KR20130005261A - 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법 및 풍력 발전 설비의 출력 평준화 장치 - Google Patents

풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법 및 풍력 발전 설비의 출력 평준화 장치 Download PDF

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아키라 야스기
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

(과제)
출력을 평준화시키는 것에 덧붙여, 발전량을 증대시킬 수 있는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법 및 출력 평준화 장치를 제공한다.
(해결 수단)
출력 평준화 장치 (4) 는, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력을 제어하는 풍차 컨트롤러 (20) 와 축전 장치 (3) 를 제어하는 배터리 컨트롤러 (30) 와 풍차 컨트롤러 (20) 및 배터리 컨트롤러 (30) 에 각각 지령을 주는 마스터 컨트롤러 (40) 를 구비하고 있다. 이 출력 평준화 장치 (4) 에 의해 풍력 발전 장치 (2) 의 출력을 평준화시켜 타겟 출력으로 조정한다.

Description

풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법 및 풍력 발전 설비의 출력 평준화 장치{POWER OUTPUT LEVELING METHOD AND APPARATUS FOR WIND TURBINE GENERATING FACILITY}
본 발명은, 풍력 발전 설비의 출력을 평준화시키기 위한 출력 평준화 방법 및 평준화 장치에 관한 것이다.
종래부터, 풍속에 의해 변동되는 풍력 발전 설비의 출력을 평준화시키기 위한 여러가지 방법이 제안되어 왔다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 풍력 발전 설비의 출력이 증가한 경우에, 먼저, 풍력 발전 장치의 로터의 회전수를 증가시켜 잉여 출력을 회전 에너지로서 축적시키면서, 소정의 회전수를 초과하지 않도록 피치 제어하여, 출력 변동을 억제하는 방법이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 평11-82282호
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 풍력 발전 설비에서는, 피치 제어에 의해 바람을 받아 넘겨 회전수를 억제하기 위해, 전력으로 변환 가능한 바람 에너지의 일부가 일실 (逸失) 되어 원하는 출력을 얻기 어려운 경우가 있다.
한편, 풍력 발전 설비에 의해 생성된 전력을 수요가에게 공급하는 전기사업자는, 소정 기간에서의 목표 발전량을 설정하고 있어, 이 목표 발전량을 달성할 수 있는지 아닌지가 전기사업자의 수익을 좌우한다. 이 때문에, 단순히 풍력 발전 설비의 출력을 평준화시킬 뿐만 아니라, 발전량을 증대시킬 수 있는 출력 평준화의 수법이 요망되었다.
그래서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 출력을 평준화시키는 것에 덧붙여, 발전량을 증대시킬 수 있는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법 및 출력 평준화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하는 본 발명에 관련된 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법은, 풍력 발전 장치에 축전지가 접속된 풍력 발전 설비의 출력을 타겟 출력으로 조정하기 위해서, 상기 풍력 발전 장치의 출력을 계측하는 출력 계측 단계와, 소정 기간에서의 목표 발전량에 대한, 그 소정 기간의 기산 시점에서 상기 소정 기간 내에서의 소정 시점까지의 상기 풍력 발전 장치의 출력 계측값의 적산값의 비율인 발전 목표 달성률을 산출하는 달성률 산출 단계와, 상기 발전 목표 달성률이 제 1 임계값 미만인 경우, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키고, 상기 축전지에 대한 충전 또는 상기 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하는 피치 금지 운전 모드를 선택하는 운전 모드 선택 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 소정 기간에서의 목표 발전량이란, 예를 들어, 풍력 발전 설비에 의해 생성된 전력을 수요가에게 공급하는 전기사업자의 연간 목표 발전량이다.
또, 소정 기간 내에서의 소정 시점이란, 당해 소정 기간의 도중 시점이어도 되고, 당해 소정 기간의 종료 시점이어도 된다. 예를 들어, 월별 목표 발전량이 설정되어 있어, 「소정 기간」을 1 개월로 하고, 「소정 기간 내에서의 소정 시점」을 기산 시점에서 1 개월 경과 후의 시점으로 하여 매월 발전 목표 달성률을 반복적으로 모니터하도록 해도 된다. 또는, 연간 목표 발전량이 설정되어 있어, 「소정 기간」을 1 년으로 하고, 「소정 기간 내에서의 소정 시점」을 기산 시점에서 n 개월 경과 후의 시점 (단 n 은 자연수) 으로 하여 n 개월 경과할 때마다 발전 목표 달성률을 반복적으로 모니터하도록 해도 된다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 풍력 발전 장치의 출력 계측값으로부터 발전 목표 달성률을 산출하고, 당해 달성률이 미리 설정된 제 1 임계값 미만인 경우에, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시킴에 있어서, 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키고, 축전지에 대한 충전 또는 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하도록 하였으므로, 바람을 받아 넘기도록 피치각을 변경하는 피치 제어가 실시되는 빈도가 낮아진다. 따라서, 바람 에너지 중 전력으로 변환되지 않고 일실되는 양을 줄여, 발전량을 증대시킬 수 있다.
또한, 여기서 말하는 피치각이란, 풍차 블레이드의 익현과 로터 회전면이 이루는 각도이다. 피치각을 크게 하면, 바람이 받아 넘겨져 로터가 바람으로부터 취출하는 에너지가 감소된다. 따라서, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해서 실시하는 피치 제어란, 구체적으로는, 풍차 블레이드의 피치각을 크게 하여 풍력 발전 장치의 출력을 억제하여 타겟 출력에 맞추는 것을 의미한다.
또, 상기 운전 모드 선택 단계에서는, 상기 발전 목표 달성률이 상기 제 1 임계값 이상인 경우, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해서 피치 제어를 실시하는 것을 허용하는 피치 허용 운전 모드를 선택하는 것으로 해도 된다.
이와 같이, 피치 허용 운전 모드에 있어서 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 피치 제어에 의해 저감시키는 것을 허용함으로써, 축전지 상태에 따라서는, 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 축전지에 충전하는 것을 피하고 피치 제어를 이용하여, 축전지에 대한 충전 기회를 저감시켜 축전지의 수명을 연장할 수 있다. 또, 출력 평준화를 위한 축전지의 부담이 경감되므로, 용량 마진이 적은 저렴한 축전지가 사용 가능해진다.
또, 상기 운전 모드 선택 단계에서 상기 피치 허용 운전 모드가 선택된 경우, 풍속과 상기 풍력 발전 장치의 이상 (理想) 출력의 관계를 나타내는 상기 풍력 발전 장치의 성능 곡선에 상기 풍속을 적용시켜 얻어지는 상기 이상 출력에 대한, 상기 피치 제어에 의해 손실된 발전량의 비율인 손실률을 산출하는 손실률 산출 단계를 추가로 구비하고, 상기 피치 허용 운전 모드에서는, 상기 손실률이 제 2 임계값 이상인 경우, 상기 피치 허용 운전 모드에서 상기 피치 금지 운전 모드로 전환하는 것이 바람직하다.
어느 시점에서 발전 목표 달성률이 제 1 임계값 이상이며 비교적 충분한 발전량이 얻어져도, 풍속 및 풍향은 변화하기 때문에, 그 후에도 목표 발전량의 달성을 향하여 착실히 발전량을 확보할 수 있다고는 할 수 없다. 그래서, 상기 서술한 손실률이 제 2 임계값 이상인 경우, 발전 목표 달성률이 제 1 임계값 이상이며 피치 허용 운전 모드가 선택되어 있어도, 피치 금지 운전 모드로 전환함으로써, 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해서 피치 제어가 실시되는 빈도가 한층 더 낮아진다. 따라서, 소정 기간에서의 목표 발전량의 달성이 용이해진다.
또한, 풍력 발전 장치의 성능 곡선이란, 풍속과 풍력 발전 장치의 이상 출력의 관계를 나타내는 곡선을 의미하고, 측정된 풍속을 성능 곡선에 적용시킴으로써 그 풍속에 있어서의 이상 출력이 산출된다.
또, 상기 축전지의 열화도를 취득하는 열화도 취득 단계를 추가로 구비하고, 상기 축전지의 열화도가 제 3 임계값을 상회하는 경우, 상기 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 또는 방출을 상기 축전지의 충전 또는 방전보다 우선적으로 하고, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감 또는 부족분을 보충해도 된다.
이와 같이, 축전지의 열화도를 취득하고, 당해 열화도와 미리 설정된 제 3 임계값을 비교하여 열화도가 제 3 임계값을 상회하는 경우에, 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 또는 방출을 축전지의 충전 또는 방전보다 우선적으로 함으로써 축전지의 충방전 기회를 저감시킬 수 있다. 이로써, 축전지의 수명 저하를 방지할 수 있다. 또, 출력 평준화를 위한 축전지의 부담이 경감되므로, 용량 마진이 적은 저렴한 축전지가 사용 가능해진다.
또, 상기 열화도는, 상기 축전지의 충방전 사이클 수, 적산 충방전 사이클 수, 충방전 레이트 수 중 적어도 하나여도 된다.
