JP2019183734A - Wind farm, and operation method and controller thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ウィンドファーム並びにその運転方法及び制御装置に関する。 The present disclosure relates to a wind farm, an operation method thereof, and a control device.
従来、複数の風力発電装置(以下、風車とする)で発電を行うウィンドファームでは、風上側に配置される前方風車に対して、風下側に配置される後方風車は通常、前方風車の後流すなわちウェイクの影響により前方風車と比較して発電出力が小さくなる。このため、各々の風車において創出される発電出力の合計であるウィンドファーム全体の出力を最適とするべく、種々の運転方法や制御方法が提案されている。 Conventionally, in a wind farm that generates power with a plurality of wind turbine generators (hereinafter referred to as wind turbines), the rear wind turbine disposed on the leeward side is usually the wake of the front wind turbine relative to the front wind turbine disposed on the windward side. That is, the power generation output is smaller than that of the front windmill due to the influence of the wake. For this reason, various operation methods and control methods have been proposed in order to optimize the output of the entire wind farm, which is the sum of the power generation outputs created in each windmill.
例えば、特許文献1には、ウィンドファームのデジタルツインを用いたモデルにより、ウィンドファーム全体の出力最適化を図ることが記載されている。
For example,
ところで、特許文献1に開示されたデジタルツインの技術は、風車モデルへの入力(例えば風向や風速を含む風況)に計測値(実測値)を用いるため、最適化の設定値が計測精度に左右され、最適な調整結果を高精度に得ることが難しい、という問題がある。
By the way, the digital twin technique disclosed in
上述した問題に鑑み、本開示の少なくとも一実施形態は、ウィンドファーム全体の最適化精度の向上を図ることを目的とする。 In view of the above-described problems, at least one embodiment of the present disclosure aims to improve optimization accuracy of the entire wind farm.
(1)本開示の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームの運転方法は、
複数の風車を含むウィンドファームの運転方法であって、
複数の前記風車の各々から風向又は風速を含む風況若しくは発電出力の少なくとも一方を取得する取得ステップと、
各々の前記風車のピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値をウィンドファームモデルに入力して各々の前記風車に関する風況又は発電出力の予測値を算出する第1算出ステップと、
前記取得ステップで取得した前記風況又は前記発電出力と前記ウィンドファームモデルで算出された前記予測値との差分に基づき、前記ウィンドファーム全体における代表風況を推定する推定ステップと、を備えている。
(1) A wind farm operating method according to at least one embodiment of the present disclosure includes:
A wind farm operating method including a plurality of windmills,
An acquisition step of acquiring at least one of a wind condition or a power generation output including a wind direction or a wind speed from each of the plurality of wind turbines;
A first calculation step of inputting a set value relating to a pitch angle, a yaw angle or a power generation output of each of the windmills to a wind farm model to calculate a predicted value of a wind condition or a power generation output relating to each of the windmills;
An estimation step of estimating a representative wind condition in the entire wind farm based on a difference between the wind condition acquired in the acquisition step or the power generation output and the predicted value calculated by the wind farm model. .
上記(1)の方法によれば、複数の風車を含むウィンドファームの運転に際して、各々の風車のピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値をウィンドファームモデルに入力して演算することで各風車に関する風況又は発電出力の予測値が算出される。そして、このウィンドファームモデルで算出された予測値と実測により得られたウィンドファームの風況又は発電出力との差分に基づき、ウィンドファーム全体の代表風況を推定により求めることができる。推定ステップでは、一旦取得した各風車の風向、風速又は発電出力とウィンドファームモデルによる予測値との差分に基づき代表風況推定の最適化計算を行うことにより、各風車の風況又は発電出力を逐次リアルタイムに取得する必要がなくオフライン環境で最適化計算を行うことができる。よって、例えば、各風車の発電出力又は風況を実測値ベースで逐一取得してモデル計算を行ったり、特定の風車の風況や発電出力をウィンドファーム全体の風況や発電出力の代表として扱ったりするような従来の方法に比べて、より高い精度で代表風況を求めることができるから、ウィンドファーム全体の発電出力をより最適に管理して運転することができる。 According to the above method (1), when operating a wind farm including a plurality of wind turbines, each wind turbine is calculated by inputting a set value relating to the pitch angle, yaw angle or power generation output of each wind turbine to the wind farm model. The predicted value of wind condition or power generation output is calculated. Then, based on the difference between the predicted value calculated by the wind farm model and the wind condition or power generation output of the wind farm obtained by actual measurement, the representative wind condition of the entire wind farm can be obtained by estimation. In the estimation step, the wind condition or power generation output of each wind turbine is calculated by performing optimization calculation for representative wind condition estimation based on the difference between the wind direction, wind speed or power generation output of each wind turbine once acquired and the predicted value by the wind farm model. Optimization calculations can be performed in an offline environment without the need for sequential real-time acquisition. Therefore, for example, the power generation output or wind condition of each windmill is acquired on a measured value basis one by one and model calculation is performed, or the wind condition or power generation output of a specific windmill is treated as a representative of the wind condition or power generation output of the entire wind farm. Since the representative wind condition can be obtained with higher accuracy than the conventional method as described above, the power generation output of the entire wind farm can be managed more optimally and operated.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載の方法において、
前記推定ステップで推定された前記代表風況を前記ウィンドファームモデルに入力して各々の前記風車に対する前記設定値の最適値を求める第2算出ステップを備えていてもよい。
(2) In some embodiments, in the method according to (1) above,
A second calculation step may be provided in which the representative wind condition estimated in the estimation step is input to the wind farm model to obtain an optimum value of the set value for each wind turbine.
