JPWO2013132635A1 - 風車の出力制御装置及び出力制御方法 - Google Patents

風車の出力制御装置及び出力制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制可能であり、且つ、出力上限値近傍に風車出力を迅速に到達させることが可能である風車の出力制御装置及び出力制御方法を提供する。【解決手段】風車の出力制御装置は、風車の出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの出力に対する差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔを求める出力差分算出部５２と、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの大きさに応じて風車の最大出力レートＶを設定する最大出力レート設定部５０と、風車の出力レートＶ＊が最大出力レートＶを超えないように出力指令値Ｐ＊を算出する出力指令値算出部４４と、出力指令値Ｐ＊に基づいて風車出力を制御する出力制御部３０とを備える。最大出力レート設定部５０は、少なくとも前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が閾値以下の範囲において、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が大きいほど前記最大出力レートＶを大きな値に設定する。

Description

本発明は、風車の出力（有効電力）の制御装置及び制御方法に関する。
近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置（風車）の普及が進んでいる。風力発電装置では、風の運動エネルギーをロータの回転エネルギーに変換し、さらにロータの回転エネルギーを発電機において電力に変換する。風力発電装置は電力系統に連系され、風力発電装置で生成した電力は電力系統に供給されることが多い。
電力系統の周波数は、電力の需給バランスによって決まることが知られている。すなわち、発電量が電力需要量を上回ると、電力系統に連系された発電機が電力系統における過剰電力を回転エネルギーとして蓄えようとする結果、発電機の回転数（すなわち系統周波数）が上昇する。逆に、発電量が電力需要量を下回ると、電力系統に連系された発電機が回転エネルギーを放出して電力系統における不足電力を補おうとする結果、発電機の回転数（すなわち系統周波数）が低下する。
そこで、電力需要量（負荷）の変動に追従する運転（負荷追従運転）を一部の発電所に行わせて、電力系統全体としての電力需給バランスを維持するようになっている。負荷追従運転が行われる発電所は、一般的に、燃料供給量の調節により比較的容易に出力制御が可能な火力発電所である。このように、一部の火力発電所は、電力の需給バランスを維持するための調整力として用いられる。これに対し、原子力発電所や水力発電所等は、短時間での出力制御が困難であるから、常に一定量の電力を供給し続けるベース供給力として用いられることが多い。
ここで、出力変動の大きい風力発電装置が電力系統に連系された全発電機に占める割合が高くなると、火力発電所による調整力が不足することがある。特に、電力需要量が昼間に比べて極端に少ない夜間には、調整力としての火力発電所の出力が既に最低出力付近まで絞られているから、風力発電装置の出力増加に対応することが難しい。
そのため、電力系統の調整力（下げ代）が十分でない場合、例えば風車外部の給電指令所からの指令により風力発電装置の出力上限値を設定することがある。
なお、風車の出力上限値設定とは無関係な技術であるが、調整力としての火力発電所などの発電所の出力変化レートに合わせてウインドファームのランプレートを制御する方法が知られている（特許文献１〜３参照）。この方法は、ウインドファームの出力が風の状態に応じて短時間で急激に変動しうるのに対し、火力発電所に代表される調整力としての発電所の出力が急激に変化させることが難しいことから、ウインドファームのランプレートを電力系統側の出力変化レートに合わせるものである。
米国特許出願公開第２０１０／０１４５５３３号明細書 米国特許第７６７９２１５号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０００１３１８号明細書
上述のように風車の出力上限値が設定される場合の出力制御方法を検討するにあたって、当初、本出願人は図１０に示すようなロジックを考案した。
図１０に示すロジックでは、ＰＩ制御器１４２において、発電機回転数の現在値ωｇと目標値ωｇ ＊との偏差に応じた出力指令値Ｐ０ ＊を求め、この出力指令値Ｐ０ ＊が出力指令値算出部１４４に入力される。また、出力指令値算出部１４４には、風車ブレードのピッチ角の指令値β＊に応じた出力最大値Ｐｍａｘ及び出力最小値Ｐｍｉｎが出力制限器１４６から入力され、出力指令値Ｐ＊がＰｍｉｎ以上Ｐｍａｘ以下に制限される。なお、出力指令値算出部１４４には、出力指令値の前回値Ｐ＊ ｐａｓｔが出力指令前回値更新部１４５から入力される。
また、出力指令値算出部１４４には最大出力レート設定部１１０から最大出力レートが入力され、風車出力の変化レートが最大出力レート以下に制限される。この最大出力レートは、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔが風車出力の現在値Ｐ以上の場合に用いられる上昇用固定レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ１と、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔが風車出力の現在値Ｐよりも小さい場合に用いられる下降用固定レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ２の２種類があり、いずれも固定値を有する。出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの出力現在値Ｐに対する偏差Ｘｐｒｅｓｅｎｔ（＝Ｐｌｉｍｉｔ−Ｐ）がゼロ以上の場合には、上昇用固定レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ１が最大出力レートとして最大出力レート設定部１１０から出力指令値算出部１４４に入力される。これに対し、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの出力現在値Ｐに対する偏差Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロよりも小さい場合には、下降用固定レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ２が最大出力レートとして最大出力レート設定部１１０から出力指令値算出部１４４に入力される。そして、出力指令値算出部１４４では、出力指令前回値更新部１４５から入力された出力指令の前回値Ｐ＊ ｐａｓｔと出力指令の現在値Ｐ０ ＊とを用いて計算される出力レートＶ＊が最大出力レートを超えないように出力指令値Ｐ＊が算出される。このようにして得られた出力指令値＊は、ＣＣＵ１４８を介して出力制御部１４９に送られて、出力制御部１４９における制御に用いられる。
ところで、風車を所有する発電事業者の立場からすれば、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ以下に風車出力を抑えるという制約下で、可能な限り風車出力の現在値Ｐを大きくして採算性の向上を図りたいとの要望がある。そのためには、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する出力現在値Ｐのオーバーシュート又はアンダーシュートを抑制しながら、出力現在値Ｐを出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ近傍に速やかに到達させることが望まれる。
