JP7021745B2

JP7021745B2 - Fluid power generation system, control method of fluid power generation system and control device of fluid power generation device

Info

Publication number: JP7021745B2
Application number: JP2018086012A
Authority: JP
Inventors: 剛樋口; 裕一横井
Original assignee: Nagasaki University; Kyowakiden Industry Co Ltd
Current assignee: Nagasaki University; Kyowakiden Industry Co Ltd
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2038-04-27
Also published as: JP2019193489A

Description

本発明は、風車や水車などの翼車とそれに連結した界磁可変型の発電機で発電する流体発電システム、その制御方法、および、その制御装置に関する。 The present invention relates to a fluid power generation system that generates power by a wing wheel such as a wind turbine or a water turbine and a field variable type generator connected to the wing wheel, a control method thereof, and a control device thereof.

風力発電システムなどにおいて、発電機として巻線型誘導発電機や永久磁石同期発電機が用いられている。しかしながら、巻線型誘導発電機を用いたシステムでは、ブラシとスリップリングおよび増速機に起因する不具合が生じる場合がある。また永久磁石同期発電機を用いた発電システムでは、永久磁石に起因する不具合が生じる場合がある。 In wind power generation systems and the like, a wound induction generator and a permanent magnet synchronous generator are used as generators. However, in a system using a wound induction generator, problems due to brushes, slip rings, and a speed increaser may occur. Further, in a power generation system using a permanent magnet synchronous generator, a problem due to the permanent magnet may occur.

これらの不具合に対処するため、界磁可変型の発電機を用いる場合がある。特許文献１には、風力発電において、風車出力が最大となるように励磁電流を制御する方法が開示されている。特許文献２には、発電電力が最大発電量を超える場合に励磁電流を制御する方法が開示されている。 In order to deal with these problems, a field variable type generator may be used. Patent Document 1 discloses a method of controlling an exciting current so that a wind turbine output is maximized in wind power generation. Patent Document 2 discloses a method of controlling an exciting current when the generated power exceeds the maximum power generation amount.

特開２０１７－９３２７４号公報JP-A-2017-93274 特開２００９－２４０１６０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-240160

界磁可変型の発電機を用いる風力発電システムにおいて、風車出力が最大となるように直流励磁電流を回転速度の平方根に比例して制御する方法がある。しかし、これは最大出力の風車トルク特性が、（定数）×（回転速度）^２であること、および、当該（定数）が風速に依らず一定であることを前提としている。このような風車のトルク特性は特異的であり、それとは異なる特性を持つ種々の風車に一般化することはできない。また、負荷の変動を考慮していないため、負荷変動があるシステムには適用できない。 In a wind power generation system using a field variable generator, there is a method of controlling the DC excitation current in proportion to the square root of the rotation speed so that the wind turbine output is maximized. However, this is based on the premise that the maximum output wind turbine torque characteristic is (constant) × (rotational speed) ² and that the (constant) is constant regardless of the wind speed. The torque characteristics of such a wind turbine are specific and cannot be generalized to various wind turbines having different characteristics. Moreover, since the load fluctuation is not taken into consideration, it cannot be applied to a system having a load fluctuation.

界磁可変型の発電機を用いる発電システムにおいて、発電電力が最大発電電力を超える場合に励磁電流を抑制して発電機の出力電力を抑制する方法がある。この方法は、最大発電電力を定格出力として、定格出力を超える風速では弱め界磁で制御する。しかし、風車のトルク特性によっては、定格出力を超える風速において強め界磁によって定格出力になる解も存在するため、その場合の制御には適用できない。 In a power generation system using a field variable type generator, there is a method of suppressing the exciting current to suppress the output power of the generator when the generated power exceeds the maximum generated power. In this method, the maximum generated power is set as the rated output, and the wind speed exceeding the rated output is controlled by a field weakening. However, depending on the torque characteristics of the wind turbine, there is a solution in which the rated output is reached by the field strengthening at a wind speed exceeding the rated output, so that it cannot be applied to the control in that case.

そこで、本発明は、風車や水車などの翼車と界磁可変型の発電機とを用いる流体発電システムにおいて、種々の翼車特性に対して、負荷変動がある場合でも、翼車出力が定格出力以下の流速から定格出力を超える流速まで統一的に制御できるようにすることを目的とする。 Therefore, according to the present invention, in a fluid power generation system using an impeller such as a wind turbine or a water turbine and a field variable type generator, the impeller output is rated for various impeller characteristics even when the load fluctuates. The purpose is to enable unified control from the flow velocity below the output to the flow velocity above the rated output.

上述の目的を達成するため、本発明は、流体によって回転する翼車と前記翼車に軸が連結されて励磁巻線に印加する励磁電流の値によって逆トルクの値が定まる発電機とを備えて前記発電機の発電電力を負荷に供給する流体発電システムの制御方法において、前記流体の流速および前記翼車の回転速度から前記翼車の翼車トルクを求める翼車トルク・回転速度関数群を用いて現時点の流速に合致する翼車トルク・回転速度関数求める第１ステップと、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が最大となる第１回転速度とそのときの最大出力値を求める第２ステップと、前記最大出力値が定格出力値以下の場合は、前記翼車の目標回転速度を前記第１回転速度とし、前記翼車の目標トルクを前記最大出力値を前記目標回転速度で除した値とし、前記最大出力値が定格出力値を超える場合は、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が定格出力値となる第２の回転速度を求めて目標回転速度を前記第２の回転速度とし、目標トルクを定格出力値を前記目標回転速度で除した値とする第３ステップと、前記目標回転速度と前記目標トルクとから目標誘起電圧定数を求める第４ステップと、前記発電機の誘起電圧定数と前記励磁電流の関係を示す誘起電圧定数・励磁電流関数を用いて前記目標誘起電圧定数に対応する目標励磁電流を求める第５ステップと、前記目標励磁電流を前記励磁巻線に印加して前記発電機に目標逆トルクを発生させるプロセスと、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention includes an impeller that is rotated by a fluid and a generator in which a shaft is connected to the impeller and the value of the reverse torque is determined by the value of the exciting current applied to the exciting winding. In the control method of the fluid power generation system that supplies the generated power of the generator to the load, the impeller torque / rotation speed function group for obtaining the impeller torque of the impeller from the flow velocity of the fluid and the rotation speed of the impeller is obtained. The first step to obtain the impeller torque / rotational speed function that matches the current flow velocity by using it, and the first rotational speed at which the output of the impeller maximizes using the impeller torque / rotational speed function and the maximum at that time. In the second step of obtaining an output value, and when the maximum output value is equal to or less than the rated output value, the target rotation speed of the impeller is set to the first rotation speed, and the target torque of the impeller is set to the maximum output value. The value is divided by the target rotation speed, and if the maximum output value exceeds the rated output value, the second rotation speed at which the output of the impeller becomes the rated output value is calculated using the impeller torque / rotation speed function. The target induced voltage constant is obtained from the third step in which the target rotation speed is the second rotation speed and the target torque is the value obtained by dividing the rated output value by the target rotation speed, and the target rotation speed and the target torque. The fourth step of finding the target exciting current corresponding to the target induced voltage constant using the induced voltage constant / exciting current function showing the relationship between the induced voltage constant of the generator and the exciting current, and the fifth step. It is characterized by having a process of applying the target exciting current to the exciting winding to generate a target reverse torque in the generator.

また、本発明は、流体によって発電して発電電力を負荷に供給する流体発電システムにおいて、流体によって回転する翼車と、前記翼車に軸が連結されて励磁巻線に印加する励磁電流の値によって逆トルクの値が定まる発電機と、前記流体の流速および前記翼車の回転速度から前記翼車の翼車トルクを求める翼車トルク・回転速度関数群を用いて現時点の流速に合致する翼車トルク・回転速度関数を求める第１ステップと、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が最大となる第１回転速度とそのときの最大出力値を求める第２ステップと、前記最大出力値が定格出力値以下の場合は、前記翼車の目標回転速度を前記第１回転速度とし、前記翼車の目標トルクを前記最大出力値を前記目標回転速度で除した値とし、前記最大出力値が定格出力値を超える場合は、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が定格出力値となる第２の回転速度を求めて目標回転速度を前記第２の回転速度とし、目標トルクを定格出力値を前記目標回転速度で除した値とする第３ステップと、前記目標回転速度と前記目標トルクとから目標誘起電圧定数を求める第４ステップと、前記発電機の誘起電圧定数と前記励磁電流の関係を示す誘起電圧定数・励磁電流関数を用いて前記目標誘起電圧定数に対応する目標励磁電流を求める第５ステップと、前記目標励磁電流を前記励磁巻線に印加して前記発電機に目標逆トルクを発生させるプロセスと、を行う制御装置と、を有することを特徴とする。 Further, according to the present invention, in a fluid power generation system that generates power by a fluid and supplies the generated power to a load, a value of an exciting current applied to an exciting winding by connecting a shaft to the impeller that rotates by the fluid and the impeller. A wing that matches the current flow velocity by using a generator whose reverse torque value is determined by, and an impeller torque / rotational speed function group that obtains the impeller torque of the impeller from the flow velocity of the fluid and the rotational speed of the impeller. The first step of finding the vehicle torque / rotational speed function, the first step of finding the maximum output value of the impeller using the impeller torque / rotational speed function, and the second step of finding the maximum output value at that time. When the maximum output value is equal to or less than the rated output value, the target rotation speed of the impeller is defined as the first rotation speed, and the target torque of the impeller is defined as the value obtained by dividing the maximum output value by the target rotation speed. When the maximum output value exceeds the rated output value, the target rotation speed is determined by obtaining the second rotation speed at which the output of the impeller becomes the rated output value using the impeller torque / rotation speed function. The third step is the rotation speed of 2, and the target torque is the value obtained by dividing the rated output value by the target rotation speed, the fourth step of obtaining the target induced voltage constant from the target rotation speed and the target torque, and the above. The fifth step of finding the target exciting current corresponding to the target induced voltage constant using the induced voltage constant / exciting current function showing the relationship between the induced voltage constant of the generator and the exciting current, and the exciting winding of the target exciting current. It is characterized by having a process of applying to a wire to generate a target reverse torque in the generator, and a control device for performing the process.

