(57)【要約】【課題】  エネルギー効率を高めることができる風力発電システムを提供すること。【解決手段】  風車４０と、風車４０の回転によって発電する風力発電機４８と、風車４０の遠隔地に設置されている風速計４２と、風速計４２によって計測された風速に基づいて、風車４０の回転速度を制御する風車制御部５０とを備えた。風車制御部５０は、風速計４２が計測する風速が増加した場合に、風車４０の回転速度を増加させる。風車４０における風向を計測する風向計４４を更に備え風速計４２は、複数の箇所に設置されている。風車制御部５０は、風向計４４によって計測された風向きにおける風上に設けられた風速計４２を選択し、選択された風速計４２の計測する風速が増加した場合に、風車４０の回転速度を予め増加させる。【選択図】  図１
2006022792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、
前記風車の回転によって発電する風力発電機と、
前記風車の遠隔地に設置されている風速計と、
前記風速計によって計測された風速に基づいて、前記風車の回転速度を制御する風車制御部と
を備える風力発電システム。
【請求項２】
前記風車制御部は、前記風速計が計測する風速が増加した場合に、前記風車の回転速度を増加させる請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項３】
前記風車における風向を計測する風向計を更に備え、
前記風速計は、複数の箇所に設置されており、
前記風車制御部は、前記風向計によって計測された風向きにおける風上に設けられた前記風速計を選択し、選択された前記風速計の計測する風速が増加した場合に、前記風車の回転速度を予め増加させる請求項２に記載の風力発電システム。
【請求項４】
前記風車制御部は、距離が異なる複数の前記風速計のそれぞれにおいて、略同一の風向の風速が増加した場合に、それぞれの前記風速計において風速が速まった時刻を用いて、前記風車における風速が速まる時刻を予め算出する請求項３に記載の風力発電システム。
【請求項５】
前記風車は、異なる箇所に複数設けられており、
前記風速計は、それぞれの前記風車に設けられており、前記風車の受ける風圧によって風速を算出する請求項４に記載の風力発電システム。
【請求項６】
前記風車制御部は、前記風力発電機から外部への給電量を減少させることにより、前記風車の回転速度を増加させる請求項５に記載の風力発電システム。
【請求項７】
前記風車制御部は、前記風力発電機に対して電力を逆潮することにより、前記風車の回転速度を増加させる請求項６に記載の風力発電システム。
【請求項８】
前記風車制御部は、風力が増加する箇所の前記風車からの給電量を減少させると同時に、他の前記風車からの給電量を増加させる請求項７に記載の風力発電システム。
【請求項９】
風力発電機を用いて、風車の回転によって発電するステップと、
前記風車の遠隔地に設置される風速計によって計測された風速に基づいて、前記風車の回転速度を制御する風車制御ステップと
を備える風力発電システム制御方法。
【請求項１０】
前記風車制御ステップは、前記風速計が計測する風速が増加した場合に、前記風車の回転速度を増加させる請求項９に記載の風力発電システム制御方法。
【請求項１１】
風向計を用いて前記風車における風向を計測するステップを更に備え、
前記風速計は、複数の箇所に設置されており、
前記風車制御ステップは、前記風向計によって計測された風向きにおける風上に設けられた前記風速計を選択し、選択された前記風速計の計測する風速が増加した場合に、前記風車の回転速度を予め増加させる請求項１０に記載の風力発電システム制御方法。
【請求項１２】
前記風車制御ステップは、距離が異なる複数の前記風速計のそれぞれにおいて、略同一の風向の風速が増加した場合に、それぞれの前記風速計において風速が速まった時刻を用いて、前記風車における風速が速まる時刻を予め算出する請求項１１に記載の風力発電システム制御方法。
【請求項１３】
前記風車は、異なる箇所に複数設けられており、
前記風速計は、それぞれの前記風車に設けられており、前記風車の受ける風圧によって風速を算出する請求項１２に記載の風力発電システム制御方法。
【請求項１４】
前記風車制御ステップは、前記風力発電機から外部への給電量を減少させることにより、前記風車の回転速度を増加させる請求項１３に記載の風力発電システム制御方法。