ところが、図１０に示すロジックでは、最大出力レート設定部１１０により設定される最大出力レートは、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔと風車出力の現在値Ｐとの差がどのようになっていても、固定の最大出力レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ１又はＶｃｏｎｓｔａｎｔ２によって風車出力の変化レートを制限している。そのため、出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、出力現在値Ｐを出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに速やかに到達させることが難しい。
すなわち、図１０に示すロジックでは、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力の現在値Ｐのオーバーシュート又はアンダーシュートの防止を重視すれば、固定の出力レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ１，Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ２を小さくすることになり、風車出力の現在値Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに到達するまでに多大な時間を要し、風車の発電量が伸びず、採算性が低下する。逆に、風車出力の現在値Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに到達するまでの時間の短縮を重視すれば、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力のオーバーシュート又はアンダーシュートが許容範囲を超えて発生するおそれがある。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制可能であり、且つ、出力上限値近傍に風車出力を迅速に到達させることが可能である風車の出力制御装置及び出力制御方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る風車の出力制御装置は、風車の出力上限値の出力に対する差分を求める出力差分算出部と、前記差分の大きさに応じて前記風車の最大出力レートを設定する最大出力レート設定部と、前記出力の変化レートが前記最大出力レートを超えないように、前記風車の出力指令値を算出する出力指令値算出部と、前記出力指令値に基づいて前記風車の出力を制御する出力制御部とを備え、前記最大出力レート設定部は、少なくとも前記差分の絶対値が閾値以下の範囲において、前記差分の絶対値が大きいほど前記最大出力レートを大きな値に設定することを特徴とする。
なお、風車の出力上限値は、風車に搭載された制御装置により独自に設定されたものであってもよいし、例えば給電指令所（ｄｉｓｐａｔｃｈ ｃｅｎｔｅｒ）などの風車外部の遠方の指令所によって設定されたものであってもよい。
上記風車の出力制御装置によれば、風車出力の変化レートを制限するための最大出力レートを、出力上限値の風車出力に対する差分が大きいほど大きな値に設定するようにしたので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、風車出力を出力上限値近傍に迅速に到達させることができる。
すなわち、風車出力と出力上限値との差分が大きく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が低い場合には、比較的大きな最大出力レートを用いることで、風車出力が出力上限値近傍に到達するまでの時間を短縮できる。また、風車出力と出力上限値との差分が小さく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が高い場合には、比較的小さな最大出力レートを用いることで、出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。
なお、出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するとは、出力上限値に対する出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量を許容範囲内に収めることを言い、必ずしも、オーバーシュート及びアンダーシュートの発生を完全に防止することまでを要求するものではない。
一実施形態において、上記風車の出力制御装置は、前記差分と前記最大出力レートとの関係を表し、前記最大出力レート設定部における前記最大出力レートの設定に用いられるルックアップテーブルと、前記出力上限値に対する前記出力のオーバーシュート量又はアンダーシュート量に基づいて前記ルックアップテーブルを更新するテーブル更新部とをさらに備えてもよい。
風車を構成するハードウェア（発電機やインバータ等）の応答特性には、通常、個体差が存在するから、最大出力レート設定部における最大出力レートの設定に用いられるルックアップテーブルの最適な内容は各風車ごとに異なる。そこで、上述のように、出力上限値に対する風車出力のオーバーシュート量又はアンダーシュート量に基づいてルックアップテーブルをテーブル更新部により更新することで、ルックアップテーブルの内容を各風車に個別の適切なものとすることができる。また、時間の経過とともにハードウェアの応答特性が変化する場合であっても、ハードウェアの応答特性の変化に追従させてルックアップテーブルの内容を適切に変更できる。
上述のようにルックアップテーブルをテーブル更新部により更新する場合、例えば、前記差分の過去値Ｘｐａｓｔから前記差分の現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔへの変化量の絶対値をΔＸとし、前記ルックアップテーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶとしたとき、前記テーブル更新部は、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きい場合、前記ルックアップテーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸに更新してもよい。なお、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きい場合、オーバーシュート又はアンダーシュートが発生したことを意味し、このときのΔＸは前記差分の現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜と前記差分の過去値の絶対値｜Ｘｐａｓｔ｜との和に相当する。
上述のように、オーバーシュート又はアンダーシュートが発生したとき、前記差分の過去値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸに更新することで、ルックアップテーブルが適切に更新され、それ以降のオーバーシュート及びアンダーシュートを効果的に抑制できる。
また、上述のようにルックアップテーブルをテーブル更新部により更新する場合、前記ルックアップテーブルは、前記出力が前記出力上限値よりも小さい場合に用いる上昇用テーブルと、前記出力が前記出力上限値よりも大きい場合に用いる下降用テーブルとを含み、前記差分に対応する前記最大出力レートは、前記上昇用テーブルのほうが前記下降用テーブルに比べて小さくてもよい。
場合によっては、出力上限値以下に風車出力を抑えることの制約が、可能な限り風車出力を大きくしたいとの要望よりも優先されることがある。例えば、電力系統の調整力（下げ代）が十分でない場合に風車外部の給電指令所からの指令で設定される出力上限値は、電力系統における電力需給バランスの維持という公的な目的に関するものである。そのため、発電事業者の採算性向上という私的な目的に基づく風車出力の増大という要望に比べて、風車出力を出力上限値以下に抑えることの制約が重視されることがある。
