JP2008182859A - 風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム，風力発電システム，電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明で解決しようとする課題は、風力発電機と蓄電池のハイブリッドシステムにおいて、出力一定運転を行う際に、蓄電池の充電状態、或いは風速の変化に伴って発電電力が変動する風力発電装置の出力状態によっては、システム出力を一定に制御できない点である。
【解決手段】
システム一定出力値を設定する手段，風力発電装置の発電電力を制限する手段，出力一定運転と変動抑制運転の出力目標値を緩やかに切換える手段、出力一定運転時の蓄電池充電量を確保する制御手段を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置と蓄電装置により一定出力可能なハイブリッドシステム及び電力制御装置に関するものである。

近年、地球環境保護の動きの中で、風力発電や太陽光発電など自然エネルギーを利用した発電装置の導入が促進されている。しかしながら、これらの発電装置は、自然条件によって発電電力が変動するため、導入量増加に伴って連系する電力系統に周波数変動や電圧変動等の悪影響を及ぼすことが懸念されている。その対策の一つとして、自然エネルギー発電装置に蓄電装置を併設し、その出力変動を抑制する方法が提案されている。

対象とする風力と蓄電池のハイブリッドシステムは、風速の変化に伴って発電電力が変動する風力発電装置とその発電電力の変動を抑制する蓄電装置で構成され、変動抑制後の発電電力を電力系統に供給する。

特許文献１によれば、蓄電池の充電量に応じて出力目標値を設定する方法が開示されている。また、特許文献２によれば、蓄電池の充電量が目標値となるように、風力発電装置の出力値と平均値の差分によって求まる蓄電装置の充放電指令値を充電量に応じて変更する方法が開示されている。

特開２００１−３２７０８０号公報 特開２００６−１４１０９３号公報

特に夜間軽負荷時等は、電力系統の周波数変動の感度が高いため、電力系統への出力電力の変動が電力系統に悪影響を及ぼす可能性が大きいため、電力系統への出力電力を一定とする運転を行う必要がある。

しかし、従来の風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステムにおいて、前述した系統への出力を一定とする運転を行う際に、蓄電池の充電状態、或いは風速の変化に伴って発電電力が変動する風力発電装置の出力状態によっては、システム出力を必ずしも一定に制御できない。

よって、本発明の目的は、風力発電装置と蓄電装置を用いて、所定時間、電力系統にほぼ一定の電力を安定的に出力することができるハイブリッドシステムまたは風力発電システムまたは制御装置を提供することである。

本発明は、以下に述べる手段により、上記課題を解決することができる。

電力系統への供給電力の目標値を所定期間、一定値（ここで、本明細書中の「一定値」は厳密な一定の値を意味するものではなく、ある程度の変動を許容する値、例えば電力量の数％程度の変動を許容した値を意味するものとする。）とする制御モードを有していて、さらに、前記一定値は、蓄電装置の充電量と前記所定期間により設定されることを特徴とする風力発電システム。

所定時間、電力系統へ供給する電力を一定値とする制御モードとを有し、前記一定値は、蓄電装置の充電量および前記所定時間に応じて設定され、さらに、前記制御モード時に、風力発電装置の出力電力の前記一定値からの変動分で、蓄電装置の空き充電容量および単位時間当たりの最大充電量を超える電力分を抑制する出力抑制手段を有することを特徴とする風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム。

電力系統へ供給する電力を所定時間、一定値とする制御モードを有し、前記一定値は、前記蓄電装置の充電量および前記所定時間に応じて算出されることを特徴とする電力系統への出力電力の電力制御装置。

本発明の風力と蓄電池のハイブリッドシステムは、上記解決手段により、所定期間、系統への出力をほぼ一定に制御できるため、電力系統の周波数変動の感度が高い時間帯においても電力系統に悪影響を与える可能性が少ない。

（実施例１）
本発明の実施の形態を以下、図を用いて説明する。

図１は、対象とする風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステムの構成を示す図である。風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステムは、電力系統３に接続された風力発電装置１と蓄電装置２で構成され、システム制御装置１００でシステム電力ＰＳが所定の値となるように風力発電装置１と蓄電装置２を統括制御する。

