JP2003333752A - 二次電池を備えた風力発電装置 - Google Patents
二次電池を備えた風力発電装置Info
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- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Abstract
(57)【要約】
【課題】風車の利用率の向上と、風車の出力変動による
出力電力の変動を抑制する。 【解決手段】本発明の風力発電装置は、風車の軸に同期
発電機の回転子が接続され、前記同期発電機の固定子に
接続する順変換器と、前記順変換器に接続しかつ電力系
統に接続する逆変換器とを備え、前記同期発電機の可変
周波数の発電電力を前記順変換器で直流電力に変換し、
前記逆変換器で前記直流電力を固定周波数の交流電力に
変換し、前記順変換器と前記逆変換器の間に充放電可能
な二次電池を直結し、電力系統へ出力する有効電力の変
動を抑制するように前記二次電池を常時充放電制御す
る。
出力電力の変動を抑制する。 【解決手段】本発明の風力発電装置は、風車の軸に同期
発電機の回転子が接続され、前記同期発電機の固定子に
接続する順変換器と、前記順変換器に接続しかつ電力系
統に接続する逆変換器とを備え、前記同期発電機の可変
周波数の発電電力を前記順変換器で直流電力に変換し、
前記逆変換器で前記直流電力を固定周波数の交流電力に
変換し、前記順変換器と前記逆変換器の間に充放電可能
な二次電池を直結し、電力系統へ出力する有効電力の変
動を抑制するように前記二次電池を常時充放電制御す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風車によって駆動
される同期発電機の出力変動を抑制する二次電池を備え
た風力発電装置に関する。
される同期発電機の出力変動を抑制する二次電池を備え
た風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術の風力発電システムを説明す
る。風車は同期発電機に接続され、風のエネルギーで風
車が回転し、風車が同期発電機を駆動して同期発電機が
発電する。同期発電機が出力する交流電力を順変換器で
直流電力に変換し、さらに逆変換器によって商用周波数
の交流電力に変換して電力系統に供給している。このよ
うな従来技術の例が、特開２０００−３４５９５２号公
報に開示されている。
る。風車は同期発電機に接続され、風のエネルギーで風
車が回転し、風車が同期発電機を駆動して同期発電機が
発電する。同期発電機が出力する交流電力を順変換器で
直流電力に変換し、さらに逆変換器によって商用周波数
の交流電力に変換して電力系統に供給している。このよ
うな従来技術の例が、特開２０００−３４５９５２号公
報に開示されている。
【０００３】このような従来技術の風力発電システムで
は、出力電力が風速の変動に大きく影響される。風速変
動に起因する出力変動は電力系統の周波数や電圧を変動
させ、電力系統に影響を与えるので、風力発電システム
を導入する場合には、このような出力電力の変動を抑制
することが必須となる。そこで、風車のブレードの角度
を風速に応じて変化させて、風車への機械的入力を調節
するピッチ制御で風速変動に起因する出力変動を抑制す
る方法が採られている。さらに順変換器による同期発電
機の出力制御も合わせて行われている。
は、出力電力が風速の変動に大きく影響される。風速変
動に起因する出力変動は電力系統の周波数や電圧を変動
させ、電力系統に影響を与えるので、風力発電システム
を導入する場合には、このような出力電力の変動を抑制
することが必須となる。そこで、風車のブレードの角度
を風速に応じて変化させて、風車への機械的入力を調節
するピッチ制御で風速変動に起因する出力変動を抑制す
る方法が採られている。さらに順変換器による同期発電
機の出力制御も合わせて行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
ピッチ制御では風から受けるトルクを逃がすために、特
に定格以下の低風速領域で出力変動抑制を行うと、風車
の利用率が低下する問題がある。風車では風のエネルギ
ーを最も効率良く利用できるピッチの角度が決まってお
り、風車の利用率を向上するためには、最適な角度で運
転することが最も良いが、そのような角度に設定すると
出力変動が大きくなる。また、風が急に止んだ場合や風
車が機械的なトラブル等によって急停止した場合には、
風車のブレードが回転せず発電できないので、風車出力
に変動が生じる。
ピッチ制御では風から受けるトルクを逃がすために、特
に定格以下の低風速領域で出力変動抑制を行うと、風車
の利用率が低下する問題がある。風車では風のエネルギ
ーを最も効率良く利用できるピッチの角度が決まってお
り、風車の利用率を向上するためには、最適な角度で運
転することが最も良いが、そのような角度に設定すると
出力変動が大きくなる。また、風が急に止んだ場合や風
車が機械的なトラブル等によって急停止した場合には、
風車のブレードが回転せず発電できないので、風車出力
に変動が生じる。
【０００５】本発明は、風力発電システムで風車の利用
率を向上しつつ、出力電力の変動を抑制することを目的
とする。
