(57)【要約】  廉価な、従来から使用している設備を使用して、電力系統の運用に支障ない応答性の電圧制御を提供することを目的とする。風車（２）が電力系統（１）に接続される連系点における連系点電圧（Ｖｒ）が目標値を逸脱したと判定された場合に、連系点電圧（Ｖｒ）を目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、電力系統（１）の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離させる制御量分離部（２１）と、第１制御量に基づいてスイッチング素子を制御させる風車制御装置（２２）と、第２制御量に基づいてキャパシタバンク（５）を制御させるキャパシタバンク制御装置（２３）とを具備する。
2013179470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置であって、
前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離する制御量分離手段と、
前記第１制御量に基づいて、前記スイッチング素子を制御する風車制御手段と、
前記第２制御量に基づいて、前記キャパシタバンクを制御するキャパシタバンク制御手段と
を具備する電圧制御装置。
【請求項２】
前記目標値、前記連系点電圧、前記風力発電装置から出力される前記連系点における有効電力、および所定の演算式に基づいて前記目標制御量を決定する算出手段を具備する請求項１に記載の電圧制御装置。
【請求項３】
発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置の電圧制御方法であって、
前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、
前記電圧制御装置が、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離し、前記第１制御量に基づいて前記スイッチング素子を制御し、前記第２制御量に基づいて前記キャパシタバンクを制御する
電圧制御装置の電圧制御方法。
【請求項４】
発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置の電圧制御プログラムであって、
前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離する第１処理と、
前記第１制御量に基づいて前記スイッチング素子を制御する第２処理と、
前記第２制御量に基づいて前記キャパシタバンクを制御する第３処理と
をコンピュータに実行させるための電圧制御装置の電圧制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御装置、その制御方法およびその電圧制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力系統に連系させる風力発電装置においては、風の影響により安定した電力を計画的に供給することが難しいので、系統連系規定に合致させるべく無効電力を調整し、連系点の電圧を制御している。例えば、系統連系を行う風力発電装置は、風力発電装置に備える無効電力補償能力と、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体素子を使用して風力発電装置に別途設けられる無効電力補償装置とを使用して無効電力を調整することで、電力系統の連系点における電圧制御を実施し、系統連系規定に合致させている（下記特許文献１から特許文献５参照）。
また、下記特許文献６には、電力系統に接続される連絡線である電力供給系統の抵抗値とリアクタンス等の連絡線の電気定数に基づいて、調整する無効電力を算出する技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２０８５９号公報
【特許文献２】特開２００４−３２０８６０号公報
【特許文献３】特許第４７７３９３６号公報
【特許文献４】米国特許第７，２４５，０３７号明細書
【特許文献５】米国特許第７，８０８，１２６号明細書
【特許文献６】特開２０００−７８８９６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、上記特許文献１から特許文献５の方法で用いるＩＧＢＴ等の半導体素子は高価であり、コストがかかるという問題があった。また、電力系統側の要求は、例えば「所定時間内（例えば、５分以内）に所定の許容値に入ればよい」などの条件であるため、半導体素子が有する速やかな応答性を十分に生かしきれないという問題があった。【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、廉価な、従来から使用している設備を使用して、電力系統の運用に支障ない応答性の電圧制御を提供できる電圧制御装置、その制御方法およびその電圧制御プログラム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】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置であって、前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離する制御量分離手段と、前記第１制御量に基づいて、前記スイッチング素子を制御する風車制御手段と、前記第２制御量に基づいて、前記キャパシタバンクを制御するキャパシタバンク制御手段とを具備する電圧制御装置である。【０００７】
