JP2005137175A - Wind power generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generator capable of efficiently using generated power at a low wind speed, and collecting wind power energy at an arbitrary wind speed with high efficiency as power energy. <P>SOLUTION: Terminal voltage of an electrical double-layer capacitor 7 which stores the output power of a charging circuit and flattens output power is detected by a voltage detection means 10a. Rotational speed or wind speed of the wind power generator is detected by a means of detecting power generator rotational speed or the like 11 to adjust output current of a current adjusting circuit 9, to adjust storage voltage of the electrical double-layer capacitor 7, and to follow the wind power generator 2 up to an action point for the optimum efficiency. Besides, the input signals inputted from the voltage detection means 10a and the input signals inputted from the means 11 of detecting power generator rotational speed or the like control stop and operation of an AC/DC converter 5, the output current is adjusted and controlled so as to store the power in the electrical double-layer capacitor 7, thus efficiently taking out the energy for a wind mill at a low wind speed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、風車で駆動される発電機により発電電力を得るようにした風力発電装置に関するものである。     The present invention relates to a wind turbine generator that generates power with a generator driven by a windmill.

風力エネルギーから電力エネルギーを得る風力発電装置は、風力がランダムに変化するため、発電電力も乱高下する特性を有している。そのため、発電した電力を使用するには電力を平準化する必要がある。また、風力発電機の定格風速に値するような風況は稀で、ほとんどが定格風速以下の弱風であることが多い。そのため、低風速時の発電電力を有効利用し、かつ任意の風速における風力エネルギーも高効率で発電電力として回収できることが望まれる。     A wind power generator that obtains electric power energy from wind energy has characteristics that the generated power fluctuates because the wind force changes randomly. Therefore, it is necessary to level the power in order to use the generated power. In addition, wind conditions that are equivalent to the rated wind speed of wind power generators are rare, and most of them are weak winds that are less than the rated wind speed. Therefore, it is desired that the generated power at the low wind speed can be effectively used and the wind energy at an arbitrary wind speed can be recovered with high efficiency as the generated power.

特許文献1には、風力発電機に接続する整流ユニット、電圧制御ユニット、昇圧ユニットおよび連系ユニットと、電圧制御ユニットの出力側に接続する電気二重層形のキャパシタとを設け、発電電力の変動を電圧制限ユニットで電圧を制限してキャパシタに充電し、昇圧ユニット、連系ユニットを介して商用電源系統に安定的に送出する系統連系装置が開示されている。     Patent Document 1 is provided with a rectifying unit, a voltage control unit, a boosting unit, and an interconnection unit connected to a wind power generator, and an electric double layer type capacitor connected to the output side of the voltage control unit, and fluctuations in generated power A grid interconnection device is disclosed in which a voltage is limited by a voltage limiting unit to charge a capacitor, and is stably sent to a commercial power supply system via a boost unit and a linkage unit.

特許文献2には、風速の変動に合わせて発電機の出力を電力制御装置で高速にプラスマイナスに調整制御することにより最大効率速度追従運転を可能とし、また、その電力変動を平滑化して外部に動揺を与えないようにするために、フライホイール付電力貯蔵装置を使用した風力発電設備が開示されている。
特開2002−101559(要約、明細書段落0005〜0015参照) 特開2002−285949(明細書段落0008〜0012参照)
Patent Document 2 discloses that the maximum efficiency speed follow-up operation is possible by adjusting and controlling the output of the generator at high speed with a power control device according to the fluctuation of the wind speed, and smoothing the power fluctuation to externally. A wind power generation facility using a power storage device with a flywheel has been disclosed so as not to shake the power.
JP 2002-101559 (see abstract, paragraphs 0005 to 0015 of the specification) JP 2002-285949 A (see paragraphs 0008 to 0012 of the specification)

しかしながら、特許文献1では、低風速時の発電電力を有効に利用できるようになっていない。つまり、風力発電機の発電電力が小さい場合、風速が増して発電電力が大きくなるまで、電圧制御ユニットからの出力を中断する制御を行っている。そのため、風力エネルギーを有効利用しているとは言えない。また、電気二重層キャパシタはあくまでも電力バッファであり、その電圧を積極的に変化させ風車を効率良く発電させる働きは行っていない。     However, in Patent Document 1, the generated power at a low wind speed cannot be effectively used. That is, when the generated power of the wind power generator is small, control is performed to interrupt the output from the voltage control unit until the wind speed increases and the generated power increases. Therefore, it cannot be said that wind energy is effectively used. In addition, the electric double layer capacitor is a power buffer to the last, and does not perform the function of actively changing the voltage and generating the windmill efficiently.

また、特許文献2では、電力変換装置として回転型誘導移相機を用いて電力変動を平滑化し、かつ短周期の充放電運転に対して高い効率を示すフライホイール付電力貯蔵装置を用いているので、設備自体が大型化して高価になっていた。     Further, in Patent Document 2, a power storage device with a flywheel that uses a rotary induction phase shifter as a power conversion device to smooth power fluctuations and exhibits high efficiency for short-cycle charge / discharge operation is used. The equipment itself was large and expensive.

本発明は、上記課題に鑑み、低風速時の発電電力を有効利用し、かつ任意の風速における風力エネルギーも高効率で電力エネルギーとして回収できる風力発電装置の提供を目的としている。     An object of the present invention is to provide a wind power generator capable of effectively using generated power at a low wind speed and recovering wind energy at an arbitrary wind speed as power energy with high efficiency.

上記目的を達成するため、本発明は、風車で駆動される風力発電機により発電電力を得るようにした風力発電装置において、前記風力発電機から発生した交流電圧を整流し出力電流を調整する充電回路と、該充電回路の出力電力を蓄電すると共に出力電力を平準化するキャパシタと、強風時に出力電流を制限して前記キャパシタへ優先的に給電する電流調整回路と、前記電流調整回路および充電回路を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記電流調整回路の出力電流を調整し、前記キャパシタの蓄電電圧を変化させて、前記風力発電機を最高効率点に追従させることを特徴としている。     In order to achieve the above object, the present invention provides a wind power generator configured to obtain electric power generated by a wind power generator driven by a windmill, and charge that adjusts an output current by rectifying an alternating voltage generated from the wind power generator. A circuit, a capacitor for storing output power of the charging circuit and leveling the output power, a current adjusting circuit that preferentially supplies power to the capacitor by limiting the output current in a strong wind, the current adjusting circuit, and the charging circuit And a control circuit for controlling the output current of the current adjusting circuit, and changing the stored voltage of the capacitor to cause the wind power generator to follow the highest efficiency point. Yes.

上記構成においては、電流調整回路の電流制限値は、その上流側に位置するキャパシタの電圧と、風力発電機の回転数もしくは風速から演算される。その制御は、基本的には、風速が強くなれば風力エネルギーが増大して発生電力も増大するので、キャパシタの端子電圧も上昇させるが、最も特徴的な制御は、風力発電機を最大効率点に追従させることであり、それによって、連系ユニットのパワーコンディショナが持っているMPPT制御を有効に利用することができる。     In the above configuration, the current limit value of the current adjustment circuit is calculated from the voltage of the capacitor located on the upstream side and the rotation speed or wind speed of the wind power generator. The control basically increases the wind energy as the wind speed increases and the generated power also increases, so the terminal voltage of the capacitor also increases, but the most characteristic control is that the wind generator is the maximum efficiency point. In this way, the MPPT control of the power conditioner of the interconnection unit can be used effectively.

