JP3523587B2 - 風力発電装置 - Google Patents
風力発電装置Info
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- JP3523587B2 JP3523587B2 JP2000325562A JP2000325562A JP3523587B2 JP 3523587 B2 JP3523587 B2 JP 3523587B2 JP 2000325562 A JP2000325562 A JP 2000325562A JP 2000325562 A JP2000325562 A JP 2000325562A JP 3523587 B2 JP3523587 B2 JP 3523587B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風力を電力に変換
する風力発電装置に関する。
する風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】風力を電力に変換する風力発電装置は、
公害を出さない発電装置として注目され、実用化されて
きている。特に容量が数ｋｗクラスの小型風力発電装置
は、庭園灯やポンプなどに利用されている。従来の小型
風力発電装置は、風車と、風車が結合された交流発電機
と、交流発電機に接続された整流回路と、整流回路に接
続された蓄電池と、蓄電池に接続された負荷回路と、風
車の回転数検出器と、発電機の対の出力端子間に接続さ
れた短絡器とから成る。短絡器は回転数検出器が基準値
以上の回転数を検出した時に発電機の対の出力端子間を
短絡して発電機を電気的に制動する。
公害を出さない発電装置として注目され、実用化されて
きている。特に容量が数ｋｗクラスの小型風力発電装置
は、庭園灯やポンプなどに利用されている。従来の小型
風力発電装置は、風車と、風車が結合された交流発電機
と、交流発電機に接続された整流回路と、整流回路に接
続された蓄電池と、蓄電池に接続された負荷回路と、風
車の回転数検出器と、発電機の対の出力端子間に接続さ
れた短絡器とから成る。短絡器は回転数検出器が基準値
以上の回転数を検出した時に発電機の対の出力端子間を
短絡して発電機を電気的に制動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の短絡器を有する
風力発電装置においては、強風時などで風車回転数が大
きくなった時に、短絡器の作用によって過回転を防止
し、高速回転に伴う破壊や騒音を防止することができ
る。しかしながら、短絡器により発電機の出力端子間を
短絡することにより、発電電力が零になり、発電できな
くなる。短絡器は、過回転防止の他に、蓄電池の過充電
防止にも使用される。蓄電池が過充電状態になった時に
は、短絡器によって発電を零にし、過充電が解除された
ら、短絡器による短絡を解除する。しかし、蓄電池の過
充電とこの解除との繰返しによって蓄電池の寿命が短く
なる。
風力発電装置においては、強風時などで風車回転数が大
きくなった時に、短絡器の作用によって過回転を防止
し、高速回転に伴う破壊や騒音を防止することができ
る。しかしながら、短絡器により発電機の出力端子間を
短絡することにより、発電電力が零になり、発電できな
くなる。短絡器は、過回転防止の他に、蓄電池の過充電
防止にも使用される。蓄電池が過充電状態になった時に
は、短絡器によって発電を零にし、過充電が解除された
ら、短絡器による短絡を解除する。しかし、蓄電池の過
充電とこの解除との繰返しによって蓄電池の寿命が短く
なる。
【０００４】そこで、本発明の第１の目的は、強風時に
おいて回転数を抑制しながら発電を維持することができ
る風力発電装置を提供することにある。本発明の第２の
目的は、強風時において回転数を抑制しながら発電を維
持することができ且つ蓄電池の充放電電流の変化を最小
限に抑えることができる風力発電装置を提供することに
ある。
おいて回転数を抑制しながら発電を維持することができ
る風力発電装置を提供することにある。本発明の第２の
目的は、強風時において回転数を抑制しながら発電を維
持することができ且つ蓄電池の充放電電流の変化を最小
限に抑えることができる風力発電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
目的を達成するための本発明は、風車と、前記風車によ
って回転されるロ−タを有する交流発電機と、前記交流
発電機に接続された整流回路と、前記整流回路に接続さ
れた電力変換回路と、前記電力変換回路に接続された蓄
電池又はコンデンサと、前記風車の回転数を検出するた
めの回転検出器と、前記風車の基準回転数を設定するた
めの基準回転数設定器と、前記電力変換回路の入力電圧
（Ｖ in ）を検出する入力電圧検出回路と、前記回転検出
器と前記基準回転数設定器と前記入力電圧検出回路と前
記電力変換回路とに接続され、前記回転検出器から得ら
れた検出回転数が前記基準回転数を超えた時に、前記電
力変換回路の入力電圧（Ｖin）と出力電圧（Ｖout）と
の比（Vout／Ｖin）を大きくし且つ前記蓄電池又はコン
デンサに対する電力供給を維持できる範囲で前記入力電
圧（Ｖ in ）を低下させるように前記電力変換回路を制御
する制御回路とを具備し、前記制御回路が、前記発電機
の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手段と、前記
検出回転数と前記基準回転数との差（△Ｆ）を求める第
1 の減算手段と、前記差（△ F ）が零以下の時には係数値
として 1 を送出し、前記差（△ F ）が零よりも大きい時に
は 1 よりも小さく且つ０よりも大きい値の係数を送出す
る係数発生手段と、前記発電機出力電圧決定手段から得
られた決定出力電圧に前記係数発生手段から得られた係
数を乗算して補正電圧指令信号を形成する乗算手段と、
前記乗算手段の出力と前記入力電圧検出回路の出力との
差（△ Vin ）を求める第 2 の減算手段と、前記第 2 の減算
手段の出力に基づいて前記入力電圧検出回路の出力を前
記補正電圧指令信号に近づけるように前記電力変換回路
を制御する信号を形成する制御信号形成回路とから成る
ことを特徴とする風力発電装置に係わるものである。
目的を達成するための本発明は、風車と、前記風車によ
って回転されるロ−タを有する交流発電機と、前記交流
発電機に接続された整流回路と、前記整流回路に接続さ
れた電力変換回路と、前記電力変換回路に接続された蓄
電池又はコンデンサと、前記風車の回転数を検出するた
めの回転検出器と、前記風車の基準回転数を設定するた
めの基準回転数設定器と、前記電力変換回路の入力電圧
（Ｖ in ）を検出する入力電圧検出回路と、前記回転検出
器と前記基準回転数設定器と前記入力電圧検出回路と前
記電力変換回路とに接続され、前記回転検出器から得ら
れた検出回転数が前記基準回転数を超えた時に、前記電
力変換回路の入力電圧（Ｖin）と出力電圧（Ｖout）と
の比（Vout／Ｖin）を大きくし且つ前記蓄電池又はコン
デンサに対する電力供給を維持できる範囲で前記入力電
圧（Ｖ in ）を低下させるように前記電力変換回路を制御
する制御回路とを具備し、前記制御回路が、前記発電機
の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手段と、前記
検出回転数と前記基準回転数との差（△Ｆ）を求める第
1 の減算手段と、前記差（△ F ）が零以下の時には係数値
として 1 を送出し、前記差（△ F ）が零よりも大きい時に
は 1 よりも小さく且つ０よりも大きい値の係数を送出す
る係数発生手段と、前記発電機出力電圧決定手段から得
られた決定出力電圧に前記係数発生手段から得られた係
数を乗算して補正電圧指令信号を形成する乗算手段と、
前記乗算手段の出力と前記入力電圧検出回路の出力との
差（△ Vin ）を求める第 2 の減算手段と、前記第 2 の減算
手段の出力に基づいて前記入力電圧検出回路の出力を前
記補正電圧指令信号に近づけるように前記電力変換回路
を制御する信号を形成する制御信号形成回路とから成る
ことを特徴とする風力発電装置に係わるものである。
【０００６】なお、請求項２、４、６に示すように直流
発電機を使用することができる。また、請求項３に示す
