JP6198894B2 - 風力発電所の運転制御装置、運転制御方法及び風力発電システム - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー蓄積装置に基づく風力発電所の運転制御装置、運転制御方法及び風力発電システムに関する。

近年、日々厳しくなる環境エネルギー問題で、再生可能なエネルギーの適用が、注目されている。風力資源は、最も経済的な再生可能なエネルギーの一つとして、化石エネルギーの代替となっている。風力発電技術の急激な発展に伴い、風力発電装置の送配電網に占める割合が高まっているが、風エネルギー資源は、ランダム、間歇性の特徴があるので、大規模に風力発電装置を投入すると、送配電網全体の安定運転に対して多くの不確定な要因が導入されることが避けられなく、送配電網の計画及びスケジューリングにとっては難易度が大きく増加する。

また、風力資源が豊富であるが、電気負荷があまり高くない地域において、発電所がある地域でこの風エネルギーをタイムリーに消費することができない。また、相関スケジューリング機関も非常に正確な予測データがないことで、速やかで合理的に風力発電を割り振ることができないので、多くの風力発電所からの電力供給が制限され、風力廃棄が増えることになる。

学者たちが既に風力発電出力に対する予測に関して多くの研究開発を行ったが、依然として、正確な予測結果を取りにくい。中国では、実際的な風力発電の毎年の平均発電の量は、予測値より２０％〜３０％ほど低く、極めて少数の発電所が４０％に到達した。そこで、風力発電の信頼性レベル及び経済性レベルをともに理想的な範囲内に到達させるために、一般的に、風力発電システムに対して、予備電力容量としてエネルギー蓄積装置を配置し、風力発電出力予測の誤差が大きいまたは電力供給の制限が発生した場合に、エネルギーを出力または蓄積するように、エネルギー蓄積装置に対して充放電制御を行うことで、風力発電出力予測の誤差に起因する電力供給の制限による経済的な損失を減らし、風力発電の利用率を向上させ、そのスケジューリング性を向上し、風力発電の送配電網への投入による衝撃を低減することができる。

特許文献１（ＣＮ２０５７０５０５Ａ）には、風力発電の部分的なピークを削って谷を填補するエネルギー蓄積装置制御方法が開示されている。具体的には、特許文献１の発明において、電池によるエネルギー蓄積装置を基に、風力発電出力の極短期予測の方法を結合し、風力発電出力に対して部分的にピークを削って谷を填補することにより、風力発電所からの出力とエネルギー蓄積装置からの出力との合成出力（以下、風蓄合成出力と言う）を、４時間毎に風力発電出力の極短期予測で得られたデータの重み平均値を中心とする、一定の帯域範囲内に保持させることにより、風力発電の実出力と予測出力とのばらつきを低減し、風力発電の送配電網への投入による電力システムへのピーク調整及び周波数調整の負担を低減する。

しかし、以上の特許文献１の方法においては、風力発電出力予測の誤差を低減するように極短期予測によりエネルギー蓄積装置を制御することだけを考えたが、風蓄合成出力の最大化という課題を考えなかった。そこで、資源が無駄になる問題があり、更に風力発電所の経済利益に影響する。同時に、風蓄合成出力が定格範囲を超えるリスクも考えなかった。

特許文献２（ＣＮ１０４２８３２２５Ａ）には、風蓄合成出力を最大化させることができるだけでなく、電力供給の制限による風力廃棄による損失を低減することもできる風力発電所の運転制御装置が開示されている。当該装置は、風力発電履歴データとエネルギー蓄積装置のエネルギー蓄積情報とを利用して、安全余裕として、エネルギー蓄積装置が風力発電の予測誤差を補償する時に必要なエネルギー蓄積容量を計算し、エネルギー蓄積装置の現在容量と安全余裕との差を、規定周期内の風力発電システムの出力の一部分として、風力発電の計画を調整し、風力発電に対してリアルタイム制御を行っている。

また、以上の特許文献２の方法においては、風蓄合成出力の最大化、及び風力発電所の定格範囲を超えるリスクを考えたが、電池の剰余容量と安全余裕とを比較するだけで電池の充放電出力を決定するので、その結果を予測誤差許可の範囲内に制御することができるが、依然として精度が高くない。

本発明の目的は、風蓄合成出力と予測出力とのばらつきが低減するように、エネルギー蓄積装置を備える風力発電システムの風蓄合成出力の出力を正確的に制御することができる風力発電所の運転制御装置、運転制御方法及び風力発電システムを提供することである。

本発明の風力発電所の運転制御装置は、エネルギー蓄積装置を設けた風力発電システムに適用される風力発電所の運転制御装置であって、風力発電の予測出力及び許可予測誤差に基づいて、前記風力発電システムからの風蓄合成出力が前記許可予測誤差を満足する時の最大出力及び最小出力を設定する初期値設定手段と、前記風蓄合成出力の目標出力及び風力発電所からの実際の風力発電出力に基づいて、エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測し、予測されたエネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量に基づいて、現在時点の風蓄合成出力の目標出力を調整し、エネルギー蓄積装置の充放電出力を制御するエネルギー蓄積装置の制御手段と、を備える。

