TWI388723B - Wind power generation - Google Patents
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Description
本發明關於具備風力發電系統與蓄電系統的風力發電所。
風力發電系統被利用作為將自然界中存在之可再生能轉換為電力能的手段。風力發電系統之能源，係隨時間變動的風之能源，因此，風力發電系統之發電電力亦隨時間變動。為緩和發電電力之變動而有在風力發電機並設蓄電系統之情況。並設之蓄電系統，係由鉛電池或鈉硫黃電池等二次電池與電力轉換器等構成。特別是，使用鉛電池作為二次電池時，長時間放置於放電狀態下，於鉛電池電極會析出硫酸鉛之結晶，產生所謂之硫酸鹽化。產生硫酸鹽化時鉛蓄電池之特性會顯著劣化。因此，鉛蓄電池作為電力變動緩和目的使用時，通常定期使鉛蓄電池設為過充電狀態，而進行防止硫酸鹽化之產生之回復充電。
並設於風力發電機的鉛蓄電池之習知回復充電方法，揭示於例如專利文獻1。於專利文獻1揭示，在風力發電機之發電電力成為一定值以下時進行回復充電。另外，於專利文獻1揭示，在回復充電之某一階段，無法進行風力發電機輸出電力之變動緩和，因而停止風力發電機之運轉。
專利文獻1：特開2001-286076號公報
在並設鉛蓄電池的風力發電系統中，欲維持電力變動之緩和效果、且有效利用自然能源，需要確實實施鉛蓄電池之定期回復充電，防止鉛蓄電池之劣化。因此，須在不受風之強度影響情況下，實施鉛蓄電池之回復充電。另外，欲有效利用自然能源，較好是在回復充電中風力發電系統亦能繼續發電運轉。
本發明之課題在於提供風力發電所，其具備：不受風力發電系統周邊風速大小之影響，可以確實實施鉛蓄電池之回復充電的蓄電系統。
為解決上述問題，本發明之風力發電所，係具備：風力發電系統及蓄電系統；上述風力發電系統具有1台以上的風力發電裝置；上述蓄電系統具有2台以上的蓄電裝置；該多數蓄電裝置，係具備二次電池作為構成要素，被連接於電力系統的風力發電所；其特徵為該風力發電所具備：檢測手段，用於檢測風力發電系統之發電電力；檢測手段，用於檢測上述多數蓄電裝置之充放電電力之合計值；及控制器，用於接收上述發電電力與上述充放電電力；上述控制器，係具備運算手段，用於運算上述蓄電系統之充放電電力之指令來緩和上述風力發電所之電力變動；具備：調整手段，在上述多數蓄電裝置之中1台以上處於回復充電狀態時，上述風力發電所，係以緩和上述風力發電所之輸出電力變動的方式，來調整上述多數蓄電裝置之中處於非回復充電狀態之某一上述蓄電裝置之充放電電力。
另外，本發明之風力發電所之中，處於非回復充電狀態之某一上述蓄電裝置，係具有：供給手段，用於對處於回復充電狀態之上述蓄電裝置供給回復充電用的電力之一部分或全部。
另外，本發明之風力發電所之中，具有調整手段，在上述風力發電系統之發電電力之變動大於特定值時，處於回復充電狀態之上述蓄電裝置係停止回復充電，以緩和上述風力發電所之輸出電力變動的方式，來調整充放電電力。
另外，本發明之風力發電所之中，具有：手段，其在上述多數蓄電裝置之中至少1台以上處於回復充電狀態時，將上述風力發電系統之發電電力限制值，設為較上述蓄電系統中處於回復充電狀態之蓄電裝置不存在狀態之發電電力限制值為小之值。
為解決上述問題，本發明之風力發電所，係具備：風力發電系統及蓄電系統；該風力發電所被連接於電力系統；該風力發電所具備：獲得手段，用於獲得基於氣象預測資料的上述風力發電系統之發電電力之預測值；及調度手段，依據上述風力發電系統之發電電力預測值，而調度上述蓄電系統之回復充電。
為解決上述問題，本發明之風力發電所，係具備：風力發電系統、蓄電系統、及補助發電機；上述風力發電系統具有1台以上的風力發電裝置；上述蓄電系統具有2台以上的蓄電裝置；該多數蓄電裝置，係具備二次電池作為構成要素，被連接於電力系統的風力發電所；其特徵為上述風力發電所具備：檢測手段，用於檢測風力發電系統之發電電力；檢測手段，用於檢測上述多數蓄電裝置之充放電電力之合計值PB；檢測手段，用於檢測上述補助發電機之發電電力；及控制器，用於接收上述發電電力、上述充放電電力、與上述補助發電機之發電電力；該控制器具備：運算手段，用於運算上述蓄電系統之充放電電力指令，來緩和上述風力發電所之電力變動；該控制器具備：運算手段，用於運算上述補助發電機之發電電力指令；及發送手段，用於發送上述發電電力指令至上述補助發電機；在上述多數蓄電裝置之中至少1台以上處於回復充電狀態時，上述補助發電機係具有：供給手段，用於供給回復充電用的電力之一部分或全部。
另外，本發明之風力發電所之中，具備調整手段，在上述蓄電系統之回復充電時，使上述風力發電所之輸出電力成為特定值以下，而調整上述風力發電系統之發電電力。
為解決上述問題，本發明之風力發電所，係具備：風力發電系統及蓄電系統；上述風力發電系統具有1台以上的風力發電裝置；上述蓄電系統具有2台以上的蓄電裝置；該多數蓄電裝置，係具備二次電池作為構成要素，被連接於電力系統的風力發電系統；其特徵為：該風力發電所具備：檢測手段，用於檢測風力發電系統之發電電力；檢測手段，用於檢測多數蓄電裝置之充放電電力之合計值；及檢測手段，於上述風力發電所連接於電力系統時，檢測上述風力發電所之輸出電力；上述風力發電所具備控制器，用於接收上述風力發電系統之發電電力與上述充放電電力之合計值與風力發電所之輸出電力；上述控制器，係具備：運算手段，用於依據上述風力發電系統之發電電力與上述充放電電力之合計值與上述風力發電所之輸出電力，來運算上述風力發電所之構成要素所產生之損失；運算手段，用於對上述蓄電系統發送充放電電力指令；及補正手段，用於對上述充放電電力指令進行上述損失之補正。
