KR101185636B1

KR101185636B1 - 풍력 발전소

Info

Publication number: KR101185636B1
Application number: KR1020090029679A
Authority: KR
Inventors: 신야 오오하라; 나오끼 호시노; 다께시 이와따
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 엔지니어링 서비스
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2012-09-24
Also published as: KR20090109473A

Abstract

본 발명의 과제는, 풍력 발전 시스템에 축전 시스템이 병설된 풍력 발전소에 있어서, 축전 시스템을 구성하는 이차 전지의 회복 충전을, 풍력 발전 시스템의 주위 환경에 영향을 받지 않고 확실하게 실현하는 것이다.

풍력 발전소를 구성하는 축전 시스템을 복수의 축전 장치로 구성하고, 각 축전 장치는 전력 변환기와 이차 전지를 갖고, 각 축전 장치는 각각 독립으로 충방전이 가능한 구성으로 한다. 복수의 축전 장치 중 1대가 회복 충전을 행하고 있는 동안은, 다른 비회복 충전 상태의 축전 장치가 변동 완화를 위한 충방전을 행하고, 또한 필요에 따라서 비회복 충전 상태의 축전 장치가 회복 충전 상태의 축전 장치에 회복 충전을 위한 전력을 공급한다.

풍력 발전 시스템, 풍력 발전 장치, 축전 장치, 전력 변환기, 이차 전지

Description

풍력 발전소 {WIND POWER PLANT}

본 발명은 풍력 발전 시스템과, 축전 시스템을 구비한 풍력 발전소에 관한 것이다.

자연계에 존재하는 재생 가능한 에너지를 전력 에너지로 변환하는 수단으로서, 풍력 발전 시스템이 이용되고 있다. 풍력 발전 시스템의 에너지원은, 시간적으로 변동하는 바람 에너지이기 때문에, 풍력 발전 시스템의 발전 전력도 시간적으로 변동한다. 발전 전력 변동을 완화하기 위해, 풍력 발전기에 축전 시스템을 병설하는 경우가 있다. 병설하는 축전 시스템은, 납 전지나 나트륨 유황 전지 등의 이차 전지와 전력 변환기 등으로 구성된다. 특히 이차 전지로서 납 전지를 사용한 경우, 방전 상태에서 장기간 방치하면, 납 전지 전극에 황산납의 결정이 석출되는, 소위 설페이션(sulfation)이 발생한다. 설페이션이 발생하면 납 축전지의 특성이 현저하게 열화한다. 이로 인해 납 축전지를 전력 변동의 완화를 목적으로 하여 사용할 때에는, 납 축전지를 정기적으로 과충전 상태로 하고, 설페이션의 발생을 방지하는 회복 충전을 행하는 것이 일반적이다.

풍력 발전기에 병설한 납 축전지의 종래 회복 충전 방법으로서, 예를 들어〔 특허 문헌 1〕을 들 수 있다. 〔특허 문헌 1〕에서는, 풍력 발전기의 발전 전력이 일정값 이하가 되었을 때에 회복 충전을 행한다는 기재가 있다. 또한〔특허 문헌 1〕에서는, 회복 충전이 있는 단계에 있어서는, 풍력 발전기 출력 전력의 변동 완화를 행할 수 없기 때문에, 풍력 발전기의 운전을 정지한다는 기재가 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2001-286076호 공보

납 축전지를 병설한 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 변동의 완화 효과를 유지한 상태로 자연 에너지를 유효 이용하기 위해서는, 납 축전지의 정기적인 회복 충전을 확실하게 실시하고, 납 축전지의 열화를 방지할 필요가 있다. 이것을 위해서는, 납 축전지의 회복 충전을 바람의 강도에 영향을 받지 않고 실시할 필요가 있다. 또한 자연 에너지의 유효 이용을 위해서는, 회복 충전 중이라도 풍력 발전 시스템은 발전 운전을 계속하는 것이 바람직하다.

본 발명의 극복해야 할 과제는, 풍력 발전 시스템 주변의 풍속의 크기에 영향을 받지 않고, 확실하게 납 축전지의 회복 충전을 행하는 축전 시스템을 구비한 풍력 발전소를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 풍력 발전 시스템과 축전 시스템을 구비하고, 상기 풍력 발전 시스템은 1대 이상의 풍력 발전 장치를 갖고, 상기 축전 시스템은 2대 이상의 축전 장치를 갖고, 상기 복수의 축전 장치는 구성 요소에 이차 전지를 구비하고, 전력 계통에 접속된 풍력 발전소에 있어서, 상기 풍력 발전소는 풍력 발전 시스템의 발전 전력을 검출하는 수단과, 상기 복수의 축전 장치의 충방전 전력의 합계값을 검출하는 수단과, 상기 발전 전력과 상기 충방전 전력을 수신하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는 상기 풍력 발전소의 전력 변동을 완화하는 상기 축전 시스템의 충방전 전력 지령을 연산하는 수단을 구비하고, 상기 복수의 축전 장치 중 1대 이상이 회복 충전 상태에 있을 때에, 상기 풍력 발전소는 상기 풍력 발전소의 출력 전력의 변동을 완화하도록 상기 복수의 축전 장치 중 비회복 충전 상태에 있는 상기 축전 장치의 충방전 전력을 조정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에서는, 풍력 발전소에 있어서, 비회복 충전 상태에 있는 상기 축전 장치가, 회복 충전 상태에 있는 상기 축전 장치에 대해 회복 충전을 위한 전력의 일부, 혹은 전부를 공급하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에서는, 풍력 발전소에 있어서, 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력의 변동이 소정값보다 컸던 경우에는, 회복 충전 상태에 있는 상기 축전 장치가 회복 충전을 정지하고, 상기 풍력 발전소의 출력 전력의 변동을 완화하도록 충방전 전력을 조정하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에서는, 풍력 발전소에 있어서, 상기 복수의 축전 장치의 적어도 1대 이상이 회복 충전 상태에 있는 경우에는, 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력 제한값을, 상기 축전 시스템에 회복 충전 상태의 축전 장치가 없는 상태의 발전 전력 제한값보다 작은 값으로 하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 풍력 발전 시스템과 축전 시스템을 구비한 풍력 발전소이며, 상기 풍력 발전소는 전력 계통에 접속하고, 상기 풍력 발전소는 기상 예측 데이터를 기초로 하는 풍력 발전 시스템의 발전 전력의 예측값을 입수하는 수단과, 상기 풍력 발전소가 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력 예측값을 기초로 하여, 상기 축전 시스템의 회복 충전을 스케줄링하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 풍력 발전 시스템과, 축전 시스템과 및 보조 발전기를 구비하고, 상기 풍력 발전 시스템은 1대 이상의 풍력 발전 장치를 갖고, 상기 축전 시스템은 2대 이상의 축전 장치를 갖고, 상기 복수의 축전 장치는 구성 요소에 이차 전지를 구비하고, 전력 계통에 접속된 풍력 발전소에 있어서, 상기 풍력 발전소는 풍력 발전 시스템의 발전 전력을 검출하는 수단과, 상기 복수의 축전 장치의 충방전 전력의 합계값 PB를 검출하는 수단과, 상기 보조 발전기의 발전 전력을 검출하는 수단과, 상기 풍력 발전소는 상기 발전 전력과 상기 충방전 전력과 상기 보조 발전기의 발전 전력을 수신하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는 상기 풍력 발전소의 전력 변동을 완화하는 상기 축전 시스템의 충방전 전력 지령을 연산하는 수단을 구비하고, 상기 컨트롤러는 상기 보조 발전기의 발전 전력 지령을 연산하는 수단과, 상기 발전 전력 지령을 상기 보조 발전기에 송신하는 수단을 구비하고, 상기 복수의 축전 장치 중 적어도 1대 이상이 회복 충전 상태에 있을 때에, 상기 보조 발전기가 회복 충전을 위한 전력의 일부, 혹은 전부를 공급하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에서는, 풍력 발전소에 있어서, 상기 축전 시스템의 회복 충전시에, 상기 풍력 발전소의 출력 전력이 소정값 이하가 되도록, 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력을 조정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 풍력 발전 시스템과 축전 시스템을 구비하고, 상기 풍력 발전 시스템은 1대 이상의 풍력 발전 장치를 갖고, 상 기 축전 시스템은 2대 이상의 축전 장치를 갖고, 상기 복수의 축전 장치는 구성 요소에 이차 전지를 구비하고, 전력 계통에 접속된 풍력 발전소에 있어서, 상기 풍력 발전소는 풍력 발전 시스템의 발전 전력을 검출하는 수단과, 복수의 축전 장치의 충방전 전력의 합계값을 검출하는 수단과, 상기 풍력 발전소가 전력 계통과 연계하는 지점에 있어서 상기 풍력 발전소의 출력 전력을 검출하는 수단을 구비하고, 상기 풍력 발전소는 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력과 상기 충방전 전력의 합계값과 상기 풍력 발전소의 출력 전력을 수신하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력과 상기 충방전 전력의 합계값과 상기 풍력 발전소의 출력 전력으로부터 상기 풍력 발전소의 구성 요소가 발생하는 손실을 연산하는 수단과, 상기 축전 시스템에 송신하는 충방전 전력 지령을 연산하는 수단과, 상기 충방전 전력 지령에 대해 상기 손실을 보정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명을 사용함으로써, 풍력 발전 시스템이 발전 운전 중에 있어서, 임의의 1대의 축전 장치가 회복 충전을 행해도, 다른 축전 장치가 풍력 발전소 출력 전력의 변동 완화를 행하기 위해, 풍력 발전 시스템을 정지할 필요가 없다.

