JP3423663B2 - 風力発電電力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、風力発電機によっ
て負荷に電力を供給する際に風力発電機の回転速度を制
限することができる風力発電電力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】典型的な風力発電システムは、風力発電
機と整流回路とコンバータとインバータと負荷とを有し
て商用電源系統に接続されている。この種の風力発電シ
ステムにおいて、風速の増大によって風力発電機の発電
電力が急激に増大すると、風力発電システム側から商用
電源系統への電力供給が急増し、商用系統側の電圧及び
周波数が変動する恐れがある。この変動は、風力発電機
に対して固定の抵抗を選択的に接続することによって抑
制される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、風力発電機
を普及させるためには騒音及び振動を低減させることが
必要になる。風力発電機の騒音及び振動は強風時に大き
くなる。

【０００４】そこで、本発明の目的は、強風時における
騒音又は振動を抑制することができる風力発電電力制御
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を解決するための本発明は、交流電圧を発生する風
力発電機に接続された整流回路と、前記整流回路に接続
され且つ少なくとも１つのスイッチ素子を含み、前記ス
イッチ素子のオン・オフ制御によって前記整流回路の直
流出力電圧のレベルを変換する直流−直流変換回路と、
前記風力発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、前記風力発電機の制限回転速度を示す信号を発生す
る制限回転速度信号発生手段と、前記回転速度検出手段
から得られた検出速度を示す信号と前記制限回転速度信
号発生手段から得られた制限回転速度を示す信号とを比
較する比較手段と、前記直流−直流変換回路の出力段の
電圧が所定値になるように前記スイッチ素子を制御し且
つ前記検出速度が前記制限回転速度よりも高いことを示
す前記比較手段の出力に応答して前記直流−直流変換回
路の出力電圧を上昇させるように前記スイッチ素子を制
御するスイッチ制御回路とを有していることを特徴とす
る風力発電電力制御装置に係わるものである。

【０００６】なお、請求項２に示すように、直流−交流
変換回路の出力電圧を比較手段の出力で制御することが
できる。また、請求項３に示すように時間帯によって制
限回転速度を変えることが望ましい。

【０００７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、直流−直流変
換回路を使用して出力電流を制御し、回転速度の制限を
行うので、特別な電流制御装置を設けないで出力電流の
制御を行うことができる。このため、回転速度制限を簡
単な回路で実行することができる。なお、直流−直流変
換回路の出力電圧を高めると、負荷電流が増大し、風力
発電機の電機子反作用に基づく電磁ブレーキ作用が増大
し、回転速度の上昇が抑えられる。また、請求項２に示
すように直流−交流変換回路（インバータ回路）の出力
電圧の制御によって風力発電機の出力電流を制御する場
合にも請求項１の発明と同様な効果を得ることができ
る。また、請求項３の発明によれば、風力発電機の設置
環境に応じて種々の制限回転速度を得ることができる。

【０００８】

【実施形態及び実施例】次に、図１〜図１１を参照して
本発明の実施形態及び実施例を説明する。

【０００９】

【第１の実施例】本発明の第１の実施例に従う風力発電
電力制御装置は図１に示すように、風力発電機１と、整
流回路２と、出力電流制御手段及び直流―直流変換手段
としてのＤＣ−ＤＣコンバータ３と、インバータ４と、
負荷５と、連系保護装置６と、商用電源連系端子７と、
充電回路８と、蓄電池９と、回転制御回路１０と、上限
回転速度設定用固定負荷１１と、スイッチ１２とを備え
ている。

【００１０】風力発電機１は風車１３に結合された永久
磁石から成る回転子１４と、３相の電機子巻線１５を有
する固定子とを備えた周知の交流発電機である。なお、
この交流発電機は外磁型と内磁型とのいずれであっても
よい。

【００１１】風力発電機１の電機子巻線１５に接続され
た交流―直流変換手段としての整流回路２は周知の３相
ブリッジ型整流回路であって、風車１３及び回転子１４
の回転に基づいて電機子巻線１５に発生した３相交流電
圧を直流電圧に変換する。整流回路２の出力電圧は例え
ば５０Ｖ以下の比較的低い値を有する。

【００１２】整流回路２に接続されたＤＣ−ＤＣコンバ
ータ３は、整流回路２の出力電圧をこれよりも高い電圧
（例えば３５０Ｖ）に変換し、且つコンバータ３の出力
電圧を一定に制御すると共に、本発明に従って出力電流
を制御するように出力電圧を調整するものである。従っ
て、コンバータ３は直流変換の機能の他に、本発明に従
う回転速度制限用の電流制御手段としての機能も有す
る。このコンバータ３の詳細は追って説明する。

【００１３】コンバータ３に接続されたインバータ４
は、コンバータ３から出力された直流電圧を商用周波数
（例えば５０Hz）の正弦波交流電圧に変換するものであ
り、例えば、周知のブリッジ型インバータ、ハーフブリ
ッジ型インバータ等で構成し得る。

【００１４】インバータ４に接続された負荷５は風力発
電システム系内の交流負荷である。インバータ４と商用
連系端子７との間に接続された連系保護装置６は商用電
源側が停電した時に風力発電システム側を商用側から切
り離すためのスイッチや連系に必要な周知の種々の手段
を含む。