率を向上しつつ、出力電力の変動を抑制することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の風力発電装置
は、風車の軸に同期発電機の回転子が接続され、前記同
期発電機の固定子に接続する順変換器と、前記順変換器
に接続しかつ電力系統に接続する逆変換器とを備え、前
記同期発電機の可変周波数の発電電力を前記順変換器で
直流電力に変換し、前記逆変換器で前記直流電力を固定
周波数の交流電力に変換し、前記順変換器と前記逆変換
器の間に充放電可能な二次電池を電圧変換装置を介する
ことなく直結し、電力系統へ出力する有効電力の変動を
抑制するように前記二次電池を常時充放電する。
は、風車の軸に同期発電機の回転子が接続され、前記同
期発電機の固定子に接続する順変換器と、前記順変換器
に接続しかつ電力系統に接続する逆変換器とを備え、前
記同期発電機の可変周波数の発電電力を前記順変換器で
直流電力に変換し、前記逆変換器で前記直流電力を固定
周波数の交流電力に変換し、前記順変換器と前記逆変換
器の間に充放電可能な二次電池を電圧変換装置を介する
ことなく直結し、電力系統へ出力する有効電力の変動を
抑制するように前記二次電池を常時充放電する。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。
づいて説明する。
【０００８】（実施例１）図１は本実施例の全体構成を
示す。図１に示すように、同期発電機２の回転子が風車
１の軸に接続しており、風のエネルギーで風車１が回転
すると、同期発電機２が風車１の回転速度に応じて可変
周波数の交流電力を発生する。本実施例の同期発電機２
の定格出力は１０ｋＷ〜６００ｋＷ程度である。同期発
電機２の固定子には順変換器３が接続しており、同期発
電機２で発生する周波数可変の交流電力を順変換器３に
よって直流電力に変換する。順変換器３は二次電池４を
介して逆変換器５に直流で接続している。二次電池４に
は、鉛蓄電池，ニッケルカドミニウム電池，ニッケル水
素電池，リチウムイオン電池などを適用できる。
示す。図１に示すように、同期発電機２の回転子が風車
１の軸に接続しており、風のエネルギーで風車１が回転
すると、同期発電機２が風車１の回転速度に応じて可変
周波数の交流電力を発生する。本実施例の同期発電機２
の定格出力は１０ｋＷ〜６００ｋＷ程度である。同期発
電機２の固定子には順変換器３が接続しており、同期発
電機２で発生する周波数可変の交流電力を順変換器３に
よって直流電力に変換する。順変換器３は二次電池４を
介して逆変換器５に直流で接続している。二次電池４に
は、鉛蓄電池，ニッケルカドミニウム電池，ニッケル水
素電池，リチウムイオン電池などを適用できる。
【０００９】逆変換器５は順変換器３や二次電池４が供
給する直流電力を、固定周波数の交流電力に変換する。
逆変換器５は系統連系用変圧器６を介して、固定周波数
の交流電力を電力系統に供給する。同期発電機２と順変
換器３との間には、電圧検出器７と電流検出器８とが設
置してあり、電圧検出器７で同期発電機２の端子電圧
を、電流検出器８で同期発電機２の固定子に流れる電流
を検出する。検出した電圧，電流値を３相／２相変換器
１７で有効分と無効分との２軸成分に変換する。
給する直流電力を、固定周波数の交流電力に変換する。
逆変換器５は系統連系用変圧器６を介して、固定周波数
の交流電力を電力系統に供給する。同期発電機２と順変
換器３との間には、電圧検出器７と電流検出器８とが設
置してあり、電圧検出器７で同期発電機２の端子電圧
を、電流検出器８で同期発電機２の固定子に流れる電流
を検出する。検出した電圧，電流値を３相／２相変換器
１７で有効分と無効分との２軸成分に変換する。
【００１０】有効電力検出器９は３相／２相変換器１７
の出力する２軸成分の信号に基づいて同期発電機２が出
力する有効電力を検出し、無効電力検出器１０は３相／
２相変換器１７が出力する２軸成分の信号に基づいて、
同期発電機２が出力する無効電力を検出する。
の出力する２軸成分の信号に基づいて同期発電機２が出
力する有効電力を検出し、無効電力検出器１０は３相／
２相変換器１７が出力する２軸成分の信号に基づいて、
同期発電機２が出力する無効電力を検出する。
【００１１】回転速度検出器１１は３相／２相変換器１
７が出力する２軸成分の信号に基づいて風車１の回転速
度を検出する。風車１の回転速度と回転速度指令との偏
差を回転速度制御器１２に入力する。回転速度制御器１
２の出力が順変換器３への有効電力指令となる。回転速
度制御器１２は例えば比例積分制御系によって構成され
る。
７が出力する２軸成分の信号に基づいて風車１の回転速
度を検出する。風車１の回転速度と回転速度指令との偏
差を回転速度制御器１２に入力する。回転速度制御器１
２の出力が順変換器３への有効電力指令となる。回転速
度制御器１２は例えば比例積分制御系によって構成され
る。
【００１２】風車１の回転速度が回転速度指令よりも大
きい場合には回転速度制御器１２の出力が大きくなり、
順変換器３への有効電力指令を大きくして、同期発電機
２の出力する有効電力を大きくする。この結果、風が風
車１に与える機械的入力より、同期発電機２が出力する
有効電力が大きくなると入力が不足するが、入力の不足
分は風車１のブレードに蓄えられた慣性エネルギーで補
うため、風車１の回転速度が低下し、回転速度指令に追
