(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
併設する蓄電池の充放電により出力を平準化する風力発電制御方法において、
風況予測データから風車出力予想値を計算し、該風車出力予想値に基づいて前記蓄電池の充放電スケジューリングと平準化目標値の設定とを行うことを特徴とする風力発電制御方法。
【請求項２】
前記風車出力予想値が前記平準化目標値より大の期間を前記蓄電池充電期間、小の期間を前記蓄電池の放電期間とし、前記蓄電池の充放電量が過大又は過小とならない値に平準化目標値を設定することを特徴とする請求項１記載の風力発電制御方法。
【請求項３】
前記スケジューリング期間において、前記蓄電池の充電電気量が放電電気量よりも大となる前記平準化目標値を設定することを特徴とする請求項２記載の風力発電制御方法。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力により発電する風力発電装置の制御方法及びその装置に関し、特に、風速変動による発電電力の変動を抑制するための風力発電制御方法及びその装置に関する。
【０００２】
風力発電装置は，風速の変動により発電電力が変動する。その変動に２種類あり、風車の受風領域内の風速分布変化によりロータ回転数の３倍の周波数（ロータが３ブレードの場合）で変動するものと、長周期の風速変動によるものである。前者の変動は系統側の電圧変動をもたらし、後者は周波数変動をもたらすため、風力発電装置導入の阻害要因になっている。これら電力の変動を抑える必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
風力発電装置の電力変動を抑える制御方法として、風車のブレードのピッチ角を、風車発電出力が一定となるように、フィードバック制御する方法が使用されている。この方法では、風車のブレードへの風の流入角を変化して、風速変化に対し、風車発電出力を一定制御するものである。しかし、この方法では、大きなブレードを駆動するため、応答性が低く、有効に電力変動を防止することは困難である。
【０００４】
このため、風車発電出力に応じて、風車発電機を可変速制御するとともに、蓄電池と組合せたハイブリッドシステムが提案されている（例えば、特開平１１−８２２８２号公報、特開平１１−２９９２９５号公報）。
【０００５】
このシステムでは、ロータ回転数の３倍の周波数での短周期の変動は，風車発電機を可変速運転することにより取り除くことができ、長周期の変動は蓄電池の充放電により平滑化できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では風車を可変速制御するインバータ等の可変速制御機構を必要とするため、既に稼動している風車発電装置には適用できないという問題がある。又、蓄電池の他に、可変速制御機構を必要とするため、コストがかかるという問題も生じる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、可変速制御機構を設けることなく、風車発電出力変動を抑制するための風車発電制御方法及びその装置を提供するにある。
【０００８】
又、本発明の他の目的は、既設の風車発電装置に蓄電池を併設して、短周期の出力変動を抑制するための風車発電制御方法及びその装置を提供するにある。
【０００９】
更に、本発明の他の目的は、既設の風車発電装置に蓄電池を併設して、長周期の変動も充放電の最適スケジューリングにより平準化するための風車発電制御方法及びその装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の風力発電制御方法は、併設する蓄電池の充放電により出力を平準化する風力発電装置の制御方法において、風況予測データから風車出力予想値を計算し、該風車出力予想値に基づいて前記蓄電池の充放電スケジューリングと平準化目標値の設定とを行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明の風力発電制御方法は、前記風車出力予想値が前記平準化目標値より大の期間を前記蓄電池充電期間、小の期間を前記蓄電池の放電期間とし、前記蓄電池の充放電量が過大又は過小とならない値に平準化目標値を設定することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、前記スケジューリング期間において、前記蓄電池の充電電気量が放電電気量よりも大となる前記平準化目標値を設定することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、風車発電装置、蓄電池制御器、他の実施の形態の順で説明する。