또한 바람이 약하고 풍력 발전 시스템이 운전하고 있지 않아도, 비회복 충전 상태의 축전 장치가 전력을 공급함으로써, 전력 계통으로부터 회복 충전을 위한 전력을 수전(受電)하지 않고 회복 충전 상태의 축전 장치가 회복 충전을 완수하는 것을 가능하게 한다. 이로 인해 풍력 발전 시스템 주변의 풍속의 크기와는 관계없이 확실하게 회복 충전을 행하는 것이 가능하고, 또한 회복 충전 중에도 자연 에너지를 유효 이용할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예를 도면을 기초로 하여 설명한다.

[제1 실시예]

도 1에 본 실시예의 풍력 발전소의 전체 이미지를 도시한다. 본 발명의 풍력 발전소는, 풍력 발전 시스템(1)과 축전 시스템(2), 상위 컨트롤러(3), 연계 변압기(4) 등으로 구성되고, 발전한 전력을 전력 계통(5)에 송전한다. 풍력 발전 시스템(1)의 연계점에는, 전력계(6)를 설치하고 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW)을 측정한다. 또한 축전 시스템(2)의 연계점에는, 전력계(7)를 설치하고 축전 시스템(2)의 충방전 전력(PB)을 측정한다. 또한 풍력 발전소의 연계점에는 전력계(8)를 설치하고, 풍력 발전소의 출력 전력(PS)을 측정한다. 풍력 발전소 출력 전력(PS)과, 풍력 발전 시스템 발전 전력(PW), 축전 시스템 충방전 전력(PB) 사이에는 수학식 1의 관계가 성립된다.

PS = PW + PB - (보정량 1)

보정량 1은 전력계(6)와, 전력계(7), 전력계(8) 사이를 접속하는 배전선, 연계 변압기(4) 등에 의한 손실을 나타낸다.

상위 컨트롤러(3)는, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW), 축전 시스템(2)의 충방전 전력(PB)으로부터 풍력 발전소의 출력 전력(PS)의 변동이 완화되도록 축 전지의 충방전 전력 지령을 작성한다. 상위 컨트롤러(3)는, 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)에 충방전 전력 지령(PBC1, PBC2, PBC3)을 송신하고, 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)는 충방전 전력 지령에 따라서 충방전을 행한다. 또한 상위 컨트롤러(3)는 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)가 회복 충전 모드로 이행하는 타이밍을 결정하는 회복 충전 지령으로 송신한다. 회복 충전 지령을 수신한 축전 장치는, 변동 완화를 위한 충방전을 정지하고, 회복 충전을 행한다. 상위 컨트롤러(3)는 풍력 발전소의 출력 전력(PS)의 변동이 완화되도록, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 제한 지령(PLCO)을 작성한다. 발전 전력 제한 지령(PLCO)은 풍력 발전 시스템을 구성하는 SCADA(1-2)에 송신되고, SCADA(1-2)는 각 풍력 발전 장치(1-1-1, 1-1-2, 1-1-3)에 각각 발전 전력 제한 지령(PLC1, PLC2, PLC3)을 송신한다. 또한 발전 전력 제한 지령(PLCO)과, 각 풍력 발전 장치의 발전 전력 제한 지령(PLC1, PLC2, PLC3)에는 수학식 2에 나타내는 관계식이 성립된다.

PLCO = PLC1 + PLC2 + PLC3

각 풍력 발전 장치(1-1-1, 1-1-2, 1-1-3)는 각각의 발전 전력이 PLC1, PLC2, PLC3 이상이 되지 않도록 발전 전력을 제어한다. 이상과 같은 시스템 구성, 제어 방법을 사용함으로써 본 발명의 풍력 발전소는, 풍력 발전소의 출력 전력(PS)의 출력 전력을 소정값(PLO) 이하로 억제한다. 또한 도 1에 도시한 풍력 발전 시스템(1)은 풍력 발전 장치 3대로 구성되나, 본 발명은 풍력 발전 시스템(1)이 적어도 1대 이상의 풍력 발전 장치로 구성되면 좋고, 본 발명의 효과는 풍력 발전 장치의 대수에 한정되지 않는다.

다음에 도 2 내지 도 5를 사용하여 풍력 발전 장치(1-1-1, 1-1-2, 1-1-3)에 대해 상세하게 설명한다. 도 2는 풍력 발전 장치의 일 형태를 도시한 도면이다. 풍력 발전 장치(1-1-1)는, 블레이드(1-1-1-1)에 의해 바람을 받아, 바람 에너지를 회전 에너지로 변환한다. 회전 에너지는 발전기(1-1-1-4)에 전달된다. 풍력 발전 장치(1-1-1)는 풍속계(1-1-1-2)를 사용하여 풍력 발전 장치(1-1-1) 주변 풍속의 크기 및 풍향을 측정하고 있다. 풍력 발전 장치(1-1-1)는 풍속계(1-1-1-2)의 측정값을 기초로, 나셀(1-1-1-10)의 수평 방향의 방향이나, 블레이드(1-1-1-1)의 피치각을 제어함으로써, 발전 운전을 실현한다.

