(57)【要約】【課題】風力発電システムによるウィンドファームにあっては、同期化現象が発生するリスクが高まり、電力系統側からの電圧低下時の運転連続が困難となることが問題となっている。このため本発明では、遠隔地に多数配置される風力発電機の電圧変動を抑えつつ、風車の運転継続を容易にすることである。【解決手段】電力系統の電圧が異常値であるときに、ウィンドファームを構成している複数の風力発電システム間における電圧変動の相関を算出し、同期化現象が発生しているかどうかの判定を行うことにより、同期化現象に寄与している風力発電システムに対して、ブレードのピッチ角を変更するものである。【選択図】  図１
2014148983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウィンドファームを構成する複数の風力発電機を備えた風力発電システムにおいて、
ピッチ角を変化可能なブレードと、
該ブレードと機械的に接続されたローターと、
該ローターによって駆動される発電機と、
該発電機に電気的に接続され、前記発電機から電力系統へ出力される電力を制御する電力変換器と、
前記ピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、
前記電力系統もしくは前記風力発電システムの異常状態を検出する異常検出手段と、
該異常検出手段が異常を検出しないときの第一のピッチ角制御手段と、
前記異常検出手段が異常を検出したときの第二のピッチ角制御手段とを備え、
前記第二のピッチ角制御手段は、前記ローターの回転速度を前記風力発電システムの発電運転可能な回転速度に保つことを特徴とする風力発電システム。
【請求項２】
請求項１の風力発電システムにおいて、
予め定めた第一の所定値と該第一の所定値よりも小さな第二の所定値を持ち、
前記第二のピッチ角制御手段は、
前記ローターの回転速度が、前記風力発電システムの発電運転可能な前記ローターの回転速度の上限値よりも小さく、第一の所定値よりも大きい場合に、ピッチ角を所定の値に固定し、
前記ローターの回転速度が、前記風力発電システムの発電運転可能な前記ローターの回転速度の下限値よりも大きく、第二の所定値よりも小さい場合に、ピッチ角を最大角とすることを特徴とする風力発電システム。
【請求項３】
請求項１の風力発電システムにおいて、
前記第二のピッチ角制御手段は、前記ローターの回転速度の目標値を、前記風力発電システムの発電運転可能な回転速度範囲内の一定値とする制御手段であることを特徴とする風力発電システム。
【請求項４】
請求項１の風力発電システムにおいて、
前記異常検出手段は、前記電力系統の電圧振幅値が予め定めた範囲よりも大きいこと、もしくは小さいことを検出することを特徴とする風力発電システム。
【請求項５】
請求項１の風力発電システムにおいて、
前記異常検出手段は、前記ウィンドファームを構成する複数の風力発電機間の相関関係を算出することにより、電圧振幅値の異常を検出することを特徴とする風力発電システム。
【請求項６】
請求項１の風力発電システムにおいて、
前記異常検出手段は、ウィンドファームを構成する複数の風力発電機間における電圧変動周波数の変動に関する相関関係を算出することにより、風力発電機間の同期化現象による電圧振幅値の異常を検出することを特徴とする風力発電システム。
【請求項７】
請求項５、又は６の風力発電システムにおいて、
前記風力発電機間の相関係数が高い順に演算装置によってソーティングして、ピッチ角指令を送信する候補をリスト化し、主記憶装置へ記憶するウィンドファーム監視装置を備えたことを特徴とする風力発電システム。
【請求項８】
請求項１の風力発電システムにおいて、
前記ウィンドファームを監視するウィンドファーム監視装置を備え、取得した風車端電圧が該ウィンドファーム監視装置に到着した時刻と、風車端電圧を測定した時刻のずれについて、逐次比較し、大きな変動がある場合には、取得した風車端電圧値を破棄することを特徴とする風力発電システム。
【請求項９】
請求項１の風力発電システムにおいて、
前記ウィンドファームを監視するウィンドファーム監視装置を備え、
該ウィンドファーム監視装置は、
