(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置の発電出力変動を抑制する風力発電制御装置であって、
気象協会やＣＲＣ総研等が発信する気象情報から風況予測状況のデータを抽出して風況予測情報を取得する風況予測情報取得手段と、
取得した前記風況予測情報から風車出力予想値を算出して電力系統に送出される電力の変動の機会を減少するように風車出力目標値のスケジューリングを行う風車出力スケジューリング手段と、
該スケジューリング手段による風車出力目標値に基づいて風車のブレードピッチを制御するブレードピッチ制御手段と、を具備し、
前記風車出力目標値のスケジューリングは、前記風車出力予想値を超えない範囲で、かつ、所定時間以上一定出力値を保持するように、時間軸に対して段階的に変化することを特徴とする風力発電制御装置。
【請求項２】
前記風況予測情報は、専用回線を介して取得することを特徴とする請求項１記載の風力発電制御装置。
【請求項３】
前記風況予測情報は、インターネットを介して取得することを特徴とする請求項１記載の風力発電制御装置。
【請求項４】
風力発電装置の発電出力変動を抑制する風力発電制御方法であって、
気象協会やＣＲＣ総研等が発信する気象情報から風況予測状況のデータを抽出した風況予測情報を専用回線またはインターネットを介して取得する過程と、
取得した前記風況予測情報から風車出力予想値を算出する過程と、
電力系統に送出される電力の変動の機会を減少させ、算出した前記風車出力予想値を超えない範囲で、かつ、所定時間以上一定出力値を保持するように、時間軸に対して段階的に変化する風車出力目標値をスケジューリングする過程と、
スケジューリングされた前記風車出力目標値に基づいて風車のブレードピッチおよび電力変換器を制御する過程と、を有することを特徴とする風力発電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風力エネルギを受けて発電する風力発電装置に関し、特に発電出力の制御装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電装置は、風速の変動により発電電力が変動する。発電電力の変動には２種類の変動要素があり、その第１は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）で変動するものであり、その第２は気象の変化による長周期の風速変動による発電電力変動である。前者の変動は系統連系を行う電力系統側の電圧変動をもたらし、後者は電力系統側の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おり、これら電力の変動を抑える必要がある。
【０００３】
図３は、従来の技術による風力発電装置の構成を示すブロック図である。この図の風車ロータ１０は、風車ブレード１１をピッチ制御することによって等速回転を行い、増速機１２によって所定回転速度に増速して発電機１３を駆動し、交流発電出力を電力系統と接続して連系運転を行う。この構成の風力発電装置の系統送出電力の変動を抑える制御方法として、高風速で発電機１３による発電電力が過大であるときはコンバータ１４によって直流に変換して蓄電池１６にエネルギを蓄積し、発電量が不足したときこの蓄電池１６の蓄積エネルギをインバータ１５によって交流電力に逆変換して系統に送出し、発電機１３の発電電力の不足分を補う方法が実用化されている。
【０００４】
図４は、図３の風力発電装置１００の風車出力すなわち発電機１３の出力と蓄電池１６の充放電を説明する図である。この図において、風車出力すなわち発電機出力は絶えず変動しており、出力が平均値を超えたとき過剰な出力をコンバータ１４によって直流に変換して蓄電池１６を充電し、出力が出力平均値を下回ったとき不足分を蓄電池１６から放電してインバータ１５を駆動して交流出力を系統に接続することによって発電機出力の不足分を補い、常に発電機出力平均値を系統に送出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上述の方法では、変動する風速に対して計画的な運用ができず、過剰な電力を蓄える二次電池として大容量の蓄電池と電力変換器を必要とし、装置が大型になりコストが上昇する、さらに蓄電池は交換が必要でありランニングコストが高くなるという課題があった。
【０００６】
本発明はこのような背景の下になされたもので、取得した風況予測情報に基づいて出力目標値をスケジューリングし、この目標値にしたがって風車のブレードピッチおよび電力変換器を制御して風車を可変速とし、計画的な発電電力を得ることができる風力発電制御装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、風力発電装置の発電出力変動を抑制する風力発電制御装置であって、気象協会やＣＲＣ総研等が発信する気象情報から風況予測状況のデータを抽出した風況予測情報を取得する風況予測情報取得手段と、取得した前記風況予測情報から風車出力予想値を算出して電力系統に送出される電力の変動の機会を減少するように風車出力目標値のスケジューリングを行う風車出力スケジューリング手段と、該スケジューリング手段による風車出力目標値に基づいて風車のブレードピッチおよび電力変換器を制御するブレードピッチおよび電力変換器制御手段とを具備し、前記風車出力目標値のスケジューリングは、前記風車出力予想値を超えない範囲で、かつ、所定時間以上一定出力値を保持するように、時間軸に対して段階的に変化することを特徴とする風力発電制御装置を提供する。
