JP2003254221A - 風力発電装置の制御方法 - Google Patents
風力発電装置の制御方法Info
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- Y02E10/70—Wind energy
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- Wind Motors (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 風力発電装置において需要電力より大きな発
電電力を可変ピッチ機構によって需要電力に合わせるこ
とを目的とする。 【解決手段】 風力発電装置（１００）の翼（１０２）
はロータヘッド（１０５）を介して主軸（１１０）に取
り付けられ、ロータヘッドの可変ピッチ機構（１０６）
によりピッチ角を変更することができる。主軸（１１
０）が変速機（１１４）を介して発電機（１１５）に取
付られている。送電制御装置（２００）のコントロール
ユニット（２０３）は系統送電線（２０）へ流れる消費
電力が発電電力より小さいか否かを判定し、肯定判定し
た場合には、ピッチ角の効率が悪くなるように可変ピッ
チ機構が作動するように、風力発電装置のナセル（１２
０）内に設けた油圧制御ボックス（１１６）が油圧を送
るように指令を出し、発電電力が消費電力に一致するま
で少しづつピッチ角を変化させる。
電電力を可変ピッチ機構によって需要電力に合わせるこ
とを目的とする。 【解決手段】 風力発電装置（１００）の翼（１０２）
はロータヘッド（１０５）を介して主軸（１１０）に取
り付けられ、ロータヘッドの可変ピッチ機構（１０６）
によりピッチ角を変更することができる。主軸（１１
０）が変速機（１１４）を介して発電機（１１５）に取
付られている。送電制御装置（２００）のコントロール
ユニット（２０３）は系統送電線（２０）へ流れる消費
電力が発電電力より小さいか否かを判定し、肯定判定し
た場合には、ピッチ角の効率が悪くなるように可変ピッ
チ機構が作動するように、風力発電装置のナセル（１２
０）内に設けた油圧制御ボックス（１１６）が油圧を送
るように指令を出し、発電電力が消費電力に一致するま
で少しづつピッチ角を変化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は風力発電装置の制御
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】クリーンな発電装置として風力発電装置
が急速に数を増し、離島などにも設置されるようになっ
てきた。このような地域では需要電力が小さく需要電力
が発電電力を下回ることが多い。そこで、例えば、蓄電
池や電力ヒータを接続し、余剰な電力を蓄電池やヒータ
等の放電装置に放電することがおこなわれている。例え
ば、特開平１１−８２２８２号公報に記載の風力発電装
置がある。
が急速に数を増し、離島などにも設置されるようになっ
てきた。このような地域では需要電力が小さく需要電力
が発電電力を下回ることが多い。そこで、例えば、蓄電
池や電力ヒータを接続し、余剰な電力を蓄電池やヒータ
等の放電装置に放電することがおこなわれている。例え
ば、特開平１１−８２２８２号公報に記載の風力発電装
置がある。
【０００３】ところが、離島では夜間や冬季には需要電
力が殆どゼロになることもあるので、例えば、ヒータで
放電する場合には、そのような場合に備えて、略発電電
力と同等の容量のヒータを設けなければならず、その結
果、設備コストが高くなり、頻繁にヒータを使用すると
ヒータの寿命も短くなり、その取り換えのためにもコス
トがかかるという問題があった。
力が殆どゼロになることもあるので、例えば、ヒータで
放電する場合には、そのような場合に備えて、略発電電
力と同等の容量のヒータを設けなければならず、その結
果、設備コストが高くなり、頻繁にヒータを使用すると
ヒータの寿命も短くなり、その取り換えのためにもコス
トがかかるという問題があった。
【０００４】ところで、風車にはピッチ角を変更する可
変ピッチ機構を備えたものが多い、上記の公報の装置に
