JPS6339500A - 風力発電装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、風速変動に従って風車の回転数を変化さける
可変速制御運転を↑休とした煉１カ発電装置の制御り法
に係り、特に風車のロータもしくは発電機の回転数情報
を基に、不規則な風況変化条ｆ１下に、有効エネルギー
取得を可能とするプログラム制御方法に関するものであ
る。

（従来技術） 従来から１虱力発ｒｔｉ装回として、１０ベラ型、タリ
ウス型雪の人力部を備えた各種方式のシステムが知られ
、その発電機としては直流発電機、同期発電機、誘導発
電機が主として採用されている。

イしく、かかる従来の風力発電装置では採用する発電機
側の特性に合わせた制御方法が用いられ、風車側のブレ
ードなどの特性に対しては必ずしも適した運転状態とは
言えず、設訓上においても無理がかがることが多い。

イの中でし、小型のしのでは直流発電機を採用したしの
が多いが、各要素を組合せたに過ぎず、その構造、制御
の面で十分に満足できるものでない。

また定回転ｖ制御を前提としたしのに【ま同期発電機を
採用したものが多いが、この制ｔｉｌｌ　１５式で・は
風車ブレードの効率ｖ１竹を考６！ｌ　１３ることがで
きず、また、入力エネルギーの変動分を定回転制複１１
のために無駄にしていることから、人さ４ｒ疫動傭中苓
受けるとともに有効］ネルギー取Ｉ１１を維持できイ１
いといった問題を４１する。。

さらに、他の電源どの系統直ｖ１を図ることを前提とし
たものには、誘導機を用いたものが多いが、この場合に
も同期機を用いＩこ定回転制御ｊｙ式と同様の問題点を
有し、まＩＪ、誘導機のでべり−１〜ルク特性はゲイン
が高いことか１５、風車ブレードのビッヂＬｌ　６１１
を１１うどさ、Ｌｌｌ　ＩＩＩシスｊムの応答性が高く
求められ、そのためのパワーが大きくなり実用的で４に
い。このｌこめ、Ｗ吊の人きな誘導発電機を採用しなけ
ればならず、それに伴なって起ＩＩ　ＦＭ速が高くなっ
たり、突風（ガス１〜）にり・１づる風車の保護も困難
となり、設ｄ場所が制約されるといった難点を右しでい
た。

一方、風力発電装置は、風速変動に従って回転数を変化
させる可変速運転のものと、系統連系を前提としたもの
では風車ブレードのピッチ角制御を前提とした定回転運
転のものどがある。この定回転運転によるものは、運転
モードの設定や制御のアルゴリズムら比較的、簡単であ
る反面、上述したごとく、■ネルギー取１ｑの効率が低
下し易く、さらには変動荷重が大きいこと、起動特性が
良好でないこと、ピッチ角制御の粘度、応答性が高く背
水されることなどの不具合を右する。

そこで、これら可変速と定回転のそれぞれの運転時＋１
を８慮した上で、」１記問題点を解消でき、さらに、ど
の様な発電機を採用しても、その制御アルゴリズムの基
本的な変更は必要とせず容易に対応りることができイｊ
効エネルギー取１ｑが可能な制御方法の実現が望まれて
いた。

（発明の目的） 本発明は、上記要請に応えるもので、風車のロータらし
くは発電機の回転数情報を基に発電機出力との所定の関
係を持つプログラム制御による可変速ｌＩ’ｌ　ｔｅｌ
ｌ　ヲｆｉ　ウコトニＪ−’）、’ｆｌ　ｉｆｆ　ｔｅ
ｌｌ７）　ｅＪ　５ｒ＋　ニｌｉイ、されることなく、
不規則に変１ｌ１１１Ｊる凡（況条１’ｌ　’Ｔ−レニ
おいて高いエネルギー取１￥１率を１１ト１Ｊ１Ｊるこ
とかぐきるとともに起動特性を向上１ＪることがＣき、
また、変動仙Φを軽減し、旭申のブレード、タワーなど
の１ｆ４造物の設訓条ｆ１の変（ヒに容易に対応づるこ
とができ経済性が高く、さらには風車ブレードのビッヂ
角ｔｉ制御が￥Ｊ易で省パワー化が図れる民力発電装置
のυｌｌ１１方法を提供づる６のである。

