(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機を制御する方法において、事故が発生したとき、事故発生時点に風力発電機に保存された運動エネルギーに比例する有効電力値を加算して風力発電機の出力を増加させる出力増加ステップを含み、前記出力増加ステップにおいては、風力発電機の当該風速から機械的な入力曲線及び電気的な出力曲線を用いて出力増加量を算出し、前記出力増加量は、各入力風速に応じて、風力発電機の機械的な入力曲線及び慣性制御時の出力曲線が少なくとも一つの点で遭遇されるようにする定数値に定められ、但し、回転子速度がωｍｉｎ以下において上記で定めた交点が形成される場合には、回転子速度が既に設定された個所に両曲線の交点が来るようにする最大の定数値に定められる、ことを特徴とする風力発電機の出力制御方法。
【請求項２】
前記出力増加ステップにおいては、最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）のための出力基準値に、前記算定された出力増加量を加算して発電機出力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機の出力制御方法。
【請求項３】
複数の風力発電機を備える風力発電団地を制御する場合、前記出力増加ステップにおいては、事故発生時点の各風力発電機の個別の風速に比例して各風力発電機の出力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機の出力制御方法。
【請求項４】
前記個別の風速は、風力発電機の後流効果が反映されたものであることを特徴とする請求項３に記載の風力発電機の出力制御方法。
【請求項５】
前記出力増加ステップにおいては、風力発電機の回転子速度の限界制御範囲を反映して出力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機の出力制御方法。
【請求項６】
前記出力増加ステップにおいては、慣性制御を行う間に風速が増減されるとき、出力増加量を各々増減させることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機の出力制御方法。
【請求項７】
前記出力増加量は、事故発生時点において、運動エネルギーに比例して設定した値に、系統周波数の最大の変化率に比例する重み付け値を乗算して決定することを特徴とする請求項１に記載の風力発電機の出力制御方法。
【請求項８】
前記出力増加量が反映された電気的な出力曲線は、0006007343.tif 000008
により決定されることを特徴とする請求項７に記載の風力発電機の出力制御方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電機の出力制御方法に係り、さらに詳しくは、系統において外乱が生じるときに風力発電機の出力を一時的に増加させて系統周波数の下落幅を減少させるための適応型慣性制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電の経済性及び技術力の増加とあいまって、全世界的な風力発電の受容率の増加には目を見張るものがあり、これに伴い、電力網の特性が次第に変化している。その一つは、系統慣性の低下現象である。
【０００３】
中でも、二重給電誘導発電機（Ｄｏｕｂｌｙ  Ｆｅｄ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＤＦＩＧ）などの可変速風力発電機は、電力の生産を極大化させるために、一般に、最大電力動作点追従（ｍａｘｉｍｕｍ  ｐｏｗｅｒ  ｐｏｉｎｔ  ｔｒａｃｋｉｎｇ、ＭＰＰＴ）制御を行うが、この最大電力動作点追従制御においては、風力発電機の出力が系統周波数に対応しないようにして風力発電団地（風力発電機群）が慣性応答を示さないようにする。このような制御方式では、系統慣性が低下するので、外乱が生じる場合には周波数偏差が増加し、周波数の安定度及び系統の信頼度までも低下させる。
【０００４】