つまり、連系ユニットの汎用パワーコンディショナはMPPT制御(最大電力追従制御:Maximum Power Point Tracking)機能を有している。MPPT制御とは入力電圧を一定間隔で少しだけ上下に変化させ、そのときの電力の増減を判断することにより電圧を上げるか下げるかを判断して最大電力への追従制御を行うものである。MPPT制御を風力に適用する場合、風速の変化が激しいため困難であるが、本発明では、キャパシタとして電気二重層コンデンサを用いることにより入力電力を平準化することで前記汎用パワーコンディショナのMPPT制御の活用を可能としている。     That is, the general-purpose power conditioner of the interconnection unit has a MPPT control (Maximum Power Point Tracking) function. In MPPT control, the input voltage is slightly changed up and down at a constant interval, and the follow-up control to the maximum power is performed by determining whether to increase or decrease the voltage by determining increase / decrease in power at that time. When MPPT control is applied to wind power, it is difficult because the wind speed changes drastically. However, in the present invention, the MPPT control of the general-purpose power conditioner is performed by leveling the input power by using an electric double layer capacitor as a capacitor. Can be used.

ここで、本発明の構成である電流調整回路が無い場合は、電流調整回路の入力電圧V6と出力電圧V7は、V6=V7となり、電圧はパワーコンディショナによって決定されることになる。また、パワーコンディショナの入力電流については電流制限を行っているため、電源側のインピーダンスが小さい場合、入力電圧があまり変化しない。そのためMPPT制御が活用できず、電気二重層コンデンサも十分に活用することができない。特に強風時においては、風車の効率を上げるためには風車の回転速度を高くする必要があり、そのため、電気二重層コンデンサの電圧V6を上げる必要がある。     Here, when there is no current adjustment circuit having the configuration of the present invention, the input voltage V6 and the output voltage V7 of the current adjustment circuit are V6 = V7, and the voltage is determined by the power conditioner. Moreover, since the current limit is applied to the input current of the power conditioner, the input voltage does not change much when the impedance on the power supply side is small. Therefore, MPPT control cannot be used, and electric double layer capacitors cannot be fully used. Particularly in strong winds, it is necessary to increase the rotational speed of the windmill in order to increase the efficiency of the windmill. For this reason, it is necessary to increase the voltage V6 of the electric double layer capacitor.

本発明では、電力の平準化だけでなく、蓄電したエネルギー量に応じて電圧が上昇するという電気二重層コンデンサの特徴を活かすため、電流調整回路を電気二重層コンデンサとパワーコンディショナ間に設け、パワーコンディショナ側へ流れる電流I3に制限値を設けることによって、風況が良くなったときに電気二重層コンデンサの電圧V6を上昇させることができる。     In the present invention, in order to make use of the characteristics of the electric double layer capacitor in which the voltage rises according to the amount of stored energy as well as power leveling, a current adjustment circuit is provided between the electric double layer capacitor and the power conditioner, By providing a limit value for the current I3 flowing to the power conditioner side, the voltage V6 of the electric double layer capacitor can be raised when the wind conditions improve.

また、パワーコンディショナ側もMPPT制御を行うため、このときの風況が強いままなら、電流一定のもとで入力電圧を上げたとき電力が大きくなるため、入力電圧を上げる方向となる。また風況が弱くなると、電流I3を一定にするため電気二重層コンデンサが放電を行い、その電圧V6が下がる。そしてパワーコンディショナがMPPT制御で電圧を上げようとすると電流が減り、電力が小となるため、パワーコンディショナは電圧を下げる方向に行き、このように風況により入力電圧を上下させることにより電気二重層コンデンサの電圧も上下するので、風車は最高出力を出せる回転速度で回転し、パワーコンディショナのMPPT制御を活かすことができ、かつ発電機の速度を風況に合った高効率点に追従させて運転することもできる。     Further, since the power conditioner side also performs MPPT control, if the wind condition at this time remains strong, the power increases when the input voltage is increased under a constant current, and the input voltage is increased. When the wind conditions become weak, the electric double layer capacitor discharges to keep the current I3 constant, and the voltage V6 decreases. When the inverter tries to increase the voltage by MPPT control, the current decreases and the power decreases, so the inverter goes in the direction of decreasing the voltage. Since the voltage of the double layer capacitor also rises and falls, the windmill rotates at the rotational speed that can produce the maximum output, can utilize the MPPT control of the inverter, and the generator speed follows the high efficiency point that matches the wind condition You can also drive.

また、本発明は、風車で駆動される風力発電機により発電電力を得るようにした風力発電装置において、前記風力発電機から発生した交流電圧を整流して出力電流を調整する充電回路と、該充電回路の出力電力を蓄電すると共に出力電力を平準化するキャパシタと、強風時にその出力電流を制限して前記キャパシタへ優先的に給電する電流調整回路と、前記電流調整回路および充電回路を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記キャパシタの蓄電電圧、風力発電機回転数もしくは風速を検出して前記充電回路の出力電流を制御することを特徴としている。     Further, the present invention provides a wind power generator configured to obtain power generated by a wind power generator driven by a windmill, a charging circuit that rectifies an AC voltage generated from the wind power generator and adjusts an output current; A capacitor that stores the output power of the charging circuit and equalizes the output power, a current adjustment circuit that preferentially supplies power to the capacitor by limiting the output current during strong winds, and controls the current adjustment circuit and the charging circuit And a control circuit, wherein the control circuit controls the output current of the charging circuit by detecting a storage voltage of the capacitor, a wind power generator speed or a wind speed.

上記構成においては、低風速で風力発電機によって十分な発電電力が得られない場合、そのままキャパシタおよび連系ユニット又は蓄電池側への給電をおこなうと、風車は失速状態となりやすく、回転が十分に行えなくなる。そこで、キャパシタの蓄電電圧V6と、風力発電機回転数もしくは風速に合わせて、比例特性もしくは2乗特性で出力電圧V5を調整し、充電電流I1を制御する。    In the above configuration, if sufficient power is not obtained by the wind power generator at a low wind speed, if power is supplied to the capacitor and the interconnection unit or the storage battery as it is, the windmill is likely to be stalled and can rotate sufficiently. Disappear. Therefore, the charging voltage I1 is controlled by adjusting the output voltage V5 with the proportional characteristic or the square characteristic in accordance with the storage voltage V6 of the capacitor and the wind generator speed or wind speed.

この充電回路は、風力発電機から発生した交流電圧をそのまま整流する整流回路と、風力発電機から発生した交流電力を整流する整流部および出力電圧を調整する電圧調整部からなるAC/DCコンバータとが直列に接続される。     This charging circuit includes a rectifier circuit that rectifies an AC voltage generated from a wind power generator as it is, an AC / DC converter that includes a rectifier that rectifies AC power generated from the wind power generator, and a voltage regulator that adjusts an output voltage. Are connected in series.

これにより、制御回路では、弱風時に電圧調整部から出力される出力電圧を調整し出力電流I1を制御し、強風時に前記AC/DCコンバータを停止しパイパスさせて整流回路のみで充電するよう前記電圧調整部を制御することができる。     As a result, the control circuit adjusts the output voltage output from the voltage adjustment unit when the wind is weak and controls the output current I1, and stops the AC / DC converter when the wind is strong and causes the AC / DC converter to be charged only by the rectifier circuit. The voltage adjustment unit can be controlled.

