(57)【要約】【課題】出力を平準化することに加えて、発電量を増大させうる風力発電設備の出力平準化方法及び出力平準化装置を提供する。【解決手段】出力平準化装置（４）は、風力発電装置（２）の出力を制御する風車コントローラ（２０）と、蓄電装置（３）を制御するバッテリーコントローラ（３０）と、風車コントローラ（２０）及びバッテリーコントローラ（３０）にそれぞれ指令を与えるマスターコントローラ（４０）とを備えている。この出力平準化装置（４）で、風力発電装置（２）の出力を平準化してターゲット出力に調整する。積算した発電目標達成率が第１閾値未満である場合と、ピッチ制御によって損失する発電量の損失率が第２閾値未満になる場合は、ピッチ制御を禁止してエネルギーを蓄積する。
2012140757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置に蓄電池が接続された風力発電設備の出力をターゲット出力に調整する風力発電設備の出力平準化方法であって、
前記風力発電装置の出力を計測する出力計測ステップと、
所定期間における目標発電量に対する、該所定期間の起算時点から前記所定期間内における所定の時点までの前記風力発電装置の出力の計測値の積算値の割合である発電目標達成率を算出する達成率算出ステップと、
前記発電目標達成率が第１閾値未満である場合、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減すべく出力平準化のために行うピッチ制御を禁止して、前記蓄電池への充電又は前記風力発電装置の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うピッチ禁止運転モードを選択する運転モード選択ステップと、を備えることを特徴とする風力発電設備の出力平準化方法。
【請求項２】
前記運転モード選択ステップでは、前記発電目標達成率が前記第１閾値以上である場合、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減するために、ピッチ制御を行うことを許容するピッチ許容運転モードを選択することを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備の出力平準化方法。
【請求項３】
前記運転モード選択ステップで前記ピッチ許容運転モードが選択された場合、風速と前記風力発電装置の理想出力との関係を表す前記風力発電装置の性能曲線に前記風速を当てはめて得られる前記理想出力に対する、前記ピッチ制御によって損失した発電量の割合である損失率を算出する損失率算出ステップをさらに備え、
前記ピッチ許容運転モードでは、前記損失率が第２閾値以上である場合、前記ピッチ許容運転モードから前記ピッチ禁止運転モードに切り換えることを特徴とする請求項２に記載の風力発電設備の出力平準化方法。
【請求項４】
前記蓄電池の劣化度を取得する劣化度取得ステップをさらに備え、
前記蓄電池の劣化度が第３閾値を上回る場合、前記風力発電装置の回転エネルギーの蓄積又は放出を前記蓄電池の充電又は放電よりも優先させて、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減又は不足分を補うことを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備の出力平準化方法。
【請求項５】
前記劣化度は、前記蓄電池の充放電サイクル数、積算充放電サイクル数、充放電レート数のうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項４に記載の風力発電設備の出力平準化方法。
【請求項６】
前記蓄電池の残容量を取得する残容量取得ステップをさらに備え、
前記蓄電池の残容量が所定範囲を外れた場合、前記風力発電装置の回転エネルギーの蓄積又は放出よりも前記蓄電池の充電又は放電を優先させて、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減又は不足分を補うことを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備の出力平準化方法。
【請求項７】
前記蓄電池の劣化度が前記第３閾値を上回る場合、前記風力発電装置の出力との偏差が小さくなるように前記ターゲット出力を一時的に変更する第１ターゲット出力変更ステップをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の風力発電設備の出力平準化方法。
【請求項８】
前記発電目標達成率が前記第１閾値未満である場合、前記ターゲット出力を増加させる第２ターゲット出力変更ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備の出力平準化方法。
【請求項９】
前記風力発電装置及び前記蓄電池が接続された系統の周波数を取得する周波数取得ステップと、
前記周波数が所定の上限値を上回った場合に前記ターゲット出力を低減し、前記周波数が所定の下限値を下回った場合に前記ターゲット出力を増加する第３ターゲット出力変更ステップを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備の出力平準化方法。
【請求項１０】
風力発電装置に蓄電池が接続された風力発電設備の出力をターゲット出力に調整する風力発電設備の出力平準化装置であって、
前記風力発電装置の出力を計測する出力計測部と、
所定期間における目標発電量に対する、該所定期間の起算時点から前記所定期間内における所定の時点までの前記風力発電装置の出力の計測値の積算値の割合である発電目標達成率を算出する達成率算出部と、
前記発電目標達成率が第１閾値未満である場合、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減すべく出力平準化のために行うピッチ制御を禁止して、前記蓄電池への充電又は前記風力発電装置の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うピッチ禁止運転モードを選択する運転モード選択部と、を備えることを特徴とする風力発電設備の出力平準化装置。
【請求項１１】
風力発電装置に蓄電池が接続された風力発電設備の出力をターゲット出力に調整する風力発電設備の出力平準化方法であって、
前記風力発電装置の出力を計測する出力計測ステップと、
風速と前記風力発電装置の理想出力との関係を表す前記風力発電装置の性能曲線に前記風速を当てはめて得られる前記理想出力に対する、ピッチ制御によって損失した発電量の割合である損失率を算出する損失率算出ステップと、
前記損失率が第２閾値未満である場合、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減すべく出力平準化のために行うピッチ制御を禁止して、前記蓄電池への充電又は前記風力発電装置の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うピッチ禁止運転モードを選択する運転モード選択ステップと、を備えることを特徴とする風力発電設備の出力平準化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備の出力を平準化するための出力平準化方法及び平準化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、風速によって変動する風力発電設備の出力を平準化するための様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、風力発電設備の出力が増加した場合に、まず、風力発電装置のロータの回転数を増加させて余剰出力を回転エネルギーとして蓄えつつ、所定の回転数を超えないようにピッチ制御して、出力の変動を抑制する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−８２２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の風力発電設備では、ピッチ制御によって風を受け流して回転数を抑制するため、電力に変換可能な風のエネルギーの一部を逸失することになり所望の出力を得ることが難しい場合がある。