このような場合、上述のように、ルックアップテーブルとして上昇用テーブルと下降用テーブルを設け、上昇用テーブルの最大出力レートを下降用テーブルよりも小さくすることで、出力上限値近傍への風車出力の迅速な到達に比べて、出力上限値以下への風車出力の抑制を重視することができる。
前記下降用テーブルに比べて前記上昇用テーブルにおける前記最大出力レートを小さくする場合、前記差分の過去値Ｘｐａｓｔから前記差分の現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔへの変化量の絶対値をΔＸとし、前記上昇用テーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶとしたとき、前記テーブル更新部は、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きく、且つ、前記現在値がＸｐｒｅｓｅｎｔ＜０を満たす場合、前記上昇用テーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸよりも小さな値に更新してもよい。
これにより、風車を構成するハードウェア（発電機やインバータ等）の応答特性に個体差が存在しても、上昇用テーブルを適切に更新して、上昇用テーブルの内容を各風車ごとにとって適切なものとすることができる。また、時間の経過とともにハードウェアの応答特性が変化する場合であっても、ハードウェアの応答特性の変化に追従させて上昇用テーブルの内容を適切に変更できる。さらに、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きく、且つ、前記現在値がＸｐｒｅｓｅｎｔ＜０を満たすとき（すなわち、オーバーシュートが発生したとき）、前記差分の過去値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸよりも小さな値に更新することで、それ以降のオーバーシュートをより一層効果的に抑制できる。
また、上述のようにルックアップテーブルをテーブル更新部により更新する場合、上記風車の出力制御装置は、前記テーブル更新部における前記ルックアップテーブルの更新頻度に基づいて、前記風車の異常の有無を判定する異常判定部をさらに備えてもよい。
例えば、ルックアップテーブルの更新頻度が想定以上である場合、風車に異常（想定以上の急激な劣化や故障）が発生していると考えられる。そこで、ルックアップテーブルの更新頻度に基づいて風車の異常の有無を判定する異常判定部を設けることで、風車の状態を監視することができる。
また、上述のようにルックアップテーブルをテーブル更新部により更新する場合、上記風車の出力制御装置は、前記オーバーシュート量又は前記アンダーシュート量の経時変化に基づいて、前記風車の異常の有無を判定する異常判定部をさらに備えてもよい。
例えば、オーバーシュート量又はアンダーシュート量が突然大きくなった場合、風車に異常（想定以上の急激な劣化や故障）が発生していると考えられる。そこで、オーバーシュート量又はアンダーシュート量の経時変化に基づいて風車の異常の有無を判定する異常判定部を設けることで、風車の状態を監視することができる。
また、一実施形態において、前記出力差分算出部は、ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力上限値の前記出力に対する差分を求め、前記最大出力レート設定部は、前記差分の大きさに応じて前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記最大出力レートを設定し、前記出力指令値算出部は、前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力指令値を算出し、前記出力制御部は、前記出力指令値に基づいて前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力を制御してもよい。
このように、上述の出力制御装置を用いて、ウインドファームに属する複数の風車の出力を制御することで、ウインドファーム全体の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、ウインドファーム全体の出力を出力上限値近傍に迅速に到達させることができる。
本発明の一実施形態に係る風車の出力制御方法は、風車の出力上限値の出力に対する差分を求めるステップと、前記差分の大きさに応じて前記風車の最大出力レートを設定するステップと、前記出力の変化レートが前記最大出力レートを超えないように、前記風車の出力指令値を算出するステップと、前記出力指令値に基づいて前記風車の出力を制御するステップとを備え、前記最大出力レートを設定するステップでは、少なくとも前記差分の絶対値が閾値以下の範囲において、前記差分の絶対値が大きいほど前記最大出力レートを大きな値に設定することを特徴とする。
上記風車の出力制御方法によれば、風車出力の変化レートを制限するための最大出力レートを、風車出力と出力上限値との差分が大きいほど大きな値に設定するようにしたので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、風車出力を出力上限値近傍に迅速に到達させることができる。
すなわち、風車出力と出力上限値との差分が大きく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が低い場合には、比較的大きな最大出力レートを用いることで、風車出力が出力上限値近傍に到達するまでの時間を短縮できる。また、風車出力と出力上限値との差分が小さく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が高い場合には、比較的小さな最大出力レートを用いることで、出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。
本発明によれば、風車出力の変化レートを制限するための最大出力レートを、風車出力と出力上限値との差分が大きいほど大きな値に設定するようにしたので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、風車出力を出力上限値近傍に迅速に到達させることができる。
風力発電装置の全体構成の一例を示す図である。 一実施形態に係る風力発電装置の構成例を示す図である。 有効電力指令値Ｐ＊の算出を行うためのロジックを示すブロック図である。 上昇用テーブル及び下降用テーブルの一例を示すグラフである。 テーブル更新部における上昇用テーブルの更新の様子を示すグラフである。 テーブル更新部における下降用テーブルの更新の様子を示すグラフである。 テーブル更新部によるルックアップテーブルの更新の手順を示すフローチャートである。 一実施形態における風車の出力制御の様子を示すグラフである。 異常判定部を備えた風車の出力制御装置の構成例を示す図である。 風車の出力上限値が設定された場合の出力制御を行うためのロジックを示すブロック図である。
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載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、特定的な記載がない限り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。
図１は、風力発電装置の全体構成の一例を示す図である。同図に示すように、風力発電装置１は、主として、風を受けて回転するロータ２と、ロータ２に接続されたメインシャフト４と、メインシャフト４の回転を増速する増速機６と、増速機６の出力軸７に連結された発電機８とを備える。
