JP5055407B2 - 再生可能エネルギー利用発電システムの制御方法 - Google Patents
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Description
風力発電システムを構成物する風力発電装置群1について、以下に説明する。風力発電装置群1は、1台以上の風力発電装置1−1−1,1−1−2,・・・,1−1−nと、SCADA1−1によって構成される。SCADA1−1は、風力発電装置群の運転状況や、発電電力等の運転情報を収集する役割を担う。同時に、SCADA1−1は、上位コントローラから、風力発電装置群1の発電電力の制限指令PLCを受信し、個々の風力発電装置1−1−1,・,・,・,1−1−nの発電電力の和が、PLC以下になるように、個々の風力発電装置1−1−1,・,・,・,1−1−nに、それぞれ電力制限指令PLC1,PLC2,・,・,・,PLCnを与える。
回転エネルギーは、発電機1−1−1−4に伝達される。図1では発電機1−1−1−4として、直流励磁型同期発電機1−1−1−4を示している。直流励磁型同期発電機1−1−1−4のステータは、交直変換器1−1−1−5,変換器1−1−1−6を介して、系統に連系される。また、直流励磁型同期発電機1−1−1−4の回転子も、励磁装置1−1−1−9を介して系統に接続されており、励磁装置1−1−1−9を制御し直流励磁電流の強弱を調節することにより、可変速運転を実現している。図3は、発電機として、交流励磁型同期発電機1−1−1a−4を用いた風力発電装置の例である。また、図4は、発電機として、永久磁石型同期発電機1−1−1b−3を用いた風力発電装置の例である。図2,図3,図4の風力発電装置群は、いずれも電力変換器とブレードのピッチ角を調整することにより、可変速運転を可能としている。またこれらの風力発電装置は、ピッチ角の制御と、電力変換器の制御を組み合わせることにより、その発電電力を所定値以下に制限することが可能である。また、図5は、発電機として、誘導発電機1−1−1c−4を用いた風力発電装置の例である。図5に示した風力発電装置は、誘導発電機1−1−1c−4の固定子が、電力変換器を介さず、直接電力系統に連系する。この、誘導発電機1−1−1c−4を用いた風力発電装置も、ピッチ角を制御することにより、その発電電力を所定値以下に制限することが可能である。風力発電装置群1は、図2,図3,図4,図5に示した風力発電装置のいずれか一種類、あるいはこれらの組み合わせにより構成される。
(数2) PBC=PBC1+PBC2+PBC3+・・・・・・+PBCm
上位コントローラ3は、電力制限指令演算部3−4において、風力発電装置群の電力制限指令PLCを演算する。
数3のような関係をもたせることにより、風力発電装置群1の発電電力が急減した場合においても、蓄電システム2の放電により、出力電力の変動を規定値(10%/20分)以下に抑制することが可能となる。
(1)1台以上の風力発電装置によって構成される風力発電装置群と、1台以上の蓄電装置によって構成される蓄電システムとを有する風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは前記風力発電装置群の発電電力と前記蓄電システムの充放電電力の和である出力電力を記録する出力電力記録手段と、
前記風力発電装置群の発電電力を検出する発電電力検出部と、を備え、
過去から現在までの所定期間を第一の期間、現在から未来までの他の所定期間を第二の期間とすると、
前記出力電力記録手段に記録された前記第一の期間における前記出力電力の情報および現在の前記発電電力検出部の検出値の情報を用いて、前記第二の期間における前記蓄電システムの充放電電力指令を演算する充放電電力指令演算手段と、
前記蓄電システムが前記充放電電力指令に従って充放電電力を制御する充放電電力制御手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(2)(1)に記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記第一の期間における前記出力電力の最大値と最小値を求める手段と、
前記最大値と前記最小値から前記第二の期間における前記出力電力の出力範囲を求める手段と、
前記第二の期間において前記風力発電装置群の発電電力が前記出力範囲を逸脱する場合には、前記出力範囲から逸脱した電力から前記蓄電システムの前記充放電電力指令を演算する手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(3)(2)に記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記蓄電システムの充電率の充電率目標範囲を演算する手段と、
