(57)【要約】  風力発電機１の実発電量を表す瞬時応答要素を検出し、瞬時応答要素の変動に応じて充放電制御部１４が蓄電池４の充放電を制御する。さらに、パターン情報選択部１６が、瞬時応答要素の変化量に基づいて、瞬時応答要素の変動に応じた充放電制御用に割り当てる制御領域を複数パターンの中から１つ選択して充放電制御部１４の充放電制御に適用させる。これにより、風況によって変動する風力発電機１の実発電量に合わせて、過不足の少ない適切な制御領域を蓄電池４に対して動的に割り当てることができるようにする。
2010073394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力によって駆動され電力系統へ給電するための電力を発生する風力発電機と、上記風力発電機で発電した電力の一部を充放電する蓄電池とを備えた風力発電システムにおける上記蓄電池の充放電制御装置であって、
上記風力発電機で発電した電力量の瞬時値を瞬時応答要素として逐次検出する瞬時応答検出部と、
上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量を求める変化量算出部と、
上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の変動に応じて上記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と、
上記瞬時応答要素の変動に応じた上記蓄電池の充放電の制御用に割り当てる上記蓄電池の容量を表す瞬時応答制御領域に関する複数種類のパターン情報を記憶するパターン情報記憶部と、
上記変化量算出部により求められた上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に基づいて、上記パターン情報記憶部に記憶されている複数種類のパターン情報の中から１つを選択して上記充放電制御部による上記蓄電池の充放電の制御に適用させるパターン情報選択部とを備えたことを特徴とする蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
【請求項２】
上記充放電制御部は、上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の目標電力量に対する差分を打ち消すように上記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
【請求項３】
上記パターン情報選択部は、上記変化量の値の範囲と上記パターン情報記憶部に記憶されているパターン情報との対応関係を表すテーブル情報を備え、上記変化量検出部により検出された上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量の絶対値が、ある値の範囲に所定時間以上継続して該当することを検出した場合に、当該範囲に対応付けられているパターン情報に選択を切り替えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
【請求項４】
上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素に対して一次遅れ処理を施すことにより、上記風力発電機で発電した電力量の一次遅れ要素を求める一次遅れ算出部を更に備え、
上記充放電制御部は、上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の変動に応じて上記蓄電池の充放電を制御するとともに、上記一次遅れ算出部により求められた上記一次遅れ要素の変動に応じて上記蓄電池の充放電を制御し、
上記パターン情報記憶部は、上記瞬時応答要素の変動に応じた上記蓄電池の充放電の制御用に割り当てる上記蓄電池の容量を表す瞬時応答制御領域と、上記一次遅れ要素の変動に応じた上記蓄電池の充放電の制御用に割り当てる上記蓄電池の容量を表す一次遅れ制御領域との組み合わせに関する複数種類のパターン情報を記憶し、
上記パターン情報選択部は、上記変化量算出部により求められた上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に基づいて、上記パターン情報記憶部に記憶されている複数種類のパターン情報の中から１つを選択して上記充放電制御部による上記蓄電池の充放電の制御に適用させることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
【請求項５】
上記充放電制御部は、上記一次遅れ算出部により求められた上記一次遅れ要素を基準電力量として、上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の上記基準電力量に対する差分を打ち消すように上記蓄電池の充放電を制御するとともに、上記一次遅れ算出部により求められた上記一次遅れ要素の目標電力量に対する差分を打ち消すように上記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
【請求項６】
