JPS62123994A - 風力発電装置 - Google Patents
風力発電装置Info
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- JPS62123994A JPS62123994A JP60262905A JP26290585A JPS62123994A JP S62123994 A JPS62123994 A JP S62123994A JP 60262905 A JP60262905 A JP 60262905A JP 26290585 A JP26290585 A JP 26290585A JP S62123994 A JPS62123994 A JP S62123994A
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- JP
- Japan
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- wind
- power
- rotation speed
- wind turbine
- generator
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/10—Purpose of the control system
- F05B2270/1016—Purpose of the control system in variable speed operation
-
- 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
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
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。
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、風力エネルギーを動力に変換する風車と、こ
の動力を電力に変換する同期発電機または直流発電機と
、蓄電設備と、交流負荷へ給電する自励型変換器を用い
た風力発電装置に関し、独立型の電源装置としての利用
に適するものである。
の動力を電力に変換する同期発電機または直流発電機と
、蓄電設備と、交流負荷へ給電する自励型変換器を用い
た風力発電装置に関し、独立型の電源装置としての利用
に適するものである。
（従来技術）
従来から風力発電装置において風車の軸動力を電力に変
換する手段（発電機）として同１１機、直流機あるいは
誘＊ｉ等が用いられている。
換する手段（発電機）として同１１機、直流機あるいは
誘＊ｉ等が用いられている。
ところが、一般に、同期機、直流機を用いたものは、風
車の定格出力が得られる定格風速から、風車の運転を中
止し発電を停止する発電停止風速までの主運転域におい
て、風車ブレードのピッヂコントロールによって回転数
を一定とする定回転数制御を行なっている。このため、
後述するごとく、風車の周速度に対する風速で定まる「
周速比」が一定とはならず、エネルギーの有効取得がな
されているとは言えなかった。しかも、上記のごとく定
回転数制御運転では風況の急激な変化により大きな１〜
ルク変動を受けることになり、これに耐えるためには椛
造、材質を整量なものとしなければならず、コスト上昇
の原因ともなっていた。
車の定格出力が得られる定格風速から、風車の運転を中
止し発電を停止する発電停止風速までの主運転域におい
て、風車ブレードのピッヂコントロールによって回転数
を一定とする定回転数制御を行なっている。このため、
後述するごとく、風車の周速度に対する風速で定まる「
周速比」が一定とはならず、エネルギーの有効取得がな
されているとは言えなかった。しかも、上記のごとく定
回転数制御運転では風況の急激な変化により大きな１〜
ルク変動を受けることになり、これに耐えるためには椛
造、材質を整量なものとしなければならず、コスト上昇
の原因ともなっていた。
一方、誘ｓｉを用いたものは、既存の電力系統と接続さ
れて運転されているものが多く、運転制御手段に風速を
用いたものが一般的である。この場合、発電機と風速を
計測する地点が異なるため、精度の高い制御が困難にな
り、時には誘導機が発電機として作動せず電ｖＪ機とし
て作動するような事態も起こり得ることになり、また、
系統直結を図るため、５０／６０Ｈｚ近傍の運転となり
、定回転数制御に等しい状況になり、上述と同様の問題
を有していた。