一方、風力発電設備によって生成した電力を需要家に供給する電気事業者は、所定の期間における目標発電量を設定しており、この目標発電量を達成できるか否かが電気事業者の収益を左右する。このため、単に風力発電設備の出力を平準化するだけでなく、発電量を増大させうる出力平準化の手法が望まれていた。【０００５】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、出力を平準化することに加えて、発電量を増大させうる風力発電設備の出力平準化方法及び出力平準化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決する本発明に係る風力発電設備の出力平準化方法は、風力発電装置に蓄電池が接続された風力発電設備の出力をターゲット出力に調整するために、前記風力発電装置の出力を計測する出力計測ステップと、所定期間における目標発電量に対する、該所定期間の起算時点から前記所定期間内における所定の時点までの前記風力発電装置の出力の計測値の積算値の割合である発電目標達成率を算出する達成率算出ステップと、前記発電目標達成率が第１閾値未満である場合、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減すべく出力平準化のために行うピッチ制御を禁止して、前記蓄電池への充電又は前記風力発電装置の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うピッチ禁止運転モードを選択する運転モード選択ステップと、を備えることを特徴とする。
なお、所定期間における目標発電量とは、例えば、風力発電設備によって生成した電力を需要家に供給する電気事業者の年間の目標発電量である。
また、所定期間内における所定の時点とは、当該所定期間の途中の時点であってもよいし、当該所定期間の終了時点であってもよい。例えば、月別の目標発電量が設定されており、「所定期間」を１ヶ月とし、「所定期間内における所定の時点」を起算時点から1ヶ月経過後の時点として、毎月の発電目標達成率を繰り返しモニターするようにしてもよい。あるいは、年間の目標発電量が設定されており、「所定期間」を１年とし、「所定期間内における所定の時点」を起算時点からｎヶ月経過後の時点（ただしｎは自然数。）として、ｎヶ月経過する毎に発電目標達成率を繰り返しモニターするようにしてもよい。【０００７】
このように本発明によれば、風力発電装置の出力の計測値から発電目標達成率を算出し、当該達成率が予め設定された第１閾値未満である場合に、ターゲット出力に対する風力発電装置の出力の余剰分を低減するに当たって、出力平準化のために行うピッチ制御を禁止して、蓄電池への充電又は風力発電装置の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うようにしたので、風を受け流すようにピッチ角を変更するピッチ制御が行われる頻度が低くなる。よって、風のエネルギーのうち電力に変換されずに逸失される量を減らして、発電量を増大させることができる。
なお、ここでいうピッチ角とは、風車ブレードの翼弦とロータ回転面のなす角度である。ピッチ角を大きくすると、風が受け流され、ロータが風から取り出すエネルギーが減少する。よって、ターゲット出力に対する風力発電装置の出力の余剰分を低減するために行うピッチ制御とは、具体的には、風車ブレードのピッチ角を大きくして風力発電装置の出力を抑制しターゲット出力に合わせることを意味する。【０００８】
また、前記運転モード選択ステップでは、前記発電目標達成率が前記第１閾値以上である場合、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減するために、ピッチ制御を行うことを許容するピッチ許容運転モードを選択することとしてもよい。
このように、ピッチ許容運転モードにおいて風力発電装置の出力の余剰分をピッチ制御によって低減することを許容することで、蓄電池の状態によっては、風力発電装置の出力の余剰分を蓄電池に充電することを避けてピッチ制御を利用し、蓄電池への充電機会を低減して、蓄電池の寿命を延ばすことができる。また、出力平準化のための蓄電池の負担が軽減されるので、容量マージンの少ない安価な蓄電池が使用可能になる。【０００９】
また、前記運転モード選択ステップで前記ピッチ許容運転モードが選択された場合、風速と前記風力発電装置の理想出力との関係を表す前記風力発電装置の性能曲線に前記風速を当てはめて得られる前記理想出力に対する、前記ピッチ制御によって損失した発電量の割合である損失率を算出する損失率算出ステップをさらに備え、前記ピッチ許容運転モードでは、前記損失率が第２閾値以上である場合、前記ピッチ許容運転モードから前記ピッチ禁止運転モードに切り換えることが好ましい。
ある時点において発電目標達成率が第１閾値以上であり比較的十分な発電量が得られていても、風速及び風向は変化するから、その後も目標発電量の達成に向けて着実に発電量を確保できるとは限らない。そこで、上述した損失率が第２閾値以上である場合、発電目標達成率が第１閾値以上でありピッチ許容運転モードが選択されていても、ピッチ禁止運転モードに切り換えることで、風力発電装置の出力の余剰分を低減するためにピッチ制御が行われる頻度がより一層低くなる。よって、所定期間における目標発電量の達成が容易になる。
なお、風力発電装置の性能曲線とは、風速と風力発電装置の理想出力との関係を表す曲線を意味し、測定された風速を性能曲線に適用することによりその風速における理想出力が算出される。【００１０】
また、前記蓄電池の劣化度を取得する劣化度取得ステップをさらに備え、前記蓄電池の劣化度が第３閾値を上回る場合、前記風力発電装置の回転エネルギーの蓄積又は放出を前記蓄電池の充電又は放電よりも優先させて、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減又は不足分を補ってもよい。
このように、蓄電池の劣化度を取得し、当該劣化度と予め設定された第３閾値とを比較して劣化度が第３閾値を上回る場合に、風力発電装置の回転エネルギーの蓄積又は放出を蓄電池の充電又は放電よりも優先させることで蓄電池の充放電機会を低減できる。これによって、蓄電池の寿命低下を防止できる。また、出力平準化のための蓄電池の負担が軽減されるので、容量マージンの少ない安価な蓄電池が使用可能になる。【００１１】
また、前記劣化度は、前記蓄電池の充放電サイクル数、積算充放電サイクル数、充放電レート数のうち少なくとも一つであってもよい。【００１２】
また、前記蓄電池の残容量を取得する残容量取得ステップをさらに備え、前記蓄電池の残容量が所定範囲を外れた場合、前記風力発電装置の回転エネルギーの蓄積又は放出よりも前記蓄電池の充電又は放電を優先させて、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減又は不足分を補ってもよい。
このように、蓄電池の残容量を取得し、当該残容量が予め設定された所定範囲を外れた場合に、蓄電池の充電又は放電を風力発電装置の回転エネルギーの蓄積又は放出よりも優先させることで充電池の残容量を適切な範囲に維持できる。これによって、蓄電池の寿命低下を防止できる。また、残容量を所定範囲に維持できるため、容量マージンの少ない安価な蓄電池が使用可能になる。【００１３】
また、前記蓄電池の劣化度が前記第３閾値を上回る場合、前記風力発電装置の出力との偏差が小さくなるように前記ターゲット出力を一時的に変更する第１ターゲット出力変更ステップをさらに備えることが好ましい。
このように、蓄電池の劣化度が第３閾値を上回る場合に、風力発電装置の出力との偏差が小さくなるようにターゲット出力を一時的に変更することで、蓄電池の充放電以外（主に風力発電装置の回転エネルギーへの蓄積又は放出）によって出力の平準化を十分に行いうる場合が多くなるので、蓄電池の充放電機会を減らして、蓄電池の寿命を延ばすことができる。また、出力平準化のための蓄電池の負担が軽減されるので、容量マージンの少ない安価な蓄電池が使用可能になる。【００１４】
また、前記発電目標達成率が前記第１閾値未満である場合、前記ターゲット出力を一時的に増加させる第２ターゲット出力変更ステップをさらに備えることが好ましい。