前記風力発電装置群の発電電力が前記出力範囲を逸脱している場合か、あるいは前記蓄電システムの前記充電率が前記充電率目標範囲を逸脱している場合に、前記蓄電システムが充放電する手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(4)(2)に記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記風力発電装置群の発電電力に一次遅れ演算を施した第一の値を演算する手段と、
前記第一の値が前記出力範囲の中にある場合は、前記風力発電システムの出力電力を前記第一の値に追従するように前記蓄電システムの充放電制御を行う手段と、
前記第一の値が前記出力範囲を逸脱した場合は、前記風力発電システムの出力電力を前記出力範囲の上限、あるいは下限に追従するように前記蓄電システムの充放電指令を作成する手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(5)(3)または(4)に記載の風力発電システムにおいて、
前記蓄電システムの充電率目標範囲を、前記風力発電装置群の発電電力から決定する手段を備えることを特徴とする風力発電システム。
(6)(1)または(2)に記載の風力発電システムにおいて、
前記第一の期間は20分以下の一定値であり、前記第二の期間は1分以下の一定値であることを特徴とする風力発電システム。
(7)(2)に記載の風力発電システムにおいて、
前記出力範囲の上限値は、前記最小値に第一の所定値を加算した値であり、前記出力範囲の下限値は、前記最大値から前記第一の所定値を減算した値であることを特徴とする風力発電システム。
(8)(1)から(7)のいずれかに記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記風力発電装置群の未来の発電電力を予測する発電電力予測値を受信する手段と、
前記発電電力予測値に応じて充電率目標範囲を調節する手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(9)(8)に記載の風力発電システムにおいて、
前記発電電力予測値が減少する場合に、前記充電率目標範囲を高くする方向に調節する手段と、
前記発電電力予測値が増大する場合に、前記充電率目標範囲を低くする方向に調節する手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(10)(9)に記載の風力発電システムにおいて、
前記発電電力予測値が、任意の時刻から始まる20分間の間に、前記蓄電システムの変換器容量より大きく変化する場合に、前記充電率目標範囲を変化させる手段を備えることを特徴とする風力発電システム。
(11)(1)から(10)のいずれかに記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記風力発電装置群の電力制限指令を作成する手段と、
前記風力発電装置群は、前記電力制限指令以下に発電電力を制限する発電制限手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(12)(11)に記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記蓄電システムの充電可能電力を演算する手段と、
前記電力制限指令を前記第一の期間における前記出力電力の最小値と前記充電可能電力と第二の所定値の和にする前記風力発電システム。
(13)(11)に記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記風力発電装置群の発電電力予測値を受信する手段と、前記発電電力予測値に応じて前記電力制限指令を調節する手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(14)(13)に記載の風力発電システムにおいて、
前記発電電力予測値が減少する場合は、前記電力制限指令を時間的に緩やかに減少させる手段を備えることを特徴とする風力発電システム。
(15)(14)に記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記発電電力予測値が、任意の時刻から始まる20分間の間に前記蓄電システムの変換器容量より減少する場合に、前記電力制限指令を調節する手段と、
前記発電電力予測値が前記蓄電システムの変換器容量と一致する時刻において、前記電力制限指令が前記蓄電システムの変換器容量と一致するように、前記電力制限指令を一定のレートで減少させる手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(16)(1)から(15)のいずれかに記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記出力電力の出力電力上限指令を演算する手段と、
前記蓄電システムの充電動作と前記風力発電装置群の電力制限動作により、前記出力電力を前記出力電力上限指令以下に制限する手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(17)(16)に記載の風力発電システムにおいて、
