JP7267815B2 - 風車群発電量評価装置、風車群発電量評価方法、およびプログラム - Google Patents

風車群発電量評価装置、風車群発電量評価方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本開示は、風車群の発電量の評価に関する。
従来、複数の風力発電装置（以下、風車とする）で発電を行うウィンドファームでは、風上側に配置される前方風車に対して、風下側に配置される後方風車は通常、前方風車の後流すなわちウェイクの影響により前方風車と比較して発電出力が小さくなる。このため、各々の風車において創出される発電出力の合計であるウィンドファーム全体の出力を最適とするべく、種々の運転方法や制御方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１８－１０９３６７号公報
ウィンドファームの少なくとも一部の風車群の発電量を最適化するためには、少なくとも一部の風車に対して、出力に影響を与えるパラメータ（出力制御パラメータ）の設定値を変更し、その変更の前後で測定された発電量同士を比較することが考えられる。しかし、この変更の前後で風の条件が異なっている場合には、評価が適切にできない可能性がある。また、発電量は風向・風速に依存するが、風車のナセル上部などに設置した風向風速計では、このような発電量の評価を適切に行えるほどの精度を有していない場合がある。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、風車群による発電量を適切に評価することが可能な風車群発電量評価装置を提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車群発電量評価装置は、
複数の風車を含む風車群の発電量を評価する風車群発電量評価装置であって、
前記風車群に作用する風向を取得するよう構成された風向取得部と、
取得された前記風向に沿って並ぶｎ台（ｎは２以上）の風車をメンバとする評価対象の前記風車群である対象風車群による対象発電量、および前記対象風車群のメンバではなく、且つ前記風向に沿って前記対象風車群と同数（ｎ）並ぶ前記風車をメンバとする参照風車群による参照発電量との相関である基準相関を取得するよう構成された基準相関取得部と、
前記対象風車群における少なくとも１台の前記風車の出力制御パラメータの設定値を変更するよう構成された設定値変更部と、
前記設定値の変更後にそれぞれ測定される前記対象発電量および前記参照発電量を取得するよう構成された変更後発電量取得部と、
前記基準相関と前記変更後に取得された前記参照発電量とに基づいて、前記変更後に取得された前記参照発電量に対応する前記対象発電量の変更前推定値を算出するように構成された対象発電量推定部と、
前記変更後の対象発電量と前記変更前推定値との比較に基づいて、前記変更後の対象発電量を評価するように構成された評価部と、を備える。
上記（１）の構成によれば、評価対象の風車群である対象風車群に属する風車（例えば風上側に位置する風車など）の出力制御パラメータを変更した場合の対象風車群の発電量（変更後の対象発電量）を、この変更前に求めておいた対象発電量、および、この対象風車群に並列するような参照風車群の参照発電量との相関（基準相関）を用いて、例えば出力制御パラメータの変更によりその変更前よりも対象発電量が大きくなったか否かなどの評価を行う。
すなわち、上記の出力制御パラメータの変更後の同時期などにそれぞれ測定した対象発電量および参照発電量は、それぞれ同じ風の条件で測定されたものである。また、基準相関も同様に、上記の出力制御パラメータの変更前においてそれぞれ同じ風の条件で測定された対象発電量および参照発電量の相関である。よって、この基準相関を用いることで、上記の変更後に取得された参照発電量を測定した際の風の条件において得られるであろう、上記の変更前の対象発電量を推定することが可能である。したがって、このようにして得られた変更前の対象発電量の変更前推定値と、変更後の対象発電量の測定値とは、同じ風の条件における発電量であると評価できるので、両者を比較することで、測定した風速から発電量を求めるようなことをすることなく、変更後の対象発電量が変更前に比べてどうなったかを容易に評価することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記設定値変更部は、前記対象風車群における前記風向における風上側に位置する前記少なくとも１台の風車の前記出力制御パラメータの設定値を変更する。
上記（２）の構成によれば、出力制御パラメータの変更対象となる風車は、対象風車群における例えば最も風上側に位置する風車など、風上側に位置する１台または複数台の風車である。風上側に配置される前方風車に対して、風下側に配置される後方風車は通常、前方風車の後流すなわちウェイクの影響により前方風車と比較して発電出力が小さくなる。また、各風車が最も効率よく発電を行うのは、カットイン風速と定格風速の中間に位置する領域であることが知られている。よって、前方風車の発電量を例えば低くすれば、その分だけ風のエネルギーを後方風車でより多く利用でき、それに応じて各風車の発電量が変化するので、このような発電量の調整を通して、対象発電量の最大化などを図るなど、対象風車群の発電量の最適化を図ることができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）～（２）の構成において、
複数の風向の各々に応じて前記メンバが予め定められた前記対象風車群および前記参照風車群の複数の組合せについて、それぞれ前記基準相関を生成する基準相関生成部を、さらに備え、
前記基準相関取得部は、取得された前記風向に応じた前記組合せについての前記基準相関を取得する。
