JP6935981B1 - Power generator - Google Patents

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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

【課題】設置環境の状態に応じた適切な発電を行うことのできる発電装置を得る。【解決手段】励磁コイルおよび発電コイルを含む電磁石発電機と、電磁石発電機による発電を制御する制御部と、ＯＮ状態に切り替わることで励磁電流を流す第１のスイッチング素子と、ＯＮ状態に切り替わることで電磁石発電機の発電出力端子を短絡させる第２のスイッチング素子と、を備え、制御部は、回転数に基づいて励磁電力制御を行うとともに、過回転であると判定した場合には、第２のスイッチング素子をＯＮ状態に切り替えると同時に、励磁電流として目標電流を流す励磁制御部と、予測風速を算出する風速予測部と、を有し、励磁制御部は、予測風速に基づいて、第２のスイッチング素子をＯＮ状態に切り替えてからＯＦＦ状態に戻すまでの時間Ｔｃを決定する。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a power generation device capable of appropriately generating power according to a state of an installation environment. SOLUTION: An electromagnet generator including an exciting coil and a generating coil, a control unit for controlling power generation by the electromagnet generator, a first switching element for flowing an exciting current by switching to the ON state, and switching to the ON state. A second switching element for short-circuiting the power output terminal of the electromagnet generator is provided, and the control unit controls the exciting power based on the number of rotations, and when it is determined that the rotation is over, the second It has an excitation control unit that flows a target current as an excitation current at the same time as switching the switching element of the above to the ON state, and a wind speed prediction unit that calculates the predicted wind speed. The excitation control unit has a second excitation control unit based on the predicted wind speed. The time Tc from switching the switching element of No. 1 to the ON state to returning to the OFF state is determined. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本開示は、励磁電力を制御して発電を行う発電装置に関する。 The present disclosure relates to a power generation device that generates power by controlling exciting power.

風力エネルギー等の自然エネルギーを電気エネルギーに変換して各種機器の電力とする発電装置に関する従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、発電機が出力状態および短絡状態の何れであるかを認識する。 There is a prior art related to a power generation device that converts natural energy such as wind energy into electric energy and uses it as electric power for various devices (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 recognizes whether the generator is in an output state or a short-circuit state.

そして、特許文献１に係る発電装置は、出力状態である場合には、出力状態用の回転速度・風力（風速）データテーブルを参照し、回転速度に対応した風力（風速）を求めている。一方、短絡状態である場合には、短絡状態用の回転速度・風力（風速）データテーブルを参照し、回転速度に対応した風力（風速）を求めている。 When the power generation device according to Patent Document 1 is in the output state, the power generation device refers to the rotation speed / wind speed (wind speed) data table for the output state, and obtains the wind power (wind speed) corresponding to the rotation speed. On the other hand, in the case of a short-circuited state, the rotational speed / wind power (wind speed) data table for the short-circuited state is referred to to obtain the wind power (wind speed) corresponding to the rotational speed.

また、特許文献１に係る発電装置は、短絡制動装置を作動した際には、風力発電機が設置される環境により任意に決定される所定時間を待機した後に、平均回転速度が制動解除値未満になった場合に、短絡制動装置を停止している。 Further, in the power generation device according to Patent Document 1, when the short-circuit braking device is operated, the average rotation speed is less than the braking release value after waiting for a predetermined time arbitrarily determined by the environment in which the wind power generator is installed. When becomes, the short-circuit braking device is stopped.

特許第４６３９６１６号公報Japanese Patent No. 4639616

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１におけるこのような制御において短絡制動装置を作動させた場合には、プロペラはかなりの低回転になる。また、短絡ブレーキの作動力は、非常に強いため、短絡ブレーキ作動状態では、風速に応じた回転速度の変動がごくわずかとなってしまう。このために、回転速度と風速のデータテーブルの精度が良くない問題、回転検出に精度の良いエンコーダーを用いるため高価になる問題、などがあった。 However, the prior art has the following problems.
When the short-circuit braking device is operated in such a control in Patent Document 1, the propeller rotates at a considerably low speed. Further, since the operating force of the short-circuit brake is very strong, the fluctuation of the rotation speed according to the wind speed becomes very small in the short-circuit brake operating state. For this reason, there is a problem that the accuracy of the rotation speed and wind speed data tables is not good, and there is a problem that it becomes expensive because an encoder with good accuracy is used for rotation detection.