【００１７】
［風車発電装置］
図１は、本発明の一実施の形態の風車発電装置の制御系統図であり、図２は、図１の風力発電システムの構成図である。
【００１８】
図１に示すように、風力発電装置１は、複数の風車ブレード１１を有するロータ１０を有する。風車ブレード１１は、３つ設けられる。ロータ１０は、増速機１２を介し風車発電機３に接続される。従って、風車ブレード１１が受風して、ロータ１０が回転する。ロータ１０の回転は、増速機１２で増速され、風車発電機３を回転して、発電（ＡＣ）が行われる。
【００１９】
風車制御器１７には、風車発電機３の発電出力の電力を検出する電力検出器１６の検出電力と、発電出力の電流を検出する電流検出器１５の検出電流が入力され、且つ風車の風向、風速を検出する風速風向計１４の検出風向、風速が入力される。ロータ１０には、ブレード１１のピッチ角を可変にするためのピッチ駆動機構が設けられている。風車制御器１７は、検出電力と検出電流が所定の値になるようなフィードバック制御値を演算し、且つ検出風向、風速から突風を検出し、制限値を演算する。そして、いずれか大きい方を選択し、ピッチ駆動機構のピッチ角検出値に応じて、ピッチ制御信号を出力する。これにより、ブレード１１のピッチ角が、発電電力、電流を所定値になるように、制御される。
【００２０】
この風車発電装置１は、既知の構成であり、既存の風車発電装置であり、本発明では、更に、発電制御装置２と蓄電池３が併設されている。
【００２１】
発電制御装置２は、風車発電機の発電電力を検出する第１の電力検出器２０、風車発電機の発電電流を検出する第１の電流検出器２１、蓄電池充放電電力を検出する第２の電力検出器２３、蓄電池充放電電流を検出する第２の電流検出器２２、蓄電池３の充放電を行う充放電器２４、蓄電池充放電電圧（ＤＣ）を検出する電圧検出器２５、蓄電池充放電電流（ＤＣ）を検出する電流検出器２６、蓄電池制御器４とを有する。
【００２２】
蓄電池制御器４は，風車発電機電力・電流，蓄電池充放電電力・電流(交流)，直流部電圧，電流を取り込み，系統へ送られる電力が平滑化されるように充放電器２４へ充放電電力指令値を出力する。充放電器２４では，その指令値に基ずき蓄電池３の充放電量を制御する。更に、蓄電池制御器４は、電話回線等のネットワークを介し風況予測データを受け、これによっても充放電を制御する。蓄電池制御器４は、例えば、ＣＰＵで構成される。
【００２３】
図２に示すように、発電制御装置２、蓄電池３を備えた風車発電装置１は、複数並列に接続され、電力系統に大きな電力を供給する。
【００２４】
［蓄電池制御器］
図３は、本発明の一実施の形態の蓄電池制御器４のブロック図、図４は、その放電制御動作の説明図、図５は、その充電制御動作の説明図、図６は、その充放電スケジューリングの説明図である。
【００２５】
図３に示すように、蓄電池制御器４は、風車出力変動計算部４０、充放電切替機能部４１、電力上限値設定部４２、加算部４３、電力下限値設定部４４、加算部４５、充放電スケジューリング計算部４６とを有する。蓄電池制御器４をＣＰＵで構成する場合には、これらは、ＣＰＵの実行するプログラムで実現される。
【００２６】
風車出力変動計算部４０は、第１の電力検出器２０、第１の電流検出器２１から計算した風車発電機出力の過去一定時間、例えば、１０分程度（最大１０分で更新する）の計測データから，平均出力，最大出力，最小出力を求める。これら信号は、風車出力変動を抑えた充放電制御を行なうためのものである。既設風車からの信号はもらわない。蓄電池充放電切替部４１は、充放電スケジューリングに応じて、充放電の切替えを行う。
【００２７】
図４に示すように、蓄電池放電制御が指定された場合には、過去１０分程度の風車出力変動の最大出力を上限値として，（風車出力＋蓄電池放電電力）が，その上限値となるように放電電力制御を行う。即ち、電力上限値設定部４２に、過去１０分程度の風車出力変動の最大出力が上限値に設定され、加算部４３は、上限値から風車出力を減算し、放電電力指令値を生成する。充放電器２４は、放電電力制御回路２４−１と、充電電力制御回路２４−２とで構成されている。放電電力制御回路２４−１は、放電指令値に応じた放電電力を蓄電池３から放電する。