また、本発明の風力発電所の運転制御方法は、エネルギー蓄積装置を設けた風力発電システムに適用される風力発電所の運転制御方法であって、風力発電の予測出力及び許可予測誤差に基づいて、前記風力発電システムからの風蓄合成出力が前記許可予測誤差を満足する時の最大出力及び最小出力を設定する初期値設定ステップと、前記風蓄合成出力の目標出力及び風力発電所からの実際の風力発電の出力に基づいて、エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測し、予測されたエネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量に基づいて、現在時点の風蓄合成出力の目標出力を調整し、エネルギー蓄積装置の充放電出力を制御するエネルギー蓄積装置の制御ステップと、を含む。

更に、本発明の風力発電システムは、風力発電装置と、天気条件及び統計規律に基づいて風力発電の予測モデルを確立し、風力発電の予測出力を出力する風力発電出力予測装置と、前記風力発電の予測出力と前記風力発電システムの合成出力の出力との誤差を補償するように、充放電を行うエネルギー蓄積装置と、前記風力発電所の運転システムの各種データを記憶し管理するデータベースと、上記の風力発電所の運転制御装置と、を備える。

本発明の実施例によれば、継続的に風蓄合成出力の目標出力を調整し、かつ、新たにエネルギー蓄積装置の充放電出力を計算し、エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測し、予測精度の要求を満足すると共に、エネルギー蓄積装置の次の時点の安全余裕を保証することを前提として、最終的に、エネルギー蓄積装置の充放電出力を確定する。そこで、精確的に風力発電システムの風蓄合成出力の出力を制御することができ、風蓄合成出力の出力と予測出力との間のばらつきを低減することができる。

本発明に係る一つの実施例の風力発電システムの全体を示すブロック図である。 本発明に係る一つの実施例の風力発電所の運転制御装置を示すブロック図である。 本発明に係る一つの実施例の風力発電所の運転制御処理を示す模式図である。 本発明に係る一つの実施例の風力発電所の運転制御処理を示すフローチャートである。 本発明に係る一つの実施例のエネルギー蓄積装置の充放電出力に対する修正処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の詳細を説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る一つの実施例の風力発電システムの全体を示すブロック図である。

図１に示すように、エネルギー蓄積装置を備える風力発電システム１は、例えば、風力発電所１０と、風力発電出力予測システム２０と、電池によるエネルギー蓄積装置３０と、データベース４０と、風力発電所の運転制御装置５０とを含む。

ただし、風力発電所１０は、風力を利用して電力を発生する発電所であり、風力発電出力を出力する。風力発電所において、例えば、風力発電の出力データをサンプリングするために、図示しないデータサンプリング機構を取り付けることができる。

風力発電出力予測システム２０は、風力発電出力を予測する機能を持ち、例えば、天気条件および／または統計規律等のパラメターに基づいて、事前に一定の運転時間内の風力発電所の発電出力を分析し予測して、風力発電の予測モデルを確立し、風力発電出力の予測データを提供することができる。

電池によるエネルギー蓄積装置３０は、風力発電システム１における予備電力を提供するシステムであり、風力発電の予測誤差を補償するためのものである。ここで、図示しないが、電池によるエネルギー蓄積装置３０は、蓄電池と、電池管理システム（ＢＭＳ）と、電力変換システム（ＰＣＳ）と、中央制御システム（図示しない）とを含む。電池管理システムＢＭＳは、電池組の荷電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、即ちＳＯＣ）をサンプリングすることができる。また、電池組の荷電状態も電池の剰余容量と呼ばれることがある。電力変換システムＰＣＳは、制御信号に基づいて蓄電池に対する充放電の管理を実現することができる。

データベース４０は、データを記憶し管理するモジュールであり、例えば、メモリを含むことができ、各モジュール間のデータ共用及び呼び出しを容易に行うように、風力発電システム中の各々の部分がサンプリングされたデータ及び必要なデータを記憶し管理するためのものである。

ただし、データベース４０に記憶されているデータ類別は、例えば、少なくとも以下のデータ中のいくつかを含むことができる。

サンプリングデータ：風力発電の予測出力Ｐ_ｐｒｅ ^（ｋ）、風力発電の出力Ｐ_Ｗ ^（ｋ）、電池の剰余容量ＳＯＣ^（ｋ）。
ただし、風力発電の予測出力Ｐ_ｐｒｅ ^（ｋ）は、風力発電出力予測システム２０が、例えば、天気条件および／または統計規律等のパラメターに基づいて、事前に一定運転時間内の風力発電所の発電出力を分析し予測して、風力発電の予測モデルを確立することで提供された風力発電出力の予測データである。風力発電の出力Ｐ_Ｗ ^（ｋ）は、風力発電所１０が風力を利用して出力する風力発電出力である。

初期データ：時間分解能Δｔ、出力調整のステップ長Δｐ、電池の安全容量Ｑ_ｒｅｌ、余裕係数ａ％、風力発電所の出力予測許可誤差ｂ％、電池によるエネルギー蓄積装置の公称容量Ｑ_ｒ、剰余容量ＳＯＣ、剰余容量最大値ＳＯＣ_ｍａｘ及び剰余容量最小値ＳＯＣ_ｍｉｎ、最大放電出力Ｐ_ｄｉｓ ^ｍａｘ及び最小放電出力Ｐ_ｄｉｓ ^ｍｉｎ、最大充電出力Ｐ_ｃｈ ^ｍａｘ及び最小充放電出力Ｐ_ｃｈ ^ｍｉｎ。

