JP6139530B2 - 発電システム - Google Patents
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Description
図1に示すように、本実施形態の発電システム1は、風力発電装置2と太陽熱発電装置3とを複合(コンバインド)させたハイブリッド発電システムである。
第2実施形態について図5を参照して説明する。
図6は、第3実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。
[A]全体構成
図12は、第4実施形態に係る発電システムの概念を示す概念図である。
風力発電装置2は、プロペラ型の風車を含み、図12に示すように、ロータ21aと発電機21とパワーコンディショナ22とを備えている。
太陽熱発電装置3は、たとえば、パラボリック・トラフ式であり、図12に示すように、集熱部3Aと発電部3Bとを含む。
インバータ40は、半導体変換器であって、制御装置100が出力した制御信号に基づいて動作する。出力制御装置50は、発電部3Bの出力を制御する。
制御装置100は、図12に示すように、カレントトランスフォーマ23(ポテンシャルトランスフォーマ)から風力発電出力信号Sαが入力される。そして、制御装置100は、風力発電出力信号Sαに基づいて、第1制御信号S10をインバータ40に出力する。これと共に、制御装置100は、風力発電出力信号Sαに基づいて、第2制御信号S20を出力制御装置50に出力する。
制御装置100のうち、ハイパスフィルタ111は、図13に示すように、カレントトランスフォーマ23から風力発電出力信号Sαが入力される。そして、ハイパスフィルタ111は、その風力発電出力信号Sαについてハイパスフィルタリング処理を行い、風力発電出力信号Sαに含まれる高周波成分信号S1を抽出して出力する。
制御装置100のうち、第1関数器112は、図13に示すように、ハイパスフィルタ111から高周波成分信号S1が入力される。そして、第1関数器112は、予め記憶している関数を用いて、入力された高周波成分信号S1から第1制御信号S10を算出する処理を行い、その第1制御信号S10をインバータ40に出力する。
制御装置100のうち、第2関数器120は、図13に示すように、ハイパスフィルタ111から高周波成分信号S1が入力される。そして、第2関数器120は、予め記憶している関数を用いて、入力された高周波成分信号S1から第2制御信号S20を算出し、その第2制御信号S20を出力制御装置50に出力する。
図16A,図16B,図16C,図17A,図17Bは、第4実施形態に係る発電システムにおいて、制御装置で用いられるデータを示す図である。
以上のように、本実施形態の発電システム1では、風力発電装置2において、風力によって発電した電力E1(第1電力)が第1送電線200に出力される。この他に、太陽熱発電装置3では、太陽熱及びヒータ133で加熱された熱媒F1と熱交換がされた作動流体F2によって発電された電力E2(第2電力)が、第2送電線300に出力される。このとき、本実施形態では、風力発電装置2が出力した電力E1のうち、一部の電力E12を、インバータ40が第1制御信号S10に応じてヒータ133に出力する。これと共に、出力制御装置50が、第2制御信号S20に応じて、太陽熱発電装置3が出力する電力E2を調整し、第2送電線300を介して、第1送電線200に出力する。制御装置100は、電力E1に応じて得られた風力発電出力信号Sαに基づいて、第1制御信号S10をインバータ40に出力すると共に、第2制御信号S20を出力制御装置50に出力する。具体的には、制御装置100は、ハイパスフィルタ111が風力発電出力信号Sαに含まれる高周波成分信号S1を抽出する。そして、第1関数器112(第1制御信号算出部)が、高周波成分信号S1のうち正成分を抽出することによって第1制御信号S10を算出する。そして、第2関数器120(第2制御信号算出部)が、高周波成分信号S1のうち負成分を抽出することによって第2制御信号S20を算出する。
[A]構成
図19は、第5実施形態に係る発電システムにおいて、制御装置、及び、制御装置との間においてデータの入出力を行う部材を示すブロック図である。
