(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの回転により発電する複数の風力発電装置を有し、該風力発電装置が系統連系されると共に、電力系統に生じた周波数又は電圧の低下に応じて該電力系統へ電力をさらに供給可能とするために、前記風力発電装置の発電出力を予め制限して運転しているウインドファームの制御装置であって、
前記風力発電装置毎に、前記風力発電装置の発電出力の増減に関係する物理量を測定する測定手段と、
前記風力発電装置毎に、前記測定手段によって測定された前記物理量に基づいて、前記風力発電装置の発電出力の制限量を設定する設定手段と、
を備えたウインドファームの制御装置。
【請求項２】
前記設定手段は、前記測定手段によって測定された前記物理量が大きいほど前記発電出力の制限量が大きくなり、前記測定手段によって測定された前記物理量が小さいほど前記発電出力の制限量が小さくなるように、前記風力発電装置毎の発電出力の制限量を設定する請求項１記載のウインドファームの制御装置。
【請求項３】
前記風力発電装置は、前記電力系統に周波数又は電圧の低下が生じた場合に、前記ロータの慣性エネルギーを用いることによって前記電力系統へ電力をさらに供給するように制御され、
前記設定手段は、前記風力発電装置毎に、前記ロータの慣性エネルギーによって得られる発電出力に応じて、前記発電出力の制限量が前記ロータの慣性エネルギーを用いない場合に比べて小さくなるように設定する請求項１記載のウインドファームの制御装置。
【請求項４】
前記設定手段は、前記風力発電装置毎に、前記測定手段によって測定された物理量が小さいほど、前記電力系統に周波数又は電圧の低下が生じた場合に用いる前記慣性エネルギーが小さくなると共に前記発電出力の制限量が大きくなり、前記測定手段によって測定された物理量が大きいほど前記電力系統に周波数又は電圧の低下が生じた場合に用いる前記慣性エネルギーが大きくなると共に前記発電出力の制限量が小さくなるように設定する請求項３記載のウインドファームの制御装置。
【請求項５】
前記設定手段は、前記電力系統に周波数又は電圧の低下が生じても、前記慣性エネルギーを用いることによって前記電力系統へ電力をさらに供給する制御を行わない前記ロータの回転数を予め設定する請求項３又は請求項４記載のウインドファームの制御装置。
【請求項６】
前記設定手段は、複数の前記風力発電装置の発電出力の制限量の総量を、風力発電装置に対する風速にかかわらず一定に保たれるように設定する請求項１から請求項５の何れか１項記載のウインドファームの制御装置。
【請求項７】
複数の風力発電装置と、
請求項１から請求項６の何れか１項に記載のウインドファームの制御装置と、
を備えたウインドファーム。
【請求項８】
ロータの回転により発電する複数の風力発電装置を有し、該風力発電装置が系統連系されると共に、電力系統に生じた周波数又は電圧の低下に応じて該電力系統へ電力をさらに供給可能とするために、前記風力発電装置の発電出力を予め制限して運転しているウインドファームの制御方法であって、
前記風力発電装置毎に、前記風力発電装置の発電出力の増減に関係する物理量を測定する第１工程と、
前記風力発電装置毎に、前記第１工程によって測定された前記物理量に基づいて、前記風力発電装置の発電出力の制限量を設定する第２工程と、
を含むウインドファームの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウインドファームの制御装置、ウインドファーム、及びウインドファームの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、系統連系されている風力発電装置に対して、電力系統の擾乱発生から予め定められた時間内（例えば３０秒以内）に電力系統の周波数の変動抑制に寄与すること（Primary Frequency Response、以下「ＰＦＲ」という。）が求められつつある。
ＰＦＲに対応するために、特許文献１には、電力系統の周波数が低下した場合に、風力発電装置の発電出力をさらに電力系統へ供給することが記載されている。
【０００３】
より具体的には、風力発電装置に対する以下のような運転及び制御がある。
例えば、上記擾乱発生時に電力系統へ供給する風力発電装置の発電出力を確保するため、通常の運転において風力発電装置の発電出力を予め制限する運転（デロード（Deload）運転）が、考えられている。しかし、デロード運転は、発電出力を制限して運転するため風力発電装置による発電量の低下を招く。
