JP3423663B2 - 風力発電電力制御装置 - Google Patents
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Description
て負荷に電力を供給する際に風力発電機の回転速度を制
限することができる風力発電電力制御装置に関する。
機と整流回路とコンバータとインバータと負荷とを有し
て商用電源系統に接続されている。この種の風力発電シ
ステムにおいて、風速の増大によって風力発電機の発電
電力が急激に増大すると、風力発電システム側から商用
電源系統への電力供給が急増し、商用系統側の電圧及び
周波数が変動する恐れがある。この変動は、風力発電機
に対して固定の抵抗を選択的に接続することによって抑
制される。
を普及させるためには騒音及び振動を低減させることが
必要になる。風力発電機の騒音及び振動は強風時に大き
くなる。
騒音又は振動を抑制することができる風力発電電力制御
装置を提供することにある。
目的を解決するための本発明は、交流電圧を発生する風
力発電機に接続された整流回路と、前記整流回路に接続
され且つ少なくとも1つのスイッチ素子を含み、前記ス
イッチ素子のオン・オフ制御によって前記整流回路の直
流出力電圧のレベルを変換する直流−直流変換回路と、
前記風力発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、前記風力発電機の制限回転速度を示す信号を発生す
る制限回転速度信号発生手段と、前記回転速度検出手段
から得られた検出速度を示す信号と前記制限回転速度信
号発生手段から得られた制限回転速度を示す信号とを比
較する比較手段と、前記直流−直流変換回路の出力段の
電圧が所定値になるように前記スイッチ素子を制御し且
つ前記検出速度が前記制限回転速度よりも高いことを示
す前記比較手段の出力に応答して前記直流−直流変換回
路の出力電圧を上昇させるように前記スイッチ素子を制
御するスイッチ制御回路とを有していることを特徴とす
る風力発電電力制御装置に係わるものである。
変換回路の出力電圧を比較手段の出力で制御することが
できる。また、請求項3に示すように時間帯によって制
限回転速度を変えることが望ましい。
換回路を使用して出力電流を制御し、回転速度の制限を
行うので、特別な電流制御装置を設けないで出力電流の
制御を行うことができる。このため、回転速度制限を簡
単な回路で実行することができる。なお、直流−直流変
換回路の出力電圧を高めると、負荷電流が増大し、風力
発電機の電機子反作用に基づく電磁ブレーキ作用が増大
し、回転速度の上昇が抑えられる。また、請求項2に示
すように直流−交流変換回路(インバータ回路)の出力
電圧の制御によって風力発電機の出力電流を制御する場
合にも請求項1の発明と同様な効果を得ることができ
る。また、請求項3の発明によれば、風力発電機の設置
環境に応じて種々の制限回転速度を得ることができる。
本発明の実施形態及び実施例を説明する。
電力制御装置は図1に示すように、風力発電機1と、整
流回路2と、出力電流制御手段及び直流―直流変換手段
としてのDC−DCコンバータ3と、インバータ4と、
負荷5と、連系保護装置6と、商用電源連系端子7と、
充電回路8と、蓄電池9と、回転制御回路10と、上限
回転速度設定用固定負荷11と、スイッチ12とを備え
ている。
磁石から成る回転子14と、3相の電機子巻線15を有
する固定子とを備えた周知の交流発電機である。なお、
この交流発電機は外磁型と内磁型とのいずれであっても
よい。
た交流―直流変換手段としての整流回路2は周知の3相
ブリッジ型整流回路であって、風車13及び回転子14
の回転に基づいて電機子巻線15に発生した3相交流電
圧を直流電圧に変換する。整流回路2の出力電圧は例え
ば50V以下の比較的低い値を有する。
ータ3は、整流回路2の出力電圧をこれよりも高い電圧
(例えば350V)に変換し、且つコンバータ3の出力
電圧を一定に制御すると共に、本発明に従って出力電流
を制御するように出力電圧を調整するものである。従っ
て、コンバータ3は直流変換の機能の他に、本発明に従
う回転速度制限用の電流制御手段としての機能も有す
る。このコンバータ3の詳細は追って説明する。
は、コンバータ3から出力された直流電圧を商用周波数
(例えば50Hz)の正弦波交流電圧に変換するものであ
り、例えば、周知のブリッジ型インバータ、ハーフブリ