도 2에서는 발전기(1-1-1-4)로서, 직류 여자형 동기 발전기(1-1-1-4)를 도시하고 있다. 직류 여자형 동기 발전기(1-1-1-4)의 스테이터는, 전력 변환기(1-1-1-5), 전력 변환기(1-1-1-6)를 통해 계통에 연계된다. 또한, 직류 여자형 동기 발전기(1-1-1-4)의 회전자도, 여자 장치(1-1-1-9)를 통해 계통에 접속되어 있고, 여자 장치(1-1-1-9)를 제어하여 직류 여자 전류의 강약을 조절함으로써, 발전 운전을 실현하고 있다.

도 3은 발전기로서, 교류 여자형 동기 발전기(1-1-1a-4)를 사용한 풍력 발전 장치의 예이다. 또한, 도 4는 발전기로서, 영구 자석형 동기 발전기(1-1-1b-4)를 사용한 풍력 발전 장치의 예이다.

도 2, 도 3, 도 4의 풍력 발전 시스템은, 모두 전력 변환기와 블레이드의 피치각을 조정함으로써, 가변속 운전을 가능하게 하고 있다. 또한 이들 풍력 발전 장치는, 피치각의 제어와, 전력 변환기의 제어를 조합함으로써, 그 발전 전력을 소정값 이하로 제한하는 것이 가능하다.

또한, 도 5는 발전기로서, 유도 발전기(1-1-1c-4)를 사용한 풍력 발전 장치의 예이다. 도 5에 도시한 풍력 발전 장치는, 유도 발전기(1-1-1c-4)의 고정자가, 전력 변환기를 개재하지 않고, 직접 전력 계통에 연계한다. 이 유도 발전기(1-1-1c-4)를 사용한 풍력 발전 장치도, 피치각을 제어함으로써, 그 발전 전력을 소정값 이하로 제한하는 것이 가능하다. 풍력 발전 시스템(1)은, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5에 도시한 풍력 발전 장치의 어느 1종류, 혹은 이들 조합에 의해 구성된다.

다음에 풍력 발전소를 구성하는 축전 시스템(2)에 대해 설명한다. 축전 시스템(2)은, 2대 이상의 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)에 의해 구성된다. 각각의 축전 장치에 대해, 도 1과 도 6을 사용하여 설명한다.

축전 장치(2-1-1)는, 복수의 이차 전지(2-1-1-1)와 전력 변환기(2-1-1-2), 변압기(2-1-1-3), 차단기(2-1-1-4) 등으로 구성된다. 이차 전지(2-1-1-1)는 필요한 용량, 전압에 따라서 단위 이차 전지 셀의 직렬 접속, 병렬 접속의 조합으로 구성한다. 전력 변환기(2-1-1-2)는, 도시하고 있지 않으나 전력 변환기 제어를 위한 컨트롤러를 내장하고 있다. 축전 장치는 전력 변환기(2-1-1-2)를 제어함으로써, 도 1에 도시한 상위 컨트롤러로부터의 충방전 전력 지령(PBC1, PBC2, PBC3)에 추종하도록 충방전 전력(PB1, PB2, PB3)을 제어한다. 또한 상위 컨트롤러(3)로부터 회복 충전 지령을 수신한 경우에는, 충방전 전력 지령에는 추종하지 않고, 전력 변환기(2-1-1-2)를 제어함으로써 축전지의 회복 충전을 행한다. 또한 각 축전 장치(2- 1-1, 2-1-2, 2-1-3)는 이차 전지의 충전율(SOC1, SOC2, SOC3) 및 충방전 전력(PB1, PB2, PB3)을 측정하고, 상위 컨트롤러(3)에 송신한다. 전력계(7)에서 측정된 축전 시스템(2)의 충방전 전력(PB)과, 각 축전 장치가 측정한 충방전 전력(PB1, PB2, PB3)에는, 수학식 3에 나타내는 관계식이 성립된다.

PB = PB1 + PB2 + PB3 - (보정량 2)

보정량 2는 전력계(7)와 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3) 사이의 배전선 등의 손실을 나타낸다. 또한 도 1에 도시한 축전 시스템(2)은 축전 장치 3대로 구성되나, 본 발명을 실현하기 위해서는 2대 이상의 축전 장치로 구성하면 좋고, 축전 장치의 대수는 3대에 한정되지 않는다.

본 발명에 있어서는 이차 전지(2-1-1-1)로서 납 축전지를 이용한다. 본 발명에 사용하는 이차 전지(2-1-1-1)를 구비한 축전 장치는 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 변동에 대해, 충방전을 행함으로써 발전소의 출력 전력(PS)의 변동 완화를 행하는 것을 목적으로 한다. 이로 인해 이차 전지(2-1-1-1)는 부분적인 방전 상태에서 방치, 혹은 운용하는 기간이 대부분을 점유한다. 납 축전지는 방전 상태에서 방치하면 납 축전지의 전극의 표면에 황산납이 결정화된다. 납 축전지 전극 표면의 황산납 결정은, 결정 후 빠른 단계에서 충전을 행함으로써, 다시 전해액에 용출한다. 그러나 납 축전지를 방전 상태에서 장기간 방치하면, 납 축전지 전극 표면 상에 단단한 황산납 결정이 출현하는, 소위 설페이션 현상이 발생한다. 설페이션화한 단단한 황산납 결정은 용해도가 낮기 때문에, 다시 충방전의 사이클로 전 해액에 용출하기 어렵다. 이로 인해 설페이션이 발생하면 납 축전지의 충방전 용량이 저하되어, 납 축전지의 수명이 짧아진다. 본 발명과 같이 납 축전지를 전력 변동 완화를 목적으로 하여 사용할 때에는, 설페이션 방지를 위해 회복 충전(혹은 리셋 충전)을 행하는 것이 일반적이다. 회복 충전이라 함은 2주간에 1회 정도 납 축전지를 만충전 상태, 혹은 과충전 상태로 함으로써, 설페이션의 발생을 방지하는 것이다. 회복 충전에는 1회에 약 6 내지 8시간의 기간이 필요하고, 또한 회복 충전 중에는 일정 전류ㆍ일정 전압 충전 방식에 의해 충전을 행한다. 이로 인해 회복 충전 중의 축전 장치는 풍력 발전소의 변동 완화를 위한 충방전을 행할 수 없다. 풍력 발전소의 변동 완화 효과를 유지한 상태로 회복 충전을 행할 수 있으면, 풍력 발전 시스템(1)의 운전 기간이 증대되어, 자연 에너지의 유효 이용으로 이어진다. 이하에서 본 발명의 회복 충전의 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 풍력 발전소의 운전 방법에 대해 도 7을 사용하여 설명한다. 도 7은 풍력 발전소의 출력 전력의 시계열 변화를 나타낸 것이다. 도 7의 (a)는 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW)과 풍력 발전소의 출력 전력(PS)을 나타낸 것이다. 풍력 발전 시스템(1)의 크게 변동하는 발전 전력에 대해 축전 장치(2)가 충방전됨으로써, 풍력 발전소 출력 전력(PS)의 전력 변동을 완화한다. 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 충방전 전력의 시계열 변화를 나타낸 것이 도 7의 (b), 도 7의 (c), 도 7의 (d)이다.

시각 3[hour] 이전에서는 3개의 축전 장치가 각각 변동 완화에 필요한 충방전 전력을 균등하게 분담한다. 시각 3[hour]에 있어서 축전 장치(2-1-1)가 상위 컨트롤러(3)로부터 회복 충전 지령을 수신하여, 회복 충전 모드로 이행한다. 회복 충전 중에 있어서는, 축전 장치(2-1-1)는 변동 완화를 위한 충방전은 행하지 않고 일정 전류ㆍ일정 전압의 충전을 행한다. 이로 인해 비회복 충전 상태 중에 있는 다른 축전 장치(2-1-2, 2-1-3)는, 2대로 풍력 발전 시스템의 전력 변동을 완화하고, 또한 회복 충전에 의한 전력 변동도 완화되도록 충방전을 행한다.