連系点における時刻と電圧の時系列データをフーリエ変換することによりパワースペクトルを作成し、前記連系点における電圧変動周期が２Ｈｚ付近であり、かつ電圧変動幅がＶ制約を逸脱していた場合には、各風力発電機から時刻と風車端電圧と、風力発電機を特定するための機種ＩＤとウィンドファームを特定するためのウィンドファームＩＤを通信網を介して取得する手段を備え、各風力発電機間の同期化の程度を把握するために、各風力発電機間の相関係数を算出を実行し、相関係数の算出方法が、
機種ＩＤがｍの平均値ｕ＿ｍ＝ΣＶ＿ｍ（ｔ）
機種ＩＤがｎの平均値ｕ＿ｎ＝ΣＶ＿ｎ（ｔ）
相関係数＝Σ（Ｖ＿ｍ（ｔ）−ｕ＿ｍ）＊（Ｖ＿ｎ（ｔ）−ｕ＿ｎ）
であることを特徴とする風力発電システム。
【請求項１０】
請求項１において、
前記ウィンドファームを監視するウィンドファーム監視装置を備え、
該ウィンドファーム監視装置は、
風力発電機間の相関係数が高い順に演算装置によってソーティングして、ピッチ角指令を送信する候補をリスト化し、記憶装置へ記憶することを特徴とする風力発電システム。
【請求項１１】
請求項１０の風力発電システムにおいて、
各風力発電機のＰ，Ｑを探索し、
予め風力発電機間の相関係数が高い順に前記演算装置によってソーティングして、ピッチ角指令を送信する候補をリスト化し、前記記憶装置へ記憶した結果のうち、上位の風力発電機を選択することを特徴とする風力発電システム。
【請求項１２】
請求項１１の風力発電システムにおいて、
前記記憶装置へ記憶した結果のうち、上位の３０％の風力発電機を選択することを特徴とする風力発電システム。
【請求項１３】
請求項１において、
前記ウィンドファームを監視するウィンドファーム監視装置を備え、
該ウィンドファーム監視装置は、
連系点におけるＰ，Ｑ，Ｖ制約に対する逸脱分を補正するために各風力発電機のＰ，Ｑの逐次潮流計算を実行することで最適化計算を行う手段を備え、以下の最適化計算の目的関数を用いたことを特徴とする風力発電システム。
最適化計算の目的関数＝ΔＰ×ΔＰ＋ΔＱ×ΔＱ＋ΔＶ×ΔＶ
【請求項１４】
請求項１３の風力発電システムにおいて、前記最適化計算は、モンテカルロ＋ローカルサーチ，遺伝的アルゴリズム，ＰＳＯ，タブサーチなどの手段であることを特徴とする風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力発電システムに関し、特に風力発電で発電した電力品質を安定させるために複数の風力発電装置を制御する風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電とは、風の運動エネルギーを風車またはプロペラによって回転という運動エネルギーに変換し、回転を増速機等で増速させてから発電機を動かすことで電気エネルギーに変える発電方式である。
【０００３】
近年、風力発電システムは、再生可能エネルギーとして世界中で導入が進められており、ここ数年は、大量生産と技術進歩による風力発電設備のコスト低下や設置のための補助金などの導入支援策などにより、年平均約３０％の成長率で推移し、自然エネルギー利用発電システムの中でも太陽光発電と並んで急速に成長している。
【０００４】
風力発電設備を設置する上では、風速が一定レベルまで確保できること、すなわち風況が良いことに加えて、ブレードやタワーといった風力発電設備の資材を運ぶための道路が存在すること、風力発電設備からの電力を送り出すための送電線が必要になってくる。
【０００５】
風力発電の一般的な方法として、風の強い一定の条件を満たす場所に風車を複数並べて導入することでウィンドファームとなる。一般に風力発電設備は電源としてみた場合に、出力変動が著しいなど従来の電源とは大きく特徴が異なる特性を有している。また、用地確保資金、風況のよい場所を鑑みた場合に、弱い系統に対して連系することになるため、風力発電は分散型電源の中でも特に系統への影響が懸念されている電源である。このため、ウィンドファームにより個々の風力発電機の出力変動を平準化する可能性があるが現状では技術的課題も多い〔非特許文献１〕。
【０００６】
具体的には、風力発電機の大量導入に伴う電力系統への影響が懸念されており、風力発電機の異常に伴う電圧低下等の事故を回避する必要がある。一方風力発電機は、風況のよい山岳地帯や海岸沿いの地域に導入されることが多く、遠隔地となる。このため、遠隔地にある風力発電機の異常を検出し、電力系統への波及を抑える必要がある。
【０００７】
このため、〔特許文献１〕には風力・太陽光発電装置等の分散型電源が多数並列されている電力系統にて系統事故が発生した場合に、分散型電源用転送遮断システムが分散型電源から異常データを取得後、遠隔操作によって送電を遮断すると共に分散型電源の転送遮断により電力系統から解列することで単独運転を回避する、という技術が開示されている。
