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WO2010073394A1 - 蓄電池併設型の風力発電システムおよび蓄電池の充放電制御装置 - Google Patents

蓄電池併設型の風力発電システムおよび蓄電池の充放電制御装置 Download PDF

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WO2010073394A1
WO2010073394A1 PCT/JP2008/073818 JP2008073818W WO2010073394A1 WO 2010073394 A1 WO2010073394 A1 WO 2010073394A1 JP 2008073818 W JP2008073818 W JP 2008073818W WO 2010073394 A1 WO2010073394 A1 WO 2010073394A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
storage battery
charge
instantaneous response
pattern information
discharge control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2008/073818
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
松夫 坂東
玉越　富夫
好典 坂中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JAPAN WIND DEVELOPMENT Co Ltd
NGK Insulators Ltd
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Japan Wind Dev Co Ltd
Original Assignee
JAPAN WIND DEVELOPMENT Co Ltd
NGK Insulators Ltd
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Japan Wind Dev Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JAPAN WIND DEVELOPMENT Co Ltd, NGK Insulators Ltd, Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp, Japan Wind Dev Co Ltd filed Critical JAPAN WIND DEVELOPMENT Co Ltd
Priority to HUE08879189A priority Critical patent/HUE037551T2/hu
Priority to PCT/JP2008/073818 priority patent/WO2010073394A1/ja
Priority to AU2008365735A priority patent/AU2008365735B2/en
Priority to US13/142,179 priority patent/US8575888B2/en
Priority to CA2748352A priority patent/CA2748352C/en
Priority to MYPI2011002997A priority patent/MY169800A/en
Priority to ES08879189.2T priority patent/ES2663657T3/es
Priority to EP08879189.2A priority patent/EP2381554B1/en
Priority to JP2010543726A priority patent/JP5377515B2/ja
Priority to KR1020117016379A priority patent/KR101503408B1/ko
Priority to CN200880132539.5A priority patent/CN102265477B/zh
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Definitions

  • the present invention relates to a storage battery-equipped wind power generation system and a storage battery charge / discharge control device, and more particularly to a technique for stabilizing output power to a system linked to a wind power generator without being affected by the air volume.
  • wind power generators generate power by receiving natural wind, so output power is greatly affected by fluctuations in wind speed.
  • system the wind power generator is connected to the system (referred to as “connected”), but the wind power generator is caused by fluctuations in wind speed. This output fluctuation causes the amount of power supplied to the system to fluctuate every moment.
  • the electric power company predicts the time change of the power consumption which changes every moment, and makes a power supply plan to the grid along with it.
  • power that is unstable and whose output is not constant is not allowed to flow into the system. Therefore, when introducing a wind power generation system that links a wind power generator to a grid, it is essential to suppress fluctuations in output power to the grid.
  • a storage battery-equipped wind power generator has been proposed to suppress fluctuations in the output power to the grid.
  • the wind turbine generator with storage battery can supply almost constant power to the grid without being influenced by the air volume by controlling charging and discharging by turning a part of the power generated by the wind power generator to the power storage.
  • the storage battery is charged and discharged so as to cancel the fluctuation of the power generation amount by the wind power generator with respect to the target power amount to be made constant, and the combined power of the power generation amount of the wind power generator and the charge and discharge amount of the storage battery is supplied to the system
  • Patent Documents 1 to 3 there are those that suppress fluctuations in the output power of the wind power generator as viewed from the grid.
  • the fluctuation range of the power generated by the wind power generator with respect to the target power amount is unknown, it is impossible to accurately grasp the remaining charge / discharge capacity that can be used for continuous power supply to the power system. Therefore, it is necessary to estimate the remaining charge / discharge capacity to a certain extent.
  • the fluctuation range of the generated power becomes large during stormy weather, the remaining charge / discharge capacity is actually estimated to be rather small in anticipation of this large fluctuation range. For this reason, there has been a problem that planned power transmission that supplies as much stable power as possible to the system by using the charge / discharge function of the storage battery cannot be realized.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and effectively exhibits the charge / discharge function of a storage battery provided in a wind power generator so that as much stable power as possible can be systematically provided. It aims to be able to supply to.
  • an instantaneous value of the electric energy generated by the wind power generator is detected as an instantaneous response element, and the generated electric energy is calculated based on the amount of change per unit time of the instantaneous response element.
  • One charge / discharge control region representing the capacity of the storage battery to be allocated for charge / discharge control corresponding to the fluctuation is selected from a plurality of patterns and applied to the charge / discharge control.
  • the charge / discharge control region is assigned based on the actual measurement value (instantaneous response element) of the electric energy generated by the wind power generator.
  • the size of the charge / discharge control region is adaptively changed according to the amount of change per unit time of the instantaneous response element. Specifically, the charge / discharge control region is set to be small when the change amount of the instantaneous response element is small, and the charge / discharge control region is set to be large when the change amount of the instantaneous response element is large.
  • the amount of change per unit time of the instantaneous response element varies depending on the wind conditions. Therefore, the maximum DC component can be set in the storage battery depending on the wind conditions. As described above, using the charge / discharge function of the storage battery provided in the wind power generator, as much stable power as possible can be systematically supplied to the system according to the wind conditions.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a storage battery-equipped wind power generation system 10 according to the first embodiment.
  • the wind power generation system 10 according to the first embodiment includes a wind power generator 1, a charge / discharge control device 2, an inverter 3, and a storage battery 4.
  • the wind power generation system 10 according to the first embodiment is connected to the grid 100 of the power company via the power supply control device 20.
  • the wind power generator 1 is driven by wind power and generates power for supplying power to the system 100.
  • the wind power generator 1 has a configuration in which a tower portion is built on a pedestal and a propeller type windmill is provided on the upper portion of the tower portion.
  • a blade which is a blade (blade) portion of a propeller type windmill, is attached to a rotating shaft via a hub, and is configured to receive wind and rotate together with the rotating shaft.
  • a generator is connected to the rotating shaft, and the power generated by the generator is configured to be output to the outside of the wind power generator 1 via a power cable.
  • the blade receives wind and converts the wind energy into rotational force, and the generator converts the rotational energy of the blade into electric power.
  • the storage battery 4 stores part of the power generated by the wind power generator 1 by charging and discharging.
  • the charge / discharge control device 2 controls charge / discharge of the storage battery 4. Details of the control contents will be described later with reference to FIG.
  • the inverter 3 performs cross flow conversion processing. Specifically, the inverter 3 converts the AC power supplied from the charge / discharge control device 2 during charging into DC power and supplies it to the storage battery 4, and converts the DC power supplied from the storage battery 4 into AC power during discharging. And supplied to the charge / discharge control device 2.
  • the power supply control device 20 controls the power supplied to the system 100 using the power generated by the wind power generator 1 and the power discharged from the storage battery 4 by the charge / discharge control device 2.
  • the power supply control device 20 controls the system 100 to supply the system 100 with power obtained by combining the power generation amount of the wind power generator 1 and the charge / discharge amount of the storage battery 4.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the charge / discharge control device 2 according to the present embodiment.
  • the charge / discharge control device 2 of the present embodiment has, as its functional configuration, an instantaneous response detection unit 11, a change amount calculation unit 13, a charge / discharge control unit 14, a pattern information storage unit 15, and pattern information selection.
  • a portion 16 is provided.