ただし、電池の剰余容量最大値ＳＯＣ_ｍａｘは、電池の過充電を防止するために設けた閾値、剰余容量最小値ＳＯＣ_ｍｉｎは、電池の過放電を防止するために設けた閾値であり、電池の剰余容量が最大値ＳＯＣ_ｍａｘを超えた場合、或いは電池の剰余容量が最小値ＳＯＣ_ｍｉｎよりも低くなった場合には、電池へ不可逆的な損傷を与え、電池の使用寿命に影響するだけでなく、安全上のリスクが発生する恐れもある。

計算データ：風蓄合成出力の目標出力Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）、電池の安全余裕ＳＯＣ_Ｏ、電池の充放電出力Ｐ_ｂ ^（ｋ）。

ただし、風蓄合成出力の目標出力Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）は、エネルギー蓄積装置を備える風力発電システムが実際に出力しようとする出力であり、風力発電所１０の風力発電の出力Ｐ_Ｗ ^（ｋ）及びエネルギー蓄積装置が提供する充放電出力に基づいて得られたものである。また、電池の安全余裕ＳＯＣ_Ｏは、風力発電の予測誤差を補償できる電池の剰余容量の安全余裕であり、正規分布法の計算法によって得てもよく、経験値を用いてもよく、且つ、実際必要に応じて余裕係数ａ％を調整することもできる。

風力発電所の運転制御装置５０は、風力発電所の運転期間において、風力発電所の実際の発電出力と予測出力との間のばらつきを補償するように、風力発電所発電の予測データに基づいてエネルギー蓄積装置の充放電を制御するためのものである。風力発電所の運転制御装置５０において、風力発電の予測出力と、風力発電の実際出力の出力と、電池の剰余容量とに基づいて電池の充放電出力を計算し、風蓄合成出力の出力と風力発電の予測出力との誤差を減らし、同時に、電池の十分な剰余容量を保証して、後期の風力発電の出力が定格範囲を超えるリスクを減らすことができる。

また、一つの実施形態において、風力発電所の運転制御装置５０は、例えば、初期値設定手段５１及びエネルギー蓄積装置の制御手段５２とを含む。初期値設定手段５１は、例えば、風力発電の予測出力及び許可予測誤差に基づいて、風力発電システムの風蓄合成出力が前記許可予測誤差を満足する時の最大出力及び最小出力を設定する。エネルギー蓄積装置の制御手段５２は、例えば、前記風蓄合成出力の目標出力及び風力発電所の実際の風力発電の出力に基づいて、エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測し、予測されたエネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量に基づき、現在時点の風蓄合成出力の目標出力を調整し、エネルギー蓄積装置の充放電出力を制御する。

図２に示すように、一つの実施形態により、エネルギー蓄積装置の制御手段５２は、例えば、充放電出力計算手段５２１と、剰余容量予測手段５２２と、風蓄合成出力の目標出力調整手段５２３とを含むことができる。ただし、充放電出力計算手段５２１は、電池の充放電出力を計算する。剰余容量予測手段５２２は、充放電出力計算手段５２１が計算した充放電出力に基づいて、電池の次の時点の剰余容量を予測する。風エネ蓄エネ出力の目標出力調整手段５２３は、剰余容量予測手段が予測した電池の次の時点の剰余容量に基づいて、風蓄合成出力の目標出力を調整する。また、エネルギー蓄積装置の制御手段５２は、例えば、更に、必要に応じで前記充放電出力計算手段が計算した充放電出力を修正する充放電出力修正手段５２４を含むことができる。

全体的に、本発明の一つの実施形態の風力発電所の運転制御装置は、電池の次の時点の剰余容量を予測し、予測された電池の次の時点の剰余容量に基づいて、継続的に風蓄合成出力の目標出力を調整し、調整後の風蓄合成出力の目標出力に基づいて、規定の条件を満足するまでに新たに電池の充放電出力を計算し制御する。

当該の実施形態において、予測された電池の次の時点の剰余容量に基づいて、予測誤差許可の範囲内において継続的に風蓄合成出力の目標出力を調整することで、後期に予測誤差精度の要求を満足できないリスクと、風蓄合成出力が定格範囲を超えるリスクとを低減することができ、資源が無駄になることを避けるように、相関スケジューリング機関が発電の計画を策定するために、正確な参照データを継続的に提供することができる。

以下、図面を参照して、風力発電所の運転制御処理の過程の詳細を説明する。図３のＡ〜図３のＥは、風力発電所の運転制御処理を示す模式図である。

図３のＡに示すように、図中の上下の二つの実線は、風力発電所の予測出力Ｐ_ｐｒｅ及び風力発電所の実際の出力Ｐ_Ｗ ^（ｋ）をそれぞれ示し、点線は、風力発電所の出力予測許可誤差ｂ％を満足する時の風蓄合成出力の最大出力値Ｐ_ｍａｘ及び最小出力値Ｐ_ｍｉｎを示す。まず、風蓄合成出力の目標出力を予測出力（Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）＝Ｐ_ｐｒｅ ^（ｋ））と等しくする。そして、風力発電所の予測出力Ｐ_ｐｒｅ ^（ｋ）と風力発電所の実際の出力Ｐ_Ｗ ^（ｋ）に基づいて、電池から提供する必要がある充放電出力（Ｐ_ｂ ^（ｋ）＝Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）−Ｐ_Ｗ ^（ｋ））を計算する。そして、例えば、現在時点の電池の剰余容量と、電池の充放電出力と、時間分解能Δｔと、電池公称容量Ｑ_ｒとに基づいて、次の時点の電池の剰余容量（ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＝ＳＯＣ^（ｋ）−Ｐ_ｂ ^（ｋ）×Δｔ／Ｑ_ｒ）を推定する。

