KR20120132300A

KR20120132300A - 풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 제어 방법

Info

Publication number: KR20120132300A
Application number: KR1020117010222A
Authority: KR
Inventors: 아끼라 야스기; 가스미 야노
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-12-05
Also published as: AU2011201995A1; US20110227343A1; JP5579176B2; CN102770663A; JPWO2012108033A1; WO2012108033A1; CA2738519A1; US8338978B2; BRPI1100019A2

Abstract

풍력 발전 설비(50)는 전력 계통으로 전력을 공급하는 풍력 발전 장치(10)와 축전 장치(54)를 구비하고 있다. 그리고 풍차 컨트롤러(52)는, 풍력 발전 장치(10)에 대해, 날개의 회전에 의해 발생하는 소음을 억제하기 위해 날개의 회전수를 제어하는 소음 억제 운전을 행하는 동시에, 통상 운전을 행하는 경우에 얻어지는 통상 출력과 소음 억제 운전을 행하는 경우에 얻어지는 소음 억제 출력의 출력차인 저감 출력을 산출한다. 또한, 축전 장치 컨트롤러(58)는, 저감 출력, 소음 억제 출력 및 전력 계통으로부터의 계통 요구 출력에 기초하여, 축전 장치(54)가 충방전시킨다. 따라서, 풍력 발전 설비(50)는 풍력 발전 장치(10)에 대해 소음의 발생을 억제한 운전을 행해도, 전력 계통이 요구하는 전력을 전력 계통으로 공급할 수 있다.

Description

풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 제어 방법{WIND POWER GENERATING EQUIPMENT AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은, 풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 제어 방법에 관한 것이다.

풍력을 전력으로 변환하는 풍력 발전 장치는, 소음 규제되어 있는 지역에 인접하는 장소를 포함하는 여러 장소에서 운전되고 있다. 그러나 날개가 설치되어 있는 로터 헤드가 회전함으로써 소음이 발생하는 경우가 있어, 이러한 경우는 소음을 억제(저감)시킬 필요가 있다.

소음을 억제하기 위한 방법의 일례로서는, 날개의 선단의 속도(팁 스피드)를 저하시키는 것이 생각되고, 팁 스피드를 저하시키기 위해서는 날개의 회전수를 저하시킬 필요가 있다.

그로 인해, 소음을 억제하기 위해서는 날개의 회전수를 저하시키는 소음 억제 운전이 행해지는 경우가 있다.

또한, 풍력 발전 장치의 날개의 특성에 따라서는, 날개의 피치각을 파인측보다도 페더측으로 한 쪽이, 날개의 회전에 의해 발생하는 소음이 작아지는 경우가 있다.

도 7의 (A)에 나타내어지는 풍속과 날개의 회전수의 관계를 나타내는 그래프는, 피치각이 페더측으로 되도록 제어함으로써, 날개의 회전수의 상승을 억제시키는 경우의 일례이다.

도 7의 (A)의 선 A(실선)는, 풍속이 8.5㎧로 된 경우에 날개의 회전수가 15rpm으로 일정해지도록 날개의 피치각을 제어하고 있는 통상 운전의 경우의 예를 나타내고 있다. 그러나 이 경우에는 소음이 발생하므로, 선 B(파선)로 나타내어지는 소음 억제 운전에서는, 소음이 예를 들어 105dB로 되도록, 풍속이 약 7.5㎧ 이상에서 피치각을 통상 운전보다도 페더측으로 제어하고 있다. 이것에 수반하여, 약 7.5㎧로부터 14㎧에 있어서의 날개의 회전수는, 통상 운전보다도 저하되어, 풍속이 14㎧로 된 경우에 15rpm에 도달한다.

피치각을 페더측으로 함으로써, 풍력 발전 장치의 성능 저하를 억제하면서 소음을 저감하기 위한 기술로서, 특허 문헌 1이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에는, 블레이드 피치각 제어부가, 목표 피치각과 풍차 블레이드의 실 피치각으로부터 풍차 블레이드마다 제1 피치각 지령값을 산출하고, 풍차 블레이드의 회전 속도와 미리 설정되어 있는 소정의 관측 지점으로부터 풍차 블레이드까지의 거리를 파라미터로 한 함수를 사용하여 소음의 지표값을 풍차 블레이드마다 산출하고, 소음의 지표값이 소정의 임계값 이상인 풍차 블레이드의 제1 피치각 지령값을 페더측으로 보정하는 기술이 기재되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2010-159646호 공보

그러나 도 7의 (B)의 풍속과 풍력 발전 장치의 출력의 관계에 나타내는 바와 같이, 선 A(실선)로 나타내어지는 통상 운전을 행하는 경우와 비교하여, 선 B(파선)로 나타내어지는 소음 억제 운전의 쪽이, 풍속이 높은 경우에 바람의 에너지의 일부를 흘리게 되므로, 풍속에 대한 출력은 낮다. 이로 인해, 풍력 발전 장치가 전력 계통에 접속되어 있는 경우, 풍력 발전 장치는, 전력 계통으로부터의 요구 출력을 충족시키는 출력을 발생시킬 수 없는 경우가 있다.

