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JP5167365B2 - 監視制御装置及び方法並びにそれを備えたウィンドファーム - Google Patents

監視制御装置及び方法並びにそれを備えたウィンドファーム Download PDF

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Description

本発明は、監視制御装置及び方法並びにそれを備えたウィンドファームに関するものである。
従来、複数の風力発電装置を備えるウィンドファームにおいては、電力系統側から要求される出力制限に応えるため、ウィンドファーム全体の発電量を制御する監視制御装置が設けられている。例えば、特許文献１には、複数のウィンドファームを集中的に制御する監視制御装置が、各ウィンドファームで得られる発電量をウィンドファーム間で融通させることにより、電力系統からの出力要求に応える方法が提案されている。
特開２００９−１５６１７１号公報
しかしながら、上記特許文献１の方法では、ウィンドファーム間で融通できない分の発電量については、所定のウィンドファーム内に含まれる風力発電装置全体に対して制御させることで対処しており、疲労等による劣化度の高い風力発電装置と、劣化度の低い風力発電装置とが区別されることなく出力制限されていた。このように劣化度の高い風力発電装置が、優先的に出力制限の制御対象となるわけではなかったため、ウィンドファームとしての寿命を延ばすことができないという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、電力系統の要求に応じた有効電力の出力制御を行いつつ、ウィンドファームとしての寿命を延ばすことのできる監視制御装置及び方法並びにそれを備えたウィンドファームを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、複数の風力発電装置を有するウィンドファームに適用される監視制御装置であって、各前記風力発電装置の劣化度を推定する推定部と、前記劣化度に基づいて前記風力発電装置をグループ化し、風力発電装置群を生成する群生成部と、電力系統側から有効電力の低減要求を受信した場合に、前記劣化度の高い前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群である高劣化風力発電装置群以外の他の前記風力発電装置群に含まれる前記風力発電装置より、前記高劣化風力発電装置群に含まれる各前記風力発電装置を優先的に、有効電力を低減させる電力制御部とを具備し、前記劣化度は、各前記風力発電装置の荷重疲労、絶縁疲労、ドライブトレインの振動計測値、および前記電力系統側の電圧の低下が発生していない場合の運転モードである第１運転モードから、所定期間前記電力系統の系統電圧の低下が発生した場合の運転モードである第２運転モードに運転モードの切り替えが行われる回数のうち、少なくとも一つに基づいて算出される監視制御装置である。
この態様によれば、電力系統側から有効電力の変更要求を受信した場合に、風力発電装置の劣化度に応じてグループ化された風力発電装置群のうち、高劣化風力発電装置群の風力発電装置は、他の風力発電装置群の風力発電装置より優先的に、有効電力が低減させられる。ここで、劣化度とは、過去の風力発電装置の故障頻度、過去の風力発電装置から検出された警報頻度、風力発電装置の応答の悪さ等に応じて決定される風力発電装置の疲労の度合いである。
このように、劣化度の高い風力発電装置群から優先的に有効電力が低減されるので、例えば、ウィンドファームに複数の風力発電装置があり、風力発電装置が劣化度の高いもの、中程度のもの、低いもの等のそれぞれの風力発電装置群に分けられている場合に、優先的に高劣化風力発電装置群に含まれる風力発電装置の有効電力が低減させられる。これにより、ウィンドファーム内全体の風力発電装置の有効電力を一斉に制限する場合に生じる急激な有効電力の変動を抑制することができ、電力系統に与える影響を低減できる。また、劣化度の高い風力発電装置群（つまり、比較的早く壊れやすい性質を有する風力発電装置）の有効電力から優先的に低減させるので、劣化度の低い風力発電装置群（つまり、比較的壊れにくい性質を有する風力発電装置）の有効電力の低減は後回しとされ、結果として、ウィンドファームとしての寿命を延ばすことができる。さらに、風力発電装置群の単位で有効電力を低減させることにより、１つの風力発電装置によって有効電力の変更要求に応じる場合と比較して、風力発電装置の１つ当たりの有効電力の変動量が少なくなるので、電力系統に与える影響を低減できる。
