JP6143570B2 - 風力発電システム - Google Patents
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Description
Pt1=(Cp×ρ×AW×Vwind1 3)/2=Vd1×Id ・・・(1)
ここで、Cpは風力タービン12−1が風力を機械出力に変換する割合を示す出力係数であり、AWは風力タービン12−1の受風面積であり、ρは空気密度である。
λ=ω1×Rrotor/Vwind1 ・・・(2)
Vd1=Kd×ω1×cosα1
=(Kd×λ/Rrotor)×Vwind1×cosα1 ・・・(3)
ここで、α1はコンバータ14−1の制御角である。
Ptm=(Cp×ρ×AW×VWMAX 3)/2 ・・・(4)
Vdm=(Kd×λ)/Rrotor×VWMAX ・・・(5)
Id=Ptm/Vdm
=(Cp×ρ×AW×Rrotor×VWMAX 2)/(2×Kd×λ)
・・・(6)
PtTotal={Cp×ρ×AW×Σ(Vwindi 3)}/2 ・・・(7)
Vd=PtTotal/Id ・・・(8)
式(7)で、Σはi=1〜nまでの和を意味する。
Ed=3×21/2/π×Va×cosγ ・・・(9)
Id=(Vd−Ed)/Rd
={Vd−(3×21/2/π×Va×cosγ)}/Rd ・・・(10)
γ=cos−1{π(Vd−Id×Rd)/(3×21/2×Vl−l)}
・・・(11)
コントローラ17は、式(11)を用いて算出した制御進み角γを、インバータ16bに送信する。
Ptj=(Cp×ρ×AW×Vwindj 3)/2 ・・・(12)
Vdj=(Kd×λ)/Rrotor×Vwindj×cosαj ・・・(13)
Ptj/Ptm=Vdj/Vdm=Vwindj 3/Vwindm 3
=Vwindj×cosαj/VWMAX ・・・(14)
る。
αj=cos−1(Vwindj 2/VWMAX 2) ・・・(15)
コントローラ17は、式(15)を用いて算出した制御角α1〜αnをコンバータ14−1〜14−nに送信する。
Vd=Kd×λ/Rrotor×Σ(Vwindi×cosαi)}
・・・(16)
(ii)電力変換器のスイッチング素子としてサイリスタを採用し、かつ平滑用大容量コンデンサを使用しないなどの点、及び上記(i)により、信頼性が高くかつ保守が容易である。
(iii)上記(ii)により、システムの大容量化が容易である。
(iv)併設する同期機に原動機で駆動する同期発電機を適用すれば、所謂ハイブリッド風力発電システムを実現することができ、風車の出力変動の平準化が容易に達成できる。
(v)電圧形インバータで必要な高調波除去用のフィルタを用いることなく、原理的に出力電圧歪みを皆無にすることができるため、常に高品質の電力が得られる。
(vi)電流形サイリスタインバータを採用しているため、IGBTや平滑用コンデンサ等を必要とする電圧形インバータと比較してコスト面で有利である。
(vii)風力発電機群の直流出力をインバータに送電する手段として、長距離送電に有利な直流送電方式を使用することができるため、風車設置場所の選択における自由度が増す。
10−1〜10−k 直列接続風車群
11−1〜11−n 発電用風車
12−1〜12−n 風力タービン
13−1〜13−n 風力発電機
14−1〜14−n コンバータ
15 直流送電線
16 変換ユニット
16a 直流リアクトル
16b インバータ
17 コントローラ
18−1〜18−n 風速計
20−1〜20−k 波形改善リアクトル(波形改善手段)
30−1〜30−k 位相整合回路(位相整合手段)
40 同期発電機(同期機)
100−1〜100−k 風力発電ユニット
Claims (5)
- 風力発電を行うための複数の発電用風車を電気的に直列接続して構成される複数の直列接続風車群と、
前記複数の直列接続風車群の組数に応じた相数を有し、前記複数の直列接続風車群の個々の出力端に接続される単一の同期機と、
前記複数の直列接続風車群と前記同期機との合成出力の電圧位相を揃える位相整合手段と、
を備え、
前記位相整合手段により電圧位相を揃えられた電力を合成して出力する
ことを特徴とする風力発電システム。 - 前記複数の直列接続風車群と前記同期機との間に波形改善手段を備え、
前記位相整合手段が前記波形改善手段の出力端に接続される、
ことを特徴とする、請求項1に記載の風力発電システム。 - 前記同期機が、前記複数の直列接続風車群の個々の出力端に接続される複数の三相巻線を有し、前記複数の三相巻線が、同一の鉄心に位相をずらして設置されることを特徴とする、請求項1または2に記載の風力発電システム。
- 前記同期機が同期発電機であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の風力発電システム。
- 前記複数の直列接続風車群のそれぞれが、
風力に応じて回転エネルギを発生させる風力タービン、該風力タービンで発生した回転エネルギに応じて交流電力を発生させる風力発電機、該風力発電機で発生した交流電力を直流電力に変換するコンバータ、及び前記風力タービンを回転させる風力の風速を測定する風速計を、それぞれ有する前記複数の発電用風車と、
前記複数の発電用風車の前記コンバータがそれぞれ出力する直流電力の直列和を入力し、該直列和を交流電力に変換するインバータを有する変換ユニットと、
前記複数の発電用風車の前記風速計が測定する前記風速をそれぞれ監視し、前記風速に応じて前記コンバータそれぞれの出力電圧及び前記インバータの入力電圧をリアルタイムに制御するために、前記コンバータの出力電圧を調整するコンバータパラメータを変更するコンバータ出力制御信号を前記コンバータにそれぞれ出力し、前記インバータの入力電圧を調整するインバータパラメータを変更するインバータ制御信号を前記インバータに出力するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記複数の発電用風車のうちで最大風速が測定された最大風速風車の出力電流を用いて前記インバータの入力電圧を制御し、且つ、前記最大風速風車以外の前記発電用風車の出力する各出力電流が前記最大風速風車の出力電流と同一になるように前記発電用風車それぞれの前記コンバータの出力電圧を制御する
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の風力発電システム。
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