以下參照圖面說明本發明之一實施形態。
圖1為本實施形態之風力發電所之全體圖像。本發明之風力發電所，係由風力發電系統1，蓄電系統2，上位控制器3，連結變壓器4等構成，將發電之電力送電至電力系統5。於風力發電系統1之連結點，設置電力計6用於測定風力發電系統1之發電電力PW。另外，於蓄電系統2之連結點，設置電力計7用於測定蓄電系統2之充放電電力PB。另外，於風力發電所之連結點，設置電力計8用於測定風力發電所之輸出電力PS。在風力發電所輸出電力PS、風力發電系統發電電力PW、蓄電系統充放電電力PB之間成立(數1)之關係。
(數1)PS=PW+PB-(補正量1)
補正量1，係表示連接電力計6、電力計7、電力計8之間的配電線、連結變壓器4等引起之損失。
上位控制器3，係由風力發電系統1之發電電力PW、蓄電系統2之充放電電力PB以緩和風力發電所輸出電力PS之變動的方式，作成蓄電池之充放電電力指令。上位控制器3，係對各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3發送充放電電力指令PBC1、PBC2、PBC3，各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3係依據充放電電力指令進行充放電。另外，上位控制器3，係發送回復充電指令用於決定各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3移行至回復充電模態之時序。接收回復充電指令的蓄電裝置，係停止變動緩和用之充放電，而進行回復充電。上位控制器3，係以緩和風力發電所之輸出電力PS之變動的方式，作成風力發電系統1之發電電力限制指令PLC0。發電電力限制指令PLC0，係被發送至構成風力發電系統之SCADA1-2，SCADA1-2，係對各風力發電裝置1-1-1、1-1-2、1-1-3分別發送發電電力限制指令PLC1、PLC2、PLC3。另外，發電電力限制指令PLC0與發電電力限制指令PLC1、PLC2、PLC3之間成立(數2)之關係式。
(數2)PLC0=PLC1+PLC2+PLC3
各風力發電裝置1-1-1、1-1-2、1-1-3，係控制發電電力以使各別之發電電力不致於成為PLC1、PLC2、PLC3以上。藉由使用上述系統之構成、控制方法，本發明之風力發電所，可將風力發電所之輸出電力PS控制成為特定值PLO以下。另外，如圖1所示風力發電系統1，係由3台風力發電裝置構成，但本發明之風力發電系統1至少由1台以上之風力發電裝置構成即可，本發明之效果不受限於風力發電裝置之台數。
以下參照圖2-5說明風力發電裝置1-1-1、1-1-2、1-1-3。圖2為風力發電裝置之一形態之圖。風力發電裝置1-1-1，係由刀形片1-1-1-1受風，將風之能源轉換為旋轉能源。旋轉能源被傳送至發電機1-1-1-4。風力發電裝置1-1-1，係使用風速計1-1-1-2測定風力發電裝置1-1-1周邊之風速大小及風向。風力發電裝置1-1-1，係依據風速計1-1-1-2之測定值，控制發動機1-1-1-10之水平方向之方向或刀形片1-1-1-1之間距角，而實現發電運轉。
於圖2，作為發電機1-1-1-4係以直流激磁型同步發電機1-1-1-4表示。直流激磁型同步發電機1-1-1-4之定子，係介由電力轉換器1-1-1-5、電力轉換器1-1-1-6連結於系統。另外，直流激磁型同步發電機1-1-1-4之轉子，亦介由激磁裝置1-1-1-9連接於系統，控制激磁裝置1-1-1-9，調節直流激磁電流之強弱，依此來實現發電運轉。
圖3為使用交流激磁型同步發電機1-1-1a-4作為發電機的風力發電裝置之例。圖4為使用永久磁鐵型同步發電機1-1-1b-4作為發電機的風力發電裝置之例。
圖2、3、4之風力發電系統均藉由調整電力轉換器與刀形片之間距角，而可以實施可變速運轉。另外，彼等之風力發電裝置，係藉由間距角之控制，與電力轉換器之控制之組合，可以限制其發電電力成為特定值以下。
圖5為使用感應發電機1-1-1c-4作為發電機的風力發電裝置之例。於圖5之風力發電裝置，感應發電機1-1-1c-4之定子，係不介由電力轉換器，直接連接於電力系統。使用該感應發電機1-1-1c-4的風力發電裝置，亦藉由間距角之控制，可以限制其發電電力成為特定值以下。風力發電系統1，係由圖2、3、4、5之風力發電裝置之任一種類或彼等之組合構成。
以下說明構成風力發電所之蓄電系統2。蓄電系統2，係由2台以上之蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3構成。以下使用圖1、6說明各個蓄電裝置。