【００１５】インバータ４に接続された充電回路８はイ
ンバータ４の出力電圧又は商用連系端子７から供給され
た電圧を整流して蓄電池９を充電するものである。な
お、破線で示すように充電回路８をコンバータ３に接続
し、コンバータ３の直流出力電圧で蓄電池９を充電する
こともできる。蓄電池９が満充電状態にない時には蓄電
池９は風力発電システム内の負荷として機能する。蓄電
池９の電力を負荷５に供給するために蓄電池９はこの放
電手段としてのダイオード１６を介してインバータ４の
入力端子に接続されている。なお、蓄電池９と負荷５と
の間に蓄電池出力専用のインバータを接続することもで
きる。

【００１６】風力発電機１の回転速度を上限値に抑える
ための回転速度制限用負荷１１はスイッチ１２を介して
整流回路２に接続されている。この負荷１１はコンバー
タ３の出力端子又はインバータ４の出力端子又は電機子
巻線１５の出力端子に接続することもできる。

【００１７】回転制御回路１０は、回転速度検出器１７
と標準モード信号発生器１８と昼夜切換モード信号発生
器１９と制限回転速度信号発生器２０と上限回転速度信
号発生器２１と第１及び第２の比較器２２、２３とモー
ド選択スイッチＳ1 、Ｓ2 とから成る。

【００１８】回転速度検出器１７は、電機子巻線１５の
出力ライン１５ａに接続され、発電機１の出力交流電圧
の周波数を検出し、この周波数に対応した電圧値を有す
る速度検出信号Ｖsを出力する。図２（Ａ）は速度検出
器１７を示し、交流抽出用コンデンサ１７ａと周波数−
電圧変換回路１７ｂとから成る。発電機出力ライン１５
ａに接続されたコンデンサ１７ａは発電機出力電圧の交
流成分を抽出する。この交流成分の周波数は発電機１の
回転子１４の回転速度に比例している。周波数−電圧変
換回路１７ｂはコンデンサ１７ａで抽出された交流成分
の周波数に比例した電圧を出力するものであって、例え
ばＶＣＯ（電圧制御発振器）又は交流成分に対応したパ
ルスを形成する回路と単位時間当りのパルス数を計数
し、このパルス数に比例した電圧又はディジタル値を出
力するものである。なお、図２（Ａ）で点線で示すよう
にコンデンサ１７ａを整流回路２の出力端子に接続する
ことができる。整流回路２の出力電圧には発電機１の回
転速度に比例した脈流成分が含まれているので、コンデ
ンサ１７ａでこの脈流成分を抽出することによって回転
速度を検出することができる。図２（Ｂ）は図２（Ａ）
の回転速度検出器１７の代りに使用することができる別
の回転速度検出器１７’を示す。この速度検出器１７’
は、コンデンサ１７ａと周波数−電圧変換回路１７ｂの
他に電流検出器１７ｃを有している。電流検出器１７ｃ
は発電機出力ライン１５ａに結合され、ここに流れる電
流を検出する。発電機出力電流の周波数は発電機１の回
転速度に比例しているので、これをコンデンサ１７ａで
抽出し、周波数−電圧変換回路１７ｂで電圧に変換する
と速度検出信号Ｖs を得ることができる。なお、電流検
出器１７ｃを図２（Ｂ）で点線で示すように整流回路２
の出力ラインに接続し、整流出力の脈流成分を検出する
ように接続変更することができる。

【００１９】標準モード信号発生器１８は、発電機１の
回転速度の制限を標準モードで実行することを示す標準
信号Ｍ1 を発生するものである。ここで、標準モードと
は１日中即ち２４時間中同一条件で回転速度の抑制を実
行するモードである。

【００２０】昼夜切換モード信号発生器１９はタイマ１
９ａを内蔵し、例えば昼間としての８時〜２０時の第１
の時間帯を示す例えば高レベル信号と夜間の２０時〜８
時の第２の時間帯を示す例えば低レベル信号とを含む昼
夜切換モード信号Ｍ2 を発生するものである。なお、第
１及び第２の時間帯の区別をタイマ１９ａによって設定
する代りに、光センサ、太陽発電等によって昼夜判定を
自動的に行って昼夜切換モード信号を作成することもで
きる。

【００２１】標準モード信号発生器１８は標準モード選
択スイッチＳ1 を介して制限回転速度信号発生器２０に
接続され、昼夜切換モード信号発生器１９は昼夜切換モ
ード選択スイッチＳ2 を介して制限回転速度信号発生器
２０に接続されている。スイッチＳ1 、Ｓ2 は択一的に
オンになる。なお、スイッチＳ1 、Ｓ2 を設ける代り
に、標準モード信号発生器１８と昼夜切換モード信号発
生器１９とを択一的に動作させ、信号Ｍ1 、Ｍ2 を択一
的に送出することもできる。