ッジ型インバータ等で構成し得る。
電システム系内の交流負荷である。インバータ4と商用
連系端子7との間に接続された連系保護装置6は商用電
源側が停電した時に風力発電システム側を商用側から切
り離すためのスイッチや連系に必要な周知の種々の手段
を含む。
ンバータ4の出力電圧又は商用連系端子7から供給され
た電圧を整流して蓄電池9を充電するものである。な
お、破線で示すように充電回路8をコンバータ3に接続
し、コンバータ3の直流出力電圧で蓄電池9を充電する
こともできる。蓄電池9が満充電状態にない時には蓄電
池9は風力発電システム内の負荷として機能する。蓄電
池9の電力を負荷5に供給するために蓄電池9はこの放
電手段としてのダイオード16を介してインバータ4の
入力端子に接続されている。なお、蓄電池9と負荷5と
の間に蓄電池出力専用のインバータを接続することもで
きる。
ための回転速度制限用負荷11はスイッチ12を介して
整流回路2に接続されている。この負荷11はコンバー
タ3の出力端子又はインバータ4の出力端子又は電機子
巻線15の出力端子に接続することもできる。
と標準モード信号発生器18と昼夜切換モード信号発生
器19と制限回転速度信号発生器20と上限回転速度信
号発生器21と第1及び第2の比較器22、23とモー
ド選択スイッチS1 、S2 とから成る。
出力ライン15aに接続され、発電機1の出力交流電圧
の周波数を検出し、この周波数に対応した電圧値を有す
る速度検出信号Vsを出力する。図2(A)は速度検出
器17を示し、交流抽出用コンデンサ17aと周波数−
電圧変換回路17bとから成る。発電機出力ライン15
aに接続されたコンデンサ17aは発電機出力電圧の交
流成分を抽出する。この交流成分の周波数は発電機1の
回転子14の回転速度に比例している。周波数−電圧変
換回路17bはコンデンサ17aで抽出された交流成分
の周波数に比例した電圧を出力するものであって、例え
ばVCO(電圧制御発振器)又は交流成分に対応したパ
ルスを形成する回路と単位時間当りのパルス数を計数
し、このパルス数に比例した電圧又はディジタル値を出
力するものである。なお、図2(A)で点線で示すよう
にコンデンサ17aを整流回路2の出力端子に接続する
ことができる。整流回路2の出力電圧には発電機1の回
転速度に比例した脈流成分が含まれているので、コンデ
ンサ17aでこの脈流成分を抽出することによって回転
速度を検出することができる。図2(B)は図2(A)
の回転速度検出器17の代りに使用することができる別
の回転速度検出器17’を示す。この速度検出器17’
は、コンデンサ17aと周波数−電圧変換回路17bの
他に電流検出器17cを有している。電流検出器17c
は発電機出力ライン15aに結合され、ここに流れる電
流を検出する。発電機出力電流の周波数は発電機1の回
転速度に比例しているので、これをコンデンサ17aで
抽出し、周波数−電圧変換回路17bで電圧に変換する
と速度検出信号Vs を得ることができる。なお、電流検
出器17cを図2(B)で点線で示すように整流回路2
の出力ラインに接続し、整流出力の脈流成分を検出する
ように接続変更することができる。
回転速度の制限を標準モードで実行することを示す標準
信号M1 を発生するものである。ここで、標準モードと
は1日中即ち24時間中同一条件で回転速度の抑制を実
行するモードである。
9aを内蔵し、例えば昼間としての8時〜20時の第1
の時間帯を示す例えば高レベル信号と夜間の20時〜8
時の第2の時間帯を示す例えば低レベル信号とを含む昼
夜切換モード信号M2 を発生するものである。なお、第
1及び第2の時間帯の区別をタイマ19aによって設定
する代りに、光センサ、太陽発電等によって昼夜判定を
自動的に行って昼夜切換モード信号を作成することもで
きる。
択スイッチS1 を介して制限回転速度信号発生器20に
接続され、昼夜切換モード信号発生器19は昼夜切換モ
ード選択スイッチS2 を介して制限回転速度信号発生器
20に接続されている。スイッチS1 、S2 は択一的に
オンになる。なお、スイッチS1 、S2 を設ける代り
に、標準モード信号発生器18と昼夜切換モード信号発
生器19とを択一的に動作させ、信号M1 、M2 を択一
的に送出することもできる。
たモードに従う制限回転速度に比例した電圧から成る制
限回転速度信号Vr1又はVr2を発生する。図3に原理的
に示すように制限回転速度信号発生器20は第1及び第
