KR20130050272A - 풍력 발전소의 제어 장치 및 풍력 발전소의 제어 방법 - Google Patents

풍력 발전소의 제어 장치 및 풍력 발전소의 제어 방법 Download PDF

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KR20130050272A
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아키라 야스기
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

풍력 발전소 제어 장치(54)는, 복수의 풍력 발전 장치를 갖는 풍력 발전소(50)에 마련되어, 풍력 발전소(50)로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시키는 경우에, 복수의 풍력 발전 장치 중, 출력 가능한 최대 전력에 대하여 실제로 출력하고 있는 전력이 상대적으로 작은 풍력 발전 장치에, 출력을 저감시킴과 아울러, 로터의 회전수를 증가시키는 출력 저감 제어를 행하게 한다. 이에 의해, 풍력 발전 장치에 출력을 저감시키는 제어가 행해지더라도, 날개가 받는 바람의 에너지를 버리는 것을 억제하여, 연간 총 발전력량을 증가시킬 수 있다.

Description

풍력 발전소의 제어 장치 및 풍력 발전소의 제어 방법{WIND-POWER-STATION CONTROL APPARATUS AND WIND-POWER-STATION CONTROL METHOD}
본 발명은, 풍력 발전소의 제어 장치 및 풍력 발전소의 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 복수의 풍력 발전 장치로 구성되어, 전력 계통에 송전하는 풍력 발전소, 소위 윈드팜(wind farm)이 보급되고 있다.
풍력 발전소는, 전력 계통이 불안정해지지 않도록 전력 계통에 송전해야 하고, 풍력 발전소로부터 전력 계통으로의 전력의 공급이 과잉이 된 경우, 풍력 발전소로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시킬 필요가 생긴다.
이를 위해, 특허 문헌 1에는, 복수의 풍력 발전 장치의 총 출력이 소정량을 초과한 경우에, 출력이 최대인 풍력 발전 장치의 출력을 우선적으로 저감시키는 시스템이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 2, 3에는, 전력의 공급이 과잉이 된 경우에, 날개를 구비한 로터의 회전수를 상승시켜, 회전 에너지(관성 에너지)로서 축적하는 풍력 발전 장치의 제어 방법이 개시되어 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 제 2003-343416호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 평 10-339259호 공보
(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 평 11-82282호 공보
그렇지만, 정격 출력으로 운전하고 있는 풍력 발전 장치는, 출력을 저감하기 위해 날개의 피치 각도를 페더(feather)측이 되도록 제어, 즉 피치 각도를 줄일 필요가 있어, 그만큼의 바람의 에너지를 버리게 된다.
또한, 특허 문헌 2, 3에 기재되어 있는 바와 같이, 로터의 회전수를 상승시키면, 로터의 회전수가 정격 회전수에 도달하는 경우가 있다. 이러한 경우, 로터의 회전수를 정격 회전수 이하로 하기 위해, 역시 날개의 피치 각도를 페더측이 되도록 제어하고, 바람의 에너지를 버릴 필요가 생긴다.
이들과 같은 제어가 행해지는 풍력 발전 장치는, 본래 전력으로서 변환 가능한 바람의 에너지의 일부를, 로터의 관성 에너지로서 축적하지 못하고, 버리게 된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 풍력 발전 장치에 출력을 저감시키는 제어가 행해지더라도, 날개가 받는 바람의 에너지를 버리는 것을 억제하여, 연간 총 발전력량을 증가시키는, 풍력 발전소의 제어 장치 및 풍력 발전소의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 형태에 따른 풍력 발전소의 제어 장치는, 복수의 풍력 발전 장치를 갖는 풍력 발전소의 제어 장치로서, 상기 풍력 발전소로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시키는 경우에, 복수의 상기 풍력 발전 장치 중, 출력 가능한 최대 전력에 대하여 실제로 출력하고 있는 전력이 상대적으로 작은 상기 풍력 발전 장치에, 출력을 저감시킴과 아울러 로터의 회전수를 증가시키는 제어를 행한다.
상기 구성에 의하면, 풍력 발전소는, 복수의 풍력 발전 장치를 갖고 있다.
여기서, 풍력 발전소로부터 전력 계통으로의 전력의 공급이 과잉이 된 경우, 풍력 발전소로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시킬 필요가 생긴다. 이러한 경우, 예컨대, 각 풍력 발전 장치의 출력(전력)에 비례시켜, 풍력 발전 장치마다 출력의 저감치를 결정하는 것을 생각할 수 있다. 풍력 발전 장치는, 출력을 저감시키면 발전되지 않고 남은 에너지에 의해 로터의 회전 속도가 상승하여, 로터가 갖는 관성 에너지가 증가하게 된다.
