專利名稱：風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由向電力系統(tǒng)提供利用風(fēng)力能量發(fā)電得到的電力的多個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝 置構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電裝置組(風(fēng)電場wind farm)。
背景技術(shù)：
近年，作為地球溫暖化對策之一，世界范圍正盛行引入風(fēng)力發(fā)電。在風(fēng)力發(fā)電的大 量引入中，從費(fèi)用對比效果的觀點(diǎn)出發(fā)，大多設(shè)置為以下方式的風(fēng)電場，即，在固定地域中 設(shè)置多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電裝置，統(tǒng)一控制并使用這些風(fēng)力發(fā)電裝置組。
以往，對有關(guān)風(fēng)電場以及各個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置提出各種提案。在專利文獻(xiàn)1中公開
了以下方法，即，在由多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成的風(fēng)電場中，設(shè)定目標(biāo)發(fā)電量，為了使構(gòu)成風(fēng)
電場的各風(fēng)力發(fā)電裝置的合計(jì)輸出電力接近目標(biāo)發(fā)電量，在風(fēng)力發(fā)電裝置之間交換維護(hù)歷
史記錄數(shù)據(jù)和運(yùn)轉(zhuǎn)特性數(shù)據(jù)等的運(yùn)轉(zhuǎn)信息，決定風(fēng)力發(fā)電裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。 在專利文獻(xiàn)2中，記載有如下控制方法，即，通過采用間距(pitch)控制等來變更
輸出變化大的風(fēng)力發(fā)電裝置的功率曲線(power curve)的最大值，從而抑制輸出變化。 在專利文獻(xiàn)3中，記載有如下控制方法，S卩，將蓄電器與風(fēng)力發(fā)電裝置連接，并通
過對蓄電器進(jìn)行充放電控制來調(diào)整與已設(shè)定的基準(zhǔn)發(fā)電電力的偏差，從而抑制發(fā)電電力的變化。 在專利文獻(xiàn)4中，記載有如下控制方法，S卩，在風(fēng)力發(fā)電裝置中設(shè)置利用多普勒效 應(yīng)(Doppler effect)的激光式風(fēng)向風(fēng)速計(jì)，并通過測量與風(fēng)力發(fā)電裝置的位置相隔離的地 點(diǎn)的風(fēng)向風(fēng)速，來預(yù)測風(fēng)力發(fā)電裝置中的近期的風(fēng)速，并通過按照預(yù)測值來進(jìn)行控制，從而 使發(fā)電輸出固定。 專利文獻(xiàn)1 :JP特開2002-349413號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 :JP特開2001-234845號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 :JP特開2002-27679號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4 :JP特開2004-301116號(hào)公報(bào) 隨著發(fā)電輸出根據(jù)氣象狀況而變化的風(fēng)力發(fā)電裝置的電力系統(tǒng)的引入變多，人們 擔(dān)憂在將來該引入進(jìn)一步增多的情況下，會(huì)對電力系統(tǒng)的電壓和頻率的保持產(chǎn)生影響。
如果針對頻率的保持來講，以往各地域的電力公司能夠主要針對需求的變化來組 合各種電源，從而平衡需求和供給。在風(fēng)力發(fā)電大量與電力系統(tǒng)相聯(lián)系的情況下，說到現(xiàn)有 需求，負(fù)(minus)的負(fù)載相重疊。根據(jù)需求的變化和風(fēng)力發(fā)電輸出的組合，也可以預(yù)料到， 除現(xiàn)有技術(shù)以外高的供求調(diào)整能力是必需的。 需求變化被認(rèn)為是具有變化范圍小的各種振幅和周期的脈動(dòng)成分、不規(guī)則變化相 重疊后得到的，這些成分主要分為如下3種周期為幾分鐘以下的微小變化、從幾分鐘至十 幾分鐘左右的短周期變化、十幾分鐘以上的長周期變化。在風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電輸出中，也同樣 包含上述3種成分。 針對上述需求變化，周期幾分鐘以下的微小變化可以通過利用了發(fā)電站的調(diào)速機(jī)