上記（３）の構成によれば、想定される複数の風向に対して、それぞれ、対象風車群および参照風車群の組合せを定め、その組合せの各々についての基準相関をそれぞれ生成すると共に、取得した風向に応じた基準相関を用いて、上記の評価を行う。これによって、風向に応じた上述した評価を迅速に行うことができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）～（３）の構成において、
複数の風向の各々に応じて前記メンバが定められた前記対象風車群および前記参照風車群の複数の組合せについて、それぞれ前記基準相関を生成する基準相関生成部と、
前記風向の変化を検出する風向変化検出部と、をさらに備え、
前記基準相関取得部は、前記風向の変化が検出された場合に、変化後の前記風向に応じた前記基準相関を取得する。
上記（４）の構成によれば、風向の変化に応じて、予め定めるなどした変化後の風向きに応じた対象風車群の対象発電量と、参照風車群の対象発電量との基準相関を取得する。これによって、風向きの変化を契機に、上述した対象風車群による対象発電量の評価を行うことができる。
（５）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車群発電量評価方法は、
複数の風車を含む風車群の発電量を評価する風車群発電量評価方法であって、
前記風車群に作用する風向を取得するよう構成された風向取得ステップと、
取得された前記風向に沿って並ぶｎ台（ｎは２以上）の風車をメンバとする評価対象の前記風車群である対象風車群による対象発電量、および前記対象風車群のメンバではなく、且つ前記風向に沿って前記対象風車群と同数（ｎ）並ぶ前記風車をメンバとする参照風車群による参照発電量との相関である基準相関を取得するよう構成された基準相関取得ステップと、
前記対象風車群における少なくとも１台の前記風車の出力制御パラメータの設定値を変更するよう構成された設定値変更ステップと、
前記設定値の変更後にそれぞれ測定される前記対象発電量および前記参照発電量を取得するよう構成された変更後発電量取得ステップと、
前記基準相関と前記変更後に取得された前記参照発電量とに基づいて、前記変更後に取得された前記参照発電量に対応する前記対象発電量の変更前推定値を算出するように構成された対象発電量推定ステップと、
前記変更後の対象発電量と前記変更前推定値との比較に基づいて、前記変更後の対象発電量を評価するように構成された評価ステップと、を備える。
上記（５）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。
（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車群発電量評価プログラムは、
複数の風車を含む風車群の発電量を評価する風車群発電量評価プログラムであって、
コンピュータに、
前記風車群に作用する風向を取得するよう構成された風向取得部と、
取得された前記風向に沿って並ぶｎ台（ｎは２以上）の風車をメンバとする評価対象の前記風車群である対象風車群による対象発電量、および前記対象風車群のメンバではなく、且つ前記風向に沿って前記対象風車群と同数（ｎ）並ぶ前記風車をメンバとする参照風車群による参照発電量との相関である基準相関を取得するよう構成された基準相関取得部と、
前記対象風車群における少なくとも１台の前記風車の出力制御パラメータの設定値を変更するよう構成された設定値変更部と、
前記設定値の変更後にそれぞれ測定される前記対象発電量および前記参照発電量を取得するよう構成された変更後発電量取得部と、
前記基準相関と前記変更後に取得された前記参照発電量とに基づいて、前記変更後に取得された前記参照発電量に対応する前記対象発電量の変更前推定値を算出するように構成された対象発電量推定部と、
前記変更後の対象発電量と前記変更前推定値との比較に基づいて、前記変更後の対象発電量を評価するように構成された評価部と、を実現させる風車群発電量評価プログラムである。
上記（６）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、風車群による発電量を適切に評価することが可能な風車群発電量評価装置が提供される。
本発明の一実施形態に係るウィンドファームを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る風車の構成例を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る風車群発電量評価装置の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る風向が南西方向である場合の対象風車群と参照風車群を示す図である。 本発明の一実施形態に係る風向が南である場合の対象風車群と参照風車群を示す図である。 本発明の一実施形態に係る基準相関を示す図であり、横軸が参照発電量Ｐｒ、縦軸が対象発電量Ｐｔである。 本発明の一実施形態に係る前処理を示す図である。 本発明の一実施形態に係る風車群発電量評価方法を示す図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図１は、本発明の一実施形態に係るウィンドファーム８を概略的に示す図である。図２は、本発明の一実施形態に係る風車Ｔの構成例を示す概略図である。
図１に示すように、ウィンドファーム８は複数の風車Ｔを備える。各風車Ｔ（Ｔ１～Ｔ６）は、図２に示すように、複数のブレード８１及びそれらが取り付けられるハブ８２で構成されるロータ８ｒと、ハブ８２に連結された主軸８３と、主軸８３の回転力を受けて駆動される発電機８ｐとを備えていても良い。幾つかの実施形態では、主軸８３と発電機８ｐとはドライブトレイン８４及びその出力軸８５を介して連結されていても良い。幾つかの実施形態において、ドライブトレイン８４は、主軸８３の回転を増速するギア式の増速機を備えていても良い。幾つかの実施形態において、ドライブトレイン８４は、ギア式の増速機に替えて、油圧トランスミッションを備えていても良い。他の実施形態では、ドライブトレイン８４に代えて、主軸８３と発電機８ｐとが直接接続されたダイレクトドライブ方式であっても良い。
