(57)【要約】      （修正有）【課題】風の変動によって各風車の最適な制御設定が変化した場合でも、短時間で新しい最適な制御設定に到達できるようにする。【解決手段】複数の風車を含むウィンドファームの運転方法は、最適化対象の風車の各々の制御設定に摂動を与え、摂動を与えた後、最適化対象の風車の総出力を少なくとも含む評価値を求め、評価値の勾配に基づいて、最適化対象の風車の各々について制御設定を更新する。上記運転方法は、摂動を与えるステップにおいて、低解像度モードに対応するＭ個のグループのそれぞれについて各グループに属する風車の制御設定に対して与えるべき第１摂動成分Δｋ１を設定し、高解像度モードに対応するＮ個（但し、Ｎ＞Ｍ）のグループのそれぞれについて各グループに属する風車の制御設定に対して与えるべき第２摂動成分Δｋ２を設定し、少なくとも第１摂動成分Δｋ１および第２摂動成分Δｋ２を含む摂動を各々の風車に与える。【選択図】図９
2018109367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の風車を含むウィンドファームの運転方法であって、
最適化対象の前記風車の各々の制御設定に摂動を与えるステップと、
前記摂動を与えた後、前記最適化対象の前記風車の総出力を少なくとも含む評価値を求めるステップと、
前記評価値の勾配に基づいて、最適化対象の前記風車の各々について制御設定を更新するステップと、を備え、
前記摂動を与えるステップでは、
低解像度モードに対応するＭ個のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第１摂動成分Δｋ１を設定し、
高解像度モードに対応するＮ個（但し、Ｎ＞Ｍ）のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第２摂動成分Δｋ２を設定し、
少なくとも前記第１摂動成分Δｋ１および前記第２摂動成分Δｋ２を含む前記摂動を各々の前記風車に与える
ことを特徴とするウィンドファームの運転方法。
【請求項２】
前記ウィンドファームにおける風向に基づいて、前記低解像度モードに対応する前記Ｍ個のグループを設定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のウィンドファームの運転方法。
【請求項３】
前記Ｍ個のグループは、
２以上の前記風車が属する上流側グループと、
前記ウィンドファームにおける風向において前記上流側グループよりも下流側に位置する２以上の前記風車が属する下流側グループと、
を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のウィンドファームの運転方法。
【請求項４】
前記高解像度モードに対応する前記Ｎ個のグループの各々に１個の前記風車が属することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。
【請求項５】
前記複数の風車のうち１以上の除外風車を除く最適化対象の前記風車について、前記摂動を与えるステップおよび前記制御設定を更新するステップを行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。
【請求項６】
前記除外風車は、前記ウィンドファームにおける風向において最下流側に位置する１以上の前記風車であることを特徴とする請求項５に記載のウィンドファームの運転方法。
【請求項７】
前記摂動を与えるステップでは、全ての最適化対象の前記風車に対して同時に前記摂動を与えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。
【請求項８】
前記制御設定を更新するステップでは、新たな前記制御設定を探索範囲内に制限することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。
【請求項９】
前記制御設定を更新するステップにより得られた最適な制御設定を風況パラメータと関連付けてデータベースに保存するステップと、
前記風況パラメータに基づいて、前記制御設定の最適化処理の初期値を前記データベースから読み出すステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。
【請求項１０】
前記制御設定は、各々の前記風車の発電出力指令、ピッチ角指令又は方位指令の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。
【請求項１１】
複数の風車を含むウィンドファームの制御装置であって、
最適化対象の前記風車の各々の制御設定に摂動を与えるための摂動付与部と、
前記摂動を与えた後、前記最適化対象の前記風車の総出力を少なくとも含む評価値を求めるための評価値算出部と、
前記評価値の勾配に基づいて、最適化対象の前記風車の各々について制御設定を更新するための更新部と、を備え、
前記摂動付与部は、
低解像度モードに対応するＭ個のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第１摂動成分Δｋ１を設定し、
高解像度モードに対応するＮ個（但し、Ｎ＞Ｍ）のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第２摂動成分Δｋ２を設定し、
少なくとも前記第１摂動成分Δｋ１および前記第２摂動成分Δｋ２を含む前記摂動を各々の前記風車に与える
ように構成されたことを特徴とするウィンドファームの制御装置。
【請求項１２】
前記更新部により得られた最適な制御設定を風況パラメータと関連付けて保存するためのデータベースと、
前記風況パラメータに基づいて、前記制御設定の最適化処理の初期値を前記データベースから読み出すための初期値設定部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のウィンドファームの制御装置。
【請求項１３】
複数の風車と、
前記複数の風車の運転制御を行うように構成された請求項１１又は１２に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とするウィンドファーム。
【請求項１４】
複数の風車を含むウィンドファームの運転制御プログラムであって、
最適化対象の前記風車の各々の制御設定に摂動を与える手順と、
前記摂動を与えた後、前記最適化対象の前記風車の総出力を少なくとも含む評価値を求める手順と、
前記評価値の勾配に基づいて、最適化対象の前記風車の各々について制御設定を更新する手順と、をコンピュータに実行させるとともに、
前記摂動を与える手順を前記コンピュータに実行させる際、前記コンピュータにより、
低解像度モードに対応するＭ個のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第１摂動成分Δｋ１を設定し、
高解像度モードに対応するＮ個（但し、Ｎ＞Ｍ）のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第２摂動成分Δｋ２を設定し、
少なくとも前記第１摂動成分Δｋ１および前記第２摂動成分Δｋ２を含む前記摂動を各々の前記風車に与える