従する。
きい場合には回転速度制御器１２の出力が大きくなり、
順変換器３への有効電力指令を大きくして、同期発電機
２の出力する有効電力を大きくする。この結果、風が風
車１に与える機械的入力より、同期発電機２が出力する
有効電力が大きくなると入力が不足するが、入力の不足
分は風車１のブレードに蓄えられた慣性エネルギーで補
うため、風車１の回転速度が低下し、回転速度指令に追
従する。
【００１３】逆に風車１の回転速度が回転速度指令より
も小さい場合には回転速度制御器１２の出力が小さくな
って、順変換器３への有効電力指令が小さくなり、同期
発電機２が出力する有効電力が小さくなる。この結果、
風が風車１に与える機械的入力よりも同期発電機２の出
力する有効電力が小さくなり入力が余剰になるが、入力
の余剰分は風車１のブレードに慣性エネルギーとして蓄
えられることになって、風車１の回転速度が上昇し、回
転速度指令に追従する。
も小さい場合には回転速度制御器１２の出力が小さくな
って、順変換器３への有効電力指令が小さくなり、同期
発電機２が出力する有効電力が小さくなる。この結果、
風が風車１に与える機械的入力よりも同期発電機２の出
力する有効電力が小さくなり入力が余剰になるが、入力
の余剰分は風車１のブレードに慣性エネルギーとして蓄
えられることになって、風車１の回転速度が上昇し、回
転速度指令に追従する。
【００１４】有効電力制御器１３は、回転速度制御器１
２の出力する有効電力指令と有効電力検出器９の検出す
る有効電力検出値との偏差を入力して、順変換器３への
電流指令の有効分を出力する。無効電力制御器１４は、
外部から与えられる無効電力指令と、無効電力検出器１
０が出力する無効電力検出値との偏差を入力して、順変
換器３への電流指令の無効分を出力する。有効電力制御
器１３と無効電力制御器１４とはいずれも例えば比例積
分制御系によって構成され、有効電力指令と有効電力検
出値との偏差及び無効電力指令と無効電力検出値との偏
差とが零になるように順変換器３への電流指令を決定す
る。
２の出力する有効電力指令と有効電力検出器９の検出す
る有効電力検出値との偏差を入力して、順変換器３への
電流指令の有効分を出力する。無効電力制御器１４は、
外部から与えられる無効電力指令と、無効電力検出器１
０が出力する無効電力検出値との偏差を入力して、順変
換器３への電流指令の無効分を出力する。有効電力制御
器１３と無効電力制御器１４とはいずれも例えば比例積
分制御系によって構成され、有効電力指令と有効電力検
出値との偏差及び無効電力指令と無効電力検出値との偏
差とが零になるように順変換器３への電流指令を決定す
る。
【００１５】電流制御器１５は、３相／２相変換器１７
が出力する２軸成分の電流検出値と、有効電力制御器１
３が出力する順変換器３への電流指令の有効分と、無効
電力制御器１４が出力する順変換器３への電流指令の無
効分とを入力し、順変換器３への出力電圧指令を出力す
る。電流制御器１５は例えば比例積分制御系によって構
成され、電流検出値と電流指令の偏差が零になるように
順変換器３への出力電圧指令を決定する。電流制御器１
５が出力する順変換器３への出力電圧指令は２軸成分の
電圧指令であるので、２相／３相変換器１８によって３
相の電圧指令に変換する。
が出力する２軸成分の電流検出値と、有効電力制御器１
３が出力する順変換器３への電流指令の有効分と、無効
電力制御器１４が出力する順変換器３への電流指令の無
効分とを入力し、順変換器３への出力電圧指令を出力す
る。電流制御器１５は例えば比例積分制御系によって構
成され、電流検出値と電流指令の偏差が零になるように
順変換器３への出力電圧指令を決定する。電流制御器１
５が出力する順変換器３への出力電圧指令は２軸成分の
電圧指令であるので、２相／３相変換器１８によって３
相の電圧指令に変換する。
【００１６】パルス発生器１６は、２相／３相変換器１
８が出力する順変換器３への３相出力電圧指令を入力し
て、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によって順変換
器３へのゲートパルス信号を出力する。順変換器３はゲ
ートパルス信号を受け、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ
等の電力半導体スイッチング素子を高速にスイッチング
させて、指令に応じた電圧を出力する。
８が出力する順変換器３への３相出力電圧指令を入力し
て、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によって順変換
器３へのゲートパルス信号を出力する。順変換器３はゲ
ートパルス信号を受け、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ
等の電力半導体スイッチング素子を高速にスイッチング
させて、指令に応じた電圧を出力する。
【００１７】逆変換器５と系統連系用変圧器６との間に
は電圧検出器２３と電流検出器２４が設置し、電圧検出
器２３で系統電圧を、電流検出器２４で系統へ流れる電
流を検出する。検出した電圧，電流値を３相／２相変換
器３１で有効分と無効分の２軸成分に変換する。
は電圧検出器２３と電流検出器２４が設置し、電圧検出
器２３で系統電圧を、電流検出器２４で系統へ流れる電