また、特許文献１に係る発電装置は、所定時間と平均回転速度のみで制動を解除している。このため、瞬間的な突風で高回転になった場合でも、一定時間発電ができない状態になることがあった。また、台風のときなどで、強風が間欠的に吹いているときには、その風の吹き方によっては、短絡制動装置を停止し、発電状態に復帰させ、発電制御に復帰させてしまうことで、危険性の高い高回転領域の動作になってしまうおそれがあった。 Further, the power generation device according to Patent Document 1 releases the braking only in a predetermined time and the average rotation speed. For this reason, even when the rotation speed is high due to a momentary gust, power generation may not be possible for a certain period of time. In addition, when a strong wind is blowing intermittently, such as during a typhoon, depending on how the wind is blown, the short-circuit braking device may be stopped, returned to the power generation state, and returned to power generation control, which is dangerous. There was a risk that the operation would be in a high-speed region with high performance.

本開示は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、設置環境の状態に応じた適切な発電を行うことのできる発電装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to obtain a power generation device capable of generating appropriate power according to the state of the installation environment.

本開示に係る発電装置は、励磁電流を流すことで磁界を発生するとともに回転部に結合されて回転する励磁コイル、励磁コイルにより発生された磁界の変化により発電する発電コイル、および発電コイルの任意の一相の信号を出力するＰ端子、を含む電磁石発電機と、電磁石発電機による発電を制御する制御部と、制御部による制御に基づいてＯＮ状態に切り替わることで、励磁コイルに励磁電流を流す第１のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子がＯＦＦ状態のときに、励磁電流を励磁コイルに還流させるフライホイルダイオードと、制御部による制御に基づいてＯＮ状態に切り替わることで、電磁石発電機の発電出力端子を短絡させる第２のスイッチング素子と、を備え、制御部は、Ｐ端子からの信号により電磁石発電機の回転数を検出する回転検出部と、回転検出部で検出された回転数に基づいて第１のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第１のスイッチング制御を行うことで、電磁石発電機の状態に応じた励磁電力制御を行うとともに、回転検出部で検出された回転数が、あらかじめ決められた上限回転数Ｎｍを超えることで過回転であると判定した場合には、第２のスイッチング素子をＯＮ状態に切り替えると同時に第１のスイッチング制御を実行することで励磁電流として目標電流を流す励磁制御部と、励磁制御部により第２のスイッチング素子がＯＮ状態に切り替わった時から、上限回転数Ｎｍより低い回転数としてあらかじめ決められた回転数Ｎｔになるまでの時間Ｔｔを測定し、測定した時間Ｔｔに基づいて、回転数Ｎｔになったときの予測風速を算出する風速予測部と、を有し、励磁制御部は、風速予測部により算出された予測風速に基づいて、第２のスイッチング素子をＯＮ状態に切り替えてからＯＦＦ状態に戻すまでの時間Ｔｃを決定するものである。 The power generation device according to the present disclosure includes an excitation coil that generates a magnetic field by passing an exciting current and is coupled to a rotating portion to rotate, a power generation coil that generates power by a change in the magnetic field generated by the excitation coil, and an optional power generation coil. An electromagnet generator including a P terminal that outputs a one-phase signal, a control unit that controls power generation by the electromagnet generator, and a control unit that controls the electromagnet generator to switch to the ON state to apply an exciting current to the exciting coil. The electromagnet generator by switching to the ON state based on the control by the control unit, and the fly wheel diode that returns the exciting current to the exciting coil when the first switching element to flow and the first switching element are in the OFF state. A second switching element for short-circuiting the power generation output terminal of the above is provided, and the control unit includes a rotation detection unit that detects the rotation speed of the electromagnet generator by a signal from the P terminal, and a rotation speed detected by the rotation detection unit. By performing the first switching control for switching ON / OFF of the first switching element based on the above, the exciting power is controlled according to the state of the electromagnet generator, and the number of rotations detected by the rotation detection unit is determined. When it is determined that the over-rotation occurs when the upper limit rotation speed Nm is exceeded, the target current is used as the exciting current by switching the second switching element to the ON state and executing the first switching control at the same time. The time Tt from the time when the second switching element is switched to the ON state by the excitation control unit and the excitation control unit until the rotation speed Nt is determined in advance as the rotation speed lower than the upper limit rotation speed Nm is measured. The excitation control unit has a wind speed prediction unit that calculates the predicted wind speed when the number of revolutions Nt is reached based on the measured time Tt, and the excitation control unit is the first based on the predicted wind speed calculated by the wind speed prediction unit. The time Tc from switching the switching element of No. 2 to the ON state to returning to the OFF state is determined.