  • the instantaneous response detection unit 11 sequentially detects the instantaneous value of the electric energy generated by the wind power generator 1 as the instantaneous response element P.
  • the sampling time which is the time interval at which the instantaneous response detection unit 11 detects the instantaneous response element P, is arbitrary, but is set to several seconds, for example.
  • FIG. 3 is a diagram showing a specific example of the instantaneous response element P.
  • the instantaneous response element P is originally a discrete value for each sampling time, but for the sake of convenience, the waveform is shown as a waveform in which discrete values are connected for easy understanding.
  • the instantaneous response element P indicates the actual power generation amount of the wind power generator 1 detected at each sampling time by the instantaneous response detection unit 11, and the power amount changes greatly at each sampling time. ing.
  • the change amount calculation unit 13 obtains a change amount dP / dt per unit time of the instantaneous response element P detected by the instantaneous response detection unit 11.
  • the charging / discharging control unit 14 controls charging / discharging of the storage battery 4 according to the fluctuation of the instantaneous response element P detected by the instantaneous response detecting unit 11.
  • the charging / discharging control of the storage battery 4 according to the fluctuation of the instantaneous response element P is performed as follows, for example. That is, the charge / discharge control unit 14 uses the target power amount G that is finally desired to be constant as a reference, so that the storage battery 4 cancels the difference of the instantaneous response element P detected by the instantaneous response detection unit 11 with respect to the target power amount G. Controls charging and discharging of Specifically, in FIG. 3, the storage battery 4 is charged with the power amount of the portion where the instantaneous response element P exceeds the target power amount G, while the instantaneous response element P is more than the target power amount G. The amount of power in the lower portion is discharged from the storage battery 4.
  • the pattern information storage unit 15 is an instantaneous response control region (charge / discharge control) that represents the capacity of the storage battery 4 assigned to charge / discharge control (for charge / discharge control shown in FIG. 3) according to the fluctuation of the instantaneous response element P.
  • a plurality of types of pattern information relating to combinations of (regions) are stored.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a plurality of types of pattern information stored in the pattern information storage unit 15.
  • three types of pattern information A, B, and C are shown.
  • the capacity allocated as the instantaneous response control area is equivalent to 1 MW (megawatt) in terms of electric energy.
  • the capacity allocated as the instantaneous response control area is equivalent to 2 MW.
  • the pattern information C has a capacity allocated as an instantaneous response control area equivalent to 3 MW.
  • the storage battery 4 has a capacity capable of storing a maximum amount of power of 30 MW.
  • the pattern information selection unit 16 uses a plurality of types of pattern information stored in the pattern information storage unit 15 based on the variation dP / dt per unit time of the instantaneous response element P obtained by the variation calculation unit 13. One of them is selected, and the instantaneous response control region of the selected pattern information is applied to the charge / discharge control of the storage battery 4 by the charge / discharge control unit 14.
  • the pattern information selection unit 16 includes table information indicating the correspondence between the range of the value of the change amount dP / dt and the pattern information stored in the pattern information storage unit 15.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of this table information.
  • the table information shown in FIG. 5 selects pattern information A when the absolute value of the change amount dP / dt is smaller than x (x is an arbitrary value greater than 0), and the absolute value of the change amount dP / dt is greater than or equal to x.
  • y is smaller than y (y is an arbitrary value greater than x)
  • the pattern information B is selected
  • the absolute value of the change amount dP / dt is greater than or equal to y
  • the pattern information C is selected.
  • the pattern information selection unit 16 selects, for example, pattern information A in the initial state. Then, the pattern information selection unit 16 determines that the absolute value of the change amount dP / dt obtained by the change amount calculation unit 13 is equal to or longer than a predetermined time within a range of three values shown in FIG. When it is detected that this is continued, the selection is switched to the pattern information associated with the range.
  • the condition that it is continuously applicable for a predetermined time or more is that the pattern information is not switched to darkness when the absolute value of the change amount dP / dt changes greatly only instantaneously.
  • the pattern information is switched when the absolute value of the change amount dP / dt belongs to the range of one value continuously for a predetermined time or more.
  • Other methods may be used. For example, an average value of the most recent change amount dP / dt calculated at each sampling time (for example, a plurality of change amounts dP / dt calculated within the last one minute) is obtained, and this average value is the value shown in FIG.
  • the pattern information may be switched by determining which of the ranges belongs.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation example of the charge / discharge control device 2 according to the first embodiment. Note that the flowchart shown in FIG. 6 is repeatedly performed at every sampling time. In addition, it is assumed that the pattern information selection unit 16 selects the pattern information A and applies it to the charge / discharge control unit 14 at the start of the flowchart shown in FIG. That is, the control area corresponding to the pattern information A is set in the storage battery 4.
  • the instantaneous response detection unit 11 detects an instantaneous value of the amount of power generated by the wind power generator 1 as an instantaneous response element P (step S1).
  • the change amount calculation unit 13 calculates the change amount dP / dt per unit time of the instantaneous response element P detected by the instantaneous response detection unit 11 (step S2).
  • the pattern information selection unit 16 determines to which of the value ranges shown in FIG. 5 the absolute value of the calculated change amount dP / dt belongs, and the value range falls within a predetermined time or more. It is determined whether or not it belongs continuously (step S3).
  • the pattern information selection unit 16 selects pattern information corresponding to the value range. Switch. Specifically, the pattern information selection unit 16 selects pattern information corresponding to a value range to which the absolute value of the change amount dP / dt belongs, and refers to the pattern information storage unit 15 to select the selected pattern information. Is applied to the charge / discharge control unit 14 (step S4).
  • step S5 determines that the absolute value of the change amount dP / dt does not continuously belong to a certain value range for a predetermined time or longer, the process of step S5 is not performed without performing the process of step S4. Proceed to processing.
  • step S5 the charge / discharge control unit 14 is detected by the instantaneous response detection unit 11 under the conditions of the instantaneous response control region set and changed in step S4 or the instantaneous response control region before the processing of step S4 is performed.
  • the charging / discharging of the storage battery 4 is controlled according to the fluctuation of the instantaneous response element P (step S5).
  • the size of the instantaneous response control region is adaptive according to the amount of change dP / dt per unit time of the instantaneous response element P. Can be changed. Specifically, the instantaneous response control region is reduced when the change amount dP / dt of the instantaneous response element P is small, and the instantaneous response control region is increased when the change amount dP / dt of the instantaneous response element P is large. Is set. For example, as shown in FIG.
  • the largest instantaneous response control region is set in the storage battery 4 based on the pattern information C, and the absolute value of the change amount dP / dt. Is smaller than x, the smallest instantaneous response control region is set in the storage battery 4 based on the pattern information A.
  • an appropriate instantaneous response control region with less excess or deficiency can be dynamically allocated to the storage battery 4 in accordance with the change amount dP / dt of the instantaneous response element P that varies according to the wind conditions per unit time. it can. Then, the remaining capacity excluding the capacity allocated to the instantaneous response control area among the total capacity of the storage battery 4 can be used as a DC component for systematically supplying stable power to the system 100. Therefore, the maximum DC component can be set in the storage battery 4 depending on the wind conditions. As described above, by making full use of the charging / discharging function of the storage battery 4 (that is, maximizing the actual amount of power charged in the storage battery 4), the system 100 systematically supplies as much stable power as possible according to the wind conditions. Can be supplied to.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a storage battery installed wind power generation system 10 ′ according to the second embodiment.