ことを特徴とするウィンドファームの運転制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウィンドファーム並びにその運転方法、制御装置及び運転制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の風力発電装置（以下、風車とする）で発電を行うウィンドファームでは、風上側に配置される前方風車に対して、風下側に配置される後方風車は通常、前方風車の後流すなわちウェイクの影響により前方風車と比較して発電出力が小さくなる。このため、各々の風車において創出される発電出力の合計であるウィンドファーム全体の出力を最適とするべく、種々の運転方法や制御方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、実測データに基づき前方風車から順番に１台ずつ出力を設定して個々の風車に対する発電出力指令を決定することで、ウィンドファーム全体の出力最適化を図ることが記載されている。
【０００４】
また、非特許文献１には、従来の最適化手法の１つである同時摂動確率近似法（ＳＰＳＡ：Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ  Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）を発展させた多解像度同時摂動確率近似法（ＭＲ−ＳＰＳＡ：Ｍｕｌｔｉ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ  Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）が開示されており、このＭＲ−ＳＰＳＡ法をウィンドファームに適用することで、ウェイクの影響を考慮してウィンドファーム全体の出力最適化を図ることが開示されている。
【０００５】
具体的に、非特許文献１に開示された技術では、制御対象とすべき、ウィンドファーム内に属する全風車（例えば、Ｎ個）を、その総数未満（例えば、Ｍ個。但し、Ｎ＞Ｍ）となる幾つかのグループに分け、同一グループ内の風車に対して同一のパラメータ設定値を用いて制御を行う低解像度モードと、個々の風車の全てを夫々独立の制御対象とし、それぞれに独立のパラメータ設定値を用いて制御する高解像度モードとを切り替え、各パラメータに対してランダム変数である正又は負の摂動を与えた後の評価値（評価関数）に基づき、次の摂動を決定して与え、改善代がなくなるまで繰り返すという計算アルゴリズムに従って各風車の制御が行われる。
【０００６】
この非特許文献１によれば、最適設定解を求める反復計算の初期段階では制御モードが低解像度モードに設定され、例えば、ヨー旋回やピッチ角についてグループ毎に大まかな修正（制御設定値の更新）が行われる。そして、評価値の変化がある値以下となった際に制御モードが高解像度モードに切り替えられ、個々の風車について細部の微調整が行われる。これにより、最適設定に到達するまでの時間が短縮されてウィンドファーム全体の発電効率を上げることができるとされている。
【０００７】
また、上記の非特許文献１では、最適設定解を求める反復計算の各イタレーションにおいて、低解像度モードでは摂動成分として第１摂動成分Δｋ１が用いられ、高解像度モードでは摂動成分として第２摂動成分Δｋ２が用いられる。このように、第１摂動成分Δｋ１と第２摂動成分Δｋ２との何れか一方を摂動として与えることにより、短時間で最適な制御設定を実現し、ウィンドファーム全体の発電出力向上が図られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許公開第２０１２／０１１２４６０号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｅｎｅｒｇｉｅｓ  ２０１４，７，“Ａ  Ｍｏｄｅｌ−Ｆｒｅｅ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  Ｆｏｒ  Ｍａｘｉｍｉｚｉｎｇ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｗｉｎｄ  Ｆａｒｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ  Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載の技術は、１台ずつ制御設定を行うため、最適化に時間を要するほか、風速変動が外乱となるため、最適な調整結果を得ることが難しい、という問題がある。
また、非特許文献１に記載の技術は、風速一定の条件下で最適化される仮想的な様子を示しているが、実際の運用においては風がランダムに変化する。このため、非特許文献１の技術を実際のウィンドファームに適用するには、制御モードを、風や発電出力に応じて低解像度モード又は高解像度モードに最適なタイミングで切替える必要がある。しかし、風向や風速は時々刻々と変化するため、切替えタイミングを最適化することは容易でないという問題がある。
【００１１】
上述した問題に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、風の変動によって各風車の最適な制御設定が変化した場合でも、新しい最適な制御設定に短時間で到達できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームの運転方法は、
複数の風車を含むウィンドファームの運転方法であって、
最適化対象の前記風車の各々の制御設定に摂動を与えるステップと、
前記摂動を与えた後、前記最適化対象の前記風車の総出力を少なくとも含む評価値を求めるステップと、
前記評価値の勾配に基づいて、最適化対象の前記風車の各々について制御設定を更新するステップと、を備え、
前記摂動を与えるステップでは、
低解像度モードに対応するＭ個のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第１摂動成分Δｋ１を設定し、
高解像度モードに対応するＮ個（但し、Ｎ＞Ｍ）のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第２摂動成分Δｋ２を設定し、
少なくとも前記第１摂動成分Δｋ１および前記第２摂動成分Δｋ２を含む前記摂動を各々の前記風車に与える。
【００１３】
上記（１）の構成では、低解像度モードに対応する第１摂動成分Δｋ１と、高解像度モードに対応する第２摂動成分Δｋ２との両方を含む摂動が常時、ウィンドファームに含まれる風車の各々に与えられる。そして、その後に求められた評価値の勾配に基づき、最適化対象の風車の各々について制御設定が更新される。これにより、個々の風車が、例えば、風向や風速の変化に対してウィンドファーム全体の最適化にとって即効性のある低解像度モードでの大まかな対応と、個々の風車位置における最適な制御設定に微修正する高解像度モードでの詳細な対応とを切り替えることなく並列的に行うことができるため、ウィンドファーム全体として常時最適な応答を行うように運転することができる。したがって、第１摂動成分Δｋ１及び第２摂動成分Δｋ２の何れか一方の摂動のみを各々の風車に与えていた従来のウィンドファームに比べて、風の変動により各風車の最適な制御設定が変化した場合でも、新しい最適な制御設定に短時間で到達することができる。また、低解像度モードにおけるグループ分けの対象や高解像度モードでの最適化対象には全ての風車が含まれ、これら全風車の各々に同時に第１摂動成分Δｋ１及び第２摂動成分Δｋ２の両方が与えられるため、一台ずつ制御設定を行っていた従来のウィンドファームに比べて、ウィンドファーム全体の総発電出力を短時間に改善することができる。
【００１４】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のウィンドファームの運転方法において、
前記ウィンドファームにおける風向に基づいて、前記低解像度モードに対応する前記Ｍ個のグループを設定するステップをさらに備える。
【００１５】