図20A,図20B,図20C,図20D,図21A,図21Bは、第5実施形態に係る発電システムにおいて、制御装置で用いられるデータを示す図である。
以上のように、本実施形態では、制御装置100は、電力E1に応じて得られた風力発電出力信号Sαの他に、電力E2に応じて得られた太陽熱発電出力信号Sβに基づいて、第1制御信号S10をインバータ40に出力すると共に、第2制御信号S20を出力制御装置50に出力する。具体的には、制御装置100では、包絡線推定部112bが、高周波成分信号S1の包絡線のうち極小値側の包絡線について推定する処理を行うことによって、包絡線信号S2bを算出する。そして、第1加減算器113bが高周波成分信号S1から包絡線信号S2bを減算する処理を行うことによって、第1加減算器出力信号S3bを算出する。そして、第2加減算器114bが第1加減算器出力信号S3bから太陽熱発電出力信号Sβを減算する処理を行うことによって第2加減算器出力信号S4bを算出する。その後、第1関数器112(第1制御信号算出部)が、第2加減算器出力信号S4bのうち正成分を抽出することによって第1制御信号S10を算出する。これと共に、第2関数器120(第2制御信号算出部)が、第2加減算器出力信号S4bのうち負成分を抽出することによって第2制御信号S20を算出する。
Claims (14)
- 風力発電装置と、
太陽熱により熱媒を加熱する加熱器と、前記加熱器により加熱された前記熱媒の熱と発電機の駆動機構を作動させる作動流体の熱とを熱交換する熱交換器と、を有する太陽熱発電装置と、
前記風力発電装置により発電された電力を、前記熱媒を加熱する熱に変換する電熱変換部と、
を備え、前記風力発電装置により発電された電力のうちの所定の周波数よりも高い高周波成分を前記電熱変換部へ与えて前記熱媒を加熱する熱に変換し、残部を配電系統へ出力する発電システム。 - 前記電熱変換部は、
電気ヒータと、
供給される電力を前記電気ヒータの駆動電力に変換するための電力変換部と、
前記風力発電装置による発電電力の前記高周波成分が前記電気ヒータの駆動電力に変換されるように前記電力変換部の動作を制御するハイパスフィルタを含む電力変換制御部と、
を備える請求項1記載の発電システム。 - 前記ハイパスフィルタは、1分よりも小さい時定数が設定されている、請求項2記載の発電システム。
- 前記加熱器は、
太陽光を集光するミラーと、
前記熱媒が内部を移送されるパイプと、
前記パイプに対する前記ミラーの相対的な向きを変更するミラー駆動部と、
を有し、
前記パイプを流路の一部として備え、前記加熱器、前記電熱変換部及び前記熱交換器を経由しながら前記熱媒が循環される熱媒循環流路と、
前記熱媒循環流路を循環する前記熱媒の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサによる検出結果に基づいて、前記ミラー駆動部の動作を制御する熱媒加熱制御部と、
をさらに備える請求項1ないし3のいずれか1項に記載の発電システム。 - 前記熱媒循環流路に沿って前記熱媒を移送する動力を発生させる熱媒移送ポンプをさらに備え、
前記熱媒加熱制御部は、前記温度センサによる検出結果に基づいて、前記熱媒移送ポンプの動作を制御する、
請求項4記載の発電システム。 - 風車の回転によって電力を発生する風力発電と、太陽熱集熱器で集熱した熱で熱媒循環用のパイプ内を循環する熱媒を加熱して前記熱媒を発電に利用する太陽熱発電とを複合させた発電システムにおいて、
前記風力発電により得られる風力発電電力から平滑化された平滑電力信号を生成する平滑電力信号生成部と、
前記平滑電力信号生成部により生成された平滑電力信号と、前記風車から測定した前記風車の回転数と、予め記憶された前記風車の羽根の回転を模擬するデータとを基に、回転する前記風車の羽根が前記風車の塔を通過する際の発電出力の減少量を求め、前記減少量を前記平滑電力信号から差し引くことでタワーシャドウ効果電力を生成するタワーシャドウ効果電力生成部と、
前記タワーシャドウ効果電力生成部により生成されたタワーシャドウ効果電力と、前記平滑電力信号生成部から出力された平滑電力信号とを基に、短期で上下に変動する前記風力発電電力の下限値を結ぶ包絡線を生成する包絡線生成部と、
前記包絡線生成部により生成された包絡線に従い前記風力発電電力から短期の変動成分を分離する短期変動成分分離部と、