上記態様の前記推定部は、前記風力発電装置の有効電力の出力値に基づいて劣化度を推定し、前記電力制御部は、他の前記風力発電装置より前記出力値の大きい前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群を、前記高劣化風力発電装置群とすることとしてもよい。
上記態様によれば、他の風力発電装置より、有効電力の出力値が大きい風力発電装置が、劣化度の高い風力発電装置とされる。風力発電装置は、例えば、風車ブレードを取り付けたロータヘッドに連結されて一体に回転する主軸と、主軸の回転を増速して出力する増速機と、増速機の出力によって駆動される発電機とが連結され、ドライブトレインが構成されている場合に、風力発電装置の出力値と主軸の回転トルクとの関係は、図４のようになる。
図４には、風力発電装置の出力値が大きくなるほどドライブトレインの主軸にかかる回転トルクが大きくなる関係が示されている。また、風力発電装置の劣化度（疲労）は、主軸にかかる回転トルクの大きさで評価することができるので、上記のことから、風力発電装置の出力値に基づいて劣化度を推定することにより、劣化度の高い風力発電装置群を容易に決定することができ、ウィンドファームの寿命を延ばすことができる。
上記態様において、前記風力発電装置が、前記風力発電装置にかかる荷重を低減させる荷重低減装置を備えている場合に、前記推定部は、前記荷重低減装置の故障回数に基づいて前記劣化度を推定し、前記電力制御部は、他の前記風力発電装置より前記故障回数の多い前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群を、前記高劣化風力発電装置群とすることとしてもよい。
上記態様によれば、荷重低減装置の故障の影響により、荷重の低減が行えない非効率な風力発電装置の有効電力を低減させるので、ウィンドファームとしての寿命を延ばすことができる。ここで、荷重低減装置とは、例えば、風車ブレードにかかる荷重を抑制するべく風車ブレードのピッチ角を制御する装置である独立ピッチ制御装置、風車ブレードのピッチ角制御による風車タワーの制振を制御する装置であるタワー制振制御装置等である。
上記態様における前記推定部は、前記推定部は、前記風力発電装置の絶縁物から検出される温度と定格運転時に検出される前記絶縁物の温度との温度差に基づいて前記劣化度を推定し、前記電力制御部は、前記温度差が大きい前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群を、前記高劣化風力発電装置群とすることとしてもよい。
上記態様によれば、検出される絶縁物の温度情報と、定格運転時の絶縁物の温度との温度差が大きい風力発電装置が高劣化風力発電装置群とされ、高劣化風力発電装置群の風力発電装置を、他の風力発電装置群の風力発電装置より優先的に有効電力を低減する。これにより、コイル等からのジュール熱を低減し、絶縁物が高温にさらされる時間を短縮することができ、熱応力による絶縁物の破壊リスクを低減することができる。ここで、絶縁物とは、例えば、変圧器に使用している絶縁物、コンバータ、重電機品等の電圧がかかる絶縁物である。
上記態様の前記風力発電装置は、前記電力系統側の電圧の低下が発生していない場合の運転モードである第１運転モードから、所定期間、前記電力系統の系統電圧の低下が発生した場合の運転モードである第２運転モードに運転モードの切り替えが行われる回数を計数する計数部を具備し、前記推定部は、前記計数部によって計数される前記回数に基づいて前記劣化度を推定し、前記電力制御部は、他の前記風力発電装置より、前記回数が多い前記風力発電装置を前記高劣化風力発電装置群とすることとしてもよい。
上記態様によれば、電力系統側の電圧の低下が発生していない場合の運転モードである第１運転モードから、所定期間、電力系統側の電圧の低下が発生した場合の運転モードである第２運転モードに切り替えが行われた回数の多い風力発電装置が、劣化度の高い風力発電装置とされる。例えば、所定期間、電力系統側の電圧の低下が発生した場合の運転モード、いわゆる、ＬＶＲＴ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｉｄｅ−Ｔｈｒｏｕｇｈ）機能が動作する運転モードにおいては、風力発電装置の主軸や増速機等が軸捻り振動による機械ストレスにさらされる。このように、機械ストレスにさらされる機械の多い風力発電装置を、劣化度の高い風力発電装置とするので、劣化度の高い風力発電装置の運転を低減させ、ウィンドファーム全体として劣化を低減させることができる。