시각 5[hour] 이후에는 풍력 발전 시스템(1)의 주변 풍속의 저하 등에 의해, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW)이 대략 0이 된 상황을 나타내고 있다. 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW)이 0일 때에는, 회복 충전 상태의 축전 장치(2-1-1)에 대해, 비회복 충전 상태 중에 있는 축전 장치(2-1-2, 2-1-3)가 방전 동작을 행하여, 회복 충전에 필요한 전력을 공급한다. 이와 같이 회복 충전에 필요한 전력을 다른 축전 장치로부터 공급함으로써, 풍력 발전 시스템(1)의 주변의 풍속에 의존하지 않고, 확실하게 회복 충전을 행하는 것이 가능해진다. 또한 회복 충전 상태의 축전 장치(2-1-1)에 대해 비회복 충전 상태의 축전 장치(2-1-2, 2-1-3)가 전력을 공급하는 경우라도, 축전 장치(2-1-2, 2-1-3)의 충방전 지령(PBC2, PBC3)을 상위 컨트롤러(3)가 작성하는 점은, 회복 충전 상태의 전지가 있고 없음에 관계없이 동일하다.

도 8은 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 회복 충전의 타이밍을 나타낸 것이다. 축전 장치의 회복 충전 모드는 2주간에 1회의 빈도로 발생한다. 각 축전 장치는 1대씩 순서대로 회복 운전 상태로 이행한다. 1대의 축전 장치의 회복 충전이 종료한 후에는, 다음 축전 장치가 회복 충전을 행한다. 이와 같은 회복 충전의 패턴을 사용함으로써, 2주간에 1회의 빈도로 확실하게 축전 장치가 회복 충전을 실시할 수 있다. 또한 도 8에서는 동시에 회복 충전을 행하고 있는 축전 장치는 1대뿐이나, 축전 장치가 다수 있는 경우에는, 동시에 복수대의 축전 장치가 회복 충전을 실시해도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

도 9는 본 발명의 회복 충전 중에 있어서, 큰 전력 변동이 발생한 경우의 운전 방법에 대해 설명한 것이다. 도 9는 풍력 발전소의 출력 전력의 시계열 변화를 나타낸 것이다. 도 9의 (a)가 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW)과 풍력 발전소의 출력 전력(PS)을 나타낸 것이다. 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW)에 대해 축전 시스템(2)이 충방전을 행함으로써, 풍력 발전소의 발전 전력(PS)의 변동이 완화된다. 도 9의 (b), 도 9의 (c), 도 9의 (d)는 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 충방전 전력을 나타낸 것이다.

도 9의 (b)에 나타낸 축전 장치(2-1-1)는 시각 2[hour]로부터 회복 충전을 행하고 있기 때문에, 이 이후에는 축전 장치(2-1-2)와 축전 장치(2-1-3)가 변동 완화를 위한 충방전을 행한다. 회복 충전 전에 비해 변동 완화에 기여할 수 있는 축전 장치의 대수가 감소했기 때문에, 축전 시스템(2)의 변동 완화 능력은 저하하고 있다. 이로 인해 도 9의 (a)의 시각 4.5[hour] 전후에 발생한 큰 풍력 발전 시스템(1)의 전력 변동에 대해서는, 축전 장치 2대만으로는 대응할 수 없다. 이와 같은 큰 전력 변동이 발생했을 때에는, 회복 충전 중이었던 축전 장치(2-1-1)는, 일시적으로 회복 충전을 정지하고 변동 완화를 위한 충방전을 행한다. 풍력 발전 시스템(1)의 전력 변동의 크기가 소정값 이하로 들어가고, 또한 일정 시간 경과한 후 축전 장치(2-1-1)는 회복 충전을 재개한다. 이와 같이 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW)의 변동이 소정의 값보다 큰 사상(事象)에 대해, 회복 충전 중의 축전 장치가 일시적으로 회복 충전을 정지함으로써, 회복 충전 중이라도 축전 시스템(2) 전체의 변동 완화 능력을 유지할 수 있다. 또한 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW)의 변동이 소정값 이하로 들어간 후, 다시 회복 충전을 행함으로써, 축전 장치의 회복 충전을 확실하게 행할 수 있다.

도 10은 본 발명의 풍력 발전소의 동작을 실현하는 상위 컨트롤러(3)의 구성이다. 상위 컨트롤러(3)는 풍력 발전소 출력 전력 지령 연산부(3-1)에 있어서, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 검출값(PW)으로부터, 예를 들어 일차 지연 필터 등을 사용하여 변동 완화 후의 풍력 발전소의 출력 전력 지령(PS*)을 작성한다. 상위 컨트롤러(3)는 감산기(3-2)에 있어서, 풍력 발전소 출력 전력 지령(PS*)과 발전 전력 검출값(PW)의 차분과 손실을 보정하는 보정량 1로부터, 축전 시스템(2)이 충방전해야 할 충방전 전력 지령(PB*)을 작성한다. 또한 보정량 1은, 수학식 1에 따라서 구해진다. 충방전 전력 지령 분배부(3-3)에서는, 각 축전 장치의 충방전 전력 지령을 작성한다. 또한 회복 충전 지령 연산부(3-4)에 있어서, 각 축전 장치의 회복 충전의 타이밍이, 예를 들어 도 8과 같이 결정된다. 풍차 발전 전력 제한 지령 연산부(3-5)에서는, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 제한 지령(PLCO)을 연산한다. 변동량 연산부(3-6)에 있어서는, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW)의 변동량을 연산하고 있고, 도 9의 (a)와 같이 변동량이 소정값보다 커졌던 경우에는, 회복 충전 지령을 일시적으로 해제하기 위해, 회복 충전 지령의 송신을 정지한 다.

충방전 전력 지령 분배부(3-3)의 동작에 대해 도 11을 사용하여 상세하게 설명한다. 충방전 전력 지령 분배부(3-3)에서는, 축전 시스템(2)의 충방전 전력 지령으로부터 회복 충전 중 축전 장치의 충방전 전력(본 실시예에서는 PBC1)을 감산하고, 또한 손실을 보정하는 보정량 2를 가함으로써, 비회복 충전 상태의 축전 장치가 출력하는 충방전 전력 지령(PB0*)을 작성한다. 또한 보정량 2는 수학식 3으로부터 구해진다. PB0*는 비회복 충전 상태의 축전 장치의 대수로 나누어지고, 각 축전 장치의 충방전 전력 지령의 중간값(PBC11, PBC12, PBC13)을 작성한다. 또한 충방전 전력 지령의 중간값(PBC11, PBC12, PBC13)에 각 축전 장치의 SOC를 보정하기 위한 충방전 전력 지령(PBSOC1, PBSOC2, PBSOC3)을 더해 넣음으로써, 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 충방전 전력 지령(PBC1, PBC2, PBC3)이 구해진다. 또한 SOC 보정을 위한 충방전 전력 지령(PBSOC1, PBSOC2, PBSOC3)은, 예를 들어 수학식 4에 따라서 연산된다.