ドライブトレイン８４及び発電機８ｐは、主軸軸受８３ｂを介して主軸８３を回転自在に支持するナセル８６に収納されていても良い。ナセル８６の底面を構成するナセル台板８６ｂは、ヨー旋回軸受８７を介してタワー８ｔによって支持されていても良い。なお、ナセル台板８６ｂには、ヨーモータ（不図示）及びピニオンギアを有するヨー旋回機構８８が固定されていても良い、タワー８ｔ側に設けられたリングギアにヨー旋回機構８８のピニオンギアを噛み合わせた状態でヨーモータ（不図示）を駆動することでナセル８６をタワー８ｔに対して旋回可能になっていても良い。さらに、各ブレード８１は、翼旋回軸受（不図示）を介してハブ８２に支持されており、ハブ８２内に設けられたピッチ駆動アクチュエータ（不図示）によってピッチ角が調節可能になっていても良い。また、風車Ｔには風向計８ｗが設置されても良い。
図１に示す実施形態では、ウィンドファーム８が備える風車Ｔの台数は６台である。そして、この６台の風車Ｔは、東西方向に沿って並ぶ３台の風車Ｔの列が、２列となるような配置となっている。南北方向では、その方向に沿って並ぶ２台の風車Ｔの列が、３列となるような配置となっている。なお、ウィンドファーム８を構成する風車の数は６台に限定されず、４以上の任意の数であって良い。例えば、図１では、Ｔ３あるいはＴ４で示す風車Ｔの少なくとも一方のさらに東側あるいは西側に１台以上の風車Ｔが存在しても良い。また、図示された少なくとも１台の風車Ｔの北側や南側に他の風車Ｔが存在しても良い。
そして、上述したウィンドファーム８は、図１に示すように、風車群発電量評価装置１をさらに備える。この風車群発電量評価装置１は、複数の風車Ｔを含む風車群の発電量を評価するための装置である。より詳細には、風の流れる向きはその時々に応じて変化し得るが、発電量を評価する時の風向Ｄに沿って並ぶ複数の風車Ｔをメンバとした風車群を設定し、この風車群（後述する対象風車群Ｇｔ）により発電された発電量を評価する。
このような、複数の風車Ｔが風向Ｄに沿って列をなすような風車群においては、各風車Ｔが獲得できる風のエネルギーは、風上側に他の風車（前方風車）が存在する場合には、ウェイクの影響によって前方風車のものよりも小さくなる。よって、例えば前方風車からは定格出力が得られたとしても、この前方風車に沿った後方に位置する後方風車からは定格出力が得られないなど、より小さな出力になる場合がある。この際、風車Ｔが最も効率良く発電を行うのは、カットイン風速（発電が開始される風速）と定格風速（定格出力に達する風速）の中間に位置する領域である。このため、例えば前方風車における出力に影響を与えるパラメータ（以下、出力制御パラメータＳ）を、後方風車がより多くの風のエネルギーを獲得できるように変更（調整）すれば、前方風車の出力は低下する可能性はあるものの、それ以上に後方風車の出力が増大する可能性がある。その結果、風車群全体で発電される発電量がより増大されるなど、全体としての最適化できる可能性がある。
ただし、風車群による上記の出力制御パラメータＳを変更（以下、適宜、単に変更後という）した前後の発電量を比較して、この変更による効果を確認しようとしても、この変更の前後で風速などの風の条件が変化している場合が有り得る。このため、風車群による上記の出力制御パラメータＳの変更後の発電量が変更前よりも高くなっていたとしても、それが出力制御パラメータＳの変更によるものか、風の条件の変化によるものかの切り分けが困難である。そこで、出力制御パラメータＳを変更する風車Ｔが含まれる上述した風車群を評価対象の風車群（以下、対象風車群Ｇｔ）のメンバを定めるのに用いられたのと同じ風向Ｄに沿って並ぶ他の複数の風車Ｔをメンバとする風車群（以下、参照風車群Ｇｒ）を設定し、この参照風車群Ｇｒを参照として、対象風車群Ｇｔによる出力制御パラメータＳの変更後の発電量が、変更前に比べてどうなったかを評価する。なお、この際には、参照風車群Ｇｒについては、出力制御パラメータＳは変更しない。
以下、上述したような評価を行うための風車群発電量評価装置１について、図１～図６を用いて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る風車群発電量評価装置１の機能ブロック図である。図４は、本発明の一実施形態に係る風向が南西方向である場合の対象風車群Ｇｔと参照風車群Ｇｒを示す図である。図５は、本発明の一実施形態に係る風向が南である場合の対象風車群Ｇｔと参照風車群Ｇｒを示す図である。また、図６は、本発明の一実施形態に係る基準相関Ｃｒを示す図であり、横軸が参照発電量Ｐｒ、縦軸が対象発電量Ｐｔである。
図３に示すように、風車群発電量評価装置１は、風向取得部１２と、基準相関取得部２と、設定値変更部３と、変更後発電量取得部４と、対象発電量推定部５と、評価部６と、を備える。これらの機能部について、それぞれ説明する。
なお、風車群発電量評価装置１は、例えばコンピュータで構成されていても良く、図示しないＣＰＵ（プロセッサ）や、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリなどの記憶装置ｍを備えている。そして、主記憶装置にロードされたプログラム（風車群発電量評価プログラム）の命令に従ってＣＰＵが動作（データの演算など）することで、風車群発電量評価装置１が備える後述するような各機能部を実現する。
風向取得部１２は、上述した対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒを含む風車群に作用する風向Ｄを取得するよう構成された機能部である。具体的には、風向取得部１２は、風車Ｔに設置された風向Ｄを測定するための風向計８ｗに接続されており、風向計で測定された風向Ｄの測定値を取得する。図２に示すように、風向計８ｗは、ナセル８６の上部に設置されていても良い。