본 발명은 이러한 문제에 비추어 이루어진 것으로, 풍력 발전 장치에 대해 소음의 발생을 억제한 운전을 행하고 있는 동안, 전력 계통의 요구를 충족시키도록 전력 제어를 할 수 있는, 풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.

즉, 본 발명에 관한 풍력 발전 설비는, 전력 계통으로 전력을 공급하는 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치에서 생성된 전력 또는 상기 전력 계통으로부터 공급된 전력을 충전하고, 방전에 의해 상기 전력 계통에 전력을 공급하는 축전 장치를 구비한 풍력 발전 설비이며, 상기 풍력 발전 장치에 대해, 날개의 회전에 의해 발생하는 소음을 억제하기 위해 날개의 회전수를 제어하는 소음 억제 운전을 행하는 풍차 제어부와, 상기 소음 억제 운전을 행하는 경우에 얻어지는 출력 및 상기 전력 계통으로부터의 요구 출력에 기초하여, 상기 축전 장치를 충방전시키는 축전 장치 제어부를 구비한다.

본 발명에 따르면, 풍력 발전 설비는, 전력 계통으로 전력을 공급하는 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치에서 생성된 전력 또는 전력 계통으로부터 공급된 전력을 충전하고, 방전에 의해 전력 계통에 전력을 공급하는 축전 장치를 구비하고 있다.

그리고 풍차 제어부에 의해, 풍력 발전 장치에 대해, 날개의 회전에 의해 발생하는 소음을 억제하기 위해 날개의 회전수를 제어하는 소음 억제 운전이 행해진다. 또한, 축전 장치 제어부에 의해, 소음 억제 운전을 행하는 경우에 얻어지는 출력 및 전력 계통으로부터의 요구 출력에 기초하여, 축전 장치가 충방전된다.

따라서 본 발명은, 풍력 발전 장치가 소음 억제 운전되어 있는 풍력 발전 장치의 출력과 전력 계통으로부터의 요구 출력의 차에 따라서, 축전 장치의 충방전을 제어하므로, 풍력 발전 장치에 대해 소음의 발생을 억제한 운전을 행하고 있는 동안 전력 계통의 요구를 충족시키도록 전력 제어를 할 수 있다. 또한, 축전 장치를 구비한 풍력 발전 설비에서는, 새로운 장치를 추가하는 일 없이, 용이하게 전력 계통의 요구를 충족시키도록 전력 제어를 할 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서는, 상기 축전 장치 제어부가, 상기 출력이 상기 요구 출력 이하인 경우에, 전력을 상기 축전 장치로부터 방전시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구성에 있어서는, 상기 축전 장치 제어부가, 상기 출력이 상기 요구 출력을 초과하는 경우에, 상기 출력과 상기 요구 출력의 차에 따른 전력을 상기 축전 장치에 충전시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구성에 있어서는, 상기 풍차 제어부가, 상기 소음 억제 운전이 행해지지 않는 경우에, 상기 풍력 발전 장치를, 상기 통상 운전보다도 과대하게 출력시키는 과출력 운전하고, 상기 축전 장치 제어부가, 상기 풍력 발전 장치가 상기 과출력 운전되어 있는 경우에, 상기 통상 운전의 출력과 상기 과출력 운전의 출력의 차에 따른 전력을 상기 축전 장치에 충전시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 풍력 발전 장치는, 소음 억제 운전이 행해지지 않는 경우에, 풍차 제어부에 의해 통상 운전보다도 과대하게 출력시키는 과출력 운전된다. 그리고 축전 장치 제어부에 의해, 풍력 발전 장치가 과출력 운전되어 있는 경우에, 통상 운전의 출력과 과출력 운전의 출력의 차에 따른 전력이 축전 장치에 충전된다.

따라서, 본 발명은, 축전 장치에 잉여 전력을 남기는 일 없이 축전할 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서는, 복수의 상기 풍력 발전 장치가, 소음의 크기가 소정치 이하로 되도록 소음 규제되어 있는 지역에 인접하여 설치되어 있고, 상기 풍차 제어부는, 상기 소음 억제 운전에 의해 상기 축전 장치의 방전 시간이 소정 시간 이상으로 되는 경우, 상기 지역에 부여하는 소음의 영향이 상대적으로 작은 상기 풍력 발전 장치의 상기 소음 억제 운전을 해제하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 소음 억제 운전에서 축전 장치의 방전 시간이 소정 시간 이상으로 되는 경우, 소음의 크기가 소정치 이하로 되도록 소음 규제되어 있는 지역에 부여하는 소음의 영향이 상대적으로 작은 풍력 발전 장치의 소음 억제 운전이 해제된다.