【０００８】
この発明によれば、外部の気象予測情報から得た風況予測情報によって、電力系統に送出される電力の変動の機会を減少するように風車出力目標パターンをスケジューリングして可変速風車のブレードピッチおよび電力変換器を制御し、目標パターン通りの出力を発生するように制御することができる。これにより電力系統全体の給電計画が立てやすくなり、風力発電装置の導入が促進される。サイトの風況予測情報は、気象協会やＣＲＣ総研等が配信する気象情報から風況予測状況のデータを抽出したものである。特に、風車出力の目標値のスケジューリングは、風車のストールを防止するために風況予測情報に基づいて算出した風車出力予想値を超えない範囲で、かつ、所定時間以上の一定の出力値を保持できるように、時間軸に対して段階的に変化するスケジューリングがなされるので、電力系統に送出される電力の変動の機会が減少するとともに、風車出力を有効に利用することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の風力発電制御装置において、前記風況予測情報は、専用回線を介して取得することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、風況予測情報をあらかじめ契約した気象協会、ＣＲＣ総研等との間に専用回線を設けて取得することによって確実に必要な情報を取得することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の風力発電制御装置において、前記風況予測情報は、インターネットを介して取得することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、風況予測情報をインターネットを介して気象協会またはＣＲＣ総研等から得ることによって情報取得のためのコストを低減することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、風力発電装置の発電出力変動を抑制する風力発電制御方法であって、気象協会やＣＲＣ総研等が発信する気象情報から風況予測状況のデータを抽出した風況予測情報を専用回線またはインターネットを介して取得する過程と、取得した前記風況予測情報から風車出力予想値を算出する過程と、電力系統に送出される電力の変動の機会を減少させ、算出した前記風車出力予想値を超えない範囲で、かつ、所定時間以上一定出力値を保持するように、時間軸に対して段階的に変化する風車出力目標値をスケジューリングする過程と、スケジューリングされた前記風車出力目標値に基づいて風車のブレードピッチおよび電力変換器を制御する過程と、を有することを特徴とする風力発電制御方法を提供する。
【００１６】
この発明によれば、風況予測情報を取得して風車出力予想値を算出し、電力系統に送出される電力の変動の機会を減少させ、算出した風車出力予想値を超えない範囲で所定時間以上一定の出力値を保持するように、時間軸に対して段階的に変化する風車の出力目標をスケジューリングし、風車の出力をこの出力目標に近づけるようにブレードピッチおよび電力変換器を制御して変速を行うので、可変速風車として風車出力を有効に電力として取り出すことができ、電力系統全体の給電計画が立てやすくなり、風力発電装置の導入が促進される。サイトの風況予測情報は、気象協会やＣＲＣ総研等が配信する気象情報から風況予測状況のデータを抽出したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図を参照しながら説明する。図１はこの発明の一実施の形態による風力発電装置の構成を示すブロック図である。
この図において、符号１の風力発電装置は、風車ロータ１０に取り付けられた複数枚の風車ブレード１１が風力エネルギを受けて風車ロータ１０とともに回転し、増速機１２によって増速した後、発電機１３を駆動して発電することにより風力エネルギを電気エネルギに変換する。なお、増速機を用いないダイレクトドライブ方式でも有効である。
通常、この電気エネルギは交流出力であるが、直接電力系統と連系運転をすることはできず、コンバータ１４によって直流電力に変換した後、インバータ１５によって連系可能な電圧、周波数の交流電力に逆変換して電力系統と連系運転を行う。
【００１８】
この風力発電装置１は、風況予測情報によって出力可能な風車の出力をスケジューリングして風車ブレードのピッチおよび電力変換器を制御し、所定の出力を取り出す機能を持っている。風況予測情報２は、気象協会やＣＲＣ総研等が発信する気象情報のうちの風況予測情報であり、専用回線またはインターネットによる回線３を通して風況予測情報取得手段１７にもたらされる。
取得した風況予測情報に基づいて風車出力スケジュール手段１８において、出力目標値のスケジューリングを行い、ブレードピッチおよび電力変換器制御手段１９によって風車ブレード１１のピッチ制御および電力変換器制御を行うことによって目標値の出力を得る。
【００１９】
図２は、風速予測値ａ、風車出力予想値ｂ、および出力目標値ｃの間の関係を示した図である。この図において風速予測値ａは、専用回線またはインターネットによる回線３を通して風況予測情報２から得た情報から抽出したデータであり、３日後までの風速が予測されている。風況予測情報は気象協会、またはＣＲＣ総研等から１日に数回発信され、その都度、風速予測値ａのデータが更新される。