蓄電裝置2-1-1，係由多數二次電池2-1-1-1與電力轉換器2-1-1-2、變壓器2-1-1-3、切斷器2-1-1-4等構成。二次電池2-1-1-1，係依必要之容量、電壓，由單位二次電池包之串聯連接、並聯連接之組合構成。電力轉換器2-1-1-2，係內藏電力轉換器控制用之控制器。蓄電裝置，係藉由控制電力轉換器2-1-1-2，以從動於來自圖1所示上位控制器之充放電電力指令PBC1、PBC2、PBC3的方式，控制充放電電力PB1、PB2、PB3。另外，由上位控制器3接收回復充電指令時，不從動於充放電電力指令，藉由控制電力轉換器2-1-1-2來進行蓄電池之回復充電。另外，各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3，係測定二次電池之充電率SOC1、SOC2SOC3及充放電電力PB1、PB2、PB3，發送至上位控制器3。電力計7測定之蓄電系統2之充放電電力PB，與各蓄電裝置測定之充放電電力PB1、PB2、PB3之間成立(數3)之關係式。
(數3)PB=PB1+PB2+PB3-(補正量2)
補正量2，係表示電力計7與各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3間之配線等之損失。另外，圖1所示蓄電系統2，係由3台蓄電裝置構成，但欲實現本發明時只要2台以上蓄電裝置構成即可，蓄電裝置之台數不限定於3台。
本發明中使用鉛蓄電池作為二次電池2-1-1-1。具備本發明使用之二次電池2-1-1-1的蓄電裝置之目的，係對風力發電系統1之發電電力變動進行充放電，而進行風力發電所輸出電力PS之變動之緩和。因此，二次電池2-1-1-1以一部分之放電狀態放置、或運用期間佔據大部分。鉛蓄電池放置於放電狀態時，鉛蓄電池之電極表面產生硫酸鉛之再結晶化。鉛蓄電池電極表面之硫酸鉛結晶，於結晶後之早期階段藉由進行充電會再度溶解於電解液。但是，鉛蓄電池長期間放置於放電狀態時，鉛蓄電池電極表面上會出現硬的硫酸鉛結晶，產生所謂硫酸鹽化現象。硫酸鹽化之硬的硫酸鉛結晶，其溶解度低，於充放電之週期難以再度溶解於電解液。因此，產生硫酸鹽化時，鉛蓄電池之充放電容量降低，鉛蓄電池之壽命變短。如本發明以緩和電力變動為目的而使用鉛蓄電池時，通常為防止硫酸鹽化而進行回復充電(或重置充電)。回復充電，係指2星期大約1次使鉛蓄電池成為滿充電狀態或過充電狀態，據以防止硫酸鹽化之產生。回復充電1次大約需要6～8小時之時間，另外，回復充電中藉由一定電流、一定電壓充電方式進行充電。因此，回復充電中之蓄電裝置無法進行風力發電所之變動緩和之充放電。在維持風力發電所之變動緩和效果下，可以進行回復充電時，風力發電系統1之運轉期間會增大，有助於自然能源之有效利用。以下說明本發明之回復充電之方法。
使用圖7說明本發明之風力發電所之運轉方法。圖7為本發明之風力發電所輸出電力之時序列變化圖。圖7(a)表示風力發電系統1之發電電力PW與風力發電所之輸出電力PS。對於風力發電系統1之大幅變動之發電電力，藉由蓄電系統2之充放電，來緩和風力發電所之輸出電力PS之電力變動。圖7(b)、(c)、(d)表示各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之充放電電力之時序列變化。
在時刻3[小時]以前，3個蓄電裝置均等分擔變動緩和必要之充放電電力。在時刻3[小時]，蓄電裝置2-1-1由上位控制器3接收回復充電指令，移行至回復充電模態。於回復充電中，蓄電裝置2-1-1不進行變動緩和之充放電，而進行一定電流、一定電壓之充電。因此，處於非回復充電狀態中之其他蓄電裝置2-1-2、2-1-3，以2台來緩和風力發電系統之電力變動，而且亦以緩和回復充電引起之電力變動的方式進行充放電。
時刻5[小時]以後表示，因為風力發電系統1之周邊風速降低等因素，使風力發電系統1之發電電力PW大致成為0之狀況。風力發電系統1之發電電力PW為0時，相對於回復充電狀態之蓄電裝置2-1-1，處於非回復充電狀態中之蓄電裝置2-1-2、2-1-3係進行放電動作，供給回復充電必要之電力。如上述說明，藉由其他蓄電裝置供給充電必要之電力，則可以不受風力發電系統1之周邊風速影響，確實進行回復充電。另外，相對於回復充電狀態之蓄電裝置2-1-1，處於非回復充電狀態中之蓄電裝置2-1-2、2-1-3即使供給電力時，蓄電裝置2-1-2、2-1-3之充放電電力指令PBC2、PBC3由上位控制器3作成之點，係不受回復充電狀態之電池有無之影響，而為同一。
圖8表示各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之回復充電時序。蓄電裝置之回復充電模態係依2星期1次之頻度產生。各蓄電裝置依每一台依序移行至回復運轉狀態。一台蓄電裝置之回復充電結束後，次一蓄電裝置進行回復充電。藉由使用此種回復充電之圖案，蓄電裝置可依2星期1次之頻度確實實施回復充電。又，於圖8，同時進行回復充電之蓄電裝置僅1台，但是，蓄電裝置有多數台時，多數台蓄電裝置同時進行回復充電亦可獲得本發明之效果。
圖9為本發明之回復充電中，大的電力變動產生時之運轉方法之說明圖。圖9表示風力發電所之輸出電力之時序列變化。圖9(a)表示風力發電系統1之發電電力PW與風力發電所之輸出電力PS。相對於風力發電系統1之發電電力PW，藉由蓄電系統2之進行充放電，使風力發電所輸出電力PS之變動被緩和。圖9(b)、(c)、(d)表示各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之充放電電力。