PBSOCi = Kp × (SOCTi-SOCi), i = 1, 2, 3

여기서 Kp는 비례 계수, SOCTi는 각 축전 장치의 충전율 목표값, SOCi는 각 축전 장치의 충전율을 나타낸다. 상위 컨트롤러는 이상에서 설명한 연산 수단을 사용함으로써, 풍력 발전소의 출력 전력(PS)의 변동을 완화한 상태로, 축전 시스템(2)의 회복 충전을 가능하게 한다.

또한 도 1에 있어서는, 축전 시스템(2)을 구성하는 각 축전 장치(2-1-1, 2- 1-2, 2-1-3)가, 풍력 발전소의 연계 변압기(4)의 기초에 집중하여 배치되나, 본 발명이 효과를 발휘하기 위해서는 축전 장치가 1군데에 집중하여 설치될 필요는 없다. 도 12에 나타낸 바와 같이 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)가, 풍력 발전 시스템(1)과 이격된 장소에 분산되어 설치해도 본 발명의 효과는 발휘된다. 또한 풍력 발전 시스템(1)의 연계점과 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 연계점 사이에, 일반 가정이나 산업 설비 등의 부하(13-1)가 연계되어도 효과는 동일하다. 마찬가지로 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3) 사이에 부하(13-2)가 연계되어도, 본 발명의 효과는 발휘된다.

도 12에 나타낸 바와 같이 각 축전 장치가 분산되어져 설치된 경우에는, 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 발전 전력 측정값(PB1, PB2, PB3), 및 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 충방전 전력 지령(PBC1, PBC2, PBC3), 회복 충전 지령은, 통신 수단(15)을 통해 상위 컨트롤러(3)와 송수신된다. 통신 수단은 유선의 LAN, WAN 혹은 무선 통신에 의해 실현된다. 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW), 및 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 제한 지령(PLCO)도 마찬가지로 통신 수단(15)을 통해 상위 컨트롤러(3)에 송수신된다. 도 12와 같이 각 축전 장치가 분산되어 설치된 경우에는, 상위 컨트롤러(3)는 수학식 5에 따라서 풍력 발전소의 출력 전력(PS)을 연산한다.

PS = PW + PB1 + PB2 + PB3

상위 컨트롤러(3)는 수학식 5에서 연산되는 PS에 따라서, 풍력 발전소의 발 전 전력(PS)의 변동이 완화되도록, 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 충방전 전력 지령(PBC1, PBC2, PBC3)을 결정한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 풍력 발전 시스템에 대해 복수의 축전 장치를 설치하고, 축전 장치의 일부가 회복 충전을 실시하고, 또한 나머지 비회복 충전 상태의 축전 장치가 변동 완화를 위한 충방전을 실시한다. 또한 회복 충전을 위한 전력을 비회복 충전 상태의 축전 장치가 공급하는 운전 모드를 갖는다. 본 발명의 운전 방법을 사용함으로써, 축전 장치는 바람의 강도에 영향을 받지 않고, 확실하게 정기적 회복 충전을 실시하는 것이 가능해진다. 정기적인 회복 충전에 의해, 축전지를 구성하는 이차 전지의 장기 수명화를 가능하게 하고, 결과적으로 풍력 발전소의 장기간 운용에 의해 자연 에너지를 유효하게 활용할 수 있다. 또한 회복 충전 중이라도 변동 완화 효과를 유지할 수 있기 때문에, 풍력 발전 시스템의 운전을 정지하지 않고, 자연 에너지를 유효하게 이용하는 것이 가능해진다.

[제2 실시예]

본 발명의 제2 실시예에 대해 도 13을 사용하여 설명한다. 본 실시예의 풍력 발전소의 기본적인 구성은 제1 실시예와 마찬가지이기 때문에, 풍력 발전소의 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예의 가장 큰 특징은, 축전 장치(2)의 회복 충전 중에 있어서, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 제한 지령 PLCO를, 비회복 충전 상태의 축전 장치만의 축전 시스템으로 운용하는 경우의 PLCO보다 작게 설정하는 것이다.

도 13은 본 실시예의 풍력 발전소의 축전 장치(2)의 운전 상태와, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력의 시계열 변화를 나타낸 것이다. 도 13의 (a)는 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 운전 상태의 시계열 변화를 나타낸 것이고, 시각 T1로부터 시각 T2 사이는, 각 축전 장치가 순서대로 회복 충전을 행하고 있다. 회복 충전의 축전 장치가 있는 경우, 변동 완화에 이용할 수 있는 축전 장치의 대수가 감소하기 때문에, 축전 시스템(2)의 변동 완화 능력이 저하되고 있다. 이로 인해 제1 실시예에서는 풍력 발전 시스템(1)에 큰 전력 변동이 발생한 경우, 회복 충전 중의 축전 장치가 일시적으로 회복 충전을 정지하고, 변동 완화를 행했다. 본 실시예에서는 회복 충전 중에 있어서, 풍력 발전 시스템(1)에 발생하는 전력 변동을 억제함으로써, 비회복 충전 상태의 축전 장치만으로 변동 완화를 실현하는 것을 가능하게 한다. 구체적으로는 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이, 회복 충전 상태의 축전 장치가 있는 경우에는, 상위 컨트롤러(3)가 풍력 발전 시스템의 발전 전력 제한 지령(PLCO)을, 회복 충전 상태의 축전 장치가 없는 경우에 비해 작은 값으로 설정한다. 발전 전력 제한 지령(PLCO)을 작은 값으로 설정함으로써, 풍력 발전 시스템(1)의 큰 발전 전력(PW)의 출현이 억제되고, 결과적으로 풍력 발전 시스템(1)의 큰 발전 전력 변동의 발생도 억제된다.

본 실시예에 있어서는 축전 장치 3대로 구성되므로, 회복 충전 상태에 있어서는 축전 장치 2대로 변동 완화가 가능한 전력 변동값에, 발전 전력 제한 지령(PLCO)을 설정한다. 이와 같이 PLCO를 설정함으로써 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이, 축전 장치 2대로 변동 완화를 할 수 없는 큰 발전 전력 변동의 발생을 억제 할 수 있고, 회복 충전 중의 축전 장치는 회복 충전을 행할 수 있다. 또한 축전 시스템(2)의 회복 충전 중에 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력이 발전 전력 제한 지령(PLCO)에 의해 제한되나, 회복 충전 중에 풍력 발전 시스템(1)을 정지하는 경우보다도 보다 큰 발전 전력을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 있어서는 회복 충전 중에 있어서 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 제한 지령(PLCO)을 소정값 이하로 설정하고, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력(PW)을 소정값 이하로 억제한다. 본 발명의 운전 방법을 사용함으로써, 축전 시스템(2)이 확실하게 회복 충전을 행할 수 있다. 또한 축전 시스템(2)이 회복 충전 중이라도 풍력 발전 시스템(1)이 발전 운전을 계속하는 것이 가능해지고, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 운전을 정지하는 경우에 비해, 보다 자연 에너지를 유효 이용할 수 있다.

[제3 실시예]

본 발명의 제3 실시예에 대해 도 14를 사용하여 설명한다. 도 14에 나타낸 본 실시예의 구성 요소 중, 도 1과 번호가 동일한 것은 동일한 구성 요소를 지시하기 때문에, 설명은 생략한다. 본 실시예의 가장 큰 특징은, 풍력 발전소가 발전 전력 예측 사업자(10)로부터 발전 전력 예측값(PP)을 수신하고, 발전 전력 예측값(PP)을 기초로 하여 각 축전 장치의 회복 충전 타이밍을 스케줄링하는 점이다.