このように、ターゲット出力を増加させることにより、風のエネルギーのうち電力に変換されずに逸失される量を減らすことができる。【００１５】
また、前記風力発電装置及び前記蓄電池が接続された系統の周波数を取得する周波数取得ステップと、前記周波数が所定範囲の上限値を上回った場合に前記ターゲット出力を一時的に低減し、前記周波数が前記所定範囲の下限値を下回った場合に前記ターゲット出力を一時的に増加させる第３ターゲット出力変更ステップを更に備えることが好ましい。
このように、系統の周波数が所定範囲の上限値を上回った場合にターゲット出力を低減することで、系統の周波数の上昇を抑制できる。また、周波数が所定範囲の下限値を下回った場合にターゲット出力を増加させることにより、系統の周波数の低減を抑制できる。したがって、系統の周波数を所定範囲内に制御することができる。【００１６】
また、本発明に係る出力平準化装置は、風力発電装置に蓄電池が接続された風力発電設備の出力をターゲット出力に調整する風力発電設備の出力平準化装置であって、前記風力発電装置の出力を計測する出力計測部と、所定期間における目標発電量に対する、該所定期間の起算時点から前記所定期間内における所定の時点までの前記風力発電装置の出力の計測値の積算値の割合である発電目標達成率を算出する達成率算出部と、前記発電目標達成率が第１閾値未満である場合、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減すべく出力平準化のために行うピッチ制御を禁止して、前記蓄電池への充電又は前記風力発電装置の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うピッチ禁止運転モードを選択する運転モード選択部と、を備えることを特徴とする。
上記出力平準化装置によれば、風力発電装置の出力の計測値から発電目標達成率を算出し、当該達成率が予め設定された第１閾値未満である場合に、ターゲット出力に対する風力発電装置の出力の余剰分を低減するに当たって、出力平準化のために行うピッチ制御を禁止して、蓄電池への充電又は風力発電装置の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うようにしたので、風を受け流すようにピッチ角を変更するピッチ制御が行われる頻度が低くなる。よって、風のエネルギーのうち電力に変換されずに逸失される量を減らして、発電量を増大させることができる。【００１７】
また、本発明に係る別の態様の出力平準化方法は、風力発電装置に蓄電池が接続された風力発電設備の出力をターゲット出力に調整する風力発電設備の出力平準化方法であって、前記風力発電装置の出力を計測する出力計測ステップと、風速と前記風力発電装置の理想出力との関係を表す前記風力発電装置の性能曲線に前記風速を当てはめて得られる前記理想出力に対する、ピッチ制御によって損失した発電量の割合である損失率を算出する損失率算出ステップと、前記損失率が第２閾値未満である場合、前記ターゲット出力に対する前記風力発電装置の出力の余剰分を低減すべく出力平準化のために行うピッチ制御を禁止して、前記蓄電池への充電又は前記風力発電装置の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うピッチ禁止運転モードを選択する運転モード選択ステップと、を備えることを特徴とする。【００１８】
上記出力平準化方法によれば、風力発電装置の出力の計測値から損失率を算出し、当該損失率が予め設定された第２閾値未満である場合に、ターゲット出力に対する風力発電装置の出力の余剰分を低減するに当たって、出力平準化のための行うピッチ制御を禁止して、蓄電池への充電又は風力発電装置の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うようにしたので、風を受け流すようにピッチ角を変更するピッチ制御が行われる頻度が低くなる。よって、風のエネルギーのうち電力に変換されずに逸失される量を減らして、発電量を増大させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ターゲット出力に対する風力発電設備の出力の余剰分を低減するに当たって、ピッチ制御を行うことを禁止して、蓄電池への充電又は風力発電装置の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うピッチ禁止運転モードを発電目標達成率又は損失率に基づいて選択するようにしたので、風を受け流すようにピッチ角を変更するピッチ制御が行われる頻度が低くなる。よって、風のエネルギーのうち電力に変換されずに逸失される量を減らして、発電量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態に係る風力発電設備の出力平準化装置を含む全体構成図である。
【図２】ピッチ禁止運転モードの選択時に風力発電装置の出力の余剰分を低減する場合の制御ブロック図である。
【図３】ピッチ禁止運転モード又はピッチ許容運転モードの選択時に風力発電装置の出力の不足分を補う場合の制御ブロック図である。
【図４】ピッチ許容運転モードの選択時に風力発電装置の出力の余剰分を低減する場合の制御ブロック図である。
【図５】マスターコントローラの全体制御部による制御態様をまとめて示す図である。
【図６】ピッチ禁止運転モード及びピッチ許容運転モードを選択する制御のフローを示す図である。
【図７】ピッチ禁止運転モードが選択された際における全体制御部による制御のフローを示す図である。
【図８】ピッチ許容運転モードが選択された際における全体制御部による制御のフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る風力発電設備の出力平準化装置及びこの装置を用いた出力平準化方法の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみ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、本発明の第一実施形態に係る風力発電設備の出力平準化装置を含む全体構成図である。
図１に示すように、風力発電設備１は、風力発電装置２と、蓄電装置３と、出力平準化装置４とを備えており、系統連系部５を介して電力系統６に接続されている。また、風力発電装置２及び蓄電装置３は、系統連系部５に並列に接続されている。
【００２２】
風力発電装置２は、いわゆる超同期セルビウス方式誘導発電機を搭載した風力タービンシステムであり、その構成要素である発電機９が発生する電力がステータ巻線ＳＣ及びロータ巻線ＲＣの両方から変圧器８及び系統連系部５を介して電力系統６に出力可能であるように構成されている。具体的には、発電機９は、そのステータ巻線ＳＣが電力系統６に直接に接続され、ロータ巻線ＲＣがインバータ装置１４を介して電力系統６に接続されている。なお、図１では簡略化して図示しているが、ステータ巻線ＳＣから電力系統６に至るまでの電線、及びロータ巻線ＲＣからインバータ装置１４を介して電力系統６に至るまでの電線は、実際には三相３線式である。
発電機９には、ハブ５２Ａに複数のブレード５２Ｂが取り付けられたロータ５２が増速機（不図示）を介して連結されており、風の力によって発生したロータ５２の回転が発電機９に入力されるようになっている。
【００２３】
インバータ装置１４は、発電機側インバータ１８Ａ、ＤＣバス１８Ｂ、及び系統側インバータ１８Ｃから構成されており、ロータ巻線ＲＣから受け取った交流電力を電力系統６の周波数に適合した交流電力に変換する。発電機側インバータ１８Ａは、ロータ巻線ＲＣに発生された交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣバス１８Ｂに出力する。系統側インバータ１８Ｃは、ＤＣバス１８Ｂの電圧制御を行い、これにより系統側インバータ１８Ｃは系統側と電力の受給を行う。即ち、系統側インバータ１８Ｃは、ＤＣバス１８Ｂから受け取った直流電力を電力系統６と同一の周波数の交流電力に変換し、その交流電力を電力系統６に出力する。発電機９が電力系統６に出力する電力は、発電機側インバータ１８Ａによって制御される。
