KR101155539B1 - 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 제어방법 - Google Patents

Abstract

축전시스템이 병설된 출력변동을 완화하는 풍력발전 등의 재생 가능 에너지 이용 발전시스템에 있어서, 전력 변동 완화시에 자연 에너지의 유효 이용을 가능하게 한다.
풍력발전장치군의 발전전력과 축전시스템의 충방전 전력의 합인 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 출력전력의 상한값을 설정하고, 축전시스템의 충전율에 의거하여 충전 가능한 전력을 연산하며, 설정된 출력전력의 상한값과 연산된 충전 가능한 전력과의 합에 의거하여 풍력발전장치군의 전력제한지령을 연산하고, 전력제한지령에 의거하여 풍력발전장치군의 발전전력을 제한하며, 풍력발전장치군의 발전전력이 발전시스템의 출력전력의 상한값을 초과하는 경우에 있어서, 축전시스템에 충전 가능한 경우에는, 축전시스템에 발전시스템의 출력전력의 상한값을 초과하는 풍력발전장치의 발전전력을 충전한다.

Description

재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION SYSTEM USING RENEWABLE ENERGY}

본 발명은, 축전시스템과 풍차발전장치 등의 재생 가능 에너지 이용 발전장치를 구비하는 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 제어방법에 관한 것이다.

자연계에 존재하는 재생 가능한 에너지를 전력에너지로 변환하는 수단으로서, 풍력발전장치군이 이용되고 있다.

풍력발전장치군의 에너지원은, 시간적으로 변동하는 바람 에너지이기 때문에, 풍력발전장치군의 발전전력도 시간적으로 변동한다.

전력계통은, 전력수요의 크기에 따라 대형 발전기의 발전전력을 조정함으로써, 전력 수급의 밸런스를 유지하고 있다. 이 때문에, 비특허문헌 1에 있는 바와 같이, 변동이 큰 전원인 풍력발전장치군이 대량으로 전력계통에 연계된 경우, 조정력 부족이나, 주파수 변동의 확대가 염려된다.

이것을 방지하기 위하여, 예를 들면 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 풍력발전장치군에 축전시스템을 병설하여, 풍력발전장치군이 변동하는 발전전력을, 축전시스템이 충방전함으로써, 전력계통으로 유출되는 전력변동을 완화하는 등의 수단이 필요하게 된다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2007-124780호 공보

[비특허문헌 1]

「동북계통에의 풍력발전의 연계 가능량의 검토결과」도후쿠 전력주식회사 평성 16년 9월 3일 인터넷<URL:http://www.tohoku-epco.co. jp/oshirase/newene/04/pdf/h18_temp01.pdf>

비특허문헌 1에 나타나 있는 바와 같이, 완화대상이 되는 전력변동은 그 변동주기에 의해 몇개의 영역으로 나뉘어진다. 특히 중간 주기영역이라 불리우는 수분 내지 20분 정도의 변동은, 조정력 부족에 의한 수급 불균형의 확대, 주파수 변동의 확대 등으로 연결될 염려가 있다. 이와 같은 중간 주기영역의 전력변동에 의한 악영향을 회피하기 위해서는, 이 주파수대에 있는 전력변동을 완화할 필요가 있다. 구체적으로는, 임의의 시간에서 시작되는 일정 기간(예를 들면 20분 이내),출력전력의 출력 변동폭을, 소정의 일정값(예를 들면 풍력발전시스템 정격값의 10%) 이내로 억제하는 것이 바람직하다.

중간 주기영역의 전력변동을 완화하는 수단으로서, 예를 들면 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 풍력발전장치군의 발전전력의 평균값에 대하여 소정의 범위를 설치하고, 이 범위를 일탈할 때만 축전지의 충방전을 행하는 수단이 있다.

그러나, 특허문헌 1에 나타낸 제어방식을 사용한 경우, 대상으로 해야 할 중간 주기영역의 변동을 완화하기 위하여, 발전전력의 평균값이라는 간이한 출력 목표값을 사용하기 때문에, 중간 주기영역의 변동 완화에는 기여하지 않는 불필요한 축전지의 충방전이 발생할 염려가 있다.

축전지의 충방전조작에는, 축전지 내부에서의 손실이 반드시 따른다. 이 때문에, 변동완화에 기여하지 않는 축전지의 충방전은, 손실을 증대시키게 되어, 자연 에너지를 최대한 유효하게 이용할 수 없을 염려가 있다.

또한, 풍력발전시스템의 전력 변동 완화에 대하여, 풍속이 급격하게 증가하고 있는 기간은 풍력발전장치의 전력제한이 행해진다. 그러나, 전력제한기능은 본래 이용 가능했던 바람의 에너지를, 피치 각을 조정하여 놓아줌으로써 실현된다. 이것에서는 자연 에너지를 유효하게 이용하고 있지 않다.

본 발명은 축전지를 구비하는 풍력발전 등의 재생 가능 에너지 이용 발전시스템에 있어서, 전력 변동 완화시에 자연 에너지의 유효 이용을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 전력 변동 완화시에 축전지의 충전기능에 의하여, 가능한 한 축전하고, 다 축전하지 못한 전력만을 전력제한기능에 의하여 억제하는 것이며, 구체적으로는 풍력발전장치군과 축전시스템을 갖는 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 제어방법으로서, 풍력발전장치군의 발전전력과 축전시스템의 충방전 전력의 합인 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 출력전력의 상한값을 설정하고, 축전시스템의 충전율에 의거하여 충전 가능한 전력을 연산하며, 설정된 출력전력의 상한값과 연산된 충전 가능한 전력과의 합에 의거하여 풍력발전장치군의 전력제한지령을 연산하고, 전력제한지령에 의거하여 풍력발전장치군의 발전전력을 제한하며, 풍력발전장치군의 발전전력이 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 출력전력의 상한값을 초과하는 경우에 있어서, 축전시스템에 충전 가능한 경우에는, 축전시스템에 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 출력전력의 상한값을 초과하는 풍력발전장치의 발전전력을 충전하는 것을 특징으로 한다.

재생 가능 에너지 이용 발전장치로서, 풍력발전장치군 대신에 태양광 발전시스템 또는 파력 발전 시스템을 이용할 수 있다.

본 발명에 의하면 전력 변동의 완화시에 자연 에너지의 유효 이용이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 풍력발전시스템의 구성을 나타낸 도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에서의 풍력발전장치의 일례를 나타낸 도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 풍력발전장치의 일례를 나타낸 도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에서의 풍력발전장치의 일례를 나타낸 도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에서의 풍력발전장치의 일례를 나타낸 도,
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 축전장치의 일례를 나타낸 도,
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 풍력발전시스템의 출력전력을 나타낸 도,
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 상위 제어장치의 제어계를 설명하는 도,
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에서의 충전율 목표값 작성수단을 나타낸 도,
도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 최대값?최소값 연산수단을 나타낸 도,
도 11은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 충방전 전력지령 작성수단을 나타낸 도,
도 12는 본 발명의 제 1 실시형태에서의 충전율 관리수단을 나타낸 도,
도 13은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 전력제한지령 작성수단을 나타낸 도,
도 14는 본 발명의 제 1 실시형태에서의 충전 가능 전력 연산수단을 나타낸 도,
도 15는 본 발명의 제 1 실시형태에서의 풍력발전시스템의 동작예를 나타낸 도,
도 16은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 풍력발전시스템의 동작예를 나타낸 도,
도 17은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 본 발명의 효과를 나타낸 도,
도 18은 본 발명의 제 2 실시형태에서의 충방전 전력지령 작성수단을 나타낸 도,
도 19는 본 발명의 제 2 실시형태에서의 전력제한지령 작성수단을 나타낸 도,
도 20(a)는 본 발명의 제 2 실시형태에서의 시스템 출력 상한을 설정하지 않은 경우의 풍력발전시스템의 동작예를 나타낸 도,
도 20(b)는 본 발명의 제 2 실시형태에서의 시스템 출력 상한을 설정한 경우의 풍력발전시스템의 동작예를 나타낸 도,
도 21은 본 발명의 제 3 실시형태에서의 풍력발전시스템의 구성을 나타낸 도,
도 22는 본 발명의 제 3 실시형태에서의 충전율 목표값 작성수단을 나타낸 도,
도 23은 본 발명의 제 3 실시형태에서의 충방전 전력지령 작성수단을 나타낸 도,
도 24는 본 발명의 제 3 실시형태에서의 전력제한지령 작성수단을 나타낸 도,
도 25는 본 발명의 제 3 실시형태에서의 출력전력 상한값 연산수단을 나타낸 도,
도 26(a)는 본 발명의 제 3 실시형태에서의 풍력발전시스템의 발전전력 예측값을 사용하지 않은 경우의 동작예를 나타낸 도,
도 26(b)는 본 발명의 제 3 실시형태에서의 풍력발전시스템의 발전전력 예측값을 사용한 경우의 동작예를 나타낸 도,
도 27(a)는 본 발명의 제 3 실시형태에서의 풍력발전시스템의 발전전력 예측값을 사용하지 않은 경우의 동작예를 나타낸 도,
도 27(b)는 본 발명의 제 3 실시형태에서의 풍력발전시스템의 발전전력 예측값을 사용한 경우의 동작예를 나타낸 도,
도 28은 본 발명의 제 4 실시형태에서의 충방전 전력지령 작성수단을 나타낸 도,
도 29는 본 발명의 제 4 실시형태에서의 풍력발전시스템의 동작예를 나타낸 도,
도 30은 본 발명의 제 5 실시형태에서의 충방전 전력지령 작성수단을 나타낸 도,
도 31은 본 발명의 제 5 실시형태에서의 전력제한지령 작성수단을 나타낸 도,
도 32는 본 발명의 제 5 실시형태에서의 전력제한지령 작성수단을 나타낸 도,
도 33은 본 발명의 제 5 실시형태에서의, 축적 에너지와 전력제한지령의 관계를 설명하는 도,
도 34(a)는 본 발명의 실시형태에서의 실시예 1의 제어동작을 나타낸 도,
도 34(b)는 본 발명의 실시형태에서의 실시예 5의 제어동작을 나타낸 도,
도 35는 본 발명의 제 6 실시형태에서의 풍력발전시스템의 구성을 나타낸 도,
도 36은 본 발명의 제 6 실시형태에서의 축전장치의 충방전 가능 범위를 나타낸 도,
도 37(a)는 본 발명의 제 6 실시형태에서의 종래의 충전율 제어를 나타낸 도,
도 37(b)는 본 발명의 제 6 실시형태에서의 본 발명의 충전율 제어를 나타낸 도면이다.