【請求項１５】
前記風車制御ステップは、前記風力発電機に対して電力を逆潮することにより、前記風車の回転速度を増加させる請求項１４に記載の風力発電システム制御方法。
【請求項１６】
前記風車制御ステップは、風力が増加する箇所の前記風車からの給電量を減少させると同時に、他の前記風車からの給電量を増加させる請求項１５に記載の風力発電システム制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー効率を高めることができる風力発電システムおよび風力発電システム制御方法に関する。特に本発明は、風速計によって計測された風速に基づいて、風車の回転速度を制御する、風力発電システムおよび風力発電システム制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーを利用した分散型電源のひとつとして、風力発電システムが知られている。このシステムでは、風のエネルギーによって風車を回転させ、風車が発電機を駆動することによって得られる電力を電力系統に供給する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなシステムでは、発電される電力が時間的に安定していることが望ましい。また一般には、風車が風力エネルギーを受け取る効率は、風車の回転速度に対する風速の比に依存する。したがって、風速に応じて風車の回転速度を変化させ、風力エネルギーを効率良く受け取ることが望ましい。
【特許文献１】特開２００３−２５４２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来のシステムでは、風速の時間変動に応じて風車の回転速度を変動させると、発電機の出力も時間的に変動する。これを避けるため、例えば、例えば翼のピッチ制御を行うことよって、風車の回転速度を時間的に略一定に保つシステムがある。このようなシステムのみでは、風速が時間的に変動した場合に、風力エネルギーを最も高い効率で受け取ることができないため、無駄が多く好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決するために、本発明の第１の形態における風力発電システムは、風車と、風車の回転によって発電する風力発電機と、風車の遠隔地に設置されている風速計と、風速計によって計測された風速に基づいて、風車の回転速度を制御する風車制御部とを備えた。このため、エネルギー効率を高めることができる。風車制御部は、風速計が計測する風速が増加した場合に、風車の回転速度を増加させる。このため、風力のエネルギーを高い効率で風力発電機に伝達することができる。
【０００６】
また本形態における風力発電システムは、風車における風向を計測する風向計を更に備え、風速計は複数の箇所に設置されている。風車制御部は、風向計によって計測された風向きにおける風上に設けられた風速計を選択し、選択された風速計の計測する風速が増加した場合に、風車の回転速度を予め増加させる。このため、風車における風力が増加した時に、高い効率で発電をすることができる。
【０００７】
風車制御部は、距離が異なる複数の風速計のそれぞれにおいて、略同一の風向の風速が増加した場合に、それぞれの風速計において風速が速まった時刻を用いて、風車における風速が速まる時刻を予め算出する。このため、将来に風速が増加する風の風向が現在の風向を向いていない場合であっても、風車における風力が増加した時刻に高い効率で発電をすることができる。また、風車は異なる箇所に複数設けられている。風速計は、それぞれの風車に設けられており、風車の受ける風圧によって風速を算出する。このため、風車以外に風速計を設置する数を削減できる。
【０００８】
風車制御部は、風力発電機から外部への給電量を減少させることにより、風車の回転速度を増加させる。このため、簡易に風車の回転速度を増加させることができる。また、風車制御部は、風力発電機に対して電力を逆潮することにより、風車の回転速度を増加させる。このため、簡易な構成で、素早く回転速度を増加させることができる。風車制御部は、風力が増加する箇所の風車からの給電量を減少させると同時に、他の風車からの給電量を増加させる。このため、風力発電システム全体からの給電量を安定させることができる。
【０００９】
