(57)【要約】【課題】系統連系動作と自立運転動作の両方が可能で、しかも蓄電池が不要な風力発電システムを提供する。【解決手段】風力発電システム１０は、風力発電機１，２の直流化後の発電電力を最大とするための最大電力点追従制御を行う直流変換部１１と、直流変換部１１で得られた直流電力を交流電力に変換して系統側３，４または特定負荷５に供給する交流変換部１６とを備える。直流変換部１１は、直流化後の現在の発電電力である現発電電力または該発電電力の最大電力を交流変換部１６に通知する。交流変換部１６は、（１）系統連系動作においては、通知された現発電電力に一致させた電力を系統側３，４に出力し、（２）自立運転動作においては、通知された現発電電力または最大電力が交流変換部１６の定格出力電力以上であり、かつ特定負荷５の負荷電力が該定格出力電力以下である場合に限って、負荷電力に一致させた電力を特定負荷５に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機で得られた発電電力を系統側に出力する系統連系動作と、前記発電電力を負荷に供給する自立運転動作とが可能な風力発電システムであって、
前記発電電力を直流化するとともに、前記直流化後の発電電力を最大とするための最大電力点追従制御を行う直流変換部と、
前記直流変換電部で得られた直流電力を交流電力に変換して前記系統側または前記負荷に供給する交流変換部と、
を備え、
前記直流変換部は、前記直流化後の現在の発電電力である現発電電力または該発電電力の最大電力を前記交流変換部に通知し、
前記交流変換部は、（１）前記系統連系動作においては、通知された前記現発電電力または前記最大電力に一致させた電力を前記系統側に出力する一方、（２）前記自立運転動作においては、通知された前記現発電電力または前記最大電力が該交流変換部の定格出力電力以上であり、かつ前記負荷が必要とする電力である負荷電力が前記定格出力電力以下である場合に限って、前記負荷電力に一致させた電力を前記負荷に供給する
ことを特徴とする風力発電システム。
【請求項２】
前記直流変換部は、（１）前記系統連系動作においては、前記現発電電力を前記交流変換部に通知する一方、（２）前記自立運転動作においては、前記最大電力点追従制御における現在の動作点が最大電力点よりも低電圧側にある場合は、前記現発電電力を前記交流変換部に通知し、前記動作点が前記最大電力点に等しい場合および前記最大電力点よりも高電圧側にある場合は、前記最大電力を前記交流変換部に通知することを特徴とする請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項３】
前記直流変換部は、前記系統連系動作および前記自立運転動作において、前記最大電力点追従制御における現在の動作点が最大電力点よりも低電圧側にある場合は、前記現発電電力を前記交流変換部に通知し、前記動作点が前記最大電力点に等しい場合および前記最大電力点よりも高電圧側にある場合は、前記最大電力を前記交流変換部に通知することを特徴とする請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項４】
前記風力発電機が受ける風の風速を測定する風速計をさらに備え、
前記直流変換部は、前記発電電力を直流化する整流部と、前記整流部の出力電力をＤＣ／ＤＣ変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、前記整流部の出力電力が最大となるように前記ＤＣ／ＤＣ変換部を最大電力点追従制御する風車側制御部と、前記風速と前記最大電力点との関係が予め格納された記憶部とを含み、
前記風車側制御部は、前記風速計によって測定された前記風速と前記記憶部に格納された前記関係とに基づいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換部を最大電力点追従制御する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の風力発電システム。
