WO2013132635A1 - 風車の出力制御装置及び出力制御方法 - Google Patents

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努 城井
明 八杉
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三菱重工業株式会社
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine output (active power) control device and control method.
  • wind power generators (windmills) using wind power have been spreading from the viewpoint of conservation of the global environment.
  • the kinetic energy of wind is converted into the rotational energy of the rotor, and the rotational energy of the rotor is converted into electric power in the generator.
  • a wind power generator is connected to a power system, and the power generated by the wind power generator is often supplied to the power system.
  • the frequency of the power system is determined by the power supply / demand balance. That is, when the amount of power generation exceeds the amount of power demand, the generator connected to the power system tries to store excess power in the power system as rotational energy, resulting in an increase in the number of rotations of the generator (ie, the system frequency). . Conversely, when the amount of power generation falls below the amount of power demand, the generator connected to the power system releases rotational energy to make up for insufficient power in the power system, resulting in the rotation speed of the generator (ie, the system frequency). Decreases. Therefore, an operation (load following operation) that follows fluctuations in power demand (load) is performed at some power plants to maintain the power supply / demand balance as the entire power system.
  • a power plant that performs load following operation is a thermal power plant that can control output relatively easily by adjusting a fuel supply amount. In this way, some thermal power plants are used as an adjustment power for maintaining a power supply-demand balance.
  • nuclear power plants, hydroelectric power plants and the like are often used as a base supply force that constantly supplies a certain amount of power because output control in a short time is difficult.
  • the adjustment power by the thermal power plant may be insufficient.
  • the output upper limit value of the wind turbine generator may be set by a command from a power supply command station outside the wind turbine, for example.
  • the PI controller 142 obtains an output command value P 0 * corresponding to the deviation between the current value ⁇ g of the generator speed and the target value ⁇ g *, and this output command value P 0 *. Is input to the output command value calculation unit 144. Further, the output command value calculation unit 144 receives the output maximum value P max and the output minimum value P min corresponding to the pitch angle command value ⁇ * of the windmill blade from the output limiter 146, and the output command value P * is obtained. It is limited to P min or more and P max or less. The output command value calculation unit 144 receives the previous value P * past of the output command value from the output command previous value update unit 145.
  • the maximum output rate is input from the maximum output rate setting unit 110 to the output command value calculation unit 144, and the change rate of the wind turbine output is limited to the maximum output rate or less.
  • the fixed output rate V constant2 is the maximum output rate from the maximum output rate setting unit 110 to the output command value calculation unit. 144 is input. Then, in the output command value calculation unit 144, the output rate V * calculated by using the previous value P * past of the output command input from the output command previous value update unit 145 and the current value P 0 * of the output command. The output command value P * is calculated so as not to exceed the maximum output rate. The output command value * thus obtained is sent to the output control unit 149 via the CCU 148 and used for control in the output control unit 149.
  • the current value P of the wind turbine output is increased as much as possible under the constraint that the wind turbine output is suppressed to the output upper limit value P limit or less to improve profitability.
  • the current value P of the wind turbine output is increased as much as possible under the constraint that the wind turbine output is suppressed to the output upper limit value P limit or less to improve profitability.
  • the maximum output rate set by the maximum output rate setting unit 110 is fixed regardless of the difference between the output upper limit value P limit and the current value P of the wind turbine output.
  • the change rate of the wind turbine output is limited by the maximum output rate Vconstant1 or Vconstant2 . Therefore, it is difficult to quickly reach the output upper limit value P limit while suppressing the output overshoot and undershoot with respect to the output upper limit value. That is, in the logic shown in FIG. 10, if importance is attached to the prevention of overshoot or undershoot of the current value P of the wind turbine output relative to the output upper limit value P limit , the fixed output rates V constant1 and V constant2 are reduced.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, can suppress output overshoot and undershoot with respect to the output upper limit value, and can quickly reach the wind turbine output near the output upper limit value. It is an object to provide an output control device and an output control method for a windmill.
  • An output control device for a windmill includes an output difference calculation unit that calculates a difference with respect to an output of an output upper limit value of the windmill, and a maximum that sets a maximum output rate of the windmill according to the magnitude of the difference An output rate setting unit; an output command value calculation unit that calculates an output command value of the windmill so that a change rate of the output does not exceed the maximum output rate; and an output of the windmill based on the output command value.
  • the output upper limit value of the windmill may be set uniquely by a control device mounted on the windmill, or set by a remote command station outside the windmill, such as a power supply command station (dispatch center), for example. It may be.
  • the maximum output rate for limiting the change rate of the wind turbine output is set to a larger value as the difference between the output upper limit value and the wind turbine output is larger. It is possible to quickly reach the wind turbine output near the output upper limit value while suppressing the chute. That is, when the difference between the wind turbine output and the output upper limit is large and the possibility of overshoot and undershoot is low, the wind turbine output reaches the vicinity of the output upper limit by using a relatively large maximum output rate. Can be shortened.
  • the output overshoot and undershoot with respect to the output upper limit value are used by using a relatively small maximum output rate. Can be suppressed. Suppressing the output overshoot and undershoot with respect to the output upper limit value means that the output overshoot amount and undershoot amount with respect to the output upper limit value are within the allowable range. It is not required to completely prevent this.
  • the wind turbine output control device represents a relationship between the difference and the maximum output rate, the lookup table used for setting the maximum output rate in the maximum output rate setting unit, and the output upper limit And a table updating unit that updates the lookup table based on an overshoot amount or an undershoot amount of the output with respect to a value. Since there are individual differences in the response characteristics of the hardware (generator, inverter, etc.) that make up the windmill, the optimal contents of the lookup table used for setting the maximum output rate in the maximum output rate setting unit are Different for each windmill.
  • the table update unit updates the lookup table based on the overshoot amount or the undershoot amount of the wind turbine output with respect to the output upper limit value, so that the contents of the lookup table are individually appropriate for each wind turbine. Can be. Further, even if the hardware response characteristic changes with time, the contents of the lookup table can be appropriately changed by following the change in the hardware response characteristic.
  • the table update unit when the absolute value ⁇ X of the change amount is larger than the absolute value
  • ⁇ X of the change amount When the absolute value ⁇ X of the change amount is larger than the absolute value
  • the look-up table is appropriately updated by updating the maximum output rate corresponding to the past value X past of the difference from V to
  • the look-up table when the look-up table is updated by the table updating unit as described above, the look-up table includes an ascending table used when the output is smaller than the output upper limit value, and the output is greater than the output upper limit value.
  • the maximum output rate corresponding to the difference may be smaller in the ascending table than in the descending table.
  • the restriction of suppressing the wind turbine output below the output upper limit value may be given priority over the desire to increase the wind turbine output as much as possible.
  • the output upper limit value set by the command from the power supply command center outside the wind turbine when the power system adjustment power (lowering allowance) is not sufficient relates to the official purpose of maintaining the power supply-demand balance in the power system. is there.
  • the table update unit has the absolute value ⁇ X of the change amount larger than the absolute value
  • the maximum output rate corresponding to the past value X past may be updated from V to a value smaller than
  • the ascent table is updated appropriately so that the contents of the ascent table are appropriate for each windmill. Can be. Further, even if the hardware response characteristics change with the passage of time, the contents of the ascending table can be appropriately changed by following the change in the hardware response characteristics.
  • the wind turbine output control device determines whether or not the wind turbine is abnormal based on the update frequency of the look-up table in the table update unit.
  • An abnormality determining unit may be further provided. For example, when the update frequency of the lookup table is higher than expected, it is considered that an abnormality (rapid deterioration or failure more than expected) has occurred in the windmill. Therefore, the state of the windmill can be monitored by providing an abnormality determination unit that determines whether there is an abnormality in the windmill based on the update frequency of the lookup table.
  • the wind turbine output control device determines whether or not the wind turbine is abnormal based on a change with time of the overshoot amount or the undershoot amount.
  • An abnormality determining unit may be further provided. For example, when the overshoot amount or the undershoot amount suddenly increases, it is considered that an abnormality (rapid deterioration or failure more than expected) has occurred in the windmill. Therefore, the state of the windmill can be monitored by providing an abnormality determination unit that determines whether there is an abnormality in the windmill based on the change over time in the overshoot amount or the undershoot amount.
  • the output difference calculation unit obtains a difference with respect to the output of the output upper limit value as a whole of the plurality of wind turbines belonging to the wind farm, and the maximum output rate setting unit calculates the magnitude of the difference. Accordingly, the maximum output rate as a whole of the plurality of windmills belonging to the wind farm is set, and the output command value calculation unit is configured to output the output command value as a whole of the plurality of windmills belonging to the wind farm. And the output control unit may control the output as a whole of the plurality of wind turbines belonging to the wind farm based on the output command value.
  • the output of the entire wind farm is suppressed while suppressing overshoot and undershoot of the output of the entire wind farm. It is possible to quickly reach the vicinity of the output upper limit value.
  • the wind turbine output control method includes a step of obtaining a difference with respect to the output of the output upper limit value of the wind turbine, a step of setting a maximum output rate of the wind turbine according to the magnitude of the difference, A step of calculating an output command value of the windmill so that an output change rate does not exceed the maximum output rate; and a step of controlling the output of the windmill based on the output command value, the maximum output rate
  • the maximum output rate is set to a larger value as the absolute value of the difference is larger, at least in a range where the absolute value of the difference is not more than a threshold value.
  • the maximum output rate for limiting the change rate of the wind turbine output is set to a larger value as the difference between the wind turbine output and the output upper limit value is larger. It is possible to quickly reach the wind turbine output near the output upper limit value while suppressing undershoot. That is, when the difference between the wind turbine output and the output upper limit is large and the possibility of overshoot and undershoot is low, the wind turbine output reaches the vicinity of the output upper limit by using a relatively large maximum output rate. Can be shortened.