ように、風車と、前記風車によって回転されるロ−タを
有する交流発電機と、前記交流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た電力変換回路と、前
記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデンサと、
前記蓄電池又はコンデンサの電圧を検出する出力電圧検
出回路と、前記蓄電池又はコンデンサの基準電圧値を設
定する基準電圧設定器と、前記電力変換回路の入力電圧
（Ｖ in ）を検出する入力電圧検出回路と、前記出力電圧
検出回路と前記基準電圧設定器と前記入力電圧検出回路
と前記電力変換回路とに接続され、前記出力電圧検出回
路から得られた出力検出電圧値が前記基準電圧値を超え
た時に、前記電力変換回路の入力電圧（Ｖin）と出力電
圧（Ｖout）との比（Vout／Ｖin）を大きくし且つ前記
蓄電池又はコンデンサに対する電力供給を維持できる範
囲で前記入力電圧（Ｖ in ）を低下させるように前記電力
変換回路を制御する制御回路とで風力発電装置を構成
し、更に、前記制御回路を、前記発電機の出力電圧を決
定する発電機出力電圧決定手段と、前記出力電圧検出回
路から得られた出力電圧検出値と前記基準電圧値との差
（△Ｖ）を求める第1の減算手段と、前記差（△Ｖ）が
零以下の時には係数値として1を送出し、前記差（△
Ｖ）が零よりも大きい時には1よりも小さく且つ０より
も大きい値の係数を送出する係数発生手段と、前記発電
機出力電圧決定手段から得られた決定出力電圧に前記係
数発生手段から得られた係数を乗算して補正電圧指令信
号を形成する乗算手段と、前記乗算手段の出力と前記入
力電圧検出回路の出力との差（△Vin）を求める第2の減
算手段と、前記第2の減算手段の出力に基づいて前記入
力電圧検出回路の出力を前記補正電圧指令信号に近づけ
るように電力変換回路を制御する信号を形成する制御信
号形成回路とで構成することが望ましい。また、請求項
５に示すように、風車と、前記風車によって回転される
ロ−タを有する交流発電機と、前記交流発電機に接続さ
れた整流回路と、前記整流回路に接続された電力変換回
路と、前記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデ
ンサと、前記風車の回転数を検出するための回転検出器
と、前記蓄電池又はコンデンサの電圧を検出する出力電
圧検出回路と、前記変換回路の入力電圧（Vｉｎ）を検
出する入力電圧検出回路と、前記風車の基準回転数を設
定するための基準回転数設定器と、前記蓄電池又はコン
デンサの基準電圧値を設定する基準電圧設定器と、前記
回転検出器と前記出力電圧検出回路と基準回転数設定器
と前記基順電圧設定器と前記入力電圧検出回路と前記電
力変換回路とに接続され、前記回転検出器から得られた
検出回転数が前記基準回転数を超えた時と前記出力電圧
検出回路から得られた検出電圧検出値が前記基準電圧値
を超えた時とのいずれにおいても前記電力変換回路の入
力電圧（Ｖin）と出力電圧（Ｖout）との比（Vout／Ｖi
n）を大きくし且つ前記蓄電池又はコンデンサに対する
電力供給を維持できる範囲で前記入力電圧（Ｖ in ）を低
下させるように前記電力変換回路を制御する制御回路と
で風力発電装置を構成し、更に、前記制御回路を、前記
発電機の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手段
と、前記検出回転数と前記基準回転数との差（△Ｆ）を
示す第１の差信号を求める第1の減算手段と、前記第１
の差信号が零以下の時には係数値として1を送出し、前
記第１の差信号が零よりも大きい時には1よりも小さく
且つ０よりも大きい値の係数を送出する第１の係数発生
手段と、前記出力電圧検出回路から得られた出力電圧検
出値と前記基準電圧値との差（△V）を示す第２の差信
号を求める第2の減算手段と、前記第２の差信号が零以
下の時には係数値として1を送出し、前記第２の差信号
が零よりも大きい時には1よりも小さ小さく且つ０より
も大きい値の係数を送出する第２の係数発生手段と、前
記第１の係数発生手段から得られた第１の係数と前記第
２の係数発生手段から得られた第２の係数とが異なる値
の時には小さい方の係数を選択して前記第１及び第２の
係数が同一の値の時には前記第１及び第２の係数のいず
れか一方を出力する係数選択手段と、前記発電機出力電
圧決定手段から得られた決定電圧に前記係数選択手段か
ら得られた係数を乗算して補正電圧指令信号を形成する
乗算手段と、前記乗算手段の出力と前記入力電圧検出回
路の出力との差（△Vin）を求める第３の減算手段と、
前記第３の減算手段の出力に基づいて前記入力電圧検出
回路の出力を前記補正電圧指令信号に近づけるように前
記電力変換回路を制御する信号を形成する制御信号形成
回路とで構成することが望ましい。また、請求項７に示
すように、前記電力変換回路は、直流ラインに直列に接
続されたリアクトルと、前記リアクトルよりも出力側に
おいて対の直流ライン間に接続されたスイッチと、前記
スイッチよりも出力側において直流ラインに直列に接続
されたダイオ−ドとから成ることが望ましい。
発電機を使用することができる。また、請求項３に示す
ように、風車と、前記風車によって回転されるロ−タを
有する交流発電機と、前記交流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た電力変換回路と、前
記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデンサと、
前記蓄電池又はコンデンサの電圧を検出する出力電圧検
出回路と、前記蓄電池又はコンデンサの基準電圧値を設
定する基準電圧設定器と、前記電力変換回路の入力電圧
（Ｖ in ）を検出する入力電圧検出回路と、前記出力電圧
検出回路と前記基準電圧設定器と前記入力電圧検出回路
と前記電力変換回路とに接続され、前記出力電圧検出回
路から得られた出力検出電圧値が前記基準電圧値を超え
た時に、前記電力変換回路の入力電圧（Ｖin）と出力電
圧（Ｖout）との比（Vout／Ｖin）を大きくし且つ前記
蓄電池又はコンデンサに対する電力供給を維持できる範
囲で前記入力電圧（Ｖ in ）を低下させるように前記電力
変換回路を制御する制御回路とで風力発電装置を構成
し、更に、前記制御回路を、前記発電機の出力電圧を決
定する発電機出力電圧決定手段と、前記出力電圧検出回
路から得られた出力電圧検出値と前記基準電圧値との差
（△Ｖ）を求める第1の減算手段と、前記差（△Ｖ）が
零以下の時には係数値として1を送出し、前記差（△
Ｖ）が零よりも大きい時には1よりも小さく且つ０より
も大きい値の係数を送出する係数発生手段と、前記発電
機出力電圧決定手段から得られた決定出力電圧に前記係
数発生手段から得られた係数を乗算して補正電圧指令信
号を形成する乗算手段と、前記乗算手段の出力と前記入
力電圧検出回路の出力との差（△Vin）を求める第2の減
算手段と、前記第2の減算手段の出力に基づいて前記入
力電圧検出回路の出力を前記補正電圧指令信号に近づけ
るように電力変換回路を制御する信号を形成する制御信
号形成回路とで構成することが望ましい。また、請求項
５に示すように、風車と、前記風車によって回転される
ロ−タを有する交流発電機と、前記交流発電機に接続さ
れた整流回路と、前記整流回路に接続された電力変換回
路と、前記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデ
ンサと、前記風車の回転数を検出するための回転検出器
と、前記蓄電池又はコンデンサの電圧を検出する出力電
圧検出回路と、前記変換回路の入力電圧（Vｉｎ）を検
出する入力電圧検出回路と、前記風車の基準回転数を設
定するための基準回転数設定器と、前記蓄電池又はコン
デンサの基準電圧値を設定する基準電圧設定器と、前記
回転検出器と前記出力電圧検出回路と基準回転数設定器
と前記基順電圧設定器と前記入力電圧検出回路と前記電
力変換回路とに接続され、前記回転検出器から得られた
検出回転数が前記基準回転数を超えた時と前記出力電圧
検出回路から得られた検出電圧検出値が前記基準電圧値
を超えた時とのいずれにおいても前記電力変換回路の入
力電圧（Ｖin）と出力電圧（Ｖout）との比（Vout／Ｖi