따라서 본 발명은, 축전 장치에 충전되어 있는 전력의 감소를 억제할 수 있다.

한편, 본 발명에 관한 풍력 발전 설비의 제어 방법은, 전력 계통으로 전력을 공급하는 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치에서 생성된 전력 또는 상기 전력 계통으로부터 공급된 전력을 충전하고, 방전에 의해 상기 전력 계통으로 전력을 공급하는 축전 장치를 구비한 풍력 발전 설비의 제어 방법이며, 상기 풍력 발전 장치에 대해, 날개의 회전에 의해 발생하는 소음을 억제하기 위해 날개의 회전수를 제어하는 소음 억제 운전을 행하는 제1 공정과, 상기 소음 억제 운전을 행하는 경우에 얻어지는 출력 및 상기 전력 계통으로부터의 요구 출력에 기초하여, 상기 축전 장치를 충방전시키는 제2 공정을 포함한다.

본 발명에 따르면, 풍력 발전 장치가 소음 억제 운전되어 있는 풍력 발전 장치의 출력과 전력 계통으로부터의 요구 출력의 차에 따라서, 축전 장치의 충방전을 제어하므로, 풍력 발전 장치에 대해 소음의 발생을 억제한 운전을 행하고 있는 동안, 전력 계통의 요구를 충족시키도록 전력 제어를 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 풍력 발전 장치에 대해 소음의 발생을 억제한 운전을 행하고 있는 동안, 전력 계통의 요구를 충족시키도록 전력 제어를 할 수 있다고 하는 우수한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치의 외관 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 풍력 발전 설비의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 소음 억제 운전과 통상 운전의 차이를 나타내는 그래프로, (A)는 풍속과 날개의 회전수의 관계를 나타내는 그래프이고, (B)는 풍속과 풍력 발전 장치의 출력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 마스터 컨트롤러의 처리의 내용을 도시하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 각 운전 상태에 있어서의 출력과 요구 출력을 나타내는 도면으로, (A)는 소음 억제 출력과 저감 출력의 합이 계통 요구 출력 이하인 경우를 나타내고, (B)는 소음 억제 출력과 저감 출력의 합이 계통 요구 출력을 초과하고, 또한 계통 요구 출력이 소음 억제 출력을 초과하는 경우를 나타내고, (C)는 소음 억제 출력이 계통 요구 출력을 초과하는 경우를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 풍력 발전 설비의 구성도이다.
도 7은 소음 억제 운전과 통상 운전의 차이를 나타내는 그래프로, (A)는 풍속과 날개의 회전수의 관계를 나타내는 그래프이고, (B)는 풍속과 풍력 발전 장치의 출력의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(10)의 외관도이다.

도 1에 도시하는 풍력 발전 장치(10)는, 기초(12) 상에 기립 설치되는 지지 기둥(14)과, 지지 기둥(14)의 상단에 설치되는 너셀(16)과, 대략 수평한 축선 주위로 회전 가능하게 하여 너셀(16)에 설치되는 로터 헤드(18)를 갖고 있다.

로터 헤드(18)에는 그 회전 축선 주위로 방사상으로 하여 복수(본 실시 형태에서는, 일례로서 3개)의 풍차 회전 날개(20)[이하, 단순히「날개(20)」라 함]가 장착되어 있다. 이에 의해, 로터 헤드(18)의 회전 축선 방향으로부터 날개(20)에 부딪친 바람의 힘이, 로터 헤드(18)를 회전 축선 주위로 회전시키는 동력으로 변환되고, 상기 동력이 발전기에 의해 전력으로 변환된다. 또한, 날개(20)는 풍향에 대해 회전 가능하도록 로터 헤드(18)에 연결되어 있고, 날개(20)의 피치각이 변화 가능하게 되어 있다.

도 2는 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 설비(50)의 구성도이다. 또한, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 설비(50)는, 일례로서 소음의 크기가 소정치 이하로 되도록 소음 규제가 되어 있는 지역(이하,「소음 규제 지역」이라 함)에 인접하고 있다.

풍력 발전 설비(50)는, 복수[n대, 이하, n을 풍력 발전 장치(10)를 식별하기 위한 번호로 함]의 풍력 발전 장치(10), 풍력 발전 장치(10)마다 설치되고, 풍력 발전 장치(10)를 제어하기 위한 풍차 컨트롤러(52), 축전 장치(54), 풍력 발전 장치(10) 및 축전 장치(54)의 제어를 담당하는 마스터 컨트롤러(56), 축전 장치(54)를 제어하기 위한 축전 장치 컨트롤러(58)를 구비하고 있다.

각 풍력 발전 장치(10)는 변압기(60A)를 통해 전기적으로 접속되고, 축전 장치(54)는 직류 교류 변환기(62) 및 변압기(60B)를 통해, 풍력 발전 장치(10)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 각 풍력 발전 장치(10) 및 축전 장치(54)는 변압기(60C)를 통해 전력 계통과 접속되어, 전력 계통으로의 전력의 공급이 가능하게 되어 있다.