ロータ２は、一枚以上のブレード２Ａがハブ２Ｂに取り付けられて構成される。ハブ２Ｂには、メインシャフト４が連結される。ブレード２Ａが受けた風の力によってロータ２全体が回転すると、メインシャフト４を介して増速機６にロータ２の回転が入力される。増速機６の出力軸７には発電機８が連結されており、増速機６の出力軸７から受け取った機械的エネルギーを電気的エネルギー（有効電力）に変換する。発電機８は電力系統１４（図２参照）に連系されており、発電機８において生成された有効電力は電力系統１４に供給されるようになっている。
なお、他の実施形態では、発電機８は増速機６を介さずに直接的にメインシャフト４に接続されていてもよいし、増速機６に替えて油圧トランスミッションを用いてメインシャフト４の回転を増速して発電機８に入力してもよい。
なお、ブレード２Ａには、アクチュエータ３が取り付けられている。アクチュエータ３は、ピッチ制御部３２（図２参照）の制御下で作動し、各ブレード２Ａのピッチ角を変化させる。
また、増速機６及び発電機８は、ナセル１０内に収納されていてもよい。ナセル１０は、基礎１１上に立設されたタワー１２によって支持される。なお、風力発電装置１は、地上のみならず、洋上を含む任意の場所に設置されてもよい。
図２は、一実施形態に係る風力発電装置の構成例を示す図である。なお、本実施形態では、風力発電装置１が２重供給可変速風車（ｄｏｕｂｌｙ−ｆｅｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ）である例について説明するが、風力発電装置１は他の方式の風車であってもよい。
例えば、風力発電装置１は、増速機６を介さずにメインシャフト４に直結された多極の同期発電機がＡＣ−ＤＣ−ＡＣリンクを介して電力系統１４に連系されたダイレクトドライブ方式であってもよい。あるいは、風力発電装置１は、増速機６に替えて、容量可変型の油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションがメインシャフト４と同期発電機との間に設けられ、油圧モータに直結された同期発電機が電力系統１４に直接的に連系された油圧ドライブ方式であってもよい。
図２に示す例では、発電機８は、ステータ巻線８Ａ及びロータ巻線８Ｂを有する巻線誘導発電機である。ステータ巻線８Ａは、電力系統１４に直接的に接続されている。一方、ロータ巻線８Ｂは、増速機６の出力軸７とともに回転するようになっており、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣコンバータ２０を介して電力系統１４に接続されている。
ＡＣ−ＤＣ−ＡＣコンバータ２０は、能動整流器２２、ＤＣバス２４及びインバータ２６により構成されている。能動整流器２２は、ロータ巻線８Ｂに生じた交流電力を直流電力に変換し、これをＤＣバス２４に出力する。インバータ２６は、ＤＣバス２４から受け取った直流電力を電力系統１４に合致した周波数の交流電力に変換し、これを電力系統１４に出力する。
能動整流器２２及びインバータ２６は、コンバータ制御部３０からのＰＷＭ信号に従って作動する。コンバータ制御部３０は、主制御装置４０から与えられる有効電力の指令値Ｐ＊及び無効電力の指令値Ｑ＊に応じて、能動整流器２２及びインバータ２６に供給されるＰＷＭ信号を生成する。具体的には、コンバータ制御部３０は、電圧電流センサ１５により計測した発電機８から電力系統１４に供給される電力の電圧Ｖｇｒｉｄと電流Ｉｇｒｉｄから、電力系統１４に出力される有効電力Ｐと無効電力Ｑを算出する。そして、コンバータ制御部３０は、主制御装置４０から与えられた有効電力指令値Ｐ＊及び無効電力指令値Ｑ＊と有効電力Ｐ及び無効電力Ｑとの偏差に応じたＰＷＭ信号を能動整流器２２及びインバータ２６に与える。このようにして、電力系統１４に供給される有効電力Ｐ及び無効電力Ｑを、主制御装置４０で設定された有効電力指令値Ｐ＊及び無効電力指令値Ｑ＊に近づけるようなフィードバック制御が行われる。
主制御装置４０における有効電力指令値Ｐ＊及び無効電力指令値Ｑ＊の決定は、例えば、風車外部の給電指令所により設定された出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ、および、回転数計５で計測した発電機８の回転数ωｇに基づいて行われる。なお、回転数計５は発電機８の回転数ωｇ（出力軸７の回転数）を計測可能であれば特に限定されず、例えばロータリエンコーダやレゾルバを用いることができる。
また、主制御装置４０は、ピッチ制御部３２に対してブレード２Ａのピッチ角の指令値β＊を与える役割も担っている。
図３は、主制御装置４０における有効電力指令値Ｐ＊の算出を行うためのロジックを示すブロック図である。なお、本実施形態では、主制御装置４０と、出力制御部として機能するコンバータ制御部３０とを併せたものが、風車の出力制御装置に相当する。
同図に示すロジックでは、ＰＩ制御器４２において、発電機回転数の現在値ωｇと目標値ωｇ ＊との偏差に応じた出力指令値Ｐ０ ＊を求め、この出力指令値Ｐ０ ＊が出力指令値算出部４４に入力される。なお、発電機８の回転数目標値ωｇ ＊は、少なくとも風力発電装置１の出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに基づいて決定されてもよい。例えば、風車出力が出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに達するまではロータ２の周速比がほぼ最適周速比になるような回転数目標値ωｇ ＊を風速に応じて設定し、風車出力が出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに到達したら出力上限値Ｐｌｉｍｉｔが得られるように回転数目標値ωｇ ＊を設定してもよい。
一方、出力指令値算出部４４には、出力最大値Ｐｍａｘ及び出力最小値Ｐｍｉｎが出力制限器４６から入力され、出力指令値Ｐ＊がＰｍｉｎ以上Ｐｍａｘ以下に制限される。なお、出力最大値Ｐｍａｘ及び出力最小値Ｐｍｉｎは、風力発電装置１の状態（ブレード２Ａのピッチ角の指令値β＊）に応じて適宜設定される。なお、ピッチ角の指令値β＊とともにＰｍａｘ及びＰｍｉｎの設定に用いられる最小ピッチ角βｍｉｎは、ロータ２の出力係数が最大となるようなブレード２Ａのファイン側の限界値を意味する。
さらに、出力指令値算出部４４には、出力指令値の前回値Ｐ＊ ｐａｓｔが出力指令前回値更新部４５から入力される。出力指令前回値更新部４５では、出力指令値算出部４４で得られた出力指令値の現在値Ｐ＊が出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔとして記憶され、この出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔは出力指令値算出部４４における次回の計算ステップに利用される。なお、出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔは、主制御装置４０の制御周期ごとに更新される。
また、出力指令値算出部４４には最大出力レート設定部５０から最大出力レートＶが入力され、風車出力の変化レート（出力指令値Ｐ＊の変化レート）が最大出力レートＶ以下に制限される。
具体的には、ＰＩ制御器４２から入力された出力指令値Ｐ０ ＊と出力指令前回値更新部４５から入力された出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔとの差分を主制御装置４０の制御周期で除算することで、これから実現しようとする風車出力の変化レート（出力指令現在値Ｐ＊の変化レート）Ｖ＊が算出される。この変化レートＶ＊が最大出力レートＶ以下である場合、ＰＩ制御器４２からの出力指令値Ｐ０ ＊がそのまま出力指令現在値Ｐ＊として採用される（ただし、出力指令値Ｐ０ ＊は出力制限範囲Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘの条件を満たしているものとする）。一方、変化レートＶ＊が最大出力レートＶを超えている場合、最大出力レートＶに制御周期を乗算して得られる値と出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔとの和を出力指令現在値Ｐ＊として採用する。