또한, 상기 축전지의 잔용량을 취득하는 잔용량 취득 단계를 추가로 구비하고, 상기 축전지의 잔용량이 소정 범위를 벗어난 경우, 상기 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 또는 방출보다 상기 축전지의 충전 또는 방전을 우선적으로 하고, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감 또는 부족분을 보충해도 된다.
이와 같이, 축전지의 잔용량을 취득하고, 당해 잔용량이 미리 설정된 소정 범위를 벗어난 경우에, 축전지의 충전 또는 방전을 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 또는 방출보다 우선적으로 함으로써 충전지의 잔용량을 적절한 범위로 유지할 수 있다. 이로써, 축전지의 수명 저하를 방지할 수 있다. 또, 잔용량을 소정 범위로 유지할 수 있기 때문에, 용량 마진이 적은 저렴한 축전지가 사용 가능해진다.
또, 상기 축전지의 열화도가 상기 제 3 임계값을 상회하는 경우, 상기 풍력 발전 장치의 출력과의 편차가 작아지도록 상기 타겟 출력을 일시적으로 변경하는 제 1 타겟 출력 변경 단계를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 축전지의 열화도가 제 3 임계값을 상회하는 경우에, 풍력 발전 장치의 출력과의 편차가 작아지도록 타겟 출력을 일시적으로 변경함으로써, 축전지의 충방전 이외 (주로 풍력 발전 장치의 회전 에너지에 대한 축적 또는 방출) 에 의해 출력의 평준화를 충분히 실시할 수 있는 경우가 많아지므로, 축전지의 충방전 기회를 줄여, 축전지의 수명을 연장할 수 있다. 또, 출력 평준화를 위한 축전지의 부담이 경감되므로, 용량 마진이 적은 저렴한 축전지가 사용 가능해진다.
또, 상기 발전 목표 달성률이 상기 제 1 임계값 미만인 경우, 상기 타겟 출력을 일시적으로 증가시키는 제 2 타겟 출력 변경 단계를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 타겟 출력을 증가시킴으로써, 바람 에너지 중 전력으로 변환되지 않고 일실되는 양을 줄일 수 있다.
또, 상기 풍력 발전 장치 및 상기 축전지가 접속된 계통의 주파수를 취득하는 주파수 취득 단계와, 상기 주파수가 소정 범위의 상한값을 상회한 경우에 상기 타겟 출력을 일시적으로 저감시키고, 상기 주파수가 상기 소정 범위의 하한값을 하회한 경우에 상기 타겟 출력을 일시적으로 증가시키는 제 3 타겟 출력 변경 단계를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 계통의 주파수가 소정 범위의 상한값을 상회한 경우에 타겟 출력을 저감시킴으로써, 계통의 주파수의 상승을 억제할 수 있다. 또, 주파수가 소정 범위의 하한값을 하회한 경우에 타겟 출력을 증가시킴으로써, 계통의 주파수의 저감을 억제할 수 있다. 따라서, 계통의 주파수를 소정 범위 내로 제어할 수 있다.
또, 본 발명에 관련된 출력 평준화 장치는, 풍력 발전 장치에 축전지가 접속된 풍력 발전 설비의 출력을 타겟 출력으로 조정하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 장치로서, 상기 풍력 발전 장치의 출력을 계측하는 출력 계측부와, 소정 기간에서의 목표 발전량에 대한, 그 소정 기간의 기산 시점에서 상기 소정 기간 내에서의 소정 시점까지의 상기 풍력 발전 장치의 출력 계측값의 적산값의 비율인 발전 목표 달성률을 산출하는 달성률 산출부와, 상기 발전 목표 달성률이 제 1 임계값 미만인 경우, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키고, 상기 축전지에 대한 충전 또는 상기 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하는 피치 금지 운전 모드를 선택하는 운전 모드 선택부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 출력 평준화 장치에 의하면, 풍력 발전 장치의 출력 계측값으로부터 발전 목표 달성률을 산출하고, 당해 달성률이 미리 설정된 제 1 임계값 미만인 경우에, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시킴에 있어서, 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키고, 축전지에 대한 충전 또는 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하도록 하였으므로, 바람을 받아 넘기도록 피치각을 변경하는 피치 제어가 실시되는 빈도가 낮아진다. 따라서, 바람 에너지 중 전력으로 변환되지 않고 일실되는 양을 줄여, 발전량을 증대시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관련된 다른 양태의 출력 평준화 방법은, 풍력 발전 장치에 축전지가 접속된 풍력 발전 설비의 출력을 타겟 출력으로 조정하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법으로서, 상기 풍력 발전 장치의 출력을 계측하는 출력 계측 단계와, 풍속과 상기 풍력 발전 장치의 이상 출력의 관계를 나타내는 상기 풍력 발전 장치의 성능 곡선에 상기 풍속을 적용시켜 얻어지는 상기 이상 출력에 대한, 피치 제어에 의해 손실된 발전량의 비율인 손실률을 산출하는 손실률 산출 단계와, 상기 손실률이 제 2 임계값 미만인 경우, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키고, 상기 축전지에 대한 충전 또는 상기 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하는 피치 금지 운전 모드를 선택하는 운전 모드 선택 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 출력 평준화 방법에 의하면, 풍력 발전 장치의 출력 계측값으로부터 손실률을 산출하고, 당해 손실률이 미리 설정된 제 2 임계값 미만인 경우에, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시킴에 있어서, 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키고, 축전지에 대한 충전 또는 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하도록 하였으므로, 바람을 받아 넘기도록 피치각을 변경하는 피치 제어가 실시되는 빈도가 낮아진다. 따라서, 바람 에너지 중 전력으로 변환되지 않고 일실되는 양을 줄여, 발전량을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 설비의 출력의 잉여분을 저감시킴에 있어서, 피치 제어를 실시하는 것을 금지시키고, 축전지에 대한 충전 또는 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하는 피치 금지 운전 모드를 발전 목표 달성률 또는 손실률에 기초하여 선택하도록 하였으므로, 바람을 받아 넘기도록 피치각을 변경하는 피치 제어가 실시되는 빈도가 낮아진다. 따라서, 바람 에너지 중 전력으로 변환되지 않고 일실되는 양을 줄여, 발전량을 증대시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 설비의 출력 평준화 장치를 포함하는 전체 구성도이다.
도 2 는 피치 금지 운전 모드 선택시에 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키는 경우의 제어 블록도이다.
도 3 은 피치 금지 운전 모드 또는 피치 허용 운전 모드 선택시에 풍력 발전 장치의 출력 부족분을 보충하는 경우의 제어 블록도이다.
도 4 는 피치 허용 운전 모드 선택시에 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키는 경우의 제어 블록도이다.
도 5 는 마스터 컨트롤러의 전체 제어부에 의한 제어 양태를 정리하여 나타내는 도면이다.
도 6 은 피치 금지 운전 모드 및 피치 허용 운전 모드를 선택하는 제어의 플로우를 나타내는 도면이다.
도 7 은 피치 금지 운전 모드가 선택되었을 때의 전체 제어부에 의한 제어의 플로우를 나타내는 도면이다.
도 8 은 피치 허용 운전 모드가 선택되었을 때의 전체 제어부에 의한 제어의 플로우를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 관련된 풍력 발전 설비의 출력 평준화 장치 및 이 장치를 사용한 출력 평준화 방법의 실시형태에 대해 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 설비의 출력 평준화 장치를 포함하는 전체 구성도이다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 풍력 발전 설비 (1) 는, 풍력 발전 장치 (2) 와 축전 장치 (3) 와 출력 평준화 장치 (4) 를 구비하고 있고, 계통 연계부 (5) 를 통해 전력 계통 (6) 에 접속되어 있다. 또, 풍력 발전 장치 (2) 및 축전 장치 (3) 는, 계통 연계부 (5) 에 병렬로 접속되어 있다.
풍력 발전 장치 (2) 는, 이른바 초동기 (超同期) 셀비우스 방식 유도 발전기를 탑재한 풍력 터빈 시스템이며, 그 구성 요소인 발전기 (9) 가 발생하는 전력이 스테이터 코일 (SC) 및 로터 코일 (RC) 의 양방으로부터 변압기 (8) 및 계통 연계부 (5) 를 통해 전력 계통 (6) 에 출력 가능하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 발전기 (9) 는, 그 스테이터 코일 (SC) 이 전력 계통 (6) 에 직접 접속되고, 로터 코일 (RC) 이 인버터 장치 (14) 를 통해 전력 계통 (6) 에 접속되어 있다. 또한, 도 1 에서는 간략화하여 도시하고 있는데, 스테이터 코일 (SC) 로부터 전력 계통 (6) 에 이를 때까지의 전선, 및 로터 코일 (RC) 로부터 인버터 장치 (14) 를 통해 전력 계통 (6) 에 이를 때까지의 전선은, 실제로는 삼상 3 선식이다.
발전기 (9) 에는, 허브 (52A) 에 복수의 블레이드 (52B) 가 장착된 로터 (52) 가 증속기 (도시 생략) 를 통해 연결되어 있고, 바람의 힘에 의해 발생된 로터 (52) 의 회전이 발전기 (9) 에 입력되도록 되어 있다.