前記出力電力上限指令は、一定値であり、かつ風力発電装置群の発電電力定格値以下であり、かつ前記蓄電システムを構成する変換器の定格容量以上であることを特徴とする風力発電システム。
(18)(16)に記載の風力発電システムにおいて、
前記出力電力上限指令を発電電力予測値に応じて調節することを特徴とする風力発電システム。
(19)(16)に記載の風力発電システムにおいて、
前記出力電力上限指令を前記蓄電システムの充電率、あるいは前記蓄電システムの蓄積エネルギーに応じて調節することを特徴とする風力発電システム。
(20)1台以上の風力発電装置によって構成される風力発電装置群と、1台以上の蓄電装置によって構成される蓄電システムとを有する前記風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記風力発電装置群の電力制限指令を作成する手段と、
前記風力発電装置群は、前記電力制限指令以下に前記風力発電装置群の発電電力を制限する手段と、
前記風力発電システムは、前記風力発電装置群の発電電力と前記蓄電システムの充放電電力の和である出力電力を記録する出力電力記録手段と、を備え、
過去から現在までの所定期間を第一の期間、現在から未来までの他の所定期間を第二の期間とすると、
前記風力発電システムは、第一の期間における前記出力電力の最小値を求める手段と、 前記蓄電システムの充電可能電力を演算する手段と、
前記電力制限指令を前記最小値と前記充電可能電力と第一の所定値の和とすることを特徴とする風力発電システム。
(21)1台以上の風力発電装置によって構成される風力発電装置群と、1台以上の蓄電装置によって構成される蓄電システムとを有する前記風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記風力発電装置群の電力制限指令を演算する手段と、
前記風力発電装置群は、前記電力制限指令以下に前記風力発電装置群の発電電力を制限する手段と、
前記風力発電システムは、前記風力発電システムの発電電力予測値を受信する手段と、 前記発電電力予測値に応じて前記電力制限指令を変化させる手段をもつ風力発電システム。
(22)(21)に記載の風力発電システムにおいて、
前記発電電力予測値が減少する場合は、前記電力制限指令を時間的に緩やかに減少させる手段を備えることを特徴とする風力発電システム。
(23)(20)から(22)のいずれかに記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記出力電力の出力電力上限指令を演算する手段と、
前記蓄電システムの充電動作と前記風力発電装置群の電力制限動作により、前記出力電力を前記出力電力上限指令以下に制限する手段と、を備えることを特徴とする風力発電システム。
(24)(23)に記載の風力発電システムにおいて、
前記出力電力上限指令は、一定値であり、かつ風力発電装置群の発電電力定格値以下であり、かつ前記蓄電システムを構成する変換器の定格容量以上であることを特徴とする風力発電システム。
(25)(23)に記載の風力発電システムにおいて、
前記出力電力上限指令を前記発電電力予測値に応じて調節することを特徴とする風力発電システム。
(26)(23)に記載の風力発電システムにおいて、
前記出力電力上限指令を前記蓄電システムの充電率、あるいは前記蓄電システムの蓄積エネルギーに応じて調節することを特徴とする風力発電システム。
(27)1台以上の風力発電装置によって構成される風力発電装置群と、2台以上の蓄電装置によって構成される蓄電システムとを有する風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、個々の蓄電装置の充電率を、それぞれ異なる値に制御する手段を備えることを特徴とする風力発電システム。
(28)1台以上の風力発電装置によって構成される風力発電装置群と、3台以上の蓄電装置によって構成される蓄電システムとを有する前記風力発電システムにおいて、
前記複数の蓄電装置を複数のグループに分け、同じグループに属する蓄電装置の充電率を同じ値に制御し、各グループの蓄電装置の充電率を異なる値に制御する手段を備えることを特徴とする風力発電システム。
(29)(27)または(28)に記載の風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは、前記蓄電システムを構成する各蓄電装置の平均充電率が、前記風力発電システム全体の充電率目標値に一致するように、あるいは前記蓄電システムの総蓄積エネルギーを、前記風力発電システム全体の充電率目標値から演算される総蓄積エネルギー目標値に一致するように、前記各蓄電装置あるいは前記各蓄電装置グループの充電率を制御する手段を備えることを特徴とする風力発電システム。
(30)(29)に記載の風力発電システムにおいて、
前記蓄電システムの一部の蓄電装置あるいは一部の蓄電装置グループの充電率を、前記風力発電システム全体の充電率目標値より低く設定する制御手段と、