れて運転されているものが多く、運転制御手段に風速を
用いたものが一般的である。この場合、発電機と風速を
計測する地点が異なるため、精度の高い制御が困難にな
り、時には誘導機が発電機として作動せず電ｖＪ機とし
て作動するような事態も起こり得ることになり、また、
系統直結を図るため、５０／６０Ｈｚ近傍の運転となり
、定回転数制御に等しい状況になり、上述と同様の問題
を有していた。
（発明の目的）
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、肩車の
定格回転数まではブレードのピッチ角を一定とし風車の
入力に応じた回転数で運転する可変速制御を行なうこと
により、風況の急激な変化によるトルク変動を吸収し、
構造、材質面でのコスト上昇を抑え、低コストで大きな
エネルギーを回生でき、しかも１．ＩＩｍのために風速
情報でなく風車の回転数情報を用い、かつ同期発電機ま
たは直流発電機の界磁電流を制御することにより、精度
の高い略一定の周速比での制御が容易に可能となり、エ
ネルギーの有効取得および信頼性の向上を図り、さらに
独立型の交流負荷に対する電源として有用な風力発電装
置を提供することを目的とする。
定格回転数まではブレードのピッチ角を一定とし風車の
入力に応じた回転数で運転する可変速制御を行なうこと
により、風況の急激な変化によるトルク変動を吸収し、
構造、材質面でのコスト上昇を抑え、低コストで大きな
エネルギーを回生でき、しかも１．ＩＩｍのために風速
情報でなく風車の回転数情報を用い、かつ同期発電機ま
たは直流発電機の界磁電流を制御することにより、精度
の高い略一定の周速比での制御が容易に可能となり、エ
ネルギーの有効取得および信頼性の向上を図り、さらに
独立型の交流負荷に対する電源として有用な風力発電装
置を提供することを目的とする。
〈発明の構成）
本発明は、ブレードのピッチ角が制御可能な風力エネル
ギーを動力に変換する風車と、この動力を電力に変換す
る同期発電機または直流発電機と、上記風車の回転数情
報に基づいて入力に見合った発電機出力が得られるよう
に上記発電機の界ｖＡ雷電流制御する界磁制御器と、上
記発電機により回生された電力を蓄電する蓄電設備と、
この蓄電設備から交流負荷へ電力を供給する自動型変換
器とからなり、風車の起動から定格回転数までの運転域
において上記ブレードのピッチ角を一定とし、定格回転
数以上の運転域において、風車回転数が設定回転数範囲
内に収まるように上記ブレードのピッチ角を制御するよ
うにした風力発電装置である。
ギーを動力に変換する風車と、この動力を電力に変換す
る同期発電機または直流発電機と、上記風車の回転数情
報に基づいて入力に見合った発電機出力が得られるよう
に上記発電機の界ｖＡ雷電流制御する界磁制御器と、上
記発電機により回生された電力を蓄電する蓄電設備と、
この蓄電設備から交流負荷へ電力を供給する自動型変換
器とからなり、風車の起動から定格回転数までの運転域
において上記ブレードのピッチ角を一定とし、定格回転
数以上の運転域において、風車回転数が設定回転数範囲
内に収まるように上記ブレードのピッチ角を制御するよ
うにした風力発電装置である。
この構成により、定格出力を発生する風車回転数以下に
おいて、風速に対応した風車の回転数（回転速度）での
可変速制御運転がなされ、風況の変化によるトルク変動
をイナーシャとして吸収し、また、風車の回転数情報に
基づいて発電機の励Ｖｉｆ！電流が制御され、風車入力
に見合った出力電力が得られ、以下に述べる理由により
、略一定の周速比での運転制御を容易に行なうことがで
きエネルギーの有効取得が可能となる。また、回生され
た電力が蓄電され、かつ単独電源として交流負荷への給
電を行なうことができる。
おいて、風速に対応した風車の回転数（回転速度）での
可変速制御運転がなされ、風況の変化によるトルク変動
をイナーシャとして吸収し、また、風車の回転数情報に
基づいて発電機の励Ｖｉｆ！電流が制御され、風車入力
に見合った出力電力が得られ、以下に述べる理由により
、略一定の周速比での運転制御を容易に行なうことがで
きエネルギーの有効取得が可能となる。また、回生され
た電力が蓄電され、かつ単独電源として交流負荷への給
電を行なうことができる。
以下に、風速に合った回転数制御を行なうことにより、
一定の周速比制御が可能でエネルギーの有効取得を図る
ことができる理由を説明する。
一定の周速比制御が可能でエネルギーの有効取得を図る
ことができる理由を説明する。
プロベラ型の風車による出力の基本特性は次式％式％