このような制御を行う場合、キャパシタの蓄電電圧を検出する電圧検出手段と、前記風力発電機の回転数もしくは風速を検出する発電機回転数等検出手段とを設け、制御回路では、前記電圧検出手段および発電機回転数等検出手段からの入力信号に基づいてAC/DCコンバータの電圧調整部を制御することができる。     When performing such control, a voltage detection means for detecting the storage voltage of the capacitor and a detection means for detecting the rotational speed or wind speed of the wind power generator are provided, and the control circuit detects the voltage detection. The voltage adjusting unit of the AC / DC converter can be controlled based on the input signals from the means and the detection means such as the generator rotational speed.

上記のような制御においては、キャパシタとして電気二重層コンデンサを用いた場合、電気二重層コンデンサの特性により、効率良く電力を取り出すことができる。     In the control as described above, when an electric double layer capacitor is used as a capacitor, electric power can be efficiently extracted due to the characteristics of the electric double layer capacitor.

電気二重層コンデンサは、通常のコンデンサと同様に直流電力の蓄電機能を有しているが、その蓄電エネルギー密度が飛躍的に高い。また蓄電池とは異なり、蓄電量に対して電圧が変化する特性を備えており、この特性を利用すれば、エネルギー変動の大きい風力発電電力を平準化し風況に応じて効率よく電力を取り出すことができる。     The electric double layer capacitor has a function of storing DC power like a normal capacitor, but its storage energy density is remarkably high. Also, unlike storage batteries, it has the characteristic that the voltage changes with the amount of electricity stored, and if this characteristic is used, it is possible to equalize wind power with large energy fluctuations and efficiently extract power according to the wind conditions. it can.

また、前記電流調整回路の出力側には、商用電源と連系する連系ユニットを接続し、あるいは蓄電池および負荷設備を接続して風力発電電力を供給することができる。     The output side of the current adjustment circuit can be connected to a grid unit connected to a commercial power source, or connected to a storage battery and load equipment to supply wind power.

特に、インバータおよび同期回路からなる連系ユニットは、その上流側の電気二重層コンデンサおよび電流調整回路により、商用電源系統に見合う平準化された電圧および電流に変換して供給されるため、変動の大きい風力発電エネルギーであっても系統連系に対応した複雑な制御動作が不必要となり、太陽光発電設備に使用されるような汎用パワーコンディショナで十分対応することができる。     In particular, the interconnection unit consisting of an inverter and a synchronous circuit is supplied after being converted into a leveled voltage and current suitable for a commercial power supply system by an electric double layer capacitor and a current adjustment circuit on the upstream side. Even with a large amount of wind power generation energy, a complicated control operation corresponding to grid interconnection is unnecessary, and a general-purpose power conditioner used in a solar power generation facility can be sufficiently supported.

本発明によると、電流調整回路の出力電流を制御することにより、電気二重層コンデンサの電圧を変化させることができるので、風力発電機の特性に合わせて電力エネルギーを有効に回収することができ、また、充電回路の電圧調整部により弱風時にも効率良く電力を回収することができる。     According to the present invention, since the voltage of the electric double layer capacitor can be changed by controlling the output current of the current adjustment circuit, the power energy can be effectively recovered according to the characteristics of the wind power generator, In addition, the voltage adjustment unit of the charging circuit can efficiently recover power even in a light wind.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施形態>
図1は本発明の第1の実施形態を示す商用電源に連系する風力発電装置の電気回路図、図2は同じく風力発電機の電力ー回転数特性曲線を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is an electric circuit diagram of a wind turbine generator connected to a commercial power source according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a power-rotation speed characteristic curve of the wind turbine generator.

図1に示すように、本実施形態の風力発電装置は、商用電力系統1に連系する風力発電装置であって、風車による風力エネルギーを電力エネルギーに変換する風力発電機2と、該風力発電機2からの発生電力を変圧する変圧器3と、該変圧器3の2次巻線、3次巻線において発生交流電圧を整流する整流回路4およびAC/DCコンバータ5からなる充電回路6と、前記充電回路6の直流出力電力を蓄電すると共にその出力電力を平準化するキャパシタ7と、商用電力系統1に連系する連系ユニット8への出力電流を制限して前記キャパシタ7へ優先的に給電する電流調整回路9と、該電流調整回路9の出力電流および充電回路6の出力電流を制御する制御回路10とを備えている。     As shown in FIG. 1, the wind turbine generator according to the present embodiment is a wind turbine generator that is linked to a commercial power system 1, and includes a wind turbine generator 2 that converts wind energy generated by a windmill into power energy, and the wind turbine generator. A transformer 3 for transforming the generated power from the machine 2, a charging circuit 6 comprising a rectifier circuit 4 for rectifying the generated AC voltage in the secondary winding and tertiary winding of the transformer 3 and an AC / DC converter 5; The capacitor 7 that stores the DC output power of the charging circuit 6 and equalizes the output power and the output current to the interconnection unit 8 that is connected to the commercial power system 1 are limited to the capacitor 7 with priority. And a control circuit 10 for controlling the output current of the current adjustment circuit 9 and the output current of the charging circuit 6.

風力発電機2は、ロータおよびステータを備えた一般的な同期発電機であって、ロータに風車の回転軸が連結され、風によって回転する風車の風力エネルギーによりロータを回転させ交流電力を発生させるようにしている。この風力発電機2の三相交流配線は、運転・停止の切換えスイッチ12を介して変圧器3の一次側に接続されている。     The wind power generator 2 is a general synchronous generator including a rotor and a stator, and a rotating shaft of the windmill is connected to the rotor, and the rotor is rotated by wind energy of the windmill rotated by the wind to generate AC power. I am doing so. The three-phase AC wiring of the wind power generator 2 is connected to the primary side of the transformer 3 via an operation / stop switching switch 12.

変圧器3は、風力発電機2にて発生した電力を連系ユニット8の適正入力範囲内に変圧するものであって、1次巻線側コイル、2次巻線、3次巻線側コイルおよび鉄心から構成され、風力発電機2と二次側回路とを電気的に絶縁するようになっている。変圧器3の2次巻線および3次巻線には前記充電回路6が接続される。     The transformer 3 transforms the electric power generated in the wind power generator 2 into an appropriate input range of the interconnection unit 8, and includes a primary winding side coil, a secondary winding, and a tertiary winding side coil. And the wind power generator 2 and the secondary circuit are electrically insulated from each other. The charging circuit 6 is connected to the secondary winding and the tertiary winding of the transformer 3.

充電回路6は、整流回路4およびAC/DCコンバータ5並びにバイパスダイオードD1から構成されている。整流回路4は、ダイオードブリッジで構成され、風力発電機2で発生した交流電圧をそのまま整流して直流電圧に変換し、これをキャパシタ7と連系ユニット8に給電する。また、後述するが、強風時にはAC/DCコンバータ5を遮断して単独でキャパシタ7および連系ユニット8へ給電動作を行うようになっている。     The charging circuit 6 includes a rectifier circuit 4, an AC / DC converter 5, and a bypass diode D1. The rectifier circuit 4 is constituted by a diode bridge, rectifies the AC voltage generated by the wind power generator 2 as it is, converts it to a DC voltage, and feeds this to the capacitor 7 and the interconnection unit 8. As will be described later, when the wind is strong, the AC / DC converter 5 is shut off and the capacitor 7 and the interconnection unit 8 are independently fed.

