JPH08322297A - 風力発電装置 - Google Patents
風力発電装置Info
- Publication number
- JPH08322297A JPH08322297A JP7125308A JP12530895A JPH08322297A JP H08322297 A JPH08322297 A JP H08322297A JP 7125308 A JP7125308 A JP 7125308A JP 12530895 A JP12530895 A JP 12530895A JP H08322297 A JPH08322297 A JP H08322297A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- speed
- power generation
- generator
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低風速域における発電効率を向上する。
【構成】 発電装置して開閉器5を介して電力系統Kに
接続される主発電機3とコンバータ81及びインバータ
83からなる発電制御装置8を介して電力系統Kに接続
される補助発電機4とが設けられている。補助発電機4
は主発電機3の発電可能風速以下の低風速域から定周速
比運転により発電され、電力系統Kに電力供給する。上
記発電可能風速以上の風速域では主発電機3を電力系統
Kに接続して発電させ、主発電機3及び補助発電機4の
両出力電力が電力系統Kに供給される。低風速域では補
助発電機4を定周速比運転して可及的高効率で発電供給
し、低風速域以上では主発電機3及び補助発電機4で発
電供給することにより発電効率を向上させた。
接続される主発電機3とコンバータ81及びインバータ
83からなる発電制御装置8を介して電力系統Kに接続
される補助発電機4とが設けられている。補助発電機4
は主発電機3の発電可能風速以下の低風速域から定周速
比運転により発電され、電力系統Kに電力供給する。上
記発電可能風速以上の風速域では主発電機3を電力系統
Kに接続して発電させ、主発電機3及び補助発電機4の
両出力電力が電力系統Kに供給される。低風速域では補
助発電機4を定周速比運転して可及的高効率で発電供給
し、低風速域以上では主発電機3及び補助発電機4で発
電供給することにより発電効率を向上させた。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、風力エネルギーを電気
エネルギーに変換する風力発電装置に係り、特に低風速
時の発電効率を高める発電制御に関するものである。
エネルギーに変換する風力発電装置に係り、特に低風速
時の発電効率を高める発電制御に関するものである。
【0002】
【従来の技術】商用電力系統に連系して使用される誘導
発電機を用いた風力発電装置は、上記誘導発電機が開閉
器を介して電力系統に接続され、一般にロータの回転数
が商用周波数(50Hz又は60Hz)よりも低いとき
は、上記開閉器を開成して誘導電動機が上記電力系統か
ら切り離され、ロータの回転数が商用周波数に対する同
期速度に上昇すると、上記開閉器を閉成して誘導電動機
が電力系統に接続されるとともに、ロータの回転数が上
記同期速度に保持されるように運転制御がなされてい
る。
発電機を用いた風力発電装置は、上記誘導発電機が開閉
器を介して電力系統に接続され、一般にロータの回転数
が商用周波数(50Hz又は60Hz)よりも低いとき
は、上記開閉器を開成して誘導電動機が上記電力系統か
ら切り離され、ロータの回転数が商用周波数に対する同
期速度に上昇すると、上記開閉器を閉成して誘導電動機
が電力系統に接続されるとともに、ロータの回転数が上
記同期速度に保持されるように運転制御がなされてい
る。
【0003】しかし、上記運転制御方法は、ロータの回
転数が同期速度に上昇すると、風速の変化に拘らずロー
タの回転数が同期速度に保持されるので、風況によって
周速比TSR(=羽根先端の周方向速度/風車への入射空
気速度)が変化し、これにより出力係数CP(風力動力
によって得られる出力の効率を示す係数)が大きく変化
して、特に低風速時における出力効率が低下するという
不具合がある。
転数が同期速度に上昇すると、風速の変化に拘らずロー
タの回転数が同期速度に保持されるので、風況によって
周速比TSR(=羽根先端の周方向速度/風車への入射空
気速度)が変化し、これにより出力係数CP(風力動力
によって得られる出力の効率を示す係数)が大きく変化
して、特に低風速時における出力効率が低下するという
不具合がある。
【0004】すなわち、上記出力係数CPは、図9に示
すように、ある周速比TSR0に対して最大値を有し、風
速の変化に拘らず誘導発電機のロータの回転数N(すな
わち、風車の回転軸の回転数)を一定に保持すると、周
速比TSRが最大出力係数CPMAXに対する周速比T
SR0(以下、最大出力周速比TSR0という。)から外れ、
特に風速が低下すると、周速比TSRは最大出力周速比T
SR0より増加し、出力係数CPは急激に低下する。
すように、ある周速比TSR0に対して最大値を有し、風
速の変化に拘らず誘導発電機のロータの回転数N(すな
わち、風車の回転軸の回転数)を一定に保持すると、周
速比TSRが最大出力係数CPMAXに対する周速比T
SR0(以下、最大出力周速比TSR0という。)から外れ、
特に風速が低下すると、周速比TSRは最大出力周速比T
SR0より増加し、出力係数CPは急激に低下する。
【0005】従来、上記課題を解決するため、通常の高
出力型誘導発電機(以下、主機という。)とは別に低風
速時専用の低出力型誘導発電機(以下、補機という。)
を設け、設定された閾値以下の低風速域においては上記
補機により発電することで低風力時における出力効率の
低下を防止するようにした風力発電装置が提案されてい
る。
出力型誘導発電機(以下、主機という。)とは別に低風
速時専用の低出力型誘導発電機(以下、補機という。)
を設け、設定された閾値以下の低風速域においては上記
補機により発電することで低風力時における出力効率の
低下を防止するようにした風力発電装置が提案されてい
る。
【0006】図7は、上記従来の風力発電装置の概略構
成図である。また、図8は、同風力発電装置の発電制御
を示す図である。
成図である。また、図8は、同風力発電装置の発電制御
を示す図である。
【0007】図7において、風力発電装置100は、主
として風車本体101、この風車本体101の回転軸の
回転数を検出する回転検出器102、主機103、補機
104、この補機104を電力系統に接続するための開
閉器105、上記主機103を電力系統に接続するため
の開閉器106,補助開閉器107、限流リアクトル1
08及び発電制御を行う制御ユニット109から構成さ
れている。
として風車本体101、この風車本体101の回転軸の
回転数を検出する回転検出器102、主機103、補機
104、この補機104を電力系統に接続するための開
閉器105、上記主機103を電力系統に接続するため
の開閉器106,補助開閉器107、限流リアクトル1
08及び発電制御を行う制御ユニット109から構成さ
れている。
【0008】上記主機103は高回転域にて商用周波数
の発電が可能な高出力型誘導発電機からなり、上記補機
104は主機103よりも低回転にて商用周波数の発電
が可能な低出力型誘電発電機からなり、主機103及び
補機104は共に風車本体101の回転軸に連結されて
いる。
の発電が可能な高出力型誘導発電機からなり、上記補機
104は主機103よりも低回転にて商用周波数の発電
が可能な低出力型誘電発電機からなり、主機103及び
補機104は共に風車本体101の回転軸に連結されて
いる。
【0009】上記風力発電装置100は、図8に示すよ
うに、風速Vが予め設定された閾値VTH(m/s)以下の
領域(以下、低風速域という。)においては、補機10
4のみが電力系統に接続されるとともに、主機103が
無負荷駆動され、風速Vが上記閾値VTHに上昇すると、
電力系統に接続されていた補機104が切り離されると
ともに、主機103が電力系統に接続されるようになさ
れ、低風速域においては補機104を発電させることで
発電効率の低下を可及的に軽減するようになっている。
うに、風速Vが予め設定された閾値VTH(m/s)以下の
領域(以下、低風速域という。)においては、補機10
4のみが電力系統に接続されるとともに、主機103が
無負荷駆動され、風速Vが上記閾値VTHに上昇すると、
電力系統に接続されていた補機104が切り離されると
ともに、主機103が電力系統に接続されるようになさ
れ、低風速域においては補機104を発電させることで
発電効率の低下を可及的に軽減するようになっている。
【0010】また、特開昭62−123997号公報に
は、単一の誘導発電機(主機)のみからなる風速発電装
置において、低風速域から上記誘導発電機の定格運転可
能な風速までの風速域では予め設定された運転特性に基
づいて定周速比運転を行うものが示されている。
は、単一の誘導発電機(主機)のみからなる風速発電装
置において、低風速域から上記誘導発電機の定格運転可
能な風速までの風速域では予め設定された運転特性に基