上記(2)の方法によれば、推定ステップで求めた代表風況をウィンドファームモデルに入力することで、各風車に対するピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値の最適値を求めることができる。 According to the above method (2), by inputting the representative wind conditions obtained in the estimation step to the wind farm model, it is possible to obtain the optimum value of the set value relating to the pitch angle, yaw angle or power generation output for each windmill. .
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)に記載の方法において、
前記第2算出ステップで求めた前記設定値に基づき各々の前記風車に指令を出す指令ステップを備えていてもよい。
(3) In some embodiments, in the method according to (2) above,
A command step for issuing a command to each wind turbine based on the set value obtained in the second calculation step may be provided.
上記(3)の方法によれば、第2算出ステップで算出された設定値の最適値に基づき各風車が運転されることにより、ウィンドファーム全体の発電出力をより最適化可能な運転方法を実現することができる。 According to the above method (3), each wind turbine is operated based on the optimum value of the setting value calculated in the second calculation step, thereby realizing an operation method that can further optimize the power generation output of the entire wind farm. can do.
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(3)の何れか1つに記載の方法において、
前記ウィンドファームモデルは、ウェイクの影響を考慮した物理モデルであってもよい。
(4) In some embodiments, in the method according to any one of (1) to (3) above,
The wind farm model may be a physical model that considers the influence of wake.
上記(4)の方法によれば、第1算出ステップでは風上に配置された風車の後流すなわちウェイクが風下に配置された風車の発電出力に及ぼす影響を考慮したウィンドファームモデルを用いて各風車に関する風況又は発電出力の予測値を算出することができるから、実際のウィンドファームにおける発電出力により近い予測値を求めることができる。 According to the method of (4) above, each of the first calculation steps uses a wind farm model that takes into account the influence of the wake of the wind turbine disposed on the windward, that is, the wake on the power generation output of the wind turbine disposed on the leeward. Since the predicted value of the wind condition or power generation output related to the windmill can be calculated, a predicted value closer to the power generation output in the actual wind farm can be obtained.
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(4)の何れか一つに記載の方法において、
前記取得ステップでは、各々の前記風車の風向、風速及び発電出力を所定期間ごとに取得してもよい。
(5) In some embodiments, in the method according to any one of (1) to (4) above,
In the acquisition step, the wind direction, wind speed, and power generation output of each windmill may be acquired every predetermined period.
上記(5)の方法によれば、各々の前記風車の風向、風速等の風況と発電出力とが所定期間ごとに取得され、取得された風況及び発電出力が上記所定期間内にウィンドファームで取得される実測値として扱われる。つまり、ある時点においてウィンドファームから取得された風況及び発電出力を、その後の上記所定期間内おけるウィンドファームの風況及び発電出力として各風車に関する風況又は発電出力の予測値を算出することができるから、ウィンドファームモデルによる予測値の算出及びウィンドファーム全体の代表風況を推定する推定ステップをオフラインで実行することができる。 According to the method of (5) above, the wind conditions such as the wind direction and wind speed of each wind turbine and the power generation output are acquired every predetermined period, and the acquired wind conditions and power generation output are acquired by the wind farm within the predetermined period. It is treated as an actual measurement value acquired in (1). In other words, the wind condition and power generation output obtained from the wind farm at a certain point in time can be used as the wind condition and power generation output of the wind farm within the predetermined period thereafter to calculate the predicted wind condition or power generation output for each wind turbine. Therefore, it is possible to execute the estimation step of calculating the predicted value by the wind farm model and estimating the representative wind condition of the entire wind farm offline.