例えば、出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔが１４００ｋＷであり、ＰＩ制御器４２で生成された出力指令値Ｐ０ ＊が１５００ｋＷであり、出力制限器４６で生成された出力最大値Ｐｍａｘが２０００ｋＷ、出力下限値Ｐｍｉｎが１０００ｋＷであり、最大出力レートＶが１００ｋＷ／ｓｅｃであり、制御周期が５０ｍｓｅｃである場合、出力指令現在値Ｐ＊は以下のようにして決定される。
ＰＩ制御器４２で生成された出力指令値Ｐ０ ＊は１５００ｋＷであり、出力制限器４６で生成された出力最大値Ｐｍａｘ以下、且つ、出力最小値Ｐｍｉｎ以上の条件を満たす。これから実現しようとする風車出力の変化レートＶ＊は２０００ｋＷ／ｓｅｃ（＝（１５００ｋＷ−１４００ｋＷ）／５０ｍｓｅｃ）である。この変化レートＶ＊は最大出力レートＶ（＝１００ｋＷ／ｓｅｃ）よりも大きいから、出力指令値Ｐ０ ＊をそのまま出力指令現在値Ｐ＊として採用するのではなく、最大出力レートＶに制御周期を乗算して得られる値と出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔとの和１４０５ｋＷ（＝１４００ｋＷ＋１００ｋＷ／ｓｅｃ×５０ｍｓｅｃ）を出力指令現在値Ｐ＊として採用する。
最大出力レート設定部５０は、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの出力現在値（電力系統１４に供給される有効電力の現在値）Ｐに対する差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔに応じた値を有する最大出力レートＶを設定する。具体的には、最大出力レート設定部５０では、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が所定の閾値以下の範囲において、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が大きいほど最大出力レートが大きな値に設定される。
最大出力レート設定部５０は、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔと最大出力レートＶとの関係を表すルックアップテーブルを用いて、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔに応じた最大出力レートＶを設定してもよい。この場合、図３に示すように、上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６の２種類のルックアップテーブルを設けてもよい。なお、上昇用テーブル５４は出力現在値Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ以下の場合に用いられ、下降用テーブル５６は出力現在値Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔよりも大きい場合に用いられる。
また、図３に示すように、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する出力現在値Ｐのオーバーシュート量又はアンダーシュート量に基づいてルックアップテーブル（上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６）を更新するテーブル更新部６０を最大出力レート設定部５０に設けてもよい。
風力発電装置１を構成するハードウェア（発電機８やＡＣ−ＤＣ−ＡＣコンバータ２０等）の応答特性には、通常、個体差が存在するから、ルックアップテーブル（上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６）の最適な内容は各風車ごとに異なる。そこで、上述のように、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力Ｐのオーバーシュート量又はアンダーシュート量に基づいてルックアップテーブルをテーブル更新部６０により更新することで、ルックアップテーブルの内容を各風車に個別の適切なものとすることができる。また、時間の経過とともにハードウェアの応答特性が変化する場合であっても、ハードウェアの応答特性の変化に追従させてルックアップテーブルの内容を適切に変更できる。
なお、ルックアップテーブルの更新は、オーバーシュート量又はアンダーシュート量自体を用いて行ってもよいし、オーバーシュート量又はアンダーシュート量を反映する任意のパラメータ（例えば図５及び６に示すΔＸ及びＸｐａｓｔ）を用いて行ってもよい。また、テーブル更新部６２は、一定の条件を満たした場合に自動的にルックアップテーブルの更新を行ってもよいし、任意のユーザインタフェースを介してオペレータにより入力されたテーブル更新指令をトリガーとしてルックアップテーブルの更新を行ってもよい。後者の場合、オペレータにより指示された更新内容に従ってルックアップテーブルの更新を行ってもよい。
一実施形態では、図３に示すように、上昇用テーブル５４、下降用テーブル５６、選択器５８、テーブル更新部６０及び出力差分前回値更新部６２により最大出力レート設定部５０を構成してもよい。
このような構成の最大出力レート設定部５０には、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔから出力現在値Ｐを減算することで得られた差分（出力差分現在値）Ｘｐｒｅｓｅｎｔが減算器５２から入力される。具体的には、差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔがルックアップテーブル（上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６）に入力され、各テーブル５４，５６からは差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔに対応するＶｕｐ，Ｖｄｏｗｎがそれぞれ出力される。そして、選択器５８において、差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロ以上の場合（Ｐｌｉｍｉｔ≧Ｐの場合）には上昇用テーブル５４から出力されたＶｕｐが最大出力レートＶとして選択され、この最大出力レートＶｕｐが出力指令値算出部４４に入力される。一方、差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロ未満の場合（Ｐｌｉｍｉｔ＜Ｐの場合）には下降用テーブル５６から出力されたＶｄｏｗｎが最大出力レートＶとして選択され、この最大出力レートＶｄｏｗｎが出力指令値算出部４４に入力される。また、減算器５２で得られた差分（出力差分現在値）Ｘｐｒｅｓｅｎｔはテーブル更新部６０にも入力され、出力差分前回値更新部６２から入力される出力差分前回値Ｘｐａｓｔとともに、ルックアップテーブル（上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６）の更新に用いられる。