流を検出する。検出した電圧，電流値を３相／２相変換
器３１で有効分と無効分の２軸成分に変換する。
【００１８】有効電力検出器２５は、３相／２相変換器
３１が出力する２軸成分の信号に基づいて逆変換器５が
系統側へ出力する有効電力を検出し、無効電力検出器２
６は、３相／２相変換器３１が出力する２軸成分の信号
に基づいて逆変換器５が系統側へ出力する無効電力を検
出する。
３１が出力する２軸成分の信号に基づいて逆変換器５が
系統側へ出力する有効電力を検出し、無効電力検出器２
６は、３相／２相変換器３１が出力する２軸成分の信号
に基づいて逆変換器５が系統側へ出力する無効電力を検
出する。
【００１９】有効電力制御器２７は、逆変換器５への有
効電力指令と有効電力検出器２５の検出する有効電力検
出値との偏差を入力し、逆変換器５への電流指令の有効
分を出力する。無効電力制御器２８は、外部より与えら
れる無効電力指令と無効電力検出器２６が出力する無効
電力検出値の偏差を入力し、逆変換器５への電流指令の
無効分を出力する。有効電力制御器２７と無効電力制御
器２８とはいずれも例えば比例積分制御系によって構成
され、有効電力指令と有効電力検出値との偏差及び無効
電力指令と無効電力検出値との偏差が零になるように逆
変換器５への電流指令を決定する。
効電力指令と有効電力検出器２５の検出する有効電力検
出値との偏差を入力し、逆変換器５への電流指令の有効
分を出力する。無効電力制御器２８は、外部より与えら
れる無効電力指令と無効電力検出器２６が出力する無効
電力検出値の偏差を入力し、逆変換器５への電流指令の
無効分を出力する。有効電力制御器２７と無効電力制御
器２８とはいずれも例えば比例積分制御系によって構成
され、有効電力指令と有効電力検出値との偏差及び無効
電力指令と無効電力検出値との偏差が零になるように逆
変換器５への電流指令を決定する。
【００２０】有効電力制御器２７へ入力する有効電力指
令は、有効電力検出器９が出力する有効電力検出値と二
次電池４の残容量とから決定する。二次電池４の残容量
は、残容量検出器２０で二次電池４に流れる電流の電流
検出器１９の出力を積算して求める。有効電力検出器９
と残容量制御器２２との間に配置したフィルタ２１は、
有効電力検出器９の出力から変動分を除去する高周波成
分除去フィルタである。
令は、有効電力検出器９が出力する有効電力検出値と二
次電池４の残容量とから決定する。二次電池４の残容量
は、残容量検出器２０で二次電池４に流れる電流の電流
検出器１９の出力を積算して求める。有効電力検出器９
と残容量制御器２２との間に配置したフィルタ２１は、
有効電力検出器９の出力から変動分を除去する高周波成
分除去フィルタである。
【００２１】二次電池４の残容量検出値が予め定めた一
定範囲内である場合には、残容量制御器２２はフィルタ
２１の出力を有効電力制御器２７への有効電力指令とす
る。このようにすることで、同期発電機２の出力する有
効電力に含まれる変動成分は二次電池４が充放電するこ
とで補償されるので、逆変換器５が系統へ出力する有効
電力は、同期発電機２が出力する有効電力から変動成分
の除去されたものとなり、系統電圧や系統周波数に影響
を与えない。
定範囲内である場合には、残容量制御器２２はフィルタ
２１の出力を有効電力制御器２７への有効電力指令とす
る。このようにすることで、同期発電機２の出力する有
効電力に含まれる変動成分は二次電池４が充放電するこ
とで補償されるので、逆変換器５が系統へ出力する有効
電力は、同期発電機２が出力する有効電力から変動成分
の除去されたものとなり、系統電圧や系統周波数に影響
を与えない。
【００２２】一方、二次電池４の残容量検出値が予め定
めた一定範囲を超える場合には、残容量制御器２２は有
効電力制御器２７への有効電力指令を調整する。これは
二次電池４の残容量を適切な範囲に制御して運用しない
と二次電池４の劣化等を招き、その寿命が低下するため
である。したがって、残容量制御器２２は二次電池４の
残容量を監視しながら、二次電池４の残容量が予め定め
た一定範囲内に入るように制御する機能を備える。
めた一定範囲を超える場合には、残容量制御器２２は有
効電力制御器２７への有効電力指令を調整する。これは
二次電池４の残容量を適切な範囲に制御して運用しない
と二次電池４の劣化等を招き、その寿命が低下するため
である。したがって、残容量制御器２２は二次電池４の
残容量を監視しながら、二次電池４の残容量が予め定め
た一定範囲内に入るように制御する機能を備える。
【００２３】電流制御器２９への入力は、３相／２相変
換器３１が出力する２軸成分の電流検出値と、有効電力
制御器２７が出力する逆変換器５への電流指令の有効分
と、無効電力制御器２８が出力する逆変換器５への電流
指令の無効分とである。電流制御器２９は逆変換器５へ
の出力電圧指令を出力する。電流制御器２９は例えば比
例積分制御系によって構成され、電流検出値と電流指令
との偏差が零になるように逆変換器５への出力電圧指令
を決定する。電流制御器２９の出力する逆変換器５への
出力電圧指令は２軸成分の電圧指令であるので、２相／
３相変換器３２によって３相の電圧指令に変換する。
換器３１が出力する２軸成分の電流検出値と、有効電力
制御器２７が出力する逆変換器５への電流指令の有効分
と、無効電力制御器２８が出力する逆変換器５への電流
