JPS62123995A - 風力発電装置 - Google Patents
風力発電装置Info
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- JPS62123995A JPS62123995A JP60262906A JP26290685A JPS62123995A JP S62123995 A JPS62123995 A JP S62123995A JP 60262906 A JP60262906 A JP 60262906A JP 26290685 A JP26290685 A JP 26290685A JP S62123995 A JPS62123995 A JP S62123995A
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- rotation speed
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-
- 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、風力エネルギーを軸動力に変換する風車と、
この軸動力を電力に変換する動力−電力変換器を用いた
風力発電装置に関し、無電源地区での電源装置として、
また、省エネルギーを目的とした離島等でのジーぜル発
電装置とのハイブリッド用として、また、系統連系にお
けるピークカット用としての発電装置として利用に適す
るものである。
この軸動力を電力に変換する動力−電力変換器を用いた
風力発電装置に関し、無電源地区での電源装置として、
また、省エネルギーを目的とした離島等でのジーぜル発
電装置とのハイブリッド用として、また、系統連系にお
けるピークカット用としての発電装置として利用に適す
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′ｇＭ）として同期機、直流機あるい
は誘導機等が用いられている。
換する手段（発電′ｇＭ）として同期機、直流機あるい
は誘導機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１＠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、風車の最大効率を発生し得る出力特
性、゛すなわち、風車の周速度に対する風速で定まる［
周速比」を一定とした運転とはならず、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
大きなトルク変動を受けることになり、これに耐えるた
めには構造、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１＠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、風車の最大効率を発生し得る出力特
性、゛すなわち、風車の周速度に対する風速で定まる［
周速比」を一定とした運転とはならず、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
大きなトルク変動を受けることになり、これに耐えるた
めには構造、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、誘導機を用いたものは、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、粘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動機として
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、粘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動機として
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。
また、一般に平均風速は低いことから、風力発電装置は
低風速域において、効果的な発電をし得る構成とするこ
とが望まれていた。
低風速域において、効果的な発電をし得る構成とするこ
とが望まれていた。
（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、風車ブ
レードのピッチ角を風車回転数に応じて所定状態とし、
風車を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るとともに低
風速において効果的に発電し、低コストで大ぎなエネル
ギーを回生でき、しかも制御のために風速情報でなく風
車の回転数情報を用い風車を効率の良い出力特性にて運
転することにより、精度の高い一定の周速比での制御が
可能となり、エネルギーの有効取得および信頼性の向上
を図ることができる風力発電装置を提供することを目的
とする。
レードのピッチ角を風車回転数に応じて所定状態とし、