圖9(b)所示蓄電裝置2-1-1，係由時刻2[小時]起進行回復充電，因此，之後蓄電裝置2-1-2、2-1-3進行變動緩和之充放電。和回復充電前比較有助於變動緩和之蓄電裝置之台數減少，因此，蓄電系統2之變動緩和能力降低。因此，對於圖9(a)之時刻4.5[小時]前後產生之大的風力發電系統1之電力變動，僅2台蓄電裝置係無法對應。此種大的電力變動產生時，回復充電中之蓄電裝置2-1-1會暫時停止回復充電而進行變動緩和之充放電。風力發電系統1之電力變動之大小收斂成為特定值以下，而且經過一定時間後蓄電裝置2-1-1再度開始回復充電。如上述說明，針對風力發電系統1之發電電力PW之變動大於特定值之情況，藉由回復充電中之蓄電裝置之暫時停止回復充電，如此則，即使回復充電中亦可維持蓄電系統2全體之變動緩和能力。另外，風力發電系統1之發電電力PW之變動收斂成為特定值以下之後，再度進行回復充電，如此則，可以確實進行蓄電裝置之回復充電。
圖10為實現本發明之風力發電所之動作的上位控制器3之構成圖。上位控制器3，係於風力發電所輸出電力指令運算部3-1，由風力發電系統1之發電電力檢測值PW，使用例如1次延遲濾波器等，作成變動緩和後之風力發電所之輸出電力指令PS*。上位控制器3，係減算器3-2，由風力發電系統1之發電電力檢測值PW，由補正風力發電所之輸出電力指令PS*與發電電力檢測值PW之差分與損失的補正量1，作成蓄電系統2應進行充放電的充放電電力指令PB*。又，補正量1，係依據(數1)算出。於充放電電力指令分配部3-3，係作成各蓄電裝置之充放電電力指令。另外，於回復充電指令運算部3-4，各蓄電裝置之回復充電之時序，係如圖8所示被決定。於風車發電電力限制指令運算部3-5，進行風力發電系統1之發電電力限制指令PLC0之運算。於變動量運算部3-6，進行風力發電系統1之發電電力PW之變動量運算，如圖9(a)所示，在變動量大於特定值時，為暫時解除回復充電指令，而停止回復充電指令之傳送。
以下參照圖11說明充放電電力指令分配部3-3之動作。於充放電電力指令分配部3-3，由蓄電系統2之充放電電力指令，減算回復充電中蓄電裝置之充放電電力(本實施形態中為PBC1)，再加上補正損失用的補正量2，作成非回復充電狀態之蓄電裝置所輸出之充放電電力指令PB0*。另外，補正量2係由(數3)算出。PB0*，係以非回復充電狀態之蓄電裝置之台數除算，作成各蓄電裝置之充放電電力指令之中間值PBC11、PBC12、PBC13。另外，於充放電電力指令之中間值PBC11、PBC12、PBC13，加上各蓄電裝置之SOC之補正用的充放電電力指令PBSOC1、PBSOC2、PBSOC3，算出各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之充放電電力指令PBC1、PBC2、PBC3。另外，SOC之補正用的充放電電力指令PBSOC1、PBSOC2、PBSOC3，係依據例如數4)運算。
(數4)PBSOCi=Kp×(SOCTi-SOCi)，i=1、2、3
其中，Kp為比例係數，SOCTi為各蓄電裝置之充電率目標值，SOCi為各蓄電裝置之充電率。上位控制器，係藉由使用上述說明之運算手段，在緩和風力發電所輸出電力PS之變動狀態下，可進行蓄電系統2之回復充電。
另外，於圖1，構成蓄電系統2的各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3，係集中於風力發電所之連結變壓器4被配置，但是，本發明如能發揮效果，則蓄電裝置未必需要集中配置於一處。如圖12所示，各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3被和風力發電系統1分離分散配置時亦能發揮本發明之效果。另外，於風力發電系統1之連結點與蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之連結點之間，連結一般家庭或產業設備等負荷13-1亦具有同樣效果。同樣地，於各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之間，連結負荷13-2亦可發揮本發明之效果。
如圖12所示，各蓄電裝置被分散配置時，各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之發電電力測定值PB1、PB2、PB3、各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之充放電電力指令PBC1、PBC2、PBC3、回復充電指令，係介由通信手段15和上位控制器3之間進行發/送。通信手段，可由有線之LAN、WAN或無線通信實現。風力發電系統1之發電電力PW及風力發電系統1之發電電力限制指令PLC0，亦同樣介由通信手段15和上位控制器3之間進行發/送。如圖12所示，各蓄電裝置被分散配置時，上位控制器3係依據(數5)運算風力發電所輸出電力PS。
(數5)PS=PW+PB1+PB2+PB3
上位控制器3係依據(數5)運算之PS，以緩和風力發電所之輸出電力PS之變動的方式，來決定各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之充放電電力指令PBC1、PBC2、PBC3。