축전 장치(54)는 풍력 발전 장치(10)와 전기적으로 접속되어 있으므로, 풍력 발전 장치(10)에서 생성된 전력 또는 전력 계통으로부터 공급된 전력을 충전 가능하게 되고, 방전에 의해 전력 계통으로 전력을 공급한다. 이 축전 장치(54)의 충방전에 의해, 풍력 발전 설비(50)로부터 전력 계통으로 공급하는 전력이 보상된다. 본 실시 형태에서는, 축전 장치(54)로서 2차 전지를 사용하지만, 이것에 한정되지 않고, 콘덴서 등의 다른 축전 장치를 사용해도 된다.

마스터 컨트롤러(56)는 풍차 컨트롤러(52)와의 사이에서 풍력 발전 장치(10)를 제어하기 위한 각종 데이터의 송수신을 행한다. 구체적으로는, 예를 들어 마스터 컨트롤러(56)는 각 풍차 컨트롤러(52)에 풍력 발전 장치(10)에서 출력시키는 전력을 나타낸 출력 지령값(Pdem_WTG)을 송신하고, 풍차 컨트롤러(52)로부터 풍력 발전 장치(10)의 소음 억제 출력(P)과 저감 출력(ΔP)을 나타내는 데이터를 수신한다.

또한, 마스터 컨트롤러(56)는 축전 장치 컨트롤러(58)와의 사이에서, 축전 장치(54)를 충방전시키기 위한 각종 데이터의 송수신을 행한다. 구체적으로는, 예를 들어 마스터 컨트롤러(56)는 축전 장치 컨트롤러(58)에 축전 장치(54)를 충방전시키는 제어를 행하기 위한 출력 지령값(Pdem_storageㆍf)과, 출력 지령값(Cdem_storageㆍf)을 송신하고, 축전 장치 컨트롤러(58)로부터 축전 장치(54)에 충전되어 있는 전력의 잔류 용량을 나타내는 배터리 컨디션(Bat_space)을 수신한다.

또한, 마스터 컨트롤러(56)는 전력 계통이 풍력 발전 설비(50)에 요구하는 출력의 크기를 나타낸 계통 요구 출력(Pgrid_lim)을 수신한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 계통 요구 출력(Pgrid_lim)은, 전력 계통으로의 공급하는 출력의 상한치를 나타내고 있다.

본 실시 형태에 관한 풍차 컨트롤러(52)는, 제어 대상으로 되는 풍력 발전 장치(10)에 대해, 날개(20)의 회전에 의해 발생하는 소음을 억제하기 위해 날개(20)의 회전수를 제어하는 소음 억제 운전을 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 소음 억제 운전은, 날개(20)의 피치각을 보다 페더측으로 함으로써, 바람의 에너지를 받아 흘려, 날개(20)의 회전수를 저하시킴으로써 소음을 억제하는 제어이다.

도 3은 본 실시 형태에 관한 소음 억제 운전과 통상 운전의 차이를 나타내는 그래프이다. 도 3의 (A)는 풍속과 날개(20)의 회전수의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 3의 (B)는 풍속과 풍력 발전 장치(10)의 출력의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3의 (A)의 선 A(실선)는 풍속이 8.5㎧로 된 경우에 날개의 회전수가 15rpm으로 일정해지도록 날개의 피치각을 제어하고 있는 통상 운전의 경우의 예를 나타내고 있다. 그러나 이 경우에는 소음이 발생하므로, 선 B(파선)로 나타내어지는 소음 억제 운전에서는, 소음이 예를 들어 105dB로 되도록, 풍속이 약 7.5㎧ 이상에서 피치각을 통상 운전보다도 페더측으로 하고 있다. 이것에 수반하여, 약 7.5㎧로부터 14㎧에 있어서의 날개의 회전수는, 통상 운전보다도 저하되어, 풍속이 14㎧로 된 경우에 15rpm에 도달한다.

그러나 소음 억제 운전에서는, 도 3의 (B)에 나타내어지는 바와 같이 선 A(실선)로 나타내어지는 통상 운전을 행하는 경우와 비교하여, 선 B(파선)로 나타내어지는 소음 억제 운전의 쪽이, 풍속이 높은 경우에 바람의 에너지의 일부를 흘리게 되므로 풍속에 대한 출력은 낮아진다.

또한, 소음 억제 운전은, 풍차 컨트롤러(52)에 의해 각 풍력 발전 장치(10)에 대해, 이하와 같은 경우에 행해진다. 예를 들어, 소음의 발생이 규제되는 미리 정해진 시간대(예를 들어, 야간)로 된 경우, 풍력 발전 장치(10)로부터 발생하는 소음이 소정치 이상으로 된 경우, 풍속이 소정치 이상으로 된 경우 및 풍력 발전 설비(50)의 작업자에 의한 조작 지시가 있었던 경우 등이다.