그러나, 풍력 발전 장치가 출력의 저감을 행하면, 상승한 로터의 회전수가 정격 회전수에 도달하는 경우가 있다. 이러한 경우, 로터의 회전수를 정격 회전수 이하로 하기 위해, 날개의 피치 각도를 페더측이 되도록 제어하여, 날개가 받는 바람을 놓아줄 필요가 생긴다. 이러한 제어가 행해지는 풍력 발전 장치는, 본래 전력으로서 변환 가능한 바람의 에너지의 일부를, 로터의 관성 에너지로서도 축적할 수도 없어, 버리게 된다.
한편, 출력 가능한 최대 전력에 대하여 실제로 출력하고 있는 전력이 작은 풍력 발전 장치의 로터의 회전수는, 정격 회전수에 이를 때까지의 공차가 크다. 즉, 이러한 풍력 발전 장치는, 날개가 받는 바람의 에너지를 버리는 일 없이, 로터의 관성 에너지로서 보다 많은 바람의 에너지를 축적할 수 있다. 그리고, 로터에 축적된 관성 에너지는, 풍력 발전소로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감할 필요가 해소된 경우에, 발전기에 의해 전력으로 변환된다.
이 때문에, 풍력 발전소로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시키는 경우, 출력을 저감시킴과 아울러 로터의 회전수를 증가시키는 제어가, 복수의 풍력 발전 장치 중, 출력 가능한 최대 전력에 대하여 실제로 출력하고 있는 전력이 상대적으로 작은 풍력 발전 장치에 행해진다. 로터의 회전수를 증가시킨다고 하는 것은, 상술한 것처럼 발전에 이용되지 않은, 바람의 에너지를 날개의 회전 에너지로 변환하여, 저축한다고 하는 것이다.
따라서, 본 구성은, 풍력 발전 장치에 출력을 저감시키는 제어가 행해지더라도, 날개가 받는 바람의 에너지를 버리는 것을 억제하여, 연간 총 발전력량을 증가시킬 수 있다.
상기 제 1 형태에서는, 상기 로터의 회전수를 더 상승시키는 것에 의해 축적하는 것이 가능한 관성 에너지인 잠재적 관성 에너지를, 상기 풍력 발전 장치의 운전 상태를 나타내는 운전 정보에 근거하여 상기 풍력 발전 장치마다 산출하는 잠재적 관성 에너지 산출 수단과, 상기 잠재적 관성 에너지 산출 수단에 의해 산출된 상기 잠재적 관성 에너지가 클수록 상기 풍력 발전 장치의 출력의 저감치가 커지도록, 상기 풍력 발전 장치마다의 출력의 저감치를 산출하는 출력 저감치 산출 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 잠재적 관성 에너지 산출 수단에 의해, 로터의 회전수를 더 상승시키는 것에 의해 축적하는 것이 가능한 관성 에너지인 잠재적 관성 에너지가, 풍력 발전 장치의 운전 상태를 나타내는 운전 정보에 근거하여 풍력 발전 장치마다 산출된다. 또, 관성 에너지는, 미리 정해진 로터의 최대 회전수로부터 풍력 발전 장치의 운전시의 로터의 회전수를 뺀 값에 근거하여 산출된다.
그리고, 출력 저감치 산출 수단에 의해, 잠재적 관성 에너지가 클수록 풍력 발전 장치의 출력의 저감치가 커지도록, 풍력 발전 장치마다의 출력의 저감치가 산출된다.
이와 같이, 상기 구성은, 잠재적 관성 에너지를 산출하고, 잠재적 관성 에너지가 클수록 풍력 발전 장치의 출력의 저감치를 크게 하므로, 풍력 발전 장치의 출력을 저감시키는 제어를 보다 정밀하게 행할 수 있다.
상기 제 1 형태에서는, 상기 출력 저감치 산출 수단이, 상기 전력 계통으로의 공급 전력의 저감치를, 상기 풍력 발전 장치마다의 상기 잠재적 관성 에너지에 근거하여 비례 배분하는 것에 의해, 상기 풍력 발전 장치마다의 출력의 저감치를 산출하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 전력 계통으로의 공급 전력의 저감치를, 풍력 발전 장치마다의 잠재적 관성 에너지에 근거하여 비례 배분하는 것에 의해, 풍력 발전 장치마다의 출력 저감치를 산출하므로, 간이하게 풍력 발전 장치마다의 출력 저감치를 산출할 수 있다.