인버터 장치 (14) 는, 발전기측 인버터 (18A), DC 버스 (18B), 및 계통측 인버터 (18C) 로 구성되어 있고, 로터 코일 (RC) 로부터 수취한 교류 전력을 전력 계통 (6) 의 주파수에 적합한 교류 전력으로 변환한다. 발전기측 인버터 (18A) 는, 로터 코일 (RC) 에 발생된 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키고, 그 직류 전력을 DC 버스 (18B) 에 출력한다. 계통측 인버터 (18C) 는, DC 버스 (18B) 의 전압 제어를 실시하고, 이로써 계통측 인버터 (18C) 는 계통측과 전력의 수급을 실시한다. 즉, 계통측 인버터 (18C) 는, DC 버스 (18B) 로부터 수취한 직류 전력을 전력 계통 (6) 과 동일한 주파수의 교류 전력으로 변환시키고, 그 교류 전력을 전력 계통 (6) 에 출력한다. 발전기 (9) 가 전력 계통 (6) 에 출력하는 전력은, 발전기측 인버터 (18A) 에 의해 제어된다.
또한, 도 1 에는 풍력 발전 장치 (2) 가 초동기 셀비우스 방식 유도 발전기를 탑재한 풍력 터빈 시스템인 예를 나타내는데, 발전기로서 다극 동기 발전기를 사용하여 그 스테이터 코일이 인버터와 컨버터로 이루어지는 인버터 장치를 통해 전력 계통에 접속된 구성을 갖는 풍력 발전 장치를 사용해도 된다.
풍력 발전 장치 (2) 의 출력은, 후술하는 풍차 컨트롤러 (20) 의 회전 에너지 제어부 (25) 로부터의 제어 신호에 기초하여 발전기측 인버터 (18A) 의 파워트랜지스터를 제어함으로써, 조정 가능하다.
예를 들어, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력을 저하시키는 경우에는, 회전 에너지 제어부 (25) 에 의해 인버터 장치 (14) 의 발전기측 인버터 (18A) 를 제어하여 발전기 토크, 또는 출력을 작게 하여, 블레이드 (52B) 에 작용하는 풍력을 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지 (관성 에너지) 로 변환하여 보존함으로써 출력을 조정한다.
반대로, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력을 증가시키는 경우에는, 회전 에너지 제어부 (25) 에 의해 인버터 장치 (14) 의 발전기측 인버터 (18A) 를 제어하여 발전기 토크, 또는 출력을 크게 하여, 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 회수한다.
풍력 발전 설비 (1) 의 축전 장치 (3) 는, 축전지 (10) 와 직류-교류 변환기 (11) 와 변압기 (12) 와 축전지 상태 검출기 (31) 를 구비하고 있다.
축전 장치 (3) 는, 풍력 발전 장치 (2) 에 의해 발전 (發電) 된 교류 출력을 직류-교류 변환기 (11) 로 직류 출력으로 변환시켜 축적시키거나, 방전된 직류 출력을 직류-교류 변환기 (11) 로 교류 출력으로 변환시키고, 교류 출력을 변압기 (12) 로 소정 전압으로 변압시킨 후, 계통 연계부 (5) 를 통해 전력 계통 (6) 에 공급하거나 한다.
계통 연계부 (5) 는, 풍력 발전 설비 (1) 를 전력 계통 (6) 에 연계하기 위한 설비이며, 전력 계통 (6) 과의 사이에서 정해진 계통 연계의 조건에 기초하여 공급 전력의 각종 조정을 실시한다. 예를 들어, 계통 연계의 조건으로서 연계점에 있어서의 전압의 변동이나 출력값을 허용 범위 내로 하는 조건이 설정되어 있다. 또한, 계통 연계부 (5) 에는 변압기 (13) 를 포함하고 있어도 된다.
또, 전력 계통 (6) 이란, 발전 설비에 의해 발전된 출력을 송전선, 변전소를 거쳐 수요가에게 보내는 설비기기군이며, 여기서는 일반 수요가가 공급을 받고 있는 상용 전력 계통을 말한다.
출력 평준화 장치 (4) 는, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력을 제어하는 풍차 컨트롤러 (20) 와 축전 장치 (3) 를 제어하는 배터리 컨트롤러 (30) 와 풍차 컨트롤러 (20) 및 배터리 컨트롤러 (30) 에 각각 지령을 주는 마스터 컨트롤러 (40) 를 구비하고 있다. 이 출력 평준화 장치 (4) 에서, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력을 평준화시켜 타겟 출력으로 조정한다. 이하, 출력 평준화 장치 (4) 의 각 구성 요소의 상세에 대하여 설명한다.
마스터 컨트롤러 (40) 은, 달성률 산출부 (45) 와 달성률 감시부 (41) 와 운전 모드 선택부 (42) 와 손실률 산출부 (43) 와 손실률 감시부 (44) 와 계통 감시부 (46) 와 전체 제어부 (48) 를 구비하고 있다.
달성률 산출부 (45) 는, 미리 설정된 소정 기간의 기산 시점에서 상기 소정 기간 내에서의 소정 시점까지의 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 계측값을 적산하여 적산값을 산출하고, 당해 적산값을 상기 소정 기간에서의 목표 발전량으로 나누어 발전 목표 달성률을 산출한다.
달성률 감시부 (41) 는, 달성률 산출부 (45) 에 의해 산출된 발전 목표 달성률이 미리 설정된 제 1 임계값 이상인지의 여부를 항시 또는 정기적으로 감시하고, 그 결과를 운전 모드 선택부 (42) 에 출력한다.
운전 모드 선택부 (42) 는, 달성률 감시부 (41) 로부터 출력된 신호에 기초하여, 피치 금지 운전 모드 및 피치 허용 운전 모드 중 어느 일방을 선택한다. 구체적으로는, 발전 목표 달성률이 제 1 임계값 미만인 경우, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키고, 축전지 (10) 에 대한 충전 또는 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하는 피치 금지 운전 모드를 선택한다. 또, 발전 목표 달성률이 제 1 임계값 이상인 경우, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해서 피치 제어를 실시하는 것을 허용하는 피치 허용 운전 모드를 선택한다.
손실률 산출부 (43) 는, 피치 제어에 의해 손실되는 발전량을 산출하고, 당해 발전량을, 풍력 발전 장치 (2) 의 성능 곡선 (파워 커브) 에 풍속을 적용시켜 얻어지는 이상 출력에 의해 나누어 손실률을 산출하고, 당해 산출 결과를 손실률 감시부 (44) 에 출력한다. 또한, 피치 제어에 의해 손실된 발전량 (즉, 본래라면 발전에 이용 가능한 바람 에너지 중 피치 제어에 의해 일실된 양) 은, 출력 계측기 (15) 에 의한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 계측값에서 구한 실제의 발전량과 이상 출력의 차이로 해서 구할 수 있다.
손실률 감시부 (44) 는, 손실률 산출부 (43) 에 의해 산출된 손실률이 미리 설정된 제 2 임계값 이상인지의 여부를 항시 또는 정기적으로 감시하고, 그 결과를 운전 모드 선택부 (42) 에 출력한다. 운전 모드 선택부 (42) 는, 손실률 감시부 (44) 로부터 출력된 신호에 기초하여, 필요에 따라 피치 허용 운전 모드를 피치 금지 운전 모드로 전환한다. 구체적으로는, 손실률이 제 2 임계값 이상인 경우, 피치 허용 운전 모드에서 운전 중이어도, 피치 금지 운전 모드로 전환하여 피치 제어 이외에 의해 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 저감시킨다.
전체 제어부 (48) 는, 운전 모드 선택부 (42) 에 의해 선택된 운전 모드에 따라, 후술하는 풍차 컨트롤러 (20) 의 피치 제어부 (26) 와 배터리 컨트롤러 (30) 의 축전지 제어부 (33) 에 제어 신호를 보낸다.
또, 계통 감시부 (46) 는, 센서 (17) 에 의해 계측된 전력 계통 (6) 의 계통 주파수를 수취하여, 전력 계통 (6) 의 상태를 감시하고, 그 결과를 전체 제어부 (48) 에 출력한다. 전체 제어부 (48) 에서는, 전력 계통 (6) 의 계통 주파수가 소정 범위의 상한값을 상회한 경우에 풍력 발전 설비 (1) 의 타겟 출력을 일시적으로 저감시키는 한편, 전력 계통 (6) 의 계통 주파수가 소정 범위의 하한값을 하회한 경우에 풍력 발전 설비 (1) 의 타겟 출력을 일시적으로 상승시킨다. 이로써, 전력 계통 (6) 의 주파수를 소정 범위 내로 유지한다.
풍차 컨트롤러 (20) 는, 편차 산출부 (22) 와 회전 에너지 감시부 (24) 와 회전 에너지 제어부 (25) 와 피치 제어부 (26) 를 구비하고 있다.