上記パターン情報選択部は、上記変化量の値の範囲と上記パターン情報記憶部に記憶されているパターン情報との対応関係を表すテーブル情報を備え、上記変化量検出部により検出された上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量の絶対値が、ある値の範囲に所定時間以上継続して該当することを検出した場合に、当該範囲に対応付けられているパターン情報に選択を切り替えることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載の蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
【請求項７】
風力によって駆動され電力系統へ給電するための電力を発生する風力発電機と、
上記風力発電機で発電した電力の一部を充放電する蓄電池と、
上記蓄電池の充放電を制御する充放電制御装置とを備え、
上記充放電制御装置は、
上記風力発電機で発電した電力量の瞬時値を瞬時応答要素として逐次検出する瞬時応答検出部と、
上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量を求める変化量算出部と、
上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素に応じて上記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と、
上記瞬時応答要素に応じた上記蓄電池の充放電の制御用に割り当てる上記蓄電池の容量を表す瞬時応答制御領域に関する複数種類のパターン情報を記憶するパターン情報記憶部と、
上記変化量算出部により求められた上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に基づいて、上記パターン情報記憶部に記憶されている複数種類のパターン情報の中から１つを選択して上記充放電制御部による上記蓄電池の充放電を制御に適用させるパターン情報選択部とを備えたことを特徴とする蓄電池併設型の風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池併設型の風力発電システムおよび蓄電池の充放電制御装置に関し、特に、風力発電機に連系する系統への出力電力を風量に影響されずに安定化させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、風力発電機は自然の風を受けて発電するので、出力電力が風速の変動に大きく影響される。風力発電機で発電した電力を電力会社の電力線（「系統」という）へ供給するために、風力発電機は系統に繋がれる（「連系する」という）が、風速変動に起因する風力発電機の出力変動は、系統に給電される電力量を時々刻々と変動させる原因となっている。【０００３】
系統では、消費される電力と同量の電力が同時に供給されなければならない。このために電力会社は、時々刻々と変化する消費電力の時間変化を予測し、それに沿って系統への給電計画を立てる。この給電計画の実現を容易ならしめるために、不安定で出力が一定しない電力が系統に流れ込むことは許されない。そのため、風力発電機を系統に連系させる風力発電システムを導入する場合には、系統への出力電力の変動を抑制することが必須となる。【０００４】
従来、系統への出力電力の変動を抑制するために、蓄電池併設型の風力発電機が提案されている。蓄電池併設型の風力発電機は、風力発電機で発電した電力の一部を蓄電に回して充放電を制御することで、風量に影響されずにほぼ一定の電力を系統に供給できるようにしたものである。このうち、一定にしたい目標電力量に対する風力発電機による発電量の変動を打ち消すように蓄電池を充放電し、風力発電機の発電量と蓄電池の充放電量とを合成した電力を系統に供給することで、系統から見た風力発電機の出力電力の変動を抑制するものが存在する（例えば、特許文献１〜３参照）。【０００５】
また、風況を予測して風力発電機の出力電力を平滑化するようにした風力発電システムも提案されている（例えば、特許文献４，５参照）。この特許文献４，５に記載の風力発電システムでは、風力発電機の出力電力から近未来の発電量を演算により予測して、その予測発電量を基準（目標）として蓄電池の充放電を制御する。すなわち、予測発電量より風力発電機の発電量が多いときにはその超過分を蓄電池に充電する一方、予測発電量より発電量が少ないときにはその不足分を蓄電池から放電し、風力発電機の発電量と蓄電池の充放電量とを合成することで、出力電力量の軌跡が平滑化されたカーブを描くように風力発電機の出力電力の変動を抑制している。
【特許文献１】特開平１１−２９９１０６号公報
【特許文献２】特開２０００−３０８３７０号公報
【特許文献３】特開２００３−３３３７５２号公報
【特許文献４】特開２００４−２８９８９６号公報
【特許文献５】特開２００４−３０１１１６号公報
【発明の開示】
【０００６】
以上のように、風力発電機に蓄電池を併設し、蓄電池の充放電を制御することによって系統への出力電力を平滑化するシステムでは、風況に応じて時々刻々と変動する風力発電機の発電量に合わせて蓄電池の充放電を制御している。具体的には、特許文献１〜５のように、目標電力量に対する風力発電機の出力電力の変動を打ち消すように、蓄電池全体で充放電の制御を行っている。この場合、蓄電池の全容量のうち、電力変動に対応した充放電制御に実際に使われている容量分を除く残りの容量（充放電残容量）のみが、系統に継続的に安定した電力を供給するために電力を蓄える容量分になる。
