JP5392883B2 - Hybrid wind power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、風速の変動によらずに一定の出力を得ることのできるハイブリッド風力発電システムに関する。 The present invention relates to a hybrid wind power generation system capable of obtaining a constant output regardless of fluctuations in wind speed.
近年、地球温暖化や化石燃料の大量消費による天然資源の枯渇等が深刻な問題となっている。風力のような自然エネルギーの利用は、これらの問題に対する有効な解決策である。 In recent years, global warming and the depletion of natural resources due to large consumption of fossil fuels have become serious problems. The use of natural energy such as wind power is an effective solution to these problems.
しかしながら、風力発電システムの出力は、エネルギー源である風力によって変動するため、設置点の地形や季節風等に起因する変動要因が多く甚だ不安定である。このため、風力発電システムを既存の電力系統と連係して運転するためには、風力発電による出力変動を考慮する必要がある。従来から、風力発電機の出力変動を緩和させるために、風力発電システムは、蓄電池電源を有する場合が多い。このような風力発電システムは、充分な風力発電エネルギーが得られる場合には、まず蓄電池に充電させたうえで余剰電力を検出して負荷に電力を供給し、風力発電エネルギーが低下した場合には、蓄電池出力によって低下分を補い、安定した電力供給を行う。 However, since the output of the wind power generation system fluctuates depending on the wind power as an energy source, there are many fluctuation factors due to the topography of the installation point, seasonal winds, etc., and it is unstable. For this reason, in order to operate a wind power generation system in conjunction with an existing power system, it is necessary to consider output fluctuations due to wind power generation. Conventionally, a wind power generation system often has a storage battery power source in order to reduce fluctuations in the output of the wind power generator. When sufficient wind power generation energy is obtained, such a wind power generation system first charges the storage battery, detects surplus power, supplies power to the load, and wind power generation energy decreases. The battery output compensates for the decrease and provides stable power supply.
また、太陽光発電出力と風力発電出力とを利用したハイブリッド発電システムも提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のハイブリッド発電システムは、直交変換器を介して外部電力系統に連系運転するハイブリッド発電システムであり、太陽光発電装置出力と風力発電装置出力の並列接続による電力容量の加算出力を可能にするとともに、自然環境の変動に対応して太陽光単独発電または風力単独発電の出力のみの運転状態にも対応する。 Moreover, a hybrid power generation system using a solar power generation output and a wind power generation output has also been proposed (see, for example, Patent Document 1). The hybrid power generation system described in Patent Document 1 is a hybrid power generation system that is connected to an external power system via an orthogonal converter, and is a power output addition output by parallel connection of a solar power generator output and a wind power generator output. In response to changes in the natural environment, and also supports an operating state with only the output of solar power alone or wind power alone.
このハイブリッド発電システムは、以下に述べるような制御方法を採用している。まず、日中に太陽光発電の出力があるときには、このハイブリッド発電システムは、風力発電の出力電圧を太陽光発電装置の出力電圧に合わせて直流並列接続をして直交変換器に入力する。その際、風力発電の出力が太陽光発電に達しない時には、ハイブリッド発電システムは、風力の直流並列接続を遮断する。また、夜間など太陽光発電装置の出力がないときには、ハイブリッド発電システムは、太陽光発電出力端子を遮断して風力発電の出力のみを直交変換器に入力する。 This hybrid power generation system employs a control method as described below. First, when there is an output of solar power generation during the day, this hybrid power generation system makes a DC parallel connection in accordance with the output voltage of wind power generation in accordance with the output voltage of the solar power generation apparatus and inputs it to the orthogonal transformer. At that time, when the output of the wind power generation does not reach the solar power generation, the hybrid power generation system cuts off the DC parallel connection of the wind power. Further, when there is no output from the solar power generation device such as at night, the hybrid power generation system cuts off the solar power generation output terminal and inputs only the output of wind power generation to the orthogonal converter.
