JP2003042054A - 風力発電装置及びその同期速度切替方法 - Google Patents
風力発電装置及びその同期速度切替方法Info
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
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- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
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- Wind Motors (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 同期速度の切替時における発電効率の低下を
抑制する。 【解決手段】 風速に応じて発電機の極数を切り替えて
発電する風力発電装置であって、機械的制動トルクを用
いて前記同期速度を切り替える。
抑制する。 【解決手段】 風速に応じて発電機の極数を切り替えて
発電する風力発電装置であって、機械的制動トルクを用
いて前記同期速度を切り替える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風力発電装置及び
方法に係わり、特に風力発電における系統への負担軽減
技術に関する。
方法に係わり、特に風力発電における系統への負担軽減
技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】周知の
ように、風力発電装置は、風力を動力源として発電機を
回転駆動することにより電力を発生させるものである。
このような風力発電装置の中には、極数のを切り替える
ことができる発電機、例えば大発電機と小発電機とを風
速に応じて切り替えることにより、より広い風速範囲に
亘って効率の良い発電を実現しているものがある。すな
わち、風速が比較的強いときには極数が少ない高速の大
発電機を用いて発電を行い、風速が弱まると大発電機を
回転駆動するために十分なトルクが得られないので、低
速の小発電機に切り替えて発電を行う。
ように、風力発電装置は、風力を動力源として発電機を
回転駆動することにより電力を発生させるものである。
このような風力発電装置の中には、極数のを切り替える
ことができる発電機、例えば大発電機と小発電機とを風
速に応じて切り替えることにより、より広い風速範囲に
亘って効率の良い発電を実現しているものがある。すな
わち、風速が比較的強いときには極数が少ない高速の大
発電機を用いて発電を行い、風速が弱まると大発電機を
回転駆動するために十分なトルクが得られないので、低
速の小発電機に切り替えて発電を行う。
【０００３】しかしながら、大発電機と小発電機とで
は、極数の異なるために必然的に同期速度が異なり、切
替時には同期速度の移行期間が必要となる。高速である
大発電機から低速の小発電機に切り替える際の回転数の
減速に電気的制動トルクを使用すると、力率の悪い大電
流が流れ、多大な無効電力が発生する。また、電流を抑
えると、切替の時間が長くなってしまい、突風にあおら
れる可能性がある。
は、極数の異なるために必然的に同期速度が異なり、切
替時には同期速度の移行期間が必要となる。高速である
大発電機から低速の小発電機に切り替える際の回転数の
減速に電気的制動トルクを使用すると、力率の悪い大電
流が流れ、多大な無効電力が発生する。また、電流を抑
えると、切替の時間が長くなってしまい、突風にあおら
れる可能性がある。
【０００４】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、同期速度の切替時における無効電力の発生を
抑制すること、及び切替時間の短縮を目的とする。
たもので、同期速度の切替時における無効電力の発生を
抑制すること、及び切替時間の短縮を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、風力発電装置に係わる第１の手段とし
て、風速に応じて発電機の極数を切り替えて発電する風
力発電装置において、機械的制動トルクを用いて同期速
度を切り替えるという手段を採用する。
に、本発明では、風力発電装置に係わる第１の手段とし
て、風速に応じて発電機の極数を切り替えて発電する風
力発電装置において、機械的制動トルクを用いて同期速
度を切り替えるという手段を採用する。
【０００６】一方、本発明では、風力発電装置の同期速
度切替方法に係わる第１の手段として、風速に応じて発
電機の極数を切り替えて発電する風力発電装置における
同期速度の切替方法であって、機械的制動トルクを用い