【０００７】
しかしながら、風力発電機で発電される電力の目標電力量に対する変動幅が未知であるから、電力系統への継続的な電力供給に使える充放電残容量を正確に把握することができない。そのため、ある程度少な目に充放電残容量を見積もる必要がある。しかも、荒天時には発電電力の変動幅が大きくなるため、この大きな変動幅を見越して、実際にはかなり少なめに充放電残容量を見積もらざるを得ない。このため、蓄電池の充放電機能を駆使してできるだけ多くの安定した電力を系統に供給する計画送電が実現できないという問題があった。  本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、風力発電機に併設された蓄電池の充放電機能を有効に発揮させて、できるだけ多くの安定した電力を計画的に系統へ供給できるようにすることを目的とする。
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明では、風力発電機で発電した電力量の瞬時値を瞬時応答要素として検出し、瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に基づいて、発電電力量の変動に応じた充放電の制御用に割り当てる蓄電池の容量を表す充放電制御領域を複数パターンの中から１つ選択して充放電制御に適用させるようにしている。
【０００９】
上記のように構成した本発明によれば、風力発電機で発電した電力量の実測値（瞬時応答要素）に基づいて充放電制御領域が割り当てられる。しかも、瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に応じて、充放電制御領域の大きさが適応的に変えられる。具体的には、瞬時応答要素の変化量が小さいときには充放電制御領域が小さくなるように、瞬時応答要素の変化量が大きいときには充放電制御領域が大きくなるように設定される。
【００１０】
これにより、瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に合わせて過不足の少ない適切な充放電制御領域を蓄電池に対して動的に割り当てることができる。そして、蓄電池の全容量のうち、充放電制御領域に割り当てた容量分を除く残りの部分（ＤＣ分）を、安定した電力を計画的に系統へ供給するために利用することができるようになる。なお、蓄電池の全容量の一部を充放電制御領域に割り当てたとしても、蓄電池全体に見る蓄電機能を失うことはない。
【００１１】
ここで、瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量は、風況によって変わる。したがって、風況に応じてその時々において最大となるＤＣ分を蓄電池に設定することができる。以上により、風力発電機に併設された蓄電池の充放電機能を駆使して、風況に応じてできるだけ多くの安定した電力を計画的に系統へ供給することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態による蓄電池併設型の風力発電システムの全体構成例を示す図である。
【図２】第１の実施形態による充放電制御装置の機能構成例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態による瞬時応答要素の変動に応じた充放電制御を説明するための図である。
【図４】第１の実施形態のパターン情報記憶部が記憶する複数種類のパターン情報の一例を示す図である。
【図５】第１および第２の実施形態のパターン情報選択部が備えるテーブル情報の一例を示す図である。
【図６】第１の実施形態による充放電制御装置の動作例を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施形態による蓄電池併設型の風力発電システムの全体構成例を示す図である。
【図８】第２の実施形態による充放電制御装置の機能構成例を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態による瞬時応答要素の変動に応じた充放電制御を説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態による一次遅れ要素の変動に応じた充放電制御を説明するための図である。
【図１１】第２の実施形態のパターン情報記憶部が記憶する複数種類のパターン情報の一例を示す図である。
【図１２】第２の実施形態による充放電制御装置の動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態による蓄電池併設型の風力発電システム１０の全体構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態による風力発電システム１０は、風力発電機１、充放電制御装置２、インバータ３および蓄電池４を備えて構成されている。また、第１の実施形態による風力発電システム１０は、給電制御装置２０を介して電力会社の系統１００に連系されている。【００１４】