風車を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るとともに低
風速において効果的に発電し、低コストで大ぎなエネル
ギーを回生でき、しかも制御のために風速情報でなく風
車の回転数情報を用い風車を効率の良い出力特性にて運
転することにより、精度の高い一定の周速比での制御が
可能となり、エネルギーの有効取得および信頼性の向上
を図ることができる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、この動力により駆動され
る誘導機と、上記誘導機が発電機として作用し上記風車
の回転数の３乗に比例した発電機出力が得られ、かつ、
発電開始回転数から定格出力を発生する回転数までは発
電ｎ電圧／運転周波数の比が一定どなり、定格出力を発
生する回転数以上において発電機電圧が一定となるよう
に上記誘導機をすべり周波数制御する変換器とからなり
、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、この動力により駆動され
る誘導機と、上記誘導機が発電機として作用し上記風車
の回転数の３乗に比例した発電機出力が得られ、かつ、
発電開始回転数から定格出力を発生する回転数までは発
電ｎ電圧／運転周波数の比が一定どなり、定格出力を発
生する回転数以上において発電機電圧が一定となるよう
に上記誘導機をすべり周波数制御する変換器とからなり
、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、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、風車の出力
特性に合った風車の回転数の３乗に比例した出力電力が
制御され、以下に述べる理由により、一定の周速比での
運転制御を行なうことができ、エネルギーの最大限の有
効数１りが可能となる。
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、風車の出力
特性に合った風車の回転数の３乗に比例した出力電力が
制御され、以下に述べる理由により、一定の周速比での
運転制御を行なうことができ、エネルギーの最大限の有
効数１りが可能となる。
以下に、風速に合った回転数制御をｆｊ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。
プロペ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Ｃｐ＝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Ｃｐ＝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ｃｐが最大となる周速比ＴＳＲは
定まる。
した場合、パワー係数ｃｐが最大となる周速比ＴＳＲは
定まる。
ところが、周速比ＴＳＲは上記（３）式から判る通り、
角速麿ωと風速■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Ｖが変化した場合、回転数
も変化しなければならない。
角速麿ωと風速■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Ｖ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Ｐは次のように回転数Ｎの関数とし
て表わされる。
すると、風車の出力Ｐは次のように回転数Ｎの関数とし
て表わされる。
Ω−ωＲ／ｖ・・・（４）
■＝ωＲ／Ω・・・（４゛）
ω−２πＮ／６０・・・（５）
ただしＮ：ＩＩＩ車回転回転数ｐＨ１）（５）、（４’
）式にすｖ＝Ｒ／Ω・πＮ／３０・・・（６）（１）、
（６）式よりＰ＝ｙ２Ｐ７ＣＲ２Ｃｐ ｍａｘ （Ｒ
πＮ／３０Ω）３＝１．８ｘ１０−３ρＲ５Ｃｐｍａｘ
（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。
）式にすｖ＝Ｒ／Ω・πＮ／３０・・・（６）（１）、
（６）式よりＰ＝ｙ２Ｐ７ＣＲ２Ｃｐ ｍａｘ （Ｒ
πＮ／３０Ω）３＝１．８ｘ１０−３ρＲ５Ｃｐｍａｘ
（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、トルク下の回転
数Ｎに対する特性を第３図に丞す。同図において、横軸
には回転数Ｎを、縦軸には各風速■１〜■７におけるパ
ワー係数Ｃｐ （実線）、出力Ｐ（ｔｔＪ線）、トル
クＴ（一点鎖線）の特性曲線を示し、ラインＰ、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（Ｃｐｍａｘ）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、
ＣｐｌａＸ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１１Ｉられるように動力〜電力変換