AC/DCコンバータ5は、風力発電機2から発生した交流電圧を整流する整流部5aおよび出力電圧を調整する電圧調整部5bから構成されている。整流部5aは、整流回路4と同様にダイオードブリッジから構成され、その出力側に電圧調整部5bが接続される。     The AC / DC converter 5 includes a rectifying unit 5a that rectifies an AC voltage generated from the wind power generator 2 and a voltage adjusting unit 5b that adjusts an output voltage. The rectifying unit 5a is configured by a diode bridge similarly to the rectifying circuit 4, and the voltage adjusting unit 5b is connected to the output side thereof.

電圧調整部5bは、直流リアクトルと、短時間にオン・オフを繰り返すスイッチング素子5cと、コンデンサとを備え、変圧器3の3次巻線側コイルの端子電圧V3をスイッチングのON-OFF比を変えることにより出力電圧V5を調整し、電流I1を制御するようになっている。     The voltage adjustment unit 5b includes a DC reactor, a switching element 5c that repeatedly turns on and off in a short time, and a capacitor. The terminal voltage V3 of the tertiary winding side coil of the transformer 3 is set to an ON / OFF ratio of switching. By changing the output voltage V5, the current I1 is controlled.

AC/DCコンバータ5の出力端子は、整流回路4と直列接続され、AC/DCコンバータ5の出力電圧V5と整流回路4の出力電圧V4との合計電圧がキャパシタ7の端子電圧V6になるようにしている。     The output terminal of the AC / DC converter 5 is connected in series with the rectifier circuit 4 so that the total voltage of the output voltage V5 of the AC / DC converter 5 and the output voltage V4 of the rectifier circuit 4 becomes the terminal voltage V6 of the capacitor 7. ing.

バイパスダイオードD1は、電圧調整部5bのコンデンサと並列接続されている。     The bypass diode D1 is connected in parallel with the capacitor of the voltage adjustment unit 5b.

そして、AC/DCコンバータ5は、弱風時には変圧器3の3次巻線側コイルの端子電圧V3を出力電圧V5まで昇圧し、また、強風時にはスイッチング素子が遮断されてAC/DCコンバータ5が停止し、出力電流I1はバイパスダイオードD1を通り整流回路4により流されるようになっている。     The AC / DC converter 5 boosts the terminal voltage V3 of the tertiary winding side coil of the transformer 3 to the output voltage V5 when the wind is weak, and the switching element is cut off when the wind is strong and the AC / DC converter 5 The output current I1 is passed by the rectifier circuit 4 through the bypass diode D1.

キャパシタ7は、整流回路4の出力端子側に接続された電気二重層コンデンサを用いている。以下、キャパシタ7を電気二重層コンデンサ7と称して説明する。     The capacitor 7 uses an electric double layer capacitor connected to the output terminal side of the rectifier circuit 4. Hereinafter, the capacitor 7 will be described as an electric double layer capacitor 7.

電気二重層コンデンサ7は、活性炭と電解液の界面に発生する電気二重層を動作原理として利用したコンデンサである。固体として活性炭、液体として電解液を用いて、これらを接触させると、その界面にプラス、マイナスの電極が極めて短い距離を隔てて相対的に分布する。この現象を電気的二重層といい、外部より電界を印加すると電解液中で活性炭の表面近傍にプラス、マイナスの電極を形成することで蓄電することができる。     The electric double layer capacitor 7 is a capacitor that uses an electric double layer generated at the interface between the activated carbon and the electrolyte as an operating principle. When activated carbon is used as a solid and an electrolyte is used as a liquid, these are brought into contact with each other, and positive and negative electrodes are relatively distributed at an extremely short distance from each other. This phenomenon is called an electric double layer. When an electric field is applied from the outside, electricity can be stored by forming positive and negative electrodes in the vicinity of the surface of the activated carbon in the electrolyte.

本実施形態において電気二重層コンデンサ7を用いたのは、電池のように充放電に化学反応を利用したものでないため、充放電時の電力損失が少なく、かつ繰り返し充放電に対しても、その耐久性が高く、また瞬発エネルギーを高効率で充放電できるためである。また、蓄電されるエネルギー密度が一般的なコンデンサに比べて飛躍的に高く、エネルギーバッファ用デバイスとして有効であるなどの特性を備えている。特に、電気二重層コンデンサ7は、その蓄電量に対し電圧が変化する特性があり、その特性を利用して風力発電機2の出力電圧V1を最高効率点に追従させて運転することができる。     The reason why the electric double layer capacitor 7 is used in the present embodiment is that the chemical reaction is not used for charging and discharging as in the case of a battery. This is because the durability is high and the instantaneous energy can be charged and discharged with high efficiency. Further, the energy density of the stored energy is dramatically higher than that of a general capacitor, and it has characteristics such as being effective as an energy buffer device. In particular, the electric double layer capacitor 7 has a characteristic that the voltage changes with respect to the amount of stored electricity, and the output voltage V1 of the wind power generator 2 can be operated by following the maximum efficiency point using the characteristic.

電流調整回路9は、スイッチング素子9aおよびインダクタンス9bを備え、スイッチング素子9aのオン・オフにより通電率を可変できるようになっている。この電流調整回路9は、連系ユニット8への流入電流I3を調整し、電気二重層コンデンサ7へ優先的に給電することで電圧を変化させることができ、高風速時風車の効率が良くなるように風車の回転速度を調整出来る。     The current adjusting circuit 9 includes a switching element 9a and an inductance 9b, and the current supply rate can be varied by turning on / off the switching element 9a. This current adjustment circuit 9 can adjust the inflow current I3 to the interconnection unit 8 and change the voltage by preferentially supplying power to the electric double layer capacitor 7, thereby improving the efficiency of the wind turbine at high wind speeds. The rotation speed of the windmill can be adjusted.

連系ユニット8は、電流調整回路9から入力した直流電力を交流電力に変換するインバータと、商用電源の周波数に同期させる同期回路と、商用電源保護回路とを備えたパワーコンディショナである。本実施形態においては、制御回路10による後述の制御動作により、太陽光発電設備用の汎用パワーコンディショナを用いることができる。     The interconnection unit 8 is a power conditioner including an inverter that converts DC power input from the current adjustment circuit 9 into AC power, a synchronization circuit that synchronizes with the frequency of the commercial power supply, and a commercial power supply protection circuit. In the present embodiment, a general-purpose power conditioner for photovoltaic power generation facilities can be used by a control operation described later by the control circuit 10.

制御回路10は、電気二重層コンデンサ7の端子電圧V6を検出する電圧検出手段10aと、風力発電機の回転数もしくは風速を検出する発電機回転数等検出手段11と、該電圧検出手段10aと発電機回転数等検出手段11からの入力信号により演算された電流設定値により電流調整回路9の出力電流を調整し、電気二重層コンデンサ7の蓄電電圧を可変することで、前記風力発電機2を最高効率の動作点に追従させる最大効率点追従手段10bと、前記電圧検出手段10aからの入力信号と前記発電機回転数等検出手段11からの入力信号により前記AC/DCコンバータ5のスイッチング素子5cのオン・オフタイミングを調整することによりAC/DCコンバータ5の出力電流I4を調整して電気二重層コンデンサ7に蓄電しやすいように制御する電圧調整制御手段10cとを備えている。     The control circuit 10 includes a voltage detection means 10a for detecting the terminal voltage V6 of the electric double layer capacitor 7, a detection means 11 for detecting the rotational speed or wind speed of the wind power generator, and the voltage detection means 10a. By adjusting the output current of the current adjusting circuit 9 according to the current set value calculated by the input signal from the generator rotation speed detection means 11 and changing the storage voltage of the electric double layer capacitor 7, the wind power generator 2 is changed. The maximum efficiency point tracking means 10b for following the operating point with the highest efficiency, the switching element of the AC / DC converter 5 based on the input signal from the voltage detection means 10a and the input signal from the detection means 11 such as the generator rotational speed. By adjusting the on / off timing of 5c, the output current I4 of the AC / DC converter 5 can be adjusted and stored in the electric double layer capacitor 7 easily. And a voltage adjustment control unit 10c for controlled so.