図４は上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６の一例を示すグラフである。同図に示すように、上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６は、いずれも、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔから出力現在値Ｐを減算して得られる差分の絶対値｜Ｘ｜が所定の閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２以下の範囲において、前記差分の絶対値｜Ｘ｜が大きいほど最大出力レートＶが大きな値に設定される。言い換えると、差分の絶対値｜Ｘ｜が所定の閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２以下の範囲において、上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６の最大出力レートＶはいずれも｜Ｘ｜に対して単調増加するような関数Ｖ（Ｘ）として規定される。ここで、差分Ｘがゼロ以上の場合（Ｐｌｉｍｉｔ≧Ｐの場合）に用いられる上昇用テーブル５４の最大出力レートＶは出力増加速度の上限値［ｋＷ／ｓｅｃ］を意味する。同様に、差分Ｘがゼロ未満の場合（Ｐｌｉｍｉｔ＜Ｐの場合）に用いられる下降用テーブル５６の最大出力レートＶは出力減少速度の上限値［ｋＷ／ｓｅｃ］を意味する。
なお、差分の絶対値｜Ｘ｜が閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２よりも大きい範囲では、各テーブル５４，５６が示す最大出力レートはそれぞれＶｍａｘ１，Ｖｍａｘ２で一定であってもよい。
また図４に示すように、上昇用テーブル５４が示す最大出力レートＶ（Ｘ）の値は、下降用テーブル５６が示す最大出力レートＶ（Ｘ）の値よりも小さくしてもよい。
出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ以下に風車出力Ｐを抑えるという制約が、可能な限り風車出力Ｐを大きくしたいとの要望よりも優先されることがある。このような場合、上述のように、上昇用テーブル５４の最大出力レートを下降用テーブル５６よりも小さくすることで、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ近傍への風車出力Ｐの迅速な到達に比べて、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ以下への風車出力Ｐの抑制を重視できる。
図５はテーブル更新部６０における上昇用テーブル５４の更新の様子を示すグラフである。
同図に示すように、時刻ｔｐａｓｔにおいて出力上限値Ｐｌｉｍｉｔから出力現在値Ｐを減算して得られた差分がＸｐａｓｔ（＞０）であったところ、時刻ｔｐａｓｔから制御周期Δｔだけ経過した時刻ｔｐｒｅｓｅｎｔにおける出力差分がＸｐｒｅｓｅｎｔ（＜０）になった場合について検討する。この場合、上昇用テーブル５４における差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートＶ（Ｘｐａｓｔ）が過大であったためにオーバーシュートが発生したと考えられる。そこで、これ以降のオーバーシュートを抑制するため、上昇用テーブル５４において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをテーブル更新部６０によってＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸに更新する。このとき、上昇用テーブル５４の関数Ｖ（Ｘ）の連続性が維持されるように、上昇用テーブル５４における差分前回値Ｘｐａｓｔ前後の出力差分絶対値｜Ｘ｜に対応する最大出力レートＶの値も併せて更新してもよい。
なお、図５における符号５５で示す直線は、時刻ｔｐａｓｔにおいて、更新後の上昇用テーブル５４によって規定される最大出力レート（＝Ｖ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸ）により風車出力の変化レートを制限したと仮定した場合における出力差分Ｘの変化を示す仮想的な直線である。直線５５から分かるように、上述のように上昇用テーブル５４を更新することで、次回以降のオーバーシュートは原理的には抑制可能である。
なお、他の実施形態では、上昇用テーブル５４において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをテーブル更新部６０によってＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸよりも小さな値Ｖｎｅｗ（＞０）に更新してもよい。これにより、次回以降のオーバーシュートをより一層効果的に抑制できる。
図６はテーブル更新部６０における下降用テーブル５６の更新の様子を示すグラフである。
同図に示すように、時刻ｔｐａｓｔにおいて出力上限値Ｐｌｉｍｉｔから出力現在値Ｐを減算して得られる差分がＸｐａｓｔ（＜０）であったところ、時刻ｔｐａｓｔから制御周期Δｔだけ経過した時刻ｔｐｒｅｓｅｎｔにおける出力差分がＸｐｒｅｓｅｎｔ（＞０）になった場合について検討する。この場合、下降用テーブル５６における差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートＶ（Ｘｐａｓｔ）が過大であったためにアンダーシュートが発生したと考えられる。そこで、これ以降のアンダーシュートを抑制するため、下降用テーブル５６において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをテーブル更新部６０によってＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸに更新する。このとき、下降用テーブル５６の関数Ｖ（Ｘ）の連続性が維持されるように、下降用テーブル５６における差分前回値Ｘｐａｓｔ前後の出力差分絶対値｜Ｘ｜に対応する最大出力レートＶの値も併せて更新してもよい。
なお、図６における符号５７で示す直線は、時刻ｔｐａｓｔにおいて、更新後の下降用テーブル５６によって規定される最大出力レート（＝Ｖ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸ）により風車出力の変化レートを制限したと仮定した場合における出力差分Ｘの変化を示す仮想的な直線である。直線５７から分かるように、上述のように下降用テーブル５６を更新することで、次回以降のアンダーシュートは原理的には抑制可能である。
なお、他の実施形態では、下降用テーブル５６において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをテーブル更新部６０によってＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸよりも大きな値Ｖｎｅｗ（＜Ｖ（Ｘｐａｓｔ））に更新してもよい。これにより、次回以降のオーバーシュートをより一層効果的に抑制できる。
図７はテーブル更新部６０によるルックアップテーブルの更新の手順を示すフローチャートである。
同図に示すように、ステップＳ２において、出力差分前回値更新部６２から出力される出力上限値Ｐｌｉｍｉｔと出力現在値Ｐとの差分の前回値Ｘｐａｓｔから、減算器５２から出力される出力上限値Ｐｌｉｍｉｔと出力現在値Ｐとの差分の現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔへの変化量の絶対値ΔＸ（＝｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ−Ｘｐａｓｔ｜）を求める。そして、前記変化量の絶対値ΔＸと差分現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜とを比較する（ステップＳ４）。
前記変化量の絶対値ΔＸが差分現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きいと判断された場合（ステップＳ４のＹＥＳ判定）、時刻ｔｐａｓｔから時刻ｔｐｒｅｓｅｎｔまでの期間において風車出力（有効電力）Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対してオーバーシュート又はアンダーシュートしたことを意味する。そこで、これ以降のオーバーシュート又はアンダーシュートを抑制するために、ステップＳ６以降において、ルックアップテーブルの更新が行われる。一方、前記変化量の絶対値ΔＸが差分現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜以下であると判断された場合（ステップＳ４のＮＯ判定）、オーバーシュート又はアンダーシュートは発生しなかったことを意味する。この場合、ルックアップテーブルの更新を行う必要はない。