본 발명의 풍력발전시스템은, 소정기간(T1)의 과거에 있어서의 풍력발전장치군과 축전시스템의 출력전력의 합의 최대값과 최소값으로부터, 다음 제어주기(T2)의 미래에 있어서의 출력 가능 범위(R)를 설정한다. 축전시스템은, 풍력발전장치군의 발전전력이, 상기 출력 가능 범위(R)를 일탈하는 경우, 또는 축전지의 충전율이 충전율의 목표범위로부터 일탈하고 있는 경우에만, 충방전 동작을 행한다. 풍력발전시스템은, 이 제어주기(T2)마다 상기 출력 가능 범위를 갱신한다.

또 본 발명의 풍력발전시스템은, 소정기간(T1)의 과거에 있어서의 풍력발전장치군과 축전시스템의 출력전력의 최소값과 축전지의 충전 가능 전력으로부터, 다음 소정시간(T3)의 미래에 있어서의 전력제한지령을 연산하고, 1대 이상의 풍력발전장치로 구성되는 풍력발전장치군은, 소정시간의 미래에 있어서, 풍력발전장치군의 발전전력을 상기 제한지령 이하로 제한한다.

(실시예 1)

본 발명의 제 1 실시예에 대하여, 도 1 내지 도 17을 이용하여 설명한다.

본 발명의 대상이 되는 풍력발전시스템의 구성에 대하여, 도 1을 이용하여 설명한다. 본 발명의 풍력발전시스템은 풍력발전장치군(1), 축전시스템(2), 상위 제어장치(3), 연계 변압기(4)로 구성된다. 풍력발전시스템은, 전력계통(5)에 연계하여, 발전전력을 전력계통(5)에 송전한다. 풍력발전장치군의 연계점에는, 풍력발전장치군의 발전전력(PW)을 계측하는 전력계(6)가 설치된다. 또, 풍력발전소의 연계점에는, 풍력발전소의 출력전력(PS)을 계측하는 전력계(8)가 설치된다. 풍력발전시스템에서는, 축전시스템의 연계점에는, 축전시스템의 충방전 전력(PB)을 계측하는 전력계(7)가 설치되어 있기 때문에, 풍력발전소의 출력전력(PS)은, 풍력발전시스템의 발전전력(PW)과 축전시스템의 충방전 전력(PB)으로부터 연산하여도 된다. 단, 전력계(8)를 설치하여 출력전력(PS)을 직접 계측한 쪽이, 발전전력(PW)과 충방전 전력(PB)으로부터 연산하여 출력전력(PS)을 구한 경우보다 시스템의 제어성능이 좋아진다. 또한, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)과, PW, PB에는, 손실을 고려하지 않으면, 수학식 (1)의 관계가 성립한다.

[수학식 1]

PS = PW + PB

풍력발전시스템을 구성하는 풍력발전장치군(1)에 대하여, 이하에 설명한다. 풍력발전장치군(1)은, 1대 이상의 풍력발전장치(1-1-1, 1-1-2, …, 1-1-n)와, SCADA1-1에 의하여 구성된다. SCADA1-1은, 풍력발전장치군의 운전상황이나, 발전전력 등의 운전정보를 수집하는 역할을 담당한다. 동시에, SCADA1-1은, 상위 제어장치로부터, 풍력발전장치군(1)의 발전전력의 제한지령(PLC)을 수신하고, 하나하나의 풍력발전장치(1-1-1, ?, ?, ?, 1-1-n)의 발전전력의 합이, PLC 이하가 되도록, 하나하나의 풍력발전장치(1-1-1, ?, ?, ?, 1-1-n)에, 각각 전력 제한지령(PLC1, PLC2, ?, ?, ?, PLCn)를 준다.

풍력발전장치(1-1-1, ?, ?, ?, 1-1-n)에 대하여, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5를 이용하여 설명한다. 도 2는, 풍력발전장치의 일 형태를 나타낸 도면이다. 풍력발전장치는, 블레이드(1-1-1-1)에 의하여 바람을 받아, 바람 에너지를 회전 에너지로 변환한다. 회전 에너지는, 발전기(1-1-1-4)에 전달된다. 도 1에서는 발전기(1-1-1-4)로서, 직류여자형 동기발전기(1-1-1-4)를 나타내고 있다. 직류여자형 동기발전기(1-1-1-4)의 스테이터는, 교류/직류 변환기(1-1-1-5), 변환기(1-1-1-6)를 거쳐, 계통에 연계된다. 또, 직류여자형 동기발전기(1-1-1-4)의 회전자도, 여자장치(1-1-1-9)를 거쳐 계통에 접속되어 있고, 여자장치(1-1-1-9)를 제어하여 직류 여자전류의 강약을 조절함으로써, 가변속 운전을 실현하고 있다. 도 3은, 발전기로서, 교류 여자형 동기발전기(1-1-1a-4)를 사용한 풍력발전장치의 예이다. 또한, 도 4는, 발전기로서, 영구 자석형 동기발전기(1-1-1b-3)를 사용한 풍력발전장치의 예이다. 도 2, 도 3, 도 4의 풍력발전장치군은, 모두 전력변환기와 블레이드의 피치각을 조정함으로써, 가변속 운전을 가능하게 하고 있다. 또 이들 풍력발전장치는, 피치각의 제어와, 전력변환기의 제어를 조합함으로써, 그 발전전력을 소정값 이하로 제한하는 것이 가능하다. 또, 도 5는, 발전기로서, 유도발전기(1-1-1c-4)를 사용한 풍력발전장치의 예이다. 도 5에 나타낸 풍력발전장치는, 유도발전기(1-1-1c-4)의 고정자가, 전력변환기를 거치지 않고, 직접 전력계통에 연계한다. 이, 유도발전기(1-1-1c-4)를 사용한 풍력발전장치도, 피치각을 제어함으로써, 그 발전전력을 소정값 이하로 제한하는 것이 가능하다. 풍력발전장치군(1)은, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5에 나타낸 풍력발전장치 중 어느 한 종류, 또는 이것들의 조합에 의하여 구성된다.

다음에 풍력발전시스템을 구성하는 축전시스템(2)에 대하여 설명한다. 축전시스템(2)은, 1대 이상의 축전장치(2-2-1, 2-2-2, ?, ?, ?, 2-2-m)에 의하여 구성된다. 하나하나의 축전장치에 대하여, 도 6을 이용하여 설명한다. 축전장치(2-1-1)는, 복수의 2차 전지(2-1-1-1)와, 변환기(2-1-1-2), 연계 변압기(2-1-1-3), 차단기(2-1-1-4) 등으로 구성된다. 2차 전지는, 납축전지, 나트륨 유황전지, 레독스 플로우 전지, 리튬 이온전지, 니켈 수소전지, 리튬 이온 캐패시터 중 어느 한 종류, 또는 이것들의 조합에 의하여 구성된다. 또한 도 6은, 축전장치로서, 2차 전지를 사용한 예를 나타내었으나, 2차 전지 대신 캐패시터로서, 전기 2중층 캐패시터나, 콘덴서를 사용하는 형태, 또는, 2차 전지와 캐패시터의 조합, 또는 다른 축전요소의 조합으로 구성하여도, 본 발명의 효과는 동일하다. 또, 축전장치로서, 플라이휠 등의 전기 에너지를 운동 에너지로서 축적 가능한 시스템을 사용하여도, 본 발명의 효과는 잃지 않는다. 축전장치(2-2-1, 2-2-2, ?, ?, ?, 2-2-m)는, 각각 상위 제어장치(3)로부터의 충방전 전력지령에 따라, 풍력발전장치군의 발전전력을 충전, 또는 축적한 전력을 방전할 수 있다. 또, 축전장치(2-2-1, 2-2-2,?,?,?, 2-2-m)는, 각각 축전지의 충전율(SOC)을 계측하고 있고, SOC의 값을 상위 제어장치(3)에 전달한다.

풍력발전장치군(1)에 축전시스템(2)을 병설한 풍력발전시스템은, 축전시스템의 충방전 동작에 의하여 변동이 큰 풍력발전장치군의 발전전력 변동을 완화하는 것이 가능하여, 계통에 악영향을 미치기 어려운 풍력발전시스템이라 할 수 있다.

한편, 축전지의 충방전 동작에는, 전력변환기에 의한 손실, 축전지 내부에서의 손실 등에 의하여 반드시 손실이 따른다. 자연 에너지를 최대한으로 활용하기위해서는, 축전지가 충방전하는 전력량을, 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.

*따라서, 전력변동의 완화와 자연 에너지의 유효이용을 양립시키기 위해서는, 변동완화에 기여하지 않는 불필요한 충방전 동작을, 가능한 한 적게 할 필요가 있다.

풍력발전장치군이 출력하는 발전전력 변동은, 넓은 주파수역에 걸쳐 존재한다. 그 중에서도, 중간 주기영역이라 불리우는 수분 내지 20분 정도의 변동은, 전력계통의 조정력 부족에 의한 수급 불균형의 확대, 주파수 변동의 확대 등으로 연결될 염려가 있다. 이와 같은 중간 주기영역의 전력변동에 의한 악영향을 회피하기 위해서는, 이 주파수대에 있는 전력변동을 완화할 필요가 있다. 구체적으로는, 임의의 시간에서 시작되는 일정 기간(예를 들면 20분 이내) 사이의, 발전전력의 출력변동을, 항상 일정값(예를 들면 풍력발전시스템 정격의 10% 이하) 이내에 들어가는 것, 즉 출력전력의 허용 변동폭 이내에 들어가는 것이 유효하다.