図３のＢに示すように、推定された電池の次の時点の剰余容量が安全余裕以上で剰余容量最大値以下（ＳＯＣ_０≦ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}≦ＳＯＣ_ｍａｘ）であれば、風蓄合成出力の目標出力を調整しないで、風蓄合成出力の目標出力が実際の風蓄合成出力の出力である。このような場合に、風蓄合成出力の出力を風力発電の予測出力と等しくする（即ち予測誤差がゼロになる）ことも実現することができ、後期に風蓄合成出力の出力が定格範囲を超えるリスク、及び電池の剰余容量が風力発電の予測誤差を補償することができないリスクも低減することができる。

図３のＣに示すように、推定された電池の次の時点の剰余容量が電池の剰余容量最大値（ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＞ＳＯＣ_ｍａｘ）よりも高ければ、Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）＞Ｐ_ｍａｘ ^（ｋ）またはＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＜ＳＯＣ_ｍａｘとなるまでに、毎回、風蓄合成出力の目標出力を所定の出力調整のステップ長ΔＰだけ増やし、電池の充放電出力を計算し、次の時点の電池の剰余容量を推定することを、継続的に繰り返して調整する。

図３のＤに示すように、推定された電池の次の時点の剰余容量がＳＯＣ_ｍｉｎ≦ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＜ＳＯＣ_０の関係を満足すれば、Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）＜Ｐ_ｍｉｎ ^（ｋ）またはＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＞ＳＯＣ_０となるまでに、毎回、風力発電出力の目標値を、所定の出力調整のステップ長ΔＰだけ減らし、電池の充放電出力を計算し、次の時点の電池の剰余容量を推定すること、を継続的に繰り返して調整する。

図３のＥに示すように、推定された電池の次の時点の剰余容量がＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＜ＳＯＣ_ｍｉｎの関係を満足すれば、電池の充放電出力は、Ｐ_ｂ ^（ｋ）＝（ＳＯＣ^（ｋ）−ＳＯＣ_ｍｉｎ）×Ｑ_ｒ／Δｔと計算される。

以下、図４を参照して、本発明の風力発電所の運転制御処理のフローを説明する。

風力発電所の運転の時、ステップＳ２０１において、前記エネルギー蓄積装置の安全余裕（ＳＯＣ_０＝ａ％×Ｑ_ｒｅｌ／Ｑ_ｒ）として、前記エネルギー蓄積装置が風力発電の予測誤差を補償するために必要な剰余容量を取る。予測出力及び出力予測許可誤差に基づいて、風蓄合成出力の最大値Ｐ_ｍａｘ ^（ｋ）＝（１＋ｂ％）Ｐ_ｐｒｅ ^（ｋ）及び最小値Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）＝（１−ｂ％）Ｐ_ｐｒｅ ^（ｋ）を計算し、Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）＝Ｐ_ｐｒｅ ^（ｋ）としてステップＳ２０２へ進む。

ステップＳ２０２において、風力発電所の予測出力Ｐ_ｐｒｅ ^（ｋ）と風力発電所の実際の出力Ｐ_Ｗ ^（ｋ）に基づいて、電池によって提供する必要な充放電出力Ｐ_ｂ ^（ｋ）＝Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）−Ｐ_Ｗ ^（ｋ）を計算する。そして、現在時点の電池の剰余容量と、電池の充放電出力と、時間分解能Δｔと、電池公称容量Ｑ_ｒとに基づいて、次の時点の電池の剰余容量ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＝ＳＯＣ^（ｋ）‐Ｐ_ｂ ^（ｋ）×Δｔ／Ｑ_ｒを推定し、ステップＳ２０３へ進む。

ステップＳ２０３において、推定された次の時点の電池の剰余容量ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}とＳＯＣ_０、ＳＯＣ_ｍａｘとの関係を判断し、ＳＯＣ_０≦ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}≦ＳＯＣ_ｍａｘを満足すれば（ステップＳ２０３：Ｙ）、処理Ａへ進み、そうでなければ、ステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０４において、更に、推定された次の時点の電池の剰余容量ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}とＳＯＣ_ｍａｘとの関係を判断し、ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＞ＳＯＣ_ｍａｘであれば（ステップＳ２０４：Ｙ）、ステップＳ２０５において、Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）＝Ｐ_ｐｒｅ ^（ｋ）＋ΔＰとする。そして、ステップＳ２０６へ進む。ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＞ＳＯＣ_ｍａｘという関係を満たさなければ（ステップＳ２０４：Ｎ）、ステップＳ２０８において、Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）＝Ｐ_ｐｒｅ ^（ｋ）−ΔＰとし、ステップＳ２０９へ進む。