最大効率点追従制御手段10bは、電気二重層コンデンサ7の蓄電電圧を検出する電圧検出手段10aからの入力信号と発電機回転数等検出手段11からの入力信号による演算された設定値に基づいて電流調整回路9のスイッチング素子9aをPWM制御するようになっている。     The maximum efficiency point tracking control means 10b is based on the set value calculated from the input signal from the voltage detection means 10a for detecting the storage voltage of the electric double layer capacitor 7 and the input signal from the detection means 11 such as the generator rotational speed. The switching element 9a of the current adjustment circuit 9 is PWM controlled.

電圧調整制御手段10cは、前記風力発電機2の回転数もしくは風速を検出する発電機回転数等検出手段11が接続され、電気二重層コンデンサ7の蓄電電圧を検出する電圧検出手段10a、および前記発電機回転数等検出手段からの電圧信号に基づいてAC/DCコンバータ5の電圧調整部5bのスイッチング素子5cをPWM制御するようになっている。     The voltage adjustment control means 10c is connected to a generator rotation speed detection means 11 for detecting the rotation speed or wind speed of the wind power generator 2, and the voltage detection means 10a for detecting the stored voltage of the electric double layer capacitor 7; The switching element 5c of the voltage adjustment unit 5b of the AC / DC converter 5 is PWM-controlled based on a voltage signal from the detection means such as the generator rotational speed.

発電機回転数等検出手段11は、風力発電機の回転数を電圧で検出し周波数に変換する電圧−周波数変換器、あるいは風速を検出する風速計から構成されている。     The generator rotation speed detection means 11 comprises a voltage-frequency converter that detects the rotation speed of the wind power generator with voltage and converts it into a frequency, or an anemometer that detects the wind speed.

また、制御回路10では、上記構成に加えて、電流調整回路9および電圧調整部5bの出力電流を検出する電流検出器(図示略)を設け、各電流検出器からの電流信号に基づいて各スイッチング素子5c、9aをフィードバック制御するようにしてもよい。     Further, in addition to the above configuration, the control circuit 10 is provided with a current detector (not shown) that detects the output current of the current adjustment circuit 9 and the voltage adjustment unit 5b, and based on the current signal from each current detector, The switching elements 5c and 9a may be feedback controlled.

上記制御回路10の制御動作を他の構成の動作と共に説明する。風力発電機2で発生した交流電力は変圧器3により連系ユニット8の入力電圧範囲内の電圧レベルに変換され、充電回路6の整流回路4およびAC/DCコンバータ5に給電される。     The control operation of the control circuit 10 will be described together with the operation of other configurations. The AC power generated by the wind power generator 2 is converted to a voltage level within the input voltage range of the interconnection unit 8 by the transformer 3 and supplied to the rectifier circuit 4 and the AC / DC converter 5 of the charging circuit 6.

整流回路4とAC/DCコンバータ5の出力側は直列に接続されており、それぞれの直流電力は電気二重層コンデンサ7と連系ユニット8に給電される。このとき、電気二重層コンデンサ7の端子電圧V6は、整流回路4の端子電圧V4とAC/DCコンバータ5の端子電圧V5を加算したものとなる。     The rectifier circuit 4 and the output side of the AC / DC converter 5 are connected in series, and each DC power is supplied to the electric double layer capacitor 7 and the interconnection unit 8. At this time, the terminal voltage V6 of the electric double layer capacitor 7 is the sum of the terminal voltage V4 of the rectifier circuit 4 and the terminal voltage V5 of the AC / DC converter 5.

弱風時には変圧器3の2次巻線、3次巻線電圧V2,V3は共に低く、そのままでは風力発電機2に負荷がかからないため、風力発電機2の発生電力を有効に回収することができない。     When the wind is weak, the secondary and tertiary winding voltages V2 and V3 of the transformer 3 are both low and the wind power generator 2 is not loaded as it is, so that the power generated by the wind power generator 2 can be effectively recovered. Can not.

そこで、制御回路10では、電圧検出手段10aにより電気二重層コンデンサ7の電圧V6を検出すると共に、発電機回転数等検出手段11により、風力発電機の回転数もしくは風速を検出し、該発電機回転数等検出手段11の出力信号に基づいて、つまり風況に合わせてAC/DCコンバータ5の出力電圧をスイッチング素子5cにより制御して、前記検出要素の比例特性あるいは二乗特性に従い出力電流I1を調整し、電気二重層コンデンサ7および連系ユニット8に給電する。     Therefore, the control circuit 10 detects the voltage V6 of the electric double layer capacitor 7 by the voltage detection means 10a, and also detects the rotation speed or wind speed of the wind power generator by the detection means 11 such as the generator rotation speed. Based on the output signal of the rotation number detection means 11, that is, according to the wind condition, the output voltage of the AC / DC converter 5 is controlled by the switching element 5c, and the output current I1 is set according to the proportional characteristic or the square characteristic of the detection element. The electric power is adjusted and supplied to the electric double layer capacitor 7 and the interconnection unit 8.

強風時には、風力発電機2の発電電力が高くなるため、変圧器3の2次巻線、3次巻線電圧V2,V3が共に高くなる。電気二重層コンデンサ7には変圧器3、充電回路6のAC/DCコンバータ5および整流回路4から給電されるので、電気二重層コンデンサ7の蓄電量が増大することになる。     When the wind is strong, the power generated by the wind power generator 2 is high, so both the secondary winding and the tertiary winding voltages V2 and V3 of the transformer 3 are high. Since the electric double layer capacitor 7 is supplied with power from the transformer 3, the AC / DC converter 5 of the charging circuit 6 and the rectifier circuit 4, the amount of electricity stored in the electric double layer capacitor 7 increases.

制御回路10では、電圧検出手段10aにより、電気二重層コンデンサ7の電圧を検出し、電圧調整制御手段10cでは、スイッチング素子5cを制御してAC/DCコンバータ5の出力電流を徐々に減少させ、電気二重層コンデンサ7の検出電圧V6が一定電圧以上になった場合、AC/DCコンバータ5を停止させ、バイパスダイオードD1により出力電流I1をバイパスさせる。     In the control circuit 10, the voltage detection means 10a detects the voltage of the electric double layer capacitor 7, and the voltage adjustment control means 10c controls the switching element 5c to gradually reduce the output current of the AC / DC converter 5, When the detection voltage V6 of the electric double layer capacitor 7 exceeds a certain voltage, the AC / DC converter 5 is stopped and the output current I1 is bypassed by the bypass diode D1.

これにより、AC/DCコンバータ5の動作が停止して整流回路4が単独で給電動作を行い、電気二重層コンデンサ7および連系ユニット8に給電するようになる。     As a result, the operation of the AC / DC converter 5 is stopped, and the rectifier circuit 4 performs a power feeding operation alone to feed power to the electric double layer capacitor 7 and the interconnection unit 8.