指令の無効分とである。電流制御器２９は逆変換器５へ
の出力電圧指令を出力する。電流制御器２９は例えば比
例積分制御系によって構成され、電流検出値と電流指令
との偏差が零になるように逆変換器５への出力電圧指令
を決定する。電流制御器２９の出力する逆変換器５への
出力電圧指令は２軸成分の電圧指令であるので、２相／
３相変換器３２によって３相の電圧指令に変換する。
【００２４】パルス発生器３０は、２相／３相変換器３
２の出力する逆変換器５への３相出力電圧指令に基づい
て、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によって逆変換
器５へのゲートパルス信号を出力する。逆変換器５はゲ
ートパルス信号を受け、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ
等の電力半導体スイッチング素子を高速にスイッチング
させて、指令に応じた電圧を出力する。
２の出力する逆変換器５への３相出力電圧指令に基づい
て、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によって逆変換
器５へのゲートパルス信号を出力する。逆変換器５はゲ
ートパルス信号を受け、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ
等の電力半導体スイッチング素子を高速にスイッチング
させて、指令に応じた電圧を出力する。
【００２５】本実施例の風力発電装置では、以上のよう
な制御系の構成によって、同期発電機２が出力する有効
電力に変動成分が含まれていても、その変動成分を二次
電池４で補償することで、逆変換器５が電力系統に出力
する有効電力からは変動成分が除去され、系統電圧や系
統周波数に影響を与えない。
な制御系の構成によって、同期発電機２が出力する有効
電力に変動成分が含まれていても、その変動成分を二次
電池４で補償することで、逆変換器５が電力系統に出力
する有効電力からは変動成分が除去され、系統電圧や系
統周波数に影響を与えない。
【００２６】図２に本実施例の同期発電機２の出力と、
二次電池４の出力と、逆変換器５の出力との関係を示
す。図２に示すように、風速の変動等で同期発電機２の
出力に高周波変動成分が加わっている場合を説明する。
この場合、有効電力検出器９はその高周波変動成分の乗
った発電機出力を検出する。検出した発電機出力はフィ
ルタ２１によって変動成分が除去される。ここで、二次
電池４の残容量が適切な範囲であれば、フィルタ２１の
出力が逆変換器５への有効電力指令となるので、図２に
示すように逆変換器５の出力は同期発電機２の出力から
高周波変動成分が除去されたものになる。二次電池４の
出力は同期発電機２と逆変換器５の出力の差分であり、
二次電池４が充放電して高周波変動成分を吸収する。
二次電池４の出力と、逆変換器５の出力との関係を示
す。図２に示すように、風速の変動等で同期発電機２の
出力に高周波変動成分が加わっている場合を説明する。
この場合、有効電力検出器９はその高周波変動成分の乗
った発電機出力を検出する。検出した発電機出力はフィ
ルタ２１によって変動成分が除去される。ここで、二次
電池４の残容量が適切な範囲であれば、フィルタ２１の
出力が逆変換器５への有効電力指令となるので、図２に
示すように逆変換器５の出力は同期発電機２の出力から
高周波変動成分が除去されたものになる。二次電池４の
出力は同期発電機２と逆変換器５の出力の差分であり、
二次電池４が充放電して高周波変動成分を吸収する。
【００２７】図３はフィルタ２１の時定数を図２より長
くした場合である。フィルタ２１の時定数をこのように
長くすると低い周波数成分の変動も二次電池４で吸収で
きる。フィルタ２１の時定数は二次電池４による変動補
償を継続する時間を考慮して決定すればよい。通常はこ
の時間を５分から６０分程度に設定すればよい。この範
囲に設定すると、仮に風車が急停止して同期発電機２の
出力が零になっても、逆変換器５への有効電力指令が５
分から６０分のオーダで零に近づいていくので、逆変換
器５が電力系統に出力する有効電力も二次電池４が補償
することによって５分から６０分のオーダでゆっくり変
化する。そのため、系統電圧や系統周波数に影響を与え
ない。なお、このとき二次電池４の容量は、風力発電装
置の定格出力を５分から６０分間出力できる容量以上が
必要である。
くした場合である。フィルタ２１の時定数をこのように
長くすると低い周波数成分の変動も二次電池４で吸収で
きる。フィルタ２１の時定数は二次電池４による変動補
償を継続する時間を考慮して決定すればよい。通常はこ
の時間を５分から６０分程度に設定すればよい。この範
囲に設定すると、仮に風車が急停止して同期発電機２の
出力が零になっても、逆変換器５への有効電力指令が５
分から６０分のオーダで零に近づいていくので、逆変換
器５が電力系統に出力する有効電力も二次電池４が補償
することによって５分から６０分のオーダでゆっくり変
化する。そのため、系統電圧や系統周波数に影響を与え
ない。なお、このとき二次電池４の容量は、風力発電装
置の定格出力を５分から６０分間出力できる容量以上が
必要である。
【００２８】次に、本実施例での二次電池４の残容量と
出力との関係を説明する。二次電池４の残容量が予め定