器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。
数Ｎに対する特性を第３図に丞す。同図において、横軸
には回転数Ｎを、縦軸には各風速■１〜■７におけるパ
ワー係数Ｃｐ （実線）、出力Ｐ（ｔｔＪ線）、トル
クＴ（一点鎖線）の特性曲線を示し、ラインＰ、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（Ｃｐｍａｘ）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、
ＣｐｌａＸ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１１Ｉられるように動力〜電力変換
器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、Ｎ は発電を開始す Ｃ
るカットイン風速（■ｏ）に対応するカットイン回転数
、ＮＶＬ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。
、ＮＶＬ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図は本発明装置の構成例を示す。同図において、１
はブレードピッチ角のメカニカルピッチコントロール部
を持つプロペラ型〇−タと、ローフの動力を誘￥Ｊ礪２
へ伝達する機能を備えた風車、３は電力の変換器で、こ
の変換器３は上記風車１の動力により駆動される誘導機
２を誘導発電機として機能させるための励磁機能と、回
転数検出器４にて検出した上記風車の回転数の３乗に比
例した発電を行なわせる制御機能を持ち、かつ、発電開
始回転数から定格出力を発生する回転数までは発電橢電
圧／運転周波数の比が一定となり、定格出力を発生する
回転数以上において発電機電圧が一定となるように上記
誘導機をすべり周波数制御する機能を右する。また、こ
の構成例では、変換器３は発電された交流電力を直流電
力に変換する機能をも右し、変換器３の出力端には発電
したエネルギーを蓄電するバッテリー５と、このバッテ
リー５に貯えられた電気エネルギーを系統６と同１！１
１を取り系統６に送り出す第２の変換器７を備える。
はブレードピッチ角のメカニカルピッチコントロール部
を持つプロペラ型〇−タと、ローフの動力を誘￥Ｊ礪２
へ伝達する機能を備えた風車、３は電力の変換器で、こ
の変換器３は上記風車１の動力により駆動される誘導機
２を誘導発電機として機能させるための励磁機能と、回
転数検出器４にて検出した上記風車の回転数の３乗に比
例した発電を行なわせる制御機能を持ち、かつ、発電開
始回転数から定格出力を発生する回転数までは発電橢電
圧／運転周波数の比が一定となり、定格出力を発生する
回転数以上において発電機電圧が一定となるように上記
誘導機をすべり周波数制御する機能を右する。また、こ
の構成例では、変換器３は発電された交流電力を直流電
力に変換する機能をも右し、変換器３の出力端には発電
したエネルギーを蓄電するバッテリー５と、このバッテ
リー５に貯えられた電気エネルギーを系統６と同１！１
１を取り系統６に送り出す第２の変換器７を備える。
次に、上記風力発電゛装置の制御チャートを第４図によ
り説明する。同図において、横軸に風速■を、縦軸に出
力Ｐ、回転数Ｎを示し、Ｖｓは風車が回転を始める起１
ＦＩｌｌ風速、■ｏは発電を開始するカットイン風速、
■ＬＧ、を風車の定格出力が得られる定格風速、■ｃｏ
は風車の運転を中止しフェザリングじ風のエネルギーを
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、ＮＶＣはカットイン回転数、ＮｖＬ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−ヒ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１〜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
、ＶＳ〜ｖｏ間は発電機の機械損とギヤの伝達ロス（２
乗カーブ）、■ｏ時４よ発電機の励磁１員が加わり、ｖ
ＮＶＬ間は励磁鵡と纏械損、ＶＬ〜ＶＣＯ間は発電機
励磁損と機械損（はぼ一定）でなる。
り説明する。同図において、横軸に風速■を、縦軸に出
力Ｐ、回転数Ｎを示し、Ｖｓは風車が回転を始める起１
ＦＩｌｌ風速、■ｏは発電を開始するカットイン風速、
■ＬＧ、を風車の定格出力が得られる定格風速、■ｃｏ
は風車の運転を中止しフェザリングじ風のエネルギーを
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、ＮＶＣはカットイン回転数、ＮｖＬ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−ヒ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１〜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