このように、低風速時においてもAC/DCコンバータ5により変圧器3の2次巻線、3次巻線電圧V2,V3を調整して電気二重層コンデンサ7および連系ユニット8に給電することができ、風力発電機2の発電電力を有効利用することができる。     In this way, even when the wind speed is low, the AC / DC converter 5 adjusts the secondary winding and the tertiary winding voltages V2 and V3 of the transformer 3 to supply power to the electric double layer capacitor 7 and the interconnection unit 8. Thus, the power generated by the wind power generator 2 can be used effectively.

そして、電気二重層コンデンサに電荷が蓄電され電圧が発生すると、その電圧までは風車は無負荷で回転することが出来るため、弱風時でも容易に回転を維持することができる。     When electric charges are stored in the electric double layer capacitor and a voltage is generated, the windmill can rotate without load until the voltage is reached, so that the rotation can be easily maintained even in a weak wind.

また、強風時には、AC/DCコンバータ5を切り離して整流回路4を単独で動作させ、電気二重層コンデンサ7および連系ユニット8に給電するので、AC/DCコンバータ5は弱風時のみに対応する小容量の変換器でよく、安価となる。また複雑な制御動作が不要となり、弱風時から強風時にかけた一連の制御動作をスムーズに行うことができる。     In addition, when the wind is strong, the AC / DC converter 5 is disconnected and the rectifier circuit 4 is operated alone to supply power to the electric double layer capacitor 7 and the interconnection unit 8. Therefore, the AC / DC converter 5 supports only when the wind is weak. A small-capacity converter is sufficient and is inexpensive. Further, a complicated control operation is not required, and a series of control operations from a low wind to a strong wind can be smoothly performed.

すなわち、電気二重層コンデンサ7に蓄電されていない状態での初期充電から商用電力電源に連系を開始した後の発電時までのシステム全体の挙動がスムーズに行える。     That is, the behavior of the entire system can be smoothly performed from the initial charging in a state where the electric double layer capacitor 7 is not charged to the time of power generation after starting connection to the commercial power source.

一方、電流調整回路9では、風速に合わせて電気二重層コンデンサ7の端子電圧V6を変化させるべく連系ユニット8への電流I3を制限する。その制御は、基本的には、風速が高くなれば風力エネルギーが増大して発生電力も増大するので、電気二重層コンデンサ7の端子電圧V6も上昇し、風力発電機2の回転速度も上昇し、高効率点に追従する。また、パワーコンディショナ側もMPPT制御を行うことで最高効率点を探して電圧が上昇する。     On the other hand, the current adjustment circuit 9 limits the current I3 to the interconnection unit 8 so as to change the terminal voltage V6 of the electric double layer capacitor 7 in accordance with the wind speed. Basically, as the wind speed increases, the wind energy increases and the generated power also increases. Therefore, the terminal voltage V6 of the electric double layer capacitor 7 also increases, and the rotational speed of the wind generator 2 also increases. Follow the high efficiency point. In addition, the inverter side also performs MPPT control to find the highest efficiency point and increase the voltage.

つまり、制御回路10の最大効率点追従手段10bは、電圧検出手段10aからの検出電圧V6と発電機回転数等検出手段11からの発電機回転数もしくは風速信号から演算された電流設定値により、電流調整回路9のスイッチング素子9aをオン・オフ制御して電流調整回路9の出力電流値をある値に制限する。風況がいい状態のままなら出力電流を制限した状態のため電気二重層コンデンサの電圧が上昇し、しいては風力発電機2の回転数も上昇し、高効率での発電となる。また連系ユニット8のパワーコンディショナもMPPT制御で電圧を上下に振らして最高効率点を探すため、風況が良く、電圧を上昇させてもパワーコンディショナへ流れ込む電流I3が減少しない場合、電力は増加するため、電圧が上昇していく。     That is, the maximum efficiency point tracking means 10b of the control circuit 10 is based on the detected voltage V6 from the voltage detection means 10a and the current setting value calculated from the generator speed or the wind speed signal from the detection means 11 such as the generator speed. The switching element 9a of the current adjustment circuit 9 is turned on / off to limit the output current value of the current adjustment circuit 9 to a certain value. If the wind condition remains good, the output current is limited and the voltage of the electric double layer capacitor rises. As a result, the number of rotations of the wind power generator 2 also rises, resulting in high-efficiency power generation. The power conditioner of the interconnection unit 8 also uses MPPT control to swing the voltage up and down to find the maximum efficiency point. If the wind condition is good and the current I3 flowing into the power conditioner does not decrease even if the voltage is increased, As power increases, the voltage rises.

逆に、風力エネルギーが連系ユニット8に流入するエネルギーよりも小さければ、電気二重層コンデンサ7の蓄電電力を連系ユニット側に放電することになるので、電気二重層コンデンサ7の蓄電電圧が低下する。また、パワーコンディショナのMPPT制御も、電圧を上昇させると電流が減少するため、電力も減少し、電圧は下げる方向へ動く。     On the contrary, if the wind energy is smaller than the energy flowing into the interconnection unit 8, the stored electric power of the electric double layer capacitor 7 is discharged to the interconnection unit side, so the storage voltage of the electric double layer capacitor 7 decreases. To do. Also, in the MPPT control of the power conditioner, when the voltage is increased, the current decreases, so the power decreases and the voltage moves downward.

この動作を繰り返すことにより、電気二重層コンデンサ7の蓄電電圧が風速に対応した最適な値となる。電気二重層コンデンサ7の蓄電電圧は風力発電機2の電圧と対応しているので、風力発電機は風速に応じた最大効率点で運転することができる。     By repeating this operation, the stored voltage of the electric double layer capacitor 7 becomes an optimum value corresponding to the wind speed. Since the stored voltage of the electric double layer capacitor 7 corresponds to the voltage of the wind power generator 2, the wind power generator can be operated at a maximum efficiency point corresponding to the wind speed.

つまり、上記動作の繰り返しにより、結果的に図2に示すような風力発電機2の電力−回転数特性曲線の最大効率点(図2に示す特性曲線の頂点部分)を探すことになり、風力発電機2を自律的に最大効率点に追従して動作させることになる。また、パワーコンディショナの持つ、MPPT制御も十分に活用できる。     That is, by repeating the above operation, the maximum efficiency point (the apex portion of the characteristic curve shown in FIG. 2) of the power-rotational speed characteristic curve of the wind power generator 2 as shown in FIG. The generator 2 is operated autonomously following the maximum efficiency point. In addition, the MPPT control of the inverter can be fully utilized.

なお、本実施形態においては、電流調整回路9の出力電流I3を風況に合わせた電流設定値により制御するようにしたが、これに限らず、電気二重層コンデンサの電圧V6と連系ユニット8の入力電圧V7との電圧差によって制御するようにしてもよく、また、電気二重層コンデンサ7の電圧V6と共に、発電機回転数等検出手段11でV7を検出して演算をするようにしてもよい。
<第2の実施形態>
図3は第2の実施形態を示す独立電源用の風力発電装置の電気回路図である。図3に示すように、本実施形態においては、風力発電機にて発生した電力を蓄電池13および負荷設備14に給電するようにしている。
In the present embodiment, the output current I3 of the current adjustment circuit 9 is controlled by a current setting value that matches the wind conditions. However, the present invention is not limited to this, and the voltage V6 of the electric double layer capacitor and the interconnection unit 8 are controlled. It may be controlled by the voltage difference with the input voltage V7 of V. Also, the voltage V6 of the electric double layer capacitor 7 and V7 may be detected by the detecting means 11 such as the generator rotational speed for calculation. Good.
<Second Embodiment>
FIG. 3 is an electric circuit diagram of a wind turbine generator for an independent power source showing the second embodiment. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, power generated by the wind power generator is supplied to the storage battery 13 and the load facility 14.