ρ：空気密度、■＝風速、Ｃｐ：パワー係数、Ｒ：プロ
ペラ半径、ω：角速度 パワー係数ＣＤ＝２Ｐ／ρπＲ２Ｖ３・・・（２）周速
比ＴＳＲ＝ωＲ／ｖ・（３） ここに、風車として最大の効率を得るには、パワー係数
Ｃｐの最高値を常に保つ制御を行なえばよく、これによ
りエネルギーの最大有効取得が可能となる。
ペラ半径、ω：角速度 パワー係数ＣＤ＝２Ｐ／ρπＲ２Ｖ３・・・（２）周速
比ＴＳＲ＝ωＲ／ｖ・（３） ここに、風車として最大の効率を得るには、パワー係数
Ｃｐの最高値を常に保つ制御を行なえばよく、これによ
りエネルギーの最大有効取得が可能となる。
風車のパワー係数Ｃｐ特性は、第２図に示すように、風
車ブレードのピッチ角βによって、その最大点を有し、
しかも周速比ＴＳＲの関数となる。
車ブレードのピッチ角βによって、その最大点を有し、
しかも周速比ＴＳＲの関数となる。
したがって、風車ブレードのピッチ角βをある値に設定
した場合、パワー係数Ｃｐｆｆｉ最大となる周速比ＴＳ
Ｒは定まる。
した場合、パワー係数Ｃｐｆｆｉ最大となる周速比ＴＳ
Ｒは定まる。
ところが、周速比ＴＳＲは上記（３）式から判る通り、
角速度ωと風速Ｖによって定まるから、周速比ＴＳＲを
一定にしようとすると、風速■が変化した場合、回転数
も変化しなければならない。
角速度ωと風速Ｖによって定まるから、周速比ＴＳＲを
一定にしようとすると、風速■が変化した場合、回転数
も変化しなければならない。
したがって、風車ブレードのピッチ角βを固定して風況
に合ったエネルギー取得を最大にしようとすると、風速
に合った回転数制御つまり、゛定周速比制御を行なえば
よいことになる。
に合ったエネルギー取得を最大にしようとすると、風速
に合った回転数制御つまり、゛定周速比制御を行なえば
よいことになる。
いま、パワー係数Ｃｐが最大となる周速比ＴＳＲをΩと
すると、風車の出力［〕は次のように回転数Ｎの関数と
しで表わされる。
すると、風車の出力［〕は次のように回転数Ｎの関数と
しで表わされる。
Ω＝ωＲ／Ｖ・・・（４）
■＝ωＲ／Ω・・・（４′）
ω−２πＮ／６０・・・（５）
ただしＮ：風車回転数（ｒｐｍ）
［５）、 （４’ ）式よりＶ ＝ Ｒ／ ０・πＮ／
３０・・・（６）（１）、 （６）式よりＰ＝ｙ２Ｐπ
Ｒ’ ＣＤ ｍａｘ （ＲπＮ／３０Ω）３＝１．８
ｘ１０−ｚρＲ５Ｃｐｍａｘ（１／Ω３）Ｎ３・・・（
７） この（７）式より、風車の出力Ｐは回転数Ｎの３乗に比
例することが判り、回転数Ｎを情報として定周速比制御
を行なえばよいことが判る。
３０・・・（６）（１）、 （６）式よりＰ＝ｙ２Ｐπ
Ｒ’ ＣＤ ｍａｘ （ＲπＮ／３０Ω）３＝１．８
ｘ１０−ｚρＲ５Ｃｐｍａｘ（１／Ω３）Ｎ３・・・（
７） この（７）式より、風車の出力Ｐは回転数Ｎの３乗に比
例することが判り、回転数Ｎを情報として定周速比制御
を行なえばよいことが判る。
これら風車のパワー係数Ｃｐ、出力Ｐ、トルクＴの回転
数Ｎに対する特性を第３図に示す。同図において、横軸
には回転数Ｎを、ＩＩ軸には各風速■１〜ｖ７における
パワー係数Ｃｐ （実線）、出力Ｐ（鎖線）、トルクＴ
（一点鎖線）の特性曲線を示し、ラインＰＬは定格負荷
を示す。同図から判るように各風速■１〜Ｖ７における
パワー係数Ｃｐの最大値（Ｃｏｍａｘ）が得られる回転
数Ｎにおいて出力Ｐは最大値を示し、したがって、Ｃ。
数Ｎに対する特性を第３図に示す。同図において、横軸
には回転数Ｎを、ＩＩ軸には各風速■１〜ｖ７における
パワー係数Ｃｐ （実線）、出力Ｐ（鎖線）、トルクＴ
（一点鎖線）の特性曲線を示し、ラインＰＬは定格負荷
を示す。同図から判るように各風速■１〜Ｖ７における
パワー係数Ｃｐの最大値（Ｃｏｍａｘ）が得られる回転
数Ｎにおいて出力Ｐは最大値を示し、したがって、Ｃ。
ｆｆ１ａｘを保つことにより出力Ｐは曲線（イ）の特性
が得られ、その時のトルクＴは曲線（ロ）の特性となる
。つまり、パワー係数Ｃｐを最大値に保つことにより、
風車の回転数Ｎによって出力Ｐのレベルは一義的に定ま
ることになる。したがって、この回転数Ｎに応じて定ま
った所定の出力Ｐが得られるように同期発Ｔｉ機または
直流発電機の界磁電流を制御すればエネルギー取得を有
効に行なうことができる。
が得られ、その時のトルクＴは曲線（ロ）の特性となる
。つまり、パワー係数Ｃｐを最大値に保つことにより、
風車の回転数Ｎによって出力Ｐのレベルは一義的に定ま
ることになる。したがって、この回転数Ｎに応じて定ま
った所定の出力Ｐが得られるように同期発Ｔｉ機または
直流発電機の界磁電流を制御すればエネルギー取得を有