なお、図１には風力発電装置２が超同期セルビウス方式誘導発電機を搭載した風力タービンシステムである例を示したが、発電機として多極同期発電機を用い、そのステータ巻線がインバータとコンバータからなるインバータ装置を介して電力系統に接続された構成の風力発電装置を用いてもよい。
【００２４】
風力発電装置２の出力は、後述の風車コントローラ２０の回転エネルギー制御部２５からの制御信号に基づいて発電機側インバータ１８Ａのパワートランジスタを制御することによって、調整可能である。
例えば、風力発電装置２の出力を低下させる場合は、回転エネルギー制御部２５によってインバータ装置１４の発電機側インバータ１８Ａを制御して発電機トルク、もしくは、出力を小さくして、ブレード５２Ｂに作用する風力を風力発電装置２の回転エネルギー（慣性エネルギー）に変換して保存することで出力を調整する。
逆に、風力発電装置２の出力を増加させる場合は、回転エネルギー制御部２５によってインバータ装置１４の発電機側インバータ１８Ａを制御して発電機トルク、もしくは、出力を大きくして、風力発電装置２の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する。
【００２５】
風力発電設備１の蓄電装置３は、蓄電池１０と、直流−交流変換器１１と、変圧器１２と、蓄電池状態検出器３１とを備えている。
蓄電装置３は、風力発電装置２で発電された交流出力を直流−交流変換器１１で直流出力に変換して蓄えたり、放電した直流出力を直流−交流変換器１１で交流出力に変換し、交流出力を変圧器１２で所定電圧に変圧した後、系統連系部５を介して電力系統６に供給したりする。
【００２６】
系統連系部５は、風力発電設備１を電力系統６に連系するための設備であり、電力系統６との間で定められた系統連系の条件に基づいて供給電力の各種調整を行う。例えば、系統連系の条件として、連系点における電圧の変動や出力値を許容範囲内とする条件が設定されている。なお、系統連系部５には変圧器１３を含んでいてもよい。
また、電力系統６とは、発電設備で発電した出力を送電線、変電所を介して需要家へ送る設備機器群であり、ここでは一般需要家が供給を受けている商用電力系統をいう。
【００２７】
出力平準化装置４は、風力発電装置２の出力を制御する風車コントローラ２０と、蓄電装置３を制御するバッテリーコントローラ３０と、風車コントローラ２０及びバッテリーコントローラ３０にそれぞれ指令を与えるマスターコントローラ４０とを備えている。この出力平準化装置４で、風力発電装置２の出力を平準化してターゲット出力に調整する。以下、出力平準化装置４の各構成要素の詳細について説明する。
【００２８】
マスターコントローラ４０は、達成率算出部４５と、達成率監視部４１と、運転モード選択部４２と、損失率算出部４３と、損失率監視部４４と、系統監視部４６と、全体制御部４８とを備えている。
【００２９】
達成率算出部４５は、予め設定された所定期間の起算時点から前記所定期間内における所定の時点までの風力発電装置２の出力の計測値を積算して積算値を算出し、当該積算値を前記所定期間における目標発電量で除して発電目標達成率を算出する。
達成率監視部４１は、達成率算出部４５にて算出された発電目標達成率が予め設定された第１閾値以上か否かを常時又は定期的に監視し、その結果を運転モード選択部４２に出力する。
運転モード選択部４２は、達成率監視部４１から出力された信号に基づいて、ピッチ禁止運転モード及びピッチ許容運転モードのいずれか一方を選択する。具体的には、発電目標達成率が第１閾値未満である場合、ターゲット出力に対する風力発電装置２の出力の余剰分を低減すべく出力平準化のために行うピッチ制御を禁止して、蓄電池１０への充電又は風力発電装置２の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うピッチ禁止運転モードを選択する。また、発電目標達成率が第１閾値以上である場合、ターゲット出力に対する風力発電装置２の出力の余剰分を低減するためにピッチ制御を行うことを許容するピッチ許容運転モードを選択する。
【００３０】
損失率算出部４３は、ピッチ制御によって損失している発電量を算出し、当該発電量を、風力発電装置２の性能曲線（パワーカーブ）に風速を当てはめて得られる理想出力により除して損失率を算出し、当該算出結果を損失率監視部４４に出力する。なお、ピッチ制御によって損失した発電量（すなわち、本来ならば発電に利用可能な風のエネルギーのうちピッチ制御によって逸失した量）は、出力計測器１５による風力発電装置２の出力の計測値から求めた実際の発電量と理想出力との差として求めることができる。
【００３１】
損失率監視部４４は、損失率算出部４３にて算出された損失率が予め設定された第２閾値以上か否かを常時又は定期的に監視し、その結果を運転モード選択部４２に出力する。運転モード選択部４２は、損失率監視部４４から出力された信号に基づいて、必要に応じてピッチ許容運転モードをピッチ禁止運転モードに切り換える。具体的には、損失率が第２閾値以上である場合、ピッチ許容運転モードで運転中であっても、ピッチ禁止運転モードに切り換えてピッチ制御以外によってターゲット出力に対する風力発電装置２の出力の余剰分を低減する。
【００３２】
全体制御部４８は、運転モード選択部４２によって選択された運転モードに応じて、後述の風車コントローラ２０のピッチ制御部２６とバッテリーコントローラ３０の蓄電池制御部３３とに制御信号を送る。
また、系統監視部４６は、センサ１７によって計測された電力系統６の系統周波数を受け取って、電力系統６の状態を監視し、その結果を全体制御部４８に出力する。全体制御部４８では、電力系統６の系統周波数が所定範囲の上限値を上回った場合に風力発電設備１のターゲット出力を一時的に低減する一方で、電力系統６の系統周波数が所定範囲の下限値を下回った場合に風力発電設備１のターゲット出力を一時的に上昇させる。これにより、電力系統６の周波数を所定範囲内に維持する。
【００３３】
風車コントローラ２０は、偏差算出部２２と、回転エネルギー監視部２４と、回転エネルギー制御部２５と、ピッチ制御部２６とを備えている。
偏差算出部２２は、出力計測器１５で計測された風力発電装置２の出力と、予め設定されたターゲット出力との偏差を算出し、当該算出結果をマスターコントローラ４０の全体制御部４８に出力する。
回転エネルギー監視部２４は、ロータ５２の回転数の上昇によって蓄えられている回転エネルギー（慣性エネルギー）量を常時又は定期的に監視する。
回転エネルギー制御部２５は、マスターコントローラ４０の全体制御部４８からの制御信号に基づいて、発電機側インバータ１８Ａを制御して発電機トルクを変化させることで、風力発電装置２の余剰な出力を回転エネルギーに変換したり、回転エネルギーを風力発電装置２の電気エネルギーとして回収したりするための制御を実施する。
ピッチ制御部２６は、マスターコントローラ４０の全体制御部４８からの制御信号に基づいて、風力発電装置２の出力とターゲット出力との偏差を小さくするためにブレード５２Ｂのピッチ角を調節してピッチ制御を行う。
【００３４】
バッテリーコントローラ３０は、蓄電池状態監視部３２と、蓄電池制御部３３とを備えている。
蓄電池状態監視部３２は、蓄電池１０に接続された蓄電池状態検出器３１から蓄電池１０の劣化度の検出結果を受け取って、蓄電池１０の状態を監視する。蓄電池状態監視部３２による蓄電池１０の状態の監視結果は、マスターコントローラ４０の全体制御部４８に送られて、風力発電装置２の出力とターゲット出力との偏差を小さくするに当たって蓄電池１０の充放電を優先的に利用すべきか否かが判断される。
なお、劣化度の指標としては、蓄電池１０の充放電サイクル数、積算充放電サイクル数、充放電レート数のうち少なくとも一つを用いる。
ここで、充放電サイクル数とは、充電してから放電するまでを１サイクルとして、予め設定された所定期間内における充放電サイクルの回数をいう。また、積算充放電サイクル数とは、蓄電池１０の使用を開始してから所定の時点までの充放電サイクル数の累積値をいう。そして、充放電レート数とは、単位時間あたりの充放電量が所定の閾値を上回った回数をいう。
【００３５】