本発明の他の形態における風力発電システム制御方法は、風力発電機を用いて風車の回転によって発電するステップと、風車の遠隔地に設置されている風速計によって計測された風速に基づいて、風車の回転速度を制御する風車制御ステップとを備えた。風車制御ステップは、風速計が計測する風速が増加した場合に、風車の回転速度を増加させる。
【００１０】
また本形態における風力発電システム制御方法は、風向計を用いて風車における風向を計測するステップを更に備え、風速計は複数の箇所に設置されており、風車制御ステップは、風向計によって計測された風向きにおける風上に設けられた風速計を選択し、選択された風速計の計測する風速が増加した場合に、風車の回転速度を予め増加させる。
【００１１】
また、風車制御ステップは、距離が異なる複数の風速計のそれぞれにおいて、略同一の風向の風速が増加した場合に、それぞれの風速計において風速が速まった時刻を用いて、風車における風速が速まる時刻を予め算出する。
【００１２】
風車は、異なる箇所に複数設けられている。風速計は、それぞれの風車に設けられており、風車の受ける風圧によって風速を算出する。風車制御ステップは、風力発電機から外部への給電量を減少させることにより、風車の回転速度を増加させる。また、風車制御ステップは、風力発電機に対して電力を逆潮することにより、風車の回転速度を増加させる。また、風車制御ステップは、風力が増加する箇所の風車からの給電量を減少させると同時に、他の風車からの給電量を増加させる。
【００１３】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エネルギー効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の開発手段に必須であるとは限らない。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る風力発電システム３０の構成の一例を示す。本実施形態は、エネルギー効率を高めることができる風力発電システムを提供することを目的とする。
【００１７】
風力発電システム３０は、風力エネルギーによって発電した電力を系統に供給する。風力発電システム３０は、複数の風力発電サブシステム（４６ａ〜４６ｃ、以下４６と総称する。）と、および風車制御部５０とを備える。風力発電サブシステム４６は、異なる位置に複数設けられている。それぞれの風力発電サブシステム４６は、風車４０と、風力発電機４８と、順変換装置６２と、電力制御装置６０と、風向計４４と、風速計４２とを備える。
【００１８】
風車４０は、風力によって回転し、回転エネルギーを風力発電機４８に伝達する。風力発電機４８は、風車４０の回転エネルギーによって発電する。風力発電機４８は、例えば誘導発電機である。風力発電機４８が発電した交流電力は、順変換装置６２によって直流電力に変換され、電力制御装置６０に供給される。電力制御装置６０は、順変換装置６２から受け取った直流電力を交流に変換して、系統に供給する。このとき電力制御装置６０は、系統に供給すべき電力量に基づいて、順変換装置６２から受け取る電力量を制御する。
【００１９】
風向計４４は、風車４０における風向を計測する。風速計４２はそれぞれの風車４０に設けられており、風車４０の受ける風圧によって風速を算出する。例えば、風速計４２は、風車４０の翼の歪みを検出する歪ゲージであって、風圧による風車４０の翼の歪みによって風速を算出する。また、他の方法としては、風力発電機４８の発電電力に基づいて風車４０に加わる風圧を計算することで、風速を検出してもよい。このとき電力制御装置６０は、風力発電機４８の発電電力を風車制御部５０に通知してよい。このように、それぞれの風速計４２は、それぞれの風車４０の受ける風圧によって風速を算出するので、風車４０が設置された箇所の他に風速計４２を設置する数を削減できる。
【００２０】
風車制御部５０は、風速計４２で計測された風速に基づいて、風車４０の回転速度を制御する。また、風車制御部５０は、風速計４２で計測された風速と、風向計４４で計測された風向に基づいて、風力エネルギーが効率よく風車４０の回転エネルギーに変換されるよう、風車４０の回転速度を制御する。これにより、風力発電システム３０のエネルギー効率を高めることができる。
【００２１】