また、上記擾乱発生時に電力系統へ供給する電力として、風力発電装置のロータに蓄えられている慣性エネルギー（イナーシャともいう。）を用いる制御（イナーシャ（Inertia）制御）が、考えられている。しかし、イナーシャ制御を行うことによってロータの慣性エネルギーが失われれるため、イナーシャ制御を行った場合、ロータの回転数が急激に低下し、風力発電装置の不必要な解列が発生するなどによって、発電量が低下する可能性がある。
なお、イナーシャ制御は、デロード運転における発電出力の制限量（以下、「デローディング（deloading）量」という。）を削減させることができる。一方、デロード運転は、デローディング量を多くすることによって、イナーシャ制御によって失われる慣性エネルギーの量（以下、「イナーシャ使用量」という。）を削減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７５２８４９６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、複数の風力発電装置がウインドファームを構成する場合、デロード運転における発電出力の制限量（以下、「デローディング（deloading）量」という。）及びイナーシャ制御によって失われる慣性エネルギーの量（以下、「イナーシャ使用量」という。）は、個々の風力発電装置に一律の指令値（ウインドファーム全体での指令値又は該指令値を風力発電装置の数で除した平均値）を与える方法が考えられる。
しかし、複数の風力発電装置に対する風況は各々同一ではない。そのため、例えば、ウインドファームで強い風を受けて運転されている風力発電装置と、弱い風を受けて運転されている風力発電装置の発電出力に対して同じ割合のデローディング量が要求された場合、弱い風を受けて運転されている風力発電装置は、風がさらに弱く、すなわち風速が遅くなり風のエネルギーが減少すると、取り出そうとしたエネルギーが風のエネルギーを上回り、その結果ロータの回転数が下がり、ロータの回転を維持できない可能性がある。また、弱い風を受けて運転されている風力発電装置は、イナーシャ制御が行われることによって、慣性エネルギーが失われ、図９に示すように、ロータの回転を維持できない可能性がある。
その結果、風力発電装置は解列し、これにより、ウインドファームの有効電力及び無効電力の調整能力（容量）が低下する。また、風力発電装置は、解列すると、再起動までに時間（数分から数十分）を要するため、急な負荷要求が発生した場合にウインドファームが対応できなくなる可能性もある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、デローディング量やイナーシャ使用量を設定することによって、風力発電装置が発電出力を制限する運転を行っても、風況の変化によって風力発電装置が解列することを防止することができるウインドファームの制御装置、ウインドファーム、及びウインドファームの制御方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のウインドファームの制御装置、ウインドファーム、及びウインドファームの制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るウインドファームの制御装置は、ロータの回転により発電する複数の風力発電装置を有し、該風力発電装置が系統連系されると共に、電力系統に生じた周波数又は電圧の低下に応じて該電力系統へ電力をさらに供給可能とするために、前記風力発電装置の発電出力を予め制限して運転しているウインドファームの制御装置であって、前記風力発電装置毎に、前記風力発電装置の発電出力の増減に関係する物理量を測定する測定手段と、前記風力発電装置毎に、前記測定手段によって測定された前記物理量に基づいて、前記風力発電装置の発電出力の制限量を設定する設定手段と、を備える。
【０００８】
本発明によれば、ロータの回転により発電する複数の風力発電装置は、ウインドファームに備えられ、系統連系されると共に、電力系統に生じた周波数又は電圧の低下に応じて該電力系統へ電力をさらに供給可能とするために、発電出力が予め制限されて運転されている。
そして、測定手段によって、風力発電装置毎に、風力発電装置の発電出力の増減に関係する物理量が測定される。この物理量とは、例えば、ロータの回転数や風力発電装置近傍の風速等であり、物理量が増加すれば風力発電装置の発電出力も増加し、物理量が減少すれば風力発電装置の発電出力も減少する。
さらに、設定手段によって、風力発電装置毎に、測定手段で測定された物理量に基づいて、風力発電装置の発電出力の制限量が設定される。すなわち、発電出力の制限量は、ウインドファームに備えられる複数の風力発電装置に対して一律に設定されるのではなく、風力発電装置毎のロータの回転数や風速等の物理量の増減によって、風力発電装置毎に設定される。