2の電圧源24、25と第1及び第2のスイッチ26、
27とNOT回路28とORゲート28aとから成る。
制限回転速度信号出力ライン29は第1のスイッチ28
を介して第1の電圧源24に接続されていると共に第2
のスイッチ29を介して第2の電圧源25に接続されて
いる。第1の電圧源24は図5に示す第1の基準電圧V
r1を発生する。第2の電圧源25は図5に示す第2の基
準電圧Vr2を発生する。第1及び第2の電圧源24、2
5は調整可能な可変電圧源であって、任意の電圧を発生
することができる。なお、第1及び第2の電圧源24、
25を電源端子とグランドとの間に3個の抵抗を直列接
続した共通の分圧回路で構成し、この分圧回路の第1の
分圧点から第1の基準電圧Vr1を得、第2の分圧点から
第2の基準電圧Vr2を得ることもできる。ライン30,
31はORゲート28aを介して第1のスイッチ26の
制御端子に接続され、ライン31はNOT回路28を介
して第2のスイッチ27の制御端子に接続されている。
従って、第1のスイッチ26は、図1の標準モード信号
発生器18に対してスイッチS1 を介して接続されるラ
イン30に標準モード信号M1 が供給されている時にオ
ンになり且つ昼夜切換モード信号発生器19に対してス
イッチS2 を介して接続されるライン31に昼夜切換モ
ード信号M2 の昼間を示す高レベル信号が供給されてい
る時にもオンになり、第1の基準電圧Vr1をライン29
に出力する。第2のスイッチ27はライン31に昼夜切
換モード信号M2 の夜間を示す低レベル信号が供給され
ている時にオンになって第2の基準電圧Vr2をライン2
9に出力する。図5から明らかなように第2の基準電圧
Vr2は第1の基準電圧Vr1よりも低く設定されている。
標準モード選択スイッチS1 がオンの時には、図3の第
1のスイッチ26がオンになり、ライン29には常に第
1の基準電圧Vr1からなる制限回転速度信号が出力す
る。また、昼夜切換モード選択スイッチS2 がオンの時
には、8時〜20時の第1の時間帯に第1のスイッチ2
6がオンになり、第1の基準電圧Vr1がライン29に出
力され、0時〜8時及び20時〜24時の第2の時間幅
に第2のスイッチ27がオンになり、第2の基準電圧V
r2がライン29に出力される。なお、第1の基準電圧V
r1は第1の制限回転速度に対応し、第2の基準電圧Vr2
は第2の制限回転速度に対応する。
検出器17に接続され、他方の入力端子は制限回転速度
信号発生器20の出力ライン29に接続されている。ラ
イン29は図5に示すように第1の基準電圧Vr1又は第
2の基準電圧Vr2となるので、速度検出器17から得ら
れた回転速度検出信号Vs が第1又は第2の基準電圧V
r1、Vr2よりも高くなる期間t1 〜t2 、t3 〜t4 、
t5 〜t6 、t7 〜t8 に出力ライン32に高レベルの
比較出力が得られ、これがコンバータ3に送られて発電
機1の回転速度の上昇の抑制に使用される。
検出器17に接続され、他方の入力端子は上限回転速度
信号発生器21に接続されている。上限回転速度信号発
生器21は、図5に示すように第1の基準電圧Vr1より
も高い第3の基準電圧Vr3から成る上限回転速度信号を
発生する。従って、図5のt5 ′〜t6 ′期間のように
回転速度検出信号Vs が第3の基準電圧Vr3よりも高く
なった時に比較器23は高レベル出力をライン33に送
出し、スイッチ12をオンに制御する。スイッチ12が
オンになると比較的小さい抵抗値の負荷11が整流回路
2に接続され、発電機1の出力電流即ち電機子電流が増
大し、電機子反作用による電磁ブレーキ作用によって発
電機1の回転速度の上昇が抑制される。この第2の比較
器23による制御は、第1の比較器22の出力によるコ
ンバータ3の制御によって発電機1の回転速度が所望値
に抑制されない時に生じる。
直流変換回路41とこの制御回路42とから成る。変換
回路41は昇圧用リアクトル43とトランジスタから成
るスイッチ素子44と整流ダイオード45と出力平滑用
コンデンサ46とから成る周知の昇圧用変換回路であ
る。スイッチ素子44は整流回路2の対の直流出力ライ
ン2a、2b間にリアクトル43を介して接続されてい
る。出力平滑用コンデンサ46はダイオード45を介し
てスイッチ素子44に並列に接続されている。従って、
スイッチ素子44をオン・オフすると、コンデンサ46
に昇圧された電圧を得ることができる。変換回路41は