（発明の構成） 本発明は、風速変動に従って風車の回転数を変化させる
可変速制御運転を１−７′５肩力発電装置の制御方法に
おいて、定格出力域に達するよｒは発電機もしくは屓ｌ
Ｉのロータの回転数と出力とを設定された関係に保つブ
ＩＩグラｌ）制御にＪ、る定周速比もしくはそれに近い
可変速運転を行い、定格出力域に達した後は風車ブレー
ドのピッチ角１ｈ制御により該回転数の変動を所定の許
容範囲内に保つとともに出力を−・定に保−）１１１変
速運転をｔｉい、上記１０グラム制御にＪ、る回転数と
出力どの設定関係は−［）− 風車のパ１ノー係数の大きい値を保つ定周速比制御と、
該回転数が定格回転数に達する前に該回転数の変動を所
定の許容範囲に保つ負荷制御とのアルゴリズムを右した
ものである。１ この制御方法により、発電機の種類に応じて基本的な制
御アルゴリズムを変更しなくとも風車ブレードの特性に
合わせてエネルギー変換効率の高い周速比を追従する可
変速運転を行い、広い回転数範囲に亘って、変動入力で
ある風力エネルギーを風車のロータ、発電機などの慣性
系に蓄えることができるため、荷重変動の緩和が図れ、
低風速からの起動が可能で、゛さらには構造物の設計条
件、特性に容易に適合させることができる。

（実施例） 本発明の制御方法を実施した風力発電装置の基本構成を
第１図に示す。

同装置は、風力エネルギーＰｗを軸動力に変換づる風車
１と、上記軸動力を電力に変換する動力−電力変換器２
、具体的には発電機と周波数変換器（二］ンバークなと
）と、風車１の回転数に応じ−〇　− て予め設定された出力指令信号により１−配りＪ万雷力
変換器２の出力電力を制御りる制御装置３とにより基本
的に構成される。そし−（、風車１の［−１一タ回転数
を回転数レンリ４に（検出し、制御装置３においＣ１後
述りるごとき１１１グラム制御のための狛め設定された
回転数と出力との関係（マツプ）をイｊした出力指令信
号器５により定められた出力指令信”Ｉｌ［Ｆと、出力
検出回路（３に（検出した勅カー電力変換″８２の電気
［ネル１゛−の出力信号Ｐどを比較１段７に（比較１〕
、−での差イバ１１を制御！ｌＩ装置Ｐ１３の出力とし
く制御増中器）３に、１、−）Ｃ操作信号を動力−電力
変換器２にりえる」、・）にしている。

特に、本発明ぐは、１細は轡３ｉｌｉ　ＩＪるが、１記
マツプににるブ［］グラム制御に、１メい（１す蝮速制
御ししくはそれに近似しに制ｎｔ＋を１ド）ことに。Ｉ
、す、略一定の周速比での運転ｂ　Ｌ　＜　ｔ、Ｌ　Ｊ
ｕｌ況の変化にＪ、るトルク変動を名士ノ範囲一（”　
ｔｔｉ　＊　Ｉｌ６　；ｌ　トｌｃ、　Ｊ、すｌｔ’１
性系にエネルギーを晶ねえる運転を行な）ことによりエ
ネルギーの４１効取得を図６１゜以下に、その原即につ
いてブ【−１ベラ型の風車を例に挙げＣ説明する。

Ｊ１１ペン型の風車による出力の基本Ｖｊ性は次式％式
％ ρ：空気密度、ｖ　：　Ｉ＠速、Ｃｐ　：パワー係数、
１テ：ブ［］ベラ崖径径ω：角速亀パワー係数Ｃｐ＝２
Ｐ／ρπＲ２Ｖ３・・・（２）周速比ＩＳＩで＝−ａ）
Ｉで／■・・・（３）ここに、風車として最大の効率を
得るには、パ１ノー係数Ｏｎの１４高（「１を富に保つ
制御をＩ−Ｊｌ、’ｃえばＪ、く、これにＪ、す１ネル
ギーの最大イ１効取ｖ、１が可能と４Ｔる。