【請求項５】
前記交流変換部は、前記直流変換部で得られた直流電力をＤＣ／ＡＣ変換するＤＣ／ＡＣ変換部と、前記直流変換部から通知された前記現発電電力または前記最大電力に基づいて前記ＤＣ／ＡＣ変換部を制御する系統側制御部とを含む
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載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、比較的小型の風力発電機を備えた風力発電システムに関し、特に、系統連系動作と自立運転動作の両方が可能な風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電システムには、発電した電力の全てを系統側に出力するタイプと、系統連系することなく発電した電力の全てを負荷に供給する自立運転タイプとがある。前者の風力発電システムは、比較的大型の風力発電機を備えることが多く、後者の風力発電システムは、比較的小型の風力発電機を備えることが多い。
【０００３】
例えば特許文献１に見られるように、後者の風力発電システムは、通常、風力発電機で得られた発電電力を直流化する手段と、発電電力が最大となるように制御する手段と、その後段に設けられた発電電力を蓄えるための蓄電池とを備え、蓄電池の放電電力を負荷に供給するよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３２５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
再生可能エネルギーの全量買い取りが開始されたことに伴い、近年、比較的小型の風力発電システムを家庭に設置し、余剰電力を売電したいという要望が強まってきている。この小型の風力発電機は、大型の風力発電機に比べて風の強弱により発電電力が変動する割合が高いこともあり、前述した通り、小型の風力発電機を備えた風力発電システムは系統連系することなく、発電した電力を一旦、蓄電池に蓄積し、蓄積した電力を負荷に供給する場合が多い。しかしながら、蓄電池を備えると、コストが高く、設置面積が大きく、寿命を迎えた蓄電池を数年毎に交換するのが面倒だという問題もある。特に、省エネルギー目的の風力発電には安価な鉛蓄電池が一般的に用いられるが、鉛蓄電池は有害な鉛と硫酸を使用しており、環境負荷が大きいという問題（特別な廃棄が必要）がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、系統連系動作と自立運転動作の両方が可能で、しかも蓄電池が不要な風力発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る風力発電システムは、風力発電機で得られた発電電力を系統側に出力する系統連系動作と、発電電力を負荷に供給する自立運転動作とが可能な風力発電システムであって、発電電力を直流化するとともに、直流化後の発電電力を最大とするための最大電力点追従制御を行う直流変換部と、直流変換部で得られた直流電力を交流電力に変換して系統側または負荷に供給する交流変換部とを備え、直流変換部は、直流化後の現在の発電電力である現発電電力または該発電電力の最大電力を交流変換部に通知し、交流変換部は、（１）系統連系動作においては、通知された現発電電力または最大電力に一致させた電力を系統側に出力する一方、（２）自立運転動作においては、通知された現発電電力または最大電力が交流変換部の定格出力電力以上であり、かつ負荷が必要とする電力である負荷電力が定格出力電力以下である場合に限って、負荷電力に一致させた電力を負荷に供給することを特徴とするものである。
【０００８】
この構成では、直流変換部が現発電電力または最大電力を交流変換部に通知し、系統連系動作時に、通知された現発電電力または最大電力に一致させた電力を交流変換部が系統側に出力する。このため、この構成によれば、直流変換部と交流変換部との接続点に蓄電池を備えていなくても、交流変換部が過大な電力を出力することにより該接続点の電圧が低下して交流変換部が正常に動作し得なくなるのを防ぐことができる。