풍력발전시스템의 전력변동이 정격값의 10% 이하 정도이면, 풍력발전장치군이 많이 연계된 경우에도, 계통에 미치는 영향을 작게 하는 것이 가능하다. 이하에서는, 임의의 시각에서 시작되는 20분간의 전력변동을, 풍력발전시스템 정격의 10% 이하에 들어가는 제어방식에 대하여 설명한다.

20분간의 전력변동을, 풍력발전시스템 정격의 10% 이하로 억제하면서, 또한 축전지의 충방전 전력량을 가능한 한 적게 하기 위해서는, 도 7에 나타내는 제어를 실현하면 된다. 즉, 소정의 기간(도 7에서는 19분간) 전부터, 현재 시각(t)까지의 풍력발전시스템의 출력전력(PS)의 출력 변동폭으로부터, 다음 제어기간(도 7에서는 1분간)에서의 PS의 출력 가능 범위(R)를 설정한다. 구체적으로는, 소정 기간의 과거(도 7에서는 19분간)에 있어서의 PS의 최소값(PSmin)에 10%를 가한 것을, 범위(R)의 상한으로 설정하고, 소정 기간의 과거에 있어서의 PS의 최대값(PSmax)에서 10%를 감산한 값을, 범위(R)의 하한으로 설정한다.

다음 제어기간(도 7에서는 1분간)은, PS가 이 범위 내에 들어가도록, 축전시스템의 충방전 전력(PB)을 조정한다. 축전시스템(2)이 충방전을 행하는 것은, 풍력발전장치군(1)의 발전전력이, 상기 범위를 일탈한 경우나, 또는 축전시스템(2)의 SOC가, 충전율 목표범위를 벗어나 있는 경우뿐이다. 이와 같이 축전시스템(2)의 충방전 제어를 행함으로써, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)의 20분간에 있어서의 전력변동을, 상시 10% 이하로 억제하면서, 또한 축전지의 충방전 전력량을 적게 하는 것이 가능해진다.

또한, 풍력발전시스템의 전력변동을 완화하는 다른 수단으로서, 풍력발전장치군의 전력제한을 이용할 수 있다. 즉, 풍속이 급격하게 증가하고 있는 기간에 있어서, 풍력발전장치의 전력제한기능을 사용함으로써 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW)의 상승을 제한하고, 완화하는 것이 가능하다. 그러나, 전력제한기능은, 원래 이용 가능하였던 바람 에너지를, 피치각을 조정하여 퇴피시킴으로써 실현된다. 이 때문에, 자연 에너지를 유효하게 이용하기 위해서는, 가능한 한 전력제한기능을 사용하지 않는 것이 바람직하다.

이와 같이, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)의 급증을 억제하는 수단으로서는, 가능한 한 축전시스템(2)의 충전을 이용하는 것이 바람직하다. 축전시스템(2)에 충전된 전력은, 손실로 일부를 잃지만, 방전함으로써 유효 이용할 수 있기 때문이다. 따라서, 자연 에너지를 유효하게 이용하기 위해서는, 축전지의 충전기능에 의하여 가능한 한 축전하고, 축전할 수 없었던 전력만을, 전력제한기능에 의해 억제하는 것이 필요하다.

이후에서는, 축전지의 충방전 전력량을 최소한으로 억제하는 제어방식 및 축전시스템(2)의 충전기능을 이용하여, 전력제한기능을 가능한 한 사용하지 않는 제어방식을 실현하는 풍력발전시스템에 대하여 상세하게 설명한다.

*도 8은, 본 발명의 풍력발전시스템을 구성하는 상위 제어장치(3)의 제어구성을 나타낸 도면이다. 상위 제어장치(3)는, 풍력발전장치군의 발전전력(PW), 풍력발전시스템의 출력전력(PS)[출력전력(PS)을 풍력발전장치군의 발전전력(PW)과 축전시스템의 충방전 전력(PB)으로부터 구한 경우에는, 축전시스템의 충방전 전력(PB)], 축전장치의 충전율(SOC1, SOC2, ?, ?, ?, SOCm)에서, 축전지장치의 충방전 전력지령(PBC1, PBC2,?,?,?, PBCm)과 풍력발전장치군(1)의 전력제한지령(PLC)을 결정한다. 상위 제어장치(3)는, SOC 목표값 연산부(3-1)에서, 축전시스템(2)의 충전율 목표값(SOCT)을 연산한다. 또, 상위 제어장치(3)는, 전력계(8)를 설치하지 않은 경우에는, PW와 PB를 가산함으로써, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)을 연산한다. 도 8에서는 PW와 PB를 가산함으로써, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)을 연산하는 예를 도시하고 있다. 전력계(8)를 설치하여 검출된 출력전력(PS)을 이용하는 경우에는, 전력계(8)로부터의 출력전력(PS)의 검출값이 최대값?최소값 연산부(3-2)에 직접 입력된다(도시 생략). 최대값?최소값 연산부(3-2)에는, 발전전력(PW)과 충방전 전력(PB)의 합인 출력전력(PS)을 기록하는 출력전력 기록 메모리(도시 생략)가 설치되어 있다. 또한, 여기서 발전전력(PW)과 충방전 전력(PB)의 합인 출력전력(PS)으로서는, 전력계(8)로 검출한 출력전력(PS)을 포함한다. 또, 전력계(6)와 전력계(7)로 각각 검출된 PW와 PB를 가산하는 경우에는, 손실을 고려하면, 전력계(8)로 검출한 출력전력(PS)와 일치하지 않는 경우가 있으나, 출력전력(PS)으로서 처리한다. 상위 제어장치(3)는, 최대값?최소값 연산부(3-2)에서, 출력전력 기록 메모리로부터 출력전력의 정보를 판독하고, 과거 19분간에 있어서의 PS의 최대값(PSMax)과 최소값(PSMin)을 연산한다. 또 상위 제어장치(3)는, 충방전 전력지령 연산부(3-3)에서, 축전시스템의 충방전 전력지령(PBC)을 연산한다. 충방전 전력지령(PBC)은, 충방전 전력지령 분배부(3-5)에서, 하나하나의 축전장치(2-1-1, 2-1-2, ?,?,?, 2-1-m)에의 충방전 전력지령(PBC1, PBC2,?,?, ?, PBCm)으로 분배되고, 하나하나의 축전장치에 전달된다. 또한 축전시스템의 충방전 전력지령(PBC)과, 하나하나의 축전장치에 대한 충방전 전력지령(PBC1, PBC2,?,?,?, PBCm)에는, 수학식 2에 나타내는 관계가 성립한다.

[수학식 2]

PBC = PBC1 + PBC2 + PBC3 + …… + PBCm

상위 제어장치(3)는, 전력제한지령연산부(3-4)에서, 풍력발전장치군의 전력제한지령(PLC)을 연산한다.

다음에, SOC 목표값 연산부(3-1)의 동작에 대하여, 도 9를 이용하여 상세하게 설명한다. SOC 목표값 연산부(3-1)는, 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW)으로부터, 축전시스템(2)의 충전율 목표값(SOCT)을 연산한다. 축전시스템(2)의 충전율목표값으로서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, PW와 SOCT가 1 대 1로 대응하는 값을 내부에 유지하여 두고, 이 내부값을 참조함으로써, SOCT를 결정한다. 또한 SOCT의 결정 방법은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 반드시 PW에 의존할 필요는 없고, 예를 들면 PW에 의존하지 않고, 일정값이어도 본 발명의 효과는 잃지 않는다.

다음에, 최대값?최소값 연산부(3-2)의 동작에 대하여, 도 10을 이용하여 상세하게 설명한다. 최대값?최소값 연산부(3-2)는, 현재의 시각에서 일정기간 과거의 PS를 내부 메모리에 보존한다. 또, 최대값?최소값 연산부(3-2)는, 현재의 시각에서 일정기간 과거 사이에서의 PS의 최대값(PSMax)과 PSMin을 연산한다.

다음에, 충방전 전력지령 연산부(3-3)의 동작에 대하여, 도 11을 이용하여 상세하게 설명한다. 충방전 전력지령 연산부(3-3)는, SOC 관리제어부(3-3-1)에서, SOC 관리를 위한 충방전 전력지령의 중간값(PBSOC)을 작성한다. 충방전 전력지령 연산부(3-3)는, PBSOC에 PW를 더한 값(PBC1)을 작성하고, 이것에 리미터(3-3-2)와 리미터(3-3-3)를 작용시킴으로써, 충방전 전력지령의 중간값(PBC3)을 구한다. 충방전 전력지령 연산부(3-3)는, 중간값(PBC3)에서 PW를 감산함으로써, 충방전 전력지령(PBC)을 구한다. 1번째 리미터(3-3-2)는, 상한값을 PSMin에 풍력발전시스템 정격의 10%를 가산한 값, 하한값을 PSMax에서 풍력발전시스템 정격의 10%를 감산한 값으로 설정한다. 이 리미터(3-3-2)의 효과에 의하여 임의의 20분간 단면에서, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)의 변동을 10% 이하로 억제할 수 있다. 또, 풍력발전장치군의 발전전력(PW)이, 리미터의 범위 내에 들어가 있을 때는, 축전시스템은 충방전하지 않고, 불필요한 충방전을 피할 수 있다. 두번째 리미터(3-3-3)는, 상한값을 풍력발전시스템 정격 100%, 하한값을 0%로 설정한다. 리미터(3-3-3)의 효과에 의하여 풍력발전시스템의 출력전력(PS)이, 풍력발전시스템의 정격을 초과하는, 또는 PS가 음의 값이 되고, 풍력발전시스템이 충전상태가 되는 것을 방지할 수 있다.

