JP2011127480A - Braking device for wind power generator - Google Patents

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一郎 ▲高▼山
Ichiro Takayama
Yasuhiro Takada
康宏 高田
Takashi Sakai
貴司 酒井
Masahiro Kaneko
昌弘 金子
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a braking device for a wind power generator capable of properly performing braking operation in accordance with an environment. <P>SOLUTION: The problem is solved by having a rotation state detecting means for detecting the rotation state of a wind turbine, a load means connected to a generator and consuming electric power, an electric current detecting means for detecting an electric current outputted from the generator, a selecting switch arranged in series in the load means and capable of switching the connecting state of electrically connecting the load means to the generator and the releasing state of releasing the load means from the generator and a control means for controlling the braking operation of the wind turbine by operating the selecting switch based on a detecting result of the rotation state detecting means and the electric current detecting means. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、強風時等に風力発電機を停止させる風力発電機の制動装置に関し、さらに詳しくは、電磁力によって風車を停止させる風力発電機用制動装置に関する。   The present invention relates to a wind power generator braking device that stops a wind power generator in a strong wind or the like, and more particularly to a wind power generator braking device that stops a wind turbine by electromagnetic force.

近年、地球温暖化などの問題を受け再生可能エネルギである風力を利用した装置の開発が行われている。この風力を利用した装置としては、風車と発電機とを組み合わせて風力を電力に変換し、得られた電力を使用用途に合わせた形に変換して利用する風力発電機がある。   In recent years, in response to problems such as global warming, devices using wind power, which is renewable energy, have been developed. As an apparatus using this wind power, there is a wind power generator that converts wind power into electric power by combining a windmill and a generator, and converts the obtained power into a form suitable for the intended use.

風力発電機では、暴風等の過大風速により風車の回転数が過大に上昇した場合に風車の回転を停止する電磁制動装置(電磁ブレーキ)が備えられている。例えば、特許文献1には、風力によって回転駆動する風車と、風車と一体に回転駆動する永久磁石を含む回転子および回転子に対向配置された電機子回路を有する発電機とを備えた風力発電機の電気ブレーキ装置であって、電機子回路に接続されて風車のブレーキとして機能する短絡装置を設け、短絡装置は、選択的に駆動されることにより、電機子回路を短絡して風車の停止状態を維持することを特徴とする永久磁石型風力発電機の電磁制動装置が記載されている。   The wind power generator is provided with an electromagnetic braking device (electromagnetic brake) that stops the rotation of the windmill when the rotational speed of the windmill is excessively increased due to an excessive wind speed such as a storm. For example, Patent Document 1 discloses a wind turbine that includes a wind turbine that is rotationally driven by wind power, a rotor that includes a permanent magnet that is rotationally driven integrally with the wind turbine, and a generator that has an armature circuit disposed opposite to the rotor. An electrical brake device for a machine, provided with a short-circuit device connected to an armature circuit and functioning as a windmill brake, and the short-circuit device is selectively driven to short-circuit the armature circuit and stop the windmill An electromagnetic braking device for a permanent magnet type wind power generator characterized by maintaining the state is described.

特開2002−339856号公報JP 2002-339856 A

制動装置は、発電機の回転数を検出し、検出した回転数が一定値を超えたら発電機の回路を短絡させ、回生電流により回転負荷を増大させることで風車の回転子の回転を抑制し、停止させる。なお、ブレーキ動作(制動動作)により生じた回生電流は、短絡時の負荷により熱に変換され放出される。なお、放出される熱エネルギは、ブレーキを始動させたときの風車の回転エネルギと風車が停止するまでに生じる風力エネルギの和となる。   The braking device detects the rotational speed of the generator, and when the detected rotational speed exceeds a certain value, the generator circuit is short-circuited, and the rotational load is increased by the regenerative current, thereby suppressing the rotation of the rotor of the windmill. , Stop. The regenerative current generated by the braking operation (braking operation) is converted into heat by the load at the time of short circuit and released. The released thermal energy is the sum of the rotational energy of the windmill when the brake is started and the wind energy generated until the windmill stops.

ここで、制動装置では、風車及び発電機の制動動作を開始する条件としては、風車の回転数や発電機の出力電圧の回転状態等が一定の条件を超えたか否かで判定する。しかしながら、種々の要因が影響するため、回転状態と風速とは比例関係とならない。そのため、回転に対する抵抗が大きいため回転数が低くなっているが強風が吹いており、風車を停止させる状態や、回転に対する抵抗が小さいため、回転数が高くても風車を稼動可能な状態等がある。そのため、安全設計のため、厳しい条件に対応して設定した回転数や出力電圧に基づいて制動動作を行うかを判定すると不要に風車を停止させてしまう場合がある。   Here, in the braking device, the condition for starting the braking operation of the windmill and the generator is determined based on whether the rotational speed of the windmill, the rotational state of the output voltage of the generator, etc. exceed a certain condition. However, since various factors influence, the rotation state and the wind speed are not proportional. For this reason, the rotational speed is low because the resistance to rotation is large, but strong winds are blowing, and the wind turbine is stopped, or the resistance to rotation is small, so that the wind turbine can be operated even if the rotational speed is high. is there. Therefore, for safety design, if it is determined whether to perform a braking operation based on the rotation speed and output voltage set in response to severe conditions, the windmill may be stopped unnecessarily.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、環境に応じて適正に制動動作を行うことができる風力発電機用制動装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the braking device for wind power generators which can perform a braking operation appropriately according to an environment.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、風車の回転エネルギを電力に変換する発電機と、前記発電機で生成された電力を他の機器に出力するコンバータの間に設けられた風力発電機用制動装置であって、前記風車の回転状態を検出する回転状態検出手段と、前記発電機と接続され、電力を消費する負荷手段と、前記発電機から出力される電流を検知する電流検出手段と、前記負荷手段に直列に配置され、前記負荷手段が前記発電機と電気的に接続している接続状態と、前記負荷手段が前記発電機に対して解放されている解放状態とを切り替え可能な選択スイッチと、前記回転状態検出手段及び前記電流検出手段の検出結果に基づいて前記選択スイッチを動作させ、前記風車の制動動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a power supply between a generator that converts rotational energy of a windmill into electric power and a converter that outputs electric power generated by the generator to another device. A braking device for a wind power generator provided, a rotation state detection means for detecting a rotation state of the windmill, a load means connected to the generator and consuming electric power, and a current output from the generator A current detecting means for detecting the load, a connection state in which the load means is electrically connected to the generator, and the load means is released from the generator. A selection switch that can switch between a release state and a control unit that operates the selection switch based on detection results of the rotation state detection unit and the current detection unit to control a braking operation of the windmill. And features.

これにより、運転状態に基づいて制動操作を判定することができ、環境に応じて適正に制動動作を行うことができる。   Thereby, braking operation can be determined based on a driving | running state, and braking operation can be performed appropriately according to an environment.

また、前記制御手段は、前記回転状態検出手段の検出結果と前記電流検出手段の検出結果との関係に基づいて、前記風車の制動動作を開始する閾値回転状態を決定し、前記回転状態検出手段での検出結果が閾値回転状態以上であると判定したら、前記風車の制動動作を開始することが好ましい。   The control means determines a threshold rotation state for starting the braking operation of the windmill based on a relationship between a detection result of the rotation state detection means and a detection result of the current detection means, and the rotation state detection means When it is determined that the detection result at is greater than or equal to the threshold rotation state, it is preferable to start the braking operation of the windmill.

これにより、運転状態に応じて、制動開始の基準を設定することができ、使用可能な条件であっても制動してしまうことを抑制することができる。   Thereby, the reference | standard of a brake start can be set according to a driving | running state, and it can suppress that it brakes even if it is a usable condition.

前記制御手段は、単位時間毎に、前記回転状態と前記電流を検出し、前記風車の制動動作を開始する閾値回転状態を決定することが好ましい。   Preferably, the control means detects the rotation state and the current for each unit time, and determines a threshold rotation state for starting the braking operation of the windmill.

このように一定時間間隔で検出を行うことで、制御手段への計算量の負荷を抑制しつつ、的確に制動動作を制御することができる。   By performing detection at regular time intervals in this way, it is possible to accurately control the braking operation while suppressing the load of calculation amount on the control means.

前記制御手段は、制動動作を開始してからの時間と目標回転状態との関係を少なくとも2種類以上を記憶しており、前記制御手段は、前記制動動作の開始時に前記電流検出手段で検出された電流に基づいて、制動動作を開始してからの時間と目標回転状態との関係を選択し、選択した前記関係から算出される目標回転状態と前記回転状態検出手段の検出結果の回転状態とを比較し、比較結果に基づいて、前記選択スイッチにより接続状態とするか解放状態とするかを決定する。   The control means stores at least two kinds of relationships between the time since the start of the braking operation and the target rotation state, and the control means is detected by the current detection means at the start of the braking operation. A relationship between the time since the start of the braking operation and the target rotation state is selected based on the determined current, and the target rotation state calculated from the selected relationship and the rotation state of the detection result of the rotation state detection means, , And based on the comparison result, the selection switch determines whether to enter the connection state or release state.