づいて定周速比運転を行うものが示されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の風力発電装
置の前者のものは、主機103とは別に補機104を設
けているため装置が大型化する。特に補機104は低風
速域において発電し得るものでなければならないから通
常のサイズより大きくなり、単純に誘導発電機を2台設
けるよりも大型となる。
置の前者のものは、主機103とは別に補機104を設
けているため装置が大型化する。特に補機104は低風
速域において発電し得るものでなければならないから通
常のサイズより大きくなり、単純に誘導発電機を2台設
けるよりも大型となる。
【0012】また、2台の発電機を備えているにも拘ら
ずいずれか一方しか発電に利用していないので、発電機
の有効利用の点で問題があり、しかも補機104と主機
103とを切り換える際に、両機が一時的に無負荷状態
となり、電力供給が中断されるという不具合もある。
ずいずれか一方しか発電に利用していないので、発電機
の有効利用の点で問題があり、しかも補機104と主機
103とを切り換える際に、両機が一時的に無負荷状態
となり、電力供給が中断されるという不具合もある。
【0013】更に風速が減少している状況下では、補機
104を電力系統に接続した状態で負荷が加えられる
と、風車本体101の回転数が直ちに補機104の定格
回転数以下に低下し、補機104による発電が不可能に
なることもある。
104を電力系統に接続した状態で負荷が加えられる
と、風車本体101の回転数が直ちに補機104の定格
回転数以下に低下し、補機104による発電が不可能に
なることもある。
【0014】また、補機104から主機103に切り換
えられる際に主機103に大きい負荷が急激に加わる可
能性があり、このストレスの繰り返しにより主機103
の耐久性が著しく低下するおそれもある。
えられる際に主機103に大きい負荷が急激に加わる可
能性があり、このストレスの繰り返しにより主機103
の耐久性が著しく低下するおそれもある。
【0015】一方、特開昭62−123997号公報の
ものは、低風速域から高風速域まで比較的広範囲で発電
は可能になるが、このため大型の誘導発電機を必要と
し、しかも大型誘導発電機の特性上、低風速時の発電ロ
スが大きくなるので、効率良く低風速域から発電させる
ことは困難である。
ものは、低風速域から高風速域まで比較的広範囲で発電
は可能になるが、このため大型の誘導発電機を必要と
し、しかも大型誘導発電機の特性上、低風速時の発電ロ
スが大きくなるので、効率良く低風速域から発電させる
ことは困難である。
【0016】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、低風速域においても高い効率で発電可能な風力
発電装置を提供することを目的とする。
であり、低風速域においても高い効率で発電可能な風力
発電装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、風車の回転力
によりロータが回転駆動され、予め設定された第1のロ
ータ回転数以上で発電可能な主発電手段と、上記主発電
手段と電力系統との接続を開閉する開閉手段と、上記風
車の回転力によりロータが回転駆動され、上記第1のロ
ータ回転数より低いロータ回転数以上で発電可能な、上
記主発電手段より発電容量の小さい補助発電手段と、上
記補助発電手段から出力される交流電力を制御するとと
もに、この交流電力を直流電力に変換する第1の電力変
換手段と、上記第1の電力変換手段から出力される直流
電力を所定周波数の交流電力に変換し、上記電力系統に
出力する第2の電力変換手段と、上記補助発電手段のロ
ータ回転数を検出する回転数検出手段と、上記補助発電
手段のロータ回転数が補助発電手段の定格出力を出力し
得る定格回転数より低い回転数となる風速域では上記第
1の電力変換手段を定周速比運転し、上記補助発電手段
のロータ回転数が上記定格回転数以上の回転数となる風
速域では上記第1の電力変換手段を定出力運転する運転
制御手段と、上記補助発電手段のロータ回転数が上記定
格回転数以上に上昇すると、上記主発電手段を電力系統
に接続すべく上記開閉手段を閉成する開閉制御手段とを
備えたものである(請求項1)。
によりロータが回転駆動され、予め設定された第1のロ
ータ回転数以上で発電可能な主発電手段と、上記主発電
手段と電力系統との接続を開閉する開閉手段と、上記風
車の回転力によりロータが回転駆動され、上記第1のロ
ータ回転数より低いロータ回転数以上で発電可能な、上
記主発電手段より発電容量の小さい補助発電手段と、上
記補助発電手段から出力される交流電力を制御するとと
もに、この交流電力を直流電力に変換する第1の電力変
換手段と、上記第1の電力変換手段から出力される直流
電力を所定周波数の交流電力に変換し、上記電力系統に
出力する第2の電力変換手段と、上記補助発電手段のロ
ータ回転数を検出する回転数検出手段と、上記補助発電
手段のロータ回転数が補助発電手段の定格出力を出力し
得る定格回転数より低い回転数となる風速域では上記第
1の電力変換手段を定周速比運転し、上記補助発電手段
のロータ回転数が上記定格回転数以上の回転数となる風
速域では上記第1の電力変換手段を定出力運転する運転
制御手段と、上記補助発電手段のロータ回転数が上記定
格回転数以上に上昇すると、上記主発電手段を電力系統
に接続すべく上記開閉手段を閉成する開閉制御手段とを
備えたものである(請求項1)。
【0018】なお、上記主発電手段はハイスリップ型誘
導発電機で構成するとよい(請求項2)。
導発電機で構成するとよい(請求項2)。
【0019】
【作用】請求項1記載の発明によれば、発電装置は主発
電手段と補助発電手段とから構成され、風車の回転力に
より上記主発電手段及び補助発電手段のロータが回転駆
動され、両発電手段によりそれぞれ風速に応じた電力が
出力される。
電手段と補助発電手段とから構成され、風車の回転力に
より上記主発電手段及び補助発電手段のロータが回転駆
動され、両発電手段によりそれぞれ風速に応じた電力が
出力される。
【0020】上記補助発電手段のロータの回転数が定格
回転数より低い回転数となる低風速域においては、主発
電手段は商用電力系統から切り離され、補助発電手段で
発生された電力が電力系統に供給される。
回転数より低い回転数となる低風速域においては、主発
電手段は商用電力系統から切り離され、補助発電手段で
発生された電力が電力系統に供給される。
【0021】上記低風速域においては、補助発電手段は
定周速比運転(出力係数CPが各風速における最大出力
係数CPMAXとなるように風速に応じて周速比を調整する
運転)がなされ、可及的効率良く風力エネルギーが電気
エネルギーに変換されて電力系統に供給される。
定周速比運転(出力係数CPが各風速における最大出力
係数CPMAXとなるように風速に応じて周速比を調整する
運転)がなされ、可及的効率良く風力エネルギーが電気
エネルギーに変換されて電力系統に供給される。
【0022】また、上記低風速域以上の風速域において
は、補助発電手段は出力を定格電力に保持する定出力運
転が行われる一方、主発電手段は電力系統に接続されて
発電が行われる。これにより電力系統には主発電手段で
発生された電力と補助発電手段で発生された定格電力と
の合計電力が供給される。
は、補助発電手段は出力を定格電力に保持する定出力運
転が行われる一方、主発電手段は電力系統に接続されて
発電が行われる。これにより電力系統には主発電手段で
発生された電力と補助発電手段で発生された定格電力と
の合計電力が供給される。
【0023】請求項2記載の発明によれば、主発電手段
である誘導発電機が電力系統に接続されて発電を開始し
た直後に、風車から上記誘導発電機に大きい駆動力が急
激に伝達された場合にもすべりの変化により誘導発電機
に伝達される過大な駆動力が吸収され、誘導発電機に掛
かる負荷急変によるストレスが低減される。
である誘導発電機が電力系統に接続されて発電を開始し
た直後に、風車から上記誘導発電機に大きい駆動力が急
激に伝達された場合にもすべりの変化により誘導発電機
に伝達される過大な駆動力が吸収され、誘導発電機に掛
かる負荷急変によるストレスが低減される。
【0024】
【実施例】図1は、本発明に係る風力発電装置の第1実
施例の構成図である。同図において、風車本体1は風力
エネルギーを機械的動力に変換する回転機械部で、回転
軸1aに対して垂直方向に突設された2枚乃至数枚のピ
ッチ角βの変更可能なプロペラ1bとこのプロペラ1b
のピッチ角βを変更するピッチ角変更装置1cとを備え
ている。増速機2は上記回転軸1aの回転速度を所定の
比率で増加して主発電機3及び補助発電機4の回転軸に
伝達するものである。
施例の構成図である。同図において、風車本体1は風力
エネルギーを機械的動力に変換する回転機械部で、回転
軸1aに対して垂直方向に突設された2枚乃至数枚のピ
ッチ角βの変更可能なプロペラ1bとこのプロペラ1b
のピッチ角βを変更するピッチ角変更装置1cとを備え
ている。増速機2は上記回転軸1aの回転速度を所定の
比率で増加して主発電機3及び補助発電機4の回転軸に
伝達するものである。
【0025】主発電機3(図中、G1で示す。)は、例
えば最大出力250kWの高出力誘導発電機からなる発