上記態様の前記風力発電装置は、ドライブトレインの振動を計測する振動計測装置を具備し、前記推定部は、前記振動計測装置の振動計測値に基づいて前記劣化度を推定し、前記電力制御部は、他の前記風力発電装置より、前記振動計測値が大きい前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群を、前記高劣化風力発電装置群とすることとしてもよい。
例えば、軸受や増速機等の回転機器は金属同士の摺動部を有しており、金属粉の噛み込み等が発生した場合、ドライブトレインの軸の回転時に振動や異音が発生する。そこで、推定部によってドライブトレインの振動を計測して劣化度を推定することとした。例えば、通常運転時の振動値と、測定時の振動値との差に基づいて劣化度を推定する。
上記態様の前記推定部は、前記劣化度に基づいて、前記ウィンドファーム全体に対する各前記風力発電装置の指標値を算出し、前記群生成部は、前記指標値に対する閾値を有しており、該閾値と前記指標値とに基づいて前記風力発電装置群を生成することとしてもよい。
このように、劣化度を指標値に換算し、指標値を所定の閾値と比較することにより、風力発電装置のグループ化を簡便に行うことができる。
上記態様の前記群生成部は、前記電力系統側からの有効電力の変更要求の受信をトリガとし、前記風力発電装置群を生成することとしてもよい。
上記態様によれば、電力系統側から有効電力の変更要求を受信したタイミングで風力発電装置をグループ化することにより、事前にグループ化しておく場合と比較して、現在の風力発電装置の状態に応じたグループ化ができるので、風力発電装置の現在の劣化度に応じた有効電力制御ができる。
上記態様において、前記風力発電装置の運転時間を計測する計時部を具備し、前記群生成部は、前記計時部によって計測される所定の時間間隔で、前記風力発電装置群を生成することとしてもよい。
所定の時間間隔で風力発電装置をグループ化するので、時々刻々と変化する風力発電装置の劣化度に応じた有効電力制御ができる。
本発明の第２の態様は、上記いずれかに記載の監視制御装置と、複数の前記風力発電装置とを具備するウィンドファームである。
本発明の第３の態様は、複数の風力発電装置を有するウィンドファームに適用される監視制御方法であって、前記風力発電装置の前記劣化度を推定する第１過程と、前記劣化度に基づいて前記風力発電装置をグループ化し、前記風力発電装置群を生成する第２過程と、電力系統側から有効電力の低減要求を受信した場合に、前記劣化度の高い前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群である高劣化風力発電装置群以外の他の前記風力発電装置群に含まれる前記風力発電装置より、前記高劣化風力発電装置群に含まれる各前記風力発電装置を優先的に、有効電力低減制御する第３過程と各前記風力発電装置の荷重疲労、絶縁疲労、ドライブトレインの振動計測値、および前記電力系統側の電圧の低下が発生していない場合の運転モードである第１運転モードから、所定期間前記電力系統の系統電圧の低下が発生した場合の運転モードである第２運転モードに運転モードの切り替えが行われる回数のうち、少なくとも一つに基づいて前記劣化度を算出する第４過程とを有する監視制御方法である。
本発明によれば、電力系統の要求に応じた有効電力の出力制御を行いつつ、ウィンドファームとしての寿命を延ばすことができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係る風力発電システムの概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る風車の概略構成を示した概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る監視制御装置の概略構成を示す図である。 風力発電装置の出力値とドライブトレインのトルクとの関係の一例を示した図である。 荷重疲労評価指数と絶縁疲労評価点数とに基づいて風力発電装置群を生成する場合のそれぞれの閾値の一例を示した図である。 風車群ごとに有効電力を制御した場合における時間と発電量との関係を示した図である。
以下に、本発明に係る監視制御装置及び方法並びにそれを備えたウィンドファームの実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る風力発電システム（ウィンドファーム）１の全体構成を示した図である。風力発電システム１は、複数の風力発電装置（以下「風車」という）２と、各風車２の運転状態を制御する監視制御装置３とを備えている。本実施形態において、風力発電システム１は、５０台の風車２を備える場合を例に挙げて説明するが、台数は特に限定されない。