n）を大きくし且つ前記蓄電池又はコンデンサに対する
電力供給を維持できる範囲で前記入力電圧（Ｖ in ）を低
下させるように前記電力変換回路を制御する制御回路と
で風力発電装置を構成し、更に、前記制御回路を、前記
発電機の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手段
と、前記検出回転数と前記基準回転数との差（△Ｆ）を
示す第１の差信号を求める第1の減算手段と、前記第１
の差信号が零以下の時には係数値として1を送出し、前
記第１の差信号が零よりも大きい時には1よりも小さく
且つ０よりも大きい値の係数を送出する第１の係数発生
手段と、前記出力電圧検出回路から得られた出力電圧検
出値と前記基準電圧値との差（△V）を示す第２の差信
号を求める第2の減算手段と、前記第２の差信号が零以
下の時には係数値として1を送出し、前記第２の差信号
が零よりも大きい時には1よりも小さ小さく且つ０より
も大きい値の係数を送出する第２の係数発生手段と、前
記第１の係数発生手段から得られた第１の係数と前記第
２の係数発生手段から得られた第２の係数とが異なる値
の時には小さい方の係数を選択して前記第１及び第２の
係数が同一の値の時には前記第１及び第２の係数のいず
れか一方を出力する係数選択手段と、前記発電機出力電
圧決定手段から得られた決定電圧に前記係数選択手段か
ら得られた係数を乗算して補正電圧指令信号を形成する
乗算手段と、前記乗算手段の出力と前記入力電圧検出回
路の出力との差（△Vin）を求める第３の減算手段と、
前記第３の減算手段の出力に基づいて前記入力電圧検出
回路の出力を前記補正電圧指令信号に近づけるように前
記電力変換回路を制御する信号を形成する制御信号形成
回路とで構成することが望ましい。また、請求項７に示
すように、前記電力変換回路は、直流ラインに直列に接
続されたリアクトルと、前記リアクトルよりも出力側に
おいて対の直流ライン間に接続されたスイッチと、前記
スイッチよりも出力側において直流ラインに直列に接続
されたダイオ−ドとから成ることが望ましい。
【０００７】
【発明の効果】各請求項の発明によれば、強風時に電力
変換回路の入力電圧即ち発電機出力電圧が低下する。こ
れにより、風車及び発電機の回転数の上昇が抑制され
る。発電機から蓄電池及び負荷に供給される電力は強風
時においても維持されるので、電力の継続的供給が可能
になる。また、蓄電池の充放電の幅が狭くなる。
変換回路の入力電圧即ち発電機出力電圧が低下する。こ
れにより、風車及び発電機の回転数の上昇が抑制され
る。発電機から蓄電池及び負荷に供給される電力は強風
時においても維持されるので、電力の継続的供給が可能
になる。また、蓄電池の充放電の幅が狭くなる。
【０００８】
【実施形態】次に、図１〜図７を参照して本発明の実施
形態に係わる風力発電装置を説明する。
形態に係わる風力発電装置を説明する。
【０００９】
【第１の実施形態】図１に示す第１の実施形態の風力発
電装置は、風車１と、この風車１によって回転されるロ
ータを有する交流発電機２と、この交流発電機２に接続
された整流回路３と、平滑用コンデンサ４と、この平滑
用コンデンサ４に接続された電力変換回路５と、この電
力変換回路５に接続された蓄電池６と、この蓄電池６に
接続された負荷７と、風車１の回転数を検出するための
回転数検出器８即ち速度検出器と、電力変換回路５の入
力電圧即ちコンデンサ４の電圧を検出する入力電圧検出
回路９と、制御回路１０とから成る。
電装置は、風車１と、この風車１によって回転されるロ
ータを有する交流発電機２と、この交流発電機２に接続
された整流回路３と、平滑用コンデンサ４と、この平滑
用コンデンサ４に接続された電力変換回路５と、この電
力変換回路５に接続された蓄電池６と、この蓄電池６に
接続された負荷７と、風車１の回転数を検出するための
回転数検出器８即ち速度検出器と、電力変換回路５の入
力電圧即ちコンデンサ４の電圧を検出する入力電圧検出
回路９と、制御回路１０とから成る。
【００１０】電力変換回路５は、平滑用コンデンサ４に
接続された第１及び第２の直流電源ライン１１、１２に
接続され、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖout との比Ｖout
／Ｖinを変えることができるように構成されており、例
えば図２に示すようにリアクトルＬ1 と電界効果トラン
ジスタから成るスイッチＱ1 と逆流阻止用ダイオードＤ
1 から成る。リアクトルＬ1 は第１の直流電源ライン１
１に直列に接続されている。スイッチＱ1 はリアクトル
Ｌ1 の出力側において第１及び第２の直流電源ライン１
１、１２間に接続されている。ダイオードＤ1 は蓄電池
６をスイッチＱ1 に対して並列に接続するように第１の
直流電源ライン１１に直列に接続されている。なお、ダ
イオードＤ1 をスイッチＱ1 よりも出力側において第２
の直流電源ライン１２に接続することもできる。また、
この実施形態では蓄電池６が平滑用コンデンサの作用を
兼用しているが、平滑用コンデンサを蓄電池６に接続す
ることもできる。
接続された第１及び第２の直流電源ライン１１、１２に
接続され、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖout との比Ｖout
／Ｖinを変えることができるように構成されており、例
えば図２に示すようにリアクトルＬ1 と電界効果トラン
ジスタから成るスイッチＱ1 と逆流阻止用ダイオードＤ
1 から成る。リアクトルＬ1 は第１の直流電源ライン１
１に直列に接続されている。スイッチＱ1 はリアクトル
Ｌ1 の出力側において第１及び第２の直流電源ライン１
１、１２間に接続されている。ダイオードＤ1 は蓄電池
６をスイッチＱ1 に対して並列に接続するように第１の
直流電源ライン１１に直列に接続されている。なお、ダ
イオードＤ1 をスイッチＱ1 よりも出力側において第２
の直流電源ライン１２に接続することもできる。また、
この実施形態では蓄電池６が平滑用コンデンサの作用を
兼用しているが、平滑用コンデンサを蓄電池６に接続す
ることもできる。
【００１１】スイッチＱ1 は制御回路１０から供給され
る制御信号即ちゲート・ソース間電圧に応答してオン・
オフする。スイッチＱ1 のデューティ比即ち通電率Ｄon
と入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖout との関係は次の（１）
式に示す通りである。 Ｖout ／Ｖin＝１／（１−Ｄon） ・・・ （１）
る制御信号即ちゲート・ソース間電圧に応答してオン・
オフする。スイッチＱ1 のデューティ比即ち通電率Ｄon
と入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖout との関係は次の（１）
式に示す通りである。 Ｖout ／Ｖin＝１／（１−Ｄon） ・・・ （１）
【００１２】回転数検出器８は風車１即ち発電機２のロ
ータの回転数即ち回転速度を周知の方法で検出して回転
数検出信号Ｆdを出力する。入力電圧検出回路９は電力
変換回路５の入力電圧Ｖinを検出して電圧検出信号Ｖin
を出力する。ここでは説明を容易にするために入力電圧
検出回路９の入力電圧と出力電圧との両方をＶinで示
す。この入力電圧Ｖinは発電機２の出力電圧に相当す
る。
ータの回転数即ち回転速度を周知の方法で検出して回転
数検出信号Ｆdを出力する。入力電圧検出回路９は電力
変換回路５の入力電圧Ｖinを検出して電圧検出信号Ｖin
を出力する。ここでは説明を容易にするために入力電圧
検出回路９の入力電圧と出力電圧との両方をＶinで示
す。この入力電圧Ｖinは発電機２の出力電圧に相当す
る。
【００１３】制御回路１０は、回転数検出器８と電圧検
出回路９と電力変換回路５とに接続され、回転数検出器
８から得られた検出回転数Ｆd が基準回転数Ｆr を超え
た時に、電力変換回路５の入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖou
t との比Ｖout ／Ｖinを大きくするように電力変換回路
５を制御する。更に詳しく説明すると、制御回路１０
は、風車１の制限回転数に相当する基準回転数Ｆr を設
定するための基準回転数設定器１３と、回転数検出器８