4的無調(diào)速(governor free)運(yùn)轉(zhuǎn)來進(jìn)行調(diào)整。針對周期為幾分鐘至十幾分鐘左右的短周期 變化，檢測頻率偏差等，并使頻率調(diào)整發(fā)電站的發(fā)電機(jī)輸出發(fā)生改變，將這稱為負(fù)載頻率控 制(LFC)。針對周期為這以上的較長的長周期變化，考慮到經(jīng)濟(jì)性，通過向各發(fā)電站發(fā)送發(fā) 電指令來進(jìn)行調(diào)整，將這稱為經(jīng)濟(jì)負(fù)載分配控制(ELD)。 在大量引入風(fēng)力發(fā)電的情況下，特別成為問題的是上述第二負(fù)載頻率控制(LFC)。 在風(fēng)力發(fā)電輸出的變化與需求(負(fù)載)變化相重疊的情況下，可以想到頻率調(diào)整發(fā)電站的 設(shè)備容量不足。但是，單純地增加頻率調(diào)整發(fā)電站的設(shè)備容量，會(huì)使經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)變大，必須采 用某些替代手段。 以往，如專利文獻(xiàn)1以及專利文獻(xiàn)2中記載的，正研究或調(diào)整風(fēng)電場內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái) 數(shù)、或?qū)⒐β是€的最大值限制得較小來緩和輸出變化。在限制功率曲線的最大值的方法 中，雖然能夠在某程度上緩和變化，但是由于在風(fēng)速急速下降時(shí)發(fā)電輸出下降，因此產(chǎn)生變 化，恐怕會(huì)對與該電力系統(tǒng)連接的例如火力發(fā)電站、原子力發(fā)電站等電源或負(fù)載(消費(fèi)者) 造成電壓變化或頻率變化等不良影響。 此外，在如專利文獻(xiàn)3這樣設(shè)置蓄電器(蓄電池)的方法中，雖然通過適當(dāng)進(jìn)行蓄 電器的充放電控制能夠緩和變化，但是存在由于設(shè)置了蓄電器而導(dǎo)致的風(fēng)力發(fā)電從業(yè)者的 成本負(fù)擔(dān)變大這樣的問題。 通過預(yù)測近期的風(fēng)速并基于預(yù)測值進(jìn)行控制，而不是設(shè)置新的高價(jià)設(shè)備，在某些 程度上可以減少或抑制風(fēng)力發(fā)電輸出變化。如果如專利文獻(xiàn)4這樣利用多普勒激光式風(fēng) 向風(fēng)速計(jì)，則存在如下優(yōu)點(diǎn)，B卩，不只是進(jìn)行通常風(fēng)向風(fēng)速的測量的風(fēng)力發(fā)電裝置的設(shè)置位 置，也能夠測量隔離的周邊位置處的風(fēng)向風(fēng)速。但是，多普勒激光式風(fēng)向風(fēng)速計(jì)中，測量中 所必需的強(qiáng)度的激光達(dá)到的范圍有限制，特別在風(fēng)電場的面積大的情況下，會(huì)存在設(shè)置激 光式風(fēng)向風(fēng)速計(jì)的風(fēng)力發(fā)電從業(yè)者的成本負(fù)擔(dān)變大這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，抑制從風(fēng)電場向電力系統(tǒng)輸出的電力的變化，保持固定的輸 出。特別地，提供一種從電力系統(tǒng)控制的觀點(diǎn)來看有效的、能夠使幾分鐘至十幾分鐘左右的 短周期變化基本固定的風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制裝置方式以及控制方法。 為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種由通過輸電線與電力系統(tǒng)連接的能夠進(jìn)行可變 轉(zhuǎn)速以及可變間距控制的多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電裝置組，所述風(fēng)力發(fā)電裝置組 包括風(fēng)向風(fēng)速計(jì)，設(shè)置在各風(fēng)力發(fā)電裝置中；單獨(dú)控制裝置，設(shè)置在各風(fēng)力發(fā)電裝置中， 并且通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接收包含各風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)向、風(fēng)力的運(yùn)轉(zhuǎn)信息；以及集中控制 裝置，通過所述通訊網(wǎng)絡(luò)，接收來自所述單獨(dú)控制裝置的信息，并對輸出變化進(jìn)行計(jì)算處 理。所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制裝置按照從所述集中控制裝置發(fā)送給各風(fēng)力發(fā)電裝置的輸 出指令值，對所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。 