次に、出力平準化装置４が出力平準化制御を行う際に各構成要素間でやり取りされる信号について、図２〜４を用いて説明する。図２は、ピッチ禁止運転モードの選択時に風力発電装置２の出力の余剰分を低減する場合の制御ブロック図である。図３は、ピッチ禁止運転モード又はピッチ許容運転モードの選択時に風力発電装置２の出力の不足分を補う場合の制御ブロック図である。図４は、ピッチ許容運転モードの選択時に風力発電装置２の出力の余剰分を低減する場合の制御ブロック図である。
【００３６】
＜ピッチ禁止運転モード選択時に風力発電装置２の出力の余剰分を低減する場合＞
図２に示すように、まず、風車コントローラ２０の偏差算出部２２によって、風力発電装置２の出力とターゲット出力の偏差ΔＰ（＞０）が算出される。この偏差ΔＰは、マスターコントローラ４０の全体制御部４８の一部を構成する第１切換スイッチ３４に送られる。また、蓄電池状態監視部３２は、蓄電池状態検出器３１によって検出された蓄電池１０の劣化度が予め設定された第３閾値未満か否かを常時又は定期的に監視し、この結果を第１切換スイッチ３４に送る。そして、第１切換スイッチ３４は、蓄電池状態監視部３２からの信号に基づいて、風力発電装置２の出力の余剰分ΔＰを低減するに当たって蓄電池１０への充電及び風力発電装置２の回転エネルギーへの蓄積のいずれを優先するか選択する。
具体的には、劣化度が第３閾値未満である場合、ターゲット出力に対する風力発電装置２の出力の余剰分を低減するに当たって回転エネルギーへの蓄積よりも蓄電池１０への充電を優先させるため、第１切換スイッチ３４を図２における下側（蓄電池側）の接続端子に接続する。一方、劣化度が第３閾値以上である場合、ターゲット出力に対する風力発電装置２の出力の余剰分を低減するに当たって蓄電池１０への充電よりも回転エネルギーへの蓄積を優先させるため、第１切換スイッチ３４を図２における上側（回転エネルギー側）の接続端子に接続する。
【００３７】
第１切換スイッチ３４が図２における下側の接続端子に接続されると、風車コントローラ２０の偏差算出部２２から出力された偏差ΔＰは、第１切換スイッチ３４を介して蓄電池制御部３３の蓄電池優先エリアに出力される。
一方、第１切換スイッチ３４が図３の上側の接続端子に接続されると、偏差ΔＰは比較部３８及び減算器３９に出力される。
【００３８】
また、回転エネルギー監視部２４では、風力発電装置２に蓄積可能な最大の回転エネルギー量Ｅｍａｘから現時点で風力発電装置２に蓄えられている回転エネルギー量Ｅとの差分である貯蔵余裕量ΔＥを算出し、当該貯蔵余裕量ΔＥを比較部３８に出力する。
【００３９】
比較部３８では、偏差ΔＰと貯蔵余裕量ΔＥとを比較し、その結果に基づいて風力発電装置２の回転エネルギーの蓄積指令量ΔＰωを算出する。具体的には、ΔＰ＞ΔＥの場合はΔＰω＝ΔＥとし、ΔＰ≦ΔＥの場合はΔＰω＝ΔＰとして算出する。比較部３８から出力された回転エネルギーの蓄積指令量ΔＰωは、風車コントローラ２０の回転エネルギー制御部２５及び減算器３９へ出力される。
【００４０】
回転エネルギー制御部２５では、回転エネルギーの蓄積指令量ΔＰωに基づいて発電機側インバータ１８Ａ（図１参照）を制御して発電機トルク、もしくは、出力を小さくし、ブレード５２Ｂに作用する風力を風力発電装置２の回転エネルギーへ変換することによって余剰の出力を蓄積し、出力を平準化する。
【００４１】
減算器３９では、偏差算出部２２から第１切換スイッチ３４を介して入力された偏差ΔＰから、比較部３８から出力された回転エネルギーの蓄積指令量ΔＰωを減算する。そして、当該減算した結果が正になる場合（すなわち、偏差ΔＰが変換可能量ΔＰωよりも大きい場合）に、充電指令量ΔＰｂ（＝ΔＰ−ΔＰω）を蓄電池制御部３３の回転エネルギー優先エリアに出力する。なお、当該減算した結果が負になる場合、すなわち、偏差ΔＰが変換可能量ΔＰωよりも小さい場合は、回転エネルギーへの蓄積によって出力の余剰分は解消されたこととなるので、蓄電池制御部３３の回転エネルギー優先エリアに出力される充電指令量ΔＰｂはゼロとする。
【００４２】
＜ピッチ禁止運転モード又はピッチ許容運転モードの選択時に風力発電装置２の出力の不足分を補う場合＞
図３に示すように、まず、風車コントローラ２０の偏差算出部２２によって、風力発電装置２の出力とターゲット出力の偏差−ΔＰ（＜０）が算出される。この偏差−ΔＰは、マスターコントローラ４０の全体制御部４８の一部を構成する第２切換スイッチ３５に送られる。また、蓄電池状態監視部３２は、蓄電池状態検出器３１によって検出された蓄電池１０の劣化度が予め設定された第３閾値未満か否かを常時又は定期的に監視し、この結果を第２切換スイッチ３５及び３６に送る。そして、第２切換スイッチ３５及び３６は、蓄電池状態監視部３２からの信号に基づいて、風力発電装置２の出力の不足分−ΔＰを補うに当たって蓄電池１０からの放電及び風力発電装置２の回転エネルギーの放出のいずれを優先するか選択する。
具体的には、劣化度が第３閾値未満である場合、ターゲット出力に対する風力発電装置２の出力の不足分を補うに当たって回転エネルギーからの回収よりも蓄電池１０からの放電を優先させるために、第２切換スイッチ３５及び３６のそれぞれを図３における下側（蓄電池側）の接続端子に接続する。一方、劣化度が第３閾値以上である場合、ターゲット出力に対する風力発電装置２の出力の不足分を補うに当たって蓄電池１０からの放電よりも回転エネルギーからの回収を優先させるために、第２切換スイッチ３５及び３６のそれぞれを図３における上側（回転エネルギー側）の接続端子に接続する。
【００４３】
第２切換スイッチ３５が図３における下側（蓄電池側）の接続端子に接続されると、風車コントローラ２０の偏差算出部２２から出力された偏差−ΔＰは、蓄電池制御部３３の蓄電池優先エリアに出力される。一方、第２切換スイッチ３６が図３における下側の接続端子に接続されると、回転エネルギーの放出指令量は回転エネルギー制御部２５には出力されない。したがって、風力発電装置２の出力の不足分−ΔＰは、蓄電池１０から放電される。
これに対し、第２切換スイッチ３５が図３における上側（回転エネルギー側）の接続端子に接続されると、偏差−ΔＰは加算器５１に出力される。また加算器５１には、回転エネルギー監視部２４によって取得された風力発電装置２の回転エネルギーの現在の貯蔵量ΔＰωが入力される。そして、加算器５１において、偏差−ΔＰと回転エネルギーの貯蔵量ΔＰωとを加算して−ΔＰｂを求めて、この加算値−ΔＰｂを放電指令量として蓄電池制御部３３の回転エネルギー優先エリアに入力する。一方、第２切換スイッチ３６が図３における上側（回転エネルギー側）の接続端子に接続されると、回転エネルギーの現在の貯蔵量ΔＰωは回転エネルギー監視部２４から第２切換スイッチ３６を介して、回転エネルギー制御部２５側に送られ、途中で−１を乗算されて符号が正負反転されて回転エネルギーの放出指令量−ΔＰωとして回転エネルギー制御部２５に入力される。
【００４４】
回転エネルギー制御部２５では、回転エネルギーの放出指令量−ΔＰωに基づいて発電機側インバータ１８Ａ（図１参照）を制御して発電機トルク、もしくは、出力を大きくし、ロータ５２に蓄えられた回転エネルギーを回収して電気エネルギーに変換することによって出力の不足を解消し、出力を平準化する。
【００４５】
なお、加算器５１における加算結果が正になる場合、すなわち、回転エネルギーの現在の貯蔵量ΔＰωが偏差ΔＰよりも大きい場合は、回転エネルギーの回収によって出力の不足は解消されたこととなるので、蓄電池制御部３３の回転エネルギー優先エリアに出力される放電指令量−ΔＰｂはゼロとする。
【００４６】
＜ピッチ許容運転モードの選択時に風力発電装置２の出力の余剰分を低減する場合＞
図４に示すように、まず、風車コントローラ２０の偏差算出部２２によって、風力発電装置２の出力とターゲット出力の偏差ΔＰ（＞０）が算出される。この偏差ΔＰは、マスターコントローラ４０の全体制御部４８の一部を構成する第３切換スイッチ３７に送られる。また、蓄電池状態監視部３２は、蓄電池状態検出器３１によって検出された蓄電池１０の劣化度が予め設定された第３閾値未満か否かを常時又は定期的に監視し、この結果を第３切換スイッチ３７に送る。そして、第３切換スイッチ３７は、蓄電池状態監視部３２からの信号に基づいて、風力発電装置２の出力の余剰分ΔＰを低減するに当たって蓄電池１０への充電を利用するか、あるいは、風力発電装置２の回転エネルギーへの蓄積及びピッチ制御の組み合わせを利用するかを選択する。