複数の風車を含むウィンドファームの全体出力を最適化するためには、風向を考慮して制御を行うことがより重要であり、また、効果的である。
上記（２）の構成では、低解像度モードの制御対象とすべきＭ個のグループが、風向きに基づいて設定される。したがって、実際の運用において、風向きの変化に対して、短時間に最適な制御設定にするべく応答することができるため、ウィンドファーム全体の総発電出力を短時間に改善することができる。
【００１６】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のウィンドファームの運転方法において、
前記Ｍ個のグループは、
２以上の前記風車が属する上流側グループと、
前記ウィンドファームにおける風向において前記上流側グループよりも下流側に位置する２以上の前記風車が属する下流側グループと、
を含む。
【００１７】
上記（３）の構成では、風上側すなわち風向の上流側に配置された上流側グループと、風下側すなわち風向の下流側に配置された下流側グループとに複数の風車をグループ分けし、各グループで制御設定を異ならせてウィンドファームを運転することができる。従って、風の変化に対応してウィンドファーム全体として総出力を最適化するためのより効果的な対応をとることができる。
【００１８】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１つに記載のウィンドファームの運転方法において、
前記高解像度モードに対応する前記Ｎ個のグループの各々に１個の前記風車が属する。
【００１９】
上記（４）の構成では、高解像度モードにおいて、ウィンドファーム内に属する全ての風車に対して、各風車間で別個独立の要素である第２摂動成分Δｋ２を常時用いて制御することができる。したがって、個々の風車において常に最適な出力制御を行うことができ、これを通じてウィンドファーム全体の出力を最適化することができる。
【００２０】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか１つに記載のウィンドファームの運転方法において、
前記複数の風車のうち１以上の除外風車を除く最適化対象の前記風車について、前記摂動を与えるステップおよび前記制御設定を更新するステップを行う。
【００２１】
上記（５）の構成では、各風車の最適な制御設定を求める処理において、例えば、制御設定の変化に対して影響の少ない又は感度を持たない風車を事前に最適化対象から除外することにより、演算負荷を低減して計算資源の効率化を図り、新しい最適な制御設定に短時間で到達することができる。従って、ウィンドファームの総発電出力をより好適に改善することができる。また、例えば、除外風車においては制御設定の更新が行われないため、ウィンドファーム全体の出力最適化にとって影響の少ない又は殆ど影響のない風車について、例えば、ヨー旋回やピッチ角調整等の機械的動作やそのための演算処理等を実際に行う必要がない。これにより、装置の機械的疲労を防止してウィンドファーム全体の運用寿命の向上を図ることができる。
【００２２】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載のウィンドファームの運転方法において、
前記除外風車は、前記ウィンドファームにおける風向において最下流側に位置する１以上の前記風車である。
【００２３】
上記（６）の構成では、ウィンドファーム全体の出力向上にとって最も影響の少ない、最も風下側に位置する１以上の風車が最適化対象から除外される。これにより。演算等の処理負荷の軽減と、機械的疲労の防止とを図りつつ、ウィンドファーム全体として出力をより短時間に最適化することができる。また、風向の最下流側に位置する１以上の風車が最適化対象から除外されるため、例えば、ウィンドファームの規模が大きいほど、即ち、ウィンドファームを構成する風車の数が多いほど、大きな差として上記の効果を享受することができる。
【００２４】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか１つに記載のウィンドファームの運転方法において、
前記摂動を与えるステップでは、全ての最適化対象の前記風車に対して同時に前記摂動を与える。
【００２５】
上記（７）の構成では、最適化対象とされた風車の全てに対して同時に摂動が与えられるため、ウィンドファーム全体として最適な制御設定に、より短時間で迅速に到達することができ、ウィンドファーム全体の総発電出力を短時間に改善することができる。
【００２６】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか１つに記載のウィンドファームの運転方法において、
前記制御設定を更新するステップでは、新たな前記制御設定を探索範囲内に制限する。
【００２７】
上記（８）の構成では、各風車の最適な制御設定を求める処理において、望ましくない制御設定が選択されることを防止することができる。これによって、ウィンドファーム全体の総発電出力を改善する際の信頼性を向上させることができるため、総出力の最適化を図りつつウィンドファーム運営に際して安定性の向上を図ることができる。
【００２８】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れか１つに記載のウィンドファームの運転方法において、
前記制御設定を更新するステップにより得られた最適な制御設定を風況パラメータと関連付けてデータベースに保存するステップと、
前記風況パラメータに基づいて、前記制御設定の最適化処理の初期値を前記データベースから読み出すステップと、
をさらに備えることを特徴とする。
【００２９】
上記（９）の構成では、実際に摂動を与えることで得られた評価値の勾配に基づいて更新された最適な制御設定を、その制御設定を得るに至る原因となった種々の風況パラメータと関連付けてデータベースに保存することができる。また、風況パラメータに基づき、制御設定の最適化処理の初期値をデータベースから読み出して適用することができるため、同様の風況パラメータが観測される際には、より短時間で最適な制御設定とすることができ、ウィンドファーム全体の総発電出力を短時間に改善することができる。また、例えば、当該ウィンドファームの立地条件に特有の風況に関連付けられた制御設定のデータを蓄積することにより、該立地に適した制御設定とするまでの時間を短縮したり、更新の精度を向上させたりすることができる。
【００３０】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れか１つに記載のウィンドファームの運転方法において、
前記制御設定は、各々の前記風車の発電出力指令、ピッチ角指令又は方位指令の少なくとも一つを含む。
【００３１】
上記（１０）の構成では、制御設定として発電出力、ピッチ角又は方位に関する指令の少なくとも１つが含まれるため、発電出力の最適化処理において、影響の大きい又は重要度の高い姿勢制御や出力制御を優先的に実行することができる。したがって、ウィンドファームの出力を効果的に最適化することができる。
【００３２】
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームの制御装置は、
複数の風車を含むウィンドファームの制御装置であって、
最適化対象の前記風車の各々の制御設定に摂動を与えるための摂動付与部と、
前記摂動を与えた後、前記最適化対象の前記風車の総出力を少なくとも含む評価値を求めるための評価値算出部と、
前記評価値の勾配に基づいて、最適化対象の前記風車の各々について制御設定を更新するための更新部と、を備え、
前記摂動付与部は、