다음에, SOC 관리제어부(3-3-1)의 동작에 대하여, 도 12를 이용하여 설명한다. SOC 관리제어부(3-3-1)는, 각 축전장치(2-1-1, 2-1-2, ?, ?, ?, 2-1-m)의 충전율을 목표 충전율에 근접하는 충방전 전력지령을 작성한다. 구체적으로는, SOC 관리제어부(3-3-1-1)에 나타낸 바와 같이, 축전장치의 충전율의 측정값(SOC1)을 충전율의 목표값(SOCT)과 비교한다. 이때, SOC1이 SOCT + 불감대(예를 들면 2%)보다 크면, 충방전 전력지령(PBSOCT1)으로서, 풍력발전시스템 정격의 10%의 방전전력지령을 작성한다. 마찬가지로, SOC1이 SOCT - 불감대(예를 들면 2%)보다 작으면, 충방전 전력지령(PBSOCT1)으로서, 풍력발전시스템 정격의 10%의 충전전력지령을 작성한다. SOC1이 SOCT ± 불감대 내에 들어가 있으면, PBSOCT1로서 0[kW]를 작성한다. S0C 관리제어부(3-3-1)는, 이 연산을 모든 축전장치(2-1-1, 2-1-2, ?, ?, ?, 2-1-m)에 대하여 실시하고, 얻어진 충방전 전력지령(PBSOCT1, PBSOCT2, ?, ?, ?, PBSOCTm)을 가산함으로써, 축전시스템의 충방전 전력지령(PBCSOC)을 작성한다. 이와 같은 제어동작을 행함으로써 축전지의 불필요한 충방전을 방지할 수 있다.

다음에, 전력제한지령 연산부(3-4)의 동작에 대하여, 도 13을 이용하여 설명한다. 전력제한지령 연산부(3-4)는, 충전 가능 전력 연산부(3-4-1)에서, 축전시스템(2)의 충전율(SOC)로부터, 축전시스템이 충전 가능한 전력값(PBChargeMax)을 연산한다. 전력제한지령 연산부(3-4)는, 과거 19분 동안에 있어서의 풍력발전시스템의 출력전력의 최소값(PSMin)과 PBChargeMax, P2(예를 들면 풍력발전시스템 정격의 10%. 출력전력의 허용 변동 폭과의 관련에 의해 설정.)를 가산한 값을, 풍력발전장치군의 전력제한지령(PLC)으로 한다.

이와 같이 PLC를 결정함으로써, 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PS)이 급증한 경우에도, 가능한 한 축전지가 충전되고, 충전할 수 없었던 전력만을 전력제한기능으로 억제한다. 동시에, 임의의 20분간 단면에 있어서, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)의 변동을 10% 이하로 억제할 수 있다.

다음에, 충전가능 전력 연산부(3-4-1)의 동작에 대하여, 도 14를 이용하여 설명한다. 충전 가능 전력 연산부(3-4-1)는, 각 축전장치(2-1-1, 2-1-2, ?, ?, ?, 2-1-m)의 충전 가능 전력값으로부터, 축전시스템(2)의 충전 가능 전력(PBChargeMax)을 연산한다. 구체적으로는, 충전 가능 전력 연산부(3-4-1-1)에서, 축전장치(2-1-1)의 충전율 측정값(SOC1)으로부터, 축전장치(2-1-1)의 충전 가능전력(PBChargeMax1)을 연산한다. 2차 전지 등의 축전장치(2-1-1, 2-1-2,?,?,?, 2-1-m)는, SOC에 의해 충방전 가능한 범위가 변화된다. 충전 가능 전력 연산부(3-4-1-1)는, 축전장치(2-1-1, 2-1-2,?,?,?, 2-1-m)의 특성에 따른 충방전 가능영역을 메모리 내에 축적하고 있고, 충전지의 측정값(SOC)에 따라, 대응하는 충전 가능 전력값(PBChargeMax1)을 메모리로부터 판독한다. 충전 가능 전력 연산부(3-4-1)는, 이 연산을 모든 축전장치(2-1-1, 2-1-2,?,?,?, 2-1-m)에 대하여 실시하고, 얻어진 충전 가능 전력(PBChargeMax1, PBChargeMax2, ?, ?, ?, PBChargeMaxm)을 가산함으로써, 축전시스템(2)의 충전 가능 전력(PBChargeMax)을 연산한다. 또한, 도 14에서는 PBChargeMax를 축전장치의 충전율(SOC)만으로 결정하고 있으나, 축전장치의 온도나, 축전장치의 사용년수, 총 충방전 전력량 등을 고려하여, PBChargeMax를 보정하여도 된다.

다음에, 본 발명의 풍력발전시스템의 동작예에 대하여, 이하에 설명한다. 도 15는, 본 발명의 축전시스템(2)에 의한 변동 완화 동작을, 시뮬레이션에 의하여 구한 결과이다. 도 15 상단의 그래프는, 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW), 풍력발전시스템의 출력전력(PS), PS의 출력 가능 범위(R)를 나타내고 있다. 도 15에 서 출력 가능 범위(R)는 20분간의 변동이, 풍력발전시스템의 10% 이하가 되도록 설정되어 있고, 이 범위 내이면, 임의의 시각에서 시작되는 20분간에 있어서, 풍력발전시스템의 변동을 10% 이하로 억제하고 있게 된다. 도 15에 나타내는 풍력발전시스템의 출력전력(PS)은, 상시 이 출력 가능 범위(R)에 들어가 있고, 출력변동 20분간 10% 이내를 실현하고 있다. 도 15 하단의 그래프는, 축전시스템(2)의 충방전 전력(PB)과, 축전시스템(2)의 충전율(SOC)을 나타내고 있다. 또한, 도 15의 시뮬레이션에서는, 축전시스템(2)의 충전율 목표값 범위를 (50%±2% = 48%～52%)로 설정하고 있다. 도 15의 시각 3[hour]보다 이전의 시각에서는, 20분간의 변동폭이 10% 이하이고, 또한 SOC가 충전율 목표범위에 들어가 있기 때문에, 축전시스템(2)이 충방전을 행하지 않는다. 따라서, 축전지의 충방전을 가능한 한 행하지 않는, 본 발명의 과제를 달성할 수 있다. 또 시각 4.5[hour] 전후에서는, 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW)이 출력 가능 범위(R) 내에 들어가 있음에도 불구하고, 축전지가 충전동작을 행하고 있다. 이것은, 축전시스템(2)의 충전율(SOC)을 충전율 목표범위 내로 들어가기 위한 동작이고, 이 충전동작에 의하여 SOC를 충전율 목표범위 내로 들어가게 할 수 있다. 또, 이 SOC 관리를 위한 충전조작시에도, PS는 20분간의 변동폭이 10% 이내가 되도록 동작하고 있다.

다음에 도 16을 이용하여, 본 발명의 전력제한제어에 의한, 풍력발전시스템의 동작예에 대하여 설명한다. 도 16은, 본 발명의 전력제한제어에 의한 변동 완화 동작을, 시뮬레이션에 의하여 구한 결과이다. 도 16 상단의 그래프는, 풍력발전장치군의 발전전력(PW), 풍력발전시스템의 출력전력(PS), 풍력발전장치군(1)의 전력제한지령(PLC), 전력제한을 행하지 않았을 때의 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW0)을 나타내고 있다. 풍력발전장치군(1)의 발전전력은, 시각 1.O[hour] 전후에서 상승을 시작하고 있고, 상승 직후는 축전시스템의 충전동작에 의하여 20분간의 변동폭을 10% 이내로 억제하고 있다. 시각 2.0[hour] 전후에서, 축전시스템(2)의 충전율이 100[%]에 도달한다. 축전시스템(2)은 충전율이 100[%] 이상에서는 충전동작을 할 수 없기 때문에, 시각 2.0[hour]에서는 풍력발전장치군(1)의 전력제한기능에 의하여 발전전력(PW)을 억제한다. 이 축전시스템(2)의 SOC에 의존하는 전력제한기능에 의하여 축전시스템(2)의 충전동작을 우선적으로 행함으로써 전력제한기능을 가능한 한 사용하지 않고, 자연 에너지를 유효 이용한다는, 본 발명의 과제를 만족하고 있다.

다음에, 본 발명의 효과에 대하여, 도 17을 이용하여 설명한다. 도 17은 본 발명을, 실존하는 풍력발전시스템에 적용한 경우의 효과를, 시뮬레이션에 의하여 구한 것이다. 구체적으로는, 축전시스템이 병설되어 있지 않은 실존하는 풍력발전시스템의 발전출력 데이터 약 1년분을 기초로, 축전시스템을 병설하였을 때의 동작을, 수치 시뮬레이션으로 구한 결과이다. 시뮬레이션에서는, 축전시스템의 MW 용량을, 풍력발전시스템의 정격용량의 90%로 하고, MWh 용량은 무한대로 하고 있다. 즉, 축전시스템은, 상시 90%의 방전, 90%의 충전이 가능하다. 시뮬레이션에서는, 비교대상을 위해, 본 발명의 축전지 제어 외에, 공지기술인 풍력발전시스템의 출력전력(PS)이, 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW)의 1차 지연에 추종하도록 축전지의 충방전을 행하는 제어방식과, PW의 1차 지연 추종 + 고정폭을 일탈하는 경우만 축전지를 충방전하는 제어에 대해서도, 평가를 행하였다.

도 17은 시뮬레이션 결과에 대하여 정리한 것으로, 일탈 빈도, 축전지의 총충전 전력량, 총방전 전력량, 축전지 충방전에 의한 손실을 나타내고 있다. 또한, 일탈 빈도란, 임의의 시각에서 시작되는 20분간에 있어서, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)이 10%보다 크게 변동하고 있는 사상의 발생빈도이다. 또, 손실은, 축전지의 총 방전전력량으로부터, 축전지의 충방전 효율이 70% 일정하다고 가정하여, 구한 값이다. 1차 지연 추종, 및 1차 지연 추종 + 고정폭 제어에서는, 1차 지연의 시정수가 180분 이상이고 일탈율 0.0[%]를 달성하고 있는 케이스가 있다. 이들 일탈율 0.0[%]를 달성하는 케이스 중, 충방전 손실이 가장 적은 경우에도, 손실이 5.8[%]발생하고 있다. 한편, 본 발명을 실시한 경우, 일탈 빈도가 0.0[%]이고, 또한 손실이 2.1[%]로 매우 적다. 따라서, 본 발명의 과제였던, 축전시스템의 충방전 전력량을 적게 하고, 축전시스템의 충방전에 의한 손실을 감소시킨다는 과제를, 만족하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명의 풍력발전시스템의 구성은, 도 1에 한정되는 것은 아니고, 상위 제어장치(3)가 축전시스템의 제어장치의 기능을 겸하여도, 본 발명의 효과는 동일하다. 마찬가지로, 상위 제어장치(3)가 풍력발전장치군(1)의 SCADA1-1의 기능을 겸하여도, 본 발명의 효과는 잃지 않는다. 또 풍력발전장치군이 SCADA1-1을 가지지 않고, 상위 제어장치(3)가, 하나하나의 풍력발전장치(1-1-1, 1-1-2, …, 1-1-n)에, 직접 전력제한지령을 주는 형태이어도, 본 발명의 효과는 잃지 않는다.

