JP2014128184A - 風力発電システムの制御装置及び制御方法、並びに風力発電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】風力発電装置又はウィンドファームに併設された蓄電池の電池容量を低減し得る風力発電システムの制御装置及び制御方法、並びに風力発電システムを提供する。
【解決手段】少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと蓄電池とを備える風力発電システムの制御装置は、風速予測値を取得するための風速予測値取得部と、前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するためのWF予測出力算出部と、前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得部と、前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定するための充放電目標決定部とを備える。前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させるように構成されたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【選択図】 図1
【解決手段】少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと蓄電池とを備える風力発電システムの制御装置は、風速予測値を取得するための風速予測値取得部と、前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するためのWF予測出力算出部と、前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得部と、前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定するための充放電目標決定部とを備える。前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させるように構成されたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【選択図】 図1
Description
本開示は、少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと蓄電池とを備える風力発電システムの制御装置及び制御方法、並びに風力発電システムに関する。
近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置の集合体からなるウィンドファームの普及が進んでいる。
ウィンドファームは系統(グリッド)に連系されることが多く、この場合、ウィンドファームで生成された電力はグリッドに供給される。グリッドに連系されるウィンドファームは、グリッドの安定性を妨げないように適切な出力で運転することが求められる。そのため、グリッド側から指定された出力目標値を実現するように、ウィンドファームの出力制御が行われることがある。
ウィンドファームは系統(グリッド)に連系されることが多く、この場合、ウィンドファームで生成された電力はグリッドに供給される。グリッドに連系されるウィンドファームは、グリッドの安定性を妨げないように適切な出力で運転することが求められる。そのため、グリッド側から指定された出力目標値を実現するように、ウィンドファームの出力制御が行われることがある。
一方、風力発電装置の発電出力は、風速の変化に影響されて長期的又は短期的な変動が発生する。風速の変動に起因した発電出力の変動は、例えばグリッドの周波数変動を引き起こす。ウィンドファームでは、グリッドの電力品質向上の観点から、発電出力の変動を抑制することが求められている。そのため、発電出力を平準化する目的でウィンドファームに蓄電池を併設した風力発電システムが普及している。
しかし、蓄電池は一般的に高価であるので、電池容量の削減によるコスト低減が望まれている。
しかし、蓄電池は一般的に高価であるので、電池容量の削減によるコスト低減が望まれている。
そこで、電池容量を削減する対策の一つとして、風速情報を用いて風力発電システムを予測制御する方法が知られている。例えば、特許文献1には、気象予測に基づく風力発電装置の発電電力予測値を利用して蓄電池を充放電制御する方法が開示されている。なお、蓄電池を併設した構成ではないが、特許文献2には、気象情報からウィンドファームの発電量を予測し、風力発電システムの出力を水力発電と連系して調整するようにした再生エネルギー型発電システムの構成が開示されている。また、特許文献3には、風況予測情報に基づいてスケジューリングした出力目標値に従って、風力発電装置の発電制御を行うようにした構成が開示されている。
しかしながら、風速予測を用いた予測制御では、予測が外れた場合、逆に過大に充電池の容量が必要となることがある。即ち、予測制御を行う場合、誤った予測風速に従って風力発電システムの出力目標値を設定すると、出力目標値と風力発電装置の出力値との乖離が実際の値よりも大きくなり蓄電池の無駄な充放電が行われる。そのため、蓄電池のSOC変動が大きくなり、蓄電池の容量を大きくせざるを得ない。
この点、特許文献1には、予測制御において風速予測が外れた場合の対策については何ら開示されていない。
この点、特許文献1には、予測制御において風速予測が外れた場合の対策については何ら開示されていない。
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、ウィンドファームに併設された蓄電池の電池容量を低減し得る風力発電システムの制御装置及び制御方法、並びに風力発電システムを提供することである。
本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電システムの制御装置は、
少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと蓄電池とを備える風力発電システムの制御装置であって、
風速予測値を取得するための風速予測値取得部と、
前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するためのWF予測出力算出部と、
前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得部と、
前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定するための充放電目標決定部とを備え、
前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させるように構成される。
なお、一実施形態では、前記予測信頼度指標は、各々の前記蓄電池のSOC、前記風速予測値に対応する時刻における実際の風速値に対する前記風速予測値の偏差、前記WF予測出力に対応する時刻における実際の前記ウィンドファームの出力総和に対する前記WF予測出力の偏差の少なくとも一つである。
少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと蓄電池とを備える風力発電システムの制御装置であって、
風速予測値を取得するための風速予測値取得部と、
前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するためのWF予測出力算出部と、
前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得部と、
前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定するための充放電目標決定部とを備え、
前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させるように構成される。
なお、一実施形態では、前記予測信頼度指標は、各々の前記蓄電池のSOC、前記風速予測値に対応する時刻における実際の風速値に対する前記風速予測値の偏差、前記WF予測出力に対応する時刻における実際の前記ウィンドファームの出力総和に対する前記WF予測出力の偏差の少なくとも一つである。
上記風力発電システムの制御装置によれば、風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標に基づいて、WF現在出力とWF予測出力との充放電量の目標値への寄与率を変化させることによって蓄電池による無駄な充放電を回避できる。よって、風速の予測外れに起因したSOCの変動を小さくでき、蓄電池の容量削減が図れる。
幾つかの実施形態では、現在における前記ウィンドファームの出力総和であるWF現在出力を取得するためのWF現在出力取得部をさらに備え、前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標が第1設定範囲を逸脱したとき、前記WF予測出力の寄与率をゼロとし、前記WF現在出力に基づいて前記目標値を決定するように構成される。
このように、予測信頼度指標が第1設定範囲を逸脱して、風速予測結果が信頼性を欠いていると判断できる場合には、実際のウィンドファームの出力総和であるWF現在出力に乗り換えて蓄電池の充放電を制御する(即ち、WF予測出力の寄与率をゼロとして蓄電池の充放電制御にはWF予測出力を関与させない)ことにより、風速の予測外れに起因したSOCの変動を抑制できる。
このように、予測信頼度指標が第1設定範囲を逸脱して、風速予測結果が信頼性を欠いていると判断できる場合には、実際のウィンドファームの出力総和であるWF現在出力に乗り換えて蓄電池の充放電を制御する(即ち、WF予測出力の寄与率をゼロとして蓄電池の充放電制御にはWF予測出力を関与させない)ことにより、風速の予測外れに起因したSOCの変動を抑制できる。