で検出された検出回転数Ｆd において発電機２から最大
電力を得ることができる発電機２の出力電圧を決定する
発電機出力電圧決定手段としての電圧決定テーブル１４
と、検出回転数Ｆd と基準回転数Ｆr との差ΔＦを求め
る第１の減算手段としての減算器１５と、回転数差ΔＦ
が零以下の時には係数値として１を送出し、回転数差Δ
Ｆが零よりも大きい時には１よりも小さい値を係数とし
て送出する係数発生手段としての係数テーブル１６と、
発電機出力電圧決定テーブル１４から得られた決定出力
電圧Ｖ1 に係数テーブル１６から得られた係数Ｋを乗算
して補正電圧指令信号Ｖ2 を形成する乗算手段としての
乗算器１７と、乗算器１７から得られた入力電圧指令信
号Ｖ2 と入力電圧検出回路９から得られた検出電圧Ｖin
との差ΔＶinを求める第２の減算手段としての減算器１
８と、第２の減算器１８から得られる電圧差ΔＶinに基
づいて入力電圧検出回路９の出力Ｖinを補正電圧指令信
号Ｖ2 に近づけるように電力変換回路５を制御する信号
を形成する制御信号形成回路としての制御演算器１９及
びパルス発生器２０とから成る。なお、基準回転数設定
器１３を制御回路１０の外に設けることができる。
出回路９と電力変換回路５とに接続され、回転数検出器
８から得られた検出回転数Ｆd が基準回転数Ｆr を超え
た時に、電力変換回路５の入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖou
t との比Ｖout ／Ｖinを大きくするように電力変換回路
５を制御する。更に詳しく説明すると、制御回路１０
は、風車１の制限回転数に相当する基準回転数Ｆr を設
定するための基準回転数設定器１３と、回転数検出器８
で検出された検出回転数Ｆd において発電機２から最大
電力を得ることができる発電機２の出力電圧を決定する
発電機出力電圧決定手段としての電圧決定テーブル１４
と、検出回転数Ｆd と基準回転数Ｆr との差ΔＦを求め
る第１の減算手段としての減算器１５と、回転数差ΔＦ
が零以下の時には係数値として１を送出し、回転数差Δ
Ｆが零よりも大きい時には１よりも小さい値を係数とし
て送出する係数発生手段としての係数テーブル１６と、
発電機出力電圧決定テーブル１４から得られた決定出力
電圧Ｖ1 に係数テーブル１６から得られた係数Ｋを乗算
して補正電圧指令信号Ｖ2 を形成する乗算手段としての
乗算器１７と、乗算器１７から得られた入力電圧指令信
号Ｖ2 と入力電圧検出回路９から得られた検出電圧Ｖin
との差ΔＶinを求める第２の減算手段としての減算器１
８と、第２の減算器１８から得られる電圧差ΔＶinに基
づいて入力電圧検出回路９の出力Ｖinを補正電圧指令信
号Ｖ2 に近づけるように電力変換回路５を制御する信号
を形成する制御信号形成回路としての制御演算器１９及
びパルス発生器２０とから成る。なお、基準回転数設定
器１３を制御回路１０の外に設けることができる。
【００１４】電圧決定テーブル１４は、メモリから成
り、図４に示す回転数Ｆd と最大電力を得る発電機出力
電圧Ｖ1 との関係が格納されている。テーブル１４には
全ての回転数Ｆd に対する電圧Ｖ1 を格納してもよい
し、段階的に選択された回転数Ｆd とその電圧Ｖ1 とを
格納してもよい。検出回転数Ｆd に対応するデータがテ
ーブル１４に無い時には検出回転数Ｆd に近い回転数の
データを使用する。また、テーブル１４の代りに図４の
特性線を示す演算式をメモリに格納し、検出回転数Ｆd
を演算式に代入して電圧Ｖ1 を決定することもできる。
り、図４に示す回転数Ｆd と最大電力を得る発電機出力
電圧Ｖ1 との関係が格納されている。テーブル１４には
全ての回転数Ｆd に対する電圧Ｖ1 を格納してもよい
し、段階的に選択された回転数Ｆd とその電圧Ｖ1 とを
格納してもよい。検出回転数Ｆd に対応するデータがテ
ーブル１４に無い時には検出回転数Ｆd に近い回転数の
データを使用する。また、テーブル１４の代りに図４の
特性線を示す演算式をメモリに格納し、検出回転数Ｆd
を演算式に代入して電圧Ｖ1 を決定することもできる。
【００１５】電圧Ｖ1 は発電機２から最大電力を得るこ
とができる発電機２の出力電圧及び電力変換回路５の入
力電圧を示す。図４のＦd とＶ1 との関係は、実験的に
求められた図３の発電機出力電圧Ｖ0 と発電機出力電力
Ｐ0 との関係から決定されている。図３の特性線Ａ1 は
１６６ｒｐｍ、Ａ2 は２３７ｒｐｍ、Ａ3 は３３０ｒｐ
ｍ、Ａ4 は４２５ｒｐｍ、Ａ5 は５９０ｒｐｍにおける
出力電圧Ｖ0 と出力電力Ｐ0 との関係を示している。図
３の各回転数の最大電力を得ることができる点の出力電
圧Ｖ0 とその回転数Ｆd との関係を求めると図４の特性
が得られる。なお、図４と同様な特性は、容量の異なる
別の発電機においても実験的に同様に得ることができ
る。
とができる発電機２の出力電圧及び電力変換回路５の入
力電圧を示す。図４のＦd とＶ1 との関係は、実験的に
求められた図３の発電機出力電圧Ｖ0 と発電機出力電力
Ｐ0 との関係から決定されている。図３の特性線Ａ1 は
１６６ｒｐｍ、Ａ2 は２３７ｒｐｍ、Ａ3 は３３０ｒｐ
ｍ、Ａ4 は４２５ｒｐｍ、Ａ5 は５９０ｒｐｍにおける
出力電圧Ｖ0 と出力電力Ｐ0 との関係を示している。図
３の各回転数の最大電力を得ることができる点の出力電
圧Ｖ0 とその回転数Ｆd との関係を求めると図４の特性
が得られる。なお、図４と同様な特性は、容量の異なる
別の発電機においても実験的に同様に得ることができ
る。
【００１６】電圧決定テーブル１４は、回転数検出器８
から得られた検出回転数Ｆd をアドレス信号として使用
し、これに対応する目標電圧Ｖ1 を示す信号を出力す
る。強風でない時にはテーブル１４から出力される電圧
Ｖ1 が発電機２の目標出力電圧となる。
から得られた検出回転数Ｆd をアドレス信号として使用
し、これに対応する目標電圧Ｖ1 を示す信号を出力す
る。強風でない時にはテーブル１４から出力される電圧
Ｖ1 が発電機２の目標出力電圧となる。
【００１７】第１の減算器１５は、回転数検出器８から
得られた検出回転数Ｆd から基準回転数Ｆr を減算して
Ｆd −Ｆr ＝ΔＦを求める。ΔＦがΔＦ≦０の条件にあ
る時には風車１の回転数の制限が不要であることを示
し、ΔＦ＞０の時には風車１の回転数を制限することが
必要であることを示す。
得られた検出回転数Ｆd から基準回転数Ｆr を減算して
Ｆd −Ｆr ＝ΔＦを求める。ΔＦがΔＦ≦０の条件にあ
る時には風車１の回転数の制限が不要であることを示
し、ΔＦ＞０の時には風車１の回転数を制限することが
必要であることを示す。
【００１８】係数発生手段としての係数テーブル１６
は、メモリから成り、ΔＦ≦０に対応して係数Ｋ＝１を
格納し、ΔＦ＞０に対応して１よりも小さい係数Ｋを格
納している。第１の減算器１５の出力がΔＦ＞０の時は ０＜Ｋ＜１ を満足する係数が選ばれる。この時のＫの値を１／ΔＦ
とすることができる。これにより、ΔＦ＞０の時にΔＦ
の値に反比例的に変化する係数Ｋを得ることができる。
係数テーブル１６はΔＦの値をアドレスとしてΔＦの値
に対応した係数Ｋを出力する。メモリに多数のΔＦの値
と多数の係数Ｋの値との関係を示すデータを格納する代
りに、ΔＦとＫとの関係を示す演算式を格納し、この演
算式にΔＦの値を代入して係数Ｋを決定することもでき
る。
は、メモリから成り、ΔＦ≦０に対応して係数Ｋ＝１を
格納し、ΔＦ＞０に対応して１よりも小さい係数Ｋを格
納している。第１の減算器１５の出力がΔＦ＞０の時は ０＜Ｋ＜１ を満足する係数が選ばれる。この時のＫの値を１／ΔＦ
とすることができる。これにより、ΔＦ＞０の時にΔＦ
の値に反比例的に変化する係数Ｋを得ることができる。
係数テーブル１６はΔＦの値をアドレスとしてΔＦの値
に対応した係数Ｋを出力する。メモリに多数のΔＦの値
と多数の係数Ｋの値との関係を示すデータを格納する代
りに、ΔＦとＫとの関係を示す演算式を格納し、この演
算式にΔＦの値を代入して係数Ｋを決定することもでき
る。
【００１９】乗算器１７はテーブル１４から出力された
電圧Ｖ1 にテーブル１６から出力された係数Ｋを乗算し
てＫＶ1 ＝Ｖ2 を求め、これを出力する。Ｖ2 は強風時
の補正が施された電圧指令信号である。
電圧Ｖ1 にテーブル１６から出力された係数Ｋを乗算し