この態様によれば、スイッチング素子により発電機を制御する風力発電装置と、風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置であって、風力発電装置が電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、連系点電圧を目標値に一致させるための無効電力の目標制御量が、連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離され、スイッチング素子は第１制御量に基づいて無効電力制御し、力率改善用に設けられるキャパシタバンクは第２制御量に基づいて無効電力制御する。【０００８】
有効電力の変動に起因する無効電力の制御は応答性を求められるが、風力発電装置の発電機の制御に用いられるスイッチング素子が用いられることにより、応答性の要求を満たすことができる。また、電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御は、「所定時間（例えば、５分）以内に許容値に入ること」など応答性は問われないので、スイッチング素子と比較して応答性は良くないが廉価であるキャパシタバンクを用いることにより、系統運用上支障がない程度の応答性で電圧制御でき、大きな制御量に対応できる。【０００９】
また、連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された段階で、連系点電圧を目標値に一致させるべく目標制御量に基づいて、スイッチング素子とキャパシタバンクとを制御して無効電力を調整させるフィードフォワード制御が行われるので、連系点電圧を速やかに目標値に追従させることができる。
さらに、キャパシタバンクは、力率改善用として従来から用いられているものであり、本発明ではキャパシタバンクを電圧制御にも使用するので、追加工事などの手間やコストを抑えることができる。【００１０】
上記電圧制御装置において、前記目標値、前記連系点電圧、前記風力発電装置から出力される前記連系点における有効電力、および所定の演算式に基づいて前記目標制御量を決定する算出手段を具備することとしてもよい。【００１１】
目標値、連系点電圧、風力発電装置から出力される有効電力、および所定の演算式によって、簡便に目標制御量を算出することができる。【００１２】
本発明の第２の態様は、発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置の電圧制御方法であって、前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、前記電圧制御装置が、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離し、前記第１制御量に基づいて前記スイッチング素子を制御し、前記第２制御量に基づいて前記キャパシタバンクを制御する電圧制御装置の電圧制御方法である。【００１３】
本発明の第３の態様は、発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置の電圧制御プログラムであって、前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離する第１処理と、前記第１制御量に基づいて前記スイッチング素子を制御する第２処理と、前記第２制御量に基づいて前記キャパシタバンクを制御する第３処理とをコンピュータに実行させるための電圧制御装置の電圧制御プログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、廉価な、従来から使用している設備を使用して、電力系統の運用に支障ない応答性の電圧制御を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る風力発電システムの概略構成を示した図である。
【図２】連系点電圧が１．０ｐｕである場合の有効電力と無効電力との関係の一例を示した図である。
【図３】連系点電圧が０．９５ｐｕである場合に、目標値１．０ｐｕに一致させるための目標制御量の一例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電圧制御装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電圧制御装置の動作フローである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る電圧制御装置、その制御方法およびその電圧制御プログラムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１には、本発明の一実施形態に係る風力発電システム（発電システム）１００の全体構成を示した図である。風力発電システム１００は、発電機を制御するスイッチング素子を有する１台の風力発電装置（以下「風車」という）２と、風車２と電力系統１との間に接続される力率改善用のキャパシタバンク５と、風車２の運転状態を制御する中央監視装置１０とを備えており、電力系統１と連系点Ｙで接続されている。