幾つかの実施形態では、前記充放電目標決定部は、前記第1設定範囲に含まれ且つ前記第1設定範囲よりも狭い第2設定範囲に前記予測信頼度指標が収まるとき、前記WF現在出力の寄与率をゼロとし、前記WF予測出力に基づいて前記目標値を決定するように構成される。
このように、予測信頼度指標が第2設定範囲に収まって、明らかに風速予測結果に信頼性があると判断できる場合には、風速予測を信頼して蓄電池の充放電を制御する(即ち、WF現在出力の寄与率をゼロとして、蓄電池の充放電制御にWF予測出力を積極的に関与させる)ことによって、蓄電池の容量削減効果を大きく享受できる。
このように、予測信頼度指標が第2設定範囲に収まって、明らかに風速予測結果に信頼性があると判断できる場合には、風速予測を信頼して蓄電池の充放電を制御する(即ち、WF現在出力の寄与率をゼロとして、蓄電池の充放電制御にWF予測出力を積極的に関与させる)ことによって、蓄電池の容量削減効果を大きく享受できる。
幾つかの実施形態では、前記充放電目標決定部は、前記WF予測出力をPfutureとし、前記WF現在出力をPpresentとし、前記WF予測出力の寄与率をGとしたとき、積(1−G)×Ppresentと積G×Pfutureの和である加重平均出力Paveを算出するための加重平均出力算出部と、前記風力発電システム全体としての出力目標値Ptargetが得られるように前記加重平均出力Paveを平滑化するための平滑化フィルタと、前記出力目標値Ptargetと前記WF現在出力Ppresentとの差分から前記目標値を算出するための目標値算出部とを含む。
上述のようにWF予測出力の寄与率は風速予測の信頼度を反映するSOCに基づいて変化せしめられるため、寄与率を用いて求められる加重平均出力Paveにも風速予測の信頼度が反映される。そのため、加重平均出力Paveを平滑化して得られる風力発電システム全体としての出力目標値Ptargetと、現在出力Ppresentとの差分から蓄電池の充放電量の目標値を求めることで、風速予測の信頼度を考慮した蓄電池の充放電制御が可能になる。よって、SOCの変動を小さくできるので、蓄電池の容量を低減することが可能となる。
上述のようにWF予測出力の寄与率は風速予測の信頼度を反映するSOCに基づいて変化せしめられるため、寄与率を用いて求められる加重平均出力Paveにも風速予測の信頼度が反映される。そのため、加重平均出力Paveを平滑化して得られる風力発電システム全体としての出力目標値Ptargetと、現在出力Ppresentとの差分から蓄電池の充放電量の目標値を求めることで、風速予測の信頼度を考慮した蓄電池の充放電制御が可能になる。よって、SOCの変動を小さくできるので、蓄電池の容量を低減することが可能となる。
幾つかの実施形態では、前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標をX(%)とし、前記WF予測出力の寄与率をGとしたとき、X≦Xth1の範囲でG=0であり、Xth1<X≦Xth2の範囲でG=(X−Xth1)/(Xth2−Xth1)であり、Xth2<X≦Xth3の範囲でG=1であり、Xth3<X≦Xth4の範囲でG=(Xth4−X)/(Xth4−Xth3)であり、Xth4<Xの範囲でG=0となるように前記目標値を決定するように構成される。
予測信頼度指標がX≦Xth1及びXth4<Xの範囲にあり、明らかに風速予測結果が信頼性を欠いていると判断できる場合には、WF現在出力に乗り換えて蓄電池の充放電を制御することにより、風速の予測外れに起因したSOCの変動を抑制できる。また、予測信頼度指標がXth2<X≦Xth3の範囲にあり、明らかに風速予測結果に信頼性があると判断できる場合には、風速予測を信頼して蓄電池の充放電を制御することによって蓄電池の容量削減効果を大きく享受できる。さらに、これらの間の範囲に該当するXth1<X≦Xth2及びXth3<X≦Xth4の範囲では、風速予測の信頼度(寄与率)に応じて両方の要素を加味することで、蓄電池の充放電を適切に制御できる。
予測信頼度指標がX≦Xth1及びXth4<Xの範囲にあり、明らかに風速予測結果が信頼性を欠いていると判断できる場合には、WF現在出力に乗り換えて蓄電池の充放電を制御することにより、風速の予測外れに起因したSOCの変動を抑制できる。また、予測信頼度指標がXth2<X≦Xth3の範囲にあり、明らかに風速予測結果に信頼性があると判断できる場合には、風速予測を信頼して蓄電池の充放電を制御することによって蓄電池の容量削減効果を大きく享受できる。さらに、これらの間の範囲に該当するXth1<X≦Xth2及びXth3<X≦Xth4の範囲では、風速予測の信頼度(寄与率)に応じて両方の要素を加味することで、蓄電池の充放電を適切に制御できる。
幾つかの実施形態では、前記風速予測値取得部は、気象予測情報に基づく第1風速予測値と、各々の前記風力発電装置の前方位置における風速を計測可能な前方風速計の計測結果に基づく第2風速予測値とから、前記風速予測値を算出するように構成される。
一般的に、気象予測は前方風速結果に比べて予測精度に劣るものの、ウィンドファームの広範囲に亘る予測値を遠い将来まで取得可能である。そこで、気象予測情報と前方風速計の計測結果との両方を考慮して、蓄電池の充放電量の目標値を算出するための風速を予測することで、風速の予測精度を向上させることができ、よって蓄電池の電池容量削減効果を向上させることができる。
一般的に、気象予測は前方風速結果に比べて予測精度に劣るものの、ウィンドファームの広範囲に亘る予測値を遠い将来まで取得可能である。そこで、気象予測情報と前方風速計の計測結果との両方を考慮して、蓄電池の充放電量の目標値を算出するための風速を予測することで、風速の予測精度を向上させることができ、よって蓄電池の電池容量削減効果を向上させることができる。
幾つかの実施形態では、前記風速予測値取得部は、気象予測情報に基づく第1風速予測値を前記風速予測値として取得するように構成され、上記制御装置は、各々の前記風力発電装置の前方位置における風速を計測可能な前方風速計の計測結果に基づく第2風速予測値と前記第1風速予測値とを比較して、前記第1風速予測値の前記第2風速予測値に対する誤差が許容範囲内であるか否かを判定するための風速予測誤差判定部をさらに備え、前記充放電目標決定部は、前記風速予測誤差判定部によって前記誤差が許容範囲を超えたと判定されたとき、前記WF予測出力の寄与率を減少させるように構成される。
このように、気象予測情報に基づく第1風速予測値と前方風速計の計測結果に基づく第2風速予測値とを比較することによって、予測が外れたことの影響がSOCの変動として現れる前に予測外れを察知し、WF予測出力の寄与率を事前に減少させることが可能になる。これにより、第1風速予測値の予測外れに起因したSOCの変動を効果的に抑制できる。
このように、気象予測情報に基づく第1風速予測値と前方風速計の計測結果に基づく第2風速予測値とを比較することによって、予測が外れたことの影響がSOCの変動として現れる前に予測外れを察知し、WF予測出力の寄与率を事前に減少させることが可能になる。これにより、第1風速予測値の予測外れに起因したSOCの変動を効果的に抑制できる。
本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電システムは、
蓄電池と、
少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと、
風速予測値を取得するための風速予測値取得部と、
前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するためのWF予測出力算出部と、
前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得部と、
前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定するための充放電目標決定部と、
前記目標値に基づいて前記蓄電池を制御するための蓄電池制御部とを備え、
前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させるように構成される。
蓄電池と、
少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと、
風速予測値を取得するための風速予測値取得部と、
前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するためのWF予測出力算出部と、
前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得部と、
前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定するための充放電目標決定部と、
前記目標値に基づいて前記蓄電池を制御するための蓄電池制御部とを備え、
前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させるように構成される。
上記風力発電システムによれば、風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標に基づいて、WF現在出力とWF予測出力との充放電量の目標値への寄与率を変化させることによって蓄電池による無駄な充放電を回避できる。よって、風速の予測外れに起因したSOCの変動を小さくでき、蓄電池の容量削減が図れる。
本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電システムの制御方法は、