また、風車制御部５０は、風車４０の回転速度を計測するために、風車４０の翼の回転速度を計測してよい。また、風車制御部５０は、風力発電機４８の回転子の回転速度を計測することで風車４０の回転速度を計算してもよい。また、風車制御部５０は、風車４０の回転速度を変化させるために、電力制御装置６０が系統に給電する電力量を制御することによって風力発電機４８の負荷を制御する。また、風車４０の回転速度を変化させるとき、必要に応じて風力発電機４８の回転子を制御することによって、風力発電機４８の回転子の回転速度および風力発電機４８の発電電力を制御してもよい。
【００２２】
一般に、風車が風力エネルギーから受け取ることのできるエネルギーPは、式（１）によって表される。
【数１】
2006022792.tif 000003
ここで、Ｃｐは出力係数、Ａは風車の翼の回転面積、ρは空気の密度、ｕは風速である。出力係数Ｃｐは、風車の翼の周速に対する風速ｕの比（周速比）に依存する。
【００２３】
図２は、風車４０の出力係数の、周速比に対する依存性の一例を示す図である。出力係数Ｃｐは図２に示すようなピークを持つ。したがって、例えば風車４０の出力係数Ｃｐの基準値を定めると、出力係数Cｐを当該基準値以上とするための、風車４０の回転速度の範囲が定まる。本実施形態の風力発電システム３０では、風車４０の翼の周速比が予め定めた範囲内となるように風車４０の回転速度を制御することで、風力を効率よく風力発電機４８に伝達する。
【００２４】
図３は、風車制御部５０の動作の詳細を示す図である。風車制御部５０は、それぞれの風力発電サブシステム４６における風速の将来の時間変動を予測する（Ｓ２１２）。このとき風車制御部５０は、複数の風力発電サブシステム４６における風速および風向の過去の時間変動に基づいて、それぞれの風力発電サブシステム４６における風速および風向の将来の時間変動を予測する。
【００２５】
さらに風車制御部５０は、Ｓ２１２で予測した風速の将来の時間変動に基づいて、それぞれの風力発電サブシステム４６において風車４０の回転速度を変動させるか否かを判断する（Ｓ２１４）。S２１４において風車制御部５０は、予測される風速に応じて風車４０の回転速度を変動させることによって、風力からエネルギーを効率的に受け取ることができるか否かを判断する。また風車制御部５０は、予測される風向に応じて風車４０の向きを変動させることによって、風力からエネルギーを効率的に受け取ることができるか否かを、同時に判断する。
【００２６】
Ｓ２１４において風車４０の回転速度を変動させない場合は、処理を終了する。Ｓ２１４において風車４０の回転速度を変動させる場合は、風速が増加するか否かを判断する（Ｓ２１６）。Ｓ２１６において風速が増加する場合は、風車４０の回転速度を増加させ（Ｓ２１８）、処理を終了する。Ｓ２１６において風速が増加しない場合は、風車４０の回転速度を減少させ（Ｓ２２０）、処理を終了する。
【００２７】
なお、Ｓ２１４において風車制御部５０は、予測される風速の時間変化に基づいて、風から受け取ることのできるエネルギーの時間変動の予測を、風車４０の回転速度を変動させた場合と変動させない場合とで計算して、風車４０の回転速度を変動させることによって、風車４０の回転速度を変動させない場合に比べてより多くのエネルギーを受け取ることができる場合に、風車４０の回転速度を変動させると判断する。また風車制御部５０は、予測される風向の時間変化に基づいて、風から受け取ることのできるエネルギーの時間変動の予測を行ってよい。そして、風車４０の回転速度および向きを同時に変動させることによって、より多くのエネルギーを受け取ることができる場合にS２１６に処理を進めてよい。この場合は、S２１８およびS２２０において、風車４０の回転速度および向きを制御する。
【００２８】
例えば、将来風速が増加すると予測されるとき、風速の時間あたりの変化率が、風車４０の回転速度の時間あたりの変化率に比べて大きい場合には、風速が増加する前に予め風車４０の回転速度を増加させると、一時的にエネルギー効率が悪化する。しかし、風力のエネルギーは風速の３乗に比例するので、風速が増加する状態が持続する場合や、風速が増加した状態が持続する場合は、例えば風車４０の回転速度を一定とした場合に比べて、風速が増加した風からより高い効率でエネルギーを受け取ることができるため、結果的により多くのエネルギー量を受け取ることができる場合がある。このように、風車制御部５０は、風から受け取ることのできるエネルギー量の時間変動を計算することで、風車４０の回転速度を変動させるか否かを決定する。