ステップＳ２０６において、Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）とＰ_ｍａｘ ^（ｋ）の関係を判断し、Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）＞Ｐ_ｍａｘ ^（ｋ）であれば、ステップＳ２０７でＰ_ｂ ^（ｋ）＝Ｐ_ｍａｘ ^（ｋ）−Ｐ_Ｗ ^（ｋ）とし、そうでなければ、ステップＳ２０２へ進む。ステップＳ２０７の後に、フローは処理Ａへ進む。

また、ステップＳ２０９において、Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）とＰ_ｍｉｎ ^（ｋ）の関係を判断し、Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）＜Ｐ_ｍｉｎ ^（ｋ）であれば、ステップＳ２１０へ進み、そうでなければ、ステップＳ２０２へ進む。

そして、ステップＳ２１０において、ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}とＳＯＣ_ｍｉｎの関係を判断する。ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＜ＳＯＣ_ｍｉｎであれば、ステップＳ２１１へ進み、電池の充放電出力をＰ_ｂ ^（ｋ）＝（ＳＯＣ^（ｋ）−ＳＯＣ_ｍｉｎ）×Ｑ_ｒ／Δｔとし、処理Ａへ進む。ステップＳ２１０でＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＜ＳＯＣ_ｍｉｎという関係を満たさないと判断すれば、ステップＳ２１２へ進み、Ｐ_ｂ ^（ｋ）＝Ｐ_ａｉｍ ^（ｋ）−Ｐ_Ｗ ^（ｋ）とし、処理Ａへ進む。

以下、図４のフローチャートを参照して、本発明の特徴的な技術效果を説明する。

ステップＳ２０４において、推定された電池の次の時点の剰余容量がＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＞ＳＯＣ_ｍａｘの関係を満足すると判定された時、電池が風蓄合成出力に対してより多くの電気のエネルギーを提供できるという意味である。従って、本実施形態において、ステップＳ２０５において、予測許可誤差ｂ％を保証する範囲内に、風蓄合成出力の目標出力を所定のステップ長ずつ増加することによって、風蓄合成出力を最大化することができ、風力資源及びエネルギー蓄積装置を効果的に利用できる。

一方、推定された電池の次の時点の剰余容量がＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＞ＳＯＣ_ｍａｘの関係を満足する時、次の時点に電池がある不安定な状態に進むという意味であり、本発明において、ステップＳ２０５で風蓄合成出力の目標出力を徐々に増やさせ、即ち電池にできるだけ多い電気のエネルギーを出力させることで、次の時点に、電池を信頼の状態または信頼の状態に近い状態とさせることができ、これにより、後期、風蓄合成出力が定格範囲を超えるリスクを大幅に低減することができる。

また、ステップＳ２０４において、ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＞ＳＯＣ_ｍａｘという関係を満たさなければ、即ち推定された電池の次の時点の剰余容量がＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＜ＳＯＣ_０（ＳＯＣ_ｍｉｎ≦ＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＜ＳＯＣ_０またはＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＜ＳＯＣ_ｍｉｎという２つの状況を含む）という関係を満足する場合に、現在の風蓄合成出力の目標出力を実際の風蓄合成出力の出力とすれば、次の時点に電池の安全余裕を保証することができず、ひいては電池そのものの信頼性を破壊することもある意味である。当該状況を避けるために、本発明において、次の時点に電池の剰余容量を安全余裕を満足させるまたはできるだけ安全余裕に近接させるように、予測許可誤差ｂ％を保証する範囲内において、風蓄合成出力の目標出力を所定のステップ長ずつ減らして、できるだけ多い電気のエネルギーを電池に蓄積する。そこで、本発明によれば、予測精度が許可誤差範囲内にあることを保証すると同時に、最大限に次の時点の電池の安全余裕をも考慮したことで、後期に風蓄合成出力が定格範囲を超えるリスクを大幅に低減することができる。

更に、本発明において、毎回、風力発電出力の目標値を所定の出力調整のステップ長Δｐだけ低減することで、ステップＳ２０９でＰ_ａｉｍ ^（ｋ）＜Ｐ_ｍｉｎ ^（ｋ）の条件を満足させる場合には、更なる電池の次の時点の剰余容量がＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＜ＳＯＣ_ｍｉｎの関係を満足すると判定されば、次の時点に依然として電池の安全余裕を保証できず、しかも電池の信頼性に影響することもある意味である。このような場合に、本発明において、電池の安全余裕を考えなくて、単に電池の充放電出力をＰ_ｂ ^（ｋ）＝（ＳＯＣ^（ｋ）−ＳＯＣ_ｍｉｎ）×Ｑ_ｒ／Δｔと計算し、即ち、電池の剰余容量最小値ＳＯＣ_ｍｉｎ以上の容量をすべて風蓄合成出力に用いることで、電池そのものの信頼性を保証すると同時に、最大限的に実際の風蓄合成出力の出力を増加する。一方、電池の次の時点の剰余容量がＳＯＣ_est ^{（ｋ＋１）}＜ＳＯＣ_ｍｉｎの条件を満たさない場合には、予測誤差許可の範囲を満足するように、電池の充放電出力をＰ_ｂ ^（ｋ）＝Ｐ_ｍｉｎ ^（ｋ）−Ｐ_Ｗ ^（ｋ）とする。