前記短期変動成分分離部により分離された短期の変動成分を、前記熱媒循環用のパイプを加熱するヒータを駆動する電力に変換する電力変換部と
を備える発電システム。 - 前記包絡線生成部は、
前記タワーシャドウ効果電力を前記風力発電電力に加えて得た電力信号から、前記シャドウ効果電力の振幅を差し引いて包絡線を生成する請求項6記載の発電システム。 - 前記タワーシャドウ効果電力生成部が、
前記風車の羽根が前記塔の陰になるタイミングを計算し、前記タイミングでのトルク減少を計算し、前記トルク減少による発電量の減少量を計算するタワーシャドウ効果電力計算部を備える請求項6記載の発電システム。 - 前記平滑電力生成部が、
前記風力発電電力を、1秒〜60秒の時定数で遅らせて平滑し出力する遅れフィルタを備える請求項6記載の発電システム。 - 風力により発電した第1電力を第1送電線に出力する風力発電装置と、
太陽熱及びヒータで加熱された熱媒と熱交換がされた作動流体により発電した第2電力を第2送電線に出力する太陽熱発電装置と、
前記第1電力のうち一部の電力を第1制御信号に応じて前記ヒータに出力するインバータと、
前記第2電力を第2制御信号に応じて出力調整し、前記第1送電線に出力する出力制御装置と、
前記第1電力について得られた風力発電出力信号に基づいて、前記第1制御信号を前記インバータに出力すると共に、前記第2制御信号を前記出力制御装置に出力する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記風力発電出力信号に含まれる高周波成分信号を抽出するハイパスフィルタと、
前記高周波成分信号のうち正成分を抽出して得られる信号を前記第1制御信号として算出する第1制御信号算出部と、
前記高周波成分信号のうち負成分を抽出する共に正負を反転して得られる信号を、前記第2制御信号として算出する第2制御信号算出部とを有することを特徴とする、
発電システム。 - 前記ハイパスフィルタは、時定数が1分より小さいことを特徴とする、
請求項10に記載の発電システム。 - 前記制御装置は、前記第2制御信号算出部において前記高周波成分信号から負成分を抽出することによって得た信号にバイアスを加算した信号を、前記第2制御信号として、前記出力制御装置に出力することを特徴とする、
請求項10または11に記載の発電システム。 - 風力によって発電した第1電力を第1送電線に出力する風力発電装置と、
太陽熱及びヒータで加熱された熱媒と熱交換がされた作動流体によって発電した第2電力を第2送電線に出力する太陽熱発電装置と、
前記第1電力のうち一部の電力を、第1制御信号に応じて前記ヒータに出力するインバータと、
前記第2電力を第2制御信号に応じて出力調整し、前記第1送電線に出力する出力制御装置と、
前記第1電力について得られた風力発電出力信号、及び、前記第2電力について得られた太陽熱発電出力信号に基づいて、前記第1制御信号を前記インバータに出力すると共に、前記第2制御信号を前記出力制御装置に出力する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記風力発電出力信号に含まれる高周波成分信号を抽出するハイパスフィルタと、
前記高周波成分信号の包絡線のうち極小値側の包絡線について推定する処理を行うことによって包絡線信号を算出する包絡線推定部と、
前記高周波成分信号から前記包絡線信号を減算する処理を行うことによって、第1加減算器出力信号を算出する第1加減算器と、
前記第1加減算器出力信号から前記太陽熱発電出力信号を減算する処理を行うことによって第2加減算器出力信号を算出する第2加減算器と、
前記第2加減算器出力信号のうち正成分を抽出して得られる信号を前記第1制御信号として算出する第1制御信号算出部と、
前記第2加減算器出力信号のうち負成分を抽出する共に正負を反転して得られる信号を、前記第2制御信号として算出する第2制御信号算出部とを有することを特徴とする、
発電システム。 - 前記包絡線推定部は、前記高周波成分信号において、直前に検出した第1極小値と、その第1極小値の直前に検出した第2極小値とを直線で結び、外挿することによって、包絡線信号を算出することを特徴とする、
請求項13に記載の発電システム。
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