편차 산출부 (22) 는, 출력 계측기 (15) 에 의해 계측된 풍력 발전 장치 (2) 의 출력과 미리 설정된 타겟 출력의 편차를 산출하고, 당해 산출 결과를 마스터 컨트롤러 (40) 의 전체 제어부 (48) 에 출력한다.
회전 에너지 감시부 (24) 는, 로터 (52) 의 회전수 상승에 따라 축적되어 있는 회전 에너지 (관성 에너지) 량을 항시 또는 정기적으로 감시한다.
회전 에너지 제어부 (25) 는, 마스터 컨트롤러 (40) 의 전체 제어부 (48) 로부터의 제어 신호에 기초하여, 발전기측 인버터 (18A) 를 제어하여 발전기 토크를 변화시킴으로써, 풍력 발전 장치 (2) 의 잉여 출력을 회전 에너지로 변환하거나, 회전 에너지를 풍력 발전 장치 (2) 의 전기 에너지로서 회수하거나 하기 위한 제어를 실시한다.
피치 제어부 (26) 는, 마스터 컨트롤러 (40) 의 전체 제어부 (48) 로부터의 제어 신호에 기초하여, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력과 타겟 출력의 편차를 작게 하기 위해서 블레이드 (52B) 의 피치각을 조절하여 피치 제어를 실시한다.
배터리 컨트롤러 (30) 는, 축전지 상태 감시부 (32) 와 축전지 제어부 (33) 를 구비하고 있다.
축전지 상태 감시부 (32) 는, 축전지 (10) 에 접속된 축전지 상태 검출기 (31) 로부터 축전지 (10) 의 열화도의 검출 결과를 수취하여, 축전지 (10) 의 상태를 감시한다. 축전지 상태 감시부 (32) 에 의한 축전지 (10) 상태의 감시 결과는, 마스터 컨트롤러 (40) 의 전체 제어부 (48) 에 보내져, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력과 타겟 출력의 편차를 작게 함에 있어서 축전지 (10) 의 충방전을 우선적으로 이용해야 할지 아닌지가 판단된다.
또한, 열화도의 지표로서는, 축전지 (10) 의 충방전 사이클 수, 적산 충방전 사이클 수, 충방전 레이트 수 중 적어도 하나를 사용한다.
여기서, 충방전 사이클 수란, 충전하고 나서 방전될 때까지를 1 사이클로 하고, 미리 설정된 소정 기간 내에서의 충방전 사이클의 횟수를 말한다. 또, 적산 충방전 사이클 수란, 축전지 (10) 의 사용을 개시하고 나서 소정 시점까지의 충방전 사이클 수의 누적값을 말한다. 그리고, 충방전 레이트 수란, 단위 시간당의 충방전량이 소정의 임계값을 상회한 횟수를 말한다.
다음으로, 출력 평준화 장치 (4) 가 출력 평준화 제어를 실시할 때에 각 구성 요소 사이에서 주고 받게 되는 신호에 대해, 도 2 ∼ 4 를 이용하여 설명한다. 도 2 는, 피치 금지 운전 모드 선택시에 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 저감시키는 경우의 제어 블록도이다. 도 3 은, 피치 금지 운전 모드 또는 피치 허용 운전 모드 선택시에 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 부족분을 보충하는 경우의 제어 블록도이다. 도 4 는, 피치 허용 운전 모드 선택시에 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 저감시키는 경우의 제어 블록도이다.
＜피치 금지 운전 모드 선택시에 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 저감시키는 경우＞
도 2 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 풍차 컨트롤러 (20) 의 편차 산출부 (22) 에 의해, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력과 타겟 출력의 편차 ΔP(＞0) 가 산출된다. 이 편차 ΔP 는, 마스터 컨트롤러 (40) 의 전체 제어부 (48) 의 일부를 구성하는 제 1 전환 스위치 (34) 에 보내진다. 또, 축전지 상태 감시부 (32) 는, 축전지 상태 검출기 (31) 에 의해 검출된 축전지 (10) 의 열화도가 미리 설정된 제 3 임계값 미만인지의 여부를 항시 또는 정기적으로 감시하고, 이 결과를 제 1 전환 스위치 (34) 에 보낸다. 그리고, 제 1 전환 스위치 (34) 는, 축전지 상태 감시부 (32) 로부터의 신호에 기초하여, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분 ΔP 를 저감시킴에 있어서 축전지 (10) 에 대한 충전 및 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지에 대한 축적 중 어느 하나를 우선적으로 할지 선택한다.
구체적으로는, 열화도가 제 3 임계값 미만인 경우, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 저감시킴에 있어서 회전 에너지에 대한 축적보다 축전지 (10) 에 대한 충전을 우선적으로 하기 위해, 제 1 전환 스위치 (34) 를 도 2 에서의 하측 (축전지측) 의 접속 단자에 접속한다. 한편, 열화도가 제 3 임계값 이상인 경우, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 저감시킴에 있어서 축전지 (10) 에 대한 충전보다 회전 에너지에 대한 축적을 우선적으로 하기 위해, 제 1 전환 스위치 (34) 를 도 2 에서의 상측 (회전 에너지측) 의 접속 단자에 접속한다.
제 1 전환 스위치 (34) 가 도 2 에서의 하측의 접속 단자에 접속되면, 풍차 컨트롤러 (20) 의 편차 산출부 (22) 로부터 출력된 편차 ΔP 는, 제 1 전환 스위치 (34) 를 통해 축전지 제어부 (33) 의 축전지 우선 에어리어에 출력된다.
한편, 제 1 전환 스위치 (34) 가 도 3 의 상측의 접속 단자에 접속되면, 편차 ΔP 는 비교부 (38) 및 감산기 (39) 에 출력된다.
또, 회전 에너지 감시부 (24) 에서는, 풍력 발전 장치 (2) 에 축적 가능한 최대의 회전 에너지량 Emax 로부터 현시점에서 풍력 발전 장치 (2) 에 축적되어 있는 회전 에너지량 E 와의 차이분인 저장 여유량 ΔE 를 산출하고, 당해 저장 여유량 ΔE 를 비교부 (38) 에 출력한다.
비교부 (38) 에서는, 편차 ΔP 와 저장 여유량 ΔE 를 비교하여, 그 결과에 기초하여 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지의 축적 지령량 ΔPω 를 산출한다. 구체적으로는, ΔP＞ΔE 의 경우에는 ΔPω=ΔE 로 하고, ΔP
Figure pct00001
ΔE 의 경우에는 ΔPω=ΔP 로서 산출한다. 비교부 (38) 로부터 출력된 회전 에너지의 축적 지령량 ΔPω 는, 풍차 컨트롤러 (20) 의 회전 에너지 제어부 (25) 및 감산기 (39) 에 출력된다.
회전 에너지 제어부 (25) 에서는, 회전 에너지의 축적 지령량 ΔPω 에 기초하여 발전기측 인버터 (18A) (도 1 참조) 를 제어하여 발전기 토크, 또는 출력을 작게 하고, 블레이드 (52B) 에 작용하는 풍력을 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지로 변환함으로써 잉여 출력을 축적시켜 출력을 평준화시킨다.
감산기 (39) 에서는, 편차 산출부 (22) 로부터 제 1 전환 스위치 (34) 를 통해 입력된 편차 ΔP 로부터, 비교부 (38) 로부터 출력된 회전 에너지의 축적 지령량 ΔPω 를 감산한다. 그리고, 당해 감산된 결과가 양 (正) 이 되는 경우 (즉, 편차 ΔP 가 변환 가능량 ΔPω 보다 큰 경우) 에, 충전 지령량 ΔPb(=ΔP-ΔPω) 를 축전지 제어부 (33) 의 회전 에너지 우선 에어리어에 출력한다. 또한, 당해 감산된 결과가 음 (負) 이 되는 경우, 즉, 편차 ΔP 가 변환 가능량 ΔPω 보다 작은 경우에는, 회전 에너지에 대한 축적에 의해 출력의 잉여분은 해소되게 되므로, 축전지 제어부 (33) 의 회전 에너지 우선 에어리어에 출력되는 충전 지령량 ΔPb 는 제로로 한다.
＜피치 금지 운전 모드 또는 피치 허용 운전 모드 선택시에 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 부족분을 보충하는 경우＞
도 3 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 풍차 컨트롤러 (20) 의 편차 산출부 (22) 에 의해, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력과 타겟 출력의 편차 -ΔP(＜0) 가 산출된다. 이 편차 -ΔP 는, 마스터 컨트롤러 (40) 의 전체 제어부 (48) 의 일부를 구성하는 제 2 전환 스위치 (35) 에 보내진다. 또, 축전지 상태 감시부 (32) 는, 축전지 상태 검출기 (31) 에 의해 검출된 축전지 (10) 의 열화도가 미리 설정된 제 3 임계값 미만인지의 여부를 항시 또는 정기적으로 감시하고, 이 결과를 제 2 전환 스위치 (35 및 36) 에 보낸다. 그리고, 제 2 전환 스위치 (35 및 36) 는, 축전지 상태 감시부 (32) 로부터의 신호에 기초하여, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 부족분 -ΔP 를 보충함에 있어서 축전지 (10) 로부터의 방전 및 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지의 방출 중 어느 하나를 우선적으로 할지 선택한다.