めた一定範囲内である場合は、同期発電機２が出力する
有効電力から変動成分の除去したものが逆変換器５への
有効電力指令になるので、二次電池４から変動成分を補
償するように電力を出力する。一方、二次電池４の残容
量が予め定めた一定範囲を超える場合には、残容量制御
器２２によって逆変換器５への有効電力指令の調整を行
うために、二次電池４の出力は単純に変動成分を補償す
るだけではなくなる。
出力との関係を説明する。二次電池４の残容量が予め定
めた一定範囲内である場合は、同期発電機２が出力する
有効電力から変動成分の除去したものが逆変換器５への
有効電力指令になるので、二次電池４から変動成分を補
償するように電力を出力する。一方、二次電池４の残容
量が予め定めた一定範囲を超える場合には、残容量制御
器２２によって逆変換器５への有効電力指令の調整を行
うために、二次電池４の出力は単純に変動成分を補償す
るだけではなくなる。
【００２９】図４（Ａ）から図４（Ｃ）に二次電池４の
残容量が予め定めた残容量範囲を下回った場合の動作を
表す。図４（Ａ）は残容量検出器２０の出力を、図４
（Ｂ）は残容量制御器２２の出力を、図４（Ｃ）は有効
電力制御器２７の制御によって二次電池４に充放電され
る出力を表す。二次電池４の残容量が図４（Ａ）に示す
ように残容量範囲の下限値を下回ると、残容量制御器２
２は図４（Ｂ）に示すように逆変換器５への有効電力指
令を減少させる。これに伴って二次電池４の出力が図４
（Ｃ）に示すように減少し、二次電池４が放電状態から
充電状態に移行すると二次電池４の残容量が図４（Ａ）
に示すように増加し始める。
残容量が予め定めた残容量範囲を下回った場合の動作を
表す。図４（Ａ）は残容量検出器２０の出力を、図４
（Ｂ）は残容量制御器２２の出力を、図４（Ｃ）は有効
電力制御器２７の制御によって二次電池４に充放電され
る出力を表す。二次電池４の残容量が図４（Ａ）に示す
ように残容量範囲の下限値を下回ると、残容量制御器２
２は図４（Ｂ）に示すように逆変換器５への有効電力指
令を減少させる。これに伴って二次電池４の出力が図４
（Ｃ）に示すように減少し、二次電池４が放電状態から
充電状態に移行すると二次電池４の残容量が図４（Ａ）
に示すように増加し始める。
【００３０】図５（Ａ）から図５（Ｃ）に二次電池４の
残容量が予め定めた残容量範囲を上回った場合の動作を
表す。図５（Ａ）は残容量検出器２０の出力を、図５
（Ｂ）は残容量制御器２２の出力を、図５（Ｃ）は有効
電力制御器２７の制御によって二次電池４に充放電され
る出力を表す。二次電池４の残容量が図５（Ａ）に示す
ように残容量範囲の上限値を上回ると、残容量制御器２
２は図５（Ｂ）に示すように逆変換器５への有効電力指
令を増加させる。これに伴って二次電池４の出力が図５
（Ｃ）に示すように増加し、二次電池４が充電状態から
放電状態に移行し、二次電池４の残容量が図５（Ａ）に
示すように減少し始める。以上のように、二次電池４の
残容量が予め定めた一定範囲を超える場合には、残容量
制御器２２によって二次電池４の残容量が予め定めた一
定範囲内に収まるように制御される。この結果、二次電
池４の劣化を予防し、電池寿命を長くできる。
残容量が予め定めた残容量範囲を上回った場合の動作を
表す。図５（Ａ）は残容量検出器２０の出力を、図５
（Ｂ）は残容量制御器２２の出力を、図５（Ｃ）は有効
電力制御器２７の制御によって二次電池４に充放電され
る出力を表す。二次電池４の残容量が図５（Ａ）に示す
ように残容量範囲の上限値を上回ると、残容量制御器２
２は図５（Ｂ）に示すように逆変換器５への有効電力指
令を増加させる。これに伴って二次電池４の出力が図５
（Ｃ）に示すように増加し、二次電池４が充電状態から
放電状態に移行し、二次電池４の残容量が図５（Ａ）に
示すように減少し始める。以上のように、二次電池４の
残容量が予め定めた一定範囲を超える場合には、残容量
制御器２２によって二次電池４の残容量が予め定めた一
定範囲内に収まるように制御される。この結果、二次電
池４の劣化を予防し、電池寿命を長くできる。
【００３１】図６に二次電池４の端子電圧の変動分ΔＶ
と二次電池出力Ｐとの関係とを示す。ここで、変動分Δ
Ｖは二次電池４の起電力からの変動分を表す。図６に示
すように、二次電池４の端子電圧の変動分ΔＶが正の場
合、二次電池４は充電される。二次電池４の端子電圧の
変動分ΔＶが正ということは二次電池４の端子電圧が大
きくなるということであり、二次電池４の端子電圧を大
きくすると二次電池４を充電させる方向へ動作させるこ
とができる。逆に二次電池４の端子電圧の変動分ΔＶが
負の場合、二次電池４は放電する。二次電池４の端子電
圧の変動分ΔＶが負ということは二次電池４の端子電圧
が小さくなるということであり、二次電池４の端子電圧
を小さくすると二次電池４を放電させる方向へ動作させ
ることができる。このように二次電池４の両端に加える
電圧を制御することで二次電池４の出力を制御すること
も可能であり、同期発電機２が出力する有効電力の変動
に応じて直流電圧を変動させることで風車の出力変動に
よる出力電力の変動を抑制できる。
と二次電池出力Ｐとの関係とを示す。ここで、変動分Δ
Ｖは二次電池４の起電力からの変動分を表す。図６に示
すように、二次電池４の端子電圧の変動分ΔＶが正の場
合、二次電池４は充電される。二次電池４の端子電圧の