【００２９】
このようにして風車制御部５０は、風車４０の回転速度を風速に応じて適切に制御することによって風力のエネルギーを高い効率で風力発電機４８に伝達することができる。
【００３０】
また風車制御部５０は、風車４０の回転速度を変動させる必要があるとき、電力制御装置６０が系統に給電する電力量を制御することによって風車４０の回転速度を調整する。
【００３１】
図４は、風車４０の回転速度を増加させる場合の、風車制御部５０の動作の詳細を示す図である。風車制御部５０は、風車４０の回転速度の目標値と、当該目標値に達する時刻を決定する（Ｓ２３２）。さらに風車制御部５０は、系統への給電量の減少量を計算する（Ｓ２３４）。さらに電力制御装置６０することで、Ｓ２３４で計算した給電量を減少させる（Ｓ２３６）。風車制御部５０は、減少させた給電量を補うべく、他の風車４０からの給電量を増加させる（Ｓ２３８）。
【００３２】
さらに風車制御部５０は、目標とする時刻までに風車４０の回転速度に達するか否かを判断する（Ｓ２４０）。Ｓ２４０において目標とする時刻までに風車４０の回転速度に達すると判断した場合は、処理を終了する。Ｓ２４０において目標とする時刻までに風車４０の回転速度に達しないと判断した場合、風車制御部５０は、系統から逆潮させた電力を風力発電機４８に供給することで風力発電機４８を電動機として使用して風車４０の回転速度を増加させ（Ｓ２４２）、処理を終了する。
【００３３】
このように風車制御部５０は、電力制御装置６０を制御して風力発電機４８の負荷を制御することで、容易に風車４０の回転速度を増加させることができる。また風車制御部５０が、風力発電機４８に対して電力を逆潮することによって風車４０の回転速度を増加させるので、簡易な構成で素早く回転速度を増加させることができる。また、風力が増加する箇所の風車４０からの給電量を減少させると同時に、他の風車４０からの給電量を増加させるので、風力発電システム３０全体からの給電量を安定させることができる。
【００３４】
図５は、風車４０の回転速度を減少させる場合の、風車制御部５０の動作の詳細を示す図である。風車制御部５０は、風車４０の回転速度の目標値と、当該目標値に達する時刻を決定する（Ｓ２５２）。さらに風車制御部５０は、系統への給電量の増加量を計算する（Ｓ２５４）。さらに電力制御装置６０を制御することで、Ｓ２５４で計算した給電量を増加させる（Ｓ２５６）。風車制御部５０は、増加させた給電量を補うべく、他の風車４０からの給電量を減少させる（Ｓ２５８）。
【００３５】
風車制御部５０がこのような制御を行うことで、風速が増加する箇所の風力発電サブシステム４６からの給電量が減少した場合であっても、風速が減少する箇所の風力発電サブシステム４６からの給電量の増加によって給電量を釣り合わせることによって、エネルギー効率を高く保ちつつ、風力発電システム３０全体からの給電量を安定させることができる。
【００３６】
なお風車制御部５０は、風力発電機４８が誘導発電機である場合に、風車４０の回転速度を変動させるとき、風力発電機４８に与える励磁電流の値を制御する。また、風力発電機４８に与える励磁周波数を変化させることによって、回転速度を変化させてもよい。この場合は、風力発電機４８に与える励磁電圧も同時に変化させることが好ましい。また、風力発電機４８が同期発電機である場合、励磁電圧値を制御することによって回転速度を変化させてよい。
【００３７】
図６は、風速および風車４０の回転速度の時間発展、ならびに風車４０が受け取るエネルギーの時間発展の一例を示す。図６（ａ）は、風車４０の回転速度および風速の時間発展の一例を示す。なお図６（ａ）における右縦軸の回転速度は、右縦軸の風速に対して出力係数Ｃｐが最大となる、最適な回転速度である。図６（ｂ）は、風車４０が風力から受け取ることのできるエネルギーの時間発展の一例を示す。
【００３８】
図６（ａ）における線６１０は風速の時間発展である。線６１２は、風速が増加する前に予め風車４０の回転速度を増加させるよう、風車制御部５０が風車４０の回転速度を増加させた場合の、風車４０の回転速度の時間発展である。また、線６１４は、風車制御部５０が、当該風車４０において風速の変動を検出した後に、風車４０の回転速度を制御した場合の時間発展である。また、線６１６は、風車４０の回転速度を一定速度とした場合の回転速度の時間発展である。