具体的には、劣化度が第３閾値未満である場合、ターゲット出力に対する風力発電装置２の出力の余剰分ΔＰを低減するに当たって蓄電池１０に充電を行うため、第３切換スイッチ３７を図４の下側（蓄電池側）の接続端子に接続する。一方、劣化度が第３閾値以上である場合、ターゲット出力に対する風力発電装置２の出力の余剰分ΔＰを低減するに当たって回転エネルギーの蓄積及び／又はピッチ制御を行うため、第３切換スイッチ３７を図４の上側（回転エネルギー側）の接続端子に接続する。この場合、風力発電設備１の発電量を向上させる観点から、ピッチ制御よりも回転エネルギーの蓄積を優先させて、回転エネルギーの蓄積を行っても解消できない風力発電装置２の出力の余剰分のみをピッチ制御により低減することが好ましい。
【００４７】
第３切換スイッチ３７が図４の下側の接続端子に接続されると、風車コントローラ２０の偏差算出部２２から出力された偏差ΔＰは、充電指令量として蓄電池制御部３３に出力される。
一方、第３切換スイッチ３７が図４の上側の接続端子に接続されると、偏差ΔＰは風車コントローラ２０に出力される。
【００４８】
図５は、上述したマスターコントローラ４０の全体制御部４８による制御態様をまとめて示す図である。
図５に示すように、予め設定された所定期間の起算時点から当該所定期間内の所定の時点までの風力発電装置２の出力の計測値を積算して積算値を算出し、当該積算値を所定期間における目標発電量で除して発電目標達成率Ｔａを算出する。
【００４９】
＜ケース１の場合＞
この発電目標達成率Ｔａが、予め設定された発電目標達成率の第１閾値ＴＴ以上であり（発電目標達成率（Ｔａ）の項目に「良」で示す）、かつ、充放電サイクル数及び充放電レート数を指標としたそれぞれの蓄電池の劣化度Ｂａ（充放電サイクル数）、Ｂｂ（充放電レート数）が、共に予め設定されたそれぞれの第３閾値ＢＴ、ＢＳ未満（蓄電池の劣化度（Ｂａ、Ｂｂ）の項目に「良」で示す）の場合は、蓄電池１０で充放電する。
つまり、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っている場合、図４における第３切換スイッチ３７を下側（蓄電池側）の接続端子に接続し、偏差算出部２２から出力された偏差ΔＰを第３スイッチ３７を介して蓄電池制御部３３の蓄電池優先エリアに入力する。一方、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴ以下の場合、図３における第２切換スイッチ３５を下側（蓄電池側）の接続端子に接続し、偏差算出部２２から出力された偏差−ΔＰを第２スイッチ３５を介して蓄電池制御部３３の蓄電池優先エリアに入力する。
【００５０】
＜ケース２の場合＞
また、発電目標達成率Ｔａが第１閾値ＴＴ以上であり（発電目標達成率（Ｔａ）の項目に「良」で示す）、かつ、蓄電池の劣化度Ｂａ、Ｂｂの少なくとも何れか一方が第３閾値ＢＴ、ＢＳ以上（蓄電池の劣化度（Ｂａ、Ｂｂ）の項目に「不」で示す）の場合は、まず、回転エネルギーを蓄積及び回収する。そして、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っている場合に、回転エネルギーに蓄積しても出力がまだ余剰のときはピッチ制御する。一方、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴ以下の場合に、回転エネルギーを回収しても出力がまだ不足のときは、蓄電池１０から放電する。
つまり、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っている場合、図４における第３切換スイッチ３７を上側（回転エネルギー側）の接続端子に接続し、偏差算出部２２から出力された偏差ΔＰを第３スイッチ３７を介して風車コントローラ２０に入力する。一方、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴ以下の場合、図３における第２切換スイッチ３５、３６を上側（回転エネルギー側）の接続端子に接続し、放出指令量−ΔＰωを回転エネルギー制御部２５に入力するとともに、放電指令量−ΔＰｂを蓄電池制御部３３の回転エネルギー優先エリアに入力する。
【００５１】
＜ケース３の場合＞
次に、発電目標達成率Ｔａが第１閾値ＴＴ未満であり（発電目標達成率（Ｔａ）の項目に「不」で示す）、かつ、蓄電池の劣化度Ｂａ、Ｂｂが共に、それぞれの第３閾値ＢＴ、ＢＳ未満（蓄電池の劣化度（Ｂａ、Ｂｂ）の項目に「良」で示す）の場合は、蓄電池１０で充放電する。
つまり、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っている場合、図２における第１切換スイッチ３４を下側（蓄電池側）の接続端子に接続し、偏差算出部２２から出力された偏差ΔＰを第１切換スイッチ３４を介して蓄電池制御部３３の蓄電池優先エリアに入力する。一方、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴ以下の場合、図３における第２切換スイッチ３５を下側（蓄電池側）の接続端子に接続し、偏差算出部２２から出力された偏差−ΔＰを蓄電池制御部３３の蓄電池優先エリアに入力する。
【００５２】
＜ケース４の場合＞
最後に、発電目標達成率Ｔａが第１閾値ＴＴ未満であり（発電目標達成率（Ｔａ）の項目に「不」で示す）、かつ、蓄電池の劣化度Ｂａ、Ｂｂの少なくとも何れか一方が第３閾値ＢＴ、ＢＳ以上（蓄電池の劣化度（Ｂａ、Ｂｂ）の項目に「不」で示す）の場合は、優先して回転エネルギーを蓄積及び回収する。そして、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っている場合に、回転エネルギーに蓄積しても出力がまだ余剰のときは蓄電池に充電する。一方、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴ以下の場合に、回転エネルギーを回収しても出力がまだ不足のときは、蓄電池１０から放電する。
つまり、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っている場合、図２における第１切換スイッチ３４を上側（回転エネルギー側）の接続端子に接続し、蓄積指令量ΔＰωを回転エネルギー制御部２５に入力するとともに、充電指令量ΔＰｂを蓄電池制御部３３の回転エネルギー優先エリアに入力する。一方、風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴ以下の場合、図３における第２切換スイッチ３５、３６を上側（回転エネルギー側）の接続端子に接続し、放出指令量−ΔＰωを回転エネルギー制御部２５に入力するとともに、放電指令量−ΔＰｂを蓄電池制御部３３の回転エネルギー優先エリアに入力する。
【００５３】
次に、出力平準化装置４で行われる制御内容についてフローチャートを用いて説明する。
【００５４】
図６は、ピッチ禁止運転モード及びピッチ許容運転モードを選択する制御のフローを示す図である。
図６に示すように、まず、出力計測器１５により現時点の風力発電装置２の出力Ｗａを計測する（ステップＳ１０）。
【００５５】
計測された出力Ｗａに基づいて、予め設定された所定期間の起算時点から当該所定期間内の所定の時点までの出力Ｗａの積算値を求め、達成率算出部４５で当該積算値をその所定期間における目標発電量で除して発電目標達成率Ｔａを算出する（ステップＳ１２）。
【００５６】
この後、算出された発電目標達成率Ｔａと予め設定された第１閾値ＴＴとを達成率監視部４１で比較し、その結果を運転モード選択部４２に送る（ステップＳ１４）。
そして、発電目標達成率Ｔａが予め設定された第１閾値ＴＴ未満である場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、運転モード選択部４２において、ピッチ制御を禁止するピッチ禁止運転モードを選択する（ステップＳ１６）。これを受けて、全体制御部４８は、ピッチ禁止運転モードによる運転が行われるように、回転エネルギー制御部２５及び蓄電池制御部３３を制御する。