これにより、予め設定した条件に沿って風車の回転を減速させることができ、風車の振動や風車で発生する騒音を抑制しつつ、風車の回転速度を低減させることができる。また、運転状態に応じて設定した条件を選択することでより適切に制動動作を制御することができる。   Thereby, rotation of a windmill can be decelerated according to the preset conditions, and the rotation speed of a windmill can be reduced, suppressing the vibration which a windmill and noise generate | occur | produce in a windmill. In addition, the braking operation can be controlled more appropriately by selecting the conditions set according to the driving state.

また、前記回転状態検出手段は、前記回転状態の制御対象として前記発電機から出力される電圧を検出し、前記制御手段は、検出された電圧と、前記目標回転状態の電圧の値を比較して制御を行うことが好ましい。   The rotation state detection means detects a voltage output from the generator as a control object of the rotation state, and the control means compares the detected voltage with the voltage value of the target rotation state. It is preferable to perform control.

これにより、回転状態を簡単にかつ正確に検出することができる。また、発電機の許容条件に即して制御を行うことが可能となる。   Thereby, the rotation state can be detected easily and accurately. In addition, it is possible to perform control according to the allowable conditions of the generator.

また、前記制御手段は、制動操作時に単位時間毎に、前記回転状態検出手段で回転状態を検出し、前記関係から算出される前記目標回転状態と前記回転状態検出手段の検出結果の回転状態とを比較することが好ましい。   Further, the control means detects the rotation state by the rotation state detection means for each unit time during a braking operation, and calculates the target rotation state calculated from the relationship and the rotation state of the detection result of the rotation state detection means. Are preferably compared.

このように一定時間間隔で検出を行うことで、制御手段への計算量の負荷を抑制しつつ、的確に回転状態を制御することができる。   By performing detection at regular time intervals in this way, it is possible to accurately control the rotation state while suppressing the load of calculation amount on the control means.

また、前記制御手段は、前記回転状態検出手段の検出結果の回転状態が前記関係から算出される前記目標回転状態以上である場合は、前記選択スイッチにより前記負荷手段を接続状態とし、前記回転状態検出手段の検出結果の回転状態が前記関係から算出される目標回転状態よりも低い場合は、前記選択スイッチにより前記負荷手段を解放状態とすることが好ましい。   In addition, when the rotation state of the detection result of the rotation state detection unit is equal to or greater than the target rotation state calculated from the relationship, the control unit sets the load unit to a connected state by the selection switch, and the rotation state When the rotation state of the detection result of the detection unit is lower than the target rotation state calculated from the relationship, it is preferable that the load unit is released by the selection switch.

これにより、簡単な制御で、目標回転状態に沿って風車の回転を減速させることができる。   Thereby, rotation of a windmill can be decelerated along a target rotation state by simple control.

本発明にかかる風力発電機用制動装置は、環境に応じて適正に制動動作を行うことができるという効果を奏する。   The wind power generator braking apparatus according to the present invention has an effect that a braking operation can be appropriately performed according to the environment.

図1は、本発明の風力発電機用制動装置を有する風力発電機の一実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a wind power generator having a wind power generator braking device of the present invention. 図2は、制御装置による制御動作の一例を説明するためのグラフである。FIG. 2 is a graph for explaining an example of a control operation by the control device. 図3は、本実施形態に係る制動装置の動作を説明するためのフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the braking device according to the present embodiment. 図4は、本実施形態に係る制動装置の動作を説明するためのフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the braking device according to the present embodiment. 図5は、制御装置による制御動作の一例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating an example of a control operation performed by the control device. 図6−1は、制御装置による制御動作の他の例を示すグラフである。FIG. 6A is a graph illustrating another example of the control operation performed by the control device. 図6−2は、制御装置による制御動作の他の例を示すグラフである。FIG. 6B is a graph illustrating another example of the control operation performed by the control device. 図7は、本発明の風力発電機用制動装置を有する風力発電機の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the wind power generator having the braking device for wind power generator of the present invention.

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態(以下、実施形態という)により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the following modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as embodiments). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range. Furthermore, the constituent elements disclosed in the following embodiments can be appropriately combined.

(実施形態)
図1は、本発明の風力発電機用制動装置を有する風力発電機の一実施形態の概略構成を示す模式図である。風力発電機用制動装置(以下、必要に応じて制動装置という)10は、風力発電機1に組み込まれている。風力発電機1は、発電機2と、この発電機2の入力軸に取り付けられる風車3と、制動装置10とを含んで構成される。風車3が風を受けると風車3が回転する。風車3の回転力は入力軸4を介して発電機2へ入力されて、これを駆動する。これによって、発電機2は電気エネルギを発生する。このように、発電機2は、風力を電気エネルギに変換するエネルギ変換装置である。発電機2が発生した電気エネルギは、制動装置10を介して電力変換装置であるコンバータ5に入力さる。コンバータ5は、発電機2が発生した電気エネルギを変換し、家電製品等の電力消費対象6に出力する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a wind power generator having a wind power generator braking device of the present invention. A wind power generator braking device (hereinafter referred to as a braking device if necessary) 10 is incorporated in the wind power generator 1. The wind power generator 1 includes a power generator 2, a windmill 3 attached to the input shaft of the power generator 2, and a braking device 10. When the windmill 3 receives wind, the windmill 3 rotates. The rotational force of the windmill 3 is input to the generator 2 via the input shaft 4 to drive it. Thereby, the generator 2 generates electrical energy. Thus, the generator 2 is an energy conversion device that converts wind power into electrical energy. The electric energy generated by the generator 2 is input to the converter 5 that is a power conversion device via the braking device 10. The converter 5 converts the electrical energy generated by the generator 2 and outputs it to a power consumption target 6 such as a home appliance.

本実施形態において、制動装置10は、発電機2とコンバータ5との間に配置される。制動装置10は、入力端子Tia、Tibと、出力端子Toa、Tobとを有しており、入力端子Tia、Tibに発電機2の出力端子が接続される。また、制動装置10の出力端子Toa、Tobには、コンバータ5の入力端子が接続される。制動装置10は、発電機2の回路を短絡させ、回生電力により発電機2の回転負荷を増大させながら発電機2を停止させることによって風車3を停止させるものであり、いわゆる電磁制動装置としての機能を発揮する。次に、制動装置10の構成を説明する。   In the present embodiment, the braking device 10 is disposed between the generator 2 and the converter 5. The braking device 10 has input terminals Tia and Tib and output terminals Toa and Tob, and the output terminal of the generator 2 is connected to the input terminals Tia and Tib. Further, the input terminal of the converter 5 is connected to the output terminals Toa and Tob of the braking device 10. The braking device 10 stops the wind turbine 3 by short-circuiting the circuit of the generator 2 and stopping the generator 2 while increasing the rotational load of the generator 2 by regenerative power. Demonstrate the function. Next, the configuration of the braking device 10 will be described.

制動装置10は、電力消費手段である電力消費装置12と、切替手段である切替装置13と、発電機2から出力される電圧を検出する電圧検出手段である電圧計14と、制御手段である制御装置15とを有する。   The braking device 10 is a power consuming device 12 that is a power consuming device, a switching device 13 that is a switching device, a voltmeter 14 that is a voltage detecting device that detects a voltage output from the generator 2, and a control device. And a control device 15.

電力消費装置12は、発電機2から供給される電気エネルギを消費するものである。電力消費装置12としては、例えば、抵抗がある。電力消費装置12は、発電機2の回路に並列に接続される。図1に示す例では電力消費装置12の一方の端子が制動装置10の入力端子Tibと電気的に接続され、他方の端子は、切替装置13を介して制動装置10の入力端子Tiaと電気的に接続される。なお、電力消費装置12は、電気エネルギを消費できればよいので、抵抗に限定されるものではなく、例えば、電動機、照明装置、磁気発生装置等であってもよい。   The power consuming device 12 consumes electric energy supplied from the generator 2. An example of the power consuming device 12 is a resistor. The power consuming device 12 is connected in parallel to the circuit of the generator 2. In the example shown in FIG. 1, one terminal of the power consuming device 12 is electrically connected to the input terminal Tib of the braking device 10, and the other terminal is electrically connected to the input terminal Tia of the braking device 10 via the switching device 13. Connected to. The power consuming device 12 is not limited to a resistor as long as it can consume electric energy, and may be, for example, an electric motor, a lighting device, a magnetic generator, or the like.

切替装置13は、発電機2と電力消費装置12とを電気的に接続又は遮断するものであり、例えば、スイッチ、リレー、半導体スイッチング素子等を用いることができる。本実施形態では、切替装置13としてスイッチを用いる。切替装置13が、発電機2と電力消費装置12とを電気的に接続することにより、発電機2と電力消費装置12とは閉回路を形成する。   The switching device 13 electrically connects or disconnects the generator 2 and the power consuming device 12, and for example, a switch, a relay, a semiconductor switching element, or the like can be used. In the present embodiment, a switch is used as the switching device 13. When the switching device 13 electrically connects the generator 2 and the power consuming device 12, the generator 2 and the power consuming device 12 form a closed circuit.