も可変ピッチ機構が備えられている。しかしながら、上
記装置を含めて、従来この可変ピッチ機構は、低い風速
において発電能力を上げるために、高い風速においては
回転上昇を抑制するために使用されているという状況が
ある。
変ピッチ機構を備えたものが多い、上記の公報の装置に
も可変ピッチ機構が備えられている。しかしながら、上
記装置を含めて、従来この可変ピッチ機構は、低い風速
において発電能力を上げるために、高い風速においては
回転上昇を抑制するために使用されているという状況が
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題に鑑
み、風力発電装置において需要電力より大きな発電電力
を可変ピッチ機構によって需要電力に合わせることを目
的とする。
み、風力発電装置において需要電力より大きな発電電力
を可変ピッチ機構によって需要電力に合わせることを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、可変ピッチ角の翼を有する風車で発電機を駆動し、
発電機が発電した発電電力を系統送電線に供給する風力
発電装置の制御方法であって、系統消費電力と発電電力
を検出するステップと、系統消費電力が発電電力よりも
小さいか否かを判定するステップと、系統消費電力が発
電電力よりも小さい場合には、ピッチ角を非効率側に調
整して発電電力を系統消費電力に一致するように減少制
御するステップと、を含むことを特徴とする制御方法が
提供される。このような制御方法によれば、消費電力が
発電電力よりも小さい場合には、ピッチ角を非効率側に
調整して発電電力が消費電力に一致せしめられる。
ば、可変ピッチ角の翼を有する風車で発電機を駆動し、
発電機が発電した発電電力を系統送電線に供給する風力
発電装置の制御方法であって、系統消費電力と発電電力
を検出するステップと、系統消費電力が発電電力よりも
小さいか否かを判定するステップと、系統消費電力が発
電電力よりも小さい場合には、ピッチ角を非効率側に調
整して発電電力を系統消費電力に一致するように減少制
御するステップと、を含むことを特徴とする制御方法が
提供される。このような制御方法によれば、消費電力が
発電電力よりも小さい場合には、ピッチ角を非効率側に
調整して発電電力が消費電力に一致せしめられる。
【０００７】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、風力発電装置が発電電力を放電する放電手段
を備え、ピッチ角の調整に加えて、放電手段によって
も、発電電力を消費電力に一致するように減少制御する
ことを特徴とする風力発電装置の制御方法が提供され
る。
において、風力発電装置が発電電力を放電する放電手段
を備え、ピッチ角の調整に加えて、放電手段によって
も、発電電力を消費電力に一致するように減少制御する
ことを特徴とする風力発電装置の制御方法が提供され
る。
【０００８】請求項３の発明によれば、請求項２の発明
において、ピッチ角を最も非効率な角度に調整しても発
電電力が消費電力を上回る場合に充放電手段による消費
する、ことを特徴とする風力発電装置の制御方法が提供
される。
において、ピッチ角を最も非効率な角度に調整しても発
電電力が消費電力を上回る場合に充放電手段による消費
する、ことを特徴とする風力発電装置の制御方法が提供
される。
【０００９】請求項４の発明によれば、請求項２の発明
において、充放電手段が、蓄電池、および、または、ヒ
ータであることを特徴とする風力発電装置の制御方法が
提供される。
において、充放電手段が、蓄電池、および、または、ヒ
ータであることを特徴とする風力発電装置の制御方法が
提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図１は本発明の制御方法が
適用された風力発電装置の第１の実施の形態の全体構成
を概略的に示したものである。タワー１０１の上に取付
けられている風力発電装置１００の翼１０２はロータヘ
ッド１０５を介して主軸１１０に取り付けられ、ロータ
ヘッド１０５内の可変ピッチ機構１０６によりピッチ角
を変更することができる。そして主軸１１０が増速用の
変速機１１４を介して発電機１１５に取付られている。