另外，所述集中控制裝置包括發(fā)送接收單元，接收從各風(fēng)力發(fā)電裝置發(fā)送的運(yùn)轉(zhuǎn) 信息；風(fēng)速變化預(yù)測單元，根據(jù)所述運(yùn)轉(zhuǎn)信息對于所述風(fēng)力發(fā)電裝置組預(yù)測近期的風(fēng)速變 化；輸出預(yù)測單元，根據(jù)所述風(fēng)速變化的預(yù)測，來預(yù)測所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的近期的輸出變 化；以及動(dòng)態(tài)能量積蓄指令單元，在所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出變大時(shí)，將風(fēng)力能量作 為風(fēng)力發(fā)電裝置組的旋轉(zhuǎn)能量來積蓄，在所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出變小時(shí)，釋放作為旋轉(zhuǎn)能量積蓄的風(fēng)力能量。所述集中控制裝置保持所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的輸出固定。 另外，所述動(dòng)態(tài)能量積蓄指令單元包括轉(zhuǎn)速上升指令單元，在由所述輸出預(yù)測單
元預(yù)測出的所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出變大的時(shí)間區(qū)間中，將風(fēng)力能量作為各風(fēng)力發(fā)
電裝置的旋轉(zhuǎn)能量來積蓄；以及轉(zhuǎn)速下降指令單元，在預(yù)測出的所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合
計(jì)輸出變小的時(shí)間區(qū)間中，釋放作為各風(fēng)力發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)能量積蓄的風(fēng)力能量。 另外，所述的風(fēng)力發(fā)電裝置組包括與所述輸電線連接的至少1臺(tái)蓄電裝置，在根
據(jù)來自所述集中控制裝置的輸出指令控制了所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的輸出為固定時(shí)，在因所
述風(fēng)速的預(yù)測誤差而偏離所述固定輸出的情況下，由所述蓄電裝置的充放電電力來補(bǔ)償所
述偏離。 另外，所述集中控制裝置和所述單獨(dú)控制裝置具有設(shè)置在同一硬件中的相互不同 的控制軟件。 而且，一種風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制方法，所述風(fēng)力發(fā)電裝置組由通過輸電線與電 力系統(tǒng)連接的能夠進(jìn)行可變轉(zhuǎn)速以及可變間距控制的多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成，所述風(fēng)力發(fā) 電裝置組包括單獨(dú)控制裝置，設(shè)置在各風(fēng)力發(fā)電裝置中；以及集中控制裝置，通過通訊網(wǎng) 絡(luò)發(fā)送接收包含各風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)向、風(fēng)力的運(yùn)轉(zhuǎn)信息，并對輸出變化進(jìn)行計(jì)算處理。所 述風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制方法按照來自該集中控制裝置的輸出指令值，對所述風(fēng)力發(fā)電裝 置組的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。 而且，接收從各風(fēng)力發(fā)電裝置發(fā)送的運(yùn)轉(zhuǎn)信息，根據(jù)所述運(yùn)轉(zhuǎn)信息對于所述風(fēng)力 發(fā)電裝置組預(yù)測近期的風(fēng)速變化，根據(jù)所述風(fēng)速變化的預(yù)測，來預(yù)測所述風(fēng)力發(fā)電裝置組 的近期的輸出變化，在所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出變大時(shí)，將風(fēng)力能量作為風(fēng)力發(fā)電 裝置組的旋轉(zhuǎn)能量來積蓄，在所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出變小時(shí)，釋放作為旋轉(zhuǎn)能量 積蓄的風(fēng)力能量，保持所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的輸出固定。 本發(fā)明包括設(shè)置在各風(fēng)力發(fā)電裝置中的單獨(dú)控制裝置；和根據(jù)單獨(dú)控制裝置的 信息，進(jìn)行輸出預(yù)測計(jì)算的集中控制裝置。能夠按照簡單的構(gòu)成，根據(jù)在風(fēng)電場內(nèi)的各風(fēng)力 發(fā)電裝置中測量出的風(fēng)向/風(fēng)速的測量值，來預(yù)測近期的風(fēng)電場的輸出變化。