また、本発明は、流体によって回転する翼車と、前記翼車に軸が連結されて励磁巻線に印加する励磁電流の値によって逆トルクの値が定まる発電機と、を備えて発電電力を負荷に供給する流体発電装置の制御装置において、前記流体の流速および前記翼車の回転速度から前記翼車の翼車トルクを求める翼車トルク・回転速度関数群を用いて現時点の流速に合致する翼車トルク・回転速度関数を求める第１ステップと、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が最大となる第１回転速度とそのときの最大出力値を求める第２ステップと、前記最大出力値が定格出力値以下の場合は、前記翼車の目標回転速度を前記第１回転速度とし、前記翼車の目標トルクを前記最大出力値を前記目標回転速度で除した値とし、前記最大出力値が定格出力値を超える場合は、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が定格出力値となる第２の回転速度を求めて目標回転速度を前記第２の回転速度とし、目標トルクを定格出力値を前記目標回転速度で除した値とする第３ステップと、前記目標回転速度と前記目標トルクとから目標誘起電圧定数を求める第４ステップと、前記発電機の誘起電圧定数と前記励磁電流の関係を示す誘起電圧定数・励磁電流関数を用いて前記目標誘起電圧定数に対応する目標励磁電流を求める第５ステップと、前記目標励磁電流を前記励磁巻線に印加して前記発電機に目標逆トルクを発生させるプロセスと、を行うことを特徴とする。 Further, the present invention comprises an impeller that is rotated by a fluid and a generator whose shaft is connected to the impeller and whose reverse torque value is determined by the value of the exciting current applied to the exciting winding. In the control device of the fluid power generator that supplies the load, the current flow velocity is matched by using the impeller torque / rotational speed function group that obtains the impeller torque of the impeller from the flow velocity of the fluid and the rotational speed of the impeller. The first step of obtaining the impeller torque / rotational speed function, and the second step of obtaining the maximum output value at that time and the first rotational speed at which the output of the impeller becomes maximum using the impeller torque / rotational speed function. When the maximum output value is equal to or less than the rated output value, the target rotation speed of the impeller is set as the first rotation speed, and the target torque of the impeller is the value obtained by dividing the maximum output value by the target rotation speed. When the maximum output value exceeds the rated output value, the target rotation speed is determined by obtaining a second rotation speed at which the output of the impeller becomes the rated output value using the impeller torque / rotation speed function. The second rotation speed is the third step in which the target torque is the value obtained by dividing the rated output value by the target rotation speed, and the fourth step in which the target induced voltage constant is obtained from the target rotation speed and the target torque. The fifth step of obtaining the target exciting current corresponding to the target induced voltage constant using the induced voltage constant / exciting current function showing the relationship between the induced voltage constant of the generator and the exciting current, and the excitation of the target exciting current. It is characterized in that a process of applying it to a winding to generate a target reverse torque in the generator is performed.

本発明によれば、風車や水車などの翼車と界磁可変型の発電機とを用いる流体発電システムにおいて、種々の翼車特性に対して、負荷変動がある場合でも、翼車出力が定格出力以下の流速から定格出力を超える流速まで統一的に制御できる。 According to the present invention, in a fluid power generation system using an impeller such as a wind turbine or a water turbine and a field variable type generator, the impeller output is rated for various impeller characteristics even when the load fluctuates. It is possible to uniformly control from the flow velocity below the output to the flow velocity exceeding the rated output.

本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態のブロック図である。It is a block diagram of the 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態における発電機の一部の横断面図である。It is sectional drawing of a part of the generator in 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態における発電機の動作概念図である。It is operation conceptual diagram of the generator in 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態における誘導起電力と回転速度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the induced electromotive force and the rotation speed in the 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態における誘起電圧定数と励磁電流の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the induced voltage constant and the exciting current in the 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態における翼車トルク特性を示すグラフである。It is a graph which shows the impeller torque characteristic in the 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態における制御装置６の演算フロー図である。It is a calculation flow diagram of the control device 6 in the 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態において所定の回転速度とトルクになる点を持つ翼車トルク特性の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the impeller torque characteristic which has the point which becomes the predetermined rotation speed and torque in the 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態において所定の回転速度とトルクになる点を持つ翼車トルク特性の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the impeller torque characteristic which has the point which becomes the predetermined rotational speed and torque in the 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態において翼車出力特性の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the impeller output characteristic in the 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態において翼車トルク特性上で制御目標点の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the control target point on the impeller torque characteristic in the 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態において翼車出力特性を示す他の例のグラフである。It is a graph of another example which shows the impeller output characteristic in 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態の翼車トルク特性において制御目標点の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the control target point in the impeller torque characteristic of the 1st Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第２の実施の形態の翼車トルク特性を示すグラフである。It is a graph which shows the impeller torque characteristic of the 2nd Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第２の実施の形態の翼車出力トルク特性上で制御目標点の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the control target point on the impeller output torque characteristic of the 2nd Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第２の実施の形態の翼車出力トルク特性において制御目標点の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the control target point in the impeller output torque characteristic of the 2nd Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る風力発電システムの第３の実施の形態の翼車トルク特性を示すグラフである。It is a graph which shows the impeller torque characteristic of the 3rd Embodiment of the wind power generation system which concerns on this invention.

本発明に係る風力発電システムのいくつかの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Some embodiments of the wind power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that this embodiment is merely an example, and the present invention is not limited thereto. The same or similar configurations are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る風力発電システムの第１の実施の形態のブロック図である。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the wind power generation system according to the present invention.

本実施の形態の風力発電システムは、翼車１と発電機３と励磁装置５と制御装置６と回転速度計７と電流計８とを有している。翼車１の軸２は、発電機３の回転軸に直結されている。発電機３の発電電力は、負荷４に供給される。 The wind power generation system of the present embodiment includes an impeller 1, a generator 3, an exciter 5, a control device 6, a rotational speed meter 7, and an ammeter 8. The shaft 2 of the impeller 1 is directly connected to the rotation shaft of the generator 3. The generated power of the generator 3 is supplied to the load 4.

発電機３の励磁巻線には、励磁装置５により交流励磁電流が印加される。励磁装置５は、たとえばインバータである。 An alternating current exciting current is applied to the exciting winding of the generator 3 by the exciting device 5. The exciter 5 is, for example, an inverter.

制御装置６は、励磁電流を決定する。制御装置６は、データ記憶部６１と演算処理部６２を備えている。回転速度計７は、発電機３の回転子の回転速度を計測する。回転速度計７は、制御装置６に対して計測した回転速度値を出力する。電流計８は、発電機３の電機子巻線に流れる電流を計測する。電流計８は、制御装置６に対して計測した電流値を出力する。制御装置６は、決定した励磁電流実効値を励磁装置５に指令値として与える。 The control device 6 determines the exciting current. The control device 6 includes a data storage unit 61 and an arithmetic processing unit 62. The rotation speed meter 7 measures the rotation speed of the rotor of the generator 3. The rotation speed meter 7 outputs the rotation speed value measured to the control device 6. The ammeter 8 measures the current flowing through the armature winding of the generator 3. The ammeter 8 outputs the measured current value to the control device 6. The control device 6 gives the determined exciting current effective value to the exciting device 5 as a command value.

図２は、本実施の形態における発電機の一部の横断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the generator in the present embodiment.

本実施の形態では、３相・４極で毎極毎相のスロット数が３の分布全節巻の場合を例として示すが、これに限定されない。 In the present embodiment, a case where the number of slots for each pole and each phase is 3 for 3 phases and 4 poles is shown as an example, but the present invention is not limited to this.

回転軸３１は、翼車１の軸２と直結される。回転子３２には４つの突極３２１が形成されている。各々の突極３２１には、界磁巻線３２２が捲回されている。 The rotating shaft 31 is directly connected to the shaft 2 of the impeller 1. Four salient poles 321 are formed on the rotor 32. A field winding 322 is wound around each salient pole 321.

固定子３３には、複数のスロット３３１が設けられている。スロット３３１は、右上サブスロット３３１１、右下サブスロット３３１２、左上サブスロット３３１３、左下サブスロット３３１４の４つの領域に分かれている。固定子３３には電機子巻線３３２と励磁巻線３３３が捲回されている。スロット３３１の右側サブスロット（右上サブスロット３３１１および右下サブスロット３３１２）は、電機子巻線に対応している。左側サブスロット（左上サブスロット３３１３および左下サブスロット３３１４）は、励磁巻線に対応している。スロット３３１は３個を組にしている。３個のスロット３３１で構成される組は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかに対応している。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するスロット３の組は、周方向に順番に配列されている。 The stator 33 is provided with a plurality of slots 331. The slot 331 is divided into four areas: an upper right subslot 3311, a lower right subslot 3312, an upper left subslot 3313, and a lower left subslot 3314. An armature winding 332 and an excitation winding 333 are wound around the stator 33. The right subslot of slot 331 (upper right subslot 3311 and lower right subslot 3312) corresponds to the armature winding. The left subslot (upper left subslot 3313 and lower left subslot 3314) corresponds to the excitation winding. Slots 331 are a set of three. The set consisting of the three slots 331 corresponds to any of the U phase, the V phase, and the W phase. The sets of slots 3 corresponding to the U phase, the V phase, and the W phase are arranged in order in the circumferential direction.