  • the output overshoot and undershoot with respect to the output upper limit value are used by using a relatively small maximum output rate. Can be suppressed.
  • the maximum output rate for limiting the change rate of the wind turbine output is set to a larger value as the difference between the wind turbine output and the output upper limit value is larger, so overshoot and undershoot are suppressed.
  • the wind turbine output can be quickly reached near the output upper limit value.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a wind turbine generator.
  • the wind power generator 1 mainly includes a rotor 2 that rotates by receiving wind, a main shaft 4 connected to the rotor 2, and a speed increaser 6 that accelerates the rotation of the main shaft 4. And a generator 8 coupled to the output shaft 7 of the speed increaser 6.
  • the rotor 2 is configured by attaching one or more blades 2A to a hub 2B.
  • the main shaft 4 is connected to the hub 2B.
  • a generator 8 is connected to the output shaft 7 of the speed increaser 6, and mechanical energy received from the output shaft 7 of the speed increaser 6 is converted into electrical energy (active power).
  • the generator 8 is linked to the power system 14 (see FIG. 2), and the active power generated in the generator 8 is supplied to the power system 14.
  • the generator 8 may be directly connected to the main shaft 4 without the speed increaser 6, or the main shaft 4 may be replaced with the speed increaser 6 using a hydraulic transmission. May be input to the generator 8 at an increased speed.
  • the actuator 3 is attached to the blade 2A.
  • the actuator 3 operates under the control of the pitch control unit 32 (see FIG. 2), and changes the pitch angle of each blade 2A.
  • the speed increaser 6 and the generator 8 may be accommodated in the nacelle 10.
  • the nacelle 10 is supported by a tower 12 erected on the foundation 11.
  • the wind power generator 1 may be installed not only on the ground but also in any place including the ocean.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a wind turbine generator according to an embodiment.
  • the wind turbine generator 1 may be a wind turbine of another type.
  • the wind power generator 1 has a direct drive system in which a multi-pole synchronous generator directly connected to the main shaft 4 without being connected to the speed increaser 6 is connected to the power system 14 via an AC-DC-AC link. It may be.
  • a hydraulic transmission combining a variable displacement hydraulic pump and a hydraulic motor is provided between the main shaft 4 and the synchronous generator in place of the speed increaser 6, and is directly connected to the hydraulic motor.
  • a hydraulic drive system in which the synchronous generator is directly connected to the power system 14 may be used.
  • the generator 8 is a winding induction generator having a stator winding 8A and a rotor winding 8B.
  • the stator winding 8 ⁇ / b> A is directly connected to the power system 14.
  • the rotor winding 8B rotates together with the output shaft 7 of the speed increaser 6 and is connected to the power system 14 via the AC-DC-AC converter 20.
  • the AC-DC-AC converter 20 includes an active rectifier 22, a DC bus 24, and an inverter 26.
  • the active rectifier 22 converts AC power generated in the rotor winding 8 ⁇ / b> B into DC power and outputs it to the DC bus 24.
  • the inverter 26 converts the DC power received from the DC bus 24 into AC power having a frequency that matches the power system 14, and outputs the AC power to the power system 14.
  • the active rectifier 22 and the inverter 26 operate according to the PWM signal from the converter control unit 30.
  • Converter control unit 30 generates a PWM signal to be supplied to active rectifier 22 and inverter 26 in accordance with active power command value P * and reactive power command value Q * provided from main controller 40.
  • the converter control unit 30 determines the effective power P output to the power system 14 from the voltage V grid and current I grid of the power supplied from the generator 8 to the power system 14 measured by the voltage / current sensor 15. And reactive power Q is calculated. Then, the converter control unit 30 generates a PWM signal corresponding to the deviation between the active power command value P * and the reactive power command value Q * given from the main controller 40 and the active power P and the reactive power Q, and the active rectifier 22 and This is given to the inverter 26. In this way, feedback control is performed so that the active power P and the reactive power Q supplied to the power system 14 are brought close to the active power command value P * and the reactive power command value Q * set by the main controller 40. Is called.
  • the determination of the active power command value P * and the reactive power command value Q * in the main controller 40 is performed by, for example, the output upper limit value P limit set by the power supply command station outside the wind turbine, and the power generation measured by the speed meter 5 This is performed based on the rotational speed ⁇ g of the machine 8.
  • the rotation speed meter 5 is not particularly limited as long as the rotation speed ⁇ g (the rotation speed of the output shaft 7) of the generator 8 can be measured.
  • a rotary encoder or a resolver can be used.
  • the main controller 40 also has a role of giving a pitch angle command value ⁇ * of the blade 2A to the pitch controller 32.
  • FIG. 3 is a block diagram showing logic for calculating the active power command value P * in the main controller 40.
  • the combination of the main control device 40 and the converter control unit 30 functioning as an output control unit corresponds to an output control device for a windmill.
  • the PI controller 42 obtains an output command value P 0 * corresponding to the deviation between the current value ⁇ g of the generator speed and the target value ⁇ g *, and this output command value P 0 *. Is input to the output command value calculation unit 44.
  • the rotation speed target value ⁇ g * of the generator 8 may be determined based on at least the output upper limit value P limit of the wind turbine generator 1.
  • the rotational speed target value ⁇ g * is set according to the wind speed so that the peripheral speed ratio of the rotor 2 is substantially the optimum peripheral speed ratio until the windmill output reaches the output upper limit value P limit , and the windmill output is set to the output upper limit value.
  • the rotational speed target value ⁇ g * may be set so that the output upper limit value P limit is obtained when the value P limit is reached.
  • the output command value calculation unit 44 receives the output maximum value P max and the output minimum value P min from the output limiter 46, and the output command value P * is limited to P min or more and P max or less.
  • the maximum output value P max and the minimum output value P min are appropriately set according to the state of the wind turbine generator 1 (the command value ⁇ * of the pitch angle of the blade 2A).
  • the minimum pitch angle ⁇ min used for setting P max and P min together with the pitch angle command value ⁇ * means a limit value on the fine side of the blade 2A that maximizes the output coefficient of the rotor 2.
  • the output command value calculation unit 44 receives the previous value P * past of the output command value from the output command previous value update unit 45.
  • the current value P of the output command value obtained at the output command value calculating portion 44 * is stored as an output command previous value P * past, the output command previous value P * past output command This is used for the next calculation step in the value calculation unit 44.
  • the output command previous value P * past is updated every control cycle of the main controller 40.
  • the maximum output rate V is input from the maximum output rate setting unit 50 to the output command value calculation unit 44, and the change rate of the wind turbine output (change rate of the output command value P * ) is limited to the maximum output rate V or less.
  • the difference between the output command value P 0 * input from the PI controller 42 and the output command previous value P * past input from the output command previous value update unit 45 is the control cycle of the main controller 40.
  • the change rate of the wind turbine output to be realized (the change rate of the output command current value P * ) V * is calculated.
  • the output command value P 0 * from the PI controller 42 is directly adopted as the output command current value P * (however, the output command value P 0 * is output). It is assumed that the condition of the limit range P min to P max is satisfied). On the other hand, when the change rate V * exceeds the maximum output rate V, the sum of the value obtained by multiplying the maximum output rate V by the control period and the output command previous value P * past is set as the output command current value P *. adopt.
  • the output command previous value P * past is 1400 kW
  • the output command value P 0 * generated by the PI controller 42 is 1500 kW
  • the output maximum value P max generated by the output limiter 46 is 2000 kW
  • the output command current value P * is determined as follows.
  • the output command value P 0 * generated by the PI controller 42 is 1500 kW, which satisfies the condition of the output maximum value P max or less generated by the output limiter 46 and the output minimum value P min or more.
  • the maximum output rate setting unit 50 sets a maximum output rate V having a value corresponding to the difference X present with respect to the current output value (current value of active power supplied to the power system 14) P of the output upper limit value P limit . Specifically, the maximum output rate setting unit 50 sets the maximum output rate to a larger value as the absolute value of the difference X present is larger in a range where the absolute value of the difference X present is equal to or less than a predetermined threshold.
  • Maximum output rate setting unit 50 uses a look-up table representing a relationship between the difference X Present and maximum output rate V, may set a maximum output rate V corresponding to the difference X Present.
  • a look-up table representing a relationship between the difference X Present and maximum output rate V
  • two types of lookup tables that is, an ascending table 54 and a descending table 56 may be provided.
  • the ascending table 54 is used when the current output value P is less than or equal to the output upper limit value P limit
  • the descending table 56 is used when the current output value P is greater than the output upper limit value P limit .
  • a table updating unit that updates the lookup table (the ascending table 54 and the descending table 56) based on the overshoot amount or the undershoot amount of the output current value P with respect to the output upper limit value P limit . 60 may be provided in the maximum output rate setting unit 50. Since there are usually individual differences in the response characteristics of the hardware (the generator 8 and the AC-DC-AC converter 20 etc.) constituting the wind turbine generator 1, the look-up table (the ascending table 54 and the descending table) The optimum content of 56) differs for each windmill.
  • the table update unit 60 updates the look-up table based on the overshoot amount or the undershoot amount of the wind turbine output P with respect to the output upper limit value P limit , so that the contents of the look-up table are assigned to each wind turbine. Can be individually appropriate. Further, even if the hardware response characteristic changes with time, the contents of the lookup table can be appropriately changed by following the change in the hardware response characteristic.
  • the look-up table may be updated using the overshoot amount or the undershoot amount itself, or any parameter reflecting the overshoot amount or the undershoot amount (for example, ⁇ X and X shown in FIGS. 5 and 6). past ).
  • the table update unit 62 may automatically update the lookup table when a certain condition is satisfied, or a table update command input by an operator via an arbitrary user interface as a trigger.
  • the uptable may be updated.
  • the look-up table may be updated according to the update contents instructed by the operator.