【００２２】制限回転速度信号発生器２０は、指定され
たモードに従う制限回転速度に比例した電圧から成る制
限回転速度信号Ｖr1又はＶr2を発生する。図３に原理的
に示すように制限回転速度信号発生器２０は第１及び第
２の電圧源２４、２５と第１及び第２のスイッチ２６、
２７とＮＯＴ回路２８とＯＲゲート２８ａとから成る。
制限回転速度信号出力ライン２９は第１のスイッチ２８
を介して第１の電圧源２４に接続されていると共に第２
のスイッチ２９を介して第２の電圧源２５に接続されて
いる。第１の電圧源２４は図５に示す第１の基準電圧Ｖ
r1を発生する。第２の電圧源２５は図５に示す第２の基
準電圧Ｖr2を発生する。第１及び第２の電圧源２４、２
５は調整可能な可変電圧源であって、任意の電圧を発生
することができる。なお、第１及び第２の電圧源２４、
２５を電源端子とグランドとの間に３個の抵抗を直列接
続した共通の分圧回路で構成し、この分圧回路の第１の
分圧点から第１の基準電圧Ｖr1を得、第２の分圧点から
第２の基準電圧Ｖr2を得ることもできる。ライン３０，
３１はＯＲゲート２８ａを介して第１のスイッチ２６の
制御端子に接続され、ライン３１はＮＯＴ回路２８を介
して第２のスイッチ２７の制御端子に接続されている。
従って、第１のスイッチ２６は、図１の標準モード信号
発生器１８に対してスイッチＳ1 を介して接続されるラ
イン３０に標準モード信号Ｍ1 が供給されている時にオ
ンになり且つ昼夜切換モード信号発生器１９に対してス
イッチＳ2 を介して接続されるライン３１に昼夜切換モ
ード信号Ｍ2 の昼間を示す高レベル信号が供給されてい
る時にもオンになり、第１の基準電圧Ｖr1をライン２９
に出力する。第２のスイッチ２７はライン３１に昼夜切
換モード信号Ｍ2 の夜間を示す低レベル信号が供給され
ている時にオンになって第２の基準電圧Ｖr2をライン２
９に出力する。図５から明らかなように第２の基準電圧
Ｖr2は第１の基準電圧Ｖr1よりも低く設定されている。
標準モード選択スイッチＳ1 がオンの時には、図３の第
１のスイッチ２６がオンになり、ライン２９には常に第
１の基準電圧Ｖr1からなる制限回転速度信号が出力す
る。また、昼夜切換モード選択スイッチＳ2 がオンの時
には、８時〜２０時の第１の時間帯に第１のスイッチ２
６がオンになり、第１の基準電圧Ｖr1がライン２９に出
力され、０時〜８時及び２０時〜２４時の第２の時間幅
に第２のスイッチ２７がオンになり、第２の基準電圧Ｖ
r2がライン２９に出力される。なお、第１の基準電圧Ｖ
r1は第１の制限回転速度に対応し、第２の基準電圧Ｖr2
は第２の制限回転速度に対応する。

【００２３】第１の比較器２２の一方の入力端子は速度
検出器１７に接続され、他方の入力端子は制限回転速度
信号発生器２０の出力ライン２９に接続されている。ラ
イン２９は図５に示すように第１の基準電圧Ｖr1又は第
２の基準電圧Ｖr2となるので、速度検出器１７から得ら
れた回転速度検出信号Ｖs が第１又は第２の基準電圧Ｖ
r1、Ｖr2よりも高くなる期間ｔ1 〜ｔ2 、ｔ3 〜ｔ4 、
ｔ5 〜ｔ6 、ｔ7 〜ｔ8 に出力ライン３２に高レベルの
比較出力が得られ、これがコンバータ３に送られて発電
機１の回転速度の上昇の抑制に使用される。

【００２４】第２の比較器２３の一方の入力端子は速度
検出器１７に接続され、他方の入力端子は上限回転速度
信号発生器２１に接続されている。上限回転速度信号発
生器２１は、図５に示すように第１の基準電圧Ｖr1より
も高い第３の基準電圧Ｖr3から成る上限回転速度信号を
発生する。従って、図５のｔ5 ′〜ｔ6 ′期間のように
回転速度検出信号Ｖs が第３の基準電圧Ｖr3よりも高く
なった時に比較器２３は高レベル出力をライン３３に送
出し、スイッチ１２をオンに制御する。スイッチ１２が
オンになると比較的小さい抵抗値の負荷１１が整流回路
２に接続され、発電機１の出力電流即ち電機子電流が増
大し、電機子反作用による電磁ブレーキ作用によって発
電機１の回転速度の上昇が抑制される。この第２の比較
器２３による制御は、第１の比較器２２の出力によるコ
ンバータ３の制御によって発電機１の回転速度が所望値
に抑制されない時に生じる。

【００２５】コンバータ３は、図４に示すように直流−
直流変換回路４１とこの制御回路４２とから成る。変換
回路４１は昇圧用リアクトル４３とトランジスタから成
るスイッチ素子４４と整流ダイオード４５と出力平滑用
コンデンサ４６とから成る周知の昇圧用変換回路であ
る。スイッチ素子４４は整流回路２の対の直流出力ライ
ン２ａ、２ｂ間にリアクトル４３を介して接続されてい
る。出力平滑用コンデンサ４６はダイオード４５を介し
てスイッチ素子４４に並列に接続されている。従って、
スイッチ素子４４をオン・オフすると、コンデンサ４６
に昇圧された電圧を得ることができる。変換回路４１は
図４の回路に限定されるものではなく、ブリッジ型又は
ハーフブリッジ型インバータと出力整流平滑回路との組
合せ回路又は一石型ＤＣ−ＤＣコンバータ等とすること
ができる。