てＫＶ1 ＝Ｖ2 を求め、これを出力する。Ｖ2 は強風時
の補正が施された電圧指令信号である。
【００２０】第２の減算器１８は、Ｖin−Ｖ2 ＝ΔＶin
の演算を行って入力電圧検出信号Ｖinと電圧指令信号Ｖ
2 との差を示す信号を出力する。
の演算を行って入力電圧検出信号Ｖinと電圧指令信号Ｖ
2 との差を示す信号を出力する。
【００２１】ΔＶinを入力とする制御演算器１９は、例
えば周知の比例積分回路（ＰＩ回路）から成り、ΔＶin
に対応する通電率信号Ｄonを形成する。要するに、ΔＶ
inを平滑化した信号に相当する通電率信号Ｄon即ちデュ
ーティ指令信号を得る。
えば周知の比例積分回路（ＰＩ回路）から成り、ΔＶin
に対応する通電率信号Ｄonを形成する。要するに、ΔＶ
inを平滑化した信号に相当する通電率信号Ｄon即ちデュ
ーティ指令信号を得る。
【００２２】スイッチ制御信号形成手段としてのパルス
発生器２０は、通電率信号Ｄonで指定された幅のパルス
を有する制御信号Ｖg を形成し、電力変換回路５のスイ
ッチＱ1 のゲートに送る。このパルス発生器２０は図２
に概略的に示すように鋸波発生器２０ａと比較器２０ｂ
とから成る。鋸波発生器２０ａは例えば２０〜１５０ｋ
Ｈｚの繰返し周波数で鋸波電圧Ｖt を発生する。比較器
２０ｂは鋸波電圧Ｖtと通電率信号Ｄonとを周知の方法
で比較してＰＷＭパルスから成る制御信号Ｖgを出力す
る。
発生器２０は、通電率信号Ｄonで指定された幅のパルス
を有する制御信号Ｖg を形成し、電力変換回路５のスイ
ッチＱ1 のゲートに送る。このパルス発生器２０は図２
に概略的に示すように鋸波発生器２０ａと比較器２０ｂ
とから成る。鋸波発生器２０ａは例えば２０〜１５０ｋ
Ｈｚの繰返し周波数で鋸波電圧Ｖt を発生する。比較器
２０ｂは鋸波電圧Ｖtと通電率信号Ｄonとを周知の方法
で比較してＰＷＭパルスから成る制御信号Ｖgを出力す
る。
【００２３】パルス発生器２０の出力パルスに応答して
スイッチＱ1 がオンになると、図１のコンデンサ４と図
２のリアクトルＬ1 とスイッチＱ1 とから成る経路に電
流が流れ、リアクトルＬ2 にエネルギが蓄積される。ス
イッチＱ1 がオフになると、コンデンサ４とリアクトル
Ｌ1 とダイオードＤ1 と蓄電池６及び負荷７とから成る
経路に電流が流れる。電力変換回路５の入力電圧Ｖinと
出力電圧Ｖout との比は前述した（１）式で決定され
る。蓄電池６及び負荷７が比較的大きい場合には、通電
率Ｄonを大きくしても、出力電圧Ｖout とさほど高くな
らず、相対的に入力電圧Ｖinが低くなる。電力変換回路
５の入力電圧Ｖinは発電機２の出力電圧Ｖ0 に相当する
ので、強風時に入力電圧Ｖinが低く抑えられると、発電
機２の回転数も抑えられる。
スイッチＱ1 がオンになると、図１のコンデンサ４と図
２のリアクトルＬ1 とスイッチＱ1 とから成る経路に電
流が流れ、リアクトルＬ2 にエネルギが蓄積される。ス
イッチＱ1 がオフになると、コンデンサ４とリアクトル
Ｌ1 とダイオードＤ1 と蓄電池６及び負荷７とから成る
経路に電流が流れる。電力変換回路５の入力電圧Ｖinと
出力電圧Ｖout との比は前述した（１）式で決定され
る。蓄電池６及び負荷７が比較的大きい場合には、通電
率Ｄonを大きくしても、出力電圧Ｖout とさほど高くな
らず、相対的に入力電圧Ｖinが低くなる。電力変換回路
５の入力電圧Ｖinは発電機２の出力電圧Ｖ0 に相当する
ので、強風時に入力電圧Ｖinが低く抑えられると、発電
機２の回転数も抑えられる。
【００２４】本実施形態は次の効果を有する。
（１） 風車回転数Ｆd が基準回転数Ｆr よりも低い時
には、発電電力が最大になるように入力電圧Ｖinが制御
され、強風等によって風車回転数Ｆd が基準回転数Ｆr
以上になると、入力電圧Ｖinを低くする制御が生じ、風
車回転数Ｆd が低下し、風車回転数Ｆd と発電機出力電
圧Ｖinとが適当な値でバランスする。この結果、発電電
力を零にすることなく、風車１の最大回転数を抑制する
ことができる。要するに、蓄電池６及び負荷７への発電
機２からの電力供給を維持して風車１の回転数を抑制す
ることができる。 （２） テーブル１４、１６を使用することによって、
非強風時において最大発電電力を得るための制御、及び
強風時において回転数を制限するための制御を容易に達
成することができる。 （３） 強風時にも発電電力が有るので、蓄電池６の極
端な充放電を防ぐことができる。
には、発電電力が最大になるように入力電圧Ｖinが制御
され、強風等によって風車回転数Ｆd が基準回転数Ｆr
以上になると、入力電圧Ｖinを低くする制御が生じ、風
車回転数Ｆd が低下し、風車回転数Ｆd と発電機出力電
圧Ｖinとが適当な値でバランスする。この結果、発電電
力を零にすることなく、風車１の最大回転数を抑制する
ことができる。要するに、蓄電池６及び負荷７への発電
機２からの電力供給を維持して風車１の回転数を抑制す
ることができる。 （２） テーブル１４、１６を使用することによって、
非強風時において最大発電電力を得るための制御、及び
強風時において回転数を制限するための制御を容易に達
成することができる。 （３） 強風時にも発電電力が有るので、蓄電池６の極
端な充放電を防ぐことができる。
【００２５】
【第２の実施形態】次に、図５に示す第２の実施形態の
風力発電装置を説明する。但し、図５において図１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。
風力発電装置を説明する。但し、図５において図１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。
【００２６】図５の風力発電装置は、図１の基準回転数
設定器１３の代りに基準電圧設定器１３ａを有する制御
回路１０ａを設け、また、新たに出力電圧検出回路３０
を設け、第１の減算器１５ａによって出力電圧検出値Ｖ
out と基準電圧Ｖr との差ΔＶを求め、この差ΔＶを係
数テーブル１６ａに送るように形成し、この他は図１と
同一に形成したものである。なお、基準電圧設定器１３
を制御回路１０ａの外に設けることができる。
設定器１３の代りに基準電圧設定器１３ａを有する制御
回路１０ａを設け、また、新たに出力電圧検出回路３０
を設け、第１の減算器１５ａによって出力電圧検出値Ｖ
out と基準電圧Ｖr との差ΔＶを求め、この差ΔＶを係
数テーブル１６ａに送るように形成し、この他は図１と
同一に形成したものである。なお、基準電圧設定器１３
を制御回路１０ａの外に設けることができる。
【００２７】基準電圧設定器１３ａは、蓄電池６の過電
圧レベルを示す基準電圧Ｖr を出力する。出力電圧検出
回路３０は蓄電池６の電圧を検出する。ここでは出力電
圧検出回路３０の入力電圧及び出力電圧の両方をＶout
で示すことにする。第１の減算器１５ａは、出力電圧検
出値Ｖout と基準電圧Ｖr との差を示すＶout −Ｖr ＝
ΔＶを出力する。
圧レベルを示す基準電圧Ｖr を出力する。出力電圧検出
回路３０は蓄電池６の電圧を検出する。ここでは出力電
圧検出回路３０の入力電圧及び出力電圧の両方をＶout
で示すことにする。第１の減算器１５ａは、出力電圧検
出値Ｖout と基準電圧Ｖr との差を示すＶout −Ｖr ＝
ΔＶを出力する。
【００２８】メモリから成る係数テーブル１６ａにはΔ
Ｖ≦０の時即ちΔＶが零又は負の値に対応させて係数値
１、ΔＶ＞０の時即ちΔＶが正の値に対応させて１より
も小さい係数値が格納されている。ΔＶ＞０の時の係数
値Ｋは例えば１／ΔＶで決定することができる。図５の
乗算器１７の出力側の部分は図１と同一に形成されてい
るので、図１と同様な制御動作が生じる。
Ｖ≦０の時即ちΔＶが零又は負の値に対応させて係数値
１、ΔＶ＞０の時即ちΔＶが正の値に対応させて１より
も小さい係数値が格納されている。ΔＶ＞０の時の係数
値Ｋは例えば１／ΔＶで決定することができる。図５の
乗算器１７の出力側の部分は図１と同一に形成されてい
るので、図１と同様な制御動作が生じる。
【００２９】図５の風力発電装置では、蓄電池６の電圧
の検出に基づいて強風状態を判断し、風車１の回転数を
抑制している。即ち、強風状態となって発電機２の出力
電圧及び電力変換器５の入力電圧Ｖinが上昇すると、蓄
電池６の充電電圧も高くなる。この充電電圧が基準電圧