발전 전력 예측 사업자(10)는 기상청이 전달하는 미래에 있어서의 풍력 발전 시스템 주변의 풍속 예측값과, 과거의 기상 데이터, 지형 데이터로부터 풍력 발전 시스템의 장래에 있어서의 발전 전력을 예측한다. 또한 발전 전력의 예측이 가능 한 기간은, 기상청의 예측값이 전달되는 기간에 의해 제한을 받고, 약 50시간 정도 앞까지의 발전 전력 예측이 가능하다.

풍력 발전소는 발전 전력 예측 사업자(10)로부터 발전 전력의 예측값을 신호선, 혹은 무선에 의해 수신한다. 풍력 발전소는, 수신한 발전 전력 예측값(PP)을 기초로 하여, 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 회복 충전의 타이밍을 스케줄링한다. 도 15는 발전 전력 예측값(PP)과, 회복 충전의 스케줄링의 관계를 나타낸 것이다. 축전 장치가 회복 충전을 행하고 있는 동안에는, 회복 충전 중의 축전 장치는 변동 완화를 위한 충방전을 행할 수 없다. 이로 인해 회복 충전 중에 풍력 발전 시스템(1)에 큰 전력 변동이 발생한 경우에는, 전력 계통에 대해 큰 전력 변동을 방출할 우려가 있다. 축전 장치의 회복 충전을 효율적으로 행하기 위해서는, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 변동이 작은 기간에 있어서, 회복 충전을 행하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 도 15의 (a)에 나타낸 바와 같이 풍력 발전 시스템의 발전 전력 예측값(PP)이 소정값 이하가 되는 시각(T1)을 풍력 발전소가 구한다. 풍력 발전 시스템의 발전 전력(PW)이 작은 기간에 있어서는, 발생할 수 있는 발전 전력 변동도 작기 때문에, 회복 충전 중에 있어서 큰 발전 전력 변동이 발생할 확률도 작다. 본 발명에서는 도 15의 (b)에 나타낸 바와 같이, 발전 전력 예측값(PP)이 소정값보다 작아지는 기간[시각(T1) 이후]에 회복 충전을 행하도록, 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)의 회복 충전의 타이밍을 스케줄링한다. 상위 컨트롤러(3)는 시각(T1)에 도달한 시점에서, 각 축전 장치(2-1-1)에 회복 충전 지령을 전 달한다. 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)는 회복 충전 지령을 수신했을 때에는, 각 축전 장치가 각각 일정 전류ㆍ일정 전압 방식에 의해 회복 충전을 행한다. 또한 도 15에서는 회복 충전의 스케줄을 풍력 발전 전력의 예측값(PP)이 소정값 이하가 되는 기간에서 설정했으나, 풍력 발전 전력 예측값(PP)의 변동률이 소정값 이하가 되는 기간에 있어서 회복 충전을 스케줄해도, 본 발명의 효과는 동일하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 풍력 발전 시스템의 발전 전력 예측값을 기초로 하여, 축전 장치의 회복 충전을 행하는 기간을 스케줄링한다. 본 실시예에 의한 스케줄링에 의해, 풍력 발전 시스템의 발전 전력 변동이 작은 기간에 회복 충전을 행할 확률이 높아지고, 결과적으로 전력 계통에 유출하는 발전 전력 변동을 작게 할 수 있을 가능성이 높아진다. 또한 제2 실시예에 나타낸 바와 같이 풍력 발전 시스템의 발전 전력 제한 지령을 사용할 필요가 없어지기 때문에, 풍차 발전 전력 제한에 의한 자연 에너지의 손실을 방지할 수 있어, 자연 에너지를 보다 유효하게 활용할 수 있다.

[제4실시예]

본 발명의 제4 실시예에 대해 도 16, 도 17을 사용하여 설명한다. 도 16에 나타낸 본 실시예의 구성 요소 중, 도 1과 번호가 동일한 것은 동일한 구성 요소를 지시하기 때문에, 설명은 생략한다. 본 실시예의 가장 큰 특징은, 축전 시스템(2)의 회복 충전을 위한 전력을, 보조 발전기로부터 공급하는 점이다. 이하, 본 실시예의 상세에 대해 설명한다.

본 실시예의 풍력 발전소는, 풍력 발전 시스템(1) 외에, 보조 발전기인 가스 엔진 발전기(11)를 구성 요소로 갖는다. 가스 엔진 발전기(11)는, 가스 엔진과 동기 발전기로 구성된다. 가스 엔진 발전기(11)는, 천연 가스나 액화 석유 가스(LPG), 수소 가스 등을 연료로 동기 발전기를 회전시켜, 발전 전력을 외부에 송전하는 것이 가능하다. 가스 엔진 발전기의 발전 전력(PGE)은 전력계(12)에 의해 계측된다. 또한 가스 엔진 발전기(11)는, 상위 컨트롤러로부터의 발전 전력 지령PGEC에 추종하도록 발전 전력(PGE)을 제어할 수 있는 발전 시스템이다.

종래 풍력 발전소에 병설되는 가스 엔진 발전기(11)는, 풍력 발전소의 연계 변압기(4)의 돌입 전류를 억제하기 위해 사용된다. 즉 차단기(9)가 개방 상태에 있어서, 가스 엔진 발전기(11)를 운전하고, 연계 변압기(4)를 이차측으로부터 여자한 후, 차단기(9)를 폐쇄 상태로 한다. 이와 같은 운전 방법을 채용함으로써, 연계 변압기(4)가 전력 계통(5)에 연계할 때의 돌입 전류를 억제할 수 있다. 가스 엔진 발전기(11)에 의한 발전 전력은, 풍력과 같은 재생 가능 에너지를 이용한 것이 아니기 때문에, 풍력 발전소의 발전 운전시에 있어서는, 가스 엔진 발전기(11)를 정지해 두는 것이 일반적이다.

본 실시예의 풍력 발전소에 있어서는, 풍력 발전소의 발전 운전시라도 가스 엔진 발전기(11)를 운전하고, 축전 시스템(2)의 회복 충전에 이용한다. 풍력 발전소는 전력 계통 운용자로부터의 요청에 의해, 풍력 발전 시스템을 계통으로부터 분리하거나, 혹은 전력 계통으로 출력하는 전력을 소정값 이하로 제한하는 기간이 필요하게 되는 경우가 있다. 이 기간을 병해(parallel-off) 기간이라 부른다. 풍력 발전소의 병해 기간은, 전력 계통을 구성하는 화력 발전소의 가동률이 저하되는 야 간에 발생한다. 이것은 전력 계통의 전력 수급 균형을 보상하는 역할을 담당하는 화력 발전소의 가동률이 저하했을 때, 풍력 발전소로부터 큰 전력 변동이 발생하면, 전력 계통이 전력 변동을 흡수하는 것이 곤란하기 때문이다. 이로 인해 병해 기간에 있어서는, 풍력 발전소의 발전 전력을 소정값 이하(예를 들어 풍력 발전소 정격의 2％ 이하)로 억제하거나, 혹은 풍력 발전소를 전력 계통(5)으로부터 차단할 필요가 있다. 본 실시예의 풍력 발전소는, 병해 기간 동안에 있어서 축전 시스템(2)의 회복 충전을 행한다.