少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと蓄電池とを備える風力発電システムの制御方法であって、
風速予測値を取得する風速予測値取得ステップと、
前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するWF予測出力算出ステップと、
前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得ステップと、
前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定する充放電目標決定ステップと、
前記目標値に基づいて前記蓄電池を制御する蓄電池制御ステップとを備え、
前記充放電目標決定ステップでは、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させる。
少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと蓄電池とを備える風力発電システムの制御方法であって、
風速予測値を取得する風速予測値取得ステップと、
前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するWF予測出力算出ステップと、
前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得ステップと、
前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定する充放電目標決定ステップと、
前記目標値に基づいて前記蓄電池を制御する蓄電池制御ステップとを備え、
前記充放電目標決定ステップでは、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させる。
上記風力発電システムの制御方法によれば、風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標に基づいて、WF現在出力とWF予測出力との充放電量の目標値への寄与率を変化させることによって蓄電池による無駄な充放電を回避できる。よって、風速の予測外れに起因したSOCの変動を小さくでき、蓄電池の容量削減が図れる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標に基づいて、WF現在出力とWF予測出力との充放電量の目標値への寄与率を変化させることによって蓄電池による無駄な充放電を回避できる。よって、風速の予測外れに起因したSOCの変動を小さくでき、蓄電池の容量削減が図れる。
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、実施形態として以下に記載され、あるいは、実施形態として図面で示された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、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。
図1は本発明の一実施形態に係る風力発電システムの全体構成を示す図である。
同図に示すように、風力発電システム1は、少なくとも一つの風力発電装置3(3a,3b)を含むウィンドファーム2と、少なくとも一つの蓄電池10と、蓄電池10の充放電量の目標値を決定するための制御装置30とを備えている。
同図に示すように、風力発電システム1は、少なくとも一つの風力発電装置3(3a,3b)を含むウィンドファーム2と、少なくとも一つの蓄電池10と、蓄電池10の充放電量の目標値を決定するための制御装置30とを備えている。
風力発電装置3(3a,3b)は、風を受けて回転するロータ4(4a,4b)の回転エネルギーを電力に変換する発電機5(5a,5b)を有する。風力発電装置3は系統(グリッド)100に連系されており、発電機5において生成された電力は主にグリッド100に供給されるようになっている。また、風力発電装置3は蓄電池10にも接続されており、風力発電システム1の出力変動抑制の観点から、風力発電装置3による出力が過剰な場合には風力発電装置3の出力の一部を蓄電池10に充電し、風力発電装置3による出力が不足な場合には蓄電池10から放電するようになっている。なお、風力発電装置3(3a,3b)には、それぞれ、風力発電装置3の出力を制御するための風車制御部20(20a,20b)が設けられてもよい。
蓄電池10は、充放電可能な構成を有し、主に風力発電装置3からの電力によって充電される。また、蓄電池10から放電された電力はグリッド100に送電される。蓄電池10には、充放電を制御するための蓄電池制御部22が設けられてもよい。この場合、蓄電池制御部22は、蓄電池10のSOC(State Of Charge)を検出し、SOCに基づいて蓄電池10の充放電を制御することによって、風力発電システム1全体の出力変動を抑制するようになっていてもよい。ここで、SOCは、電池の充電状態を示す指標であり、0%で蓄電池10が空状態を示し、100%で満充電状態を示す。なお、各々の蓄電池10は、一つの蓄電池ユニットから構成されてもよいし、複数の蓄電池ユニットが直列に接続されて構成されてもよい。
一実施形態において、風力発電装置3(3a,3b)は、各風力発電装置3から出力される交流電力を送電する送電ライン7(7a,7b)に接続される。各送電ライン7(7a,7b)には、それぞれ、変圧器6(6a,6b)が設けられてもよい。送電ライン7はウィンドファーム2全体から出力される交流電力を送電する送電ライン8に接続される。さらに、送電ライン8は、送電ライン15に接続される。送電ライン15は、風力発電システム1全体から出力される交流電力をグリッド100へ送電する送電ライン16に接続される。送電ライン16には変圧器17が設けられてもよい。一方、蓄電池10は、直流−交流変換器12を介して送電ライン14に接続され、送電ライン14は送電ライン15に接続される。送電ライン14には変圧器13が設けられてもよい。また、蓄電池10と直流−交流変換器12との間には、双方向電力変換器11が設けられてもよい。双方向電力変換器11は、スイッチング動作により、蓄電池10を放電させてグリッド100へ出力する機能と、ウィンドファーム2からの電力を蓄電池10へ充電する機能とを有する。
そして、風力発電装置3で生成された交流電力は、送電ライン7,8,15,16を介してグリッド100へ送電される。風力発電装置3による出力が過剰な場合には、風力発電装置3で生成された交流電力の一部は、送電ライン7,8,15,14を介して蓄電池10へ送電される。風力発電装置3から送電される交流電力は、直流−交流変換器12で直流電力に変換されて蓄電池10に充電される。逆に、風力発電装置3による出力が不足する場合には、蓄電池10に充電された電力を放電し、放電された直流電力は直流−交流変換器12で交流電力に変換され、送電ライン14,15,16を介してグリッド100へ送電される。
なお、風力発電装置3及び蓄電池10とグリッド100とを接続する各送電ラインは上記構成に限定されるものではない。
そして、風力発電装置3で生成された交流電力は、送電ライン7,8,15,16を介してグリッド100へ送電される。風力発電装置3による出力が過剰な場合には、風力発電装置3で生成された交流電力の一部は、送電ライン7,8,15,14を介して蓄電池10へ送電される。風力発電装置3から送電される交流電力は、直流−交流変換器12で直流電力に変換されて蓄電池10に充電される。逆に、風力発電装置3による出力が不足する場合には、蓄電池10に充電された電力を放電し、放電された直流電力は直流−交流変換器12で交流電力に変換され、送電ライン14,15,16を介してグリッド100へ送電される。
なお、風力発電装置3及び蓄電池10とグリッド100とを接続する各送電ラインは上記構成に限定されるものではない。
制御装置30は、風速予測値を取得するための風速予測値取得部36と、風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得部32と、風速予測値に対応するウィンドファーム2の出力総和であるWF予測出力を算出するためのWF予測出力算出部38と、蓄電池10の充放電量の目標値を決定するための充放電目標決定部40とを備える。なお、制御装置30は、ウィンドファーム2の出力総和であるWF現在出力を取得するためのWF現在出力取得部34をさらに備えていてもよい。
指標取得部32は、風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を連続的又は定期的に取得するように構成されている。
ここで、予測信頼度指標は、例えば、各々の蓄電池10のSOC、風速偏差(風速予測値に対応する時刻における実際の風速値に対する風速予測値の偏差)、電力偏差(WF予測出力に対応する時刻における実際のウィンドファーム2の出力総和に対するWF予測出力の偏差)であり、これらのうち少なくとも一つを含んでいてもよい。
一実施形態では、指標取得部32は、少なくとも蓄電池10のSOCを予測信頼度指標として蓄電池制御部22から受け取るように構成される。
ここで、予測信頼度指標は、例えば、各々の蓄電池10のSOC、風速偏差(風速予測値に対応する時刻における実際の風速値に対する風速予測値の偏差)、電力偏差(WF予測出力に対応する時刻における実際のウィンドファーム2の出力総和に対するWF予測出力の偏差)であり、これらのうち少なくとも一つを含んでいてもよい。
一実施形態では、指標取得部32は、少なくとも蓄電池10のSOCを予測信頼度指標として蓄電池制御部22から受け取るように構成される。
WF現在出力取得部34は、ウィンドファーム2の現在の出力総和であるWF現在出力を取得するように構成されている。ここで、ウィンドファーム2が複数の風力発電装置3を含む場合、例えば、各発電機3毎に出力を取得して、各出力からウィンドファーム2全体の出力総和を算出してもよいし、複数の風力発電装置3が接続される送電ライン8にてウィンドファーム2全体の出力総和を検出してもよい。