【００３９】
すなわち風速は、時刻ｔ１に増加し始め、時刻ｔ５において時刻ｔ１と同じ風速に戻る。このとき、線６１２に示されるように、風車制御部５０は、時刻ｔ０から風車４０の回転速度を増加させ始める。これによって、風車４０の回転速度は、風速に対する最適な回転速度との間に一時的に差が生じるが、時刻ｔ２において風速に対する最適な回転速度に達する。その後、時刻ｔ４まで風速に対する最適な回転速度で風車４０を回転させた後、風速の低下に応じて風車４０の回転速度を低下させる。この場合、風車４０の時間あたりの回転速度の変動率が、風速の時間あたりの変動率に対して小さいため、時刻ｔ５よりも後の時刻ｔ６において風速に対する最適な回転速度に達する。
【００４０】
また、図６（a）における線６１４に示される時間発展では、風車制御部５０は、時刻ｔ１に風速の増加を検出したタイミングで風車４０の回転速度を増加させ始める。風車４０の時間あたりの回転速度の変動率が、風速の時間あたりの変動率に対して小さいため、時刻ｔ３において、最適な回転速度に達する。その後、時刻ｔ４まで最適な回転速度で風車４０を回転させた後、風速の低下に応じて風車４０の回転速度を低下させる。また、図６（a）における線６１６は、時刻ｔ１における風速に対する最適な回転速度に風車４０の回転速度を保ったまま、回転速度を維持したものである。
【００４１】
図６（ｂ）における、線８１２、線８１４、および線８１６は、それぞれ図６（a）における線６１２、線６１４、および線６１６に対応する制御によって、風車４０が得ることのできるエネルギーの時間発展を示す。時刻ｔ０から時刻ｔ６までの期間に風車４０が受け取ることのできる総エネルギー量は、線８１４で示される場合の方が、線８１６で示される場合に比べて多い。また、線８１２で示される場合の方が線８１４で示される場合に比べてさらに多い。すなわち、風車制御部５０が、風速が増加した場合に風車４０の回転速度を増加させることによって、風車４０の回転速度を一定速度に保った場合と比較してより多くのエネルギーを風力から受け取ることができる。また、風車制御部５０が、風速の増加を予測して予め風車４０の回転速度を増加させることによって、さらに多くのエネルギーを風力から受け取ることができる。
【００４２】
このように、風車制御部５０が風速を予測して風車４０の回転速度を制御することで、風車４０は風力エネルギーから回転エネルギーに効率よく変換することができる。風車制御部５０は、風速の時間変化をより正確に予測するために、風向計４４によって計測された風向きにおける風上に設けられた風速計４２を選択し、選択された風速計４２の計測する風速を判断する。選択された当該風速計４２の計測する風速が増加した場合に、風車４０の回転速度を予め増加させるよう制御する。
【００４３】
例えば、風力発電サブシステム４６aおよび風力発電サブシステム４６ｂにおける風向は、ともに風力発電サブシステム４６aから風力発電サブシステム４６ｂに向かう方向であるとする。このような場合において、風向は略同一のまま、風力発電サブシステム４６aにおける風速が増加したとき、風車制御部５０は、風力発電サブシステム４６ｂにおける風速が将来増加すると予測する。なお、略同一の風向とは、それぞれの風力発電サブシステム４６の風向計４４によって計測される風向の角度の差が、例えば３０度以内である風向を指す。
【００４４】
このとき風車制御部５０は、風力発電サブシステム４６aと風力発電サブシステム４６ｂとの間の距離を、風力発電サブシステム４６aにおいて増加した後の風速で除した値を計算して、その値を、風力発電サブシステム４６aで風速が増加した時刻と、風力発電サブシステム４６ｂで風速が将来増加する時刻との時間差とする。さらに風車制御部５０は、当該時間差に基づいて回転速度を増加させ始める時刻を計算する。風車制御部５０は、将来増加すると予測される風速と、風車４０の現在の回転速度と将来における最適な回転速度との差と、風車４０の回転を増減させる応答速度とに基づいて、回転速度を増加させ始める時刻を計算する。風車制御部５０がこのような判断を行うことで、風車４０における風力が将来増加することを予測でき、高い効率で風力からエネルギーを受け取ることができる。
【００４５】