【０００８】
一方、ウィンドファームのように多数の風力発電機が連系されているような条件下において、風車間の“同期化現象”が発生することが報告されている。この報告によると、タワーシャドー効果により生じる１Ｈｚオーダーの電圧変動が、風車台数がＮ台のときに、電圧変動幅が最悪で３Ｎ倍に増幅するとの報告が存在する〔非特許文献１〕〔非特許文献２〕）。
【０００９】
このため、今後ますます大型化、多数連系化が加速化するウィンドファームにあっては、同期化現象が発生するリスクが高まり、電力系統側からの電圧低下時の運転連続が困難となることが問題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１９８４４６号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ＥＮＥＲＧＹ  ２００４−８  Ｐ７４−７７  特集  系統連系と配電技術  ウィンドファームとその系統影響  風力発電を「普通の電源」にちかづけられるか
【非特許文献２】電気学会論文誌Ｂ  Ｖol.１２４，Ｎo.９，２００４「ウィンドファームにおける風力発電機の同期化現象の理論的検討」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明において解決しようとする課題は、多数配置される風力発電機の電圧変動を抑える風力発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を達成するために、本発明はウィンドファームを構成する複数の風力発電機を備えた風力発電システムにおいて、ピッチ角を変化可能なブレードと、該ブレードと機械的に接続されたローターと、該ローターによって駆動される発電機と、該発電機に電気的に接続され、前記発電機から電力系統へ出力される電力を制御する電力変換器と、前記ピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、前記電力系統もしくは前記風力発電システムの異常状態を検出する異常検出手段と、該異常検出手段が異常を検出しないときの第一のピッチ角制御手段と、前記異常検出手段が異常を検出したときの第二のピッチ角制御手段とを備え、前記第二のピッチ角制御手段は、前記ローターの回転速度を前記風力発電システムの発電運転可能な回転速度に保つことを特徴とするものである。
【００１４】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、予め定めた第一の所定値と該第一の所定値よりも小さな第二の所定値を持ち、前記第二のピッチ角制御手段は、前記ローターの回転速度が、前記風力発電システムの発電運転可能な前記ローターの回転速度の上限値よりも小さく、第一の所定値よりも大きい場合に、ピッチ角を所定の値に固定し、前記ローターの回転速度が、前記風力発電システムの発電運転可能な前記ローターの回転速度の下限値よりも大きく、第二の所定値よりも小さい場合に、ピッチ角を最大角とすることを特徴とするものである。
【００１５】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記第二のピッチ角制御手段は、前記ローターの回転速度の目標値を、前記風力発電システムの発電運転可能な回転速度範囲内の一定値とする制御手段であることを特徴とするもののである。
【００１６】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記異常検出手段は、前記電力系統の電圧振幅値が予め定めた範囲よりも大きいこと、もしくは小さいことを検出することを特徴とするものである。
【００１７】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記異常検出手段は、前記ウィンドファームを構成する複数の風力発電機間の相関関係を算出することにより、電圧振幅値の異常を検出することを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記異常検出手段は、ウィンドファームを構成する複数の風力発電機間における電圧変動周波数の変動に関する相関関係を算出することにより、風力発電機間の同期化現象による電圧振幅値の異常を検出することを特徴とするものである。