  • components having the same reference numerals as those shown in FIG. 1 have the same functions, and thus redundant description is omitted here.
  • the wind power generation system 10 ′ includes a wind power generator 1, a charge / discharge control device 2 ′, an inverter 3, and a storage battery 4. Further, the wind power generation system 10 ′ of the second embodiment is connected to the power company system 100 via the power supply control device 20.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the charge / discharge control device 2 ′ according to the second embodiment.
  • the charge / discharge control device 2 ′ according to the second embodiment has an instantaneous response detection unit 11, a first-order lag calculation unit 12, a change amount calculation unit 13, and a charge / discharge control unit 14 ′ as its functional configuration.
  • a pattern information storage unit 15 ′ and a pattern information selection unit 16 are provided.
  • the primary delay calculation unit 12 performs a primary delay process on the instantaneous response element P of the generated electric energy detected by the instantaneous response detection unit 11, thereby obtaining a primary delay element Q of the electric energy generated by the wind power generator 1.
  • the first-order lag calculation unit 12 is configured by a low-pass filter such as a CR integration circuit. By applying the first-order lag processing to the instantaneous response element P, it is possible to obtain an outline representing a rough fluctuation tendency of the power generation amount by removing components that change rapidly.
  • FIG. 9 is a diagram showing specific examples of the instantaneous response element P and the first-order lag element Q. Note that both the instantaneous response element P and the first-order lag element Q are originally discrete values for each sampling time, but for the sake of convenience of explanation, they are shown as waveforms connected with discrete values. As shown in FIG. 9, the instantaneous response element P indicates the actual power generation amount of the wind power generator 1 detected at each sampling time by the instantaneous response detection unit 11, and the power amount changes greatly at each sampling time. ing. On the other hand, the first-order lag element Q is an outline curve that represents a rough variation tendency of the actual power generation amount by the wind power generator 1.
  • the charge / discharge control unit 14 ′ controls charging / discharging of the storage battery 4 in accordance with the fluctuation of the instantaneous response element P detected by the instantaneous response detection unit 11, and the primary delay element Q obtained by the primary delay calculation unit 12.
  • the charging / discharging of the storage battery 4 is controlled according to the fluctuation.
  • the charging / discharging control of the storage battery 4 according to the fluctuation of the instantaneous response element P is performed as follows, for example. That is, the charge / discharge control unit 14 ′ uses the first-order lag element Q obtained by the first-order lag calculation unit 12 as a reference power amount, and calculates a difference of the instantaneous response element P detected by the instantaneous response detection unit 11 from the reference power amount. The charging / discharging of the storage battery 4 is controlled so as to cancel out. Specifically, in FIG.
  • the charging / discharging control unit 14 ′ charges the storage battery 4 with the amount of power in which the instantaneous response element P exceeds the primary delay element Q, while the primary delay element Q Also, the amount of power in the portion where the instantaneous response element P is lower is discharged from the storage battery 4.
  • the charge / discharge control of the storage battery 4 according to the fluctuation of the primary delay element Q is performed as follows, for example. That is, the charging / discharging control unit 14 ′ uses the target power amount G that is finally desired to be constant as a reference, so that the storage battery 4 cancels the difference from the target power amount G of the primary delay element Q obtained by the primary delay calculation unit 12.
  • Controls charging and discharging of FIG. 10 is a diagram for explaining the charge / discharge control.
  • the charging / discharging control unit 14 ′ charges the storage battery 4 with the power amount of the portion where the primary delay element Q exceeds the constant target power amount G, while the primary delay than the target power amount G. The amount of power in the portion where the element Q is lower is discharged from the storage battery 4.
  • the first-order lag element Q is calculated from the instantaneous response element P, which is the actual power generation amount of the wind power generator 1, and the difference between the first-order lag element Q and the instantaneous response element P is cancelled. If the charge / discharge of 4 is controlled, the amount of power smoothed by this control (corresponding to the first-order lag element Q) becomes a variation with respect to the constant target power amount G that is the final target. In this case, the fluctuation range of the primary delay element Q with respect to the target power amount G is smaller than the fluctuation range of the instantaneous response element P with respect to the target power amount G. Further, the fluctuation range of the instantaneous response element P with respect to the first-order lag element Q is also smaller than the fluctuation range of the instantaneous response element P with respect to the target power amount G.
  • the pattern information storage unit 15 ′ includes an instantaneous response control area that represents the capacity of the storage battery 4 assigned to charge / discharge control (for charge / discharge control shown in FIG. 9) according to the fluctuation of the instantaneous response element P, and a primary response.
  • a plurality of types of pattern information relating to the combination with the primary delay control region representing the capacity of the storage battery 4 assigned to charge / discharge control (for charge / discharge control shown in FIG. 10) according to the variation of the delay element Q is stored. .
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a plurality of types of pattern information stored in the pattern information storage unit 15 ′.
  • three types of pattern information A, B, and C are shown.
  • the capacity allocated as the instantaneous response control area is equivalent to 0.5 MW (megawatts) in terms of electric energy
  • the capacity allocated as the primary delay control area is equivalent to 1 MW.
  • the capacity allocated as the instantaneous response control area is equivalent to 1 MW
  • the capacity allocated as the primary delay control area is equivalent to 2 MW.
  • the pattern information C has a capacity allocated as an instantaneous response control area equivalent to 1.5 MW and a capacity allocated as a primary delay control area corresponding to 2.5 MW.
  • the storage battery 4 has a capacity capable of storing a maximum amount of power of 30 MW.
  • the pattern information selection unit 16 uses a plurality of types of pattern information stored in the pattern information storage unit 15 based on the variation dP / dt per unit time of the instantaneous response element P obtained by the variation calculation unit 13. One of them is selected, and the charge / discharge control region (instantaneous response control region and primary delay control region) of the selected pattern information is applied to the charge / discharge control of the storage battery 4 by the charge / discharge control unit 14.
  • the pattern information selection unit 16 includes table information as shown in FIG.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation example of the charge / discharge control device 2 ′ according to the second embodiment.
  • the flowchart shown in FIG. 12 is repeatedly performed for every sampling time.
  • the pattern information selection unit 16 selects the pattern information A and applies it to the charge / discharge control unit 14 at the start of the flowchart shown in FIG. That is, it is assumed that the charge / discharge control region (instantaneous response control region and primary delay control region) corresponding to the pattern information A is set in the storage battery 4.
  • step S14 the pattern information selection unit 16 selects pattern information corresponding to the range of values to which the absolute value of the change amount dP / dt belongs, and refers to the pattern information storage unit 15 to select the selected pattern.
  • the charge / discharge control region of information is applied to the charge / discharge control unit 14.
  • the primary delay calculation unit 12 obtains a primary delay element Q of the amount of power generated by the wind power generator 1 by performing a primary delay process on the instantaneous response element P detected by the instantaneous response detection unit 11. (Step S15). Furthermore, the charge / discharge control unit 14 ′ detects the instantaneous response detected by the instantaneous response detection unit 11 under the conditions of the charge / discharge control region set or changed in step S14 or the charge / discharge control region before the process of step S14 is performed.