、ＶＳ〜ｖｏ間は発電機の機械損とギヤの伝達ロス（２
乗カーブ）、■ｏ時４よ発電機の励磁１員が加わり、ｖ
ＮＶＬ間は励磁鵡と纏械損、ＶＬ〜ＶＣＯ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Ｏ〜■５の間は発電Ｖず上記変換器３も運
転をしない。
転をしない。
■起動：Ｊ憬速■５〜Ｖ ｃ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。
車を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：風力発電装置として発電を開始可能な状
態となり誘導機２に励磁を与える。
態となり誘導機２に励磁を与える。
■０荷制御領域：風速Ｖ −ＶＬの闇は、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、Ｖｓ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、ＶＣ以後は風速に比例
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、ＶＣ以後は風速に比例
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。
■負仙固定領域：風速Ｖ １ ”” Ｖ ｃｏ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
ニカルなピッチコンｌ−ロールで逃がし、回転数ＮをＮ
Ｎ上１０％の範囲に制御する。
力Ｐを一定に保持し、入力される風のエネルギーをメカ
ニカルなピッチコンｌ−ロールで逃がし、回転数ＮをＮ
Ｎ上１０％の範囲に制御する。
■待機：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。
次に上述した第１図での変換器３による誘導機２の励磁
および制御、つまり、誘導発電機の運転について、第５
図とともに説明する。第５図は誘導機の特性を示し、モ
ータ領域を正、発電領域を負とし、横軸に励磁周波数を
示し、実線の各曲線は各励磁周波数における出力特性、
鎖線の各曲線はトルク特性を示す。発電機としての運転
領域ａとしては、風車のカットイン回転数Ｎ からＮＮ
Ｃ ＋ΔＮとし、３φ（相）４Ｐ（極）の誘導機を利用する
ために、風車の定格回転数ＮｖＬを誘導機の電気周波数
６０１−１ ｚになるように増速機の増速比を決定づる
。
および制御、つまり、誘導発電機の運転について、第５
図とともに説明する。第５図は誘導機の特性を示し、モ
ータ領域を正、発電領域を負とし、横軸に励磁周波数を
示し、実線の各曲線は各励磁周波数における出力特性、
鎖線の各曲線はトルク特性を示す。発電機としての運転
領域ａとしては、風車のカットイン回転数Ｎ からＮＮ
Ｃ ＋ΔＮとし、３φ（相）４Ｐ（極）の誘導機を利用する
ために、風車の定格回転数ＮｖＬを誘導機の電気周波数
６０１−１ ｚになるように増速機の増速比を決定づる
。
誘導機の制御としては、第５図において、カッ１〜イン
回転数Ｎｖｃから定格回転数Ｎｖ１−までを誘導刷の入
力電圧Ｖ／局波敢ｆ＝一定とした運転を行／、′にい、
定格回転数”ｖｌ−以上では入力電圧Ｖ＝一定とした運
転を行なう。すなわち、カットイン回転数Ｎ から定格
回転数”ｖＬの間は入力に児合ったＣ 出力制御を行なう負荷制御域すで、出力およびトルクが
曲Ｆ１１（ハ）および（ニ）で示すように回転数の上昇
に伴い上昇するように制御し、定格回転ｖｉＮＶＬから
風車のピッヂコントロール制御範１１１１ ＮＮ±ΔＮ
の問は、定出力制御を行なう負拘固定域Ｃで、出力が曲
線（ハ）で示すように一定、トルクが曲線（ニ）で示す
ように回転数に反比例するように制御する。
回転数Ｎｖｃから定格回転数Ｎｖ１−までを誘導刷の入
力電圧Ｖ／局波敢ｆ＝一定とした運転を行／、′にい、
定格回転数”ｖｌ−以上では入力電圧Ｖ＝一定とした運
転を行なう。すなわち、カットイン回転数Ｎ から定格
回転数”ｖＬの間は入力に児合ったＣ 出力制御を行なう負荷制御域すで、出力およびトルクが
曲Ｆ１１（ハ）および（ニ）で示すように回転数の上昇
に伴い上昇するように制御し、定格回転ｖｉＮＶＬから
風車のピッヂコントロール制御範１１１１ ＮＮ±ΔＮ
の問は、定出力制御を行なう負拘固定域Ｃで、出力が曲
線（ハ）で示すように一定、トルクが曲線（ニ）で示す
ように回転数に反比例するように制御する。
このような制御のためには風車の回転数に応じた誘導機
（発電機）側の周波数が同期周波ｒＩｌ（ｔべりが零）
に、第５図に示すような出力、トルク特性を出す、すべ
り周波数を加えた周波数になるような［すべり周波数制
御］ （すべりが負に大ぎくなれば出力が大きくなる）
を行なえばよい。
（発電機）側の周波数が同期周波ｒＩｌ（ｔべりが零）
に、第５図に示すような出力、トルク特性を出す、すべ