電機子巻線３３２は、たとえばＵ相Ｕ１の右上サブスロット３３１１から上方に抜け、呼応する－Ｕ相Ｕ１の右下サブスロット３３１２を通って下方に抜けている。励磁巻線３３３は、たとえばＵ相Ｕ２の左上サブスロット３３１３から上方に抜け、呼応する－Ｕ相Ｕ２の左下サブスロット３３１４を通って下方に抜けている。 The armature winding 332 exits upward from, for example, the upper right subslot 3311 of the U phase U1 and exits downward through the corresponding lower right subslot 3312 of the U phase U1. The excitation winding 333 exits upward from, for example, the upper left subslot 3313 of the U phase U2 and exits downward through the corresponding lower left subslot 3314 of the U phase U2.

図３は、本実施の形態における発電機の動作の概念図である。 FIG. 3 is a conceptual diagram of the operation of the generator according to the present embodiment.

回転子３２の界磁巻線３２２の各極の巻線の両端子又は４極の巻線を直列に接続した巻線の両端子にはダイオード３２３が接続されている。 A diode 323 is connected to both terminals of the winding of each pole of the field winding 322 of the rotor 32 or to both terminals of the winding in which the winding of four poles is connected in series.

固定子３３の励磁巻線３３３には、次式で与えられる励磁電流が流される。 An exciting current given by the following equation is passed through the exciting winding 333 of the stator 33.

ｉ_ａ＝Ｉ_ｆ（ｔ）ｃｏｓθ
ｉ_ｂ＝Ｉ_ｆ（ｔ）ｃｏｓ（θ－２π／３）
ｉ_ｃ＝Ｉ_ｆ（ｔ）ｃｏｓ（θ－４π／３）
θ＝ωｔ
ここで、Ｉ_ｆ（ｔ）は、時間変化する電流ある。図３の例において、Ｉ_ｆ（ｔ）は三角波であり、その実効値はＩ_fである。θは、回転子３２の回転角度である。回転子３２の回転角度は、図示しない角度検出センサにより検出されている。なお、回転速度計７を、回転角度を計測してそれを時間微分することで回転速度を求める形式の回転速度計にすれば、当該回転速度計で回転子３２の回転角度を検出することもできる。その結果、固定子３３の励磁巻線３３３に流れる励磁電流は、回転子３２の回転角度と同期している。この場合、回転子３２が作る界磁鎖交磁束Φの向きは、図３におけるＡ矢印の方向となる。界磁巻線３２２に接続したダイオード３２３の働きにより、回転子３２が作る界磁鎖交磁束Φの向きは時間に対してほぼ一定の値となり、回転子３２が作る界磁鎖交磁束Φの大きさはＩ_f（ｔ）の実効値Ｉ_fに比例する。したがって、発電機３は、界磁ΦをＩ_fで制御できる同期発電機となる。 i _a _{= If} (t) cos θ
i _b _{= If} (t) cos (θ-2π / 3)
i _c _{= If} (t) cos (θ-4π / 3)
θ = ωt
Here, _If (t) is a current that changes with time. In the example of FIG. 3, _If (t) is a triangular wave, and its effective value is _If . θ is the rotation angle of the rotor 32. The rotation angle of the rotor 32 is detected by an angle detection sensor (not shown). If the rotation speed meter 7 is a rotation speed meter of a type that obtains the rotation speed by measuring the rotation angle and differentiating it with respect to time, the rotation speed meter can detect the rotation angle of the rotor 32. can. As a result, the exciting current flowing through the exciting winding 333 of the stator 33 is synchronized with the rotation angle of the rotor 32. In this case, the direction of the field interlinkage magnetic flux Φ created by the rotor 32 is the direction of the arrow A in FIG. Due to the action of the diode 323 connected to the field winding 322, the direction of the field interlinkage magnetic flux Φ created by the rotor 32 becomes an almost constant value with respect to time, and the field interlinkage magnetic flux Φ created by the rotor 32 becomes almost constant. The magnitude is proportional to the effective value I _f of _If (t). Therefore, the generator 3 is a synchronous generator whose field _Φ can be controlled by If.

この発電機３を直流機近似すると、次の式が成り立つ。 When this generator 3 is approximated to a DC machine, the following equation holds.

Ｅa＝Ｋ_Ｇω
＝（Ｒ＋ｒ_a）I_a
Ｔ_Ｇ＝Ｋ_ＧＩ_a
＝（Ｋ_Ｇ ^２／（Ｒ＋ｒ_a））ω
Ｅa：誘導起電力
Ｋ_Ｇ：誘起電圧定数
ω：回転速度（回転角速度）
Ｒ：抵抗負荷
ｒ_a：電機子巻線抵抗
Ｉ_a：電機子電流
Ｔ_Ｇ：発電機逆トルク
図４は、本実施の形態における誘導起電力Ｅaと回転速度ωの関係を示すグラフである。図４の横軸は回転速度、縦軸は誘導起電力である。 Ea = _KG ω
= (R + _ra ) I _a
T _G = K _G I _a
₌ ( _KG ² / (R + ra)) ω
_Ea : Induced electromotive force KG: Induced voltage constant ω: Rotational speed (rotational angular velocity)
R: Resistance load ra: Armature winding resistance I _a : Armature current _TG : Generator reverse torque FIG. 4 is _a graph showing the relationship between the induced electromotive force Ea and the rotation speed ω in the present embodiment. The horizontal axis of FIG. 4 is the rotation speed, and the vertical axis is the induced electromotive force.

図４に示すように、誘導起電力Ｅａは回転速度ωに対してほぼ直線状に増加し、この勾配が誘起電圧定数Ｋ_Ｇである。誘導起電力Ｅａの勾配は、励磁電流実効値Ｉ_ｆによって変化し、励磁電流実効値Ｉ_fが大きいほど勾配が急になる。 As shown in FIG. 4, the induced electromotive force Ea increases substantially linearly with respect to the rotation speed ω, and this gradient is the induced voltage constant _KG . The gradient of the induced electromotive force Ea changes depending on the exciting current effective value _{If, and the larger the exciting current effective value I f} _, the steeper the gradient.

図５は、本実施の形態における誘起電圧定数Ｋ_Ｇと励磁電流実効値Ｉ_ｆの関係を示すグラフである。図５の横軸は励磁電流実効値、縦軸は誘起電圧定数である。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the induced voltage constant _KG and the exciting current effective value _If in the present embodiment. The horizontal axis of FIG. 5 is the effective exciting current value, and the vertical axis is the induced voltage constant.

励磁電流実効値Ｉ_ｆが小さい領域では、誘起電圧定数Ｋ_Ｇは励磁電流実効値Ｉ_ｆにほぼ比例して増加する。誘起電圧定数Ｋ_Ｇは、励磁電流実効値Ｉ_ｆが大きくなると、発電機３の磁気飽和により逓減する。誘起電圧定数Ｋ_Ｇは、限界励磁電流Ｉ_ｆＬでＫ_ＧＬとなった後は、それ以上増加しなくなる。この誘起電圧定数Ｋ_Ｇと励磁電流実効値Ｉ_ｆの関係を、誘起電圧定数・励磁電流関数と呼ぶこととする。誘起電圧定数Ｋ_Ｇが励磁電流実効値Ｉ_ｆに比例する領域でしか風力発電システムを使用しない場合には、当該比例定数を持つ比例式が誘起電圧定数・励磁電流関数となる。 In the region where the effective exciting current value _If is small, the induced voltage constant _KG increases almost in proportion to the effective exciting current value _If . The induced voltage constant _KG gradually decreases due to the magnetic saturation of the generator 3 as the effective exciting current value _If increases. The induced voltage constant KG does not increase any more after _reaching _{KGL at the critical exciting current IffL} _. The relationship between the induced voltage constant _KG and the effective exciting current value _If is called the induced voltage constant / exciting current function. When the wind power generation system is used only in the region where the induced voltage constant _KG is proportional to the effective exciting current value _If , the proportional equation having the proportional constant becomes the induced voltage constant / exciting current function.

図６は、本実施の形態における翼車トルク特性を示すグラフである。図６の横軸は回転速度ω、縦軸は翼車トルクＴ_Ｗである。 FIG. 6 is a graph showing impeller torque characteristics according to the present embodiment. The horizontal axis of FIG. 6 is the rotation speed ω, and the vertical axis is the impeller torque _TW .