【０００９】
また、この構成では、自立運転動作時に、通知された現発電電力または最大電力が交流変換部の定格出力電力以上であり、かつ負荷電力が定格出力電力以下である場合に限って、負荷電力に一致させた電力を交流変換部が負荷に供給する。このため、この構成によれば、直流変換部と交流変換部との接続点の電圧が低下するのを防ぐことができるとともに、負荷に十分な電力を確実に供給することができる。
【００１０】
直流変換部の構成としては、例えば、（１）系統連系動作においては、現発電電力を交流変換部に通知する一方、（２）自立運転動作においては、最大電力点追従制御における現在の動作点が最大電力点よりも低電圧側にある場合は、現発電電力を交流変換部に通知し、動作点が最大電力点に等しい場合および最大電力点よりも高電圧側にある場合は、最大電力を交流変換部に通知する構成がある。
【００１１】
この構成によれば、自立運転動作において、動作点が最大電力点よりも高電圧側にある場合に、現発電電力ではなくそれよりも高い最大電力点を通知する。このため、この構成によれば、通知された電力が定格出力電力未満であるために負荷への電力の供給が行われなくなるのをある程度防ぐことができる。なお、現発電電力が最大電力未満であるときに交流変換部が最大電力に一致した電力を負荷に供給すると、直流変換部と交流変換部との接続点の電圧が低下するが、この動きは動作点を最大電力点に追従させる動きと同じであり、何ら問題はない。むしろ、この動きは最大電力点追従制御を促進させるものであり、好ましい。
【００１２】
また、直流変換部の別の構成としては、例えば、系統連系動作および自立運転動作において、最大電力点追従制御における現在の動作点が最大電力点よりも低電圧側にある場合は、現発電電力を交流変換部に通知し、動作点が最大電力点に等しい場合および最大電力点よりも高電圧側にある場合は、最大電力を交流変換部に通知する構成がある。
【００１３】
この構成では、系統連系動作においても、動作点が最大電力点よりも高電圧側にある場合に、現発電電力ではなくそれよりも高い最大電力点を通知する。このため、この構成によれば、系統連系動作においても最大電力点追従制御を促進させることができる。
【００１４】
上記風力発電システムが、風力発電機が受ける風の風速を測定する風速計をさらに備えている場合、直流変換部の具体的な構成としては、例えば、発電電力を直流化する整流部と、整流部の出力電力をＤＣ／ＤＣ変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、整流部の出力電力が最大となるようにＤＣ／ＤＣ変換部を最大電力点追従制御する風車側制御部と、風速と最大電力点との関係が予め格納された記憶部とを含み、風車側制御部が、風速計によって測定された風速と記憶部に格納された関係とに基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換部を最大電力点追従制御する構成が考えられる。
【００１５】
また、交流変換部の具体的な構成としては、例えば、直流変換部で得られた直流電力をＤＣ／ＡＣ変換するＤＣ／ＡＣ変換部と、直流変換部から通知された現発電電力または最大電力に基づいてＤＣ／ＡＣ変換部を制御する系統側制御部とを含む構成が考えられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、系統連系動作と自立運転動作の両方が可能で、しかも蓄電池が不要な風力発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る風力発電システムのブロック図である。
【図２】風力発電における風速をパラメータとする整流部の出力電力と最大電力点との関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係る風力発電システムに備えられた風車側制御部の制御フロー図である。