一方、発電目標達成率Ｔａが第１閾値ＴＴ以上である場合（ステップＳ１４のＮＯ）には、損失率算出部４３において、風力発電装置２の性能曲線（パワーカーブ）に風速を当てはめて得られる理想出力に対する、出力計測器１５による出力Ｗａの計測値から求めた実際の発電量と理想出力との差（ピッチ制御によって損失した発電量）の比である損失率Ｌａを算出する（ステップＳ１７）。この後、算出された損失率Ｌａと予め設定された損失率の第２閾値ＬＴとを比較し、その結果を運転モード選択部４２に送る。そして、損失率Ｌａが第２閾値ＬＴ以上である場合（ステップＳ１８のＹＥＳ）には、ステップＳ１６に進んで、運転モード選択部４２において、ピッチ制御を行うことを禁止するピッチ禁止運転モードを選択する。
一方、損失率Ｌａが第２閾値ＬＴ未満である場合には、ステップＳ１９に進んで、運転モード選択部４２において、ピッチ制御を行うことを許容するピッチ許容運転モードを選択する（ステップＳ１９）。これを受けて、全体制御部４８は、ピッチ許容運転モードによる運転が行われるように、回転エネルギー制御部２５、ピッチ制御部２６及び蓄電池制御部３３を制御する。
【００５７】
次に、運転モード選択部４２がピッチ禁止運転モードを選択した後における全体制御部４８による制御のフローについて説明する。
【００５８】
図７は、ピッチ禁止運転モードが選択された際における全体制御部４８による制御のフローを示す図である。
図７に示すように、上記ピッチ禁止運転モードが選択された場合（ステップＳ１６）、蓄電池状態検出器３１によって蓄電池１０の劣化度（例えば、充放電サイクル数Ｂａ及び充放電レート数Ｂｂ）を取得し（ステップＳ２０）、当該取得した結果を蓄電池状態監視部３２に出力する。
なお、ピッチ禁止運転モードでは、出力平準化のために行うピッチ制御を禁止するものであり、ピッチ制御自体を禁止するものでは無い。
【００５９】
ここで、出力計測器１５で計測された風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っているか否かを、偏差算出部２２により判定しておく（ステップＳ２２）。
【００６０】
そして、蓄電池状態監視部３２では、蓄電池状態検出器３１から入力された蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂが共に第３閾値ＢＴ、Ｂｓを下回っているか判定する（ステップＳ２４及びＳ２６）。
【００６１】
ステップＳ２２において風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っていると判断され、かつ、ステップＳ２４において蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂが共に第３閾値ＢＴ、Ｂｓを下回っていると判断された場合、ステップＳ２８に進んで、全体制御部４８による制御の下、蓄電池１０に充電する。これは、既に説明した図５におけるケース３のＷａ＞ＷＴの場合に相当する制御である。
【００６２】
ステップＳ２２において風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っていると判断され、かつ、ステップＳ２４において蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂの少なくとも一方が第３閾値ＢＴ、Ｂｓ以上であると判断された場合、ステップＳ３０に進んで、全体制御部４８による制御の下、回転エネルギーへの蓄積を優先し、それでも出力の余剰分が解消されない場合は蓄電池１０に充電する。これは、既に説明した図５におけるケース４のＷａ＞ＷＴの場合に相当する制御である。
【００６３】
ステップＳ２２において風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴ以下と判断され、かつ、ステップＳ２６において蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂが共に第３閾値ＢＴ、Ｂｓを下回っていると判断された場合、ステップＳ３２に進んで、全体制御部４８による制御の下、蓄電池１０から放電する。これは、既に説明した図５におけるケース３のＷａ≦ＷＴの場合に相当する制御である。
【００６４】
ステップＳ２２において風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴ以下と判断され、かつ、ステップＳ２６において蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂの少なくとも一方が第３閾値ＢＴ、Ｂｓ以上であると判断された場合、ステップＳ３４に進んで、全体制御部４８による制御の下、回転エネルギーからの回収を優先し、それでも出力の不足分が解消されない場合は蓄電池１０から放電する。これは、既に説明した図５におけるケース４のＷａ≦ＷＴの場合に相当する制御である。
【００６５】
図８は、ピッチ許容運転モードが選択された際における全体制御部４８による制御のフローを示す図である。
図８に示すように、上記ピッチ許容運転モードが選択された場合（ステップＳ１９）、蓄電池状態検出器３１によって蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂ（例えば、Ｂａ：充放電サイクル数、Ｂｂ：充放電レート数）を取得し（ステップＳ４０）、当該取得した結果を蓄電池状態監視部３２に出力する。
【００６６】
ここで、出力計測器１５で計測された風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っているか否かを、偏差算出部２２により判定しておく（ステップＳ４２）。
【００６７】
そして、蓄電池状態監視部３２では、蓄電池状態検出器３１から入力された蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂが共に第３閾値ＢＴ、Ｂｓを下回っているか判定する（ステップＳ４４及びＳ４６）。
【００６８】
ステップＳ４２において風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っていると判断され、かつ、ステップＳ４４において蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂが共に第３閾値ＢＴ、Ｂｓを下回っていると判断された場合、ステップＳ４８に進んで、全体制御部４８による制御の下、蓄電池１０に充電する。これは、既に説明した図５におけるケース１のＷａ＞ＷＴの場合に相当する制御である。
【００６９】
ステップＳ４２において風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴを上回っていると判断され、かつ、ステップＳ４４において蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂの少なくとも一方が第３閾値ＢＴ、Ｂｓ以上である判断された場合、ステップＳ５０に進んで、全体制御部４８による制御の下、回転エネルギーへの蓄積を優先し、それでも出力の余剰分が解消されない場合にのみピッチ制御する。これは、既に説明した図５におけるケース２のＷａ＞ＷＴの場合に相当する制御である。
【００７０】
ステップＳ４２において風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴ以下と判断され、かつ、ステップＳ４６において蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂが共に第３閾値ＢＴ、Ｂｓを下回っていると判断された場合、ステップＳ５２に進んで、全体制御部４８による制御の下、蓄電池１０から放電する。これは、既に説明した図５におけるケース１のＷａ≦ＷＴの場合に相当する制御である。
【００７１】
ステップＳ４２において風力発電装置２の出力Ｗａがターゲット出力ＷＴ以下と判断され、かつ、ステップＳ４６において蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂの少なくとも一方が第３閾値ＢＴ、Ｂｓ以上であると判断された場合、ステップＳ５４に進んで、全体制御部４８による制御の下、回転エネルギーからの回収を優先し、それでも出力の不足分が解消されない場合に蓄電池１０から放電する。これは、既に説明した図５におけるケース２のＷａ≦ＷＴの場合に相当する制御である。