基準相関取得部２は、上記の風向取得部１２によって取得された風向Ｄに応じた対象風車群Ｇｔによる対象発電量Ｐｔ、および、この風向Ｄに応じた参照風車群Ｇｒによる参照発電量Ｐｒとの相関である基準相関Ｃｒを取得するよう構成された機能部である。ここで、対象風車群Ｇｔは、上記の取得された風向Ｄに沿って並ぶｎ台（ｎは２以上の整数）の風車Ｔをメンバとする評価対象の風車群であり、対象発電量Ｐｔは、これに属する全ての風車Ｔによって発電された発電量である。また、参照風車群Ｇｒは、対象風車群Ｇｔのメンバではなく、且つ、上記の取得された風向Ｄに沿って対象風車群Ｇｔと同数（ｎ台）並ぶ風車Ｔをメンバとする風車群であり、参照発電量Ｐｒは、これに属する全ての風車Ｔによって発電された発電量である。
より詳細には、対象風車群Ｇｔのメンバ数および参照風車群Ｇｒのメンバ数は、同じであっても、異なっていても良いが、風向Ｄに沿って並ぶメンバの数は同じである。さらに、これらの対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒは、風向Ｄに応じて定められる。例えば、図１に示す実施形態では、風向Ｄは西（紙面の左）であり、ウィンドファーム８は、西から東に沿って並ぶ３台の風車Ｔの列が２列（合計で３台×２列＝６台）存在する。そして、そのうちの西からの風向Ｄに沿って並ぶ一方（北側）の３台の風車Ｔを対象風車群Ｇｔとし、同じ西からの風向Ｄに沿って並ぶ他方（南側）の３台の風車Ｔの列を参照風車群Ｇｒとしている。また、対象発電量Ｐｔはメンバとなる各風車Ｔ（Ｔ１～Ｔ３）の発電量の合計（Ｐｔ＝Ｐｔ１＋Ｐｔ２＋Ｐｔ３）とし、参照発電量Ｐｒはメンバとなる各風車Ｔ（Ｔ４～Ｔ６）の発電量の合計（Ｐｒ＝Ｐｒ１＋Ｐｒ２＋Ｐｒ３）としている。
仮に、図４に示すように、風向Ｄが南西の場合には、南西から北東に沿って並ぶのは２台の風車Ｔであり、その２台の風車Ｔの列が２列となるが、その一方の列をなす２台の風車Ｔを対象風車群Ｇｔ（図４では西側の風車群）とし、他方の列をなす２台の風車Ｔを参照風車群Ｇｒとする。また、図５に示すように、風向Ｄが南の場合には、南から北に沿って並ぶのは２台の風車Ｔであり、その２台の風車Ｔの列が３列となるが、そのうちの１つの列をなす２台の風車Ｔを対象風車群Ｇｔ（図４では最も東側の風車群）とし、他方の２つの列をなす合計４台の風車Ｔを参照風車群Ｇｒとしても良い。なお、図５では、参照風車群Ｇｒのメンバを、２列をなす４台の風車Ｔとしているが、そのうちの対象風車群Ｇｔの近い方の列をなす２台の風車Ｔ（図４では最も中央の列をなす風車群）としても良い。
また、上記の基準相関Ｃｒは、上述したように定められる対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒの各々の発電量（Ｐｔ、Ｐｒ）を、風の条件が互いに同じとみなせるようなタイミング（例えば同時期）でそれぞれ測定することにより得られる。具体的には、同じタイミングで測定した参照発電量Ｐｒと対象風車群Ｇｔとを対応付けた複数のデータを生成する。この各データは、ある参照発電量Ｐｒが得られた時に得られた対象発電量Ｐｔの実績であり、このような複数の実績データに対して回帰分析（最小二乗法など）などを実行することで、図６に示すような、任意の参照発電量Ｐｒから対象発電量Ｐｔを算出する関数Ｆ（Ｐｔ＝Ｆ（Ｐｒ））を生成する。なお、回帰分析などの関数Ｆで表されるような基準相関Ｃｒの導出にあたっては、周知な機械学習の手法を用いても良い。
設定値変更部３は、上述した対象風車群Ｇｔにおける少なくとも１台の風車Ｔの出力制御パラメータＳの設定値を変更するよう構成された機能部である。出力制御パラメータＳの変更値は、作業者から入力されても良いし、設定値変更部３が所定のロジックにより自動で生成しても良い。また、出力制御パラメータＳは、例えば、発電出力指令値、ピッチ角、ヨー角の少なくとも１つであっても良い。
より具体的には、幾つかの実施形態では、ウィンドファーム８は、各風車Ｔの出力制御パラメータＳの設定値を変更することが可能な制御装置（不図示）を備えていても良い。そして、設定値変更部３は、この制御装置に有線または無線により接続されており、制御装置（不図示）に対して、所望の風車Ｔに対する出力制御パラメータＳの変更値を出力（通信）することで、任意の風車Ｔの出力制御パラメータＳの設定値を変更値に変更しても良い。他の幾つかの実施形態では、設定値変更部３は、ディスプレイなどの画面上に、出力制御パラメータＳの設定値の変更を促すようなメッセージを出力し、作業者に上記の変更をさせるように構成されても良い。この場合には、作業者から上記の変更を実行した旨の入力を受けてから、次の変更後発電量取得部４による処理を行っても良い。
変更後発電量取得部４は、上記の出力制御パラメータＳの設定値の変更後にそれぞれ測定される対象発電量Ｐｔ（以下、変更後の対象発電量Ｐｔ´）および参照発電量Ｐｒ（以下、変更後の参照発電量Ｐｒ´）を取得するよう構成された機能部である。この変更後の対象発電量Ｐｔ´および変更後の参照発電量Ｐｒ´は、それぞれ、風の条件が同じとみなせるような例えば同時期などのタイミングでそれぞれ測定された測定値である。図１～図３に示す実施形態では、各風車Ｔの出力（ｋＷなど）あるいは電力量（ｋＷｈなど）を個別に測定できるようになっている。そして、対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒのメンバとなる風車Ｔについての測定値を取得し、対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒの各々毎に合計することで、対象発電量Ｐｔおよび参照発電量Ｐｒを取得するようになっている。