図２は、風車２の概略構成を示した概略図である。風車２は、図２に示されるように、支柱１２と、支柱１２の上端に設置されるナセル１３と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル１３に設けられるロータヘッド１４とを有している。ロータヘッド１４には、その回転軸線周りに放射状に３枚の風車ブレード１５が取り付けられている。これにより、ロータヘッド１４の回転軸線方向から風車ブレード１５に当たった風の力が、ロータヘッド１４を回転軸線周りに回転させる動力に変換され、この動力が風車２に設けられた発電設備（図示略）によって電気エネルギーに変換されるようになっている。また、ロータヘッド１４には、風況に合わせ、風車ブレード１５の軸線回りに風車ブレード１５を回転させて風車ブレード１５のピッチ角等を制御し、風車２の運転を制御する風車制御部１６が設けられている。
なお、本実施形態では、３枚の風車ブレード１５が設けられた風車を例に適用して説明するが、風車ブレード１５の数は３枚に限られることなく、２枚の場合や、３枚より多くてもよく、特に限定するものではない。
図３に示されるように、監視制御装置３は、推定部３１、群生成部３２、及び電力制御部３３を備えている。推定部３１は、風車２の劣化度を推定する。ここで、劣化度とは、過去の風車２の故障頻度、過去の風車２から検出された警報頻度、風車２の応答の悪さ等に応じて決定される風車２の疲労の度合いである。本実施形態においては、推定部３１が、風車２の有効電力の出力値と、風車２の絶縁物の温度とに基づいて劣化度を推定する場合を例に挙げて説明する。
例えば、風車２は、風車ブレードを取り付けたロータヘッドに連結されて一体に回転する主軸と、主軸の回転を増速して出力する増速機と、増速機の出力によって駆動される発電機とが連結され、ドライブトレインが構成されている場合に、風車２の出力値と主軸の回転トルクとの関係が、図４のように示される。図４には、風車２の出力値が大きくなるほどドライブトレインの主軸にかかる回転トルクが大きくなる関係が示されている。また、風車２の劣化度（疲労）は、主軸にかかる回転トルクの大きさで評価することができることから、推定部３１は、風車２の有効電力の出力値を劣化度（第１の劣化度とする）として推定する。
また、推定部３１は風車２の絶縁物から検出される温度に基づいて、劣化度（第２の劣化度とする）を推定する。具体的には、各風車２において、風車２の絶縁物の温度を検出する温度検出部（図示略）を備えておき、推定部３１は、それぞれの温度検出部から検出した温度情報を取得し、取得した温度情報と定格運転の場合の絶縁物の温度との差を劣化度とする。例えば、変圧器に使用している絶縁物の温度を絶縁物の温度情報とする場合には、上記温度差に代えて、温度差に応じて動作する変圧器冷却ファンの動作回数を劣化度とすることとしてもよい。
このように、風車２の有効電力の出力値と風車２の絶縁物の温度等のように複数の情報に基づいて推定された複数の劣化度（第１の劣化度、及び第２の劣化度）は、それぞれ群生成部３２に出力される。
また、より好ましくは、推定部３１は、劣化度を推定することに加え、推定した劣化度に基づいて、ウィンドファーム内全体に対する指標値を算出し、指標値を群生成部３２に出力する。
例えば、推定値３１は、各風車２から有効電力の出力値を取得するとともに、ウィンドファーム内における総発電量（ｋＷｈ）に対する偏差値を算出し、これを荷重疲労評価指数αとする。また、推定部３１は、各風車２から変圧器冷却ファンの総動作回数の偏差値を算出し、これを絶縁疲労評価点数βとする。
群生成部３２は、劣化度に基づいて風車２をグループ化し、風力発電装置群（以下、「風車群」という）を生成する。また、群生成部３２は、有効電力出力量に基づいて風車２の稼働状況を判定し、停止中、或いは、低出力（例えば、５００ｋＷ）である風車２を、有効電力制御をしない風車群（例えば、図５のグループＤ）としてグループ化することとしてもよい。
また、群生成部３２は、指標値に対する閾値を有している場合には、閾値と指標値とに基づいて風車群を生成する。図５には、指標値（荷重疲労評価指数α及び絶縁疲労評価点数β）と、風車群を生成する場合のそれぞれの閾値とが対応付けられている。例えば、図５に示されるように、荷重疲労評価指数αが、閾値ａ＜αである場合には、優先的に大幅な有効電力制限をかける風車群（例えば、グループＡ）とされ、閾値ｂ＜α≦閾値ａである場合には、大幅な有効電力制限をかける風車群（例えば、グループＢ）とされ、α≦閾値ｂである場合には、有効電力制限をかける風車群（例えば、グループＣ）とされる。