効に行なうことができる。
なお、第３図において、ＮＶＣは発電を開始するカット
イン風速（■ｏ）に対応するカットイン回転数、ＮＶ、
は風車の定格出力が出る定格風速Ｖ、に対応する定格回
転数である。
イン風速（■ｏ）に対応するカットイン回転数、ＮＶ、
は風車の定格出力が出る定格風速Ｖ、に対応する定格回
転数である。
（実施例）
第１図は本発明装置の一実施例構成を示す。同図におい
て、風力エネルギーを動力に変換する風車１は、ブレー
ドのピッチ角が制御可能なメカニカルピッチコントロー
ル部を持つプロペラ型ロータと、このロータの出力すな
わら軸動力を初カー電力変換器としての同期発電機（も
しくは直流発電機、以下、同様）２へ伝達する機能を備
える。
て、風力エネルギーを動力に変換する風車１は、ブレー
ドのピッチ角が制御可能なメカニカルピッチコントロー
ル部を持つプロペラ型ロータと、このロータの出力すな
わら軸動力を初カー電力変換器としての同期発電機（も
しくは直流発電機、以下、同様）２へ伝達する機能を備
える。
−同期発電機２は界磁巻線２ｆを有するとともに、この
出力ラインには整流器３（直流発電機の場合は不要）を
介して、回生電力を蓄電するための蓄Ｔｉ設備３０が接
続されるとともに、交流負荷へ電力を供給するための自
励型の変換器４（詳細は後述）が接続されている。
出力ラインには整流器３（直流発電機の場合は不要）を
介して、回生電力を蓄電するための蓄Ｔｉ設備３０が接
続されるとともに、交流負荷へ電力を供給するための自
励型の変換器４（詳細は後述）が接続されている。
風車１の回転数は回転数検出器５にて検出され、この回
転数情報と、上記発電機２の出力の電流検出回路６およ
び電圧検出回路７からの電流、電圧情報が入力され、上
記界磁巻線２ｆを所定動作させる界磁制御器８が設番プ
られている。この界磁制御器８は、回転数情報に基づい
て風車への入力に児合った発電機出力が得られるように
、回転数をパワーに変換した予め定められた値と実際の
パワーとを比較し、界１ａｆｆｌ流を制御するものであ
る。
転数情報と、上記発電機２の出力の電流検出回路６およ
び電圧検出回路７からの電流、電圧情報が入力され、上
記界磁巻線２ｆを所定動作させる界磁制御器８が設番プ
られている。この界磁制御器８は、回転数情報に基づい
て風車への入力に児合った発電機出力が得られるように
、回転数をパワーに変換した予め定められた値と実際の
パワーとを比較し、界１ａｆｆｌ流を制御するものであ
る。
そして、この界磁制御器８は、回転数検出器５により検
出した回転数を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器８０と、上
記Ｆ／Ｖ変換′１！Ａ８０の出力に基づぎ回転数とパワ
ーを予め定められた関係（例え（（回転数の３乗カーブ
）で変換し、出力信号ＰＲＥＦを出力する回転数−パワ
ー変換回路８１と、上記電流検出回路６と電圧検出回路
７の出力を１１）ワしてパワーを演算する掛算Ｉａ８２
と、増幅回路８３と、上記回転数−パワー変換回路８１
の出力信号Ｐ と増幅回路８３からの発電機出力Ｐと
を比ＥＦ 較する比較手段８４と、この比較手段８４の出力が入力
され系の特性を合せるための補償回路８５と、上記Ｆ／
Ｖ変換器８０の出力と補償回路８５の出力を比較する比
較手段８６と、増幅回路８７と、パルス幅変調回路（Ｐ
ＷＭ回路）８８と、界磁巻線２ｆを駆動するための界磁
パワー供給回路８９とから構成されている。
出した回転数を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器８０と、上
記Ｆ／Ｖ変換′１！Ａ８０の出力に基づぎ回転数とパワ
ーを予め定められた関係（例え（（回転数の３乗カーブ
）で変換し、出力信号ＰＲＥＦを出力する回転数−パワ
ー変換回路８１と、上記電流検出回路６と電圧検出回路
７の出力を１１）ワしてパワーを演算する掛算Ｉａ８２
と、増幅回路８３と、上記回転数−パワー変換回路８１
の出力信号Ｐ と増幅回路８３からの発電機出力Ｐと
を比ＥＦ 較する比較手段８４と、この比較手段８４の出力が入力
され系の特性を合せるための補償回路８５と、上記Ｆ／
Ｖ変換器８０の出力と補償回路８５の出力を比較する比
較手段８６と、増幅回路８７と、パルス幅変調回路（Ｐ
ＷＭ回路）８８と、界磁巻線２ｆを駆動するための界磁
パワー供給回路８９とから構成されている。
また、上記変換器４は、スイッチング素子としてトラン
ジスタなどの能動素子を用いた三相インバータであり、