此外，通過由 各風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)速增減，將風(fēng)電場的輸出變化作為旋轉(zhuǎn)能量來積蓄/釋放，可以抑制 輸出變化，將風(fēng)電場的輸出保持固定，能夠減輕對電力系統(tǒng)的影響。 此外，可以減少由于風(fēng)電場的輸出變化抑制的目的而附加設(shè)置的蓄電裝置的容 量，并能夠?qū)崿F(xiàn)成本降低。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的概念的風(fēng)電場的框圖。 圖2是表示風(fēng)速變化到達(dá)各風(fēng)力發(fā)電裝置的到達(dá)時(shí)間的預(yù)測方法的示意圖。 圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式的集中控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。 圖4是表示各風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)速變化的預(yù)測結(jié)果的曲線圖。 圖5是表示風(fēng)力發(fā)電裝置的預(yù)測風(fēng)速和輸出電力的特性的特性圖。 圖6是表示各風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出和風(fēng)電場合計(jì)輸出的預(yù)測結(jié)果的曲線圖。 圖7是表示通過輸出限制來改變風(fēng)力發(fā)電裝置的功率曲線的方式的示意圖。 圖8是表示通過對各風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出限制控制來將風(fēng)電場輸出保持固定的示意圖。 圖9是表示根據(jù)對各風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)速指令，將風(fēng)力能量作為旋轉(zhuǎn)能量來積蓄 /釋放，從而將風(fēng)電場輸出保持固定的方式的示意圖。圖10是表示風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)速和輸出之間的關(guān)系的特性圖。圖11是表示本發(fā)明的同時(shí)設(shè)置有蓄電裝置的風(fēng)電場的框圖。符號(hào)說明5通訊網(wǎng)絡(luò)6風(fēng)向7電力系統(tǒng)8需求方9輸電線11、12、13風(fēng)力發(fā)電裝置21、22、23風(fēng)向風(fēng)速計(jì)31 、32、33單獨(dú)控制裝置41集中控制裝置42存儲(chǔ)裝置50蓄電裝置51發(fā)送接收單元52風(fēng)速變化預(yù)測結(jié)構(gòu)53輸出預(yù)測單元54動(dòng)態(tài)能量積蓄指令單元55轉(zhuǎn)速上升指令單元56轉(zhuǎn)速下降指令單元100風(fēng)電場
具體實(shí)施例方式
以下針對

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的裝置 結(jié)構(gòu)的框圖。風(fēng)電場100在一個(gè)位置與電力系統(tǒng)7連接，從電力系統(tǒng)7和風(fēng)電場100對需 求方8提供電力。 風(fēng)電場100由能夠進(jìn)行可變轉(zhuǎn)速以及可變間距控制的多個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置11、12、 13構(gòu)成。各風(fēng)力發(fā)電裝置通過輸電線9與電力系統(tǒng)7連接。風(fēng)力發(fā)電裝置11、12、13中，風(fēng) 向風(fēng)速計(jì)21、22、23和單獨(dú)控制裝置31、32、33連接，單獨(dú)控制裝置31、32、33通過通訊網(wǎng)絡(luò) 5相互連接，并且與集中控制裝置41連接。42是存儲(chǔ)各風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出特性數(shù)據(jù)等的 存儲(chǔ)裝置。 在箭頭6表示的風(fēng)向的風(fēng)吹時(shí)，在風(fēng)電場100中風(fēng)速變化最先到達(dá)的是風(fēng)力發(fā)電 裝置11。附屬于風(fēng)力發(fā)電裝置11的單獨(dú)控制裝置31通過通訊網(wǎng)絡(luò)5將由風(fēng)向風(fēng)速計(jì)21 測量的風(fēng)向、風(fēng)速發(fā)送至集中控制裝置41。其他風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)也同樣發(fā) 送至集中控制裝置41。