また、群生成部３２は、劣化度または指標値の情報が複数ある場合に、所定の条件に基づいて区分するグループを決定する。例えば、所定の条件を、優先度の高いグループを選定することとした場合において、荷重疲労評価指数αがグループＣの範囲であり、絶縁疲労評価点数βがグループＡの範囲にある風車２のグループは、優先度の高いグループＡに決定される。
なお、群生成部３２は、所望のタイミングで風車群を生成する。例えば、群生成部３２は、電力系統側からの有効電力の変更要求の受信をトリガとし、風車群を生成することとしてもよいし、各風車２の運転時間を計測する計時部を備えておき、群生成部３２は、計時部によって計測される所定の時間間隔で風車群を生成することとしてもよい。
電力系統側から有効電力の変更要求を受信したタイミングで風力発電装置をグループ化することにより、事前にグループ化しておく場合と比較して、現在の風車２の運転状態に応じてグループ化されるので、風車２の現在の劣化度に応じた有効電力制御ができる。また、所定の時間間隔で風車２をグループ化することにより、時々刻々と変化する風車２の劣化度に応じた有効電力制御ができる。
電力制御部３３は、電力系統側から有効電力の低減要求を受信した場合に、劣化度の高い風車２を含む風車群である高劣化風車群の各風車２の有効電力を、高劣化風車群以外の他の風車群に含まれる風車２よりも優先的に低減させる。具体的には、電力制御部３３は、ウィンドファーム内でグループ化された複数の風車群に対し、劣化度の高さに応じて設定される所定の割合で、各風車群に含まれる風車２の有効電力を制御する。また、電力制御部３３は、所定間隔毎に電力系統側の状況を検出しつつ、有効電力の制御を繰り返す。
より具体的に、電力制御部３３が各風車２に出力する有効電力の指令値の算出方法について説明する。ここで、電力制御部３３は、グループＡからグループＣに対して有効電力制御することとして、グループＤは有効電力制御しないものとして説明する。また、グループＡの風車２の台数をｎ台、グループＢの風車２の台数をｍ台、グループＣの風車２の台数をｌ台とする。
電力系統側から風力発電システム１に対して要求される有効電力の低減量をΔＰ＿ｌｉｍとし、優先的に有効電力制御するグループであるグループＡに含まれる各風車２に要求される低減量をΔＰａ＿ｌｉｍとする場合に、ΔＰａ＿ｌｉｍは、グループＡの各風車２から出力される有効電力の所定割合（以下では例えば２０％低減するとして説明する。）に設定する。
そして、下式（１）に示した条件式に応じて、有効電力制御を行う。
ΔＰ＿ｌｉｍ＞ΔＰａ＿ｌｉｍ×ｎ （１）
＜Ｃａｓｅ１＞
上式（１）を満たす場合、グループＡの有効電力の低減量は設定時の２０％のままとされる。そして、グループＢ及びグループＣの各風車の有効電力の低減量は下式（２）によって決定される。
Figure 0005167365
 ΔＰａ＿ｌｉｍ≧ΔＰｂ＿ｌｉｍ＝ΔＰｃ＿ｌｉｍ （３）
上式（３）を満たさない場合、ΔＰａ＿ｌｉｍは再度決定される。
＜Ｃａｓｅ２＞
上式（１）を満たさない場合、グループＡの各風車の有効電力の低減量は下式（４）のように決定される。
Figure 0005167365
 すなわち、グループＡの各風車の有効電力は、当初設定した２０％の出力制限を見直し、さらに出力が制限された新たな出力制限値が与えられる。
この場合、グループＡによる出力制限によって電力系統側から有効電力の低減要求を満たすので、グループＢ及びグループＣの出力制限は行われない。
このように、各グループに出力される有効電力の指令値は、グループに属する風車２の台数に基づいて設定される。
なお、電力制御部３３は、風車群の劣化度の高さに応じて有効電力制御を行うので、複数の風車群がある場合に、制御対象のグループを順次選定（例えば、グループＡの次にグループＢを選定）し、有効電力を低減させていくこととしてもよいし、制御対象のグループとして同一の風車群を複数回連続して選定（例えば、グループＡを３回連続して選定）して有効電力を低減させることとしてもよい。
また、電力制御部３３は、制御対象のグループを切り替える場合に、実施中の制御が完了したことを検出された時点で、次の制御を行うこととしてもよし、または、タイマー等により計時し、前回制御が完了して所定期間経過後に次の制御を行うこととしてもよい。
次に、本実施形態に係る風力発電システム１の作用について、図１から図６を参照して説明する。ここでは、２．０ＭＷの出力を持つ風車２が、５０台設置される風力発電システム１において、風力発電システム１が定格出力で運転されているときに、電力系統側から２０％の出力低減要求（例えば、２０ＭＷ）が出力された場合を例に挙げて説明する。