また風車制御部５０は、複数の風速計４２のそれぞれにおいて、略同一の風向の風速が増加した場合に、それぞれの風速計４２において風速が速まった時刻を用いて、風車４０における風速が速まる時刻を予め算出してもよい。なお、略同一の風向とは、それぞれの風向計４４によって計測される風向の角度の差が、例えば３０度以内である風向を指す。
【００４６】
例えば、風力発電サブシステム４６a、風力発電サブシステム４６ｂ、および風力発電サブシステム４６ｃは、およそ一直線上に位置しているとする。このとき、風力発電サブシステム４６aにおいて、風速が増加し、その後に、風力発電サブシステム４６ｂにおいて、風力発電サブシステム４６aにおける風向と略同一の風向の風速が増加した場合に、風車制御部５０は、風力発電サブシステム４６aおよび風力発電サブシステム４６ｂのそれぞれにおいて風速が増加した時刻の差に基づいて、風力発電サブシステム４６ｃにおいて風速が増加する時刻を計算する。例えば、風力発電サブシステム４６aと風力発電サブシステム４６ｂとの間の距離を、当該時刻の差で除したものを風の移動速度として計算する。さらに、風力発電サブシステム４６ｂと風力発電サブシステム４６ｃとの間の距離を当該風の移動速度で除したものを、風力発電サブシステム４６ｂで風速が増加した時刻と、風力発電サブシステム４６ｃで風速が将来増加する時刻との時間差とする。風車制御部５０がこのような判断を行うことによって、将来に風速が増加する風の風向が、風力発電サブシステム４６ｃの方向を向いていない場合であっても、風車４０における風力が増加する時刻を適切に予測して、高い効率で風力からエネルギーを受け取ることができる。
【００４７】
図７は、風力発電システムを機能させるコンピュータ５００の構成の一例を示す図である。本例において、コンピュータ５００は、風力発電システムを図１から図４において説明した風力発電システムとして機能させるプログラムを格納する。また、コンピュータ５００は、風力発電システムの風車制御部５０として更に機能してもよい。
【００４８】
コンピュータ５００は、ＣＰＵ７００と、ＲＯＭ７０２と、ＲＡＭ７０４と、通信インターフェース７０６と、ハードディスクドライブ７１０と、フレキシブルディスクドライブ７１２と、ＣＤ−ＲＯＭドライブ７１４とを備える。ＣＰＵ７００は、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０４、ハードディスクドライブ７１０、フレキシブルディスク７２０、及び／又はＣＤ−ＲＯＭ７２２に格納されたプログラムに基づいて動作する。
【００４９】
例えば、風力発電システム３０を機能させるプログラムは、コンピュータ５００を、図１から図６に関連して説明した風車制御部５０として機能させ、電力制御装置６０および風力発電機４８を、図１から図６に関連して説明したように制御することにより、風力発電システム３０を機能させる。
【００５０】
通信インターフェース７０６は、例えば風車４０、風速計４２、風向計４４、風力発電機４８、および電力制御装置６０と通信し、それぞれの状態等に関する情報を受信し、またそれぞれを制御する制御信号を送信する。格納装置の一例としてのハードディスクドライブ７１０、ＲＯＭ７０２、又はＲＡＭ７０４は、設定情報、及びＣＰＵ７００を動作させるためのプログラム等を格納する。また、当該プログラムは、フレキシブルディスク７２０、ＣＤ−ＲＯＭ７２２等の記録媒体に格納されていてもよい。
【００５１】
フレキシブルディスクドライブ７１２は、フレキシブルディスク７２０がプログラムを格納している場合、フレキシブルディスク７２０からプログラムを読み取りＣＰＵ７００に提供する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ７１４は、ＣＤ−ＲＯＭ７２２がプログラムを格納している場合、ＣＤ−ＲＯＭ７２２からプログラムを読み取りＣＰＵ７００に提供する。
【００５２】
また、プログラムは記録媒体から直接ＲＡＭに読み出されて実行されても、一旦ハードディスクドライブ７１０にインストールされた後にＲＡＭ７０４に読み出されて実行されてもよい。更に、上記プログラムは単一の記録媒体に格納されても複数の記録媒体に格納されても良い。また記録媒体に格納されるプログラムは、オペレーティングシステムとの共同によってそれぞれの機能を提供してもよい。例えば、プログラムは、機能の一部または全部を行うことをオペレーティングシステムに依頼し、オペレーティングシステムからの応答に基づいて機能を提供するものであってもよい。