風力発電装置１は、風を回転エネルギーに変換する風車１１と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１２，制御装置１３で構成される。発電機１２は、誘導式，同期式，永久磁石式等の発電機を用い、電力変換器を用いて可変速駆動しても良い。制御装置１３は、出力制限値ＰＷＬＩＭに応じて、風力発電装置１の出力ＰＷを制限する機能を有する。ここで、制御装置１３は、風車１１のブレードピッチ角を調整、または電力変換器を制御、またはそれらの組み合わせにより発電機の電力を制御する。

蓄電装置２は、蓄電池２１，電力変換器２２，制御装置２３で構成される。蓄電池２１は、鉛電池やリチウムイオン電池，電気二重層コンデンサ，レドックスフロー電池等の直流電力を充放電できる蓄電要素を用いる。制御装置２３は、電力検出器Ｄ１を介して出力ＰＢを取り込み、出力ＰＢが電力設定値ＰＢＳＥＴとなるように電力変換器２２をゲートパルスＧＰＬＳで制御する。なお、出力ＰＢは、充電方向を正、放電方向を負とする。

システム制御装置１００は、上位の発電指令所等から伝送される運転指令ＯＰＣＯＭ、および電力検出器Ｄ２，充電量検出器Ｄ３を介して風力発電装置１の出力ＰＷ，蓄電池
２１の充電量ＷＢを取り込み、蓄電装置２の電力設定値ＰＢＳＥＴ，風力発電装置１の出力制限値ＰＷＬＩＭを出力する。

次に、風力と蓄電池のハイブリッドシステムの運転方法について、図２を用いて説明する。上段のグラフは、縦軸がシステム出力ＰＳ、横軸が時刻を表しており、実線はシステム出力ＰＳの時間的変化を示している。また、下段のグラフは、縦軸が蓄電池２１の充電量ＷＢ、横軸が時刻を表しており、実線は蓄電池２１の充電量ＷＢの時間的変化を示す。

図２中の（Ａ）は、システム出力ＰＳの変動幅が規定された範囲内に収まるように運転する期間、即ち、前述した変動抑制運転を表す。変動抑制運転中は、例えば、システム出力ＰＳの変動許容範囲の最大値と最小値が風力発電装置定格値の１０％以下となるように風力発電装置１の出力ＰＷの変動分を蓄電装置２で抑制すると共に、充電量ＷＢが充電目標値ＷＢＴＲＧとなるように蓄電装置２をシステム制御装置１００で制御する。また、風速が急激に速まって、蓄電池２１が過充電される恐れがある場合や風力発電電力の変動分が蓄電装置の最大出力値ＰＢＭＡＸ（ここで、最大出力値とは単位時間当たりの最大放電量および最大充電量を意味するものである。）を超える場合には、風力発電装置１の出力ＰＷを出力制限値ＰＷＬＩＭによって制限する。このように、風力発電装置１に出力電力を制限する機能を備えることで、蓄電装置２の変動抑制能力を超える電力変動が生じた際にも、安定した電力を系統へ供給することが可能となる。

図２中の（Ｂ）は、システム出力ＰＳが一定出力値ＰＳＣＮＳになるように運転する期間、即ち、前述した出力一定運転を表す。出力一定運転中は、例えば、一定出力値PSCNSとシステム出力ＰＳの１分間平均値の偏差が風力発電装置定格値の２％以下となるように蓄電装置２をシステム制御装置１００で制御する。一定出力値ＰＳＣＮＳは、出力一定運転に移行する時の蓄電池２１の充電量ＷＢ１や出力一定時間ＴＣＮＳ等から、出力一定運転時に風力発電装置１の出力ＰＷがゼロで蓄電装置が単独で一定出力しても蓄電池２１が充電不足にならない範囲に設定する。このように出力する一定値を設定することで、風車が停止した際にも、蓄電装置が単独で設定した電力を出力することが可能となり、電力不足となる状態を回避できる。