(6)本開示の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームの制御装置は、
複数の風車を含むウィンドファームの制御装置であって、
複数の前記風車の各々から風向又は風速を含む風況若しくは発電出力の少なくとも一方を取得する取得部と、
各々の前記風車のピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値をウィンドファームモデルに入力して各々の前記風車に関する風況又は発電出力の予測値を算出する第1算出部と、
前記取得部で取得した前記風況又は前記発電出力と前記第1算出部で算出された前記予測値との差分に基づき、前記ウィンドファーム全体における代表風況を推定する推定部と、を備えている。
(6) A wind farm control device according to at least one embodiment of the present disclosure includes:
A wind farm control device including a plurality of wind turbines,
An acquisition unit for acquiring at least one of a wind condition or a power generation output including a wind direction or a wind speed from each of the plurality of wind turbines;
A first calculation unit that inputs a set value related to the pitch angle, yaw angle, or power generation output of each windmill to a wind farm model, and calculates a predicted value of the wind condition or power generation output related to each windmill;
An estimation unit that estimates a representative wind condition in the entire wind farm based on a difference between the wind condition acquired by the acquisition unit or the power generation output and the predicted value calculated by the first calculation unit. Yes.
上記(6)の構成によれば、上記(1)で述べたように、例えば、各風車の発電出力又は風況を実測値ベースで逐一取得してモデル計算を行ったり、特定の風車の風況や発電出力をウィンドファーム全体の風況や発電出力の代表として扱ったりするような従来の方法に比べて、より高い精度で代表風況を求めることができるから、ウィンドファーム全体の発電出力をより最適に管理して運転することができる。 According to the configuration of the above (6), as described in the above (1), for example, the power generation output or wind condition of each windmill is obtained one by one on an actual measurement basis to perform model calculation, or the wind of a specific windmill Compared to conventional methods that treat wind conditions and power generation output as representative of wind conditions and power generation output of the entire wind farm, the representative wind conditions can be obtained with higher accuracy, so the power output of the entire wind farm is more optimal. It can be managed and operated.
(7)幾つかの実施形態では、上記(6)に記載の構成において、
前記推定部で推定された前記代表風況をウィンドファームモデルに入力して各々の前記風車に対するピッチ角、ヨー角又は発電出力の少なくとも一つを含む設定値を求める第2算出部さらに備えていてもよい。
(7) In some embodiments, in the configuration described in (6) above,
A second calculator that inputs a representative wind condition estimated by the estimator into a wind farm model and obtains a set value including at least one of a pitch angle, a yaw angle, and a power generation output for each of the wind turbines; Also good.
上記(7)の構成によれば、上記(2)で述べたように、推定部で求めた代表風況をウィンドファームモデルに入力することで、各風車に対するピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値の最適値を求めることができる。 According to the configuration of (7) above, as described in (2) above, the representative wind conditions obtained by the estimation unit are input to the wind farm model, so that the pitch angle, yaw angle or power generation output for each wind turbine is related. The optimum set value can be obtained.
(8)本開示の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームは、
複数の風車と、
前記複数の風車の運転制御を行うように構成された上記(6)又は(7)に記載の制御装置と、
を備えている。
(8) A wind farm according to at least one embodiment of the present disclosure is:
Multiple windmills,
The control device according to (6) or (7) configured to perform operation control of the plurality of wind turbines;
It has.
上記(8)の方法によれば、全体の発電出力をより最適化可能なウィンドファームを提供することができる。 According to the method (8), it is possible to provide a wind farm that can further optimize the overall power generation output.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ウィンドファーム全体の最適化精度の向上を図ることができる。 According to at least one embodiment of the present invention, it is possible to improve the optimization accuracy of the entire wind farm.
以下、添付図面に従って本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely illustrative examples. Only.
図1はウィンドファームの構成例を示す図である。図2はウィンドファームを構成する風車の一例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a wind farm. FIG. 2 is a view showing an example of a windmill constituting a wind farm.