集中控制裝置41根據(jù)接收到的風(fēng)向數(shù)據(jù)判斷在風(fēng)電場100內(nèi)風(fēng)力 發(fā)電裝置ll最頂風(fēng)，并根據(jù)風(fēng)速數(shù)據(jù)預(yù)測風(fēng)速變化到達(dá)其他風(fēng)力發(fā)電裝置12、13的時(shí)間變化。 圖2是表示預(yù)測風(fēng)速變化到達(dá)各風(fēng)力發(fā)電裝置的方法的示意圖。圖2(a)表示風(fēng) 力發(fā)電裝置的配置和風(fēng)向風(fēng)力之間的關(guān)系。圖2(b)表示風(fēng)力變化到達(dá)各風(fēng)力發(fā)電裝置的 到達(dá)時(shí)間延遲。表示風(fēng)力發(fā)電裝置的配置和風(fēng)向風(fēng)力之間的關(guān)系。假設(shè)以風(fēng)速變化最先到 達(dá)的風(fēng)力發(fā)電裝置11為基點(diǎn)，距離其他風(fēng)力發(fā)電裝置的距離L和方位e作為已知數(shù)據(jù)被 預(yù)先輸入至存儲(chǔ)裝置42。根據(jù)由風(fēng)力發(fā)電裝置ll測量出的風(fēng)速，用(數(shù)學(xué)式1)表示風(fēng)速 變化在時(shí)刻T12到達(dá)風(fēng)力發(fā)電裝置12為止的時(shí)間延遲T2。同樣，求出風(fēng)速變化在時(shí)刻T13 到達(dá)風(fēng)電場100內(nèi)的另一風(fēng)力發(fā)電裝置13的到達(dá)時(shí)間延遲T3。
(數(shù)學(xué)式1)
2一 p 圖3是表示集中控制裝置41的結(jié)構(gòu)的框圖。圖中，從通訊網(wǎng)絡(luò)5獲得的各風(fēng)力發(fā) 電裝置的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)經(jīng)由發(fā)送接收單元51輸入至風(fēng)速變化預(yù)測單元52，從 而預(yù)測風(fēng)電場100整體近期的風(fēng)速。風(fēng)速預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步被輸入至輸出預(yù)測單元53，預(yù)測 同一風(fēng)電場100整體近期的輸出。輸出預(yù)測數(shù)據(jù)接著被輸入動(dòng)態(tài)能量積蓄指令單元54，并 與預(yù)先設(shè)定的預(yù)定輸出進(jìn)行比較。動(dòng)態(tài)能量積蓄指令單元54還具有轉(zhuǎn)速上升指令單元55 和轉(zhuǎn)速下降指令單元56。在輸出預(yù)測數(shù)據(jù)比預(yù)定輸出高的情況下，由轉(zhuǎn)速上升指令單元55 提高風(fēng)力發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)力能量作為風(fēng)力發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)能量來積蓄。另一方面，在 輸出預(yù)測數(shù)據(jù)比預(yù)定輸出低的情況下，由轉(zhuǎn)速下降指令單元56減少風(fēng)力發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)， 釋放積蓄的旋轉(zhuǎn)能量，從而謀求輸出的平均化。保存在存儲(chǔ)裝置42中的各風(fēng)力發(fā)電裝置 的輸出特性數(shù)據(jù)被提供給輸出預(yù)測單元53、動(dòng)態(tài)能量積蓄指令單元54，用于輸出預(yù)測。所 述集中控制裝置以及單獨(dú)控制裝置能夠由在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行的控制軟件構(gòu)成，在該情況 下，能夠由設(shè)置在相同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的不同控制軟件構(gòu)成。 圖4是表示由上述方法預(yù)測出的到達(dá)各風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)速變化預(yù)測結(jié)果的曲 線圖。圖4(a)表示當(dāng)前時(shí)刻中風(fēng)力發(fā)電裝置ll的風(fēng)速變化的實(shí)際測量值。此外，圖4(b) 表示經(jīng)過時(shí)刻T2后風(fēng)力發(fā)電裝置12的風(fēng)速變化的預(yù)測值。同樣，圖4(c)表示經(jīng)過時(shí)刻T3 后風(fēng)力發(fā)電裝置13的風(fēng)速變化的預(yù)測值。 圖5是表示風(fēng)速和風(fēng)力發(fā)電裝置輸出之間的關(guān)系(功率曲線)的特性圖。該特性 數(shù)據(jù)預(yù)先保存在與集中控制裝置41連接的存儲(chǔ)裝置42中，在風(fēng)電場輸出預(yù)測計(jì)算時(shí)被調(diào) 用至集中控制裝置41。