翼車トルクは、回転速度がゼロから回転速度の上昇とともに徐々に上昇する。翼車トルクは、回転速度ω_ｐにおいて最大点ｐとなり、回転速度ω_０でゼロとなる。翼車トルク特性は、風速によって変化する。風速νが大きくなるに従って、翼車トルク特性の最大点ｐおよびそのときの回転速度ω_ｐは大きくなる。また、風速νが大きくなるに従って、翼車トルクがゼロとなる回転速度ω_０も大きくなる。この翼車トルク特性を、翼車を製作した後の風洞実験にて、いくつかの風速について測定し、記録する。この特性を翼車トルク・回転速度関数と呼ぶことにし、それを複数の風速に応じて記憶して翼車トルク・回転速度関数群と呼ぶことにする。翼車トルク・回転速度関数は、たとえば、所定の風速に応じた曲線を多項式近似した関係式とすることができる。 The impeller torque gradually increases from zero at a rotational speed as the rotational speed increases. The impeller torque becomes the maximum point p at the rotation speed ω _p and becomes zero at the rotation speed ω ₀ . The impeller torque characteristics change depending on the wind speed. As the wind speed ν increases, the maximum point p of the impeller torque characteristic and the rotation speed ω _p at that time increase. Further, as the wind speed ν increases, the rotation speed ω ₀ at which the impeller torque becomes zero also increases. This impeller torque characteristic is measured and recorded for several wind speeds in a wind tunnel experiment after the impeller is manufactured. This characteristic is called the impeller torque / rotational speed function, and it is stored according to a plurality of wind speeds and is called the impeller torque / rotational speed function group. The impeller torque / rotational speed function can be, for example, a relational expression obtained by polynomial approximation of a curve corresponding to a predetermined wind speed.

誘起電圧定数・励磁電流関数、および翼車トルク・回転速度関数群は、データ記憶部６１に記憶される。 The induced voltage constant / exciting current function and the impeller torque / rotational speed function group are stored in the data storage unit 61.

次に、本実施の形態の風力発電システムの制御方法を説明する。 Next, a control method of the wind power generation system of the present embodiment will be described.

図７は、本実施の形態における制御装置６の演算フロー図である。 FIG. 7 is a calculation flow diagram of the control device 6 according to the present embodiment.

第１ステップでは、翼車トルク特性Ｔｗを特定する。別途設置する風速計で風速を計測することができる場合は、計測した現時点の風速と合致する風速の翼車トルク・回転速度関数を翼車トルク・回転速度関数群から選択する（Ｓ１）。 In the first step, the impeller torque characteristic Tw is specified. If the wind speed can be measured by a separately installed anemometer, select the impeller torque / rotational speed function of the wind speed that matches the measured current wind speed from the impeller torque / rotational speed function group (S1).

しかし、一般に風速は翼車の上方部と下方部で異なること、また翼車の羽根による乱流の影響により、翼車近傍に設置した風速計では実効風速を正確に測定することができないことが多い。そこで、発電機の逆トルクと翼車トルクが釣り合いの関係にあることから、現時点の回転速度ω_ｃと発電機の逆トルクＴ_Ｇｃから、以下のようにして風速を推定してもよい。 However, in general, the wind speed differs between the upper part and the lower part of the impeller, and due to the influence of turbulence caused by the blades of the impeller, the anemometer installed near the impeller cannot accurately measure the effective wind speed. many. Therefore, since the reverse torque of the generator and the impeller torque are in a balanced relationship, the wind speed may be estimated as follows from the current rotation speed ω _c and the reverse torque _TG c of the generator.

現時点の発電機逆トルクＴ_Ｇｃは、次式で表される。 The current generator reverse torque _TGc is expressed by the following equation.

Ｔ_Ｇｃ＝（Ｋ_Ｇｃ ^２／（Ｒ_ｃ＋ｒ_a））×ω_ｃ
ω_ｃ：現時点の回転速度
Ｋ_Ｇｃ：現時点の誘起電圧定数
Ｒ_ｃ：現時点の負荷抵抗
ｒ_a：電機子巻線抵抗
Ｋ_Ｇｃは既知であり、電機子巻線抵抗ｒ_aは変化せず、また現時点の負荷抵抗Ｒ_ｃに変動がなければ、初期状態において既知の値とすることができるので、Ｔ_Ｇｃはω_ｃによって決まる。現時点の回転速度ω_ｃは、回転速度計７にて計測する。 T _Gc = (K _Gc ² / (R _c + _ra )) × ω _c
ω _c : Current rotation speed K _Gc : Current induced voltage constant R _c : Current load resistance r _a : Armature winding resistance K _Gc is known, armature winding resistance r _a does not change, and If the current load resistance R _c does not fluctuate, it can be a known value in the initial state, so _TG c is determined by ω _c . The current rotation speed ω _c is measured by the rotation speed meter 7.

負荷変動がある場合には、電流計８にて計測した現時点の電機子電流Ｉ_ａｃと現時点の誘起電圧定数Ｋ_Ｇｃから以下の式で発電機逆トルクＴ_Ｇｃを求める。 When there is a load fluctuation, the generator reverse torque _TGc is obtained from the current armature current I _ac measured by the ammeter 8 and the current induced voltage constant _KGc by the following formula.

Ｔ_Ｇｃ＝Ｋ_Ｇｃ×Ｉ_ａｃ
つまり、負荷変動がない場合には、現時点での回転速度ω_ｃを回転速度計７にて計測し（Ｓ２）、その回転速度から発電機逆トルクＴ_Ｇｃを求める（Ｓ４）。負荷変動がある場合には、現時点での電機子電流Ｉ_ａｃを電流計８にて計測し（Ｓ３）、その電機子電流Ｉ_ａｃから発電機逆トルクＴ_Ｇｃを求める（Ｓ４）。 T _Gc = K _Gc x I _ac
That is, when there is no load fluctuation, the current rotation speed ω _c is measured by the rotation speed meter 7 (S2), and the generator reverse torque _TGc is obtained from the rotation speed (S4). If there is a load fluctuation, the current armature current I _ac is measured with an ammeter 8 (S3), and the generator reverse torque _TGc is obtained from the armature current I _ac (S4).

図８は、本実施の形態において所定の回転速度とトルクになる点を持つ翼車トルク・回転速度関数を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing an impeller torque / rotation speed function having a predetermined rotation speed and a point at which the torque becomes a predetermined rotation speed in the present embodiment.

図８に示すように、回転速度ω_ｃにおいて翼車トルクＴ_Ｗｃ＝Ｔ_Ｇｃ＝Ｔ_ｃとなる点を通る翼車トルク特性として、風速ν_１が推定され、現時点の翼車トルク・回転速度関数が特定される（Ｓ５）。 As shown in FIG. 8, the wind speed ν ₁ is estimated as the impeller torque characteristic passing through the point where the impeller torque T _Wc = T _Gc = T _c at the rotation speed ω _c , and the current impeller torque / rotation speed function. Is specified (S5).

図９は、本実施の形態において所定の回転速度とトルクになる点を持つ翼車トルク・回転速度関数の他の例を示すグラフである。 FIG. 9 is a graph showing another example of the impeller torque / rotation speed function having a predetermined rotation speed and a point at which the torque becomes a predetermined rotation speed in the present embodiment.

図９は、風速に応じたデータが離散的であるために一致する点が無い場合の例である。所定のω_ｃ、Ｔ_ｃを通る破線で示す翼車トルク曲線を、風速ν_１と風速ν_２の翼車トルク曲線から補間演算によって求めてもよい。 FIG. 9 is an example in which there is no matching point because the data corresponding to the wind speed are discrete. The impeller torque curve shown by a broken line passing through predetermined ω _c and T _c may be obtained by interpolation calculation from the impeller torque curves of wind speed ν ₁ and wind speed ν ₂ .

第２ステップでは、翼車の出力特性を求める。 In the second step, the output characteristics of the impeller are obtained.

図１０は、本実施の形態において翼車出力特性の例を示すグラフである。図１０の横軸は回転速度ω、縦軸は翼車出力Ｐ_Ｗである。 FIG. 10 is a graph showing an example of impeller output characteristics in the present embodiment. The horizontal axis of FIG. 10 is the rotation speed ω, and the vertical axis is the impeller output P _W.

翼車出力Ｐ_Ｗ＝翼車トルクＴ_Ｗ×回転速度ωであるため、翼車出力特性は、図１０のような曲線となる。回転速度がゼロ、および、翼車トルクがゼロとなる回転速度ω_０において翼車出力Ｐ_Ｗはゼロとなり、回転速度ω_ｍにおいて最大値Ｐ_Ｗｍとなる。このω_ｍは翼車トルクが最大となる回転速度ω_ｐよりも大きい。 Since the impeller output P _W = impeller torque _TW × rotation speed ω, the impeller output characteristic has a curve as shown in FIG. When the rotation speed is zero and the impeller torque is _zero , the impeller output P _W becomes zero and the maximum value P _W m at the rotation speed ω _m . This ω _m is larger than the rotation speed ω _p at which the impeller torque is maximized.

つまり、翼車出力特性Ｐ_ｗを翼車トルクＴ_Ｗおよび回転速度ωから求め（Ｓ６）、その翼車出力特性Ｐ_ｗから翼車出力が最大となる回転速度ω_ｍおよびそのときの最大値Ｐ_Ｗｍを求める（Ｓ７）。 That is, the impeller output characteristic P _w is obtained from the impeller torque _TW and the rotational speed ω (S6), and the rotational speed ω _m at which the impeller output is maximized and the maximum value P at that time are obtained from the impeller output characteristic P _w . _{Find Wm} (S7).

第３ステップでは、制御目標回転速度および制御目標トルクを求める。 In the third step, the control target rotation speed and the control target torque are obtained.

図１１は、本実施の形態において翼車トルク・回転速度関数上で制御目標点の例を示すグラフである。 FIG. 11 is a graph showing an example of a control target point on the impeller torque / rotational speed function in the present embodiment.