さらに、太陽光発電、風力発電がともに所定の電圧に達しない場合には、ハイブリッド発電システムは、いずれの接続も遮断する。この際、風力発電電力が弱いながらも充電できるレベルの値以上の場合には、ハイブリッド発電システムは、充電状態に移行して蓄電器に充電する。さらに、蓄電した電力量が所定のレベル以上に達していて且つシステムからの出力が所定の出力値より低い場合には、ハイブリッド発電システムは、放電状態に移行する。 Furthermore, when both solar power generation and wind power generation do not reach a predetermined voltage, the hybrid power generation system cuts off any connection. At this time, in the case where the wind power generation power is weak but not less than a value that can be charged, the hybrid power generation system shifts to a charging state and charges the battery. Furthermore, when the amount of stored power reaches a predetermined level or more and the output from the system is lower than a predetermined output value, the hybrid power generation system shifts to a discharge state.
また、風力発電の出力が高く、内部消費を差引いても余力がある場合には、ハイブリッド発電システムは、外部電力系統に送り出し、又は余剰電力をシステム内の蓄電器に充電する。 In addition, when the output of wind power generation is high and there is a surplus even after internal consumption is deducted, the hybrid power generation system sends it to an external power system or charges surplus power to a battery in the system.
このハイブリッド発電システムによれば、風力発電の出力側に制御性のよい昇降圧器を設け、有効な並列発電が可能になるとともに、蓄電器を採用して、短時間での上昇下降の激しい規格未満電力並びに余剰電力を蓄電し、風力出力がないときに放電することによりシステム全体の効率を高めることができる。 According to this hybrid power generation system, a step-up / step-down voltage regulator with good controllability is provided on the output side of wind power generation, enabling effective parallel power generation, and adopting a capacitor, which is less than the standard power that is rapidly rising and falling in a short time In addition, it is possible to increase the efficiency of the entire system by storing surplus power and discharging when there is no wind power output.
風力発電機により発電された電力は、DCリンク方式の場合、インバータにより一定周波数・一定電圧の交流電力に変換される。その際に使用されるインバータは、通常、電圧形インバータである(例えば、特許文献2参照)。この電圧形インバータは、コンバータ出力側のコンデンサにより平滑された直流電圧を得たのち、インバータ部で所定の周波数の交流電圧に変換する。
しかしながら、蓄電池等のバッテリーを有する風力発電システムは、システムが大規模になり、コストが増大するという問題点がある。また、バッテリーの使用により、システム全体の効率も悪化し、風力エネルギーを最大限に利用することは、困難である。 However, a wind power generation system having a battery such as a storage battery has a problem that the system becomes large and costs increase. In addition, the use of the battery deteriorates the efficiency of the entire system, and it is difficult to make the best use of wind energy.
さらに、従来の風力発電システムに使用される電圧形インバータの出力電圧波形は、PWM波形であるため、高次の高調波成分を多く含む電圧波形となり、損失やノイズを発生させる原因となりうる。また、電圧形インバータは、定期的な交換を必要とする平滑用コンデンサを備えているため、メンテナンスコストが増大する。仮に電圧形インバータではなく電流形インバータを採用する場合には、平滑用コンデンサの交換が不要となるばかりでなく、整流素子にサイリスタを用いて安価で大容量のものが実現できるが、サイリスタは自己消弧能力が無く、新たに転流回路が必要となり、回路構成が複雑になるという問題がある。 Further, since the output voltage waveform of the voltage source inverter used in the conventional wind power generation system is a PWM waveform, it becomes a voltage waveform containing many high-order harmonic components, which may cause loss and noise. In addition, since the voltage source inverter includes a smoothing capacitor that requires periodic replacement, the maintenance cost increases. If a current source inverter is used instead of a voltage source inverter, not only the smoothing capacitor needs to be replaced, but also a thyristor can be used to realize a low-capacity and large capacity thyristor. There is a problem that there is no arc extinguishing capability, a new commutation circuit is required, and the circuit configuration becomes complicated.