電力系統側から出力値の低減要求２０％の出力低減（例えば、２０ＭＷ）が出力されると、図６の時刻Ｔ１において、監視制御装置３において低減要求が取得される。群生成部３２において、風力発電システム１内の各風車２の稼働状況（出力値）が検出され、所定値（例えば、５００ｋＷ）以下の出力を有する風車２が、有効電力制御をしない風車群であるグループＤに区分される。推定部３１に低減要求が取得されると、風力発電システム１内の各風車２の有効電力の出力値と絶縁物の温度とに基づいてそれぞれ劣化度が推定され、さらに、有効電力の出力値に基づいて算出される指標値である荷重疲労評価指数αと、各風車２の絶縁物の温度に基づいて算出される指標値である絶縁疲労評価点数βとが算出される。
群生成部３２において、風車２毎に算出された荷重疲労評価指数αと絶縁疲労評価点数βとに対して規定（図５参照）されている閾値に基づいて、グループＤに区分された風車２以外の各風車２が、グループＡからグループＣに区分され、複数の風車群が生成される。ここで、有効電力を制御する優先度の高い風車群から順にグループＡ，Ｂ，Ｃとし、例えば、グループＡに含まれる風車２は２台（即ちｎ＝２）、グループＢに含まれる風車２は１８台（即ちｍ＝１８）、グループＣに含まれる風車２は３０台（即ちｌ＝３０）、グループＤに含まれる風車２は０台とする。
グループＡの風車２は２台である場合には、グループＡの出力は、２．０ＭＷ×２台＝４．０ＭＷである。電力制御部３３はグループＡ（優先度の高い風車群）に対し、２０％の出力低減要求を指令値として出力する。そうすると、グループＡは４．０ＭＷから、４．０ＭＷ×２０％＝０．８ＭＷの出力が低減され、総発電量（ｋＷ）が低減させられる（図６の時刻Ｔ１から時刻Ｔ２）。ここで、式（１）は、ΔＰ＿ｌｉｍ−ΔＰａ＿ｌｉｍ×ｎ＝２０ＭＷ−０．８ＭＷ＝１９．２ＭＷ＞０であり、式（１）を満たすことになる。したがって、上述したＣａｓｅ１が選択され、グループＢ及びグループＣの出力制限も行われる。電力系統側からの低減要求である２０ＭＷには、あと１９．２ＭＷの低減が必要となる。図６においては、Ｔ２の時点で０．８ＭＷ分の出力低減がなされている。電力制御部３３は、グループＡに対する出力制限を完了すると、所定期間経過後（図６の時刻Ｔ３）に、次に出力低減させるグループＢに対し、出力の低減要求が出力される。
ここで、グループＢとグループＣとに含まれる風車２は４８台であり、残り１９．２ＭＷの出力低減をこれら４８台の風車２に均等に行わせる場合には、１９．２ＭＷ／４８台＝０．４ＭＷであることから、グループＢ及びグループＣの各風車に対しては、式（２）より、２０％（＝０．４ＭＷ／２．０ＭＷ）低減させる指令値が決定される。図６の時刻Ｔ３において、グループＢに対する出力低減指令値が出力され、グループＢの出力が低減させられる（図６の時刻Ｔ３から時刻Ｔ４）。また、所定間隔毎に風力発電システム１の状況確認が行われ（図６の時刻Ｐ１）、電力系統側からの出力制限指令が継続して出力されている場合には、そのまま上記の出力低減処理を継続する。
グループＢの出力低減が完了すると、所定期間経過後（図６の時刻Ｔ５）、グループＣに対する出力低減指令値が出力され、グループＣの出力が低減される（図６の時刻Ｔ５から時刻Ｔ６）。時刻Ｐ２において、電力系統側から出力制限の解除要求が取得されると、１００％の出力となるように制御される。また、時刻Ｐ２において、電力系統側から出力制限に関する解除要求が特にない場合には、出力制限された状態が継続される。
なお、電力制御部３３は、具体的には、風車ブレード１５のピッチ角制御（例えば、フェザー側にする制御）、及び界磁制御等により各風車２の出力を低減させる。
このように、応答性を要求されず所定時間（例えば、時刻Ｔ６＝５分後）までに出力制限を要求されている場合には、風車群（グループ）に含まれる風車２ごとに有効電力の制限を行うことにより、段階的に出力制御がなされる。これにより、風力発電システム１に含まれる全ての風車２に対して急激に有効電力の制限を行う場合（図６のグループ化無しの場合）と比較して、発電損失を抑えることができる（例えば、図６の斜線部分の分だけ損失を抑えられる）。
以上説明してきたように、本実施形態に係る監視制御装置及び方法並びにそれを備えたウィンドファームによれば、電力系統側から有効電力の変更要求を受信した場合に、風車２の劣化度に応じてグループ化された風車群のうち、高劣化風車群の風車２は、他の風車群の風車２より優先的に、有効電力が低減させられる。このように、劣化度の高い風車群から優先的に有効電力が低減されるので、ウィンドファーム内全体の風車２の有効電力を一斉に制限する場合に生じる急激な有効電力の変動を小さくし、電力系統に与える影響を低減することができる。