Ｖr以上の時即ち Ｖout −Ｖr ＝ΔＶが零又は正の値の
時には１よりも小さい係数Ｋが出力される。この結果、
出力電圧Ｖout が高い時には、テーブル１４の出力電圧
Ｖ1 よりも低い電圧指令信号Ｖ2 が乗算器１７から得ら
れる。これにより、図５の風力発電装置において、強風
時又は過充電時に電力変換回路５の入力出力電圧を下げ
る動作即ち入力電圧Ｖinを下げる動作が生じ、風車１の
回転数の上昇が抑制され、且つ蓄電池６の過充電が防止
される。従って、第２の実施形態によっても第１の実施
形態と同様な効果が得られる。
の検出に基づいて強風状態を判断し、風車１の回転数を
抑制している。即ち、強風状態となって発電機２の出力
電圧及び電力変換器５の入力電圧Ｖinが上昇すると、蓄
電池６の充電電圧も高くなる。この充電電圧が基準電圧
Ｖr以上の時即ち Ｖout −Ｖr ＝ΔＶが零又は正の値の
時には１よりも小さい係数Ｋが出力される。この結果、
出力電圧Ｖout が高い時には、テーブル１４の出力電圧
Ｖ1 よりも低い電圧指令信号Ｖ2 が乗算器１７から得ら
れる。これにより、図５の風力発電装置において、強風
時又は過充電時に電力変換回路５の入力出力電圧を下げ
る動作即ち入力電圧Ｖinを下げる動作が生じ、風車１の
回転数の上昇が抑制され、且つ蓄電池６の過充電が防止
される。従って、第２の実施形態によっても第１の実施
形態と同様な効果が得られる。
【００３０】
【第３の実施形態】次に、図６に示す第３の実施形態の
風力発電装置を説明する。但し、図６において図１及び
図５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。
風力発電装置を説明する。但し、図６において図１及び
図５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。
【００３１】図６の風力発電装置は、図１の風力発電装
置に図５の出力電圧検出回路３０、基準電圧設定器１３
ａ、減算器１５ａ、係数テーブル１６ａを付加し、新た
に係数選択手段３１を設けたものに相当する。図６の変
形された制御回路１０ｂの電圧決定テーブル１４及び係
数テーブル１６の出力は図１の装置と同様に決定され
る。図６の係数テーブル１６ａの出力は図５と同様に決
定される。ここでは、第１及び第２の係数テーブル１
６、１６ａの出力をＫ1 、Ｋ2 で区別する。
置に図５の出力電圧検出回路３０、基準電圧設定器１３
ａ、減算器１５ａ、係数テーブル１６ａを付加し、新た
に係数選択手段３１を設けたものに相当する。図６の変
形された制御回路１０ｂの電圧決定テーブル１４及び係
数テーブル１６の出力は図１の装置と同様に決定され
る。図６の係数テーブル１６ａの出力は図５と同様に決
定される。ここでは、第１及び第２の係数テーブル１
６、１６ａの出力をＫ1 、Ｋ2 で区別する。
【００３２】選択手段３１は、第１の係数発生手段とし
ての第１の係数テーブル１６から得られた第１の係数Ｋ
1 と第２の係数発生手段としての第２の係数テーブル１
６ａから得られた第２の係数Ｋ2 とが異なる値を有する
時には小さい方の係数を選択し、これを係数Ｋとして乗
算器１７に送り、また第１及び第２の係数Ｋ1 、Ｋ2が
同一値の時には同一の値を係数Ｋとして乗算器１７に送
る。従って、乗算器１７から得られる電圧指令値Ｖ2 は
強風による風車１の回転数が過大の時と蓄電池６の過充
電の時とのいずれにおいても制限されてＶ1 よりも小さ
くなり、電力変換器５の入力電圧Ｖin即ち発電機２の出
力電圧が低下し、風車１の回転数の抑制及び蓄電池６の
過充電防止が達成される。この結果、第３の実施形態に
よっても第１の実施形態と同一の効果を得ることができ
る。
ての第１の係数テーブル１６から得られた第１の係数Ｋ
1 と第２の係数発生手段としての第２の係数テーブル１
６ａから得られた第２の係数Ｋ2 とが異なる値を有する
時には小さい方の係数を選択し、これを係数Ｋとして乗
算器１７に送り、また第１及び第２の係数Ｋ1 、Ｋ2が
同一値の時には同一の値を係数Ｋとして乗算器１７に送
る。従って、乗算器１７から得られる電圧指令値Ｖ2 は
強風による風車１の回転数が過大の時と蓄電池６の過充
電の時とのいずれにおいても制限されてＶ1 よりも小さ
くなり、電力変換器５の入力電圧Ｖin即ち発電機２の出
力電圧が低下し、風車１の回転数の抑制及び蓄電池６の
過充電防止が達成される。この結果、第３の実施形態に
よっても第１の実施形態と同一の効果を得ることができ
る。
【００３３】
【第４の実施形態】次に、図７に示す第４の実施形態の
風力発電装置を示す。但し、図７において図１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。
風力発電装置を示す。但し、図７において図１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。
【００３４】図７の風力発電装置は、図１の交流発電機
２と整流回路３と平滑用コンデンサ４の代りに直流発電
機２ａを設け、この他は図１と同一に構成したものであ
る。図７に示すように直流発電機２ａを使用する場合に
おいても第１の実施形態と同一の効果を得ることができ
る。
２と整流回路３と平滑用コンデンサ４の代りに直流発電
機２ａを設け、この他は図１と同一に構成したものであ
る。図７に示すように直流発電機２ａを使用する場合に
おいても第１の実施形態と同一の効果を得ることができ
る。
【００３５】
【変形例】本発明は上述の実施形態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） 図５及び図６の風力発電装置においても、交流
発電機２及び整流回路３の代りに図７と同様に直流発電
機２ａを使用することができる。 （２） 電力変換回路５を変形することができる。 （３） 制御回路１０、１０ａ、１０ｂの一部又は全部
をディジタル回路で構成することができる。 （４） パルス発生器２０をカウンタで構成することが
できる。この場合カウンタは１周期のクロックパルスに
応答して計数を開始し、通電率Ｄｏｎを示す値になった
時に計数を終了し、通電率ＤｏｎのＰＷＭパルスを出力
する。 （５） 電圧決定テ−ブル１４で決定する電圧Ｖ1は一
定値でもよい。また、発電機２の最大電力を得るための
電圧Ｖ1を風速又は発電電力によって決定することがで
きる。
なく、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 図５及び図６の風力発電装置においても、交流
発電機２及び整流回路３の代りに図７と同様に直流発電
機２ａを使用することができる。 （２） 電力変換回路５を変形することができる。 （３） 制御回路１０、１０ａ、１０ｂの一部又は全部
をディジタル回路で構成することができる。 （４） パルス発生器２０をカウンタで構成することが
できる。この場合カウンタは１周期のクロックパルスに
応答して計数を開始し、通電率Ｄｏｎを示す値になった
時に計数を終了し、通電率ＤｏｎのＰＷＭパルスを出力
する。 （５） 電圧決定テ−ブル１４で決定する電圧Ｖ1は一
定値でもよい。また、発電機２の最大電力を得るための
電圧Ｖ1を風速又は発電電力によって決定することがで
きる。
【図１】第１の実施形態の風力発電装置を示すブロック
図である。
図である。
【図２】図１の電力変換回路及びパルス発生器を詳しく
示す回路図である。
示す回路図である。
【図３】風力発電機の第１〜第５の回転数における出力
電圧と発生電力との関係を示す図である。
電圧と発生電力との関係を示す図である。
【図４】風力発電機の回転数と最大電力を得ることがで
きる出力電圧との関係を示す図である。
きる出力電圧との関係を示す図である。
【図５】第２の実施形態の風力発電装置を示すブロック
図である。
図である。
【図６】第３の実施形態の風力発電装置を示すブロック
図である。
図である。
【図７】第４の実施形態の風力発電装置を示すブロック
図である。
図である。
１ 風車
２ 発電機
３ 整流回路
４ コンデンサ
５ 電力変換回路
６ 蓄電池
７ 負荷
１０ 制御回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平11−159437（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−285699（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−39500（ＪＰ，Ａ)