図1に示すように、幾つかの実施形態に係るウィンドファーム1は、複数の風車Tと、ウィンドファーム・コントローラ10(ウィンドファームの制御装置)と、を備えている。ウィンドファーム・コントローラ10は、複数の風車T1〜Tnを備えたウィンドファーム1の運転制御を司る。以下、ウィンドファーム1を構成する風車T1〜T3の例を挙げた後、ウィンドファーム・コントローラ10の詳細について説明する。なお、図1では複数の風車として3台の風車T1〜T3を例示しているが、ウィンドファーム1を構成する風車の数はこれに限定されず、任意の数(例えば、n又はN)であってよい。
As shown in FIG. 1, the
幾つかの実施形態において、ウィンドファーム1の各風車T1〜T3は、図2に示すように、複数のブレード102及びそれらが取り付けられるハブ104で構成されるロータ105と、ハブ104に連結された主軸106と、主軸106の回転力を受けて駆動される発電機110とを備えている。幾つかの実施形態において、主軸106と発電機110とはドライブトレイン108及びその出力軸109を介して連結されていてもよい。ドライブトレイン108は、主軸106の回転を増速するギア式の増速機を備えていてもよい。また、ドライブトレイン108は、ギア式の増速機に替えて、油圧トランスミッションを備えていてもよい。他の実施形態では、ドライブトレイン108に代えて、主軸106と発電機110とが直接接続されたダイレクトドライブ方式であってもよい。
In some embodiments, each windmill T1 to T3 of the
ドライブトレイン108及び発電機110は、主軸軸受107を介して主軸106を回転自在に支持するナセル112に収納されていてもよい。ナセル112の底部を構成するナセル台板114は、ヨー旋回軸受118を介してタワー116によって支持されていてもよい。なお、ナセル台板114には、ヨーモータ21(図3参照)及びピニオンギアを有するヨー旋回機構119が固定されていてもよく、タワー116側に設けられたリングギアにヨー旋回機構119のピニオンギアを噛み合わせた状態でヨーモータ21を駆動することでナセル112をタワー116に対して旋回可能になっていてもよい。さらに、各ブレード102は、翼旋回軸受(不図示)を介してハブ104に支持されており、ハブ104内に設けられたピッチ駆動アクチュエータ23(図3参照)によってピッチ角が調節可能になっていてもよい。
The
なお、図2に示した構成例の風車Tにおいて、各種部品の損傷状態又は劣化状態を示す状態値が状態値検出センサ(例えば、図3に示す荷重センサ33等を含む)によって取得され、ウィンドファーム・コントローラ10に報告されるようになっている。
In the wind turbine T having the configuration example shown in FIG. 2, state values indicating the damage state or deterioration state of various parts are acquired by a state value detection sensor (for example, including the
次に、ウィンドファーム・コントローラ10の詳細について説明する。
図3は、幾つかの実施形態に係るウィンドファーム・コントローラ10(ウィンドファームの制御装置)における制御系の構成を示すブロック図である。
図3に非限定的に例示するように、ウィンドファーム・コントローラ10は、例えば、コンピュータであり、CPU11、該CPU11が実行する各種プログラムやテーブル等のデータを記憶するための記憶部としてのROM(Read Only Memory)13、各プログラムを実行する際の展開領域や演算領域としてのワーク領域として機能するRAM(Random Access Memory)12の他、図示しない大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ(HDD)、通信ネットワークに接続するための通信インターフェース、及び外部記憶装置が装着されるアクセス部などを備えていてもよい。幾つかの実施形態では、ウィンドファーム・コントローラ10は、後述する制御設定を更新する工程で得られた最適な制御設定を風況パラメータと関連付けて保存するデータベース17を含んでもよく、データベース17には例えば発電出力分配テーブル18等が格納されていてもよい。これらは全て、バス14を介して接続されており、バス14は信号線2(図1参照)を介してウィンドファーム1の各風車T1〜T3と接続されている。更に、ウィンドファーム・コントローラ10は、例えば、キーボードやマウス等からなる入力部(図示省略)及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部(図示省略)等と接続されていてもよい。
Next, details of the
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a control system in the wind farm controller 10 (wind farm control device) according to some embodiments.
As illustrated in a non-limiting example in FIG. 3, the
幾つかの実施形態において、ウィンドファーム・コントローラ10には、各風車T1〜T3に設けられた風向センサ31、風速センサ32及び荷重センサ33の各々から、それぞれ風向、風速及び荷重に関する検知信号が送信されてもよい。上記の荷重センサ33は、例えば、主軸軸受107やタワー116等、装置荷重や風による負荷が作用する場所に1つ以上設置されていてもよい。幾つかの実施形態において、ウィンドファーム・コントローラ10は、バス14及び信号線2を介してヨーモータ21、ヨーブレーキ駆動アクチュエータ22、ピッチ駆動アクチュエータ23及びピッチブレーキ駆動アクチュエータ24と電気的に接続されていてもよい。
In some embodiments, the
幾つかの実施形態において、ROM13には、各風車T1〜T3の発電量からウィンドファーム1の全体出力を算出する出力算出プログラム15や、ウィンドファーム1の全体出力を最適化するための出力最適化プログラム16(運転制御プログラム)が格納されていてもよい。
In some embodiments, the
図4は、幾つかの実施形態におけるウィンドファームの制御方法を示す模式図である。
図4に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームの制御装置としてのウィンドファーム・コントローラ10は、複数の風車Tの各々から風向又は風速を含む風況若しくは発電出力の少なくとも一方を取得する取得部50と、各々の風車Tのピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値をウィンドファームモデル52に入力して各々の風車Tに関する風況又は発電出力の予測値を算出する第1算出部(ウィンドファームモデル52)と、取得部50で取得した風況又は発電出力とウィンドファームモデル52で算出された予測値との差分に基づき、ウィンドファーム1全体における代表風況を推定する推定部54と、を備えている。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a wind farm control method according to some embodiments.