電装置で、その出力は補助開閉器6及び限流リアクトル
7の直列回路と主開閉器5とを並列接続してなる開閉器
5を介して電力系統Kに接続されている。主発電機3
は、起動直後に風車本体1による過大な回転動力が直ち
に加わらないように、好ましくは定格すべり率5%以上
のハイスリップ型誘導発電機を用いるとよい。
えば最大出力250kWの高出力誘導発電機からなる発
電装置で、その出力は補助開閉器6及び限流リアクトル
7の直列回路と主開閉器5とを並列接続してなる開閉器
5を介して電力系統Kに接続されている。主発電機3
は、起動直後に風車本体1による過大な回転動力が直ち
に加わらないように、好ましくは定格すべり率5%以上
のハイスリップ型誘導発電機を用いるとよい。
【0026】補助発電機4(図中、G2で示す。)は、
例えば最大出力50kWの起動トルクの大きい低出力誘
導発電機からなる発電装置で、その出力は発電制御装置
8を介して電力系統Kに接続されている。
例えば最大出力50kWの起動トルクの大きい低出力誘
導発電機からなる発電装置で、その出力は発電制御装置
8を介して電力系統Kに接続されている。
【0027】補助発電機4は、主発電機3の発電可能な
風速VBより低い風速VAから発電可能で、この風速VA
以上で発電駆動され、上記風速VB以上の風速域では主
発電機3の発電電力とともに電力系統に供給され(図3
参照)、電力供給可能な風速域及び発電量の両面におい
て主発電機3の発電機能を補完するものである。
風速VBより低い風速VAから発電可能で、この風速VA
以上で発電駆動され、上記風速VB以上の風速域では主
発電機3の発電電力とともに電力系統に供給され(図3
参照)、電力供給可能な風速域及び発電量の両面におい
て主発電機3の発電機能を補完するものである。
【0028】発電制御装置8は、補助発電機4の励磁周
波数を制御するとともに、その発生電力を制御するコン
バータ81、このコンバータ81の駆動を制御するコン
バータ制御回路82、上記コンバータ82から出力され
る直流電力を商用周波数(50Hz又は60Hz)の交
流電力に再変換して電力系統Kに供給するインバータ8
3、このインバータ83の駆動を制御するインバータ制
御回路84及びインバータ83からの出力電圧波形を正
弦波に波形成形するフィルタ回路85から構成されてい
る。
波数を制御するとともに、その発生電力を制御するコン
バータ81、このコンバータ81の駆動を制御するコン
バータ制御回路82、上記コンバータ82から出力され
る直流電力を商用周波数(50Hz又は60Hz)の交
流電力に再変換して電力系統Kに供給するインバータ8
3、このインバータ83の駆動を制御するインバータ制
御回路84及びインバータ83からの出力電圧波形を正
弦波に波形成形するフィルタ回路85から構成されてい
る。
【0029】上記コンバータ81は、例えばスイッチン
グトランジスタやサイリスタ等のスイッチング素子を用
いた3相コンバータからなり、上記インバータ83は上
記コンバータ81と同様の構成の3相インバータからな
る。コンバータ81とインバータ83とは並列接続さ
れ、コンバータ81の出力端子間には直流出力を平滑す
るための平滑コンデンサC0が並列接続されている。
グトランジスタやサイリスタ等のスイッチング素子を用
いた3相コンバータからなり、上記インバータ83は上
記コンバータ81と同様の構成の3相インバータからな
る。コンバータ81とインバータ83とは並列接続さ
れ、コンバータ81の出力端子間には直流出力を平滑す
るための平滑コンデンサC0が並列接続されている。
【0030】上記コンバータ制御回路82は風速判別器
821、回転数判別器822、出力調整回路823、P
I(Proportional Integral)調節器824(図中、P
Iで示す。)及びPWM(Pulse Width Modulation)回
路825から構成されている。
821、回転数判別器822、出力調整回路823、P
I(Proportional Integral)調節器824(図中、P
Iで示す。)及びPWM(Pulse Width Modulation)回
路825から構成されている。
【0031】風速判別器821は風速Vが発電可能な風
速の範囲(V1≦V≦V2)にあるか否かを判別するもの
で、風速検出器9により検出された風速Vと予め設定さ
れた閾値V1,V2とを比較し、風速Vが上記風速範囲外
であれば、ローレベルの判別信号を出力し、上記風速範
囲内であれば、ハイレベルの判別信号を出力する。
速の範囲(V1≦V≦V2)にあるか否かを判別するもの
で、風速検出器9により検出された風速Vと予め設定さ
れた閾値V1,V2とを比較し、風速Vが上記風速範囲外
であれば、ローレベルの判別信号を出力し、上記風速範
囲内であれば、ハイレベルの判別信号を出力する。
【0032】回転数判別器822は補助発電機4のロー
タ4aの回転数Nが発電可能な回転数NP(以下、発電
開始回転数NPという。)以上になっているか否かを判
別するもので、角速度検出器10により検出された角速
度ω(回転数N)と予め設定された発電開始角速度ωP
(NP)と比較し、角速度ωが発電開始角速度ωPより低
速であれば、ローレベルの判別信号を出力し、発電開始
角速度ωP以上であれば、ハイレベルの判別信号を出力
する。
タ4aの回転数Nが発電可能な回転数NP(以下、発電
開始回転数NPという。)以上になっているか否かを判
別するもので、角速度検出器10により検出された角速
度ω(回転数N)と予め設定された発電開始角速度ωP
(NP)と比較し、角速度ωが発電開始角速度ωPより低
速であれば、ローレベルの判別信号を出力し、発電開始
角速度ωP以上であれば、ハイレベルの判別信号を出力
する。
【0033】上記風速判別器821及び回転数判別器8
22から出力される判別信号はAND回路826により
論理積信号に変換され、この論理積信号が上記出力調整
回路823に入力される。上記論理積信号は、風速Vが
発電可能風速範囲で、かつ、ロータ4aの回転数Nが発
電開始回転数NP以上であるか否かの判別信号で、V1≦
V≦V2かつNP≦Nであれば、ハイレベルの判別信号が
出力調整回路823に入力され、風速V<V1又はV2<
V、かつ、N<NPであれば、ローレベルの判別信号が
出力調整回路823に入力される。
22から出力される判別信号はAND回路826により
論理積信号に変換され、この論理積信号が上記出力調整
回路823に入力される。上記論理積信号は、風速Vが
発電可能風速範囲で、かつ、ロータ4aの回転数Nが発
電開始回転数NP以上であるか否かの判別信号で、V1≦
V≦V2かつNP≦Nであれば、ハイレベルの判別信号が
出力調整回路823に入力され、風速V<V1又はV2<
V、かつ、N<NPであれば、ローレベルの判別信号が
出力調整回路823に入力される。
【0034】出力調整回路823は補助発電機4の出力
を調整するものである。出力調整回路823は、ロータ
4aの角速度ωに対する直流電流指令値idc *の関数プ
ログラムを有し、この関数プログラムにより角速度検出
器10から入力されるロータ4aの現在角速度ω及び上
記AND回路826から入力される判別信号に基づき直
流電流指令値idc *を出力する。
を調整するものである。出力調整回路823は、ロータ
4aの角速度ωに対する直流電流指令値idc *の関数プ
ログラムを有し、この関数プログラムにより角速度検出
器10から入力されるロータ4aの現在角速度ω及び上
記AND回路826から入力される判別信号に基づき直
流電流指令値idc *を出力する。
【0035】上記関数プログラムは、ロータ角速度ωが
力行運転開始角速度ωO(力行運転開始回転数NO)にな
ると、力行運転停止角速度ωEに上昇するまで補助発電
機4をモータとして駆動し、更にロータ角速度ωが発電
開始角速度ωPに上昇すると、補助発電機4の回生運転
を開始するようになっている。そして、ロータ角速度ω
が発電開始角速度ωPと定格出力P2の発電が可能にな
る定格角速度ωC間ではすべり周波数制御により定周速
比運転を行い、ロータ角速度ωが上記定格角速度ωCに
上昇すると、定出力運転を行う。
力行運転開始角速度ωO(力行運転開始回転数NO)にな
ると、力行運転停止角速度ωEに上昇するまで補助発電
機4をモータとして駆動し、更にロータ角速度ωが発電
開始角速度ωPに上昇すると、補助発電機4の回生運転
を開始するようになっている。そして、ロータ角速度ω
が発電開始角速度ωPと定格出力P2の発電が可能にな
る定格角速度ωC間ではすべり周波数制御により定周速
比運転を行い、ロータ角速度ωが上記定格角速度ωCに
上昇すると、定出力運転を行う。
【0036】上記定周速比制御は、出力係数CPが各風
速Vに対する最大出力係数CPMAXとなるように風速Vに
応じてコンバータ81の励磁周波数(すなわち、誘導発
電機4のすべり周波数)を制御するもので、以下の原理
に基づく制御である。
速Vに対する最大出力係数CPMAXとなるように風速Vに
応じてコンバータ81の励磁周波数(すなわち、誘導発
電機4のすべり周波数)を制御するもので、以下の原理
に基づく制御である。
【0037】すなわち、プロペラ型風車による出力P及
び周速比TSRは下記(1)式及び(2)式で表され、両
式から風速Vを消去すると、下記(3)式に示す出力P