り周波数を加えた周波数になるような［すべり周波数制
御］ （すべりが負に大ぎくなれば出力が大きくなる）
を行なえばよい。
上記制御を実行するための具体構成例を第６図に示す。
同図において、３０は上記変換器３（第１図）の本体構
成としてのコンバータ、３１は回転数検出器４による風
車の検出回転数を、予め定められた回転数とパワーの関
係（例えば回転数の３乗カーブ）で出力信号ＰＲＥＦに
変換する回転数−バワー変換回路、３２は上記回転数−
パワー変換回路３１とコンバータ３０の出力Ｐとを比較
する比較手段、３３は上記比較手段３２の出力が入力さ
れ系の特性を合わせるための補償回路、３４は回転数検
出″ａ４の出力を受１ノ周波数−電圧の変換を行なうＦ
／Ｖ変換器、３５は上記補償回路３３とＦ／Ｖ変換器３
４の出力とを比較する比較手段、３６は上記比較手段３
５の出力に基き、励磁周波数指令信号を発生する指令回
路であり、これらにより上記変換器３の制御部が構成さ
れている。
成としてのコンバータ、３１は回転数検出器４による風
車の検出回転数を、予め定められた回転数とパワーの関
係（例えば回転数の３乗カーブ）で出力信号ＰＲＥＦに
変換する回転数−バワー変換回路、３２は上記回転数−
パワー変換回路３１とコンバータ３０の出力Ｐとを比較
する比較手段、３３は上記比較手段３２の出力が入力さ
れ系の特性を合わせるための補償回路、３４は回転数検
出″ａ４の出力を受１ノ周波数−電圧の変換を行なうＦ
／Ｖ変換器、３５は上記補償回路３３とＦ／Ｖ変換器３
４の出力とを比較する比較手段、３６は上記比較手段３
５の出力に基き、励磁周波数指令信号を発生する指令回
路であり、これらにより上記変換器３の制御部が構成さ
れている。
そして、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３１により
出力信号ＰＲＥＦに変換し、この出力信号Ｐ とコン
バータ３０からの出力ＰとをＲ［Ｆ 比較し、さらに上記補償回路３３を通って風車の回転数
すなわちＦ／Ｖ変換器３４の出力との比較により、励磁
周波数指令回路３６にて励磁周波数ａｔ（ｌ Ｉｌｌつ
まり、すべり周波数制御を行なう。なＪ３、この励磁周
波数指令回路３６により、上述の通り定格回転まで発電
機電圧（励磁電圧）／運転周波数＝一定の制御を行ない
、定格回転以上の範囲は発電機電圧（励磁電圧）−一定
とした制御が行なわれ、これにより誘導機２の磁気飽和
などが発生することを防止して、良好な出力特性を維持
し得る。
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３１により
出力信号ＰＲＥＦに変換し、この出力信号Ｐ とコン
バータ３０からの出力ＰとをＲ［Ｆ 比較し、さらに上記補償回路３３を通って風車の回転数
すなわちＦ／Ｖ変換器３４の出力との比較により、励磁
周波数指令回路３６にて励磁周波数ａｔ（ｌ Ｉｌｌつ
まり、すべり周波数制御を行なう。なＪ３、この励磁周
波数指令回路３６により、上述の通り定格回転まで発電
機電圧（励磁電圧）／運転周波数＝一定の制御を行ない
、定格回転以上の範囲は発電機電圧（励磁電圧）−一定
とした制御が行なわれ、これにより誘導機２の磁気飽和
などが発生することを防止して、良好な出力特性を維持
し得る。
このように風車の回転数Ｎの３乗に比例した出力信号に
よりコンバータ３０でもって、誘導Ｉａ２をすべり周波
数制御２１１させ、その出力電力を制御することにより
、風車の出力特性に合った制御となり、風車は可変速で
定周速比制御され、最大の有効エネルギー取得が可能と
なる。
よりコンバータ３０でもって、誘導Ｉａ２をすべり周波
数制御２１１させ、その出力電力を制御することにより
、風車の出力特性に合った制御となり、風車は可変速で
定周速比制御され、最大の有効エネルギー取得が可能と
なる。
また、風車を可変速にて、かつ、風車のブレードピッチ
角を風速に応じて上述のごとく所定状態に制御すること
により、平均風速の低い風況下においても、有効に発電
し、エネルギーの回生を行なうことが可能で、特に、誘
導機を用いた小型の゛発電装置としての汎用性の向上が
図れる。
角を風速に応じて上述のごとく所定状態に制御すること
により、平均風速の低い風況下においても、有効に発電
し、エネルギーの回生を行なうことが可能で、特に、誘
導機を用いた小型の゛発電装置としての汎用性の向上が
図れる。
（発明の効果）
以上のように本発明によれば゛、誘導機を発電機として
作用させるとともに、風車の回転数の３乗に比例した発
ｆｆ１ｌｆｉ出力が得られるように変換器にてすべり周
波数制御するようにしたことにより、風車は入力に応じ
た回転数で運転される可変速制御で、しかも定周速比制
御運転がなされ、効率良く大ぎなエネルギーを回生ずる
ことができると同時に、風況の急激な変化によるトルク
の変動を吸収し、構造材質面でのコスト上昇を防ぎ、か
つ信頼性の向上を図ることができ、さらに、低風速域に
て有効に発電し得る構成とすることが容易で、誘導機を