電圧計14は、発電機2から出力される電圧(発電機出力電圧)を検出するものである。具体的には、入力端子Tiaと入力端子Tibとの電位差を検出する。なお、発電機出力電圧は、発電機2の回転速度(回転角速度、回転数)にほぼ比例する。また、発電機2の回転速度は風速に比例する。電圧計14は、制御装置15と電気的に接続されており、検出した発電機出力電圧を制御装置15に送る。   The voltmeter 14 detects a voltage (generator output voltage) output from the generator 2. Specifically, a potential difference between the input terminal Tia and the input terminal Tib is detected. The generator output voltage is substantially proportional to the rotational speed (rotational angular speed, rotational speed) of the generator 2. Further, the rotational speed of the generator 2 is proportional to the wind speed. The voltmeter 14 is electrically connected to the control device 15 and sends the detected generator output voltage to the control device 15.

電流計17は、発電機2とコンバータ5との間を流れる、本実施形態では、入力端子Tiaと出力端子Toaとの間を流れる電流(出力電流)を検出するものである。電流計17は、制御装置15と電気的に接続されており、検出した出力電流を制御装置15に送る。   The ammeter 17 detects the current (output current) flowing between the input terminal Tia and the output terminal Toa in the present embodiment, which flows between the generator 2 and the converter 5. The ammeter 17 is electrically connected to the control device 15 and sends the detected output current to the control device 15.

本実施形態では、制御装置15は、電圧計14及び電流計17の検出結果に基づいて切替装置13の動作を制御する。具体的には、制御装置15は、切替装置13を閉じる、すなわち電気的に接続することにより、発電機2と電力消費装置12とを電気的に接続する。これによって、発電機2が発電した電気エネルギの供給先は電力消費装置12となる。また、制御装置15は、切替装置13を開く、すなわち、電気的に遮断することにより、発電機2と電力消費装置12とを電気的に遮断する。これによって、発電機2が発電した電気エネルギの供給先は制動装置10の出力端子Toa、Tob、より具体的にはコンバータ5となる。このように、制御装置15は、切替装置13を切り替えることで、発電機2が発電した電気エネルギの供給先を、電力消費装置12又は制動装置10の出力端子Toa、Tobのいずれか一方に切り替える。   In the present embodiment, the control device 15 controls the operation of the switching device 13 based on the detection results of the voltmeter 14 and the ammeter 17. Specifically, the control device 15 electrically connects the generator 2 and the power consuming device 12 by closing the switching device 13, that is, by electrically connecting the switching device 13. Thereby, the supply destination of the electric energy generated by the generator 2 is the power consuming device 12. In addition, the control device 15 opens the switching device 13, that is, electrically cuts off the generator 2 and the power consuming device 12. Thereby, the supply destination of the electric energy generated by the generator 2 is the output terminals Toa and Tob of the braking device 10, more specifically, the converter 5. As described above, the control device 15 switches the switching device 13 to switch the supply destination of the electric energy generated by the generator 2 to one of the output terminals Toa and Tob of the power consumption device 12 or the braking device 10. .

制御装置15は、演算処理を行う処理部15Pと、演算処理に必要な情報を記憶する記憶部15Mとを備える、いわゆるマイクロコンピュータで構成される。そして、処理部15Pは、記憶部15Mから風力発電機1の制動制御用のコンピュータプログラムを読み出してこれを実行し、風力発電機1を制動する。また、記憶部15Mには、制動動作(ブレーキ動作)を開始する基準となる電圧値と電流値との関係を示すマップ、式や、制動動作を開始してからの時間と目標電圧値との関係を示すマップ、式等が記憶されている。   The control device 15 includes a so-called microcomputer that includes a processing unit 15P that performs arithmetic processing and a storage unit 15M that stores information necessary for the arithmetic processing. And the process part 15P reads the computer program for the brake control of the wind power generator 1 from the memory | storage part 15M, executes this, and brakes the wind power generator 1. FIG. In addition, the storage unit 15M stores a map and an expression showing a relationship between a voltage value serving as a reference for starting a braking operation (braking operation) and a current value, and a time after starting the braking operation and a target voltage value. A map, a formula and the like indicating the relationship are stored.

本実施形態では、強風時に制動装置10が風力発電機1を制動することによって風車3を停止させる。具体的には、制動装置10の制御装置15が電圧計14で検出した電圧と電流計17の検出結果とに基づいて電圧の閾値を決定し、電圧計14で検出した電圧が閾値よりも高い電圧となったら風力発電機1の制動動作を開始する。なお、制動動作については、後ほど詳細に説明する。これによって、制動装置10は、風車3の過回転を回避するとともに、コンバータ5の許容入力を超える電力がコンバータ5へ入力されないようにする。   In this embodiment, the braking device 10 stops the windmill 3 by braking the wind power generator 1 at the time of a strong wind. Specifically, the threshold value of the voltage is determined based on the voltage detected by the control device 15 of the braking device 10 with the voltmeter 14 and the detection result of the ammeter 17, and the voltage detected with the voltmeter 14 is higher than the threshold value. When the voltage is reached, the braking operation of the wind power generator 1 is started. The braking operation will be described in detail later. Thus, braking device 10 avoids over-rotation of wind turbine 3 and prevents electric power exceeding the allowable input of converter 5 from being input to converter 5.

制動装置10が風力発電機1を制動する場合、制御装置15は、切替装置13を閉じることにより、発電機2と電力消費装置12とを電気的に接続する。これによって、発電機2が発電した電気エネルギは、電力消費装置12で消費される。発電機2が発電した電気エネルギが消費されることで、発電機2の回転負荷は増大する。さらに、回転負荷が増大することで、風車3は減速し、最終的に停止する。なお、風車3が停止する際に放出される電気エネルギは、制動を開始したときにおける風車3の回転エネルギと風車3が停止するまでに生じる風力エネルギとの和にほぼ等しくなる。本実施形態では、電力消費装置12に抵抗を用いているので、電力消費装置12で消費された電気エネルギは熱として、例えば、空気中(液体中でもよい)に放出される。   When the braking device 10 brakes the wind power generator 1, the control device 15 electrically connects the generator 2 and the power consuming device 12 by closing the switching device 13. As a result, the electric energy generated by the generator 2 is consumed by the power consuming device 12. As the electric energy generated by the generator 2 is consumed, the rotational load of the generator 2 increases. Further, as the rotational load increases, the wind turbine 3 decelerates and finally stops. Note that the electrical energy released when the windmill 3 stops is substantially equal to the sum of the rotational energy of the windmill 3 when braking is started and the wind energy generated until the windmill 3 stops. In the present embodiment, since a resistor is used for the power consuming device 12, the electric energy consumed by the power consuming device 12 is released as heat, for example, into the air (or liquid).

次に、制動装置10の動作を説明する。なお、次に説明する制動装置10の動作は、以下の変形例や実施形態においても原則として共通である。図2は、制御装置による制御動作を説明するためのグラフである。なお、図2は、横軸を電流とし、縦軸を電圧とした。   Next, the operation of the braking device 10 will be described. The operation of the braking device 10 described next is also common in principle in the following modified examples and embodiments. FIG. 2 is a graph for explaining a control operation by the control device. In FIG. 2, the horizontal axis represents current and the vertical axis represents voltage.

ここで、発電機2から電力を出力している状態において、発電機2とコンバータ5との間に流れる、電流と電圧との関係は、コンバータ5の動作状態によって変化する。具体的にはコンバータ5は、回転数を所定の範囲とするために、抵抗を変化させる。そのため、コンバータ5の条件に応じて、電流と電圧との関係が変化する。図2に電流と電圧との関係の例として、傾きaの直線100と傾きbの直線102と傾きcの直線104とを示す。なお、傾きは、a<b<cとなる。   Here, in a state where electric power is output from the generator 2, the relationship between the current and voltage flowing between the generator 2 and the converter 5 varies depending on the operating state of the converter 5. Specifically, converter 5 changes the resistance in order to keep the rotation speed within a predetermined range. Therefore, the relationship between current and voltage changes according to the conditions of converter 5. FIG. 2 shows a straight line 100 having a slope a, a straight line 102 having a slope b, and a straight line 104 having a slope c as examples of the relationship between current and voltage. The inclination is a <b <c.

風車3に吹き付ける風が強い(強風)状態では、コンバータ5の抵抗が低く設定されるため、電流と電圧との関係を示す直線の傾きが小さくなり、例えば、直線100に示す関係となる。なお、回転速度(回転数)と電圧とは比例するため、直線100のように傾きが小さい状態で出力することで任意の電圧での発電量をより多くすることができる。これにより、風車3の回転に対する発電機2の抗力を大きくすることができ、より強風が吹いても回転数が高くなりにくくなり、強風により回転数が必要以上に上昇しないようにすることができる。これに対して、風車3に吹き付ける風が普通(通常風速)または弱い状態が続くと、コンバータ5の抵抗が高く設定されるため、電流と電圧との関係を示す直線の傾きが大きくなり、例えば、直線104に示す関係となる。これにより、風車3の回転に対する発電機2の抗力を小さくすることができ、風車を回転しやすくでき、通常の風速の風でも所望の電圧を出力させることができる。   In a state where the wind blown to the windmill 3 is strong (strong wind), the resistance of the converter 5 is set low, so that the slope of the straight line indicating the relationship between the current and the voltage becomes small, for example, the relationship shown by the straight line 100. Since the rotation speed (the number of rotations) and the voltage are proportional, the power generation amount at an arbitrary voltage can be increased by outputting with a small slope as shown by the straight line 100. As a result, the resistance of the generator 2 against the rotation of the windmill 3 can be increased, and even if a strong wind blows, the rotational speed is hardly increased, and the strong wind can prevent the rotational speed from increasing more than necessary. . On the other hand, if the wind blown to the windmill 3 continues in a normal (normal wind speed) or weak state, the resistance of the converter 5 is set high, so that the slope of the straight line indicating the relationship between current and voltage increases. , The relationship shown by the straight line 104 is obtained. Thereby, the resistance of the generator 2 with respect to rotation of the windmill 3 can be reduced, the windmill can be easily rotated, and a desired voltage can be output even with wind at a normal wind speed.