また、劣化度の高い風車群（つまり、比較的早く壊れやすい性質を有する風力発電装置）の有効電力から優先的に低減させるので、劣化度の低い風車群（つまり、比較的壊れにくい性質を有する風力発電装置）の有効電力の低減は後回しとされ、結果として、ウィンドファームとしての寿命を延ばすことができる。さらに、風車群の単位で有効電力を低減させることにより、１つの風車２によって有効電力の変更要求に応じる場合と比較して、風車２の１つ当たりの有効電力の変動量が少なくなる。
〔変形例１〕
なお、本実施形態においては、推定部３１が、風車２の有効電力の出力値、及び絶縁物の温度に基づいて劣化度を推定することとして説明していたが、これに限定されない。例えば、風車２において、風車２にかかる荷重を低減させる荷重低減装置を備えている場合に、推定部３１は、荷重低減装置の故障回数を劣化度として推定することとしてもよい。この場合には、電力制御部３３は、他の風車２より故障回数の多い風車２を含む風車群を、高劣化風車群とし、有効電力の制御を行う。
これにより、荷重低減装置の故障の影響により荷重の低減が行えない非効率な風車２の有効電力を、他の風車２より優先させて低減させるので、ウィンドファームとしての寿命を延ばすことができる。ここで、荷重低減装置とは、例えば、風車ブレードにかかる荷重を抑制するべく風車ブレードのピッチ角を制御する装置である独立ピッチ制御装置、風車ブレードのピッチ角制御による風車タワーの制振を制御する装置であるタワー制振制御装置等である。
〔変形例２〕
また、例えば、風車２が、電力系統側の電圧の低下が発生していない場合の運転モードである第１運転モードから、所定期間、電力系統の系統電圧の低下が発生した場合の運転モードである第２運転モードに運転モードの切り替えが行われる回数を計数する計数部を具備する場合に、推定部３１は、計数部によって計数される回数を劣化度とすることとしてもよい。この場合には、電力制御部３３は、他の風車２より上記回数が多い風車２を、高劣化風車群の風力発電装置として有効電力低減制御する。例えば、所定期間、電力系統側の電圧の低下が発生した場合の運転モードが、いわゆるＬＶＲＴ機能が動作する運転モードとする場合には、第１運転モードからＬＶＲＴ機能に切り替えが行われた回数の多い風車２を含む風車群が、高劣化風車群とされる。
ＬＶＲＴ機能によって運転される場合には、風車２の主軸や増速機等が軸捻り振動により機械ストレスにさらされる。このように、機械ストレスにさらされる機械の多い風車２を高劣化風車群の風車２とするので、ウィンドファーム全体として寿命を延ばすことができる。
〔変形例３〕
また、例えば、風車２がドライブトレインの振動を計測する振動計測装置を具備している場合、推定部３１は、振動計測装置の振動計測値に基づいて劣化度を推定することとしても良い。この場合、電力制御部３３は、他の風車２より、振動計測値が大きい風車２を含む風力発電装置群を、高劣化風力発電装置群とする。
例えば、軸受や増速機等の回転機器は金属同士の摺動部を有しており、金属粉の噛み込み等が発生した場合、ドライブトレインの軸の回転時に振動や異音が発生する。そこで、推定部３１によってドライブトレインの振動を計測して劣化度を推定する。具体的には、通常運転時の振動値と、測定時の振動値との差に基づいて劣化度を推定する。
１ 風力発電システム
２ 風力発電装置
３ 監視制御装置
３１ 推定部
３２ 群生成部
３３ 電力制御部

Claims (11)

  1. 複数の風力発電装置を有するウィンドファームに適用される監視制御装置であって、
    各前記風力発電装置の劣化度を推定する推定部と、
    前記劣化度に基づいて前記風力発電装置をグループ化し、風力発電装置群を生成する群生成部と、
    電力系統側から有効電力の低減要求を受信した場合に、前記劣化度の高い前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群である高劣化風力発電装置群以外の他の前記風力発電装置群に含まれる前記風力発電装置より、前記高劣化風力発電装置群に含まれる各前記風力発電装置を優先的に、有効電力を低減させる電力制御部とを具備し、
    前記劣化度は、各前記風力発電装置の荷重疲労、絶縁疲労、ドライブトレインの振動計測値、および前記電力系統側の電圧の低下が発生していない場合の運転モードである第１運転モードから、所定期間前記電力系統の系統電圧の低下が発生した場合の運転モードである第２運転モードに運転モードの切り替えが行われる回数のうち、少なくとも一つに基づいて算出される監視制御装置。