低解像度モードに対応するＭ個のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第１摂動成分Δｋ１を設定し、
高解像度モードに対応するＮ個（但し、Ｎ＞Ｍ）のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第２摂動成分Δｋ２を設定し、
少なくとも前記第１摂動成分Δｋ１および前記第２摂動成分Δｋ２を含む前記摂動を各々の前記風車に与えるように構成される。
【００３３】
上記（１１）の構成では、上記（１）と同様に、個々の風車が、例えば、風向や風速の変化に対してウィンドファーム全体として即効性のある低解像度モードでの大まかな対応と、個々の風車位置における最適な制御設定に微修正する高解像度モードでの詳細な対応とを切り替えることなく並列的に行うことができるため、ウィンドファーム全体として常時最適な応答を行うように運転することができる。したがって、第１摂動成分Δｋ１及び第２摂動成分Δｋ２の何れか一方の摂動を各々の風車に与えていた従来のウィンドファームに比べて、風の変動により各風車の最適な制御設定が変化した場合でも、新しい最適な制御設定に短時間で到達することができるほか、一台ずつ制御設定を行っていた従来のウィンドファームに比べて、ウィンドファーム全体の総発電出力を短時間に改善することができる。さらに、既設のウィンドファームに対してこの制御装置を追加適用することにより、小規模の改造で効果的にウィンドファームの出力最適化を実現することができる。
【００３４】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載のウィンドファームの制御装置において、
前記更新部により得られた最適な制御設定を風況パラメータと関連付けて保存するためのデータベースと、
前記風況パラメータに基づいて、前記制御設定の最適化処理の初期値を前記データベースから読み出すための初期値設定部と、
をさらに備える。
【００３５】
上記（１２）の構成では、上記（９）と同様に、実際に摂動を与えることで得られた評価値の勾配に基づいて更新された最適な制御設定を、その制御設定を得るに至る原因となった種々の風況パラメータと関連付けてデータベースに保存することができる。また、風況パラメータに基づき、制御設定の最適化処理の初期値をデータベースから読み出して適用することができるため、同様の風況パラメータが観測される際には、より短時間で最適な制御設定とすることができ、ウィンドファーム全体の総発電出力を短時間に改善することができる。また、例えば、当該ウィンドファームの立地条件に特有の風況に関連付けられた制御設定のデータを蓄積することにより、該立地に適した制御設定とするまでの時間を短縮したり、更新の精度を向上させたりすることができる。
【００３６】
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームは、
複数の風車と、
前記複数の風車の運転制御を行うように構成された上記（１１）又は（１２）に記載の制御装置と、を備える。
【００３７】
上記（１３）の構成では、上記（１１）又は（１２）に記載のウィンドファームの制御装置を複数の風車の運転制御に適用することにより、総発電出力を短時間に改善することができるウィンドファームを実現することができる。
【００３８】
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームの運転制御プログラムは、
複数の風車を含むウィンドファームの運転制御プログラムであって、
最適化対象の前記風車の各々の制御設定に摂動を与える手順と、
前記摂動を与えた後、前記最適化対象の前記風車の総出力を少なくとも含む評価値を求める手順と、
前記評価値の勾配に基づいて、最適化対象の前記風車の各々について制御設定を更新する手順と、をコンピュータに実行させるとともに、
前記摂動を与える手順を前記コンピュータに実行させる際、前記コンピュータにより、
低解像度モードに対応するＭ個のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第１摂動成分Δｋ１を設定し、
高解像度モードに対応するＮ個（但し、Ｎ＞Ｍ）のグループのそれぞれについて各グループに属する前記風車の制御設定に対して与えるべき第２摂動成分Δｋ２を設定し、
少なくとも前記第１摂動成分Δｋ１および前記第２摂動成分Δｋ２を含む前記摂動を各々の前記風車に与える。
【００３９】
上記（１４）の構成によれば、風の変動により各風車の最適な制御設定が変化した場合でも、新しい最適な制御設定に短時間で到達することができる。また、一台ずつ制御設定を行っていた従来のウィンドファームに比べて、ウィンドファーム全体の総発電出力を短時間に改善することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、風の変動により各風車の最適な制御設定が変化した場合でも、新しい最適な制御設定に短時間で到達することができる。また、一台ずつ制御設定を行っていた従来のウィンドファームに比べて、ウィンドファーム全体の総発電出力を短時間に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】幾つかの実施形態に係るウィンドファームの構成例を示す概略図である。
【図２】幾つかの実施形態における風車の構成例を示す概略図である。
【図３】幾つかの実施形態に係るウィンドファームの制御装置における制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】幾つかの実施形態におけるウィンドファームの制御方法を示す模式図であり、（ａ）は低解像度モードの一例を示し、（ｂ）は高解像度モードの一例を示す。
【図５】幾つかの実施形態における基本的な制御法である同時摂動確率近似法（ＳＰＳＡ）の処理概念を示す模式図である。
【図６】幾つかの実施形態における制御設定、評価値及び更新アルゴリズムを示す図である。
【図７】幾つかの実施形態におけるウィンドファームの制御方法による合計発電出力の向上を説明するための概略図である。
【図８】幾つかの実施形態に係るウィンドファームの制御装置による処理を示すフローチャートである。
【図９】幾つかの実施形態に係るウィンドファームの制御装置による処理を示すフローチャートである。
【図１０】幾つかの実施形態に係るウィンドファームの制御装置による処理を示すフローチャートである。
【図１１】幾つかの実施形態に係るウィンドファームの制御装置による処理を示すフローチャートである。
【図１２】幾つかの実施形態におけるウィンドファームの制御方法を示す模式図である。
【図１３】幾つかの実施形態において、評価値に含まれ得る疲労損傷率を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００４３】
図１はウィンドファームの構成例を示す図である。図２はウィンドファームを構成する風車の一例を示す図である。
【００４４】
図１に示すように、幾つかの実施形態に係るウィンドファーム１は、複数の風車Ｔと、ウィンドファーム・コントローラ１０（ウィンドファームの制御装置）と、を備える。ウィンドファーム・コントローラ１０は、複数の風車Ｔ１〜Ｔｎを備えたウィンドファーム１の運転制御を司る。以下、ウィンドファーム１を構成する風車Ｔ１〜Ｔ３の例を挙げた後、ウィンドファーム・コントローラ１０の詳細について説明する。なお、図１では複数の風車として３台の風車Ｔ１〜Ｔ３を例示しているが、ウィンドファーム１を構成する風車の数はこれに限定されず、任意の数（例えば、ｎ又はＮ）であってよい。
【００４５】