明の実施の形態を説明する。図１は本発明の制御方法が
適用された風力発電装置の第１の実施の形態の全体構成
を概略的に示したものである。タワー１０１の上に取付
けられている風力発電装置１００の翼１０２はロータヘ
ッド１０５を介して主軸１１０に取り付けられ、ロータ
ヘッド１０５内の可変ピッチ機構１０６によりピッチ角
を変更することができる。そして主軸１１０が増速用の
変速機１１４を介して発電機１１５に取付られている。
【００１１】図２は風力発電装置１００の内部の詳細を
示す図である。風力発電装置１００の翼１０２の根元は
翼連結軸１０３に取付られ、翼連結軸１０３は翼１０２
のピッチ角を変更できるように、翼軸受け１０４を介し
て、中空のロータヘッド１０５に取付けられている。
示す図である。風力発電装置１００の翼１０２の根元は
翼連結軸１０３に取付られ、翼連結軸１０３は翼１０２
のピッチ角を変更できるように、翼軸受け１０４を介し
て、中空のロータヘッド１０５に取付けられている。
【００１２】ロータヘッド１０５の内部の可変ピッチ機
構１０６は、翼連結軸１０３の底部ディスク１０７に取
り付けられたロッド１０８にアーム１０９（各２個）を
取付け、アーム１０９を油圧シリンダ（図示せず）で押
圧することによっておこなう。
構１０６は、翼連結軸１０３の底部ディスク１０７に取
り付けられたロッド１０８にアーム１０９（各２個）を
取付け、アーム１０９を油圧シリンダ（図示せず）で押
圧することによっておこなう。
【００１３】アーム１０９を押圧する油圧シリンダは、
ナセル１２０内に配設されている油圧制御ボックス１１
６から送られる油圧により作動せしめられる。油圧制御
ボックス１１６は送電制御装置２００内の制御海路２０
３からの信号に基づき上述のアーム１０９を作動させる
油圧シリンダに送る油圧を制御する。
ナセル１２０内に配設されている油圧制御ボックス１１
６から送られる油圧により作動せしめられる。油圧制御
ボックス１１６は送電制御装置２００内の制御海路２０
３からの信号に基づき上述のアーム１０９を作動させる
油圧シリンダに送る油圧を制御する。
【００１４】ロータヘッド１０５の後部中央部分には主
軸１１０の前端に取付けられたフロントディスク１１１
が結合され、主軸１１０は、フロントディスク１１１の
直ぐ後方でナセル１２０に取付けられた第１軸受け１１
２で支持され、後ろ側は第２軸受け１１３で支持されて
いる。そして、主軸１１０の後端は、増速用のギヤボッ
クス１１４の入力軸（図示せず）に連結され、ギヤボッ
クス１１４の出力軸（図示せず）が発電機１１５の回転
軸（図示せず）に連結されている。なお、第２軸受け１
１３、ギヤボックス１１４、発電機１１５はいずれも、
ナセル１２０に取付けられている。
軸１１０の前端に取付けられたフロントディスク１１１
が結合され、主軸１１０は、フロントディスク１１１の
直ぐ後方でナセル１２０に取付けられた第１軸受け１１
２で支持され、後ろ側は第２軸受け１１３で支持されて
いる。そして、主軸１１０の後端は、増速用のギヤボッ
クス１１４の入力軸（図示せず）に連結され、ギヤボッ
クス１１４の出力軸（図示せず）が発電機１１５の回転
軸（図示せず）に連結されている。なお、第２軸受け１
１３、ギヤボックス１１４、発電機１１５はいずれも、
ナセル１２０に取付けられている。
【００１５】そして、発電機１１５の発生した交流電力
は、第１送電線１０を介して送電制御装置２００内のＡ
Ｃ／ＤＣ変換機２０１に送電され、ＡＣ／ＤＣ変換機２
０１で直流に変換される。ＡＣ／ＤＣ変換機２０１で一
旦直流に変換した電気はＤＣ／ＡＣ変換機２０２で再度
交流に変換して規定の周波数に整えてから制御回路２０
３を通って系統送電線２０に送られる。
は、第１送電線１０を介して送電制御装置２００内のＡ
Ｃ／ＤＣ変換機２０１に送電され、ＡＣ／ＤＣ変換機２
０１で直流に変換される。ＡＣ／ＤＣ変換機２０１で一
旦直流に変換した電気はＤＣ／ＡＣ変換機２０２で再度
交流に変換して規定の周波数に整えてから制御回路２０
３を通って系統送電線２０に送られる。
【００１６】ここで、ＤＣ／ＡＣ変換機２０２と系統送
電線２０の間には、コントロールユニット２０３が配設