図4の回路に限定されるものではなく、ブリッジ型又は
ハーフブリッジ型インバータと出力整流平滑回路との組
合せ回路又は一石型DC−DCコンバータ等とすること
ができる。
オフ制御するためのPWMパルスから成るスイッチ制御
信号を形成するものであって、電圧検出回路としての抵
抗47、48と、主基準電圧源49と、誤差増幅器50
と、主基準電圧源用スイッチ51と、鋸波発生回路52
と、比較器53と、補助基準電圧源54と、補助基準電
圧源用スイッチ55とから成る。2つの抵抗47、48
の直列回路は対のコンバータ出力ライン56、57間に
接続され、これ等の分圧点58に出力電圧検出値が得ら
れる。
58に接続され、この他方の入力端子はスイッチ51を
介して主基準電圧源49に接続されていると共にスイッ
チ55を介して補助基準電圧源54に接続されている。
スイッチ51は図1の比較器22の出力ライン32が低
レベルの時にオンになり、電圧源49の主基準電圧Va
を誤差増幅器50に送る。スイッチ55はスイッチ51
と逆に動作するものであって、ライン32が高レベルの
時にオンになり、電圧源54の補助基準電圧Vb を誤差
増幅器50に送る。主基準電圧Va はコンバータ3の通
常の定電圧制御のための基準電圧であり、補助基準電圧
Vb は回転速度制御用基準電圧であって、発電機1の出
力電流を増大させるために主基準電圧Va よりも好まし
くは0.1〜5%程度高く設定された電圧である。な
お、標準モード時には図5のt5 〜t6 期間に図4のス
イッチ55がオンになり、補助基準電圧Vb が誤差増幅
器50に入力し、昼夜切換モード時には、図5のt1 〜
t2 、t3 〜t4 、t5 〜t6 、t7 〜t8 期間に図4
のスイッチ55がオンになり、補助基準電圧Vb が誤差
増幅器50に入力する。
も十分に高い周波数(例えば20〜100kHz )で鋸波
電圧を発生する。PWM用比較器53は誤差増幅器50
の出力と鋸波発生回路52の出力とを比較して周知のP
WMパルスを形成し、スイッチ素子44の制御端子に送
り、スイッチ素子44をオン・オフ制御する。なお、補
助基準電圧源55を設ける代りに、鋸波発生回路52の
鋸波電圧にVb −Vaに相当するバイアス電圧をライン
32の高レベル期間のみ与える手段を設けることができ
る。このように鋸波電圧にバイアス電圧を付加すると、
比較器53の出力PWMパルスの幅が増大し、変換回路
41の出力電圧のレベルが高くなり、発電機1の出力電
流が増大する。また、誤差増幅器50と比較器53の間
に減算器を接続し、ライン32が高レベルの期間におい
てVb −Va に相当する補正電圧を誤差出力から減算す
ることができる。
風力発電機1の発生可能な最大電力量を示す。この特性
線Aから明らかなように風速が高くなるに従って出力可
能な電力量は増加する。回転数が2200rpm よりも高
くなっても出力電力量は増大するが、この実施例では騒
音及び振動を防止するために発電機1の回転数を最大で
2200rpm に制限する。図5の第3の基準電圧Vr3は
上限回転数2200rpm に相当している。第1の基準電
圧Vr1は上限回転数2200rpm の80〜99%程度の
回転数に対応している。第2の基準電圧Vr2は第1の基
準電圧Vr1に対応する回転数の60〜90%程度の回転
数に対応している。
る時には、標準モード信号発生器18の出力をスイッチ
S1 を介して制限回転速度信号発生器20に送る。回転
速度検出信号Vs が図5に示すように変化し、標準モー
ドが設定されているとすれば、t5 〜t6 期間に第1の
基準電圧Vr1を回転速度検出信号Vs が横切る。この結
果、t5 〜t6 区間で第1の比較器22の出力が高レベ
ルになり、これに応答して図4のスイッチ55がオンに
なり、補助基準電圧Vb が誤差増幅器50に送られる。
これにより、比較器53から出力されるPWMパルスの
幅が広がり、変換回路41の出力電圧が高くなり、負荷
5に流れる電流、蓄電池9に流れる電流、及び商用連系
端子6から商用側に流れる電流が増大する。夜間に風力
発電機1の回転速度を低く抑えたい時には、昼夜切換モ
ード用スイッチS2 をオンにする。これにより、図5の
場合にはt1 〜t2 、t3 〜t4 、t7 〜t8 において
も図4のスイッチ55がオンになり、発電機1の出力電
流が増大し、回転速度の上昇が抑制される。この結果、
夜間の騒音が低下する。