このような問題を解消するために、可変速風力発電機の周波数の制御に関する方法が提案されてきた。その一例として、周波数変化率（ｒａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｎｇｅ  ｏｆ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＲＯＣＯＦ）ループを二重給電誘導発電機（ＤＦＩＧ）コンバーターの有効電力制御器に追加して、周波数が下落したときに風力発電機が周波数変化率（ＲＯＣＯＦ）に比例する有効電力を生産する方式が挙げられる。この方式は、系統周波数の下落を抑えることができるが、周波数の回復時には妨害要素として働くという欠点を有している。
【０００５】
上記の方式の欠点を補うために、周波数変化率ループに周波数変化量ループを加算して、周波数が下落したときに風力発電機が周波数変化量に比例する有効電力をさらに生産する方案も提示されている。この方式による場合、周波数制御への寄与度が高まる。
【０００６】
一方、風力発電機が周波数の下落時点で出力していた有効電力に定格の０．１ｐ．ｕ．に相当する値を追加して１０秒間生産する階段状出力慣性制御方式も提案されている。１０秒後に、下落した回転子速度を再び回復させるために、周波数の下落時点の出力よりも定格の０．０５ｐ．ｕ．に相当する値だけ小さい有効電力を２０秒間一定に出力するようにした。しかしながら、回転子速度を回復させる過程で瞬間的に低下する出力に起因して系統に２次的な周波数の下落現象を引き起こした。
【０００７】
従来の階段状の出力慣性制御方式においては、出力が増加された後、発電機の過度な減速を防ぐために出力を急減させていた。これは、系統に他の外乱として働いて２次的な周波数の下落を引き起こす原因となる。特に、風力発電機の過度な減速により慣性制御が中断されながら発生する出力低下現象は、さらに大きな周波数下落を引き起こす虞があるため、系統の周波数の安定度にむしろ悪影響を及ぼす。なお、従来の方式では、風力発電団地における後流効果により異なる各風力発電機の運動エネルギーを慣性制御に反映できないという限界があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｊ．  Ｅｋａｎａｙａｋｅ  ａｎｄ  Ｎ．  Ｊｅｎｋｉｎｓ，  “Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｏｆ  ｄｏｕｂｌｙ  ｆｅｄ  ａｎｄ  ｆｉｘｅｄ−ｓｐｅｅｄ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｗｉｎｄ  ｔｕｒｂｉｎｅｓ  ｔｏ  ｃｈａｎｇｅｓ  ｉｎ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，  ｖｏｌ．  １９，  ｎｏ．  ４，  ２００４，  ｐｐ．  ８００−８０２．
【非特許文献２】Ｊ．  Ｍｏｒｒｅｎ，  Ｓ．  Ｈａａｎ，  Ｗ．  Ｌ．  Ｋｌｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｊ．  Ａ．  Ｆｅｒｒｅｉｒａ，  “Ｗｉｎｄ  ｔｕｒｂｉｎｅｓ  ｅｍｕｌａｔｉｎｇ  ｉｎｅｒｔｉａ  ａｎｄ  ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ  ｐｒｉｍａｒｙ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  ｓｙｓｔｅｍｓ，  ｖｏｌ．  ２１，  ｎｏ．  １，  ２０６，  ｐｐ．  ４３３−４３４．
【非特許文献３】Ｎ．  Ｒ．  Ｕｌｌａｈ，  Ｔ．  Ｔｈｉｒｉｎｇｅｒ，  ａｎｄ  Ｄ．  Ｋａｒｌｓｓｏｎ，  “Ｔｅｍｐｏｒａｒｙ  ｐｒｉｍａｒｙ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｕｐｐｏｒｔ  ｂｙ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｓｐｅｅｄ  ｗｉｎｄ  ｔｕｒｂｉｎｅｓ−  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ，  Ｖｏｌ．  ２３，  ｎｏ．  ２，    ２００８，  ｐｐ．  ６０１−６１２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、系統事故が発生したときに、風力発電機の過度な減速現象を防止しながら、系統周波数の下落幅を最小化することを目的とする。