As illustrated in a non-limiting manner in FIG. 4, the
上記構成によれば、複数の風車Tを含むウィンドファーム1の運転に際して、各々の風車Tのピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値をウィンドファームモデル52に入力して演算することで各風車Tに関する風況又は発電出力の予測値が算出される。そして、このウィンドファームモデル52で算出された予測値と実測により得られたウィンドファーム1の風況(実測値)又は発電出力(実測値)との差分に基づき、ウィンドファーム1全体の代表風況を推定により求めることができる。
ここで、ウィンドファーム1等の風力発電プラントは、再生可能エネルギーを利用した発電プラントであり、例えば、風向、風速、温度、湿度、空気密度…、等の風況が刻々と変化するため、制御対象を明確に特定することは一般に困難とされる。
この点、上記構成によれば、推定部54では、一旦取得した各風車Tの風向、風速又は発電出力とウィンドファームモデル52による予測値との差分に基づき代表風況推定の最適化計算を行うことにより、各風車Tの風況又は発電出力を逐次リアルタイムに取得する必要がなくオフライン環境で最適化計算を行うことができる。よって、例えば、各風車Tの発電出力又は風況を実測値ベースで逐一取得してモデル計算を行ったり、特定の風車Tの風況や発電出力をウィンドファーム1全体の風況や発電出力として代表させたりするような従来の方法に比べて、代表風況をより高い精度で求めることができるから、ウィンドファーム1全体の発電出力をより最適に管理して運転することができる。
According to the above configuration, when the
Here, the wind power generation plant such as the
In this regard, according to the above-described configuration, the
なお、上記実測値と予測値との差分は、例えば、二乗平均平方根(Σ1/N(xi−xi_est)^2)による実効値(root mean square value:RMS)を用いて最適化の評価値としてもよい。
また、上記最適化計算の手法は特に限定されず、例えば、従来の最適化手法の1つである同時摂動確率近似法(SPSA:Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation)や、これを発展させた多解像度同時摂動確率近似法(MR−SPSA:Multi−Resolution Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation)を用いてもよい。これらの手法については周知であるため、ここでは詳しい説明を省略する。
The difference between the actually measured value and the predicted value is, for example, an evaluation value for optimization using an effective value (root mean square value: RMS) based on the root mean square (Σ1 / N (xi−xi_est) ^ 2). Also good.
Further, the optimization calculation method is not particularly limited. For example, a simultaneous perturbation probability approximation (SPSA), which is one of the conventional optimization methods, or a multi-resolution simultaneous perturbation obtained by developing the same. A probabilistic approximation method (MR-SPSA: Multi-Resolution Simulation Perturbation Stochastic Application) may be used. Since these methods are well known, detailed description thereof is omitted here.
幾つかの実施形態では、上記構成において、推定部54で推定された代表風況をウィンドファームモデル52に入力して各々の風車Tに対するピッチ角、ヨー角又は発電出力の少なくとも一つを含む設定値を求める第2算出部(ウィンドファームモデル52)さらに備えていてもよい。
すなわち、上記ウィンドファームモデル52は、推定部54で推定された代表風況に基づき、新たに各々の風車Tに対するピッチ角、ヨー角又は発電出力の少なくとも一つを含む設定値を求める第2算出部として機能し得る。このように構成すれば、推定部54で求めた代表風況をウィンドファームモデル52に入力することで、各風車Tに対するピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値の最適値を求めることができる。
In some embodiments, in the above configuration, the representative wind condition estimated by the
That is, the
図5は、本開示の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームの制御装置による処理を示すフローチャートであり、本開示の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームの運転方法を示す図である。
図5に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームの運転方法は、複数の風車Tを含むウィンドファーム1の運転方法であって、複数の風車Tの各々から風向又は風速を含む風況若しくは発電出力の少なくとも一方を取得する取得ステップ(ステップS10)と、各々の風車Tのピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値をウィンドファームモデル52に入力して各々の風車Tに関する風況又は発電出力の予測値を算出する第1算出ステップ(ステップS20)と、取得ステップS10で取得した風況又は発電出力とウィンドファームモデル52で算出された予測値との差分に基づき、ウィンドファーム1全体における代表風況を推定する推定ステップ(ステップS30)と、を備えている。
FIG. 5 is a flowchart illustrating processing by the wind farm control device according to at least one embodiment of the present disclosure, and is a diagram illustrating a wind farm operating method according to at least one embodiment of the present disclosure.