と風車の回転数Nとの関係式が得られる。
び周速比TSRは下記(1)式及び(2)式で表され、両
式から風速Vを消去すると、下記(3)式に示す出力P
と風車の回転数Nとの関係式が得られる。
【0038】
【数1】
【0039】
【数2】
【0040】プロペラのピッチ角βが一定であれば、出
力係数CPはある周速比TSR0で最大となるから、風速V
の変化に応じて周速比TSR0となるように風車の回転数
Nを制御すれば、上記(3)式より出力Pは常にその風
速Vにおける最大出力PMAX(=K・CPMAX・Nf 3/T
SR0 3)とすることができる。
力係数CPはある周速比TSR0で最大となるから、風速V
の変化に応じて周速比TSR0となるように風車の回転数
Nを制御すれば、上記(3)式より出力Pは常にその風
速Vにおける最大出力PMAX(=K・CPMAX・Nf 3/T
SR0 3)とすることができる。
【0041】一方、あるピッチ角βにおいては、周速比
TSR0及び最大出力係数CPMAXはそれぞれ一定値となる
から、上記PMAX=K・CPMAX・Nf 3/TSR0 3の関係式
より風車の各回転数Nに対する最大出力PMAXは一義的
に決定され、最大出力PMAXは回転数Nf 3の関数として
算出することができる。従って、風車の回転数Nf、す
なわち、ロータ4aの回転数Nに対する出力Pが常にそ
の回転数Nに対する最大出力PMAXとなるようにコンバ
ータ81の励磁周波数を制御することにより等価的に定
周速比制御を行うことができる。
TSR0及び最大出力係数CPMAXはそれぞれ一定値となる
から、上記PMAX=K・CPMAX・Nf 3/TSR0 3の関係式
より風車の各回転数Nに対する最大出力PMAXは一義的
に決定され、最大出力PMAXは回転数Nf 3の関数として
算出することができる。従って、風車の回転数Nf、す
なわち、ロータ4aの回転数Nに対する出力Pが常にそ
の回転数Nに対する最大出力PMAXとなるようにコンバ
ータ81の励磁周波数を制御することにより等価的に定
周速比制御を行うことができる。
【0042】本実施例では、ロータ4aの回転数Nに対
する最大出力PMAXに対応するコンバータ81の出力電
流idc *の関数を予め設定しておき、補助発電機4のロ
ータ4aの角速度ωを検出するとともに現在の発電機の
出力電流idcfを検出し、上記検出結果ωに基づき上記
関数から電流制御目標値idc *を算出する。そして、算
出された電流制御目標値idc *と上記検出出力電流idcf
との偏差がなくなるように補助発電機4の励磁周波数
(同期速度)を調整してロータ4aの角速度ω(回転数
N)を制御することにより上記定周速比制御を行うよう
にしている。
する最大出力PMAXに対応するコンバータ81の出力電
流idc *の関数を予め設定しておき、補助発電機4のロ
ータ4aの角速度ωを検出するとともに現在の発電機の
出力電流idcfを検出し、上記検出結果ωに基づき上記
関数から電流制御目標値idc *を算出する。そして、算
出された電流制御目標値idc *と上記検出出力電流idcf
との偏差がなくなるように補助発電機4の励磁周波数
(同期速度)を調整してロータ4aの角速度ω(回転数
N)を制御することにより上記定周速比制御を行うよう
にしている。
【0043】PI調節器424は、フィードバック系の
動作を安定させるための信号調節器で、電流検出器CT
1により検出されたコンバータ81の出力電流idcfを
上記直流電流指令値idc *に負帰還させて得られる偏差
信号Δidc *(=idc *−idcf)をPI動作制御信号に
調節するものである。
動作を安定させるための信号調節器で、電流検出器CT
1により検出されたコンバータ81の出力電流idcfを
上記直流電流指令値idc *に負帰還させて得られる偏差
信号Δidc *(=idc *−idcf)をPI動作制御信号に
調節するものである。
【0044】上記偏差信号Δidc *はすべり角速度に相
当する信号で、PI調節器824から出力されるPI動
作制御信号(以下、すべり角速度信号ωSという)と角
速度検出器10により検出されたロータ4aの角速度ω
とからコンバータ81の励磁周波数の制御目標値に相当
する周波数制御信号ω1(=ω−ωS)が生成され、こ
の周波数制御信号ω1はPWM回路825に入力され
る。
当する信号で、PI調節器824から出力されるPI動
作制御信号(以下、すべり角速度信号ωSという)と角
速度検出器10により検出されたロータ4aの角速度ω
とからコンバータ81の励磁周波数の制御目標値に相当
する周波数制御信号ω1(=ω−ωS)が生成され、こ
の周波数制御信号ω1はPWM回路825に入力され
る。
【0045】PWM回路825は上記周波数制御信号ω
1に基づきPWM信号からなるゲートパルス信号を生成
し、コンバータ81に出力するものである。コンバータ
81は、上記PWM回路825から入力されるゲートパ
ルス信号に基づき励磁回路が駆動され、等価的にすべり
周波数を制御して補助発電機4の出力を目標出力POに
調整する。
1に基づきPWM信号からなるゲートパルス信号を生成
し、コンバータ81に出力するものである。コンバータ
81は、上記PWM回路825から入力されるゲートパ
ルス信号に基づき励磁回路が駆動され、等価的にすべり
周波数を制御して補助発電機4の出力を目標出力POに
調整する。
【0046】上記インバータ制御回路84は出力電圧検
出器841、PID(ProportionalInt
egral Derivative)調節器842、系
統電圧検出器843、位相調整器844、乗算器845
及びPWM回路846(図中、PWMで示す。)からな
り、インバータ83による発電機出力と電力系統Kとの
連系を適正に制御するものである。
出器841、PID(ProportionalInt
egral Derivative)調節器842、系
統電圧検出器843、位相調整器844、乗算器845
及びPWM回路846(図中、PWMで示す。)からな
り、インバータ83による発電機出力と電力系統Kとの
連系を適正に制御するものである。
【0047】すなわち、コンバータ81は補助発電機4
側の影響を受ける一方、インバータ83は電力系統K及
び負荷Rの影響を受け、両者の電力変換特性は異なるた
め、コンバータ81の出力電流とインバータ83の出力
電流との誤差に起因してコンバータ83の出力電圧の上
昇又は低下が発生することがあるが、インバータ制御回
路84は上記出力電流の誤差を0にするようにインバー
タ83の駆動を制御し、これにより上記コンバータ81
の出力電圧を所定電圧VOに保持するようになってい
る。
側の影響を受ける一方、インバータ83は電力系統K及
び負荷Rの影響を受け、両者の電力変換特性は異なるた
め、コンバータ81の出力電流とインバータ83の出力
電流との誤差に起因してコンバータ83の出力電圧の上
昇又は低下が発生することがあるが、インバータ制御回
路84は上記出力電流の誤差を0にするようにインバー
タ83の駆動を制御し、これにより上記コンバータ81
の出力電圧を所定電圧VOに保持するようになってい
る。
【0048】また、インバータ制御回路84は電力系統
Kの交流電力の位相情報に基づいてインバータ43の駆
動を制御し、これにより補助発電機4の発生電力は電力
系統Kと同期を取りつつ有効にこの電力系統Kに回生さ
れる。
Kの交流電力の位相情報に基づいてインバータ43の駆
動を制御し、これにより補助発電機4の発生電力は電力
系統Kと同期を取りつつ有効にこの電力系統Kに回生さ
れる。
【0049】インバータ制御回路84において、出力電
圧検出器841により検出されたコンバータ81の出力
電圧Vは直流電圧指令値(上記所定電圧に相当)V0と
比較され、その差分である偏差信号ΔV(=V−VO)
がPID調節器842によりPID動作信号に調節され
る。PID調節器842から出力される偏差信号ΔVは
出力調整回路823から出力される直流電流指令値idc
*に正帰還されてコンバータ81の出力電圧の変動分が
補償された直流電流指令値idc *が生成され、この直流
電流指令値idc *が乗算器845に入力される。
圧検出器841により検出されたコンバータ81の出力
電圧Vは直流電圧指令値(上記所定電圧に相当)V0と
比較され、その差分である偏差信号ΔV(=V−VO)
がPID調節器842によりPID動作信号に調節され
る。PID調節器842から出力される偏差信号ΔVは
出力調整回路823から出力される直流電流指令値idc
*に正帰還されてコンバータ81の出力電圧の変動分が
補償された直流電流指令値idc *が生成され、この直流
電流指令値idc *が乗算器845に入力される。
【0050】一方、系統電圧検出器843により電力系
統Kの交流電圧が検出されるとともに、位相調整器84
4によりこの交流電圧の位相が検出され、この検出結果
は上記乗算器845に入力される。
統Kの交流電圧が検出されるとともに、位相調整器84
4によりこの交流電圧の位相が検出され、この検出結果
は上記乗算器845に入力される。
【0051】そして、乗算器845により上記直流電流
指令値idc *と位相情報とを乗じて電力系統Kに同期し
た電流瞬時指令値i*が生成され、更にこの電流瞬時指
令値i*に電流検出器CT3で検出されたインバータ8