幾つかの実施形態において、ウィンドファーム１の各風車Ｔ１〜Ｔ３は、図２に示すように、複数のブレード１０２及びそれらが取り付けられるハブ１０４で構成されるロータ１０５と、ハブ１０４に連結された主軸１０６と、主軸１０６の回転力を受けて駆動される発電機１１０とを備えていてもよい。幾つかの実施形態において、主軸１０６と発電機１１０とはドライブトレイン１０８及びその出力軸１０９を介して連結されていてもよい。幾つかの実施形態において、ドライブトレイン１０８は、主軸１０６の回転を増速するギア式の増速機を備えていてもよい。幾つかの実施形態において、ドライブトレイン１０８は、ギア式の増速機に替えて、油圧トランスミッションを備えていてもよい。他の実施形態では、ドライブトレイン１０８に代えて、主軸１０６と発電機１１０とが直接接続されたダイレクトドライブ方式であってもよい。
【００４６】
ドライブトレイン１０８及び発電機１１０は、主軸軸受１０７を介して主軸１０６を回転自在に支持するナセル１１２に収納されていてもよい。ナセル１１２の底面を構成するナセル台板１１４は、ヨー旋回軸受１１８を介してタワー１１６によって支持されていてもよい。なお、ナセル台板１１４には、ヨーモータ２１（図７参照）及びピニオンギアを有するヨー旋回機構１１９が固定されていてもよく、タワー１１６側に設けられたリングギアにヨー旋回機構１１９のピニオンギアを噛み合わせた状態でヨーモータ２１を駆動することでナセル１１２をタワー１１６に対して旋回可能になっていてもよい。さらに、各ブレード１０２は、翼旋回軸受（不図示）を介してハブ１０４に支持されており、ハブ１０４内に設けられたピッチ駆動アクチュエータ２３（図７参照）によってピッチ角が調節可能になっていてもよい。
【００４７】
なお、図２に示した構成例の風車Ｔにおいて、各種部品の損傷状態又は劣化状態を示す状態値が状態値検出センサ（例えば、図３に示す荷重センサ３３等を含む）によって取得され、ウィンドファーム・コントローラ１０に報告されるようになっている。
各風車Ｔ１〜Ｔ３の各種部品の状態値の具体例として、ブレード１０２の損傷状態又は劣化状態を示すものとしてブレード１０２の重量、各ブレード１０２間の重量アンバランス、ブレード１０２の振動等を挙げることができ、タワー１１６の損傷状態又は劣化状態を示すものとしてタワー１１６基部又はタワー１１６上部の疲労荷重やタワー１１６の振動等を挙げることができ、増速機や油圧トランスミッション等のドライブトレイン１０８の損傷状態又は劣化状態を示すものとして主軸軸受１０７や油圧ポンプの軸受の振動、主軸１０６の振動や振れ回り、油圧ポンプのピストン振動や振幅、油圧トランスミッションの効率等を挙げることができ、ナセル台板１１４やハブ１０４等の鋳物からなる部材の損傷状態又は劣化状態を示すものとして応力集中による疲労を挙げることができる。
【００４８】
次に、ウィンドファーム・コントローラ１０の詳細について説明する。
図３は、幾つかの実施形態に係るウィンドファーム・コントローラ１０（ウィンドファームの制御装置）における制御系の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、幾つかの実施形態において、ウィンドファーム・コントローラ１０は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ１１、該ＣＰＵ１１が実行する各種プログラムやテーブル等のデータを記憶するための記憶部としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１３、各プログラムを実行する際の展開領域や演算領域としてのワーク領域として機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２の他、図示しない大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、通信ネットワークに接続するための通信インターフェース、及び外部記憶装置が装着されるアクセス部などを備えていてもよい。幾つかの実施形態では、ウィンドファーム・コントローラ１０は、後述する制御設定を更新する工程で得られた最適な制御設定を風況パラメータと関連付けて保存するデータベース１７を含んでもよく、データベース１７には後述する発電出力分配テーブル１８等が格納されていてもよい。これらは全て、バス１４を介して接続されており、バス１４は信号線２（図１参照）を介してウィンドファーム１の各風車Ｔ１〜Ｔ３と電気的に接続されている。更に、ウィンドファーム・コントローラ１０は、例えば、キーボードやマウス等からなる入力部（図示省略）及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部（図示省略）等と接続されていてもよい。
【００４９】
幾つかの実施形態において、ウィンドファーム・コントローラ１０には、各風車Ｔ１〜Ｔ３に設けられた風向センサ３１、風速センサ３２及び荷重センサ３３の各々から、それぞれ風向、風速及び荷重に関する検知信号が送信されてもよい。上記の荷重センサ３３は、例えば、主軸軸受１０７やタワー１１６等、装置荷重や風による負荷が作用する場所に１つ以上設置されていてもよい。幾つかの実施形態において、ウィンドファーム・コントローラ１０は、バス１４及び信号線２を介してヨーモータ２１、ヨーブレーキ駆動アクチュエータ２２、ピッチ駆動アクチュエータ２３及びピッチブレーキ駆動アクチュエータ２４と電気的に接続されていてもよい。
【００５０】
幾つかの実施形態において、ＲＯＭ１３には、各風車Ｔ１〜Ｔ３の発電量からウィンドファーム１の全体出力を算出する出力算出プログラム１５や、ウィンドファーム１の全体出力を最適化するための出力最適化プログラム１６（運転制御プログラム）が格納されていてもよい。これらのプログラムについては後述する。
【００５１】
ここで、幾つかの実施形態におけるウィンドファーム１の出力最適化処理について詳しく説明する。
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、幾つかの実施形態におけるウィンドファーム１の制御方法を示す模式図であり、図４（ａ）は低解像度モードの一例を示し、図４（ｂ）は高解像度モードの一例を示す。低解像度モードは、制御対象とすべき、ウィンドファーム内に属する全風車（例えば、Ｎ個）を、その総数未満（例えば、Ｍ個。但し、Ｎ＞Ｍ）となる幾つかのグループに分け、同一グループ内の風車に対して同一のパラメータ設定値を用いて制御を行う制御モードである。これに対し、高解像度モードは、ウィンドファーム１に含まれる個々の風車の全てを夫々独立の制御対象とし、それぞれに独立のパラメータ設定値を用いて制御する制御モードである。
【００５２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、ウィンドファーム１は、例えば、図中の縦方向（Ｙ方向とする）に４列、Ｙ方向と直交する紙面横方向（Ｘ方向とする）に４行で配置された計１６台の風車Ｔ１〜Ｔ１６を含んでいてもよい。これらの風車Ｔ１〜Ｔ１６は、Ｘ方向及びＹ方向において等間隔に配置されていてもよい。各風車Ｔ間の距離は、例えば、ロータ１０５の直系をＤとしてＤの倍数で表されてもよい。なお、説明の便宜上、図４（ａ）及び図４（ｂ）中の各１６台の風車には、それぞれ左上から右方向に順にＴ１〜Ｔ１６の番号を付している。
【００５３】
いま、図の左下から右上方向（例えば、風向ベクトル（ｘ，ｙ）＝（１，１））に向けて風が吹いているとする。