상기 제 1 형태에서는, 상기 출력 저감치 산출 수단이, 상기 전력 계통으로의 공급 전력의 저감치에 근거하여, 출력을 저감시키는 상기 풍력 발전 장치의 대수(臺數)를 도출하고, 도출한 대수의 상기 풍력 발전 장치에 대하여, 상기 잠재적 관성 에너지가 클수록 상기 풍력 발전 장치의 출력의 저감치가 커지도록, 상기 풍력 발전 장치마다의 출력의 저감치를 산출하고, 상기 도출한 대수의 상기 풍력 발전 장치에, 출력을 저감시킴과 아울러 로터의 회전수를 증가시키는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 예컨대, 전력 계통으로의 공급 전력의 저감치가 큰 경우에는, 상대적으로 많은 풍력 발전 장치에 대하여 출력을 저감시키는 제어가 행해진다. 한편, 전력 계통으로의 공급 전력의 저감치가 작은 경우에는, 상대적으로 적은 풍력 발전 장치에 대하여 출력을 저감시키는 제어가 행해진다.
따라서, 상기 구성은, 항상 모든 풍력 발전 장치에 대하여 출력 저감 제어를 행하게 되는 것은 아니기 때문에, 출력 저감 제어를 효율적으로 행할 수 있다.
상기 제 1 형태에서는, 상기 출력 저감치 산출 수단이, 받는 바람의 에너지가 작아진다고 예상되는 상기 풍력 발전 장치를 선택하고, 선택한 상기 풍력 발전 장치에 대하여, 상기 잠재적 관성 에너지가 클수록 상기 풍력 발전 장치의 출력의 저감치가 커지도록, 상기 풍력 발전 장치마다의 출력의 저감치를 산출하고, 상기 선택한 상기 풍력 발전 장치에, 출력을 저감시킴과 아울러 로터의 회전수를 증가시키는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 받는 바람의 에너지가 작아진다고 예상되는 풍력 발전 장치는, 출력을 저감시키는 제어가 행해지더라도, 로터의 회전수의 상승이 적어져, 로터의 회전수가 정격 회전수에 이를 가능성이 보다 낮아지므로, 바람의 에너지를 버리는 것을 보다 억제할 수 있다.
본 발명의 제 2 형태에 따른 풍력 발전소의 제어 방법은, 복수의 풍력 발전 장치를 갖는 풍력 발전소의 제어 방법으로서, 상기 풍력 발전소로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시키는 경우에, 복수의 상기 풍력 발전 장치 중, 출력 가능한 최대 전력에 대하여 실제로 출력하고 있는 전력이 상대적으로 작은 상기 풍력 발전 장치에, 출력을 저감시킴과 아울러, 상기 로터의 회전수를 증가시킨다.
본 발명에 의하면, 풍력 발전 장치에 출력을 저감시키는 제어가 행해지더라도, 날개가 받는 바람의 에너지를 버리는 것을 억제하여, 연간 총 발전력량을 증가시킬 수 있다고 하는 우수한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치의 외관도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 풍력 발전소의 구성도이다.
도 3은 종래의 풍력 발전소 제어 장치에 있어서의 출력 저감 제어에 따른 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 풍력 발전소 제어 장치에 있어서의 출력 저감 제어에 따른 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 출력 저감 제어의 효과를 설명하기 위한 모식도이며, 도 5a는 종래의 출력 저감 제어에 있어서의 바람 에너지의 풍력 발전 장치에 의한 변환을 나타내고, 도 5b는 본 실시 형태에 따른 출력 저감 제어에 있어서의 바람 에너지의 풍력 발전 장치에 의한 변환을 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치(10)의 외관도이다.
도 1에 나타내는 풍력 발전 장치(10)는, 기초(12) 위에 서있는 지주(14)와, 지주(14)의 상단에 설치되는 나셀(nacelle)(16)과, 대략 수평인 축선 주위로 회전 가능하게 하여 나셀(16)에 마련되는 로터(18)를 갖고 있다.
로터(18)에는, 그 회전 축선 주위로 방사상으로 하여 복수(본 실시 형태에서는, 일례로서 3개)의 날개(20)가 장착되어 있다. 이에 의해, 로터(18)의 회전 축선 방향으로부터 날개(20)에 닿은 바람의 힘이, 로터(18)를 회전 축선 주위로 회전시키는 동력으로 변환되고, 그 동력이 발전기에 의해 전력으로 변환된다.