翼車出力最大値Ｐ_Ｗｍが定格出力以下か否かを判定し（Ｓ８）、翼車出力最大値Ｐ_Ｗｍが定格出力以下ならば、制御目標をこの点にする（Ｓ９）。すなわち目標回転速度ω_ｔ＝ω_ｍとし、これに対応する目標トルクＴ_ｔ＝Ｐ_Ｗｍ／ω_ｔとする。これは図１１の翼車トルク・回転速度関数において、回転速度ω_ｔに対応するＴ_ｔであり、すなわち図１１における白丸（〇）で示す点が制御目標となる。 It is determined whether or not the maximum impeller output value P _Wm is equal to or less than the rated output (S8), and if the maximum impeller output value P _Wm is equal to or less than the rated output, the control target is set to this point (S9). That is, the target rotation speed ω _t = ω _m , and the corresponding target torque T _t = P _{W m} / ω _t . This is T _t corresponding to the rotation speed ω _t in the impeller torque / rotation speed function of FIG. 11, that is, the point indicated by the white circle (◯) in FIG. 11 is the control target.

図１１の直線１は、この〇点を通る発電機の逆トルク特性であり、以下の式が成立する。 The straight line 1 in FIG. 11 is the reverse torque characteristic of the generator passing through the 〇 point, and the following equation is established.

Ｔ_ｔ＝（Ｋ_Ｇｔ ^２／（Ｒ_ｃ＋ｒ_a））×ω_ｔ
Ｋ_Ｇｔ：目標誘起電圧定数
Ｒ_ｃ：現時点の負荷抵抗
ｒ_a：電機子巻線抵抗
すなわち、図１１の直線１は、勾配が（Ｋ_Ｇｔ ^２／（Ｒ_ｃ＋ｒ_a））の直線となる。 T _t = (K _Gt ² / (R _c + _ra )) × ω _t
_KGt : Target induced voltage constant R _c : Current load resistance _ra : Armature winding resistance That is, the straight line 1 in FIG. 11 is a straight line having a gradient of ( _KGt ² / (R _c + _ra )).

電機子巻線抵抗ｒ_aが変化せず、また現時点の負荷抵抗Ｒ_ｃに変動がなければ、両者とも初期状態において既知の値とすることができるので、Ｋ_Ｇｔは上式で決まる（Ｓ１３）。 If the armature winding resistance _{ra does not change and the load resistance R c} _at the present time does not change, both can be set to known values in the initial state, so K _Gt is determined by the above equation (S13). ..

しかし、負荷変動がある場合には、（Ｒ_ｃ＋ｒ_a）を、現時点の回転速度ω_ｃと現時点の電機子電流Ｉ_ａｃにより、以下の式で求め、その値を用いて目標誘起電圧定数Ｋ_Ｇｔを求める（Ｓ１３）。 However, if there is a load fluctuation, (R _c + _ra ) is calculated by the following equation from the current rotation speed ω _c and the current armature current I _ac , and the target induced voltage constant K is used using that value. _Gt is obtained (S13).

（Ｒ_ｃ＋ｒ_a）＝Ｋ_Ｇｃ×ω_ｃ／Ｉ_ａｃ
Ｋ_Ｇｃ：現時点の誘起電圧定数
ω_ｃ：現時点の回転速度
Ｉ_ａｃ：現時点の電機子電流
このようにして求めた目標誘起電圧定数Ｋ_Ｇｔに対して、誘起電圧定数・励磁電流関数により、対応する目標励磁電流実効値Ｉ_ｆtを求め（Ｓ１４）、励磁装置５への指令値とする。 (R _c + _ra ) = _KGc x ω _c / I _ac
_KGc : Current induced voltage constant ω _c : Current rotational speed I _ac : Current current armature current Corresponds to the target induced voltage constant _KGt thus obtained by the induced voltage constant / exciting current function. The target exciting current effective value _Ift is obtained (S14) and used as the command value to the exciting device 5.

図１１の直線２は、現時点の励磁電流による発電機の逆トルク特性であり、図中の黒丸（●）で示す点において翼車トルクと交差している。この状態から図中の白丸（○）で示す点と交差する直線１のように励磁電流を変化させることは、いわゆる強め界磁とすることである。図１１中矢印Ａの領域では、直線１の逆トルクが翼車トルクを上回っているため、翼車に制動力として作用し、回転速度を減少させ、矢印Ａ方向に漸近していく。図１１において白丸（○）で示す点より更に回転速度が減少すると、翼車トルクのほうが逆トルクを上回るため、翼車を加速して回転速度を上昇させ、結果的に白丸（○）で示す点に収束する。 The straight line 2 in FIG. 11 is the reverse torque characteristic of the generator due to the current excitation current, and intersects the impeller torque at the points indicated by the black circles (●) in the figure. Changing the exciting current from this state as shown by the straight line 1 intersecting the points indicated by the white circles (◯) in the figure is what is called a field strength. In the region of arrow A in FIG. 11, since the reverse torque of the straight line 1 exceeds the impeller torque, it acts as a braking force on the impeller, reduces the rotation speed, and gradually approaches the direction of arrow A. When the rotation speed is further reduced from the points indicated by white circles (○) in FIG. 11, the impeller torque exceeds the reverse torque, so that the impeller is accelerated to increase the rotation speed, and as a result, it is indicated by white circles (○). Converges to a point.

次に翼車出力最大値Ｐ_Ｗｍが定格出力Ｐ_Ｗｒを超えた場合について説明する。 Next, a case where the maximum impeller output value P _Wm exceeds the rated output P _Wr will be described.

図１２は、本実施の形態において翼車出力特性を示す他の例のグラフである。図１３は、本実施の形態において翼車トルク・回転速度関数上で制御目標点の他の例を示すグラフである。 FIG. 12 is a graph of another example showing the impeller output characteristics in the present embodiment. FIG. 13 is a graph showing another example of the control target point on the impeller torque / rotational speed function in the present embodiment.

図１２の翼車出力において、白丸（○）で示す点が最大出力であり、それ以下の定格出力Ｐ_Ｗｒとなる解は２つ存在する（Ｓ１０）。これらの解は、回転速度の小さいω_ｔ１における黒四角（■）で示す点と、回転速度の大きいω_ｔ２における白四角（□）で示す点である。目標回転速度をω_ｔ１とする場合の目標翼車トルクは、Ｔ_ｔ１＝Ｐ_Ｗｒ／ω_ｔ１である（Ｓ１１）。目標回転速度をω_ｔ２とする場合の目標翼車トルクは、Ｔ_ｔ２＝Ｐ_Ｗｒ／ω_ｔ２である（Ｓ１１）。これは図１３の翼車トルク・回転速度関数においては、ω_ｔ１に対応するＴ_ｔ１の黒四角（■）で示す点を通る逆トルク直線１と、ω_ｔ２に対応するＴ_ｔ２の白四角（□）で示す点を通る逆トルク直線２に相当する。 In the impeller output of FIG. 12, the points indicated by white circles (◯) are the maximum output, and there are two solutions having a rated output P _Wr lower than that (S10). These solutions are the points indicated by the black squares (■) at ω _t1 where the rotation speed is low and the points indicated by the white squares (□) at ω _t2 where the rotation speed is high. When the target rotation speed is ω _t1 , the target impeller torque is T _t1 = P _Wr / ω _t1 (S11). When the target rotation speed is ω _t2 , the target impeller torque is T _t2 = P _Wr / ω _t2 (S11). In the impeller torque / rotational speed function of FIG. 13, the reverse torque straight line 1 passing through the point indicated by the black square (■) of T _t1 corresponding to ω _t1 and the white square of T _t2 corresponding to ω _t2 ( It corresponds to the reverse torque straight line 2 passing through the point indicated by □).

図１３の直線１は、界磁を強くして回転速度を抑制する解であり、風速が大きくなると勾配が大きくなるため、その限界値は発電機の限界励磁電流Ｉ_ｆＬにより決まるＫ_ＧＬとなる。すなわち発電を止めるカットアウト風速は発電機の性能に依存する。 The straight line 1 in FIG. 13 is a solution that strengthens the field and suppresses the rotation speed. Since the gradient increases as the wind speed increases, the limit value is _KGL determined by the limit excitation current I _fL of the generator. .. That is, the cutout wind speed at which power generation is stopped depends on the performance of the generator.

図１３の直線２は、界磁を弱くして回転速度を上昇させる解であり、風速が大きくなると回転速度が大きくなるため、その限界値は翼車の危険速度により決まる。すなわち発電を止めるカットアウト風速は翼車の性能に依存する。 The straight line 2 in FIG. 13 is a solution that weakens the field and increases the rotation speed. Since the rotation speed increases as the wind speed increases, the limit value is determined by the critical speed of the impeller. That is, the cutout wind speed at which power generation is stopped depends on the performance of the impeller.