此外，在風(fēng)電場100內(nèi)設(shè)置不同特性的風(fēng)力發(fā)電裝置的情況下，保存 風(fēng)電場100內(nèi)的所有風(fēng)力發(fā)電裝置的特性數(shù)據(jù)，用于預(yù)測計(jì)算。 圖6是根據(jù)圖4的風(fēng)速變化預(yù)測結(jié)果和圖5的功率曲線，表示風(fēng)電場100內(nèi)的各 風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出變化和風(fēng)電場100的合計(jì)輸出變化的預(yù)測結(jié)果的示意圖。圖6(a)表 示各風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出預(yù)測，各種不同濃度的曲線上的點(diǎn)P1、P2、P3表示各時(shí)刻中的各 風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出預(yù)測結(jié)果。圖6(b)表示風(fēng)電場100的預(yù)測合計(jì)輸出，對上述P1、P2、 P3求和后得到的值是風(fēng)電場預(yù)測合計(jì)輸出Psum。根據(jù)Psum的變化范圍計(jì)算能夠以固定值 進(jìn)行穩(wěn)定控制的輸出。Psum'是成為固定控制的對象的時(shí)間范圍(圖6中為20分鐘)內(nèi)的預(yù)測合計(jì)輸出的最小值，在將其設(shè)定為固定控制的輸出的情況下，給各風(fēng)力發(fā)電裝置的控 制指令指示如圖6所示的輸出限制。在該情況下，給各風(fēng)力發(fā)電裝置的控制指令如圖7所示。 圖8是表示給各風(fēng)力發(fā)電裝置的控制指令的示意圖。圖8(a)表示輸出變化評價(jià) 時(shí)間Te中的各風(fēng)力發(fā)電裝置11、12、13的輸出P1、P2、P3和它們的合計(jì)值即風(fēng)電場100的 輸出Pl+P2+P3 = Psum。圖8(b)表示以最小值Psum進(jìn)行控制的情況下的輸出限制控制結(jié) 果。Tc是輸出限制指令周期。 圖8中，針對(1) 、 (2) 、 (3)的各控制時(shí)刻來說明各風(fēng)力發(fā)電裝置的控制指令的設(shè) 定方法。 (1)是P1+P2+P3 > Ps咖'且P1+P2 < Ps咖'的情況，此時(shí)大致確定為Pl' = P2' =P3，且P1， +P2， +P3， = Psum，。在P1， < Pl， P2， < P2， P3， < P3的情況下，由具有儲(chǔ) 備能量的風(fēng)力發(fā)電裝置負(fù)擔(dān)不足量。 (2)是Pl+P2〉Psum'的情況，降低具有儲(chǔ)備能量的P1、P2的輸出，并大致確定為 Pl' = P2' = P3'且P1' +P2' +P3' = Psum'。雖然作為能量可以假設(shè)P3' = O，但是由于僅 一臺(tái)不停止運(yùn)轉(zhuǎn)的方式能夠使風(fēng)電場內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)均衡，并能夠使風(fēng)力發(fā)電裝置的惡化均衡， 因此在維護(hù)成本方面具有優(yōu)勢。 (3)是Pl+P2+P3 = Psum'的情況，此時(shí)假設(shè)為原來的輸出不變Pl' = Pl， P2'= P2， P3， = P3。 在上述圖8的控制方式中，雖然能夠抑制輸出變化，但是由于不能產(chǎn)生Psum'以上 的輸出，因此能量損失變大。因此，下面說明通過將風(fēng)力能量作為風(fēng)力發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)能量 來積蓄從而減少能量損失，使固定控制的輸出上升至圖6(b)的合計(jì)輸出的平均值Psum"的 控制方式。圖9是表示給各風(fēng)力發(fā)電裝置的控制指令的示意圖。圖9(a)表示輸出變化評 價(jià)時(shí)間Te中各風(fēng)力發(fā)電裝置11、12、13的輸出P1、P2、P3和它們的合計(jì)值即風(fēng)電場100的 輸出P1+P2+P3。圖9(b)表示以Psum"進(jìn)行控制的情況下的輸出限制控制結(jié)果。圖10是表 示風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)速-輸出特性的特性圖。在圖10中，進(jìn)行可變速控制，提高如虛線所 示在各風(fēng)速區(qū)域中的最大輸出。 圖9中，將輸出變化評價(jià)時(shí)間Te的預(yù)測發(fā)電量Psum的平均值確定為Psum"。并 且，在預(yù)測發(fā)電量比Psum"大的時(shí)間區(qū)間(1)中，根據(jù)如圖IO所示的特性圖進(jìn)行控制，使給 各風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)速指令值比最大輸出轉(zhuǎn)速高、并降低輸出，將風(fēng)力能量作為風(fēng)力發(fā)電 裝置的旋轉(zhuǎn)能量來積蓄。