【図４】本発明に係る風力発電システムに備えられた系統側制御部の制御フロー図である。
【図５】本発明に係る風力発電システムに備えられた風車側制御部の別の制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る風力発電システムの一実施例について説明する。
【００１９】
図１に、本発明の実施例に係る風力発電システム１０を示す。同図に示すように、風力発電システム１０は、風車１および発電機２からなる風力発電機で得られた発電電力を直流化するとともに、直流化後の発電電力を最大とするための最大電力点追従制御を行う直流変換部１１と、直流変換部１１で得られた直流電力を交流電力に変換して系統側（これには、系統３と、系統３に接続された一般負荷４とが含まれる）または特定負荷５に出力する交流変換部１６と、風車１が受ける風の風速を測定する風速計２０とを備える。すなわち、風力発電システム１０は、系統連系時に発電した電力を一般負荷４に供給し、系統３に逆潮流させることができるとともに、自立運転時に発電した電力を特定負荷５に供給することができる。
【００２０】
風力発電機を構成する風車１および発電機２は、機械的に接続されている。風車１が風を受けて回転すると、発電機２が駆動され、交流電力が得られる。風車１および発電機２は、直接接続されていてもよいし、歯車を介して接続されていてもよい。
【００２１】
直流変換部１１は、風力発電機の後段に接続されている。直流変換部１１は、整流部１２、ＤＣ／ＤＣ変換部１３、風車側制御部１４および記憶部１５を含む。
【００２２】
整流部１２は、ダイオードブリッジからなる。整流部１２は、発電機２で得られた交流の発電電力を整流（直流化）し、ＤＣ／ＤＣ変換部１３に出力する。整流部１２は、コンデンサを含む平滑部を有してもよい。
【００２３】
ＤＣ／ＤＣ変換部１３は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の少なくとも１つのスイッチング素子を含む。ＤＣ／ＤＣ変換部１３は、風車側制御部１４によってスイッチング素子が導通状態または非導通状態とされることにより、整流部１２の出力電圧を昇圧また降圧する。そして、ＤＣ／ＤＣ変換部１３は、昇圧また降圧後の直流電力を交流変換部１６に出力する。
【００２４】
風車側制御部１４は、整流部１２の出力電流および出力電圧を測定して整流部１２の出力電力を算出するとともに、風速計２０によって測定された風速と記憶部１５に予め格納された情報とに基づき、整流部１２の出力電力が最大となるように最大電力点追従制御を行う。このとき、風車側制御部１４は、ＤＣ／ＤＣ変換部１３の出力電圧が所定の範囲内に収まるように、ＤＣ／ＤＣ変換部１３のスイッチング素子を制御する。
【００２５】
図２は、風力発電における風速をパラメータとする整流部１２の出力電力と最大電力点との関係を示す、整流部１２の出力電圧−電力曲線である。曲線Ｃａは風速がＷａである場合の曲線、曲線Ｃｂは風速がＷｂ（ただし、Ｗｂ＞Ｗａ）である場合の曲線、曲線Ｃｃは風速がＷｃ（ただし、Ｗｃ＞Ｗｂ）である場合の曲線である。曲線Ｃａ、ＣｂおよびＣｃはいずれも凸型を有しており、各曲線Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃの頂点Ｕｓ点、Ｐ点、Ｏｓ点が各風速における最大電力点となる。
【００２６】
同図に示すように、風速がＷｂである場合（曲線Ｃｂ）は、整流部１２の出力電圧がＶｐとされたとき、言い換えると、動作点が最大電力点Ｐであるときに、整流部１２の出力電力は最大電力Ｐｐとなる。整流部１２の出力電圧がＶｐよりも低いＶｕとされたとき、動作点はＵ点となる。このとき、整流部１２の出力電力はＰｕ（ただし、Ｐｕ＜Ｐｐ）となる。また、整流部１２の出力電圧がＶｐよりも高いＶｏとされたとき、動作点はＯ点となる。このとき、整流部１２の出力電力はＰｏ（ただし、Ｐｏ＜Ｐｐ）となる。