本開示によれば、設置環境の状態に応じた適切な発電を行うことのできる発電装置を得ることができる。 According to the present disclosure, it is possible to obtain a power generation device capable of generating power appropriately according to the state of the installation environment.

本開示の実施の形態１に係る発電装置の全体構成図である。It is an overall block diagram of the power generation apparatus which concerns on Embodiment 1 of this disclosure. 本開示の実施の形態１におけるＴｔ、Ｖｔ、Ｔｃの対応関係があらかじめ設定されたマップの一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the map in which the correspondence relation of Tt, Vt, and Tc in Embodiment 1 of this disclosure is set in advance. 本開示の実施の形態１において、予測平均風速Ｖｔから維持時間Ｔｃを特定するための説明図である。It is explanatory drawing for specifying the maintenance time Tc from the predicted average wind speed Vt in Embodiment 1 of this disclosure. 本開示の実施の形態５において、ブレーキＯＮ時のプロペラ回転数とトルクとの関係を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the propeller rotation speed and torque when the brake is turned on in the fifth embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態５におけるＮｅまたはＮｅｄ、Ｖｔｄ、Ｔｄの対応関係があらかじめ設定されたマップの一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the map in which the correspondence relation of Ne or Ned, Vtd, and Td in Embodiment 5 of this disclosure was set in advance. 本開示の実施の形態６における、一定回転制御時でのトルク変動に関する説明図である。It is explanatory drawing about the torque fluctuation at the time of constant rotation control in Embodiment 6 of this disclosure. 本開示の実施の形態６における風速に対する、トルク、励磁電流、ＤＵＴＹの対応関係を示した図である。It is a figure which showed the correspondence relationship of torque, exciting current, and DUTY with respect to the wind speed in Embodiment 6 of this disclosure. 本開示の実施の形態１〜４を組み合わせた回転抑制制御に関する一連処理を示したフローチャートである。It is a flowchart which showed the series process about the rotation suppression control which combined the Embodiments 1 to 4 of this disclosure. 本開示の実施の形態５、７、８を組み合わせたブレーキ時間追加制御に関する一連処理を示したフローチャートである。It is a flowchart which showed the series process about the brake time additional control which combined the embodiment 5, 7 and 8 of this disclosure. 本開示の実施の形態６、７、８を組み合わせたブレーキ時間追加制御に関する一連処理を示したフローチャートである。It is a flowchart which showed the series process about the brake time additional control which combined the Embodiments 6, 7 and 8 of this disclosure.

以下、本開示の発電装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、以下の各実施の形態では、風力発電を例に説明をするが、本開示に係る発電装置は、水力発電などに対しても、電磁石発電機を用いた発電機として同様のシステムを構築することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the power generation device of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, wind power generation will be described as an example, but the power generation device according to the present disclosure constructs a similar system as a generator using an electromagnet generator for hydroelectric power generation and the like. can do.

実施の形態１．
図１は、本開示の実施の形態１に係る発電装置の全体構成図である。図１に示す全体構成図には、回転部に相当するプロペラ１０、電磁石発電機２０、制御機３０、蓄電部４１、および負荷４２が含まれている。 Embodiment 1.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power generation device according to a first embodiment of the present disclosure. The overall configuration diagram shown in FIG. 1 includes a propeller 10, an electromagnet generator 20, a controller 30, a power storage unit 41, and a load 42, which correspond to a rotating unit.

