JP2003070296A - 風力発電装置の最大電力取得制御方法 - Google Patents
風力発電装置の最大電力取得制御方法Info
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/028—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
-
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- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
- F03D9/11—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
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- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
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- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0276—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling rotor speed, e.g. variable speed
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 風力発電装置において、風車、発電機等を変
更することなく効率よく風力エネルギーを取得するよう
にする。 【解決手段】 発電機とバッテリー間に負荷制御装置を
取付けて、発電機側から見た負荷を可変して、風車が最
適に回転するように負荷を制御する。
更することなく効率よく風力エネルギーを取得するよう
にする。 【解決手段】 発電機とバッテリー間に負荷制御装置を
取付けて、発電機側から見た負荷を可変して、風車が最
適に回転するように負荷を制御する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風速変動に従って
風車の回転数を変化させる可変速制御運転を主体とした
風力発電装置の制御方法に係り、風速又は発電機出力電
力情報を基に不規則な風況変化条件下に有効にエネルギ
ー取得を可能とする制御方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来小型風車では、ブレードのピッチ角
が固定で発電機の励磁は永久磁石を使用したものが多
く、発電機の出力は、図５のような構成でバッテリーに
直接充電していた。大型風車では、ブレードのピッチ角
を制御して定回転数制御や、発電機の励磁をコントロー
ルして定周速比制御をしていた。 【０００３ 】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
小型風車では、図２の負荷特性（ｂ）のカーブのよう
に、微風時にはバッテリー電圧に達せず無駄にエネルギ
ーを捨てており、又、強風時にはバッテリー負荷が発電
機に対して重すぎて十分エネルギーを取得できないでい
た。大型風車では、定回転数制御のためにブレードのピ
ッチ角を可変するので風車ブレードの効率特性を考慮す
ることができず、また発電機の励磁をコントロールする
場合は励磁に入力エネルギーの一部を消費するので効率
の低下がさけられなかつた。本発明は、上記の点に鑑み
風車、発電機等を変更することなく負荷制御により最大
電力取得することを目的とする。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、風車や発電機を変更することなく効率よく風車エ
ネルギーを取得するために、発電機とバッテリー間に負
荷制御装置を設け、風車が常に効率良く回転するよう
に、発電機側から見た負荷を可変するようにした。 【０００５】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示すブロ
ック図であり、風車１から入力した風力エネルギーを発
電機２で電気エネルギーに変換し、交流であれば整流器
２１で直流に変換し、負荷制御装置３を通ってバッテリ
ー４に一時蓄え、最終的に負荷５で消費される。一方、
風速計７から風速Ｖを、回転数センサ６から回転数Ｎ
を、それぞれ負荷制御装置３に入力する。負荷制御装置
３の内部では、入力した風速ＶをＦ／Ｖ変換器３６とＡ
／Ｄ変換器３４を通してＣＰＵ３２に入力するととも
に、回転数ＮをＦ／Ｖ変換器３５とＡ／Ｄ変換器３３を
通してＣＰＵ３２に入力する。ＣＰＵ３２内部では最適
回転数Ｎｔを計算し、回転数Ｎが最適回転数Ｎｔになる
ようにＰＷＭ信号を昇降圧チョッパ３１へ出力する。 【０００６】図３の昇降チョッパ回路はＰＷＭ信号のデ
ュティーを可変すると、入力に対して出力を昇圧したり
降圧したりする基本的な回路である。ＰＷＭ信号が
“Ｈ”になるとＱ１，Ｑ２がＯＮとなり、電流はＱ１か
らＬ１を通りＱ２に流れ、Ｌ１にエネルギーを蓄え、Ｐ
ＷＭ信号が“Ｌ”になるとＱ１，Ｑ２がＯＦＦとなりＬ
１に蓄えられたエネルギーがＤ１からＬ１を通ってＤ２
から出力される。従ってＰＷＭ信号のデュティーが大き
い即ち“Ｈ”が“Ｌ”より時間的に長いと昇圧し、デュ
ティーが小さいと降圧する。 【０００７】変換効率が最大となるような運転条件の下
では、風車の形式が決まれば、ある風速に対して風車出
力が最大となる最適な回転数が決まる。つまり、図２の
負荷特性（ａ）のカーブように、ある風速に対して最適
な負荷トルクが存在し、負荷がその最適値より大きくて
も小さくても変換効率は低下する。変換効率が最大とな
るときの周速比ＴＳＲは、風車形式により決まっている
から、風速が変化しても風車回転数と風速との比例関係
は不変である。 ＴＳＲ＝（Ｎ／６０）×（２πＲ／Ｖ）………（１） Ｒ：プロペラ半径 Ｎ：風車回転数 Ｖ：風速 【０００８】次に、本制御方法のアルゴリズムによる風
力発電装置の基本制御チャートを、図４により説明す
る。入力した風速Ｖから最適回転数Ｎｔを（１）式より
算出し、入力した回転数Ｎと比較する。回転数が低すぎ
る場合は、ＰＷＭ信号のデュティーを小さくして降圧
し、発電機側から見た負荷を軽くする。又、回転数が高
すぎる場合は、ＰＷＭ信号のデュティーを大きくして昇