【００２８】
ここで、過去１０分程度の風車出力変動の最大出力は、次の期間（１０分程度）の風車出力の最大出力と予測し、（風車出力＋蓄電池放電電力）が，その予測最大出力（上限値）となるように放電電力制御を行う。このため、ロータ回転数の３倍の周波数での短周期の変動を、蓄電池３の放電制御により、抑圧できる。
【００２９】
又、過去１０分程度の風車出力変動の最大出力を、次の期間（１０分程度）の風車出力の最大出力と予測しているため、風速変動があっても、蓄電池３の放電電力を最小限とすることができ、蓄電池３の負担が少なく、蓄電池３の寿命を長く維持できる。
【００３０】
次に、蓄電池３へ充電する場合には，図５に示すように、過去の風車出力変動の最小出力を下限値として，（風車出力−蓄電池充電電力）が，その下限値となるように充電電力制御を行う。即ち、電力下限値設定部４４に、過去１０分程度の風車出力変動の最小出力が下限値に設定され、加算部４５は、風車出力から下限値を減算し、充電電力指令値を生成する。充電電力制御回路２４−２は、充電指令値に応じた充電電力を蓄電池３に充電する。
【００３１】
ここで、過去１０分程度の風車出力変動の最小出力は、次の期間（１０分程度）の風車出力の最小出力と予測し、（風車出力−蓄電池充電電力）が，その予測最小出力（下限値）となるように充電電力制御を行う。このため、ロータ回転数の３倍の周波数での短周期の変動を、蓄電池３の充電制御により、抑圧できる。
【００３２】
又、過去１０分程度の風車出力変動の最小出力を、次の期間（１０分程度）の風車出力の最小出力と予測しているため、風速変動があっても、蓄電池３の充電電力を最小限とすることができ、蓄電池３の負担が少なく、蓄電池３の寿命を長く維持できる。
【００３３】
これらの充放電制御により，風車発電機の可変速運転機構を使用することなく、風車出力変動を抑えることができる。尚、蓄電池制御器４、充放電器２４は、充放電中は電気量（充放電電力、電流）の監視を行ない，過放電および過充電とならないように制御するとともに，充放電の切替もなめらかに行う。
【００３４】
次に、前述の充放電切替は、風車又は電力系統の中央指令所から充放電スケジューリングコマンドにより、制御できる。この実施の形態では、蓄電池制御器４が、自動的に充放電スケジューリングを計算し、必要なときに充放電ができるようにしている。
【００３５】
即ち、充放電スケジューリング計算部４６は、図６に示すように、ネットワークを介し気象予報機関から受けた風速，風向などの気象情報から，風車出力値の予想を行い，風車出力が平準化されるように、充放電のスケジューリングを行う。放電したいときに、蓄電池３の容量不足となったり，充電したいときに、蓄電池３が満充電状態とならないようにするためである。充電電気量は，放電電気量よりも約２０%多く電力を必要とすることから，平準化目標値Ｐａｖｅは，風車出力予想値において，充電電力の方が２０%多くなるように重み付けして計算する。
【００３６】
平準化目標値Ｐａｖｅの計算は、予測時間Ｔ，風車出力予想値Ｐ（ｔ）とし、下記のように行われる。
【００３７】
時刻ｔの充電電力量ｆｃｈｇ（ｔ）は、下記（１）式で得られる。
【００３８】
【数１】
0003905692.tif 000002
従って、予測期間Ｔの平均充電電力量Ｐｃｈｇは、下記（２）式で計算される。
【００３９】
【数２】
0003905692.tif 000003
一方、時刻ｔの放電電力量ｆｄｃｈｇ（ｔ）は、下記（３）式で得られる。
【００４０】
【数３】
0003905692.tif 000004
従って、予測期間Ｔの平均放電電力量Ｐｄｃｈｇは、下記（４）式で計算される。
【００４１】
【数４】
0003905692.tif 000005
又、前述のように、下記（５）式が条件であるから、
１．２Ｐｃｈｇ＝Ｐｄｃｈｇ                            （５）
(式５)が成り立つように、（式１）乃至（式４）より平準化目標値Ｐａｖｅを計算する。
【００４２】
風車出力予想値Ｐ（ｔ）は、各時刻の予想風速値に応じて、風車モデルに従い、計算される。従って、（風車出力予想値Ｐ（ｔ）−平準化目標値Ｐａｖｅ）を計算し、計算結果が正なら、充電期間、負なら、放電期間と決定する。
【００４３】
例えば、２４時間毎に、２４時間分の風速予想を受ける場合には、２４時間毎に、Ｔ＝２４時間の風車出力予想値Ｐ（ｔ）、平準化目標値Ｐａｖｅ、（風車出力予想値Ｐ（ｔ）−平準化目標値Ｐａｖｅ）を計算し、２４時間の充放電期間をスケジューリングする。