ステップＳ６では差分現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロ以上であるか否かが判定される。差分現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロ以上である場合、時刻ｔｐａｓｔから時刻ｔｐｒｅｓｅｎｔまでの期間において風車出力（有効電力）Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対してアンダーシュートしたことを意味する。そこで、これ以降のアンダーシュートを抑制するため、下降用テーブル５６の更新が行われる（ステップＳ８）。この場合、下降用テーブル５６において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸに更新してもよい（図６の直線５７参照）。あるいは、他の実施形態では、下降用テーブル５６において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸよりも大きな値Ｖｎｅｗ（＜Ｖ（Ｘｐａｓｔ））に更新してもよい。
これに対し、ステップＳ６において差分現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロ未満である場合、時刻ｔｐａｓｔから時刻ｔｐｒｅｓｅｎｔまでの期間において風車出力（有効電力）Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対してオーバーシュートしたことを意味する。そこで、これ以降のオーバーシュートを抑制するため、上昇用テーブル５４の更新が行われる（ステップＳ１０）。この場合、上昇用テーブル５４において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸに更新してもよい（図５の直線５５参照）。あるいは、他の実施形態では、上昇用テーブル５４において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸよりも小さな値Ｖｎｅｗ（＞０）に更新してもよい。
以上説明したように、本実施形態に係る風車の出力制御装置（主制御装置４０及びコンバータ制御部３０を併せたもの）は、風力発電装置１の出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの出力現在値Ｐに対する差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔを求める出力差分算出部（減算器５２）と、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの大きさに応じて最大出力レートＶを設定する最大出力レート設定部５０と、出力の変化レートが最大出力レートＶを超えないように出力指令値Ｐ＊を算出する出力指令値算出部４４と、出力指令値Ｐ＊に基づいて風車出力（有効電力Ｐ）を制御する出力制御部（コンバータ制御部３０）とを備える。そして、最大出力レート設定部５０では、少なくとも差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２以下の範囲において、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が大きいほど最大出力レートＶが大きな値に設定される。
本実施形態によれば、風車出力の変化レートを制限するための最大出力レートＶを、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの風車出力Ｐに対する差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔが大きいほど大きな値に設定するようにしたので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、風車出力を出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ近傍に迅速に到達させることができる。
すなわち、風車出力Ｐと出力上限値Ｐｌｉｍｉｔとの差分が大きく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が低い場合には、比較的大きな最大出力レートＶを用いることで、風車出力が出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ近傍に到達するまでの時間を短縮できる。また、風車出力Ｐと出力上限値Ｐｌｉｍｉｔとの差分が小さく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が高い場合には、比較的小さな最大出力レートＶを用いることで、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する出力Ｐのオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。
図８は、本実施形態における風車の出力制御の様子を示すグラフである。同図に示すように、本実施形態では、風車出力Ｐと出力上限値Ｐｌｉｍｉｔとの差分が大きい場合には、最大出力レートＶを比較的大きな値に設定するようにしたので、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの近傍に風車出力を迅速に到達させることができる（曲線７０参照）。また、風車出力Ｐと出力上限値Ｐｌｉｍｉｔとの差分が小さい場合には、最大出力レートＶを比較的小さな値に設定するようにしたので、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる（曲線７０参照）。なお、曲線７０の形状は説明例に過ぎず、風車出力の経時変化が曲線７０以外の任意の曲線によって表されてもよいことは言うまでもない。
一方、図１０のように最大出力レートＶを風車出力Ｐと出力上限値Ｐｌｉｍｉｔとの差分の大きさによらず固定した場合、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が許容範囲内に収まる程度の小さな最大出力レートＶを用いざるを得ず、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの近傍に風車出力が到達するまでに多大な時間を要する（曲線７２参照）。また、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力のオーバーシュート及びアンダーシュートもある程度発生してしまう（曲線７２参照）。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
例えば、上述の実施形態では、風力発電装置１単体の出力を制御する出力制御装置について説明したが、本発明は、ウインドファームに属する複数の風車の合計出力を制御する場合にも適用可能である。
この場合、減算器（出力差分算出部）５２では、ウインドファームに属する複数の風車の合計出力上限値Ｐｌｉｍｉｔと合計出力現在値Ｐとの差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔを求め、最大出力レート設定部５０では、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの大きさに応じて複数の風車の全体としての最大出力レートを設定する。そして、出力指令算出部４４において複数の風車の全体としての出力指令値（合計出力指令値）Ｐ＊を算出し、この合計出力指令値Ｐ＊が実現されるように各風車のコンバータ制御部（出力制御部）３０に個別の出力指令値（例えば全体としての出力指令値Ｐ＊を風車個数Ｎで除算した値）を与える。