  • charging / discharging of the storage battery 4 is controlled according to the fluctuation
  • charging / discharging of the storage battery 4 is controlled according to the fluctuation
  • the storage battery 4 is divided into control based on the fluctuation of the instantaneous response element P and control based on the fluctuation of the first-order lag element Q. Charging / discharging is controlled.
  • the first-order lag element Q is an outline curve representing a rough variation tendency of the instantaneous response element P, and there is a correlation between the first-order lag element Q and the instantaneous response element P.
  • the first charge / discharge control is performed based on the difference of the instantaneous response element P with respect to the correlated first-order lag element Q.
  • finer charge / discharge control can be performed (see FIG. 9).
  • the instantaneous response element P is smoothed in the outline of the primary delay element Q, and the difference of the primary delay element Q with respect to the target power amount G remains as shown in FIG. However, this difference is smoothed to the target power amount G by another charge / discharge control based on the difference.
  • the first-order lag element Q is not as large as the instantaneous response element P as in the instantaneous response element P, so charge / discharge control is easy to perform. Thereby, more stable and high-quality electric power can be generated by both the control based on the fluctuation of the instantaneous response element P and the control based on the fluctuation of the primary delay element Q.
  • the combination of the instantaneous response control region and the primary delay control region is adapted according to the change amount dP / dt of the instantaneous response element P per unit time. Can be changed. Specifically, the control region is set to be small when the variation dP / dt of the instantaneous response element P is small, and the control region is large when the variation dP / dt of the instantaneous response element P is large. For example, as shown in FIG.
  • the largest control region is set in the storage battery 4 based on the pattern information C, and the absolute value of the change amount dP / dt is x
  • the smallest control area is set in the storage battery 4 based on the pattern information A.
  • an appropriate charge / discharge control region with less excess or deficiency can be dynamically allocated to the storage battery 4 in accordance with the amount of change dP / dt per unit time of the instantaneous response element P that varies according to the wind conditions. it can. Therefore, the maximum DC component can be set in the storage battery 4 depending on the wind conditions.
  • the charge / discharge control region is localized so that the stable charge as much as possible can be systematically supplied to the system 100 according to the wind conditions by making full use of the charge / discharge function of the battery 4. Become.
  • the first embodiment and the second embodiment depend on the allowable fluctuation rate of the power that is smoothed and supplied to the grid 100 (the ratio of the fluctuation width of the smoothed power to the power corresponding to the total capacity of the storage battery 4). Any one can be selected and applied.
  • the charge / discharge control units 14 and 14 ′ smooth the generated power to the target power amount G, but actually, the smoothed power fluctuates by a small amount. Yes.
  • the fluctuation range has an allowable range.
  • the first embodiment can be applied to a case where the allowable fluctuation rate representing the allowable range is 5% accuracy or more, or a season in which the wind condition change is relatively gradual.
  • the second embodiment can be applied to a case where the allowable fluctuation rate is obtained under conditions that are severer than 5% accuracy, or to a season in which the wind condition changes drastically.
  • the present invention can be used for a storage battery-equipped wind power generation system and a storage battery charge / discharge control device having a technology for stabilizing output power to a system connected to a wind power generator without being affected by the air volume.