この三相出力ラインは系統２０（商用型ｉｔ！ ）に接
続される。なお、変換器４を構成する素子としてはサイ
リスタを用いてもよい。
ジスタなどの能動素子を用いた三相インバータであり、
この三相出力ラインは系統２０（商用型ｉｔ！ ）に接
続される。なお、変換器４を構成する素子としてはサイ
リスタを用いてもよい。
上記変換器４の出力ライン２０は位相検出トランス１８
および電流検出手段１９が接続され、この位相検出トラ
ンス１８の出力は電圧位相検出回路２１に入力され、さ
らにこの回路２１の出りは電圧を自動調整するための自
動電圧調整回路２２に入力され、この回路２・２の出力
は電流値を制御するパルス幅変調（ＰＷＭ）回路２４に
入力される。同時に、このＰＷＭ回路２４には基準周波
数（例えば５０／６０Ｈｚ＞発振回路２３より基準クロ
ックが入力され、このＰＷＭ回路の出力がゲート駆動回
路２５に入力される。また、このゲート駆動回路２５に
は、電流検出手段１９．電流検出回路２６により検出し
た電流値と、位相検出トランス１８の検出値とが保護回
路２７を介して入力される。そして、このゲート駆動回
路２５の出力でもって、自励型変換Ｖ！ｊｉ４の能動素
子を位相制御により駆動せしめ、出力ライン２０に所用
周波数で一定の電圧を給電する。
および電流検出手段１９が接続され、この位相検出トラ
ンス１８の出力は電圧位相検出回路２１に入力され、さ
らにこの回路２１の出りは電圧を自動調整するための自
動電圧調整回路２２に入力され、この回路２・２の出力
は電流値を制御するパルス幅変調（ＰＷＭ）回路２４に
入力される。同時に、このＰＷＭ回路２４には基準周波
数（例えば５０／６０Ｈｚ＞発振回路２３より基準クロ
ックが入力され、このＰＷＭ回路の出力がゲート駆動回
路２５に入力される。また、このゲート駆動回路２５に
は、電流検出手段１９．電流検出回路２６により検出し
た電流値と、位相検出トランス１８の検出値とが保護回
路２７を介して入力される。そして、このゲート駆動回
路２５の出力でもって、自励型変換Ｖ！ｊｉ４の能動素
子を位相制御により駆動せしめ、出力ライン２０に所用
周波数で一定の電圧を給電する。
ここに、風力エネルギーは常時、変動する傾向にあるが
、回生エネルギーを一旦、蓄電設備３０に蓄電しておき
、この蓄電設備３０に蓄えられた電力を自励型インバー
タでなる変換器４にて交流負荷に給電するようにしてい
るので、安定して電力を供給することができ、本装置は
独立型の電源装置として有用なものとなる。
、回生エネルギーを一旦、蓄電設備３０に蓄電しておき
、この蓄電設備３０に蓄えられた電力を自励型インバー
タでなる変換器４にて交流負荷に給電するようにしてい
るので、安定して電力を供給することができ、本装置は
独立型の電源装置として有用なものとなる。
次に、上記のごとき風力発電装置における風車１および
発電機２のルリ御チャートを第４図により説明する。同
図において、横軸に風速Ｖを、縦軸に出力Ｐ１回転＠Ｎ
を示し、■３は風車が回転を始める起動風速、ｖｏは発
電を開始するカットイン風速、ｖＬＧ、を風車の定格出
力が得られる定格風速、ｖｃｏは風車の運転を中止しフ
ェザリングし風のエネルギーを逃がすカットアウト風速
、ＰＬは風力発電装置としての定格出力、Ｎ はカッ１
−イＣ ン回転数、”ｖＬは定格回転数で、この回転数までの運
転域ではブレードのピッチ角を一定とし、これ以上の回
転数の運転域では風車回転数が所定回転数範囲内に収ま
るようにブレードのピッチ角を制御している。ＮＮは風
車の無負荷設定回転数、ＮＮ上１０％はピッチ制御によ
りコントロールする制御回転数範囲であり、曲線ＰＲは
ロスパワーであって、■５〜Ｖｃ間は発電機の機械損と
ギヤの伝達ロス（２乗カーブ）、■ｏ時は発電機の励磁
損が加わり、■ 〜Ｖ１間は励磁損と機械損、ＶＬ〜ｖ
ｃｏ間は発電機励磁損と機械損（はぼ一定）でなる。
発電機２のルリ御チャートを第４図により説明する。同
図において、横軸に風速Ｖを、縦軸に出力Ｐ１回転＠Ｎ
を示し、■３は風車が回転を始める起動風速、ｖｏは発
電を開始するカットイン風速、ｖＬＧ、を風車の定格出
力が得られる定格風速、ｖｃｏは風車の運転を中止しフ
ェザリングし風のエネルギーを逃がすカットアウト風速
、ＰＬは風力発電装置としての定格出力、Ｎ はカッ１
−イＣ ン回転数、”ｖＬは定格回転数で、この回転数までの運
転域ではブレードのピッチ角を一定とし、これ以上の回
転数の運転域では風車回転数が所定回転数範囲内に収ま
るようにブレードのピッチ角を制御している。ＮＮは風
車の無負荷設定回転数、ＮＮ上１０％はピッチ制御によ