また、前述した変動抑制運転時と同様に風速が急激に速まって、蓄電池２１が過充電される恐れがある場合や風力発電電力の変動分が蓄電装置の最大出力値ＰＢＭＡＸを超える場合には、風力発電装置１の出力ＰＷを出力制限値ＰＷＬＩＭによって制限する。

上述のように、一定出力運転の目標値を、蓄電装置の単位時間当たりの最大放電量よりも低い値で、かつ、出力一定運転時に風力発電装置１の出力ＰＷがゼロで蓄電装置が単独で一定出力しても蓄電池２１が充電不足にならない範囲に設定し、さらに、一定出力運転中に蓄電池２１が過充電される恐れがある場合や風力発電電力の変動分が蓄電装置の単位時間当たりの最大出力値ＰＢＭＡＸを超える場合に風力発電装置１の出力ＰＷを制限することで、系統への出力目標値に対する発電電力の不足，過剰および変動が生じても系統への出力を一定に保つことが可能となり、一定出力運転の信頼性が向上する。

なお、変動抑制運転から出力一定運転、または出力一定運転から変動抑制運転への移行は、電力系統に周波数変動等の悪影響を及ぼさないようにシステム出力ＰＳを緩やかに変化させる。

図３は、前述した運転方法を実現するためのシステム制御装置１００のブロック図である。

平均値演算部１０１は、風力発電装置１の出力ＰＷの平均値ＰＷＡＶＧを求めるブロックであり、移動平均演算や１次遅れフィルタ等を用いる。

一定出力部１０２では、蓄電池２１の充電量ＷＢと上位の発電指令所等から伝送される運転指令ＯＰＣＯＭを取り込み、数１を用いて、一定出力値ＰＳＣＮＳを求める。ＷＢ１は出力一定運転に移行する時の蓄電池２１の充電量、ＴＣＮＳは運転指令ＯＰＣＯＭから与えられる一定出力時間、Ｖは蓄電池２１の平均電圧、Ｋは蓄電池の容量換算係数や蓄電装置の放電損失等の補正係数である。また、一定出力値ＰＳＣＮＳは、風力発電電力の変動分が蓄電装置の最大出力値ＰＢＭＡＸを超えると、システム出力ＰＳを一定にできないため、蓄電装置の最大出力値を超えないように設定する。
（数１）
ＰＳＣＮＳ＝（ＷＢ１／ＴＣＮＳ）×Ｖ×Ｋ
出力目標値切換部１０３は、運転指令ＯＰＣＯＭからの運転モードを判定し、システム出力設定値ＰＳＴＲＧを平均値ＰＷＡＶＧから一定出力値ＰＳＣＮＳに、または一定出力値ＰＳＣＮＳから平均値ＰＷＡＶＧに切換える際に、例えば、風力発電装置の定格出力値を１００％として、２％／分程度で、システム出力が所定の範囲内となるように、電力変化の速度が一定以下となるように出力目標値を切換える。このように出力目標値を切換えることで、系統への影響を抑えることができる。

目標充電部１０４は、変動抑制運転時のみ動作し、出力一定運転時に必要な蓄電池充電量を確保するために、充電量ＷＢが充電目標値ＷＢＴＲＧとなるように、電力指令値調整部１０５に充電目標指令値ＰＢ１を与える。このように蓄電池充電量を確保することで、出力一定運転時の出力を安定的に供給することが可能となる。

次に、充電目標値ＷＢＴＲＧは、蓄電池２１の満充電値を１００％として、その使用範囲を９０〜３０％とすると、例えば、６０〜９０％の間で設定する。また、充電目標指令値ＰＢ１は、この操作によって、図２で述べた変動抑制運転中のシステム出力ＰＳが変動抑制範囲を逸脱しないように、数分から数十分のオーダで緩やかに変化させると共に、リミッタを設けて、その上下限値を制限する。リミッタの上下限値は、例えば、風力発電装置の定格出力値に対して±１０％とする。