3の出力電流の瞬時値iacが負帰還されて差分としての
制御信号Δi(=i*−iac)が生成され、この制御信
号ΔiがPWM回路846に入力される。
指令値idc *と位相情報とを乗じて電力系統Kに同期し
た電流瞬時指令値i*が生成され、更にこの電流瞬時指
令値i*に電流検出器CT3で検出されたインバータ8
3の出力電流の瞬時値iacが負帰還されて差分としての
制御信号Δi(=i*−iac)が生成され、この制御信
号ΔiがPWM回路846に入力される。
【0052】PWM回路846は制御信号Δiに基づき
PWM信号からなるゲートパルス信号を生成し、このゲ
ートパルス信号によりインバータ83は上記制御信号Δ
iが0となるようにフィードバック制御される。
PWM信号からなるゲートパルス信号を生成し、このゲ
ートパルス信号によりインバータ83は上記制御信号Δ
iが0となるようにフィードバック制御される。
【0053】なお、本実施例では主発電機3と補助発電
機4とを風車本体1に並列に配置していたが、図2に示
すように、風車本体1に対して主発電機3と補助発電機
4とを同軸上に直列に配置してもよい。
機4とを風車本体1に並列に配置していたが、図2に示
すように、風車本体1に対して主発電機3と補助発電機
4とを同軸上に直列に配置してもよい。
【0054】図3は、上記風力発電装置の発電制御を示
す出力特性図である。補助発電機4は主発電機3より起
動トルクが大きく、主発電機3の発電可能な風速VBよ
りも低い風速VA(例えば風速2.5m/s)で発電を開始
し、風速VAから出力が定格出力P2となる風速VB間は
負荷制御(定周速比制御)により風速Vに応じた電力を
出力する。
す出力特性図である。補助発電機4は主発電機3より起
動トルクが大きく、主発電機3の発電可能な風速VBよ
りも低い風速VA(例えば風速2.5m/s)で発電を開始
し、風速VAから出力が定格出力P2となる風速VB間は
負荷制御(定周速比制御)により風速Vに応じた電力を
出力する。
【0055】風速Vが風速VBを越えると、補助発電機
4の出力Pは定格出力P2に保持される一方、主発電機
3が電力系統Kに接続されて発電を開始する。この主発
電機3の電力系統Kへの接続は、最初補助開閉器6bの
みを一定時間閉成して主発電機3の励磁を確立させた
後、主開閉器6aを閉成するとともに補助開閉器6bを
開成することにより行われる。
4の出力Pは定格出力P2に保持される一方、主発電機
3が電力系統Kに接続されて発電を開始する。この主発
電機3の電力系統Kへの接続は、最初補助開閉器6bの
みを一定時間閉成して主発電機3の励磁を確立させた
後、主開閉器6aを閉成するとともに補助開閉器6bを
開成することにより行われる。
【0056】主発電機3は、電力系統Kに接続される
と、風速VBから出力が定格出力P1となる風速VC間は
ロータ回転数によって決定されるすべり率に応じた電力
を出力し、風速Vが風速VCを越えると、風車のプロペ
ラ1bのピッチ角βを制御するピッチ制御により主発電
機3のロータの回転数は定格回転数(定格すべり率に相
当する回転数)に保持され、主発電機3は定格出力P1
を出力する。
と、風速VBから出力が定格出力P1となる風速VC間は
ロータ回転数によって決定されるすべり率に応じた電力
を出力し、風速Vが風速VCを越えると、風車のプロペ
ラ1bのピッチ角βを制御するピッチ制御により主発電
機3のロータの回転数は定格回転数(定格すべり率に相
当する回転数)に保持され、主発電機3は定格出力P1
を出力する。
【0057】従って、VA≦V≦VBの風域では補助発電
機4により発電された電力が電力系統Kに供給され、V
B<Vの風域では主発電機3及び補助発電機4により発
電された電力(図中、点線で示す出力)が電力系統Kに
供給される。
機4により発電された電力が電力系統Kに供給され、V
B<Vの風域では主発電機3及び補助発電機4により発
電された電力(図中、点線で示す出力)が電力系統Kに
供給される。
【0058】次に、図4のフローチャートを用いて上記
風力発電装置の発電制御について説明する。
風力発電装置の発電制御について説明する。
【0059】図4は、風速0(m/s)から定格運転可能
な風速までの発電制御を示すフローチャートである。
な風速までの発電制御を示すフローチャートである。
【0060】運転待機モードにおいては(#2)、回転
数判別回路822によりロータ4aの回転数Nが発電開
始回転数NP以上に上昇しているか否かが判別され(#
4)、回転数Nが発電開始回転数NP以上に上昇すると
(#4でYES)、補助発電機4による発電が開始され
(#6)、補助発電機4は、予め設定された関数プログ
ラム(出力調整回路823内の関数プログラム)に従っ
てコンバータ制御回路82により定周速比運転が行われ
る(#8)。
数判別回路822によりロータ4aの回転数Nが発電開
始回転数NP以上に上昇しているか否かが判別され(#
4)、回転数Nが発電開始回転数NP以上に上昇すると
(#4でYES)、補助発電機4による発電が開始され
(#6)、補助発電機4は、予め設定された関数プログ
ラム(出力調整回路823内の関数プログラム)に従っ
てコンバータ制御回路82により定周速比運転が行われ
る(#8)。
【0061】この定周速比運転において、ロータ4aの
回転数Nが補助発電機4の発電動作を停止すべき回転数
NS(<NP。以下、発電停止回転数NSという。)より
低い回転数に低下すると(#10でNO)、発電動作を
停止して#2に戻り、ロータ4aの回転数Nが発電停止
回転数NSと定格回転数NC間にあれば(#10でYE
S,#12でNO)、定周速比運転が継続される(#8
〜#12のループ)。
回転数Nが補助発電機4の発電動作を停止すべき回転数
NS(<NP。以下、発電停止回転数NSという。)より
低い回転数に低下すると(#10でNO)、発電動作を
停止して#2に戻り、ロータ4aの回転数Nが発電停止
回転数NSと定格回転数NC間にあれば(#10でYE
S,#12でNO)、定周速比運転が継続される(#8
〜#12のループ)。
【0062】一方、ロータ4aの回転数Nが定格回転数
NCに上昇すると(#12でYES)、補助発電機4の
運転が定周速比運転から定出力運転に切り換えられる
(#14)。この定出力運転において、回転数Nが定格
回転数NCより低い回転数に低下すると(#16でN
O)、#8に戻り、主発電機3の運転が定出力運転から
定周速比運転に切り換えられる。
NCに上昇すると(#12でYES)、補助発電機4の
運転が定周速比運転から定出力運転に切り換えられる
(#14)。この定出力運転において、回転数Nが定格
回転数NCより低い回転数に低下すると(#16でN
O)、#8に戻り、主発電機3の運転が定出力運転から
定周速比運転に切り換えられる。
【0063】一方、上記定出力運転において、回転数N
が定格回転数NC以上であれば(#16でYES)、補
助発電機4の定出力運転が継続されるとともに、主発電
機3の発電が開始される(#18)。
が定格回転数NC以上であれば(#16でYES)、補
助発電機4の定出力運転が継続されるとともに、主発電
機3の発電が開始される(#18)。
【0064】なお、#16の判別では判別値として上記
定格回転数NCの近傍値であってこの定格回転数NCより
高い回転数NC′(>NC)を設定してもよい。
定格回転数NCの近傍値であってこの定格回転数NCより
高い回転数NC′(>NC)を設定してもよい。
【0065】続いて、補助発電機4の回転数Nが主発電
機3の発電を停止すべき回転数NL(NS<NL<NC)よ
り高い回転数に維持されているか否かが判別され(#2
0)、NL<Nであれば(#20でNO)、#18に戻
り、主発電機3の発電が継続され(#18,#20のル
ープ)、N≦NLであれば(#20でYES)、主発電
機3の発電が停止された後(#22)、#8に戻り、補
助発電機4の運転が定出力運転から定周速比運転に再び
運転が切り換えられる。
機3の発電を停止すべき回転数NL(NS<NL<NC)よ
り高い回転数に維持されているか否かが判別され(#2
0)、NL<Nであれば(#20でNO)、#18に戻
り、主発電機3の発電が継続され(#18,#20のル
ープ)、N≦NLであれば(#20でYES)、主発電
機3の発電が停止された後(#22)、#8に戻り、補
助発電機4の運転が定出力運転から定周速比運転に再び
運転が切り換えられる。
【0066】一方、#4で回転数Nが発電開始回転数N
Pより低い回転数であれば(#4でNO)、更にロータ
4aの回転数Nがこのロータ4aの回転停止を判定する
回転数NO(<NS<NP)以下に低下しているか否かが
判別される(#24)。NO<Nであれば(#24でN
O)、#2に戻り、運転待機状態となり、N≦NOであ
れば(#24でYES)、更に風速検出器9により検出
された風速Vが発電可能な風速(V1≦V≦V2)である
か否かが判別される(#26)。
Pより低い回転数であれば(#4でNO)、更にロータ
4aの回転数Nがこのロータ4aの回転停止を判定する
回転数NO(<NS<NP)以下に低下しているか否かが
判別される(#24)。NO<Nであれば(#24でN
O)、#2に戻り、運転待機状態となり、N≦NOであ
れば(#24でYES)、更に風速検出器9により検出
された風速Vが発電可能な風速(V1≦V≦V2)である