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Abstract

  風力発電機１の実発電量を表す瞬時応答要素を検出し、瞬時応答要素の変動に応じて充放電制御部１４が蓄電池４の充放電を制御する。さらに、パターン情報選択部１６が、瞬時応答要素の変化量に基づいて、瞬時応答要素の変動に応じた充放電制御用に割り当てる制御領域を複数パターンの中から１つ選択して充放電制御部１４の充放電制御に適用させる。これにより、風況によって変動する風力発電機１の実発電量に合わせて、過不足の少ない適切な制御領域を蓄電池４に対して動的に割り当てることができるようにする。

Description

蓄電池併設型の風力発電システムおよび蓄電池の充放電制御装置
　本発明は、蓄電池併設型の風力発電システムおよび蓄電池の充放電制御装置に関し、特に、風力発電機に連系する系統への出力電力を風量に影響されずに安定化させる技術に関するものである。
　一般に、風力発電機は自然の風を受けて発電するので、出力電力が風速の変動に大きく影響される。風力発電機で発電した電力を電力会社の電力線（「系統」という）へ供給するために、風力発電機は系統に繋がれる（「連系する」という）が、風速変動に起因する風力発電機の出力変動は、系統に給電される電力量を時々刻々と変動させる原因となっている。
　系統では、消費される電力と同量の電力が同時に供給されなければならない。このために電力会社は、時々刻々と変化する消費電力の時間変化を予測し、それに沿って系統への給電計画を立てる。この給電計画の実現を容易ならしめるために、不安定で出力が一定しない電力が系統に流れ込むことは許されない。そのため、風力発電機を系統に連系させる風力発電システムを導入する場合には、系統への出力電力の変動を抑制することが必須となる。
　従来、系統への出力電力の変動を抑制するために、蓄電池併設型の風力発電機が提案されている。蓄電池併設型の風力発電機は、風力発電機で発電した電力の一部を蓄電に回して充放電を制御することで、風量に影響されずにほぼ一定の電力を系統に供給できるようにしたものである。このうち、一定にしたい目標電力量に対する風力発電機による発電量の変動を打ち消すように蓄電池を充放電し、風力発電機の発電量と蓄電池の充放電量とを合成した電力を系統に供給することで、系統から見た風力発電機の出力電力の変動を抑制するものが存在する（例えば、特許文献１～３参照）。
　また、風況を予測して風力発電機の出力電力を平滑化するようにした風力発電システムも提案されている（例えば、特許文献４，５参照）。この特許文献４，５に記載の風力発電システムでは、風力発電機の出力電力から近未来の発電量を演算により予測して、その予測発電量を基準（目標）として蓄電池の充放電を制御する。すなわち、予測発電量より風力発電機の発電量が多いときにはその超過分を蓄電池に充電する一方、予測発電量より発電量が少ないときにはその不足分を蓄電池から放電し、風力発電機の発電量と蓄電池の充放電量とを合成することで、出力電力量の軌跡が平滑化されたカーブを描くように風力発電機の出力電力の変動を抑制している。
特開平１１－２９９１０６号公報 特開２０００－３０８３７０号公報 特開２００３－３３３７５２号公報 特開２００４－２８９８９６号公報 特開２００４－３０１１１６号公報
以上のように、風力発電機に蓄電池を併設し、蓄電池の充放電を制御することによって系統への出力電力を平滑化するシステムでは、風況に応じて時々刻々と変動する風力発電機の発電量に合わせて蓄電池の充放電を制御している。具体的には、特許文献１～５のように、目標電力量に対する風力発電機の出力電力の変動を打ち消すように、蓄電池全体で充放電の制御を行っている。この場合、蓄電池の全容量のうち、電力変動に対応した充放電制御に実際に使われている容量分を除く残りの容量（充放電残容量）のみが、系統に継続的に安定した電力を供給するために電力を蓄える容量分になる。
　しかしながら、風力発電機で発電される電力の目標電力量に対する変動幅が未知であるから、電力系統への継続的な電力供給に使える充放電残容量を正確に把握することができない。そのため、ある程度少な目に充放電残容量を見積もる必要がある。しかも、荒天時には発電電力の変動幅が大きくなるため、この大きな変動幅を見越して、実際にはかなり少なめに充放電残容量を見積もらざるを得ない。このため、蓄電池の充放電機能を駆使してできるだけ多くの安定した電力を系統に供給する計画送電が実現できないという問題があった。　本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、風力発電機に併設された蓄電池の充放電機能を有効に発揮させて、できるだけ多くの安定した電力を計画的に系統へ供給できるようにすることを目的とする。
　上記した課題を解決するために、本発明では、風力発電機で発電した電力量の瞬時値を瞬時応答要素として検出し、瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に基づいて、発電電力量の変動に応じた充放電の制御用に割り当てる蓄電池の容量を表す充放電制御領域を複数パターンの中から１つ選択して充放電制御に適用させるようにしている。
　上記のように構成した本発明によれば、風力発電機で発電した電力量の実測値（瞬時応答要素）に基づいて充放電制御領域が割り当てられる。しかも、瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に応じて、充放電制御領域の大きさが適応的に変えられる。具体的には、瞬時応答要素の変化量が小さいときには充放電制御領域が小さくなるように、瞬時応答要素の変化量が大きいときには充放電制御領域が大きくなるように設定される。
　これにより、瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に合わせて過不足の少ない適切な充放電制御領域を蓄電池に対して動的に割り当てることができる。そして、蓄電池の全容量のうち、充放電制御領域に割り当てた容量分を除く残りの部分（ＤＣ分）を、安定した電力を計画的に系統へ供給するために利用することができるようになる。なお、蓄電池の全容量の一部を充放電制御領域に割り当てたとしても、蓄電池全体に見る蓄電機能を失うことはない。
　ここで、瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量は、風況によって変わる。したがって、風況に応じてその時々において最大となるＤＣ分を蓄電池に設定することができる。以上により、風力発電機に併設された蓄電池の充放電機能を駆使して、風況に応じてできるだけ多くの安定した電力を計画的に系統へ供給することができるようになる。
第１の実施形態による蓄電池併設型の風力発電システムの全体構成例を示す図である。 第１の実施形態による充放電制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態による瞬時応答要素の変動に応じた充放電制御を説明するための図である。 第１の実施形態のパターン情報記憶部が記憶する複数種類のパターン情報の一例を示す図である。 第１および第２の実施形態のパターン情報選択部が備えるテーブル情報の一例を示す図である。 第１の実施形態による充放電制御装置の動作例を示すフローチャートである。 第２の実施形態による蓄電池併設型の風力発電システムの全体構成例を示す図である。 第２の実施形態による充放電制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態による瞬時応答要素の変動に応じた充放電制御を説明するための図である。 第２の実施形態による一次遅れ要素の変動に応じた充放電制御を説明するための図である。 第２の実施形態のパターン情報記憶部が記憶する複数種類のパターン情報の一例を示す図である。 第２の実施形態による充放電制御装置の動作例を示すフローチャートである。

　　以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態による蓄電池併設型の風力発電システム１０の全体構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態による風力発電システム１０は、風力発電機１、充放電制御装置２、インバータ３および蓄電池４を備えて構成されている。また、第１の実施形態による風力発電システム１０は、給電制御装置２０を介して電力会社の系統１００に連系されている。
　風力発電機１は、風力によって駆動され系統１００へ給電するための電力を発生するものである。具体的には、風力発電機１は、台座上にタワー部が築かれ、タワー部の上部にプロペラ型風車が設けられた構成となっている。プロペラ型風車の羽根（翼）部分であるブレードは、ハブを介して回転軸に取り付けられ、風を受けて回転軸と共に回転可能に構成されている。回転軸には発電機が繋がれており、当該発電機により発電された電力が電力ケーブルを介して風力発電機１の外部に出力されるように構成されている。ブレードは風を受けてその風力エネルギーを回転力に変換するもので、このブレードの回転エネルギーを電力に変換するのが発電機である。
　　蓄電池４は、風力発電機１で発電した電力の一部を充放電により蓄電するものである。充放電制御装置２は、蓄電池４の充放電を制御するものである。その制御内容の詳細は、図２を用いて後述する。インバータ３は、直交流の変換処理を行うものである。具体的には、インバータ３は、充電時に充放電制御装置２から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池４に供給し、放電時に蓄電池４から供給される直流電力を交流電力に変換して充放電制御装置２に供給する。