【００２６】制御回路４２はスイッチ素子４４をオン・
オフ制御するためのＰＷＭパルスから成るスイッチ制御
信号を形成するものであって、電圧検出回路としての抵
抗４７、４８と、主基準電圧源４９と、誤差増幅器５０
と、主基準電圧源用スイッチ５１と、鋸波発生回路５２
と、比較器５３と、補助基準電圧源５４と、補助基準電
圧源用スイッチ５５とから成る。２つの抵抗４７、４８
の直列回路は対のコンバータ出力ライン５６、５７間に
接続され、これ等の分圧点５８に出力電圧検出値が得ら
れる。

【００２７】誤差増幅器５０の一方の入力端子は分圧点
５８に接続され、この他方の入力端子はスイッチ５１を
介して主基準電圧源４９に接続されていると共にスイッ
チ５５を介して補助基準電圧源５４に接続されている。
スイッチ５１は図１の比較器２２の出力ライン３２が低
レベルの時にオンになり、電圧源４９の主基準電圧Ｖa
を誤差増幅器５０に送る。スイッチ５５はスイッチ５１
と逆に動作するものであって、ライン３２が高レベルの
時にオンになり、電圧源５４の補助基準電圧Ｖb を誤差
増幅器５０に送る。主基準電圧Ｖa はコンバータ３の通
常の定電圧制御のための基準電圧であり、補助基準電圧
Ｖb は回転速度制御用基準電圧であって、発電機１の出
力電流を増大させるために主基準電圧Ｖa よりも好まし
くは０．１〜５％程度高く設定された電圧である。な
お、標準モード時には図５のｔ5 〜ｔ6 期間に図４のス
イッチ５５がオンになり、補助基準電圧Ｖb が誤差増幅
器５０に入力し、昼夜切換モード時には、図５のｔ1 〜
ｔ2 、ｔ3 〜ｔ4 、ｔ5 〜ｔ6 、ｔ7 〜ｔ8 期間に図４
のスイッチ５５がオンになり、補助基準電圧Ｖb が誤差
増幅器５０に入力する。

【００２８】鋸波発生回路５２は商用電源の周波数より
も十分に高い周波数（例えば２０〜１００kHz ）で鋸波
電圧を発生する。ＰＷＭ用比較器５３は誤差増幅器５０
の出力と鋸波発生回路５２の出力とを比較して周知のＰ
ＷＭパルスを形成し、スイッチ素子４４の制御端子に送
り、スイッチ素子４４をオン・オフ制御する。なお、補
助基準電圧源５５を設ける代りに、鋸波発生回路５２の
鋸波電圧にＶb −Ｖaに相当するバイアス電圧をライン
３２の高レベル期間のみ与える手段を設けることができ
る。このように鋸波電圧にバイアス電圧を付加すると、
比較器５３の出力ＰＷＭパルスの幅が増大し、変換回路
４１の出力電圧のレベルが高くなり、発電機１の出力電
流が増大する。また、誤差増幅器５０と比較器５３の間
に減算器を接続し、ライン３２が高レベルの期間におい
てＶb −Ｖa に相当する補正電圧を誤差出力から減算す
ることができる。

【００２９】図６の特性線Ａは風速又は回転数に対する
風力発電機１の発生可能な最大電力量を示す。この特性
線Ａから明らかなように風速が高くなるに従って出力可
能な電力量は増加する。回転数が２２００rpm よりも高
くなっても出力電力量は増大するが、この実施例では騒
音及び振動を防止するために発電機１の回転数を最大で
２２００rpm に制限する。図５の第３の基準電圧Ｖr3は
上限回転数２２００rpm に相当している。第１の基準電
圧Ｖr1は上限回転数２２００rpm の８０〜９９％程度の
回転数に対応している。第２の基準電圧Ｖr2は第１の基
準電圧Ｖr1に対応する回転数の６０〜９０％程度の回転
数に対応している。

【００３０】標準的に風力発電機１の回転速度を制限す
る時には、標準モード信号発生器１８の出力をスイッチ
Ｓ1 を介して制限回転速度信号発生器２０に送る。回転
速度検出信号Ｖs が図５に示すように変化し、標準モー
ドが設定されているとすれば、ｔ5 〜ｔ6 期間に第１の
基準電圧Ｖr1を回転速度検出信号Ｖs が横切る。この結
果、ｔ5 〜ｔ6 区間で第１の比較器２２の出力が高レベ
ルになり、これに応答して図４のスイッチ５５がオンに
なり、補助基準電圧Ｖb が誤差増幅器５０に送られる。
これにより、比較器５３から出力されるＰＷＭパルスの
幅が広がり、変換回路４１の出力電圧が高くなり、負荷
５に流れる電流、蓄電池９に流れる電流、及び商用連系
端子６から商用側に流れる電流が増大する。夜間に風力
発電機１の回転速度を低く抑えたい時には、昼夜切換モ
ード用スイッチＳ2 をオンにする。これにより、図５の
場合にはｔ1 〜ｔ2 、ｔ3 〜ｔ4 、ｔ7 〜ｔ8 において
も図４のスイッチ５５がオンになり、発電機１の出力電
流が増大し、回転速度の上昇が抑制される。この結果、
夜間の騒音が低下する。

【００３１】第１の比較器２２の出力による回転速度抑
制動作のみで回転速度を所望値に抑えることができず、
検出回転速度Ｖs が第３の基準電圧Ｖr3よりも高くなる
と、第２の比較器２３の出力によってスイッチ１２がオ
ンになり、発電機１の出力電流が増大し、回転速度の上
昇が抑制される。従って、本実施例においては、コンバ
ータ３と補助負荷１１との両方によって回転速度の上昇
を円滑且つ小刻みに抑制することができる。