以上のことから、本発明は、風力発電装置が発電出力を制限する運転を行っても、風況の変化によって風力発電装置が解列することを防止することができる。
【０００９】
また、本発明のウインドファームの制御装置は、前記設定手段が、前記測定手段によって測定された前記物理量が大きいほど前記発電出力の制限量が大きくなり、前記測定手段によって測定された前記物理量が小さいほど前記発電出力の制限量が小さくなるように、前記風力発電装置毎の発電出力の制限量を設定してもよい。
風力発電装置の発電出力の増減に関係する物理量が小さいため発電出力が小さい風力発電装置は、該発電出力に対して相対的に大きな制限量が設定された場合、風速がさらに遅くなり風のエネルギーが減少することによって、取り出そうとしたエネルギーが風のエネルギーを上回り、その結果ロータの回転数が小さくなりすぎ、風力発電装置の解列を招く可能性がある。
本発明によれば、風力発電装置毎に、風力発電装置の発電出力の増減に関係する物理量が小さいほど、発電出力の制限量が小さく設定されるので、該制限量が設定されることでロータの回転数が小さくなりすぎ、風力発電装置が解列することを防止ができる。一方、上記物理量が大きいほど、発電出力の制限量が大きく設定されるので、電力系統に生じた周波数又は電圧の低下に応じた電力系統への電力の供給量をより多くすることができる。
【００１０】
また、本発明のウインドファームの制御装置は、前記風力発電装置が、前記電力系統に周波数又は電圧の低下が生じた場合に、前記ロータの慣性エネルギーを用いることによって前記電力系統へ電力をさらに供給するように制御され、前記設定手段が、前記風力発電装置毎に、前記ロータの慣性エネルギーによって得られる発電出力に応じて、前記発電出力の制限量が前記ロータの慣性エネルギーを用いない場合に比べて小さくなるように設定してもよい。
本発明によれば、電力系統に周波数又は電圧の低下が生じた場合に、ロータの慣性エネルギーを用いることによって電力系統へ電力をさらに供給するように制御される風力発電装置毎に、ロータの慣性エネルギーによって得られる発電出力に応じて、発電出力の制限量がロータの慣性エネルギーを用いない場合に比べて小さくなるように設定される。
これにより、本発明は、ロータの慣性エネルギーを用いることによって電力系統へ電力をさらに供給する風力発電装置の発電出力の制限量が小さくされるので、電力系統に擾乱発生が発生してない場合における風力発電装置の発電出力をより多くすることができる。
【００１１】
また、本発明のウインドファームの制御装置は、前記設定手段が、前記風力発電装置毎に、前記測定手段によって測定された物理量が小さいほど、前記電力系統に周波数又は電圧の低下が生じた場合に用いる前記慣性エネルギーが小さくなると共に前記発電出力の制限量が大きくなり、前記測定手段によって測定された物理量が大きいほど前記電力系統に周波数又は電圧の低下が生じた場合に用いる前記慣性エネルギーが大きくなると共に前記発電出力の制限量が小さくなるように設定してもよい。
風力発電装置は、ロータの慣性エネルギーを用いることによって電力系統へ電力をさらに供給する制御を行うと、ロータの慣性エネルギーが失われれるため、ロータの回転数が低下する。そのため、ロータの回転数が小さい場合には、該制御が行われることによって、ロータの回転数が小さくなりすぎ、風力発電装置が解列する可能性がある。
そこで、本発明によれば、風力発電装置毎に、風力発電装置の発電出力の増減に関係する物理量が小さいほど、電力系統に周波数又は電圧の低下が生じた場合に用いる慣性エネルギーが小さくなると共に発電出力の制限量が大きくなり、該物理量が大きいほど該慣性エネルギーが大きくなると共に発電出力の制限量が小さくなるように設定される。
これにより、本発明は、上記制御が行われることによって、ロータの回転数が低下しすぎ、風力発電装置が解列することを防ぐと共に、電力系統に周波数又は電圧の低下が生じた場合に電力系統へ供給可能な電力を、上記物理量の大きさにかかわらず一定に保つことができる。
【００１２】
また、本発明のウインドファームの制御装置は、前記設定手段が、前記電力系統に周波数又は電圧の低下が生じても、前記慣性エネルギーを用いることによって前記電力系統へ電力をさらに供給する制御を行わない前記ロータの回転数を予め設定してもよい。
本発明によれば、ロータの慣性エネルギーを用いることによって電力系統へ電力をさらに供給する制御を行うことによって、ロータの回転数が低下し、風力発電装置が解列する可能性があると想定されるロータの回転数が予め設定される。そして、風力発電装置のロータの回転数が該設定された回転数以下の場合は、上記制御が行われない。