【００１９】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記風力発電機間の相関係数が高い順に演算装置によってソーティングして、ピッチ角指令を送信する候補をリスト化し、主記憶装置へ記憶するウィンドファーム監視装置を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記ウィンドファームを監視するウィンドファーム監視装置を備え、取得した風車端電圧が該ウィンドファーム監視装置に到着した時刻と、風車端電圧を測定した時刻のずれについて、逐次比較し、大きな変動がある場合には、取得した風車端電圧値を破棄することを特徴とするものである。
【００２１】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記ウィンドファームを監視するウィンドファーム監視装置を備え、該ウィンドファーム監視装置は、連系点における時刻と電圧の時系列データをフーリエ変換することによりパワースペクトルを作成し、前記連系点における電圧変動周期が２Ｈｚ付近であり、かつ電圧変動幅がＶ制約を逸脱していた場合には、各風力発電機から時刻と風車端電圧と、風力発電機を特定するための機種ＩＤとウィンドファームを特定するためのウィンドファームＩＤを通信網を介して取得する手段を備え、各風力発電機間の同期化の程度を把握するために、各風力発電機間の相関係数を算出を実行し、相関係数の算出方法が、
機種ＩＤがｍの平均値ｕ＿ｍ＝ΣＶ＿ｍ（ｔ）
機種ＩＤがｎの平均値ｕ＿ｎ＝ΣＶ＿ｎ（ｔ）
相関係数＝Σ（Ｖ＿ｍ（ｔ）−ｕ＿ｍ）＊（Ｖ＿ｎ（ｔ）−ｕ＿ｎ）
であることを特徴とするものである。
【００２２】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記ウィンドファームを監視するウィンドファーム監視装置を備え、該ウィンドファーム監視装置は、風力発電機間の相関係数が高い順に演算装置によってソーティングして、ピッチ角指令を送信する候補をリスト化し、記憶装置へ記憶することを特徴とするものである。
【００２３】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、各風力発電機のＰ，Ｑを探索し、予め風力発電機間の相関係数が高い順に前記演算装置によってソーティングして、ピッチ角指令を送信する候補をリスト化し、前記記憶装置へ記憶した結果のうち、上位の風力発電機を選択することを特徴とするものである。
【００２４】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記記憶装置へ記憶した結果のうち、上位の３０％の風力発電機を選択することを特徴とするものである。
【００２５】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記ウィンドファームを監視するウィンドファーム監視装置を備え、該ウィンドファーム監視装置は、連系点におけるＰ，Ｑ，Ｖ制約に対する逸脱分を補正するために各風力発電機のＰ，Ｑの逐次潮流計算を実行することで最適化計算を行う手段を備え、以下の最適化計算の目的関数を用いたことを特徴とする風力発電システム。
【００２６】
最適化計算の目的関数＝ΔＰ×ΔＰ＋ΔＱ×ΔＱ＋ΔＶ×ΔＶ
更に、本発明は風力発電システムにおいて、前記最適化計算は、モンテカルロ＋ローカルサーチ，遺伝的アルゴリズム，ＰＳＯ，タブサーチなどの手段であることを特徴とするものである。
【００２７】
更に、本発明は風力発電システムにおいて、電力系統の電圧が異常値であるときに、ウィンドファームを構成している複数の風力発電システム間における電圧変動の相関を算出し、同期化現象が発生しているかどうかの判定を行うことにより、同期化現象に寄与している風力発電システムに対して、前記ブレードのピッチ角を変更することで前記ローターの回転速度を一定範囲内に制御し、かつ前記発電機側変換器が同期発電機への無効電力を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、ウィンドファーム特有の同期化現象に対して、電力系統の電圧変動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明におけるウィンドファーム構成。