【００３２】

【第２の実施例】次に、図７〜図９を参照して第２の実
施例の風力発電電力制御装置を説明する。但し、第２の
実施例を示す図７〜図９において第１の実施例を示す図
１〜図６と共通する部分には同一の符号を付し、その説
明を省略する。また、第２の実施例の風力発電電力制御
装置において第１の実施例と共通する多くの部分の図示
を省略し、第２の実施例においても図１〜図６を参照す
る。

【００３３】第２の実施例の風力発電電力制御装置は、
図１の回転制御回路１０を図７の回転制御回路１０ａに
変形し、また、図４の制御回路４２を図８の制御回路４
２ａに変形した他は、第１の実施例の風力発電電力制御
装置と同一に形成したものである。

【００３４】図７の回転制御回路１０ａは図１の回転制
御回路１０と同様に速度検出器１７と標準モード信号発
生器１８と昼夜切換モード信号発生器１９とを有する。
しかし、図７の回転制御回路１０ａは、図１とは異なる
制限回転速度信号発生器と比較手段を有している。

【００３５】図７では図１及び図３の制限回転速度信号
発生器２０の代りに、標準モード用及び昼夜切換モード
の昼間用として第１、第２及び第３の回転速度検出用基
準電圧源２４ａ、２４ｂ、２４ｃが設けられ、また昼夜
切換モードの夜間用として第４、第５及び第６の回転速
度検出用基準電圧源２４ｄ、２４ｅ、２４ｆが設けられ
ている。第１、第２及び第３の回転速度検出用基準電圧
源２４ａ、２４ｂ、２４ｃの第１、第２及び第３の回転
速度検出用基準電圧Ｖr1a 、Ｖr1b 、Ｖr1c は図９に示
すようにこの順番に高くなるように設定されている。第
４、第５及び第６の回転速度検出用基準電圧源２４ｄ、
２４ｅ、２４ｆの第４、第５及び第６の回転速度検出用
基準電圧Ｖr1d 、Ｖre、Ｖr1f は図９に示すようにこの
順番に高くなり且つ第１、第２及び第３の回転速度検出
用基準電圧Ｖr1a 、Ｖr1b 、Ｖr1c よりも低くなるよう
に設定されている。なお、基準電圧源２４ａ〜２４ｆは
複数の分圧点を有する抵抗の直列回路から成る共通の分
圧回路によって構成することもできる。

【００３６】図７の回路は、図１の１つの比較器２２の
代りに、第１〜第６の比較器２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、
２２ｄ、２２ｅ、２２ｆを有する。第１〜第６の比較器
２２ａ〜２２ｆの一方の入力端子は速度検出器１７にそ
れぞれ接続され、他方の入力端子は基準電圧源２４ａ〜
２４ｆに接続されている。第１、第２及び第３の比較器
２２ａ、２２ｂ、２２ｃの出力から１つを選択するため
の論理回路として、２つのＡＮＤゲート６０、６１と２
つのＮＯＴ回路６２、６３が設けられている。第１のＡ
ＮＤゲート６０の一方の入力端子は第１の比較器２２ａ
に接続され、この他方の入力端子はＮＯＴ回路６２を介
して第２の比較器２２ｂに接続されている。第２のＡＮ
Ｄゲートの一方の入力端子は第２の比較器２２ｂに接続
され、この他方の入力端子はＮＯＴ回路６３を介して第
３の比較器２２ｃに接続されている。この結果、第１及
び第２のＡＮＤゲート６０、６１の出力ラインＡ1 、Ａ
2と第３の比較器２２ｃの出力ラインＡ3 には第１〜第
３の比較器２２ａ〜２２ｃの内の１つの出力のみが得ら
れる。

【００３７】第４、第５及び第６の比較器２２ｄ、２２
ｅ、２２ｆの出力から１つを選択するための論理回路と
して、ＡＮＤゲート６４、６５とＮＯＴ回路６６、６７
とが設けられている。ＡＮＤゲート６４の一方の入力端
子は第４の比較器２２ｄに接続され、この他方の入力端
子はＮＯＴ回路６６を介して第５の比較器２２ｅに接続
されている。ＡＮＤゲート６５の一方の入力端子は第５
の比較器２２ｅに接続され、この他方の入力端子はＮＯ
Ｔ回路６７を介して第６の比較器２２ｆに接続されてい
る。従って、ＡＮＤゲート６４、６５の出力ラインＡ4
、Ａ5 と比較器２２ｆの出力ラインＡ6 には第４、第
５及び第６の比較器２２ｄ、２２ｅ、２２ｆから選択さ
れた１つの出力のみが得られる。

【００３８】図８に示す制御回路４２ａは、図４の制御
回路４２と同一の出力電圧検出用抵抗４７、４８と、通
常の定電圧制御用基準電圧源４９と、誤差増幅器５０
と、スイッチ５１と、鋸波発生器５２と、ＰＷＭ用比較
器５３とを有する他に、第１〜第６の回転制御用基準電
圧源７１、７２、７３、７４、７５、７６と、第１〜第
６の基準電圧切換用スイッチ７７、７８、７９、８０、
８１、８２と、第１及び第２のモード切換スイッチ８
３、８４と、ＯＲゲート８５と、ＮＯＴ回路８６とＯＲ
ゲート８７とを有する。