また、慣性制御に際して、風力発電機の急激な出力の低下により発生する系統の２次的な周波数の下落現象を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明の風力発電機の慣性制御方法は、事故が発生したとき、風力発電機の出力を事故発生時点に風力発電機に保存された運動エネルギーに比例する有効電力値を加算して増加させるステップを含む。
【００１１】
前記出力増加ステップにおいては、風力発電機の当該風速から機械的な入力曲線及び電気的な出力曲線を用いて出力増加量を算出する。
【００１２】
本発明の一実施形態による出力増加ステップにおいては、最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御のための出力基準値に、前記算定された出力増加量を加算して発電機出力を増加させ得る。
【００１３】
一方、本発明の他の実施形態において、複数の風力発電機を備える風力発電団地を制御する場合、前記出力増加ステップにおいては、事故発生時点の各風力発電機の個別の風速に比例して各風力発電機の出力を増加させ得る。
このとき、運動エネルギーは、後流効果が反映された各風力発電機の入力風速に比例し得る。
【００１４】
一方、出力増加ステップにおいて、慣性制御を行う間に風速が増減されるとき、出力増加量を各々増減させ得る。
【００１５】
前記出力増加ステップにおいては、  風力発電機の回転子速度の限界制御範囲を反映して出力を増加させ得る。
さらに詳しくは、各入力風速に応じて、風力発電機の機械的な入力曲線及び慣性制御時の出力曲線が少なくとも一つの点で遭遇されるようにする定数値に定められ、但し、回転子速度がωｍｉｎ以下において上記で定めた交点が形成される場合には、回転子速度が既に設定された個所に両曲線の交点が来るようにする最大の定数値に定められる、ことにより前記出力増加量が決定される。
【００１６】
一方、前記出力増加量は、事故発生時点において、運動エネルギーに比例して設定した値に、系統周波数の最大の変化率に比例する重み付け値を乗算して決定し得る。
【００１７】
本発明の一実施形態による出力増加量が反映された電気的な出力曲線は、
0006007343.tif 000002
により決定され得る。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、系統事故が発生したときに、風力発電機の過度な減速現象を防止しながら、系統周波数の下落幅を最小化させ、且つ、慣性制御に際して、風力発電機の急激な出力の減少により発生する系統の２次的な周波数の下落現象を防止する風力発電機の適応型慣性制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】は、本発明の一実施形態による風力発電機の適応型慣性制御方法をシミュレーションするための風力発電団地及び系統の例示的な模型を示す図である。
【図２】は、本発明及び従来の技術によるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３】は、本発明及び従来の技術によるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】は、本発明及び従来の技術によるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】は、本発明の一実施形態における風力発電機の適応型慣性制御の動作特性を示すグラフである。
【図６】は、本発明の他の実施形態における風力発電機の適応型慣性制御の動作特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の上述した目的と技術的構成及びそれによる作用効果に関する詳細な事項は、本発明の明細書に添付された図面に基づく以下の詳細な説明により一層明確に理解される筈である。
【００２１】
以下、添付図面に基づき、本発明について詳細に説明する。
