JP6577078B2 - 風力発電装置および風力発電装置の制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1に係る風力発電装置の全体構成を示す構成図である。また図2は、図1の風力発電装置の発電に関連する部分構成の一例を示す構成図である。図1において、風が吹くと回転する回転部であるプロペラ1の金属製の回転軸2に、軸治具4により電磁石発電機3のロータ側が結合されている。電磁石発電機3は例えば電磁石式の車載用オルタネータ等からなる。電磁石発電機3は、図2に記載のように、回転軸2に結合されて回転するロータ側の励磁用のロータコイル部3a、ロータコイル部3aと近接して配置されロータコイル部の磁界の変化により発電するステータ側の発電用のステータコイル部3b、およびステータコイル部3bからの交流の発電電力を直流電力に変換する整流部3cを有する。
図3に実施例1の動作の概略的動作フローチャートを示す。
a)1500rpmになったとき
1) 1500rpm時(定回転制御中)
発電制御部8は、回転数が1500rpmまで上昇した時点で、過回転ワーニングを検出する(ステップS1)。発電制御部8は、発光素子17を点灯させ、電磁ブレーキ13にて電磁ブレーキをかけ、PWM制御することにより定回転制御しながら発電を持続する。発電制御部8は、電磁ブレーキ13のブレーキ制御部13bにduty比指令信号を入力し、ブレーキ制御部13bがduty比指令信号に従って電磁ブレーキ制御素子13aをONとOFFの繰り返しスイッチングを行い、出力される電力を制御する。その詳細について説明すると、最初に、電磁ブレーキをかける際には、設定された一定期間、電磁ブレーキ制御素子13aのON時間をduty50%に保持する。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部7からの回転数信号をモニタしておく。
回転数が1500rpmよりも高くなっている場合には、回転数を下げるために、電磁ブレーキ制御素子13aのON時間をduty50%から徐々に大きくしていく。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部7からの回転数信号をモニタしておく。
回転数が1500rpmよりも低くなっている場合には、回転数を上げるために、電磁ブレーキ制御素子13aのON時間をduty50%から徐々に小さくしていく。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部7からの回転数信号をモニタしておく。
上記のように制御することにより、電磁ブレーキ制御素子13aのOFF時に発電しながら、目標回転数である設定回転数、すなわち1500rpmに近付けるよう電磁石発電機3を定回転制御できる。
また、過回転ワーニング情報を発電制御部8に内蔵されたメモリ15に記憶する(ステップS2,S3,S4)。
発電制御部8は、1400rpmまでは過回転ワーニングを検出し続け、発光素子17を点灯させたまま、100%励磁にて発電を持続する。風が弱まって電磁石発電機3の回転数が、1400rpm未満になったときには、過回転ワーニングを解除し、発光素子17を消灯させる(ステップS5−S8)。
図4に実施例2の動作の概略的動作フローチャートを示す。
a)1500rpmになったとき
1) 1500rpm時(定回転制御中)
発電制御部8は、回転数が1500rpmまで上昇した時点で、過回転ワーニングを検出する(ステップS1)。発電制御部8は、発光素子17を点灯させ、電磁ブレーキ13にて電磁ブレーキをかけ、PWM制御することにより定回転制御しながら発電を持続する。その詳細について説明すると、最初に、電磁ブレーキをかける際には、設定された一定期間、電磁ブレーキ制御素子13aのON時間をduty10%から順に10%ずつ設定された一定の間隔でduty50%まで上げていく。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部7からの回転数信号をモニタしておく。
回転数が1500rpmよりも高くなっている場合には、回転数を下げるため、電磁ブレーキ制御素子13aのON時間をduty50%から徐々に大きくしていく。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部7からの回転数信号をモニタしておく。
回転数が1500rpmよりも低くなっている場合には、回転数を上げるため、電磁ブレーキ制御素子13aのON時間をduty50%から徐々に小さくしていく。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部7からの回転数信号をモニタしておく。
上記のように制御することにより、電磁ブレーキ制御素子13aのOFF時に発電しながら、目標回転数である設定回転数、すなわち1500rpmに近付けるよう電磁石発電機3を定回転制御できる。
また、過回転ワーニング情報を発電制御部8に内蔵されたメモリ15に記憶する(ステップS2a,S3,S4)。
発電制御部8は、1400rpmまでは過回転ワーニングを検出し続け、発光素子17を点灯させたまま、100%励磁にて発電を持続する。風が弱まって電磁石発電機3の回転数が、1400rpm未満になったときには、過回転ワーニングを解除し、発光素子17を消灯させる(ステップS5−S8)。
図5に実施例3の動作の概略的動作フローチャートを示す。
a)1500rpmになったとき