電力指令値調整部１０５では、風力発電装置１の出力ＰＷとシステム出力設定値PSTRGの差分から得られる蓄電装置２の電力指令値ＰＢＳＥＴ１を運転指令ＯＰＣＯＭの運転モードや前述した目標充電部１０４の充電目標指令値ＰＢ１に応じて調整し、これを最終的な蓄電装置２の電力指令値ＰＢＳＥＴとして出力する。

風力発電電力制限部１０６では、運転指令ＯＰＣＯＭの運転モード，電力指令値調整部１０５の電力指令値ＰＢＳＥＴ１とＰＢＳＥＴ，不感帯値ＮＦＺＭＡＸ，充電目標指令値ＰＢ１、及び充電量ＷＢを取り込み、風力発電電力の変動分が蓄電装置の最大出力値
ＰＢＭＡＸを超える場合や蓄電池２１が過充電される恐れがある場合に出力制限値PWLIMにより風力発電装置１の出力ＰＷを制限する。

次に、電力指令値調整部１０５、および風力発電電力制限部１０６の、詳細な動作について述べる。

図４、および図５は、変動抑制運転時、および出力一定運転時の電力指令値調整部105の出力特性を示す図である。横軸は、入力となる電力指令値ＰＢＳＥＴ１、縦軸は、出力の電力指令値ＰＢＳＥＴを表す。

図４の変動抑制運転時は、ＮＺＦＭＡＸから−ＮＺＦＭＡＸまでの不感帯を設け、図２で述べたシステム出力ＰＳが変動抑制範囲を逸脱しないようにＮＺＦＭＡＸを設定する。例えば、ＮＺＦＭＡＸは、システム出力ＰＳの変動抑制範囲を風力発電装置定格値の±５％以下とすると、蓄電装置２の制御遅れ等による追従偏差を±１％考慮して、±４％に設定する。

蓄電装置の最大出力値ＰＢＭＡＸ、および−ＰＢＭＡＸと不感帯設定値ＮＺＦＭＡＸ、および−ＮＺＦＭＡＸ間のそれぞれの傾きは１とする。即ち、この間の変動分を全て蓄電装置で抑制できるように設定する。

目標充電部１０４からの充電目標指令値ＰＢ１は、充電量ＷＢが充電目標値ＷＢＴＲＧより小さい時には負、逆に大きい時には正の偏差に応じた値とする。即ち、充電時には図の特性を左方向に、放電時には右方向に平行移動し、充電量ＷＢを充電目標値ＷＢＴＲＧに保つように蓄電装置２の電力指令値ＰＢＳＥＴを調整する。

図５の一定出力運転時は、システム出力ＰＳが一定出力値ＰＳＣＮＳになるように蓄電装置２を制御するため、図４の変動抑制運転時に対して、不感帯をなくし、かつ、蓄電池２１の充電量も制御できないため、充電目標指令値ＰＢ１による調整は行わない。即ち、蓄電装置２の出力を最大出力値ＰＢＭＡＸ、および−ＰＢＭＡＸで制限する静的なリミッタ特性とする。

図６、および図７は、変動抑制運転時、および出力一定運転時の風力発電電力制限部
１０６の動作を説明する図である。横軸は任意の時刻、縦軸は上段が風力発電装置１の出力ＰＷ、下段が蓄電池２１の充電量ＷＢを表す。つまり、上段のグラフにおける実線は、風力発電装置１の出力ＰＷの時間的変化を表し、下段のグラフにおける実線は、蓄電池
２１の充電量ＷＢを表す。

図６は、変動抑制運転時に、風速が急激に増し、風力発電装置１の出力ＰＷが低出力から最大値ＰＷＭＡＸに急増した場合の動作を示したものである。この場合、風力発電電力制限部１０６は、図中ハッチング部分の風力発電装置１の出力ＰＷを出力制限値PWLIM により制限する。