如上述說明，本發明中對風力發電系統設置多數個蓄電裝置，蓄電裝置之一部分實施回復充電，而且其餘處於非回復充電狀態之蓄電裝置實施變動緩和之充放電。另外，具備由非回復充電狀態之蓄電裝置供給回復充電用之電力的運轉模態。藉由使用本發明之運轉方法，蓄電裝置不受風力強度影響，可以確實實施定期之回復充電。藉由定期之回復充電，可實現構成電池之二次電池之長壽命化，結果，藉由風力發電所之長期間運用可有效活用自然能源。另外，即使於回復充電中亦能維持變動緩和效果，因此可以在不停止風力發電系統運轉情況下，有效活用自然能源。
以下參照圖13說明本發明第2實施形態。本實施形態之風力發電所之基本構成係和第1實施形態同樣，因此省略風力發電所之詳細說明。本實施形態之最大特徵為，在蓄電系統2之回復充電中，將風力發電系統1之發電電力限制指令PLC0，設為較僅處於非回復充電狀態之蓄電裝置之蓄電系統運用時之PLC0為小。
圖13為本實施形態之風力發電所之蓄電系統2之運轉狀態，與風力發電系統1之發電電力之時序列變化圖。圖13(a)表示各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之運轉狀態之時序列變化，自時刻T1至時刻T2之間，各蓄電裝置依序進行回復充電。回復充電之蓄電裝置存在時，可用於變動緩和之蓄電裝置之台數減少，蓄電系統2之變動緩和能力降低。因此，於第1實施形態，風力發電系統1產生大的電力變動時，回復充電中之蓄電裝置係暫時停止回復充電，進行變動緩和。本實施形態中，於回復充電中，藉由抑制產生於風力發電系統1之電力變動，可以僅以處於非回復充電狀態之蓄電裝置來實現變動緩和。具體言之為，如圖13(b)所示，處於回復充電狀態之蓄電裝置存在時，上位控制器3，係將風力發電系統之發電電力限制指令PLC0，設為較回復充電狀態之蓄電裝置不存在時為小之值。藉由發電電力限制指令PLC0設為較小之值，可以抑制風力發電系統1之較大發電電力PW之出現，結果，可以抑制風力發電系統1之較大發電電力之變動。
本實施形態中係以3台蓄電裝置構成，因此，針對回復充電狀態中以2台蓄電裝置可以達成變動緩和的電力變動值，設為發電電力限制指令PLC0。藉由設為PLC0，則如圖13(b)所示，以2台蓄電裝置無法實現變動緩和之較大發電電力變動之產生可以被抑制，回復充電中之蓄電裝置可以進行回復充電。另外，於蓄電系統2之回復充電中，風力發電系統1之發電電力藉由發電電力限制指令PLC0加以限制，但是，和回復充電中停止風力發電系統1之情況比較，可獲得大的發電電力。
如上述說明，本發明係於回復充電中，將風力發電系統1之發電電力限制指令PLC0設為特定值以下，將風力發電系統1之發電電力PW抑制為特定值以下。藉由使用本發明之運轉方法，蓄電系統2可以確實進行回復充電。另外，即使蓄電系統2處於回復充電中，風力發電系統1亦可繼續發電運轉。和停止風力發電系統1之發電運轉情況比較，更能有效利用自然能源。
以下參照圖14說明本發明第3實施形態。又，圖14所示實施形態之構成要素之中，和圖1為同一符號者表示同一構成要素，因此省略重複說明。本實施形態之最大特徵在於，風力發電所由發電電力預測事業者10接收發電電力預測值PP，依據發電電力預測值PP來調度各蓄電裝置之回復充電時序。
發電電力預測事業者10，係依據氣象局發佈之未來之風力發電系統周邊之風速預測值與過去之氣象資料、地形資料，來預測風力發電系統將來之發電電力。又，發電電力預測可能期間，係受到氣象局之預測值被發佈之期間之限制，大約未來50小時左右為止之發電電力預測為可能。
風力發電所，係由發電電力預測事業者10，藉由信號線或無線接收發電電力之預測值PP。風力發電所，係依據接收之發電電力預測值PP進行各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之回復充電時序之調度。圖15表示發電電力預測值PP與回復充電時序之關係圖。蓄電裝置進行回復充電期間，回復充電中之蓄電裝置無法進行變動緩和之充放電。因此，回復充電中風力發電系統1產生大的電力變動時，對電力系統有可能放出大的電力變動。欲有效率地進行蓄電裝置之回復充電，較好是在風力發電系統1的發電電力變動較小期間進行回復充電。
本實施形態中，如圖15(a)所示，風力發電所算出風力發電系統之發電電力預測值PP成為特定值以下之時刻T1。在風力發電系統之發電電力PW較小期間，所能產生之發電電力變動亦小，於回復充電中產生較大發電電力變動之機率亦小。本發明，係如圖15(b)所示，進行各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3之回復充電時序之調度，俾於發電電力預測值PP變為小於特定值期間(時刻T1以後)進行回復充電。上位控制器3，係於到達時刻T1之時點，對各蓄電裝置2-1-1傳送回復充電指令。各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3，在接收回復充電指令之後，各蓄電裝置係依據一定電流、一定電壓方式進行回復充電。另外，於圖15，回復充電時序係於風力發電電力之預測值PP成為特定值以下之期間予以設定，但於風力發電電力之預測值PP之變動率成為特定值以下之期間，進行回復充電之調度亦可獲得本發明之效果。