対象発電量推定部５は、上述した基準相関Ｃｒと、上記の変更後に上述した変更後発電量取得部４によって取得された変更後の参照発電量Ｐｒ´とに基づいて、変更後の参照発電量Ｐｒ´に対応する対象発電量Ｐｔの推定値（以下、変更前推定値Ｐａ）を算出するように構成された機能部である。この時点では、対象風車群Ｇｔのメンバとなる少なくとも１台の風車Ｔの出力制御パラメータＳは変更されているが、その一方で、参照風車群Ｇｒのメンバとなる各風車Ｔの出力制御パラメータＳは変更されていない。また、基準相関Ｃｒは、上述した出力制御パラメータＳの変更前における参照発電量Ｐｒと対象発電量Ｐｔとの関係であるため、この基準相関Ｃｒを用いることで、任意の参照発電量Ｐｒに対して、出力制御パラメータＳの変更前に得られる対象発電量Ｐｔ（推定値）を算出することが可能である。
よって、例えば出力制御パラメータＳの変更がない風車Ｔをメンバとする参照風車群Ｇｒによる参照発電量Ｐｒを上記の関数Ｆに代入するなどによって得られる対象発電量Ｐｔ（Ｐａ）は（図６参照）、この参照風車群Ｇｒにより上記の変更後の参照発電量Ｐｒ´が発電された場合に、上記の出力制御パラメータＳの変更前の対象風車群Ｇｔから発電されたであろう対象発電量Ｐｔの変更前推定値Ｐａとなる。したがって、上記の出力制御パラメータＳの変更の前後で風の条件が変化していたとしても、変更後の対象発電量Ｐｔ´と、変更前推定値Ｐａとを同じ風の条件での発電量として比較することが可能となる。
評価部６は、変更後の対象発電量Ｐｔ´と変更前推定値Ｐａとの比較に基づいて、出力制御パラメータＳの変更後の対象発電量Ｐｔ´を評価するように構成された機能部である。具体的には、評価部６は、上記の変更後の対象発電量Ｐｔ´が、その変更前に対応する変更前推定値Ｐａよりも大きいか否かを評価する。つまり、変更後の対象発電量Ｐｔ´が、変更前推定値Ｐａよりも大きければ（Ｐｒ´＞Ｐａ）、出力制御パラメータＳの変更により、対象風車群Ｇｔによる対象発電量Ｐｔは大きくなったと評価できる。逆に、変更後の対象発電量Ｐｔ´が、変更前推定値Ｐａ以下であれば（Ｐｒ´≦Ｐａ）、出力制御パラメータＳの変更により、対象風車群Ｇｔによる対象発電量Ｐｔは変化なし（Ｐｒ´＝Ｐａの場合）、あるいは、小さくなった（Ｐｒ´＜Ｐａの場合）と評価できる。
そして、上述したような風車群発電量評価装置１による評価の結果、出力制御パラメータＳの変更により、対象風車群Ｇｔによる対象発電量Ｐｔが大きくなったと評価された場合には、参照風車群Ｇｒに対しても同様の出力制御パラメータＳの変更を行っても良い。図１～図３に示す実施形態では、風車群発電量評価装置１は、上述した評価部６の評価結果に基づいて、対象風車群Ｇｔにおいて出力制御パラメータＳの設定値が変更された少なくとも１台の風車Ｔまたは複数台の風車（設定変更風車）の各々の位置を特定し、その位置に対応する参照風車群Ｇｒの風車Ｔの出力制御パラメータＳの設定値を、設定変更風車と同様に変更する設定採用部６２をさらに、備えている。この設定採用部６２は、このような参照風車群Ｇｒに対する設定変更を自動で実行しても良い。あるいは、その実行する前には、画面上にメッセージを表示するなどして、オペレータの許可を求めるようにしても良く、オペレータが許可した旨の入力を受けた場合に、その実行をしても良い。
上記の構成によれば、評価対象の風車群である対象風車群Ｇｔに属する風車（例えば風上側に位置する風車など）の出力制御パラメータＳを変更した場合の対象風車群Ｇｔの発電量（変更後の対象発電量Ｐｔ´）を、この変更前に求めておいた対象発電量Ｐｔ、および、この対象風車群Ｇｔに並列するような参照風車群Ｇｒの参照発電量Ｐｒとの相関（基準相関Ｃｒ）を用いて、例えば出力制御パラメータＳの変更によりその変更前よりも対象発電量Ｐｔが大きくなったか否かなどの評価を行う。
すなわち、上記の出力制御パラメータＳの変更後の同時期などにそれぞれ測定した対象発電量Ｐｔ´および参照発電量Ｐｒ´は、それぞれ同じ風の条件で測定されたものである。また、基準相関Ｃｒも同様に、上記の出力制御パラメータＳの変更前においてそれぞれ同じ風の条件で測定された対象発電量Ｐｔおよび参照発電量Ｐｒの相関である。よって、この基準相関Ｃｒを用いることで、上記の変更後の参照発電量Ｐｒ´を測定した際の風の条件において得られるであろう、上記の変更前の対象発電量Ｐｔを推定することが可能である。したがって、このようにして得られた変更前の対象発電量Ｐｔの変更前推定値Ｐａと、変更後の対象発電量Ｐｔ´の測定値とは、同じ風の条件における発電量であると評価できるので、両者を比較することで、測定した風速から発電量を求めるようなことをすることなく、変更後の対象発電量Ｐａ´が変更前に比べてどうなったかを容易に評価することができる。
幾つかの実施形態では、設定値変更部３は、上述した対象風車群Ｇｔにおける風向Ｄにおける風上側に位置する少なくとも１台の風車Ｔの出力制御パラメータＳの設定値を変更しても良い。図１～図３に示す実施形態では、出力制御パラメータＳの変更の対象は、対象風車群Ｇｔにおける最も風上に位置する風車Ｔを少なくとも含んでいる。具体的には、最も風上に位置する風車Ｔは、図１では符号Ｔ１で示す風車Ｔであり、図４では符号Ｔ４で示す風車Ｔであり、図５では符号Ｔ６で示す風車Ｔである。なお、対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒが、ウィンドファーム８の端に位置する風車Ｔを含むことで、この出力制御パラメータＳの変更の対象の風車Ｔが、ウィンドファーム８の最も風上に位置する風車Ｔであっても良い。
上記の構成によれば、出力制御パラメータＳの変更対象となる風車Ｔは、対象風車群Ｇｔにおける例えば最も風上側に位置する風車など、風上側に位置する１台または複数台の風車である。風上側に配置される前方風車に対して、風下側に配置される後方風車は通常、前方風車の後流すなわちウェイクの影響により前方風車と比較して発電出力が小さくなる。また、各風車が最も効率よく発電を行うのは、カットイン風速と定格風速の中間に位置する領域であることが知られている。よって、前方風車の発電量を例えば低くすれば、その分だけ風のエネルギーを後方風車でより多く利用でき、それに応じて各風車Ｔの発電量が変化するので、このような発電量の調整を通して、対象発電量Ｐｔの最大化などを図るなど、対象風車群Ｇｔの発電量の最適化を図ることができる。