風速予測値取得部36は、各風力発電装置3における将来の風速予測値を取得するように構成されている。例えば、風速予測値は、気象情報から取得してもよいし、前方風速計の計測結果から取得してもよい。
WF予測出力算出部38は、風速予測値取得部36で取得された風速予測値に対応するウィンドファーム2の出力総和であるWF予測出力を算出するように構成されている。例えば、WF予測出力算出部38は、各々の風力発電装置3に対して定まっている風速−出力の相関関係に基づき、各々の風力発電装置3に関する風速予測値から各風力発電装置3の出力を予測し、これら予測値を合算することでWF予測出力を算出してもよい。
なお、典型的な風力発電装置では、風速−出力の相関関係が一義的に定まる。例えば、風力発電装置3が可変速制御される場合、風速に応じてロータ4の回転数が決定されるので、風速予測値に対して一義的に出力が定まる。
なお、典型的な風力発電装置では、風速−出力の相関関係が一義的に定まる。例えば、風力発電装置3が可変速制御される場合、風速に応じてロータ4の回転数が決定されるので、風速予測値に対して一義的に出力が定まる。
充放電目標決定部40は、必要に応じて、WF予測出力算出部38で算出されたWF予測出力を考慮して、風力発電システム1全体の出力が平滑化されるように蓄電池10の充放電量の目標値を決定するように構成されている。
ここで、風速予測値のみに依存して蓄電池10の充放電量を決定すると、風速予測値が実際の風速から大きく外れた場合に、蓄電池10では無駄な充放電が行われることとなり、SOCの変動が大きくなってしまう。蓄電池10の容量は、SOCの変動を吸収可能な容量とする必要があるので、風速予測値が実際の風速から大きく外れた場合におけるSOCの変動が大きいと、これに対応可能な大容量の蓄電池10を採用せざるを得ず、コストの増大を招いてしまう。
そこで、充放電目標決定部40は、指標取得部32で取得した予測信頼度指標に基づいて、WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させる。すなわち、充放電目標決定部40では、風速予測結果の信頼度を示す予測信頼度指標に基づいて、WF予測出力の充放電量の目標値への寄与率を変化させることによってSOCの変動を小さくするようになっている。
ここで、風速予測値のみに依存して蓄電池10の充放電量を決定すると、風速予測値が実際の風速から大きく外れた場合に、蓄電池10では無駄な充放電が行われることとなり、SOCの変動が大きくなってしまう。蓄電池10の容量は、SOCの変動を吸収可能な容量とする必要があるので、風速予測値が実際の風速から大きく外れた場合におけるSOCの変動が大きいと、これに対応可能な大容量の蓄電池10を採用せざるを得ず、コストの増大を招いてしまう。
そこで、充放電目標決定部40は、指標取得部32で取得した予測信頼度指標に基づいて、WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させる。すなわち、充放電目標決定部40では、風速予測結果の信頼度を示す予測信頼度指標に基づいて、WF予測出力の充放電量の目標値への寄与率を変化させることによってSOCの変動を小さくするようになっている。
図2を参照して、一実施形態における充放電目標値の算出を行うための具体的なロジックを説明する。なお、図2は本発明の一実施形態における充放電目標値の算出を行うためのロジックを示すブロック図である。
図2に示すように、一実施形態において、充放電目標決定部40は、予測信頼度ゲイン決定部402と、加重平均出力算出部404と、平滑化フィルタ406と、目標値算出部408とを有している。
図2に示すように、一実施形態において、充放電目標決定部40は、予測信頼度ゲイン決定部402と、加重平均出力算出部404と、平滑化フィルタ406と、目標値算出部408とを有している。
予測信頼度ゲイン決定部402は、予測信頼度指標に応じて、充放電目標値に対するWF予測出力の寄与率を示す予測信頼度ゲインGを決定するように構成される。なお、予測信頼度指標と予測信頼度ゲインGとの相関は、例えば、平滑化フィルタ406の時定数、風速予測の時間、電池使用範囲等に基づいて設定してもよい。あるいは、予測信頼度指標と予測信頼度ゲインGとの相関は、例えば、過去の予測データと実測データの相関を用いた回帰分析、又はニューラルネットワーク等のアルゴリズムを用いて、確率統計的に決定してもよい。なお、予測信頼度ゲイン決定部402の具体的な構成例については後述する。
加重平均出力算出部404は、予測信頼度ゲイン決定部402で決定された予測信頼度ゲインGを用いて、WF予測出力PfutureとWF現在出力Ppresentとの加重平均を算出する。具体的には、加重平均出力算出部404は、積(1−G)×Ppresentと積G×Pfutureの和である加重平均出力Paveを算出する。この場合、加重平均出力Paveは、予測信頼度ゲインGが1に近づくほどWF予測出力Pfutureに近い値となり、予測信頼度ゲインGが0に近づくほどWF現在出力Ppresentに近い値となる。なお、風速予測値取得部36は、予測風速に対応したWF予測出力Pfutureが設定された予測出力テーブルを用いて、風速予測値からWF予測出力Pfutureを取得してもよい。
平滑化フィルタ406は、WF予測出力PfutureとWF現在出力Ppresentとの加重平均出力Paveを平滑化して、風力発電システム1全体の出力目標値(合成出力目標)Ptargetを取得するように構成される。平滑化フィルタ406は、例えば、充放電制御の一次遅れ、目標値取得期間内の移動平均、グリッド側で規定される出力変化レート(ランプレート)による変化率制限等を含むように構成されてもよい。なお、平滑化フィルタ406として、風力発電システム1の出力目標値Ptargetをグリッド側から指定されるランプレート以下に制限する構成を採用すれば、ランプレートの要求を満たしながら、風力発電システム1の出力変動を抑制するための蓄電池制御を行える。目標値算出部408は、例えば減算器により構成され、平滑化フィルタ406で求められた風力発電システム1全体の出力目標値Ptargetと、WF現在出力Ppresentとの差分を算出して、蓄電池10の充放電目標値を算出する。ここで算出された充放電目標値は、蓄電池制御部22への指令値として蓄電池制御部22へ送られる。
加重平均出力算出部404は、予測信頼度ゲイン決定部402で決定された予測信頼度ゲインGを用いて、WF予測出力PfutureとWF現在出力Ppresentとの加重平均を算出する。具体的には、加重平均出力算出部404は、積(1−G)×Ppresentと積G×Pfutureの和である加重平均出力Paveを算出する。この場合、加重平均出力Paveは、予測信頼度ゲインGが1に近づくほどWF予測出力Pfutureに近い値となり、予測信頼度ゲインGが0に近づくほどWF現在出力Ppresentに近い値となる。なお、風速予測値取得部36は、予測風速に対応したWF予測出力Pfutureが設定された予測出力テーブルを用いて、風速予測値からWF予測出力Pfutureを取得してもよい。
平滑化フィルタ406は、WF予測出力PfutureとWF現在出力Ppresentとの加重平均出力Paveを平滑化して、風力発電システム1全体の出力目標値(合成出力目標)Ptargetを取得するように構成される。平滑化フィルタ406は、例えば、充放電制御の一次遅れ、目標値取得期間内の移動平均、グリッド側で規定される出力変化レート(ランプレート)による変化率制限等を含むように構成されてもよい。なお、平滑化フィルタ406として、風力発電システム1の出力目標値Ptargetをグリッド側から指定されるランプレート以下に制限する構成を採用すれば、ランプレートの要求を満たしながら、風力発電システム1の出力変動を抑制するための蓄電池制御を行える。目標値算出部408は、例えば減算器により構成され、平滑化フィルタ406で求められた風力発電システム1全体の出力目標値Ptargetと、WF現在出力Ppresentとの差分を算出して、蓄電池10の充放電目標値を算出する。ここで算出された充放電目標値は、蓄電池制御部22への指令値として蓄電池制御部22へ送られる。
なお、図2に示す例示的な実施形態では、蓄電池10の充放電制御の基礎となるパラメータである加重平均出力Paveは、予測信頼度ゲインGを用いたWF予測出力PfutureとWF現在出力Ppresentとの加重平均によって算出されるが、加重平均出力Paveは少なくともWF予測出力Pfutureを因子とした加重平均であればよい。
例えば、気象予測情報に基づく第1風速予測値に対応するウィンドファーム2の出力総和である第1WF予測出力P1futureをWF予測出力Pfutureとして用いる場合、このWF予測出力Pfuture(=第1WF予測出力P1future)と、後述の前方風速計50(図6参照)により取得される第2風速予測値に対応するウィンドファーム2の出力総和である第2WF予測出力P2futureとの加重平均によって加重平均出力Paveを算出してもよい。
例えば、気象予測情報に基づく第1風速予測値に対応するウィンドファーム2の出力総和である第1WF予測出力P1futureをWF予測出力Pfutureとして用いる場合、このWF予測出力Pfuture(=第1WF予測出力P1future)と、後述の前方風速計50(図6参照)により取得される第2風速予測値に対応するウィンドファーム2の出力総和である第2WF予測出力P2futureとの加重平均によって加重平均出力Paveを算出してもよい。