風車のパワー係数ＣＩＩＢｉｆｌは、風車ブレードのピ
ッチ角βによって、各々最大魚を有し、しかｂ（２）　
Ｉｔ）Ｊｌ：Ｊ、り周速比−１−Ｓ　Ｒの関数としで表
わせる。し！こが−）工、風車ブレードのピッチ角βを
ある蛸に設定Ｊると、パワー係数Ｃｐが最大となる周速
比ＴＳＩ又は定まる。

いま、パワー係数Ｃｐｈ＜最大と４Ｔる周速比ＴＳＲを
μ１Ｉｌａｘとツルト、 μｍａｘ−ω１マ／Ｖ ｖ　＝　ｔｔ）Ｒ／　ｌ１ｎａｘ　・（４）ａ）−２π
Ｎ／６０・・・（り） ただしＮ；風巾同転数（ｒｐｍ） （４）　、　ｌ＋）式Ｊ、す ｖ−Ｒ／μｉａｘ　６　ｙｒＮ／３（、）・（６）（１
１，（６）式Ｊ、す ））−−１＝５１）　π　Ｒ’　　Ｃｐ　　ｍａｘ　　
（１＜　　７１　　Ｎ　　／　３０７）　ｍａｘ）１＝
＝　１　、８Ｘ　ｉ　Ｏ−３ρＩ？５Ｃａｐ　ｎ＋ａｘ
　　（１／ｌｔｗｌａｘ　３　）　Ｎ５−（７） この（７）式より、風車の出／Ｊ　ｌ’は回転数Ｎの；
３乗に比例りることがｉｌｌす、回転数Ｎを情報とジノ
〔定周速比制御を行イ【λばｆ１効１省ルギー取１１が
１１能となることが判る。。

これら風車のパワー係数ＣＩ）、出力＋〕、１−ルク−
［の回転数Ｎに対りる特１？１を第２図に小り。同図に
おいて、横軸には回転数Ｎを、縦軸にｔま各風速ｖ１〜
■７におけるパ１ノー係数Ｏｐ　（実線）、出力Ｐ（鎖
線）、Ｉ−ルクｌ（一点鎖線）の特性曲線を示し、ライ
ンＰ１は定格負荷を示寸。同図から判るように各風速Ｖ
１〜ｖ７にＡ５（するパワー係数Ｏｐの１４人４？＋　
（Ｃｐ　ｍａｘ　）が１！１られる回転数Ｎにおいで出
力１〕は最大値を示し、したがって、ＣｐｌｌｌａＸを
保つことにより出力［〕（ま曲線（イ）の特性が（１！
られ、そのＩｌ、’ｉの１〜ルク−Ｆは曲線（ロ）の特
性どなる。１つより、パワー係数Ｃｐを最大値に保つこ
とににす、風車の回転数Ｎによって出力Ｐのレベルは−
・義的に定Ｊ、ることに４【る。４【お、第３図におい
て、ＮＶＣは発電を聞９ｆｔりるカッ１−イン風遍；（
Ｖ　）に対応づるカッ１〜イン回転数、ＮＶｌ−μ風車
の定格出力が出る定格風速■１に対応する定格回転数ぐ
ある。

次に、木１ノ法のアルゴリズムによる風力発電装同の基
本制御ｆ１ｒ　−１〜を第３図により説明する。

同図においＣ，横軸にＩ！Ｉｄ速■を、縦軸に出力２１
回転数Ｎを示１ノ、 Ｖ　：風車が回転を始める起動風速、 ■　二発電を開始でＪるカッ１−イン風速、■１−風車
の定格出力が得られる定格風速、Ｖｏｏ：風車の運転を
中１１几ノｔ、　Ｊｆリングし凧のエネルギーを逃が１
カッ１−アラ１〜風速、Ｐ（−：風力発電装園としＣの
定格出力、ＮｖＣ：カツトイン回転数、 Ｎｖ、：定格回転数、 ＮＮ：民ｆｉｌの無角夕１設定回転数、Ｎ　Ｎ（：　１
０％：ピッチ１１１１　ｔｉｌｌにより二］ン１〜１１
−ルする制御回転数範囲、 曲線Ｐ］（：ロスパワーで（ｂって、■８〜ｖｏｌ！Ｉ
ｌは発７Ｉｉ機の機械損とｖＸ７の伝達ロス（２乗カー
フ）、■　時は発′Ｉ＠機の励磁損が加わり、■　・−
Ｖ　１．−ＣＱ 間は励磁損と機械損、ｖｌへ”ｃｏ間は発電機励磁損と
機械損（はぼ一定）でイ【る。