또, 날개(20)는, 풍향에 대하여 회전 가능하도록 로터(18)에 연결되어 있고, 날개(20)의 피치 각도가 변화 가능하게 되어 있다. 또, 본 실시 형태에 따른 발전기는, 유도형 발전기이며, 출력 제어가 가능하게 되어 있다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 풍력 발전소(50)(윈드팜)의 구성도이다.
풍력 발전소(50)는, 복수(n대, 이하, n을 풍력 발전 장치(10)를 식별하기 위한 번호로 한다)의 풍력 발전 장치(10), 풍력 발전 장치(10)마다 마련되어 풍력 발전 장치(10)를 제어하기 위한 풍차 컨트롤러(52), 각 풍력 발전 장치(10)의 제어를 담당하는 풍력 발전소 제어 장치(54)를 구비하고 있다.
각 풍력 발전 장치(10)는, 변압기(56A)를 사이에 두고 전기적으로 접속되고, 또한, 변압기(56B)를 사이에 두고 전력 계통과 접속되어, 전력 계통으로의 전력의 공급이 가능하게 되어 있다.
풍력 발전소 제어 장치(54)는, 풍차 컨트롤러(52)와의 사이에서 풍력 발전 장치(10)를 제어하기 위한 각종 데이터의 송수신을 행한다. 구체적으로는, 풍력 발전소 제어 장치(54)는, 전력 계통에 있어서의 풍력 발전소(50)에서 공급되는 전력이나 주파수(이하, 「계통 주파수」라고 한다)를 나타낸 계통 정보를 연계점(58)으로부터 취득하고, 각 풍차 컨트롤러(52)로부터 풍력 발전 장치(10)마다의 로터(18)의 회전수나 날개(20)의 피치 각도 등을 나타내는 운전 정보를 수신한다. 그리고, 풍력 발전소 제어 장치(54)는, 각 풍차 컨트롤러(52)에 풍력 발전 장치(10)에서 출력시키는 전력을 나타낸 출력 지령치를 송신한다.
각 풍차 컨트롤러(52)는, 풍력 발전소 제어 장치(54)로부터 출력 지령치를 수신하면, 그 출력 지령치에 근거하여 풍력 발전 장치(10)를 제어한다.
여기서, 전력 계통이 요구하는 전력이 저감한 경우, 즉, 풍력 발전소(50)로부터 전력 계통으로의 전력의 공급이 과잉이 된 경우, 풍력 발전소(50)로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시킬 필요가 생긴다.
도 3을 참조하여, 풍력 발전소(50)로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시키는 종래의 출력 저감 제어의 일례를 설명한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 풍력 발전소 제어 장치(54A)는, 총 출력 저감치 연산부(60) 및 풍차 출력 저감치 연산부(62B)를 구비하고 있다.
총 출력 저감치 연산부(60)는, 연계점(58)으로부터의 계통 정보에 포함되는 계통 주파수의 변동을 검지하고, 풍력 발전소(50)로부터 전력 계통으로의 전력의 공급이 과잉이 된 경우에는, 계통 주파수의 변동에 근거하여, 풍력 발전소(50)로부터 전력 계통으로의 공급 전력의 저감치(이하, 「총 출력 저감치」라고 한다) ΔP를 산출한다.
풍차 출력 저감치 연산부(62B)는, 총 출력 저감치 연산부(60)에 의해 산출된 총 출력 저감치 ΔP에 근거하여, 각 풍력 발전 장치(10)마다의 출력의 저감치(이하, 「풍차 출력 저감치」라고 한다) ΔPn을 산출한다.
이를 위해, 풍차 출력 저감치 연산부(62B)는, 하기 (1)식에 나타내는 바와 같이, 수신한 풍력 발전 장치(10)마다의 운전 정보에 의해 나타나는 풍력 발전 장치(10)마다의 출력(전력) Pn에 비례시켜, 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출한다.
Figure pct00001
그리고, 풍차 출력 저감치 연산부(62B)는, 산출한 풍차 컨트롤러(52)마다의 풍차 출력 저감치 ΔPn을 각 풍차 컨트롤러(52)에 송신한다. 각 풍차 컨트롤러(52)는, 수신한 출력 지령치에 근거하여, 대응하는 풍력 발전 장치(10)의 발전기의 출력을 저감시키므로, 발전되지 않고 남은 에너지에 의해 로터(18)의 회전 속도가 상승하여, 로터(18)가 갖는 관성 에너지가 증가하게 된다.