時刻Ｔ１からＴ２は、風力発電装置１の出力ＰＷの変動分（ＰＷ−平均値ＰＷＡＶＧ−不感帯ＮＦＺＭＡＸ−充電目標指令値ＰＢ１）が蓄電装置２の最大出力値ＰＢＭＡＸを超えるために風力発電装置１の出力ＰＷを出力制限値ＰＷＬＩＭ１により制限している期間である。

また、この期間のシステム出力ＰＳは、風力発電装置１の出力ＰＷから、出力制限値
ＰＷＬＩＭ１および蓄電装置２の充電量を差し引いた値となり、変動許容範囲の中の値となる。

さらに、この期間は、充電目標指令値ＰＢ１が緩やかに調整されるため、蓄電装置２は最大出力値ＰＢＭＡＸで充電し、蓄電池の充電量ＷＢが充電目標値ＷＢＴＲＧ（例えば、蓄電池の充電容量の６０％）を上回る。

時刻Ｔ２からＴ３は、風力発電装置１の出力ＰＷの変動分が最大出力値ＰＢＭＡＸ以下となり、風力発電装置１の出力制限を解除している期間である。さらに、風力発電装置１の出力ＰＷは、変動許容範囲を超えた電力を出力しているので、蓄電装置は充電動作を継続し、システム出力ＰＳを変動許容範囲の値とする。そのため、充電量ＷＢは増加する。

時刻Ｔ３からＴ４は、蓄電池の充電量ＷＢが最大充電値ＷＢＭＡＸ（例えば、蓄電池の充電容量の９０％）を超える場合に蓄電装置が充電動作を行わないように、風力発電装置１の出力ＰＷを出力制限値ＰＷＬＩＭ２により制限している期間である。

つまり、変動許容範囲を超えた風力発電装置１の出力ＰＷを出力制限値ＰＷＬＩＭ２で制限することで、システム出力ＰＳを変動許容範囲の値とする。

時刻Ｔ４からＴ５は、風力発電装置１の出力ＰＷの変動分が変動許容範囲の範囲内にある期間であり、風力発電装置１の出力制限を解除し、さらに蓄電装置による充電動作も行わないので、充電量ＷＢは変化しない。

時刻Ｔ５からＴ６は、充電目標指令値ＰＢ１により、蓄電装置を放電動作させて、充電量ＷＢが目標値ＷＢＴＲＧとなるように調整している期間である。また、時刻Ｔ６以降は、充電量ＷＢが目標値ＷＢＴＲＧに達したために、充電目標指令値ＰＢ１をゼロにし、蓄電装置の放電動作を解除している期間である。

図７は、風力発電装置１の出力ＰＷが最大値ＰＷＭＡＸの状態で出力一定運転（一定出力値ＰＳＣＮＳ）に移行した場合の動作を示したものである。この場合、風力発電電力制限部１０６は、図中ハッチング部分の風力発電装置１の出力ＰＷを出力制限値ＰＷＬＩＭにより制限する。

時刻Ｔ８までは、システム出力設定値ＰＳＴＲＧが平均値ＰＷＡＶＧから一定出力値
ＰＳＣＮＳに切換わる期間である。また、時刻Ｔ７からＴ８の間は、システム出力の目標値から蓄電装置２の最大出力値ＰＢＭＡＸを超えて変動する風力発電装置１の出力を、出力制限値ＰＷＬＩＭ３により制限している期間である。

時刻Ｔ８からＴ９は、システム出力ＰＳが一定出力値ＰＳＣＮＳを出力し始める期間である。ここで、風力発電装置１の出力ＰＷの一定出力値ＰＳＣＮＳからの変動分が、蓄電装置２の最大出力値ＰＢＭＡＸを超えているため、その余剰電力を風力発電装置１の出力制限値ＰＷＬＩＭ４により制限する。この期間は、蓄電装置２が最大出力値ＰＢＭＡＸで充電動作を行うため、充電量ＷＢは急激に増加する。