この第３図におい【運転状況としては次の通りである。

■持ｍ：風速０〜ｖ８の間ＩＪ発電ｌ↓ず１−配変換器
も運転をしイｔい、。

■起動：ｉ速Ｖ５〜ｖｏの間ｔまｌ虱のエネルギーが風
車を回転させるだＬＪの１−ネルギーどして利用できる
。

■カットイン：風力発電装置として発電を開始可能な状
態となり発電機に励磁を与える。

■負イシ１制御領域：風速ｖ　〜■１−の間は、上述し
／ｊ出力最大制御を行なう。つまり、各風速の状況に合
った回転数になるように発電電力の制樹１を行なう。こ
れにより出力］〕は風速（回転数）の３乗に比例した出
力特性を示し、各回転数での最大出力制御がなされる。

回転数Ｎは、■８から立上り、風車の持つ慣性モーメン
トとバランスしながら立−１−がり、■に以後は風速に
比例して運転される。なお、回転数がに昇する過程と、
風が弱くなって回転数が下がってくる過程は矢印で示し
たようにヒステリシス特性を示す。

■ｇＡ傭固定領域：風速Ｖ、〜ｖｏｏの間は出力Ｐを一
定に保持し、入力される風のエネルギーをメカニカルな
ピッヂコン！・ロールで逃がし、回転数Ｎを一定の許容
範囲に制ｎＩＪる。

■待Ｉｌｌ：Ｊ！ｊｌ速■。。以十の１１況において（
よ、装胃能力以上の風力土ンル丁−となるため、メカニ
カルガバナーによって７ｊ−１７’−にし、エネルギー
を逃がし風車を安全な状態に維持づる。

なお第３図において、出力１−）の実線は用変速制御時
のもの、破線は定回転制御時のものＣある。

この両者の比較から、可変速制御によりｌノットイン風
速Ｖ。が下がり、起動特性が向上りることが判る。

第４図は風■と′ｆｅ電機によるエネルー１′−取得の
ためのυ制御［−ドの概念説明図ひある。ｌｌｉｌ図に
おいて、■は風速、Ｒは練１中の■−タ半ｔＹ、０は１
１−タ角速度、ＱＲはロータの定格回転角速度、Ｃ０は
風車のトルク係数、ＱＲは［１−夕１〜ルク、Ｑ６は発
電＊＋−ルク、Ｐｏは発電機出力、Ｋはゲイン、Ｋ、は
比例ゲイン、Ｋ１は積分ゲイン、Ｓは微分、Ｉは慣性を
７Ｊ＼し、基本的にはロータトルクＱＲと発電機１〜ル
クＱＧの差が常に零になるよ・う−１ごｌ　− に′Ｑ電機が運転制御され、ロータ角速度Ωと発電Ｉ１
１〜ルクＱ。の掛算により発電機出力Ｐ６が得られる。

なお、ロータトルクＱＲは周速比μと指令ピッチ角βと
の函数である１〜ルク係数Ｃ８に関連し、上記指令ピッ
チ角βは、ロータ角速度Ωが定回転制御時ΩＲよりも大
きくなったときにＰＩ副制御ｔ：ｉう伝達函数 Ｋ。