그러나, 종래의 출력 저감 제어는, 풍력 발전 장치(10)의 출력에 비례시켜 무작위로 출력의 저감을 행하고 있기 때문에, 풍력 발전 장치(10)에 대하여 출력의 저감을 행하면, 상승한 로터(18)의 회전수가 정격 회전수에 도달하는 경우가 있다. 이러한 경우, 로터(18)의 회전수를 정격 회전수 이하로 하기 위해, 날개(20)의 피치 각도를 페더측이 되도록 제어하여, 날개가 받는 바람을 놓아줄 필요가 생긴다. 이러한 제어가 행해지는 풍력 발전 장치(10)는, 본래 전력으로서 변환 가능한 바람의 에너지(이하, 「바람 에너지」라고 한다)의 일부를, 로터(18)의 관성 에너지로서도 축적할 수도 없어, 버리게 된다.
한편, 출력 가능한 최대 전력에 대하여 실제로 출력하고 있는 전력이 작은 풍력 발전 장치(10)의 로터(18)의 회전수는, 정격 회전수에 이를 때까지의 공차가 크다. 즉, 이러한 풍력 발전 장치(10)는, 날개(20)가 받는 바람 에너지를 버리는 일 없이, 로터(18)의 관성 에너지로서 보다 많은 바람 에너지를 축적할 수 있다.
그래서, 본 실시 형태에 따른 풍력 발전소 제어 장치(54)는, 풍력 발전소(50)로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시키는 경우에, 복수의 풍력 발전 장치(10) 중 출력 가능한 최대 전력에 대하여 실제로 출력하고 있는 전력이 상대적으로 작은 풍력 발전 장치(10)에, 출력을 저감시킴과 아울러, 로터(18)의 회전수를 증가시키는 제어를 행한다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 풍력 발전소 제어 장치(54)의 출력 저감 제어에 따른 기능 블록도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 풍력 발전소 제어 장치(54)는, 총 출력 저감치 연산부(60), 잠재적 관성 에너지 연산부(64) 및 풍차 출력 저감치 연산부(62A)를 구비하고 있다.
잠재적 관성 에너지 연산부(64)는, 각 풍력 발전 장치(10)의 개개의 잠재적 관성 에너지를 산출한다. 잠재적 관성 에너지란, 로터(18)의 회전수를 더 상승시키는 것에 의해 축적하는 것이 가능한 관성 에너지이다.
구체적으로는, 잠재적 관성 에너지는, 풍력 발전 장치(10)마다의 잠재적 관성 에너지를 Einern으로 하고, 로터(18)의 1회전당 관성 모멘트를 J(㎏㎡)로 하고, 미리 정해진 로터(18)의 최대 회전수를 ωlim으로 하고, 풍력 발전 장치(10)의 운전시의 로터(18)의 회전수를 ωn으로 하는 것에 의해, 하기 (2)식으로 표현된다.
Figure pct00002
여기서 말하는 정격 회전수란, 날개(20)의 피치가 풀파인이며, 또한 풍력 발전 장치(10)의 출력이 정격시의 상태에 있어서의 로터(18)의 회전수이다. 또한, 로터(18)의 회전수 ωn은, 풍차 컨트롤러(52)로부터 수신하는 운전 정보로부터 얻을 수 있다. 또한, 잠재적 관성 에너지 연산부(64)는, 최대 회전수 ωlim으로서 정격 회전수를 이용하지 않고, 최대 회전수 ωlim을 로터(18)의 정격 회전수를 기준으로 한 정격 회전수보다 낮은 회전수를 이용하더라도 좋다.
상기 (2)식으로부터 잠재적 관성 에너지 Einern은, 로터(18)의 최대 회전수 ωlim으로부터 운전시의 풍력 발전 장치(10)의 로터(18)의 회전수 ωn을 뺀 값에 근거하는 것을 알 수 있다. 로터(18)의 회전수 ωn이 작을수록 잠재적 관성 에너지는 크고, 로터(18)가 최대 회전수 ωlim으로 회전하고 있는 경우에는, 잠재적 관성 에너지 Einern은 0(영)이다. 즉, 최대 출력이 같은 복수의 풍력 발전 장치(10)에서는, 출력이 작은 풍력 발전 장치(10)일수록, 잠재적 관성 에너지 Einern이 커진다.
풍차 출력 저감치 연산부(62A)는, 잠재적 관성 에너지 연산부(64)에 의해 산출된 풍력 발전 장치(10)마다의 잠재적 관성 에너지 Einern이 입력되고, 총 출력 저감치 연산부(60)에 의해 산출된 총 출력 저감치 ΔP가 입력된다. 그리고, 풍차 출력 저감치 연산부(62A)는, 잠재적 관성 에너지 Einern이 클수록 풍력 발전 장치(10)의 출력의 저감치가 커지도록, 풍력 발전 장치(10)마다의 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출한다.