りコントロールする制御回転数範囲であり、曲線ＰＲは
ロスパワーであって、■５〜Ｖｃ間は発電機の機械損と
ギヤの伝達ロス（２乗カーブ）、■ｏ時は発電機の励磁
損が加わり、■ 〜Ｖ１間は励磁損と機械損、ＶＬ〜ｖ
ｃｏ間は発電機励磁損と機械損（はぼ一定）でなる。
この第４図において運転状況としては次の通りである。
■待機：風速０〜■８の間は発電せず上記界磁制ｉＤ器
８も運転をしない。
８も運転をしない。
■起動：風速■６〜■ｏの間は風のエネルギーが風車を
回転させるだけのエネルギーとして利用できる。
回転させるだけのエネルギーとして利用できる。
■カットイン二凰力発電装置として発電を開始可能な状
態となり発電機２に励磁を与える。
態となり発電機２に励磁を与える。
■負荷制御領域：８ａ速Ｖ 〜ＶＬの間は、第３図で説
明した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御を行なう。こ
れにより出力Ｐ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。
明した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御を行なう。こ
れにより出力Ｐ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、■５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上がり、Ｖ ｃ以模は風速に比
例して運転される。なお、回転数が上昇する過程と、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。
トとバランスしながら立上がり、Ｖ ｃ以模は風速に比
例して運転される。なお、回転数が上昇する過程と、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。
■負荷固定領域：風速ＶＬ〜■Ｃｏの間は出力Ｐを一定
に保持し、入力される」のエネルギーをメカニカルなピ
ッチコントロールで逃がし、回転数ＮをＮＮ上１０％の
範囲に制御する。
に保持し、入力される」のエネルギーをメカニカルなピ
ッチコントロールで逃がし、回転数ＮをＮＮ上１０％の
範囲に制御する。
■持槻：風速■。。以上の風況においては、装置能力以
上の風力エネルギーとなるため、メカニカルガバナーに
よってフェザ−にし、エネルギーを逃がし風車を安全な
状態に維持する。
上の風力エネルギーとなるため、メカニカルガバナーに
よってフェザ−にし、エネルギーを逃がし風車を安全な
状態に維持する。
このような制御および運転において、上述した通り、風
車の回転数に基づきパワー係数Ｃｐ ｍａＸ点をとる風
車の出力は定まることから、風車の回転数から回転数−
パワー変換回路８１により出力信号Ｐ１６．に変換し、
これと発電機２の出力Ｐとを比較し、さらにＦ／Ｖ変換
器８０の出力との比較により、ＰＷＭ回路８８などにて
界磁巻線２ｆへの界磁電流値をｉ、ＩＩ御することによ
って、風車は可変制御されることになり、結果的に風車
は一定の周速比に近い運転がなされる。したがって、エ
ネルギーの有効取得が行なわれ、しかも風況の急変によ
るトルク変動を充分に吸収することができる。
車の回転数に基づきパワー係数Ｃｐ ｍａＸ点をとる風
車の出力は定まることから、風車の回転数から回転数−
パワー変換回路８１により出力信号Ｐ１６．に変換し、
これと発電機２の出力Ｐとを比較し、さらにＦ／Ｖ変換
器８０の出力との比較により、ＰＷＭ回路８８などにて
界磁巻線２ｆへの界磁電流値をｉ、ＩＩ御することによ
って、風車は可変制御されることになり、結果的に風車
は一定の周速比に近い運転がなされる。したがって、エ
ネルギーの有効取得が行なわれ、しかも風況の急変によ
るトルク変動を充分に吸収することができる。
同時に、発電機２の回生電力を蓄電設備３０に−け蓄電
し、この電力を自動型の変換器４にて交流負荷に供給す
るため風力エネルギーの変動にかかわらず独立型の電源
装置として有用なものとなる。
し、この電力を自動型の変換器４にて交流負荷に供給す
るため風力エネルギーの変動にかかわらず独立型の電源
装置として有用なものとなる。
なお、上記実施例では、界磁制御器８を備えたものにつ
いて説明したが、発電機自身にその機能をもたせた白磁
式のものを用いてもよく、また、コンバータ等の変換器
を用いてもよい。
いて説明したが、発電機自身にその機能をもたせた白磁
式のものを用いてもよく、また、コンバータ等の変換器