구체적으로는, 열화도가 제 3 임계값 미만인 경우, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 부족분을 보충함에 있어서 회전 에너지로부터의 회수보다 축전지 (10) 로부터의 방전을 우선적으로 하기 위해서, 제 2 전환 스위치 (35 및 36) 의 각각을 도 3 에서의 하측 (축전지측) 의 접속 단자에 접속한다. 한편, 열화도가 제 3 임계값 이상인 경우, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 부족분을 보충함에 있어서 축전지 (10) 로부터의 방전보다 회전 에너지로부터의 회수를 우선적으로 하기 위해서, 제 2 전환 스위치 (35 및 36) 의 각각을 도 3 에서의 상측 (회전 에너지측) 의 접속 단자에 접속한다.
제 2 전환 스위치 (35) 가 도 3 에서의 하측 (축전지측) 의 접속 단자에 접속되면, 풍차 컨트롤러 (20) 의 편차 산출부 (22) 로부터 출력된 편차 -ΔP 는, 축전지 제어부 (33) 의 축전지 우선 에어리어에 출력된다. 한편, 제 2 전환 스위치 (36) 가 도 3 에서의 하측의 접속 단자에 접속되면, 회전 에너지의 방출 지령량은 회전 에너지 제어부 (25) 에는 출력되지 않는다. 따라서, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 부족분 -ΔP 는, 축전지 (10) 로부터 방전된다.
이에 대해, 제 2 전환 스위치 (35) 가 도 3 에서의 상측 (회전 에너지측) 의 접속 단자에 접속되면, 편차 -ΔP 는 가산기 (51) 에 출력된다. 또 가산기 (51) 에는, 회전 에너지 감시부 (24) 에 의해 취득된 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지의 현재의 저장량 ΔPω 가 입력된다. 그리고, 가산기 (51) 에 있어서, 편차 -ΔP 와 회전 에너지의 저장량 ΔPω 를 가산하여 -ΔPb 를 구하고, 이 가산값 -ΔPb 를 방전 지령량으로 하여 축전지 제어부 (33) 의 회전 에너지 우선 에어리어에 입력한다. 한편, 제 2 전환 스위치 (36) 가 도 3 에서의 상측 (회전 에너지측) 의 접속 단자에 접속되면, 회전 에너지의 현재의 저장량 ΔPω 는 회전 에너지 감시부 (24) 로부터 제 2 전환 스위치 (36) 를 통해 회전 에너지 제어부 (25) 측에 보내지고, 도중에 -1 이 곱셈되어 부호가 양음 반전되어 회전 에너지의 방출 지령량 -ΔPω 로 하여 회전 에너지 제어부 (25) 에 입력된다.
회전 에너지 제어부 (25) 에서는, 회전 에너지의 방출 지령량 -ΔPω 에 기초하여 발전기측 인버터 (18A) (도 1 참조) 를 제어하여 발전기 토크, 또는 출력을 크게 하고, 로터 (52) 에 축적된 회전 에너지를 회수하여 전기 에너지로 변환함으로써 출력의 부족을 해소하여 출력을 평준화시킨다.
또한, 가산기 (51) 에 있어서의 가산 결과가 양이 되는 경우, 즉, 회전 에너지의 현재의 저장량 ΔPω 가 편차 ΔP 보다 큰 경우에는, 회전 에너지의 회수에 의해 출력의 부족은 해소되게 되므로, 축전지 제어부 (33) 의 회전 에너지 우선 에어리어에 출력되는 방전 지령량 -ΔPb 는 제로로 한다.
＜피치 허용 운전 모드 선택시에 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 저감시키는 경우＞
도 4 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 풍차 컨트롤러 (20) 의 편차 산출부 (22) 에 의해, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력과 타겟 출력의 편차 ΔP(＞0) 가 산출된다. 이 편차 ΔP 는, 마스터 컨트롤러 (40) 의 전체 제어부 (48) 의 일부를 구성하는 제 3 전환 스위치 (37) 에 보내진다. 또, 축전지 상태 감시부 (32) 는, 축전지 상태 검출기 (31) 에 의해 검출된 축전지 (10) 의 열화도가 미리 설정된 제 3 임계값 미만인지의 여부를 항시 또는 정기적으로 감시하고, 이 결과를 제 3 전환 스위치 (37) 에 보낸다. 그리고, 제 3 전환 스위치 (37) 는, 축전지 상태 감시부 (32) 로부터의 신호에 기초하여, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분 ΔP 를 저감시킴에 있어서 축전지 (10) 에 대한 충전을 이용할지, 또는 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지에 대한 축적 및 피치 제어의 조합을 이용할지를 선택한다.
구체적으로는, 열화도가 제 3 임계값 미만인 경우, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분 ΔP 를 저감시킴에 있어서 축전지 (10) 에 충전을 실시하기 위해, 제 3 전환 스위치 (37) 를 도 4 의 하측 (축전지측) 의 접속 단자에 접속한다. 한편, 열화도가 제 3 임계값 이상인 경우, 타겟 출력에 대한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분 ΔP 를 저감시킴에 있어서 회전 에너지의 축적 및/또는 피치 제어를 실시하기 위해, 제 3 전환 스위치 (37) 를 도 4 의 상측 (회전 에너지측) 의 접속 단자에 접속한다. 이 경우, 풍력 발전 설비 (1) 의 발전량을 향상시키는 관점에서, 피치 제어보다 회전 에너지의 축적을 우선적으로 하고, 회전 에너지의 축적을 실시해도 해소할 수 없는 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분만을 피치 제어에 의해 저감시키는 것이 바람직하다.
제 3 전환 스위치 (37) 가 도 4 의 하측의 접속 단자에 접속되면, 풍차 컨트롤러 (20) 의 편차 산출부 (22) 로부터 출력된 편차 ΔP 는, 충전 지령량으로서 축전지 제어부 (33) 에 출력된다.
한편, 제 3 전환 스위치 (37) 가 도 4 의 상측의 접속 단자에 접속되면, 편차 ΔP 는 풍차 컨트롤러 (20) 에 출력된다.
도 5 는, 상기 서술한 마스터 컨트롤러 (40) 의 전체 제어부 (48) 에 의한 제어 양태를 정리하여 나타내는 도면이다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 미리 설정된 소정 기간의 기산 시점에서 당해 소정 기간 내의 소정 시점까지의 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 계측값을 적산하여 적산값을 산출하고, 당해 적산값을 소정 기간에서의 목표 발전량으로 나누어 발전 목표 달성률 (Ta) 을 산출한다.
＜케이스 1 의 경우＞
이 발전 목표 달성률 (Ta) 이, 미리 설정된 발전 목표 달성률의 제 1 임계값 (TT) 이상이며 (발전 목표 달성률 (Ta) 의 항목에 「양호」로 나타낸다), 또한, 충방전 사이클 수 및 충방전 레이트 수를 지표로 한 각각의 축전지의 열화도 (Ba (충방전 사이클 수), Bb (충방전 레이트 수)) 가 모두 미리 설정된 각각의 제 3 임계값 (BT, BS) 미만 (축전지의 열화도 (Ba, Bb) 의 항목에 「양호」로 나타낸다) 인 경우에는, 축전지 (10) 에서 충방전한다.
요컨대, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는 경우, 도 4 에서의 제 3 전환 스위치 (37) 를 하측 (축전지측) 의 접속 단자에 접속시켜, 편차 산출부 (22) 로부터 출력된 편차 ΔP 를 제 3 전환 스위치 (37) 를 통해 축전지 제어부 (33) 의 축전지 우선 에어리어에 입력한다. 한편, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 이하인 경우, 도 3 에서의 제 2 전환 스위치 (35) 를 하측 (축전지측) 의 접속 단자에 접속시켜, 편차 산출부 (22) 로부터 출력된 편차 -ΔP 를 제 2 스위치 (35) 를 통해 축전지 제어부 (33) 의 축전지 우선 에어리어에 입력한다.
＜케이스 2 의 경우＞
또, 발전 목표 달성률 (Ta) 이 제 1 임계값 (TT) 이상이며 (발전 목표 달성률 (Ta) 의 항목에 「양호」로 나타낸다), 또한, 축전지의 열화도 (Ba, Bb) 중 적어도 어느 일방이 제 3 임계값 (BT, BS) 이상 (축전지의 열화도 (Ba, Bb) 의 항목에 「불량」으로 나타낸다) 인 경우에는, 먼저, 회전 에너지를 축적 및 회수한다. 그리고, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는 경우에, 회전 에너지에 축적시켜도 출력이 여전히 잉여일 때에는 피치 제어한다. 한편, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 이하인 경우에, 회전 에너지를 회수해도 출력이 여전히 부족할 때에는, 축전지 (10) 로부터 방전한다.