て同期速度を切り替えるという手段を採用する
度切替方法に係わる第１の手段として、風速に応じて発
電機の極数を切り替えて発電する風力発電装置における
同期速度の切替方法であって、機械的制動トルクを用い
て同期速度を切り替えるという手段を採用する
【０００７】また、風力発電装置の同期速度切替方法に
係わる第２の手段として、上記第１の手段において、風
車を構成する各羽根に空力制動力を発生させることによ
り機械的制動トルクを得て、同期速度到達後、風車回転
中に空力制動力を解除するという手段を採用する。
係わる第２の手段として、上記第１の手段において、風
車を構成する各羽根に空力制動力を発生させることによ
り機械的制動トルクを得て、同期速度到達後、風車回転
中に空力制動力を解除するという手段を採用する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わる風力発電装置及びその同期速度切替方法の一実施
形態について説明する。
係わる風力発電装置及びその同期速度切替方法の一実施
形態について説明する。
【０００９】 図１は、本実施形態に係わる風力発電
装置の機能構成を示すブロック図である。この図におい
て、符号１は風車、２は切替スイッチ、３は大発電機、
４は小発電機、５は制御部、６は風速計、７は出力計で
ある。
装置の機能構成を示すブロック図である。この図におい
て、符号１は風車、２は切替スイッチ、３は大発電機、
４は小発電機、５は制御部、６は風速計、７は出力計で
ある。
【００１０】風車１は、複数（３枚）の羽根１ａ〜１ｃ
から構成されており、風が各羽根１ａ〜１ｃに作用して
発生する回転トルクによって大発電機３あるいは小発電
機４を回転駆動する。各羽根１ａ〜１ｃは、図２に示す
ように、空力制動機構１ｄを備えている。
から構成されており、風が各羽根１ａ〜１ｃに作用して
発生する回転トルクによって大発電機３あるいは小発電
機４を回転駆動する。各羽根１ａ〜１ｃは、図２に示す
ように、空力制動機構１ｄを備えている。
【００１１】空力制動機構１ｄは、図２（ａ）〜（ｃ）
に示すように、油圧シリンダ１ｆの油圧を抜くことによ
り、ティップブレーキ１ｅをスプリング１ｉの付制力に
よって各羽根１ａ〜１ｃの先端から突き出すことによ
り、ティップブレーキ１ｅの向きを変更して制動力を発
生させる。なお、本空力制動機構１ｄは、制御部５によ
る制御の下に油圧ポンプ（図示略）から油圧シリンダ１
ｆに供給される圧油によって作動する。この油圧を調節
することによって、制動力を調節したり、解除したりす
る。
に示すように、油圧シリンダ１ｆの油圧を抜くことによ
り、ティップブレーキ１ｅをスプリング１ｉの付制力に
よって各羽根１ａ〜１ｃの先端から突き出すことによ
り、ティップブレーキ１ｅの向きを変更して制動力を発
生させる。なお、本空力制動機構１ｄは、制御部５によ
る制御の下に油圧ポンプ（図示略）から油圧シリンダ１
ｆに供給される圧油によって作動する。この油圧を調節
することによって、制動力を調節したり、解除したりす
る。
【００１２】大発電機３は、小発電機４に比べて極数が
少なく同期速度が小発電機４より速い回転数で駆動され
た場合に良好な発電効率となる誘導発電機である。小発
電機４は、このような大発電機３に比べて極数が多く同
期速度が大発電機３より遅い回転数で駆動された場合に
良好な発電効率となる誘導発電機である。大発電機３
は、小発電機４よりも高回転速度で回転された場合に良
好な発電効率となり、小発電機４は、大発電機３よりも
低回転速度で回転された場合に良好な発電効率となる。
少なく同期速度が小発電機４より速い回転数で駆動され
た場合に良好な発電効率となる誘導発電機である。小発
電機４は、このような大発電機３に比べて極数が多く同
期速度が大発電機３より遅い回転数で駆動された場合に
良好な発電効率となる誘導発電機である。大発電機３
は、小発電機４よりも高回転速度で回転された場合に良
好な発電効率となり、小発電機４は、大発電機３よりも
低回転速度で回転された場合に良好な発電効率となる。
【００１３】切替スイッチ２は、上記切替制御信号に基
づいて大発電機３の発電出力あるいは小発電機４の発電
出力を択一的に切り替えて送電系統に出力するものであ
る。制御部５は、風速計６から入力される風速信号及び
出力計７から入力される発電出力に基づいて上記切替ス
イッチ２及び空力制動機構１ｄまたはディスクブレーキ
を制御する。風速計６は、風車１に作用する風速を検出
し上記風速信号として制御部５に出力し、出力計７は、
大発電機３及び小発電機４の発電出力を検出して制御部
５に出力する。
づいて大発電機３の発電出力あるいは小発電機４の発電
出力を択一的に切り替えて送電系統に出力するものであ