上記構成を有する制御装置30によれば、予測度信頼度ゲインGは風速予測の信頼度を反映する予測信頼度指標に基づいて決定されるため、予測信頼度ゲインGを用いて求められる加重平均出力Paveにも風速予測の信頼度が反映される。そのため、加重平均出力Paveを平滑化して得られる風力発電システム1全体としての出力目標値Ptargetと、現在出力Ppresentとの差分から蓄電池10の充放電量の目標値を求めることで、風速予測の信頼度を考慮した蓄電池10の充放電制御が可能になる。よって、蓄電池10のSOCの変動を小さくできるので、蓄電池の容量を削減することが可能となる。
一実施形態において、充放電目標決定部40は、予測信頼度指標が第1設定範囲を逸脱したとき、WF予測出力の寄与率をゼロ(例えば予測信頼度ゲインG=0)とし、WF現在出力Ppresentに基づいて蓄電池10の充放電目標値を決定するように構成される。
このように、予測信頼度指標が第1設定範囲を逸脱して、明らかに予測がずれていると判断できる場合には、実際のウィンドファーム2の出力総和であるWF現在出力Ppresentに乗り換えて蓄電池10の充放電を制御することにより、風速の予測外れに起因したSOCの変動を抑制できる。
このように、予測信頼度指標が第1設定範囲を逸脱して、明らかに予測がずれていると判断できる場合には、実際のウィンドファーム2の出力総和であるWF現在出力Ppresentに乗り換えて蓄電池10の充放電を制御することにより、風速の予測外れに起因したSOCの変動を抑制できる。
この場合、充放電目標決定部40は、予測信頼度指標が第1設定範囲に含まれ且つ第1設定範囲よりも狭い第2設定範囲に収まるとき、WF現在出力Ppresentの寄与率をゼロ(予測信頼度ゲインG=1)とし、WF予測出力Pfutureに基づいて蓄電池10の充放電目標値を決定するように構成されてもよい。
このように、予測信頼度指標が充放電目標値に対する第2設定範囲に収まって、明らかに風速予測の誤差が小さいと判断できる場合には、風速予測を信頼して蓄電池10の充放電を制御することによって、蓄電池10の容量削減効果を大きく享受できる。
このように、予測信頼度指標が充放電目標値に対する第2設定範囲に収まって、明らかに風速予測の誤差が小さいと判断できる場合には、風速予測を信頼して蓄電池10の充放電を制御することによって、蓄電池10の容量削減効果を大きく享受できる。
他の実施形態において、充放電目標決定部40は図3に示す予測信頼度テーブルを含み、この予測信頼度テーブルを用いて予測信頼度ゲインGを決定してもよい。なお、図3は予測信頼度テーブルの一例を示すグラフである。
ここでは、予測信頼度指標をXとし、WF予測出力の寄与率である予測信頼度ゲインをGとしている。また、予測信頼度指標の値であるXth1,Xth2,Xth3,Xth4は、Xth1<Xth2<Xth3<Xth4の関係を有する。
図3に示すように、予測信頼度テーブルにおける予測信頼度ゲインGと予測信頼度指標は、以下の関係を有する。
X≦Xth1またはXth4<Xの範囲である場合、すなわち予測信頼度指標が第1設定範囲を逸脱したとき、予測信頼度ゲインG=0である。
Xth2<X≦Xth3の範囲である場合、すなわち予測信頼度指標が第1設定範囲に含まれ且つ第1設定範囲よりも狭い第2設定範囲に収まるとき、予測信頼度ゲインG=1である。
Xth1<X≦Xth2の範囲である場合、G=(X−Xth1)/(Xth2−Xth1)である。また、Xth3<X≦Xth4の範囲である場合、G=(Xth4−X)/(Xth4−Xth3)である。
このように設定された予測信頼度テーブルを用いて予測信頼度ゲインGを決定することにより、蓄電池10の充放電を適切に制御できる。
ここでは、予測信頼度指標をXとし、WF予測出力の寄与率である予測信頼度ゲインをGとしている。また、予測信頼度指標の値であるXth1,Xth2,Xth3,Xth4は、Xth1<Xth2<Xth3<Xth4の関係を有する。
図3に示すように、予測信頼度テーブルにおける予測信頼度ゲインGと予測信頼度指標は、以下の関係を有する。
X≦Xth1またはXth4<Xの範囲である場合、すなわち予測信頼度指標が第1設定範囲を逸脱したとき、予測信頼度ゲインG=0である。
Xth2<X≦Xth3の範囲である場合、すなわち予測信頼度指標が第1設定範囲に含まれ且つ第1設定範囲よりも狭い第2設定範囲に収まるとき、予測信頼度ゲインG=1である。
Xth1<X≦Xth2の範囲である場合、G=(X−Xth1)/(Xth2−Xth1)である。また、Xth3<X≦Xth4の範囲である場合、G=(Xth4−X)/(Xth4−Xth3)である。
このように設定された予測信頼度テーブルを用いて予測信頼度ゲインGを決定することにより、蓄電池10の充放電を適切に制御できる。
すなわち、予測信頼度指標がX≦Xth1及びXth4<Xの範囲にあり、明らかに予測がずれていると判断される場合には、WF現在出力Ppresentに乗り換えて蓄電池10の充放電を制御することにより、風速の予測外れに起因したSOCの変動を抑制できる。また、予測信頼度指標がXth2<X≦Xth3の範囲にあり、明らかに誤差が小さいと判断される場合には、WF予測出力Pfutureを信頼して蓄電池10の充放電を制御することによって蓄電池10の容量削減効果を大きく享受できる。さらに、これらの間の範囲に該当するXth1<X≦Xth2及びXth3<X≦Xth4の範囲では、風速予測の信頼度(寄与率)に応じて、WF予測出力Pfuture及びWF現在出力Ppresentの両方の要素を加味することで、蓄電池10の充放電を適切に制御できる。
なお、図3に示す例示的な実施形態では一つの予測信頼度指標に基づいて予測信頼度ゲインGが決定されるが、予測信頼度ゲイン決定部402は複数種類の予測信頼度指標に基づいて予測信頼度ゲインGを決定してもよい。
図4は、一実施形態に係る予測信頼度ゲイン決定部402のブロック図である。同図に示すように、蓄電池10のSOC、風速偏差及び電力偏差という3種類の予測信頼度指標を予測信頼度ゲイン決定部402に入力し、予測信頼度ゲイン決定部402において、これら3種類の予測信頼度指標に基づいて予測信頼度ゲインGを決定してもよい。この際、各々の予測信頼度指標に基づき予測信頼度テーブル411,412,413を用いて3種類の予測信頼度ゲインG1,G2,G3を求め、切換部414によって、予測信頼度ゲインG1,G2,G3から一つの予測信頼度ゲインGを選択するようになっていてもよい。
あるいは、他の実施形態において、複数種類の予測信頼度指標のそれぞれに基づいて予測信頼度テーブルを用いて求められる予測信頼度ゲインGi(iは2以上n以下の整数)を重み付け加算して予測信頼度ゲインG(=a1×G1+…ai×Gi)を求めてもよい。このように、複数の予測信頼度指標を考慮して予測信頼度ゲインGを算出すれば、風速予測の信頼度をより適切に反映した予測信頼度ゲインGが得られる。
図4は、一実施形態に係る予測信頼度ゲイン決定部402のブロック図である。同図に示すように、蓄電池10のSOC、風速偏差及び電力偏差という3種類の予測信頼度指標を予測信頼度ゲイン決定部402に入力し、予測信頼度ゲイン決定部402において、これら3種類の予測信頼度指標に基づいて予測信頼度ゲインGを決定してもよい。この際、各々の予測信頼度指標に基づき予測信頼度テーブル411,412,413を用いて3種類の予測信頼度ゲインG1,G2,G3を求め、切換部414によって、予測信頼度ゲインG1,G2,G3から一つの予測信頼度ゲインGを選択するようになっていてもよい。
あるいは、他の実施形態において、複数種類の予測信頼度指標のそれぞれに基づいて予測信頼度テーブルを用いて求められる予測信頼度ゲインGi(iは2以上n以下の整数)を重み付け加算して予測信頼度ゲインG(=a1×G1+…ai×Gi)を求めてもよい。このように、複数の予測信頼度指標を考慮して予測信頼度ゲインGを算出すれば、風速予測の信頼度をより適切に反映した予測信頼度ゲインGが得られる。
図5を参照して、本実施形態に係る風力発電システム1の制御を行った場合のSOCの容量削減効果について説明する。図5では、予測信頼度指標としてSOCを用いた場合を例示している。なお、図5(a)は風速を示すグラフで、(b)は出力及び充放電量を示すグラフで、(c)はSOCを示すグラフである。なお、図5(a)では一例として、30分後の予測風速値を取得した場合を示している。また、図5(b)及び(c)では、実施例として上記したようにWF現在出力とWF予測出力の両方を加味して算出される風力発電システム1の出力目標値(実施例)と、その出力目標値に沿って充放電制御した場合のSOC(実施例)とを示すとともに、比較例としてWF予測出力のみを用いて算出される風力発電システム1の出力目標値(比較例)と、その出力目標値に沿って充放電制御した場合のSOC(比較例)とを示す。
図5(a)に示すように、予測風速は30分後の風速を予測しているので、予測風速を30分後にずらした曲線が実際の風速の曲線と略一致していれば、予測風速値の信頼度は高いと言える。図5(a)に示す例では、領域200の直前において予測風速は低下する傾向を示しているのに対し、実際には、領域200内において風速は実際には低下せず、むしろ大きく上昇している。すなわち、領域200内における実際の風速は風速予測結果とは不一致であるので、この領域200では予測風速値の信頼度が低いこととなる。
図5(b)に示すように、ウィンドファーム2で生成される電力はロータ4で抽出された風エネルギーの量によって決まるから、WF現在出力は実際の風速に対応して変動する。基本的には、WF現在出力は風速が上昇すれば増大し、風速が低下すれば減少する。ここで、図5(a)に示す領域200において、風速予測結果によれば風速が低下することが予想されていたため比較例では、ウィンドファーム2での発電出力は上昇しないと見込んで、風力発電システム1の出力目標値Ptargetを低く維持することになる。そのため、ウィンドファーム2の出力を制限しない限り、出力目標値(比較例)に対してウィンドファーム2の出力が過剰となり、蓄電池10に、より多く充電する必要が生じる。その結果、蓄電池10のSOC(比較例)は大幅に増加する。