このため、本発明は、風力発電装置の解列を防止することができる。
【００１３】
また、本発明のウインドファームの制御装置は、前記設定手段が、複数の前記風力発電装置の発電出力の制限量の総量を、風力発電装置に対する風速にかかわらず一定に保たれるように設定してもよい。
本発明によれば、複数の前記風力発電装置の発電出力の制限量の総量が、風力発電装置に対する風速にかかわらず一定に保たれるように設定するので、電力系統に生じた周波数又は電圧の低下をより確実に回復させることができる。
【００１４】
また、本発明のウインドファームは、複数の風力発電装置と、上記記載の制御装置と、を備える。
本発明によれば、複数の風力発電装置を備えたウインドファームは、上記記載の制御装置によって風力発電装置毎の発電出力の制限量が設定されるので、風力発電装置が発電出力を制限する運転を行っても、風況の変化によって風力発電装置が解列することを防止することができる。
【００１５】
また、本発明に係るウインドファームの制御方法は、ロータの回転により発電する複数の風力発電装置を有し、該風力発電装置が系統連系されると共に、電力系統に生じた周波数又は電圧の低下に応じて該電力系統へ電力をさらに供給可能とするために、前記風力発電装置の発電出力を予め制限して運転しているウインドファームの制御方法であって、前記風力発電装置毎に、前記風力発電装置の発電出力の増減に関係する物理量を測定する第１工程と、前記風力発電装置毎に、前記第１工程によって測定された前記物理量に基づいて、前記風力発電装置の発電出力の制限量を設定する第２工程と、を含む。
本発明によれば、発電出力の制限量は、ウインドファームに備えられる複数の風力発電装置に対して一律に設定されるのではなく、風力発電装置毎のロータの回転数や風速等の物理量の増減によって、風力発電装置毎に発電出力の制限量が設定される。
これにより、本発明は、風力発電装置が発電出力を制限する運転を行っても、風況の変化によって風力発電装置が解列することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、風力発電装置が発電出力を制限する運転を行っても、風況の変化によって風力発電装置が解列することを防止することができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るウインドファームの全体構成を示した概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るロータの回転数とデローディング量との関係を示したグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態に係るデローディング量を設定するために用いるデーブルデータを示す模式図であり、（Ａ）は、ロータの回転数に応じたデローディング量を示し、（Ｂ）は、風速に応じたデローディング量を示し、（Ｃ）は、ロータの回転数及び発電出力に応じたデローディング量を示す。
【図４】本発明の第２実施形態に係るロータの回転数とデローディング量及びイナーシャ使用量との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るロータの回転数とデローディング量及びイナーシャ使用量との関係の変形例を示したグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るロータの回転数とデローディング量及びイナーシャ使用量との関係の変形例を示したグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態に係るウインドファームの全体構成を示した概略図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るウインドファームの全体構成を示した概略図である。
【図９】従来の問題点の説明に要する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るウインドファームの制御装置、ウインドファーム、及びウインドファームの制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るウインドファーム１０の全体構成を示した図である。ウインドファーム１０は、複数枚のブレード１１を備えたロータ１２の回転により発電する複数の風力発電装置１４と、ウインドファーム１０全体の制御を司る集中制御装置１６（例えば、ＳＣＡＤＡ（Supervisory  Control  And  Data  Acquisition））とを備えている。また、本第１実施形態においてウインドファーム１０は、図１に示すように３台の風力発電装置１４を備える場合を例に挙げて説明するが、台数は特に限定されない。