【００２７】
風速がＷｂで安定している場合、風車側制御部１４は、整流部１２の出力電圧がＶｐとなるようにＤＣ／ＤＣ変換部１３を制御する。より詳しくは、風車側制御部１４は、整流部１２の出力電圧がＶｐよりも低いＶｕである場合は、出力電圧を上昇させ、Ｖｐに一致させることで、出力電力を最大電力Ｐｐとする。また、風車側制御部１４は、整流部１２の出力電圧がＶｐよりも高いＶｏである場合は、出力電圧を低下させ、Ｖｐに一致させることで、出力電力を最大電力Ｐｐとする。これにより、動作点が最大電力点Ｐに維持される。
【００２８】
風速がＷａで動作点が最大電力点Ｕｓであるときに風速がＷｂに変化（増加）すると、動作点はＵｓ点からＵ点に移動する。この場合、風車側制御部１４は、整流部１２の出力電圧を上昇させ、動作点を最大電力点Ｐに移動させる。また、風速がＷｃで動作点が最大電力点Ｏｓであるときに風速がＷｂに変化（低下）すると、動作点はＯｓ点からＯ点に移動する。この場合、風車側制御部１４は、整流部１２の出力電圧を低下させ、動作点を最大電力点Ｐに移動させる。
【００２９】
また、風車側制御部１４は、現在の発電電力（現在の整流部１２の出力電力）である現発電電力または最大電力を後述する系統側制御部１８に通知する。風速がＷｂで、動作点がＯ点である場合、風車側制御部１４は現発電電力Ｐｏまたは最大電力Ｐｐを通知する。また、風速がＷｂで、動作点が最大電力点Ｐである場合、風車側制御部１４は最大電力Ｐｐを通知する。最大電力Ｐｐは、現発電電力でもある。
【００３０】
また、風車側制御部１４は、系統側制御部１８から風力発電システム１０の運転状態を受信する。運転状態には、系統連系動作、自立運転動作および停止が含まれる。風車側制御部１４は、風力発電システム１０の運転状態に応じて通知する電力を選択する。これについては、後で詳細に説明する。
【００３１】
記憶部１５には、予め実験により求めた風速と最大電力点との関係が格納されている。より詳しくは、記憶部１５には、各風速（例えば、Ｗｂ）における最大電力点の出力電力（例えば、Ｐｐ）と出力電圧（例えば、Ｖｐ）が対応付けられて格納されている。風車側制御部１４は、記憶部１５を参照することにより、現在の風速に対応した出力電圧および出力電力を知ることができる。なお、整流部１２の出力電圧は風速にほぼ比例し、最大電力は風速の三乗にほぼ比例することが知られている。
【００３２】
再び図１を参照する。交流変換部１６は直流変換部１１の後段に接続されている。交流変換部１６は、ＤＣ／ＡＣ変換部１７、系統側制御部１８および指示受付部１９を含む。
【００３３】
ＤＣ／ＡＣ変換部１７は、ＭＯＳＦＥＴ等の少なくとも１つのスイッチング素子を含む。ＤＣ／ＡＣ変換部１７は、系統側制御部１８によってスイッチング素子が導通状態または非導通状態とされることにより、ＤＣ／ＤＣ変換部１３の出力電力を商用交流電力に相当する交流電力に変換し、系統側または特定負荷５に向けて出力する。なお、系統側に出力された交流電力は、一般負荷４で消費される。一般負荷４で消費しきれなかった余剰電力は、系統３に逆潮流される。
【００３４】
指示受付部１９は、ユーザからの各種指示を受け付ける操作盤である。本実施例の指示受付部１９は、系統３に停電等の異常が発生したときに自立運転を行うか否かについての指示を受け付ける。指示受付部１９は、ユーザからの他の指示を受け付けてもよい。
【００３５】
系統側制御部１８は、系統３の状態、ＤＣ／ＡＣ変換部１７の特定負荷５に対する出力電流と出力電圧、風車側制御部１４から通知された現発電電力または最大電力、および指示受付部１９が受け付けたユーザからの指示に基づいて、ＤＣ／ＡＣ変換部１７を制御する。系統側制御部１８による制御については、後で詳細に説明する。
【００３６】
また、系統側制御部１８は、系統３の状態と指示受付部１９が受け付けた指示に基づいて判断した風力発電システム１０の運転状態を風車側制御部１４に通知する。
【００３７】