次に、上述した基準相関Ｃｒの生成する基準相関生成部７およびこれに関連する幾つかの実施形態について、説明する。
幾つかの実施形態では、風車群発電量評価装置１は、複数の風向Ｄの各々に応じてメンバが予め定められた対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒの複数の組合せＣについて、それぞれ基準相関Ｃｒを生成する基準相関生成部７を、さらに備えても良い。この場合、上述した基準相関取得部２は、上述した風向取得部１２によって取得された風向Ｄに応じた上記の組合せＣについての基準相関Ｃｒを取得する。上記の複数の風向Ｄは、例えば、３６０℃を４等分する東、西、南、北などの４方位や、８等分する北、北東、東、東南、南、南西、西、北西の８方位などから吹く風の向きであっても良い。
風向Ｄが決まれば、この風向Ｄに応じて対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒを定めることができるので、上記の複数の風向Ｄの各々に応じた対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒの組合せＣを予め定めることが可能である。また、想定される複数の風向Ｄに対して上記の組合せＣをそれぞれ定めておけば、上述した風向取得部１２によって風向Ｄの測定結果が取得された後の処理を迅速に行うことが可能となる。すなわち、対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒの各々のメンバを決定する処理を実行することなく、例えば複数の風向Ｄと、各風向Ｄに応じて決定されている上記の組合せＣとを関連付けた管理情報Ｉに基づいて、対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒの各々のメンバを迅速に得ることが可能となる。さらに、上記の各組合せＣに応じた基準相関Ｃｒを予め生成し、風向Ｄが決まれば、対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒの各々のメンバと、基準相関Ｃｒとが求められるように関連付けた管理情報Ｉを用意することで、取得された風向Ｄに対する上記の組合せＣが得られた後、その組合せＣにおける基準相関Ｃｒも迅速に取得することが可能となる。
図１～図３に示す実施形態では、評価前の前段階（学習期間）に、上記の複数の基準相関Ｃｒを生成する。また、想定される複数の風向Ｄと、風向Ｄに応じて定められた上記の組合せＣと、上記の組合せＣ毎に測定を通して予め作成しておいた基準相関Ｃｒとを関連付けた管理情報Ｉを生成する。この管理情報Ｉが上記の組合せＣ毎の基準相関Ｃｒと共に、風車群発電量評価装置１の記憶装置ｍに記憶される。そして、基準相関取得部２は、風向取得部１２から基準相関取得部２に風向Ｄが入力されると、入力された風向Ｄに応じた上記の組合せＣに対応する基準相関Ｃｒを、管理情報Ｉを用いて特定し、特定した基準相関Ｃｒ（図３のＣｒ［Ｄ］）を記憶装置ｍから取得するようになっている。
また、上記の管理情報Ｉは、図７に示すように生成されても良い。図７は、本発明の一実施形態に係る評価前処理（Ｓ０）を示す図である。図７に示す実施形態では、図７のステップＳ７１において、想定される複数の風向Ｄの各々に応じた対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒをそれぞれ決定する。ステップＳ７２において、複数数の風向Ｄの各々に応じた、対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒの複数の上記の組合せ毎の基準相関Ｃｒをそれぞれ生成する。そして、ステップＳ７３において、風向Ｄと、風向Ｄに応じた上記の組合せＣと、組合せＣ毎の基準相関Ｃｒとを対応付けることで管理情報Ｉを生成する。
上記の構成によれば、想定される複数の風向Ｄに対して、それぞれ、対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒの組合せＣを定め、その組合せＣの各々についての基準相関Ｃｒをそれぞれ生成すると共に、取得した風向Ｄに応じた基準相関Ｃｒを用いて、上記の評価を行う。これによって、風向Ｄに応じた上述した評価を迅速に行うことができる。
また、幾つかの実施形態では、風車群発電量評価装置１は、上述した基準相関生成部７と、風向Ｄの変化を検出する風向変化検出部１４と、をさらに備えても良い。この場合、上述した基準相関取得部２は、風向Ｄの変化が検出された場合に、変化後の風向Ｄに応じた基準相関Ｃｒを取得する。つまり、風向Ｄの変化を検出した場合に、上述した評価を実行する。
この風向変化検出部１４は、規定時間の間、それまでとは異なる風向Ｄになっていると判定した場合に、風向Ｄが変化したとことを検出するように構成されても良い。風向Ｄが短い時間間隔で変化し続ける場合に、その変化の度に風向Ｄが変化したと判定し、上記の評価を実行するのは適切でない場合がある。よって、風向Ｄが変化したと判定した場合に、変化後の風向Ｄに応じて定めた対象風車群Ｇｔによる対象発電量Ｐｔの評価を、この変化後の風向Ｄに応じて定めた参照風車群Ｇｒによる参照発電量Ｐｒを用いて行う。
具体的には、３６０°方位のいずれかから吹く風を、例えば４方位や８方位などの予め定めた所定数で分割した複数の風向Ｄのいずれかに分類する。例えば、複数の風向Ｄを、北を０°、東を４５°、南を９０°、西を１３５°とした場合の４方位に分類する場合には、測定された風の方位が－２２．５°よりも大きく≦２２．５°以下の場合に北に分類するなど、４方位に応じて定められた閾値との比較に基づいて分類しても良い。