【００１８】
風力発電システム１００は、図示しない電圧計測部により連系点Ｙにおける連系点電圧Ｖｒが計測されており、連系点電圧Ｖｒの電圧値が中央監視装置１０に出力されるようになっている。また、風力発電システム１００は、図示しない電力計測部により連系点Ｙにおける電力（Ｐｎ＋ｊＱｎ）（Ｐｎ：有効電力、Ｑｎ：無効電力）が計測されており、計測された電力値が中央監視装置１０に出力されるようになっている。なお、本実施形態において、風力発電システム１は、１台の風車２を備える場合を例に挙げて説明するが、複数台の風車２を備えるウィンドファームとしてもよく、風車の台数は特に限定されない。
【００１９】
図１に示されるように、風力発電システム１００において、連系点Ｙに対し電力系統１側のインピーダンスである系統インピーダンスをｊｘとし、連系点Ｙに対し風車２側のインピーダンスをｊｘ＿ｗｆとする。また、図１においては、系統インピーダンスおよび風車２側のインピーダンスにｊに示される「ｊ」は虚数であることを意味しており、以下の演算式等で記載する場合には、系統インピーダンスはｘ、風車２側のインピーダンスはｘ＿ｗｆと示すこともある。なお、系統インピーダンスの抵抗分ＲはＶｓで代表している。
ここで、連系点Ｙにおける有効電力をＰｎ、無効電力をＱｎとし、連系点Ｙの電圧である連系点電圧をＶｒとし、母線電圧Ｖｓを基準とした場合の連系点電圧Ｖｒの位相差をθとした場合に、図１に示される風力発電システム１００により、下記（１）式の電力方程式が得られる。ここで、電力系統１および風車２側のケーブル等による抵抗、静電容量、および作用リアクタンスは無視することとする。
【００２０】
【数１】
2013179470.tif 000003
【００２１】
上記（１）式をＱｎについて解くと、以下の（２）式となる。
【数２】
2013179470.tif 000004
【００２２】
有効電力Ｐｎは、風車２の出力に依存する値で制御できない変数であり、ｘ（＝系統インピーダンス）およびＶｓ（＝母線電圧）は系統定数と仮定する。上記（２）式を解くことにより、所望の連系点電圧Ｖｒを得るための無効電力Ｑｎを、有効電力Ｐｎの変数として算出することができる。
また、無効電力Ｑｎの成分は、制御可能な無効電力と制御できない無効電力とに分けることができる。具体的には、無効電力Ｑｎは、風車２およびキャパシタバンク５によって制御可能な無効電力Ｑ＿ｒｅｇと、風車２側のインピーダンスｊｘ＿ｗｆに基づいて決定される制御できない無効電力Ｑ＿ｗｆとで構成されているので、上記（２）式は、以下の（３）式のように書き換えられる。
【００２３】
【数３】
2013179470.tif 000005
【００２４】
本実施形態においては、上記（３）式に基づいて、風車２およびキャパシタバンク５によって制御可能な無効電力Ｑ＿ｒｅｇと、風車２に基づいて決定される制御できない無効電力Ｑ＿ｗｆとで構成される無効電力Ｑｎの目標制御量を決定し、フィードフォワード制御によって連系点電圧Ｖｒを所望の値に制御する電圧制御装置２０について説明する。具体的には、風力発電システム１００は、中央監視装置１０に電圧制御装置２０を備えている。
【００２５】
図４には、中央監視装置１０に備えられる電圧制御装置２０の機能ブロック図を示している。図４に示されるように、電圧制御装置２０は、制御量分離部（制御量分離手段）２１と、風車制御装置（風車制御手段）２２と、キャパシタバンク制御装置（キャパシタバンク制御手段）２３とを備えている。
制御量分離部２１は、電圧計測部から取得した連系点電圧Ｖｒと、目標値となる連系点電圧Ｖｒ´とを比較し、連系点電圧Ｖｒが目標値Ｖｒ´を逸脱したか否かを判定する。制御量分離部２１は、連系点電圧Ｖｒが目標値Ｖｒ´を逸脱したと判定した場合に、連系点電圧Ｖｒを目標値Ｖｒ´に一致させるための無効電力Ｑｎの目標制御量を、連系点Ｙにおける有効電力Ｐｎの変動に起因する無効電力Ｑｎの制御量である第１制御量Ｑ＿ｄｅｖｉと、電力系統１の電力潮流の変化に起因する無効電力Ｑｎの制御量である第２制御量Ｑ＿ｓｈｉｆｔとに分離する。
【００２６】
以下に、制御量分離部２１が、分離する第１制御量Ｑ＿ｄｅｖｉおよび第２制御量Ｑ＿ｓｈｉｆｔの算出方法について、説明する。
制御量分離部２１は、上述した（３）式において、従来図書等で公開されている一般的な数値（例えば、系統インピーダンスｘ＝０．０６、風車側インピーダンスｘ＿ｗｆ＝０．２３、母線電圧Ｖｓ＝１．０）と、目標値となる所望の連系点電圧Ｖｒ＝１．０とを上記演算式（３）式に代入し、その結果得られる有効電力Ｐｎと無効電力Ｑｎとの関係を導出する。ここで、基準容量は、２００ＭＶＡと仮定する。また、（３）式における無効電力Ｑ＿ｗｆは風車２側インピーダンスｘ＿ｗｆに基づいて決定される値とする。
【００２７】
上記の演算に基づいて、連系点Ｙの有効電力Ｐｎ（変動値）と、そのときの無効電力Ｑｎとの関係は、図２のように示され、連系点Ｙにおける有効電力Ｐｎと無効電力Ｑｎとの関係を示すグラフを以下「Ｐ−Ｑカーブ」という。