次に、図３を用いて、風車側制御部１４の制御フローについて説明する。
【００３８】
ステップＳ１において、風車側制御部１４は、風速計２０によって測定された現在の風速を取得する。
【００３９】
ステップＳ２およびＳ３において、風車側制御部１４は、整流部１２の現在の出力電圧および出力電流を取得し、両者の積により整流部１２の出力電力（現発電電力）を算出する。
【００４０】
ステップＳ４およびＳ７において、風車側制御部１４は、運転状態の判定を行う。系統側制御部１８から通知された風力発電システム１０の運転状態が系統連系動作である場合（ステップＳ４で“Ｙｅｓ”）は、ステップＳ５に進む。風力発電システム１０の運転状態が自立運転動作である場合（ステップＳ４で“Ｎｏ”、ステップＳ７で“Ｙｅｓ”）は、ステップＳ８に進む。また、風力発電システム１０の運転状態が停止である場合（ステップＳ４で“Ｎｏ”、ステップＳ７で“Ｎｏ”）は、ステップＳ１に戻る。
【００４１】
ステップＳ５において、風車側制御部１４は、ステップＳ３で算出した現在発電電力を系統側制御部１８に通知する。
【００４２】
ステップＳ６において、風車側制御部１４は、ＤＣ／ＤＣ変換部１３を最大電力点追従制御する。例えば、ステップＳ１で取得した風速がＷｂである場合は、ステップＳ２で取得する整流部１２の出力電圧がＶｐに一致するようにＤＣ／ＤＣ変換部１３を制御する。
【００４３】
ステップＳ６が終了するとステップＳ１に戻る。この制御フローは、風力発電が行われている間、繰り返し実行される。
【００４４】
運転状態が自立運転動作である場合に実行されるステップＳ８において、風車側制御部１４は、動作点の判定を行う。より詳しくは、現在の動作点が最大電力点よりも低電圧側にある場合（ステップＳ８で“＜最大電力点”）は、ステップＳ９に進む。一方、現在の動作点が最大電力点に等しい場合および最大電力点よりも高電圧側にある場合（ステップＳ８で“≧最大電力点”）は、ステップＳ１０に進む。
【００４５】
ここで、現在の動作点が最大電力点よりも低電圧側にあるとは、例えば、風速がＷｂで、かつ整流部１２の出力電圧がＶｐよりも低いＶｕであることを意味する。現在の動作点が最大電力点に等しいとは、例えば、風速がＷｂで、かつ整流部１２の出力電圧がＶｐであることを意味する。また、現在の動作点が最大電力点よりも高電圧側にあるとは、例えば、風速がＷｂで、かつ整流部１２の出力電圧がＶｐよりも高いＶｏであることを意味する。
【００４６】
ステップＳ９において、風車側制御部１４は、ステップＳ５と同様、ステップＳ３で算出した現発電電力を系統側制御部１８に通知する。
【００４７】
ステップＳ１０において、風車側制御部１４は、現発電電力ではなく最大電力を系統側制御部１８に通知する。
【００４８】
ステップＳ９またはＳ１０が終了するとステップＳ６を実行してステップＳ１に戻る。
【００４９】
続いて、図４を用いて、系統側制御部１８の制御フローについて説明する。
【００５０】
ステップＳ１１において、系統側制御部１８は、風車側制御部１４からの通知を受信する。前述した通り、系統連系動作においては、現発電電力が通知される。一方、自立運転動作においては、現発電電力または最大電力が通知される。
【００５１】
ステップＳ１２に先立って、系統側制御部１８は、系統３の電圧、電流、周波数等を監視することで単独運転検出を行い、風力発電システム１０の運転状態を判断する。系統３が正常である場合、運転状態は系統連系動作と判断される。一方、系統３に停電等の異常があり、かつ異常が発生したときに自立運転を行うように指示がなされている場合、運転状態は自立運転動作と判断される。それ以外の場合、運転状態は停止と判断される。
【００５２】
ステップＳ１２およびＳ１４において、系統側制御部１８は、運転状態の判定を行う。風力発電システム１０の運転状態が系統連系動作である場合（ステップＳ１２で“Ｙｅｓ”）は、ステップＳ１３に進む。風力発電システム１０の運転状態が自立運転動作である場合（ステップＳ１２で“Ｎｏ”、ステップＳ１４で“Ｙｅｓ”）は、ステップＳ１５に進む。また、風力発電システム１０の運転状態が停止である場合（ステップＳ１２で“Ｎｏ”、ステップＳ１４で“Ｎｏ”）は、ステップＳ２０に進む。