制動作のみで回転速度を所望値に抑えることができず、
検出回転速度Vs が第3の基準電圧Vr3よりも高くなる
と、第2の比較器23の出力によってスイッチ12がオ
ンになり、発電機1の出力電流が増大し、回転速度の上
昇が抑制される。従って、本実施例においては、コンバ
ータ3と補助負荷11との両方によって回転速度の上昇
を円滑且つ小刻みに抑制することができる。
施例の風力発電電力制御装置を説明する。但し、第2の
実施例を示す図7〜図9において第1の実施例を示す図
1〜図6と共通する部分には同一の符号を付し、その説
明を省略する。また、第2の実施例の風力発電電力制御
装置において第1の実施例と共通する多くの部分の図示
を省略し、第2の実施例においても図1〜図6を参照す
る。
図1の回転制御回路10を図7の回転制御回路10aに
変形し、また、図4の制御回路42を図8の制御回路4
2aに変形した他は、第1の実施例の風力発電電力制御
装置と同一に形成したものである。
御回路10と同様に速度検出器17と標準モード信号発
生器18と昼夜切換モード信号発生器19とを有する。
しかし、図7の回転制御回路10aは、図1とは異なる
制限回転速度信号発生器と比較手段を有している。
発生器20の代りに、標準モード用及び昼夜切換モード
の昼間用として第1、第2及び第3の回転速度検出用基
準電圧源24a、24b、24cが設けられ、また昼夜
切換モードの夜間用として第4、第5及び第6の回転速
度検出用基準電圧源24d、24e、24fが設けられ
ている。第1、第2及び第3の回転速度検出用基準電圧
源24a、24b、24cの第1、第2及び第3の回転
速度検出用基準電圧Vr1a 、Vr1b 、Vr1c は図9に示
すようにこの順番に高くなるように設定されている。第
4、第5及び第6の回転速度検出用基準電圧源24d、
24e、24fの第4、第5及び第6の回転速度検出用
基準電圧Vr1d 、Vre、Vr1f は図9に示すようにこの
順番に高くなり且つ第1、第2及び第3の回転速度検出
用基準電圧Vr1a 、Vr1b 、Vr1c よりも低くなるよう
に設定されている。なお、基準電圧源24a〜24fは
複数の分圧点を有する抵抗の直列回路から成る共通の分
圧回路によって構成することもできる。
代りに、第1〜第6の比較器22a、22b、22c、
22d、22e、22fを有する。第1〜第6の比較器
22a〜22fの一方の入力端子は速度検出器17にそ
れぞれ接続され、他方の入力端子は基準電圧源24a〜
24fに接続されている。第1、第2及び第3の比較器
22a、22b、22cの出力から1つを選択するため
の論理回路として、2つのANDゲート60、61と2
つのNOT回路62、63が設けられている。第1のA
NDゲート60の一方の入力端子は第1の比較器22a
に接続され、この他方の入力端子はNOT回路62を介
して第2の比較器22bに接続されている。第2のAN
Dゲートの一方の入力端子は第2の比較器22bに接続
され、この他方の入力端子はNOT回路63を介して第
3の比較器22cに接続されている。この結果、第1及
び第2のANDゲート60、61の出力ラインA1 、A
2と第3の比較器22cの出力ラインA3 には第1〜第
3の比較器22a〜22cの内の1つの出力のみが得ら
れる。
e、22fの出力から1つを選択するための論理回路と
して、ANDゲート64、65とNOT回路66、67
とが設けられている。ANDゲート64の一方の入力端
子は第4の比較器22dに接続され、この他方の入力端
子はNOT回路66を介して第5の比較器22eに接続
されている。ANDゲート65の一方の入力端子は第5
の比較器22eに接続され、この他方の入力端子はNO
T回路67を介して第6の比較器22fに接続されてい
る。従って、ANDゲート64、65の出力ラインA4
、A5 と比較器22fの出力ラインA6 には第4、第
5及び第6の比較器22d、22e、22fから選択さ
れた1つの出力のみが得られる。
回路42と同一の出力電圧検出用抵抗47、48と、通
常の定電圧制御用基準電圧源49と、誤差増幅器50
と、スイッチ51と、鋸波発生器52と、PWM用比較
器53とを有する他に、第1〜第6の回転制御用基準電
圧源71、72、73、74、75、76と、第1〜第
6の基準電圧切換用スイッチ77、78、79、80、
81、82と、第1及び第2のモード切換スイッチ8
3、84と、ORゲート85と、NOT回路86とOR