本発明の風力発電機適応型慣性制御方法は［背景技術］の欄において言及した従来の方式とは異なり、事故が発生したとき、風力発電機の出力を事故発生時点の回転子速度に比例して増加させる。
【００２２】
［背景技術］の欄において言及した方式によれば、例えば非特許文献３）に記載の方式によれば、風力発電機に事故が発生して周波数が下落すると、事故発生時点（周波数の下落時点）に出力していた有効電力に対して特定の数値（０．１ｐ．ｕ．）に見合う分だけ有効電力を増加させ、これを所定の時間（例えば、１０秒）維持する。所定の時間が経過した後、特定の数値（０．０５ｐ．ｕ．）に見合う分だけ有効電力を減少させ、所定の時間（例えば、２０秒）だけ維持する。既存の方式においては、このように発電機の状態とは関係のない特定の大きさの有効電力を所定の時間だけ維持する方式を用いて風力発電機の事故の発生に対応する。
【００２３】
参考までに、本発明において言及する系統事故とは、電力系統において有効電力が不足して周波数が下落する状況であり、負荷が急激に増加する場合、又は運転中の同期発電機が脱落する場合を意味する。
【００２４】
これを解消するための様々な方案を、上記の［背景技術］の欄に紹介したが、本発明では、周知の方案とは全く異なる方式を用いて風力発電機の事故の問題を解決する。
【００２５】
本発明では、事故発生時点に、換言すれば、周波数の下落時点に、風力発電機の出力を事故発生時点の発電機の回転子速度に比例して増加させる。風力発電機の出力は、定格風速以下（風力発電機が駆動可能な風速範囲内）では、回転子速度の３乗に比例して出力が決定され、発電機の回転子速度は風速に比例する。即ち、別の言い方をすると、事故の発生前に大きな出力を出す風力発電機（多くの運動エネルギーを保有している発電機）であるほど、事故が発生したときにより多くの出力（運動エネルギー）を放出するように制御する。これは、従来の方式（予め設定された所定の定数値を加算した出力を特定の時間の間に持続的に出力し続ける）とは異なるものであり、風力発電機の運転状態（事故発生時点の回転子速度）を考慮して事故（外乱）に対応する。
【００２６】
本発明の一実施形態においては、発電機の回転子速度に比例して出力を増加させるに当たって、最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御のための出力基準値に事故発生時点の発電機の回転子速度に比例して算定された出力増加量を加算して発電機の出力を増加させる。
【００２７】
本実施形態を式で表すと、下記の数式１の通りである。
［数１］
Ｐｒｅｆ＝ＰＭＰＰＴ＋ΔＰ
【００２８】
上記の数式１において、ＰＭＰＰＴは、最大電力動作点追従制御による風力発電機の出力であり、ΔＰは、事故が発生したときに増加させる風力発電機の出力であり、所定の値を有する。上述したように、ΔＰは、事故発生時点の発電機の回転子速度に比例する。なお、Ｐｒｅｆは、本発明の出力制御方法による事故発生時点以降の風力発電機の出力である。
【００２９】
既存の方式（特に、先行技術文献３に記載の方式）においては、最大電力動作点追従制御の代わりに、予め決定された特定の出力を所定の時間維持するように風力発電機を制御していたが、本実施形態においては、最大電力動作点追従制御のための出力基準値に事故直前の回転子速度に比例する出力増加量を加算することにより、事故発生直後に直ちに出力が増加され、２次的な周波数の下落も防がれる。
【００３０】
一方、本発明の一実施形態においては、風力発電機の運動エネルギーに比例して風力発電機の出力を増加させるに当たって、風力発電機の回転子速度の限界制御範囲を反映して出力を増加させる。
【００３１】
本発明の他の実施形態においては、風力発電機の運動エネルギーではなく、風力発電機の系統周波数の変化率又は周波数の変化量に比例して風力発電機の出力を増加させるに当たって、風力発電機の回転子速度の限界制御範囲を反映して出力を増加させる。
【００３２】
運動エネルギーに比例して追加される有効電力は、風力発電機が慣性制御中に回転子速度が限界速度以下に減速されない範囲（限界制御範囲）内で最大に出し得る出力値に決定される。即ち、回転子速度が高くて運動エネルギーが大きな風力発電機の場合には、追加される有効電力が大きく算定され、逆に、回転子速度が低くて運動エネルギーが小さい風力発電機の場合には、追加される有効電力が小さく算定される。