Ｋ、十　　　　およびビッヂ変換用モータの伝達函数　
□を経て得られる。

１＋Ｓ丁β また、発電１１［１〜ルクＱＧは発電機の伝達函数□を
経て得られる。

１＋Ｓ丁Ｇ 第５図は本発明方法におけるプログラム制御の基礎とな
るロータ回転数Ｎと出力Ｐとの関係マツブ（アルゴリズ
ム）′Ｃ″あり、このマツプにより１−１一タ回転数情
報（Ｎ）をｌ（に発電機の励１１４１側に指令を与えそ
の出力を制ｉ！１１１Ｊる。また第６図は、出力パワー
係数Ｃ３と周速比ＩＳＲの関係におＩＪる本発明方法に
よる運転軌跡を示１゜ 第５図において、曲線ａ−ｂ間は、ト述した風車の出力
パワー係数Ｃ１が最高（「１を保つ３乗カーブを持った
定周速比制御領域ひ、こごではｌ−Ｓ　Ｒ−１１（一定
）としでいる。さらに定格出力を出すロータの定格回転
数に達りるｆ′１前の略Ｉｌ′１線状のｂ−ｃ間は回転
数が一定の訂容範囲に保たれるように負仙制御を行う領
域で、ここぐは設置１条ｆ１（゛定まる定回転制御に近
くな−）ている。／、【お、これらａ−ｂ−ｃ間では境
中ゾレードのピッｆ角は所定値に固定している。定格回
転数に達したｊりの白線状のｃ−６間はピッチ角制御に
より定格出力を保つ領域であり、定格出力の点Ｃでは周
速比ＦＳＲ＝７．７でそれ以−１のところぐ（３１周速
比［Ｓ（くを小さくする。

また第６図におい（、点ａ、ｂの運転イ；Ｉ　’ｒが十
記曲線ａ−ｂ間に対応し、この点から点Ｃまでの運転軌
跡が」−記曲線ｂ−ｃ間に対応する口荷制御域、点Ｃか
らｄの運転軌跡が上記曲線Ｃ−０間に対応する出ツノ固
定のピッチ制御域である。そして上記制御は発電機の出
力信号をみることにより行うことができる。上記のごと
く点ｂ−ｃ間の領域において、点ａ−ｂ間のように定周
速比制御を行わず、周速比を落とすことにより、後）ホ
するごとくエネルギー取（η効率が極く僅かに低下する
が、装置の構造体の設計が経演的にできることから、こ
こでは経済性の方を優先していることになる。

第７図は風速Ｖに対する出力Ｐと発電機回転数Ｎの関係
におりる本発明方法のアルゴリズムによる制ｔｔａ態様
を示す。また、第８図はロータの回転角速１（ｊ　Ｏど
固右撮動角）＊度の関係の４ヤンベル線図を示ｔ、Ｊ−
ｅホしたごどく可変速制御において定格風速に至るまで
パワー係数０．の最大（「１を追従りる定置速比運転を
行えば、最大の出力を取得することができるが、実際の
設層上の問題として、タワーと風車ロータのブレードと
の共振さらには＝　１６− ロータ周速の限界などの制約により、４容される回転数
の１−限が決められる。

タワー、ブレード側のｍ造強化によＶ〕、問題となる固
イｉ娠動数を引きトげることＬ〕川用（・あるが、その
場合には、当然、＠吊の増加、Ｘ１スト高につながる。

そこで、本発明では１−述しｔ＝アルゴリズムにＪ、り
第７図に示すごとく発電機同転数Ｎが所定１［す転数Ｎ
１に＊度るまでは定周速１目−１ｔｌｌｌを（ｊい、風
速変動に従って回転数を用弯さｌ！ながら同転数、出力
とも増大していき、所定回転数Ｎ１に達した後は発電機
側で負伺制ｍｌ　（曲線１）１）を行・）ことにより回
転数を一定の訂容範囲内に制御し、定格出力になった後
は、負萄固定で所定の着古範囲内でビッヂ角制御してい
る。ここに、」−記の所定回転数Ｎ１は、ブレードのＪ
！ｌｔ論特ｆ’ｌより決定される定周速比制御する場合
の纏適回転数Ｎ２Ｊ、すし小さい値としている。４１お
、曲線１］２は定格出力Ｊ、で定周速比制御した場合の
出力′ｃＬＳＰする。

また、第８図にＪ３いて、ΩＲはブレードの理論持着に
基く定格回転角速度であり、角速磨がΩ、、　”　−１
０％と０１−ト２０％の範囲（斜線部）をみると［１−
り１次回イ１振動［−ド（フラッピング）に回転数の２
Ｐ（２Ｐ±２０％）が合うため起振力が発生し、好まし
くないが、Ω１よりも低いΩ　のΩ　−１０％とＱＲ＋
２０％の範囲で１≧　　　　Ｒ は、ロータ１次固有振動七−ドは回転数の２Ｐ（２＋）
　：ｌ−：　２０％）を（φかながらクリアーしている
。