As illustrated in a non-limiting manner in FIG. 5, the operating method of the wind farm according to at least one embodiment of the present disclosure is an operating method of the
このような方法によれば、上述したように、例えば、各風車Tの発電出力又は風況を実測値ベースで逐一取得してモデル計算を行ったり、特定の風車Tの風況や発電出力をウィンドファーム1全体の風況や発電出力として代表させたりするような従来の方法に比べて、より高い精度で代表風況を求めることができるから、ウィンドファーム1全体の発電出力をより最適に管理して運転することができる。
According to such a method, as described above, for example, the power generation output or wind condition of each wind turbine T is obtained on a measured value basis one by one to perform model calculation, or the wind condition or power generation output of a specific wind turbine T is Compared to conventional methods such as representing the wind conditions and power generation output of the
幾つかの実施形態では、上記の方法において、推定ステップS30で推定された代表風況をウィンドファームモデル52に入力して各々の風車Tに対する設定値の最適値を求める第2算出ステップ(ステップS40)を備えていてもよい。
すなわち、上記ウィンドファームモデル52により、推定ステップS30で推定された代表風況に基づき、新たに各々の風車Tに対するピッチ角、ヨー角又は発電出力の少なくとも一つを含む設定値を求める第2算出ステップS40が実現され得る。
In some embodiments, in the above-described method, the second calculation step (step S40) in which the representative wind conditions estimated in the estimation step S30 are input to the
That is, the second calculation for newly obtaining a set value including at least one of the pitch angle, the yaw angle, and the power generation output for each wind turbine T based on the representative wind conditions estimated in the estimation step S30 by the
上記方法によれば、推定ステップS30で求めた代表風況をウィンドファームモデル52に入力することで、各風車Tに対するピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値の最適値を求めることができる。
According to the above method, by inputting the representative wind conditions obtained in the estimation step S30 to the
幾つかの実施形態では、上記の方法において、取得ステップS10で取得した風況又は発電出力とウィンドファームモデル52で算出された予測値との差分がゼロになるように、第1算出ステップS20と推定ステップS30とを繰り返し実行するように構成されてもよい(図4及び図5参照)。
In some embodiments, in the above method, the first calculation step S20 and the difference between the wind condition or power generation output acquired in the acquisition step S10 and the predicted value calculated by the
上記方法によれば、取得ステップS10で取得した風況又は発電出力と第1算出ステップS20で算出された予測値との差分がゼロになるように(すなわち、取得ステップS10で取得した風況又は発電出力と第1算出ステップS20で算出された予測値とが一致するように)、第1算出ステップS20と推定ステップS30とが繰り返し実行される。その際、ウィンドファームモデル52による計算を真とし、推定ステップS30で用いるパラメータを修正することで上記差分をゼロに近づける演算が行われ得る。ステップ30には、取得ステップS10で取得した風況又は発電出力と第1算出ステップS20で算出された予測値とが一致するか否かを判断する判断ステップが含まれ得る。このような方法により、既存の確立されたウィンドファームモデル52を用いつつ、現状により則した代表風況を求めて、ウィンドファーム1を構成する各風車Tへのより最適な設定値を求めることができる。
According to the above method, the difference between the wind condition or the power generation output acquired in the acquisition step S10 and the predicted value calculated in the first calculation step S20 becomes zero (that is, the wind condition or the power acquired in the acquisition step S10). The first calculation step S20 and the estimation step S30 are repeatedly executed so that the power generation output matches the predicted value calculated in the first calculation step S20. At that time, the calculation by the
幾つかの実施形態では、上記の方法において、第2算出ステップS40で求めた設定値に基づき各々の風車Tに指令を出す指令ステップ(ステップS50)を備えていてもよい。 In some embodiments, the above method may include a command step (step S50) for issuing a command to each wind turbine T based on the set value obtained in the second calculation step S40.