【００３３】
上記の数式１のΔＰ（事故が発生したときに増加させるべき出力）を本実施形態により算定する方式の一例を式で表すと、下記の数式２の通りである。
【数２】
0006007343.tif 000003
【００３４】
上記の数式２において、Ｐｍｅｃｈは、風力発電機の機械的入力であり、Ｐｒｅｆは本発明の出力制御方法による事故発生時点以降の出力である。風力発電機の特性又はＰｍｅｃｈを定義する方式に応じて具体的な数式が異なってくる。一方、ダンピングを考慮するか否かに応じて、数式２の形態は異なる。
【００３５】
一方、数式１のＰＭＰＰＴ（最大電力動作点追従制御による出力）は、ｋω３で表わされる（風力発電機の制御モードに応じて係数であるｋ値が異なり、ＰＭＰＰＴがωの３乗に比例する形態の式で表わされる場合、上記の数式１のＰＭＰＰＴと数学的に同じ意味を有するものであると見なすべきである）。
【００３６】
これを考慮して上記の数式１を数式２に代入すると、数式２は下記の数式３に変形でき、これに基づいてΔＰを導き出すと、数式４の通りである。
【数３】
0006007343.tif 000004
【数４】
0006007343.tif 000005
【００３７】
従って、本発明によれば、風力発電機の出力指令値及び機械的入力を通して、慣性制御のために増加させるべき出力は、風力発電機の回転子速度の限界制御範囲を反映して機械的入力と出力との間の差分の総和が０になるように演算することにより算出できる。
【００３８】
本実施形態をグラフ上で表すと、図５の通りである。
図５において、上に凸状の実線Ｐｍｅｃｈは、風力発電機の機械的入力を示す曲線であり、２本の下に凸状の実線のうち下にある曲線ＰＭＰＰＴは、最大電力動作点追従制御による出力であり、２本の下に凸状の実線のうち上にある曲線ＰＭＰＰＴ＋ΔＰ（＝Ｐｒｅｆ）は、本発明の一実施形態により増加された出力を反映した出力曲線である。本発明によれば、ωｍｉｎ〜ω＊の区間において機械的入力と慣性制御による出力との間の差分の総和が０になるように（これを式で表わしたものが数式２である）風力発電機を制御する。
【００３９】
一方、数式１〜数式４においては、電力に関する式で出力を表わしたが、同じ技術的意味を有する他の要素、例えば、トルクに関する式で表わすことも可能である。即ち、明細書において例示的に上述した出力制御に加えて、出力を制御するための様々な要素により慣性制御を行うこともまた、本発明に属するものと見なすべきである。
【００４０】
一方、本実施形態においては、ωｍｉｎ及びω＊を各々最低運転速度及び最適運転速度として慣性制御のためのΔＰを算定したが、ωｍｉｎ及びω＊に他の値を用いるときにもΔＰを算定できる。即ち、風力発電機が最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御モードで運転されないため回転子速度がω＊ではない場合にも、数式４のω＊の位に現在の回転子速度を代入してΔＰを算定できる。また、風力発電機の減速限界がωｍｉｎであると想定して、０．７ｐ．ｕ．以下への減速を許容しない限度内においてΔＰを算定したが、制御目的に応じて、ωｍｉｎ以上の特定の回転子速度を限界速度に定めてΔＰを算定できる。
【００４１】
本発明の他の実施形態によれば、前記ΔＰは、数式４による方式とは異なり、図６の特性曲線により算定される。このとき、数式４によるΔＰは、図５において減速面積と加速面積とが等しくなる個所（入力曲線と出力曲線との間の差分の総和が０となる個所）に定められるのに対し、図６の特性曲線により算定されるΔＰは、慣性制御を行う間に風速が増減される場合には、これに比例して出力増加量が各々増減されるが、当該風速において機械的な入力曲線と電気的な出力曲線が一つの点において遭遇されるように算定され、これは、機械的入力と電気的出力との間の差分が０となる個所に回転子速度が収束する個所であり、ｄ（ωｒ）／ｄｔが次第に減少されていて、０に収束する個所を意味する。
【００４２】
本実施形態を式で表わすと、下記の通りである。
0006007343.tif 000006
【００４３】
これをまとめると、下記の数式５の通りになる。
【数５】
0006007343.tif 000007
【００４４】