如上述說明，本實施形態中，係依據風力發電系統之發電電力預測值，進行蓄電裝置之回復充電之期間之調度。藉由本實施形態之調度，在風力發電系統之發電電力變動小的期間進行回復充電之機率變高，結果，流出電力系統的發電電力變動縮小之可能性變高。另外，如第2實施形態之說明，無須使用風力發電系統之發電電力限制指令，可防止風車發電電力限制引起之自然能源之損失，更能有效活用自然能源。
以下參照圖16、17說明本發明第4實施形態。又，圖16所示實施形態之構成要素之中，和圖1為同一符號者表示同一構成要素，因此省略重複說明。本實施形態之最大特徵在於，蓄電系統2之回復充電用之電力，係由補助發電機供給。以下詳細說明本實施形態。
本實施形態之風力發電所，除風力發電系統1以外，具有作為補助發電機之氣體引擎發電機11之構成要素。氣體引擎發電機11，係由氣體引擎與同步發電機構成。氣體引擎發電機11，可以天然氣體或液化石油氣體(LPG)、氫氣體等為燃料，使同步發電機旋轉，將發電電力傳送至外部。氣體引擎發電機11之發電電力PGE，係由電力計12計測。另外，氣體引擎發電機11，係從動於來自上位控制器之發電電力指令PGEC，而可以控制發電電力PGE的發電系統。
習知並設於風力發電所的氣體引擎發電機11，係為抑制風力發電所之連結變壓器4之突波電流而被使用。亦即，遮斷器9處於開放狀態時，使氣體引擎發電機11運轉，由2次側激發連結變壓器4之後，設定遮斷器9成為關閉狀態。藉由採用此種運轉方法，可抑制連結變壓器4連結於電力系統5時之突波電流。氣體引擎發電機11引起之發電電力，並非利用風力等可再生之能源者，因此，於風力發電所之發電運轉時，通常係停止氣體引擎發電機11。
於本實施形態之風力發電所，即使於風力發電所之發電運轉時，亦可使氣體引擎發電機11運轉，利用於蓄電系統2之回復充電。風力發電所，有可能因為電力系統運用者之請求，需要將風力發電系統由系統切離、或將輸出至電力系統的電力限制於特定值以下之期間。該期間稱為開列期間。風力發電所之開列期間，係發生於構成電力系統的火力發電所之稼動率降低之夜間。此乃因為，擔負補償電力系統之電力供需平衡任務的火力發電所之稼動率降低時，若風力發電所產生大的電力變動，則電力系統難以吸收電力之變動。因此，於開列期間有必要將風力發電所之發電電力抑制於特定值以下(例如風力發電所規格之2%以下)、或者使風力發電所由電力系統5予以切離。本實施形態之風力發電所，於開列期間中係進行蓄電系統2之回復充電。
以下參照圖17說明本實施形態之風力發電所之運轉方法。圖17係以時序列表示風力發電所之各構成要素之運轉狀態、發電電力者。於圖17之例，風力發電所之開列期間發生於時刻T1至時刻T3之期間。於開列期間，係如圖17(b)所示，將風力發電所之輸出電力PS限制於特定值以下(2%以下=0.02[PU]以下)。因此，於習知控制方式，於開列期間中風力發電系統1進行發電之充分大的風速情況下，藉由風力發電系統1之發電電力限制功能來限制風力能源之利用乃通常者。
以下詳細說明本實施形態之風力發電所之運轉方法。風力發電所之上位控制器3，係由電力系統運用者，接收開列期間之開始時刻T1與開列終了時刻T2。上位控制器3，係如圖17(C)所示，於開列期間開始時刻T1之前，使風力發電系統1之發電電力限制指令PLC0以特定變化率降低。發電電力限制指令PLC0，係設定為在開列期間開始時刻T1成為2%以下。風力發電系統1，係將發電電力限制於PLC0以下，因此風力發電所輸出電力PS，在開列期間開始時刻T1係被限制於2%以下。上位控制器3，於開列期間中，係如圖17(d)所示，對蓄電系統2傳送回復充電指令。各蓄電裝置2-1-1、2-1-2、2-1-3，在接收上位控制器3之回復充電指令之後，分別藉由一定電流、一定電壓之充放電方式進行回復充電。
本實施形態中，如圖17(a)所示，係表示在開列期間中之前半部T1～T2，風力發電系統1進行發電之充分風速存在之例。如開列期間中T1～T2所示，風力發電系統1可以發電時，由風力發電系統1供給蓄電系統2之回復充電必要之電力。具體言之為，如圖17(c)所示，上位控制器3依據蓄電系統2之充電電力，而變化風力發電系統1之發電電力限制指令PLC0。上位控制器3，係依據(數6)進行發電電力限制指令PLC0之運算。
(數6)PLCO=-PB+(補正量3)
(數6)中之(補正量3)，係為防止風力發電所輸出電力PS成為負值(防止風力發電所成為充電狀態)之值，可為風力發電所規格值之約1%之固定值。藉由使用此種控制手法，可使風力發電系統1供給回復充電必要之充電電力，而且可限制風力發電所輸出電力PS成為特定值以下。
另外，如圖17(a)所示，在開列期間中之時刻T2、T3，風速減少，風力發電系統1無法發電、或者欲供給蓄電系統2之回復充電用電力而呈現發電電力不足。本發明係於風速小的開列期間T2、T3，由氣體引擎發電機11供給回復充電用電力。具體言之為，如圖17(e)所示，上位控制器3會依據蓄電系統2之充電電力，來變化氣體引擎發電機11之發電電力指令PGEC。氣體引擎發電機11，係以從動於發電電力指令PGEC的方式控制發電電力。上位控制器3係依據(數7)運算發電電力指令PGEC。
(數7)PGEC=-PB-PW+(補正量4)
(數7)中之(補正量4)，係和(數6)同樣，為風力發電所規格值之約1%之固定值。藉由使用此種控制手法，氣體引擎發電機11可供給回復充電必要之充電電力，而且可限制風力發電所輸出電力PS成為特定值以下。