以下、処理Ａの詳細を説明する。

処理Ａは、電池の充放電出力Ｐ_ｂ ^（ｋ）が決定された後、蓄電池の剰余容量及び充放電出力がそれぞれの範囲を超えないことを保証するために行う修正処理である。処理Ａの初めは、ステップＳ２１３に対応する。

ステップＳ２１３において、Ｐ_ｂ ^（ｋ）と０との関係を判断し、Ｐ_ｂ ^（ｋ）＞０であれば、ステップＳ２１４へ進み、そうでなければ、ステップＳ２１５へ進む。

ステップＳ２１４において、｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜と｜Ｐ_ｄｉｓ ^ｍｉｎ｜の関係を判断し、｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜＜｜Ｐ_ｄｉｓ ^ｍｉｎ｜であれば、電池によるエネルギー蓄積装置の放電が停止し、そうでなければ、ステップＳ２１６へ進む。

ステップＳ２１６において、｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜と｜Ｐ_ｄｉｓ ^ｍａｘ｜の関係を判断し、｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜＞｜Ｐ_ｄｉｓ ^ｍａｘ｜であれば、｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜＝｜Ｐ_ｄｉｓ ^ｍａｘ｜とし、そうでなければ、ステップＳ２１８へ進む。
ステップＳ２１８において、ＳＯＣとＳＯＣ_ｍｉｎとの関係を判断し、ＳＯＣ＞ＳＯＣ_ｍｉｎであれば、電池によるエネルギー蓄積装置の放電｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜を制御し、そうでなければ、電池によるエネルギー蓄積装置の放電が停止する。

ステップＳ２１５において、｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜と｜Ｐ_ｃｈ ^ｍｉｎ｜の関係を判断し、｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜＜｜Ｐ_ｃｈ ^ｍｉｎ｜であれば、電池によるエネルギー蓄積装置の放電が停止し、そうでなければ、ステップＳ２１７へ進む。ただし、｜Ｐ_ｃｈ ^ｍｉｎ｜は電池の最小放電出力を示す。

ステップＳ２１７において、｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜と｜Ｐ_ｃｈ ^ｍａｘ｜の関係を判断し、｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜＞｜Ｐ_ｃｈ ^ｍａｘ｜であれば、｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜＝｜Ｐ_ｃｈ ^ｍａｘ｜とし、そうでなければ、ステップＳ２１９へ進む。ただし、｜Ｐ_ｃｈ ^ｍａｘ｜は電池の最大放電出力を示す。

ステップＳ２１９において、ＳＯＣとＳＯＣ_ｍａｘとの関係を判断し、ＳＯＣ＜ＳＯＣ_ｍａｘであれば、電池によるエネルギー蓄積装置の充電｜Ｐ_ｂ ^（ｋ）｜を制御し、そうでなければ、電池によるエネルギー蓄積装置の充電が停止する。

処理Ａによって、電池そのものの最大の充放電出力、最小の充放電出力及び剰余容量に基づいて、電池の充放電出力を修正することで、電池の剰余容量及び充放電出力がそれぞれの定格範囲を超えないことを保証できる。

以上、本発明の風力発電所の運転制御装置及び風力発電所の運転制御方法を説明したが、当業者にとっては、本発明の複数の側面をシステム、方法またはコンピュータプラグラム製品と具体化できると理解すべきである。そこで、本発明の複数の側面は、完全的なハードウエア、完全的なソフトウエア（ファームウェア、常駐ソフトウエア、マイクロコード等を含む）、または本明細書において“手段”または“システム”と呼ばれるソフトウエアとハードウエアとの組合とすることができる。また、本発明の複数の側面は、１つまたは複数のコンピュータ読み取可能な媒体中のコンピュータプラグラム製品という形態を採用でき、当該コンピュータ読み取可能な媒体にはコンピュータが使用可能なプラグラムコードを含む。例えば、風力発電所の運転制御装置におけるエネルギー蓄積装置の制御手段は、該当の機能を有するハードウエア回路によって実現してもよく、コンピュータが該当の機能を記載したプラグラムを実行することで実現しても良い。また、該当のプラグラムは、予めコンピュータ読み取可能な記憶媒体（ＲＯＭまたは記憶部）にインストールして提供してもよく、ＬＡＮまたはインターネット等のネットワークによって伝送またはダンロードしても良い。

本発明の実施形態を説明したが、実施形態が例示に過ぎなく、発明の範囲を限定すると意図しない。当業者にとっては、実施形態が他の各種方式で実施でき、発明の要旨の範囲内、それぞれの省略、置換、変更を行うことができると理解できる。当該の実施形態及びその変形は、発明の範囲及び要旨内に含まれると共に、特許請求の範囲に記載の発明及びその均等の範囲に含まれている。

Claims (21)