上記の数式５において、ｎは、出力関数の生成時に放出可能な運動エネルギーを反映する度合いを示し、このとき、ｎは、０以下の値を有さない有理数、ｍは、０以上の整数、αは、系統周波数の最大の変化率に比例する値を反映する重み付け値を意味し、風力発電機の制御モードに応じて係数であるｋ値が異なる。
【００４５】
一方、電気的な出力曲線を示す数式５は、ｎ＝３、α＝１、ｍ＝０の場合、上記の数式１と数学的に同じ意味を有するものと見なすべきである。
【００４６】
上記の方式において、最大の出力増加量を算定するとき、両曲線が一つの点において遭遇されるまでΔＰを高めるが、同じ条件下で上述した方式（数式４）よりも大きな値を有するΔＰを算定できる。
【００４７】
一方、本発明の一実施形態においては、運動エネルギーに比例して風力発電機の出力を増加させるに当たって、風力発電機の回転子速度の限界制御範囲を反映して出力を増加させる。
【００４８】
また、運動エネルギーに比例して求めた出力増加量に系統周波数の最大の変化率に比例する値を重み付け値として乗算し、風力発電機の回転子速度の限界制御範囲を反映して出力を増加させる。
【００４９】
再び説明すると、ΔＰは、風力発電機の入力風速により決定される機械的な入力曲線及び電気的な出力曲線（一般に、最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御曲線）を考慮して算定する。さらに詳しくは、発電機の有効電力−回転子速度の平面において描かれる風力発電機の機械的な入力曲線及び電気的な出力曲線が一つの点において遭遇されるようにするΔＰを算定し、図６に基づいて詳細に説明する。
【００５０】
図６は、風力発電機の有効電力−回転子速度のグラフを示す。図中、上に凸状の実線Ｐｍｅｃｈは、風力発電機の機械的な入力曲線を示し、２本の下に凸状の実線のうち下にある実線ＰＭＰＰＴは、最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御曲線を示し、２本の下に凸状の実線のうち上にある実線Ｐｒｅｆ＝ＰＭＰＰＴ＋ΔＰは、本実施形態における出力曲線を示す。本発明において算定するΔＰは定数であるため、慣性制御に際して最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御基準値を垂直に上昇させる役割を果たし、このようにして決定された出力曲線が２本の下に凸状の実線のうち上にある実線である。本発明は、風力発電機の機械的な入力曲線（上に凸状の実線）及び電気的な出力曲線（２本の、下に凸状の実線のうち上にある実線）が一つの点において遭遇されるようにΔＰを決定する。両曲線が一つの点において遭遇するとは、風力発電機の回転子速度が慣性制御によりそれ以上減少されないことを意味するため、本発明を適用したとき、慣性制御による過度な上昇が避けられる。また、本発明の慣性制御に際して、出力曲線（２本の、下に凸状の実線のうち上にある実線）は、運動エネルギーの放出により回転子速度が減少され、その結果、出力の変化率（ｄＰ／ｄｔ）が減少されながら緩やかに出力を減らす。これにより、外乱後に２次的な周波数下落現象が生じることなく慣性制御が行われる。従って、本発明は、風力発電機の出力曲線及び機械的な入力曲線を用いて、風力発電機の回転子速度が限界速度に達しないようにする範囲内において慣性制御のための出力増加量を演算できる。
【００５１】
入力曲線及び出力曲線は、各々上に凸状、下に凸状の曲線であるので、ΔＰ値が最大ではない場合には二つの交点を有する。もし、両曲線の交点が、回転子速度がωｍｉｎ以下である個所に形成される（入力風速が小さい）場合にはΔＰを減らす。このとき、ΔＰは、両曲線の交点がωｍｉｎ又は設定された個所、即ち、風力発電機の制御限界によるωｍｉｎ以上の個所で形成されるようにするΔＰの最大値に設定される。即ち、風力発電機は、本発明を適用したとき、ωｍｉｎで収束されて低風速でも慣性制御により発生する過度な減速を避けながらも周波数の下落を防止でき、これにより、２次的な周波数の下落も防止される。
【００５２】