、また、この範囲Ｃはタワー１次固有振動モードも回転
数のＩＰ（Ｔ！：２０％は図示していない）をクリアー
している。

このように運転回転数を落とりことで、ロータ、タワー
ともに共振領域から外すことが可能となり、設ｎ１条ｆ
１が緩和され、構造体の小川、コストの問題を解決する
ことができる。

な（（，３、この場合にＪ３いて−ｂ、定置速比運転と
の取得発電場の芹は第７図の斜線部で示すごとく極Ｎ）
−１僅かであり、効率の低下は問題にならない。

次に、上記アルゴリズムを実施ツるための風車側のピッ
チ変換システムの制御フ【コーチャー１〜と、発″＃ｉ
機側の制御シスツムのノＯ−ｆｌ＋　−１・をぞれぞれ
第０図、第１０図に承り。この実／Ａ　１ｌＩｌｌ　ｒ
は定格出力ＰＧ４！：８９０Ｋｗどし、これに達りる；
１（・は風巾側ではビッヂ角βを４°に固−Ｃし、発電
機側では負Ｃ４制御であるＷ…制田ＩＩを行い、定格出
力ＰＧに達した後は、風車側Ｃ”　ｌ；Ｉ定格回転数近
傍での可変速１．１１　ａｌｌであるじツＪ角のｌ）　
Ｉ　ｌ）　Ｉｔ、ＩＴ陣を（１い、発電機側ではＣ１ｉ
ｉｉ　（出力）固定の界磁５ｉｌｌ　ＩＩＩ　ＩＴを行
っている。この制御にＪ、す、１述した第６図に示すご
とき運転軌跡が得られる。

第１１図、第１２図は、１配制御Ｉｌ′ｆ−Ｅ法が゛太
施される風力発電８回の具体構成例を示し、いずれら上
）ホした第１図の基本構成どり・１１６りる部分に４３
目ｉｉ１符号を付している。

第１１図ぐは動力　電力ゆ換器２として同期ｙｔ′ｉｉ
％ｆ　＊　Ｓ　Ｇと順変換の１Ｊイリスタインバーク２
１を用い、制御ｌ装置３におりる出力１■令発ｌｌ器ｉ
〕は本発明のアルゴリズムを実１７　ｄるノ（めの目−
りの回転数Ｗ　と出力指令］）１、の置換１ｉｑ路（・
ある１、ま／ｊ出力検出回路６としてμ劃り電１１検出
回路をｆＩ−１９−一 し、制御則【ＩＪ器８としでは励械ｉ装胃を用いている
。

そしてこの具体例でｔまインバータ２１の出力に逆ゆ換
の二１ンバータ２２が設置）られ変ＹＦ器２３を介１ノ
Ｃ系統連系の出力を臂でいる。この系統連系の！こめに
、グー１へ回路２４にて上記出力指令発生器１）の出力
信号と変ｒｆ器２３の出力との同期をとり゛つつ、イン
バータ２２を位相制御している。なお、ＩＮＩ期′Ｒ，
７１ｆｌｆｆＳＧと」ンバータ２１の代りに直流発電機
を用いＣもよい。

第１２図ぐは動力−電力変換器２として誘導機ＩＧと、
１〜ノンジスタインバータ２１を用いたものを示し、他
の構成は第１１図と同様である。なお、２艷−）は］ン
デンリまたはバララリである。

このよ・うに肖流機、同ＩＩ機、あるいは誘導機のいず
れを用い−Ｃし、上記変換回路にお（プるマツプのパタ
ーンを僅かに変更するだｔ」で上述しＩこよう４ｒ可変
速制御を主体とした運転が可能となる。

