される発電出力を発電出力指令値Ｐの下限値とし、定格出力を発電出力指令値Ｐの上限値とする。そして、最適上下限制限部５６は、発電出力指令値Ｐをパワーカーブに沿って変化するように制限している。すなわち、風力発電装置１０は、発電機３４の回転数を制御目標として制御されている。

そして、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、系統周波数が予め定められた基準周波数よりも上昇した場合、系統周波数の上昇量に応じて発電出力指令値の上限値である周波数依存制限値を生成し、最適上下限制限部５６で制限した発電出力指令値の上限を周波数依存制限値で制限する。

ここで、従来は、系統周波数が上昇すると系統周波数を制御目標とし、系統周波数が低下するように風力発電装置１０の出力を低下させていた。
一方、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、系統周波数を低下させる場合でも、発電出力指令値は発電出力とパワーカーブに基づいた上限値及び下限値で制限されているので、従来のように系統周波数を制御目標とするのではなく、発電機３４の回転数が制御目標となっている。
このように、本第１実施形態に係る風力発電装置１０は、系統周波数が上昇しても系統周波数が上昇していない場合と同様に、発電機３４の回転数を制御目標として制御されるので、系統連系要求を満たすと共に、系統周波数が上昇しても系統周波数が上昇していない場合と同様の発電出力を得ることができる。

また、タービン制御器４０は、発電出力低減量に基準出力を乗算することで、周波数依存制限値を生成する。基準出力とは、系統周波数の上昇に伴う発電出力の制限を行わなければ出力可能な発電出力のことであり、上述した表１に示される「P_M：現在出力可能な有効電力」と同義である。
このような算出方法によって、タービン制御器４０は、簡易に適正な周波数依存制限値を生成することができる。

ここで、具体的な基準出力は、系統周波数が上昇する前の発電出力、又は風力発電装置１０に対する風速に基づいた発電出力である。系統周波数が上昇する前の発電出力は、過去の実績に応じた現在出力可能な電力であり、風速に基づいた発電出力は、時々刻々と変化する現在の風速に応じた現在出力可能な電力である。これにより、タービン制御器４０は、周波数依存制限値を正確に算出ができる。

これら基準出力について、図５を参照して説明する。
図５は、系統周波数の変化と発電出力との関係を示したグラフである。図５（Ａ）は系統周波数が上昇したタイミングを示している。図５（Ｂ）は発電出力低減量の時間変化を示している。図５（Ｃ）は発電出力の時間変化を示しており、破線は、系統周波数の上昇に伴う発電出力の制限を行わなければ出力可能な発電出力を示しており、風速の影響を受けるので、時々刻々と変化している。
図５（Ｂ），（Ｃ）においてｃａｓｅ−１（実線）で表わされる発電出力低減量又は発電出力は、基準出力を系統周波数が上昇する前の発電出力（発電出力指令値Ｐ_１）とした場合である。一方、図５（Ｂ），（Ｃ）においてｃａｓｅ−２（一点鎖線）で表わされる発電出力低減量又は発電出力は、基準出力を風力発電装置１０に対する風速に基づいた発電出力とした場合である。

基準出力を系統周波数が上昇する前の発電出力とする場合は、系統周波数が上昇する前の発電出力を検知し、記憶するだけでよいので簡易な構成でよい。一方、基準出力を風力発電装置１０に対する風速に基づいた発電出力とする場合は、時々刻々と変化する風速を検知し、検知した風速に基づいて発電出力を算出しなければならないので、構成が複雑となるが、基準出力としてより正確である。

また、本第１実施形態に係るタービン制御器４０は、発電出力指令値を最適上下限制限部５６で制限した後に、第２上限制限部７０によって任意設定上限値で制限し、更に発電出力指令値を第１上限制限部６８によって周波数依存制限値で制限する。

ここで、図６は、系統周波数が上昇した場合した後、発電出力指令値を制限することによって系統周波数を基準周波数に戻すまでの時間変化を示したグラフの一例である。
図６に示される場合は、上昇した系統周波数が、所定の系統周波数（図６の例では５０．５Ｈｚ）に戻るまで、発電出力低減量がより大きいＰＦＲによって短時間（例えば数十秒）で低下される。そして、上記所定の系統周波数以下では、徐々に時間をかけて（例えば３０分）、基準周波数（図６の例では５０．０Ｈｚ）に戻されるＳＦＲ（Secondary Frequency Response）が実施される。このように、ＰＦＲとＳＦＲとでは、周波数変動の周期が異なる。