　　給電制御装置２０は、風力発電機１により発電された電力と、充放電制御装置２により蓄電池４から放電された電力とを用いて、系統１００に給電する電力を制御する。例えば、給電制御装置２０は、風力発電機１の発電量と蓄電池４の充放電量とを合成した電力を系統１００に供給するように制御する。このような制御を行うことにより、系統１００から見た風力発電機１の出力電力の変動が抑制され、系統１００に供給される電力を一定に平滑化することができる。
　図２は、本実施形態による充放電制御装置２の機能構成例を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態の充放電制御装置２は、その機能構成として、瞬時応答検出部１１、変化量算出部１３、充放電制御部１４、パターン情報記憶部１５およびパターン情報選択部１６を備えている。
　　瞬時応答検出部１１は、風力発電機１で発電した電力量の瞬時値を瞬時応答要素Ｐとして逐次検出する。瞬時応答検出部１１が瞬時応答要素Ｐを検出する時間間隔であるサンプリングタイムは任意であるが、例えば数秒とする。
　　図３は、瞬時応答要素Ｐの具体例を示す図である。なお、瞬時応答要素Ｐは本来サンプリングタイム毎の離散値であるが、説明を分かりやすくするために便宜上、離散値をつないだ波形として図示している。図３に示すように、瞬時応答要素Ｐは、瞬時応答検出部１１によりサンプリングタイム毎に検出される風力発電機１の実発電量を示すものであり、電力量がサンプリングタイム毎に大きく変化している。
　　変化量算出部１３は、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔを求める。充放電制御部１４は、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御する。
　　瞬時応答要素Ｐの変動に応じた蓄電池４の充放電制御は、例えば以下のようにして行う。すなわち、充放電制御部１４は、最終的に一定にしたい目標電力量Ｇを基準として、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの当該目標電力量Ｇに対する差分を打ち消すように蓄電池４の充放電を制御する。具体的には、図３において、目標電力量Ｇよりも瞬時応答要素Ｐの方が上回っている部分の電力量を蓄電池４に充電する一方、目標電力量Ｇよりも瞬時応答要素Ｐの方が下回っている部分の電力量を蓄電池４から放電する。
　パターン情報記憶部１５は、瞬時応答要素Ｐの変動に応じた蓄電池４の充放電の制御用（図３に示す充放電制御用）に割り当てる蓄電池４の容量を表す瞬時応答制御領域（充放電制御領域）の組み合わせに関する複数種類のパターン情報を記憶する。
　　図４は、パターン情報記憶部１５が記憶する複数種類のパターン情報の一例を示す図である。図４に示す例では、３種類のパターン情報Ａ，Ｂ，Ｃを示している。パターン情報Ａは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を電力量で１ＭＷ（メガワット）相当としている。パターン情報Ｂは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を２ＭＷ相当としている。また、パターン情報Ｃは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を３ＭＷ相当としている。
　　第１の実施形態において、蓄電池４は、最大で３０ＭＷの電力量を蓄電することができる容量を有しているものとする。この場合、パターン情報Ａでは蓄電池４のＤＣ分が２９ＭＷ（＝３０ＭＷ－１ＭＷ）相当となり、パターン情報Ｂでは蓄電池４のＤＣ分が２８ＭＷ（＝３０ＭＷ－２ＭＷ）相当となり、パターン情報Ｃでは蓄電池４のＤＣ分が２７ＭＷ（＝３０ＭＷ－３ＭＷ）相当となる。
　　パターン情報選択部１６は、変化量算出部１３により求められた瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに基づいて、パターン情報記憶部１５に記憶されている複数種類のパターン情報の中から１つを選択し、選択したパターン情報の瞬時応答制御領域を充放電制御部１４による蓄電池４の充放電制御に適用させる。
　　具体的には、パターン情報選択部１６は、変化量ｄＰ／ｄｔの値の範囲とパターン情報記憶部１５に記憶されているパターン情報との対応関係を表すテーブル情報を備えている。図５は、このテーブル情報の一例を示す図である。図５に示すテーブル情報は、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｘ（ｘは０より大きい任意の値）より小さいときはパターン情報Ａを選択し、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｘ以上でｙ（ｙはｘより大きい任意の値）より小さいときはパターン情報Ｂを選択し、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｙ以上のときはパターン情報Ｃを選択することを示している。
　　パターン情報選択部１６は、初期状態では、例えばパターン情報Ａを選択している。そして、パターン情報選択部１６は、変化量算出部１３により求められた変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が、図５に示した３種類の値の範囲のうち、ある値の範囲に所定時間以上継続して該当することを検出した場合に、当該範囲に対応付けられているパターン情報に選択を切り替える。所定時間以上継続して該当することを条件としたのは、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が瞬間的にのみ大きく変わった場合にパターン情報を無闇に切り替えないようにする趣旨である。
　ここでは、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が１つの値の範囲に所定時間以上継続して属している場合にパターン情報の切り替えを行うようにしたが、上述の趣旨に沿うものであれば、これ以外の方法であっても良い。例えば、サンプリングタイム毎に計算した変化量ｄＰ／ｄｔの直近（例えば、直近１分間以内に計算した複数の変化量ｄＰ／ｄｔ）の平均値を求め、この平均値が図５に示した値の範囲のどれに属するかを判定してパターン情報の切り替えを行うようにしても良い。
　次に、以上のように構成した第１の実施形態による充放電制御装置２の動作を説明する。図６は、第１の実施形態による充放電制御装置２の動作例を示すフローチャートである。なお、図６に示すフローチャートは、サンプリングタイム毎に繰り返し行われるものである。また、図６に示すフローチャートの開始時点で、パターン情報選択部１６はパターン情報Ａを選択して充放電制御部１４に適用させているものとする。すなわち、パターン情報Ａに該当する制御領域が蓄電池４に設定されているものとする。
　　図６において、まず、瞬時応答検出部１１は、風力発電機１で発電した電力量の瞬時値を瞬時応答要素Ｐとして検出する（ステップＳ１）。次に、変化量算出部１３は、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔを算出する（ステップＳ２）。そして、パターン情報選択部１６は、算出された変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が、図５に示した値の範囲のうちどれに属するかを判定し、かつ、その値の範囲に所定時間以上継続して属しているか否かを判定する（ステップＳ３）。
　　ここで、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が、ある値の範囲に所定時間以上継続して属していると判断した場合、パターン情報選択部１６は、当該値の範囲に対応するパターン情報に選択を切り替える。具体的には、パターン情報選択部１６は、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が属している値の範囲に対応するパターン情報を選択し、パターン情報記憶部１５を参照して、選択したパターン情報の瞬時応答制御領域を充放電制御部１４に適用させる（ステップＳ４）。
　　一方、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が、ある値の範囲に所定時間以上継続して属していないとパターン情報選択部１６にて判断した場合は、ステップＳ４の処理は行わずにステップＳ５の処理に進む。ステップＳ５において、充放電制御部１４は、ステップＳ４で設定変更された瞬時応答制御領域あるいはステップＳ４の処理が行われる前の瞬時応答制御領域の条件下で、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御する（ステップＳ５）。
　　以上詳しく説明したように、第１の実施形態の充放電制御装置２によれば、瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに応じて、瞬時応答制御領域の大きさが適応的に変えられる。具体的には、瞬時応答要素Ｐの変化量ｄＰ／ｄｔが小さいときには瞬時応答制御領域が小さくなるように、瞬時応答要素Ｐの変化量ｄＰ／ｄｔが大きいときには瞬時応答制御領域が大きくなるように設定される。例えば、図３に示すように、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｙ以上の区間ではパターン情報Ｃに基づいて最も大きな瞬時応答制御領域が蓄電池４に設定され、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｘより小さい区間ではパターン情報Ａに基づいて最も小さな瞬時応答制御領域が蓄電池４に設定される。