따라서, 본 실시 형태에 관한 각 풍차 컨트롤러(52)는, 소음 억제 운전을 행하는 동시에, 상기 소음 억제 운전을 행하지 않고 미리 정해진 통상 운전을 행하는 경우에 얻어지는 통상 출력과, 상기 소음 억제 운전을 행하는 경우에 얻어지는 소음 억제 출력(P)과의 출력차인 저감 출력(ΔP)을 산출하여, 상술한 바와 같이 마스터 컨트롤러(56)로 송신한다.

그리고 본 실시 형태에 관한 마스터 컨트롤러(56)는, 저감 출력(ΔP), 소음 억제 출력(P) 및 계통 요구 출력(Pgrid_lim)에 기초하여, 축전 장치(54)를 충방전시키기 위한 지령값을 생성하고, 생성한 지령값을 축전 장치 컨트롤러(58)로 송신한다.

도 4는 풍력 발전 장치(10)에 대해 소음 억제 운전이 행해지고 있는 경우에 있어서의, 마스터 컨트롤러(56)의 처리의 내용을 도시하는 모식도이다.

마스터 컨트롤러(56)는 요구 출력 산출부(70), 충방전 제어 판정부(72), 제1 방전 모드 제어부(74), 제2 방전 모드 제어부(76) 및 충전 모드 제어부(78)를 구비한다.

요구 출력 산출부(70)는 각 풍차 컨트롤러(52)로부터 송신되는 저감 출력[ΔPn(n＝1 내지 k)]을 수신하고, 수학식 1에 나타내는 바와 같이, 저감 출력(ΔPn)의 총합을 요구 출력(Pdem)으로서 산출하여, 충방전 제어 판정부(72)로 출력한다.

또한, 각 풍차 컨트롤러(52)는 저감 출력 산출부(80)를 구비하고 있다. 저감 출력 산출부(80)는 소음 억제 운전이 행해지고 있는 풍력 발전 장치(10)에 대한 풍속으로부터, 통상 출력과 소음 억제 출력을 산출하고, 산출한 통상 출력과 소음 억제 출력의 차를 저감 출력으로서 산출한다. 풍속은, 예를 들어 풍력 발전 장치(10)의 근방에 설치되어 있는 풍속계(도시하지 않음)에 의해 측정된다.

충방전 제어 판정부(72)는 요구 출력 산출부(70)로부터의 요구 출력(Pdem)이 입력되는 동시에, 계통 요구 출력(Pgrid_lim) 및 각 풍차 컨트롤러(52)로부터의 소음 억제 출력[Pn(n＝1 내지 k)]을 수신한다. 그리고 충방전 제어 판정부(72)는 계통 요구 출력(Pgrid_lim), 소음 억제 출력(Pn) 및 요구 출력(Pdem)을 사용하여, 축전 장치(54)를 방전시킬지 또는 충전시킬지를 판정한다.

구체적으로는, 도 5의 (A) 및 수학식 2에 나타내는 바와 같이, 소음 억제 출력(Pn)의 총합과 요구 출력(Pdem)의 합이 계통 요구 출력(Pgrid_lim) 이하인 경우, 충방전 제어 판정부(72)는 축전 장치(54)를 방전시키기 위한 방전 신호(Pdem_storageα1)를 제1 방전 모드 제어부(74)로 출력한다. 또한, 도 5의 Pnormal은, 복수(n＝1 내지 k)의 풍력 발전 장치(10)의 통상 출력의 총합을 나타낸다.

수학식 2가 성립되는 경우에 제1 방전 모드 제어부(74)에 출력되는 방전 신호(Pdem_storageα1)는, 수학식 3에 나타내는 바와 같이 요구 출력(Pdem)으로 된다.

제1 방전 모드 제어부(74)는 충방전 제어 판정부(72)로부터의 방전 신호(Pdem_storageα1)가 입력되면, 수학식 4에 나타내는 바와 같이, 방전 신호(Pdem_storageα1)의 값을 출력 지령값(Pdem_storageㆍf)으로서 축전 장치 컨트롤러(58)로 출력한다.

그러나 축전 장치(54)의 잔류 용량이 요구 출력(Pdem) 미만인 경우는, 수학식 5에 나타내는 바와 같이, 배터리 컨디션(Bat_space)의 값을 출력 지령값(Pdem_storageㆍf)으로서 축전 장치 컨트롤러(58)로 출력한다.

한편, 도 5의 (B) 및 수학식 6에 나타내는 바와 같이, 소음 억제 출력(Pn)의 총합과 요구 출력(Pdem)의 합이 계통 요구 출력(Pgrid_lim)을 초과하고, 또한 계통 요구 출력(Pgrid_lim)이 소음 억제 출력(Pn)의 총합을 초과하는 경우, 충방전 제어 판정부(72)는 축전 장치(54)를 방전시키기 위한 방전 신호(Pdem_storageα2)를 제2 방전 모드 제어부(76)로 출력한다.