또, 본 발명의 풍력발전장치는, 하나하나의 풍차 모두가 전력제한기능을 가질 필요는 없고, 전력제한기능 대신, 하나하나의 풍차의 운전?정지상태를 변환함으로써, 풍력발전장치군 전체로서, 발전전력을 소정값 이하로 제한하는 기능이 있는 구성을 취하면, 본 발명은 실시 가능하다.

또, 본 실시예에서는, 변동 완화 대상의 전력변동을, 수분 내지 20분 정도의 주파수대로 한정하였으나, 변동 완화해야 할 주파수대는 전력계통마다 다르기 때문에, 전력계통에 따라 제어정수를 바꿈으로써, 본 발명의 효과는 마찬가지로 실현 가능하다.

본 실시예에서는, 발전전력(PW)이 출력 가능 범위(R) 내에 들어가 있고, 또한 충전율(SOC)이 충전율 목표범위에 들어가 있는 동안은, 축전시스템(2)이 충방전을 행하지 않는다. 축전시스템이 충방전을 행하지 않는 동안은, 축전시스템(2)을 구성하는 변환기(2-1-1-2)의 보조기계 전원을 정지하여도 된다. 구체적으로는, 변환기(2-1-1-2)를 구성하는 공냉용 팬의 정지, 제어전원의 공급정지, 반도체소자의 스위칭동작의 정지를 행한다. 이 보조기계 전원의 정지동작에 의하여 축전시스템(2)이 정상적으로 발생하는 손실을 저감시키는 것이 가능해지고, 자연 에너지를 더욱 유효하게 이용할 수 있다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명을 사용함으로써, 풍력발전시스템의 출력변동을 억제하면서, 축전시스템(2)의 충방전에 의한 손실을 저감시킬 수 있다. 또, 본 발명을 사용함으로써, 전력제한에 의한 손실을 저감시킬 수 있다. 또, 본 발명의 효과에 의하여 축전시스템(2)의 충방전 전력량을 저감할 수 있기 때문에, 축전시스템(2)에 필요하게 되는 축전지 용량을 저감시키는 것이 가능하고, 본 발명의 형태인 축전시스템 병설형 풍력발전시스템의 도입을 용이하게 한다. 또, 본 발명의 효과에 의하여 축전시스템(2)의 충방전 전력량을 저감할 수 있기 때문에, 축전장치의 수명을 종래보다 연장시킬 수 있다. 따라서, 본 발명을 사용함으로써 종래 기술보다 유효하게 자연 에너지를 이용할 수 있다.

(실시예 2)

본 발명의 제 2 실시예에 대하여, 도 18, 도 19, 도 20을 이용하여 설명한다.

본 발명의 실시예 1과의 차이는, 풍력발전시스템이 소정의 출력전력 상한지령(PMaxC)을 가지고, 풍력발전시스템의 출력값이 상시, 출력전력 상한지령(PMaxC) 이하가 되도록, 풍력발전장치군의 전력제한과 축전시스템의 충전을 조합하여 동작하는 것이다. 본 발명의 실시예 1과 구성이 다른 부분을, 도 18, 도 19를 이용하여 설명한다.

도 18을 이용하여, 본 실시예에서의 충방전지령 연산부(3a-3)에 대하여 설명한다. 본 실시예의 충방전지령 연산부(3a-3)가, 실시예 1의 충방전지령 연산부(3-3)와 다른 부분은, 리미터(3a-3-3)의 상한값을, 풍력발전시스템의 정격이 아니라, 풍력발전시스템의 정격 이하의 값인 출력전력 상한지령(PMaxC)(본 실시예에서는 풍력발전시스템 정격의 70%)으로 하는 점이다. 본 실시예의 충방전지령 연산부(3a-3)의 그 밖의 부분은, 실시예 1의 충방전지령 연산부(3-3)와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

도 19를 이용하여, 본 실시예에서의 전력제한지령 연산부(3a-4)에 대하여 설명한다. 본 실시예의 전력제한지령 연산부(3a-4)가, 실시예 1의 전력제한지령 연산부(3-4)와 다른 부분은, 최소값 선택 연산부(3a-4-2)가 새롭게 가해진 점이다. 최소값 선택 연산부(3a-4-2)는, (PSMin + 10%)와 PMaxC를 비교하여, 어느 것인지 작은 쪽을 선택한다. 본 실시예의 전력제한지령 연산부(3a-4)의 그 밖의 부분은, 실시예 1의 전력제한지령 연산부(3-4)와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

도 18 및 도 19의 제어구성을 취함으로써, 실시예 2의 풍력발전시스템은, 그 출력 전력값이 항상 PMaxC 이하로 억제된다.

본 발명의 실시예 2의 구성에서의 제어동작과 효과에 대하여, 도 20을 이용하여 설명한다. 축전시스템을 병설하는 풍력발전장치군에서는, 풍력발전시스템 전체의 비용에 차지하는 축전시스템(2) 비용의 비율이, 일반적으로 높다. 이 축전지 시스템(2)의 비용이, 축전시스템 병설형 풍력발전장치군의 도입을 방해하고 있을 염려가 있다.

축전시스템 병설형 풍력발전장치군의 도입을 용이하게 하기 위해서는, 축전시스템(2)의 용량을 가능한 한 줄이는 것이 바람직하다. 그러나, 축전시스템(2)의 용량을 줄이면, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)의 변동이 확대되는 경향에 있다. 예를 들면, 축전시스템의 정격 충방전 전력값(최대 충방전 전력값)을, 풍력발전시스템 정격값의 60%로 한 경우의 동작예를, 도 20에 나타낸다. 또한, 축전시스템의 정격 충방전 전력값은, 일반적으로, 축전시스템의 변환기 용량과 같다.

도 20(a), 도 20(b)에서는, 풍력발전시스템 부근의 풍속이 완만하게 증가하고, 그 후, 시간적으로 급준하게 감소한 경우를 상정하고 있다. 도 20(a)는, 실시예 1에서 설명한 방법에 의하여 전력을 제어한 경우의, 전력과 충전율(SOC)의 시간변화를 나타낸 도면이다. 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW)은, 풍속에 따라 완만하게 증가하고, 그 후, 시간적으로 급준하게 감소한다. 발전전력(PW)의 증가 시는, 축전시스템(2)의 충전동작과, 풍력발전장치군(1)의 전력제한동작에 의하여 변동율을 일정값 이하(본 실시예에서는 20분간의 PS의 변동폭을 10% 이하)로 억제하는 것이 가능하다. 그러나, 발전전력(PW)의 급감시에는, 축전시스템(2)의 방전동작에 의하여 PS의 변동을 완화하는 것이 필요하나, 축전시스템의 정격용량이 풍력발전시스템의 60%밖에 없기 때문에, PS의 변동율을 일정값 이하로 억제할 수 없어, 큰 변동이 발생한다.

도 20(b)는, 본 실시예의 제어동작을 한 경우의, 전력과 충전율(SOC)의 시간변화를 나타낸 도면이다. 본 실시예에서는, 풍력발전시스템의 출력전력 상한지령 (PMaxC)을, 축전시스템의 정격전력값(60%) + 10%로 설정하고 있다. 풍력발전시스템의 출력전력(PS)은, 풍력발전장치군(1)의 전력제한동작과, 축전시스템(2)의 충전동작에 의하여 항상 PMaxC 이하로 억제된다. 이 때문에, 풍속이 급격하게 감소하고, 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW)이 급격하게 감소한 경우에서도, 축전시스템(2)의 방전동작에 의하여 최대 변동폭을 10%(= PMaxC - 축전시스템 정격값) 이하로 억제할 수 있다. 이에 의하여, 풍력발전시스템의 출력전력의 변동을, 일정값 이하(본 실시예에서는 20분간의 PS의 변동폭을 10% 이하)로 억제할 수 있다.

본 실시예에 나타낸 바와 같이, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)을, 풍력발전장치군(1)의 전력제한기능 및 축전시스템(2)의 충전기능으로, 항상 소정값 이하로 함으로써, 축전시스템(2)의 정격용량이, 풍력발전장치군(1)의 정격용량보다 작은 경우에서도, 변동율을 일정값 이하로 억제하는 것이 가능하다. 이 효과에 의하여 축전시스템(2)의 용량을 줄일 수 있어, 축전지 병설형 풍력발전시스템의 도입을 용이하게 할 수 있고, 자연 에너지를 유효 이용할 수 있다.

(실시예 3)

본 발명의 제 3 실시예에 대하여, 도 21 내지 도 27을 이용하여 설명한다.

본 실시예의, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와의 차이는, 풍력발전시스템이, 풍력발전장치군(1)의 전력제한제어 및 축전시스템(2)의 충방전제어에, 기상예측에 의거하는 풍력발전장치군(1)의 발전전력 예측값을 이용하는 점이다.

본 발명의 풍력발전시스템의 구성에 대하여, 도 21을 이용하여 설명한다. 도 21에 나타낸 본 실시예의 풍력발전시스템의 구성요소 중, 도 1과 번호가 같은 것은, 같은 구성 요소이기 때문에 설명은 생략한다. 본 실시예의 풍력발전시스템에서는, 상위 제어장치(3b)가, 신호선(8)을 거쳐, 발전전력 예측 사업자(9)로부터 풍력발전시스템의 발전전력 예측값(PP)을 수신한다. 발전전력 예측 사업자(9)는, 과거의 기상 데이터, 지형 데이터, 풍력발전시스템의 현재의 운전상황, 풍력발전시스템의 과거의 운전 데이터로부터, 미래에 있어서의 발전전력(PP)을 예측한다.