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、低コストで且つ簡単な構成により実現可能であり、風速の変化によらず一定の出力を保つハイブリッド風力発電システムを提供することを課題とする。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object to provide a hybrid wind power generation system that can be realized at a low cost with a simple configuration and maintains a constant output regardless of changes in wind speed. And
本発明に係るハイブリッド風力発電システムは、上記課題を解決するために、第1の発明は、風力タービンの軸に機械的に接続され、風力に応じて電力を出力する第1同期発電機と、前記第1同期発電機により出力された電力を整流して直流に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部により直流に変換された電力に基づき平滑された直流電流を供給するDCリンク部と、前記DCリンク部により供給された直流電流を交流に変換するインバータ部と、原動機により駆動され電力を出力する第2同期発電機と、前記インバータ部により出力された交流電力と前記第2同期発電機により出力された電力とを合成し、前記インバータ部と前記第2同期発電機との両方から電流が流入したときに、両方の電流により生じる磁束が加わり合うようにし、また、前記インバータ部と当該ハイブリッド風力発電システムの出力端との両方から電流が流入したときに、両方の電流により生じる磁束が打ち消し合うように同一鉄心上に巻装され且つ直列に接続された二つのコイルから構成される波形改善リアクトルである、所定の電力を出力する電力供給部とを備え、前記インバータ部は、サイリスタインバータにより構成され、前記第2同期発電機は、前記電力供給部を介して前記サイリスタインバータに転流に必要な無効電力を供給するとともに、当該ハイブリッド風力発電システムの出力を一定に保持するために風力エネルギーに基づく前記第1同期発電機の出力で賄うことができない不足分の有効電力を供給することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the hybrid wind power generation system according to the present invention includes a first synchronous generator that is mechanically connected to a shaft of a wind turbine and outputs electric power according to wind power. A converter unit that rectifies the electric power output from the first synchronous generator and converts it into direct current; a DC link unit that supplies a direct current smoothed based on the electric power converted into direct current by the converter unit; and the DC An inverter unit that converts a direct current supplied by the link unit into an alternating current, a second synchronous generator that is driven by a prime mover and outputs electric power, an alternating current power output by the inverter unit and an output by the second synchronous generator It is obtained by synthesizing the power, as when the current from both of said second synchronous generator and the inverter flows into the magnetic flux is mutually joined caused by both current In addition, when current flows from both the inverter unit and the output end of the hybrid wind power generation system, the magnetic flux generated by both currents is wound on the same iron core and connected in series so as to cancel each other. A power supply unit that outputs predetermined power , which is a waveform improvement reactor composed of two coils , the inverter unit is configured by a thyristor inverter, and the second synchronous generator includes the power supply unit. The reactive power necessary for commutation is supplied to the thyristor inverter through the power supply, and the output of the first synchronous generator based on wind energy cannot be covered in order to keep the output of the hybrid wind power generation system constant. It is characterized by supplying the active power of the minute.
本発明の第1の発明によれば、低コストで且つ簡単な構成により実現可能であり、風速の変化によらず一定の出力を保つハイブリッド風力発電システムを提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a hybrid wind power generation system that can be realized at a low cost and with a simple configuration and that maintains a constant output regardless of changes in wind speed.