時刻Ｔ９からＴ１０は、充電量ＷＢが最大充電値ＷＢＭＡＸを超える場合に蓄電装置が充電動作を行わないように、風力発電装置１の出力ＰＷを出力制限値ＰＷＬＩＭ５により制限し、システム出力を一定出力値ＰＳＣＮＳとしている期間である。

また、時刻Ｔ１０以降は、風力発電装置１の出力ＰＷが一定出力値ＰＳＣＮＳよりも小さくなり、蓄電装置が放電動作を行うために、充電量ＷＢが減少している期間である。

風力発電電力制限部１０６の処理手順について、図８のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１で運転指令ＯＰＣＯＭから出力一定運転モードか、変動抑制運転モードかを判定する。

変動抑制運転モード（ＮＯ）の場合は、ステップＳ２に進み、蓄電池２１の充電量ＷＢが最大充電値ＷＢＭＡＸを超えていないか判定する。肯定（ＹＥＳ）ならば、ステップ
Ｓ３で蓄電装置２の電力指令値ＰＢＳＥＴ１から不感帯値ＮＦＺＭＡＸ、および充電目標指令値ＰＢ１を除いた値を風力発電装置１の出力制限値ＰＷＬＩＭとする演算を行う。否定（ＮＯ）ならば、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、電力指令値ＰＢＳＥＴ１が電力指令値ＰＢＳＥＴに不感帯値NFZMAX、および充電目標指令値ＰＢ１を足したより大きいかどうか、即ち、風力発電装置１の出力ＰＷの変動分が蓄電装置の最大出力値ＰＢＭＡＸを超えていないかどうか判定する。肯定（ＹＥＳ）ならば、ステップＳ５で蓄電装置２の電力指令値ＰＢＳＥＴ１から最終的な電力指令値ＰＢＳＥＴ、不感帯値ＮＦＺＭＡＸ、および充電目標指令値ＰＢ１を除いた値を風力発電装置１の出力制限値ＰＷＬＩＭとする演算を行う。即ち、風力発電装置１の出力ＰＷの変動分が蓄電装置の最大出力値ＰＢＭＡＸを超える分を風力発電装置１の出力制限値ＰＷＬＩＭとする演算を行う。否定（ＮＯ）ならば、ステップＳ６に進み、出力制限値ＰＷＬＩＭを解除する。

以上が変動抑制運転時の風力発電電力制限部１０６の処理手順である。

次に、出力一定運転時の風力発電電力制限部１０６の処理手順について説明する。ステップＳ１で出力一定運転モード（ＹＥＳ）の場合は、ステップＳ７に進み、蓄電池２１の充電量ＷＢが最大充電値ＷＢＭＡＸを超えていないか判定する。肯定（ＹＥＳ）ならば、ステップＳ８で蓄電装置２の電力指令値ＰＢＳＥＴ１を風力発電装置１の出力制限値
ＰＷＬＩＭとする演算を行う。否定（ＮＯ）ならば、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、電力指令値ＰＢＳＥＴ１が電力指令値ＰＢＳＥＴより大きいかどうか、即ち、風力発電装置１の出力ＰＷの変動分が蓄電装置の最大出力値ＰＢＭＡＸを超えていないかどうか判定する。肯定（ＹＥＳ）ならば、ステップＳ１０で蓄電装置２の電力指令値ＰＢＳＥＴ１から最終的な電力指令値ＰＢＳＥＴを除いた値を風力発電装置１の出力制限値ＰＷＬＩＭとする演算を行う。即ち、風力発電装置１の出力ＰＷの変動分が蓄電装置の最大出力値ＰＢＭＡＸを超える分を風力発電装置１の出力制限値ＰＷＬＩＭとする演算を行う。否定（ＮＯ）ならば、ステップＳ１１に進み、出力制限値ＰＷＬＩＭを解除する。
（実施例２）
本実施例では、実施例１とは異なる風力発電電力制限部１０６の動作について説明する。なお、本実施例の風力発電電力制限部１０６以外の構成については実施例１と同様であるものとする。