されていて、コントロールユニット２０３は、マイクロ
コピュータを備え、以下のようにして、発電電力が消費
電力に一致するようにピッチ可変機構１０６を作動せし
める。
電線２０の間には、コントロールユニット２０３が配設
されていて、コントロールユニット２０３は、マイクロ
コピュータを備え、以下のようにして、発電電力が消費
電力に一致するようにピッチ可変機構１０６を作動せし
める。
【００１７】図３が、コントロールユニット２０３の制
御のフローチャートであって、ステップ３０１で系統送
電線２０に流れる消費電力ＷｃとＡＣ／ＤＣ変換機２０
１に第１送電線１０を介して送られる発電電力Ｗｇを検
出する。そして、ステップ３０２においてこの消費電力
Ｗｃが発電電力Ｗｇよりも小さいか否かを判定する。も
し、消費電力Ｗｃの方が発電電力Ｗｇよりも小さけれ
ば、ステップ３０３において、風力発電装置１００のナ
セル１２０内の油圧制御ボックス１１６に対して、ピッ
チ可変機構１０６のアーム１０９をピッチ角θを効率が
悪くなる方向に所定量Δθ動かす（ピッチ角θを大きく
する）指令を発信してステップ３０６に進んでリターン
する。
御のフローチャートであって、ステップ３０１で系統送
電線２０に流れる消費電力ＷｃとＡＣ／ＤＣ変換機２０
１に第１送電線１０を介して送られる発電電力Ｗｇを検
出する。そして、ステップ３０２においてこの消費電力
Ｗｃが発電電力Ｗｇよりも小さいか否かを判定する。も
し、消費電力Ｗｃの方が発電電力Ｗｇよりも小さけれ
ば、ステップ３０３において、風力発電装置１００のナ
セル１２０内の油圧制御ボックス１１６に対して、ピッ
チ可変機構１０６のアーム１０９をピッチ角θを効率が
悪くなる方向に所定量Δθ動かす（ピッチ角θを大きく
する）指令を発信してステップ３０６に進んでリターン
する。
【００１８】一方、ステップ３０２で消費電力Ｗｃの方
が発電電力Ｗｇよりも大きくなければ、ステップ３０４
に進んで、消費電力Ｗｃの方が発電電力Ｗｇよりも大き
いか否かを判定し、肯定判定されれば、ステップ３０５
に進み、ピッチ角θを効率が良くなる方向に所定量Δθ
動かす（ピッチ角θを小さくする）指令を発信してステ
ップ３０６に進んでリターンする。ステップ３０４で否
定判定された場合は、消費電力の方が発電電力に一致し
ていることを意味しているので、何もせずに、ステップ
３０６に進んでリターンする。
が発電電力Ｗｇよりも大きくなければ、ステップ３０４
に進んで、消費電力Ｗｃの方が発電電力Ｗｇよりも大き
いか否かを判定し、肯定判定されれば、ステップ３０５
に進み、ピッチ角θを効率が良くなる方向に所定量Δθ
動かす（ピッチ角θを小さくする）指令を発信してステ
ップ３０６に進んでリターンする。ステップ３０４で否
定判定された場合は、消費電力の方が発電電力に一致し
ていることを意味しているので、何もせずに、ステップ
３０６に進んでリターンする。
【００１９】図４は、同じ風速の風が吹いている条件の
もとにおいて、発電機１１５の回転数を一定、したがっ
て、翼１０２の回転数を一定にしながら、発電機１１５
で、定格出力以下の所望の発電電力を得るためのピッチ
角θを概念的に示す図である。θminは翼１０２が回転
しない最低効率のピッチ角であり、θmaxは最高効率の
ピッチ角である。
もとにおいて、発電機１１５の回転数を一定、したがっ
て、翼１０２の回転数を一定にしながら、発電機１１５
で、定格出力以下の所望の発電電力を得るためのピッチ
角θを概念的に示す図である。θminは翼１０２が回転
しない最低効率のピッチ角であり、θmaxは最高効率の
ピッチ角である。
【００２０】次に、第２の実施の形態について説明す
る。図５が第２の実施の形態における、全体構成を示す
図であって、送電制御装置２００のＡＣ／ＤＣ変換機２
０１とＤＣ／ＡＣ変換機２０２の間に放電制御装置２０
４が設けられ、放電制御装置２０４に対して、蓄電池２
０５とヒータ２０６が接続されている。
る。図５が第２の実施の形態における、全体構成を示す
図であって、送電制御装置２００のＡＣ／ＤＣ変換機２
０１とＤＣ／ＡＣ変換機２０２の間に放電制御装置２０
４が設けられ、放電制御装置２０４に対して、蓄電池２
０５とヒータ２０６が接続されている。