本第１実施形態に係る風力発電装置１４は、変圧器１８を介して系統連系されると共に、電力系統２０に生じた周波数の低下に応じて電力系統２０へ電力をさらに供給可能とされており、電力系統２０の擾乱発生から予め定められた時間内（例えば３０秒以内）に電力系統２０の周波数の変動抑制に寄与すること（ＰＦＲ）が可能とされている。
【００２０】
また、風力発電装置１４には、風車制御装置２２が各々設けられている。
風車制御装置２２は、対応する風力発電装置１４の運転状態を制御すると共に、集中制御装置１６との間で種々のデータの送受信が可能とされている。また、風車制御装置２２は、電力系統２０の電力及び周波数の変動の検知、風力発電装置１４が有するロータ１２の回転数（以下、「ロータ回転数」という。）の測定も可能とされている。
そして、風車制御装置２２は、風力発電装置１４の制御状態を示すデータ、風力発電装置１４のロータ回転数、不図示の風速計で測定された風力発電装置１４近傍の風速、及び風力発電装置１４の発電出力等を集中制御装置１６へ送信する。一方、集中制御装置１６は、風力発電装置１４を制御するにあたり必要なパラメータ等のデータを風車制御装置２２へ送信する。なお、ロータ回転数及び風速は、風力発電装置１４の発電出力の増減に関係する物理量であり、ロータ回転数及び風速が増加すれば風力発電装置１４の発電出力も増加し、ロータ回転数及び風速が減少すれば風力発電装置の発電出力も減少する。
【００２１】
次に、風車制御装置２２による風力発電装置１４の制御についてより詳細に説明する。
本第１実施形態に係る風車制御装置２２は、風力発電装置１４のＰＦＲへの対応、すなわち電力系統２０の擾乱発生時に電力系統２０へ供給する風力発電装置１４の発電出力の上昇余力の確保を目的として、風力発電装置１４の発電出力を予め制限するして運転するデロード（Deload）運転を行うように風力発電装置１４を制御している。なお、発電出力を制限する方法としては、例えば、ロータ１２のブレード１１のピッチ角を調整し、ロータ１２の回転数を低下させる方法が用いられる。
ここで、ウインドファーム１０に備えられている複数の風力発電装置１４の風況は一様ではない。そのため、風力発電装置１４の発電出力の制限量（デローディング量）が、複数の風力発電装置１４の何れに対しても同じである場合、風速が遅く、ロータ回転数の小さい風力発電装置１４は、風速がさらに遅くなり風のエネルギーが減少するとによって、取り出そうとしたエネルギーが風のエネルギーを上回り、その結果ロータ回転数が系統連系を維持するための回転数（以下、「最小回転数」という。）に達することができず、解列する可能性がある。
そこで、本第１実施形態に係る集中制御装置１６は、各風力発電装置１４の発電出力に応じてデローディング量を設定する。
【００２２】
図２は、ロータ回転数とデローディング量との関係を示したグラフである。
図２において、横軸がロータ回転数（デロード運転されていない場合のロータ回転数）を示し、縦軸が風力発電装置１４の発電出力を示している。また、実線がデロード運転が行われていない運転（以下、「通常運転」という。）が行われている場合の風力発電装置１４の発電出力を示し、破線がデロード運転が行われている場合の風力発電装置１４の発電出力を示している。すなわち、図４において、実線と破線との差が、デローディング量となる。このため、風力発電装置１４は、ＰＦＲ時に、デロード運転から通常運転へ移行することにより、デローディング量に相当する発電出力（電力）を電力系統２０にさらに供給することとなる。
そして、本第１実施形態に係る集中制御装置１６は、図２に示すように、風力発電装置１４毎に、ロータ回転数が大きいほどデローディング量が大きくなり、ロータ回転数が小さいほどデローディング量が小さくなるように設定する。これにより、ロータ回転数が小さいため発電出力が小さい風力発電装置１４に、該発電出力に対して相対的に大きなデローディング量が設定された場合、風速がさらに遅くなり風のエネルギーが減少するとによって、取り出そうとしたエネルギーが風のエネルギーを上回り、その結果ロータの回転数が小さくなりすぎ、該風力発電装置１４が解列することを防止できる。
【００２３】
なお、集中制御装置１６は、図３（Ａ）の模式図に示すように、ロータ回転数に応じたデローディング量を示したテーブルデータを予め記憶している。そして、集中制御装置１６は、各風力発電装置１４に対応する風車制御装置２２から送信されたロータ回転数に応じて、テーブルデータからデローディング量を読み出し、読み出したデローディング量を示したデローディング量の指令値を各風車制御装置２２へ送信する。