カットアウト流速は、発電機の発電限界もしくは翼車の回転限界のいずれかにより規定されるため、発電機と翼車の性能に応じて、カットアウト流速がより高くなるほうを選択することで、より広範な風速に対応できる発電が可能となる。制御すべき逆トルク直線を選択（Ｓ１２）したら、目標誘起電圧定数Ｋ_Ｇｔおよびそれに対応する目標励磁電流実効値Ｉ_ｆｔを前述と同様に求める（Ｓ１３、Ｓ１４）。ステップ１からステップ５までの演算は、演算処理部６２によって行う。演算処理部６２によって求められた目標励磁電流実効値Ｉ_ｆｔに基づいて、制御装置６は、励磁装置５を制御する。 Since the cutout flow velocity is defined by either the generator limit or the impeller rotation limit, the higher cutout flow velocity can be selected according to the performance of the generator and impeller. It enables power generation that can handle a wider range of wind velocities. After selecting the reverse torque straight line to be controlled (S12), the target induced voltage constant _KGt and the corresponding target exciting current effective value _Ift are obtained in the same manner as described above (S13, S14). The calculation from step 1 to step 5 is performed by the calculation processing unit 62. The control device 6 controls the excitation device 5 based on the target exciting current effective value _Ift obtained by the arithmetic processing unit 62.

本実施の形態によれば、負荷が変動した場合であっても、翼車の最大出力が定格出力以下である風速では翼車出力を最大とし、翼車の最大出力が定格出力を超える風速では翼車出力が定格出力となるように制御することができる。また、現時点の回転速度と発電機逆トルクから、現時点の風速を推定するため、風力計が不要であり、実効風速を高い精度で推定することができる。 According to this embodiment, even when the load fluctuates, the impeller output is maximized at a wind speed where the maximum output of the impeller is equal to or less than the rated output, and at a wind speed where the maximum output of the impeller exceeds the rated output. The impeller output can be controlled to be the rated output. Further, since the current wind speed is estimated from the current rotation speed and the reverse torque of the generator, an anemometer is not required and the effective wind speed can be estimated with high accuracy.

［第２の実施の形態］
本発明に係る風力発電システムの第２の実施の形態は、翼車トルク・回転速度関数が第１の実施の形態と異なる。 [Second Embodiment]
The second embodiment of the wind power generation system according to the present invention is different from the first embodiment in the impeller torque / rotational speed function.

図１４は、本発明に係る風力発電システムの第２の実施の形態における、ある風速ν_１における翼車トルク・回転速度関数を示す。図１４の横軸は回転速度ω、縦軸は翼車トルクＴ_Ｗである。 FIG. 14 shows an impeller torque / rotational speed function at a certain wind speed ν ₁ in the second embodiment of the wind power generation system according to the present invention. The horizontal axis of FIG. 14 is the rotation speed ω, and the vertical axis is the impeller torque _TW .

本実施の形態において、翼車トルクは回転速度がゼロから回転速度の上昇とともに徐々に上昇するが、途中の回転速度ω_ｄに変曲点ｄがあり凹形状を成した後、回転速度ω_ｐにて最大点ｐとなり、その後、回転速度ω_０でゼロとなる。 In the present embodiment, the impeller torque gradually increases from zero when the rotation speed increases as the rotation speed increases, but after the rotation speed ω _d on the way has a variation point d and forms a concave shape, the rotation speed ω _p . It becomes the maximum point p at, and then becomes zero at the rotation speed ω ₀ .

図１５は、本実施の形態における翼車トルク・回転速度関数上で制御目標点の例を示すグラフである。 FIG. 15 is a graph showing an example of a control target point on the impeller torque / rotational speed function in the present embodiment.

図１５において、制御目標点は白丸（〇）で示す点、すなわち目標回転速度ω_ｔ、目標トルクＴ_ｔであり、発電機の目標逆トルク直線は白丸（〇）点を通る直線１である。しかし、直線１は翼車トルク曲線と白丸（○）で示す点以外に回転速度ω_ｔ’の白三角（△）で示す点および回転速度ω_ｔ’’の黒三角（▲）で示す点とも交差している。 In FIG. 15, the control target point is the point indicated by the white circle (◯), that is, the target rotation speed ω _t and the target torque T _t , and the target reverse torque straight line of the generator is the straight line 1 passing through the white circle (◯) point. However, the straight line 1 is not only the point indicated by the impeller torque curve and the white circle (○), but also the point indicated by the white triangle (△) of the rotational speed ω _{t'and the point indicated by the black triangle (▲) of the rotational speed ω t} _' '. It is crossing.

回転速度ω_ｔ’の白三角（△）で示す点は、それより大きい回転速度では翼車トルクが発電機の逆トルクを上回っているため、翼車が加速されて矢印Ｂのように回転速度ω_ｔの白丸（○）で示す点の方向に漸近していく。また、ω_ｔ’より小さい回転速度では発電機の逆トルクが翼車トルクを上回っているため、翼車が減速されて矢印Ｃのように回転速度ω_ｔ’’の黒三角（▲）で示す点の方向に漸近していく。したがって、白三角（△）で示す点は不安定点である。 The point indicated by the white triangle (△) of the rotation speed ω _t'is that the impeller torque exceeds the reverse torque of the generator at the higher rotation speed, so the impeller is accelerated and the rotation speed is as shown by arrow B. It gradually approaches the direction of the point indicated by the white circle (○) of ω _t . Further, at a rotation speed smaller than ω _t ', the reverse torque of the generator exceeds the impeller torque, so the impeller is decelerated and indicated by a black triangle (▲) with a rotation speed ω _t '' as shown by arrow C. It gradually approaches the direction of the point. Therefore, the point indicated by the white triangle (Δ) is an unstable point.

回転速度ω_ｔ’’の黒三角（▲）で示す点は、その前後の回転速度において発電機の逆トルクと翼車トルクの関係が、黒三角（▲）で示す点に収束する方向に作用するため安定点である。しかしながら、回転速度と翼車トルクの積が小さいため、出力として不十分であり、目標とする解にはなり得ない。 The points indicated by the black triangles (▲) at the rotational speed ω _t '' act in the direction in which the relationship between the reverse torque of the generator and the impeller torque converges to the points indicated by the black triangles (▲) at the rotational speeds before and after that. Therefore, it is a stable point. However, since the product of the rotational speed and the impeller torque is small, the output is insufficient and the target solution cannot be obtained.

現時点の回転速度ω_ｃが目標回転速度ω_ｔより大きい黒丸（●）で示す点であり、発電機の逆トルク特性が直線２であるとすれば、前述と同様に、この状態から図中の白丸（○）で示す点と交差する直線１のように励磁電流を強め界磁側に変化させることで、矢印Ａ方向に漸近させ、白丸（○）で示す点に収束させることができる。 If the current rotation speed ω _c is a point indicated by a black circle (●) larger than the target rotation speed ω _t , and the reverse torque characteristic of the generator is a straight line 2, as described above, from this state in the figure. By strengthening the exciting current and changing it to the field side like a straight line 1 intersecting the point indicated by the white circle (◯), the exciting current can be gradually approached in the direction of arrow A and converged to the point indicated by the white circle (◯).

しかし、現時点の回転速度が目標回転速度ω_ｔより小さい場合、特に黒三角（▲）で示す点の回転速度ω_ｔ’’より小さい場合には、翼車トルク曲線を辿っていく方向で○点に漸近させ収束させることができない。この場合には、一旦、励磁電流を減少する弱め界磁にして、制御点を目標回転速度ω_ｔよりも大きい回転速度にしてから上述の直線１の励磁電流になるように制御する。 However, if the current rotation speed is smaller than the target rotation speed ω _t , especially if it is smaller than the rotation speed ω _t '' of the point indicated by the black triangle (▲), the ○ point in the direction of following the impeller torque curve. It cannot be made to converge to. In this case, once the field is weakened to reduce the exciting current, the control point is set to a rotation speed larger than the target rotation speed ω _t , and then the exciting current of the straight line 1 described above is controlled.

図１６は、本実施の形態における翼車トルク・回転速度関数上で制御目標点の他の例を示すグラフである。 FIG. 16 is a graph showing another example of the control target point on the impeller torque / rotational speed function in the present embodiment.

図１６は制御目標点候補が２つある場合、すなわち定格出力となる解が２つある場合を示す。回転速度の小さいω_ｔ１における黒四角（■）で示す点と、回転速度の大きいω_ｔ２における白四角（□）で示す点である。逆トルク直線は、ω_ｔ１に対応するＴ_ｔ１の黒四角（■）で示す点を通る直線１と、ω_ｔ２に対応するＴ_ｔ２の白四角（□）で示す点を通る直線２である。 FIG. 16 shows a case where there are two control target point candidates, that is, a case where there are two solutions having rated outputs. The points indicated by the black squares (■) at ω _t1 having a low rotation speed and the points indicated by the white squares (□) at ω _t2 having a high rotation speed. The reverse torque straight line is a straight line 1 passing through the point indicated by the black square (■) of T _t1 corresponding to ω _t1 and the straight line 2 passing through the point indicated by the white square (□) of T _t2 corresponding to ω _t2 .

回転速度ω_ｔ１の黒四角（■）で示す点は、それより大きい回転速度では翼車トルクが発電機の逆トルクを上回っているため、翼車が加速され回転速度が大きくなっていく。またそれより小さい回転速度では発電機の逆トルクが翼車トルクを上回っているため、翼車が減速され回転速度が小さくなっていく。したがって、黒四角（■）で示す点は不安定点である。一方、回転速度ω_ｔ２の白四角（□）で示す点は安定点であるため、この場合は、逆トルク直線２を選択することになる。 The point indicated by the black square (■) at the rotation speed ω _t1 is that the impeller torque exceeds the reverse torque of the generator at a rotation speed higher than that, so that the impeller is accelerated and the rotation speed increases. At a rotation speed lower than that, the reverse torque of the generator exceeds the impeller torque, so that the impeller is decelerated and the rotation speed becomes smaller. Therefore, the points indicated by the black squares (■) are unstable points. On the other hand, since the point indicated by the white square (□) at the rotation speed ω _t2 is a stable point, in this case, the reverse torque straight line 2 is selected.