【図２】タワーシャドー効果の説明図。
【図３】電圧フリッカを計算するためのモデル。
【図４】タワーシャドー効果による系統電圧の変動。
【図５】ウィンドファーム監視装置における風車端電圧の取得フロー。
【図６】ウィンドファーム監視装置におけるピッチ角指令値の送信フロー。
【図７】ウィンドファーム監視装置における動作周期。
【図８】ウィンドファーム監視装置のハードウェア構成。
【図９】ウィンドファーム監視装置の処理フロー。
【図１０】連系点設定ＤＢのデータ構造。
【図１１】タワーシャドー効果判定設定ＤＢのデータ構造。
【図１２】風速−ピッチ角−Ｐ  ＤＢのデータ構造。
【図１３】風力発電機の回転角度を計算する処理。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明における実施例について説明する。
【００３１】
図１は、本発明におけるウィンドファーム構成を示している。風力発電機１００は、ブレード，タワー，ナセルなどの風車や風車を支える建造物、および風車の回転エネルギーを電気エネルギーへ変換するための発電機から構成されている。これらの風力発電機は、送電線１０２によって連結されて、電力会社の送電網である連系点１０４につながり、風力発電機により発電された電力がウィンドファームから電力会社へ提供されることになる。ウィンドファーム監視装置１１０は、各風力発電機と通信網を介して接続しており、個々の風力発電機の風車端電圧，発電電力、を計測した情報をウィンドファーム監視装置１１０で監視することが可能となる。さらには、連系点における電圧，電力、についても測定した結果をウィンドファーム監視装置１１０が収集し、ウィンドファームの出力が、電力会社との契約条件にあっているかどうかを確認する。
【００３２】
図２は、タワーシャドー効果について説明した図である。タワーシャドー効果は、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ２０２が、風車のブレードがタワーに重なる位置に来ることによって風を受ける力が弱くなり（２０６）、有効電力Ｐ，無効電力Ｑ２０４が変化する。
【００３３】
この有効電力Ｐの時間的な変化を示す（グラフ２０８）。この現象によって、風車端電圧Ｖは周期的に変動する（グラフ２１０）。この現象はブレードを備え持つの風力発電機に固有の現象である。
【００３４】
図３は、電圧フリッカを計算するための数式モデル（数１）（数２）を示している。電圧フリッカは、周期的な電圧変動が、人間がちらつきとして感じやすい電圧変動周波数（約１０Ｈｚ）付近で電圧変動の影響が最も大きいようにちらつき視感度特性ａn（数２）という補正項を用いることで、人間の主観に対して及ぼす影響を数値化するためのモデルであり、ΔＶ１０（数１）と呼ばれている。
【００３５】
図４は、各風力発電機によるタワーシャドー効果が系統電圧４０８に対して引き起こす変動の様子を示している。前述の〔非特許文献１〕によると、誘導発電機の場合、系統からの電力を用いて、風力発電機内の回転子の励磁を行うが、この系統からの電力の変動が元となって、誘導発電機同士の回転周期がタワーシャドー効果の周期と一致することで発電端電圧４０２，４０４，４０６の変動周期が風力発電機同士で一致する。このとき系統側の電圧変動４０８は、個々の風力発電機４１２，４１４，４１６の電圧変動の３Ｎ倍になることを示している。
【００３６】
図５は、ウィンドファームにおけるタワーエフェクト効果が引き起こす同期化現象を抑制するための動作を示している。まず、ウィンドファーム監視装置は、各風力発電機から時刻と風車端電圧をそれぞれ周期的に取得する。これら時刻と風車端電圧の取得周期は、タワーエフェクト効果が１〜数Ｈｚで発生することを想定し、設計上０.２秒とする。取得した風車端電圧がウィンドファーム監視装置に到着した時刻と、風車端電圧を測定した時刻のずれについては、逐次追跡しておき、大きな変動がある場合には、取得した風車端電圧値を破棄する。この処理により、後の処理でピッチ角制御を行うときに想定している遅れ以上の制御が実行されないようにすることが可能となる。この処理によって、不要な風力発電機出力の低下を抑制することが可能となる。
【００３７】
図６は、ウィンドファーム監視装置が、各風力発電機に対して通信網を介してピッチ角指令値を送信することで風車の回転速度を上昇もしくは低下させることによって、各風力発電機がもつタワーシャドー効果の位相をずらすことによって系統電圧４０８が平準化されていることを示している。