另一方面，在預(yù)測發(fā)電量比Psum"小的時(shí)間區(qū)間(2)中，通過慢慢 降低風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)速來釋放(1)時(shí)間區(qū)間中積蓄的旋轉(zhuǎn)能量，從而控制保持Psum"的 輸出。 圖11是將本發(fā)明應(yīng)用于多個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置11、12、13中同時(shí)設(shè)置有蓄電裝置50 的風(fēng)電場100的情況下的框圖。 以往，在基于抑制風(fēng)電場的輸出變化的目的而設(shè)置蓄電裝置的情況下，由于必須 通過蓄電裝置的充放電來吸收風(fēng)電場中產(chǎn)生的所有輸出變化，因此存在蓄電裝置容量變大 且成本提高的問題。在本發(fā)明中，雖然能夠不使用蓄電裝置對風(fēng)電場的輸出進(jìn)行固定控制， 但是在各風(fēng)力發(fā)電裝置的近期的風(fēng)速的預(yù)測中有可能產(chǎn)生誤差，且風(fēng)電場輸出相對于固定 值會(huì)偏差一點(diǎn)。蓄電裝置50可以通過充放電來補(bǔ)償該偏差的部分，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠減小蓄電裝置的容量并削減蓄電裝置的設(shè)置成本c
權(quán)利要求
一種風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制裝置，所述風(fēng)力發(fā)電裝置組由通過輸電線與電力系統(tǒng)連接的能夠進(jìn)行可變轉(zhuǎn)速以及可變間距控制的多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成，所述風(fēng)力發(fā)電裝置組包括風(fēng)向風(fēng)速計(jì)，設(shè)置在各風(fēng)力發(fā)電裝置中；單獨(dú)控制裝置，設(shè)置在各風(fēng)力發(fā)電裝置中，并且通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接收包含各風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)向、風(fēng)力的運(yùn)轉(zhuǎn)信息；以及集中控制裝置，通過所述通訊網(wǎng)絡(luò)，接收來自所述單獨(dú)控制裝置的信息，并對輸出變化進(jìn)行計(jì)算處理，所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制裝置按照從所述集中控制裝置發(fā)送給各風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出指令值，對所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制裝置，其特征在于， 所述集中控制裝置包括發(fā)送接收單元，接收從各風(fēng)力發(fā)電裝置發(fā)送的運(yùn)轉(zhuǎn)信息；風(fēng)速變化預(yù)測單元，根據(jù)所述運(yùn)轉(zhuǎn)信息對于所述風(fēng)力發(fā)電裝置組預(yù)測近期的風(fēng)速變化；輸出預(yù)測單元，根據(jù)所述風(fēng)速變化的預(yù)測，來預(yù)測所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的近期的輸出 變化；以及動(dòng)態(tài)能量積蓄指令單元，在所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出變大時(shí)，將風(fēng)力能量作為 風(fēng)力發(fā)電裝置組的旋轉(zhuǎn)能量來積蓄，在所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出變小時(shí)，釋放作為 旋轉(zhuǎn)能量積蓄的風(fēng)力能量，所述集中控制裝置保持所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的輸出固定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制裝置，其特征在于， 所述動(dòng)態(tài)能量積蓄指令單元包括轉(zhuǎn)速上升指令單元，在由所述輸出預(yù)測單元預(yù)測出的所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出 變大的時(shí)間區(qū)間中，將風(fēng)力能量作為各風(fēng)力發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)能量來積蓄；以及轉(zhuǎn)速下降指令單元，在預(yù)測出的所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出變小的時(shí)間區(qū)間中， 