風力発電電力制限部１０６の他の動作について、図９を用いて説明する。図９は出力一定運転時もしくは変動抑制運転時に、風力発電装置１の出力ＰＷが最大値ＰＷＭＡＸの状態で、図中ハッチング部分の風力発電装置１の出力ＰＷを出力制限値ＰＷＬＩＭにより制限する動作を示している。

時刻Ｔ１０の時点で、充電量ＷＢが第１の最大充電値ＷＢＭＡＸ１に達すると、風力発電装置１の出力ＰＷの制限を開始し、時刻Ｔ１１の時点で、風力出力制限によって蓄電装置２の出力がゼロとなるため、充電量ＷＢは第２の最大充電値ＷＢＭＡＸ２に保たれる。このように、蓄電装置２の蓄電池充電量が所定値を超えた場合に、その増加量に応じて、風力発電装置１の出力制限値を設定する。また、風力発電装置１の出力制限値を出力ＰＷとシステム出力設定値ＰＳＴＲＧとの差分が徐々に小さくなるように変化させてもよい。

なお、これまでに示した風力発電装置１の出力制限値は、運転条件を満たすための最小値であるが、運転条件を満たす範囲であれば、ある程度のマージンを持たせて、出力制限値を大きくしてもよい。

満充電時の電力余剰分が大きい場合において、充電装置の充電量が満充電となったときに、初めて風力発電装置の出力制限を開始する方法では、容量の大きな電力余剰分を急に抑制しなければならず、抑制制御が間に合わない恐れがある。

しかし、本実施例のように充電装置の充電量が満充電よりも少ない、例えば充電容量
９５％等の充電量となったときに、風力発電装置の出力制限を開始し、満充電時に風力発電装置の出力電力余剰分を完全に抑制する方法では、急に容量の大きな電力の出力を抑制する必要がなくなるため、出力電力の余剰分を抑制する制御の確実性が向上する。

本発明は、蓄電装置を用いて、電源の出力電力の変動を抑制することを可能としたシステムおよび電力制御装置であるので、風力と蓄電池のハイブリッドシステムの他、入力エネルギーの制御が困難で出力電力が変動する電源、例えば、太陽光発電など、自然エネルギーを利用する発電装置と蓄電装置を組み合わせたシステムにも適用できる。

風力と蓄電池のハイブリッドシステムの構成を示す図である。 風力と蓄電池のハイブリッドシステムの運転方法を説明する図である。 システム制御装置１００のブロック図である。 変動抑制運転時の電力指令値調整部１０５の出力特性を示す図である。 出力一定運転時の電力指令値調整部１０５の出力特性を示す図である。 変動抑制運転時の風力発電電力制限部１０６の動作を説明する図である。 出力一定運転時の風力発電電力制限部１０６の動作を説明する図である。 風力発電電力制限部１０６の処理手順を示すフローチャートである。 実施例２における風力発電電力制限部１０６の動作を説明する図である。

符号の説明

１ 風力発電装置
２ 蓄電装置
３ 電力系統
１１ 風車
１２ 発電機
１３ 制御装置
２１ 蓄電池
２２ 電力変換器
２３ 制御装置
１００ システム制御装置
１０１ 平均値演算部
１０２ 一定出力部
１０３ 出力目標値切換部
１０４ 目標充電部
１０５ 電力指令値調整部
１０６ 風力発電電力制限部
Ｄ１，Ｄ２ 電力検出器
Ｄ３ 充電量検出器

Claims (16)