【００３９】第１〜第3の回転制御用基準電圧源７１〜
７３の電圧Ｖb1、Ｖb2、Ｖb3はこの順に高くなり且つ通
常の定電圧制御用基準電圧源４９の電圧Ｖa よりも高く
設定されている。また、第４〜第６の回転制御用基準電
圧源７４〜７６の電圧Ｖb4、Ｖｂ５、Ｖｂ6もこの順に
高くなり且つ定電圧制御用基準電圧源４９の電圧Ｖａよ
りも高く設定されている。第１、第２及び第３の回転制
御用基準電圧源７１、７２、７３は第１、第２及び第３
の基準電圧切換用スイッチ７７、７８、７９を介して互
いに並列に接続され、更に第１のモード切換スイッチ８
３を介して誤差増幅器５０の負入力端子に接続されてい
る。第４、第５及び第６の回転制御用基準電圧源７４、
７５、７６は第４、、第５及び第６の基準電圧切換用ス
イッチ８０、８１、８２を介して互いに並列に接続さ
れ、更に第２のモード切換スイッチ８４を介して誤差増
幅器５０の負入力端子に接続されている。第１、第２、
第３、第４、第５及び第６の基準電圧切換用スイッチ７
７、７８、７９、８０、８１、８２は第１〜第６のライ
ンＡ1 、Ａ2 、Ａ3 、Ａ4 、Ａ5 、Ａ6 が高レベルの時
にオンになる。なお、図８の第１〜第６のラインＡ1 〜
Ａ6 は図７で同一符号で示すラインＡ1 〜Ａ6 に接続さ
れる。

【００４０】図８のＯＲゲート８５はライン３０、３１
に接続されている。従って、ライン３０に標準モード信
号Ｍ1 が与えられている時、又はライン３１に高レベル
の昼夜切換モード信号Ｍ2 が与えられている時にＯＲゲ
ート８５は高レベル出力を発生し、第１のモード切換ス
イッチ８３をオンに制御する。第２のモード切換スイッ
チ８４はライン３１に接続されたＮＯＴ回路８６の高レ
ベル出力に応答してオンになる。なお、ＮＯＴ回路８６
に直列に昼夜切換モード選択スイッチＳ2 ′が接続され
ているので、第２のモード切換スイッチ８４は昼夜切換
モードの時にのみＮＯＴ回路８６の出力に応答する。図
８の昼夜切換モード選択スイッチＳ2 ′は図７のスイッ
チＳ2 に連動し、昼夜切換モード時のみにオンになる。

【００４１】図８の通常モード基準電圧用スイッチ５１
を制御するための６入力ＯＲゲート８７は第１〜第６の
ラインＡ1 〜Ａ6 に接続されている。スイッチ５１は６
入力ＯＲゲート８７の出力が低レベルの時にオンにな
り、高レベルの時にオフになる。

【００４２】図７の標準モードスイッチＳ1 がオンに操
作されている時には、図８の第１のモード切換スイッチ
８３がオンになる。図９のｔ2 時点に示すように回転速
度検出信号Ｖs が電圧源２４ａの第１の回転速度検出用
基準電圧Ｖr1a に達すると、図７の第１の比較器２２ａ
の出力が高レベルになり、第１のＡＮＤゲート６０及び
ラインＡ1 も高レベルになり、図８のスイッチ７７がオ
ンになり、スイッチ５１がオフになる。この結果、通常
制御用基準電圧源４９が切り離され、この代りに第１の
回転制御用基準電圧源７１が誤差増幅器５０に接続され
る。電圧源７１の電圧Ｖb1は電圧源４９の電圧Ｖa より
も僅かに高いので、コンバータ３の出力電圧を増大させ
る動作が第１の実施例と同様な原理で生じ、風力発電機
１の負荷電流が増大し、風力発電機１の回転速度の上昇
が抑制される。電圧源７１の基準電圧Ｖb1はインバータ
４の出力電圧の増大を防ぐために通常の定電圧制御の基
準電圧Ｖa よりも大幅に高くすることができない。従っ
て、第１の回転制御用基準電圧Ｖb1によって回転速度を
目標値に抑えることが不可能な場合もある。この様な場
合には、回転速度検出信号Ｖs が更に上昇するので、第
２の比較器２２ｂから高レベル出力が発生し、図８のス
イッチ７８がオンになり、電圧源７２の第２の回転速度
制御用基準電圧Ｖb2が誤差増幅器５０に供給される。こ
れにより、コンバータ３の出力電圧を高める動作が生
じ、負荷電流が増大し、風力発電機１の回転速度の上昇
の抑制作用即ち電磁ブレーキ作用が強くなる。第２の回
転速度制御用基準電圧Ｖb2によって目標とする回転速度
にならない時には、図７の第３の比較器２２ｃの出力が
高レベルになり、図８の第３のスイッチ７９がオンにな
り、第３の回転速度制御用基準電圧Ｖb3が誤差増幅器５
０に供給され、コンバータ３の出力電圧を高める動作が
生じ、負荷電流が増大し、回転速度の上昇が抑制され
る。上述のように、第１、第２及び第３の比較器２２
ａ、２２ｂ、２２ｃの出力によって段階的にコンバータ
３の出力電圧を高めると、出力電圧の急激な変化が発生
せず、商用電源との連系の乱れを防ぐことができる。第
３の比較器２２ｃの出力によっても回転速度を上限回転
速度以下に抑えることができない時には、上限回転速度
検出用比較器２３の出力が高レベルになり、図１のスイ
ッチ１２がオンになり、負荷電流が大幅に増大し、風力
発電機１の回転速度が強制的に上限回転数（２２００rp
m ）以下に抑えられる。