  • the maximum output rate setting unit 50 may be configured by the ascending table 54, the descending table 56, the selector 58, the table updating unit 60, and the output difference previous value updating unit 62.
  • the difference (current output difference value) X present obtained by subtracting the current output value P from the output upper limit value P limit is input from the subtractor 52 to the maximum output rate setting unit 50 having such a configuration.
  • the difference X present is input to the lookup table (the ascending table 54 and the descending table 56), and V up and V down corresponding to the difference X present are output from the tables 54 and 56, respectively. .
  • V up output from the ascending table 54 is selected as the maximum output rate V, and this maximum output rate V up Is input to the output command value calculation unit 44.
  • V down output from the descending table 56 is selected as the maximum output rate V, and this maximum output rate V down is calculated as an output command value. Input to the unit 44.
  • the difference (current output difference value) X present obtained by the subtractor 52 is also input to the table update unit 60, and together with the output difference previous value X past input from the output difference previous value update unit 62, a lookup table. It is used for updating (the ascending table 54 and the descending table 56).
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the ascending table 54 and the descending table 56.
  • of the difference obtained by subtracting the current output value P from the output upper limit value P limit is a predetermined threshold value Th1. , Th 2 or less, the maximum output rate V is set to a larger value as the absolute value
  • the maximum output rate V of the ascending table 54 and the descending table 56 monotonically increases with respect to
  • the maximum output rate V of the ascending table 54 used when the difference X is greater than or equal to zero means the upper limit value [kW / sec] of the output increase speed.
  • the maximum output rate V of the descent table 56 used when the difference X is less than zero means the upper limit value [kW / sec] of the output decrease rate.
  • is in a range greater than the threshold value T h1, T h2 is the maximum output rate each table 54, 56 shown may be constant at V max1, V max2, respectively.
  • the value of the maximum output rate V (X) indicated by the ascending table 54 may be smaller than the value of the maximum output rate V (X) indicated by the descending table 56.
  • the restriction of suppressing the wind turbine output P below the output upper limit value P limit may be given priority over the desire to increase the wind turbine output P as much as possible.
  • the maximum output rate of the ascending table 54 is made smaller than that of the descending table 56, so that the output of the wind turbine output P near the output upper limit value P limit can be made faster than that. Emphasis can be placed on the suppression of the wind turbine output P below the upper limit value P limit .
  • FIG. 5 is a graph showing how the ascending table 54 is updated in the table updating unit 60.
  • the control cycle ⁇ t has elapsed from the time t past.
  • the output difference at the time t present becomes X present ( ⁇ 0). In this case, it is considered that the overshoot has occurred because the maximum output rate V (X past ) corresponding to the difference previous value X past in the ascending table 54 is excessive.
  • V (X past) from V (X past) by the maximum output rate table updating unit 60 corresponding to the difference previous value X past the elevating table 54 ⁇
  • before and after the previous difference value X past in the ascending table 54 is maintained so that the continuity of the function V (X) in the ascending table 54 is maintained.
  • the value may be updated together.
  • V (X past) from V (X past) by the maximum output rate table updating unit 60 corresponding to the difference previous value X past the elevating table 54 ⁇
  • FIG. 6 is a graph showing how the table updating unit 60 updates the descending table 56.
  • the control period ⁇ t has elapsed from the time t past .
  • the output difference at time t present becomes X present (> 0). In this case, it is considered that an undershoot has occurred because the maximum output rate V (X past ) corresponding to the difference previous value X past in the descending table 56 is excessive.
  • V (X past) from V (X past) by the maximum output rate table updating unit 60 corresponding to the difference previous value X past the descending table 56 ⁇
  • V (X) of the descending table 56 the output difference absolute value of the longitudinal differential previous value X past the descending table 56
  • V (X past) from V (X past) by the maximum output rate table updating unit 60 corresponding to the difference previous value X past the descending table 56 ⁇
  • V new V new ( ⁇ V (X past )
  • FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for updating the lookup table by the table updating unit 60.
  • step S 2 the output output from the subtractor 52 from the previous value X past of the difference between the output upper limit value P limit output from the output difference previous value update unit 62 and the current output value P.
  • An absolute value ⁇ X (
  • the absolute value ⁇ X of the change amount is compared with the absolute value
  • the wind turbine output (active power) during the period from time t past to time t present ) P means overshooting or undershooting with respect to the output upper limit value P limit . Therefore, in order to suppress subsequent overshoot or undershoot, the look-up table is updated after step S6.
  • the absolute value ⁇ X of the change amount is equal to or less than the absolute value
  • step S6 it is determined whether or not the current difference value X present is greater than or equal to zero.
  • the difference current value X present is equal to or greater than zero, it means that the wind turbine output (active power) P undershoots the output upper limit value P limit during the period from the time t past to the time t present . Therefore, the descent table 56 is updated to suppress subsequent undershoot (step S8).
  • may be updated in / [Delta] X (linear 57 in FIG. 6 reference).
  • V (X past) the maximum output rate corresponding to the difference previous value X past from V (X past) in descending table 56 ⁇
  • step S10 when the difference current value X present is less than zero in step S6, the wind turbine output (active power) P overshoots the output upper limit value P limit during the period from time t past to time t present. Means. Therefore, the ascending table 54 is updated to suppress subsequent overshoot (step S10).
  • / may be updated to [Delta] X (linear 55 of FIG. 5 reference).
  • the wind turbine output control device is the difference between the output upper limit value P limit of the wind power generator 1 and the current output value P.
  • An output command value calculation unit 44 that calculates an output command value P * so as not to exceed, and an output control unit (converter control unit 30) that controls the wind turbine output (active power P) based on the output command value P *. .
  • the maximum output rate setting unit 50 sets the maximum output rate V to a larger value as the absolute value of the difference X present is larger, at least in the range where the absolute value of the difference X present is equal to or less than the threshold values Th 1 and Th 2. .
  • the maximum output rate V for limiting the change rate of the wind turbine output is set to a larger value as the difference X present with respect to the wind turbine output P of the output upper limit value P limit is larger. The wind turbine output can be quickly reached in the vicinity of the output upper limit value P limit while suppressing the chute and the undershoot.
  • the wind turbine output is set to the output upper limit value P by using a relatively large maximum output rate V.
  • the time to reach the limit vicinity can be shortened.
  • the difference between the wind turbine output P and the output upper limit value P limit is small and the possibility of overshoot and undershoot is high, the output with respect to the output upper limit value P limit is used by using a relatively small maximum output rate V. P overshoot and undershoot can be suppressed.
  • FIG. 8 is a graph showing a state of output control of the windmill in the present embodiment.
  • the maximum output rate V is set to a relatively large value.
  • the windmill output can be quickly reached in the vicinity of P limit (see curve 70).
  • the maximum output rate V is set to a relatively small value, so that overshoot and undershoot of the wind turbine output with respect to the output upper limit value P limit are set. Shooting can be suppressed (see curve 70).
  • the shape of the curve 70 is merely an illustrative example, and it goes without saying that the change over time in the wind turbine output may be represented by an arbitrary curve other than the curve 70.
  • the maximum output rate V is fixed regardless of the difference between the wind turbine output P and the output upper limit value P limit as shown in FIG. 10, the overshoot amount and the undershoot amount of the wind turbine output with respect to the output upper limit value P limit . Therefore , it takes a long time for the wind turbine output to reach the vicinity of the output upper limit value P limit (see curve 72). Further, overshoot and undershoot of the wind turbine output with respect to the output upper limit value P limit also occur to some extent (see curve 72).
  • the output control device that controls the output of the single wind power generator 1 has been described.
  • the present invention is also applicable to the case of controlling the total output of a plurality of windmills belonging to a wind farm.
  • the subtractor (output difference calculation unit) 52 obtains a difference X present between the total output upper limit value P limit of the plurality of wind turbines belonging to the wind farm and the total output current value P, and the maximum output rate setting unit 50 A maximum output rate as a whole of the plurality of wind turbines is set according to the magnitude of the difference X present .
  • the output command value (the total output command value) of the whole of the plurality of wind turbines in the output instruction calculating unit 44 calculates the P *, the converter control unit of the wind turbine so that the total output command value P * is achieved (
  • An individual output command value (for example, a value obtained by dividing the output command value P * as a whole by the number N of wind turbines) is given to the output control unit 30.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of an output control device for a windmill including an abnormality determination unit.
  • the output control device shown in the figure is provided with an abnormality determination unit 80 in addition to the output control device shown in FIG. Therefore, the same parts as those in the output control apparatus shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, the description thereof is omitted here, and only the abnormality determination unit 80 is described.
  • the abnormality determination unit 80 may determine whether there is an abnormality in the windmill based on at least one of the update frequency of the lookup table and the change over time of the overshoot amount or the undershoot amount. For example, the abnormality determination unit 80 determines whether or not the update frequency of the lookup table exceeds a predetermined threshold based on the information regarding the update frequency of the lookup table received from the table update unit 60, and An abnormality may be detected. When the update frequency of the lookup table is higher than expected, it is considered that an abnormality (rapid deterioration or failure more than expected) has occurred in the windmill. Therefore, it is possible to monitor the state of the windmill by determining whether there is an abnormality in the windmill based on the update frequency of the lookup table.
  • the abnormality determination unit 80 determines that the increase amount of the overshoot amount or the undershoot amount in the predetermined period exceeds the predetermined threshold based on the information regarding the change over time of the overshoot amount or the undershoot amount received from the table update unit 60. It may be determined whether or not the wind turbine is abnormal. When the overshoot amount or the undershoot amount suddenly increases, it is considered that an abnormality (rapid deterioration or failure more than expected) has occurred in the wind turbine. Therefore, it is possible to monitor the state of the windmill by providing an abnormality determination unit that determines whether there is an abnormality in the windmill based on a change with time of the overshoot amount or the undershoot amount.