蓄電系統2之回復充電結束後，氣體引擎發電機11係停止運轉。另外，開列期間終了之時刻T3以後，上位控制器3係使發電電力限制指令PLC0以特定變化率變化，風力發電系統1係依據風速發電運轉。
另外，本實施形態中，作為補助發電機係說明使用氣體燃料之氣體引擎發電機11之例，但作為補助發電機，亦可取代氣體引擎發電機11，改為利用汽油等液體燃料之引擎發電機、或者太陽光發電裝置、或者使用燃料電池等亦具有和本發明同樣效果。
如上述說明，本實施形態中，可於風力發電所之開列期間中，藉由風力發電系統1之發電電力限制控制來進行蓄電系統2之回復充電之同時，可限制風力發電所輸出電力PS於特定值以下。另外，於蓄電系統2之回復充電中，風力發電系統1之發電電力不足時，補助發電機可供給電力，據以完成蓄電系統2之回復充電。藉由該運轉方式，即使於回復充電中，風力發電系統1之發電電力亦可利用為回復充電，有助於自然能源之有效利用。另外，可以確實完成蓄電系統2之回復充電，可實現構成蓄電系統2之二次電池之長壽命化，結果，藉由風力發電所之長期間運用可以有效活用自然能源。
本發明可以適用於太陽光發電系統或波力發電系統等，在發電電力變動之電源並設二次電池而成的發電系統。
另外，對於在消費電力變動之負荷，並設變動緩和用之二次電池而成的蓄電系統，亦可以適用。
藉由使用本發明，風力發電系統處於發電運轉時，即使某一台蓄電裝置進行回復充電時，其他蓄電裝置進行風力發電所之輸出電力變動之緩和，因此無須停止風力發電系統。
另外，即使風力弱、風力發電系統不運轉時，藉由非回復充電狀態之蓄電裝置之供給電力，則可以在不受電來自電力系統之回復充電用電力情況下，使回復充電狀態之蓄電裝置完成回復充電。因此，可以不受風力發電系統周邊風速大小之影響，而可以確實進行回復充電，另外，回復充電中亦可以有效利用自然能源。
1．．．風力發電系統
1-1-1、1-1-2、1-1-3．．．風力發電裝置
1-2．．．SCADA
1-1-1-1、1-1-1a-1、1-1-1b-1、1-1-1c-1．．．刀形片
1-1-1-2、1-1-1a-2、1-1-1b-2、1-1-1c-2．．．風速計
1-1-1-3、1-1-1a-3、1-1-1b-3、1-1-1c-3．．．變速齒輪
1-1-1-4．．．直流激磁同步發電機
1-1-1a-4．．．交流激磁同步發電機
1-1-1b-4．．．永久磁鐵發電機或感應發電機
1-1-1c-4．．．感應發電機
1-1-1-5、1-1-1-6、1-1-1a-6、1-1-1b-6、2-1-1-2．．．電力轉換器
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．．．連結變壓器
1-1-1-8、1-1-1a-8、1-1-1b-8、1-1-1c-8、2-1-1-4、9．．．遮斷器
1-1-1-9．．．激磁裝置
1-1-1-10、1-1-1a-10、1-1-1b-10、1-1-1c-10．．．發動機
2．．．蓄電系統
2-1-1、2-1-2、2-1-3．．．蓄電裝置
2-1-1-1．．．二次電池
3．．．上位控制器
3-1．．．輸出電力指令運算部
3-2．．．減算器
3-3．．．充放電電力指令分配部
3-3-1、3-7．．．補正量運算部
3-3-2．．．SOC補正充放電電力運算部
3-3-3-1、3-3-3-2、3-3-3-3、3-8．．．加算器
3-3-4-1、3-3-4-2、3-3-4-3．．．選擇運算器
3-4．．．回復充電指令運算部
3-5．．．風車限制指令運算部
3-6．．．變動量運算部
5．．．電力系統
6、7、8、12．．．電力計
10．．．發電電力預測事業者
11．．．氣體引擎發電機
13-1、13-2．．．負荷
15．．．通信手段
圖1為本發明之風力發電所之構成圖。
圖2為構成本發明之風力發電所的風力發電裝置之一例之圖。
圖3為構成本發明之風力發電所的風力發電裝置之一例之圖。
圖4為構成本發明之風力發電所的風力發電裝置之一例之圖。
圖5為構成本發明之風力發電所的風力發電裝置之一例之圖。
圖6為構成本發明之風力發電所的蓄電裝置之圖。
圖7為本發明之風力發電所輸出電力之時序列變化圖。
圖8為本發明之蓄電裝置之回復充電時序圖。
圖9為本發明之風力發電所輸出電力之時序列變化圖。
圖10為本發明之風力發電所上位控制器之構成圖。
圖11為本發明之充放電電力指令之作成方法圖。
圖12為本發明之風力發電所之一實施形態之圖。
圖13為本發明之風力發電輸出電力之時序列變化圖。
圖14為本發明第3實施形態之風力發電所之構成圖。
圖15為本發明之回復充電之調度方法之圖。
圖16為本發明第4實施形態之風力發電所之構成圖。
圖17為本發明之風力發電所輸出電力之時序列變化圖。
1．．．風力發電系統
1-1-1、1-1-2、1-1-3．．．風力發電裝置
1-2．．．SCADA
2．．．蓄電系統
2-1-1、2-1-2、2-1-3．．．蓄電裝置
3．．．上位控制器
4．．．連結變壓器
5．．．電力系統
6、7、8．．．電力計
9．．．遮斷器
PB1、PB2、PB3．．．充放電電力
PLC0、PLC1、PLC2、PLC3．．．發電電力限制指令
SOC1、SOC2、SOC3．．．充電率
PBC1、PBC2、PBC3．．．充放電電力指令
PW．．．風力發電系統發電電力
PS．．．風力發電所輸出電力
PB．．．充放電電力
Claims (9)