ΔＰの決定に際して、入力風速に応じて決定される風力発電機の機械的な入力特性及び最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御のために回転子速度に応じて決定される電気的な出力特性が反映され、これにより、ΔＰは、各最適な回転子速度に対して予め算定され、この値は、風力発電機に入ってくる入力風速（又はω＊）に比例する。即ち、風力発電機が有する回転子の運動エネルギーが大きな場合にはΔＰが大きく算定されて寄与度が高まり、回転子の運動エネルギーが小さい場合にはΔＰが小さく算定されるという特徴を有する。
【００５３】
一方、本実施形態においては、系統事故の発生前に風力発電機の出力を最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御モードで運転すると想定し、慣性制御のためのΔＰを算定しているが、風力発電機が最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御モードで運転されない場合には、当該電気的な出力関数を図６の最大電力動作点追従制御曲線（ＰＭＰＰＴ）に代入してΔＰを求める。
【００５４】
この場合にも、機械的な入力曲線及び電気的な出力曲線が一つの点において遭遇されるように出力増加量を算定し、但し、この点が最低限界速度以下において形成される場合には、最低限界速度又はそれ以上において交点を持たせる最大値に算定される。
【００５５】
図１は、本発明の一実施形態による風力発電機の適応型慣性制御方法をシミュレーションするための風力発電団地及び系統の例示的な模型を示すものである。
【００５６】
図１に示す系統は、起力ガバナーを用いる同期発電機６機及び５ＭＷの二重給電誘導発電機（ＤＦＩＧ）２０機よりなる風力発電団地、２４０ＭＷを消費する誘導器及び３６０ＭＷを消費する固定負荷により構成される。風力発電団地の各５ＭＷの二重給電誘導発電機（ＤＦＩＧ）２０機は、図１では１００ＭＷの１機に等価表示され、この団地は、６０ＭＶＡの主変圧器２機及び海底ケーブルを介して系統と連携される。二重給電誘導発電機（ＤＦＩＧ）の起動風速、定格風速及び終端風速は、各々４ｍ／ｓ、１１ｍ／ｓ及び２５ｍ／ｓであり、風力発電機の回転子速度の限界範囲は０．７〜１．２５ｐ．ｕ．である。外乱による系統周波数の下落の程度を考察するために、起動後４０秒時点で７０ＭＷを出力する同期発電機１機が脱落する場合を模擬する。
【００５７】
風速が１１ｍ／ｓ、９ｍ／ｓ及び７ｍ／ｓである場合について、風力発電機の収容率が１６．７％である場合のケース研究を行った。
【００５８】
本発明及び従来の方式（先行技術文献３）による周波数の下落レベル、風力団地の出力及び回転子速度などは、図２〜図４に基づいて詳細に説明する。
【００５９】
図２〜図４に示すグラフは、各々経時的な系統周波数「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ」、風力発電団地の有効電力「Ａｃｔｉｖｅ＿ｐｏｗｅｒ」及び回転子速度「Ｒｏｔｏｒ＿ｓｐｅｅｄ」を示す。各グラフにおいて、一点鎖線「Ｓｃｈｅｍｅ＃１」は、先行技術文献３の方式を適用した場合の結果であり、本発明の実施形態による結果は、実線「Ｐｒｏｐｏｓｅｄ＿ｓｃｈｅｍｅ」で表示されている。なお、慣性制御を行わない場合には、破線「ｗ／ｏ＿ｉｎｅｒｔｉａｌ＿ｃｏｎｔｒｏｌ」で表示されている。
【００６０】
以下、シミュレーション結果について詳細に説明する。
図２〜図４は何れも、風力発電の収容率が１６．７％である場合を示す。
図２は、風速が１１ｍ／ｓである場合、本発明の適応型慣性制御方式と先行技術文献３の方式による結果を比較した。図２の上段の周波数グラフを参照すると、先行技術文献３の方式の場合は、本発明の方式の場合に比べて周波数の下落が激しいことが分かる。また、先行技術文献３の方式では、２次的な周波数の下落現象（５２秒時点近傍）を示す。これに対して本発明の方式では、周波数の最低点（４３秒）後に２次的な周波数の下落現象を示すことなく、安定した周波数回復を示す。
次に、図２の中央の風力発電機の有効電力のグラフを参照すると、先行技術文献３の方式では、事故発生時点（４０秒時点）から１０秒間に出力量の増加区間を有し、出力量の増加区間後に続く２０秒間に出力量の減少区間を有する。両区間の間に発生する急激な出力下落（０．１５ｐ．ｕ．）は、２次的な周波数の下落現象を示す。これに対し、本発明は、高い回転子の運動エネルギーに応じてΔＰが大きく算定されて出力基準値が風力発電機のトルク限界を逸脱して出力トルク限界値として出力する。急激な出力増加後に、本発明においては、回転子速度の減少に伴い風力発電機の出力を緩やかに減少させて先行技術文献３の方式に示す２次的な周波数の下落現象を防ぐ。