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Abstract

【課題】出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制可能であり、且つ、出力上限値近傍に風車出力を迅速に到達させることが可能である風車の出力制御装置及び出力制御方法を提供する。 【解決手段】風車の出力制御装置は、風車の出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの出力に対する差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔを求める出力差分算出部５２と、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの大きさに応じて風車の最大出力レートＶを設定する最大出力レート設定部５０と、風車の出力レートＶ＊が最大出力レートＶを超えないように出力指令値Ｐ＊を算出する出力指令値算出部４４と、出力指令値Ｐ＊に基づいて風車出力を制御する出力制御部３０とを備える。最大出力レート設定部５０は、少なくとも前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が閾値以下の範囲において、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が大きいほど前記最大出力レートＶを大きな値に設定する。

Description

風車の出力制御装置及び出力制御方法
　本発明は、風車の出力（有効電力）の制御装置及び制御方法に関する。
　近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置（風車）の普及が進んでいる。風力発電装置では、風の運動エネルギーをロータの回転エネルギーに変換し、さらにロータの回転エネルギーを発電機において電力に変換する。風力発電装置は電力系統に連系され、風力発電装置で生成した電力は電力系統に供給されることが多い。
　電力系統の周波数は、電力の需給バランスによって決まることが知られている。すなわち、発電量が電力需要量を上回ると、電力系統に連系された発電機が電力系統における過剰電力を回転エネルギーとして蓄えようとする結果、発電機の回転数（すなわち系統周波数）が上昇する。逆に、発電量が電力需要量を下回ると、電力系統に連系された発電機が回転エネルギーを放出して電力系統における不足電力を補おうとする結果、発電機の回転数（すなわち系統周波数）が低下する。
　そこで、電力需要量（負荷）の変動に追従する運転（負荷追従運転）を一部の発電所に行わせて、電力系統全体としての電力需給バランスを維持するようになっている。負荷追従運転が行われる発電所は、一般的に、燃料供給量の調節により比較的容易に出力制御が可能な火力発電所である。このように、一部の火力発電所は、電力の需給バランスを維持するための調整力として用いられる。これに対し、原子力発電所や水力発電所等は、短時間での出力制御が困難であるから、常に一定量の電力を供給し続けるベース供給力として用いられることが多い。
　ここで、出力変動の大きい風力発電装置が電力系統に連系された全発電機に占める割合が高くなると、火力発電所による調整力が不足することがある。特に、電力需要量が昼間に比べて極端に少ない夜間には、調整力としての火力発電所の出力が既に最低出力付近まで絞られているから、風力発電装置の出力増加に対応することが難しい。
　そのため、電力系統の調整力（下げ代）が十分でない場合、例えば風車外部の給電指令所からの指令により風力発電装置の出力上限値を設定することがある。
　なお、風車の出力上限値設定とは無関係な技術であるが、調整力としての火力発電所などの発電所の出力変化レートに合わせてウインドファームのランプレートを制御する方法が知られている（特許文献１～３参照）。この方法は、ウインドファームの出力が風の状態に応じて短時間で急激に変動しうるのに対し、火力発電所に代表される調整力としての発電所の出力が急激に変化させることが難しいことから、ウインドファームのランプレートを電力系統側の出力変化レートに合わせるものである。
米国特許出願公開第２０１０／０１４５５３３号明細書 米国特許第７６７９２１５号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０００１３１８号明細書
　上述のように風車の出力上限値が設定される場合の出力制御方法を検討するにあたって、当初、本出願人は図１０に示すようなロジックを考案した。
　図１０に示すロジックでは、ＰＩ制御器１４２において、発電機回転数の現在値ωｇと目標値ωｇ ＊との偏差に応じた出力指令値Ｐ０ ＊を求め、この出力指令値Ｐ０ ＊が出力指令値算出部１４４に入力される。また、出力指令値算出部１４４には、風車ブレードのピッチ角の指令値β＊に応じた出力最大値Ｐｍａｘ及び出力最小値Ｐｍｉｎが出力制限器１４６から入力され、出力指令値Ｐ＊がＰｍｉｎ以上Ｐｍａｘ以下に制限される。なお、出力指令値算出部１４４には、出力指令値の前回値Ｐ＊ ｐａｓｔが出力指令前回値更新部１４５から入力される。
　また、出力指令値算出部１４４には最大出力レート設定部１１０から最大出力レートが入力され、風車出力の変化レートが最大出力レート以下に制限される。この最大出力レートは、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔが風車出力の現在値Ｐ以上の場合に用いられる上昇用固定レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ１と、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔが風車出力の現在値Ｐよりも小さい場合に用いられる下降用固定レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ２の２種類があり、いずれも固定値を有する。出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの出力現在値Ｐに対する偏差Ｘｐｒｅｓｅｎｔ（＝Ｐｌｉｍｉｔ－Ｐ）がゼロ以上の場合には、上昇用固定レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ１が最大出力レートとして最大出力レート設定部１１０から出力指令値算出部１４４に入力される。これに対し、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの出力現在値Ｐに対する偏差Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロよりも小さい場合には、下降用固定レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ２が最大出力レートとして最大出力レート設定部１１０から出力指令値算出部１４４に入力される。そして、出力指令値算出部１４４では、出力指令前回値更新部１４５から入力された出力指令の前回値Ｐ＊ ｐａｓｔと出力指令の現在値Ｐ０ ＊とを用いて計算される出力レートＶ＊が最大出力レートを超えないように出力指令値Ｐ＊が算出される。このようにして得られた出力指令値＊は、ＣＣＵ１４８を介して出力制御部１４９に送られて、出力制御部１４９における制御に用いられる。
　ところで、風車を所有する発電事業者の立場からすれば、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ以下に風車出力を抑えるという制約下で、可能な限り風車出力の現在値Ｐを大きくして採算性の向上を図りたいとの要望がある。そのためには、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する出力現在値Ｐのオーバーシュート又はアンダーシュートを抑制しながら、出力現在値Ｐを出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ近傍に速やかに到達させることが望まれる。
　ところが、図１０に示すロジックでは、最大出力レート設定部１１０により設定される最大出力レートは、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔと風車出力の現在値Ｐとの差がどのようになっていても、固定の最大出力レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ１又はＶｃｏｎｓｔａｎｔ２によって風車出力の変化レートを制限している。そのため、出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、出力現在値Ｐを出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに速やかに到達させることが難しい。
　すなわち、図１０に示すロジックでは、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力の現在値Ｐのオーバーシュート又はアンダーシュートの防止を重視すれば、固定の出力レートＶｃｏｎｓｔａｎｔ１，Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ２を小さくすることになり、風車出力の現在値Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに到達するまでに多大な時間を要し、風車の発電量が伸びず、採算性が低下する。逆に、風車出力の現在値Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに到達するまでの時間の短縮を重視すれば、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力のオーバーシュート又はアンダーシュートが許容範囲を超えて発生するおそれがある。
　本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制可能であり、且つ、出力上限値近傍に風車出力を迅速に到達させることが可能である風車の出力制御装置及び出力制御方法を提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態に係る風車の出力制御装置は、風車の出力上限値の出力に対する差分を求める出力差分算出部と、前記差分の大きさに応じて前記風車の最大出力レートを設定する最大出力レート設定部と、前記出力の変化レートが前記最大出力レートを超えないように、前記風車の出力指令値を算出する出力指令値算出部と、前記出力指令値に基づいて前記風車の出力を制御する出力制御部とを備え、前記最大出力レート設定部は、少なくとも前記差分の絶対値が閾値以下の範囲において、前記差分の絶対値が大きいほど前記最大出力レートを大きな値に設定することを特徴とする。
　なお、風車の出力上限値は、風車に搭載された制御装置により独自に設定されたものであってもよいし、例えば給電指令所（ｄｉｓｐａｔｃｈ　ｃｅｎｔｅｒ）などの風車外部の遠方の指令所によって設定されたものであってもよい。
　上記風車の出力制御装置によれば、風車出力の変化レートを制限するための最大出力レートを、出力上限値の風車出力に対する差分が大きいほど大きな値に設定するようにしたので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、風車出力を出力上限値近傍に迅速に到達させることができる。
　すなわち、風車出力と出力上限値との差分が大きく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が低い場合には、比較的大きな最大出力レートを用いることで、風車出力が出力上限値近傍に到達するまでの時間を短縮できる。また、風車出力と出力上限値との差分が小さく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が高い場合には、比較的小さな最大出力レートを用いることで、出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。
　なお、出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するとは、出力上限値に対する出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量を許容範囲内に収めることを言い、必ずしも、オーバーシュート及びアンダーシュートの発生を完全に防止することまでを要求するものではない。
　一実施形態において、上記風車の出力制御装置は、前記差分と前記最大出力レートとの関係を表し、前記最大出力レート設定部における前記最大出力レートの設定に用いられるルックアップテーブルと、前記出力上限値に対する前記出力のオーバーシュート量又はアンダーシュート量に基づいて前記ルックアップテーブルを更新するテーブル更新部とをさらに備えてもよい。