る。制御部５は、風速計６から入力される風速信号及び
出力計７から入力される発電出力に基づいて上記切替ス
イッチ２及び空力制動機構１ｄまたはディスクブレーキ
を制御する。風速計６は、風車１に作用する風速を検出
し上記風速信号として制御部５に出力し、出力計７は、
大発電機３及び小発電機４の発電出力を検出して制御部
５に出力する。
【００１４】上記制御部５は、風速信号及び発電出力信
号に基づいて風速及び発電出力が所定しきい値以上の場
合は大発電機３を選択するように切替スイッチ２を制御
し、風速または発電出力が所定しきい値を下回ると小発
電機４を選択するように切替スイッチ２を制御する。ま
た、この制御部５は、大発電機３から小発電機４への切
替時に空力制動機構１ｄまたはディスクブレーキを作動
させる。
号に基づいて風速及び発電出力が所定しきい値以上の場
合は大発電機３を選択するように切替スイッチ２を制御
し、風速または発電出力が所定しきい値を下回ると小発
電機４を選択するように切替スイッチ２を制御する。ま
た、この制御部５は、大発電機３から小発電機４への切
替時に空力制動機構１ｄまたはディスクブレーキを作動
させる。
【００１５】次に、このように構成された風力発電装置
の動作について、図３に示すフローチャートを参照して
説明する。なお、このフローチャートは、上記制御部５
の処理手順を示すものである。
の動作について、図３に示すフローチャートを参照して
説明する。なお、このフローチャートは、上記制御部５
の処理手順を示すものである。
【００１６】制御部５は、風速計６から順次入力される
風速信号及び出力計７からの発電出力信号に基づいて風
車１に作用する風速、発電出力を監視し（ステップＳ
1）、当該風速及び発電出力が所定のしきい値を下回る
と、空力制動機構１ｄまたはディスクブレーキを作動さ
せる（ステップＳ2）。空力制動機構１ｄを使用した場
合、油圧シリンダ１ｆから圧油が抜かれてティップブレ
ーキ１ｅが各羽根１ａ〜１ｃの先端から突き出ることに
より各羽根１ａ〜１ｃの回転面に直交する向き（場合に
よっては角度を調節）に変更され、よってティップブレ
ーキ１ｅによる空力制動力が発生して風車１の回転数
は、大発電機３の同期速度から徐々に低下する。
風速信号及び出力計７からの発電出力信号に基づいて風
車１に作用する風速、発電出力を監視し（ステップＳ
1）、当該風速及び発電出力が所定のしきい値を下回る
と、空力制動機構１ｄまたはディスクブレーキを作動さ
せる（ステップＳ2）。空力制動機構１ｄを使用した場
合、油圧シリンダ１ｆから圧油が抜かれてティップブレ
ーキ１ｅが各羽根１ａ〜１ｃの先端から突き出ることに
より各羽根１ａ〜１ｃの回転面に直交する向き（場合に
よっては角度を調節）に変更され、よってティップブレ
ーキ１ｅによる空力制動力が発生して風車１の回転数
は、大発電機３の同期速度から徐々に低下する。
【００１７】また、制御部５は、上記ステップＳ2とほ
ぼ同時に切替スイッチ２を作動させて大発電機３の風車
１への接続を解離させ（ステップＳ3）、風車１の回転
数が小発電機４の同期速度となると（ステップＳ4）、
空力制動機構１ｄの作動を解除する（ステップＳ5）と
共に、速やかに切替スイッチ２を作動させて小発電機４
を風車１に接続して起動させる（ステップＳ6）。
ぼ同時に切替スイッチ２を作動させて大発電機３の風車
１への接続を解離させ（ステップＳ3）、風車１の回転
数が小発電機４の同期速度となると（ステップＳ4）、
空力制動機構１ｄの作動を解除する（ステップＳ5）と
共に、速やかに切替スイッチ２を作動させて小発電機４
を風車１に接続して起動させる（ステップＳ6）。
【００１８】制御部５から空力制動機構１ｄの作動解除
指示が出力されると、油圧シリンダ１ｆへの圧油の供給
され、この結果、スプリング１ｉが収縮することによっ
てティップブレーキ１ｅが突出状態から既定状態に復帰
され、よって空力制動力が発生しない状態となる。この
動作を回転中行うため、スプリング力と遠心力との合力
にうち勝つ油圧が必要となる。
指示が出力されると、油圧シリンダ１ｆへの圧油の供給
され、この結果、スプリング１ｉが収縮することによっ
てティップブレーキ１ｅが突出状態から既定状態に復帰
され、よって空力制動力が発生しない状態となる。この
動作を回転中行うため、スプリング力と遠心力との合力
にうち勝つ油圧が必要となる。
【００１９】このような本実施形態によれば、図４に示
すように、空力制動機構１ｄによって発生される機械的
な空力制動制動トルクによって風車１の回転数が大発電
機３の同期速度から小発電機４の同期速度に切り替えら
れるので、当該切替時における多大な無効電力の発生を
抑制することができ、切替時間も短縮される。すなわ