図２のＰ−Ｑカーブにも示されるように、有効電力Ｐｎと無効電力Ｑｎとの関係は、有効電力Ｐｎが変動すると、無効電力Ｑｎも変動する関係となっている。このように、目標とする連系点電圧Ｖｒ＝１．０の場合を、最適なＰ−Ｑカーブとする。
【００２８】
また、制御量分離部２１が、連系点電圧Ｖｒが目標値Ｖｒ´＝１．０を逸脱したと判定した場合、計測された連系点出力（有効電力）Ｐｎと、計測された連系点無効電力Ｑｎとの関係に基づくＰ−Ｑカーブを導出し、最適なＰ−Ｑカーブとの差を算出する。
例えば、制御量分離部２１は、連系点電圧Ｖｒが目標値Ｖｒ´＝１．０から逸脱し、Ｖｒ＝０．９５となった場合には、取得した連系点出力（有効電力）Ｐｎおよび連系点無効電力Ｑｎのそれぞれの計測値に基づいて、図３のＡ曲線（◆印のプロット）に示すようなＰ−Ｑカーブを形成する。ここで、図３のＢ曲線（■印のプロット）は、図２で示した目標値Ｖｒ´＝１．０の場合の最適なＰ−Ｑカーブである。このように、連系点電圧Ｖｒの値に応じてＰ−Ｑカーブに差が生じる。
【００２９】
制御量分離部２１は、連系点電圧Ｖｒ＝０．９５の場合のＰ−Ｑカーブ（図３のＡ曲線）を、連系点電圧の目標値Ｖｒ´＝１．０（図３のＢ曲線）に一致させるための無効電力の制御量を目標制御量とする。
より具体的には、目標制御量を、連系点Ｙにおける有効電力Ｐｎの変動に起因する無効電力Ｑｎの制御量である第１制御量（Ｑ＿ｄｅｖｉ）と、電力系統１の電力潮流の変化に起因する無効電力Ｑｎの制御量である第２制御量（Ｑ＿ｓｈｉｆｔ）とに分離し、第１制御量と第２制御量とをそれぞれ制御することにより、目標制御量を達成する。
【００３０】
連系点Ｙにおける有効電力Ｐｎの変動に起因する第１制御量Ｑ＿ｄｅｖｉは、応答性を問われる制御量であるため、風車２の無効電力制御機能を使用することとし、具体的には、風車２側インピーダンスｊｘ＿ｗｆに基づいて算出される、上記（３）式の無効電力Ｑ＿ｗｆに相当させる。つまり、制御量分離部２１は、風車２側インピーダンスｊｘ＿ｗｆにより算出される無効電力Ｑ＿ｗｆを、第１制御量Ｑ＿ｄｅｖｉとし、風車制御装置２２に出力する。
【００３１】
また、電力系統１の電力潮流の変化に起因する第２制御量Ｑ＿ｓｈｉｆｔは、応答性が問われないので、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子と比較すると遅い応答性となるキャパシタバンク５、および風車２にて制御できる無効電力Ｑ＿ｒｅｇに相当させる。つまり、制御量分離部２１は、上記（３）式に、算出された第１制御量Ｑ＿ｄｅｖｉと、一般的な数値（系統インピーダンスｘ、母線電圧Ｖｓ）と、計測された有効電力Ｐｎと、目標値となる連系点電圧Ｖｒ＝１．０とを代入することにより、第２制御量Ｑ＿ｓｈｉｆｔを算出し、キャパシタバンク制御装置２３に出力する。
【００３２】
風車制御装置２２は、第１制御量Ｑ＿ｄｅｖｉに基づいて、風車２の発電機を制御するスイッチング素子を制御する。
キャパシタバンク制御装置２３は、第２制御量Ｑ＿ｓｈｉｆｔに基づいてキャパシタバンク５を制御する。
【００３３】
次に、本実施形態に係る風力発電システム１００の作用について、図１から図５を参照して説明する。
連系点電圧Ｖｒが検出されており（図５のステップＳＡ１）、連系点電圧Ｖｒが目標値Ｖｒ´を逸脱したか否か（電圧変動したか否か）が判定される（図５のステップＳＡ２）。連系点電圧Ｖｒが目標値Ｖｒ´を逸脱していないと判定された場合には、ステップＳＡ１に戻り、連系点電圧Ｖｒの検出を継続し、監視を続ける（図５のステップＳＡ２のＮｏ）。連系点電圧Ｖｒが目標値Ｖｒ´を逸脱していると判定された場合には、目標値となる所望の連系点電圧Ｖｒ´と、検出された連系点電圧Ｖｒとに基づいて決定されるＰ−Ｑカーブが比較される。比較の結果、連系点電圧Ｖｒを目標値とする所望の連系点電圧Ｖｒ´に一致させるための無効電力の目標制御量を、第１制御量と第２制御量とに分離させ、第１制御量は風車制御装置２３に送信させ、第２制御量はキャパシタバンク制御装置２２に送信させる（図５のステップＳＡ３）。
【００３４】
連系点電圧Ｖｒが、目標値となる所望の連系点電圧Ｖｒ´と比較され、連系点電圧Ｖｒと所望連系点電圧Ｖｒ´との偏差の有無が判定される（図５のステップＳＡ４）。連系点電圧Ｖｒと所望連系点電圧Ｖｒ´との偏差がない場合には本処理が終了され（図５のステップＳＡ４のＹｅｓ）、連系点電圧Ｖｒと所望連系点電圧Ｖｒ´との偏差がある場合には、ステップＳＡ３を繰り返す（図５のステップＳＡ４のＮｏ）。
【００３５】
上述した実施形態に係る電圧制御装置２０においては、上記処理の全て或いは一部を別途ソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。この場合、電圧制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の主記憶装置、及び上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、ＣＰＵが上記記憶媒体に記録されているプログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述の電圧制御装置２０と同様の処理を実現させる。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００３６】