　風車を構成するハードウェア（発電機やインバータ等）の応答特性には、通常、個体差が存在するから、最大出力レート設定部における最大出力レートの設定に用いられるルックアップテーブルの最適な内容は各風車ごとに異なる。そこで、上述のように、出力上限値に対する風車出力のオーバーシュート量又はアンダーシュート量に基づいてルックアップテーブルをテーブル更新部により更新することで、ルックアップテーブルの内容を各風車に個別の適切なものとすることができる。また、時間の経過とともにハードウェアの応答特性が変化する場合であっても、ハードウェアの応答特性の変化に追従させてルックアップテーブルの内容を適切に変更できる。
　上述のようにルックアップテーブルをテーブル更新部により更新する場合、例えば、前記差分の過去値Ｘｐａｓｔから前記差分の現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔへの変化量の絶対値をΔＸとし、前記ルックアップテーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶとしたとき、前記テーブル更新部は、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きい場合、前記ルックアップテーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸに更新してもよい。なお、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きい場合、オーバーシュート又はアンダーシュートが発生したことを意味し、このときのΔＸは前記差分の現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜と前記差分の過去値の絶対値｜Ｘｐａｓｔ｜との和に相当する。
　上述のように、オーバーシュート又はアンダーシュートが発生したとき、前記差分の過去値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸに更新することで、ルックアップテーブルが適切に更新され、それ以降のオーバーシュート及びアンダーシュートを効果的に抑制できる。
　また、上述のようにルックアップテーブルをテーブル更新部により更新する場合、前記ルックアップテーブルは、前記出力が前記出力上限値よりも小さい場合に用いる上昇用テーブルと、前記出力が前記出力上限値よりも大きい場合に用いる下降用テーブルとを含み、前記差分に対応する前記最大出力レートは、前記上昇用テーブルのほうが前記下降用テーブルに比べて小さくてもよい。
　場合によっては、出力上限値以下に風車出力を抑えることの制約が、可能な限り風車出力を大きくしたいとの要望よりも優先されることがある。例えば、電力系統の調整力（下げ代）が十分でない場合に風車外部の給電指令所からの指令で設定される出力上限値は、電力系統における電力需給バランスの維持という公的な目的に関するものである。そのため、発電事業者の採算性向上という私的な目的に基づく風車出力の増大という要望に比べて、風車出力を出力上限値以下に抑えることの制約が重視されることがある。
　このような場合、上述のように、ルックアップテーブルとして上昇用テーブルと下降用テーブルを設け、上昇用テーブルの最大出力レートを下降用テーブルよりも小さくすることで、出力上限値近傍への風車出力の迅速な到達に比べて、出力上限値以下への風車出力の抑制を重視することができる。
　前記下降用テーブルに比べて前記上昇用テーブルにおける前記最大出力レートを小さくする場合、前記差分の過去値Ｘｐａｓｔから前記差分の現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔへの変化量の絶対値をΔＸとし、前記上昇用テーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶとしたとき、前記テーブル更新部は、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きく、且つ、前記現在値がＸｐｒｅｓｅｎｔ＜０を満たす場合、前記上昇用テーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸよりも小さな値に更新してもよい。
　これにより、風車を構成するハードウェア（発電機やインバータ等）の応答特性に個体差が存在しても、上昇用テーブルを適切に更新して、上昇用テーブルの内容を各風車ごとにとって適切なものとすることができる。また、時間の経過とともにハードウェアの応答特性が変化する場合であっても、ハードウェアの応答特性の変化に追従させて上昇用テーブルの内容を適切に変更できる。さらに、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きく、且つ、前記現在値がＸｐｒｅｓｅｎｔ＜０を満たすとき（すなわち、オーバーシュートが発生したとき）、前記差分の過去値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸよりも小さな値に更新することで、それ以降のオーバーシュートをより一層効果的に抑制できる。
　また、上述のようにルックアップテーブルをテーブル更新部により更新する場合、上記風車の出力制御装置は、前記テーブル更新部における前記ルックアップテーブルの更新頻度に基づいて、前記風車の異常の有無を判定する異常判定部をさらに備えてもよい。
　例えば、ルックアップテーブルの更新頻度が想定以上である場合、風車に異常（想定以上の急激な劣化や故障）が発生していると考えられる。そこで、ルックアップテーブルの更新頻度に基づいて風車の異常の有無を判定する異常判定部を設けることで、風車の状態を監視することができる。
　また、上述のようにルックアップテーブルをテーブル更新部により更新する場合、上記風車の出力制御装置は、前記オーバーシュート量又は前記アンダーシュート量の経時変化に基づいて、前記風車の異常の有無を判定する異常判定部をさらに備えてもよい。
　例えば、オーバーシュート量又はアンダーシュート量が突然大きくなった場合、風車に異常（想定以上の急激な劣化や故障）が発生していると考えられる。そこで、オーバーシュート量又はアンダーシュート量の経時変化に基づいて風車の異常の有無を判定する異常判定部を設けることで、風車の状態を監視することができる。
　また、一実施形態において、前記出力差分算出部は、ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力上限値の前記出力に対する差分を求め、前記最大出力レート設定部は、前記差分の大きさに応じて前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記最大出力レートを設定し、前記出力指令値算出部は、前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力指令値を算出し、前記出力制御部は、前記出力指令値に基づいて前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力を制御してもよい。
　このように、上述の出力制御装置を用いて、ウインドファームに属する複数の風車の出力を制御することで、ウインドファーム全体の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、ウインドファーム全体の出力を出力上限値近傍に迅速に到達させることができる。
　本発明の一実施形態に係る風車の出力制御方法は、風車の出力上限値の出力に対する差分を求めるステップと、前記差分の大きさに応じて前記風車の最大出力レートを設定するステップと、前記出力の変化レートが前記最大出力レートを超えないように、前記風車の出力指令値を算出するステップと、前記出力指令値に基づいて前記風車の出力を制御するステップとを備え、前記最大出力レートを設定するステップでは、少なくとも前記差分の絶対値が閾値以下の範囲において、前記差分の絶対値が大きいほど前記最大出力レートを大きな値に設定することを特徴とする。
　上記風車の出力制御方法によれば、風車出力の変化レートを制限するための最大出力レートを、風車出力と出力上限値との差分が大きいほど大きな値に設定するようにしたので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、風車出力を出力上限値近傍に迅速に到達させることができる。
　すなわち、風車出力と出力上限値との差分が大きく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が低い場合には、比較的大きな最大出力レートを用いることで、風車出力が出力上限値近傍に到達するまでの時間を短縮できる。また、風車出力と出力上限値との差分が小さく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が高い場合には、比較的小さな最大出力レートを用いることで、出力上限値に対する出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。
　本発明によれば、風車出力の変化レートを制限するための最大出力レートを、風車出力と出力上限値との差分が大きいほど大きな値に設定するようにしたので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、風車出力を出力上限値近傍に迅速に到達させることができる。
風力発電装置の全体構成の一例を示す図である。 一実施形態に係る風力発電装置の構成例を示す図である。 有効電力指令値Ｐ＊の算出を行うためのロジックを示すブロック図である。 上昇用テーブル及び下降用テーブルの一例を示すグラフである。 テーブル更新部における上昇用テーブルの更新の様子を示すグラフである。 テーブル更新部における下降用テーブルの更新の様子を示すグラフである。 テーブル更新部によるルックアップテーブルの更新の手順を示すフローチャートである。 一実施形態における風車の出力制御の様子を示すグラフである。 異常判定部を備えた風車の出力制御装置の構成例を示す図である。 風車の出力上限値が設定された場合の出力制御を行うためのロジックを示すブロック図である。
　以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　図１は、風力発電装置の全体構成の一例を示す図である。同図に示すように、風力発電装置１は、主として、風を受けて回転するロータ２と、ロータ２に接続されたメインシャフト４と、メインシャフト４の回転を増速する増速機６と、増速機６の出力軸７に連結された発電機８とを備える。
　ロータ２は、一枚以上のブレード２Ａがハブ２Ｂに取り付けられて構成される。ハブ２Ｂには、メインシャフト４が連結される。ブレード２Ａが受けた風の力によってロータ２全体が回転すると、メインシャフト４を介して増速機６にロータ２の回転が入力される。増速機６の出力軸７には発電機８が連結されており、増速機６の出力軸７から受け取った機械的エネルギーを電気的エネルギー（有効電力）に変換する。発電機８は電力系統１４（図２参照）に連系されており、発電機８において生成された有効電力は電力系統１４に供給されるようになっている。
　なお、他の実施形態では、発電機８は増速機６を介さずに直接的にメインシャフト４に接続されていてもよいし、増速機６に替えて油圧トランスミッションを用いてメインシャフト４の回転を増速して発電機８に入力してもよい。
　なお、ブレード２Ａには、アクチュエータ３が取り付けられている。アクチュエータ３は、ピッチ制御部３２（図２参照）の制御下で作動し、各ブレード２Ａのピッチ角を変化させる。
　また、増速機６及び発電機８は、ナセル１０内に収納されていてもよい。ナセル１０は、基礎１１上に立設されたタワー１２によって支持される。なお、風力発電装置１は、地上のみならず、洋上を含む任意の場所に設置されてもよい。
　図２は、一実施形態に係る風力発電装置の構成例を示す図である。なお、本実施形態では、風力発電装置１が２重供給可変速風車（ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｓｐｅｅｄ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ）である例について説明するが、風力発電装置１は他の方式の風車であってもよい。
　例えば、風力発電装置１は、増速機６を介さずにメインシャフト４に直結された多極の同期発電機がＡＣ－ＤＣ－ＡＣリンクを介して電力系統１４に連系されたダイレクトドライブ方式であってもよい。あるいは、風力発電装置１は、増速機６に替えて、容量可変型の油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションがメインシャフト４と同期発電機との間に設けられ、油圧モータに直結された同期発電機が電力系統１４に直接的に連系された油圧ドライブ方式であってもよい。