제2 방전 모드 제어부(76)는 충방전 제어 판정부(72)로부터의 방전 신호(Pdem_storageα2)가 입력되면, 수학식 7에 나타내는 바와 같이, 계통 요구 출력(Pgrid_lim)과 소음 억제 출력(Pn)의 총합의 차에 따른 전력을 축전 장치(54)로부터 방전시키는 출력 지령값(Pdem_storageㆍf)을 산출하여, 축전 장치 컨트롤러(58)로 출력한다.

그러나 축전 장치(54)의 잔류 용량이 수학식 7에서 산출되는 차 미만인 경우는, 수학식 8에 나타내는 바와 같이, 배터리 컨디션(Bat_space)의 값을 출력 지령값(Pdem_storageㆍf)으로서 축전 장치 컨트롤러(58)로 출력한다.

또한, 도 5의 (C) 및 수학식 9에 나타내는 바와 같이, 소음 억제 출력(Pn)의 총합이 계통 요구 출력(Pgrid_lim)을 초과하는 경우에, 충방전 제어 판정부(72)는 풍력 발전 장치(10)에서 잉여로 생성된 전력을 축전 장치(54)에 충전시키기 위한 충전 신호(Pdem_storageβ)를 충전 모드 제어부(78)로 출력한다. 소음 억제 출력(Pn)의 총합이 계통 요구 출력(Pgrid_lim)을 초과하는 경우라 함은, 예를 들어 야간, 또는 전력 소비량이 큰 설비(공장 등)에 의한 전력의 소비가 정지한 경우 등이다.

수학식 9가 성립되는 경우에, 요구 출력(Pdem)은, 수학식 10에 나타내어지는 바와 같이 0(제로)으로 되고, 충전 모드 제어부(78)로 출력되는 충전 신호(Pdem_storageβ)는 소음 억제 출력(Pn)의 총합과 계통 요구 출력(Pgrid_lim)의 차로 된다.

충전 모드 제어부(78)는, 충방전 제어 판정부(72)로부터의 충전 신호(Pdem_storageβ)가 입력되면, 수학식 11에 나타내는 바와 같이 충전 신호(Pdem_storageβ)의 값을 출력 지령값(Cdem_storageㆍf)으로서 축전 장치 컨트롤러(58)로 출력한다.

그러나 축전 장치(54)의 충전 가능한 용량이 수학식 10에서 산출되는 차 미만인 경우는, 수학식 12에 나타내는 바와 같이, 배터리 컨디션(Bat_space)의 값을 출력 지령값(Cdem_storageㆍf)으로서 축전 장치 컨트롤러(58)로 출력한다.

또한, 충전 모드 제어부(78)는 전력 계통으로 공급하는 출력이 계통 요구 출력(Pgrid_lim)을 초과하지 않도록, 풍력 발전 장치(10)에 대해 출력 제한을 부여하는 출력 지령값(Pdem_WTG)을 풍차 컨트롤러(52)로 출력한다.

풍차 컨트롤러(52)는 상기 출력 지령값(Pdem_WTG)을 수신하면, 출력 제한을 위한 제어를 풍력 발전 장치(10)에 대해 행한다. 또한, 출력 제한은, 예를 들어 날개(20)의 피치각을 보다 페더측으로 되도록 제어(디로드 운전)하는 것이다.

또한, 마스터 컨트롤러(56)는 소음 억제 운전이 행해지고 있지 않은 경우이며, 풍력 발전 장치(10)의 출력이 계통 요구 출력(Pgrid_lim)을 초과하는 경우도, 배터리 컨디션(Bat_space)의 값에 따라서, 풍력 발전 장치(10)의 출력과 계통 요구 출력(Pgrid_lim)의 차를 축전 장치(54)에 충전시킨다.

여기서, 풍력 발전 장치(10)에 대해 소음 억제 운전이 행해지고 있는 경우의 축전 장치(54)에 대한 충방전 제어에 대해, 구체적인 수치를 들어 설명한다.

풍력 발전 설비(50)에 설치되어 있는 10대의 풍력 발전 장치(10)에 대해 소음 억제 운전이 행해지고, 소정 시간에 있어서의 각 풍력 발전 장치(10)의 저감 출력이 0.2MW로 된다. 이 경우, 요구 출력(Pdem)은 2MW(0.2×10＝2)로 된다.

또한, 전력 계통으로부터의 계통 요구 출력(Pgrid_lim)이, 22MW인 경우, 소음 억제 운전되어 있는 10대의 풍력 발전 장치(10)의 합계 출력이 22MW이면, 방전 신호(Pdem_storage)＝0MW로 되어, 축전 장치(54)에의 출력 지령값(Pdem_storageㆍf)은 0MW로 되므로, 축전 장치(54)는 충방전하지 않는다.