ち、図４（ａ）に示す改善前と図４（ｂ）に示す本実施
形態による改善後との比較によって明らかなように、風
車１の回転数（Rotation）００４が１５００rpmから１
０００rpmに変化する際における無効電力(Reactive Pow
er)２００の発生を大幅に抑制することが可能であり、
また切り替え時間を短縮することもできる。
すように、空力制動機構１ｄによって発生される機械的
な空力制動制動トルクによって風車１の回転数が大発電
機３の同期速度から小発電機４の同期速度に切り替えら
れるので、当該切替時における多大な無効電力の発生を
抑制することができ、切替時間も短縮される。すなわ
ち、図４（ａ）に示す改善前と図４（ｂ）に示す本実施
形態による改善後との比較によって明らかなように、風
車１の回転数（Rotation）００４が１５００rpmから１
０００rpmに変化する際における無効電力(Reactive Pow
er)２００の発生を大幅に抑制することが可能であり、
また切り替え時間を短縮することもできる。
【００２０】なお、上記実施形態では、空力制動機構１
ｄをティップブレーキ１ｅと油圧シリンダ１ｆとロッド
１ｈとスプリング１ｉとから構成したが、本発明はこれ
に限定されることない。空力制動機構１ｄの構成方法と
しては、種々の形態が考えられる。また、上記実施形態
では、空力制動機構１ｄの作用のみによって同期速度の
切替を実現しているが、空力制動機構１ｄと回転制動用
ディスクブレーキとを併用すること、またはディスクブ
レーキのみの使用によって、同期速度を切り替えること
も考えられる。ディスクブレーキの調節も油圧調節で可
能である。
ｄをティップブレーキ１ｅと油圧シリンダ１ｆとロッド
１ｈとスプリング１ｉとから構成したが、本発明はこれ
に限定されることない。空力制動機構１ｄの構成方法と
しては、種々の形態が考えられる。また、上記実施形態
では、空力制動機構１ｄの作用のみによって同期速度の
切替を実現しているが、空力制動機構１ｄと回転制動用
ディスクブレーキとを併用すること、またはディスクブ
レーキのみの使用によって、同期速度を切り替えること
も考えられる。ディスクブレーキの調節も油圧調節で可
能である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の電気的制動トルクに代えて機械的制動トルクを用
いて同期速度を切り替えるので、切替時の無効電力の発
生を押さえることができ、また切替時間も短縮すること
ができる。
従来の電気的制動トルクに代えて機械的制動トルクを用
いて同期速度を切り替えるので、切替時の無効電力の発
生を押さえることができ、また切替時間も短縮すること
ができる。
【図１】 本発明の一実施形態に係わる風力発電装置の
機能構成を示すブロック図である。
機能構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の一実施形態における空力制動機構１
ｄの構成を示す平面図である。
ｄの構成を示す平面図である。
【図３】 本発明の一実施形態に係わる風力発電装置の
動作を示すフローチャートである。
動作を示すフローチャートである。
【図４】 本発明の一実施形態に係わる風力発電装置の
効果を示す特性図である。
効果を示す特性図である。
１……風車
１ａ〜１ｃ……羽根
１ｄ……空力制動機構
１ｅ……ティップブレーキ（板状部材）
１ｆ……油圧シリンダ
１ｇ……ピストン
１ｈ……ロッド１ｇ
１ｉ……スプリング
２……切替スイッチ
３……大発電機
４……小発電機
５……制御部
６……風速計
７……出力計
フロントページの続き
(72)発明者 斉藤 利貴
東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島
播磨重工業株式会社東京エンジニアリング
センター内
(72)発明者 高田 秀文
東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島
播磨重工業株式会社東京エンジニアリング
センター内
(72)発明者 松浦 秀樹
東京都千代田区大手町二丁目２番１号 石
川島播磨重工業株式会社本社内
Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB09 BB11 CC03
CC15 CC22 CC52 CC56 CC62
CC72 CC73
5H590 AA21 CA14 CA28 CC01 CE01
EA07 EB07 EB14 FA01 FB01
FC26 GA09 HA27 JB18
Claims (3)
- 【請求項１】 風速に応じて発電機の極数を切り替え
て発電する風力発電装置であって、機械的制動トルクを