風力発電機１は、風力によって駆動され系統１００へ給電するための電力を発生するものである。具体的には、風力発電機１は、台座上にタワー部が築かれ、タワー部の上部にプロペラ型風車が設けられた構成となっている。プロペラ型風車の羽根（翼）部分であるブレードは、ハブを介して回転軸に取り付けられ、風を受けて回転軸と共に回転可能に構成されている。回転軸には発電機が繋がれており、当該発電機により発電された電力が電力ケーブルを介して風力発電機１の外部に出力されるように構成されている。ブレードは風を受けてその風力エネルギーを回転力に変換するもので、このブレードの回転エネルギーを電力に変換するのが発電機である。【００１５】
蓄電池４は、風力発電機１で発電した電力の一部を充放電により蓄電するものである。充放電制御装置２は、蓄電池４の充放電を制御するものである。その制御内容の詳細は、図２を用いて後述する。インバータ３は、直交流の変換処理を行うものである。具体的には、インバータ３は、充電時に充放電制御装置２から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池４に供給し、放電時に蓄電池４から供給される直流電力を交流電力に変換して充放電制御装置２に供給する。【００１６】
給電制御装置２０は、風力発電機１により発電された電力と、充放電制御装置２により蓄電池４から放電された電力とを用いて、系統１００に給電する電力を制御する。例えば、給電制御装置２０は、風力発電機１の発電量と蓄電池４の充放電量とを合成した電力を系統１００に供給するように制御する。このような制御を行うことにより、系統１００から見た風力発電機１の出力電力の変動が抑制され、系統１００に供給される電力を一定に平滑化することができる。【００１７】
図２は、本実施形態による充放電制御装置２の機能構成例を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態の充放電制御装置２は、その機能構成として、瞬時応答検出部１１、変化量算出部１３、充放電制御部１４、パターン情報記憶部１５およびパターン情報選択部１６を備えている。【００１８】
瞬時応答検出部１１は、風力発電機１で発電した電力量の瞬時値を瞬時応答要素Ｐとして逐次検出する。瞬時応答検出部１１が瞬時応答要素Ｐを検出する時間間隔であるサンプリングタイムは任意であるが、例えば数秒とする。【００１９】
図３は、瞬時応答要素Ｐの具体例を示す図である。なお、瞬時応答要素Ｐは本来サンプリングタイム毎の離散値であるが、説明を分かりやすくするために便宜上、離散値をつないだ波形として図示している。図３に示すように、瞬時応答要素Ｐは、瞬時応答検出部１１によりサンプリングタイム毎に検出される風力発電機１の実発電量を示すものであり、電力量がサンプリングタイム毎に大きく変化している。【００２０】
変化量算出部１３は、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔを求める。充放電制御部１４は、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御する。【００２１】
瞬時応答要素Ｐの変動に応じた蓄電池４の充放電制御は、例えば以下のようにして行う。すなわち、充放電制御部１４は、最終的に一定にしたい目標電力量Ｇを基準として、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの当該目標電力量Ｇに対する差分を打ち消すように蓄電池４の充放電を制御する。具体的には、図３において、目標電力量Ｇよりも瞬時応答要素Ｐの方が上回っている部分の電力量を蓄電池４に充電する一方、目標電力量Ｇよりも瞬時応答要素Ｐの方が下回っている部分の電力量を蓄電池４から放電する。【００２２】
パターン情報記憶部１５は、瞬時応答要素Ｐの変動に応じた蓄電池４の充放電の制御用（図３に示す充放電制御用）に割り当てる蓄電池４の容量を表す瞬時応答制御領域（充放電制御領域）の組み合わせに関する複数種類のパターン情報を記憶する。【００２３】
図４は、パターン情報記憶部１５が記憶する複数種類のパターン情報の一例を示す図である。図４に示す例では、３種類のパターン情報Ａ，Ｂ，Ｃを示している。パターン情報Ａは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を電力量で１ＭＷ（メガワット）相当としている。パターン情報Ｂは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を２ＭＷ相当としている。また、パターン情報Ｃは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を３ＭＷ相当としている。【００２４】
第１の実施形態において、蓄電池４は、最大で３０ＭＷの電力量を蓄電することができる容量を有しているものとする。この場合、パターン情報Ａでは蓄電池４のＤＣ分が２９ＭＷ（＝３０ＭＷ−１ＭＷ）相当となり、パターン情報Ｂでは蓄電池４のＤＣ分が２８ＭＷ（＝３０ＭＷ−２ＭＷ）相当となり、パターン情報Ｃでは蓄電池４のＤＣ分が２７ＭＷ（＝３０ＭＷ−３ＭＷ）相当となる。【００２５】