【００４４】
このように、蓄電池制御器４が、自動的に充放電スケジューリングを計算し、必要なときに充放電ができるようにしているため、長周期の変動も自動的に、充放電により、平準化できる。
【００４５】
［他の実施の形態］
図７は、本発明の他の実施の形態の蓄電池制御器４のブロック図、図８は、その充放電制御動作の説明図である。
【００４６】
図７に示すように、蓄電池制御器４は、風車出力変動計算部４７、加算部４３、加算部４５とを有する。蓄電池制御器４をＣＰＵで構成する場合には、これらは、ＣＰＵの実行するプログラムで実現される。
【００４７】
風車出力変動計算部４７は、第１の電力検出器２０、第１の電流検出器２１から計算した風車発電機出力の過去一定時間、例えば、１０分程度（最大１０分で更新する）の計測データから，平均出力を求める。
【００４８】
図８に示すように、風車出力が、過去１０分程度の風車出力変動の平均値以下の場合には、加算部４３は、平均値から風車出力を減算し、放電電力指令値を生成する。放電電力制御回路２４−１は、放電指令値に応じた放電電力を蓄電池３から放電する。
【００４９】
次に、（風車出力−蓄電池充電電力）が，正の場合には、充電電力制御を行う。即ち、加算部４５は、風車出力から平均値を減算し、充電電力指令値を生成する。充電電力制御回路２４−２は、充電指令値に応じた充電電力を蓄電池３に充電する。
【００５０】
ここで、過去１０分程度の風車出力変動の平均出力は、次の期間（１０分程度）の風車出力の平均出力と予測し、（風車出力＋蓄電池充電電力）が，その予測平均値となるように充放電電力制御を行う。このため、ロータ回転数の３倍の周波数での短周期の変動を、蓄電池３の充電制御により、抑圧できる。
【００５１】
又、過去１０分程度の風車出力変動の平均出力を、次の期間（１０分程度）の風車出力の平均出力と予測しているため、充放電のスケジューリングは必要ない。風速変動に対し、充放電量が多くなる可能性があるが、制御を簡易化できるという利点がある。
【００５２】
尚、図３の実施の形態において、充放電スケジューリングを中央指令所等で行う場合には、充放電スケジューリング計算部４６は不要となる。
【００５３】
以上、本発明を実施の形態により説明したが、本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形が可能であり、これらを本発明の技術的範囲から排除するものではない。
【００５４】
【発明の効果】
併設する蓄電池の充放電により出力を平準化する風力発電制御方法において、風況予測データから風車出力予想値を計算し、該風車出力予想値に基づいて前記蓄電池の充放電スケジューリングと平準化目標値の設定とを行うため、自動的に充放電スケジューリングを計算し、必要なときに充放電ができるようにしているため、長周期の変動も自動的に、充放電により、平準化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の風車発電装置の制御系統図である。
【図２】図１の風車発電装置のシステム系統図である。
【図３】図１の蓄電池制御器のブロック図である。
【図４】図３の蓄電池放電制御動作の説明図である。
【図５】図３の蓄電池充電制御動作の説明図である。
【図６】図３の蓄電池制御器の充放電スケジューリングの説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の蓄電池制御器のブロック図である。
【図８】図７の蓄電池充放電制御動作の説明図である。
【符号の説明】
１  風車発電装置
２  発電制御装置
３  蓄電池
４  蓄電池制御器
２４  充放電器
４０、４７  風車出力変動計算部
４１  充放電切替部
４２  上限値設定部
４３、４５  加算部
４４  下限値設定部
４６  充放電スケジューリング計算部
【図１】
0003905692.tif 000006
【図２】
0003905692.tif 000007
【図３】
0003905692.tif 000008
【図４】
0003905692.tif 000009
【図５】
0003905692.tif 000010
【図６】
0003905692.tif 000011
【図７】
0003905692.tif 000012
【図８】
0003905692.tif 000013