変動分ΔＶが正ということは二次電池４の端子電圧が大
きくなるということであり、二次電池４の端子電圧を大
きくすると二次電池４を充電させる方向へ動作させるこ
とができる。逆に二次電池４の端子電圧の変動分ΔＶが
負の場合、二次電池４は放電する。二次電池４の端子電
圧の変動分ΔＶが負ということは二次電池４の端子電圧
が小さくなるということであり、二次電池４の端子電圧
を小さくすると二次電池４を放電させる方向へ動作させ
ることができる。このように二次電池４の両端に加える
電圧を制御することで二次電池４の出力を制御すること
も可能であり、同期発電機２が出力する有効電力の変動
に応じて直流電圧を変動させることで風車の出力変動に
よる出力電力の変動を抑制できる。
【００３２】（実施例２）図７に本実施例を示す。本実
施例は図１から有効電力制御器１３と、無効電力制御器
１４と、無効電力検出器１０とを除いた他は、実施例１
と同じである。本実施例では、回転速度制御器１２の出
力が順変換器３への有効電流指令となり、順変換器３へ
の無効電流指令は外部から与える。
施例は図１から有効電力制御器１３と、無効電力制御器
１４と、無効電力検出器１０とを除いた他は、実施例１
と同じである。本実施例では、回転速度制御器１２の出
力が順変換器３への有効電流指令となり、順変換器３へ
の無効電流指令は外部から与える。
【００３３】このような構成の場合でも、同期発電機２
が出力する有効電力に変動成分が含まれていても、その
変動成分を二次電池４で補償することで、逆変換器５が
電力系統に出力する有効電力からは変動成分が除去さ
れ、系統電圧や系統周波数に影響を与えないようにでき
る。
が出力する有効電力に変動成分が含まれていても、その
変動成分を二次電池４で補償することで、逆変換器５が
電力系統に出力する有効電力からは変動成分が除去さ
れ、系統電圧や系統周波数に影響を与えないようにでき
る。
【００３４】以上のように構成した風力発電システムで
は、風からブレードに入る機械的入力が急に零となった
場合にも、二次電池４から電力を補い緩やかに風力発電
装置の出力電力を緩やかに変化させることができる。
は、風からブレードに入る機械的入力が急に零となった
場合にも、二次電池４から電力を補い緩やかに風力発電
装置の出力電力を緩やかに変化させることができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明の風力発電装置によれば、変動抑
制のためのピッチ制御を行うことなく、風のエネルギー
を最も効率よく得ることのできるピッチの角度で運転す
ることで風車の利用率が向上し、なおかつ風車の出力変
動に伴う出力電力変動を抑制できる。
制のためのピッチ制御を行うことなく、風のエネルギー
を最も効率よく得ることのできるピッチの角度で運転す
ることで風車の利用率が向上し、なおかつ風車の出力変
動に伴う出力電力変動を抑制できる。
【図１】実施例１の風力発電装置の構成図である。
【図２】実施例１の風力発電装置の二次電池による補償
動作説明図である。
動作説明図である。
【図３】フィルタ時定数を大きくした場合の実施例１の
風力発電装置の二次電池による補償動作の説明図であ
る。
風力発電装置の二次電池による補償動作の説明図であ
る。
【図４】実施例１の風力発電装置で二次電池残容量が残
容量範囲下限を下回ったときの動作の説明図である。
容量範囲下限を下回ったときの動作の説明図である。
【図５】実施例１の風力発電装置で二次電池残容量が残
容量範囲上限を上回ったときの動作の説明図である。
容量範囲上限を上回ったときの動作の説明図である。
【図６】実施例１の風力発電装置の二次電池の端子電圧
変動分と出力の関係の説明図である。
変動分と出力の関係の説明図である。
【図７】実施例２の風力発電装置の構成図である。
１…風車、２…同期発電機、３…順変換器、４…二次電
池、５…逆変換器、６…系統連系用変圧器、７，２３…
電圧検出器、８，１９，２４…電流検出器、９，２５…
有効電力検出器、１０，２６…無効電力検出器、１１…
回転速度検出器、１２…回転速度制御器、１３，２７…
有効電力制御器、１４，２８…無効電力制御器、１５，
２９…電流制御器、１６，３０…パルス発生器、１７，
３１…３相／２相変換器、１８，３２…２相／３相変換
器、２０…残容量検出器、２１…フィルタ、２２…残容
量制御器。
池、５…逆変換器、６…系統連系用変圧器、７，２３…
電圧検出器、８，１９，２４…電流検出器、９，２５…
有効電力検出器、１０，２６…無効電力検出器、１１…
回転速度検出器、１２…回転速度制御器、１３，２７…
有効電力制御器、１４，２８…無効電力制御器、１５，
２９…電流制御器、１６，３０…パルス発生器、１７，
３１…３相／２相変換器、１８，３２…２相／３相変換
器、２０…残容量検出器、２１…フィルタ、２２…残容
量制御器。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 前川 聡
茨城県日立市幸町三丁目２番２号 株式会
社日立エンジニアリングサービス内
Ｆターム(参考） 3H078 AA26 BB11 CC32 CC54 CC56
5G066 HB02 HB09 JA02 JB03
5H590 AA01 AA02 AA15 CA14 CC01
CC24 CD01 CD03 CE01 CE05