本実施形態における回路構成は、第1の実施形態における連系ユニット8に代わり、電流調整回路9の出力側に蓄電池13および負荷設備14が接続されたもので、その他の基本的な構成は上記第1の実施形態と同様である。     The circuit configuration in the present embodiment is such that the storage battery 13 and the load facility 14 are connected to the output side of the current adjustment circuit 9 instead of the interconnection unit 8 in the first embodiment, and the other basic configurations are as described above. This is the same as in the first embodiment.

但し、変圧器3の変圧機能は、蓄電池13の適正入力電圧範囲内とするものであり、整流器4、AC/DCコンバータ5、電流調整回路9の夫々の給電機能は、蓄電池13および負荷設備14に向けて行われる点で、第1の実施形態と異なる。     However, the transformation function of the transformer 3 is within the proper input voltage range of the storage battery 13, and the power feeding functions of the rectifier 4, the AC / DC converter 5, and the current adjustment circuit 9 are the storage battery 13 and the load facility 14. This is different from the first embodiment in that it is performed toward the point.

そこで、各基本的な構成の作用については第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略し、本実施形態特有の蓄電池13および負荷設備への給電動作について簡単に説明する。     Therefore, since the operation of each basic configuration is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted, and a power supply operation to the storage battery 13 and the load facility unique to this embodiment will be briefly described.

風力発電機2で発生した交流電力を変圧器3により蓄電池13の入力電圧範囲内の電圧値に変換し、整流回路4とAC/DCコンバータ5に給電される。整流回路4とAC/DCコンバータ5の出力側は直列に接続されており、電気二重層コンデンサ7と蓄電池13および負荷設備14に給電される。このとき、電気二重層コンデンサ7の端子電圧V6は、整流回路4の端子電圧V4とAC/DCコンバータ5の端子電圧V5を加算したものとなる。     The AC power generated by the wind power generator 2 is converted into a voltage value within the input voltage range of the storage battery 13 by the transformer 3 and supplied to the rectifier circuit 4 and the AC / DC converter 5. The output side of the rectifier circuit 4 and the AC / DC converter 5 is connected in series, and is fed to the electric double layer capacitor 7, the storage battery 13 and the load facility 14. At this time, the terminal voltage V6 of the electric double layer capacitor 7 is the sum of the terminal voltage V4 of the rectifier circuit 4 and the terminal voltage V5 of the AC / DC converter 5.

弱風時には変圧器3の2次巻線、3次巻線電圧V2,V3は共に低く、そのままでは風力発電機2に負荷がかからないため、制御回路10では、電圧検出手段10aにより電気二重層コンデンサ7の電圧を検出し、また発電機回転数等検出手段11により風力発電機の回転数もしくは風速を検出し、電圧調整制御手段10cによりAC/DCコンバータ5の出力電圧V5を加算し、電気二重層コンデンサ7と蓄電池13および負荷設備14に給電する。     Since the secondary winding and the tertiary winding voltages V2 and V3 of the transformer 3 are both low when the wind is weak and the wind generator 2 is not loaded as it is, the control circuit 10 uses an electric double layer capacitor by the voltage detection means 10a. 7 is detected, the rotation speed or wind speed of the wind power generator is detected by the generator rotation speed detection means 11, the output voltage V 5 of the AC / DC converter 5 is added by the voltage adjustment control means 10 c, and Power is supplied to the multilayer capacitor 7, the storage battery 13, and the load facility 14.

強風時には変圧器3の2次巻線、3次巻線電圧V2,V3が共に高くなるため、制御回路10では、電圧検出手段10aにより、電気二重層コンデンサ7の電圧を検出し、電圧調整制御手段10cにより、AC/DCコンバータ5の動作を停止させ、バイパスダイオードD1をバイパスさせて整流回路4単独で動作させ、電気二重層コンデンサ7、蓄電池13および負荷設備14に給電する。     Since the secondary winding and the tertiary winding voltages V2 and V3 of the transformer 3 are both high when the wind is strong, the control circuit 10 detects the voltage of the electric double layer capacitor 7 by the voltage detection means 10a and controls the voltage adjustment. By means 10c, the operation of the AC / DC converter 5 is stopped, the bypass diode D1 is bypassed, the rectifier circuit 4 is operated alone, and power is supplied to the electric double layer capacitor 7, the storage battery 13 and the load equipment 14.

一方、電流調整回路9では、電気二重層コンデンサ7の電圧V6と風力発電機の回転数もしくは風速を検出するセンサによる信号に基づいて、つまり風況に合わせて蓄電池13への出力電流I3から負荷電流I5を差し引いた蓄電池の充電電流I6を制御すると共に、出力電流I3を制限することにより、風速が強くなると電気二重層コンデンサ7の端子電圧V6を上昇させ、風力発電機2の最高効率の動作点に追従させる制御を行う。     On the other hand, in the current adjustment circuit 9, a load is applied from the output current I3 to the storage battery 13 based on the voltage V6 of the electric double layer capacitor 7 and a signal from a sensor that detects the rotation speed or wind speed of the wind power generator, that is, in accordance with the wind condition. By controlling the charging current I6 of the storage battery minus the current I5 and limiting the output current I3, the terminal voltage V6 of the electric double layer capacitor 7 is increased when the wind speed increases, and the wind generator 2 operates at the highest efficiency. Control to follow the point.

以上のように、電気二重層コンデンサ7を使用することで、平準化された良質な電力を蓄電池13に流すことができる。また、蓄電量に対して電圧が変化する電気二重層コンデンサの特性を利用して、風力発電機の出力電圧V1を最高効率点に追従させて運転することができる。さらに、風力発電機の起動時の回路、および回転を維持する回路が非常に簡単となる。     As described above, by using the electric double layer capacitor 7, it is possible to flow a leveled high-quality power to the storage battery 13. Further, it is possible to operate the output voltage V1 of the wind power generator by following the maximum efficiency point by utilizing the characteristics of the electric double layer capacitor whose voltage changes with respect to the charged amount. Furthermore, the circuit at the start-up of the wind power generator and the circuit for maintaining the rotation are very simple.

なお、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、AC/DCコンバータ5の出力電流I4を制御するために電気二重層コンデンサ7の電圧V6と、風力発電機の回転数もしくは風速を検出するセンサを設け、該センサの出力信号に基づいて、つまり風況に合わせてAC/DCコンバータ5の出力電圧を比例特性あるいは二乗特性に制御を行う。     In the present embodiment, as in the first embodiment, the voltage V6 of the electric double layer capacitor 7 and the rotation speed or wind speed of the wind power generator are controlled in order to control the output current I4 of the AC / DC converter 5. A sensor for detection is provided, and the output voltage of the AC / DC converter 5 is controlled to a proportional characteristic or a square characteristic based on the output signal of the sensor, that is, in accordance with the wind condition.