1. エネルギー蓄積装置を設けた風力発電システムに適用される風力発電所の運転制御装置であって、
   風力発電の予測出力及び許可予測誤差に基づいて、前記風力発電システムからの風蓄合成出力が前記許可予測誤差を満足する時の最大出力及び最小出力を設定する初期値設定手段と、
   前記風蓄合成出力の目標出力及び風力発電所からの実際の風力発電の出力に基づいて、エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測し、予測されたエネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量に基づいて、現在時点の風蓄合成出力の目標出力を調整し、エネルギー蓄積装置の充放電出力を制御するエネルギー蓄積装置の制御手段と、
   を含むことを特徴とする風力発電所の運転制御装置。
2. 前記エネルギー蓄積装置の制御手段は、
   時点毎に必要な前記エネルギー蓄積装置の充放電出力を計算する充放電出力計算手段と、
   前記充放電出力計算手段により計算された充放電出力に基づいて、前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測する剰余容量予測手段と、
   前記剰余容量予測手段により予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量に基づいて、前記風蓄合成出力の目標出力を調整する風蓄合成出力の目標出力調整手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電所の運転制御装置。
3. 前記初期値設定手段は、
   前記エネルギー蓄積装置の安全余裕として、前記エネルギー蓄積装置が風力発電の予測誤差を補償するために必要な剰余容量も取得する
   ことを特徴とする請求項２に記載の風力発電所の運転制御装置。
4. 前記エネルギー蓄積装置の制御手段において、
   前記剰余容量予測手段により予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記安全余裕以上であり前記エネルギー蓄積装置の最大の剰余容量以下である時、前記風蓄合成出力の目標出力調整手段が前記風蓄合成出力の目標出力を調整しない
   ことを特徴とする請求項３に記載の風力発電所の運転制御装置。
5. 前記エネルギー蓄積装置の制御手段において、
   前記剰余容量予測手段により予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の最大の剰余容量よりも高い時、
   前記風蓄合成出力の目標出力が前記最大出力を超える、または、前記剰余容量予測手段により新たに予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の最大の剰余容量よりも低くなるまでに、
   前記風蓄合成出力の目標出力調整手段は、毎回、前記風蓄合成出力の目標出力を規定のステップ長だけ増やし、前記充放電出力計算手段により新たに前記充放電出力を計算し、前記剰余容量予測手段により新たに前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測する
   ことを特徴とする請求項３に記載の風力発電所の運転制御装置。
6. 前記エネルギー蓄積装置の制御手段において、
   前記剰余容量予測手段により予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の最小の剰余容量以上であり前記安全余裕よりも低い時、
   前記風蓄合成出力の目標出力が前記最小出力よりも低くなる、または、前記剰余容量予測手段により新たに予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の安全余裕よりも高くなるまでに、
   前記風蓄合成出力の目標出力調整手段は、毎回、前記風蓄合成出力の目標出力を規定のステップ長だけ減らし、前記充放電出力計算手段により新たに前記充放電出力を計算し、前記剰余容量予測手段により新たに前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測する
   ことを特徴とする請求項３に記載の風力発電所の運転制御装置。
7. 前記風蓄合成出力の目標出力調整手段が、前記風蓄合成出力の目標出力を、毎回、規定のステップ長だけ減らして前記風蓄合成出力の目標出力が前記最小出力よりも低くなった場合に、前記剰余容量予測手段により新たに予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記最小の剰余容量よりも低いと、前記充放電出力計算手段は、前記エネルギー蓄積装置の現在時点の剰余容量と前記最小の剰余容量との差値に基づいて、前記エネルギー蓄積装置の充放電出力を計算する
   ことを特徴とする請求項６に記載の風力発電所の運転制御装置。
8. 前記エネルギー蓄積装置の制御手段は、
   前記充放電出力計算手段により計算された充放電出力を修正する充放電出力修正手段を更に備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の風力発電所の運転制御装置。
9. 前記充放電出力計算手段により計算された前記エネルギー蓄積装置の充放電出力の絶対値が前記エネルギー蓄積装置の最小充放電出力の絶対値よりも小さい場合に、前記充放電出力修正手段は充放電出力をゼロに修正し、
   前記充放電出力計算手段により計算された前記エネルギー蓄積装置の充放電出力の絶対値が前記エネルギー蓄積装置の最大充放電出力の絶対値よりも高い場合に、前記充放電出力修正手段は、前記エネルギー蓄積装置の充放電出力を前記エネルギー蓄積装置の最大充放電出力に修正し、
   現在時点の前記エネルギー蓄積装置の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の最小の剰余容量以下である場合に、前記充放電出力修正手段は放電出力をゼロに修正し、
   現在時点の前記エネルギー蓄積装置の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の最大の剰余容量以上である場合に、前記充放電出力修正手段は、充電出力をゼロに修正する
   ことを特徴とする請求項８に記載の風力発電所の運転制御装置。
10. 前記エネルギー蓄積装置は、電池によるエネルギー蓄積装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項９中のいずれか一つに記載の風力発電所の運転制御装置。
11. エネルギー蓄積装置を設けた風力発電システムに適用される風力発電所の運転制御方法であって、
    風力発電の予測出力及び許可予測誤差に基づいて、前記風力発電システムからの風蓄合成出力が前記許可予測誤差を満足する時の最大出力及び最小出力を設定する初期値設定ステップと、