또한, 전력 계통으로부터의 계통 요구 출력(Pgrid_lim)이 20MW인 경우, 소음 억제 운전되어 있는 10대의 풍력 발전 장치(10)의 합계 출력이 22MW이면, 충전 신호(Pdem_storageβ)＝＋2MW로 되어, 축전 장치(54)는 2MW 충전된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 설비(50)는 전력 계통으로 전력을 공급하는 풍력 발전 장치(10)와 축전 장치(54)를 구비하고 있다. 그리고 풍차 컨트롤러(52)는 풍력 발전 장치(10)에 대해, 날개(20)의 회전에 의해 발생하는 소음을 억제하기 위해 날개(20)의 회전수를 제어하는 소음 억제 운전을 행하는 동시에, 통상 운전을 행하는 경우에 얻어지는 통상 출력과 소음 억제 운전을 행하는 경우에 얻어지는 소음 억제 출력의 출력차인 저감 출력을 산출한다. 또한, 마스터 컨트롤러(56)는 저감 출력, 소음 억제 출력 및 전력 계통으로부터의 계통 요구 출력에 기초하여, 축전 장치(54)에 충방전시키도록 축전 장치 컨트롤러(58)에 지령을 내린다.

따라서, 풍력 발전 설비(50)는 풍력 발전 장치(10)에 대해 소음의 발생을 억제한 운전을 행하고 있는 동안, 전력 계통의 요구를 충족시키도록 전력 제어를 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 설비(50)는, 소음 억제 출력과 저감 출력의 합이 계통 요구 출력 이하인 경우에, 저감 출력에 따른 전력을 축전 장치(54)로부터 전력 계통으로 방전시킨다.

또한, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 설비(50)는, 소음 억제 출력과 저감 출력의 합이 계통 요구 출력을 초과하고, 또한 계통 요구 출력이 소음 억제 출력을 초과하는 경우에, 계통 요구 출력과 소음 억제 출력의 차에 따른 전력을 축전 장치(54)로부터 전력 계통으로 방전시킨다.

또한, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 설비(50)는, 소음 억제 출력이 계통 요구 출력을 초과하는 경우에, 소음 억제 출력과 계통 요구 출력의 차에 따른 전력, 즉 잉여로 생성된 전력을 축전 장치(54)에 충전시킨다.

이상, 본 발명을, 상기 실시 형태를 사용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 실시 형태에 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있고, 상기 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들어, 풍차 컨트롤러(52)는 소음 억제 운전을 행하지 않는 경우에, 풍력 발전 장치(10)를, 통상 운전보다도 과대하게 출력시키는 과출력 운전시키고, 축전 장치 컨트롤러(58)는 풍력 발전 장치(10)가 과출력 운전되고 있는 경우에, 통상 운전의 출력과 과출력 운전의 출력의 차에 따른 전력을 축전 장치(54)에 충전시켜도 된다.

과출력 운전을 행하는 경우의 구체예는, 소음 규제가 해제되는 시간대나, 소음 규제가 되어 있어도 단시간(예를 들어, 수 분)인 경우 등이다. 과출력 운전의 일례로서는, 날개(20)의 피치각을 파인측으로 함으로써, 날개(20)의 회전수를 통상 운전보다도 상승시킨다.

따라서, 풍력 발전 설비(10)는, 축전 장치(54)로의 충전이 적절하게 행해지고, 소음 억제 운전이 되어 있는 경우 외에, 전력 계통의 주파수가 급격하게 저하되고, 저하된 주파수를 회복시키기 위해 축전 장치(54)로부터의 방전이 필요해지는 경우 등의 대응이 가능해진다.

또한, 풍력 발전 설비(10)는, 복수의 풍력 발전 장치(10)의 소음 억제 운전에 의해 축전 장치(54)의 방전 시간이 소정 시간 이상(예를 들어, 수십 분 이상)으로 되는 경우, 소음 규제 지역에 부여하는 소음의 영향이 상대적으로 작은 풍력 발전 장치(10)에 대한 소음 억제 운전을 해제하고, 통상 운전으로 해도 된다.

소음 규제 지역에 부여하는 소음의 영향이 상대적으로 작은 풍력 발전 장치(10)라 함은, 예를 들어 소음 규제 지역과의 경계로부터의 거리가 먼 위치에 있는 풍력 발전 장치(10)나, 풍향에 따라서 소음 규제 지역에 부여하는 소음의 영향이 상대적으로 작은 풍력 발전 장치(10)이다.

상기 소정 시간은, 소음 억제 운전이 행해지고 있는 풍력 발전 장치(10)의 출력의 저하가 상정되는 기간을 말하며, 그때까지의 풍황(風況)으로부터 예측되는 그 후의 풍속 예측으로부터, 상기 소정 시간 이상으로 되는지 여부가 판정된다.

또한, 상기 소정 시간은, 축전 장치(54)의 방전에 의해, 축전 장치(54)의 충전량이 미리 정해진 전력 이하로 될 것이라 예상되는 경과 시간으로 규정하고, 축전 장치(54)에 충전되어 있는 전력의 잔류 용량에 따라서 적절하게 변경되어도 된다.