この場合、風上側すなわち風向の上流側に配置される前方の風車Ｔ（例えば、図４（ａ）中に破線で示す左下から３行３列の風車Ｔ５〜Ｔ７，Ｔ９〜Ｔ１１及びＴ１３〜Ｔ１５をグループＧ１とする）に対して、風下側すなわち風向の下流側に配置される後方の風車Ｔ（例えば、図４（ａ）中に破線で示す最上段及び最右列の風車Ｔ１〜Ｔ４，Ｔ８，Ｔ１２及びＴ１６をグループＧ２とする）は通常、前方風車Ｔの後流すなわちウェイクの影響により、グループＧ１に含まれる風車Ｔと比較して各々の発電出力が小さくなる。そこで、図４（ａ）に示す低解像度モードでは、風上側に位置するグループＧ１内の各風車Ｔについては同グループＧ１内で同一の制御パラメータ（例えば、θｋ１）を用いて制御し、風下側に位置するグループＧ２内の各風車ＴについてもそれぞれグループＧ２内で同一の制御パラメータ（例えば、θｋ２）を用いて制御するように構成されてもよい。
なお、グループ化は上述したグループＧ１、Ｇ２に限られず、種々のパターンが有り得る。例えば、図４（ａ）中、左から吹く風に対しては、最左列の風車Ｔ１，Ｔ５，Ｔ９及びＴ１３を少なくとも含むグループを上流側グループＧ１とし、最右列の風車Ｔ４，Ｔ８，Ｔ１２及びＴ１６を少なくとも含むグループを下流側グループＧ２としてもよい。さらに、その他のパターンでグループ化されていてもよい。
【００５４】
一方、図４（ｂ）に示す高解像度モードでは、全風車Ｔ（Ｔ１〜Ｔ１６）のそれぞれが制御対象であり、各々の風車Ｔ１〜Ｔ１６について、個別に独立した制御パラメータを用いて制御するように構成されてもよい。
【００５５】
続いて、図５を参照し、幾つかの実施形態におけるウィンドファームの制御方法について説明する。
図５は、幾つかの実施形態における基本的な制御法である同時摂動確率近似法（ＳＰＳＡ）の処理概念を示す模式図である。
幾つかの実施形態において、図５に示すプラント４１は、例えば、複数の風車Ｔ１〜Ｔｎを含むウィンドファーム１であってもよい。
一般に、ウィンドファーム１等の風力発電プラントは、再生可能エネルギーを利用した発電プラントであり、例えば、風向、風速、温度、湿度、空気密度…、等の風況が刻々と変化するため、制御対象を明確に特定することが困難とされる。
このため、幾つかの実施形態では、例えば、図５に示すように、プラント４１（Ｐｌａｎｔ）を伝達関数が不明な制御対象として、該プラント４１に対するコントローラ４０からの入力値（Ｍｅａｓｕｒｅｄ  ｉｎｐｕｔ）と、該入力値を入力した際におけるプラント４１からの出力値（Ｍｅａｓｕｒｅｄ  ｏｕｔｐｕｔ）とを測定し、出力値がコントロール目標４２（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）に近づいたか否かに応じて次の入力値を決定するフィードバック制御が行われる。プラント４１からの出力値はまた、コントローラ４０への参照入力値と比較され、その差（Ｍｅａｓｕｒｅｄ  ｅｒｒｏｒ）がコントローラ４０及びコントロール目標４２に入力される。
そして、繰り返し行われるループ制御の各ループ（以下、イタレーションとする）における制御結果（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）がコントロール目標４２から最適化ツール（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｔｏｏｌ）４３に入力される。最適化ツール４３は、第１イタレーションにおける制御結果の入力を受けて、次の第２イタレーションでのプラント４１に対する入力値に関し、複数の制御パラメータに対して摂動を印加する。摂動は、最初の制御設定（例えば、θｋ）に対して、例えば、ランダム変数である＋Δｋ又は‐Δｋが与えられる。幾つかの実施形態では、摂動を与える際に、全ての最適化対象の風車に対して同時に摂動を与えてもよい。このようにすれば、最適化対象とされた風車Ｔの全てに対して同時に摂動が与えられるため、ウィンドファーム１全体として最適な制御設定に、より短時間で迅速に到達することができ、ウィンドファーム１全体の総発電出力を短時間に改善することができる。
続いて、上記の摂動と、該摂動が与えられた第２イタレーションの制御結果とから、最適化ツール４３において評価値（評価関数Ｌ）の勾配が求められ、次の制御パラメータが決定され、次のイタレーションにおけるコントローラ４０へのチューニングコマンドとしてコントローラ４０に送られる。これを繰り返すことにより、最適解すなわち最適化された制御設定が探索される。
【００５６】
以上を踏まえ、例えば、上述した風車Ｔ１〜Ｔ１６を制御対象として、風上側のグループＧ１と風下側のグループＧ２とにグループ分けして行われる低解像度モードでの処理について説明する。
幾つかの実施形態において、低解像度モードにおけるランダム変動をΔｋ１とし、高解像度モードにおけるランダム変動をΔｋ２とする。幾つかの実施形態において、Δｋ２は各要素が独立したランダム変数である。一方、低解像度モードにおけるΔｋ１の要素は、例えば、Δｋ１１とΔｋ１２の２つのみとなる。これは、各グループ（図４（ａ）に破線で示す）内の風車Ｔでは同一の制御設定を用いて制御されるからである。図４（ａ）の各風車Ｔ１〜Ｔ１６における摂動Δｋ１は順に以下の式（１）のようになる。
【００５７】
［数１］
Δｋ１  ＝［Δｋ１１  ，  Δｋ１１  ，Δｋ１１  ，Δｋ１１  ，Δｋ１２  ，Δｋ１２  ，Δｋ１２  ，Δｋ１１  ，Δｋ１２  ，Δｋ１２  ，Δｋ１２  ，Δｋ１１  ，Δｋ１２  ，Δｋ１２  ，Δｋ１２  ，Δｋ１１］Ｔ  ・・・（１）
【００５８】
このとき、図６に示すように、例えば、制御設定は式（２）で表され、評価値Ｌは式（３）で表され、制御設定の更新アルゴリズムはそれぞれ式（４）〜（６）で表されるように設定されてもよい。
ここで、ａｋ１、ａｋ２、ｃｋ１、ｃｋ２はそれぞれゲインであり、Δｋ１、Δｋ２はそれぞれ無次元のランダム変数からなる摂動である。
つまり、幾つかの実施形態では、ＳＰＳＡにおけるΔｋに代えてΔｋ１又はΔｋ２を用いる従来のＭＲ−ＳＰＳＡと異なり、ＳＰＳＡにおけるΔｋに代えてΔｋ１及びΔｋ２を同時に用いて最適化制御が行われる。
【００５９】
幾つかの実施形態では、上記の最適化制御により、例えば、図７に太線で示すように、ウィンドファーム１の全体出力について、最適化されるまでの時間が従来のＳＰＳＡやＭＲ−ＳＰＳＡと比較してより一層短縮される。これは、上述した幾つかの実施形態では、低解像度モードと高解像度モードとを常に併用して運転されるため、低解像度モードと高解像度モードとの切換タイミングを考慮する必要がなく、風の変化に対して常に最適な摂動が与えられる制御が行われることによるものである。
なお、風の変化が少なく定常状態が長時間確保される場合の高解像度モードでは、ある一定の風況条件において制御ループを繰り返し実行して最適な制御設定となるまで収束させることが望ましいが、実際のウィンドファーム１では、風が時々刻々と変化するため、必ずしも高解像度モードで最適な制御設定まで収束させる必要がない。むしろ、刻々と変化する風に常に追従しながら、可能な限り最適な制御設定に近い設定状態において常に運用することで、ウィンドファーム１全体として発電の総出力を最適化することができる。
【００６０】
続いて、上述した構成により、幾つかの実施形態において実現されるウィンドファーム１の運転方法すなわち、ウィンドファーム・コントローラ１０が出力最適化プログラム１６を実行することで実現される出力最適化制御（出力最適化処理）について説明する。なお、以下の説明では、ウィンドファーム・コントローラ１０が出力最適化プログラム１６を実行することで行われる処理内容がすなわちウィンドファーム１の運転方法となる。
【００６１】