본 실시예의 풍력 발전소의 운전 방법에 대해 도 17을 사용하여 설명한다. 도 17은 풍력 발전소의 각 구성 요소의 운전 상태, 발전 전력을 시계열로 표시한 것이다. 도 17에 나타낸 예에서는, 풍력 발전소의 병해 기간은 시각 T1로부터 시각 T3의 기간에 발생한다. 병해 기간에 있어서는 도 17의 (b)에 나타낸 바와 같이, 풍력 발전소의 출력 전력(PS)을, 소정값 이하(2％ 이하 = 0.02[PU] 이하)로 제한한다. 이로 인해 종래 제어 방식에 있어서는, 병해 기간 동안에 풍력 발전 시스템(1)이 발전을 행하는데 충분히 큰 풍속이 있어도, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 제한 기능에 의해 바람 에너지의 이용을 제한하는 것이 일반적이다.

이하, 본 실시예의 풍력 발전소의 운전 방법에 대해 상세하게 설명하는 풍력 발전소의 상위 컨트롤러(3)는 전력 계통 운용자로부터, 병해 기간의 개시 시각(T1)과 병해 종료 시각(T3)에 대해 연락을 받는다. 상위 컨트롤러(3)는, 도 17의 (c)에 나타낸 바와 같이 병해 기간 개시 시각(T1) 직전부터, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 제한 지령(PLCO)을 소정의 변화율로 저하시킨다. 발전 전력 제한 지 령(PLCO)은, 병해 기간 개시 시각(T1)에 있어서 2％ 이하가 되도록 설정한다. 풍력 발전 시스템(1)은, 발전 전력을 PLCO 이하로 제한하기 위해, 풍력 발전소의 출력 전력(PS)은, 병해 기간 개시 시각(T1)에 있어서 2％ 이하로 제한된다. 상위 컨트롤러(3)는 병해 기간 동안에 있어서, 도 17의 (d)에 나타낸 바와 같이 축전 시스템(2)에 대해 회복 충전 지령을 송신한다. 각 축전 장치(2-1-1, 2-1-2, 2-1-3)는 상위 컨트롤러(3)로부터의 회복 충전 지령을 수신 후, 각각 일정 전류ㆍ일정 전압의 충전 방식에 의해 회복 충전을 행한다.

본 실시예에서는 도 17의 (a)에 나타낸 바와 같이 병해 기간 동안의 전반부(T1 내지 T2)에 있어서, 풍력 발전 시스템(1)이 발전을 행하는데 충분한 풍속이 있는 예를 나타내고 있다. 병해 기간 동안 T1 내지 T2와 같이 풍력 발전 시스템(1)이 발전 가능할 때에는, 축전 시스템(2)의 회복 충전에 필요한 전력을 풍력 발전 시스템(1)이 공급한다. 구체적으로는 도 17의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상위 컨트롤러(3)가 축전 시스템(2)의 충전 전력에 따라서 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 제한 지령(PLCO)을 변화시킨다. 상위 컨트롤러(3)는 발전 전력 제한 지령(PLCO)을 수학식 6에 따라서 연산한다.

PLCO = -PB + (보정량 3)

수학식 6 중 보정량 3은, 풍력 발전소의 출력 전력(PS)이 마이너스값이 되는 것을 방지하기(풍력 발전소가 충전 상태가 되는 것을 방지하기) 위한 값이고, 풍력 발전소 정격값의 1％ 정도의 고정값이면 좋다. 이와 같은 제어 수법을 사용함으로 써, 풍력 발전 시스템(1)이 회복 충전에 필요한 충전 전력을 공급하고, 또한 풍력 발전소의 출력 전력(PS)을 소정값 이하로 제한할 수 있다.

한편, 도 17의 (a)에 나타낸 바와 같이 병해 기간 동안의 시각(T2, T3)에 있어서는 풍속이 감소하고 있고, 풍력 발전 시스템(1)을 발전할 수 없거나, 혹은 축전 시스템(2)의 회복 충전을 위한 전력을 공급하는 데에는 발전 전력이 부족하다. 본 발명에서는 풍속이 작은 병해 기간(T2 내지 T3)에 있어서, 가스 엔진 발전기(11)로부터, 회복 충전을 위한 전력을 공급한다. 구체적으로는, 도 17의 (f)에 나타낸 바와 같이, 상위 컨트롤러(3)가 축전 시스템(2)의 충전 전력에 따라서, 가스 엔진 발전기(11)의 발전 전력 지령(PGEC)을 변화시킨다. 가스 엔진 발전기(11)는, 발전 전력 지령(PGEC)에 추종하도록 발전 전력을 제어한다. 상위 컨트롤러(3)는 발전 전력 지령(PGEC)을 수학식 7에 따라서 연산한다.

PGEC = -PB - PW + (보정량 4)

수학식 7 중의 보정량 4는, 수학식 6과 마찬가지로 풍력 발전소 정격값의 1％ 정도의 고정값이다. 이 제어 수법을 사용함으로써, 가스 엔진 발전기(11)가 회복 충전에 필요한 충전 전력을 공급하고, 또한 풍력 발전소의 출력 전력(PS)을 소정값 이하로 제한할 수 있다.

축전 시스템(2)의 회복 충전이 완료된 후에는, 가스 엔진 발전기(11)는 운전을 정지한다. 또한 병해 기간이 종료한 시각(T3) 이후에는, 상위 컨트롤러(3)는 발전 전력 제한 지령(PLCO)을 소정의 변화율에서 변화시키고, 풍력 발전 시스템(1) 은 풍속에 따라서 발전 운전한다.

또한 본 실시예에서는 보조 발전기로서, 기체 연료를 사용한 가스 엔진 발전기(11)를 사용한 예를 나타냈다. 보조 발전기로서 가스 엔진 발전기(11) 대신에, 가솔린 등의 액체 연료를 이용한 엔진 발전기, 혹은 태양광 발전 장치, 혹은 연료 전지 등을 사용해도 본 발명의 효과는 동일하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 풍력 발전소의 병해 기간 동안에 있어서, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력 제한 제어에 의해 축전 시스템(2)의 회복 충전을 행하면서, 풍력 발전소의 출력 전력(PS)을 소정값 이하로 제한하는 것이 가능해진다. 또한 축전 시스템(2)의 회복 충전 중에 있어서 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력이 부족한 경우에는, 보조 발전기가 전력을 공급함으로써, 축전 시스템(2)이 회복 충전을 완수하는 것을 가능하게 한다. 이 운전 방식에 의해 회복 충전 중이라도, 풍력 발전 시스템(1)의 발전 전력을 회복 충전에 이용할 수 있기 때문에, 자연 에너지의 유효 이용으로 이어진다. 또한 축전 시스템(2)의 회복 충전을 확실하게 완수하는 것이 가능해지고, 축전 시스템(2)을 구성하는 이차 전지의 장기 수명화를 가능하게 하고, 결과적으로 풍력 발전소의 장기간 운용에 의해 자연 에너지를 유효하게 활용할 수 있다.

본 발명은 태양광 발전 시스템이나 파력 발전 시스템과 같이 발전 전력이 변동하는 전원에, 이차 전지를 병설한 발전 시스템에 적용 가능하다.

또한 소비 전력이 변동하는 부하에, 변동 완화를 위해 이차 전지를 병설한 축전 시스템에 대해서도 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 풍력 발전소의 구성을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 풍력 발전소를 구성하는 풍력 발전 장치의 일례를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 풍력 발전소를 구성하는 풍력 발전 장치의 일례를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 풍력 발전소를 구성하는 풍력 발전 장치의 일례를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 풍력 발전소를 구성하는 풍력 발전 장치의 일례를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 풍력 발전소를 구성하는 축전 장치를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 풍력 발전소 출력 전력의 시계열 변화를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 축전 장치의 회복 충전 타이밍을 나타낸 도면.