1. 電力系統に接続された風力発電機と、該風力発電機と前記電力系統との間に電気的に接続された蓄電装置と、該蓄電装置の充放電を制御して前記電力系統への出力電力を調節するシステム制御装置とを備えた風力発電システムにおいて、
   前記電力系統への出力電力の目標値を所定期間、一定値とする制御モードと、
   前記蓄電装置の充電量および前記所定期間に応じて、前記一定値を算出する算出手段とを有することを特徴とする風力発電システム。
2. 請求項１において、
   前記蓄電装置が前記所定期間放電し続けることができる範囲で前記一定値を設定する前記算出手段を備えることを特徴とする風力発電システム。
3. 請求項１において、
   前記蓄電装置の最大出力値を超えないように前記一定値を設定する前記算出手段を備えることを特徴とする風力発電システム。
4. 請求項１において、
   前記制御モードと他の制御モードとを切り換える際に、
   電力系統への供給電力の変動速度が所定以下となるように、前記供給電力の目標値を調節する前記システム制御装置を備えることを特徴とする風力発電システム。
5. 請求項１において、
   前記蓄電装置の最大出力能力および充電容量を超える、前記風力発電装置の出力電力変動分を抑制する出力抑制手段を有することを特徴とする風力発電システム。
6. 請求項４において、
   前記他の制御モード時に、前記蓄電装置の充電量を所定値に近づくように制御する充電量制御手段を備えることを特徴とする風力発電システム。
7. 風力発電装置の出力変動を蓄電装置で抑制し、変動抑制後の発電電力を電力系統に供給する風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステムにおいて、
   前記風力発電装置の出力電力の変動を所定値以下とする第一の制御モードと、所定時間、前記電力系統へ供給する電力の制御目標値を一定値とする第二の制御モードとを切り換える制御切り換え部を備え、
   前記蓄電装置の充電量および前記所定時間に応じて、前記第二の制御モードの前記一定値を設定する一定値設定手段と、
   前記第二の制御モード時に、前記風力発電装置の出力電力の前記一定値からの変動分で、前記蓄電装置の空き充電容量および単位時間当たりの最大充電量を超える電力分を抑制する出力抑制手段とを有することを特徴とする風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム。
8. 請求項７において、
   前記一定値設定手段は、所定時間内に蓄電装置が充電不足とならず、蓄電装置の単位時間当たりの最大出力量を超えない範囲で、前記一定値を設定することを特徴とする風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム。
9. 請求項７において、
   前記第一の制御モードと前記第二の制御モードとの切り換え時に、
   電力系統への供給電力の時間変化率が所定の範囲内となるように、前記供給電力の目標値を調節することを特徴とする風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム。
10. 請求項７において、
    前記第一の制御モード時に、前記出力抑制手段は、前記風力発電装置の出力変動分で、前記蓄電装置の空き充電容量および単位時間当たりの最大充電量を超える電力分を抑制することを特徴とする風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム。
11. 請求項７において、
    前記蓄電装置の所定の充電量を確保する充電量確保手段を備え、
    前記充電量確保手段は、前記第一の制御モードで動作することを特徴とすることを特徴とする風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム。
12. 請求項１０において、
    前記出力抑制手段は、前記蓄電装置の充電量に応じて、前記風力発電装置の出力抑制値を調節することを特徴とする風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム。
13. 風車の軸と接続された発電機と電気的に接続された蓄電装置の出力電力を制御し、電力系統へ供給する電力を制御する電力制御装置であって、
    前記電力系統へ供給する電力の目標値を所定時間、一定値とする制御モードと、
    前記一定値を前記蓄電装置の充電量および前記所定時間に応じて算出する算出手段とを備えることを特徴とする電力制御装置。
14. 請求項１３において、
    前記一定値を、前記所定時間内に蓄電装置が充電不足とならず、
    蓄電装置の最大出力値を超えない範囲で設定する前記算出手段を有することを特徴とする電力制御装置。
15. 請求項１３において、
    前記制御モードで前記発電機の出力電力が前記一定値よりも大きい場合であって、
    前記発電機の出力電力と前記一定値との差分が前記蓄電装置の最大充電値を超える場合、または前記蓄電装置が満充電になる場合に、
    前記発電機の出力電力を抑制する出力抑制手段を有することを特徴とする電力制御装置。
16. 請求項１５において、
    前記出力抑制手段は、前記風車のピッチ角を調整する手段、または、前記発電機と電気的に接続された電力変換器の動作を制御する手段、または、前記ピッチ角を調整する手段と前記電力変換器の動作を制御する手段の組み合わせで構成されることを特徴とする電力制御装置。

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