更に、図２の下段の風力発電機の回転子速度のグラフを参照すると、先行技術文献３の場合、回転子速度の減少後に過度な減速の防止のために回転子速度を再び増加させる。これに対し、本発明の場合、回転子速度は、風力発電機の機械的な入力曲線及び電気的な出力曲線の交点に収束し、この点は、最低限界の回転子速度よりも高い個所であるため、過度な減速現象を防ぐ。
【００６１】
図３は、風速が９ｍ／ｓである場合、本発明の適応型慣性制御及び先行技術文献３の方式を比較した。図３の上段の周波数のグラフを参照すると、図２と同様に、本発明の方式の場合が先行技術文献３の方式の場合に比べて周波数の下落幅が狭い。さらに、先行技術文献３の方式では、図２に示すように、２次的な周波数の下落現象（５４秒時点）が発生する。本発明の場合、２次的な周波数の下落なしに安定的に周波数を回復する。
次に、図３の中央の風力発電機の有効電力のグラフを参照すると、先行技術文献３の方式では、図２の場合と同様の出力特性を示して、系統事故が発生してから１０秒後に急激な出力減少を示し、これにより、２次的な周波数の下落現象が発生する。これに対し、本発明の場合、９ｍ／ｓの風速に対して定められたΔＰが加算されて出力を急激に増加させ、事故発生後に系統周波数の最低点の上昇に大きく寄与する。また、出力増加後に最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御により緩やかに減少される出力は、２次的な周波数の下落現象を発生させない。
更に、図３の下段の回転子速度のグラフを参照すると、先行技術文献３の場合、回転子速度の減少後における過度な減速現象を防ぐために、回転子速度を回復させる。これに対し、本発明の場合、回転子速度は定められた個所に収束されながら過度な減速現象を防ぐ。
【００６２】
図４は、７ｍ／ｓの風速における本発明及び先行技術文献３の方式を比較した。入力風速が低いので、風力発電機は低い運動エネルギーを有する。図４の中央の風力発電機の有効電力出力のグラフを参照すると、先行技術文献３の場合は、風力発電機の低い運動エネルギーとは無関係に大きな出力増加量を有する。このため、慣性制御中に過度な減速現象が発生して慣性制御を中断し、最大電力動作点追従（ＭＰＰＴ）制御により出力を変換（４７秒時点）しながら非常に大きい出力減少現象を示す。
これに対し、７ｍ／ｓに相当する最適な回転子速度において算定された本発明のΔＰは、先行技術文献３の場合よりも小さい値を有する。一方、図４の下段の回転子速度のグラフを参照すると、先行技術文献３の場合は、過度な減速現象が発生（４７秒時点）する。これに対し、本発明の場合は、小さいΔＰが加算されて回転子速度の減少が小さく、回転子速度は、限界速度以上において常に収束して過度な減速現象を防ぐ。
【００６３】
図２〜図４を総合的に考慮すると、先行技術文献３の場合、事故発生後に周波数の最低点の上昇には寄与するが、２次的な周波数の下落現象を発生させる。特に、風速が低い場合、発電機の回転子速度の特性を考慮しないため、過度な減速現象を発生させ易く、１次的な周波数の下落よりも激しい２次的な周波数の下落が発生して系統に非常に致命的な外乱として働く。これに対し、本発明の場合、発電機の回転子速度を考慮して追加的な有効電力を算定して過度な減速現象を防ぎながら安定的に周波数の最低点の上昇及び周波数の回復に寄与でき、２次的な周波数の下落を防止できる。
【００６４】
上述した本発明の実施形態は単に例示のために開示されたものであり、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が、本発明の技術的な思想範囲内において修正、変更、付加可能な部分までこの特許請求の範囲に属するものと見なされるべきである。
【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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