요컨대, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는 경우, 도 4 에서의 제 3 전환 스위치 (37) 를 상측 (회전 에너지측) 의 접속 단자에 접속시켜, 편차 산출부 (22) 로부터 출력된 편차 ΔP 를 제 3 전환 스위치 (37) 를 통해 풍차 컨트롤러 (20) 에 입력한다. 한편, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 이하인 경우, 도 3 에서의 제 2 전환 스위치 (35, 36) 를 상측 (회전 에너지측) 의 접속 단자에 접속시켜, 방출 지령량 -ΔPω 를 회전 에너지 제어부 (25) 에 입력함과 함께, 방전 지령량 -ΔPb 를 축전지 제어부 (33) 의 회전 에너지 우선 에어리어에 입력한다.
＜케이스 3 의 경우＞
다음으로, 발전 목표 달성률 (Ta) 이 제 1 임계값 (TT) 미만이며 (발전 목표 달성률 (Ta) 의 항목에 「불량」으로 나타낸다), 또한, 축전지의 열화도 (Ba, Bb) 가 모두 각각의 제 3 임계값 (BT, BS) 미만 (축전지의 열화도 (Ba, Bb) 의 항목에 「양호」로 나타낸다) 인 경우에는, 축전지 (10) 에서 충방전한다.
요컨대, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는 경우, 도 2 에서의 제 1 전환 스위치 (34) 를 하측 (축전지측) 의 접속 단자에 접속시켜, 편차 산출부 (22) 로부터 출력된 편차 ΔP 를 제 1 전환 스위치 (34) 를 통해 축전지 제어부 (33) 의 축전지 우선 에어리어에 입력한다. 한편, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 이하인 경우, 도 3 에서의 제 2 전환 스위치 (35) 를 하측 (축전지측) 의 접속 단자에 접속시켜, 편차 산출부 (22) 로부터 출력된 편차 -ΔP 를 축전지 제어부 (33) 의 축전지 우선 에어리어에 입력한다.
＜케이스 4 의 경우＞
마지막으로, 발전 목표 달성률 (Ta) 이 제 1 임계값 (TT) 미만이며 (발전 목표 달성률 (Ta) 의 항목에 「불량」으로 나타낸다), 또한, 축전지의 열화도 (Ba, Bb) 중 적어도 어느 일방이 제 3 임계값 (BT, BS) 이상 (축전지의 열화도 (Ba, Bb) 의 항목에 「불량」으로 나타낸다) 인 경우에는, 우선적으로 하여 회전 에너지를 축적 및 회수한다. 그리고, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는 경우에, 회전 에너지에 축적시켜도 출력이 여전히 잉여일 때에는 축전지에 충전한다. 한편, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 이하인 경우에, 회전 에너지를 회수해도 출력이 여전히 부족할 때에는, 축전지 (10) 로부터 방전한다.
요컨대, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는 경우, 도 2 에서의 제 1 전환 스위치 (34) 를 상측 (회전 에너지측) 의 접속 단자에 접속시켜, 축적 지령량 ΔPω 를 회전 에너지 제어부 (25) 에 입력함과 함께, 충전 지령량 ΔPb 를 축전지 제어부 (33) 의 회전 에너지 우선 에어리어에 입력한다. 한편, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 이하인 경우, 도 3 에서의 제 2 전환 스위치 (35, 36) 를 상측 (회전 에너지측) 의 접속 단자에 접속시켜, 방출 지령량 -ΔPω 를 회전 에너지 제어부 (25) 에 입력함과 함께, 방전 지령량 -ΔPb 를 축전지 제어부 (33) 의 회전 에너지 우선 에어리어에 입력한다.
다음으로, 출력 평준화 장치 (4) 에서 실시되는 제어 내용에 대해 플로우 차트를 이용하여 설명한다.
도 6 은, 피치 금지 운전 모드 및 피치 허용 운전 모드를 선택하는 제어의 플로우를 나타내는 도면이다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 출력 계측기 (15) 에 의해 현시점의 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 을 계측한다 (단계 S10).
계측된 출력 (Wa) 에 기초하여, 미리 설정된 소정 기간의 기산 시점에서 당해 소정 기간 내의 소정 시점까지의 출력 (Wa) 의 적산값을 구하고, 달성률 산출부 (45) 에서 당해 적산값을 그 소정 기간에서의 목표 발전량으로 나누어 발전 목표 달성률 (Ta) 을 산출한다 (단계 S12).
이 후, 산출된 발전 목표 달성률 (Ta) 과 미리 설정된 제 1 임계값 (TT) 을 달성률 감시부 (41) 에서 비교하여, 그 결과를 운전 모드 선택부 (42) 에 보낸다 (단계 S14).
그리고, 발전 목표 달성률 (Ta) 이 미리 설정된 제 1 임계값 (TT) 미만인 경우 (단계 S14 의 예 (YES)), 운전 모드 선택부 (42) 에 있어서, 피치 제어를 금지시키는 피치 금지 운전 모드를 선택한다 (단계 S16). 이것을 받아, 전체 제어부 (48) 는, 피치 금지 운전 모드에 의한 운전이 실시되도록, 회전 에너지 제어부 (25) 및 축전지 제어부 (33) 를 제어한다.
한편, 발전 목표 달성률 (Ta) 이 제 1 임계값 (TT) 이상인 경우 (단계 S14 의 아니오 (NO)) 에는, 손실률 산출부 (43) 에 있어서, 풍력 발전 장치 (2) 의 성능 곡선 (파워 커브) 에 풍속을 적용시켜 얻어지는 이상 출력에 대한, 출력 계측기 (15) 에 의한 출력 (Wa) 의 계측값에서 구한 실제의 발전량과 이상 출력의 차이 (피치 제어에 의해 손실된 발전량) 의 비인 손실률 (La) 을 산출한다 (단계 S17). 이 후, 산출된 손실률 (La) 과 미리 설정된 손실률의 제 2 임계값 (LT) 을 비교하여, 그 결과를 운전 모드 선택부 (42) 에 보낸다. 그리고, 손실률 (La) 이 제 2 임계값 (LT) 이상인 경우 (단계 S18 의 예) 에는, 단계 S16 으로 진행되어, 운전 모드 선택부 (42) 에 있어서, 피치 제어를 실시하는 것을 금지시키는 피치 금지 운전 모드를 선택한다.
한편, 손실률 (La) 이 제 2 임계값 (LT) 미만인 경우에는, 단계 S19 로 진행되어, 운전 모드 선택부 (42) 에 있어서, 피치 제어를 실시하는 것을 허용하는 피치 허용 운전 모드를 선택한다 (단계 S19). 이것을 받아, 전체 제어부 (48) 는, 피치 허용 운전 모드에 의한 운전을 하도록, 회전 에너지 제어부 (25), 피치 제어부 (26) 및 축전지 제어부 (33) 를 제어한다.
다음으로, 운전 모드 선택부 (42) 가 피치 금지 운전 모드를 선택한 후의 전체 제어부 (48) 에 의한 제어의 플로우에 대해 설명한다.
도 7 은, 피치 금지 운전 모드가 선택되었을 때의 전체 제어부 (48) 에 의한 제어의 플로우를 나타내는 도면이다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 상기 피치 금지 운전 모드가 선택된 경우 (단계 S16), 축전지 상태 검출기 (31) 에 의해 축전지 (10) 의 열화도 (예를 들어, 충방전 사이클 수 (Ba) 및 충방전 레이트 수 (Bb)) 를 취득하고 (단계 S20), 당해 취득한 결과를 축전지 상태 감시부 (32) 에 출력한다.
또한, 피치 금지 운전 모드에서는, 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키는 것으로, 피치 제어 자체를 금지시키는 것은 아니다.
여기서, 출력 계측기 (15) 에 의해 계측된 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는지 아닌지를, 편차 산출부 (22) 에 의해 판정해 둔다 (단계 S22).
그리고, 축전지 상태 감시부 (32) 에서는, 축전지 상태 검출기 (31) 로부터 입력된 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 가 모두 제 3 임계값 (BT, BS) 을 하회하는지 판정한다 (단계 S24 및 S26).
단계 S22 에서 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는 것으로 판단되고, 또한, 단계 S24 에서 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 가 모두 제 3 임계값 (BT, BS) 을 하회하는 것으로 판단된 경우, 단계 S28 로 진행되어, 전체 제어부 (48) 에 의한 제어 하, 축전지 (10) 에 충전한다. 이것은, 이미 설명한 도 5 에서의 케이스 3 의 Wa＞WT 의 경우에 상당하는 제어이다.
단계 S22 에서 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는 것으로 판단되고, 또한, 단계 S24 에서 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 중 적어도 일방이 제 3 임계값 (BT, BS) 이상인 것으로 판단된 경우, 단계 S30 으로 진행되어, 전체 제어부 (48) 에 의한 제어 하, 회전 에너지에 대한 축적을 우선적으로 하고, 그것으로도 출력의 잉여분이 해소되지 않은 경우에는 축전지 (10) 에 충전한다. 이것은, 이미 설명한 도 5 에서의 케이스 4 의 Wa＞WT 의 경우에 상당하는 제어이다.