【００３８】
具体的には風力発電機４１２の風車端電圧を基準として、風力発電機４１４のピッチ角を調整し回転速度を速めて、風力発電機４１４の風車端電圧の位相を進めて、かつ、風力発電機４１６のピッチ角を調整し、回転速度を低下させて風車端電圧の位相を遅らせることで系統電圧４０８を平準化している。
【００３９】
図７は、ウィンドファーム監視装置の周期的な制御の動作が継続的に実施されることを示している。
【００４０】
ウィンドファーム監視装置における処理構成，処理フローについては、以降の図を用いて説明する。
【００４１】
図８は、ウィンドファーム監視装置のハードウェア構成を示している。ウィンドファーム監視装置は、ＣＰＵなどの演算装置５０２，ＤＲＡＭなどの主記憶装置５０４，制御装置５０６，ウィンドファーム監視装置内の各種装置間で情報のやり取りを行うためのバス５１０，各風力発電機と通信を行うためのＬＡＮインタフェースなどの通信装置５０８、および補助記憶装置中に、連系点設定ＤＢ５１２，ピッチ角−Ｐ−回転速度ＤＢ５１４，タワーシャドー効果判定設定ＤＢ５１６を備え持つ。
【００４２】
図９は、ウィンドファーム監視装置の処理フローを示している。ウィンドファーム監視装置は、連系点設定ＤＢから連系点におけるＰ，Ｑ，Ｖ制約を取得する（Ｓ１００）。これらの制約は、電力会社とウィンドファーム運営会社との間の契約により決定する制約であるため、ウィンドファーム運営会社により設定する値である。これらの設定における基準としては、風車で発電した余剰電力を電力会社へ売電する場合、連系したことにより既存電力の品質，信頼性，保安等に影響を与え、他の電力使用者が従来の電力を使用できなくなることを避けるため、風力発電機の設置側が技術的に適切な措置を施しておく必要がある。系統連系を行う場合の技術的要件の基準として「系統連系技術要件ガイドライン」が定められている場合は、通常、ガイドラインの解説を民間の技術指針として「分散型電源系統連系技術指針」が発刊されている。
【００４３】
次に、ウィンドファーム監視装置は、連系点における時刻と電圧を、通信網を介して取得する（Ｓ１０１）。さらにウィンドファーム監視装置は連系点における時刻と電圧の時系列データをフーリエ変換することによりパワースペクトルを作成し、もしも連系点における電圧変動周期が２Ｈｚ付近であり、かつ電圧変動幅がＶ制約を逸脱しているかを判定し（Ｓ１０２）、この条件に合致していた場合は、各風力発電機から時刻と風車端電圧と、風力発電機を特定するための機種ＩＤとウィンドファームを特定するためのウィンドファームＩＤを通信網を介して取得する（Ｓ１０３）。その後に、各風力発電機間の同期化の程度を把握するために、各風力発電機間の相関係数を算出する（Ｓ１０４）。相関係数の算出方法は、
機種ＩＤがｍの平均値ｕ＿ｍ＝ΣＶ＿ｍ（ｔ）
機種ＩＤがｎの平均値ｕ＿ｎ＝ΣＶ＿ｎ（ｔ）
相関係数＝Σ（Ｖ＿ｍ（ｔ）−ｕ＿ｍ）＊（Ｖ＿ｎ（ｔ）−ｕ＿ｎ）
Σの範囲は、１０点とすると、０.２秒周期で電圧をサンプリングする場合には、２秒分のデータとなる。
【００４４】
次に、ウィンドファーム監視装置は、風力発電機間の相関係数が高い順に演算装置によってソーティングして、ピッチ角指令を送信する候補をリスト化し、主記憶装置へ配置する（Ｓ１０５）。
【００４５】
次に、リストアップされたピッチ角指令値候補による制御後の風力発電機のＰを元に潮流計算を行う（Ｓ１０６）。
【００４６】
次に、潮流計算による連系点におけるＰ，Ｑ，Ｖ制約に対する逸脱分をΔＰ、ΔＱ、ΔＶとする。この補正を実現するために、各風力発電機のＰ，Ｑの逐次潮流計算を実行することで最適化計算を行う（Ｓ１０７）。
【００４７】
最適化計算の目的関数＝ΔＰ×ΔＰ＋ΔＱ×ΔＱ＋ΔＶ×ΔＶ
最適化計算については、モンテカルロ＋ローカルサーチ，遺伝的アルゴリズム，ＰＳＯ，タブサーチなどの手法が適用可能である。
【００４８】
すなわち、逸脱分をペナルティとして目的関数へ導入する。このとき探索すべき変数は、各風力発電機のＰ，Ｑである。処理時間の短縮のために、予め風力発電機間の相関係数が高い順に演算装置によってソーティングして、ピッチ角指令を送信する候補をリスト化し、主記憶装置へ配置しておいた結果のうち、上位の３０％を選択することにより探索空間を限定することが可能である。上位３０％という値については、ウィンドファーム運営者が予めウィンドファーム監視装置に導入し設定するパラメタであり、設定変更が可能である。またこのパラメタ値は、連系点電圧と許容できる電圧変動幅の上限によって決めても良い。