次に、本発明方法による運転の主体である可変速ｆｆ＋
’ｌ　ａｌｌにＪｊ　Ｌ）るエネルギー取得量について
定回転制御の場合と比較しながら説明覆る。

−２０＝ いま、目−夕系軸回りｔｎ竹［−メン１−をＩ、■−タ
角速痘をΩ、目−全１ヘルクを０１（、介Δτ機負ｖ１
１−ルクをＱ６とづるど。

１　０００　ｘ　ｌ〕　（Ω） が成立する。ｆ！１シ、Ｃ：ｌ−ルク係数μ：周速比 β：ビッ１角 Ｐ（（：ｌ１ｇ、電機口筒・・・第５）図の狛１ Ｖ：騰速 １１　：　ｔ−＋−タ゛Ｌ１￥ ρ：空気密度 ビッヂｉ、＋＋ａとして、回転数検出にｊ、るｌ）Ｉ　
ｆｌ＋ｌｌ　ｔｉｌ＋を行い、β＝−β。ｊ　ＫＰ（０
−Ｃ）Ｒ）十１（Ｉｆ（０ΩＩｔ　）　ｄ　ｔ が成でＬｇ−る。但し、 β：ビッヂ角 β。：初期ビッヂ角（定格ピッチ） ΩＲ＝ロータ定格角速度 に、：比例ゲイン に１　：積分ゲイン ここに、シミュレーシ」ンににる可変速制御のゲインは
、運転風速範囲でのガス１〜フアクター（ＧＦ）１．５
に対する応答時、回転数を定格上２０％まで許容すると
いう条件より、 ＫＰ−９，ＯＫ、＝０．７ とし、−・方、定回転制御のゲインは、仮定された風況
に対し１回転数を定格±０．５％まで許容するという条
件より ＫＰ＝５００　　　　　ＫＩ＝０．７ とづる。いま、風況が定格風速１３ｍで振巾±４ｍ　／
　ｓ、周ＩＩＩ　１０　ｓ　ｅ　ｃ　（１）変動風速と
スルト、風速Ｖ＝１３＋４ｓｉｎ　２πｔ／１０　（ｍ
／Ｓ）であって、［］−夕四回転数ロータ出力、および
取骨発電吊のシミュレーション結果は、それぞれ第１３
図、第１４図および第１５〕図に示１どと＜　’Ｊる。

第１５図より、可変速運転の場合、１００　ｓｅｃ間に
ａ３いＣ１約１　Ｅｉ％だ１Ｊ定同転運転をし！、二場
合Ｊ、リム取得発電ｍｌが増加りることが判る。。

次に可変遠制ｔｉｔ＋にｄ３りる（１荷１−ルクの変動
について考察りる。上述のシミュレーションに、Ｊ、る
口１変速制御と定回転制御との出力の違いを、第１６図
、第１７図に承り。各７（の風速条１′１は、第１６図
ではＶ−１３１／ｌ５ｌｎ　２ｙｒｔ、／’１０（ｍ／
ｓ） 第１７図ではＶ＝９−＋−４ｓｉｎ２πし／１０（ｍ　
／　Ｓ　） である。出力変動レベルに着１１’Ｊると、第１６図の
場合、可変遠制６１＋　′（゛は定＋１ｉ１転ｉｔ、Ｉ
Ｉ　Ｉｌｌの約゛１／２、同じく第１７図で【よ約１　
／　３に：減少している。ここに、回転数の変ＩＪＪは
１ｎ１：出）Ｊ安りＪのレベルに比べＣ無視できるとづ
れば、出力変動レベルをＬのまま伝達系が受りるｔ−’
＋　６ｊ＋　ｌ〜ルク弯初動レベル考λ−ることかでき
る。したがつ（、同じ人力（風速）変動に対し、可変速
制御ｎｌ−μ定回転制御の場合に比しく他！Ｆ条４／１
として数分の１に軽減されていることが判る。上記シミ
ュレーションでは周期的な人力（＋！＆ｌ速）変動を仮
定したが、タワーシャドウ、ウィンドシア（高さ方向の
風況分布）等の影響に関してし同様の荷重条ヂ１の緩和
が可能となる。

次に、ピッチ角制御のために必要なパワーの可変速１ｌ
ＩＩＩ御と定回転制御の比較を（−１う。上述したごど
く、ｉｉｌ変速制御の場合のゲインをＫＰ＝９．０、定
回転制御の場合のゲインをＫＰ＝５００とし、ピッ’／
　Ｌｌｌ　ｌｌｌｌ時の反抗１〜ルク（空気力、遠心力
等によく））を同　と考えると、髄求パワーは、ピッチ
角回転速１αに比例づるから、はぽＫＰの比と考え１−
、れる３、シたがって定回転制御の場合に比較して可変
遠制ｔａｌ＋におりる片求パワーは約５０分の１でよい
と判断される１、つ、Ｌす、ピッチ角制御精度を緩和し
くぞれをり）　ｈｓ　ＦＪ速磨を緩慢としたことにｊ、
リパツー１１スを少／Ｚ　＜’（’さる。