デローディング量の指令値を受信した風車制御装置２２は、該指令値により示されるデローディング量でデロード運転を行うように風力発電装置１４を制御する。
【００２４】
以上説明したように、本第１実施形態に係る集中制御装置１６は、風力発電装置１４毎に、風車制御装置２２で測定されたロータ回転数に基づいて、風力発電装置１４のデローディング量を設定する。すなわち、デローディング量は、ウインドファーム１０に備えられる複数の風力発電装置１４に対して一律に設定されるのではなく、風力発電装置１４毎のロータ回転数の増減によって、風力発電装置１４毎に設定される。これにより、集中制御装置１６は、風力発電装置１４が発電出力を制限する運転を行っても、風況の変化によって風力発電装置１４が解列することを防止することができる。
さらに、集中制御装置１６は、風力発電装置１４毎に、ロータ回転数が小さいほどデローディング量を小さく設定するので、デロード運転されることでロータ回転数が小さくなりすぎ、風力発電装置１４が解列することを防止することができる。一方、集中制御装置１６は、ロータ回転数が大きいほどデローディング量を大きく設定するので、ＰＦＴ対応時における電力系統２０への電力の供給量をより多くすることができる。
【００２５】
なお、本第１実施形態では、集中制御装置１６は、各風力発電装置１４のロータ回転数に応じてデローディング量を設定する場合について説明したが、これに限らず、風力発電装置の発電出力の増減に関係する物理量を用いてデローディング量を設定してもよい。例えば、集中制御装置１６は、図３（Ｂ）のテーブルデータの模式図に示すように、各風力発電装置１４に対する風速に応じてデローディング量を設定してもよいし、図３（Ｃ）のテーブルデータの模式図に示すように、各風力発電装置１４のロータ回転数及び発電出力に応じてデローディング量を設定してもよい。
また、集中制御装置１６は、テーブルデータを用いることなく、ロータ回転数等に応じたデローディング量を算出するための関数を記憶し、該関数を用いて各風力発電装置１４のデローディング量を設定してもよい。
【００２６】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、本第２実施形態に係るウインドファーム１０の構成は、図１に示される第１実施形態に係るウインドファーム１０の構成と同様であるので説明を省略する。
本第２実施形態に係る風力発電装置１４は、電力系統２０の擾乱が発生した場合、擾乱発生時に電力系統２０へ供給する電力として、風力発電装置１４のロータ１２に蓄えられている慣性エネルギー（イナーシャ）を用いる制御（イナーシャ制御）が、風車制御装置２２からの指令に基づいて行われる。
イナーシャ制御は、ロータ１２に蓄えられている慣性エネルギーを用いて発電するため、風力発電装置１４は、通常運転よりも多くの電力を電力系統２０へ供給することができる。そこで、本第２実施形態に係る集中制御装置１６は、デローディング量と共に、各風力発電装置１４のイナーシャ制御によって得られる発電出力（以下、「イナーシャ使用量」という。）を、ウインドファーム１０を構成する風力発電装置１４毎に設定する。そして、集中制御装置１６は、設定したイナーシャ使用量を示す指令値を各風車制御装置２２へ送信する。
【００２７】
図４に、本第２実施形態に係るロータ回転数とデローディング量及びイナーシャ使用量との関係を示す。
図４において、一点鎖線がイナーシャ制御が行われている場合の風力発電装置１４の発電出力の上限を示し、二点鎖線が本第２実施形態に係るデロード運転が行われている場合の風力発電装置１４の発電出力を示している。なお、実線は通常運転が行われている場合の風力発電装置１４の発電出力を示し、破線は第１実施形態に係るデロード運転が行われている場合の風力発電装置１４の発電出力を示している。
なお、図４に示すイナーシャ制御では、風力発電装置１４は、ロータ回転数の大小によらず、一定のイナーシャ使用量を出力できるものとする。
そのため、集中制御装置１６は、イナーシャ使用量に応じて、デローディング量がイナーシャ制御を行わない場合に比較して小さくなるように設定する。すなわち、第１実施形態におけるデローディング量に対してイナーシャ使用量を上乗せした量が、本第２実施形態に係るデローディング量とされる。そのため、図４において一点鎖線と二点鎖線との差が、ＰＦＲ時に電力系統２０にさらに供給される発電出力となる。
これにより、風力発電装置１４がデロード運転されても、より多くの電力を電力系統に供給できると共に、ＰＦＲ時に電力系統２０に供給できる電力を確保することができる。