以下、本発明のハイブリッド風力発電システムの実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a hybrid wind power generation system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1の構成を示すブロック図である。まず、本実施の形態の構成を説明する。本実施例のハイブリッド風力発電システムは、図1に示すように、風力タービン10、永久磁石同期発電機12、サイリスタ整流器14、DCリンク部16、サイリスタインバータ20、原動機22、同期発電機24、及び波形改善リアクトル26で構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention. First, the configuration of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the hybrid wind power generation system of the present embodiment includes a
風力タービン10は、風の持つ運動エネルギーを回転エネルギーに変換し、永久磁石同期発電機12を駆動する。この風力タービン10は、例えば、風力エネルギーをより多く有効に抽出・変換することを目的として、風速変動に関わらず出力係数(効率に相当)が最大となる周速比(翼の周速と流入風速の比)を保持するように回転数を操作する変速制御運転法を採用する。本実施例のハイブリッド風力発電システムは、後述するDCリンク部16を有するため、サイリスタインバータ20の出力側の周波数(例えば50Hz)に依存せずに独立して風力タービン10の周波数を制御できるという利点がある。
The
永久磁石同期発電機12は、本発明の第1発電機に対応し、風力タービン10の軸に機械的に接続され、風力に応じて電力を出力する。なお、風力タービン10に接続される発電機は、必ずしも永久磁石同期発電機とは限らず、同期発電機であればよい。しかしながら、永久磁石同期発電機12は、界磁励磁のための電源回路が不要であり、構造が簡単で保守が容易であるため、本発明に最適であると考えられる。
The permanent magnet
サイリスタ整流器14は、本発明のコンバータ部に対応し、永久磁石同期発電機12により出力された電力を整流して直流に変換する。ここに用いられる整流器の素子は、必ずしもサイリスタである必要はない。しかしながら、サイリスタを用いたサイリスタ整流器14でコンバータ部を構成することにより、図1に示す電圧Vdを調整することができる。
The
DCリンク部16は、サイリスタ整流器により直流に変換された電力に基づき平滑された直流電流を供給する。このDCリンク部16は、DCリアクトル18により構成される。
The
サイリスタインバータ20は、本発明のインバータ部に対応し、DCリンク部16により供給された直流電流を交流に変換する。このサイリスタインバータ20は、他励式サイリスタインバータであり、出力側から逆バイアスをかけることにより、転流を行う。
The
したがって、本発明のハイブリッド風力発電システムにおいて、サイリスタ整流器14、DCリンク部16、及びサイリスタインバータ20は、電流形インバータを構成する。
Therefore, in the hybrid wind power generation system of the present invention, the
原動機22は、例えばガスタービンやガソリンエンジンであり、自然界に存在する様々なエネルギーを力学的エネルギーに変換して同期発電機24を駆動する。
The
同期発電機24は、本発明の第2発電機に対応し、原動機22により駆動され、交流電力を出力する。この同期発電機24は、システム全体の出力を一定に保持するため、永久磁石同期発電機12の出力で賄うことのできない不足分の電力(有効分)を供給する。すなわち、同期発電機24は、サイリスタインバータ20により出力される電力が負荷が必要とする所定の電力に足りない場合に、不足分の電力を供給する。したがって、このハイブリッド風力発電システムは、風力の変動によらず、必要な所定の電力を負荷に供給する。
The
さらに、同期発電機24は、後述する波形改善リアクトル26を介してサイリスタインバータ20に転流に必要な無効電力を供給する。また、この同期発電機24は、ハイブリッド風力発電システムの出力側に接続される負荷が必要とする無効電力を供給する。永久磁石同期発電機12の出力は、DCリンク部16を介して直流電力となり、負荷が必要とする無効電力を供給することができない。したがって、同期発電機24は、本発明において、無効電力供給用として必須である。
Furthermore, the
波形改善リアクトル26は、本発明の電力供給部に対応し、サイリスタインバータ20により出力された交流電力と同期発電機24により出力された電力とを合成し、所定の電力を出力する。
The
また、波形改善リアクトル26は、特開平11−150866号公報に記載された波形改善リアクトルと同様のものであり、二つのリアクトルコイルの自己インダクタンスL1、L2と相互インダクタンスMの適切な選定により、同期発電機24の初期過渡インダクタンスを等価的に打ち消すことができるので、結果的にサイリスタインバータ20の転流による出力電圧の波形陥没を除去することができる。
The
波形改善リアクトル26は、サイリスタインバータ20と同期発電機24との両方から電流が流入したときに、両方の電流により生じる磁束が加わり合うように同一鉄心上に巻装され且つ直列に接続された二つのコイルから構成される。
The