【００２１】そして、可変ピッチ機構１０６の制御だけ
では発電電力が消費電力を上回ってしまう場合に、コン
トロールユニット２０３の指令により充放電制御装置２
０４が、直流化された電流を蓄電池２０５とヒータ２０
６で充放電させ、発電電力が消費電力に一致するように
する。蓄電池２０５とヒータ２０６とでは、蓄電池２０
５での放電を優先し、蓄電池２０５が満充電の場合にヒ
ータ２０６で放電する。なお、蓄電池２０５に充電され
た電力は必要なときに系統送電線２０に供給される。
では発電電力が消費電力を上回ってしまう場合に、コン
トロールユニット２０３の指令により充放電制御装置２
０４が、直流化された電流を蓄電池２０５とヒータ２０
６で充放電させ、発電電力が消費電力に一致するように
する。蓄電池２０５とヒータ２０６とでは、蓄電池２０
５での放電を優先し、蓄電池２０５が満充電の場合にヒ
ータ２０６で放電する。なお、蓄電池２０５に充電され
た電力は必要なときに系統送電線２０に供給される。
【００２２】図６が第２の実施の形態の制御のフローチ
ャートであって、ステップ６０１，６０２、６０４、６
０５、６０６、６１０は、それぞれ、図３に示した第１
の実施の形態のフローチャートのステップ３０１、３０
２、３０３、３０４、３０５、３０６と同じである。
ャートであって、ステップ６０１，６０２、６０４、６
０５、６０６、６１０は、それぞれ、図３に示した第１
の実施の形態のフローチャートのステップ３０１、３０
２、３０３、３０４、３０５、３０６と同じである。
【００２３】ただし、ステップ６０２で肯定判定された
場合にそのままステップ６０４に進んでピッチ角を増す
のではなくて、ステップ６０３でピッチ角θが最低効率
ピッチ角θminよりも小さいかどうかを判定し肯定判定
された場合のみステップ６０４に進んでピッチ角を増す
ことがおこなわれる。
場合にそのままステップ６０４に進んでピッチ角を増す
のではなくて、ステップ６０３でピッチ角θが最低効率
ピッチ角θminよりも小さいかどうかを判定し肯定判定
された場合のみステップ６０４に進んでピッチ角を増す
ことがおこなわれる。
【００２４】そして、ステップ６０３で否定判定された
場合はステップ６０７に進んで蓄電池が満充電か否かを
判定し、ステップ６０７で否定判定されたならば、ステ
ップ６０８に進んで蓄電池の充電をおこなってからステ
ップ６１０に進みリターンし、一方、ステップ６０７で
肯定判定されたならば、ステップ６０９に進んでヒータ
で放電をおこなってからす轍鮒６１０に進んでリターン
する。
場合はステップ６０７に進んで蓄電池が満充電か否かを
判定し、ステップ６０７で否定判定されたならば、ステ
ップ６０８に進んで蓄電池の充電をおこなってからステ
ップ６１０に進みリターンし、一方、ステップ６０７で
肯定判定されたならば、ステップ６０９に進んでヒータ
で放電をおこなってからす轍鮒６１０に進んでリターン
する。
【００２５】
【発明の効果】請求項１に記載の発明は、可変ピッチ角
の翼を有する風車で発電機を駆動し、発電機が発電した
発電電力を、電力を消費する系統に供給する風力発電装
置の制御方法であるが、消費電力と発電電力を検出する
ステップと、消費電力が発電電力よりも小さいか否かを
判定するステップと、消費電力が発電電力よりも小さい
場合には、ピッチ角を非効率側に調整して発電電力を消
費電力に一致するように減少制御するステップと、を含
み、消費電力が発電電力よりも小さい場合には、ピッチ
角が非効率側に調整することにより発電電力を消費電力
に一致させることができる。特に、請求項２、３、４の
ように、ピッチ角の調整に加えて、放電手段によって
も、発電電力を消費電力に一致するように減少制御する
ようにすれば、ピッチ角の調整では発電電力を消費電力
に一致させることができない場合も、充放電手段で消費
することにより発電電力を消費電力に一致させることが
でき、放電手段の容量を小さくすることができる。
の翼を有する風車で発電機を駆動し、発電機が発電した
発電電力を、電力を消費する系統に供給する風力発電装
置の制御方法であるが、消費電力と発電電力を検出する
ステップと、消費電力が発電電力よりも小さいか否かを
判定するステップと、消費電力が発電電力よりも小さい