보다 구체적으로는, 하기 (3)식에 나타내는 바와 같이, 총 출력 저감치 ΔP와 풍력 발전 장치(10)마다의 잠재적 관성 에너지 Einern의 곱을 잠재적 관성 에너지 Einern의 총합으로 나누는 것, 즉 잠재적 관성 에너지 Einern에 근거하여 총 출력 저감치 ΔP를 비례 배분하는 것에 의해 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출한다.
Figure pct00003
그리고, 풍차 출력 저감치 연산부(62A)는, 산출한 풍차 컨트롤러(52)마다의 풍차 출력 저감치 ΔPn을 각 풍차 컨트롤러(52)에 송신한다. 각 풍차 컨트롤러(52)는, 수신한 출력 지령치에 근거하여, 대응하는 풍력 발전 장치(10)에 대하여, 예컨대 발전기의 출력을 저감시켜, 더 로터(18)의 회전수가 증가하도록 제어한다. 발전기의 출력을 저감시키도록 제어하면, 이에 의해, 부하가 가벼워지기 때문에, 로터(18)의 회전수가 증가하고, 바람 에너지를 관성 에너지로서 축적할 수 있다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 출력 저감 제어의 효과를 나타내는 모식도이다.
도 5a는 종래의 출력 저감 제어에 있어서의 바람 에너지의 풍력 발전 장치에 의한 변환을 나타내고, 도 5b는 본 실시 형태에 따른 출력 저감 제어에 있어서의 바람 에너지의 풍력 발전 장치에 의한 변환을 나타낸다.
도 5a, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 종래의 출력 저감 제어, 본 실시 형태에 따른 출력 저감 제어 모두, 출력 저감 제어를 행하기 전에는, 날개(20)가 받은 바람 에너지는, 풍력 발전 장치(10)에 의해 전기 에너지(전력) 및 열 에너지 등의 로스로 변환된다.
그리고, 종래의 출력 저감 제어가 행해지면, 날개가 받은 바람 에너지는, 풍력 발전 장치(10)에 의해 전기 에너지, 로스 및 로터(18)에 회전수를 상승시키는 것에 의한 회전 에너지(관성 에너지)로 변환되지만, 일부는 피치 각도를 페더측으로 제어하는 것에 의해, 바람 에너지로서 그대로 버려진다.
한편, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 출력 저감 제어가 행해지면, 날개가 받은 바람 에너지는, 회전 에너지로 변환되는 일 없이, 그대로 버려지는 일이 없다.
또, 출력 저감 제어에 의해 축적된 관성 에너지는, 계통 주파수가 건전한 값으로 회복된 경우나, 풍속이 저하하여 풍력 발전 장치(10)의 출력이 저하된 경우 등, 출력 저감 제어를 해제하는 사상이 일어난 경우에, 발전기에 의해 전력으로 변환된다.
한편, 본 실시 형태에 따른 출력 저감 제어만으로는, 총 출력 저감치 ΔPn에 이르지 않는 경우는, 날개(20)의 피치 각도를, 풀파인에서 미리 정해진 각도만큼 페더측으로 변화시켜, 풍력 발전 장치(10)의 운전을 계속시킨다.
또한, 풍차 출력 저감치 연산부(62A)는, 총 출력 저감치 ΔP에 근거하여, 출력을 저감시키는 풍력 발전 장치(10)의 대수를 도출하고, 도출한 풍력 발전 장치(10)에 대한 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출하고, 도출한 대수의 풍력 발전 장치(10)에, 출력을 저감시킴과 아울러 로터(18)의 회전수를 증가시키는 대수 선택 제어를 출력 저감 제어에 더하더라도 좋다.
대수 선택 제어가 더해진 출력 저감 제어에 의하면, 총 출력 저감치 ΔP가 큰 경우에는, 상대적으로 많은 풍력 발전 장치(10)에 대하여 출력을 저감시키는 제어가 행해진다. 한편, 총 출력 저감치 ΔP가 작은 경우에는, 상대적으로 적은 풍력 발전 장치(10)에 대하여 출력을 저감시키는 제어가 행해진다.
이 대수 선택 제어의 구체적인 처리의 일례로서, 풍차 출력 저감치 연산부(62A)는, 잠재적 관성 에너지 Einern이 큰 순서로 풍력 발전 장치(10)를 분류한다.