以上説明してきたように、本実施形態に係る電圧制御装置２０、その制御方法およびその電圧制御プログラムによれば、風車２が電力系統１に接続される連系点Ｙにおける連系点電圧Ｖｒが目標値を逸脱したと判定された場合に、連系点電圧Ｖｒを目標値に一致させるための無効電力の目標制御量が、連系点Ｙにおける有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、電力系統１の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離され、スイッチング素子は第１制御量に基づいて無効電力制御し、力率改善用に設けられるキャパシタバンクは第２制御量に基づいて無効電力制御する。
【００３７】
有効電力の変動に起因する無効電力の制御は応答性を求められるが、風車２の発電機の制御に用いられるスイッチング素子が使用されるので、応答性の要求を満たすことができる。また、電力系統１の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御は、「所定時間（例えば、５分）以内に許容値に入ること」など、応答性は問われないので、スイッチング素子と比較して応答性は良くないが廉価とされているキャパシタバンク５を用いることにより、系統運用上支障がない程度の電圧制御応答性が期待できる。また、キャパシタバンク５を用いることにより大きな容量の無効電力を供給できるので、図３のＱ＿ｓｈｉｆｔに示されるように、大きな変動分に対応できる。
【００３８】
また、連系点電圧Ｖｒが目標値を逸脱したと判定された段階で、連系点電圧Ｖｒを目標値に一致させるべく、目標制御量に基づいてスイッチング素子とキャパシタバンク５とを制御して無効電力を調整させるフィードフォワード制御が行われるので、連系点電圧Ｖｒを速やかに目標値に追従させることができる。
さらに、キャパシタバンク５は、力率改善用として従来から用いられているものであり、本発明ではキャパシタバンク５を電圧制御にも使用するので、追加工事などの手間やコストを抑えることができる。
【００３９】
〔変形例〕
なお、本実施形態において、系統インピーダンスｊｘ、風車２側インピーダンスｊｘ＿ｗｆ、および母線電圧Ｖｓを系統定数は、従来公開されている一般的な数値を代入することで、上記（２）式および上記（３）式を扱っていたが、系統定数の値はこれに限定されない。例えば、上記（２）式において、計測された連系点電圧Ｖｒ、および計測された有効電力Ｐｎと無効電力Ｑｎとの２以上の組み合わせに基づいて、系統インピーダンスｊｘと母線電圧Ｖｓとを変数とする連立方程式を生成し、当該連立方程式を解くことにより、高い精度の系統インピーダンスｊｘおよび母線電圧Ｖｓを求め、それら系統定数の値を使用することとしてもよい。
このように、高い精度の系統インピーダンスｊｘおよび母線電圧Ｖｓが求められることにより、図２や図３で示すＰ−Ｑカーブがより高い精度の曲線で示されることとなるので、より高い精度の第２制御量Ｑ＿ｒｅｇを算出することができる。
【符号の説明】
【００４０】
２  風車
５  キャパシタバンク
１０  中央監視装置
２０  電圧制御装置
２１  制御量分離部
２２  風車制御装置
２３  キャパシタバンク制御装置
１００  風力発電システム
【図１】
2013179470.tif 000006
【図２】
2013179470.tif 000007
【図３】
2013179470.tif 000008
【図４】
2013179470.tif 000009
【図５】
2013179470.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月2日(2015.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置であって、
前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離する制御量分離手段と、
前記第１制御量に基づいて、前記スイッチング素子を制御する風車制御手段と、
前記第２制御量に基づいて、前記キャパシタバンクを制御するキャパシタバンク制御手段とを具備し、
前記制御量分離手段は、前記目標値の前記連系点電圧が得られる前記有効電力と前記無効電力との関係である第１関係を算出し、前記連系点から取得された前記有効電力と前記無効電力との関係である第２関係を算出し、前記第１関係と前記第２関係との差に基づいて、前記第１制御量と前記第２制御量とに分離する電圧制御装置。
【請求項２】
前記制御量分離手段は、前記目標値、前記連系点電圧、前記風力発電装置から出力される前記連系点における有効電力、および所定の演算式に基づいて前記目標制御量を決定する請求項１に記載の電圧制御装置。
【請求項３】
発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置の電圧制御方法であって、
前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、