도 9는 본 발명의 풍력 발전소 출력 전력의 시계열 변화를 나타낸 도면.

도 10은 본 발명의 풍력 발전소 상위 컨트롤러의 구성을 나타낸 도면.

도 11은 본 발명의 충방전 전력 지령의 작성 방법을 나타낸 도면.

도 12는 본 발명의 풍력 발전소의 일례를 나타낸 도면.

도 13은 본 발명의 풍력 발전 출력 전력의 시계열 변화를 나타낸 도면.

도 14는 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 풍력 발전소의 구성을 나타낸 도면.

도 15는 본 발명의 회복 충전의 스케줄링 방법을 나타낸 도면.

도 16은 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 풍력 발전소의 구성을 나타낸 도면.

도 17은 본 발명의 풍력 발전소 출력 전력의 시계열 변화를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 풍력 발전 시스템

1-1-1, 1-1-2, 1-1-3 : 풍력 발전 장치

1-2 : SCADA

1-1-1-1, 1-1-1a-1, 1-1-1b-1, 1-1-1c-1 : 블레이드

1-1-1-2, 1-1-1a-2, 1-1-1b-2, 1-1-1c-2 : 풍속계

1-1-1-3, 1-1-1a-3, 1-1-1b-3, 1-1-1c-3 : 변속 기어

1-1-1-4 : 직류 여자 동기 발전기

1-1-1a-4 : 교류 여자 동기 발전기

1-1-1b-4 : 영구 자석 발전기 혹은 유도 발전기

1-1-1c-4 : 유도 발전기

1-1-1-5, 1-1-1-6, 1-1-1a-6, 1-1-1b-6, 2-1-1-2 : 전력 변환기

1-1-1-7, 1-1-1a-7, 1-1-1b-7, 1-1-1c-7, 2-1-1-3, 4, 14-1, 14-2 : 연계 변압기

1-1-1-8, 1-1-1a-8, 1-1-1b-8, 1-1-1c-8, 2-1-1-4, 9 : 차단기

1-1-1-9 : 여자 장치

1-1-1-10, 1-1-1a-10, 1-1-1b-10, 1-1-1c-10 : 나셀

2 : 축전 시스템

2-1-1, 2-1-2, 2-1-3 : 축전 장치

2-1-1-1 : 이차 전지

3 : 상위 컨트롤러

3-1 : 풍력 발전소 출력 전력 지령 연산부

3-2 : 감산기

3-3 : 충방전 전력 지령 분배부

3-3-1, 3-7 : 보정량 연산부

3-3-2 : SOC 보정 충방전 전력 연산부

3-3-3-1, 3-3-3-2, 3-3-3-3, 3-8 : 가산기

3-3-4-1, 3-3-4-2, 3-3-4-3 : 선택 연산부

3-4 : 회복 충전 지령 연산부

3-5 : 풍차 제한 지령 연산부

3-6 : 변동량 연산부

5 : 전력 계통

6, 7, 8, 12 : 전력계

10 : 발전 전력 예측 사업자

11 : 가스 엔진 발전기

13-1, 13-2 : 부하

15 : 통신 수단

Claims

풍력 발전 시스템과 축전 시스템을 구비하고,

상기 풍력 발전 시스템은 1대 이상의 풍력 발전 장치를 갖고,

상기 축전 시스템은 2대 이상의 축전 장치를 갖고,

상기 복수의 축전 장치는 이차 전지를 구비하여, 전력 계통에 접속된 풍력 발전소에 있어서,

상기 풍력 발전소는 풍력 발전 시스템의 발전 전력을 검출하는 수단과,

상기 복수의 축전 장치의 충방전 전력의 합계값을 검출하는 수단과,

상기 발전 전력과 상기 충방전 전력을 수신하는 컨트롤러를 구비하고,

상기 컨트롤러는,

상기 풍력 발전소의 전력 변동을 완화하는 상기 축전 시스템의 충방전 전력 지령을 연산하는 수단과,

상기 복수의 축전 장치 중 1대 이상이 회복 충전 상태에 있을 때에, 상기 복수의 축전 장치 중 비회복 충전 상태에 있는 상기 축전 장치에 의해 상기 풍력 발전소의 출력 전력의 변동을 완화하고, 또한 회복 충전에 의한 전력 변동도 완화하도록, 상기 충방전 전력 지령으로부터 회복 충전 중인 충방전 전력을 감산하여, 상기 복수의 축전 장치 중 비회복 충전 상태에 있는 상기 축전 장치에 대한 충방전 전력 지령을 연산하는 수단과,

상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력의 변동이 소정값보다 컸던 경우에는, 회복 충전 상태에 있는 상기 축전 장치가 회복 충전을 정지하고, 상기 풍력 발전소의 출력 전력의 변동을 완화하도록 충방전 전력을 조정하는 수단을 구비하고,

상기 컨트롤러는 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력 제한 지령 연산부를 구비하고,

상기 발전 전력 제한 지령 연산부는, 상기 복수의 축전 장치의 적어도 1대 이상이 회복 충전 상태에 있는 경우에는, 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력 제한값을, 상기 축전 시스템에 회복 충전 상태의 축전 장치가 없는 상태의 발전 전력 제한값보다 작은 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전소.
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제1항에 있어서, 기상 예측 데이터를 기초로 하는 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력의 예측값을 입수하는 수단과,

상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력 예측값을 기초로 하여, 상기 축전 시스템의 회복 충전을 스케줄링하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전소.
제1항에 있어서, 보조 발전기와,

상기 보조 발전기의 발전 전력을 검출하는 수단을 구비하고,

상기 컨트롤러는 상기 보조 발전기의 발전 전력을 수신하는 컨트롤러이며, 상기 보조 발전기의 발전 전력 지령을 연산하는 수단과, 상기 발전 전력 지령을 상기 보조 발전기에 송신하는 수단을 구비하고,

상기 풍력 발전소가 개열 기간 중에, 상기 복수의 축전 장치 중 적어도 1대 이상의 회복 충전을 행하고, 상기 보조 발전기가 회복 충전을 위한 전력의 일부, 혹은 전부를 공급하는 수단과,

상기 풍력 발전소가 개열 기간 중, 상기 풍력 발전소의 출력 전력이 소정값 이하로 되도록, 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력을 조정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전소.
제5항에 있어서, 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력을 조정하는 수단은, 상기 축전 장치의 회복 충전에 필요한 전력에, 상기 풍력 발전소의 출력 전력이 마이너스값으로 되는 것을 방지하는 보정량을 가산한 값을, 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력 제한 지령으로 하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전소.
제1항에 있어서, 상기 풍력 발전소가 전력 계통과 연계하는 지점에 있어서 상기 풍력 발전소의 출력 전력을 검출하는 수단을 구비하고,

상기 컨트롤러는 상기 풍력 발전소의 출력 전력을 수신하는 컨트롤러이며,

상기 컨트롤러는 상기 풍력 발전 시스템의 발전 전력과 상기 충방전 전력의 합계값과 상기 풍력 발전소의 출력 전력으로부터 상기 풍력 발전소에서 발생하는 손실을 연산하는 수단과,

상기 충방전 전력 지령에 대해 상기 손실을 보정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전소.
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