　図２に示す例では、発電機８は、ステータ巻線８Ａ及びロータ巻線８Ｂを有する巻線誘導発電機である。ステータ巻線８Ａは、電力系統１４に直接的に接続されている。一方、ロータ巻線８Ｂは、増速機６の出力軸７とともに回転するようになっており、ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ２０を介して電力系統１４に接続されている。
　ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ２０は、能動整流器２２、ＤＣバス２４及びインバータ２６により構成されている。能動整流器２２は、ロータ巻線８Ｂに生じた交流電力を直流電力に変換し、これをＤＣバス２４に出力する。インバータ２６は、ＤＣバス２４から受け取った直流電力を電力系統１４に合致した周波数の交流電力に変換し、これを電力系統１４に出力する。
　能動整流器２２及びインバータ２６は、コンバータ制御部３０からのＰＷＭ信号に従って作動する。コンバータ制御部３０は、主制御装置４０から与えられる有効電力の指令値Ｐ＊及び無効電力の指令値Ｑ＊に応じて、能動整流器２２及びインバータ２６に供給されるＰＷＭ信号を生成する。具体的には、コンバータ制御部３０は、電圧電流センサ１５により計測した発電機８から電力系統１４に供給される電力の電圧Ｖｇｒｉｄと電流Ｉｇｒｉｄから、電力系統１４に出力される有効電力Ｐと無効電力Ｑを算出する。そして、コンバータ制御部３０は、主制御装置４０から与えられた有効電力指令値Ｐ＊及び無効電力指令値Ｑ＊と有効電力Ｐ及び無効電力Ｑとの偏差に応じたＰＷＭ信号を能動整流器２２及びインバータ２６に与える。このようにして、電力系統１４に供給される有効電力Ｐ及び無効電力Ｑを、主制御装置４０で設定された有効電力指令値Ｐ＊及び無効電力指令値Ｑ＊に近づけるようなフィードバック制御が行われる。
　主制御装置４０における有効電力指令値Ｐ＊及び無効電力指令値Ｑ＊の決定は、例えば、風車外部の給電指令所により設定された出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ、および、回転数計５で計測した発電機８の回転数ωｇに基づいて行われる。なお、回転数計５は発電機８の回転数ωｇ（出力軸７の回転数）を計測可能であれば特に限定されず、例えばロータリエンコーダやレゾルバを用いることができる。
　また、主制御装置４０は、ピッチ制御部３２に対してブレード２Ａのピッチ角の指令値β＊を与える役割も担っている。
　図３は、主制御装置４０における有効電力指令値Ｐ＊の算出を行うためのロジックを示すブロック図である。なお、本実施形態では、主制御装置４０と、出力制御部として機能するコンバータ制御部３０とを併せたものが、風車の出力制御装置に相当する。
　同図に示すロジックでは、ＰＩ制御器４２において、発電機回転数の現在値ωｇと目標値ωｇ ＊との偏差に応じた出力指令値Ｐ０ ＊を求め、この出力指令値Ｐ０ ＊が出力指令値算出部４４に入力される。なお、発電機８の回転数目標値ωｇ ＊は、少なくとも風力発電装置１の出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに基づいて決定されてもよい。例えば、風車出力が出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに達するまではロータ２の周速比がほぼ最適周速比になるような回転数目標値ωｇ ＊を風速に応じて設定し、風車出力が出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに到達したら出力上限値Ｐｌｉｍｉｔが得られるように回転数目標値ωｇ ＊を設定してもよい。
　一方、出力指令値算出部４４には、出力最大値Ｐｍａｘ及び出力最小値Ｐｍｉｎが出力制限器４６から入力され、出力指令値Ｐ＊がＰｍｉｎ以上Ｐｍａｘ以下に制限される。なお、出力最大値Ｐｍａｘ及び出力最小値Ｐｍｉｎは、風力発電装置１の状態（ブレード２Ａのピッチ角の指令値β＊）に応じて適宜設定される。なお、ピッチ角の指令値β＊とともにＰｍａｘ及びＰｍｉｎの設定に用いられる最小ピッチ角βｍｉｎは、ロータ２の出力係数が最大となるようなブレード２Ａのファイン側の限界値を意味する。
　さらに、出力指令値算出部４４には、出力指令値の前回値Ｐ＊ ｐａｓｔが出力指令前回値更新部４５から入力される。出力指令前回値更新部４５では、出力指令値算出部４４で得られた出力指令値の現在値Ｐ＊が出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔとして記憶され、この出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔは出力指令値算出部４４における次回の計算ステップに利用される。なお、出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔは、主制御装置４０の制御周期ごとに更新される。
　また、出力指令値算出部４４には最大出力レート設定部５０から最大出力レートＶが入力され、風車出力の変化レート（出力指令値Ｐ＊の変化レート）が最大出力レートＶ以下に制限される。
　具体的には、ＰＩ制御器４２から入力された出力指令値Ｐ０ ＊と出力指令前回値更新部４５から入力された出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔとの差分を主制御装置４０の制御周期で除算することで、これから実現しようとする風車出力の変化レート（出力指令現在値Ｐ＊の変化レート）Ｖ＊が算出される。この変化レートＶ＊が最大出力レートＶ以下である場合、ＰＩ制御器４２からの出力指令値Ｐ０ ＊がそのまま出力指令現在値Ｐ＊として採用される（ただし、出力指令値Ｐ０ ＊は出力制限範囲Ｐｍｉｎ～Ｐｍａｘの条件を満たしているものとする）。一方、変化レートＶ＊が最大出力レートＶを超えている場合、最大出力レートＶに制御周期を乗算して得られる値と出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔとの和を出力指令現在値Ｐ＊として採用する。
　例えば、出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔが１４００ｋＷであり、ＰＩ制御器４２で生成された出力指令値Ｐ０ ＊が１５００ｋＷであり、出力制限器４６で生成された出力最大値Ｐｍａｘが２０００ｋＷ、出力下限値Ｐｍｉｎが１０００ｋＷであり、最大出力レートＶが１００ｋＷ／ｓｅｃであり、制御周期が５０ｍｓｅｃである場合、出力指令現在値Ｐ＊は以下のようにして決定される。
　ＰＩ制御器４２で生成された出力指令値Ｐ０ ＊は１５００ｋＷであり、出力制限器４６で生成された出力最大値Ｐｍａｘ以下、且つ、出力最小値Ｐｍｉｎ以上の条件を満たす。これから実現しようとする風車出力の変化レートＶ＊は２０００ｋＷ／ｓｅｃ（＝（１５００ｋＷ－１４００ｋＷ）／５０ｍｓｅｃ）である。この変化レートＶ＊は最大出力レートＶ（＝１００ｋＷ／ｓｅｃ）よりも大きいから、出力指令値Ｐ０ ＊をそのまま出力指令現在値Ｐ＊として採用するのではなく、最大出力レートＶに制御周期を乗算して得られる値と出力指令前回値Ｐ＊ ｐａｓｔとの和１４０５ｋＷ（＝１４００ｋＷ＋１００ｋＷ／ｓｅｃ×５０ｍｓｅｃ）を出力指令現在値Ｐ＊として採用する。
　最大出力レート設定部５０は、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの出力現在値（電力系統１４に供給される有効電力の現在値）Ｐに対する差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔに応じた値を有する最大出力レートＶを設定する。具体的には、最大出力レート設定部５０では、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が所定の閾値以下の範囲において、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が大きいほど最大出力レートが大きな値に設定される。
　最大出力レート設定部５０は、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔと最大出力レートＶとの関係を表すルックアップテーブルを用いて、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔに応じた最大出力レートＶを設定してもよい。この場合、図３に示すように、上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６の２種類のルックアップテーブルを設けてもよい。なお、上昇用テーブル５４は出力現在値Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ以下の場合に用いられ、下降用テーブル５６は出力現在値Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔよりも大きい場合に用いられる。
　また、図３に示すように、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する出力現在値Ｐのオーバーシュート量又はアンダーシュート量に基づいてルックアップテーブル（上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６）を更新するテーブル更新部６０を最大出力レート設定部５０に設けてもよい。
　風力発電装置１を構成するハードウェア（発電機８やＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ２０等）の応答特性には、通常、個体差が存在するから、ルックアップテーブル（上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６）の最適な内容は各風車ごとに異なる。そこで、上述のように、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力Ｐのオーバーシュート量又はアンダーシュート量に基づいてルックアップテーブルをテーブル更新部６０により更新することで、ルックアップテーブルの内容を各風車に個別の適切なものとすることができる。また、時間の経過とともにハードウェアの応答特性が変化する場合であっても、ハードウェアの応答特性の変化に追従させてルックアップテーブルの内容を適切に変更できる。
　なお、ルックアップテーブルの更新は、オーバーシュート量又はアンダーシュート量自体を用いて行ってもよいし、オーバーシュート量又はアンダーシュート量を反映する任意のパラメータ（例えば図５及び６に示すΔＸ及びＸｐａｓｔ）を用いて行ってもよい。また、テーブル更新部６２は、一定の条件を満たした場合に自動的にルックアップテーブルの更新を行ってもよいし、任意のユーザインタフェースを介してオペレータにより入力されたテーブル更新指令をトリガーとしてルックアップテーブルの更新を行ってもよい。後者の場合、オペレータにより指示された更新内容に従ってルックアップテーブルの更新を行ってもよい。
　一実施形態では、図３に示すように、上昇用テーブル５４、下降用テーブル５６、選択器５８、テーブル更新部６０及び出力差分前回値更新部６２により最大出力レート設定部５０を構成してもよい。
　このような構成の最大出力レート設定部５０には、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔから出力現在値Ｐを減算することで得られた差分（出力差分現在値）Ｘｐｒｅｓｅｎｔが減算器５２から入力される。具体的には、差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔがルックアップテーブル（上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６）に入力され、各テーブル５４，５６からは差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔに対応するＶｕｐ，Ｖｄｏｗｎがそれぞれ出力される。そして、選択器５８において、差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロ以上の場合（Ｐｌｉｍｉｔ≧Ｐの場合）には上昇用テーブル５４から出力されたＶｕｐが最大出力レートＶとして選択され、この最大出力レートＶｕｐが出力指令値算出部４４に入力される。一方、差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロ未満の場合（Ｐｌｉｍｉｔ＜Ｐの場合）には下降用テーブル５６から出力されたＶｄｏｗｎが最大出力レートＶとして選択され、この最大出力レートＶｄｏｗｎが出力指令値算出部４４に入力される。また、減算器５２で得られた差分（出力差分現在値）Ｘｐｒｅｓｅｎｔはテーブル更新部６０にも入力され、出力差分前回値更新部６２から入力される出力差分前回値Ｘｐａｓｔとともに、ルックアップテーブル（上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６）の更新に用いられる。