上記方法によれば、第2算出ステップS40で算出された設定値の最適値に基づき各風車Tが運転されることにより、ウィンドファーム1全体の発電出力をより最適化可能な運転方法を実現することができる。
According to the above method, each wind turbine T is operated based on the optimum value of the set value calculated in the second calculation step S40, thereby realizing an operation method that can further optimize the power generation output of the
幾つかの実施形態では、上記何れかに記載の方法において、ウィンドファームモデル52は、ウェイクの影響を考慮した物理モデルであってもよい。
このようなウェイクの影響を考慮したウィンドファームモデル52としては、例えば、種々の風況の全てを一次式で近似して代数演算を可能にするモデル(線形シミュレータ)であるWAsPやFugaなどを採用してもよい。
In some embodiments, in any of the methods described above, the
As the
上記の方法によれば、第1算出ステップS20では風上に配置された風車Tの後流すなわちウェイクが風下に配置された風車Tの発電出力に及ぼす影響を考慮したウィンドファームモデル52を用いて各風車Tに関する風況又は発電出力の予測値を算出することができるから、実際のウィンドファーム1における発電出力により近い予測値を求めることができる。
According to the above method, in the first calculation step S20, the
幾つかの実施形態では、上記何れかに記載の方法において、取得ステップS10では、各々の風車Tの風向、風速及び発電出力を所定期間ごとに取得してもよい。
上記所定期間としては、例えば、1分又は数分であってもよいし、1又は数時間であってもよいし、1又は数日…等であってもよい。
In some embodiments, in the method described in any one of the above, in the acquisition step S10, the wind direction, the wind speed, and the power generation output of each windmill T may be acquired every predetermined period.
The predetermined period may be, for example, 1 minute or several minutes, 1 or several hours, 1 or several days, or the like.
上記方法によれば、各々の風車Tの風向、風速等の風況と発電出力とが所定期間ごとに取得され、取得された風況及び発電出力が上記所定期間内にウィンドファーム1で取得される実測値として扱われる。つまり、ある時点においてウィンドファーム1から取得された風況及び発電出力を、その後の上記所定期間内おけるウィンドファーム1の風況及び発電出力として各風車Tに関する風況又は発電出力の予測値を算出することができるから、ウィンドファームモデル52による予測値の算出及びウィンドファーム1全体の代表風況を推定する推定ステップS30をオフラインで実行することができる。
According to the above method, the wind conditions such as the wind direction and wind speed of each windmill T and the power generation output are acquired every predetermined period, and the acquired wind conditions and power generation output are acquired by the
そして、上記何れかの実施形態に記載の構成を備えたウィンドファーム1により、全体の発電出力をより最適化可能なウィンドファーム1を提供することができる。
And the
上述した幾つかの実施形態において実現されるウィンドファーム1の運転方法は、ウィンドファーム・コントローラ10が出力最適化プログラム16を実行して行われる出力最適化制御(出力最適化処理)により実現される。
The operation method of the
幾つかの実施形態において、複数の風車Tを含むウィンドファーム1のウィンドファーム・コントローラ10は、ROM13に格納された出力最適化プログラム16を読み出してRAM12に展開し、これを実行することにより、例えば、各風車Tの発電出力又は風況を実測値ベースで逐一取得してモデル計算を行ったり、特定の風車Tのウィンドファーム1全体の風況や発電出力を代表させたりするような従来の方法に比べて、より高い精度で代表風況を求めることができる。
In some embodiments, the
なお、上述した幾つかの実施形態に係るウィンドファームの運転方法は、複数の情報処理装置を備えてもよく、これらの情報処理装置は、各処理を分散して行ってもよい。
また、上述した幾つかの本実施形態の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、上述した種々の処理を行ってもよい。
Note that the wind farm operating methods according to some embodiments described above may include a plurality of information processing devices, and these information processing devices may perform each process in a distributed manner.
In addition, by recording a program for executing each process of some of the above-described embodiments on a computer-readable recording medium, causing the computer system to read and execute the program recorded on the recording medium The various processes described above may be performed.
なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、WWW(World Wide Web)システムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read−only Memory)、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、CD(Compact Disc)−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。 Here, the “computer system” may include hardware such as an OS (Operating System) and peripheral devices. Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW (World Wide Web) system is used. The “computer-readable recording medium” refers to a portable disk such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM (Read-only Memory), a writable nonvolatile memory such as a flash memory, a CD (Compact Disc) -ROM, or the like. A storage device such as a medium or a hard disk built in a computer system.