か否かが判別される(#26)。
【0067】風速Vが発電可能な風速でなければ(V<
V1又はV2<V、#26でNO)、#2に戻り、運転待
機状態となり、発電可能な風速であれば(V1≦V≦
V2、#26でYES)、補助発電機4の力行運転が開
始され、ロータ4aが強制的に回転される(#28)。
V1又はV2<V、#26でNO)、#2に戻り、運転待
機状態となり、発電可能な風速であれば(V1≦V≦
V2、#26でYES)、補助発電機4の力行運転が開
始され、ロータ4aが強制的に回転される(#28)。
【0068】補助発電機4の力行運転は、ロータ4aの
回転数Nが力行運転を停止させる回転数NE(NO<NE
<NS。以下、力行運転停止回転数NEという。)に上昇
するまで継続され(#28,#30のループ)、ロータ
4aの回転数Nが力行運転停止回転数NEに上昇すると
(#30でYES)、補助発電機4の力行運転が停止さ
れる(#32)。
回転数Nが力行運転を停止させる回転数NE(NO<NE
<NS。以下、力行運転停止回転数NEという。)に上昇
するまで継続され(#28,#30のループ)、ロータ
4aの回転数Nが力行運転停止回転数NEに上昇すると
(#30でYES)、補助発電機4の力行運転が停止さ
れる(#32)。
【0069】なお、補助発電機4を力行運転させている
のは、発電可能な風速であるにも拘らず風車本体1の駆
動伝達機構における摩擦抵抗等により補助発電機4が起
動しない場合が生じることを防止するもので、補助発電
機4をロータ4aを強制的に回転させることにより確実
に起動させるものである。
のは、発電可能な風速であるにも拘らず風車本体1の駆
動伝達機構における摩擦抵抗等により補助発電機4が起
動しない場合が生じることを防止するもので、補助発電
機4をロータ4aを強制的に回転させることにより確実
に起動させるものである。
【0070】上記力行運転停止回転数NEは、ロータ3
aの力行運転を停止させても慣性により上記発電開始回
転数Npまで回転上昇を継続し得る回転数で、発電のた
めに自己起動可能な回転数である。力行運転停止回転数
NEは風車本体1及び主発電機3の構成に基づき予め設
定されている。
aの力行運転を停止させても慣性により上記発電開始回
転数Npまで回転上昇を継続し得る回転数で、発電のた
めに自己起動可能な回転数である。力行運転停止回転数
NEは風車本体1及び主発電機3の構成に基づき予め設
定されている。
【0071】このフローチャートにおいては、発電開始
回転数NPより低い継続回転可能な回転数NEで主発電機
3の力行運転を停止するようにしているが、図5のフロ
ーチャートに示すように、図4のフローチャートの#3
0及び#32のステップを削除し、ロータ4aの回転数
Nが発電開始回転数NPに上昇するまで補助発電機4の
力行運転を継続するようにしてもよい(図5、#34の
ループ参照)。
回転数NPより低い継続回転可能な回転数NEで主発電機
3の力行運転を停止するようにしているが、図5のフロ
ーチャートに示すように、図4のフローチャートの#3
0及び#32のステップを削除し、ロータ4aの回転数
Nが発電開始回転数NPに上昇するまで補助発電機4の
力行運転を継続するようにしてもよい(図5、#34の
ループ参照)。
【0072】このようにすれば、補助発電機4の力行運
転開始直後に風速Vの低下によりロータ4aの回転数N
が低下し、回生運転を行うことなく再度力行運転のため
の強制起動が繰り返し行われるという不安定な運転動作
を防止することができる。
転開始直後に風速Vの低下によりロータ4aの回転数N
が低下し、回生運転を行うことなく再度力行運転のため
の強制起動が繰り返し行われるという不安定な運転動作
を防止することができる。
【0073】図4の戻り、力行運転の停止後、ロータ4
aの回転数Nが発電開始回転数NPに上昇すると(#3
4でYES)、#6に移行し、補助発電機4の回生運転
が開始され、ロータ4aの回転数Nが発電開始回転数N
Pに上昇しなければ(#34でNO)、#2に戻り、待
機状態となる。
aの回転数Nが発電開始回転数NPに上昇すると(#3
4でYES)、#6に移行し、補助発電機4の回生運転
が開始され、ロータ4aの回転数Nが発電開始回転数N
Pに上昇しなければ(#34でNO)、#2に戻り、待
機状態となる。
【0074】図6は、上記風力発電装置の風速0(m/
s)から定格運転可能な風速までの発電制御における出
力特性図である。
s)から定格運転可能な風速までの発電制御における出
力特性図である。
【0075】同図において、定格出力は電力系統Kに出
力される定格出力で、主発電機3及び補助発電機4の両
定格出力の合計値(P1+P2)である。また、矢印は
ロータ回転数Nの変化方向を示すもので、風速上昇によ
る発電開始時の経路と風速下降による発電停止時の経路
とが異なるのはヒステリシスによるものである。
力される定格出力で、主発電機3及び補助発電機4の両
定格出力の合計値(P1+P2)である。また、矢印は
ロータ回転数Nの変化方向を示すもので、風速上昇によ
る発電開始時の経路と風速下降による発電停止時の経路
とが異なるのはヒステリシスによるものである。
【0076】風速0(m/s)から風速Vが上昇する場
合、風速Vの上昇に応じて補助発電機4のロータの回転
数Nが力行運転停止回転数NEに上昇すると、補助発電
機4が強制的に起動され、この強制起動運転により更に
ロータ回転数Nが発電開始回転数NPにまで上昇する
と、補助発電機4の力行運転が回生運転に切り換えられ
る。
合、風速Vの上昇に応じて補助発電機4のロータの回転
数Nが力行運転停止回転数NEに上昇すると、補助発電
機4が強制的に起動され、この強制起動運転により更に
ロータ回転数Nが発電開始回転数NPにまで上昇する
と、補助発電機4の力行運転が回生運転に切り換えられ
る。
【0077】この後、風速Vの変化に応じてロータ4a
の回転数Nは変動し、回転数Nが発電開始回転数NPと
定格回転数NCとの間では補助発電機4は定周速比運転
により発電され、その発電電力が電力系統Kに供給され
る(図6、NP<N<NCの領域における出力曲線参
照)。また、ロータ4aの回転数Nが定格回転数NCに
上昇すると、補助発電機4は定出力運転により出力が定
格出力P2に保持されるとともに、主発電機3が電力系
統Kに接続されて発電が開始され、電力系統Kには主発
電機3の出力Pと補助発電機4による定格出力P2との
合計出力(P+P2)が供給される。
の回転数Nは変動し、回転数Nが発電開始回転数NPと
定格回転数NCとの間では補助発電機4は定周速比運転
により発電され、その発電電力が電力系統Kに供給され
る(図6、NP<N<NCの領域における出力曲線参
照)。また、ロータ4aの回転数Nが定格回転数NCに
上昇すると、補助発電機4は定出力運転により出力が定
格出力P2に保持されるとともに、主発電機3が電力系
統Kに接続されて発電が開始され、電力系統Kには主発
電機3の出力Pと補助発電機4による定格出力P2との
合計出力(P+P2)が供給される。
【0078】そして、ロータ4aの回転数Nが発電装置
全体の定格回転数NT以上に上昇すると、主発電機3の
出力が定格出力P1に保持され、電力系統Kには主発電
機3の定格出力P1と補助発電機4の定格出力P2との
合計出力(P1+P2)が供給される(図6、NC以上
の領域における出力曲線参照)。
全体の定格回転数NT以上に上昇すると、主発電機3の
出力が定格出力P1に保持され、電力系統Kには主発電
機3の定格出力P1と補助発電機4の定格出力P2との
合計出力(P1+P2)が供給される(図6、NC以上
の領域における出力曲線参照)。
【0079】一方、上昇した風速Vが低下すると、図4
の実線で示す出力曲線上を下降し、補助発電機4のロー
タ4aの回転数Nが発電停止回転数NSまで下降する
と、補助発電機4による発電が停止されて運転待機状態
となり、電力系統Kへの電力供給が停止される。
の実線で示す出力曲線上を下降し、補助発電機4のロー
タ4aの回転数Nが発電停止回転数NSまで下降する
と、補助発電機4による発電が停止されて運転待機状態
となり、電力系統Kへの電力供給が停止される。
【0080】なお、主発電機3の発電開始回転数を
NC′(>NC)に設定した場合は、図6の二点鎖線で示
す出力曲線となる。
NC′(>NC)に設定した場合は、図6の二点鎖線で示
す出力曲線となる。
【0081】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、主発電手段と補助発電手段とを設け、主発
電手段による発電が困難な低風速域では補助発電手段を
定周速比運転して発生した電力を電力系統に供給する一
方、主発電手段の発電可能な風速域では補助発電手段を
定出力運転して発生した電力と主発電により発生した電
力との合計電力を電力系統に供給するようにしたので、
低風速域における発電効率が向上するとともに、低風速
域から高風速域の全域において中断することなく連続し
て電力を供給することができる。また、補助発電手段に
より発電量が補助される分、主発電手段の発電容量が低
減でき、装置の小型化も可能になる。
明によれば、主発電手段と補助発電手段とを設け、主発
電手段による発電が困難な低風速域では補助発電手段を
定周速比運転して発生した電力を電力系統に供給する一