【００７２】
さらに、蓄電池優先モードのステップＳ２８、Ｓ３２、Ｓ４８、Ｓ５２や回転エネルギー優先モードのステップＳ３０、Ｓ３４、Ｓ５０、Ｓ５４以降に、風力発電装置２及び蓄電池１０が接続された系統の周波数を周波数検出器１７で取得する周波数取得ステップと、周波数が予め設定された所定範囲の上限値を上回った場合にターゲット出力ＷＴを低減する又は周波数が所定範囲の下限値を下回った場合にターゲット出力ＷＴを増加するターゲット出力変更ステップとを更に備えてもよい。これにより、電力系統６の系統周波数を所定範囲内に維持することができる。
【００７３】
本実施形態によれば、出力計測器１５による風力発電装置２の出力Ｗａの計測値から達成率算出部４５において発電目標達成率Ｔａを算出し、当該達成率が予め設定された第１閾値ＴＴ未満である場合に運転モード選択部４２によってピッチ禁止運転モードを選択し、ターゲット出力ＷＴに対する風力発電装置２の出力の余剰分ΔＰを低減するに当たってピッチ制御を行うことを禁止して、蓄電池１０への充電又は風力発電装置２の回転エネルギーの蓄積の少なくとも一方を行うようにしたので、風を受け流すようにピッチ角を変更するピッチ制御が行われる頻度が低くなる。よって、風のエネルギーのうち電力に変換されずに逸失される量を減らして、発電量を増大させることができる。
【００７４】
また、ピッチ許容運転モードにおいて風力発電装置２の出力の余剰分をピッチ制御によって低減することを許容することで、蓄電池１０の状態によっては、風力発電装置２の出力の余剰分を蓄電池１０に充電することを避けてピッチ制御を利用し、蓄電池１０への充電機会を低減して、蓄電池１０の寿命を延ばすことができる。
【００７５】
また、ある時点において発電目標達成率Ｔａが第１閾値ＴＴ以上であり比較的十分な発電量が得られていても、風速及び風向は変化するから、その後も目標発電量の達成に向けて着実に発電量を確保できるとは限らない。そこで、損失率算出部４３で算出した損失率Ｌａが第２閾ＬＴ値以上である場合、発電目標達成率Ｔａが第１閾値ＴＴ以上でありピッチ許容運転モードが選択されていても、運転モード選択部４２によってピッチ禁止運転モードに切り換えることで、風力発電装置２の出力の余剰分を低減するためにピッチ制御が行われる頻度がより一層低くなる。よって、所定期間における目標発電量の達成が容易になる。
【００７６】
さらに、蓄電池状態検出器３１によって蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂを取得し、当該劣化度と予め設定された第３閾値ＢＴ、Ｂｓとを比較して劣化度Ｂａ、Ｂｂの少なくとも何れか一方が第３閾値ＢＴ、Ｂｓ以上の場合に、風力発電装置２の回転エネルギーの蓄積又は放出を蓄電池１０の充電又は放電よりも優先させることで蓄電池１０への充電回数を低減できる。これによって、蓄電池１０の寿命低下を防止できる。
【００７７】
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。
【００７８】
例えば、上述の実施形態では、センサ１７で取得した電力系統６の周波数に基づいて風力発電設備１のターゲット出力ＷＴを一時的に増減する例について説明したが、風力発電設備１のターゲット出力ＷＴは蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂに基づいて一時的に変更してもよい。すなわち、蓄電池状態検出器３１で検出した蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂの少なくとも何れか一方が第３閾値ＢＴ、Ｂｓ以上の場合、風力発電装置２の出力との偏差が小さくなるようにターゲット出力ＷＴを一時的に変更してもよい。これにより、蓄電池１０の充放電以外（主に風力発電装置２の回転エネルギーへの蓄積又は放出）によって出力の平準化を十分に行いうる場合が多くなるので、蓄電池１０の充放電機会を減らして、蓄電池１０の寿命を延ばすことができる。
【００７９】
また、上述の実施形態では、蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂと第３閾値ＢＴ、Ｂｓとの比較結果に基づいて、風力発電装置２の回転エネルギーの蓄積又は放出と蓄電池１０の充電又は放電とのいずれを優先させるかを切り換える例について説明したが、蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂに替えて、または、蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂに加えて、蓄電池１０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて、風力発電装置２の回転エネルギーの蓄積又は放出と蓄電池１０の充電又は放電とのいずれを優先させるかを決定してもよい。例えば、蓄電池状態検出器３１によって蓄電池１０の劣化度Ｂａ、Ｂｂに加えて残容量を検出し、蓄電池状態監視部３２においてこの残容量が所定範囲内に収まっているか判定し、蓄電池１０の残容量が所定範囲から外れた場合には全体制御部４８が出力平準化のために蓄電池１０からの充放電を優先させて、残容量を所定範囲に収めるようにしてもよい。
すなわち、上述の実施形態では、図５におけるケース２のＷａ≦ＷＴの場合、及びケース４のＷａ＞ＷＴ及びＷａ≦ＷＴの場合、風力発電設備１の出力平準化を行うに当たって、回転エネルギーの蓄積又は回収を行った後、それでも風力発電装置２の出力Ｗaとターゲット出力ＷＴとの偏差が残る場合に蓄電池１０の充放電を行うのに対し、ここでは、蓄電池１０の残容量が所定範囲を外れた場合に、蓄電池１０の充放電を優先させて蓄電池１０の残容量を所定範囲内に収める。これにより、蓄電池１０の寿命を延ばすことができる。
【００８０】
さらに、上述の実施形態では、運転モード選択部４２における運転モードの選択の主な基準として達成率算出部４５によって求めた発電目標達成率Ｔａを用いる例について説明したが、損失率算出部４３によって求めた損失率Ｌａを主な基準として運転モードの選択を行ってもよい。すなわち、図６のステップＳ１２及びＳ１４とステップＳ１７及びＳ１８とを入れ替えて、まずは損失率Ｌａと第２閾値ＬＴとを比較し、Ｌａ≧ＬＴの場合にはピッチ禁止運転モードを選択し（ステップＳ１６）、Ｌａ＜ＬＴの場合に発電目標達成率Ｔａと第１閾値ＴＴとを比較して、Ｔａ＜ＴＴの場合にはピッチ禁止運転モードを選択する一方（ステップＳ１６）、Ｔａ≧ＴＴの場合にはピッチ許容運転モードを選択する（ステップＳ１９）ようにしてもよい。
【００８１】
なお、上述の実施形態では、１台の風力発電装置２からなる風力発電設備１について説明したが、この台数に限定されるものではなく、複数台の風力発電装置２から構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１  風力発電設備
２  風力発電装置
３  蓄電装置
４  出力平準化装置
５  系統連系部
６  電力系統
８  変圧器
９  発電機
１０  蓄電池
１１  直流−交流変換器
１２  変圧器
１３  変圧器
１４  インバータ装置
１５  出力計測器
１７  センサ
１８Ａ  発電機側インバータ
１８Ｂ  ＤＣバス
１８Ｃ  系統側インバータ
２０  風車コントローラ
２２  偏差算出部
２４  回転エネルギー監視部
２５  回転エネルギー制御部
２６  ピッチ制御部
３０  バッテリーコントローラ
３１  蓄電池状態検出器
３２  蓄電池状態監視部
３３  蓄電池制御部
３４  第１切換スイッチ
３５、３６  第２切換スイッチ
３７  第３切換スイッチ
３８  比較部
３９  減算器
４０  マスターコントローラ
４１  達成率監視部
４２  運転モード選択部
４３  損失率算出部
４４  損失率監視部
４５  達成率算出部
４６  系統監視部
４８  全体制御部
５１  加算器
５２  ロータ
５２Ａ  ハブ
５２Ｂ  ブレード
ＳＣ  ステータ巻線
ＲＣ  ロータ巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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