前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とし、前記目標値の前記連系点電圧が得られる前記有効電力と前記無効電力との関係である第１関係を算出し、前記連系点から取得された前記有効電力と前記無効電力との関係である第２関係を算出し、前記第１関係と前記第２関係との差に基づいて、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を前記第１制御量と前記第２制御量とに分離し、前記第１制御量に基づいて前記スイッチング素子を制御し、前記第２制御量に基づいて前記キャパシタバンクを制御する電圧制御装置の電圧制御方法。
【請求項４】
発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置の電圧制御プログラムであって、
前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とし、前記目標値の前記連系点電圧が得られる前記有効電力と前記無効電力との関係である第１関係を算出し、前記連系点から取得された前記有効電力と前記無効電力との関係である第２関係を算出し、前記第１関係と前記第２関係との差に基づいて、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、前記第１制御量と前記第２制御量とに分離する第１処理と、
前記第１制御量に基づいて前記スイッチング素子を制御する第２処理と、
前記第２制御量に基づいて前記キャパシタバンクを制御する第３処理と
をコンピュータに実行させるための電圧制御装置の電圧制御プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置であって、前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とに分離する制御量分離手段と、前記第１制御量に基づいて、前記スイッチング素子を制御する風車制御手段と、前記第２制御量に基づいて、前記キャパシタバンクを制御するキャパシタバンク制御手段とを具備し、前記制御量分離手段は、前記目標値の前記連系点電圧が得られる前記有効電力と前記無効電力との関係である第１関係を算出し、前記連系点から取得された前記有効電力と前記無効電力との関係である第２関係を算出し、前記第１関係と前記第２関係との差に基づいて、前記第１制御量と前記第２制御量とに分離する電圧制御装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記電圧制御装置の前記制御量分離手段は、前記目標値、前記連系点電圧、前記風力発電装置から出力される前記連系点における有効電力、および所定の演算式に基づいて前記目標制御量を決定してもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の第２の態様は、発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置の電圧制御方法であって、前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とし、前記目標値の前記連系点電圧が得られる前記有効電力と前記無効電力との関係である第１関係を算出し、前記連系点から取得された前記有効電力と前記無効電力との関係である第２関係を算出し、前記第１関係と前記第２関係との差に基づいて、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を前記第１制御量と前記第２制御量とに分離し、前記第１制御量に基づいて前記スイッチング素子を制御し、前記第２制御量に基づいて前記キャパシタバンクを制御する電圧制御装置の電圧制御方法である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の第３の態様は、発電機を制御するスイッチング素子を有する風力発電装置と、前記風力発電装置と電力系統との間に設けられる力率改善用のキャパシタバンクとを備える発電システムに適用される電圧制御装置の電圧制御プログラムであって、前記風力発電装置が前記電力系統に接続される連系点における連系点電圧が目標値を逸脱したと判定された場合に、前記連系点における有効電力の変動に起因する無効電力の制御量である第１制御量と、前記電力系統の電力潮流の変化に起因する無効電力の制御量である第２制御量とし、前記目標値の前記連系点電圧が得られる前記有効電力と前記無効電力との関係である第１関係を算出し、前記連系点から取得された前記有効電力と前記無効電力との関係である第２関係を算出し、前記第１関係と前記第２関係との差に基づいて、前記連系点電圧を前記目標値に一致させるための無効電力の目標制御量を、前記第１制御量と前記第２制御量とに分離する第１処理と、前記第１制御量に基づいて前記スイッチング素子を制御する第２処理と、前記第２制御量に基づいて前記キャパシタバンクを制御する第３処理とをコンピュータに実行させるための電圧制御装置の電圧制御プログラムである。
【国際調査報告】
2013179470.tif 000011
2013179470.tif 000012
2013179470.tif 000013
2013179470.tif 000014