ここで、制御装置15は、電流と電圧との関係から強風状態であるか否かを判定するために、判定基準の関係として、直線100と直線104との間の傾きとなる直線102の関係が記憶されている。このように直線102の関係を基準として、電力の出力条件を判定することで、強風状態であるか通常状態であるかを判定することができ、状態に応じた制動動作を行うことができる。なお、直線102は、V=bIと表すことができる。   Here, in order to determine whether or not a strong wind state exists from the relationship between the current and the voltage, the control device 15 has a relationship of the straight line 102 that is an inclination between the straight line 100 and the straight line 104 as a determination criterion relationship. Is remembered. In this way, by determining the power output condition based on the relationship of the straight line 102, it is possible to determine whether it is a strong wind state or a normal state, and a braking operation corresponding to the state can be performed. Note that the straight line 102 can be expressed as V = bI.

以下、図3を用いて、制動装置10による制御(制御装置15の判定)の一例を説明する。図3は、本実施形態に係る制動装置の動作を説明するためのフローチャートである。まず、風力発電機1が動作している期間中、制動装置10の制御装置15は、ステップS10として、電流(Iin)と電圧(Vin)を読み取る。つまり、制御装置15は、電流計17による電流の計測結果と、電圧計14による電圧の計測結果を取得する。制御装置15は、ステップS10で電流(Iin)と電圧(Vin)を読み取ったら、ステップS12として、b×Iin<Vinであるかを判定する。ここで、bは、判定基準となる直線102の傾きである。つまり、検出した電圧が、電流を同じ大きさとした場合に判定基準から出力される電圧よりも大きいかを判定する。つまり、図2のグラフにおいて、測定結果の点が、直線102よりも直線104側にあるかを判定している。   Hereinafter, an example of control by the braking device 10 (determination by the control device 15) will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the braking device according to the present embodiment. First, during the period when the wind power generator 1 is operating, the control device 15 of the braking device 10 reads the current (Iin) and the voltage (Vin) as step S10. That is, the control device 15 acquires the current measurement result by the ammeter 17 and the voltage measurement result by the voltmeter 14. After reading the current (Iin) and the voltage (Vin) in step S10, the control device 15 determines in step S12 whether b × Iin <Vin. Here, b is the slope of the straight line 102 that is a criterion. That is, it is determined whether the detected voltage is larger than the voltage output from the determination reference when the current is the same. That is, in the graph of FIG. 2, it is determined whether the measurement result point is on the straight line 104 side with respect to the straight line 102.

制御装置15は、ステップS12でb×Iin<Vinである(Yes)、つまり、測定結果の点が、直線102よりも直線104側にあると判定したら、通常風速状態であると判断し、ステップS14として閾値電圧をVth=Vとする。なお、閾値電圧とは、制動動作を行うか否かを判定する基準となる電圧である。その後、制御装置15は、ステップS18に進む。 If it is determined that b × Iin <Vin (Yes), that is, the point of the measurement result is on the straight line 104 side with respect to the straight line 102 in step S12, the control device 15 determines that the wind speed is normal, and step the threshold voltage is Vth = V 1 as S14. The threshold voltage is a reference voltage for determining whether or not to perform a braking operation. Thereafter, the control device 15 proceeds to step S18.

また、制御装置15は、ステプS12でb×Iin<Vinではない(No)、b×Iin≧Vin、つまり、測定結果の点が、直線102よりも直線100側にあるまたは、直線102と重なっていると判定したら、強風風速状態であると判断し、ステップS16として閾値電圧をVth=Vとする。なお、閾値電圧Vは、閾値電圧Vよりも低い電圧である。その後、制御装置15は、ステップS18に進む。 Further, the control device 15 does not satisfy b × Iin <Vin in step S12 (No), that is, b × Iin ≧ Vin, that is, the point of the measurement result is on the straight line 100 side or overlaps the straight line 102. After that a determination is made, is determined that the strong wind wind speed condition, the threshold voltage Vth = V 2 as step S16. The threshold voltage V 2 is a voltage lower than the threshold voltage V 1. Thereafter, the control device 15 proceeds to step S18.

制御装置15は、ステップS14またはステップS16で閾値電圧を決定したら、ステップS18として、Vth<Vinであるかを判定する。つまり、計測した電圧(Vin)が設定した閾値電圧(Vth)をよりも高いかを判定する。   After determining the threshold voltage in step S14 or step S16, the control device 15 determines whether Vth <Vin as step S18. That is, it is determined whether the measured voltage (Vin) is higher than the set threshold voltage (Vth).

制御装置15は、ステップS18で、Vth<Vinである(Yes)と判定したら、ステップS20として、ブレーキ処理(制動動作)を行う。つまり、切替装置13により、電力消費装置12と発電機2が接続された状態とし、発電機2から出力された電力を電力消費装置12で消費させ、発電機2に負荷を与えることで、発電機2及び風車3を減速させる。制御装置15は、発電機2及び風車3を停止させたら、処理を終了する。また、制御装置15は、ステップS18で、Vth<Vinではない(No)、つまり、Vth≧Vinであると判定したら、そのまま処理を終了する。なお、制御装置15は、上記処理を一定時間間隔で繰り返す。また、制御装置15は、ステップS18でNoと判定したら、ステップS10に進み、ブレーキ処理を行うまで、上記処理を繰り返すようにしてもよい。   If it is determined in step S18 that Vth <Vin (Yes), the control device 15 performs a brake process (braking operation) as step S20. In other words, the switching device 13 causes the power consuming device 12 and the generator 2 to be connected, the power output from the generator 2 is consumed by the power consuming device 12, and a load is applied to the generator 2 to generate power. The machine 2 and the windmill 3 are decelerated. The control apparatus 15 will complete | finish a process, if the generator 2 and the windmill 3 are stopped. If the control device 15 determines in step S18 that Vth <Vin is not satisfied (No), that is, if Vth ≧ Vin, the control device 15 ends the processing. Note that the control device 15 repeats the above process at regular time intervals. Moreover, if it determines with No by step S18, the control apparatus 15 may progress to step S10, and you may make it repeat the said process until it performs a brake process.

このように、電流と電圧の検出結果に基づいて、閾値電圧を設定することで、運転状態に応じた閾値を設定することができる。つまり、運転状態に応じて、制動動作を開始する基準を設定することができる。これにより、上記実施形態のように、強風状態である可能性が高い場合には、制動開始の電圧を低くし、低い回転速度でも制動を開始させるようにし、通常状態である可能性が高い場合には、制動開始の電圧を高くし、高い回転速度となったら制動を開始させることができる。これにより、風車が大きな力を受けており、風が大きく変化する可能性が高い強風時は、余裕を持った条件で制動を開始させ、風車にかかる力が適切で、条件が変化する可能性が低い通常風速時は、ある程度限界に近い条件で制動を開始させるようにすることができる。このように、運転状態に応じて制動開始基準を自動的に設定できることで、高い安全性を維持しつつ、発電機を効率よく運転させることができる。   As described above, by setting the threshold voltage based on the detection results of the current and voltage, it is possible to set the threshold according to the operation state. That is, a reference for starting the braking operation can be set according to the driving state. As a result, when the possibility of a strong wind state is high as in the above embodiment, the braking start voltage is lowered to start the braking even at a low rotational speed, and the possibility of a normal state is high. In this case, the braking start voltage can be increased, and the braking can be started when the rotational speed becomes high. As a result, when the windmill is receiving a large force and the wind is likely to change significantly, it is possible to start braking with sufficient conditions, the force applied to the windmill is appropriate, and the conditions may change When the normal wind speed is low, braking can be started under conditions that are close to a certain limit. As described above, since the braking start reference can be automatically set according to the operating state, the generator can be operated efficiently while maintaining high safety.

また、電流計と電圧計との関係に基づいて、運転状態を検出することで、コンバータ等から制御条件を検出する必要がなくなる。これにより、装置構成を簡単にすることができる。また、既存の風力発電機に設置する場合も、制動装置を交換するのみで、実現可能となる。また、コンバータ等に新たに出力端子を設ける必要がないため、既存の装置を用いることができ、装置コストを低くすることができる。   Further, by detecting the operating state based on the relationship between the ammeter and the voltmeter, it is not necessary to detect the control condition from a converter or the like. Thereby, the apparatus configuration can be simplified. Moreover, when installing in the existing wind power generator, it becomes realizable only by replacing | exchanging a braking device. In addition, since it is not necessary to newly provide an output terminal in the converter or the like, an existing device can be used, and the device cost can be reduced.