상위 제어장치(3b)의 구성에 대하여, 도 22, 도 23, 도 24, 도 25를 이용하여 설명한다. 본 실시예의 상위 제어장치(3b)의 구성 중에서, 실시예 1의 상위 제어장치(3)(도 8)와 다른 점은, 축전시스템 SOC 목표값 연산부(3b-1), 축전시스템 충방전 전력지령 연산부(3b-3), 풍력발전장치군 전력제한지령 연산부(3b-4)뿐이다. 상위 제어장치(3b)의 구성요소 중, 그 밖의 부분에 대해서는 실시예 1과 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.

본 실시예의 SOC 목표값 연산부(3b-1)의 동작에 대하여, 도 22를 이용하여 설명한다. 도 22 중, 3b-1-1의 동작은, 실시예 1의 SOC 목표값 연산부(3-1)와 동일한 동작을 하기 때문에, 설명은 생략한다. SOC 목표값 연산부(3b-1)는, 내부의 전력예측값 변동율 연산부(3b-1-2)에서, 가까운 장래에 있어서, 발전전력 예측값(PP)이 크게 변동하는 사상을 찾는다. 발전전력 예측값(PP)이 가까운 장래에 있어서 급증하는 경우는, SOC 목표값을 작게 설정한다. 또, 발전전력 예측값(PP)이 가까운 장래에 있어서 급감하는 경우는, SOC 목표값을 크게 설정한다. 가까운 장래에 있어서 발전전력 예측값(PP)의 급변이 없으면, SOC 목표값은, 실시예 1과 마찬가지로 풍력발전장치군의 발전전력(PW)으로부터 결정한다. 본 실시예에서는, 풍력발전시스템은, 이와 같이 축전시스템(2)의 SOC 목표값 연산부(3b-1)의 동작에 따라, SOC의 목표값 SOCT를 발전전력 예측값(PP)에 의거하여 변화시키는 수단을 가진다.

다음에, 본 실시예의 충방전 전력지령 연산부(3b-3)의 동작에 대하여, 도 23을 이용하여 설명한다. 도 23에 나타낸 충방전 전력지령 연산부(3b-3) 중에서, 도 11에 나타낸 충방전 전력지령 연산부(3-3)와 번호가 같은 구성요소는, 실시예 1과 동일한 동작을 하기 때문에, 설명은 생략한다. 본 실시예의 충방전 전력지령 연산부(3b-3)는, 리미터(3b-3-3)에서 상한값을 풍력발전시스템 정격값이 아니라, 출력전력 상한지령(PMaxC)으로 설정한다. PMaxC는, 발전시스템 상한값 연산부(3b-3-4)에서, 풍력발전장치군 출력전력 예측값(PP)으로부터 연산된다.

다음에, 본 실시예의 전력제한지령 연산부(3b-4)의 동작에 대하여, 도 24를 이용하여 설명한다. 도 24에 나타낸 풍력발전장치군 전력제한지령 연산부(3b-4) 중에서, 도 13에 나타낸 풍력발전장치군 전력제한지령 연산부(3-4)와 번호가 같은 구성요소는, 실시예 1과 동일한 동작을 하기 때문에, 설명은 생략한다. 본 실시예의 풍력발전장치군 전력제한지령 연산부(3b-4)는, 최소값 선택 연산부(3b-4-2)에서 (PSMin + 10%)와 PMaxC를 비교하여, 어느 것인가 작은 쪽을 선택한다. PMaxC는, 출력전력 상한값 지령 연산부(3b-4-3)에서, 풍력발전장치군 출력전력 예측값(PP)으로부터 연산된다.

발전시스템 상한값 연산부(3b-3-4) 및 발전시스템 상한값 연산부(3b-4-3)의 동작에 대하여, 도 25를 이용하여 설명한다. 발전시스템 상한값 연산부(3b-3-4)(3 b-4-3)는, 발전전력 예측값(PP)에서, 미래에 있어서 발전전력 예측값(PP)이 급격하게 감소하는 사상을 찾고, 이것에 따라 출력전력 상한지령(PMaxC)을 작성한다. 구체적으로는, PP가 급격하게 감소하는 시각까지, 완만하게 PMaxC를 감소시킨다. 또한, PMaxC의 감소 속도는, 예를 들면 10[%]/20[분]의 일정한 비율로 감소시키고, 또한 PP가 급격하게 감소하는 시각에서, PMaxC가 축전시스템(2)의 정격용량이 되 도록 PMaxC를 설정한다. 또한, PP의 급변이 없는 시간대에서는, PMaxC는 풍력발전시스템 정격값으로 설정한다.

본 실시예에서는, 풍력발전장치군은, 충방전 전력지령 연산부(3b-3), 전력제한지령 연산부(3b-4) 및 상한값 연산부(3b-3-4)의 동작에 의하여 풍력발전장치군의 출력전력 상한지령(PMaxC)을, 기상 예측에 의거하는 풍차발전전력 예측값(PP)에 의하여 변화시키는 수단과, 풍력발전시스템의 출력전력을, 풍력발전장치군(1)의 전력제한기능과, 축전시스템(2)의 충전동작에 의하여 상기 PMaxC 이하로 억제하는 수단을 구비한다.

*본 발명의 본 실시예를 행한 경우의 제어동작예와, 효과에 대하여 도 26, 도 27을 이용하여 설명한다. 도 26(a), 도 26(b)는 풍력발전시스템 근방의 풍속이 급속하게 증대한 현상, 도 27(a), 도 27(b)는 풍속이 급속하게 감소한 현상에서의 동작예를 나타내고 있다.

도 26(a), 도 26(b)를 이용하여, 풍속이 급속하게 증대한 경우의 동작에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서는, 축전시스템(2)으로서, 2차 전지인 납전지나, 나트륨 유황전지, 리튬전지를 사용한 경우를 상정한다. 일반적으로 2차 전지는, 충전율(SOC)이 높은 상태에서는, 충전 가능 전력의 크기가 감소하는 성질을 가진다. 이 때문에, 변동 완화를 위해 축전시스템(2)이 충전동작을 행하는 경우는, 축전시스템(2)의 충전율(SOC)을 낮게 제어함으로써, 충전 가능 전력의 진폭값을 큰 값으로 하여 두는 것이 바람직하다.

도 26(a)는, 본 발명의 실시예 1에 나타낸 제어를 행한 경우의 동작예이다. 도 26(a)에서는, 풍력발전시스템은, SOC 목표값을, 풍력발전장치군의 발전전력(PW) 에 따라 변화시킨다. 이 때문에, 발전전력(PW)의 증가에 따라, 충전율(SOC)도 증대한다. 충전율(SOC)이 높은 값이 되면, 충전 가능 전력의 진폭이 작아지기 때문에, 축전시스템(2)의 충전동작만으로는 변동율을 완화할 수 없게 된다. 풍력발전시스템 출력전력(PS)의 변동율을 일정값 이하로 억제하기 위하여, 풍력발전시스템은 축전시스템(2)으로 충전할 수 없는 전력을, 풍력발전장치군(1)의 전력제한기능에 의하여 억제한다. 이 때문에, 전력제한에 의한 자연 에너지의 손실이 발생한다.

도 26(b)는, 본 발명의 실시예 3에 나타낸 제어를 행한 경우의 동작예이다. 도 26(b)는, 도 22에 나타낸 SOC 목표값 연산부(3b-1)의 동작에 따라, 발전전력(PW)이 급증하기 전에, SOC의 목표값(SOCT)을 0[%]로 설정한다. 이 효과에 의하여 PW가 급증하기 직전에서, SOC가 0[%]부근까지 감소하고 있고, PW가 급증 후의 기간에서도, SOC를 비교적 낮은 값으로 유지하는 것이 가능해진다. SOC가 낮게 유지됨으로써, 축전시스템의 충전 가능 전력의 진폭이 증대하여, 전력제한을 하지 않고, 축전시스템(2)의 충전동작만으로, PS의 변동율을 일정값 이하로 억제하는 것이 가능해진다. 축전시스템(2)에 충전된 전력은, 대부분을 계통에 방전하는 것이 가능하고, 전력제한에 의해 변동을 억제하는 도 26(a)의 경우에 비하여, 자연 에너지를 유효하게 활용할 수 있다.

다음에, 도 27을 이용하여, 풍속이 급속하게 감소한 경우의 동작에 대하여 설명한다. 도 27(a), 도 27(b)에서는, 축전시스템(2)의 변환기 정격이, 풍력발전장치군(1)의 50[%]인 경우를 상정하고 있다. 도 27(a)는, 본 발명의 실시예 1에 나타낸 제어를 행한 경우의 동작예이다. 풍속의 급감에 따라, 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW)도 급감한다. PW 급감시, 풍력발전시스템은 출력전력(PS)의 변동을 완화하기 위하여, 축전시스템(2)에서 방전동작을 행하나, 축전시스템(2)의 정격용량이 50%밖에 없기 때문에, 변동을 완화할 수 없어, 큰 변동이 발생한다.

한편, 도 27(b)는, 본 발명의 실시예 3에 나타낸 제어를 행한 경우의 동작예이다. 도 27(b)에서는, 풍력발전시스템은, 도 22에 나타낸 바와 같이 기상 예측에 의거하는 발전전력 예측값(PP)에 따라 SOC 목표값을 변화시킴과 동시에, 도 23에 나타낸 바와 같이 PP 에 따라 풍력발전시스템의 출력전력(PS)의 출력전력 상한지령 (PMaxC)을 변화시킨다. 풍력발전장치군의 발전전력(PW)의 급감 직전에서, SOC 목표값을 100[%]로 설정함으로써, 발전전력(PW)의 급감 후에 있어서, 변동 완화에 필요한 방전전력 에너지를, 축전시스템(2)에 사전에 확보하여 두는 것이 가능하게 된다. 또, PW의 급감까지, 출력전력 상한지령(PMaxC)을 축전시스템(2)의 변환기 용량 정도까지 감소시켜 두는 동작에 의하여 발전전력(PW)의 급감 직후에 있어서, 축전시스템(2)의 방전동작에 의하여 출력전력(PS)의 변동율을 일정값 이하(본 실시예에서는 20분간의 변동폭을 10% 이하)로 완화하는 것이 가능해진다. 이 효과에 의하여 축전지 병설형 풍력발전장치군의 도입이 용이하게 되어, 자연 에너지를 유효 이용할 수 있다.