【００５３】
ステップＳ２０において、系統側制御部１８は、ＤＣ／ＡＣ変換部１７を停止させる。つまり、風力発電システム１０の運転状態が停止である場合は、系統３、一般負荷４および特定負荷５への電力の供給は行われない。
【００５４】
運転状態が系統連系動作である場合に実行されるステップＳ１３において、系統側制御部１８は、ＤＣ／ＡＣ変換部１７を制御して、ＤＣ／ＡＣ変換部１７の出力電力を通知された現発電電力に一致させる。これにより、発電できた電力の全てがＤＣ／ＡＣ変換部１７から系統側に出力される。出力された電力は一般負荷４で消費され、余剰分は系統３に逆潮流される。
【００５５】
ステップＳ１３が終了するとステップＳ１１に戻る。この制御フローは、風力発電が行われている間、繰り返し実行される。
【００５６】
運転状態が自立運転動作である場合に実行されるステップＳ１５において、系統側制御部１８は、通知された電力がＤＣ／ＡＣ変換部１７の定格出力電力以上であるか否かの判定を行う。通知された電力が定格出力電力以上である場合（ステップＳ１５で“Ｙｅｓ”）は、ステップＳ１６に進む。一方、通知された電力が定格出力電力未満である場合（ステップＳ１５で“Ｎｏ”）は、ステップＳ２０に進む。なお、ＤＣ／ＡＣ変換部１７の定格出力電力は、最大電力未満に設定されている。
【００５７】
通知された電力がＤＣ／ＡＣ変換部１７の定格出力電力未満である場合に後述するステップＳ１９を実行して特定負荷５への電力供給を行うと、特定負荷５が必要とする電力（以下、「負荷電力」という）が急増したときに、特定負荷５に十分な電力を供給することができず、特定負荷５が正常に動作できなくなるおそれがある。本実施例に係る風力発電システム１０では、これを回避するべく、通知された電力が定格出力電力に満たない場合は、最初から特定負荷５への電力供給を行わないようにしている。
【００５８】
ステップＳ１６およびＳ１７において、系統側制御部１８は、ＤＣ／ＡＣ変換部１７の現在の出力電圧および出力電流を取得し、両者の積により現在の負荷電力を算出する。
【００５９】
ステップＳ１８において、系統側制御部１８は、ステップＳ１７で算出した負荷電力がＤＣ／ＡＣ変換部１７の定格出力電力以下であるか否かの判定を行う。負荷電力が定格出力電力以下である場合（ステップＳ１８で“Ｙｅｓ”）は、ステップＳ１９に進む。一方、負荷電力が定格出力電力を超えている場合（ステップＳ１８で“Ｎｏ”）は、ステップＳ２０に進む。
【００６０】
発電できた電力を超える電力をＤＣ／ＡＣ変換部１７に出力させると、ＤＣ／ＤＣ変換部１３とＤＣ／ＡＣ変換部１７との接続点の電圧が低下し、ＤＣ／ＡＣ変換部１７が正常に動作し得なくなるおそれがある。このため、本実施例に係る風力発電システム１０では、通知された電力が定格出力電力以上であり（ステップＳ１５で“Ｙｅｓ”）、かつ負荷電力が定格出力電力以下である場合（ステップＳ１８で“Ｙｅｓ”）に限って後述するステップＳ１９を実行し、特定負荷５に負荷電力を供給することで、かかる問題を回避している。
【００６１】
ステップＳ１９において、系統側制御部１８は、ＤＣ／ＡＣ変換部１７を制御して、ＤＣ／ＡＣ変換部１７の出力電力を現在の負荷電力に一致させる。これにより、特定負荷５に必要な電力が過不足なく供給される。
【００６２】
ステップＳ１９またはステップＳ２０が終了するとステップＳ１１に戻る。この制御フローは、風力発電が行われている間、繰り返し実行される。
【００６３】