【００４３】図７の昼夜切換モード選択スイッチＳ2 が
オンの時には、ライン３１が８〜２０時の第１の時間帯
で高レベル、２０時〜８時の第２の時間帯で低レベルに
なる。８時〜２０時の第１の時間帯の時には図８のスイ
ッチ８３がオンになり、標準モード時と同様に第１、第
２及び第３の比較器２２ａ、２２ｂ、２２ｃの出力に基
づいて第１、第２及び第３の回転速度制御用基準電圧Ｖ
b1、Ｖb2、Ｖb3が選択され、標準モード時と同様な回転
速度制御が生じる。２０時〜８時の第２の時間帯の時に
は、図８のＮＯＴ回路８６の出力が高レベルになり且つ
スイッチＳ2 ′がオンになり、更にスイッチ８４がオン
になる。この状態で例えば図９のｔ1 時点になると、図
７の第４の比較器２２ｄの出力が高レベルになり、図８
のスイッチ８０がオンになり、第４の回転速度制御用基
準電圧Ｖb4が誤差増幅器５０に供給され、図９のｔ2 時
点の場合と同様な回転速度制御動作が生じる。

【００４４】図９では２０時〜８時の夜間における上限
回転速度を昼間のそれと同一にしているが、夜間の上限
回転速度検出用の比較器を独立に設け、図９の基準電圧
Ｖr3よりも低い基準電圧を上記夜間の上限回転速度検出
用比較器に与えてもよい。

【００４５】

【第３の実施例】次に、図１０及び図１１を参照して第
３の実施例の風力発電電力制御装置を説明する。但し、
図１０及び図１１において図１〜図４と実質的に同一の
部分には同一の符号を付してその説明を省略する。ま
た、第３の実施例においても図１〜図６を参照する。

【００４６】図１０の風力発電電力制御装置は、図１の
コンバータ３及びインバータ４を変形したコンバータ３
ａ、インバータ４ａを設けた他は図１と同一に構成した
ものである。図１０のコンバータ３ａは図４のコンバー
タ３から基準電圧源５４とスイッチ５５とを省いた他は
図４と同一に形成したものである。図１０のインバータ
４ａは、図１のインバータ４に回転速度制御系を付加し
たものであり、図１１に原理的に示すように、直流−交
流変換回路９１とこの制御回路９２とから成る。変換回
路９１はコンバータ３ａの直流出力ラインに対してブリ
ッジ接続されたスイッチＱ1 〜Ｑ6 とフィルタ９３とか
ら成る周知の回路である。図１１には３相変換回路９１
が示されているが、勿論単相変換回路にすることもでき
る。

【００４７】制御回路９２は、フィルタ９３の出力電圧
を一定にするようにスイッチＱ1 〜Ｑ6 をオン・オフ制
御すると共に、風力発電機１の回転速度を制限するよう
にスイッチＱ1 〜Ｑ6 を制御するものであって、電圧検
出回路９４と定電圧制御用基準電圧源４９ａと誤差増幅
器５０ａとスイッチ５１ａと鋸波発生回路５２ａとＰＷ
Ｍパルス用比較器５３ａと回転速度制御用基準電圧源５
４ａとスイッチ５５ａと正弦波基準電圧信号発生器９５
と乗算器９６と制御信号形成回路９７とから成る。

【００４８】図１１の電圧検出器９４はインバータ４ａ
の出力電圧を検出して誤差増幅器５０ａに与える。図１
１の基準電圧源４９ａ、誤差増幅器５０ａ、スイッチ５
１ａ、鋸波発生回路５２ａ、比較器５３ａ、回転速度制
御用基準電圧源５４ａ及びスイッチ５５ａは、図４の基
準電圧源４９、誤差増幅器５０、鋸波発生回路５２、比
較器５３、回転速度制御用基準電圧源５４及びスイッチ
５５と同様に動作する。また、電圧源４９ａ、５４ａの
基準電圧Ｖa ′及びＶb ′は図４の基準電圧Ｖa 及びＶ
b と同様にＶa ′＜Ｖb ′に設定されている。スイッチ
５５ａは図１０のライン３２が高レベルの時にオンにな
る。スイッチ５１ａはスイッチ５５ａと反対に動作す
る。従って、誤差増幅器５０ａの負入力端子には発電機
１の回転速度が制限回転速度よりも高くなった時にのみ
回転速度制御用基準電圧Ｖb ′が供給される。正弦波基
準信号発生器９５は、商用連系端子７の正弦波交流電圧
に同期した正弦波電圧を発生する。乗算器９６は正弦波
基準信号発生器９５の出力に誤差増幅器５０ａの出力を
乗算して正弦波基準電圧の振幅を調整する。比較器５３
ａの負入力端子は乗算器９６に接続され、正入力端子は
鋸波発生回路５２ａに接続されている。鋸波発生回路５
２ａは商用電源の周波数よりも十分に高い周波数で鋸波
電圧を発生するので、比較器５３ａからはインバータ４
ａから正弦波出力電圧を得られるようにＰＷＭ変調され
たパルスが発生する。制御信号形成回路９７は比較器５
３ａの出力に基づいて周知の方法でスイッチＱ1 〜Ｑ6
のオン・オフ制御信号を形成する。