　　これにより、風況に応じて変動する瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに合わせて、過不足の少ない適切な瞬時応答制御領域を蓄電池４に対して動的に割り当てることができる。そして、蓄電池４の全容量のうち、瞬時応答制御領域に割り当てた容量分を除く残りの容量を、安定した電力を計画的に系統１００へ供給するためのＤＣ分として利用することができる。したがって、風況に応じてその時々において最大となるＤＣ分を蓄電池４に設定することができる。以上により、蓄電池４の充放電機能を駆使して（すなわち、蓄電池４に充電された電力の実利用量を極大化して）、風況に応じてできるだけ多くの安定した電力を計画的に系統１００へ供給することができるようになる。
　　なお、従来のように蓄電池全体で充放電の制御を行うのではなく、蓄電池４の一部を瞬時応答制御領域として明確に区分して充放電の制御を行うことにより、蓄電池４の充放電残容量が把握しやすくなるので、発電計画や系統への給電計画を立てやすくなり、運用が簡易となる。また、ＤＣ分を多くとって充放電制御に使用する制御領域の容量を少なくすることにより、蓄電池４の寿命をできるだけ長くすることができる。
　次に、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図７は、第２の実施形態による蓄電池併設型の風力発電システム１０’の全体構成例を示す図である。この図７において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
　　図７に示すように、第２の実施形態による風力発電システム１０’は、風力発電機１、充放電制御装置２’、インバータ３および蓄電池４を備えて構成されている。また、第２の実施形態の風力発電システム１０’は、給電制御装置２０を介して電力会社の系統１００に連系されている。
　　図８は、第２の実施形態による充放電制御装置２’の機能構成例を示すブロック図である。この図８において、図２に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。図８に示すように、第２の実施形態による充放電制御装置２’は、その機能構成として、瞬時応答検出部１１、一次遅れ算出部１２、変化量算出部１３、充放電制御部１４’、パターン情報記憶部１５’およびパターン情報選択部１６を備えている。
　　一次遅れ算出部１２は、瞬時応答検出部１１により検出された発電電力量の瞬時応答要素Ｐに対して一次遅れ処理を施すことにより、風力発電機１で発電した電力量の一次遅れ要素Ｑを求める。一次遅れ算出部１２は、例えばＣＲ積分回路によるローパスフィルタにより構成される。瞬時応答要素Ｐに対して一次遅れ処理を施すことにより、急激に変化する成分を除去して発電量の大まかな変動傾向を表すアウトラインを求めることができる。
　　図９は、瞬時応答要素Ｐおよび一次遅れ要素Ｑの具体例を示す図である。なお、瞬時応答要素Ｐおよび一次遅れ要素Ｑは何れも本来はサンプリングタイム毎の離散値であるが、説明を分かりやすくするために便宜上、離散値をつないだ波形として図示している。図９に示すように、瞬時応答要素Ｐは、瞬時応答検出部１１によりサンプリングタイム毎に検出される風力発電機１の実発電量を示すものであり、電力量がサンプリングタイム毎に大きく変化している。これに対して一次遅れ要素Ｑは、風力発電機１による実発電量の大まかな変動傾向を表すアウトライン曲線となっている。
　　充放電制御部１４’は、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御するとともに、一次遅れ算出部１２により求められた一次遅れ要素Ｑの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御する。
　　瞬時応答要素Ｐの変動に応じた蓄電池４の充放電制御は、例えば以下のようにして行う。すなわち、充放電制御部１４’は、一次遅れ算出部１２により求められた一次遅れ要素Ｑを基準電力量として、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの当該基準電力量に対する差分を打ち消すように蓄電池４の充放電を制御する。具体的には、図９において、充放電制御部１４’は、一次遅れ要素Ｑよりも瞬時応答要素Ｐの方が上回っている部分の電力量を蓄電池４に充電する一方、一次遅れ要素Ｑよりも瞬時応答要素Ｐの方が下回っている部分の電力量を蓄電池４から放電する。
　　また、一次遅れ要素Ｑの変動に応じた蓄電池４の充放電制御は、例えば以下のようにして行う。すなわち、充放電制御部１４’は、最終的に一定にしたい目標電力量Ｇを基準として、一次遅れ算出部１２により求められた一次遅れ要素Ｑの目標電力量Ｇに対する差分を打ち消すように蓄電池４の充放電を制御する。図１０は、この充放電制御を説明するための図である。図１０において、充放電制御部１４’は、一定の目標電力量Ｇよりも一次遅れ要素Ｑの方が上回っている部分の電力量を蓄電池４に充電する一方、目標電力量Ｇよりも一次遅れ要素Ｑの方が下回っている部分の電力量を蓄電池４から放電する。
　　以上のように、風力発電機１の実発電量である瞬時応答要素Ｐから一次遅れ要素Ｑを演算により求め、その一次遅れ要素Ｑを基準として瞬時応答要素Ｐとの差分を相殺するように蓄電池４の充放電を制御すれば、この制御によって平滑化された電力量（一次遅れ要素Ｑに相当）が、最終目標である一定の目標電力量Ｇに対する変動分となる。この場合、目標電力量Ｇに対する一次遅れ要素Ｑの変動幅は、目標電力量Ｇに対する瞬時応答要素Ｐの変動幅よりも小さくなる。また、一次遅れ要素Ｑに対する瞬時応答要素Ｐの変動幅も、目標電力量Ｇに対する瞬時応答要素Ｐの変動幅よりも小さくなる。
　　パターン情報記憶部１５’は、瞬時応答要素Ｐの変動に応じた蓄電池４の充放電の制御用（図９に示す充放電制御用）に割り当てる蓄電池４の容量を表す瞬時応答制御領域と、一次遅れ要素Ｑの変動に応じた蓄電池４の充放電の制御用（図１０に示す充放電制御用）に割り当てる蓄電池４の容量を表す一次遅れ制御領域との組み合わせに関する複数種類のパターン情報を記憶する。
　　図１１は、パターン情報記憶部１５’が記憶する複数種類のパターン情報の一例を示す図である。図１１に示す例では、３種類のパターン情報Ａ，Ｂ，Ｃを示している。パターン情報Ａは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を電力量で０．５ＭＷ（メガワット）相当、一次遅れ制御領域として割り当てる容量を１ＭＷ相当としている。パターン情報Ｂは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を１ＭＷ相当、一次遅れ制御領域として割り当てる容量を２ＭＷ相当としている。また、パターン情報Ｃは、瞬時応答制御領域として割り当てる容量を１．５ＭＷ相当、一次遅れ制御領域として割り当てる容量を２．５ＭＷ相当としている。
　　第２の実施形態において、蓄電池４は、最大で３０ＭＷの電力量を蓄電することができる容量を有しているものとする。この場合、パターン情報Ａでは蓄電池４のＤＣ分が２８．５ＭＷ（＝３０ＭＷ－（０．５ＭＷ＋１ＭＷ））相当となり、パターン情報Ｂでは蓄電池４のＤＣ分が２７ＭＷ（＝３０ＭＷ－（１ＭＷ＋２ＭＷ））相当となり、パターン情報Ｃでは蓄電池４のＤＣ分が２６ＭＷ（＝３０ＭＷ－（１．５ＭＷ＋２．５ＭＷ））相当となる。
　　パターン情報選択部１６は、変化量算出部１３により求められた瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに基づいて、パターン情報記憶部１５に記憶されている複数種類のパターン情報の中から１つを選択し、選択したパターン情報の充放電制御領域（瞬時応答制御領域および一次遅れ制御領域）を充放電制御部１４による蓄電池４の充放電制御に適用させる。このパターン情報の選択のために、パターン情報選択部１６は図５のようなテーブル情報を備えている。
　　次に、以上のように構成した第２の実施形態による充放電制御装置２’の動作を説明する。図１２は、第２の実施形態による充放電制御装置２’の動作例を示すフローチャートである。なお、図１２に示すフローチャートは、サンプリングタイム毎に繰り返し行われるものである。また、図１２に示すフローチャートの開始時点で、パターン情報選択部１６はパターン情報Ａを選択して充放電制御部１４に適用させているものとする。すなわち、パターン情報Ａに該当する充放電制御領域（瞬時応答制御領域および一次遅れ制御領域）が蓄電池４に設定されているものとする。
　　図１２に示すステップＳ１１～Ｓ１４の処理は、図６に示したステップＳ１～Ｓ４の処理と同様である。なお、ステップＳ１４において、パターン情報選択部１６は、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値が属している値の範囲に対応するパターン情報を選択し、パターン情報記憶部１５を参照して、選択したパターン情報の充放電制御領域を充放電制御部１４に適用させる。
　　次に、一次遅れ算出部１２は、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐに対して一次遅れ処理を施すことにより、風力発電機１で発電した電力量の一次遅れ要素Ｑを求める（ステップＳ１５）。さらに、充放電制御部１４’は、ステップＳ１４で設定変更された充放電制御領域あるいはステップＳ１４の処理が行われる前の充放電制御領域の条件下で、瞬時応答検出部１１により検出された瞬時応答要素Ｐの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御するとともに、一次遅れ算出部１２により求められた一次遅れ要素Ｑの変動に応じて蓄電池４の充放電を制御する（ステップＳ１６）。