  2. 前記推定部は、前記風力発電装置の有効電力の出力値に基づいて前記劣化度を推定し、
    前記電力制御部は、他の前記風力発電装置より前記出力値の大きい前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群を、前記高劣化風力発電装置群とする請求項１に記載の監視制御装置。
  3. 前記風力発電装置が、前記風力発電装置にかかる荷重を低減させる荷重低減装置を備えている場合に、
    前記推定部は、前記荷重低減装置の故障回数に基づいて前記劣化度を推定し、
    前記電力制御部は、他の前記風力発電装置より前記故障回数の多い前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群を、前記高劣化風力発電装置群とする請求項１または請求項２に記載の監視制御装置。
  4. 前記推定部は、前記風力発電装置の絶縁物から検出される温度と定格運転時に検出される前記絶縁物の温度との温度差に基づいて前記劣化度を推定し、
    前記電力制御部は、前記温度差が大きい前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群を、前記高劣化風力発電装置群とする請求項１または請求項２に記載の監視制御装置。
  5. 前記風力発電装置は、前記電力系統側の電圧の低下が発生していない場合の運転モードである第１運転モードから、所定期間、前記電力系統の系統電圧の低下が発生した場合の運転モードである第２運転モードに運転モードの切り替えが行われる回数を計数する計数部を具備し、
    前記推定部は、前記計数部によって計数される前記回数に基づいて前記劣化度を推定し、
    前記電力制御部は、他の前記風力発電装置より、前記回数が多い前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群を、前記高劣化風力発電装置群とする請求項１または請求項２に記載の監視制御装置。
  6. 前記風力発電装置は、ドライブトレインの振動を計測する振動計測装置を具備し、
    前記推定部は、前記振動計測装置の振動計測値に基づいて前記劣化度を推定し、
    前記電力制御部は、他の前記風力発電装置より、前記振動計測値が大きい前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群を、前記高劣化風力発電装置群とする請求項１または請求項２に記載の監視制御装置。
  7. 前記推定部は、前記劣化度に基づいて、前記ウィンドファーム全体に対する各前記風力発電装置の指標値を算出し、
    前記群生成部は、前記指標値に対する閾値を有しており、該閾値と前記指標値とに基づいて前記風力発電装置群を生成する請求項１または請求項２に記載の監視制御装置。
  8. 前記群生成部は、前記電力系統側からの有効電力の変更要求の受信をトリガとし、前記風力発電装置群を生成する請求項１または請求項２に記載の監視制御装置。
  9. 前記風力発電装置の運転時間を計測する計時部を具備し、
    前記群生成部は、前記計時部によって計測される所定の時間間隔で、前記風力発電装置群を生成する請求項１または請求項２に記載の監視制御装置。
  10. 請求項１または請求項２に記載の監視制御装置と、複数の前記風力発電装置とを具備するウィンドファーム。
  11. 複数の風力発電装置を有するウィンドファームに適用される監視制御方法であって、
    前記風力発電装置の前記劣化度を推定する第１過程と、
    前記劣化度に基づいて前記風力発電装置をグループ化し、前記風力発電装置群を生成する第２過程と、
    電力系統側から有効電力の低減要求を受信した場合に、前記劣化度の高い前記風力発電装置を含む前記風力発電装置群である高劣化風力発電装置群以外の他の前記風力発電装置群に含まれる前記風力発電装置より、前記高劣化風力発電装置群に含まれる各前記風力発電装置を優先的に、有効電力低減制御する第３過程と
    各前記風力発電装置の荷重疲労、絶縁疲労、ドライブトレインの振動計測値、および前記電力系統側の電圧の低下が発生していない場合の運転モードである第１運転モードから、所定期間前記電力系統の系統電圧の低下が発生した場合の運転モードである第２運転モードに運転モードの切り替えが行われる回数のうち、少なくとも一つに基づいて前記劣化度を算出する第４過程と
    を有する監視制御方法。
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