EB02 EB07 EB21 FA08 FB02
FC12 FC14 GA02 GA06 GA10
HA02 HA04 HA06 HA07 HA27
JA12 JA13 JA19 JB15
Claims (6)
- 【請求項１】風車の軸に同期発電機の回転子が接続さ
れ、前記同期発電機の固定子に接続する順変換器と、前
記順変換器に接続しかつ電力系統に接続する逆変換器と
を備え、前記同期発電機が発生する可変周波数の発電電
力を前記順変換器で直流電力に変換し、前記逆変換器で
前記直流電力を固定周波数の交流電力に変換する風力発
電装置において、 前記順変換器と前記逆変換器との間に二次電池を直結
し、電力系統へ出力する有効電力の変動を抑制するよう
に前記二次電池を充放電制御する制御装置を備えること
を特徴とする風力発電装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記二次電池の充放電
量は前記同期発電機が出力する有効電力と前記逆変換器
が電力系統へ出力する有効電力との差分によって決定す
ることを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記二次電池の充放電
量は前記同期発電機が出力する有効電力の変動に応じて
前記二次電池の端子間の直流電圧を変動させて制御する
ことを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項４】請求項１において、前記順変換器が風車の
回転速度を検出する回転速度検出器と、前記同期発電機
が出力する有効電力を検出する有効電力検出器と、風車
の回転速度を制御する回転速度制御器とを備え、前記逆
変換器は、電力系統へ出力する有効電力を検出する有効
電力検出器と、電力系統へ出力する有効電力を制御する
有効電力制御器とを備えて電力系統へ出力する有効電力
を調整することを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記二次
電池に流れる電流を検出する電流検出器と、該電流検出
器の電流検出値を用いて前記二次電池の残容量を検出す
る残容量検出器と、該残容量検出器が出力する残容量検
出値に応じて前記二次電池の残容量を制御する残容量制
御器とを備えることを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項６】請求項５において、前記順変換器の有効電
力を検出する有効電力検出器の有効電力検出値の変動成
分を除去するフィルタと、前記二次電池の残容量検出器
の出力する残容量検出値が予め定めた一定範囲内にある
場合に、前記フィルタの出力を前記逆変換器の有効電力
制御器への有効電力指令とし、前記残容量検出値が予め
定めた一定範囲を超える場合には、前記逆変換器に備え
た有効電力制御器への有効電力指令を調整して前記残容
量検出値が予め定めた範囲内に入るように前記二次電池
の残容量制御器が制御することを特徴とする風力発電装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002137904A JP4092949B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 二次電池を備えた風力発電装置および変換器制御装置および電力変換器の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002137904A JP4092949B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 二次電池を備えた風力発電装置および変換器制御装置および電力変換器の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003333752A true JP2003333752A (ja) | 2003-11-21 |
| JP4092949B2 JP4092949B2 (ja) | 2008-05-28 |
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ID=29699495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002137904A Expired - Fee Related JP4092949B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 二次電池を備えた風力発電装置および変換器制御装置および電力変換器の制御方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4092949B2 (ja) |
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2002
- 2002-05-14 JP JP2002137904A patent/JP4092949B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4092949B2 (ja) | 2008-05-28 |
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