その他の作用・効果は上記第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。     Since other operations and effects are the same as those of the first embodiment, description thereof will be omitted.

本発明の第1の実施形態を示す商用電源に連系する風力発電装置の電気回路図The electric circuit diagram of the wind power generator linked to the commercial power source showing the first embodiment of the present invention 風力発電機の電力−回転数特性曲線を示す図The figure which shows the electric power-rotation speed characteristic curve of the wind power generator 第2の実施形態を示す独立電源用の風力発電装置の電気回路図Electrical circuit diagram of wind power generator for independent power source showing second embodiment

符号の説明Explanation of symbols

1 商用電源
2 風力発電機
3 変圧器
4 整流回路
5 AC/DCコンバータ
6 充電回路
7 キャパシタ(電気二重層コンデンサ)
8 連系ユニット(パワーコンディショナ)
9 電流調整回路
10 制御回路
11 発電電圧等検出手段
12 切換えスイッチ
13 蓄電池
14 負荷設備
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Commercial power supply 2 Wind generator 3 Transformer 4 Rectifier circuit 5 AC / DC converter 6 Charging circuit 7 Capacitor (electric double layer capacitor)
8 Interconnection unit (power conditioner)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Current adjustment circuit 10 Control circuit 11 Generated voltage etc. detection means 12 Changeover switch 13 Storage battery 14 Load equipment

Claims (8)

風車で駆動される風力発電機により発電電力を得るようにした風力発電装置において、
前記風力発電機から発生した交流電圧を整流して出力電流を調整する充電回路と、該充電回路の出力電力を蓄電すると共に出力電力を平準化するキャパシタと、出力電流を制限して前記キャパシタへ優先的に給電する電流調整回路と、前記電流調整回路および充電回路を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記電流調整回路の出力電流を調整し、前記キャパシタの蓄電電圧を変化させて、前記風力発電機を最高効率点に追従させることを特徴とする風力発電装置。
In a wind turbine generator that is configured to obtain power generated by a wind turbine driven by a windmill,
A charging circuit that rectifies an AC voltage generated from the wind power generator to adjust an output current, a capacitor that stores output power of the charging circuit and equalizes the output power, and limits the output current to the capacitor. A current adjustment circuit that preferentially feeds power, and a control circuit that controls the current adjustment circuit and the charging circuit;
The said control circuit adjusts the output current of the said current adjustment circuit, changes the electrical storage voltage of the said capacitor, and makes the said wind power generator track the highest efficiency point, The wind power generator characterized by the above-mentioned.
風車で駆動される風力発電機により発電電力を得るようにした風力発電装置において、
前記風力発電機から発生した交流電圧を整流して出力電流を調整する充電回路と、該充電回路の出力電力を蓄電すると共に出力電力を平準化するキャパシタと、出力電流を制限して前記キャパシタへ優先的に給電する電流調整回路と、前記電流調整回路および充電回路を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記キャパシタの蓄電電圧、風力発電機回転数もしくは風速を検出して前記充電回路の出力電流を制御することを特徴とする風力発電装置。
In a wind turbine generator that is configured to obtain power generated by a wind turbine driven by a windmill,
A charging circuit that rectifies an AC voltage generated from the wind power generator to adjust an output current, a capacitor that stores output power of the charging circuit and equalizes the output power, and limits the output current to the capacitor. A current adjustment circuit that preferentially feeds power, and a control circuit that controls the current adjustment circuit and the charging circuit;
The said control circuit detects the electrical storage voltage of the said capacitor, a wind power generator rotation speed, or a wind speed, and controls the output current of the said charging circuit, The wind power generator characterized by the above-mentioned.
風車で駆動される風力発電機により発電電力を得るようにした風力発電装置において、
前記風力発電機から発生した交流電圧を整流して出力電流を調整する充電回路と、該充電回路の出力電力を蓄電すると共に出力電力を平準化するキャパシタと、出力電流を制限して前記キャパシタへ優先的に給電する電流調整回路と、前記電流調整回路および充電回路を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記電流調整回路の出力電流を調整し、前記キャパシタの蓄電電圧を変化させて、前記風力発電機を最高効率点に追従させると共に、前記キャパシタの蓄電電圧、風力発電機回転数もしくは風速を検出して前記充電回路の出力電流を制御することを特徴とする風力発電装置。
In a wind turbine generator that is configured to obtain power generated by a wind turbine driven by a windmill,
A charging circuit that rectifies an AC voltage generated from the wind power generator to adjust an output current, a capacitor that stores output power of the charging circuit and equalizes the output power, and limits the output current to the capacitor. A current adjustment circuit that preferentially feeds power, and a control circuit that controls the current adjustment circuit and the charging circuit;
The control circuit adjusts an output current of the current adjustment circuit, changes a storage voltage of the capacitor, causes the wind power generator to follow a maximum efficiency point, and stores a storage voltage of the capacitor, a wind power generator rotation speed. Alternatively, the wind power generator is characterized by detecting the wind speed and controlling the output current of the charging circuit.
前記充電回路は、前記風力発電機から発生した交流電圧をそのまま整流する整流回路と、前記風力発電機から発生した交流電圧を整流する整流部および出力電圧を調整する電圧調整部からなるAC/DCコンバータとが直列に接続され、
前記キャパシタの蓄電電圧を検出する電圧検出手段と、前記風力発電機の回転数もしくは風速を検出する発電機回転数等検出手段とが設けられ、
前記制御回路は、前記電圧検出手段および発電機回転数等検出手段からの電圧信号に基づいて前記AC/DCコンバータの電圧調整部を制御することを特徴とする請求項2又は3に記載の風力発電装置。
The charging circuit includes an AC / DC comprising a rectifying circuit for directly rectifying an AC voltage generated from the wind power generator, a rectifying unit for rectifying the AC voltage generated from the wind power generator, and a voltage adjusting unit for adjusting an output voltage. The converter is connected in series,
Voltage detection means for detecting the storage voltage of the capacitor, and detection means for detecting the rotational speed or wind speed of the wind power generator, etc. are provided,
4. The wind power according to claim 2, wherein the control circuit controls a voltage adjustment unit of the AC / DC converter based on a voltage signal from the voltage detection unit and a detection unit such as a generator rotational speed. Power generation device.
前記制御回路は、弱風時に前記電圧調整部から出力される出力電圧を前記整流回路の出力電圧に加算して、十分な充電電圧により充電し、また、強風時に前記AC/DCコンバータを停止しバイパスさせて整流回路のみで充電するよう前記電圧調整部を制御することを特徴とする請求項4に記載の風力発電装置。 The control circuit adds the output voltage output from the voltage adjustment unit to the output voltage of the rectifier circuit when the wind is weak and charges with a sufficient charging voltage, and stops the AC / DC converter when the wind is strong. The wind power generator according to claim 4, wherein the voltage adjusting unit is controlled to be bypassed and charged only by a rectifier circuit. 前記キャパシタが電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の風力発電装置。 The wind power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the capacitor is an electric double layer capacitor. 前記電流調整回路の出力側が商用電源と連系する連系ユニットに接続されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の風力発電装置。 The wind power generator according to any one of claims 1 to 6, wherein an output side of the current adjustment circuit is connected to an interconnection unit linked to a commercial power source. 前記電流調整回路の出力側が蓄電池および負荷設備に接続されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の風力発電装置。 The wind power generator according to any one of claims 1 to 6, wherein an output side of the current adjustment circuit is connected to a storage battery and a load facility.
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