一方、実施例では、蓄電池10のSOCが第1設定範囲の上限値であるXth3を超えた時刻T1で、風速予測値が外れていると判断し、時刻T1以降はWF現在出力を用いた蓄電池制御に部分的に切り替える。そうすると、WF現在出力は上昇していることから、風力発電システム1の出力目標値Ptarget(実施例)は増加する。これにより、ウィンドファーム2での発電出力に応じて風力発電システム1から適量の電力が出力されるので、風速予測外れに起因したSOC(実施例)の大幅な増加を抑制することができる。そして、蓄電池10のSOCがXth3を下回った時刻T2で、予測風速値から算出されるWF予測出力に基づいた蓄電池制御に戻す。
図5(b)に示すように、ウィンドファーム2で生成される電力はロータ4で抽出された風エネルギーの量によって決まるから、WF現在出力は実際の風速に対応して変動する。基本的には、WF現在出力は風速が上昇すれば増大し、風速が低下すれば減少する。ここで、図5(a)に示す領域200において、風速予測結果によれば風速が低下することが予想されていたため比較例では、ウィンドファーム2での発電出力は上昇しないと見込んで、風力発電システム1の出力目標値Ptargetを低く維持することになる。そのため、ウィンドファーム2の出力を制限しない限り、出力目標値(比較例)に対してウィンドファーム2の出力が過剰となり、蓄電池10に、より多く充電する必要が生じる。その結果、蓄電池10のSOC(比較例)は大幅に増加する。
一方、実施例では、蓄電池10のSOCが第1設定範囲の上限値であるXth3を超えた時刻T1で、風速予測値が外れていると判断し、時刻T1以降はWF現在出力を用いた蓄電池制御に部分的に切り替える。そうすると、WF現在出力は上昇していることから、風力発電システム1の出力目標値Ptarget(実施例)は増加する。これにより、ウィンドファーム2での発電出力に応じて風力発電システム1から適量の電力が出力されるので、風速予測外れに起因したSOC(実施例)の大幅な増加を抑制することができる。そして、蓄電池10のSOCがXth3を下回った時刻T2で、予測風速値から算出されるWF予測出力に基づいた蓄電池制御に戻す。
以上説明したように、上述の実施形態によれば、風速予測結果の信頼度を反映する予測信頼度指標に基づいてWF現在出力とWF予測出力との充放電量の目標値への寄与率を変化させることによって、蓄電池10による無駄な充放電を回避できるのでSOCの変動を小さくでき、蓄電池10の容量削減が図れる。
また、風力発電システム1は、上記した構成に加えて、以下の構成をさらに備えていてもよい。なお、風力発電システム1の各部位は、図1と同一の符号を用いて説明する。
図6に示すように、一実施形態において、風速予測値取得部36は、気象予測情報に基づく第1風速予測値と、前方風速計50の計測結果に基づく第2風速予測値とから、風速予測値を算出するように構成される。なお、図6は気象予測情報及び前方風速計情報を説明する図である。
ここで、前方風速計50は、各々の風力発電装置3の前方位置の風速予測点302における風速を計測可能な構成を有し、例えば、ライダー(LIDAR:Light Detection And Ranging)と称される計測器が用いられる。ライダーとは、レーザ光を遠隔前方の風速予測点302に照射し、該風速予測点302における大気中のエアロゾルからの散乱光を検出し、レーザ光と散乱光の周波数のずれ(ドップラーシフト)から風速予測点302における風速を計測する装置である。なお、前方風速計50は、風力発電装置3に取り付けられてもよいし、ウィンドファーム2に設置された観測用マストに取り付けられてもよい。また、前方風速計50は各風力発電装置3にそれぞれ設けられてもよいし、複数の風力発電装置3から選択された幾つかの風力発電装置3にのみ設けられてもよい。
図6に示すように、一実施形態において、風速予測値取得部36は、気象予測情報に基づく第1風速予測値と、前方風速計50の計測結果に基づく第2風速予測値とから、風速予測値を算出するように構成される。なお、図6は気象予測情報及び前方風速計情報を説明する図である。
ここで、前方風速計50は、各々の風力発電装置3の前方位置の風速予測点302における風速を計測可能な構成を有し、例えば、ライダー(LIDAR:Light Detection And Ranging)と称される計測器が用いられる。ライダーとは、レーザ光を遠隔前方の風速予測点302に照射し、該風速予測点302における大気中のエアロゾルからの散乱光を検出し、レーザ光と散乱光の周波数のずれ(ドップラーシフト)から風速予測点302における風速を計測する装置である。なお、前方風速計50は、風力発電装置3に取り付けられてもよいし、ウィンドファーム2に設置された観測用マストに取り付けられてもよい。また、前方風速計50は各風力発電装置3にそれぞれ設けられてもよいし、複数の風力発電装置3から選択された幾つかの風力発電装置3にのみ設けられてもよい。
一般的に、気象予測では、ウィンドファーム2全体を含む広域の気象予測エリア300における風速分布を予測可能であるとともに、例えば現在を基準として30分後の時点から現在を基準として24時間後の時点に亘る長期的な風速予測が可能である。これに対して、前方風速計50は、風力発電装置3の前方位置の風速を高精度に予測可能であるとともに、数秒から数分後の短期的な風速予測が可能である。
そこで、図7に示すように、気象予測情報から取得された風速予測値を、前方風速計50の計測結果を用いて補正してもよい。なお、図7は風速の補正方法を説明するためのグラフである。例えば、気象予測情報から取得された風速予測値と、前方風速計50の計測結果との差が、予め設定された閾値よりも大きい場合には、前方風速計50の計測結果が優先されるように風速予測値を補正した風速補正値を取得する。
このように、気象予測情報と前方風速計50の計測結果との両方を考慮して、蓄電池10の充放電量の目標値を算出するための風速を予測することで、風速の予測精度を向上させることができ、よって蓄電池10の電池容量削減効果を向上させることができる。
このように、気象予測情報と前方風速計50の計測結果との両方を考慮して、蓄電池10の充放電量の目標値を算出するための風速を予測することで、風速の予測精度を向上させることができ、よって蓄電池10の電池容量削減効果を向上させることができる。
さらに、一実施形態では、図8に示すように、風力発電システム1の制御装置30は、気象予測情報に基づく第1風速予測値の信頼性の有無を判定するための風速予測誤差判定部42をさらに備える構成とする。
図8に示すように、風速予測値取得部36は、気象予測情報に基づく第1風速予測値を前記風速予測値として取得するように構成されている。
風速予測誤差判定部42は、前方風速計50(図6参照)の計測結果に基づく第2風速予測値と、気象予測情報に基づく第1風速予測値とを比較して、第1風速予測値の第2風速予測値に対する誤差が許容範囲内であるか否かを判定する。
充放電目標決定部40は、風速予測誤差判定部42の判定結果に基づいて、WF予測出力算出部38で算出されるWF予測出力の充放電目標値への寄与率を変化させる。すなわち、風速予測誤差判定部42によって第1風速予測値の第2風速予測値に対する誤差が許容範囲を超えたと判定されたとき、WF予測出力の寄与率を減少させ、その代わりに、例えばWF現在出力の寄与率を増大させる。
一実施形態では、充放電目標決定部40は、図2で示す構成に加えて、予測信頼度ゲイン決定部402で決定された信頼度ゲインGを風速予測誤差判定部42の判定結果に基づいて補正する予測信頼度ゲイン補正部をさらに有しており、該予測信頼度ゲイン補正部を用いて、風速予測誤差判定部42によって第1風速予測値の第2風速予測値に対する誤差が許容範囲を超えたと判定されたときに予測信頼度ゲインGを減少させてもよい。
風速予測誤差判定部42は、前方風速計50(図6参照)の計測結果に基づく第2風速予測値と、気象予測情報に基づく第1風速予測値とを比較して、第1風速予測値の第2風速予測値に対する誤差が許容範囲内であるか否かを判定する。
充放電目標決定部40は、風速予測誤差判定部42の判定結果に基づいて、WF予測出力算出部38で算出されるWF予測出力の充放電目標値への寄与率を変化させる。すなわち、風速予測誤差判定部42によって第1風速予測値の第2風速予測値に対する誤差が許容範囲を超えたと判定されたとき、WF予測出力の寄与率を減少させ、その代わりに、例えばWF現在出力の寄与率を増大させる。
一実施形態では、充放電目標決定部40は、図2で示す構成に加えて、予測信頼度ゲイン決定部402で決定された信頼度ゲインGを風速予測誤差判定部42の判定結果に基づいて補正する予測信頼度ゲイン補正部をさらに有しており、該予測信頼度ゲイン補正部を用いて、風速予測誤差判定部42によって第1風速予測値の第2風速予測値に対する誤差が許容範囲を超えたと判定されたときに予測信頼度ゲインGを減少させてもよい。
このように、気象予測情報に基づく第1風速予測値と前方風速計50の計測結果に基づく第2風速予測とを比較することによって、予測が外れたことの影響がSOCの変動として現れる前に予測外れを察知し、WF予測出力の寄与率を減少させることができる。これにより、第1風速予測値の予測外れに起因したSOCの変動を効果的に抑制できる。
また、制御装置30において、風力発電システム1の長期的な運用計画を立案する際には、長期予測が可能な気象予測結果(第1風速予測値)を用いて風力発電システム1の出力目標値を算出し、蓄電池10の充放電計画を立てる一方で、風力発電システム1の短期的な制御は、高精度で風速予測が可能な前方風速計50の計測結果(第2風速予測値)を用いて風力発電システム1の出力目標値を算出し、蓄電池10の充放電指令を出力してもよい。