또한, 도 21에 나타낸 신호선(8)으로서는, LAN, WAN 등의 네트워크나, 전용선 등으로 구성된다. 또, 본 발명의 효과는, 신호선(8)을 사용하지 않고, 무선신호 등에 의해 발전전력 예측값(PP)을 수신하는 형태이어도, 본 발명의 효과는 동일하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 풍력발전시스템은, 풍력발전장치군(1)의 발전전력 예측값(PP)에 의거하여, 축전시스템(2)의 충전율 목표값(SOCT)을 변화시키는 수단과, 상기 SOCT에 의거하여 축전시스템(2)의 충전율(SOC)을 변화시키는 수단을 가진다. 또, 본 발명의 풍력발전시스템은, 풍력발전장치군(1)의 발전전력 예측값(PP)에 의거하여, 풍력발전시스템의 출력전력 상한지령(PMaxC)을 변화시키는 수단과, 상기 PMaxC에 의거하여, 출력전력(PS)을 PMaxC 이하로 억제하는 수단을 가진다. 본 발명의 효과에 의하여 풍속이 급증하는 조건에서도, 전력제한에의한 에너지의 손실을 회피할 수 있고, 자연 에너지를 유효하게 이용할 수 있다. 또, 풍속이 급감하는 조건에 있어서, 축전시스템(2)의 정격용량이 작은 경우에도, 출력전력(PS)의 변동을 완화하는 것이 가능해진다. 이에 의하여, 축전지 병설형 풍력발전시스템의 도입이 용이해져, 자연 에너지를 유효하게 이용하는 것이 가능해진다.

(실시예 4)

본 발명의 제 4 실시예에 대하여, 도 28, 도 29를 이용하여 설명한다. 본 실시예의 풍력발전시스템의 기본적인 구성은, 실시예 1과 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예의 가장 큰 특징은, 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW)의 변동이 비교적 작을 때는, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)이 발전전력(PW)의 1차 지연 지령에 따르도록 축전지가 충방전을 행하고, 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW)의 변동이, 기준이 되는 폭을 초과할 때에는, 1차 지연 지령에 따르지 않고, PS가 기준이 되는 폭 안으로 들어가도록, 축전지가 충방전하는 것이다.

본 실시예의 제어계에 대하여, 도 28을 이용하여 설명한다. 도 28은, 본 실시예에서의 상위 제어장치(3)의, 충방전 전력지령 연산부(3-3c)의 제어계를 나타낸 도면이다. 본 실시예에서의, 상위 제어장치(3)의 다른 제어계는, 실시예 1과 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.

충방전 전력지령 연산부(3-3c)는, 1차 지연 연산부(3-3c-5)에서, 풍력발전장치군(1)의 발전전력(PW)에 1차 지연 연산을 실시한 중간값(PWLPF)을 작성한다. 충방전 전력지령 연산부(3-3c)는, SOC 관리제어부(3-3-1)에서, SOC 관리를 위한 충방전 전력지령의 중간값(PBSOC)을 작성한다. 충방전 전력지령 연산부(3-3)는, PBSOC에 PWLPF를 더한 값(PBC1)을 작성하고, 이것에 리미터(3-3-2)와 리미터(3-3-3)를 작용시킴으로써, 충방전 전력지령의 중간값(PBC3)을 구한다. 충방전 전력지령 연산부(3-3)는, 중간값(PBC3)으로부터 PW를 감산함으로써, 충방전 전력지령(PBC)을 구한다. 1번째 리미터(3-3-2)는, 상한값을 PSMin에 풍력발전시스템 정격의 10%를 가산한 값, 하한값을 PSMax로부터 풍력발전시스템 정격의 10%를 감산한 값으로 설정한다. 이 리미터(3-3-2)의 효과에 의하여 임의의 20분간 단면에서, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)의 변동을 10% 이하로 억제할 수 있다.

본 발명의 효과에 대하여, 도 29를 이용하여 설명한다. 도 29는, 본 실시예에 나타낸 풍력발전시스템의 동작예를 나타낸 도면이다. 본 실시예의 풍력발전시스템은, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)의 변동이, 20분간에서 10% 이내가 되는 출력 가능 범위(R)를 작성한다. PWLPF가, 상기 출력 가능 범위(R) 내에 들어가는 경우는, 풍력발전시스템의 발전전력(PS)이 PWLPF를 따르도록, 축전시스템(2)의 충방전 전력을 제어한다. PWLPF가, 상기 출력 가능 범위(R)를 일탈하는 경우는, PS가 출력 가능 범위(R)의 상한, 또는 하한에 일치하도록, 축전시스템(2)의 충방전 전력을 제어한다.

본 실시예에 나타낸 제어를 풍력발전시스템이 행함으로써, 1차 지연 추종의 시정수가 작은 값이어도, 풍력발전시스템의 발전전력(PS)의 변동을 소정값 이하로 억제할 수 있다. 이 효과에 의하여 1차 지연 추종의 동작만을 행한 경우에 비하여, 축전시스템(2)의 충방전 전력량을 감소시키는 것이 가능해진다. 축전시스템(2)의 충방전 전력량이 감소하기 때문에, 축전시스템(2)에서 발생하는 손실을 감소시킬 수 있어, 자연 에너지의 유효 이용에 연결된다.

(실시예 5)

본 발명의 제 5 실시예에 대하여, 도 30, 도 31, 도 32, 도 33, 도 34를 이용하여 설명한다. 본 발명의 실시예 2와의 차이는, 풍력발전시스템의 출력전력 상한지령(PMaxC)을, 축전시스템(2)의 축적 에너지로부터 결정하는 것이다.

본 발명의 실시예 2와 구성이 다른 부분을, 도 30, 도 31, 도 32, 도 33을 이용하여 설명한다. 도 30을 이용하여, 본 실시예에서의 충방전지령 연산부(3d-3)에 대하여 설명한다. 본 실시예의 충방전지령 연산부(3d-3)가, 실시예 1의 충방전지령 연산부(3a-3)와 다른 부분은, 리미터(3d-3-3)의 상한값(PMaxC)을, 소정값이 아니라, 축전시스템(2)의 충전율(SOC)로 결정하는 점이다. 본 실시예의 충방전지령 연산부(3d-3)의 그 밖의 부분은, 실시예 2의 충방전지령 연산부(3a-3)와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

다음에 도 31을 이용하여, 본 실시예에서의 전력제한지령 연산부(3d-4)에 대하여 설명한다. 본 실시예의 전력제한지령 연산부(3d-4)가, 실시예 1의 전력제한지령 연산부(3a-4)와 다른 부분은, 출력전력 상한값(PMaxC)을, 소정값이 아니라, 축전시스템(2)의 충전율(SOC)로 결정하는 점이다. 본 실시예의 전력제한지령 연산부(3d-4)의 그 밖의 부분은, 실시예 2의 충방전지령 연산부(3d-4)와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

다음에 도 32를 이용하여, 출력전력 상한지령 연산부(3d-3-4)(3d-4-3)의 동작에 대하여 설명한다. 출력전력 상한지령 연산부(3d-3-4)(3 d-4-3)는, 먼저 축적 에너지 연산부(3d-3-4-1)에서, 축전시스템(2)이 방전 가능한 축적 에너지(E)를, 축전시스템(2)의 충전율(SOC)로부터 연산한다. 출력전력 상한지령 연산부(3d-3-4)(3d-4-3)는, 축적 에너지(E)에 대응하는 출력전력 상한지령(PMaxC)을 내부에 미리 기억하여 두고, 출력전력 상한지령 선택부(3d-3-4-2)에서, PMaxC를 선택한다.

도 33은, 축적 에너지(E)와 출력전력 상한지령(PMaxC)의 관계를 나타낸 것이다. 축전시스템이, 전력 PMaxC으로부터, 변동 완화의 제약(10%/20분)의 변화율에 의하여 방전을 행한 경우, 필요하게 되는 총 방전에너지를 EPMaxC라 한다. 이 때 EPMaxC와, E의 사이에는, 수학식 3에 나타내는 관계를 가지게 한다.

[수학식 3]

총 방전에너지(EPMaxC) < 축적에너지(E)

수학식 (3)과 같은 관계를 가지게 함으로써, 풍력발전장치군(1)의 발전전력이 급감한 경우에서도, 축전시스템(2)의 방전에 의하여 출력전력의 변동을 규정값(10%/20분) 이하로 억제하는 것이 가능해진다.

본 발명의 효과에 대하여, 도 34를 이용하여 설명한다. 도 34는, 시각 t0에서, 풍력발전장치군의 발전전력(PW)이 급감하는 사상을 나타내고 있다. 도 34(a)는, 실시예 1에 나타낸 출력전력 상한이 없는 경우의 동작에 대하여 나타낸 도면이다. 도 34(a)에서는, 시각 t0까지 기간에 있어서, 발전전력이 증가함에 따라, SOC 목표범위도 증가한다. 도 34(a)에 나타낸 바와 같이, SOC가 SOC 목표범위에 따르기 위해서는, 시간적인 지연이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 방전에 필요한 축적 에너지가 부족되는 사상이 발생하는 경우가 있다. 도 34(a)에서는, 시각 t0에서 풍차 출력이 급감하고, 그 후 전력 변동 완화를 위해, 축전시스템(2)이 방전동작을 행한다. 그러나 시각 t1에서, SOC가 0%에 도달하기(축적 에너지가 부족된다) 때문에, 방전동작을 할 수 없어, 큰 전력변동이 발생한다.

한편, 도 34(b)에 나타낸 본 실시예의 제어방식에서는, 축전시스템의 축적 에너지(또는 S0C)에 따라 출력전력 상한(PMaxC)을 변화시킨다. 이 PMaxC의 효과에 의하여 시각 t0에서도 출력전력(PS)은 작은 값이고, 시각 t0에서 풍차 출력이 급감하여도, 축전시스템(2)이 방전하는 데 충분한 축적 에너지를 확보하고 있고, 방전동작에 의해 전력변동을 규정값 이하로 억제할 수 있다.