本実施の形態によれば、負荷が変動した場合であっても、翼車の最大出力が定格出力以下である風速では翼車出力を最大とし、翼車の最大出力が定格出力を超える風速では翼車出力が定格出力となるように制御することができる。また、制御の不安定点を避け、安定な制御が可能となる。 According to this embodiment, even when the load fluctuates, the impeller output is maximized at a wind speed where the maximum output of the impeller is equal to or less than the rated output, and at a wind speed where the maximum output of the impeller exceeds the rated output. The impeller output can be controlled to be the rated output. In addition, stable control is possible by avoiding control instability points.

［第３の実施の形態］
本発明に係る風力発電システムの第３の実施の形態は、翼車トルク・回転速度関数が第１および第２の実施の形態と異なる。 [Third Embodiment]
The third embodiment of the wind power generation system according to the present invention is different from the first and second embodiments in that the impeller torque / rotational speed function is different.

図１７は、本発明に係る風力発電システムの第３の実施の形態における翼車トルク・回転速度関数を示すグラフである。図１７において、図の横軸は回転速度ω、縦軸は翼車トルクＴ_Ｗである。 FIG. 17 is a graph showing an impeller torque / rotational speed function according to a third embodiment of the wind power generation system according to the present invention. In FIG. 17, the horizontal axis of the figure is the rotation speed ω, and the vertical axis is the impeller torque _TW .

翼車トルクは回転速度がゼロのときに最大値となり、回転速度が大きくなると減少し、回転速度ω_０でゼロとなる。図１７は、この特性を直線近似したものである。風速νが大きくなるに従って、回転速度がゼロのときの最大値が大きくなり、また翼車トルクがゼロとなる回転速度ω_０も大きくなる。 The impeller torque becomes the maximum value when the rotation speed is zero, decreases when the rotation speed increases, and becomes zero when the rotation speed ω ₀ . FIG. 17 is a linear approximation of this characteristic. As the wind speed ν increases, the maximum value when the rotation speed is zero increases, and the rotation speed ω ₀ at which the impeller torque becomes zero also increases.

翼車トルク特性を以下のように直線近似する。 The impeller torque characteristics are linearly approximated as follows.

Ｔ_Ｗ＝Ｋ_ｎ（ω－ω_０ｎ）
Ｔ_Ｗ：翼車トルク
Ｋ_ｎ：近似直線の勾配（負値）
Ｋ_１：風速ν_１、Ｋ_２：風速ν_２、Ｋ₃：風速ν₃、・・・に対応
ω：回転速度
ω_０ｎ：翼車トルクがゼロとなる回転速度
ω_０１：風速ν_１、ω_０２：風速ν_２、ω_０３：風速ν₃、・・・に対応
第１の実施の形態と同様に、現時点の回転速度ω_ｃと発電機の逆トルクＴ_Ｇｃから、風速を推定し、当該風速ν_ｎにおける現時点の翼車トルク直線Ｔ_Ｗが決まる。 T _W = K _n (ω-ω _0n )
T _W : Impeller torque K _n : Gradient of approximate straight line (negative value)
K ₁ : Wind speed ν ₁ , K ₂ : Wind speed ν ₂ , K ₃ : Corresponds to wind speed ν ₃ , ... ω: Rotation speed ω _0n : Rotation speed at which the impeller torque becomes zero
ω ₀₁ : Wind speed ν ₁ , ω ₀₂ : Wind speed ν ₂ , ω ₀₃ : Wind speed ν ₃ , ... Corresponding to the first embodiment, the current rotation speed ω _c and the reverse torque _TGc of the generator. From, the wind speed is estimated, and the current impeller torque linear _TW at the wind speed ν _n is determined.

この場合、翼車出力Ｐ_Ｗは、
Ｐ_Ｗ＝Ｋ_ｎ (ω－ω_０ｎ)×ω
となり、回転速度ω＝ω_０ｎ／２のときに翼車出力最大値Ｐ_Ｗｍとなる。 In this case, the impeller output P _W is
P _W = K _n (ω－ω _0n ) × ω
When the rotation speed is ω = ω _0n / 2, the maximum value of the impeller output is P _Wm .

翼車出力最大値Ｐ_Ｗｍを制御目標点にする場合は、目標回転速度ω_ｔ＝ω_０ｎ／２、目標翼車トルクＴ_ｃ＝－Ｋ_ｎ×ω_０ｎ／２となる。目標誘起電圧定数Ｋ_Ｇｔおよびそれに対応する目標励磁電流実効値Ｉ_ｆｔは第１の実施例と同様に求める。 When the maximum impeller output value P _Wm is set as the control target point, the target rotation speed ω _t = ω _0n / 2, and the target impeller torque T _c = −K _n × ω _0n / 2. The target induced voltage constant _KGt and the corresponding target exciting current effective value _Ift are obtained in the same manner as in the first embodiment.

翼車出力最大値が定格出力を超えた場合に、定格出力Ｐ_Ｗｒとなる目標回転速度ω_ｔは、
ω_ｔ＝ω_０ｎ±（ω_０ｎ ^２－４Ｐ_Ｗｒ/Ｋ_ｎ）^１／２／２
となり、回転速度の小さいω_ｔ１と回転速度の大きいω_ｔ２の２つの解が存在する。どちらの解も安定点であるため、第１の実施例と同様に、発電機と翼車の性能に応じていずれかの解を選択する。 When the maximum value of the impeller output exceeds the rated output, the target rotation speed ω _t that becomes the rated output P _Wr is
ω _t = ω _0n ± (ω _0n ² ^-4P _Wr / K _n ) 1/2/2
Therefore, there are two solutions, ω _t1 with a small rotation speed and ω _t2 with a large rotation speed. Since both solutions are stable points, either solution is selected according to the performance of the generator and the impeller, as in the first embodiment.

本実施の形態によれば、負荷が変動した場合であっても、翼車の最大出力が定格出力以下である風速では翼車出力を最大とし、翼車の最大出力が定格出力を超える風速では翼車出力が定格出力となるように制御することができる。また、翼車特性を記憶する記憶容量を削減し、制御目標点を求める演算を簡素化することができる。 According to this embodiment, even when the load fluctuates, the impeller output is maximized at a wind speed where the maximum output of the impeller is equal to or less than the rated output, and at a wind speed where the maximum output of the impeller exceeds the rated output. The impeller output can be controlled to be the rated output. In addition, the storage capacity for storing the impeller characteristics can be reduced, and the calculation for finding the control target point can be simplified.

［その他の実施の形態］
上述の各実施の形態は、風力発電システムを例として説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、干潮時、満潮時に海流の流速が変化する潮力発電システムにも好適である。 [Other embodiments]
Each of the above embodiments has been described by exemplifying a wind power generation system, but the present invention is not limited thereto. For example, it is also suitable for a tidal power generation system in which the flow velocity of an ocean current changes at low tide and high tide.

１…翼車、２…軸、３…発電機、４…負荷、５…励磁装置、６…制御装置、７…回転速度計、８…電流計、３２…回転子、３３…固定子、３２１…突極、３２２…界磁巻線、３２３…ダイオード、３３１…スロット、３３２…電機子巻線、３３３…励磁巻線、３３１１…右上サブスロット、３３１２…右下サブスロット、３３１３…左上サブスロット、３３１４…左下サブスロット 1 ... impeller, 2 ... shaft, 3 ... generator, 4 ... load, 5 ... exciter, 6 ... control device, 7 ... rotation speed meter, 8 ... ammeter, 32 ... rotor, 33 ... stator, 321 ... Sudden pole 322 ... Field winding, 323 ... Diode, 331 ... Slot, 332 ... Armature winding, 333 ... Excitation winding, 3311 ... Upper right subslot, 3312 ... Lower right subslot, 3313 ... Upper left subslot , 3314 ... Lower left subslot