図9は、一実施形態における充放電目標値の算出を行うためのロジックを示すブロック図である。同図に示す例示的な実施形態では、制御装置30は、風速予測誤差判定部42において第1風速予測値の第2風速予測値に対する誤差が許容範囲内であると判定された場合、気象予測情報に基づく第1風速予測値から得られる第1WF予測出力P1futureを用いて、図2と同様のロジックにより蓄電池10の充放電目標値を決定するようになっている。すなわち、加重平均出力算出部404において、予測信頼度ゲイン決定部402で予測信頼度指標に基づいて決定された予測信頼度ゲインGを用い、第1WF予測出力P1futureと、WF現在出力Ppresentとの加重平均から加重平均出力Paveを求める。そして、加重平均出力Paveを平滑化フィルタ406で平滑化処理して得られる出力目標値PtargetとWF現在出力Ppresentとの差分から蓄電池10の充放電目標値を決定する。
これに対し、風速予測誤差判定部42において第1風速予測値の第2風速予測値に対する誤差が許容範囲を超えたと判定された場合、制御装置30は、第1風速予測値から得られる第1WF予測出力P1futureに替えて、前方風速計50の計測結果(第2風速予測値)から得られる第2WF予測出力P2futureを用いて蓄電池10の充放電目標値を決定する。すなわち、加重平均出力算出部404において、予測信頼度ゲイン決定部402で予測信頼度指標に基づいて決定された予測信頼度ゲインGを用い、第2WF予測出力P2futureと、WF現在出力Ppresentとの加重平均から加重平均出力Paveを求める。そして、加重平均出力Paveを平滑化フィルタ406で平滑化処理して得られる出力目標値PtargetとWF現在出力Ppresentとの差分から蓄電池10の充放電目標値を決定する。
なお、風速予測誤差判定部42の判定結果に基づく第1WF予測出力P1futureと第2WF予測出力P2futureとの切り換えは、図9に示すように切換器によって行ってもよい。
図9は、一実施形態における充放電目標値の算出を行うためのロジックを示すブロック図である。同図に示す例示的な実施形態では、制御装置30は、風速予測誤差判定部42において第1風速予測値の第2風速予測値に対する誤差が許容範囲内であると判定された場合、気象予測情報に基づく第1風速予測値から得られる第1WF予測出力P1futureを用いて、図2と同様のロジックにより蓄電池10の充放電目標値を決定するようになっている。すなわち、加重平均出力算出部404において、予測信頼度ゲイン決定部402で予測信頼度指標に基づいて決定された予測信頼度ゲインGを用い、第1WF予測出力P1futureと、WF現在出力Ppresentとの加重平均から加重平均出力Paveを求める。そして、加重平均出力Paveを平滑化フィルタ406で平滑化処理して得られる出力目標値PtargetとWF現在出力Ppresentとの差分から蓄電池10の充放電目標値を決定する。
これに対し、風速予測誤差判定部42において第1風速予測値の第2風速予測値に対する誤差が許容範囲を超えたと判定された場合、制御装置30は、第1風速予測値から得られる第1WF予測出力P1futureに替えて、前方風速計50の計測結果(第2風速予測値)から得られる第2WF予測出力P2futureを用いて蓄電池10の充放電目標値を決定する。すなわち、加重平均出力算出部404において、予測信頼度ゲイン決定部402で予測信頼度指標に基づいて決定された予測信頼度ゲインGを用い、第2WF予測出力P2futureと、WF現在出力Ppresentとの加重平均から加重平均出力Paveを求める。そして、加重平均出力Paveを平滑化フィルタ406で平滑化処理して得られる出力目標値PtargetとWF現在出力Ppresentとの差分から蓄電池10の充放電目標値を決定する。
なお、風速予測誤差判定部42の判定結果に基づく第1WF予測出力P1futureと第2WF予測出力P2futureとの切り換えは、図9に示すように切換器によって行ってもよい。
図10(A)は第1風速予測値のみを利用した出力目標値を示すグラフで、図10(B)は第1風速予測値および第2風速予測値を組み合わせて利用した出力目標値を示すグラフである。
気象予測情報に基づく第1風速予測値のみを利用して図2に示すロジックで蓄電池10の充放電制御を行う場合、図10(A)に示すように、第1風速予測値の実際の風速に対する誤差が生じると、第1WF予測出力を用いて決定される風力発電システム1の出力目標値は、実際のウィンドファーム2の出力総和(WF現在出力)と大きくずれる。すなわち、時刻t0においては、第1風速予測値が実際の風速とほぼ一致しているため、第1風速予測値に基づく第1WF予測出力のWF現在出力との差は小さいが、時刻t1以降、第1風速予測値の予測ずれが生じており、第1風速予測値に基づく第1WF予測出力のWF現在出力との差が拡大している。そのため、両者間の差(図10(A)のハッチングで示した面積)は大きくなり、蓄電池10の負担が増加する。
これに対し、気象予測情報に基づく第1風速予測値(第1WF予測出力)に加えて、前方風速計50の計測結果に基づく第2風速予測値(第2WF予測出力)を必要に応じて利用する図9に示すロジックの場合、第1風速予測値の実際の風速に対する誤差が生じると、第1WF予測出力に代えて第2WF予測出力を用いて風力発電システム1の出力目標値を決定する。すなわち、時刻t0においては、第1風速予測値が実際の風速とほぼ一致しているため、第1風速予測値に基づく第1WF予測出力のWF現在出力との差は小さいが、時刻t1以降、第1風速予測値の予測ずれが生じており、第1風速予測値に基づく第1WF予測出力のWF現在出力との差が大きくなる。そこで、時刻t1以降、制御装置30は、第1WF予測出力に代えて第2WF予測出力を用いて風力発電システム1の出力目標値を決定する。そのため、風力発電システム1の出力目標値と、実際のウィンドファーム2の出力総和(WF現在出力)との隔たりは比較的小さい。よって、両者間の差(図10(B)のハッチングで示した面積)は比較的小さく、蓄電池10の負担を軽減できる。
なお、図10(B)に示す例示的な実施形態では、平滑化フィルタ406によって風力発電システム1の出力目標値Ptargetの変化率がランプレート以下に制限されている。そのため、時刻t0〜t2の期間において、風力発電システム1の出力目標値Ptargetは第2WF予測出力よりも低い値となっている。
気象予測情報に基づく第1風速予測値のみを利用して図2に示すロジックで蓄電池10の充放電制御を行う場合、図10(A)に示すように、第1風速予測値の実際の風速に対する誤差が生じると、第1WF予測出力を用いて決定される風力発電システム1の出力目標値は、実際のウィンドファーム2の出力総和(WF現在出力)と大きくずれる。すなわち、時刻t0においては、第1風速予測値が実際の風速とほぼ一致しているため、第1風速予測値に基づく第1WF予測出力のWF現在出力との差は小さいが、時刻t1以降、第1風速予測値の予測ずれが生じており、第1風速予測値に基づく第1WF予測出力のWF現在出力との差が拡大している。そのため、両者間の差(図10(A)のハッチングで示した面積)は大きくなり、蓄電池10の負担が増加する。
これに対し、気象予測情報に基づく第1風速予測値(第1WF予測出力)に加えて、前方風速計50の計測結果に基づく第2風速予測値(第2WF予測出力)を必要に応じて利用する図9に示すロジックの場合、第1風速予測値の実際の風速に対する誤差が生じると、第1WF予測出力に代えて第2WF予測出力を用いて風力発電システム1の出力目標値を決定する。すなわち、時刻t0においては、第1風速予測値が実際の風速とほぼ一致しているため、第1風速予測値に基づく第1WF予測出力のWF現在出力との差は小さいが、時刻t1以降、第1風速予測値の予測ずれが生じており、第1風速予測値に基づく第1WF予測出力のWF現在出力との差が大きくなる。そこで、時刻t1以降、制御装置30は、第1WF予測出力に代えて第2WF予測出力を用いて風力発電システム1の出力目標値を決定する。そのため、風力発電システム1の出力目標値と、実際のウィンドファーム2の出力総和(WF現在出力)との隔たりは比較的小さい。よって、両者間の差(図10(B)のハッチングで示した面積)は比較的小さく、蓄電池10の負担を軽減できる。
なお、図10(B)に示す例示的な実施形態では、平滑化フィルタ406によって風力発電システム1の出力目標値Ptargetの変化率がランプレート以下に制限されている。そのため、時刻t0〜t2の期間において、風力発電システム1の出力目標値Ptargetは第2WF予測出力よりも低い値となっている。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
例えば、上述の実施形態では、ウィンドファーム2が複数の風力発電装置3a,3bを含み、ウィンドファーム2全体に対して共通的に蓄電池10が設けられる構成を例示したが、各風力発電装置に対して個別的に蓄電池10が設けられる構成としてもよい。
また、上述の実施形態では、WF現在出力及びWF予測出力の少なくとも一方を用いて算出した風力発電システム1全体の目標出力値に基づいて、充電池10を充放電制御する構成を例示したが、充電池10の充放電制御と共に風力発電装置3の出力制御を行う構成としてもよい。
また、上述の実施形態では、WF現在出力及びWF予測出力の少なくとも一方を用いて算出した風力発電システム1全体の目標出力値に基づいて、充電池10を充放電制御する構成を例示したが、充電池10の充放電制御と共に風力発電装置3の出力制御を行う構成としてもよい。
1 風力発電施設
2 ウィンドファーム
3(3a,3b) 風力発電装置
4(4a,4b) ロータ
5(5a,5b) 発電機
6(6a,6b),13,17 変圧器