釋放作為各風(fēng)力發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)能量積蓄的風(fēng)力能量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制裝置，其特征在于， 所述的風(fēng)力發(fā)電裝置組包括與所述輸電線連接的至少1臺(tái)蓄電裝置，在根據(jù)來自所述集中控制裝置的輸出指令控制了所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的輸出為固定時(shí)，在因所述風(fēng)速的預(yù) 測誤差而偏離所述固定輸出的情況下，由所述蓄電裝置的充放電電力來補(bǔ)償所述偏離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制裝置，其特征在于， 所述集中控制裝置和所述單獨(dú)控制裝置具有設(shè)置在同一硬件中的相互不同的控制軟件。
6. —種風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制方法，所述風(fēng)力發(fā)電裝置組由通過輸電線與電力系統(tǒng)連 接的能夠進(jìn)行可變轉(zhuǎn)速以及可變間距控制的多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成，所述風(fēng)力發(fā)電裝置組包括單獨(dú)控制裝置，設(shè)置在各風(fēng)力發(fā)電裝置中；以及集中控制裝置，通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接收包含各風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)向、風(fēng)力的運(yùn)轉(zhuǎn)信息，并對輸出變化進(jìn)行計(jì)算處理，所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制方法按照來自該集中控制裝置的輸出指令值，對所述風(fēng)力 發(fā)電裝置組的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制方法，其特征在于， 接收從各風(fēng)力發(fā)電裝置發(fā)送的運(yùn)轉(zhuǎn)信息，根據(jù)所述運(yùn)轉(zhuǎn)信息對于所述風(fēng)力發(fā)電裝置組 預(yù)測近期的風(fēng)速變化，根據(jù)所述風(fēng)速變化的預(yù)測，來預(yù)測所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的近期的輸 出變化，在所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出變大時(shí)，將風(fēng)力能量作為風(fēng)力發(fā)電裝置組的旋 轉(zhuǎn)能量來積蓄，在所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的合計(jì)輸出變小時(shí)，釋放作為旋轉(zhuǎn)能量積蓄的風(fēng)力 能量，保持所述風(fēng)力發(fā)電裝置組的輸出固定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置組的控制裝置及控制方法，抑制從風(fēng)電場向電力系統(tǒng)輸出的電力的變化，保持固定輸出。在由通過輸電線對電力系統(tǒng)連接的能夠進(jìn)行可變轉(zhuǎn)速以及可變間距控制的多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電裝置組(風(fēng)電場)中，風(fēng)電場包括風(fēng)向風(fēng)速計(jì)，設(shè)置在各風(fēng)力發(fā)電裝置中；單獨(dú)控制裝置，設(shè)置在各風(fēng)力發(fā)電裝置中，并且通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接收包含各風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)向、風(fēng)力的運(yùn)轉(zhuǎn)信息；以及集中控制裝置，通過通訊網(wǎng)絡(luò)接收來自所述單獨(dú)控制裝置的信息，并進(jìn)行計(jì)算處理。按照來自集中控制裝置的輸出指令值對所述風(fēng)電場的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)F03D1/02GK101713376SQ200910204500
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者一瀨雅哉, 內(nèi)山倫行, 大野康則, 松竹貢, 相原孝志, 近藤真一 申請人:株式會(huì)社日立制作所