本第１実施形態に係るタービン制御器４０では、第１上限制限部６８がＰＦＲに対応し、第２上限制限部７０がＳＦＲに対応することとなる。ＳＦＲを行う場合の方がＰＦＲを行う場合よりも基準周波数に対する系統周波数の上昇量は小さいため、任意設定上限値は、周波数依存制限値よりも高く設定されることとなる。
また、制限値生成部５８における系統周波数閾値は、ＰＦＲを行う必要が生じる系統周波数の値（図６の例では５０．５Ｈｚ）とされる。すなわち、第１上限制限部６８は、系統周波数が系統周波数閾値を超えて上昇した場合に機能する。一方、第２上限制限部７０は、例えば、系統周波数が系統周波数閾値と基準周波数との間の周波数となり、かつ電力系統の運用者がＳＦＲの実行が必要であると判断してＳＦＲの実行の指示信号がタービン制御器４０に入力された場合に機能する。

このように、本第１実施形態に係るタービン制御器４０は、第１上限制限部６８及び第２上限制限部７０を備えるので、系統周波数が上昇した場合に周期の異なる周波数変動に対して、各々異なる補償制御（ＰＦＲとＳＦＲ）を簡易に行うことができる。

以上説明したように、本第１実施形態に係る風力発電装置１０のタービン制御器４０は、発電出力指令値を生成する発電出力指令値生成部５０と、パワーカーブに基づいて定められる発電出力の上限値及び下限値によって、発電出力指令値を制限する最適上下限制限部５６を備える。さらに、タービン制御器４０は、系統周波数が予め定められた基準周波数よりも上昇した場合に、発電出力指令値の上限値である周波数依存制限値を系統周波数の上昇量に応じて生成する制限値生成部５８と、最適上下限制限部５６によって制限された発電出力指令値の上限を、周波数依存制限値で制限する第１上限制限部６８を備える。

従って、タービン制御器４０は、系統周波数が上昇しても系統周波数が上昇していない場合と同様に、発電機３４の回転数を制御目標として風力発電装置１０を制御することとなるので、系統連系の要求を満たすと共に、系統周波数が上昇しても系統周波数が上昇していない場合と同様の発電出力を得ることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

図７は、本第２実施形態に係るウインドファーム８０の全体構成を示した図である。
ウインドファーム８０は、複数の風力発電装置１０、及び風力発電装置１０の運転状態（風向、風速、ロータ１８の回転数、発電出力、及び翼２０のピッチ角等）を示す風車運転状態情報を各風力発電装置１０から受信し、各風力発電装置１０に対して制御信号等を送信するウインドファーム制御装置８２を備える。
ウインドファーム制御装置８２は、例えば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。
本第２実施形態に係る風力発電装置１０の構成は、図１〜３に示す第１実施形態に係る風力発電装置１０の構成と同様であるので説明を省略する。

ここで、発電出力指令値が制限されると、ロータ１８は、風力発電装置１０の発電出力が低下することに伴って加速する。そして、ロータ１８の回転数が所定の閾値に達すると風力発電装置１０の保護のため風力発電装置１０は停止（トリップ）する。トリップ時に発電機３４は解列されるが、解列されるとそれまで電力系統３８へ供給されていた電力が供給されないこととなるので、電力系統３８に系統周波数の低下等の悪影響を及ぼす。また、風力発電装置１０は、一旦トリップすると再起動までに時間がかかる。また、風力発電装置１０本体及び電力系統３８との接続を遮断する遮断器等、各種機器の寿命の観点から頻繁に停止と再起動を繰り返すのは好ましくない。
このため、本第２実施形態に係る風力発電装置１０は、第１上限制限部６８によって発電出力指令値が制限されると風力発電装置１０がトリップする場合、第１上限制限部６８による発電出力指令値の制限を行わない。すなわち、ＰＦＲが実施されるとロータ１８の回転数が所定の閾値に達する場合には、ＰＦＲは実施されない。これにより、風力発電装置１０の解列、停止と再起動の繰返しを防止できる。

本第２実施形態では、ウインドファーム制御装置８２がＰＦＲ実施しない風力発電装置１０を選択する選択処理を行う。

図８は、選択処理を行う場合に、ウインドファーム制御装置８２によって実行されるプログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該プログラムはウインドファーム制御装置８２が備える記憶媒体の所定領域に予め記憶されている。

ステップ１００では、ウインドファーム８０を構成する各風力発電装置１０から風車運転状態情報を取得する。

次のステップ１０２では、風力発電装置１０の挙動を記述する計算モデル（例えば運動方程式、状態方程式、ルックアップテーブル等）に入力し、ＰＦＲを実施した場合に風力発電装置１０がトリップする確率（以下、「トリップ確率」という。）を各風力発電装置１０毎に算出する。なお、計算モデルは、予めウインドファーム制御装置８２が備える記憶媒体に記憶されている。
下記表２は、各風力発電装置１０毎のトリップ確率の算出結果を示した表である。