風車出力予想値ｂは、風速予測値ａから導き出される値で、図では風速と比例関係にあるように見えるが、風力エネルギは風速の３乗に比例するので、実際は風速の３乗に比例する値である。
出力目標値ｃは、風車出力スケジューリング手段１８において風車出力予想値ｂを超えない範囲になるように、且つ所定時間以上一定値を保つようにスケジューリングされ、したがって図に示すように時間軸に対して段階的に変化する値となる。
【００２０】
スケジューリングされた出力目標値ｃは、ブレードピッチおよび電力変換器制御手段１９に渡され、受けた風力エネルギによって発電機１３が所定の発電出力を発生できるように風車ブレード１１のピッチおよび電力変換器を制御する。
発電機１３の発電出力はコンバータ１４において直流電力に変換した後、インバータ１５によって系統と連系運転可能な周波数、電圧の交流に逆変換され、電力系統と連系運転を行う。
このような制御を行うことによって電力系統全体の給電計画が立てやすくなる。
【００２１】
図１には示していないが、コンバータ１４の出力側に蓄電池を配設し、予想外の風速変動による余剰エネルギを蓄えるようにすると、システムの信頼性の向上に寄与することができる。この場合の蓄電池は、常時充放電を繰り返すものではなく、風況予測の誤差による過不足分を補うものなので、小容量の蓄電池で事足り、蓄電池寿命も長くなる。
また、余剰エネルギの他の蓄積方法として、風車および発電機の回転系に大きなＧＤ2を持たせ、このＧＤ2によるフライホイールに蓄えるようにしてもよい。この方法によれば、風速の短周期のリップル変動による回転ムラを吸収することができる。
【００２２】
以上、本発明の一実施の形態の動作を図面を参照して詳述してきたが、本発明はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
たとえば、風況予測情報は外部機関から回線を通して入手する方法に限られるものではなく、風力発電装置内に自前の風況予測機能を持たせたものであってもよい。
また、風車の回転を増速して発電機に接続する増速機に代えて発電機の極数を多くし、所定周波数の交流出力を得るようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
これまでに説明したように、本発明によれば以下に示す効果が得られる。
請求項１の発明によれば、気象協会やＣＲＣ総研等が配信する気象予測情報から得た風況予測情報によって、電力系統に送出される電力の変動の機会を減少させるように風車出力目標パターンをスケジューリングして可変速風車のブレードピッチを制御し、目標パターン通りの出力を発生するように制御することができる。これにより電力系統全体の給電計画が立てやすくなり、風力発電装置の導入が促進される。
そして、風車出力の目標値のスケジューリングは、風車のストールを防止するために風況予測情報に基づいて算出した風車出力予想値を超えない範囲で、かつ、所定時間以上の間一定の出力値を保持できるように、時間軸に対して段階的に変化するようになされるので、電力系統に送出される電力の変動の機会が減少するとともに、風車出力を有効に利用することができる。
【００２５】
請求項２の発明によれば、風況予測情報をあらかじめ契約した気象協会、ＣＲＣ総研等との間に専用回線を設けて取得することによって確実に必要な情報を取得することができる。
【００２６】
請求項３の発明によれば、風況予測情報をインターネットを介して気象協会またはＣＲＣ総研等から得ることによって情報取得のためのコストを低減することができる。
【００２７】
請求項４の発明によれば、気象協会やＣＲＣ総研等から配信される気象予測情報をサイトの風況予測情報とし、この風況予測情報から風車出力予想値を算出する。そして、電力系統に送出される電力の変動の機会を減少させ、算出した風車出力予想値を超えない範囲で所定時間以上一定の出力値を保持するように、時間軸に対して段階的に変化する風車の出力目標をスケジューリングし、風車の出力をこの出力目標に近づけるようにブレードピッチおよび電力変換器を制御して変速を行うので、可変速風車として風車出力を有効に電力として取り出すことができ、電力系統全体の給電計画が立てやすくなり、風力発電装置の導入が促進される。すなわち、可変速風車として風車出力を有効に電力として取り出すことができるので、電力系統全体の給電計画が立てやすくなり、風力発電装置の導入が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態による風力発電装置の構成を示すブロック図。
【図２】  風況予測情報から得た風速予測値と、図１の風力発電装置の風車出力予想値および出力目標値の関係を示した図。
【図３】  従来の技術による風力発電装置の構成を示すブロック図。
【図４】  図３の風力発電装置の発電機出力と蓄電池の充放電を説明する図。
【符号の説明】
１、１００…風力発電装置
２…風況予測情報
３…回線
１０…風車ロータ
１１…風車ブレード
１２…増速機
１３…発電機
１４…コンバータ
１５…インバータ
１６…蓄電池
１７…風況予測情報取得手段
１８…風車出力スケジュール手段
１９…ブレードピッチ制御手段
【図１】
0004183406.tif 000002
【図２】
0004183406.tif 000003
【図３】
0004183406.tif 000004
【図４】
0004183406.tif 000005