ゲート87とを有する。
73の電圧Vb1、Vb2、Vb3はこの順に高くなり且つ通
常の定電圧制御用基準電圧源49の電圧Va よりも高く
設定されている。また、第4〜第6の回転制御用基準電
圧源74〜76の電圧Vb4、Vb5、Vb6もこの順に
高くなり且つ定電圧制御用基準電圧源49の電圧Vaよ
りも高く設定されている。第1、第2及び第3の回転制
御用基準電圧源71、72、73は第1、第2及び第3
の基準電圧切換用スイッチ77、78、79を介して互
いに並列に接続され、更に第1のモード切換スイッチ8
3を介して誤差増幅器50の負入力端子に接続されてい
る。第4、第5及び第6の回転制御用基準電圧源74、
75、76は第4、、第5及び第6の基準電圧切換用ス
イッチ80、81、82を介して互いに並列に接続さ
れ、更に第2のモード切換スイッチ84を介して誤差増
幅器50の負入力端子に接続されている。第1、第2、
第3、第4、第5及び第6の基準電圧切換用スイッチ7
7、78、79、80、81、82は第1〜第6のライ
ンA1 、A2 、A3 、A4 、A5 、A6 が高レベルの時
にオンになる。なお、図8の第1〜第6のラインA1 〜
A6 は図7で同一符号で示すラインA1 〜A6 に接続さ
れる。
に接続されている。従って、ライン30に標準モード信
号M1 が与えられている時、又はライン31に高レベル
の昼夜切換モード信号M2 が与えられている時にORゲ
ート85は高レベル出力を発生し、第1のモード切換ス
イッチ83をオンに制御する。第2のモード切換スイッ
チ84はライン31に接続されたNOT回路86の高レ
ベル出力に応答してオンになる。なお、NOT回路86
に直列に昼夜切換モード選択スイッチS2 ′が接続され
ているので、第2のモード切換スイッチ84は昼夜切換
モードの時にのみNOT回路86の出力に応答する。図
8の昼夜切換モード選択スイッチS2 ′は図7のスイッ
チS2 に連動し、昼夜切換モード時のみにオンになる。
を制御するための6入力ORゲート87は第1〜第6の
ラインA1 〜A6 に接続されている。スイッチ51は6
入力ORゲート87の出力が低レベルの時にオンにな
り、高レベルの時にオフになる。
作されている時には、図8の第1のモード切換スイッチ
83がオンになる。図9のt2 時点に示すように回転速
度検出信号Vs が電圧源24aの第1の回転速度検出用
基準電圧Vr1a に達すると、図7の第1の比較器22a
の出力が高レベルになり、第1のANDゲート60及び
ラインA1 も高レベルになり、図8のスイッチ77がオ
ンになり、スイッチ51がオフになる。この結果、通常
制御用基準電圧源49が切り離され、この代りに第1の
回転制御用基準電圧源71が誤差増幅器50に接続され
る。電圧源71の電圧Vb1は電圧源49の電圧Va より
も僅かに高いので、コンバータ3の出力電圧を増大させ
る動作が第1の実施例と同様な原理で生じ、風力発電機
1の負荷電流が増大し、風力発電機1の回転速度の上昇
が抑制される。電圧源71の基準電圧Vb1はインバータ
4の出力電圧の増大を防ぐために通常の定電圧制御の基
準電圧Va よりも大幅に高くすることができない。従っ
て、第1の回転制御用基準電圧Vb1によって回転速度を
目標値に抑えることが不可能な場合もある。この様な場
合には、回転速度検出信号Vs が更に上昇するので、第
2の比較器22bから高レベル出力が発生し、図8のス
イッチ78がオンになり、電圧源72の第2の回転速度
制御用基準電圧Vb2が誤差増幅器50に供給される。こ
れにより、コンバータ3の出力電圧を高める動作が生
じ、負荷電流が増大し、風力発電機1の回転速度の上昇
の抑制作用即ち電磁ブレーキ作用が強くなる。第2の回
転速度制御用基準電圧Vb2によって目標とする回転速度
にならない時には、図7の第3の比較器22cの出力が
高レベルになり、図8の第3のスイッチ79がオンにな
り、第3の回転速度制御用基準電圧Vb3が誤差増幅器5
0に供給され、コンバータ3の出力電圧を高める動作が
生じ、負荷電流が増大し、回転速度の上昇が抑制され
る。上述のように、第1、第2及び第3の比較器22
a、22b、22cの出力によって段階的にコンバータ
3の出力電圧を高めると、出力電圧の急激な変化が発生
せず、商用電源との連系の乱れを防ぐことができる。第
3の比較器22cの出力によっても回転速度を上限回転
速度以下に抑えることができない時には、上限回転速度