を用いてもよい。
また、上記では回転数−パワー変換器８１にｄ３いて、
風車の回転数Ｎの３乗に比例した出力信号ＰＰＥＦによ
り定周速比制御をする場合について説明したが、本発明
は必ずしもこれに限らず、風車の回転数Ｎに比例あるい
は２乗に比例した出力信号によって制御しても、従来の
ように定回転数制御を行なうものに比し、エネルギーの
有効数１ｑが可能である。
風車の回転数Ｎの３乗に比例した出力信号ＰＰＥＦによ
り定周速比制御をする場合について説明したが、本発明
は必ずしもこれに限らず、風車の回転数Ｎに比例あるい
は２乗に比例した出力信号によって制御しても、従来の
ように定回転数制御を行なうものに比し、エネルギーの
有効数１ｑが可能である。
（発明の効果）
以上のように本発明によれは°、風車の回転数情報に基
づいて風車の入力に見合った発電機出力が得られるよう
に同期発電機または直流発電機の界１ｉ電流を制御し、
かつ風車の定格回転数までの運転域は風車ブレードのピ
ッチ角を一定とし、それ以上の運転域ではピッチ角を制
御するようにしたことにより、風車は近似的な定周速比
制御運転がなされ、効率良く大きなエネルギーを回生ず
ることができると同時に、入力に応じた回転数で風車が
運転される回転数可変制御であるため、風況の急激な変
化によるトルクの変動を吸収することができ、構造材質
面でコスト高を回避し、かつ信頼性の向上を図ることが
できる。
づいて風車の入力に見合った発電機出力が得られるよう
に同期発電機または直流発電機の界１ｉ電流を制御し、
かつ風車の定格回転数までの運転域は風車ブレードのピ
ッチ角を一定とし、それ以上の運転域ではピッチ角を制
御するようにしたことにより、風車は近似的な定周速比
制御運転がなされ、効率良く大きなエネルギーを回生ず
ることができると同時に、入力に応じた回転数で風車が
運転される回転数可変制御であるため、風況の急激な変
化によるトルクの変動を吸収することができ、構造材質
面でコスト高を回避し、かつ信頼性の向上を図ることが
できる。
さらに、制御系は小電流の界磁電流の制御でよく、出力
パワーそのものを制御するのに比し、経流的設計が可能
となる。また、回生電力を一旦蓄電し、ざらに自励型の
変換器にて交流負荷に給電するようにしているため、１
！４カエネルギーの変動の影響を受けることなく、交流
負荷に所用の給電を行なうことができ、独立型の電源と
して有用性の高いものとなる。
パワーそのものを制御するのに比し、経流的設計が可能
となる。また、回生電力を一旦蓄電し、ざらに自励型の
変換器にて交流負荷に給電するようにしているため、１
！４カエネルギーの変動の影響を受けることなく、交流
負荷に所用の給電を行なうことができ、独立型の電源と
して有用性の高いものとなる。
第１図は本発明の風力発電装置の一実施例による構成図
、第２図は本発明を説明するための風車におりる周速比
に対するパワー係数の特性図、第３図は同様に風車の回
転数に対するパワー係数。 出力、トルクの特性図、第４図は同装置の制御を説明す
るための制御ヂャート図である。 １・・・風車、２・・・同期発電機（または直流発電機
）、２ｆ・・・界磁巻線、４・・・自動型変換器、５・
・・回転数検出器、８・・・界磁制ｍｔ器、３０・・・
蓄電設備。
、第２図は本発明を説明するための風車におりる周速比
に対するパワー係数の特性図、第３図は同様に風車の回
転数に対するパワー係数。 出力、トルクの特性図、第４図は同装置の制御を説明す
るための制御ヂャート図である。 １・・・風車、２・・・同期発電機（または直流発電機
）、２ｆ・・・界磁巻線、４・・・自動型変換器、５・
・・回転数検出器、８・・・界磁制ｍｔ器、３０・・・
蓄電設備。
Claims (1)
- １、ブレードのピッチ角が制御可能な風力エネルギーを
動力に変換する風車と、この動力を電力に変換する同期
発電機または直流発電機と、上記風車の回転数情報に基
づいて入力に見合った発電機出力が得られるように上記
発電機の界磁電流を制御する界磁制御器と、上記発電機
により回生された電力を蓄電する蓄電設備と、この蓄電
設備から交流負荷へ電力を供給する自励型変換器とから
なり、風車の起動から定格回転数までの運転域において
上記ブレードのピッチ角を一定とし、定格回転数以上の
運転域において、風車回転数が設定回転数範囲内に収ま
るように上記ブレードのピッチ角を制御するようにした
ことを特徴とする風力発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60262905A JPS62123994A (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 風力発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60262905A JPS62123994A (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 風力発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62123994A true JPS62123994A (ja) | 1987-06-05 |
Family
ID=17382232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60262905A Pending JPS62123994A (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 風力発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62123994A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007099936A1 (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 風力発電システム、及びその制御方法 |
| US7982327B2 (en) | 2008-10-16 | 2011-07-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind turbine generator system and control method of the same |
-
1985
- 1985-11-22 JP JP60262905A patent/JPS62123994A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007099936A1 (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 風力発電システム、及びその制御方法 |
| JP2007231778A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 風力発電システム、及びその制御方法 |
| AU2007219781B2 (en) * | 2006-02-28 | 2010-01-07 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind power generator system and control method of the same |
| AU2007219781B8 (en) * | 2006-02-28 | 2010-01-21 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind power generator system and control method of the same |
| US7728452B2 (en) | 2006-02-28 | 2010-06-01 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind power generator system and control method of the same |
| EP1990539A4 (en) * | 2006-02-28 | 2013-07-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | WIND ENERGY GENERATION SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREFOR |
| US7982327B2 (en) | 2008-10-16 | 2011-07-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind turbine generator system and control method of the same |
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