　図４は上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６の一例を示すグラフである。同図に示すように、上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６は、いずれも、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔから出力現在値Ｐを減算して得られる差分の絶対値｜Ｘ｜が所定の閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２以下の範囲において、前記差分の絶対値｜Ｘ｜が大きいほど最大出力レートＶが大きな値に設定される。言い換えると、差分の絶対値｜Ｘ｜が所定の閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２以下の範囲において、上昇用テーブル５４及び下降用テーブル５６の最大出力レートＶはいずれも｜Ｘ｜に対して単調増加するような関数Ｖ（Ｘ）として規定される。ここで、差分Ｘがゼロ以上の場合（Ｐｌｉｍｉｔ≧Ｐの場合）に用いられる上昇用テーブル５４の最大出力レートＶは出力増加速度の上限値［ｋＷ／ｓｅｃ］を意味する。同様に、差分Ｘがゼロ未満の場合（Ｐｌｉｍｉｔ＜Ｐの場合）に用いられる下降用テーブル５６の最大出力レートＶは出力減少速度の上限値［ｋＷ／ｓｅｃ］を意味する。
　なお、差分の絶対値｜Ｘ｜が閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２よりも大きい範囲では、各テーブル５４，５６が示す最大出力レートはそれぞれＶｍａｘ１，Ｖｍａｘ２で一定であってもよい。
　また図４に示すように、上昇用テーブル５４が示す最大出力レートＶ（Ｘ）の値は、下降用テーブル５６が示す最大出力レートＶ（Ｘ）の値よりも小さくしてもよい。
　出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ以下に風車出力Ｐを抑えるという制約が、可能な限り風車出力Ｐを大きくしたいとの要望よりも優先されることがある。このような場合、上述のように、上昇用テーブル５４の最大出力レートを下降用テーブル５６よりも小さくすることで、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ近傍への風車出力Ｐの迅速な到達に比べて、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ以下への風車出力Ｐの抑制を重視できる。
　図５はテーブル更新部６０における上昇用テーブル５４の更新の様子を示すグラフである。
　同図に示すように、時刻ｔｐａｓｔにおいて出力上限値Ｐｌｉｍｉｔから出力現在値Ｐを減算して得られた差分がＸｐａｓｔ（＞０）であったところ、時刻ｔｐａｓｔから制御周期Δｔだけ経過した時刻ｔｐｒｅｓｅｎｔにおける出力差分がＸｐｒｅｓｅｎｔ（＜０）になった場合について検討する。この場合、上昇用テーブル５４における差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートＶ（Ｘｐａｓｔ）が過大であったためにオーバーシュートが発生したと考えられる。そこで、これ以降のオーバーシュートを抑制するため、上昇用テーブル５４において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをテーブル更新部６０によってＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸに更新する。このとき、上昇用テーブル５４の関数Ｖ（Ｘ）の連続性が維持されるように、上昇用テーブル５４における差分前回値Ｘｐａｓｔ前後の出力差分絶対値｜Ｘ｜に対応する最大出力レートＶの値も併せて更新してもよい。
　なお、図５における符号５５で示す直線は、時刻ｔｐａｓｔにおいて、更新後の上昇用テーブル５４によって規定される最大出力レート（＝Ｖ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸ）により風車出力の変化レートを制限したと仮定した場合における出力差分Ｘの変化を示す仮想的な直線である。直線５５から分かるように、上述のように上昇用テーブル５４を更新することで、次回以降のオーバーシュートは原理的には抑制可能である。
　なお、他の実施形態では、上昇用テーブル５４において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをテーブル更新部６０によってＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸよりも小さな値Ｖｎｅｗ（＞０）に更新してもよい。これにより、次回以降のオーバーシュートをより一層効果的に抑制できる。
　図６はテーブル更新部６０における下降用テーブル５６の更新の様子を示すグラフである。
　同図に示すように、時刻ｔｐａｓｔにおいて出力上限値Ｐｌｉｍｉｔから出力現在値Ｐを減算して得られる差分がＸｐａｓｔ（＜０）であったところ、時刻ｔｐａｓｔから制御周期Δｔだけ経過した時刻ｔｐｒｅｓｅｎｔにおける出力差分がＸｐｒｅｓｅｎｔ（＞０）になった場合について検討する。この場合、下降用テーブル５６における差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートＶ（Ｘｐａｓｔ）が過大であったためにアンダーシュートが発生したと考えられる。そこで、これ以降のアンダーシュートを抑制するため、下降用テーブル５６において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをテーブル更新部６０によってＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸに更新する。このとき、下降用テーブル５６の関数Ｖ（Ｘ）の連続性が維持されるように、下降用テーブル５６における差分前回値Ｘｐａｓｔ前後の出力差分絶対値｜Ｘ｜に対応する最大出力レートＶの値も併せて更新してもよい。
　なお、図６における符号５７で示す直線は、時刻ｔｐａｓｔにおいて、更新後の下降用テーブル５６によって規定される最大出力レート（＝Ｖ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸ）により風車出力の変化レートを制限したと仮定した場合における出力差分Ｘの変化を示す仮想的な直線である。直線５７から分かるように、上述のように下降用テーブル５６を更新することで、次回以降のアンダーシュートは原理的には抑制可能である。
　なお、他の実施形態では、下降用テーブル５６において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをテーブル更新部６０によってＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸよりも大きな値Ｖｎｅｗ（＜Ｖ（Ｘｐａｓｔ））に更新してもよい。これにより、次回以降のオーバーシュートをより一層効果的に抑制できる。
　図７はテーブル更新部６０によるルックアップテーブルの更新の手順を示すフローチャートである。
　同図に示すように、ステップＳ２において、出力差分前回値更新部６２から出力される出力上限値Ｐｌｉｍｉｔと出力現在値Ｐとの差分の前回値Ｘｐａｓｔから、減算器５２から出力される出力上限値Ｐｌｉｍｉｔと出力現在値Ｐとの差分の現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔへの変化量の絶対値ΔＸ（＝｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ－Ｘｐａｓｔ｜）を求める。そして、前記変化量の絶対値ΔＸと差分現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜とを比較する（ステップＳ４）。
　前記変化量の絶対値ΔＸが差分現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きいと判断された場合（ステップＳ４のＹＥＳ判定）、時刻ｔｐａｓｔから時刻ｔｐｒｅｓｅｎｔまでの期間において風車出力（有効電力）Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対してオーバーシュート又はアンダーシュートしたことを意味する。そこで、これ以降のオーバーシュート又はアンダーシュートを抑制するために、ステップＳ６以降において、ルックアップテーブルの更新が行われる。一方、前記変化量の絶対値ΔＸが差分現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜以下であると判断された場合（ステップＳ４のＮＯ判定）、オーバーシュート又はアンダーシュートは発生しなかったことを意味する。この場合、ルックアップテーブルの更新を行う必要はない。
　ステップＳ６では差分現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロ以上であるか否かが判定される。差分現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロ以上である場合、時刻ｔｐａｓｔから時刻ｔｐｒｅｓｅｎｔまでの期間において風車出力（有効電力）Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対してアンダーシュートしたことを意味する。そこで、これ以降のアンダーシュートを抑制するため、下降用テーブル５６の更新が行われる（ステップＳ８）。この場合、下降用テーブル５６において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸに更新してもよい（図６の直線５７参照）。あるいは、他の実施形態では、下降用テーブル５６において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸよりも大きな値Ｖｎｅｗ（＜Ｖ（Ｘｐａｓｔ））に更新してもよい。
　これに対し、ステップＳ６において差分現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔがゼロ未満である場合、時刻ｔｐａｓｔから時刻ｔｐｒｅｓｅｎｔまでの期間において風車出力（有効電力）Ｐが出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対してオーバーシュートしたことを意味する。そこで、これ以降のオーバーシュートを抑制するため、上昇用テーブル５４の更新が行われる（ステップＳ１０）。この場合、上昇用テーブル５４において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸに更新してもよい（図５の直線５５参照）。あるいは、他の実施形態では、上昇用テーブル５４において差分前回値Ｘｐａｓｔに対応する最大出力レートをＶ（Ｘｐａｓｔ）からＶ（Ｘｐａｓｔ）×｜Ｘｐａｓｔ｜／ΔＸよりも小さな値Ｖｎｅｗ（＞０）に更新してもよい。
　以上説明したように、本実施形態に係る風車の出力制御装置（主制御装置４０及びコンバータ制御部３０を併せたもの）は、風力発電装置１の出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの出力現在値Ｐに対する差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔを求める出力差分算出部（減算器５２）と、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの大きさに応じて最大出力レートＶを設定する最大出力レート設定部５０と、出力の変化レートが最大出力レートＶを超えないように出力指令値Ｐ＊を算出する出力指令値算出部４４と、出力指令値Ｐ＊に基づいて風車出力（有効電力Ｐ）を制御する出力制御部（コンバータ制御部３０）とを備える。そして、最大出力レート設定部５０では、少なくとも差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２以下の範囲において、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの絶対値が大きいほど最大出力レートＶが大きな値に設定される。