また、直線100と直線104との間となる直線102を閾値とすることで、一定程度の計測誤差が発生しても、通常風速状態での制御か、強風状態での制御かを判定することができる。これにより、高い精度で計測しなくても適切な制御を行うことができる。また、上記実施形態では、閾値を直線102のみとしたが、閾値を複数設け、夫々の範囲に応じて、制御を切り替えるようにしてもよい。   In addition, by setting the straight line 102 between the straight line 100 and the straight line 104 as a threshold value, it is possible to determine whether the control is performed in a normal wind speed state or in a strong wind state even if a certain measurement error occurs. Can do. Thereby, appropriate control can be performed without measuring with high accuracy. In the above embodiment, only the straight line 102 is used as the threshold value. However, a plurality of threshold values may be provided, and control may be switched according to each range.

なお、上記実施形態では、装置構成が簡単になるため、制動動作の開始条件を電圧値が閾値を超えた場合としたが、本発明はこれに限定されない。運転状態によって、制動動作の開始の条件を設定すればよく、例えば、別途風力計を設け風力計の計測結果に基づいて制動動作の開始を判定する場合は、運転状態に応じて、風速の閾値を変更すればよい。また、制動動作の開始の条件は、所定の条件を複数回満たした場合、所定時間満たしている場合としてもよい。   In the above embodiment, since the device configuration is simplified, the start condition of the braking operation is set to the case where the voltage value exceeds the threshold value, but the present invention is not limited to this. The condition for starting the braking operation may be set depending on the operating state.For example, when an anemometer is provided separately and the start of the braking operation is determined based on the measurement result of the anemometer, the threshold of the wind speed is determined according to the operating state. Can be changed. Further, the condition for starting the braking operation may be a case where a predetermined condition is satisfied a plurality of times, or a predetermined time is satisfied.

ここで、制動装置10は、風力発電機1を制動する場合、電圧計14から送られる計測結果に基づいて、切替装置13を制御することが好ましい。つまり、発電機2と電力消費装置12とを電気的に接続する状態と、発電機2と電力消費装置12とを電気的に遮断している状態とを切り替えることが好ましい。なお、電圧計14から送られる計測結果に基づいた切替装置13の制御は、予め設定された制御開始からの時間と目標電圧との関係を用いて処理を行う。制御装置は、記憶部15Mに、複数の制御開始からの時間と目標電圧との関係を記憶しておき、電流と電圧の検出結果から使用する関係を選択するようにすることが好ましい。   Here, when braking the wind power generator 1, the braking device 10 preferably controls the switching device 13 based on the measurement result sent from the voltmeter 14. That is, it is preferable to switch between a state in which the generator 2 and the power consuming device 12 are electrically connected and a state in which the generator 2 and the power consuming device 12 are electrically disconnected. Note that the control of the switching device 13 based on the measurement result sent from the voltmeter 14 is performed using a preset relationship between the time from the start of control and the target voltage. It is preferable that the control device stores the relationship between the time from the start of a plurality of controls and the target voltage in the storage unit 15M, and selects the relationship to be used from the detection results of the current and voltage.

以下、制動装置10の制動動作の一例を説明する。図4は、本実施形態に係る制動装置の動作を説明するためのフローチャートである。なお、下記では、切替装置13を閉じ、発電機2と電力消費装置12とを電気的に接続させる状態を、切替装置13がONの状態と定義し、切替装置13を開き、発電機2と電力消費装置12とを電気的に遮断する状態を、切替装置13がOFFの状態と定義する。   Hereinafter, an example of the braking operation of the braking device 10 will be described. FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the braking device according to the present embodiment. In the following, the state in which the switching device 13 is closed and the generator 2 and the power consuming device 12 are electrically connected is defined as the state in which the switching device 13 is ON, the switching device 13 is opened, and the generator 2 A state in which the power consuming device 12 is electrically disconnected is defined as a state in which the switching device 13 is OFF.

まず、制御装置15は、上述したようにステップ18でYesと判定したら、ステップS30として、風力発電機1の制動を開始する。なお、制御装置15は、制動を開始したら、切替装置13を操作し、発電機2と電力消費装置12とを電気的に接続させる。つまり、切替装置13をONの状態にする。なお、制御装置15は、制動開始時は、切替装置13をONの状態にせず、後述する処理によってONの状態としてもよい。   First, if it determines with Yes at step 18 as mentioned above, the control apparatus 15 will start the braking of the wind power generator 1 as step S30. Note that, when braking is started, the control device 15 operates the switching device 13 to electrically connect the generator 2 and the power consuming device 12. That is, the switching device 13 is turned on. Note that the control device 15 may not turn on the switching device 13 at the start of braking, but may turn it on by processing to be described later.

制御装置15は、ステップS30で制動開始したら、ステップS36として、使用する関係、つまり、制動動作に使用する制御開始からの時間と目標電圧との関係を決定する。ここで、制御開始からの時間と目標電圧との関係は複数設定されており、それぞれの制御開始からの時間と目標電圧との関係は、使用する電流と電圧との関係(使用可能な、電流と電圧との数値範囲)が設定されている。制御装置15は、電流と電圧との検出結果から、検出結果を含む条件に対して設定された制御開始からの時間と目標電圧との関係を使用する関係として決定する。なお、使用する関係の決定は、上述した、ステップS12の判定の際に行うようにしてもよい。   When braking is started in step S30, the control device 15 determines the relationship to be used, that is, the relationship between the time from the start of control used for the braking operation and the target voltage in step S36. Here, there are multiple relationships between the time from the start of control and the target voltage, and the relationship between the time from the start of control and the target voltage is the relationship between the current to be used and the voltage (the current that can be used). And voltage range). The control device 15 determines from the detection results of the current and voltage as a relationship using the relationship between the time from the start of control set for the condition including the detection result and the target voltage. The relationship to be used may be determined at the time of the determination in step S12 described above.

制御装置15は、ステップS36で使用する関係を決定したら、ステップS38として、電圧計14から発電機出力電圧Eg(上述した電圧Vinと同様)を再び取得し、取得した発電機出力電圧Egと目標電圧Etとを比較する。具体的には、Et≦Egであるかを判定する。なお、目標電圧Etは、ステップS36で使用を決定した関係から算出した値であり、制動開始からの時間の関数である。つまり、目標電圧Etは、制動開始からの時間によって変動する値である。なお、目標電圧Etは時間の経過とともに徐々に低下する値である。   After determining the relationship to be used in step S36, the control device 15 acquires again the generator output voltage Eg (similar to the voltage Vin described above) from the voltmeter 14 in step S38, and acquires the acquired generator output voltage Eg and the target. The voltage Et is compared. Specifically, it is determined whether Et ≦ Eg. The target voltage Et is a value calculated from the relationship determined to be used in step S36 and is a function of time from the start of braking. That is, the target voltage Et is a value that varies depending on the time from the start of braking. The target voltage Et is a value that gradually decreases with time.

制御装置15は、ステップS38で、Et≦Egである、つまり、発電機出力電圧Egが目標電圧Et以上である(Yes)と判定したら、ステップS40として、切替装置13がON状態であるかを判定する。制御装置15は、ステップS40で切替装置がONである(Yes)と判定したら、そのままステップS48に進む。また、ステップS40で切替装置がONではない、つまりOFFである(No)と判定したら、ステップS42として、切替装置をONにした後、ステップS48に進む。つまり、ステップS38でYesと判定したら、切替装置をONにする。   If the control device 15 determines in step S38 that Et ≦ Eg, that is, the generator output voltage Eg is equal to or higher than the target voltage Et (Yes), then in step S40, the control device 15 determines whether the switching device 13 is in the ON state. judge. If the control device 15 determines in step S40 that the switching device is ON (Yes), the control device 15 proceeds directly to step S48. If it is determined in step S40 that the switching device is not ON, that is, it is OFF (No), in step S42, after the switching device is turned on, the process proceeds to step S48. That is, if it is determined Yes in step S38, the switching device is turned on.

制御装置15は、ステップS38で、Et≦Egではない、つまり、Et>Eg、発電機出力電圧Egが目標電圧Etよりも小さい(No)と判定したら、ステップS44として、切替装置13がOFF状態であるかを判定する。制御装置15は、ステップS44で切替装置13がOFFである(Yes)と判定したら、そのままステップS48に進む。また、ステップS44で切替装置13がOFFではない、つまりONである(No)と判定したら、ステップS46として、切替装置13をOFFにした後、ステップS48に進む。つまり、ステップS38でNoと判定したら、切替装置13をOFFにする。   If the control device 15 determines in step S38 that Et ≦ Eg is not satisfied, that is, Et> Eg and the generator output voltage Eg is smaller than the target voltage Et (No), as step S44, the switching device 13 is in the OFF state. It is determined whether it is. If the controller 15 determines in step S44 that the switching device 13 is OFF (Yes), the controller 15 proceeds directly to step S48. If it is determined in step S44 that the switching device 13 is not OFF, that is, it is ON (No), in step S46, the switching device 13 is turned off, and the process proceeds to step S48. That is, when it is determined No in step S38, the switching device 13 is turned off.