検出用比較器23の出力が高レベルになり、図1のスイ
ッチ12がオンになり、負荷電流が大幅に増大し、風力
発電機1の回転速度が強制的に上限回転数(2200rp
m )以下に抑えられる。
オンの時には、ライン31が8〜20時の第1の時間帯
で高レベル、20時〜8時の第2の時間帯で低レベルに
なる。8時〜20時の第1の時間帯の時には図8のスイ
ッチ83がオンになり、標準モード時と同様に第1、第
2及び第3の比較器22a、22b、22cの出力に基
づいて第1、第2及び第3の回転速度制御用基準電圧V
b1、Vb2、Vb3が選択され、標準モード時と同様な回転
速度制御が生じる。20時〜8時の第2の時間帯の時に
は、図8のNOT回路86の出力が高レベルになり且つ
スイッチS2 ′がオンになり、更にスイッチ84がオン
になる。この状態で例えば図9のt1 時点になると、図
7の第4の比較器22dの出力が高レベルになり、図8
のスイッチ80がオンになり、第4の回転速度制御用基
準電圧Vb4が誤差増幅器50に供給され、図9のt2 時
点の場合と同様な回転速度制御動作が生じる。
回転速度を昼間のそれと同一にしているが、夜間の上限
回転速度検出用の比較器を独立に設け、図9の基準電圧
Vr3よりも低い基準電圧を上記夜間の上限回転速度検出
用比較器に与えてもよい。
3の実施例の風力発電電力制御装置を説明する。但し、
図10及び図11において図1〜図4と実質的に同一の
部分には同一の符号を付してその説明を省略する。ま
た、第3の実施例においても図1〜図6を参照する。
コンバータ3及びインバータ4を変形したコンバータ3
a、インバータ4aを設けた他は図1と同一に構成した
ものである。図10のコンバータ3aは図4のコンバー
タ3から基準電圧源54とスイッチ55とを省いた他は
図4と同一に形成したものである。図10のインバータ
4aは、図1のインバータ4に回転速度制御系を付加し
たものであり、図11に原理的に示すように、直流−交
流変換回路91とこの制御回路92とから成る。変換回
路91はコンバータ3aの直流出力ラインに対してブリ
ッジ接続されたスイッチQ1 〜Q6 とフィルタ93とか
ら成る周知の回路である。図11には3相変換回路91
が示されているが、勿論単相変換回路にすることもでき
る。
を一定にするようにスイッチQ1 〜Q6 をオン・オフ制
御すると共に、風力発電機1の回転速度を制限するよう
にスイッチQ1 〜Q6 を制御するものであって、電圧検
出回路94と定電圧制御用基準電圧源49aと誤差増幅
器50aとスイッチ51aと鋸波発生回路52aとPW
Mパルス用比較器53aと回転速度制御用基準電圧源5
4aとスイッチ55aと正弦波基準電圧信号発生器95
と乗算器96と制御信号形成回路97とから成る。
の出力電圧を検出して誤差増幅器50aに与える。図1
1の基準電圧源49a、誤差増幅器50a、スイッチ5
1a、鋸波発生回路52a、比較器53a、回転速度制
御用基準電圧源54a及びスイッチ55aは、図4の基
準電圧源49、誤差増幅器50、鋸波発生回路52、比
較器53、回転速度制御用基準電圧源54及びスイッチ
55と同様に動作する。また、電圧源49a、54aの
基準電圧Va ′及びVb ′は図4の基準電圧Va 及びV
b と同様にVa ′<Vb ′に設定されている。スイッチ
55aは図10のライン32が高レベルの時にオンにな
る。スイッチ51aはスイッチ55aと反対に動作す
る。従って、誤差増幅器50aの負入力端子には発電機
1の回転速度が制限回転速度よりも高くなった時にのみ
回転速度制御用基準電圧Vb ′が供給される。正弦波基
準信号発生器95は、商用連系端子7の正弦波交流電圧
に同期した正弦波電圧を発生する。乗算器96は正弦波
基準信号発生器95の出力に誤差増幅器50aの出力を
乗算して正弦波基準電圧の振幅を調整する。比較器53
aの負入力端子は乗算器96に接続され、正入力端子は
鋸波発生回路52aに接続されている。鋸波発生回路5
2aは商用電源の周波数よりも十分に高い周波数で鋸波
電圧を発生するので、比較器53aからはインバータ4
aから正弦波出力電圧を得られるようにPWM変調され
たパルスが発生する。制御信号形成回路97は比較器5
3aの出力に基づいて周知の方法でスイッチQ1 〜Q6
のオン・オフ制御信号を形成する。
いても、例えば図5に示すように発電機1の回転速度が
変化すると、第1の実施例と同様に回転速度の上昇を抑