パターン情報選択部１６は、変化量算出部１３により求められた瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに基づいて、パターン情報記憶部１５に記憶されている複数種類のパターン情報の中から１つを選択し、選択したパターン情報の瞬時応答制御領域を充放電制御部１４による蓄電池４の充放電制御に適用させる。【００２６】
具体的には、パターン情報選択部１６は、変化量ｄＰ／ｄｔの値の範囲とパターン情報記憶部１５に記憶されているパターン情報との対応関係を表すテーブル情報を備えている。図５は、このテーブル情報の一例を示す図である。図５に示すテーブル情報は、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｘ（ｘは０より大きい任意の値）より小さいときはパターン情報Ａを選択し、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｘ以上でｙ（ｙはｘより大きい任意の値）より小さいときはパターン情報Ｂを選択し、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｙ以上のときはパターン情報Ｃを選択することを示している。【００２７】
パターン情報選択部１６は、初期状態では、例えばパターン情報Ａを選択している。そして、パターン情報選択部１６は、変化量算出部１３により求められた変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が、図５に示した３種類の値の範囲のうち、ある値の範囲に所定時間以上継続して該当することを検出した場合に、当該範囲に対応付けられているパターン情報に選択を切り替える。所定時間以上継続して該当することを条件としたのは、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が瞬間的にのみ大きく変わった場合にパターン情報を無闇に切り替えないようにする趣旨である。【００２８】
ここでは、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が１つの値の範囲に所定時間以上継続して属している場合にパターン情報の切り替えを行うようにしたが、上述の趣旨に沿うものであれば、これ以外の方法であっても良い。例えば、サンプリングタイム毎に計算した変化量ｄＰ／ｄｔの直近（例えば、直近１分間以内に計算した複数の変化量ｄＰ／ｄｔ）の平均値を求め、この平均値が図５に示した値の範囲のどれに属するかを判定してパターン情報の切り替えを行うようにしても良い。【００２９】
次に、以上のように構成した第１の実施形態による充放電制御装置２の動作を説明する。図６は、第１の実施形態による充放電制御装置２の動作例を示すフローチャートである。なお、図６に示すフローチャートは、サンプリングタイム毎に繰り返し行われるものである。また、図６に示すフローチャートの開始時点で、パターン情報選択部１６はパターン情報Ａを選択して充放電制御部１４に適用させているものとする。すなわち、パターン情報Ａに該当する制御領域が蓄電池４に設定されているものとする。【００３０】
図６において、まず、瞬時応答検出部１１は、風力発電機１で発電した電力量の瞬時値を瞬時応答要素Ｐとして検出する（ステップＳ１）。次に、変化量算出部１３は、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔを算出する（ステップＳ２）。そして、パターン情報選択部１６は、算出された変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が、図５に示した値の範囲のうちどれに属するかを判定し、かつ、その値の範囲に所定時間以上継続して属しているか否かを判定する（ステップＳ３）。【００３１】
ここで、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が、ある値の範囲に所定時間以上継続して属していると判断した場合、パターン情報選択部１６は、当該値の範囲に対応するパターン情報に選択を切り替える。具体的には、パターン情報選択部１６は、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が属している値の範囲に対応するパターン情報を選択し、パターン情報記憶部１５を参照して、選択したパターン情報の瞬時応答制御領域を充放電制御部１４に適用させる（ステップＳ４）。【００３２】
一方、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が、ある値の範囲に所定時間以上継続して属していないとパターン情報選択部１６にて判断した場合は、ステップＳ４の処理は行わずにステップＳ５の処理に進む。ステップＳ５において、充放電制御部１４は、ステップＳ４で設定変更された瞬時応答制御領域あるいはステップＳ４の処理が行われる前の瞬時応答制御領域の条件下で、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御する（ステップＳ５）。【００３３】