また、上述の実施形態において、風力発電装置１の異常を検出する異常判定部を追加的に設けてもよい。
図９は異常判定部を備えた風車の出力制御装置の構成例を示す図である。同図に示す出力制御装置は、図３に示す出力制御装置に対して異常判定部８０を追加的に設けたものである。よって、図３に示す出力制御装置と同一の箇所には共通の符号を付し、ここではその説明を省略し、異常判定部８０のみについて説明する。
異常判定部８０は、ルックアップテーブルの更新頻度とオーバーシュート量又はアンダーシュート量の経時変化との少なくとも一方に基づいて、風車の異常の有無を判定するようになっていてもよい。
例えば、異常判定部８０は、テーブル更新部６０から受け取ったルックアップテーブルの更新頻度に関する情報に基づいて、ルックアップテーブルの更新頻度が所定の閾値を超えているか否かを判断して、風車の異常を検出してもよい。ルックアップテーブルの更新頻度が想定以上である場合、風車に異常（想定以上の急激な劣化や故障）が発生していると考えられる。よって、ルックアップテーブルの更新頻度に基づいて風車の異常の有無を判定することで、風車の状態を監視することができる。
あるいは、異常判定部８０は、テーブル更新部６０から受け取ったオーバーシュート量又はアンダーシュート量の経時変化に関する情報に基づいて、所定期間におけるオーバーシュート量又はアンダーシュート量の増加量が所定の閾値を超えているか否かを判断して、風車の異常を検出してもよい。オーバーシュート量又はアンダーシュート量が突然大きくなった場合、風車に異常（想定以上の急激な劣化や故障）が発生していると考えられる。よって、オーバーシュート量又はアンダーシュート量の経時変化に基づいて風車の異常の有無を判定する異常判定部を設けることで、風車の状態を監視することができる。
１ 風力発電装置（風車）
２ ロータ
２Ａ ブレード
２Ｂ ハブ
３ アクチュエータ
４ メインシャフト
５ 回転数計
６ 増速機
７ 出力軸
８ 発電機
８Ａ ステータ巻線
８Ｂ ロータ巻線
１０ ナセル
１１ 基礎
１２ タワー
１４ 電力系統
１５ 電圧電流センサ
２０ ＡＣ−ＤＣ−ＡＣコンバータ
２２ 能動整流器
２４ ＤＣバス
２６ インバータ
３０ コンバータ制御部
３２ ピッチ制御部
４０ 主制御装置
４２ ＰＩ制御器
４４ 出力指令値算出部
４５ 出力指令前回値更新部
４６ 出力制限器
４８ ＣＣＵ
５０ 最大出力レート設定部
５２ 減算器
５４ 上昇用テーブル
５６ 下降用テーブル
５８ 選択器
６０ テーブル更新部
６２ 出力差分前回値更新部
８０ 異常判定部
１１０ 最大出力レート設定部
１４２ ＰＩ制御器
１４４ 出力指令値算出部
１４５ 出力指令前回値更新部
１４６ 出力制限器
１４８ ＣＣＵ
１４９ 出力制御部

Claims (9)

  1. 風車の出力上限値の出力に対する差分を求める出力差分算出部と、
    前記差分の大きさに応じて前記風車の最大出力レートを設定する最大出力レート設定部と、
    前記出力の変化レートが前記最大出力レートを超えないように、前記風車の出力指令値を算出する出力指令値算出部と、
    前記出力指令値に基づいて前記風車の出力を制御する出力制御部とを備え、
    前記最大出力レート設定部は、少なくとも前記差分の絶対値が閾値以下の範囲において、前記差分の絶対値が大きいほど前記最大出力レートを大きな値に設定することを特徴とする風車の出力制御装置。
  2. 前記差分と前記最大出力レートとの関係を表し、前記最大出力レート設定部における前記最大出力レートの設定に用いられるルックアップテーブルと、
    前記出力上限値に対する前記出力のオーバーシュート量又はアンダーシュート量に基づいて前記ルックアップテーブルを更新するテーブル更新部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の風車の出力制御装置。
  3. 前記差分の過去値Ｘｐａｓｔから前記差分の現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔへの変化量の絶対値をΔＸとし、前記ルックアップテーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶとしたとき、
    前記テーブル更新部は、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きい場合、前記ルックアップテーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸに更新することを特徴とする請求項２に記載の風車の出力制御装置。
  4. 前記ルックアップテーブルは、前記出力が前記出力上限値よりも小さい場合に用いる上昇用テーブルと、前記出力が前記出力上限値よりも大きい場合に用いる下降用テーブルとを含み、
    前記差分に対応する前記最大出力レートは、前記上昇用テーブルのほうが前記下降用テーブルに比べて小さいことを特徴とする請求項２に記載の風車の出力制御装置。
  5. 前記差分の過去値Ｘｐａｓｔから前記差分の現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔへの変化量の絶対値をΔＸとし、前記上昇用テーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶとしたとき、
    前記テーブル更新部は、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きく、且つ、前記現在値がＸｐｒｅｓｅｎｔ＜０を満たす場合、前記上昇用テーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸよりも小さな値に更新することを特徴とする請求項４に記載の風車の出力制御装置。
  6. 前記テーブル更新部における前記ルックアップテーブルの更新頻度に基づいて、前記風車の異常の有無を判定する異常判定部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の風車の出力制御装置。
  7. 前記オーバーシュート量又は前記アンダーシュート量の経時変化に基づいて、前記風車の異常の有無を判定する異常判定部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の風車の出力制御装置。
  8. 前記出力差分算出部は、ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力上限値の前記出力に対する差分を求め、
    前記最大出力レート設定部は、前記差分の大きさに応じて前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記最大出力レートを設定し、
    前記出力指令値算出部は、前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力指令値を算出し、
    前記出力制御部は、前記出力指令値に基づいて前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の風車の出力制御装置。
  9. 風車の出力上限値の出力に対する差分を求めるステップと、
    前記差分の大きさに応じて前記風車の最大出力レートを設定するステップと、
    前記出力の変化レートが前記最大出力レートを超えないように、前記風車の出力指令値を算出するステップと、
    前記出力指令値に基づいて前記風車の出力を制御するステップとを備え、
    前記最大出力レートを設定するステップでは、少なくとも前記差分の絶対値が閾値以下の範囲において、前記差分の絶対値が大きいほど前記最大出力レートを大きな値に設定することを特徴とする風車の出力制御方法。

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