圧し、発電機側から見た負荷を重くする。回転数が最適
回転数に等しい場合は、ＰＷＭ信号のデュティーを変更
せず現状のままにする。 【０００９】 【発明の効果】以上のように本発明の制御方法によれ
ば、風速と風車の回転数を風車パワー係数が大きい値を
保つ定周速比になるように発電機の負荷制御をすること
により、不規則に変動する風況条件下で、発電機の種類
にかかわらず容易に有効エネルギー取得の可能な風力発
電運転を行うことができ、変動荷重の軽減が図れ、さら
には、起動風速の低減化つまり起動特性の向上が図られ
る。
風車の回転数を変化させる可変速制御運転を主体とした
風力発電装置の制御方法に係り、風速又は発電機出力電
力情報を基に不規則な風況変化条件下に有効にエネルギ
ー取得を可能とする制御方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来小型風車では、ブレードのピッチ角
が固定で発電機の励磁は永久磁石を使用したものが多
く、発電機の出力は、図５のような構成でバッテリーに
直接充電していた。大型風車では、ブレードのピッチ角
を制御して定回転数制御や、発電機の励磁をコントロー
ルして定周速比制御をしていた。 【０００３ 】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
小型風車では、図２の負荷特性（ｂ）のカーブのよう
に、微風時にはバッテリー電圧に達せず無駄にエネルギ
ーを捨てており、又、強風時にはバッテリー負荷が発電
機に対して重すぎて十分エネルギーを取得できないでい
た。大型風車では、定回転数制御のためにブレードのピ
ッチ角を可変するので風車ブレードの効率特性を考慮す
ることができず、また発電機の励磁をコントロールする
場合は励磁に入力エネルギーの一部を消費するので効率
の低下がさけられなかつた。本発明は、上記の点に鑑み
風車、発電機等を変更することなく負荷制御により最大
電力取得することを目的とする。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、風車や発電機を変更することなく効率よく風車エ
ネルギーを取得するために、発電機とバッテリー間に負
荷制御装置を設け、風車が常に効率良く回転するよう
に、発電機側から見た負荷を可変するようにした。 【０００５】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示すブロ
ック図であり、風車１から入力した風力エネルギーを発
電機２で電気エネルギーに変換し、交流であれば整流器
２１で直流に変換し、負荷制御装置３を通ってバッテリ
ー４に一時蓄え、最終的に負荷５で消費される。一方、
風速計７から風速Ｖを、回転数センサ６から回転数Ｎ
を、それぞれ負荷制御装置３に入力する。負荷制御装置
３の内部では、入力した風速ＶをＦ／Ｖ変換器３６とＡ
／Ｄ変換器３４を通してＣＰＵ３２に入力するととも
に、回転数ＮをＦ／Ｖ変換器３５とＡ／Ｄ変換器３３を
通してＣＰＵ３２に入力する。ＣＰＵ３２内部では最適
回転数Ｎｔを計算し、回転数Ｎが最適回転数Ｎｔになる
ようにＰＷＭ信号を昇降圧チョッパ３１へ出力する。 【０００６】図３の昇降チョッパ回路はＰＷＭ信号のデ
ュティーを可変すると、入力に対して出力を昇圧したり
降圧したりする基本的な回路である。ＰＷＭ信号が
“Ｈ”になるとＱ１，Ｑ２がＯＮとなり、電流はＱ１か
らＬ１を通りＱ２に流れ、Ｌ１にエネルギーを蓄え、Ｐ
ＷＭ信号が“Ｌ”になるとＱ１，Ｑ２がＯＦＦとなりＬ
１に蓄えられたエネルギーがＤ１からＬ１を通ってＤ２
から出力される。従ってＰＷＭ信号のデュティーが大き
い即ち“Ｈ”が“Ｌ”より時間的に長いと昇圧し、デュ
ティーが小さいと降圧する。 【０００７】変換効率が最大となるような運転条件の下
では、風車の形式が決まれば、ある風速に対して風車出
力が最大となる最適な回転数が決まる。つまり、図２の
負荷特性（ａ）のカーブように、ある風速に対して最適
な負荷トルクが存在し、負荷がその最適値より大きくて
も小さくても変換効率は低下する。変換効率が最大とな
るときの周速比ＴＳＲは、風車形式により決まっている
から、風速が変化しても風車回転数と風速との比例関係
は不変である。 ＴＳＲ＝（Ｎ／６０）×（２πＲ／Ｖ）………（１） Ｒ：プロペラ半径 Ｎ：風車回転数 Ｖ：風速 【０００８】次に、本制御方法のアルゴリズムによる風
力発電装置の基本制御チャートを、図４により説明す
る。入力した風速Ｖから最適回転数Ｎｔを（１）式より
算出し、入力した回転数Ｎと比較する。回転数が低すぎ
る場合は、ＰＷＭ信号のデュティーを小さくして降圧
し、発電機側から見た負荷を軽くする。又、回転数が高
すぎる場合は、ＰＷＭ信号のデュティーを大きくして昇
圧し、発電機側から見た負荷を重くする。回転数が最適
回転数に等しい場合は、ＰＷＭ信号のデュティーを変更
せず現状のままにする。 【０００９】 【発明の効果】以上のように本発明の制御方法によれ
ば、風速と風車の回転数を風車パワー係数が大きい値を
保つ定周速比になるように発電機の負荷制御をすること
により、不規則に変動する風況条件下で、発電機の種類
にかかわらず容易に有効エネルギー取得の可能な風力発
電運転を行うことができ、変動荷重の軽減が図れ、さら
には、起動風速の低減化つまり起動特性の向上が図られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御システム構成を示すブロック図で
ある。 【図２】風車の風速に対する回転速度と出力の関係図で
ある。 【図３】昇降圧チョッパの基本回路図である。 【図４】本発明の制御フローチャートである。 【図５】従来の風力発電装置を示すブロック図である。 【符号の説明】 １ 風車 ２ 発電機 ３ 負荷制御装置 ４ バッテリー ５ 負荷 ６ 回転数センサ ７ 風速計 ２１ 整流器 ３１ 昇降圧チョッパ ３２ ＣＰＵ ３３，３４ Ａ／Ｄ変換器 ３５，３６ Ｆ／Ｖ変換器 Ｎ 風車回転数 Ｖ 風速
ある。 【図２】風車の風速に対する回転速度と出力の関係図で
ある。 【図３】昇降圧チョッパの基本回路図である。 【図４】本発明の制御フローチャートである。 【図５】従来の風力発電装置を示すブロック図である。 【符号の説明】 １ 風車 ２ 発電機 ３ 負荷制御装置 ４ バッテリー ５ 負荷 ６ 回転数センサ ７ 風速計 ２１ 整流器 ３１ 昇降圧チョッパ ３２ ＣＰＵ ３３，３４ Ａ／Ｄ変換器 ３５，３６ Ｆ／Ｖ変換器 Ｎ 風車回転数 Ｖ 風速