Claims

流体によって回転する翼車と前記翼車に軸が連結されて励磁巻線に印加する励磁電流の値によって逆トルクの値が定まる発電機とを備えて前記発電機の発電電力を負荷に供給する流体発電システムの制御方法において、
前記流体の流速および前記翼車の回転速度から前記翼車の翼車トルクを求める翼車トルク・回転速度関数群を用いて現時点の流速に合致する翼車トルク・回転速度関数求める第１ステップと、
前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が最大となる第１回転速度とそのときの最大出力値を求める第２ステップと、
前記最大出力値が定格出力値以下の場合は、前記翼車の目標回転速度を前記第１回転速度とし、前記翼車の目標トルクを前記最大出力値を前記目標回転速度で除した値とし、前記最大出力値が定格出力値を超える場合は、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が定格出力値となる第２の回転速度を求めて目標回転速度を前記第２の回転速度とし、目標トルクを定格出力値を前記目標回転速度で除した値とする第３ステップと、
前記目標回転速度と前記目標トルクとから目標誘起電圧定数を求める第４ステップと、
前記発電機の誘起電圧定数と前記励磁電流の関係を示す誘起電圧定数・励磁電流関数を用いて前記目標誘起電圧定数に対応する目標励磁電流を求める第５ステップと、
前記目標励磁電流を前記励磁巻線に印加して前記発電機に目標逆トルクを発生させるプロセスと、
を有することを特徴とする流体発電システムの制御方法。 The impeller rotated by the fluid and the generator whose shaft is connected to the impeller and the value of the reverse torque is determined by the value of the exciting current applied to the exciting winding are provided to supply the generated power of the generator to the load. In the control method of the fluid power generation system
The first step of obtaining the impeller torque / rotational speed function that matches the current flow velocity by using the impeller torque / rotational speed function group for obtaining the impeller torque of the impeller from the flow velocity of the fluid and the rotational speed of the impeller. ,
The first step of obtaining the maximum output value at that time and the first rotation speed at which the output of the impeller becomes maximum using the impeller torque / rotation speed function, and the second step.
When the maximum output value is equal to or less than the rated output value, the target rotation speed of the impeller is defined as the first rotation speed, and the target torque of the impeller is defined as the value obtained by dividing the maximum output value by the target rotation speed. When the maximum output value exceeds the rated output value, the second rotation speed at which the output of the impeller becomes the rated output value is obtained by using the impeller torque / rotation speed function, and the target rotation speed is set to the second. And the third step, where the target torque is the value obtained by dividing the rated output value by the target rotation speed.
The fourth step of obtaining the target induced voltage constant from the target rotation speed and the target torque,
The fifth step of obtaining the target exciting current corresponding to the target induced voltage constant using the induced voltage constant / exciting current function showing the relationship between the induced voltage constant of the generator and the exciting current.
A process of applying the target exciting current to the exciting winding to generate a target reverse torque in the generator.
A method of controlling a fluid power generation system, characterized in that it has.

前記第４ステップは、現時点の回転速度および現時点の電機子電流の値も用いて前記目標誘起電圧定数を求めることを特徴とする請求項１に記載の流体発電システムの制御方法。 The control method for a magnetohydrodynamic system according to claim 1, wherein the fourth step is to obtain the target induced voltage constant using the current rotation speed and the current armature current value.

前記第３ステップは、前記第２の回転速度の解が複数存在する場合には、より安定性の高い解を選択するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体発電システムの制御方法。 The control of the fluid power generation system according to claim 1, wherein the third step includes a step of selecting a solution having higher stability when a plurality of solutions of the second rotation speed exist. Method.

前記第３ステップは、前記第２の回転速度の解が複数存在する場合には、前記翼車の性能および前記発電機の性能に基づいて一つの解を選択するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体発電システムの制御方法。 The third step is characterized by including a step of selecting one solution based on the performance of the impeller and the performance of the generator when a plurality of solutions of the second rotational speed exist. The control method for a fluid power generation system according to claim 1.

前記第１ステップは、前記発電機の現時点の回転速度から求めた現時点の逆トルクと現時点の回転速度との組み合わせに合致するように前記翼車トルク・回転速度関数を求めるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体発電システムの制御方法。 The first step is characterized by including a step of obtaining the impeller torque / rotation speed function so as to match the combination of the current reverse torque obtained from the current rotation speed of the generator and the current rotation speed. The control method of the fluid power generation system according to claim 1.

前記第１ステップは、前記発電機の現時点の電機子電流から求めた現時点の逆トルクと現時点の回転速度との組み合わせに合致するように前記翼車トルク・回転速度関数を求めるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体発電システムの制御方法。 The first step includes finding the impeller torque / rotational speed function so as to match the combination of the current reverse torque obtained from the current armature current of the generator and the current rotational speed. The control method for a fluid power generation system according to claim 1.

前記翼車トルク・回転速度関数は、前記翼車のトルクが回転速度に比例する直線で近似されたものであることを特徴とする請求項１に記載の流体発電システムの制御方法。 The control method for a fluid power generation system according to claim 1, wherein the impeller torque / rotational speed function is an approximation of the impeller torque with a straight line proportional to the rotational speed.

流体によって発電して発電電力を負荷に供給する流体発電システムにおいて、
流体によって回転する翼車と、
前記翼車に軸が連結されて励磁巻線に印加する励磁電流の値によって逆トルクの値が定まる発電機と、
前記流体の流速および前記翼車の回転速度から前記翼車の翼車トルクを求める翼車トルク・回転速度関数群を用いて現時点の流速に合致する翼車トルク・回転速度関数を求める第１ステップと、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が最大となる第１回転速度とそのときの最大出力値を求める第２ステップと、前記最大出力値が定格出力値以下の場合は、前記翼車の目標回転速度を前記第１回転速度とし、前記翼車の目標トルクを前記最大出力値を前記目標回転速度で除した値とし、前記最大出力値が定格出力値を超える場合は、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が定格出力値となる第２の回転速度を求めて目標回転速度を前記第２の回転速度とし、目標トルクを定格出力値を前記目標回転速度で除した値とする第３ステップと、前記目標回転速度と前記目標トルクとから目標誘起電圧定数を求める第４ステップと、前記発電機の誘起電圧定数と前記励磁電流の関係を示す誘起電圧定数・励磁電流関数を用いて前記目標誘起電圧定数に対応する目標励磁電流を求める第５ステップと、前記目標励磁電流を前記励磁巻線に印加して前記発電機に目標逆トルクを発生させるプロセスと、を行う制御装置と、
を有することを特徴とする流体発電システム。 In a fluid power generation system that generates power from fluid and supplies the generated power to the load
An impeller that is rotated by fluid and
A generator whose shaft is connected to the impeller and whose reverse torque value is determined by the value of the exciting current applied to the exciting winding.
The first step of obtaining the impeller torque / rotational speed function that matches the current flow velocity by using the impeller torque / rotational speed function group for obtaining the impeller torque of the impeller from the flow velocity of the fluid and the rotational speed of the impeller. And the first step to obtain the maximum output value at that time and the first rotation speed at which the output of the impeller becomes maximum using the impeller torque / rotation speed function, and the maximum output value is less than or equal to the rated output value. In this case, the target rotation speed of the impeller is set to the first rotation speed, the target torque of the impeller is set to the value obtained by dividing the maximum output value by the target rotation speed, and the maximum output value exceeds the rated output value. In this case, the impeller torque / rotational speed function is used to obtain a second rotational speed at which the output of the impeller becomes the rated output value, the target rotational speed is set as the second rotational speed, and the target torque is the rated output. The third step of dividing the value by the target rotation speed, the fourth step of obtaining the target induced voltage constant from the target rotation speed and the target torque, and the induced voltage constant of the generator and the exciting current. The fifth step of obtaining the target exciting current corresponding to the target induced voltage constant using the induced voltage constant / exciting current function showing the relationship, and the target reverse to the generator by applying the target exciting current to the exciting winding. The process of generating torque, the control device that performs, and
A fluid power generation system characterized by having.

流体によって回転する翼車と、前記翼車に軸が連結されて励磁巻線に印加する励磁電流の値によって逆トルクの値が定まる発電機と、を備えて発電電力を負荷に供給する流体発電装置の制御装置において、
前記流体の流速および前記翼車の回転速度から前記翼車の翼車トルクを求める翼車トルク・回転速度関数群を用いて現時点の流速に合致する翼車トルク・回転速度関数を求める第１ステップと、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が最大となる第１回転速度とそのときの最大出力値を求める第２ステップと、前記最大出力値が定格出力値以下の場合は、前記翼車の目標回転速度を前記第１回転速度とし、前記翼車の目標トルクを前記最大出力値を前記目標回転速度で除した値とし、前記最大出力値が定格出力値を超える場合は、前記翼車トルク・回転速度関数を用いて前記翼車の出力が定格出力値となる第２の回転速度を求めて目標回転速度を前記第２の回転速度とし、目標トルクを定格出力値を前記目標回転速度で除した値とする第３ステップと、前記目標回転速度と前記目標トルクとから目標誘起電圧定数を求める第４ステップと、前記発電機の誘起電圧定数と前記励磁電流の関係を示す誘起電圧定数・励磁電流関数を用いて前記目標誘起電圧定数に対応する目標励磁電流を求める第５ステップと、前記目標励磁電流を前記励磁巻線に印加して前記発電機に目標逆トルクを発生させるプロセスと、を行うことを特徴とする流体発電装置の制御装置。
A magnetohydrodynamic generator equipped with an impeller that rotates by fluid and a generator whose shaft is connected to the impeller and whose reverse torque value is determined by the value of the exciting current applied to the exciting winding. In the control device of the device
The first step of obtaining the impeller torque / rotational speed function that matches the current flow velocity by using the impeller torque / rotational speed function group for obtaining the impeller torque of the impeller from the flow velocity of the fluid and the rotational speed of the impeller. And the first step to obtain the maximum output value at that time and the first rotation speed at which the output of the impeller becomes maximum using the impeller torque / rotation speed function, and the maximum output value is less than or equal to the rated output value. In this case, the target rotation speed of the impeller is set to the first rotation speed, the target torque of the impeller is set to the value obtained by dividing the maximum output value by the target rotation speed, and the maximum output value exceeds the rated output value. In this case, the impeller torque / rotational speed function is used to obtain a second rotational speed at which the output of the impeller becomes the rated output value, the target rotational speed is set as the second rotational speed, and the target torque is the rated output. The third step of dividing the value by the target rotation speed, the fourth step of obtaining the target induced voltage constant from the target rotation speed and the target torque, and the induced voltage constant of the generator and the exciting current. The fifth step of obtaining the target exciting current corresponding to the target induced voltage constant using the induced voltage constant / exciting current function showing the relationship, and the target reverse to the generator by applying the target exciting current to the exciting winding. A control device for a fluid power generator, characterized in that it performs a process of generating torque.