また、図2に示すように、波形改善リアクトル26は、サイリスタインバータ20と当該ハイブリッド風力発電システムの出力端との両方から電流が流入したときに、両方の電流により生じる磁束が打ち消し合うように同一鉄心上に巻装され且つ直列に接続された二つのコイルから構成されるものでもよい。
As shown in FIG. 2, the
なお、波形改善リアクトル26は、必ずしも必須の構成要件ではなく、構成に入れない場合でもハイブリッド風力発電システムを動作させることは可能である。ただし、何らかのフィルタは必要であると考えられる。また、波形改善リアクトル26を採用する場合には、電流重なり角を所定の値以下に抑えるために、波形改善リアクトル26を構成する二つのリアクトルコイルの自己インダクタンスL1、L2、及び相互インダクタンスMは、適切に選定される必要がある。
Note that the
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。まず、風力タービン10は、風の持つ運動エネルギーを回転エネルギーに変換し、永久磁石同期発電機12を駆動する。永久磁石同期発電機12は、風力タービン10の軸に機械的に接続され、風力に応じて電力をサイリスタ整流器14に出力する。サイリスタ整流器14は、永久磁石同期発電機12により出力された電力を整流して直流に変換する。DCリンク部16は、サイリスタ整流器により直流に変換された電力に基づき平滑された直流電流を供給する。サイリスタインバータ20は、DCリンク部16により供給された直流電流を交流に変換する。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. First, the
一方、原動機22は、自然界に存在する様々なエネルギーを力学的エネルギーに変換して同期発電機24を駆動する。負荷の変動等によって、同期発電機24の出力が変動した場合にも同期発電機24の回転速度を一定に保つため、原動機22の図示されないガバナ(調速機)は、原動機22の出力を制御する。同期発電機24は、原動機22により駆動され、交流電力を出力する。同期発電機24は、システム全体の出力を一定に保持するため、永久磁石同期発電機12の出力で賄うことのできない不足分の電力(有効分)を負荷に供給する。さらに、同期発電機24は、波形改善リアクトル26を介してサイリスタインバータ20に転流に必要な無効電力を供給する。また、この同期発電機24は、ハイブリッド風力発電システムの出力側に接続される負荷が必要とする無効電力を供給する。なお、同期発電機24がサイリスタインバータ20の転流を制御するため、同期発電機24の回転数に基づき、ハイブリッド風力発電システムの出力周波数は決定される。
On the other hand, the
波形改善リアクトル26は、サイリスタインバータ20により出力された交流電力と同期発電機24により出力された電力とを合成し、所定の電力を出力する。その際、波形改善リアクトル26は、出力電圧の高調波分を除去する。
The
図3は、本発明の実施例1のハイブリッド風力発電システムの等価回路を示す回路図である。図1に示すサイリスタインバータ20、同期発電機24、及び波形改善リアクトル26は、それぞれ図3に示すサイリスタインバータ20a、同期発電機24a、及び波形改善リアクトル26aと等価である。波形改善リアクトル26aにより出力された電力は、3相負荷30に供給される。サイリスタ整流器14の出力は、直流電源電圧Vdで示される。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of the hybrid wind power generation system according to the first embodiment of the present invention. The
本発明のハイブリッド風力発電システムを制御するために、サイリスタインバータ20の制御進み角γと同期発電機24の界磁電圧Vfとが操作されうる。ハイブリッド風力発電システムにおける風車発電機の最大電力制御は、サイリスタインバータ20の位相制御回路を用いて制御進み角γを調整することにより達成される。また、同期発電機24の界磁電圧Vfは、ハイブリッド風力発電システムの出力電圧を一定に保つように、例えば直流チョッパ回路における通流率を調整することにより制御される。
In order to control the hybrid wind power generation system of the present invention, the control advance angle γ of the
ハイブリッド風力発電システムの出力電圧Vl−l、周波数fがそれぞれ一定であり,かつ風力タービン10の出力係数Cpが一定であると仮定し、風速をVwとすると、直流リンク電流Idは、Vw 2に比例する。これは、理想状態(損失なし)の場合において直流リンク電圧Vdと直流リンク電流Idの積に等しい風力タービン10の入力PtがVw 3に比例すること,及び出力係数Cpが一定の場合において直流リンク電圧Vdが風速Vwに比例することに起因する。したがって、Id−Vw特性は、力率等の負荷条件に因らない。
Assuming that the output voltage V l−l and frequency f of the hybrid wind power generation system are constant and the output coefficient C p of the
サイリスタインバータ20の制御進み角γは、風速Vwの増加に従って減少させる必要がある。また、電流重なり角uは、直流リンク電流Idの増加に伴い増加する。さらに、風力タービン10の出力Pwは、風速Vwの増加に伴って増加する。
The control advance angle γ of the