そして、例えば周期的などの測定間隔で風向Ｄを測定していき、上記の測定間隔よりも長い規定時間（例えば３０分間など）の間、現在の風向Ｄから異なる風向Ｄとなっていた場合に、風向Ｄが変化したと判定しても良い。あるいは、周期的などで測定された風向Ｄの所定間隔（例えば１°間隔など）での測定値の移動平均が変化した場合に、風向Ｄが変化したと判定しても良い。このように、方位の分類よりも小刻みな風向変化に対して遅れを持たすことにより、ノイズの影響を低減することが可能となる。
上記の構成によれば、風向Ｄの変化に応じて、予め定めるなどした変化後の風向きに応じた対象風車群の対象発電量と、参照風車群の対象発電量との基準相関を取得する。これによって、風向きの変化を契機に、上述した対象風車群Ｇｔによる対象発電量の評価を行うことができる。
以下、上述した風車群発電量評価装置１が実行する処理に対応する風車群発電量評価方法について、図８を用いて説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る風車群発電量評価方法を示す図である。
風車群発電量評価方法は、複数の風車Ｔを含む風車群の発電量（対象風車群Ｇｔによる対象発電量Ｐｔ）を評価するための方法である。図８に示すように、風車群発電量評価方法は、風向取得ステップと、基準相関取得ステップと、設定値変更ステップと、変更後発電量取得ステップと、対象発電量推定ステップと、評価ステップと、を備える。
これらのステップについて、図８のステップ順に説明する。
図８のステップＳ１において、風向取得ステップを実行する。風向取得ステップ（Ｓ１）は、対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒを含む風車群に作用する風向Ｄを取得するステップである。この風向取得ステップ（Ｓ１）は、既に説明した風向取得部１２が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。
図８のステップＳ２において、基準相関取得ステップを実行する。基準相関取得ステップ（Ｓ２）は、上述した風向取得ステップ（Ｓ１）によって取得された風向Ｄに応じた対象風車群Ｇｔによる対象発電量Ｐｔ、および、この風向Ｄに応じた参照風車群Ｇｒによる参照発電量Ｐｒとの基準相関Ｃｒを取得するステップである。この基準相関取得ステップ（Ｓ２）は、既に説明した基準相関取得部２が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。
図８のステップＳ３において、設定値変更ステップを実行する。設定値変更ステップ（Ｓ３）は、対象風車群Ｇｔにおける少なくとも１台の風車Ｔの出力制御パラメータＳの設定値を変更するステップである。この設定値変更ステップ（Ｓ３）は、既に説明した設定値変更部３が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。
図８のステップＳ４において、変更後発電量取得ステップ（Ｓ４）を実行する。この変更後発電量取得ステップ（Ｓ４）は、上記の設定値変更ステップ（Ｓ３）によって行われた設定値の変更後にそれぞれ測定される変更後の対象発電量Ｐｔ´および変更後の参照発電量Ｐｒ´を取得するステップである。この変更後発電量取得ステップ（Ｓ４）は、既に説明した変更後発電量取得部４が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。
図８のステップＳ５において、対象発電量推定ステップ（Ｓ５）を実行する。この対象発電量推定ステップ（Ｓ５）は、基準相関Ｃｒと変更後の参照発電量Ｐｒ´とに基づいて、変更後の参照発電量Ｐｒ´に対応する上述した変更前推定値Ｐａを算出するステップである。この対象発電量推定ステップ（Ｓ５）は、既に説明した対象発電量推定部５が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。
図８のステップＳ６において、評価ステップ（Ｓ６）を実行する。評価ステップ（Ｓ６）は、変更後の対象発電量Ｐｔ´と上述した変更前推定値Ｐａとの比較に基づいて、変更後の対象発電量Ｐｔ´を評価するステップである。この評価ステップ（Ｓ６）は、既に説明した評価部６が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。
なお、図８に示す実施形態では、基準相関取得ステップ（Ｓ２）は、設定値変更ステップ（Ｓ３）の前に実行しているが、風向取得ステップ（Ｓ１）よりも後で、対象発電量推定ステップ（Ｓ５）の前に行えば、どの段階で行っても良い。
また、幾つかの実施形態では、風車群発電量評価方法は、風向Ｄに応じて定められる、上述した対象風車群Ｇｔおよび参照風車群Ｇｒの複数の組合せＣについて、それぞれ基準相関Ｃｒを生成する基準相関生成ステップ（図７のＳ７２）を、さらに備えても良い。この基準相関生成ステップ（図７のＳ７２）は、既に説明した基準相関生成部７が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。図８に示す実施形態では、上述した風向取得ステップ（Ｓ１）よりも前に、上述した基準相関生成ステップ（図７のＳ７２）を実行するようになっている。そして、上述した基準相関取得ステップ（Ｓ２）は、風向取得ステップ（Ｓ１）で取得された風向Ｄに応じた組合せＣについての基準相関Ｃｒを取得するようになっている。
また、幾つかの実施形態では、図８に示すように、風車群発電量評価方法は、上述した基準相関生成ステップ（図７のＳ７２）と、風向Ｄの変化を検出する風向変化検出ステップ（Ｓ０１）と、をさらに備えても良い。この風向変化検出ステップ（Ｓ０１）は、既に説明した風向変化検出部１４が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。図８に示す実施形態では、上述した評価の前段階として、基準相関生成ステップ（図７のＳ７２）を実行する。その後、実際に上述した評価を実行する場合に図８のフローの各ステップを実行する。また、上述した基準相関取得ステップ（Ｓ２）は、風向変化検出ステップ（Ｓ０１）によって風向Ｄの変化が検出された場合に、変化後の風向Ｄに応じた基準相関Ｃｒを取得するようになっている。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