制する動作が生じる。要するに、第1の実施例ではコン
バータ3で出力電圧を制御したのに代って第3の実施例
ではインバータ4aによって出力電圧を制御し、負荷電
流の増大を図り、電磁ブレーキ効果で回転速度の上昇を
抑制している。従って、第3の実施例によっても第1の
実施例と同一の効果を得ることができる。
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 第3の実施例でインバータ4aで回転速度を制
御する場合においても、図7〜図9に示す第2の実施例
と同様に多段階制御を行うことができる。 (2) 負荷11を抵抗で構成せずに蓄電池とすること
ができる。 (3) 昼夜切換モードの昼間時間帯と夜間時間帯の時
間幅を任意に変えることができる。 (4) 1日を3つ以上の時間帯に分け、各時間帯の制
限回転速度に差を持たせることができる。 (5) 実施例では回転速度検出器17を交流又は脈流
成分によって回転速度を検出する構成にしているので、
この構成の簡略化が図られているが、これに代って回転
子14又は風車13の回転を光学的又は電磁的に検出
し、回転速度を示す信号を得ることもできる。
を示すブロック図である。
ある。
示す図である。
関係を示す図である。
御回路を示す回路図である。
路図である。
速度制御との関係を示す図である。
ブロック図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 交流電圧を発生する風力発電機に接続さ
れた整流回路と、 前記整流回路に接続され且つ少なくとも1つのスイッチ
素子を含み、前記スイッチ素子のオン・オフ制御によっ
て前記整流回路の直流出力電圧のレベルを変換する直流
−直流変換回路と、 前記風力発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、 前記風力発電機の制限回転速度を示す信号を発生する制
限回転速度信号発生手段と、 前記回転速度検出手段から得られた検出速度を示す信号
と前記制限回転速度信号発生手段から得られた制限回転
速度を示す信号とを比較する比較手段と、 前記直流−直流変換回路の出力段の電圧が所定値になる
ように前記スイッチ素子を制御し且つ前記検出速度が前
記制限回転速度よりも高いことを示す前記比較手段の出
力に応答して前記直流−直流変換回路の出力電圧を上昇
させるように前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御
回路と を有していることを特徴とする風力発電電力制御
装置。 - 【請求項2】 交流電圧を発生する風力発電機に接続さ
れた整流回路と、 前記整流回路に接続され且つ少なくとも1つのスイッチ
素子を含み、前記スイッチ素子のオン・オフ制御によっ
て前記整流回路の直流出力電圧のレベルを変換する直流
−直流変換回路と、 前記直流−直流変換回路に接続された直流−交流変換回
路と、 前記風力発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、 前記風力発電機の制限回転速度を示す信号を発生する制
限回転速度信号発生手段と、 前記回転速度検出手段から得られた検出速度を示す信号
と前記制限回転速度信号発生手段から得られた制限回転
速度を示す信号とを比較する比較手段と、 前記直流−交流変換回路の出力段の電圧が所定値になる
ように前記直流−交流変換回路を制御し且つ前記検出速
度が前記制限回転速度よりも高いことを示す前記比較手
段の出力に応答して前記直流−交流変換回路の出力電圧
を上昇させるように前記直流−交流変換回路を制御する
制御回路とを有して いることを特徴とする風力発電電力
制御装置。 - 【請求項3】 前記制限回転速度信号発生手段は、昼間
時間帯に第1の回転制御速度を示す信号(Vr1)を発
生し、夜間時間帯に前記第1の回転制限速度よりも低い
第2の制限回転速度を示す信号(Vr2)を発生するも
のである請求項1又は2記載の風力発電電力制御装置。
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- 2000-03-22 JP JP2000079854A patent/JP3423663B2/ja not_active Expired - Lifetime
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