幾つかの実施形態において、複数の風車Ｔを含むウィンドファーム１のウィンドファーム・コントローラ１０は、ＲＯＭ１３に格納された出力最適化プログラム１６を読み出してＲＡＭ１２に展開し、これを実行することにより、例えば、図８に示すように、最適化対象の風車Ｔの各々の制御設定θｋに摂動Δｋを与える処理を実行する（ステップＳ１）。出力最適化プログラム１６は、ウィンドファーム・コントローラ１０に上記の処理を実現させることで、最適化対象の風車Ｔの各々の制御設定に摂動を与えるための摂動付与部として機能する。次に、ウィンドファーム・コントローラ１０は、上記摂動Δｋを与えた後で、最適化対象とされた風車Ｔの総出力を少なくとも含む評価値Ｌを求める処理を実行する（ステップＳ２）。出力最適化プログラム１６は、ウィンドファーム・コントローラ１０に上記の処理を実現させることにより、摂動を与えた後、最適化対象の風車Ｔの総出力を少なくとも含む評価値Ｌを求めるための評価値算出部として機能する。そして、ウィンドファーム・コントローラ１０は、評価値Ｌの勾配に基づいて、最適化対象の風車Ｔの各々について制御設定θｋを更新（ステップＳ３）する処理を実行してもよい。これにより、制御設定θｋが更新されてθｋ＋１となる。出力最適化プログラム１６は、ウィンドファーム・コントローラ１０に上記の処理を実現させることにより、評価値Ｌの勾配に基づいて、最適化対象の風車Ｔの各々について制御設定θｋを更新するための更新部として機能する。
【００６２】
幾つかの実施形態において、上記の摂動Δｋを与える工程（ステップＳ１）では、例えば、図９に示すように、低解像度モードに対応するＭ個のグループのそれぞれについて各グループに属する風車Ｔの制御設定θｋに対して与えるべき第１摂動成分Δｋ１を設定してもよい（ステップＳ１１）。また、高解像度モードに対応するＮ個（但し、Ｎ＞Ｍ）のグループのそれぞれについて各グループに属する風車Ｔの制御設定θｋに対して与えるべき第２摂動成分Δｋ２を設定してもよい（ステップＳ１２）。そして、少なくとも第１摂動成分Δｋ１および第２摂動成分Δｋ２を含む摂動を各々の風車Ｔに与えてもよい（ステップＳ１３）。上述した幾つかの実施形態では、例えば、Ｍ＝２（グループＧ１，Ｇ２）であり、Ｎ＝１６（ウィンドファーム１内の風車Ｔの総数）としてもよい。
【００６３】
上記の構成では、低解像度モードに対応する第１摂動成分Δｋ１と、高解像度モードに対応する第２摂動成分Δｋ２との両方を含む摂動が常時、ウィンドファーム１に含まれる風車Ｔの各々に与えられる。そして、その後に求められた評価値Ｌの勾配に基づき、最適化対象の風車Ｔの各々について制御設定θｋが更新される。これにより、個々の風車Ｔが、例えば、風向や風速の変化に対してウィンドファーム１全体として即効性のある低解像度モードでの大まかな対応と、個々の風車Ｔの位置における最適な制御設定θｋに微修正する高解像度モードでの詳細な対応とを切り替えることなく並列的に行うことができるため、ウィンドファーム１全体として常時最適な応答を行うように運転することができる。したがって、第１摂動成分Δｋ１及び第２摂動成分Δｋ２の何れか一方の摂動を各々の風車Ｔに与えていた従来のウィンドファーム（例えば、図７に示すＳＰＳＡやＭＲ−ＳＰＳＡを用いたウィンドファーム）に比べて、風の変動により各風車Ｔの最適な制御設定θｋが変化した場合でも、新しい最適な制御設定θｋ＋ｎに短時間で到達することができる。また、低解像度モードにおけるグループ分けの対象や高解像度モードでの最適化対象には全ての風車Ｔが含まれるため、一台ずつ制御設定を行っていた従来のウィンドファームに比べて、ウィンドファーム１全体の総発電出力を短時間に改善することができる。さらに、既設のウィンドファームに対してこのウィンドファームの制御装置１０を追加適用することにより、小規模の改造又はアップデートで効果的にウィンドファーム１の出力最適化を実現することができる。
【００６４】
幾つかの実施形態では、上述したウィンドファーム１の運転方法において、ウィンドファーム１における風向に基づいて、低解像度モードに対応するＭ個のグループを設定してもよい。Ｍはウィンドファーム１に含まれる風車Ｔの総数未満であればよく、例えば、Ｍ＝２（グループＧ１，Ｇ２）に設定してもよい。具体的には、図１０に示すように、例えば、ウィンドファーム・コントローラ１０は、風向センサ３１からの入力に基づき、風向の上流側に位置する風車グループＧ１と、風向の下流側に位置する風車グループＧ２とを特定し（ステップＳ１０１）、低解像度モードに対応する２個のグループを決定してもよい（ステップＳ１０２）。このようにすれば、実際のウィンドファーム１の運用において、風向きの変化に対して、短時間に最適な制御設定にするべく応答することができるため、ウィンドファーム１全体の総発電出力を短時間に改善することができる。
【００６５】
幾つかの実施形態では、上述したウィンドファーム１の運転方法において、Ｍ個のグループは、２以上の風車Ｔが属する上流側グループ（例えば、グループＧ１）と、ウィンドファーム１における風向において上流側グループよりも下流側に位置する２以上の風車Ｔが属する下流側グループ（例えば、グループＧ２）と、を含んでもよい。このようにすれば、風上側すなわち風向の上流側に配置された上流側グループＧ１と、風下側すなわち風向の下流側に配置された下流側グループＧ２とに複数の風車Ｔをグループ分けし、各グループＧ１，Ｇ２で制御設定を異ならせてウィンドファーム１を運転することができる。従って、風の変化に対応してウィンドファーム１全体として総出力を最適化するためのより効果的な対応をとることができる。
【００６６】
幾つかの実施形態では、上述したウィンドファーム１の運転方法において、高解像度モードに対応するＮ個のグループの各々に１個の風車Ｔが属していてもよい（図４（ｂ）参照）。このようにすれば、高解像度モードにおいて、ウィンドファーム１内に属する全ての風車Ｔに対して、各風車Ｔ間で別個独立の要素である第２摂動成分Δｋ２を常時用いて制御することができる。したがって、個々の風車Ｔにおいて常に最適な出力制御を行うことができ、これを通じてウィンドファーム１全体の出力を最適化することができる。
【００６７】
幾つかの実施形態では、ウィンドファーム１の運転方法において、複数の風車Ｔのうち、１以上の除外風車（例えば、風下側に位置する上記グループＧ２に含まれる風車Ｔ１〜Ｔ４，Ｔ８，Ｔ１２及びＴ１６）を除く最適化対象の風車（例えば、風上側に位置する上記グループＧ１に含まれる風車Ｔ５〜Ｔ７，Ｔ９〜Ｔ１１及びＴ１３〜Ｔ１５）について、摂動を与える工程と制御設定を更新する工程とを含んでもよい。具体的には、図１１に示すように、ウィンドファーム・コントローラ１０は、風向センサ３１からの入力に基づき、風向の上流側に位置する風車グループＧ１と、風向の下流側に位置する風車グループＧ２とを特定し（ステップＳ１０１）、低解像度モードに対応する２個のグループを決定（ステップＳ１０２）した後、低解像度モードに対応するＭ個のグループのうち、除外風車を含むグループＧ２を除く最適化対象の風車（ここではグループＧ１）について与えるべき第１摂動成分Δｋ１を設定してもよい（ステップＳ１０３）。そして、ウィンドファーム・コントローラ１０は、高解像度モードに対応するＮ個（Ｎ＞Ｍ）のグループのそれぞれについて各グループに属する風車Ｔの制御設定に対して与えるべき第２摂動成分Δｋ２を設定し（ステップＳ１０４）、少なくとも第１摂動成分Δｋ１および第２摂動成分Δｋ２を含む摂動を最適化対象の風車Ｔに与えてもよい（ステップＳ１０５）。
【００６８】