단계 S22 에서 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 이하로 판단되고, 또한, 단계 S26 에서 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 가 모두 제 3 임계값 (BT, BS) 을 하회하는 것으로 판단된 경우, 단계 S32 로 진행되어, 전체 제어부 (48) 에 의한 제어 하, 축전지 (10) 로부터 방전한다. 이것은, 이미 설명한 도 5 에서의 케이스 3 의 Wa
Figure pct00002
WT 의 경우에 상당하는 제어이다.
단계 S22 에서 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 이하로 판단되고, 또한, 단계 S26 에서 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 중 적어도 일방이 제 3 임계값 (BT, BS) 이상으로 판단된 경우, 단계 S34 로 진행되어, 전체 제어부 (48) 에 의한 제어 하, 회전 에너지로부터의 회수를 우선적으로 하고, 그것으로도 출력의 부족분이 해소되지 않은 경우에는 축전지 (10) 로부터 방전한다. 이것은, 이미 설명한 도 5 에서의 케이스 4 의 Wa
Figure pct00003
WT 의 경우에 상당하는 제어이다.
도 8 은, 피치 허용 운전 모드가 선택되었을 때의 전체 제어부 (48) 에 의한 제어의 플로우를 나타내는 도면이다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 상기 피치 허용 운전 모드가 선택된 경우 (단계 S19), 축전지 상태 검출기 (31) 에 의해 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) (예를 들어, Ba：충방전 사이클 수, Bb：충방전 레이트 수) 를 취득하고 (단계 S40), 당해 취득한 결과를 축전지 상태 감시부 (32) 에 출력한다.
여기서, 출력 계측기 (15) 에 의해 계측된 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는지 아닌지를, 편차 산출부 (22) 에 의해 판정해 둔다 (단계 S42).
그리고, 축전지 상태 감시부 (32) 에서는, 축전지 상태 검출기 (31) 로부터 입력된 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 가 모두 제 3 임계값 (BT, BS) 을 하회하는지 판정한다 (단계 S44 및 S46).
단계 S42 에서 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는 것으로 판단되고, 또한, 단계 S44 에서 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 가 모두 제 3 임계값 (BT, BS) 을 하회하는 것으로 판단된 경우, 단계 S48 로 진행되어, 전체 제어부 (48) 에 의한 제어 하, 축전지 (10) 에 충전한다. 이것은, 이미 설명한 도 5 에서의 케이스 1 의 Wa＞WT 의 경우에 상당하는 제어이다.
단계 S42 에서 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 을 상회하는 것으로 판단되고, 또한, 단계 S44 에서 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 중 적어도 일방이 제 3 임계값 (BT, BS) 이상으로 판단된 경우, 단계 S50 으로 진행되어, 전체 제어부 (48) 에 의한 제어 하, 회전 에너지에 대한 축적을 우선적으로 하고, 그것으로도 출력의 잉여분이 해소되지 않은 경우에만 피치 제어한다. 이것은, 이미 설명한 도 5 에서의 케이스 2 의 Wa＞WT 의 경우에 상당하는 제어이다.
단계 S42 에서 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 이하로 판단되고, 또한, 단계 S46 에서 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 가 모두 제 3 임계값 (BT, BS) 을 하회하는 것으로 판단된 경우, 단계 S52 로 진행되어, 전체 제어부 (48) 에 의한 제어 하, 축전지 (10) 로부터 방전한다. 이것은, 이미 설명한 도 5 에서의 케이스 1 의 Wa
Figure pct00004
WT 의 경우에 상당하는 제어이다.
단계 S42 에서 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 이 타겟 출력 (WT) 이하로 판단되고, 또한, 단계 S46 에서 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 중 적어도 일방이 제 3 임계값 (BT, BS) 이상으로 판단된 경우, 단계 S54 로 진행되어, 전체 제어부 (48) 에 의한 제어 하, 회전 에너지로부터의 회수를 우선적으로 하고, 그것으로도 출력의 부족분이 해소되지 않은 경우에 축전지 (10) 로부터 방전한다. 이것은, 이미 설명한 도 5 에서의 케이스 2 의 Wa
Figure pct00005
WT 의 경우에 상당하는 제어이다.
또한, 축전지 우선 모드의 단계 S28, S32, S48, S52 나 회전 에너지 우선 모드의 단계 S30, S34, S50, S54 이후에, 풍력 발전 장치 (2) 및 축전지 (10) 가 접속된 계통의 주파수를 주파수 검출기 (17) 로 취득하는 주파수 취득 단계와, 주파수가 미리 설정된 소정 범위의 상한값을 상회한 경우에 타겟 출력 (WT) 을 저감시키거나 또는 주파수가 소정 범위의 하한값을 하회한 경우에 타겟 출력 (WT) 을 증가하는 타겟 출력 변경 단계를 추가로 구비해도 된다. 이로써, 전력 계통 (6) 의 계통 주파수를 소정 범위 내로 유지할 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 출력 계측기 (15) 에 의한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 의 계측값으로부터 달성률 산출부 (45) 에서 발전 목표 달성률 (Ta) 을 산출하고, 당해 달성률이 미리 설정된 제 1 임계값 (TT) 미만인 경우에 운전 모드 선택부 (42) 에 의해 피치 금지 운전 모드를 선택하고, 타겟 출력 (WT) 에 대한 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분 ΔP 를 저감시킴에 있어서 피치 제어를 실시하는 것을 금지시키고, 축전지 (10) 에 대한 충전 또는 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하도록 하였으므로, 바람을 받아 넘기도록 피치각을 변경하는 피치 제어가 실시되는 빈도가 낮아진다. 따라서, 바람 에너지 중 전력으로 변환되지 않고 일실되는 양을 줄여, 발전량을 증대시킬 수 있다.
또, 피치 허용 운전 모드에 있어서 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 피치 제어에 의해 저감시키는 것을 허용함으로써, 축전지 (10) 의 상태에 따라서는, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 축전지 (10) 에 충전하는 것을 피하여 피치 제어를 이용하고, 축전지 (10) 에 대한 충전 기회를 저감시켜, 축전지 (10) 의 수명을 연장할 수 있다.
또, 어느 시점에 있어서 발전 목표 달성률 (Ta) 이 제 1 임계값 (TT) 이상이며 비교적 충분한 발전량이 얻어져도, 풍속 및 풍향은 변화하기 때문에, 그 후에도 목표 발전량의 달성을 향하여 착실히 발전량을 확보할 수 있다고는 할 수 없다. 그래서, 손실률 산출부 (43) 에서 산출된 손실률 (La) 이 제 2 임계값 (LT) 값 이상인 경우, 발전 목표 달성률 (Ta) 이 제 1 임계값 (TT) 이상이며 피치 허용 운전 모드가 선택되어 있어도, 운전 모드 선택부 (42) 에 의해 피치 금지 운전 모드로 전환함으로써, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해서 피치 제어가 실시되는 빈도가 한층 더 낮아진다. 따라서, 소정 기간에서의 목표 발전량의 달성이 용이해진다.
또한, 축전지 상태 검출기 (31) 에 의해 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 를 취득하고, 당해 열화도와 미리 설정된 제 3 임계값 (BT, BS) 을 비교하여 열화도 (Ba, Bb) 중 적어도 어느 일방이 제 3 임계값 (BT, BS) 이상인 경우에, 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지의 축적 또는 방출을 축전지 (10) 의 충전 또는 방전보다 우선적으로 함으로써 축전지 (10) 에 대한 충전 횟수를 저감시킬 수 있다. 이로써, 축전지 (10) 의 수명 저하를 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명했는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 각종의 개량이나 변형을 실시해도 되는 것은 말할 필요도 없다.
예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 센서 (17) 로 취득한 전력 계통 (6) 의 주파수에 기초하여 풍력 발전 설비 (1) 의 타겟 출력 (WT) 을 일시적으로 증감시키는 예에 대해 설명했는데, 풍력 발전 설비 (1) 의 타겟 출력 (WT) 은 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 에 기초하여 일시적으로 변경시켜도 된다. 즉, 축전지 상태 검출기 (31) 에서 검출한 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 중 적어도 어느 일방이 제 3 임계값 (BT, BS) 이상인 경우, 풍력 발전 장치 (2) 의 출력과의 편차가 작아지도록 타겟 출력 (WT) 을 일시적으로 변경시켜도 된다. 이로써, 축전지 (10) 의 충방전 이외 (주로 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지에 대한 축적 또는 방출) 에 의해 출력의 평준화를 충분히 실시할 수 있는 경우가 많아지므로, 축전지 (10) 의 충방전 기회를 줄여, 축전지 (10) 의 수명을 연장할 수 있다.