実開 昭63−4378（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 9/00
F03D 7/04
F03D 9/00
Claims (7)
- 【請求項１】 風車と、 前記風車によって回転されるロ−タを有する交流発電機
と、 前記交流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た電力変換回路と、 前記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデンサ
と、 前記風車の回転数を検出するための回転検出器と、 前記風車の基準回転数を設定するための基準回転数設定
器と、前記電力変換回路の入力電圧（Ｖ in ）を検出する入力電
圧検出回路 と、 前記回転検出器と前記基準回転数設定器と前記入力電圧
検出回路と前記電力変換回路とに接続され、前記回転検
出器から得られた検出回転数が前記基準回転数を超えた
時に、前記電力変換回路の入力電圧（Ｖin）と出力電圧
（Ｖout）との比（Vout／Ｖin）を大きくし且つ前記蓄
電池又はコンデンサに対する電力供給を維持できる範囲
で前記入力電圧（Ｖ in ）を低下させるように前記電力変
換回路を制御する制御回路とを具備し、前記制御回路
が、前記発電機の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手
段と 、前記検出回転数と前記基準回転数との差（△Ｆ）を求め
る第 1 の減算手段と 、前記差（△ F ）が零以下の時には係数値として 1 を送出
し、前記差（△ F ）が零よりも大きい時には 1 よりも小さ
く且つ０よりも大きい値の係数を送出する係数発生手段
と 、前記発電機出力電圧決定手段から得られた決定出力電圧
に前記係数発生手段から得られた係数を乗算して補正電
圧指令信号を形成する乗算手段と 、前記乗算手段の出力と前記入力電圧検出回路の出力との
差（△ Vin ）を求める第 2 の減算手段と 、前記第 2 の減算手段の出力に基づいて前記入力電圧検出
回路の出力を前記補正電圧指令信号に近づけるように前
記電力変換回路を制御する信号を形成する制御信号形成
回路 とから成ることを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項２】風車と、 前記風車によって回転されるロ−タを有する直流発電機
と、 前記直流発電機に接続された電力変換回路と、 前記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデンサ
と、 前記風車の回転数を検出するための回転検出器と、 前記風車の基準回転数を設定するための基準回転数設定
器と、前記電力変換回路の入力電圧（Ｖ in ）を検出する入力電
圧検出回路 と、 前記回転検出器と前記基準回転数設定器と前記入力電圧
検出回路と前記電力変換回路とに接続され、前記回転検
出器から得られた検出回転数が前記基準回転数を超えた
時に、前記電力変換回路の入力電圧（Ｖin）と出力電圧
（Ｖout）との比（Vout／Ｖin）を大きくし且つ前記蓄
電池又はコンデンサに対する電力供給を維持できる範囲
で前記入力電圧（Ｖ in ）を低下させるように前記電力変
換回路を制御する制御回路とを具備し、前記制御回路
が、前記発電機の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手
段と 、前記検出回転数と前記基準回転数との差（△Ｆ）を求め
る第 1 の減算手段と 、前記差（△ F ）が零以下の時には係数値として 1 を送出
し、前記差（△ F ）が零よりも大きい時には 1 よりも小さ
く且つ０よりも大きい値の係数を送出する係数発生手段
と 、前記発電機出力電圧決定手段から得られた決定出力電圧
に前記係数発生手段から得られた係数を乗算して補正電
圧指令信号を形成する乗算手段と 、前記乗算手段の出力と前記入力電圧検出回路の出力との
差（△ Vin ）を求める第 2 の減算手段と 、前記第 2 の減算手段の出力に基づいて前記入力電圧検出
回路の出力を前記補正電圧指令信号に近づけるように前
記電力変換回路を制御する信号を形成する制御信号形成
回路 とから成ることを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項３】 風車と、 前記風車によって回転されるロ−タを有する交流発電機
と、 前記交流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た電力変換回路と、 前記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデンサ
と、 前記蓄電池又はコンデンサの電圧を検出する出力電圧検
出回路と、 前記蓄電池又はコンデンサの基準電圧値を設定する基準
電圧設定器と、前記電力変換回路の入力電圧（Ｖ in ）を検出する入力電
圧検出回路と 、 前記出力電圧検出回路と前記基準電圧設定器と前記入力
電圧検出回路と前記電力変換回路とに接続され、前記出
力電圧検出回路から得られた出力検出電圧値が前記基準
電圧値を超えた時に、前記電力変換回路の入力電圧（Ｖ
in）と出力電圧（Ｖout）との比（Vout／Ｖin）を大き
くし且つ前記蓄電池又はコンデンサに対する電力供給を
維持できる範囲で前記入力電圧（Ｖ in ）を低下させるよ
うに前記電力変換回路を制御する制御回路とを具備し、
前記制御回路が、前記発電機の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手
段 と、前記出力電圧検出回路から得られた出力電圧検出値と前
記基準電圧値との差（△Ｖ）を求める第 1 の減算手段
と、前記差（△Ｖ）が零以下の時には係数値として 1 を送出
し、前記差（△Ｖ）が零よりも大きい時には 1 よりも小
さく且つ０よりも大きい値の係数を送出する係数発生手
段 と、前記発電機出力電圧決定手段から得られた決定出力電圧
に前記係数発生手段から得られた係数を乗算して補正電
圧指令信号を形成する乗算手段 と、前記乗算手段の出力と前記入力電圧検出回路の出力との
差（△ Vin ）を求める第 2 の減算手段 と、前記第 2 の減算手段の出力に基づいて前記入力電圧検出
回路の出力を前記補正電圧指令信号に近づけるように電
力変換回路を制御する信号を形成する制御信号形成回路
とから成ることを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項４】 風車と、 前記風車によって回転されるロ−タを有する直流発電機
と、 前記直流発電機に接続された電力変換回路と、 前記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデンサ
と、 前記蓄電池又はコンデンサの電圧を検出する出力電圧検
出回路と、 前記蓄電池又はコンデンサの基準電圧値を設定する基準
電圧設定器と、前記電力変換回路の入力電圧（Ｖ in ）を検出する入力電
圧検出回路と 、 前記出力電圧検出回路と前記基準電圧設定器と前記入力
電圧検出回路と前記電力変換回路とに接続され、前記出
力電圧検出回路から得られた出力検出電圧値が前記基準
電圧値を超えた時に、前記電力変換回路の入力電圧（Ｖ
in）と出力電圧（Ｖout）との比（Vout／Ｖin）を大き
くし且つ前記蓄電池又はコンデンサに対する電力供給を
維持できる範囲で前記入力電圧（Ｖ in ）を低下させるよ
うに前記電力変換回路を制御する制御回路とを具備し、
前記制御回路が、前記発電機の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手
段 と、前記出力電圧検出回路から得られた出力電圧検出値と前
記基準電圧値との差（△Ｖ）を求める第 1 の減算手段
と、前記差（△Ｖ）が零以下の時には係数値として 1 を送出
し、前記差（△Ｖ）が零よりも大きい時には 1 よりも小
さく且つ０よりも大きい値の係数を送出する係数発生手
段 と、前記発電機出力電圧決定手段から得られた決定出力電圧