【００４９】
もしも、潮流計算による連系点におけるＰ，Ｑ，Ｖが逸脱しない各風力発電機のＰ，Ｑが決定した場合には、そのＰとなるようなピッチ角指令値をピッチ角−Ｐ−回転速度ＤＢ５１４から検索し、各風力発電機に対するピッチ角指令値を、通信網を介して送信する（Ｓ１０８）。また、逸脱する場合はステップ１０６へ戻って再度計算を行う。
【００５０】
ピッチ角指令値の決定方法については以降の図を用いて説明する。
【００５１】
図１０は、ウィンドファーム監視装置が補助記憶装置などによって備え持つ連系点設定ＤＢ５１２のデータ構造を示している。このデータ構造では、連系点における有効電力Ｐの最大値及び最小値、連系点における無効電力Ｑの最大値および最小値、連系点における電圧Ｖの最大値及び最小値をデータとして備え記憶される。これらのデータ構造の値は、ウィンドファーム監視装置を保有するウィンドファーム運営会社が、電力会社との契約条件によって設定する値であり、契約条件の更新により変更される。
【００５２】
図１１は、ウィンドファーム監視装置１１０が補助記憶装置などに備え持つタワーシャドー効果判定設定ＤＢ５１６のデータ構造を示している。風力発電機の機種ごとのタワーシャドー効果を引き起こす固有周波数を予め備え持つことにより、ウィンドファーム監視装置が、各風力発電機から電圧などのデータを取得する際のサンプリング周期を決定することが可能となる。一方、風力発電機ごとのタワーシャドー効果周波数は、風力発電機メーカからウィンドファーム運用事業者に対して納入した時には明らかでないことも考えられるので、ウィンドファーム監視装置１１０が学習機能を備えもち、タワーシャドー効果周波数を推定し、タワーシャドー効果判定設定ＤＢ５１６へ値を登録する手段を備え持つ。
【００５３】
図１２は、風速−ピッチ角−Ｐ  ＤＢ５１４のデータベース構造を示している。まず、風車のブレード面における、風の流れに対するブレードの角度であるピッチ角（度）と風速減衰率との関係を示すテーブル５５２を備え持つ。このテーブル５５２では、ピッチ角１０度近傍で最大の効率で風の流れを回転エネルギーへと変換可能であることを示している。さらに、実際の風速を風力発電機が予め備え持つ風速計からウィンドファーム監視装置１１０が取得することで、風速と出力Ｐの関係を示すパワーカーブ５５４によって、ピッチ角と出力Ｐの関係が導かれる。特定の風力発電機に対する出力Ｐの値が前述の図９に示す処理フロー中の最適化計算により決定された場合に、そのときのピッチ角を風速−ピッチ角−Ｐ  ＤＢ５１４から検索することになる。
【００５４】
図１３は風力発電機の回転角度を計算する処理を示したものであり、前述の図１２の説明のとおり、特定の風力発電機に対する出力Ｐの値が図９に示す処理フロー中の最適化計算により決定され、その後に図１２の風速−ピッチ角−Ｐ  ＤＢ５１４の処理によりピッチ角が決定されたら、風力発電機のモデル６０２に風車半径（ｍ），空気密度（kg／ｍ3），ピッチ角（度），風速（ｍ／ｓ），風力発電機出力Ｐ（Ｗ）を照会することで風力発電機の回転角速度（rod／ｓ）を求めることが出来る。そして、この回転角速度（rod／ｓ）を積分することで風力発電機の角度（rod）を予め見積もることを実現している。このような構成により、不要な風力発電機の出力抑制を低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、電力系統に接続され得る風車を用いた風力発電システムに適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  風力発電機
１０２  送電線
１０４  連系点
１０８  通信網
１１０  ウィンドファーム監視装置
２０２  タワーシャドー効果前の電力潮流
２０４  タワーシャドー効果後の電力潮流
２０６  タワーシャドー効果前後の電力潮流の変化
２０８  タワーシャドー効果による有効電力Ｐの変動
２１０  タワーシャドー効果による風車端電圧の変動
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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