次に、制御装置15は、ステップS48として、発電機2、すなわち風車3が停止したと認められるか否かを判定する。本実施形態において、発電機2が停止したと認められるか否かは、発電機出力電圧Egが停止閾値Eg0以下になったか否かで判定される。停止閾値Eg0は、発電機2が停止したと認められるか否かを判定するために用いる値である。   Next, the control apparatus 15 determines whether the generator 2, ie, the windmill 3, is recognized as having stopped as step S48. In the present embodiment, whether or not the generator 2 is recognized as being stopped is determined by whether or not the generator output voltage Eg is equal to or lower than the stop threshold Eg0. The stop threshold value Eg0 is a value used to determine whether or not the generator 2 is recognized to have stopped.

ここで、発電機2の回転速度が低下すると発電機出力電圧Egも低下し、発電機2が停止すると発電機出力電圧Egは0になる。また、発電機2が完全に停止していなくても、停止したと認められる程度の回転速度であれば、発電機2は停止したと認めてもよい。本実施形態では、停止閾値Eg0は、発電機2が停止したと認められる場合において発電機2が出力する電圧以下の値とする。したがって、停止閾値Eg0は0、すなわち、発電機2が完全に停止したときにおける発電機出力電圧Egとしてもよい。   Here, when the rotational speed of the generator 2 decreases, the generator output voltage Eg also decreases, and when the generator 2 stops, the generator output voltage Eg becomes zero. Further, even if the generator 2 is not completely stopped, the generator 2 may be recognized as having stopped if the rotational speed is such that it is recognized as having been stopped. In the present embodiment, the stop threshold Eg0 is set to a value equal to or lower than the voltage output by the generator 2 when it is recognized that the generator 2 has stopped. Accordingly, the stop threshold Eg0 may be 0, that is, the generator output voltage Eg when the generator 2 is completely stopped.

制御装置15は、ステップS48で、発電機2が停止していない(No)、つまり、電圧Egが電圧Eg0以上であると判定したら、ステップS38に進み上記処理を繰り返す。また、制御装置15は、ステップS48で、発電機2が停止している(Yes)、つまり、電圧Egが電圧Eg0未満であると判定したら、処理を終了する。   If it is determined in step S48 that the generator 2 is not stopped (No), that is, the voltage Eg is equal to or higher than the voltage Eg0, the control device 15 proceeds to step S38 and repeats the above processing. In addition, when determining in step S48 that the generator 2 is stopped (Yes), that is, the voltage Eg is less than the voltage Eg0, the control device 15 ends the process.

このように、制動装置10の制動動作においては、切替装置13のON、OFFを繰り返し、ON状態のときは、発電機2が発電した電気エネルギを電力消費装置12で消費させることで、発電機2に回転負荷を与え、発電機2から出力される電圧を徐々に低減させることで、発電機2、すなわち風車3の回転速度を低下させることができる。風車3の回転速度を低下させ、最終的に停止しているとみなせる状態にすることで、風車3を実質的に停止させることができる。   As described above, in the braking operation of the braking device 10, the switching device 13 is repeatedly turned on and off. When the braking device 10 is in the on state, the electric energy generated by the generator 2 is consumed by the power consuming device 12, thereby generating the generator. The rotational speed of the generator 2, that is, the windmill 3 can be reduced by giving a rotational load to 2 and gradually reducing the voltage output from the generator 2. The windmill 3 can be substantially stopped by lowering the rotational speed of the windmill 3 so that it can finally be regarded as being stopped.

以下、図5を用いて、制御開始からの時間と目標電圧との関係を用いた制動動作について具体的に説明する。ここで、図5は、制御装置による制御動作の一例を示すグラフである。ここで、図5では、3つのグラフを示しているが、また、一番上のグラフは、電圧と時間との関係を示し、真ん中のグラフは、切替装置のON、OFF、つまりスイッチ状態のON、OFFと時間との関係を示し、一番下のグラフは、目標電圧の加速度(傾き)と時間の関係を示している。また3つのグラフの横軸は時間軸で統一されており、一番上のグラフは、縦軸を電圧とし、真ん中のグラフは、縦軸がスイッチ状態のON、OFFとし、一番下のグラフは、目標電圧の加速度とした。また、時間軸は、制動開始がT=0となる。   Hereinafter, the braking operation using the relationship between the time from the start of control and the target voltage will be specifically described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a graph showing an example of the control operation by the control device. Here, in FIG. 5, three graphs are shown, and the top graph shows the relationship between voltage and time, and the middle graph shows ON / OFF of the switching device, that is, the switch state. The relationship between ON and OFF and time is shown, and the bottom graph shows the relationship between the acceleration (slope) of the target voltage and time. In addition, the horizontal axis of the three graphs is unified with the time axis. In the top graph, the vertical axis indicates voltage, and in the middle graph, the vertical axis indicates the switch state ON / OFF, and the bottom graph. Is the acceleration of the target voltage. On the time axis, the braking start is T = 0.

まず、図5に示すように本実施形態では、目標電圧の加速度つまり、変化量を一定としたため、目標電圧は、時間に比例して減少する。制御装置15は、電圧計14で検出した電圧(出力電圧)が目標電圧に近づくように、スイッチ状態のON、OFFを切り替える。具体的には、図5に示すように、T=0でスイッチ状態をONにし、その後T=t1となるまでは、出力電圧が目標電圧以上となるため、スイッチ状態をONで維持する。つまり、図4で示す動作では、ステップS38でYesが選択され続ける状態となる。ここで、T=t1のタイミング検出した出力電圧は、目標電圧よりも低くなる。これにより、図4で示す動作では、ステップS38でNoが選択され、ステップS44でNoが選択される。これにより、制御装置15は、スイッチ状態をOFFに切り替える。   First, as shown in FIG. 5, in this embodiment, since the acceleration of the target voltage, that is, the amount of change is constant, the target voltage decreases in proportion to time. The control device 15 switches the switch state between ON and OFF so that the voltage (output voltage) detected by the voltmeter 14 approaches the target voltage. Specifically, as shown in FIG. 5, the switch state is turned ON at T = 0, and thereafter, the output voltage becomes equal to or higher than the target voltage until T = t1, so the switch state is maintained ON. That is, in the operation shown in FIG. 4, “Yes” is continuously selected in step S38. Here, the output voltage detected at the timing of T = t1 is lower than the target voltage. Thereby, in the operation shown in FIG. 4, No is selected in step S38, and No is selected in step S44. Thereby, the control apparatus 15 switches a switch state to OFF.

また、その後、T=t2となるまでは、出力電圧が目標電圧よりも低くなるため、スイッチ状態はOFFで維持される。その後、T=t2で出力電圧が目標電圧以上となるため、再びスイッチ状態がONに切り替えられる。その後、T=t3で再び、OFFに切り替えられ、T=t4で再び、ONに切り替えられる。その後T=t5で出力電圧が実質的に0となり、風力発電機1が停止した状態となる。   After that, until T = t2, the output voltage becomes lower than the target voltage, so that the switch state is maintained OFF. Thereafter, since the output voltage becomes equal to or higher than the target voltage at T = t2, the switch state is switched to ON again. Thereafter, it is switched OFF again at T = t3, and switched ON again at T = t4. Thereafter, at T = t5, the output voltage becomes substantially 0, and the wind power generator 1 is stopped.

以上のように切替装置のON、OFFの切替を行うことで、出力電圧を目標電圧に沿って低減させることができ、予め設定された減速モデルに基づいて、風車を減速させることができる。これにより、制動動作、つまり風車の減速時に急減速、急停止が発生することを抑制することができ、風車の振動を抑制することができる。風車の振動を抑制できることで、騒音を低減することができ、また、局所的または一時的に大きな負荷がかかることを抑制することができる。このように大きな負荷がかかることを抑制できることで、装置を長期間使用することが可能となる。   By switching the switching device between ON and OFF as described above, the output voltage can be reduced along the target voltage, and the windmill can be decelerated based on a preset deceleration model. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of sudden deceleration or sudden stop during braking operation, that is, deceleration of the windmill, and vibration of the windmill can be suppressed. Since the vibration of the windmill can be suppressed, noise can be reduced, and it can be suppressed that a large load is applied locally or temporarily. By suppressing such a large load, the apparatus can be used for a long time.

また、制御開始からの時間と目標電圧との関係を複数用意することで、各条件に応じて、制動動作を行うことができる。例えば、強風時は、周囲にも種々の騒音が発生するため、騒音に対しては許容範囲を大きくして決定した、制御開始からの時間と目標電圧との関係を用いることができる。また、通常風速時は、制動終了までの時間をより長くすることもできる。このように、条件に応じて、制御開始からの時間と目標電圧との関係を選択することで、より適切な制動動作を行うことができる。   In addition, by preparing a plurality of relationships between the time from the start of control and the target voltage, a braking operation can be performed according to each condition. For example, during strong winds, various noises are generated in the surroundings, and therefore, the relationship between the time from the start of control and the target voltage determined by increasing the allowable range for noise can be used. In addition, at the normal wind speed, the time until the end of braking can be made longer. Thus, a more appropriate braking operation can be performed by selecting the relationship between the time from the start of control and the target voltage according to the conditions.