に前記係数発生手段から得られた係数を乗算して補正電
圧指令信号を形成する乗算手段 と、前記乗算手段の出力と前記入力電圧検出回路の出力との
差（△ Vin ）を求める第 2 の減算手段 と、前記第 2 の減算手段の出力に基づいて前記入力電圧検出
回路の出力を前記補正電圧指令信号に近づけるように電
力変換回路を制御する信号を形成する制御信号形成回路
とから成ることを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項５】 風車と、 前記風車によって回転されるロ−タを有する交流発電機
と、 前記交流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た電力変換回路と、 前記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデンサ
と、 前記風車の回転数を検出するための回転検出器と、 前記蓄電池又はコンデンサの電圧を検出する出力電圧検
出回路と、 前記電力変換回路の入力電圧（Vｉｎ）を検出する入力
電圧検出回路と、 前記風車の基準回転数を設定するための基準回転数設定
器と、 前記蓄電池又はコンデンサの基準電圧値を設定する基準
電圧設定器と、 前記回転検出器と前記出力電圧検出回路と基準回転数設
定器と前記基順電圧設定器と前記入力電圧検出回路と前
記電力変換回路とに接続され、前記回転検出器から得ら
れた検出回転数が前記基準回転数を超えた時と前記出力
電圧検出回路から得られた検出電圧検出値が前記基準電
圧値を超えた時とのいずれにおいても前記電力変換回路
の入力電圧（Ｖin）と出力電圧（Ｖout）との比（Vout
／Ｖin）を大きくし且つ前記蓄電池又はコンデンサに対
する電力供給を維持できる範囲で前記入力電圧（Ｖ in ）
を低下させるように前記電力変換回路を制御する制御回
路とを具備し、前記制御回路が、前記発電機の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手
段 と、前記検出回転数と前記基準回転数との差（△Ｆ）を示す
第１の差信号を求める第 1 の減算手段 と、前記第１の差信号が零以下の時には係数値として 1 を送
出し、前記第１の差信号が零よりも大きい時には 1 より
も小さく且つ０よりも大きい値の係数を送出する第１の
係数発生手段と 、前記出力電圧検出回路から得られた出力電圧検出値と前
記基準電圧値との差（△ V ）を示す第２の差信号を求め
る第 2 の減算手段と 、前記第２の差信号が零以下の時には係数値として 1 を送
出し、前記第２の差信号が零よりも大きい時には 1 より
も小さく且つ０よりも大きい値の係数を送出する第２の
係数発生手段と 、前記第１の係数発生手段から得られた第１の係数と前記
第２の係数発生手段から得られた第２の係数とが異なる
値の時には小さい方の係数を選択して前記第１及び第２
の係数が同一の値の時には前記第１及び第２の係数のい
ずれか一方を出力する係数選択手段と 、前記発電機出力電圧決定手段から得られた決定電圧に前
記係数選択手段から得られた係数を乗算して補正電圧指
令信号を形成する乗算手段と 、前記乗算手段の出力と前記入力電圧検出回路の出力との
差（△ Vin ）を求める第３の減算手段と 、前記第３の減算手段の出力に基づいて前記入力電圧検出
回路の出力を前記補正電圧指令信号に近づけるように前
記電力変換回路を制御する信号を形成する制御信号形成
回路 とから成ることを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項６】風車と、前記風車によって回転されるロ−
タを有する直流発電機と、 前記直流発電機に接続された電力変換回路と、 前記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデンサ
と、 前記風車の回転数を検出するための回転検出器と、 前記蓄電池又はコンデンサの電圧を検出する出力電圧検
出回路と、 前記電力変換回路の入力電圧（Vｉｎ）を検出する入力
電圧検出回路と、 前記風車の基準回転数を設定するための基準回転数設定
器と、 前記蓄電池又はコンデンサの基準電圧値を設定する基準
電圧設定器と、 前記回転検出器と前記出力電圧検出回路と基準回転数設
定器と前記基準電圧設定器と前 記入力電圧検出回路と前
記電力変換回路とに接続され、前記回転検出器から得ら
れた検出回転数が前記基準回転数を超えた時と前記出力
電圧検出回路から得られた検出電圧検出値が前記基準電
圧値を超えた時とのいずれにおいても前記電力変換回路
の入力電圧（Ｖin）と出力電圧（Ｖout）との比（Vout
／Ｖin）を大きくし且つ前記蓄電池又はコンデンサに対
する電力供給を維持できる範囲で前記入力電圧（Ｖ in ）
を低下させるように前記電力変換回路を制御する制御回
路とを具備し、前記制御回路が、前記発電機の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手
段 と、前記検出回転数と前記基準回転数との差（△Ｆ）を示す
第１の差信号を求める第 1 の減算手段 と、前記第１の差信号が零以下の時には係数値として 1 を送
出し、前記第１の差信号が零よりも大きい時には 1 より
も小さく且つ０よりも大きい値の係数を送出する第１の
係数発生手段と 、前記出力電圧検出回路から得られた出力電圧検出値と前
記基準電圧値との差（△ V ）を示す第２の差信号を求め
る第 2 の減算手段と 、前記第２の差信号が零以下の時には係数値として 1 を送
出し、前記第２の差信号が零よりも大きい時には 1 より
も小さく且つ０よりも大きい値の係数を送出する第２の
係数発生手段と 、前記第１の係数発生手段から得られた第１の係数と前記
第２の係数発生手段から得られた第２の係数とが異なる
値の時には小さい方の係数を選択して前記第１及び第２
の係数が同一の値の時には前記第１及び第２の係数のい
ずれか一方を出力する係数選択手段と 、前記発電機出力電圧決定手段から得られた決定電圧に前
記係数選択手段から得られた係数を乗算して補正電圧指
令信号を形成する乗算手段と 、前記乗算手段の出力と前記入力電圧検出回路の出力との
差（△ Vin ）を求める第３の減算手段と 、前記第３の減算手段の出力に基づいて前記入力電圧検出
回路の出力を前記補正電圧指令信号に近づけるように前
記電力変換回路を制御する信号を形成する制御信号形成
回路 とから成ることを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項７】 前記電力変換回路は、直流ラインに直列
に接続されたリアクトルと、前記リアクトルよりも出力
側において対の直流ライン間に接続されたスイッチと、
前記スイッチよりも出力側において直流ラインに直列に
接続されたダイオ−ドとから成ることを特徴とする請求
項１乃至６のいずれかに記載の風力発電装置。
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| JP2000325562A JP3523587B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 風力発電装置 |
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| JP2000325562A JP3523587B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 風力発電装置 |
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ID=18802910
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Country Status (1)
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-
2000
- 2000-10-25 JP JP2000325562A patent/JP3523587B2/ja not_active Expired - Lifetime
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