또, 상기 서술한 실시형태에서는, 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 와 제 3 임계값 (BT, BS) 의 비교 결과에 기초하여, 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지의 축적 또는 방출과 축전지 (10) 의 충전 또는 방전 중 어느 하나를 우선적으로 할지를 전환하는 예에 대해 설명했는데, 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 로 바꾸거나, 또는 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 에 부가하여, 축전지 (10) 의 잔용량 (SOC) 에 기초하여, 풍력 발전 장치 (2) 의 회전 에너지의 축적 또는 방출과 축전지 (10) 의 충전 또는 방전 중 어느 하나를 우선적으로 할지를 결정해도 된다. 예를 들어, 축전지 상태 검출기 (31) 에 의해 축전지 (10) 의 열화도 (Ba, Bb) 에 부가하여 잔용량을 검출하고, 축전지 상태 감시부 (32) 에 있어서 이 잔용량이 소정 범위 내에 들어가 있는지 판정하고, 축전지 (10) 의 잔용량이 소정 범위에서 벗어난 경우에는 전체 제어부 (48) 가 출력 평준화를 위해서 축전지 (10) 로부터의 충방전을 우선적으로 하여, 잔용량을 소정 범위에 포함시키도록 해도 된다.
즉, 상기 서술한 실시형태에서는, 도 5 에서의 케이스 2 의 Wa
Figure pct00006
WT 의 경우, 및 케이스 4 의 Wa＞WT 및 Wa
Figure pct00007
WT 의 경우, 풍력 발전 설비 (1) 의 출력 평준화를 실시함에 있어서, 회전 에너지의 축적 또는 회수를 실시한 후, 그것으로도 풍력 발전 장치 (2) 의 출력 (Wa) 과 타겟 출력 (WT) 의 편차가 남은 경우에 축전지 (10) 의 충방전을 실시하는 것에 비해, 여기서는, 축전지 (10) 의 잔용량이 소정 범위를 벗어난 경우에, 축전지 (10) 의 충방전을 우선적으로 하여, 축전지 (10) 의 잔용량을 소정 범위 내에 포함시킨다. 이로써, 축전지 (10) 의 수명을 연장할 수 있다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 운전 모드 선택부 (42) 에 있어서의 운전 모드의 선택의 주된 기준으로서 달성률 산출부 (45) 에 의해 구한 발전 목표 달성률 (Ta) 을 사용하는 예에 대해 설명했는데, 손실률 산출부 (43) 에 의해 구한 손실률 (La) 을 주된 기준으로서 운전 모드의 선택을 실시해도 된다. 즉, 도 6 의 단계 S12 및 S14 와 단계 S17 및 S18 를 교체하고, 우선은 손실률 (La) 과 제 2 임계값 (LT) 을 비교하여, La
Figure pct00008
LT 의 경우에는 피치 금지 운전 모드를 선택하고 (단계 S16), La＜LT 의 경우에 발전 목표 달성률 (Ta) 과 제 1 임계값 (TT) 을 비교하여, Ta＜TT 의 경우에는 피치 금지 운전 모드를 선택하는 한편 (단계 S16), Ta
Figure pct00009
TT 의 경우에는 피치 허용 운전 모드를 선택 (단계 S19) 하도록 해도 된다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 1 대의 풍력 발전 장치 (2) 로 이루어지는 풍력 발전 설비 (1) 에 대해 설명했는데, 이 대수에 한정되는 것이 아니라, 복수 대의 풍력 발전 장치 (2) 로 구성되어 있어도 된다.
1 풍력 발전 설비
2 풍력 발전 장치
3 축전 장치
4 출력 평준화 장치
5 계통 연계부
6 전력 계통
8 변압기
9 발전기
10 축전지
11 직류-교류 변환기
12 변압기
13 변압기
14 인버터 장치
15 출력 계측기
17 센서
18A 발전기측 인버터
18B DC 버스
18C 계통측 인버터
20 풍차 컨트롤러
22 편차 산출부
24 회전 에너지 감시부
25 회전 에너지 제어부
26 피치 제어부
30 배터리 컨트롤러
31 축전지 상태 검출기
32 축전지 상태 감시부
33 축전지 제어부
34 제 1 전환 스위치
35, 36 제 2 전환 스위치
37 제 3 전환 스위치
38 비교부
39 감산기
40 마스터 컨트롤러
41 달성률 감시부
42 운전 모드 선택부
43 손실률 산출부
44 손실률 감시부
45 달성률 산출부
46 계통 감시부
48 전체 제어부
51 가산기
52 로터
52A 허브
52B 블레이드
SC 스테이터 코일
RC 로터 코일

Claims (11)

  1. 풍력 발전 장치에 축전지가 접속된 풍력 발전 설비의 출력을 타겟 출력으로 조정하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법으로서,
    상기 풍력 발전 장치의 출력을 계측하는 출력 계측 단계와,
    소정 기간에서의 목표 발전량에 대한, 상기 소정 기간의 기산 시점에서 상기 소정 기간 내에서의 소정 시점까지의 상기 풍력 발전 장치의 출력 계측값의 적산값의 비율인 발전 목표 달성률을 산출하는 달성률 산출 단계와,
    상기 발전 목표 달성률이 제 1 임계값 미만인 경우, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키고, 상기 축전지에 대한 충전 또는 상기 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하는 피치 금지 운전 모드를 선택하는 운전 모드 선택 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 운전 모드 선택 단계에서는, 상기 발전 목표 달성률이 상기 제 1 임계값 이상인 경우, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해서 피치 제어를 실시하는 것을 허용하는 피치 허용 운전 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 운전 모드 선택 단계에서 상기 피치 허용 운전 모드가 선택된 경우, 풍속과 상기 풍력 발전 장치의 이상 (理想) 출력의 관계를 나타내는 상기 풍력 발전 장치의 성능 곡선에 상기 풍속을 적용시켜 얻어지는 상기 이상 출력에 대한, 상기 피치 제어에 의해 손실된 발전량의 비율인 손실률을 산출하는 손실률 산출 단계를 추가로 구비하고,
    상기 피치 허용 운전 모드에서는, 상기 손실률이 제 2 임계값 이상인 경우, 상기 피치 허용 운전 모드로부터 상기 피치 금지 운전 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 축전지의 열화도를 취득하는 열화도 취득 단계를 추가로 구비하고,
    상기 축전지의 열화도가 제 3 임계값을 상회하는 경우, 상기 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 또는 방출을 상기 축전지의 충전 또는 방전보다 우선적으로 하고, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감 또는 부족분을 보충하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열화도는, 상기 축전지의 충방전 사이클 수, 적산 충방전 사이클 수, 충방전 레이트 수 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 축전지의 잔용량을 취득하는 잔용량 취득 단계를 추가로 구비하고,
    상기 축전지의 잔용량이 소정 범위를 벗어난 경우, 상기 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 또는 방출보다 상기 축전지의 충전 또는 방전을 우선적으로 하고, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감 또는 부족분을 보충하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 축전지의 열화도가 상기 제 3 임계값을 상회하는 경우, 상기 풍력 발전 장치의 출력과의 편차가 작아지도록 상기 타겟 출력을 일시적으로 변경하는 제 1 타겟 출력 변경 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전 목표 달성률이 상기 제 1 임계값 미만인 경우, 상기 타겟 출력을 증가시키는 제 2 타겟 출력 변경 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치 및 상기 축전지가 접속된 계통의 주파수를 취득하는 주파수 취득 단계와,
    상기 주파수가 소정의 상한값을 상회한 경우에 상기 타겟 출력을 저감시키고, 상기 주파수가 소정의 하한값을 하회한 경우에 상기 타겟 출력을 증가시키는 제 3 타겟 출력 변경 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법.
  10. 풍력 발전 장치에 축전지가 접속된 풍력 발전 설비의 출력을 타겟 출력으로 조정하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 장치로서,
    상기 풍력 발전 장치의 출력을 계측하는 출력 계측부와,
    소정 기간에서의 목표 발전량에 대한, 상기 소정 기간의 기산 시점에서 상기 소정 기간 내에서의 소정 시점까지의 상기 풍력 발전 장치의 출력 계측값의 적산값의 비율인 발전 목표 달성률을 산출하는 달성률 산출부와,
    상기 발전 목표 달성률이 제 1 임계값 미만인 경우, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키고, 상기 축전지에 대한 충전 또는 상기 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하는 피치 금지 운전 모드를 선택하는 운전 모드 선택부를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 장치.
  11. 풍력 발전 장치에 축전지가 접속된 풍력 발전 설비의 출력을 타겟 출력으로 조정하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법으로서,
    상기 풍력 발전 장치의 출력을 계측하는 출력 계측 단계와,
    풍속과 상기 풍력 발전 장치의 이상 (理想) 출력의 관계를 나타내는 상기 풍력 발전 장치의 성능 곡선에 상기 풍속을 적용시켜 얻어지는 상기 이상 출력에 대한, 피치 제어에 의해 손실된 발전량의 비율인 손실률을 산출하는 손실률 산출 단계와,
    상기 손실률이 제 2 임계값 미만인 경우, 상기 타겟 출력에 대한 상기 풍력 발전 장치의 출력의 잉여분을 저감시키기 위해 출력 평준화를 위해서 실시하는 피치 제어를 금지시키고, 상기 축전지에 대한 충전 또는 상기 풍력 발전 장치의 회전 에너지의 축적 중 적어도 일방을 실시하는 피치 금지 운전 모드를 선택하는 운전 모드 선택 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 출력 평준화 방법.
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