用いた発電装置の汎用性の向上を図ることができる。
作用させるとともに、風車の回転数の３乗に比例した発
ｆｆ１ｌｆｉ出力が得られるように変換器にてすべり周
波数制御するようにしたことにより、風車は入力に応じ
た回転数で運転される可変速制御で、しかも定周速比制
御運転がなされ、効率良く大ぎなエネルギーを回生ずる
ことができると同時に、風況の急激な変化によるトルク
の変動を吸収し、構造材質面でのコスト上昇を防ぎ、か
つ信頼性の向上を図ることができ、さらに、低風速域に
て有効に発電し得る構成とすることが容易で、誘導機を
用いた発電装置の汎用性の向上を図ることができる。
第１図は本発明の風力発電装置の一例を示す構成図、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。 １〜ルクの特性図、第４図は同装置の制御を説明するた
めの制御チト一ト図、第５図は同装置の作用を説明する
ための励磁周波数に対する発電機の出力、トルクの特性
図、第６図は同装置の具体例を示す構成図である。 １・・・風車、２・・・誘導機、３・・・変換器、３０
・・・コンバータ、３１・・・回転数−パワー変換回路
、３６・・・励磁周波数指令回路。 特許出願人 へ７マハ発動別株式会社ｆｉ
２ 図 −側′Ｌ九Ｔ５尺
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。 １〜ルクの特性図、第４図は同装置の制御を説明するた
めの制御チト一ト図、第５図は同装置の作用を説明する
ための励磁周波数に対する発電機の出力、トルクの特性
図、第６図は同装置の具体例を示す構成図である。 １・・・風車、２・・・誘導機、３・・・変換器、３０
・・・コンバータ、３１・・・回転数−パワー変換回路
、３６・・・励磁周波数指令回路。 特許出願人 へ７マハ発動別株式会社ｆｉ
２ 図 −側′Ｌ九Ｔ５尺
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、この動力により駆動される誘導
機と、上記誘導機が発電機として作用し上記風車の回転
数の３乗に比例した発電機出力が得られ、かつ、発電開
始回転数から定格出力を発生する回転数までは発電機電
圧／運転周波数の比が一定となり、定格出力を発生する
回転数以上において発電機電圧が一定となるように上記
誘導機をすべり周波数制御する変換器とからなり、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 |
|---|---|---|---|
| JP60262906A JPS62123995A (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 風力発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60262906A JPS62123995A (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 風力発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62123995A true JPS62123995A (ja) | 1987-06-05 |
Family
ID=17382247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60262906A Pending JPS62123995A (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 風力発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62123995A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0274198A (ja) * | 1988-09-09 | 1990-03-14 | Akaho Yoshio | 自燃エネルギー利用発電装置 |
| JP2006500888A (ja) * | 2002-09-20 | 2006-01-05 | ソイル マシン ダイナミックス リミテッド | 潮水運動から電力を発生させる装置 |
-
1985
- 1985-11-22 JP JP60262906A patent/JPS62123995A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0274198A (ja) * | 1988-09-09 | 1990-03-14 | Akaho Yoshio | 自燃エネルギー利用発電装置 |
| JP2006500888A (ja) * | 2002-09-20 | 2006-01-05 | ソイル マシン ダイナミックス リミテッド | 潮水運動から電力を発生させる装置 |
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