１ 風車群発電量評価装置
１２ 風向取得部
１４ 風向変化検出部
ｍ 記憶装置
２ 基準相関取得部
３ 設定値変更部
４ 変更後発電量取得部
５ 対象発電量推定部
６ 評価部
６２ 設定採用部
７ 基準相関生成部
８ ウィンドファーム
８ｐ 発電機
８ｒ ロータ
８ｔ タワー
８１ ブレード
８２ ハブ
８３ 主軸
８３ｂ 主軸軸受
８４ ドライブトレイン
８５ 出力軸
８６ ナセル
８６ｂ ナセル台板
８７ 旋回軸受
８８ 旋回機構
８ｗ 風向計
Ｔ 風車
Ｄ 風向
Ｇｔ 対象風車群
Ｇｒ 参照風車群
Ｐｔ 対象発電量
Ｐｒ 参照発電量
Ｐａ 変更前推定値（対象発電量）
Ｓ 出力制御パラメータ
Ｃｒ 基準相関
Ｆ 関数
Ｃ 組合せ
Ｉ 管理情報

Claims (6)

  1. 複数の風車を含む風車群の発電量を評価する風車群発電量評価装置であって、
    前記風車群に作用する風向を取得するよう構成された風向取得部と、
    取得された前記風向に沿って並ぶｎ台（ｎは２以上）の風車をメンバとする評価対象の前記風車群である対象風車群による対象発電量、および前記対象風車群のメンバではなく、且つ前記風向に沿って前記対象風車群と同数（ｎ）並ぶ前記風車をメンバとする参照風車群による参照発電量との相関である基準相関を取得するよう構成された基準相関取得部と、
    前記対象風車群における少なくとも１台の前記風車の出力制御パラメータの設定値を変更するよう構成された設定値変更部と、
    前記設定値の変更後にそれぞれ測定される前記対象発電量および前記参照発電量を取得するよう構成された変更後発電量取得部と、
    前記基準相関と前記変更後に取得された前記参照発電量とに基づいて、前記変更後に取得された前記参照発電量に対応する前記対象発電量の変更前推定値を算出するように構成された対象発電量推定部と、
    前記変更後の対象発電量と前記変更前推定値との比較に基づいて、前記変更後の対象発電量を評価するように構成された評価部と、を備えることを特徴とする風車群発電量評価装置。
  2. 前記設定値変更部は、前記対象風車群における前記風向における風上側に位置する前記少なくとも１台の風車の前記出力制御パラメータの設定値を変更することを特徴とする請求項１に記載の風車群発電量評価装置。
  3. 複数の風向の各々に応じて前記メンバが予め定められた前記対象風車群および前記参照風車群の複数の組合せについて、それぞれ前記基準相関を生成する基準相関生成部を、さらに備え、
    前記基準相関取得部は、取得された前記風向に応じた前記組合せについての前記基準相関を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の風車群発電量評価装置。
  4. 前記風向の変化を検出する風向変化検出部をさらに備え、
    前記基準相関取得部は、前記風向の変化が検出された場合に、変化後の前記風向に応じた前記基準相関を取得することを特徴とする請求項３に記載の風車群発電量評価装置。
  5. 複数の風車を含む風車群の発電量を評価する風車群発電量評価方法であって、
    前記風車群に作用する風向を取得するよう構成された風向取得ステップと、
    取得された前記風向に沿って並ぶｎ台（ｎは２以上）の風車をメンバとする評価対象の前記風車群である対象風車群による対象発電量、および前記対象風車群のメンバではなく、且つ前記風向に沿って前記対象風車群と同数（ｎ）並ぶ前記風車をメンバとする参照風車群による参照発電量との相関である基準相関を取得するよう構成された基準相関取得ステップと、
    前記対象風車群における少なくとも１台の前記風車の出力制御パラメータの設定値を変更するよう構成された設定値変更ステップと、
    前記設定値の変更後にそれぞれ測定される前記対象発電量および前記参照発電量を取得するよう構成された変更後発電量取得ステップと、
    前記基準相関と前記変更後に取得された前記参照発電量とに基づいて、前記変更後に取得された前記参照発電量に対応する前記対象発電量の変更前推定値を算出するように構成された対象発電量推定ステップと、
    前記変更後の対象発電量と前記変更前推定値との比較に基づいて、前記変更後の対象発電量を評価するように構成された評価ステップと、を備えることを特徴とする風車群発電量評価方法。
  6. 複数の風車を含む風車群の発電量を評価する風車群発電量評価プログラムであって、
    コンピュータに、
    前記風車群に作用する風向を取得するよう構成された風向取得部と、
    取得された前記風向に沿って並ぶｎ台（ｎは２以上）の風車をメンバとする評価対象の前記風車群である対象風車群による対象発電量、および前記対象風車群のメンバではなく、且つ前記風向に沿って前記対象風車群と同数（ｎ）並ぶ前記風車をメンバとする参照風車群による参照発電量との相関である基準相関を取得するよう構成された基準相関取得部と、
    前記対象風車群における少なくとも１台の前記風車の出力制御パラメータの設定値を変更するよう構成された設定値変更部と、
    前記設定値の変更後にそれぞれ測定される前記対象発電量および前記参照発電量を取得するよう構成された変更後発電量取得部と、
    前記基準相関と前記変更後に取得された前記参照発電量とに基づいて、前記変更後に取得された前記参照発電量に対応する前記対象発電量の変更前推定値を算出するように構成された対象発電量推定部と、
    前記変更後の対象発電量と前記変更前推定値との比較に基づいて、前記変更後の対象発電量を評価するように構成された評価部と、を実現させる風車群発電量評価プログラムであることを特徴とする風車群発電量評価プログラム。
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