그리고, 풍차 출력 저감치 연산부(62A)는, 총 출력 저감치 ΔP가 소정의 임계치 이상인 경우, 예컨대 상위 20대의 풍력 발전 장치(10)에 대하여, 출력 저감 제어를 행하게 하도록 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출한다. 한편, 총 출력 저감치 ΔP가 소정의 임계치 미만인 경우, 풍차 출력 저감치 연산부(62A)는, 예컨대 상위 10대의 풍력 발전 장치(10)에 대하여, 출력 저감 제어를 행하게 하도록 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출한다.
따라서, 대수 선택 제어에 의해, 항상 모든 풍력 발전 장치에 대하여 출력 저감 제어를 행하게 되는 것은 아니기 때문에, 출력 저감 제어를 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 풍차 출력 저감치 연산부(62A)는, 받는 바람 에너지가 작아진다고 예상되는 풍력 발전 장치(10)를 선택하고, 선택한 풍력 발전 장치(10)에 대한 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출하고, 선택한 풍력 발전 장치(10)에, 출력을 저감시킴과 아울러 로터(18)의 회전수를 증가시키는 바람 에너지 선택 제어를 출력 저감 제어에 더하더라도 좋다.
또, 풍력 발전 장치(10)가 받는 바람 에너지는, 각 풍력 발전 장치(10) 근방에 설정된 풍속계에 의해 검출된 풍속에 근거하여 산출된다.
받는 바람 에너지가 작아진다고 예상되는 풍력 발전 장치(10)는, 출력 저감 제어가 행해지더라도, 로터(18)의 회전수의 상승이 보다 적다. 이 때문에, 로터(18)의 회전수가 정격 회전수에 이를 가능성이 보다 낮아지므로, 바람 에너지 선택 제어는, 출력 저감 제어에 의해 풍력 발전 장치(10)가 바람 에너지를 버리는 것을 보다 억제할 수 있다.
또, 대수 선택 제어와 바람 에너지 선택 제어가 조합되어, 출력 저감 제어에 더해지더라도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 풍력 발전소 제어 장치(54)는, 복수의 풍력 발전 장치(10)를 갖는 풍력 발전소(50)(윈드팜)에 마련되어, 풍력 발전소(50)로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시키는 경우에, 복수의 풍력 발전 장치(10) 중 출력 가능한 최대 전력에 대하여 실제로 출력하고 있는 전력이 상대적으로 작은 풍력 발전 장치(10)에, 출력을 저감시킴과 아울러, 로터(18)의 회전수를 증가시키는 제어를 행하게 한다.
이에 의해, 풍력 발전 장치(10)에 출력을 저감시키는 제어가 행해지더라도, 날개가 받는 바람 에너지를 버리는 것을 억제하여, 연간 총 발전력량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 풍력 발전소 제어 장치(54)는, 잠재적 관성 에너지 Einern을 풍력 발전 장치(10)마다 산출하고, 잠재적 관성 에너지 Einern이 클수록 풍력 발전 장치(10)의 출력의 저감치가 커지도록, 풍력 발전 장치(10)마다의 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출한다.
이에 의해, 풍력 발전소 제어 장치(54)는, 풍력 발전 장치(10)의 출력을 저감시키는 제어를 보다 정밀하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 풍력 발전소 제어 장치(54)는, 총 출력 저감치 ΔP를, 풍력 발전 장치(10)마다의 잠재적 관성 에너지 Einern에 근거하여 비례 배분하는 것에 의해, 풍력 발전 장치(10)마다의 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출하므로, 간단하고 쉽게 풍력 발전 장치(10)마다의 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출할 수 있다.
이상, 본 발명을, 상기 실시 형태를 이용하여 설명했지만, 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, 그 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
예컨대, 상기 실시 형태에서는, 풍력 발전소 제어 장치(54)가, 풍력 발전 장치(10)마다의 출력 저감치 ΔPn을 산출하고, 출력 저감 지령으로서 각 풍차 컨트롤러(52)에 송신하는 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 이것에 한정되는 것이 아니고, 각 풍차 컨트롤러(52)가 대응하는 풍력 발전 장치(10)의 출력 저감치 ΔPn을 산출하는 형태로 하더라도 좋다.
이 형태에 있어서의 풍력 발전소(50)의 구성은, 도 2에 나타내는 구성과 같지만, 각 풍차 컨트롤러(52)는, 다른 풍차 컨트롤러(52)와의 사이에서 운전 정보를 송수신 가능하게 되어 있다.