【００５３】
プログラムを格納する記録媒体としては、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭの他にも、ＤＶＤ、ＰＤ等の光学記録媒体、ＭＤ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、フラッシュメモリ、ＩＣカード、ミニチュアーカード等の半導体メモリー等を用いることができる。又、専用通信ネットワークやインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはＲＡＭ等の格納装置を記録媒体として使用してもよい。
【００５４】
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、風車制御部５０は風速計４２によって計測された風速に基づいて、風車４０の回転速度を制御するので、風力発電システム３０のエネルギー効率を高めることができる。風車制御部５０は風速計４２が計測する風速が増加した場合に、風車４０の回転速度を増加させるので、風力のエネルギーを高い効率で風力発電機４８に伝達することができる。風車制御部５０は風向計４４によって計測された風向きにおける風上に設けられた風速計４２を選択し、選択された風速計４２の計測する風速が増加した場合に、風車４０の回転速度を予め増加させるので、風車４０における風力が増加した時に、高い効率で発電をすることができる。
【００５５】
風車制御部５０は距離が異なる複数の風速計４２のそれぞれにおいて、略同一の風向の風速が増加した場合に、それぞれの風速計４２において風速が速まった時刻を用いて、風車４０における風速が速まる時刻を予め算出するので、将来に風速が増加する風の風向が現在の風向を向いていない場合であっても、風車４０における風力が増加した時刻に高い効率で発電をすることができる。風速計４２はそれぞれの風車４０に設けられており、風車４０の受ける風圧によって風速を算出するので、風車４０以外に風速計４２を設置する数を削減できる。
【００５６】
風車制御部５０は風力発電機４８から外部への給電量を減少させることにより、風車４０の回転速度を増加させるので、簡易に風車４０の回転速度を増加させることができる。また、風車制御部５０は風力発電機４８に対して電力を逆潮することにより、風車４０の回転速度を増加させるので、簡易な構成で、素早く回転速度を増加させることができる。また、風車制御部５０は風力が増加する箇所の風車４０からの給電量を減少させると同時に、他の風車４０からの給電量を増加させるので、風力発電システム３０全体からの給電量を安定させることができる。
【００５７】
以上、本発明を実施の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の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る風力発電システム３０の構成の一例を示す。
【図２】風車４０の出力係数の、周速比に対する依存性の一例を示す。
【図３】風車制御部５０の動作の詳細を示す。
【図４】風車４０の回転速度を増加させる場合の、風車制御部５０の動作の詳細を示す。
【図５】風車４０の回転速度を減少させる場合の、風車制御部５０の動作の詳細を示す。
【図６】風速および風車４０の回転速度の時間発展、ならびに風車４０が受け取るエネルギーの時間発展の一例を示す。
【図７】風力発電システムを機能させるコンピュータ５００の構成の一例を示す。
【符号の説明】
【００５９】
３０・・・風力発電システム、４０・・・風車、４２・・・風速計、４４・・・風向計、４６・・・風力発電サブシステム、４８・・・風力発電機、５０・・・風車制御部、６０・・・電力制御装置、６２・・・順変換装置、５００・・・コンピュータ、７００・・・ＣＰＵ、７０２・・・ＲＯＭ、７０４・・・ＲＡＭ、７０６・・・通信インターフェイス、７１０・・・ハードディスクドライブ、７１２・・・フレキシブルディスクドライブ、７１４・・・ＣＤ−ＲＯＭドライブ、７２０・・・フレキシブルディスク、７２２・・・ＣＤ−ＲＯＭ
【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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