- 一種風力發電所，係具備：風力發電系統及蓄電系統；上述風力發電系統具有1台以上的風力發電裝置；上述蓄電系統具有2台以上的蓄電裝置；該多數蓄電裝置，係具備二次電池作為構成要素，被連接於電力系統的風力發電所；其特徵為：該風力發電所具備：發電電力檢測手段，用於檢測風力發電系統之發電電力；充放電電力之合計值檢測手段，用於檢測上述多數蓄電裝置之充放電電力之合計值；及控制器，用於接收上述發電電力與上述充放電電力；上述控制器，係具備：針對用來緩和上述風力發電所之電力變動的上述蓄電系統之充放電電力之指令進行運算的手段；在上述多數蓄電裝置之中1台以上處於回復充電狀態時，藉由上述多數蓄電裝置之中處於非回復充電狀態之某一上述蓄電裝置，以使上述風力發電所之輸出電力變動被緩和、而且回復充電引起之電力變動亦被緩和的方式，由上述充放電電力指令進行回復充電中之充放電電力之減算，而對上述多數蓄電裝置之中處於非回復充電狀態之某一 上述蓄電裝置進行充放電電力指令之運算的手段；在上述風力發電系統之發電電力之變動大於特定值時，處於回復充電狀態之上述蓄電裝置係停止回復充電，以緩和上述風力發電所之輸出電力變動的方式，來調整充放電電力的手段。
- 如申請專利範圍第1項之風力發電所，其中對上述多數蓄電裝置之充電率進行檢測的手段；依據對上述多數蓄電裝置之充電率進行檢測的手段所獲得的檢測值，與上述多數蓄電裝置之充電率目標值之差，而對被加於上述充放電電力指令之補正值進行運算的手段。
- 如申請專利範圍第1項之風力發電所，其中上述控制器，係具備：上述風力發電系統之發電電力限制指令運算部；上述發電電力限制指令運算部，在上述多數蓄電裝置之其中至少一台以上處於回復充電狀態時，係將上述風力發電系統之發電電力限制值，設定成為比起回復充電狀態之蓄電裝置不存在於上述蓄電系統之狀態下的發電電力限制值更小的值。
- 一種風力發電所，係具備：風力發電系統及蓄電系統；上述風力發電系統具有1台以上的風力發電裝置；上述蓄電系統具有2台以上的蓄電裝置；該多數蓄電裝置，係具備二次電池作為構成要素，被 連接於電力系統的風力發電所；其特徵為：該風力發電所具備：發電電力檢測手段，用於檢測風力發電系統之發電電力；充放電電力之合計值檢測手段，用於檢測上述多數蓄電裝置之充放電電力之合計值；及控制器，用於接收上述發電電力與上述充放電電力；上述控制器，係具備：針對用來緩和上述風力發電所之電力變動的上述蓄電系統之充放電電力之指令進行運算的手段；在上述多數蓄電裝置之中1台以上處於回復充電狀態時，上述風力發電所係以緩和上述風力發電所之輸出電力變動的方式，來調整上述多數蓄電裝置之中處於非回復充電狀態之上述蓄電裝置之充放電電力的手段；依據氣象預測資料而獲得風力發電系統之發電電力之預測值的手段；及上述風力發電所係依據上述風力發電系統之發電電力預測值，而調度上述蓄電系統之回復充電的手段。
- 一種風力發電所，係具備：風力發電系統及蓄電系統及補助發電機；上述風力發電系統具有1台以上的風力發電裝置；上述蓄電系統具有2台以上的蓄電裝置；該多數蓄電裝置，係具備二次電池作為構成要素，被連接於電力系統的風力發電所；其特徵為： 該風力發電所具備：發電電力檢測手段，用於檢測風力發電系統之發電電力；充放電電力之合計值檢測手段，用於檢測上述多數蓄電裝置之充放電電力之合計值；檢測上述補助發電機之發電電力的手段；及控制器，用於接收上述發電電力、上述充放電電力及上述補助發電機之發電電力；上述控制器，係具備：針對用來緩和上述風力發電所之電力變動的上述蓄電系統之充放電電力指令進行運算的手段；對上述補助發電機之發電電力指令進行運算的手段；及將上述發電電力指令傳送至上述補助發電機的手段；具備：當上述風力發電所處於開列期間中，進行上述多數蓄電裝置之其中至少1台以上之回復充電，上述補助發電機將回復充電用的電力之一部分或全部與以供給的手段；及當上述風力發電所處於開列期間中，以使上述風力發電所之輸出電力成為特定值以下的方式，對上述風力發電系統之發電電力進行調整的手段。
- 如申請專利範圍第5項之風力發電所，其中對上述風力發電系統之發電電力進行調整的手段，係將用於防止上述風力發電所之輸出電力成為負值的補正量 ，加於上述蓄電裝置之回復充電必要的電力，而算出值，將算出之該值設定成為上述風力發電系統之發電電力限制指令。
- 如申請專利範圍第1項之風力發電所，其中具備：於上述風力發電所與電力系統連接之地點，檢測上述風力發電所之輸出電力的手段；及用於接收上述風力發電系統之發電電力、上述充放電電力之合計值及上述風力發電所之輸出電力的控制器；上述控制器，係具備：運算手段，用於由上述風力發電系統之發電電力、上述充放電電力之合計值及上述風力發電所之輸出電力，來運算上述風力發電所之構成要素所產生之損失；運算手段，用於運算傳送至上述蓄電系統之充放電電力指令；及補正手段，用於對上述充放電電力指令進行上述損失之補正。
- 一種太陽光發電所，係於申請專利範圍第1~7項中任一項，取代上述風力發電所改為太陽光發電所，取代上述風力發電系統改為太陽光發電系統，上述太陽光發電系統係具有1台以上之太陽光發電裝置。
- 一種波力發電所，係於申請專利範圍第1~7項中任一項，取代上述風力發電所改為波力發電所，取代上述風力發電系統改為波力發電系統，上述波力發電系統係具有1台以上之波力發電裝置。
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