また、負荷の力率が低い場合や負荷電流の大きい高出力の場合には、サイリスタインバータ20の制御進み角γは、風速Vwが同じである場合において、大きくなる。制御進み角γと電流重なり角uとが等しくなった場合には、サイリスタインバータ20において転流失敗が発生し、ハイブリッド風力発電システムは、動作不能となる。したがって、制御進み角γは、電流重なり角uよりも大きい状態で制御される必要がある。
同期発電機24の皮相電力は、純抵抗負荷(力率1)の負荷条件を除き、風速Vwの増加とともに増加すると思われる。これは、サイリスタインバータ20の転流及び負荷に必要な無効電力が増加するためである。
Further, when the load power factor is low or when the load current is high and the output is large, the control advance angle γ of the
Apparent power of the
図4は、本発明の実施例1のハイブリッド風力発電システムの出力電圧波形の1例を示す図である。図4に示すように、THD(Total Harmonic Distortion)は、約3%に抑えられており、出力電圧波形に歪みがほとんど無く、波形改善リアクトル26が有効であることを示す。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an output voltage waveform of the hybrid wind power generation system according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, THD (Total Harmonic Distortion) is suppressed to about 3%, indicating that the output voltage waveform is hardly distorted and the
図5は、風速Vwに対するハイブリッド風力発電システム全体の出力Po、同期発電機24の出力PSG、並びに風力タービン10の出力Pwの特性を示す。図5において、ハイブリッド風力発電システム全体の出力Poは、1kW、2kW、3kWの場合について記載されているが、この出力Poは負荷の条件によって決定される。永久磁石同期発電機12の出力Pwは、風速Vwの増加に伴い増加する。しかしながら、同期発電機24の出力PSGは、風速Vwの増加に伴い減少するため、結果的に図5に示すような一定の出力Poが得られる。なお、図5に記載されたローマ数字は、それぞれシステム全体の出力Poと負荷の力率を異なる条件にした各ケースを示すが、いずれのケースであっても、上述した傾向が示されている。また、実験結果が理論値に近い値を示している。したがって、このハイブリッド風力発電システムは、風力発電の最大電力点追従を達成するとともに、同期発電機24を駆動する原動機22へ供給する燃料を最小とすることを実現できる。
FIG. 5 shows the characteristics of the output P o of the entire hybrid wind power generation system with respect to the wind speed V w, the output P SG of the
上述のとおり、実施例1の形態に係るハイブリッド風力発電システムによれば、蓄電池等のバッテリーが不要であるため、低コストで簡単な構成であるとともに、常に風力エネルギーを最大限に効率良く利用することができる。また、簡単な構成であることは、信頼性が高く高効率なシステムであることを示す。 As described above, according to the hybrid wind power generation system according to the form of the first embodiment, a battery such as a storage battery is unnecessary, so that the configuration is low-cost and simple, and wind energy is always used efficiently with maximum efficiency. be able to. Further, the simple configuration indicates that the system is highly reliable and highly efficient.
さらに、風速の変化にかかわらず、ハイブリッド風力発電システム全体の出力を常に一定に保つことができる。 Furthermore, the output of the entire hybrid wind power generation system can be kept constant regardless of changes in wind speed.
また、電流形インバータを採用することで、従来のような電圧型インバータのような定期的な平滑用コンデンサの交換にかかるメンテナンスコストを不要とするばかりでなく、整流素子にサイリスタを用いて安価で大容量のものが容易に実現できる。 In addition, by adopting a current source inverter, not only the maintenance cost required for periodic smoothing capacitor replacement like a conventional voltage type inverter, but also the use of a thyristor as a rectifier is inexpensive. Large capacity can be easily realized.