発電制御部8は、回転数が1500rpmまで上昇した時点で、過回転ワーニングを検出する(ステップS1)。発電制御部8は、発光素子17を点灯させ、電磁ブレーキ13にて電磁ブレーキをかけ、PWM制御することにより定回転制御しながら発電を持続する。その詳細について説明すると、回転数の傾きを求めるため、1500rpmになった時点で最初の1点目のデータ(時間t1、回転数N1)を発電制御部8に取り込み、次のタイミングになった時点で2点目のデータ(時間t2、回転数N2)を発電制御部8に取り込む(ステップS22,S23)。
そして、発電制御部8にて回転数の傾きに応じた電磁ブレーキ制御素子13aのON時間のdutyを演算し(ステップS25)、回転数の傾きが大きければ、電磁ブレーキ制御素子13aのON時間dutyを大きくして、電磁ブレーキ13のブレーキ力を強くする。また、回転数の傾きが小さければ、電磁ブレーキ制御素子13aのON時間のdutyを小さくして、電磁ブレーキ13のブレーキ力を弱くする。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部7からの回転数信号をモニタしておく。立ち下がり時も同様の制御を行うことにより、一定の回転数を保持できる。
また、過回転ワーニング情報を発電制御部8に内蔵されたメモリ15に記憶する(ステップS21−S25,S3,S4)。
発電制御部8は、1400rpmまでは過回転ワーニングを検出し続け、発光素子17を点灯させたまま、100%励磁にて発電を持続する。風が弱まって電磁石発電機3の回転数が、1400rpm未満になったときには、過回転ワーニングを解除し、発光素子17を消灯させる(ステップS5−S8)。
Claims (8)
- 風力により回転する回転部に結合されて回転する励磁用のロータコイル部、前記ロータコイル部と近接して配置され前記ロータコイル部の磁界の変化により発電する発電用のステータコイル部、および前記ステータコイル部からの交流の発電電力を直流電力に変換する整流部、を有する電磁石発電機と、
前記整流部の直流電力により充電される蓄電部と、
前記蓄電部を電源として前記ロータコイル部に励磁電力を供給する励磁制御部と、
前記電磁石発電機の回転数を検出する回転検出部と、
前記整流部の高電圧側とグランドの間に接続されて電流を流して前記電磁石発電機に電磁ブレーキをかけると共に、電流を制御するためのスイッチングを行う電磁ブレーキ制御素子を有する電磁ブレーキと、
前記回転検出部から得られる前記電磁石発電機の回転数が、予め定められた設定回転数まで上昇すると、前記設定回転数を保持するように、前記電磁石発電機の回転数の変化率を求めて、前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子に、前記変化率に応じたONdutyでPWM制御によるONとOFFの繰り返しスイッチングを行わせて、出力される電力を制御して発電を持続させる発電制御部と、
を備えた、風力発電装置。 - 前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子をPWM制御する制御周波数が、20kHz以上である、請求項1に記載の風力発電装置。
- 前記電磁ブレーキ制御素子のための温度センサを設け、前記発電制御部は、前記温度センサの検出結果から前記電磁ブレーキ制御素子が過熱状態であると判定すると、発電を中止させる、請求項1または2に記載の風力発電装置。
- 前記電磁ブレーキ制御素子を複数、並列接続して設けた、請求項1から3までのいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記電磁石発電機の回転数が前記設定回転数を超えている間、前記発電制御部が点灯させる発光素子を備えた、請求項1から4までのいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記発電制御部は、各部の状態を記憶するメモリを含む、請求項1から5までのいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記風力発電装置の周囲の騒音を検出する騒音センサを備え、前記発電制御部は、前記騒音センサで検出された騒音レベルに従って異なる回転数の前記設定回転数を設定する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 電磁石発電機により、風力により回転する回転部に結合されて回転する励磁用のロータコイル部の発生する磁界の変化により発電用のステータコイル部で交流発電を行い、整流部で直流電力に変換して出力して蓄電部を充電し、
励磁制御部により、前記ロータコイル部に前記蓄電部を電源として励磁電力を供給し、
前記蓄電部の高電圧側とグランドの間に接続された電磁ブレーキにより、電流を流して前記電磁石発電機に電磁ブレーキをかけると共に、電磁ブレーキ制御素子により電流を制御するためのON/OFFのスイッチングを行い、
発電制御部により、回転検出部から得られる前記電磁石発電機の回転数が、予め定められた設定回転数まで上昇すると、前記設定回転数を保持するように、前記電磁石発電機の回転数の変化率を求めて、前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子に、前記変化率に応じたONdutyでPWM制御によるONとOFFの繰り返しスイッチングを行わせて、出力される電力を制御して発電を持続させる、
風力発電装置の制御方法。
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