각 풍차 컨트롤러(52)는, (1)식에 근거하여, 자신이 제어하는 풍력 발전 장치(10)의 잠재적 관성 에너지 Einern을 산출한다.
그리고, 각 풍차 컨트롤러(52)는, 다른 풍차 컨트롤러(52)로부터 운전 정보를 수신함과 아울러, 풍력 발전소 제어 장치(54)로부터 총 출력 저감치 ΔP를 수신하고, (2)식에 근거하여 자신이 제어하는 풍력 발전 장치(10)의 풍차 출력 저감치 ΔPn을 산출하여, 자신이 제어하는 풍력 발전 장치(10)에 대하여 출력 저감 제어를 행한다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 풍력 발전소 제어 장치(54)가, 풍력 발전소(50)의 총 출력 저감치 ΔP를 계통 주파수로부터 산출하는 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 이것에 한정되는 것이 아니고, 풍력 발전소(50)에 있어서의 출력 저감치 ΔP를 연계점으로부터 직접 얻는 형태로 하더라도 좋다.
10 : 풍력 발전 장치
18 : 로터
20 : 날개
50 : 풍력 발전소
52 : 풍차 컨트롤러
54 : 풍력 발전소 제어 장치
62A : 풍차 출력 저감치 연산부
64 : 잠재적 관성 에너지 연산부

Claims (6)

  1. 복수의 풍력 발전 장치를 갖는 풍력 발전소의 제어 장치로서,
    상기 풍력 발전소로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시키는 경우에, 복수의 상기 풍력 발전 장치 중, 출력 가능한 최대 전력에 대하여 실제로 출력하고 있는 전력이 상대적으로 작은 상기 풍력 발전 장치에, 출력을 저감시킴과 아울러 로터의 회전수를 증가시키는 제어를 행하는 풍력 발전소의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터의 회전수를 더 상승시키는 것에 의해 축적하는 것이 가능한 관성 에너지인 잠재적 관성 에너지를, 상기 풍력 발전 장치의 운전 상태를 나타내는 운전 정보에 근거하여 상기 풍력 발전 장치마다 산출하는 잠재적 관성 에너지 산출 수단과,
    상기 잠재적 관성 에너지 산출 수단에 의해 산출된 상기 잠재적 관성 에너지가 클수록 상기 풍력 발전 장치의 출력의 저감치가 커지도록, 상기 풍력 발전 장치마다의 출력의 저감치를 산출하는 출력 저감치 산출 수단
    을 구비한 풍력 발전소의 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력 저감치 산출 수단은, 상기 전력 계통으로의 공급 전력의 저감치를, 상기 풍력 발전 장치마다의 상기 잠재적 관성 에너지에 근거하여 비례 배분하는 것에 의해, 상기 풍력 발전 장치마다의 출력의 저감치를 산출하는 풍력 발전소의 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력 저감치 산출 수단은, 상기 전력 계통으로의 공급 전력의 저감치에 근거하여, 출력을 저감시키는 상기 풍력 발전 장치의 대수(臺數)를 도출하고, 도출한 대수의 상기 풍력 발전 장치에 대하여, 상기 잠재적 관성 에너지가 클수록 상기 풍력 발전 장치의 출력의 저감치가 커지도록, 상기 풍력 발전 장치마다의 출력의 저감치를 산출하고,
    상기 도출한 대수의 상기 풍력 발전 장치에, 출력을 저감시킴과 아울러 로터의 회전수를 증가시키는
    풍력 발전소의 제어 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력 저감치 산출 수단은, 받는 바람의 에너지가 작아진다고 예상되는 상기 풍력 발전 장치를 선택하고, 선택한 상기 풍력 발전 장치에 대하여, 상기 잠재적 관성 에너지가 클수록 상기 풍력 발전 장치의 출력의 저감치가 커지도록, 상기 풍력 발전 장치마다의 출력의 저감치를 산출하고,
    상기 선택한 상기 풍력 발전 장치에, 출력을 저감시킴과 아울러 로터의 회전수를 증가시키는
    풍력 발전소의 제어 장치.
  6. 복수의 풍력 발전 장치를 갖는 풍력 발전소의 제어 방법으로서,
    상기 풍력 발전소로부터 전력 계통으로의 공급 전력을 저감시키는 경우에, 복수의 상기 풍력 발전 장치 중, 출력 가능한 최대 전력에 대하여 실제로 출력하고 있는 전력이 상대적으로 작은 상기 풍력 발전 장치에, 출력을 저감시킴과 아울러, 상기 로터의 회전수를 증가시키는 풍력 발전소의 제어 방법.
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