10 蓄電池
11 双方向電力変換器
12 直流−交流変換器
20 風車制御部
22 蓄電池制御部
30 制御装置
32 SOC検出部
34 WF現在出力取得部
36 風速予測値取得部
38 WF予測出力算出部
40 充放電目標決定部
42 風速予測誤差判定部
50 前方風速計
100 系統(グリッド)
402 予測信頼度ゲイン決定部
404 加重平均出力算出部
406 平滑化フィルタ
408 目標値算出部
2 ウィンドファーム
3(3a,3b) 風力発電装置
4(4a,4b) ロータ
5(5a,5b) 発電機
6(6a,6b),13,17 変圧器
10 蓄電池
11 双方向電力変換器
12 直流−交流変換器
20 風車制御部
22 蓄電池制御部
30 制御装置
32 SOC検出部
34 WF現在出力取得部
36 風速予測値取得部
38 WF予測出力算出部
40 充放電目標決定部
42 風速予測誤差判定部
50 前方風速計
100 系統(グリッド)
402 予測信頼度ゲイン決定部
404 加重平均出力算出部
406 平滑化フィルタ
408 目標値算出部
Claims (10)
- 少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと蓄電池とを備える風力発電システムの制御装置であって、
風速予測値を取得するための風速予測値取得部と、
前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するためのWF予測出力算出部と、
前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得部と、
前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定するための充放電目標決定部とを備え、
前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させるように構成されたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。 - 現在における前記ウィンドファームの出力総和であるWF現在出力を取得するためのWF現在出力取得部をさらに備え、
前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標が第1設定範囲を逸脱したとき、前記WF予測出力の寄与率をゼロとし、前記WF現在出力に基づいて前記目標値を決定するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の風力発電システムの制御装置。 - 前記充放電目標決定部は、前記第1設定範囲に含まれ且つ前記第1設定範囲よりも狭い第2設定範囲に前記予測信頼度指標が収まるとき、前記WF現在出力の寄与率をゼロとし、前記WF予測出力に基づいて前記目標値を決定するように構成されたことを特徴とする請求項2に記載の風力発電システムの制御装置。
- 前記充放電目標決定部は、
前記WF予測出力をPfutureとし、前記WF現在出力をPpresentとし、前記WF予測出力の寄与率をGとしたとき、積(1−G)×Ppresentと積G×Pfutureの和である加重平均出力Paveを算出するための加重平均出力算出部と、
前記風力発電システム全体としての出力目標値Ptargetが得られるように前記加重平均出力Paveを平滑化するための平滑化フィルタと、
前記出力目標値Ptargetと前記WF現在出力Ppresentとの差分から前記目標値を算出するための目標値算出部とを含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の風力発電システムの制御装置。 - 前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標をXとし、前記WF予測出力の寄与率をGとしたとき、X≦Xth1の範囲でG=0であり、Xth1<X≦Xth2の範囲でG=(X−Xth1)/(Xth2−Xth1)であり、Xth2<X≦Xth3の範囲でG=1であり、Xth3<X≦Xth4の範囲でG=(Xth4−X)/(Xth4−Xth3)であり、Xth4<Xの範囲でG=0となるように前記目標値を決定するように構成された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風力発電システムの制御装置。
- 前記風速予測値取得部は、気象予測情報に基づく第1風速予測値と、各々の前記風力発電装置の前方位置における風速を計測可能な前方風速計の計測結果に基づく第2風速予測値とから、前記風速予測値を算出するように構成されたことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の風力発電システムの制御装置。
- 前記風速予測値取得部は、気象予測情報に基づく第1風速予測値を前記風速予測値として取得するように構成され、
各々の前記風力発電装置の前方位置における風速を計測可能な前方風速計の計測結果に基づく第2風速予測値と前記第1風速予測値とを比較して、前記第1風速予測値の前記第2風速予測値に対する誤差が許容範囲内であるか否かを判定するための風速予測誤差判定部をさらに備え、
前記充放電目標決定部は、前記風速予測誤差判定部によって前記誤差が許容範囲を超えたと判定されたとき、前記WF予測出力の寄与率を減少させるように構成されたことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の風力発電システムの制御装置。 - 前記予測信頼度指標は、各々の前記蓄電池のSOC、前記風速予測値に対応する時刻における実際の風速値に対する前記風速予測値の偏差、前記WF予測出力に対応する時刻における実際の前記ウィンドファームの出力総和に対する前記WF予測出力の偏差の少なくとも一つであ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の制御装置。
- 蓄電池と、
少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと、
風速予測値を取得するための風速予測値取得部と、
前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するためのWF予測出力算出部と、
前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得部と、
前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定するための充放電目標決定部と、
前記目標値に基づいて前記蓄電池を制御するための蓄電池制御部とを備え、
前記充放電目標決定部は、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させるように構成されたことを特徴とする風力発電システム。 - 少なくとも一つの風力発電装置を含むウィンドファームと蓄電池とを備える風力発電システムの制御方法であって、
風速予測値を取得する風速予測値取得ステップと、
前記風速予測値に対応する前記ウィンドファームの出力総和であるWF予測出力を算出するWF予測出力算出ステップと、
前記風速予測値の信頼度を示す予測信頼度指標を取得するための指標取得ステップと、
前記風力発電システム全体の出力が平滑化されるように前記蓄電池の充放電量の目標値を決定する充放電目標決定ステップと、
前記目標値に基づいて前記蓄電池を制御する蓄電池制御ステップとを備え、
前記充放電目標決定ステップでは、前記予測信頼度指標に基づいて、前記WF予測出力の前記目標値への寄与率を変化させることを特徴とする風力発電システムの制御方法。
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JP2012286218A JP2014128184A (ja) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | 風力発電システムの制御装置及び制御方法、並びに風力発電システム |
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JP2012286218A JP2014128184A (ja) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | 風力発電システムの制御装置及び制御方法、並びに風力発電システム |
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JP2017093051A (ja) * | 2015-11-04 | 2017-05-25 | 株式会社日立パワーソリューションズ | 再生可能エネルギー発電システム、再生可能エネルギー発電システムの制御装置、及び再生可能エネルギー発電システムの制御方法 |
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-
2012
- 2012-12-27 JP JP2012286218A patent/JP2014128184A/ja active Pending
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---|---|---|---|---|
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JP7143516B2 (ja) | 2019-05-27 | 2022-09-28 | 株式会社東芝 | 検出装置、検出方法、及びプログラム |
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