ここで、図5に示す例では、目標電圧を等加速度で減速させるようにしたが、これに限定されず、装置構成や、仕様に応じて、種々のパターンの目標電圧を設定することができる。以下、図6−1及び図6−2を用いて、目標電圧のパターンを説明する。ここで、図6−1及び図6−2は、それぞれ制御装置による制御動作の他の例を示すグラフである。また、図6−1と図6−2には、それぞれ2つのグラフを示す。上のグラフは、目標電圧と時間との関係を示すグラフであり、下のグラフは、目標電圧の加速度(傾き)と時間の関係を示すグラフである。なお、2つのグラフの横軸は時間軸で統一されており、上のグラフは、縦軸を目標電圧とし、下のグラフは、目標電圧の加速度とした。また、時間軸は、制動開始がT=0となる。また、いずれのパターンの場合でも上述した図4の制御方法で処理することができる。   Here, in the example shown in FIG. 5, the target voltage is decelerated at a constant acceleration. However, the present invention is not limited to this, and various patterns of target voltages can be set according to the device configuration and specifications. . Hereinafter, the pattern of the target voltage will be described with reference to FIGS. 6-1 and 6-2. Here, FIGS. 6A and 6B are graphs showing other examples of the control operation by the control device. In addition, FIGS. 6-1 and 6-2 show two graphs, respectively. The upper graph is a graph showing the relationship between the target voltage and time, and the lower graph is a graph showing the relationship between the acceleration (slope) of the target voltage and time. The horizontal axes of the two graphs are unified on the time axis. In the upper graph, the vertical axis represents the target voltage, and the lower graph represents the acceleration of the target voltage. On the time axis, the braking start is T = 0. Further, any pattern can be processed by the control method of FIG. 4 described above.

図6−1に示す目標電圧のパターンは、目標電圧の加速度(傾き)が一定の割合で大きくなる単調増加加速度パターンである。このように、加速度が徐々に大きくなることで、制動開始は、目標電圧の変化量が少なく、制動終了直前(停止直前)は、目標電圧の変化量が大きくなる。   The target voltage pattern shown in FIG. 6A is a monotonically increasing acceleration pattern in which the acceleration (slope) of the target voltage increases at a constant rate. As the acceleration gradually increases, the amount of change in the target voltage is small at the start of braking, and the amount of change in the target voltage is large immediately before the end of braking (immediately before stopping).

このように、制動開始の目標電圧の変化量を少なくしたパターンに基づいて制動動作を制御することで、制動開始直後で、高速で回転している風車に対して大きな力を作用させることを抑制することができる。つまり、高速で回転している風車に対して長時間ブレーキを掛けることを抑制することができる。これにより、風車を緩やかに減速させることが可能となり、制動開始直後に騒音が発生したり、大きな負荷が生じたりすることを抑制することができる。   In this way, by controlling the braking operation based on a pattern in which the amount of change in the target voltage at the start of braking is reduced, it is possible to prevent a large force from acting on the wind turbine rotating at high speed immediately after the start of braking. can do. That is, it is possible to suppress the braking for a long time with respect to the windmill rotating at high speed. As a result, the wind turbine can be slowly decelerated, and it is possible to suppress the occurrence of noise or a large load immediately after the start of braking.

図6−2に示す目標電圧のパターンは、目標電圧の加速度(傾き)が一定の割合で大きくなり、一定時間経過後、目標電圧の加速度(傾き)が一定の割合で小さくなる、単調増加と単調減速を組み合わせた加速度パターンである。このように、加速度が徐々に大きくなることで、制動開始は、目標電圧の変化量が少なる。また、一定時間経過後、本実施形態では目標電圧が初期電圧(制動開始の閾値電圧)の半分の電圧になったら、加速度を徐々に小さくすることで、制動終了直前(停止直前)も目標電圧の変化量が小さくなる。   In the target voltage pattern shown in FIG. 6B, the acceleration (slope) of the target voltage increases at a constant rate, and after a certain period of time, the acceleration (slope) of the target voltage decreases at a constant rate. It is an acceleration pattern that combines monotonic deceleration. Thus, the acceleration gradually increases, so that the amount of change in the target voltage is small at the start of braking. In addition, in the present embodiment, when the target voltage becomes half of the initial voltage (braking start threshold voltage) after a certain period of time, the acceleration is gradually reduced so that the target voltage is also immediately before the end of braking (immediately before stopping). The amount of change becomes smaller.

このように、制動開始の目標電圧の変化量を少なくし、かつ、制動終了直前(停止直前)も目標電圧の変化量を少なくしたパターンに基づいて制動動作を制御することで、制動開始直後で、高速で回転している風車に対して大きな力を作用させることを抑制することができる。つまり、高速で回転している風車に対して長時間ブレーキを掛けることを抑制することができる。さらに、停止直前も目標電圧の変化量を少なくすることで、風車の還減速終了時も徐々に減速させることができる。つまり、風車が急停止することを抑制することができる。これにより、風車に対して、緩やかに減速を開始、緩やかに減速を終了させることが可能となり、制動動作時に騒音が発生したり、大きな負荷が生じたりすることをより適切に抑制することができる。   In this way, the braking operation is controlled based on the pattern in which the amount of change in the target voltage at the start of braking is reduced and the amount of change in the target voltage is also reduced immediately before the end of braking (immediately before stopping). Applying a large force to the wind turbine rotating at high speed can be suppressed. That is, it is possible to suppress the braking for a long time with respect to the windmill rotating at high speed. Furthermore, by reducing the amount of change in the target voltage just before stopping, the wind turbine can be gradually decelerated even when the return deceleration of the windmill is completed. That is, it is possible to suppress a sudden stop of the windmill. As a result, it is possible to gently start deceleration and end deceleration gradually with respect to the windmill, and it is possible to more appropriately suppress the generation of noise or a large load during the braking operation. .

なお、目標電圧のパターンは、上記三つのパターンにも限定されない。なお、図5に示した目標電圧の加速度(傾き)が一定となるパターンは、制御が簡単であるため、制御装置を簡単な構成にできる利点がある。   The target voltage pattern is not limited to the above three patterns. Note that the pattern in which the acceleration (slope) of the target voltage shown in FIG. 5 is constant has an advantage that the control device can be configured simply because the control is simple.

また、各条件に応じて、制動動作の動作パターンを切り替えるようにすることが好ましい。例えば、強風時は、図6−1のパターンを用い、通常風速時は、図6−2のパターンを用いる。これにより、より適切に状況に応じた制動動作を行うことができる。   Further, it is preferable to switch the operation pattern of the braking operation according to each condition. For example, the pattern shown in FIG. 6A is used when the wind is strong, and the pattern shown in FIG. 6B is used when the wind speed is normal. Thereby, the braking operation according to the situation can be performed more appropriately.

ここで、上記実施形態では、発電機から出力される電圧を電圧計で計測し、電圧に基づいて制御を行ったが、本発明はこれに限定されず、風車の回転数を検出できるものであればよい。また、回転数から電圧への変換は計算で処理できるため、回転数と電流との関係によっても上記実施形態と同様に運転状態を推定することができる。以下、図7を用いて、制動装置の他の例を説明する。ここで、図7は、本発明の風力発電機用制動装置を有する風力発電機の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。なお、図7に示す風力発電機1aの制動装置10aは、電圧計14に代えて、回転計16を設けた点を除いて他の構成は、上述した風力発電機1の制動装置10と同様である。以下では、制動装置10aに特有の点を説明する。   Here, in the above embodiment, the voltage output from the generator is measured with a voltmeter and the control is performed based on the voltage. However, the present invention is not limited to this, and can detect the rotation speed of the windmill. I just need it. In addition, since the conversion from the rotational speed to the voltage can be processed by calculation, the operating state can be estimated by the relationship between the rotational speed and the current as in the above embodiment. Hereinafter, another example of the braking device will be described with reference to FIG. Here, FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the wind power generator having the braking device for wind power generator of the present invention. The braking device 10a of the wind power generator 1a shown in FIG. 7 is the same as the braking device 10 of the wind power generator 1 described above except that a tachometer 16 is provided instead of the voltmeter 14. It is. Below, the point peculiar to brake device 10a is explained.

回転計16は、風力発電機1aの風車3の回転数(すなわち発電機2、風車3の回転速度)を検出する。回転計16は、検出した風車3の回転数を制御装置15に送る。なお、本実施形態のように、計測結果に回転数を用いる場合は、上述した目標電圧に代えて目標回転数を用いればよい。なお、風車3の回転数と、発電機2から出力される電圧とはほぼ比例関係にあるので、いずれの値を用いても同様の制御ができる。なお、計算量は多くなるが、比例関係を利用して、回転数から電圧を算出して、目標電圧との比較を行うようにしてもよい。   The tachometer 16 detects the number of rotations of the wind turbine 3 of the wind power generator 1a (that is, the rotational speed of the generator 2 and the wind turbine 3). The tachometer 16 sends the detected number of rotations of the windmill 3 to the control device 15. In addition, when using a rotation speed for a measurement result like this embodiment, what is necessary is just to use a target rotation speed instead of the target voltage mentioned above. In addition, since the rotation speed of the windmill 3 and the voltage output from the generator 2 are in a substantially proportional relationship, the same control can be performed using any value. Although the amount of calculation increases, a voltage may be calculated from the number of rotations using a proportional relationship and compared with the target voltage.