또한, 본 실시예에 나타낸 풍력발전시스템의 출력전력(PS)의 제한방법은, 실시예 1에 나타낸 축전지의 충방전제어에 한정되는 것이 아니라, 축전지의 제어방식으로서 발전전력(PW)의 1차 지연 신호에 따르는 등의 다른 제어방법을 사용하여도 된다.

본 실시예에 나타낸 바와 같이, 풍력발전시스템의 출력전력(PS)을, 축전시스템(2)의 축적 에너지에 따라 제한함으로써, 풍력발전장치군(1)의 발전전력이 급감하는 사상이 발생하여도, 더욱 확실하게 전력의 변동율을 규정값 이하로 억제하는 것이 가능하다. 이 효과에 의하여 발전소의 도입을 용이하게 할 수 있어, 자연 에너지를 유효 이용할 수 있다.

(실시예 6)

본 발명의 제 6 실시예에 대하여, 도 35, 도 36을 이용하여 설명한다. 본 실시예의 풍력발전시스템의 구성을 도 30에 나타낸다. 도 35 중의 구성요소에 대하여, 번호가 실시예 1과 동일한 것은, 동일한 구성용을 나타낸다. 본 실시예의 가장 큰 특징은, 축전시스템(2)을 구성하는, 각 축전장치(2-1-1, 2-1-2,?,?,?, 2-1-m)의 충전율(SOC)을, 각각 다른 값으로 제어하는 것이다.

본 실시예에서는, 축전장치를 구성하는 축전지로서 2차 전지인 납전지나, 나트륨유황전지, 리튬전지를 사용한 경우를 상정하고 있다. 2차 전지는, 그 특성에 의하여 SOC에 의존하여 충방전 가능 전력값이 변화된다. 일반적으로 축전지의 SOC가 높을 때는, 충전 가능 전력의 진폭이 감소하고, 반대로 SOC가 낮을 때는, 방전 가능 전력의 진폭이 감소하는 경향이 있다. 도 36은, 도 35를 구성하는 축전장치(2-1-1, 2-1-2,?,?,?, 2-1-m)의 충전율(SOC)과, 충방전 가능 전력에 대하여 나타낸 도면이다. 축전장치(2-1-1, 2-1-2,?,?,?, 2-1-m)의 충전율(SOC)이, 도 36과 같은 특성을 가지는 경우, 각 축전장치의 충전율을 다른 값으로 제어함으로써, 충방전 가능 전력의 범위를 증대시킬 수 있다.

도 37(a)와 도 37(b)를 이용하여, 본 실시예의 효과에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 축전시스템(2)이, 모두 10개의 축전장치(2-1-1, 2-1-2,?,?,?, 2-1-10)로 구성되는 것으로 한다. 또, 각 축전장치의 용량은, 정격으로 600[kWh]로 한다. 도 37(a)는, 축전장치의 SOC를 모두 동일한 값(= 40%)으로 제어한 경우를 나타낸다. 이 경우, 각 축전장치의 SOC와 충방전 가능 전력의 관계(도 36)로부터 축전시스템 전체에서의 충전 가능 전력은 40%, 방전 가능 전력은 40%가 된다. 한편, 도 37(b)는, 축전장치의 SOC를 축전장치마다 변화시킨 경우이다. 구체적으로는, 축전장치(2-1-1～2-1-6)의 6개의 축전장치에 대하여, SOC를 60%로 제어하고, 나머지 4개를 SOC 10%로 제어한 경우이다. 축전시스템(2)이 전체에서 축적하고 있는 에너지량은, 2400[kWh]이며, SOC를 통일한 경우와 동일하다. 이 경우, 축전시스템 전체에서의 충전 가능 전력은 40% 이나, 방전 가능 전력은 64%로 확대되어 있다. 방전 가능 전력의 증대에 의하여 축전시스템(2)의 충방전 동작에 의하여 변동 완화할 수 있는 범위가 확대된다.

도 35에 나타낸 상위 제어장치(3d)는, 축전시스템(2)의 평균적인 SOC가 일정한 조건, 또는 축적 에너지가 일정한 조건을 만족한 채로, 축전시스템(2) 전체에서의 충방전 가능 전력이, 최대가 되도록, 각 축전지(2-1-1,?,?, 2-1-10)의 SOC 목표값을 결정한다.

본 실시예의 효과에 의하여 축전시스템(2)의 충방전 가능 전력범위가 확대되고, 충방전 동작에 의해 변동 완화할 수 있는 범위가 확대된다. 이 때문에, 변동완화를 위해, 풍력발전시스템에 필요한 축전시스템(2)의 용량을 삭감할 수 있다. 축전시스템의 용량 삭감에 의하여 축전지 병설형 풍력발전시스템의 도입이 용이하게 되어, 자연 에너지의 유효이용에 연결된다.

본 발명은, 풍력발전장치군 대신에, 출력전력의 변동이 큰 다른 발전시스템에도 적용 가능하다. 구체적으로는, 풍력발전장치군 대신, 태양광 발전시스템, 파력 발전시스템, 또는 이들을 조합시킨 발전시스템 등에 적용이 가능하다.

1 : 풍력발전장치군 1-1 : SCADA
1-1-1, 1-1-2,?,?,?, 1-1-n : 풍력발전장치
1-1-1-1, 1-1-la-l, 1-1-lb-1, 1-1-1c-l : 블레이드
1-1-1-2, 1-1-la-2, 1-1-lb-2, 1-1-1c-2 : 풍속계
1-1-1-3, 1-1-1a-3, 1-1-lb-3, 1-1-1c-3 : 변속기어
1-1-1-4 : 직류여자 동기발전기 1-1-1a-4 : 교류여자 동기발전기
1-1-1b-4 : 영구자석 발전기 또는 유도발전기
1-1-1c-4 : 유도발전기
1-1-1-5, 1-1-1-6, 1-1-1a-6, 1-1-1b-6, 2-1-1-2 : 전력변환기
1-1-1-7, 1-1-la-7, 1-1-1b-7, 1-1-1c-7 : 연계 트랜스포머
1-1-1-8, 1-1-1a-8, 1-1-1b-8, 1-1-1c-8, 2-1-1-4 : 차단기
1-1-1-9 : 여자장치 2 : 축전시스템
2-1-1, 2-1-2, ?, ?, ?, 2-2-m : 축전장치
2-1-1-1 : 2차 전지 2-1-1-3, 4 : 연계 트랜스포머
3, 3a, 3b, 3d : 상위 제어장치
3-1 : SOC 목표값 연산부 3b-1-1 : SOC 목표값 연산부
3b-1-2 : 전력 예측값 변동율 연산부
3b-1-3 : 변환기 3-2 : 최대값?최소값 연산부
3-3, 3a-3, 3b-3, 3c-3, 3d-3 : 충방전 전력지령 연산부
3-3-1 : SOC 관리제어부
3-3-1-1, 3-3-1-1, ?, ?, ?, 3-3-1-m : 충방전 전력지령 연산부
3-3-2, 3-3-3, 3a-3-3, 3d-3-3 : 리미터
3b-3-4, 3d-3-4 : 출력전력 상한 지령 연산부
3d-3-4-1 : 축적 에너지 연산부
3d-3-4-2 : 출력전력 상한 지령 선택부
3-3c-5 : 1차 지연 연산부
3-4, 3a-4, 3b-4, 3d-4 : 전력제한 지령 연산부
3-4-1 : 충전 가능 전력 연산부
3a-4-2, 3b-4-2, 3d-4-2 : 최소값 선택 연산부
3b-4-3, 3d-4-3 : 출력전력 상한 지령 연산부
3-4-1-1, 3-4-1-2, ?, ?, ?, 3-4-1-m : 충전 가능 전력 연산부
3-5 : 충방전 전력 지령 분배부 5 : 전력계통
6 : 전력계(電力計) 7 : 전력계(電力系)
8 : 신호선 9 : 발전전력 예측업자

Claims (6)

1대 이상의 풍력발전장치에 의하여 구성되는 풍력발전장치군과, 1대 이상의 축전장치에 의하여 구성되는 축전시스템을 갖는 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 제어방법에 있어서,
과거에서 현재까지의 소정 기간에 있어서의, 상기 풍력발전장치군의 발전전력과 상기 축전시스템의 충방전 전력의 합인 상기 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 출력전력의 최소값에 소정값을 가한 값을, 상기 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 출력전력의 상한값으로 설정하고,
상기 축전시스템의 충전율에 의거하여 충전 가능한 전력을 연산하며,
상기 설정된 출력전력의 상한값과 상기 연산된 충전 가능한 전력과의 합에 의거하여 상기 풍력발전장치군의 전력제한지령을 연산하고,
상기 전력제한지령에 의거하여 상기 풍력발전장치군의 발전전력을, 상기 풍력발전장치를 구성하는 블레이드의 피치각과, 전력변환기의 출력을 제어함으로써, 상기 풍력발전장치군의 발전전력을 상기 전력제한지령 이하로 제한하며,
상기 풍력발전장치군의 발전전력이 상기 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 출력전력의 상한값을 초과하는 경우에 있어서, 상기 축전시스템에 충전 가능한 경우에는, 상기 축전시스템에 상기 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 출력전력의 상한값을 초과하는 상기 풍력발전장치의 발전전력을 충전하는 것을 특징으로 하는 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 제어방법.

제1항에 있어서,
상기 축전시스템의 충전 가능한 전력의 연산에서, 상기 축전장치의 온도나, 상기 축전장치의 사용년수, 총 충방전 전력량 중 어느 것인가를 고려하여, 충전 가능한 전력을 보정하는 것을 특징으로 하는 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 제어방법.

제1항에 있어서,
상기 전력제한지령에 의거하는 상기 풍력발전장치군의 발전전력의 제한은, 상기 풍력발전장치의 각각에 전력제한기능을 마련함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 제어방법.

제1항에 있어서,
상기 전력제한지령에 의거하는 상기 풍력발전장치군의 발전전력의 제한은, 상기 풍력발전장치의 각각의 운전과 정지의 상태를 전환하고, 상기 풍력발전장치군 전체로서 발전전력을 제한함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 재생 가능 에너지 이용 발전시스템의 제어방법.

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