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB04 BB08 BB11
CC01 CC22 CC32 CC52 CC54
CC57 CC58 CC62 CC73
5G003 AA07 BA01 DA04 GB03 GC05
5H590 AA08 AA22 CA14 CC01 CD01
CE01 CE05 EA13 EB12 EB14
FA08 FB01 FB03 GA02 GA06
HA11 HA27
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 風力発電装置の発電機と負荷の間に、風
速及び風車回転数情報で昇降圧型スイッチング・レギュ
レータのＰＷＭを調整して、発電機出力側から見た負荷
を可変し、発電機出力電圧を制御することにより、結果
的に発電機及び風車の回転数を制御し、パワー係数の大
きい値を保つ定周速比制御を行う風力発電装置の最大電
力取得制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001304221A JP2003070296A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 風力発電装置の最大電力取得制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001304221A JP2003070296A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 風力発電装置の最大電力取得制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003070296A true JP2003070296A (ja) | 2003-03-07 |
Family
ID=19124172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001304221A Pending JP2003070296A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 風力発電装置の最大電力取得制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003070296A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005110476A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-21 | Honma Kogyo Kk | エネルギー・パック・システム |
| WO2005040606A1 (ja) * | 2003-10-24 | 2005-05-06 | Shinko Electric Co., Ltd. | 電源装置、発電装置および風力発電装置 |
| JP2007336760A (ja) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 風力発電制御システム及びインバータ装置 |
| JP2012524865A (ja) * | 2009-04-24 | 2012-10-18 | ハイウィンド アーエス | 風力タービン装置の波動エネルギの抽出 |
| JP2013053592A (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Tokyo Institute Of Technology | ウィンドファーム |
| JP2013236435A (ja) * | 2012-05-08 | 2013-11-21 | Mitsubishi Electric Corp | 昇降圧ｄｃ／ｄｃコンバータ |
-
2001
- 2001-08-24 JP JP2001304221A patent/JP2003070296A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005110476A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-21 | Honma Kogyo Kk | エネルギー・パック・システム |
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| US7141887B2 (en) | 2003-10-24 | 2006-11-28 | Shinko Electric Co., Ltd. | Power supply unit, generator, and wind turbine generator |
| KR101044153B1 (ko) | 2003-10-24 | 2011-06-24 | 신꼬오 덴기 가부시키가이샤 | 전원 장치, 발전 장치 및 풍력 발전 장치 |
| EP1698781A4 (en) * | 2003-10-24 | 2015-11-25 | Sinfonia Technology Co Ltd | POWER SOURCE, GENERATOR AND WINDMILL |
| JP2007336760A (ja) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 風力発電制御システム及びインバータ装置 |
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| US9702344B2 (en) | 2009-04-24 | 2017-07-11 | Hywind As | Control method for a floating wind turbine |
| JP2013053592A (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Tokyo Institute Of Technology | ウィンドファーム |
| JP2013236435A (ja) * | 2012-05-08 | 2013-11-21 | Mitsubishi Electric Corp | 昇降圧ｄｃ／ｄｃコンバータ |
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