次のステップ１０４では、ステップ１０２で算出した各風力発電装置１０のトリップ確率に基づいて、ＰＦＲを実施しない風力発電装置１０を選択する。例えば、トリップ確率が所定値以上の風力発電装置１０が、ＰＦＲを実施しない風力発電装置１０として選択される。一例として上記所定値を８０％以上とすると、表２の例では、Ｎｏ．２，６，７の風力発電装置１０が、ＰＦＲを実施しない風力発電装置１０として選択される。
また、トリップ確率の高い上位所定割合の風力発電装置１０が、ＰＦＲを実施しない風力発電装置１０として選択されてもよい。

次のステップ１０６では、所定時間（例えば１０分）が経過するまで待ち状態となり、所定時間経過後にステップ１００へ戻り、風車運転状態情報の取得、トリップ確率の算出、ＰＦＲを実施しない風力発電装置１０の選択を繰り返し行う。これにより、予期せず生じるＰＦＲの実施に対応可能となる。

なお、トリップ確率の算出はウインドファーム制御装置８２ではなく、風力発電装置１０毎に設けられているタービン制御器４０、又は他の計算機で実行されてもよく。ＰＦＲを実施しない風力発電装置１０の選択もタービン制御器４０、又は他の計算機で実行されてもよい。
また、ウインドファーム制御装置８２は、トリップ確率の替わりに、風力発電装置１０をトリップさせる回転数に至るまでの、ロータ１８の回転数の裕度を算出する形態としてもよい。この形態の場合、ロータ１８の回転数の裕度が低い風力発電装置１０は、ＰＦＲを実施しないこととなる。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、タービン制御器４０が、第１上限制限部６８及び第２上限制限部７０を備える形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、タービン制御器４０が、第１上限制限部６８を備えるものの第２上限制限部７０を備えない形態としてもよい。この形態の場合、発電出力指令値は、最適上下限制限部５６で制限された後に、第２上限制限部７０によって任意設定上限値で制限さることなく、第１上限制限部６８によって周波数依存制限値で制限されることとなる。

１０風力発電装置
１８ロータ
２０翼
３４発電機
４０タービン制御器
５０発電出力指令値生成部
５６最適上下限制限部
５８制限値生成部
６８第１上限制限部
７０第２上限制限部

Claims

電力系統に系統連系され、翼を有するロータの回転により発電機が発電する風力発電装置の制御装置であって、
前記風力発電装置の発電出力を示す出力指令値を生成する出力指令値生成手段と、
前記発電出力と前記発電機の回転数との関係に基づいて定められる少なくとも前記発電出力の上限値によって、前記出力指令値を制限する出力指令値制限手段と、
前記電力系統の周波数である系統周波数が予め定められた基準周波数よりも上昇した場合に、前記出力指令値の上限値である第１制限値を系統周波数の上昇量に応じて生成する制限値生成手段と、
前記出力指令値制限手段によって制限された前記出力指令値の上限を、前記制限値生成手段で生成された前記第１制限値で制限する第１上限制限手段と、
を備えた風力発電装置の制御装置。
前記出力指令値制限手段によって制限された前記出力指令値の上限値を、任意に設定可能とされた第２制限値で制限する第２上限制限手段を備え、
前記第１上限制限手段は、前記第２上限制限手段で制限された前記出力指令値の上限値を、前記第１制限値で制限する請求項１記載の風力発電装置の制御装置。
前記制限値生成手段は、系統周波数の上昇量に応じた前記発電出力の低減量を基準出力に乗算することで、前記第１制限値を生成する請求項１又は請求項２記載の風力発電装置の制御装置。
前記基準出力は、系統周波数が上昇する前の前記発電出力、又は前記風力発電装置に対する風速に基づいた前記発電出力である請求項３記載の風力発電装置の制御装置。
前記第１上限制限手段によって前記出力指令値が制限されると前記風力発電装置が停止する場合、前記第１上限制限手段による前記出力指令値の制限を行わない請求項１から請求項４の何れか１項記載の風力発電装置の制御装置。
請求項１から請求項５の何れか１項記載の制御装置を備えた風力発電装置。
請求項６記載の風力発電装置を複数備えたウインドファーム。
電力系統に系統連系され、翼を有するロータの回転により発電機が発電する風力発電装置の制御方法であって、
前記風力発電装置の発電出力を示す出力指令値を生成する第１工程と、
前記発電出力と前記発電機の回転数との関係に基づいて定められる少なくとも前記発電出力の上限値によって、前記出力指令値を制限する第２工程と、
前記電力系統の周波数である系統周波数が予め定められた基準周波数よりも上昇した場合に、前記出力指令値の上限値である第１制限値を系統周波数の上昇量に応じて生成する第３工程と、
前記第２工程によって制限された前記出力指令値の上限を、前記第１制限値で制限する第４工程と、
を含む風力発電装置の制御方法。