（発明の効果） 以ｌの、Ｊ、うに本発明の制ｔｌｌｔ　／Ｊ法に」：れ
ぽ、定格出力域に達するまでは発電機もしくは風車のロ
ー夕の回転数と出力との所定の関係を持つ１日ゲノム制
御により定周速比もしくはそれに近い可変速運転を行い
、七記同転数と出りとの所定の関係を、風車パワー係数
が大きい（「１を保つ定周速比制御−二、該回転数の変
動を所定泊容範聞に保つ負前制陣とのアルゴリズムの組
合Ｕとし！こことにＪ、す、不規則に変動する凧況条ｆ
１十ぐ発？ｔＩ機の種類にかかｈらず、容易に有効−Ｌ
ネルｒ−取得のｉｉｌ能な風力発電運転を行うことがぐ
さ、まＩこ、’！１　！ＩＪ　６：＋　ｔｉｔの軽減が
図れるとともに風車−ル−ド、タワー雪のｌ′ｌ／Ｉｉ
盾物の設８１条ｆ１の変化に対応しく自由に１−タ回転
数、出力特性を適切に設定でき、低］ス１−１軽ｈ１化
が図れ経演牲が＾く、さらには、起動鳩速の低減化つま
り起動特性の白土−が図れイ］効［ネル１゛−取得に寄
与し、さらに、また、線中ブレードのピッチ角制御が緩
慢でよいことによりでの１ＩｌｌＩＩＩｌ（ｒ）容易化
、必要なパワーの低減化を図ることが（゛きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｔよ本発明の制ｔｉｌｌ　７］法が適用される風
力発電装置の基本構成図、第２図は風車の回転数に処１
するパ［ノー係数、出力、トルクの特性図、第３図は同
装置Ｎの制御を説明するための制御チＸ・−ト図、第４
図は本発明方法にＪ、る制御し一ドの概念説明図、第５
図は本発明方法によるプログラム制御の関係図、第６ｔ
ｉｉｌｌは本発明方法による運転軌跡を示’Ｊ説明図、
第７図（よ本発明ｙ〕法による制御態様の説明図、第８
図は風車の回転角遠鳴と固有振動角速度の関係図、第９
図はピッチ変換システム制御のノ１１−ブｔｊ−１〜、
第１０図は発電機制御システムのフ［１−ブ１＝−ト、
第１１図、第１２図ｔまそれ［れ木発明か適用される風
力発電装置の具体例を承り構成図、第１３図〜第１７図
はそれぞれ可変遠制ｔｌｌｌと定回転ＩＩＩＩ　ａｌｌ
の性用効果を説明Ｊるだめのシミュレーション結果の特
性図である。 １・・・風車、２・・・動力−電力変換器、３・・・制
り１１菰置、４・・・回転数レンザ、５・・・出力指令
化生器、６・・・出力検出回路、７・・・比較−ｒ　ｒ
ｕ　。 特泊出願人　　　　　！マハ発動機株式会社代　埋　人
　　　　　弁理士　　　小谷悦司ピッ＋Ｉ突ン又テム刺
智フロー季ヤード禿電ｆ劃９１イ歎システ４７０−ナヤ
ート（°山　ｄ　」）　　祈ン小１ｇ１ｌＪ−口Ｓ＋１
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、風速変動に従つて風車の回転数を変化させる可変速
   制御運転を行う風力発電装置の制御方法において、定格
   出力域に達するまでは発電機もしくは風車のロータの回
   転数と出力とを設定された関係に保つプログラム制御に
   よる定周速比もしくはそれに近い可変速運転を行い、定
   格出力域に達した後は風車ブレードのピッチ角制御によ
   り該回転数の変動を所定の許容範囲内に保つとともに出
   力を一定に保つ可変速運転を行い、上記プログラム制御
   による回転数と出力との設定関係は風車のパワー係数の
   大きい値を保つ定置速比制御と、該回転数が定格回転数
   に達する前に該回転数の変動を所定の許容範囲に保つ負
   荷制御とのアルゴリズムを有したことを特徴とする風力
   発電装置の制御方法。