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (for example, DRAM (Dynamic) in a computer system serving as a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Random Access Memory)) that holds a program for a certain period of time is also included. The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
上述した本開示の少なくとも一実施形態によれば、ウィンドファーム1全体の最適化精度の向上を図ることができる。
According to at least one embodiment of the present disclosure described above, the optimization accuracy of the
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by changing the above-described embodiments and forms obtained by combining these forms.
1 ウィンドファーム
2 信号線
10 ウィンドファーム・コントローラ(ウィンドファームの制御装置)
11 CPU
12 RAM
13 ROM
14 バス
15 出力算出プログラム
16 出力最適化プログラム(運転制御プログラム)
17 データベース
18 発電出力分配テーブル(分配テーブル)
21 ヨーモータ
22 ヨーブレーキ駆動アクチュエータ
23 ピッチ駆動アクチュエータ
24 ピッチブレーキ駆動アクチュエータ
31 風向センサ
32 風速センサ
33 荷重センサ
50 取得部
52 ウィンドファームモデル(第1取得部/第2取得部)
54 推定部
102 ブレード
104 ハブ
105 ロータ(回転翼)
106 主軸
107 主軸軸受
108 ドライブトレイン
109 出力軸
110 発電機
112 ナセル
114 ナセル台板
116 タワー
118 ヨー旋回軸受
119 ヨー旋回機構
T,T1〜Tn 風車
11 CPU
12 RAM
13 ROM
14
17
21
54
106
Claims (8)
複数の前記風車の各々から風向又は風速を含む風況若しくは発電出力の少なくとも一方を取得する取得ステップと、
各々の前記風車のピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値をウィンドファームモデルに入力して各々の前記風車に関する風況又は発電出力の予測値を算出する第1算出ステップと、
前記取得ステップで取得した前記風況又は前記発電出力と前記ウィンドファームモデルで算出された前記予測値との差分に基づき、前記ウィンドファーム全体における代表風況を推定する推定ステップと、
を備えたウィンドファームの運転方法。 A wind farm operating method including a plurality of windmills,
An acquisition step of acquiring at least one of a wind condition or a power generation output including a wind direction or a wind speed from each of the plurality of wind turbines;
A first calculation step of inputting a set value relating to a pitch angle, a yaw angle or a power generation output of each of the windmills to a wind farm model to calculate a predicted value of a wind condition or a power generation output relating to each of the windmills;
An estimation step for estimating a representative wind condition in the entire wind farm based on the difference between the wind condition obtained in the obtaining step or the power generation output and the predicted value calculated by the wind farm model;
Wind farm operation method equipped with.
請求項1に記載のウィンドファームの運転方法。 2. The wind farm operation according to claim 1, further comprising a second calculation step of inputting the representative wind condition estimated in the estimation step to the wind farm model to obtain an optimum value of the set value for each wind turbine. Method.
請求項2に記載のウィンドファームの運転方法。 The wind farm operating method according to claim 2, further comprising a command step of issuing a command to each of the wind turbines based on the set value obtained in the second calculation step.
請求項1〜3の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。 The wind farm operating method according to any one of claims 1 to 3, wherein the wind farm model is a physical model in consideration of the influence of a wake.
請求項1〜4の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。 The wind farm operating method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the obtaining step, the wind direction, wind speed, and power generation output of each windmill are obtained at predetermined intervals.
複数の前記風車の各々から風向又は風速を含む風況若しくは発電出力の少なくとも一方を取得する取得部と、
各々の前記風車のピッチ角、ヨー角又は発電出力に関する設定値をウィンドファームモデルに入力して各々の前記風車に関する風況又は発電出力の予測値を算出する第1算出部と、
前記取得部で取得した前記風況又は前記発電出力と前記第1算出部で算出された前記予測値との差分に基づき、前記ウィンドファーム全体における代表風況を推定する推定部と、
を備えたウィンドファームの制御装置。 A wind farm control device including a plurality of wind turbines,
An acquisition unit for acquiring at least one of a wind condition or a power generation output including a wind direction or a wind speed from each of the plurality of wind turbines;
A first calculation unit that inputs a set value related to the pitch angle, yaw angle, or power generation output of each windmill to a wind farm model, and calculates a predicted value of the wind condition or power generation output related to each windmill;
An estimation unit that estimates a representative wind condition in the entire wind farm based on a difference between the wind condition acquired by the acquisition unit or the power generation output and the predicted value calculated by the first calculation unit;
Wind farm control device.
前記複数の風車の運転制御を行うように構成された請求項6又は7に記載の制御装置と、
を備えたウィンドファーム。 Multiple windmills,
The control device according to claim 6 or 7 configured to perform operation control of the plurality of wind turbines,
Wind farm with
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