なお、第２実施形態に係るデローディング量は、必ずしも第１実施形態に係るデローディング量に対してイナーシャ使用量と同じ量だけ上乗せする必要はなく、例えば、イナーシャ使用量の２分の１だけ上乗せする等、イナーシャ使用量よりも小さい量だけ上乗せしてもよい。
【００２８】
また、イナーシャ制御を行うことによってロータ１２の慣性エネルギーが失われれるため、イナーシャ制御を行った場合、ロータ回転数が低下する。そのため、イナーシャ制御が行われる前のロータ回転数が小さい場合には、イナーシャ制御が行われた場合に、ロータ回転数が最小回転数よりも小さくなり、風力発電装置１４が解列する可能性がある。
そこで、本第２実施形態では、集中制御装置１６によって、イナーシャ制御が行われると解列する可能性があるロータ回転数の大きさを限界回転数として予め定められ、風車制御装置２２は、風力発電装置１４のロータ回転数が限界回転数以下（図４のイナーシャ不使用領域）の場合、電力系統２０の擾乱が発生しても風力発電装置１４にイナーシャ制御を行わせない。このため、限界回転数以下のロータ回転数に対するデローディング量は、イナーシャ使用量が上乗せされない。すなわち、イナーシャ制御が行われない第１実施形態に係るデローディング量と同じとなる。
なお、イナーシャ使用量が大きいほど、イナーシャ制御が行われることによるロータ回転数の低下の度合いは大きくなるため、限界回転数は、イナーシャ使用量に応じた異なるように設定されることが好ましい。
【００２９】
また、イナーシャ制御を行うことによる風力発電装置１４の解列をより確実に防ぐために、図５に示すような、ロータ回転数とデローディング量（二重二点鎖線）及びイナーシャ使用量（二重一点鎖線）との関係としてもよい。
イナーシャ使用量が小さいほど、イナーシャ制御を行うことによるロータ回転数の低下の度合いは小さくなる。そのため、集中制御装置１６は、図５の二重二点鎖線に示されるように、ロータ回転数が小さいほどイナーシャ使用量が小さくなるように設定することによって、ロータ回転数が最小回転数よりも小さくなり、風力発電装置１４の解列を防ぐ。
さらに、図５に示すように、集中制御装置１６は、電力系統２０の擾乱が発生した場合に一定の電力を電力系統２０に供給できるように、イナーシャ使用量に応じてデローディング量を設定する。
すなわち、集中制御装置１６は、風力発電装置１４毎に、ロータ回転数が小さいほど、イナーシャ使用量が小さくなると共にデローディング量が大きくなり、ロータ回転数が大きいほど、イナーシャ使用量が大きくなると共にデローディング量が小さくなるように設定する。
また、全体のイナーシャ使用量を一定とするために、二重二点鎖線と二点鎖線との差分の面積が０（零）となるように、イナーシャ使用量が設定されることが好ましい。
すなわち、二重二点鎖線と二点鎖線との交点を基準として、ロータ回転数が大きい方の差分の面積Ａと、ロータ回転数が小さい方の差分の面積Ｂとが同じであることが好ましい。
【００３０】
また、ウインドファーム１０を構成する複数の風力発電装置１４が、ロータ回転数の全範囲でまんべんなく運転しているとは限らず、例えばウインドファーム１０全域の風速が低い場合、全ての風力発電装置１４がロータ回転数の低い領域で運転することとなる。
このような場合、ウインドファーム１０全体におけるＰＦＲに対応するための電力量（以下、「ＰＦＲ対応量」という。）が不足する可能性が生じる。そこで、集中制御装置１６は、ウインドファーム１０全体のＰＦＲ対応量を所定時間間隔毎（例えば、１分毎）に検出（監視）し、ＰＦＲ対応量が不足する場合はデローディング量を示す運転カーブ（図６の二重二点鎖線）に１以下の係数をかけて運転カーブを下げ、デローディング量を増やすことにより複数の風力発電装置１４のデローディング量の総量を、風速にかかわらず一定に保ち、ＰＦＲ対応量をより確実に確保することが望ましい。これにより、ウインドファーム１０は電力系統２０に生じた周波数の低下をより確実に回復させることができる。
また、風速が高く、デローディング量が大きい場合は、運転カーブに１以上の係数をかけ、デローディング量の総量を減らすことによって、不要なデローディング量を削減し、電力系統２０に擾乱が発生していない場合における、ウインドファーム１０の発電出力を増加させてもよい。
以上説明したように、本第２実施形態に係る集中制御装置１６は、イナーシャ制御が可能とされる風力発電装置１４毎に、イナーシャ使用量に応じて、デローディング量がロータ１２の慣性エネルギーを用いない場合に比べて小さくなるように設定するので、電力系統に擾乱発生が発生してない場合における風力発電装置１４の発電出力をより多くすることができる。