【００４９】第３の実施例の風力発電電力制御装置にお
いても、例えば図５に示すように発電機１の回転速度が
変化すると、第１の実施例と同様に回転速度の上昇を抑
制する動作が生じる。要するに、第１の実施例ではコン
バータ３で出力電圧を制御したのに代って第３の実施例
ではインバータ４ａによって出力電圧を制御し、負荷電
流の増大を図り、電磁ブレーキ効果で回転速度の上昇を
抑制している。従って、第３の実施例によっても第１の
実施例と同一の効果を得ることができる。

【００５０】

【変形例】本発明は上記実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 第３の実施例でインバータ４ａで回転速度を制
御する場合においても、図７〜図９に示す第２の実施例
と同様に多段階制御を行うことができる。 （２） 負荷１１を抵抗で構成せずに蓄電池とすること
ができる。 （３） 昼夜切換モードの昼間時間帯と夜間時間帯の時
間幅を任意に変えることができる。 （４） １日を３つ以上の時間帯に分け、各時間帯の制
限回転速度に差を持たせることができる。 （５） 実施例では回転速度検出器１７を交流又は脈流
成分によって回転速度を検出する構成にしているので、
この構成の簡略化が図られているが、これに代って回転
子１４又は風車１３の回転を光学的又は電磁的に検出
し、回転速度を示す信号を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の風力発電電力制御装置
を示すブロック図である。

【図２】速度検出器を示すブロック図である。

【図３】図１の制限回転速度信号発生器を示す回路図で
ある。

【図４】図１のコンバータを詳しく示す回路図である。

【図５】回転速度検出信号の変化と速度制限との関係を
示す図である。

【図６】風速及び回転数と発電機の最大出力電力量との
関係を示す図である。

【図７】第２の実施例の風力発電電力制御装置の速度制
御回路を示す回路図である。

【図８】第２の実施例のコンバータの制御回路を示す回
路図である。

【図９】第２の実施例の回転速度検出信号の変化と回転
速度制御との関係を示す図である。

【図１０】第３の実施例の風力発電電力制御装置を示す
ブロック図である。

【図１１】図１０のインバータを示す回路図である。

【符号の説明】

１ 風力発電機 ３ コンバータ ４ インバータ ５ 負荷 １０ 速度制御回路 １７ 速度検出器 ２２、２３ 比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 暸介 東京都港区赤坂６丁目13番19号 ゼファ −株式会社内 (72)発明者 佐藤 清 東京都港区赤坂６丁目13番19号 ゼファ −株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−30919（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−172934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−95998（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−332125（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−4378（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−172226（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 9/00 F03D 7/04 F03D 9/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を発生する風力発電機に接続さ
   れた整流回路と、 前記整流回路に接続され且つ少なくとも１つのスイッチ
   素子を含み、前記スイッチ素子のオン・オフ制御によっ
   て前記整流回路の直流出力電圧のレベルを変換する直流
   −直流変換回路と、 前記風力発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段
   と、 前記風力発電機の制限回転速度を示す信号を発生する制
   限回転速度信号発生手段と、 前記回転速度検出手段から得られた検出速度を示す信号
   と前記制限回転速度信号発生手段から得られた制限回転
   速度を示す信号とを比較する比較手段と、 前記直流−直流変換回路の出力段の電圧が所定値になる
   ように前記スイッチ素子を制御し且つ前記検出速度が前
   記制限回転速度よりも高いことを示す前記比較手段の出
   力に応答して前記直流−直流変換回路の出力電圧を上昇
   させるように前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御
   回路と を有していることを特徴とする風力発電電力制御
   装置。
2. 【請求項２】 交流電圧を発生する風力発電機に接続さ
   れた整流回路と、 前記整流回路に接続され且つ少なくとも１つのスイッチ
   素子を含み、前記スイッチ素子のオン・オフ制御によっ
   て前記整流回路の直流出力電圧のレベルを変換する直流
   −直流変換回路と、 前記直流−直流変換回路に接続された直流−交流変換回
   路と、 前記風力発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段
   と、 前記風力発電機の制限回転速度を示す信号を発生する制
   限回転速度信号発生手段と、 前記回転速度検出手段から得られた検出速度を示す信号
   と前記制限回転速度信号発生手段から得られた制限回転
   速度を示す信号とを比較する比較手段と、 前記直流−交流変換回路の出力段の電圧が所定値になる
   ように前記直流−交流変換回路を制御し且つ前記検出速
   度が前記制限回転速度よりも高いことを示す前記比較手
   段の出力に応答して前記直流−交流変換回路の出力電圧
   を上昇させるように前記直流−交流変換回路を制御する
   制御回路とを有して いることを特徴とする風力発電電力
   制御装置。
3. 【請求項３】 前記制限回転速度信号発生手段は、昼間
   時間帯に第１の回転制御速度を示す信号（Ｖｒ1）を発
   生し、夜間時間帯に前記第１の回転制限速度よりも低い
   第２の制限回転速度を示す信号（Ｖｒ2）を発生するも
   のである請求項１又は２記載の風力発電電力制御装置。