用いて前記同期速度を切り替える、ことを特徴とする風
力発電装置。 - 【請求項２】 風速に応じて発電機の極数を切り替え
て発電する風力発電装置における同期速度の切替方法で
あって、機械的制動トルクを用いて前記同期速度を切り
替える、ことを特徴とする風力発電装置の同期速度切替
方法。 - 【請求項３】 風車（１）を構成する各羽根（１ａ〜
１ｃ）に空力制動力を発生させることにより機械的制動
トルクを得て、同期速度到達後、風車回転中に空力制動
力を解除する、ことを特徴とする請求項２記載の風力発
電装置の同期速度切替方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001228646A JP2003042054A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 風力発電装置及びその同期速度切替方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001228646A JP2003042054A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 風力発電装置及びその同期速度切替方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003042054A true JP2003042054A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=19061121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001228646A Pending JP2003042054A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 風力発電装置及びその同期速度切替方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003042054A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008081827A1 (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Intellectual Property Bank Corp. | 風力発電装置、風力発電プログラム、及び情報記録媒体 |
| WO2013073559A1 (ja) * | 2011-11-14 | 2013-05-23 | 三菱重工業株式会社 | 風力発電装置及び方法並びにプログラム |
| JP2016160873A (ja) * | 2015-03-04 | 2016-09-05 | 株式会社エコ・テクノロジー | 風力発電装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4357542A (en) * | 1979-07-12 | 1982-11-02 | Westinghouse Electric Corp. | Wind turbine generator system |
| US4565929A (en) * | 1983-09-29 | 1986-01-21 | The Boeing Company | Wind powered system for generating electricity |
-
2001
- 2001-07-27 JP JP2001228646A patent/JP2003042054A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4357542A (en) * | 1979-07-12 | 1982-11-02 | Westinghouse Electric Corp. | Wind turbine generator system |
| US4565929A (en) * | 1983-09-29 | 1986-01-21 | The Boeing Company | Wind powered system for generating electricity |
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| WO2013073559A1 (ja) * | 2011-11-14 | 2013-05-23 | 三菱重工業株式会社 | 風力発電装置及び方法並びにプログラム |
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