따라서, 풍력 발전 설비(10)는, 축전 장치(54)의 방전량을 억제할 수 있어, 소음 억제 운전이 되어 있는 경우 외에, 전력 계통의 주파수가 급격하게 저하되고, 저하된 주파수를 회복시키기 위해 축전 장치(54)로부터의 방전이 필요해지는 경우 등의 대응이 가능해진다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 풍력 발전 설비(50)가 풍력 발전 장치(10)를 복수 구비하는 형태에 대해 설명하였지만, 본 실시 형태는 이것에 한정되는 것은 아니며, 풍력 발전 설비(50)가 풍력 발전 장치(10)를 1개만 구비하는 형태로 해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 복수의 풍력 발전 장치(10)에 대해 1개의 축전 장치(54)가 설치되는 형태에 대해 설명하였지만, 본 실시 형태는 이것에 한정되는 것은 아니며, 도 6에 나타내는 바와 같이, 각 풍력 발전 장치(10)에 대해 축전 장치(54)가 설치되어 있는 형태로 해도 된다.

이 형태의 경우, 풍력 발전 장치(10)와 축전 장치(54)의 조합마다, 마스터 컨트롤러(56) 및 축전 장치 컨트롤러(58)가 설치되고, SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)(90)가 계통 요구 출력(Pgrid_lim)을 수신하고, SCADA(90)로부터 각 마스터 컨트롤러(56)로 계통 요구 출력(Pgrid_lim)이 송신된다.

10 : 풍력 발전 장치
20 : 날개
50 : 풍력 발전 설비
52 : 풍차 컨트롤러
54 : 축전 장치
56 : 마스터 컨트롤러
58 : 축전 장치 컨트롤러

Claims

전력 계통으로 전력을 공급하는 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치에서 생성된 전력 또는 상기 전력 계통으로부터 공급된 전력을 충전하고, 방전에 의해 상기 전력 계통으로 전력을 공급하는 축전 장치를 구비한 풍력 발전 설비이며,
상기 풍력 발전 장치에 대해, 날개의 회전에 의해 발생하는 소음을 억제하기 위해 날개의 회전수를 제어하는 소음 억제 운전을 행하는 풍차 제어부와,
상기 소음 억제 운전을 행하는 경우에 얻어지는 출력 및 상기 전력 계통으로부터의 요구 출력에 기초하여, 상기 축전 장치를 충방전시키는 축전 장치 제어부를 구비한, 풍력 발전 설비.
제1항에 있어서, 상기 축전 장치 제어부는, 상기 출력이 상기 요구 출력 이하인 경우에, 전력을 상기 축전 장치로부터 방전시키는, 풍력 발전 설비.
제1항에 있어서, 상기 축전 장치 제어부는, 상기 출력이 상기 요구 출력을 초과하는 경우에, 상기 출력과 상기 요구 출력의 차에 따른 전력을 상기 축전 장치에 충전시키는, 풍력 발전 설비.
제1항에 있어서, 상기 풍차 제어부는, 상기 소음 억제 운전이 행해지지 않는 경우에, 상기 풍력 발전 장치를, 상기 통상 운전보다도 과대하게 출력시키는 과출력 운전하고,
상기 축전 장치 제어부는, 상기 풍력 발전 장치가 상기 과출력 운전되어 있는 경우에, 상기 통상 운전의 출력과 상기 과출력 운전의 출력의 차에 따른 전력을 상기 축전 장치에 충전시키는, 풍력 발전 설비.
제1항에 있어서, 복수의 상기 풍력 발전 장치가, 소음의 크기가 소정치 이하로 되도록 소음 규제되어 있는 지역에 인접하여 설치되어 있고,
상기 풍차 제어부는, 상기 소음 억제 운전에 의해 상기 축전 장치의 방전 시간이 소정 시간 이상으로 되는 경우, 상기 지역에 부여하는 소음의 영향이 상대적으로 작은 상기 풍력 발전 장치의 상기 소음 억제 운전을 해제하는, 풍력 발전 설비.
전력 계통으로 전력을 공급하는 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치에서 생성된 전력 또는 상기 전력 계통으로부터 공급된 전력을 충전하고, 방전에 의해 상기 전력 계통으로 전력을 공급하는 축전 장치를 구비한 풍력 발전 설비의 제어 방법이며,
상기 풍력 발전 장치에 대해, 날개의 회전에 의해 발생하는 소음을 억제하기 위해 날개의 회전수를 제어하는 소음 억제 운전을 행하는 제1 공정과,
상기 소음 억제 운전을 행하는 경우에 얻어지는 출력 및 상기 전력 계통으로부터의 요구 출력에 기초하여, 상기 축전 장치를 충방전시키는 제2 공정을 포함하는, 풍력 발전 설비의 제어 방법.