以上詳しく説明したように、第１の実施形態の充放電制御装置２によれば、瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに応じて、瞬時応答制御領域の大きさが適応的に変えられる。具体的には、瞬時応答要素Ｐの変化量ｄＰ／ｄｔが小さいときには瞬時応答制御領域が小さくなるように、瞬時応答要素Ｐの変化量ｄＰ／ｄｔが大きいときには瞬時応答制御領域が大きくなるように設定される。例えば、図３に示すように、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｙ以上の区間ではパターン情報Ｃに基づいて最も大きな瞬時応答制御領域が蓄電池４に設定され、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｘより小さい区間ではパターン情報Ａに基づいて最も小さな瞬時応答制御領域が蓄電池４に設定される。【００３４】
これにより、風況に応じて変動する瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに合わせて、過不足の少ない適切な瞬時応答制御領域を蓄電池４に対して動的に割り当てることができる。そして、蓄電池４の全容量のうち、瞬時応答制御領域に割り当てた容量分を除く残りの容量を、安定した電力を計画的に系統１００へ供給するためのＤＣ分として利用することができる。したがって、風況に応じてその時々において最大となるＤＣ分を蓄電池４に設定することができる。以上により、蓄電池４の充放電機能を駆使して（すなわち、蓄電池４に充電された電力の実利用量を極大化して）、風況に応じてできるだけ多くの安定した電力を計画的に系統１００へ供給することができるようになる。【００３５】
なお、従来のように蓄電池全体で充放電の制御を行うのではなく、蓄電池４の一部を瞬時応答制御領域として明確に区分して充放電の制御を行うことにより、蓄電池４の充放電残容量が把握しやすくなるので、発電計画や系統への給電計画を立てやすくなり、運用が簡易となる。また、ＤＣ分を多くとって充放電制御に使用する制御領域の容量を少なくすることにより、蓄電池４の寿命をできるだけ長くすることができる。【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図７は、第２の実施形態による蓄電池併設型の風力発電システム１０’の全体構成例を示す図である。この図７において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。【００３７】
図７に示すように、第２の実施形態による風力発電システム１０’は、風力発電機１、充放電制御装置２’、インバータ３および蓄電池４を備えて構成されている。また、第２の実施形態の風力発電システム１０’は、給電制御装置２０を介して電力会社の系統１００に連系されている。【００３８】
図８は、第２の実施形態による充放電制御装置２’の機能構成例を示すブロック図である。この図８において、図２に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。図８に示すように、第２の実施形態による充放電制御装置２’は、その機能構成として、瞬時応答検出部１１、一次遅れ算出部１２、変化量算出部１３、充放電制御部１４’、パターン情報記憶部１５’およびパターン情報選択部１６を備えている。【００３９】
一次遅れ算出部１２は、瞬時応答検出部１１により検出された発電電力量の瞬時応答要素Ｐに対して一次遅れ処理を施すことにより、風力発電機１で発電した電力量の一次遅れ要素Ｑを求める。一次遅れ算出部１２は、例えばＣＲ積分回路によるローパスフィルタにより構成される。瞬時応答要素Ｐに対して一次遅れ処理を施すことにより、急激に変化する成分を除去して発電量の大まかな変動傾向を表すアウトラインを求めることができる。【００４０】
図９は、瞬時応答要素Ｐおよび一次遅れ要素Ｑの具体例を示す図である。なお、瞬時応答要素Ｐおよび一次遅れ要素Ｑは何れも本来はサンプリングタイム毎の離散値であるが、説明を分かりやすくするために便宜上、離散値をつないだ波形として図示している。図９に示すように、瞬時応答要素Ｐは、瞬時応答検出部１１によりサンプリングタイム毎に検出される風力発電機１の実発電量を示すものであり、電力量がサンプリングタイム毎に大きく変化している。これに対して一次遅れ要素Ｑは、風力発電機１による実発電量の大まかな変動傾向を表すアウトライン曲線となっている。【００４１】
充放電制御部１４’は、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御するとともに、一次遅れ算出部１２により求められた一次遅れ要素Ｑの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御する。【００４２】
瞬時応答要素Ｐの変動に応じた蓄電池４の充放電制御は、例えば以下のようにして行う。すなわち、充放電制御部１４’は、一次遅れ算出部１２により求められた一次遅れ要素Ｑを基準電力量として、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの当該基準電力量に対する差分を打ち消すように蓄電池４の充放電を制御する。具体的には、図９において、充放電制御部１４’は、一次遅れ要素Ｑよりも瞬時応答要素Ｐの方が上回っている部分の電力量を蓄電池４に充電する一方、一次遅れ要素Ｑよりも瞬時応答要素Ｐの方が下回っている部分の電力量を蓄電池４から放電する。【００４３】