ここで、本実施例に係る風力発電システム１０では、現在の動作点が最大電力点に等しい場合（実際に最大電力を発電できている場合）だけでなく、現在の動作点が最大電力点よりも高電圧側にある場合（最大電力未満の電力しか発電できていない場合）にも、風車側制御部１４から系統側制御部１８に最大電力が通知されるため、ＤＣ／ＡＣ変換部１７が実際に発電できている電力よりも大きな電力を出力することがあり、この場合、ＤＣ／ＤＣ変換部１３とＤＣ／ＡＣ変換部１７との接続点の電圧は低下する。しかしながら、この電圧の低下は、動作点を最大電力点に追従させる動きと同じであり、何ら問題はない。むしろ、この電圧の低下は、最大電力点追従制御を促進させるものであり、好ましい。
【００６４】
一方、現在の動作点が最大電力点よりも低電圧側にある場合に最大電力が通知され、ＤＣ／ＡＣ変換部１７が実際に発電できている電力よりも大きな電力を出力すると、ＤＣ／ＤＣ変換部１３とＤＣ／ＡＣ変換部１７との接続点の電圧が最大電力点追従制御に逆行して下がってしまう。これを防ぐため、本実施例に係る風力発電システム１０では、現在の動作点が最大電力点よりも低電圧側にある場合は、整流部１２の現在の出力電力（実際に発電できている電力）を通知する。
【００６５】
なお、この最大電力点追従制御の促進効果は、風車１が小型であればあるほど高くなる。小型の風車１は、慣性の影響を受けにくく、負荷に応じて回転数、すなわち整流部１２の出力電圧が変動しやすいからである。
【００６６】
現在の動作点が最大電力点よりも高電圧側にある場合に最大電力を通知すれば、現在の発電電力が定格出力電力未満であるためにステップＳ１５の判定が“Ｎｏ”となり、自立運転が停止（ステップＳ２０）されるのをある程度防ぐこともできる。
【００６７】
以上、本発明に係る風力発電システムの実施例について説明したが、本発明の構成は上記実施例に限定されるものではない。
【００６８】
例えば、ＤＣ／ＡＣ変換部１７は、系統側に向けて電力を出力するか、特定負荷５に向けて電力を出力するのかを切り替え可能なスイッチを有していてもよい。また、上記実施例では、自立運転時のみ特定負荷５にＤＣ／ＡＣ変換部１７より電力を供給しているが、系統連系時にも系統３から特定負荷５に電力を供給するように構成してもよい。この場合、特定負荷５にスイッチを設けて系統連系時には系統３に接続し系統３から電力供給を受ける一方、系統停電時にＤＣ／ＡＣ変換部１７（自立運転出力）に接続し、ＤＣ／ＡＣ変換部１７から電力供給を受けるようにしてもよい。
【００６９】
また、系統側制御部１８ではなく風車側制御部１４が系統３の状態を監視し、系統側制御部１８に運転状態を通知してもよい。
【００７０】
また、指示受付部１９を交流変換部１６に設けたが、これに限定するものではなく、指示受付部１９を他の部分に設けてもよい。
【００７１】
また、ＤＣ／ＤＣ変換部１３の出力に電気二重層コンデンサ等のごく短時間に限って電力を充放電可能なデバイスを設け、風速の変動に対する直流変換部１１の発電電力の変動を緩和し、後段の交流変換部１６の安定化を図る構成としてもよい。
【００７２】
また、図５に示すように、風車側制御部１４は、運転状態が系統連系動作なのか自立運転動作なのかを区別することなく（ステップＳ２１）、現在の動作点が最大電力点よりも低電圧側にある場合は現発電電力を通知し、現在の動作点が最大電力点に等しい場合および最大電力点よりも高電圧側にある場合は最大電力を通知してもよい。この構成によれば、系統連系動作においても最大電力点追従制御を促進させることができ、発電効果を上げることができる。なお、この効果は、風車１が小型の場合に顕著となる。
【符号の説明】
【００７３】
１    風車
２    発電機
３    系統
４    一般負荷
５    特定負荷
１０    風力発電システム
１１    直流変換部
１２    整流部
１３    ＤＣ／ＤＣ変換部
１４    風車側制御部
１５    記憶部
１６    交流変換部
１７    ＤＣ／ＡＣ変換部
１８    系統側制御部
１９    指示受付部
２０    風速計
【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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