方、主発電手段の発電可能な風速域では補助発電手段を
定出力運転して発生した電力と主発電により発生した電
力との合計電力を電力系統に供給するようにしたので、
低風速域における発電効率が向上するとともに、低風速
域から高風速域の全域において中断することなく連続し
て電力を供給することができる。また、補助発電手段に
より発電量が補助される分、主発電手段の発電容量が低
減でき、装置の小型化も可能になる。
【0082】また、請求項2記載の発明よれば、発電開
始時における負荷急変によるストレスが誘導発電機のす
べりのハイスリップ特性により吸収され、上記ストレス
による主発電手段の損傷が低減される。
始時における負荷急変によるストレスが誘導発電機のす
べりのハイスリップ特性により吸収され、上記ストレス
による主発電手段の損傷が低減される。
【図1】本発明に係る風力発電装置の第1実施例の構成
図である。
図である。
【図2】本発明に係る風力発電装置の第2実施例の要部
構成図である。
構成図である。
【図3】本発明に係る風力発電装置の出力特性図であ
る。
る。
【図4】本発明に係る風力発電装置の風速0(m/s)か
ら定格運転可能な風速までの発電制御を示すフローチャ
ートである。
ら定格運転可能な風速までの発電制御を示すフローチャ
ートである。
【図5】本発明に係る風力発電装置の風速0(m/s)か
ら定格運転可能な風速までの発電制御の変形例を示すフ
ローチャートである。
ら定格運転可能な風速までの発電制御の変形例を示すフ
ローチャートである。
【図6】本発明に係る風力発電装置の風速0(m/s)か
ら定格運転可能な風速までの発電制御における出力特性
図である。
ら定格運転可能な風速までの発電制御における出力特性
図である。
【図7】従来の風力発電装置の概略構成図である。
【図8】従来の風力発電装置の出力特性図である。
【図9】出力係数CPと周速比TSRとの関係を示す図で
ある。
ある。
1 風車本体 2 増速機 3 主発電機(主発電手段) 4 補助発電機(補助発電手段) 5 開閉器(開閉手段) 6a 主開閉器 6b 補助開閉器 7 限流リアクトル 8 発電制御装置 81 コンバータ(第1の電力変換手段) 82 コンバータ制御回路(運転制御手段) 821 風速判別器 822 回転数判別器 823 出力調整回路(開閉制御手段) 824 PI調節器 825 PWM回路 83 インバータ(第2の電力変換手段) 84 インバータ制御回路 841 出力電圧検出器 842 PID調節器 843 系統電圧検出器 844 位相調整器 845 乗算器 846 PWM回路 85 フィルタ回路 9 風速検出器 10 角速度検出器(回転数検出手段) CT1,CT2,CT3 電流検出器 K 電力系統
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02M 7/72 9181−5H H02M 7/72
Claims (2)
- 【請求項1】 風車の回転力によりロータが回転駆動さ
れ、予め設定された第1のロータ回転数以上で発電可能
な主発電手段と、上記主発電手段と電力系統との接続を
開閉する開閉手段と、上記風車の回転力によりロータが
回転駆動され、上記第1のロータ回転数より低いロータ
回転数以上で発電可能な、上記主発電手段より発電容量
の小さい補助発電手段と、上記補助発電手段から出力さ
れる交流電力を制御するとともに、この交流電力を直流
電力に変換する第1の電力変換手段と、上記第1の電力
変換手段から出力される直流電力を所定周波数の交流電
力に変換し、上記電力系統に出力する第2の電力変換手
段と、上記補助発電手段のロータ回転数を検出する回転
数検出手段と、上記補助発電手段のロータ回転数が補助
発電手段の定格出力を出力し得る定格回転数より低い回
転数となる風速域では上記第1の電力変換手段を定周速
比運転し、上記補助発電手段のロータ回転数が上記定格
回転数以上の回転数となる風速域では上記第1の電力変
換手段を定出力運転する運転制御手段と、上記補助発電
手段のロータ回転数が上記定格回転数以上に上昇する
と、上記主発電手段を電力系統に接続すべく上記開閉手
段を閉成する開閉制御手段とを備えたことを特徴とする
風力発電装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の風力発電装置において、
上記主発電手段はハイスリップ型誘導発電機であること
を特徴とする風力発電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7125308A JPH08322297A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 風力発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7125308A JPH08322297A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 風力発電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08322297A true JPH08322297A (ja) | 1996-12-03 |
Family
ID=14906894
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7125308A Pending JPH08322297A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 風力発電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08322297A (ja) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003040557A1 (fr) * | 2001-11-08 | 2003-05-15 | Tokai University Educational System | Generateur d'energie hydraulique |
CN100338869C (zh) * | 2002-11-15 | 2007-09-19 | 轻风株式会社 | 风力发电装置 |
JP2007538191A (ja) * | 2004-05-18 | 2007-12-27 | ノルデックス・エナジー・ゲーエムベーハー | 補助発電機を有する風力発電設備およびその制御方法 |
US7518257B2 (en) * | 2006-12-01 | 2009-04-14 | Industrial Techonology Research Institute | Hybrid power-generating device |
US7635923B2 (en) * | 2008-01-25 | 2009-12-22 | Deangeles Steven J | Momentum-conserving wind-driven electrical generator |
US20100026010A1 (en) * | 2006-12-22 | 2010-02-04 | High Technology Investments B.V. | Multiple generator wind turbine |
JP2010252596A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Panasonic Corp | 系統連系インバータ装置 |
KR101042972B1 (ko) * | 2008-01-17 | 2011-06-20 | 주식회사 이노앤파워 | 다단의 발전기를 구비하는 발전장치 |
CN103925168A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-07-16 | 深圳市立创电源有限公司 | 一种可低风辅助启动的风力发电*** |
JP5672301B2 (ja) * | 2010-06-30 | 2015-02-18 | 株式会社日立製作所 | 風力発電システム及び風力発電システムの制御方法 |
WO2017006658A1 (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-12 | 株式会社グローバルエナジー | 風車の回転速度制御方法及び風力発電装置 |
JP2017020373A (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | 株式会社グローバルエナジー | 風車の回転速度制御方法 |
JP2017020374A (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | 株式会社グローバルエナジー | 風力発電装置 |
JP2017053303A (ja) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | 株式会社グローバルエナジー | 風車の回転速度制御方法 |
JP2017053304A (ja) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | 株式会社グローバルエナジー | 風力発電装置 |