また、同期発電機24を備えているので、上述したようにハイブリッド風力発電システム全体の出力を一定に保持するため、負荷が必要とする電力に対して、風力エネルギーに基づく永久磁石同期発電機12の出力で賄うことのできない不足分の電力(有効分)を負荷に供給することができる。さらにこの同期発電機24は、負荷が必要とする無効電力を供給するとともに、サイリスタインバータ20の転流に必要な無効電力を供給する。したがって、サイリスタインバータ20が本来必要とする転流回路を不要とし、電流形インバータを本発明に採用することができる。よって、同期発電機24に原動機22を接続して積極的に発電することにより、同期発電機24は、上述した3つの作用・効果を本発明のハイブリッド風力発電システムに対して有する。
In addition, since the
さらに、波形改善リアクトル26を備えているので、出力電圧の波形歪みを原理的に完全に除去することができ、極めて良質の電力を負荷に対して供給することができる。
Furthermore, since the
また、本発明のハイブリッド風力発電システムは、地球上のある程度風の強いあらゆる場所において高効率で利用できるため、経済的・社会的効果は地球規模であり、極めて大きいと考えられる。 Moreover, since the hybrid wind power generation system of the present invention can be used with high efficiency in any place where the wind is strong to some extent on the earth, the economic and social effects are considered to be extremely large on a global scale.
本発明に係るハイブリッド風力発電システムは、既存の電力系統等と連係して運転される発電システムに利用可能である。 The hybrid wind power generation system according to the present invention can be used for a power generation system operated in conjunction with an existing power system or the like.
10 風力タービン
12 永久磁石同期発電機
14 サイリスタ整流器
16 DCリンク部
18 DCリアクトル
20、20a サイリスタインバータ
22 原動機
24、24a 同期発電機
26、26a 波形改善リアクトル
30 3相負荷
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記第1同期発電機により出力された電力を整流して直流に変換するコンバータ部と、
前記コンバータ部により直流に変換された電力に基づき平滑された直流電流を供給するDCリンク部と、
前記DCリンク部により供給された直流電流を交流に変換するインバータ部と、
原動機により駆動され電力を出力する第2同期発電機と、
前記インバータ部により出力された交流電力と前記第2同期発電機により出力された電力とを合成し、前記インバータ部と前記第2同期発電機との両方から電流が流入したときに、両方の電流により生じる磁束が加わり合うようにし、また、前記インバータ部と当該ハイブリッド風力発電システムの出力端との両方から電流が流入したときに、両方の電流により生じる磁束が打ち消し合うように同一鉄心上に巻装され且つ直列に接続された二つのコイルから構成される波形改善リアクトルである、所定の電力を出力する電力供給部と、
を備え、
前記インバータ部は、サイリスタインバータにより構成され、
前記第2同期発電機は、前記電力供給部を介して前記サイリスタインバータに転流に必要な無効電力を供給するとともに、当該ハイブリッド風力発電システムの出力を一定に保持するために風力エネルギーに基づく前記第1同期発電機の出力で賄うことができない不足分の有効電力を供給することを特徴とするハイブリッド風力発電システム。 A first synchronous generator that is mechanically connected to the axis of the wind turbine and outputs power in response to wind power;
A converter unit that rectifies the electric power output by the first synchronous generator and converts it into direct current;
A DC link unit for supplying a DC current smoothed based on the electric power converted into DC by the converter unit;
An inverter unit for converting a direct current supplied by the DC link unit into an alternating current;
A second synchronous generator driven by a prime mover and outputting electric power;
When the AC power output from the inverter unit and the power output from the second synchronous generator are combined and current flows from both the inverter unit and the second synchronous generator, both currents In addition, when current flows from both the inverter unit and the output end of the hybrid wind power generation system, the magnetic flux generated by both currents is wound on the same iron core so as to cancel each other. A power supply unit that outputs a predetermined power , which is a waveform improvement reactor composed of two coils mounted and connected in series ;
With
The inverter unit is configured by a thyristor inverter,
The second synchronous generator supplies reactive power necessary for commutation to the thyristor inverter through the power supply unit, and based on wind energy to maintain a constant output of the hybrid wind power generation system. A hybrid wind power generation system characterized by supplying an insufficient amount of active power that cannot be covered by the output of the first synchronous generator.
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