同時に前記蓄電システムの一部の蓄電装置あるいは一部の蓄電装置グループの充電率を、前記風力発電システム全体の充電率目標値より高く設定する制御手段とを備えることを特徴とする風力発電システム。
(31)(7)または(20)に記載の風力発電システムにおいて、
前記第一の所定値は、前記風力発電システムの定格出力電力の10%以下である風力発電システム。
(32)(12)に記載の風力発電システムにおいて、
前記第二の所定値は、前記風力発電システムの定格出力電力の10%以下である風力発電システム。
(33)(1)〜(32)に記載の風力発電システムにおいて、
前記蓄電システムは、鉛蓄電池,ナトリウム硫黄電池,レドックスフロー電池,リチウムイオン電池,ニッケル水素電池,リチウムイオンキャパシタ,電気二重層キャパシタ,コンデンサ,フライホイールのいずれか一つ、あるいはこれらの組み合わせにより構成される風力発電システム。
1−1 SCADA
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1−1−1−2,1−1−1a−2,1−1−1b−2,1−1−1c−2 風速計
1−1−1−3,1−1−1a−3,1−1−1b−3,1−1−1c−3 変速ギア
1−1−1−4 直流励磁同期発電機
1−1−1a−4 交流励磁同期発電機
1−1−1b−4 永久磁石発電機あるいは誘導発電機
1−1−1c−4 誘導発電機
1−1−1−5,1−1−1−6,1−1−1a−6,1−1−1b−6,2−1−1−2 電力変換器
1−1−1−7,1−1−1a−7,1−1−1b−7,1−1−1c−7 連系トランス
1−1−1−8,1−1−1a−8,1−1−1b−8,1−1−1c−8,2−1−1−4 遮断器
1−1−1−9 励磁装置
2 蓄電システム
2−1−1,2−1−2,・,・,・,2−2−m 蓄電装置
2−1−1−1 二次電池
2−1−1−3,4 連系トランス
3,3a,3b,3d 上位コントローラ
3−1 SOC目標値演算部
3b−1−1 SOC目標値演算部
3b−1−2 電力予測値変動率演算部
3b−1−3 切り替え器
3−2 最大値・最小値演算部
3−3,3a−3,3b−3,3c−3,3d−3 充放電電力指令演算部
3−3−1 SOC管理制御部
3−3−1−1,3−3−1−2,・,・,・,3−3−1−m 充放電電力指令演算部3−3−2,3−3−3,3a−3−3,3d−3−3 リミッター
3b−3−4,3d−3−4 出力電力上限指令演算部
3d−3−4−1 蓄積エネルギー演算部
3d−3−4−2 出力電力上限指令選択部
3−3c−5 一次遅れ演算部
3−4,3a−4,3b−4,3d−4 電力制限指令演算部
3−4−1 充電可能電力演算部
3a−4−2,3b−4−2,3d−4−2 最小値選択演算部
3b−4−3,3d−4−3 出力電力上限指令演算部
3−4−1−1,3−4−1−2,・,・,・,3−4−1−m 充電可能電力演算部
3−5 充放電電力指令分配部
5 電力系統
6 電力計
7 電力系
8 信号線
9 発電電力予測業者
Claims (5)
- 1台以上の風力発電装置によって構成される風力発電装置群と、1台以上の蓄電装置によって構成される蓄電システムとを有する再生可能エネルギー利用発電システムの制御方法であって、
前記風力発電装置群の発電電力と前記蓄電システムの充放電電力の和である前記再生可能エネルギー利用発電システムの出力電力の上限値を設定し、
前記蓄電システムの充電率に基づき充電可能な電力を演算し、
前記設定された出力電力の上限値と前記演算された充電可能な電力との和に基づき前記風力発電装置群の電力制限指令を演算し、
前記電力制限指令に基づき前記風力発電装置群の発電電力を制限し、
前記風力発電装置群の発電電力が前記再生可能エネルギー利用発電システムの出力電力の上限値を超える場合において、前記蓄電システムに充電可能な場合には、前記蓄電システムに前記再生可能エネルギー利用発電システムの出力電力の上限値を超える前記風力発電装置の発電電力を充電することを特徴とする再生可能エネルギー利用発電システムの制御方法。 - 請求項1において、前記風力発電装置群の代わりに、太陽光発電システムまたは波力発電システムを用いた再生可能エネルギー利用発電システムの制御方法。
- 請求項1において、前記蓄電システムの充電可能な電力の演算において、前記蓄電装置の温度や、前記蓄電装置の使用年数,総充放電電力量の何れかを考慮して、充電可能な電力を補正することを特徴とする再生可能エネルギー利用発電システムの制御方法。
- 請求項1において、前記電力制限指令に基づく前記風力発電装置群の発電電力の制限は、前記風力発電装置の個々に電力制限機能を設けることにより行うことを特徴とする再生可能エネルギー利用発電システムの制御方法。
- 請求項1において、前記電力制限指令に基づく前記風力発電装置群の発電電力の制限は、前記風力発電装置の個々の運転と停止の状態を切り替え、前記風力発電装置群全体として発電電力を制限することにより行うことを特徴とする再生可能エネルギー利用発電システムの制御方法。
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