また、一次遅れ要素Ｑの変動に応じた蓄電池４の充放電制御は、例えば以下のようにして行う。すなわち、充放電制御部１４’は、最終的に一定にしたい目標電力量Ｇを基準として、一次遅れ算出部１２により求められた一次遅れ要素Ｑの目標電力量Ｇに対する差分を打ち消すように蓄電池４の充放電を制御する。図１０は、この充放電制御を説明するための図である。図１０において、充放電制御部１４’は、一定の目標電力量Ｇよりも一次遅れ要素Ｑの方が上回っている部分の電力量を蓄電池４に充電する一方、目標電力量Ｇよりも一次遅れ要素Ｑの方が下回っている部分の電力量を蓄電池４から放電する。【００４４】
以上のように、風力発電機１の実発電量である瞬時応答要素Ｐから一次遅れ要素Ｑを演算により求め、その一次遅れ要素Ｑを基準として瞬時応答要素Ｐとの差分を相殺するように蓄電池４の充放電を制御すれば、この制御によって平滑化された電力量（一次遅れ要素Ｑに相当）が、最終目標である一定の目標電力量Ｇに対する変動分となる。この場合、目標電力量Ｇに対する一次遅れ要素Ｑの変動幅は、目標電力量Ｇに対する瞬時応答要素Ｐの変動幅よりも小さくなる。また、一次遅れ要素Ｑに対する瞬時応答要素Ｐの変動幅も、目標電力量Ｇに対する瞬時応答要素Ｐの変動幅よりも小さくなる。【００４５】
パターン情報記憶部１５’は、瞬時応答要素Ｐの変動に応じた蓄電池４の充放電の制御用（図９に示す充放電制御用）に割り当てる蓄電池４の容量を表す瞬時応答制御領域と、一次遅れ要素Ｑの変動に応じた蓄電池４の充放電の制御用（図１０に示す充放電制御用）に割り当てる蓄電池４の容量を表す一次遅れ制御領域との組み合わせに関する複数種類のパターン情報を記憶する。【００４６】
図１１は、パターン情報記憶部１５’が記憶する複数種類のパターン情報の一例を示す図である。図１１に示す例では、３種類のパターン情報Ａ，Ｂ，Ｃを示している。パターン情報Ａは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を電力量で０．５ＭＷ（メガワット）相当、一次遅れ制御領域として割り当てる容量を１ＭＷ相当としている。パターン情報Ｂは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を１ＭＷ相当、一次遅れ制御領域として割り当てる容量を２ＭＷ相当としている。また、パターン情報Ｃは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を１．５ＭＷ相当、一次遅れ制御領域として割り当てる容量を２．５ＭＷ相当としている。【００４７】
第２の実施形態において、蓄電池４は、最大で３０ＭＷの電力量を蓄電することができる容量を有しているものとする。この場合、パターン情報Ａでは蓄電池４のＤＣ分が２８．５ＭＷ（＝３０ＭＷ−（０．５ＭＷ＋１ＭＷ））相当となり、パターン情報Ｂでは蓄電池４のＤＣ分が２７ＭＷ（＝３０ＭＷ−（１ＭＷ＋２ＭＷ））相当となり、パターン情報Ｃでは蓄電池４のＤＣ分が２６ＭＷ（＝３０ＭＷ−（１．５ＭＷ＋２．５ＭＷ））相当となる。【００４８】
パターン情報選択部１６は、変化量算出部１３により求められた瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに基づいて、パターン情報記憶部１５に記憶されている複数種類のパターン情報の中から１つを選択し、選択したパターン情報の充放電制御領域（瞬時応答制御領域および一次遅れ制御領域）を充放電制御部１４による蓄電池４の充放電制御に適用させる。このパターン情報の選択のために、パターン情報選択部１６は図５のようなテーブル情報を備えている。【００４９】
次に、以上のように構成した第２の実施形態による充放電制御装置２’の動作を説明する。図１２は、第２の実施形態による充放電制御装置２’の動作例を示すフローチャートである。なお、図１２に示すフローチャートは、サンプリングタイム毎に繰り返し行われるものである。また、図１２に示すフローチャートの開始時点で、パターン情報選択部１６はパターン情報Ａを選択して充放電制御部１４に適用させているものとする。すなわち、パターン情報Ａに該当する充放電制御領域（瞬時応答制御領域および一次遅れ制御領域）が蓄電池４に設定されているものとする。【００５０】
図１２に示すステップＳ１１〜Ｓ１４の処理は、図６に示したステップＳ１〜Ｓ４の処理と同様である。なお、ステップＳ１４において、パターン情報選択部１６は、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が属している値の範囲に対応するパターン情報を選択し、パターン情報記憶部１５を参照して、選択したパターン情報の充放電制御領域を充放電制御部１４に適用させる。【００５１】