このように、電圧計に代えて、回転計を設け、風車の回転数を算出しても同様の制御が可能となる。なお、装置を簡単にできる、装置コストが安くなるため、上述した回転数、出力電圧を測定対象とすることが好ましいがこれにも限定されない。風車または発電機の駆動状態をリニアに検出することができる測定対象であればよく、その検出結果に基づいて、ブレーキのON、OFFを制御することで、上述したように、予め設定したパターンに基づいて風車を制動させることができる。   As described above, the same control can be performed even if a tachometer is provided instead of the voltmeter and the rotation speed of the windmill is calculated. In addition, since the apparatus can be simplified and the apparatus cost is reduced, the above-described rotation speed and output voltage are preferably measured, but the present invention is not limited thereto. Any measuring object that can linearly detect the driving state of the windmill or generator may be used. By controlling the ON / OFF of the brake based on the detection result, the pattern is set in advance as described above. Based on this, the windmill can be braked.

また、上記実施形態では、各時間における目標値を1つの値としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、目標値に一定の幅を持たせるようにしてもよい。また、切替装置をONからOFFに切り替える閾値と、切替装置をOFFからONに切り替える閾値と別々の閾値としてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the target value in each time was made into one value, this invention is not limited to this. For example, the target value may have a certain width. Also, the threshold value for switching the switching device from ON to OFF and the threshold value for switching the switching device from OFF to ON may be different.

なお、上記実施形態では、装置構成が簡単になるため、切替装置のON、OFFの制御の基準となる検出値と制動開始の判定の基準となる検出値とを同一の計測器の検出値を用いて判定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、制動開始の判定は、風速計を用い、風速が一定速度以上となったら、制動開始するようにしてもよい。   In the above embodiment, since the device configuration is simplified, the detection value used as the reference for ON / OFF control of the switching device and the detection value used as the reference for determination of braking start are detected by the same measuring device. However, the present invention is not limited to this. For example, the determination of the start of braking may be performed by using an anemometer and starting the braking when the wind speed exceeds a certain speed.

また、より適切に制動動作を行うことができるため、上述した、運転状態に応じた制動開始条件の設定(図3の処理)と、運転状態に応じた制動のパターンの設定(図4の処理)を両方行うことが好ましいが、いずれか一方のみの処理を行ってもよい。いずれか一方のみの処理を行っても上述した処理の効果を得ることができる。   Further, since the braking operation can be performed more appropriately, the above-described setting of the braking start condition according to the driving state (the process of FIG. 3) and the setting of the braking pattern according to the driving state (the process of FIG. 4). ) Is preferably performed, but only one of the treatments may be performed. Even if only one of the processes is performed, the effects of the above-described processes can be obtained.

以上のように、本発明にかかる風力発電機用制動装置は、風力発電機の停止時のブレーキ装置として用いるのに有用であり、特に、10kW以下の小型風力発電のブレーキ装置に適している。   As described above, the braking device for wind power generator according to the present invention is useful for use as a braking device when the wind power generator is stopped, and is particularly suitable for a braking device for small wind power generation of 10 kW or less.

1、1a 風力発電機
2 発電機
3 風車
4 入力軸
5 コンバータ
6 電力消費対象
10、10a 制動装置(風力発電機用制動装置)
12 電力消費装置
13 切替装置
14 電圧計
15M 記憶部
15P 処理部
15 制御装置
16 回転計
17 電流計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Wind generator 2 Generator 3 Windmill 4 Input shaft 5 Converter 6 Power consumption object 10, 10a Brake device (brake device for wind generator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Electric power consumption apparatus 13 Switching apparatus 14 Voltmeter 15M Memory | storage part 15P Processing part 15 Control apparatus 16 Tachometer 17 Ammeter

Claims (7)

風車の回転エネルギを電力に変換する発電機と、前記発電機で生成された電力を他の機器に出力するコンバータの間に設けられた風力発電機用制動装置であって、
前記風車の回転状態を検出する回転状態検出手段と、
前記発電機と接続され、電力を消費する負荷手段と、
前記発電機から出力される電流を検知する電流検出手段と、
前記負荷手段に直列に配置され、前記負荷手段が前記発電機と電気的に接続している接続状態と、前記負荷手段が前記発電機に対して解放されている解放状態とを切り替え可能な選択スイッチと、
前記回転状態検出手段及び前記電流検出手段の検出結果に基づいて前記選択スイッチを動作させ、前記風車の制動動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする風力発電機用制動装置。
A braking device for a wind generator provided between a generator that converts rotational energy of a windmill into electric power and a converter that outputs electric power generated by the generator to another device,
Rotation state detection means for detecting the rotation state of the windmill;
A load means connected to the generator and consuming electric power;
Current detection means for detecting a current output from the generator;
Selection that is arranged in series with the load means and that can switch between a connected state in which the load means is electrically connected to the generator and a released state in which the load means is released from the generator A switch,
A braking device for a wind power generator, comprising: a control unit that operates the selection switch based on detection results of the rotation state detection unit and the current detection unit to control a braking operation of the windmill.
前記制御手段は、前記回転状態検出手段の検出結果と前記電流検出手段の検出結果との関係に基づいて、前記風車の制動動作を開始する閾値回転状態を決定し、
前記回転状態検出手段での検出結果が閾値回転状態以上であると判定したら、前記風車の制動動作を開始することを特徴とする請求項1に記載の風力発電機用制動装置。
The control means determines a threshold rotation state for starting the braking operation of the windmill based on the relationship between the detection result of the rotation state detection means and the detection result of the current detection means,
The braking device for a wind power generator according to claim 1, wherein when the detection result by the rotation state detection means is determined to be equal to or greater than a threshold rotation state, a braking operation of the windmill is started.
前記制御手段は、単位時間毎に、前記回転状態と前記電流を検出し、前記風車の制動動作を開始する閾値回転状態を決定することを特徴とする請求項2に記載の風力発電機用制動装置。   The wind power generator braking according to claim 2, wherein the control means detects the rotation state and the current every unit time, and determines a threshold rotation state for starting a braking operation of the windmill. apparatus. 前記制御手段は、制動動作を開始してからの時間と目標回転状態との関係を少なくとも2種類以上を記憶しており、
前記制御手段は、前記制動動作の開始時に前記電流検出手段で検出された電流に基づいて、制動動作を開始してからの時間と目標回転状態との関係を選択し、
選択した前記関係から算出される目標回転状態と前記回転状態検出手段の検出結果の回転状態とを比較し、比較結果に基づいて、前記選択スイッチにより接続状態とするか解放状態とするかを決定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の風力発電機用制動装置。
The control means stores at least two kinds of relationships between the time since the start of the braking operation and the target rotation state,
The control means selects a relationship between the time after starting the braking operation and the target rotation state based on the current detected by the current detecting means at the start of the braking operation,
The target rotation state calculated from the selected relationship is compared with the rotation state detected by the rotation state detection means, and based on the comparison result, the selection switch determines whether the connection state or the release state is set. The braking device for a wind power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記回転状態検出手段は、前記回転状態の制御対象として前記発電機から出力される電圧を検出し、
前記制御手段は、検出された電圧と、前記目標回転状態の電圧の値を比較して制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の風力発電機用制動装置。
The rotation state detection means detects a voltage output from the generator as a control object of the rotation state,
The braking device for a wind power generator according to claim 4, wherein the control means performs control by comparing the detected voltage with a value of the voltage in the target rotation state.
前記制御手段は、制動操作時に単位時間毎に、前記回転状態検出手段で回転状態を検出し、前記関係から算出される前記目標回転状態と前記回転状態検出手段の検出結果の回転状態とを比較することを特徴とする請求項4または5に記載の風力発電機用制動装置。   The control unit detects a rotation state by the rotation state detection unit for each unit time during a braking operation, and compares the target rotation state calculated from the relationship with the rotation state of the detection result of the rotation state detection unit. The braking device for wind power generators according to claim 4 or 5, wherein 前記制御手段は、前記回転状態検出手段の検出結果の回転状態が前記関係から算出される前記目標回転状態以上である場合は、前記選択スイッチにより前記負荷手段を接続状態とし、前記回転状態検出手段の検出結果の回転状態が前記関係から算出される目標回転状態よりも低い場合は、前記選択スイッチにより前記負荷手段を解放状態とすることを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の風力発電機用制動装置。   When the rotation state of the detection result of the rotation state detection unit is equal to or greater than the target rotation state calculated from the relationship, the control unit causes the load unit to be connected by the selection switch, and the rotation state detection unit 7. The load unit is released by the selection switch when the rotation state of the detection result is lower than the target rotation state calculated from the relationship. 8. The braking device for wind generators as described.
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