場合には、ピッチ角を非効率側に調整して発電電力を消
費電力に一致するように減少制御するステップと、を含
み、消費電力が発電電力よりも小さい場合には、ピッチ
角が非効率側に調整することにより発電電力を消費電力
に一致させることができる。特に、請求項２、３、４の
ように、ピッチ角の調整に加えて、放電手段によって
も、発電電力を消費電力に一致するように減少制御する
ようにすれば、ピッチ角の調整では発電電力を消費電力
に一致させることができない場合も、充放電手段で消費
することにより発電電力を消費電力に一致させることが
でき、放電手段の容量を小さくすることができる。
【図１】第１の実施の形態の全体の構成を説明する図で
ある。
ある。
【図２】風力発電装置の内部の構造を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の制御のフローチャートであ
る。
る。
【図４】ピッチ角と発電電力の関係を概念的に示す図で
ある。
ある。
【図５】第２の実施の形態の全体の構成を説明する図で
ある。
ある。
【図６】第２の実施の形態の制御のフローチャートであ
る。
る。
２０…系統送電線
１００…風力発電装置
１０６…可変ピッチ機構
１１５…発電機
１１６…油圧制御ボックス
２００…送電制御装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０２Ｐ 9/00 Ｈ０２Ｐ 9/00 Ｆ
Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB04 BB08 BB11
CC03 CC22 CC32 CC52 CC65
CC73
5H590 AA22 BB09 CA14 CE01 CE05
CE09 EB02 EB14 FA01 FB01
GA06 HA06
Claims (4)
- 【請求項１】 可変ピッチ角の翼を有する風車で発電機
を駆動し、発電機にて発電した発電電力を系統送電線へ
供給する風力発電装置の制御方法であって、 系統消費電力と発電電力を検出するステップと、 系統消費電力が発電電力よりも小さいか否かを判定する
ステップと、 系統消費電力が発電電力よりも小さい場合には、ピッチ
角を非効率側に調整して発電電力を系統消費電力に一致
するように減少制御するステップと、 を含むこと特徴とする制御方法。 - 【請求項２】 風力発電装置が発電電力を放電する放電
手段を備え、 ピッチ角の調整に加えて、放電手段によっても、発電電
力を系統消費電力に一致するように減少制御することを
特徴とする請求項１に記載の制御方法。 - 【請求項３】 ピッチ角を最も非効率な角度に調整して
も発電電力が消費電力を上回る場合に放電手段による放
電をおこなう、ことを特徴とする請求項２に記載の制御
方法。 - 【請求項４】 放電手段が、蓄電池、および、または、
ヒータであることを特徴とする請求項２に記載の制御方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002048541A JP2003254221A (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 風力発電装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002048541A JP2003254221A (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 風力発電装置の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003254221A true JP2003254221A (ja) | 2003-09-10 |
Family
ID=28661313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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-
2002
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