また、集中制御装置１６は、風力発電装置１４毎に、ロータ回転数が小さいほど、イナーシャ使用量が小さくなると共にデローディング量が大きくなり、ロータ回転数が大きいほどイナーシャ使用量が大きくなると共にデローディング量が小さくなるように設定する。これにより、集中制御装置１６は、イナーシャ制御が行われることによって、ロータ回転数が低下しすぎ、風力発電装置１４が解列することを防ぐと共に、電力系統２０に周波数の低下が生じた場合に電力系統２０へ供給可能な電力を、ロータ回転数の大きさにかかわらず一定に保つことができる。
【００３１】
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３２】
例えば、上記各実施形態では、電力系統２０の擾乱発生によって電力系統２０の周波数が低下した場合に、風力発電装置１４から電力系統２０へさらに電力を供給する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、電力系統２０の擾乱発生によって電力系統２０の電圧が低下した場合に、風力発電装置１４から電力系統２０へさらに電力を供給する形態としてもよい。
【００３３】
また、上記各実施形態では、集中制御装置１６が、各風力発電装置１４のデローディング量又はイナーシャ使用量を設定する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、図７に示すように、各風車制御装置２２がテーブルデータを記憶し、各風車制御装置２２が、テーブルデータと、対応する風力発電装置１４に対する風速、並びに対応する風力発電装置１４の運転状態（ロータ回転数及び発電出力等）に基づいて、デローディング量又はイナーシャ使用量を設定する形態としてもよい。
【００３４】
さらに、図８に示すように、複数の風車制御装置２２のうち、予め定められた風車制御装置２２（以下、「主風車制御装置２２Ａ」という。）がテーブルデータを記憶すると共に、他の風車制御装置２２から各風力発電装置１４のロータ回転数等のデータを受信し、自身に対応する風力発電装置１４及び他の風車制御装置２２に対応する風力発電装置１４のデローディング量又はイナーシャ使用量を設定する形態としてもよい。
また、ウインドファーム１０を構成する複数の風力発電装置１４を複数のグループに分け、グループ毎に主風車制御装置２２を定める形態としてもよい。
なお、グループの分け方としては、例えば、風力発電装置１４の配置位置に応じて分けてもよいし、所定期間の平均風速、ロータ回転数、発電出力が近い風力発電装置１４毎、フィーダが同じ風力発電装置１４毎等に分けてもよい。そして、主風車制御装置２２Ａは、自身に対応する風力発電装置１４と自身が属するグループにおける他の風力発電装置１４のデローディング量又はイナーシャ使用量を設定する。
【００３５】
また、風力発電装置１４をＰＦＲに対応させる場合に、風力発電装置１４が備える補機に供給する電力を遮断することで、電力系統２０へ供給する電力をさらに増加させる形態としてもよい。この形態の場合、電力を遮断する補機の例として、冷却ファンや冷却水ポンプなど、他の補機と比較して相対的に大きな電力を消費し、かつ停止による影響の時定数が長く一時的に停止しても問題の無いものとする。
【００３６】
また、風力発電装置１４が、定格風速より高い状態（定格出力）で運転されている状態において、ＰＦＲに対応するために、電力系統２０へさらに電力を供給する要求を受けた場合、風車制御装置２２は、風力発電装置１４を過負荷運転させ、電力系統２０へさらに電力を供給させてもよい。ただし、風車制御装置２２は、風力発電装置１４の過負荷運転時間、各部温度上昇、過負荷運転回数など機器の性能や寿命に影響を与えるデータを監視しておき、制限値を超える場合は過負荷運転を停止させる。
【００３７】
また、風車制御装置２２は、対応する風力発電装置１４の解列を防ぐために、ウインドファーム１０の風況や風力発電装置１４の運転状態に応じ、対応する風力発電装置１４に対してＰＦＲに対応させるか否かを決定する。例えば、風車制御装置２２は、対応する風力発電装置１４のロータ１２の速度又は加速度が制限値を下回った場合はＰＦＲへの対応を停止させ、通常運転へ移行させる。
【符号の説明】
【００３８】
１０    ウインドファーム
１２    ロータ
１４    風力発電装置
１６    集中制御装置
２０    電力系統
２２    風車制御装置
【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】
0005439340.tif 000008
【図８】
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【図９】
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