上記の構成では、各風車Ｔの最適な制御設定を求める処理において、例えば、制御設定の変化に対して影響の少ない又は感度を持たないグループＧ２の風車を事前に最適化対象から除外することにより、新しい最適な制御設定に短時間で到達することができる。従って、ウィンドファーム１の総発電出力をより好適に改善することができる。また、例えば、グループＧ２の除外風車においては制御設定の更新が行われないため、ウィンドファーム１全体の出力最適化にとって影響の少ない又は殆ど影響のない風車について、例えば、ヨー旋回やピッチ角の調整等の機械的動作やそのための演算処理等を行う必要がないため、装置の疲労を防止してウィンドファーム１全体の運用寿命の向上を図ることができる。
【００６９】
幾つかの実施形態では、上述したウィンドファーム１の運転方法において、除外風車は、ウィンドファーム１における風向において最下流側に位置する１以上の風車であってもよい（図４（ａ）参照）。このようにすれば、ウィンドファーム１全体の出力向上にとって最も影響の少ない、最も風下側に位置する１以上の風車が最適化対象から除外される。これにより。演算等の処理負荷の軽減と、機械的疲労の防止とを図りつつ、ウィンドファーム１全体として出力をより短時間に最適化することができる。
【００７０】
幾つかの実施形態において、上述したウィンドファーム１の運転方法は、制御設定を更新する際に、新たな制御設定を探索範囲内に制限してもよい。具体的には、例えば、風車Ｔの発電出力、ピッチ角又は方位等の制御パラメータについて、例えば、安全設計等の観点から個々の風車Ｔに設定されている適用可能な範囲内のパラメータ値を、次のイタレーションに際しての発電出力指令、ピッチ角指令又は方位指令等として各風車Ｔに送信するように制限する。このようにすれば、各風車の最適な制御設定を求める処理において、望ましくない制御設定が選択されることを防止することができる。これによって、ウィンドファーム１全体の総発電出力を改善する際の信頼性を向上させることができるため、総出力の最適化を図りつつウィンドファーム１の運営に際して安定性の向上を図ることができる。
【００７１】
幾つかの実施形態において、上述したウィンドファーム１の運転方法は、制御設定を更新する工程で得られた最適な制御設定を風況パラメータと関連付けてデータベース１７（図３参照）に保存し、風況パラメータに基づいて、制御設定の最適化処理の初期値をデータベース１７から読み出してもよい。つまり、ウィンドファーム・コントローラ１０（ウィンドファームの制御装置）は、更新部として機能する出力最適化プログラム１６を実行することにより得られた最適な制御設定を風況パラメータと関連付けて保存するためのデータベース１７と、風況パラメータに基づいて、制御設定の最適化処理の初期値をデータベース１７から読み出すための初期値設定部と、をさらに備えてもよい。幾つかの実施形態では、例えば、キーボードやタッチパネル等の入力インターフェースを介して初期値を設定してもよく、これらの入力インターフェースが初期値設定部として機能してもよい。
【００７２】
具体的には、図１２に示すように、例えば、風向、風速及び各風車Ｔの制御設定値をそれぞれ３次元の軸として、これらの値がデータベース１７内に格納される。すなわち、これらの風向、風速及び各風車Ｔの制御設定値は、発電出力分配テーブル１８としてデータベース１７内に格納される。
そして、風向及び／又は風速が変化した際に、ウィンドファーム・コントローラ１０は、データベース１７から過去の最適値を３次元の情報として読み出し、これを初期条件として設定することでウィンドファーム１の運転を行う。より詳細には、風向及び／又は風速が変化した際に、ウィンドファーム・コントローラ１０は、データベース１７内の発電出力分配テーブル１８を読み出し、該発電出力分配テーブル１８に従って各風車Ｔに発電出力指令を送信するように構成されてもよい。
【００７３】
図１２のような構成とすれば、実際に摂動を与えることで得られた評価値の勾配に基づいて更新された最適な制御設定を、その制御設定を得るに至る原因となった種々の風況パラメータと関連付けてデータベース１７に保存することができる。また、風況パラメータに基づき、制御設定の最適化処理の初期値をデータベース１７から読み出して適用することができるため、同様の風況パラメータが観測される際には、より短時間で最適な制御設定とすることができ、ウィンドファーム１全体の総発電出力を短時間に改善することができる。また、例えば、当該ウィンドファーム１の立地条件に特有の風況に関連付けられた制御設定のデータを蓄積することにより、該立地に適した制御設定とするまでの時間を短縮したり、更新の精度を向上させたりすることができる。
【００７４】
幾つかの実施形態において、上述したウィンドファーム１の運転方法は、各々の風車Ｔの発電出力指令、ピッチ角指令又は方位指令の少なくとも一つを制御設定が含んでいてもよい。このようにすれば、制御設定として発電出力、ピッチ角又は方位に関する指令の少なくとも１つが含まれるため、発電出力の最適化処理において、影響の大きい又は重要度の高い姿勢制御や出力制御を優先的に実行することができる。したがって、ウィンドファーム１の出力を効果的に最適化することができる。
【００７５】
幾つかの実施形態において、上述した評価値Ｌには、例えば、各風車Ｔを構成する各部の疲労損傷率が含まれていてもよい。
具体的には、荷重センサ３３からの入力に基づき、ウィンドファーム１の運転中に計測される風車Ｔ各部の荷重波形から疲労損傷率（スカラ値）を求める。評価値Ｌには、上述したウィンドファーム１に属する全風車Ｔの発電出力に加えて、上記の疲労損傷率を用いてもよい。具体的には、最適化対象とする風車Ｔでの一定の評価期間における疲労損傷率の大きさに応じて、疲労損傷率が大きいほど評価値Ｌが低く評価されるようにペナルティーを与える構成としてもよい。疲労損傷率が、例えば、次のメンテナンス時期まで、等の疲労劣化スケジュール（例えば、図１３参照）よりも低く推移している風車Ｔに対しては疲労損傷率によるペナルティーをゼロとしてもよい。
【００７６】
以上説明した幾つかの実施形態の構成によれば、上記のウィンドファーム・コントローラ１０を複数の風車Ｔの運転制御に適用することにより、例えば、風の変動により各風車Ｔの最適な制御設定が変化した場合でも、新しい最適な制御設定に短時間で到達することができる。また、一台ずつ制御設定を行っていた従来のウィンドファームに比べて、ウィンドファーム１全体の総発電出力を短時間に改善することができる。
【００７７】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００７８】
１  ウィンドファーム
２  信号線
１０  ウィンドファーム・コントローラ（ウィンドファームの制御装置）
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＡＭ
１３  ＲＯＭ
１４  バス
１５  出力算出プログラム
１６  出力最適化プログラム（運転制御プログラム／摂動付与部／評価値算出部／更新部）
１７  データベース
１８  発電出力分配テーブル（分配テーブル）
２１  ヨーモータ
２２  ヨーブレーキ駆動アクチュエータ
２３  ピッチ駆動アクチュエータ
２４  ピッチブレーキ駆動アクチュエータ
３１  風向センサ
３２  風速センサ
３３  荷重センサ
４０  コントローラ
４１  プラント（制御対象）
４２  コントロール目標
４３  最適化ツール
１０２  ブレード
１０４  ハブ
１０５  ロータ（回転翼）
１０６  主軸
１０７  主軸軸受
１０８  ドライブトレイン
１０９  出力軸
１１０  発電機
１１２  ナセル
１１４  ナセル台板
１１６  タワー
１１８  ヨー旋回軸受
１１９  ヨー旋回機構
Ｔ，Ｔ１〜Ｔｎ  風車
【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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