WO2019058764A1 (ja) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | 株式会社日立産機システム | 水力発電系統連系システム |
-
1995
- 1995-05-24 JP JP7125308A patent/JPH08322297A/ja active Pending
Cited By (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6831374B2 (en) | 2001-11-08 | 2004-12-14 | Tokai University Educational Systems | Fluid power generator |
WO2003040557A1 (fr) * | 2001-11-08 | 2003-05-15 | Tokai University Educational System | Generateur d'energie hydraulique |
CN100338869C (zh) * | 2002-11-15 | 2007-09-19 | 轻风株式会社 | 风力发电装置 |
JP2007538191A (ja) * | 2004-05-18 | 2007-12-27 | ノルデックス・エナジー・ゲーエムベーハー | 補助発電機を有する風力発電設備およびその制御方法 |
US7602074B2 (en) * | 2004-05-18 | 2009-10-13 | Nordex Energy Gmbh | Wind power installation having an auxiliary generator and method for the control thereof |
AU2005245571B2 (en) * | 2004-05-18 | 2010-01-07 | Nordex Energy Gmbh | Wind power installation having an auxiliary generator and method for the control thereof |
US7518257B2 (en) * | 2006-12-01 | 2009-04-14 | Industrial Techonology Research Institute | Hybrid power-generating device |
US20100026010A1 (en) * | 2006-12-22 | 2010-02-04 | High Technology Investments B.V. | Multiple generator wind turbine |
KR101042972B1 (ko) * | 2008-01-17 | 2011-06-20 | 주식회사 이노앤파워 | 다단의 발전기를 구비하는 발전장치 |
US7635923B2 (en) * | 2008-01-25 | 2009-12-22 | Deangeles Steven J | Momentum-conserving wind-driven electrical generator |
US7834473B2 (en) | 2008-01-25 | 2010-11-16 | Deangeles Steven J | Momentum-conserving wind-driven electrical generator |
JP2010252596A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Panasonic Corp | 系統連系インバータ装置 |
US9203334B2 (en) | 2010-06-30 | 2015-12-01 | Hitachi, Ltd. | Wind power generator system, and control method for the same |
JP5672301B2 (ja) * | 2010-06-30 | 2015-02-18 | 株式会社日立製作所 | 風力発電システム及び風力発電システムの制御方法 |
CN103925168A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-07-16 | 深圳市立创电源有限公司 | 一种可低风辅助启动的风力发电*** |
WO2017006658A1 (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-12 | 株式会社グローバルエナジー | 風車の回転速度制御方法及び風力発電装置 |
JP2017020373A (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | 株式会社グローバルエナジー | 風車の回転速度制御方法 |
JP2017020374A (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | 株式会社グローバルエナジー | 風力発電装置 |
CN107850052A (zh) * | 2015-07-08 | 2018-03-27 | 全球能量有限公司 | 风力涡轮机的旋转速度控制方法以及风力发电*** |
TWI726895B (zh) * | 2015-07-08 | 2021-05-11 | 日商Ntn股份有限公司 | 風車之旋轉速度控制方法及風力發電裝置 |
JP2017053303A (ja) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | 株式会社グローバルエナジー | 風車の回転速度制御方法 |
JP2017053304A (ja) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | 株式会社グローバルエナジー | 風力発電装置 |
WO2019058764A1 (ja) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | 株式会社日立産機システム | 水力発電系統連系システム |
CN110679079A (zh) * | 2017-09-22 | 2020-01-10 | 株式会社日立产机*** | 水力发电并网*** |
KR20200007872A (ko) * | 2017-09-22 | 2020-01-22 | 가부시키가이샤 히다치 산키시스템 | 수력 발전 계통 연계 시스템 |
JPWO2019058764A1 (ja) * | 2017-09-22 | 2020-07-16 | 株式会社日立産機システム | 水力発電系統連系システム |
CN110679079B (zh) * | 2017-09-22 | 2023-02-17 | 株式会社日立产机*** | 水力发电并网*** |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH08322297A (ja) | 風力発電装置 | |
US6888263B2 (en) | Gas turbine generator | |
KR100667232B1 (ko) | 가변 속도 풍력 터빈 발전기 | |
JP4898230B2 (ja) | 風力発電システムの運転制御方法及びその装置 | |
JP2002252999A (ja) | 共通軸上のタービン/オルタネータのための電気系統 | |
KR20060029354A (ko) | 분산 발전 시스템 및 그 제어 방법 | |
JP4092949B2 (ja) | 二次電池を備えた風力発電装置および変換器制御装置および電力変換器の制御方法 | |
EP0227014A1 (en) | Turbine helper drive apparatus | |
JP2614242B2 (ja) | 交流励磁同期機の揚水運転停止制御方法 | |
JP3884260B2 (ja) | 風力発電装置 | |
JP3912911B2 (ja) | 風力発電装置 | |
JP2004040987A5 (ja) | ||
JP3712895B2 (ja) | 太陽電池による機械動力発生システム | |
JP3585728B2 (ja) | コンプレッサ制御装置 | |
JPS61173698A (ja) | 可変速水車発電装置 | |
JPS5840440B2 (ja) | 船舶用軸発電装置 | |
JPH08208140A (ja) | エレベータの制御装置 | |
JP2612369B2 (ja) | 動力源装置 | |
JP2005006421A (ja) | 発電装置 | |
JPS62123999A (ja) | 風力発電装置 | |
JPH0736718B2 (ja) | 風力発電装置 | |
JP2835822B2 (ja) | 可変速発電システム | |
JP4387676B2 (ja) | 風力発電用電力変換装置 | |
JPH08107637A (ja) | 自然エネルギーを使用した発電装置の安定方法とその装置 | |
JP4756758B2 (ja) | 商用電源系統連系式発電装置 |