　本実施形態によれば、風車出力の変化レートを制限するための最大出力レートＶを、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの風車出力Ｐに対する差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔが大きいほど大きな値に設定するようにしたので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制しつつ、風車出力を出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ近傍に迅速に到達させることができる。
　すなわち、風車出力Ｐと出力上限値Ｐｌｉｍｉｔとの差分が大きく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が低い場合には、比較的大きな最大出力レートＶを用いることで、風車出力が出力上限値Ｐｌｉｍｉｔ近傍に到達するまでの時間を短縮できる。また、風車出力Ｐと出力上限値Ｐｌｉｍｉｔとの差分が小さく、オーバーシュート及びアンダーシュートの可能性が高い場合には、比較的小さな最大出力レートＶを用いることで、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する出力Ｐのオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。
　図８は、本実施形態における風車の出力制御の様子を示すグラフである。同図に示すように、本実施形態では、風車出力Ｐと出力上限値Ｐｌｉｍｉｔとの差分が大きい場合には、最大出力レートＶを比較的大きな値に設定するようにしたので、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの近傍に風車出力を迅速に到達させることができる（曲線７０参照）。また、風車出力Ｐと出力上限値Ｐｌｉｍｉｔとの差分が小さい場合には、最大出力レートＶを比較的小さな値に設定するようにしたので、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる（曲線７０参照）。なお、曲線７０の形状は説明例に過ぎず、風車出力の経時変化が曲線７０以外の任意の曲線によって表されてもよいことは言うまでもない。
　一方、図１０のように最大出力レートＶを風車出力Ｐと出力上限値Ｐｌｉｍｉｔとの差分の大きさによらず固定した場合、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が許容範囲内に収まる程度の小さな最大出力レートＶを用いざるを得ず、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔの近傍に風車出力が到達するまでに多大な時間を要する（曲線７２参照）。また、出力上限値Ｐｌｉｍｉｔに対する風車出力のオーバーシュート及びアンダーシュートもある程度発生してしまう（曲線７２参照）。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
　例えば、上述の実施形態では、風力発電装置１単体の出力を制御する出力制御装置について説明したが、本発明は、ウインドファームに属する複数の風車の合計出力を制御する場合にも適用可能である。
　この場合、減算器（出力差分算出部）５２では、ウインドファームに属する複数の風車の合計出力上限値Ｐｌｉｍｉｔと合計出力現在値Ｐとの差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔを求め、最大出力レート設定部５０では、前記差分Ｘｐｒｅｓｅｎｔの大きさに応じて複数の風車の全体としての最大出力レートを設定する。そして、出力指令算出部４４において複数の風車の全体としての出力指令値（合計出力指令値）Ｐ＊を算出し、この合計出力指令値Ｐ＊が実現されるように各風車のコンバータ制御部（出力制御部）３０に個別の出力指令値（例えば全体としての出力指令値Ｐ＊を風車個数Ｎで除算した値）を与える。
　また、上述の実施形態において、風力発電装置１の異常を検出する異常判定部を追加的に設けてもよい。
　図９は異常判定部を備えた風車の出力制御装置の構成例を示す図である。同図に示す出力制御装置は、図３に示す出力制御装置に対して異常判定部８０を追加的に設けたものである。よって、図３に示す出力制御装置と同一の箇所には共通の符号を付し、ここではその説明を省略し、異常判定部８０のみについて説明する。
　異常判定部８０は、ルックアップテーブルの更新頻度とオーバーシュート量又はアンダーシュート量の経時変化との少なくとも一方に基づいて、風車の異常の有無を判定するようになっていてもよい。
　例えば、異常判定部８０は、テーブル更新部６０から受け取ったルックアップテーブルの更新頻度に関する情報に基づいて、ルックアップテーブルの更新頻度が所定の閾値を超えているか否かを判断して、風車の異常を検出してもよい。ルックアップテーブルの更新頻度が想定以上である場合、風車に異常（想定以上の急激な劣化や故障）が発生していると考えられる。よって、ルックアップテーブルの更新頻度に基づいて風車の異常の有無を判定することで、風車の状態を監視することができる。
　あるいは、異常判定部８０は、テーブル更新部６０から受け取ったオーバーシュート量又はアンダーシュート量の経時変化に関する情報に基づいて、所定期間におけるオーバーシュート量又はアンダーシュート量の増加量が所定の閾値を超えているか否かを判断して、風車の異常を検出してもよい。オーバーシュート量又はアンダーシュート量が突然大きくなった場合、風車に異常（想定以上の急激な劣化や故障）が発生していると考えられる。よって、オーバーシュート量又はアンダーシュート量の経時変化に基づいて風車の異常の有無を判定する異常判定部を設けることで、風車の状態を監視することができる。
　１　　　　　　　　　風力発電装置（風車）
　２　　　　　　　　　ロータ
　２Ａ　　　　　　　　ブレード
　２Ｂ　　　　　　　　ハブ
　３　　　　　　　　　アクチュエータ
　４　　　　　　　　　メインシャフト
　５　　　　　　　　　回転数計
　６　　　　　　　　　増速機
　７　　　　　　　　　出力軸
　８　　　　　　　　　発電機
　８Ａ　　　　　　　　ステータ巻線
　８Ｂ　　　　　　　　ロータ巻線
　１０　　　　　　　　ナセル
　１１　　　　　　　　基礎
　１２　　　　　　　　タワー
　１４　　　　　　　　電力系統
　１５　　　　　　　　電圧電流センサ
　２０　　　　　　　　ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ
　２２　　　　　　　　能動整流器
　２４　　　　　　　　ＤＣバス
　２６　　　　　　　　インバータ
　３０　　　　　　　　コンバータ制御部
　３２　　　　　　　　ピッチ制御部
　４０　　　　　　　　主制御装置
　４２　　　　　　　　ＰＩ制御器
　４４　　　　　　　　出力指令値算出部
　４５　　　　　　　　出力指令前回値更新部
　４６　　　　　　　　出力制限器
　４８　　　　　　　　ＣＣＵ
　５０　　　　　　　　最大出力レート設定部
　５２　　　　　　　　減算器
　５４　　　　　　　　上昇用テーブル
　５６　　　　　　　　下降用テーブル
　５８　　　　　　　　選択器
　６０　　　　　　　　テーブル更新部
　６２　　　　　　　　出力差分前回値更新部
　８０　　　　　　　　異常判定部
　１１０　　　　　　　最大出力レート設定部
　１４２　　　　　　　ＰＩ制御器
　１４４　　　　　　　出力指令値算出部
　１４５　　　　　　　出力指令前回値更新部
　１４６　　　　　　　出力制限器
　１４８　　　　　　　ＣＣＵ
　１４９　　　　　　　出力制御部
　
 

Claims (9)

  1. 　風車の出力上限値の出力に対する差分を求める出力差分算出部と、
    　前記差分の大きさに応じて前記風車の最大出力レートを設定する最大出力レート設定部と、
    　前記出力の変化レートが前記最大出力レートを超えないように、前記風車の出力指令値を算出する出力指令値算出部と、
    　前記出力指令値に基づいて前記風車の出力を制御する出力制御部とを備え、
    　前記最大出力レート設定部は、少なくとも前記差分の絶対値が閾値以下の範囲において、前記差分の絶対値が大きいほど前記最大出力レートを大きな値に設定することを特徴とする風車の出力制御装置。
  2. 　前記差分と前記最大出力レートとの関係を表し、前記最大出力レート設定部における前記最大出力レートの設定に用いられるルックアップテーブルと、
    　前記出力上限値に対する前記出力のオーバーシュート量又はアンダーシュート量に基づいて前記ルックアップテーブルを更新するテーブル更新部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の風車の出力制御装置。
  3. 　前記差分の過去値Ｘｐａｓｔから前記差分の現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔへの変化量の絶対値をΔＸとし、前記ルックアップテーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶとしたとき、
    　前記テーブル更新部は、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きい場合、前記ルックアップテーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸに更新することを特徴とする請求項２に記載の風車の出力制御装置。
  4. 　前記ルックアップテーブルは、前記出力が前記出力上限値よりも小さい場合に用いる上昇用テーブルと、前記出力が前記出力上限値よりも大きい場合に用いる下降用テーブルとを含み、
    　前記差分に対応する前記最大出力レートは、前記上昇用テーブルのほうが前記下降用テーブルに比べて小さいことを特徴とする請求項２に記載の風車の出力制御装置。
  5. 　前記差分の過去値Ｘｐａｓｔから前記差分の現在値Ｘｐｒｅｓｅｎｔへの変化量の絶対値をΔＸとし、前記上昇用テーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶとしたとき、
    　前記テーブル更新部は、前記変化量の絶対値ΔＸが前記現在値の絶対値｜Ｘｐｒｅｓｅｎｔ｜よりも大きく、且つ、前記現在値がＸｐｒｅｓｅｎｔ＜０を満たす場合、前記上昇用テーブルにおいて前記過去値Ｘｐａｓｔに対応する前記最大出力レートをＶから｜Ｘｐａｓｔ｜×Ｖ／ΔＸよりも小さな値に更新することを特徴とする請求項４に記載の風車の出力制御装置。
  6. 　前記テーブル更新部における前記ルックアップテーブルの更新頻度に基づいて、前記風車の異常の有無を判定する異常判定部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の風車の出力制御装置。
  7. 　前記オーバーシュート量又は前記アンダーシュート量の経時変化に基づいて、前記風車の異常の有無を判定する異常判定部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の風車の出力制御装置。
  8. 　前記出力差分算出部は、ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力上限値の前記出力に対する差分を求め、
    　前記最大出力レート設定部は、前記差分の大きさに応じて前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記最大出力レートを設定し、
    　前記出力指令値算出部は、前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力指令値を算出し、
    　前記出力制御部は、前記出力指令値に基づいて前記ウインドファームに属する複数の前記風車の全体としての前記出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の風車の出力制御装置。
  9. 　風車の出力上限値の出力に対する差分を求めるステップと、
    　前記差分の大きさに応じて前記風車の最大出力レートを設定するステップと、
    　前記出力の変化レートが前記最大出力レートを超えないように、前記風車の出力指令値を算出するステップと、
    　前記出力指令値に基づいて前記風車の出力を制御するステップとを備え、
    　前記最大出力レートを設定するステップでは、少なくとも前記差分の絶対値が閾値以下の範囲において、前記差分の絶対値が大きいほど前記最大出力レートを大きな値に設定することを特徴とする風車の出力制御方法。
     
     
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