    前記風蓄合成出力の目標出力及び風力発電所からの実際の風力発電の出力に基づいて、エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測し、予測されたエネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量に基づいて、現在時点の風蓄合成出力の目標出力を調整し、エネルギー蓄積装置の充放電出力を制御するエネルギー蓄積装置の制御ステップと、
    を含むことを特徴とする風力発電所の運転制御方法。
12. 前記エネルギー蓄積装置の制御ステップは、
    時点毎に必要な前記エネルギー蓄積装置の充放電出力を計算する充放電出力計算ステップと、
    前記充放電出力計算ステップにおいて計算された充放電出力に基づいて、前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測する剰余容量予測ステップと、
    前記剰余容量予測ステップにおいて予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量に基づいて、前記風蓄合成出力の目標出力を調整する風蓄合成出力の目標出力調整ステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載の風力発電所の運転制御方法。
13. 前記初期値設定ステップにおいて、
    前記エネルギー蓄積装置の安全余裕として、前記エネルギー蓄積装置が風力発電の予測誤差を補償するために必要な剰余容量も取得する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の風力発電所の運転制御方法。
14. 前記エネルギー蓄積装置の制御ステップにおいて、
    前記剰余容量予測ステップにおいて予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記安全余裕以上であり前記エネルギー蓄積装置の最大の剰余容量以下である時、前記風蓄合成出力の目標出力調整ステップにおいて前記風蓄合成出力の目標出力を調整しない
    ことを特徴とする請求項１３に記載の風力発電所の運転制御方法。
15. 前記エネルギー蓄積装置の制御ステップにおいて、
    前記剰余容量予測ステップにおいて予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の最大の剰余容量よりも高い時、
    前記風蓄合成出力の目標出力が前記最大出力を超える、または、前記剰余容量予測ステップにおいて新たに予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の最大の剰余容量よりも低くなるまでに、
    前記風蓄合成出力の目標出力調整ステップにおいて、毎回、前記風蓄合成出力の目標出力を規定のステップ長だけ増やし、前記充放電出力計算ステップにおいて新たに前記充放電出力を計算し、前記剰余容量予測ステップにおいて新たに前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の風力発電所の運転制御方法。
16. 前記エネルギー蓄積装置の制御ステップにおいて、
    前記剰余容量予測ステップにおいて予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の最小の剰余容量以上であり前記安全余裕よりも低い時、
    前記風蓄合成出力の目標出力が前記最小出力よりも低くなる、または、前記剰余容量予測ステップにおいて新たに予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の安全余裕よりも高くなるまでに、
    前記風蓄合成出力の目標出力調整ステップにおいて、毎回、前記風蓄合成出力の目標出力を規定のステップ長だけ減らし、前記充放電出力計算ステップにおいて新たに前記充放電出力を計算し、前記剰余容量予測ステップにおいて新たに前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量を予測する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の風力発電所の運転制御方法。
17. 前記風蓄合成出力の目標出力調整ステップにおいて、
    前記風蓄合成出力の目標出力を、毎回、規定のステップ長だけ減らして前記風蓄合成出力の目標出力が前記最小出力よりも低くなった場合に、前記剰余容量予測ステップにおいて新たに予測された前記エネルギー蓄積装置の次の時点の剰余容量が前記最小の剰余容量よりも低いと、前記充放電出力計算ステップにおいて、前記エネルギー蓄積装置の現在時点の剰余容量と前記最小の剰余容量との差値に基づいて、前記エネルギー蓄積装置の充放電出力を計算する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の風力発電所の運転制御方法。
18. 前記エネルギー蓄積装置の制御ステップは、
    前記充放電出力計算ステップにおいて計算された充放電出力を修正する充放電出力修正ステップを更に含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の風力発電所の運転制御方法。
19. 前記充放電出力計算ステップにおいて計算された前記エネルギー蓄積装置の充放電出力の絶対値が前記エネルギー蓄積装置の最小充放電出力の絶対値よりも低い場合に、前記充放電出力修正ステップにおいて充放電出力をゼロに修正し、
    前記充放電出力計算ステップにおいて計算された前記エネルギー蓄積装置の充放電出力の絶対値が前記エネルギー蓄積装置の最大充放電出力の絶対値よりも高い場合に、前記充放電出力修正ステップにおいて前記エネルギー蓄積装置の充放電出力を前記エネルギー蓄積装置の最大充放電出力に修正し、
    現在時点の前記エネルギー蓄積装置の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の最小の剰余容量以下である場合に、前記充放電出力修正ステップにおいて放電出力をゼロに修正し、現在時点の前記エネルギー蓄積装置の剰余容量が前記エネルギー蓄積装置の最大の剰余容量以上である場合に、前記充放電出力修正ステップにおいて充電出力をゼロに修正する
    ことを特徴とする請求項１８に記載の風力発電所の運転制御方法。
20. 前記エネルギー蓄積装置は、電池によるエネルギー蓄積装置である
    ことを特徴とする請求項１１から請求項１９のいずれか１項に記載の風力発電所の運転制御方法。
21. 風力発電装置と、
    天気条件及び統計規律に基づいて、風力発電の予測モデルを確立し、風力発電の予測出力を出力する風力発電出力予測装置と、
    前記風力発電の予測出力と前記風力発電システムの合成出力の出力との誤差を補償するように、充放電を行うエネルギー蓄積装置と、
    前記風力発電所の運転システムの各種データを記憶し管理するデータベースと、
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の風力発電所の運転制御装置と、
    を備えることを特徴とする風力発電システム。

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