　　以上詳しく説明したように、第２の実施形態の充放電制御装置２’によれば、瞬時応答要素Ｐの変動に基づく制御と、一次遅れ要素Ｑの変動に基づく制御とに分けて、蓄電池４の充放電が制御される。一次遅れ要素Ｑは瞬時応答要素Ｐの大まかな変動傾向を表すアウトライン曲線となっていて、一次遅れ要素Ｑと瞬時応答要素Ｐとの間には相関関係がある。その相関関係のある一次遅れ要素Ｑに対する瞬時応答要素Ｐの差分に基づき充放電制御をすることにより、相関関係のない目標電力量Ｇに対する瞬時応答要素Ｐの差分に基づき充放電制御する第１の実施形態と比べて、よりきめ細かい充放電制御を行うことができる（図９参照）。その結果、瞬時応答要素Ｐは一次遅れ要素Ｑのアウトライン状に平滑化され、図１０のように目標電力量Ｇに対する一次遅れ要素Ｑの差分が残る。しかし、この差分は、当該差分に基づく別の充放電制御により目標電力量Ｇに平滑化される。目標電力量Ｇと一次遅れ要素Ｑとの間に相関はないが、一次遅れ要素Ｑは瞬時応答要素Ｐのように瞬間的な変動幅が大きくないので、充放電制御が行いやすい。これにより、瞬時応答要素Ｐの変動に基づく制御と、一次遅れ要素Ｑの変動に基づく制御との双方により、より安定化した高品質な電力を生成することができる。
　　また、第２の実施形態の充放電制御装置２’によれば、瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに応じて、瞬時応答制御領域と一次遅れ制御領域との組み合わせが適応的に変えられる。具体的には、瞬時応答要素Ｐの変化量ｄＰ／ｄｔが小さいときには制御領域が小さくなるように、瞬時応答要素Ｐの変化量ｄＰ／ｄｔが大きいときには制御領域が大きくなるように設定される。例えば、図９に示すように、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｙ以上の区間ではパターン情報Ｃに基づいて最も大きな制御領域が蓄電池４に設定され、変化量ｄＰ／ｄｔの絶対値がｘより小さい区間ではパターン情報Ａに基づいて最も小さな制御領域が蓄電池４に設定される。
　　これにより、風況に応じて変動する瞬時応答要素Ｐの単位時間当たりの変化量ｄＰ／ｄｔに合わせて、過不足の少ない適切な充放電制御領域を蓄電池４に対して動的に割り当てることができる。したがって、風況に応じてその時々において最大となるＤＣ分を蓄電池４に設定することができる。以上により、充放電制御領域を局限化することによって、電池４の充放電機能を駆使して、風況に応じてできるだけ多くの安定した電力を計画的に系統１００へ供給することができるようになる。
　　なお、平滑化して系統１００に供給する電力の許容変動率（蓄電池４の全容量に相当する電力に対する平滑化電力の変動幅の割合）によって、第１の実施形態と第２の実施形態との何れかを選択して適用することが可能である。上記第１および第２の実施形態では、充放電制御部１４，１４’が発電電力を目標電力量Ｇに平滑化すると説明したが、実際には、わずかな量で平滑化電力が変動している。ただ、その変動幅には許容範囲がある。第１の実施形態は、その許容範囲を表す許容変動率が５％精度以上の場合や、比較的風況変化が緩やかなシーズンに適用することが可能である。一方、第２の実施形態は、許容変動率が５％精度より厳しい条件で求められる場合や、風況変化が激しいシーズンに適用することが可能である。
　　なお、上記第１および第２の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
　本発明は、風力発電機に連系する系統への出力電力を風量に影響されずに安定化させる技術を備えた蓄電池併設型の風力発電システムおよび蓄電池の充放電制御装置に利用可能である。

Claims (7)

  1. 風力によって駆動され電力系統へ給電するための電力を発生する風力発電機と、上記風力発電機で発電した電力の一部を充放電する蓄電池とを備えた風力発電システムにおける上記蓄電池の充放電制御装置であって、
    　上記風力発電機で発電した電力量の瞬時値を瞬時応答要素として逐次検出する瞬時応答検出部と、
    　上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量を求める変化量算出部と、
    　上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の変動に応じて上記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と、
    　上記瞬時応答要素の変動に応じた上記蓄電池の充放電の制御用に割り当てる上記蓄電池の容量を表す瞬時応答制御領域に関する複数種類のパターン情報を記憶するパターン情報記憶部と、
    　上記変化量算出部により求められた上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に基づいて、上記パターン情報記憶部に記憶されている複数種類のパターン情報の中から１つを選択して上記充放電制御部による上記蓄電池の充放電の制御に適用させるパターン情報選択部とを備えたことを特徴とする蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
  2. 上記充放電制御部は、上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の目標電力量に対する差分を打ち消すように上記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
  3. 上記パターン情報選択部は、上記変化量の値の範囲と上記パターン情報記憶部に記憶されているパターン情報との対応関係を表すテーブル情報を備え、上記変化量検出部により検出された上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量の絶対値が、ある値の範囲に所定時間以上継続して該当することを検出した場合に、当該範囲に対応付けられているパターン情報に選択を切り替えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
  4. 上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素に対して一次遅れ処理を施すことにより、上記風力発電機で発電した電力量の一次遅れ要素を求める一次遅れ算出部を更に備え、
    　上記充放電制御部は、上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の変動に応じて上記蓄電池の充放電を制御するとともに、上記一次遅れ算出部により求められた上記一次遅れ要素の変動に応じて上記蓄電池の充放電を制御し、
    　上記パターン情報記憶部は、上記瞬時応答要素の変動に応じた上記蓄電池の充放電の制御用に割り当てる上記蓄電池の容量を表す瞬時応答制御領域と、上記一次遅れ要素の変動に応じた上記蓄電池の充放電の制御用に割り当てる上記蓄電池の容量を表す一次遅れ制御領域との組み合わせに関する複数種類のパターン情報を記憶し、
    　上記パターン情報選択部は、上記変化量算出部により求められた上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に基づいて、上記パターン情報記憶部に記憶されている複数種類のパターン情報の中から１つを選択して上記充放電制御部による上記蓄電池の充放電の制御に適用させることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
  5. 上記充放電制御部は、上記一次遅れ算出部により求められた上記一次遅れ要素を基準電力量として、上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の上記基準電力量に対する差分を打ち消すように上記蓄電池の充放電を制御するとともに、上記一次遅れ算出部により求められた上記一次遅れ要素の目標電力量に対する差分を打ち消すように上記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
  6. 上記パターン情報選択部は、上記変化量の値の範囲と上記パターン情報記憶部に記憶されているパターン情報との対応関係を表すテーブル情報を備え、上記変化量検出部により検出された上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量の絶対値が、ある値の範囲に所定時間以上継続して該当することを検出した場合に、当該範囲に対応付けられているパターン情報に選択を切り替えることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載の蓄電池併設型の風力発電システムにおける蓄電池の充放電制御装置。
  7. 風力によって駆動され電力系統へ給電するための電力を発生する風力発電機と、
    　上記風力発電機で発電した電力の一部を充放電する蓄電池と、
    　上記蓄電池の充放電を制御する充放電制御装置とを備え、
    　上記充放電制御装置は、
    　上記風力発電機で発電した電力量の瞬時値を瞬時応答要素として逐次検出する瞬時応答検出部と、
    　上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量を求める変化量算出部と、
    　上記瞬時応答検出部により検出された上記瞬時応答要素に応じて上記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と、
    　上記瞬時応答要素に応じた上記蓄電池の充放電の制御用に割り当てる上記蓄電池の容量を表す瞬時応答制御領域に関する複数種類のパターン情報を記憶するパターン情報記憶部と、
    　上記変化量算出部により求められた上記瞬時応答要素の単位時間当たりの変化量に基づいて、上記パターン情報記憶部に記憶されている複数種類のパターン情報の中から１つを選択して上記充放電制御部による上記蓄電池の充放電を制御に適用させるパターン情報選択部とを備えたことを特徴とする蓄電池併設型の風力発電システム。
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