次に、一次遅れ算出部１２は、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐに対して一次遅れ処理を施すことにより、風力発電機１で発電した電力量の一次遅れ要素Ｑを求める（ステップＳ１５）。さらに、充放電制御部１４’は、ステップＳ１４で設定変更された充放電制御領域あるいはステップＳ１４の処理が行われる前の充放電制御領域の条件下で、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御するとともに、一次遅れ算出部１２により求められた一次遅れ要素Ｑの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御する（ステップＳ１６）。【００５２】
以上詳しく説明したように、第２の実施形態の充放電制御装置２’によれば、瞬時応答要素Ｐの変動に基づく制御と、一次遅れ要素Ｑの変動に基づく制御とに分けて、蓄電池４の充放電が制御される。一次遅れ要素Ｑは瞬時応答要素Ｐの大まかな変動傾向を表すアウトライン曲線となっていて、一次遅れ要素Ｑと瞬時応答要素Ｐとの間には相関関係がある。その相関関係のある一次遅れ要素Ｑに対する瞬時応答要素Ｐの差分に基づき充放電制御をすることにより、相関関係のない目標電力量Ｇに対する瞬時応答要素Ｐの差分に基づき充放電制御する第１の実施形態と比べて、よりきめ細かい充放電制御を行うことができる（図９参照）。その結果、瞬時応答要素Ｐは一次遅れ要素Ｑのアウトライン状に平滑化され、図１０のように目標電力量Ｇに対する一次遅れ要素Ｑの差分が残る。しかし、この差分は、当該差分に基づく別の充放電制御により目標電力量Ｇに平滑化される。目標電力量Ｇと一次遅れ要素Ｑとの間に相関はないが、一次遅れ要素Ｑは瞬時応答要素Ｐのように瞬間的な変動幅が大きくないので、充放電制御が行いやすい。これにより、瞬時応答要素Ｐの変動に基づく制御と、一次遅れ要素Ｑの変動に基づく制御との双方により、より安定化した高品質な電力を生成することができる。【００５３】
また、第２の実施形態の充放電制御装置２’によれば、瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに応じて、瞬時応答制御領域と一次遅れ制御領域との組み合わせが適応的に変えられる。具体的には、瞬時応答要素Ｐの変化量ｄＰ／ｄｔが小さいときには制御領域が小さくなるように、瞬時応答要素Ｐの変化量ｄＰ／ｄｔが大きいときには制御領域が大きくなるように設定される。例えば、図９に示すように、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｙ以上の区間ではパターン情報Ｃに基づいて最も大きな制御領域が蓄電池４に設定され、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｘより小さい区間ではパターン情報Ａに基づいて最も小さな制御領域が蓄電池４に設定される。【００５４】
これにより、風況に応じて変動する瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに合わせて、過不足の少ない適切な充放電制御領域を蓄電池４に対して動的に割り当てることができる。したがって、風況に応じてその時々において最大となるＤＣ分を蓄電池４に設定することができる。以上により、充放電制御領域を局限化することによって、電池４の充放電機能を駆使して、風況に応じてできるだけ多くの安定した電力を計画的に系統１００へ供給することができるようになる。【００５５】
なお、平滑化して系統１００に供給する電力の許容変動率（蓄電池４の全容量に相当する電力に対する平滑化電力の変動幅の割合）によって、第１の実施形態と第２の実施形態との何れかを選択して適用することが可能である。上記第１および第２の実施形態では、充放電制御部１４，１４’が発電電力を目標電力量Ｇに平滑化すると説明したが、実際には、わずかな量で平滑化電力が変動している。ただ、その変動幅には許容範囲がある。第１の実施形態は、その許容範囲を表す許容変動率が５％精度以上の場合や、比較的風況変化が緩やかなシーズンに適用することが可能である。一方、第２の実施形態は、許容変動率が５％精度より厳しい条件で求められる場合や、風況変化が激しいシーズンに適用することが可能である。【００５６】
なお、上記第１および第２の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、風力発電機に連系する系統への出力電力を風量に影響されずに安定化させる技術を備えた蓄電池併設型の風力発電システムおよび蓄電池の充放電制御装置に利用可能である。
【図１】
2010073394.tif 000003
【図２】
2010073394.tif 000004
【図３】
2010073394.tif 000005
【図４】
2010073394.tif 000006
【図５】
2010073394.tif 000007
【図６】
2010073394.tif 000008
【図７】
2010073394.tif 000009
【図８】
2010073394.tif 000010
【図９】
2010073394.tif 000011
【図１０】
2010073394.tif 000012
【図１１】
2010073394.tif 000013
【図１２】
2010073394.tif 000014
【国際調査報告】
2010073394.tif 000015
2010073394.tif 000016
2010073394.tif 000017
2010073394.tif 000018