電磁石発電機２０は、励磁コイル２１、発電コイル２２、整流器２３を有するとともに、Ｂ端子、Ｆａ端子、Ｆｂ端子、Ｐ端子の各端子を有して構成されている。励磁コイル２１は、電流を流すと磁界を発生させる電磁石になる、回転可能なコイルであり、風を回転エネルギーに変えるプロペラ１０に結合されている。励磁コイル２１の一端は、励磁コイル２１に電源を供給するＦａ端子に接続され、他端は、励磁コイル２１の電流を制御するためのＦｂ端子に接続されている。 The electromagnet generator 20 includes an exciting coil 21, a power generation coil 22, and a rectifier 23, and also has B terminals, Fa terminals, Fb terminals, and P terminals. The exciting coil 21 is a rotatable coil that becomes an electromagnet that generates a magnetic field when an electric current is passed, and is coupled to a propeller 10 that converts wind into rotational energy. One end of the exciting coil 21 is connected to the Fa terminal that supplies power to the exciting coil 21, and the other end is connected to the Fb terminal that controls the current of the exciting coil 21.

発電コイル２２は、励磁コイル２１の周辺に配置され、励磁コイル２１の回転による磁力変化で電力を発電する。整流器２３は、発電コイル２２の交流電圧を直流電圧に変換し、変換後の直流電圧を、発電出力端子に相当するＢ端子に出力する。また。Ｐ端子は、発電コイル２２の任意の一相から信号を取り出すための端子である。 The power generation coil 22 is arranged around the exciting coil 21 and generates electric power by changing the magnetic force due to the rotation of the exciting coil 21. The rectifier 23 converts the AC voltage of the power generation coil 22 into a DC voltage, and outputs the converted DC voltage to the B terminal corresponding to the power generation output terminal. Also. The P terminal is a terminal for extracting a signal from any one phase of the power generation coil 22.

制御機３０は、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、フライホイルダイオードＤ１、ダイオードＤ２、制御部３１、および励磁電流検出器３２を備えて構成されている。 The controller 30 includes a switching element Q1, a switching element Q2, a flywheel diode D1, a diode D2, a control unit 31, and an exciting current detector 32.

第１のスイッチング素子に相当するスイッチング素子Ｑ１は、ＯＮ状態に切り替わることで、電磁石発電機２０の励磁コイル２１に電流を流すことができるスイッチング素子である。フライホイルダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦのときに、励磁コイル２１に還流させるためのダイオードである。 The switching element Q1 corresponding to the first switching element is a switching element capable of passing a current through the exciting coil 21 of the electromagnet generator 20 by switching to the ON state. The fly foil diode D1 is a diode for refluxing to the exciting coil 21 when the switching element Q1 is OFF.

第２のスイッチング素子に相当するスイッチング素子Ｑ２は、ＯＮ状態に切り替わることで、電磁石発電機２０の発電出力であるＢ端子を短絡させることができるスイッチング素子である。ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ２がＯＮした際に、蓄電部４１の電力をスイッチング素子Ｑ２に流さないためのダイオードであり、Ｂ端子と蓄電部４１との間に挿入されている。 The switching element Q2 corresponding to the second switching element is a switching element capable of short-circuiting the B terminal, which is the power generation output of the electromagnet generator 20, by switching to the ON state. The diode D2 is a diode for preventing the electric power of the power storage unit 41 from flowing to the switching element Q2 when the switching element Q2 is turned on, and is inserted between the B terminal and the power storage unit 41.

また、制御部３１は、回転検出部３１ａ、励磁制御部３１ｂ、励磁電流検出部３１ｃ、および風速予測部３１ｄを備えて構成されている。 Further, the control unit 31 includes a rotation detection unit 31a, an excitation control unit 31b, an excitation current detection unit 31c, and a wind speed prediction unit 31d.

回転検出部３１ａは、Ｐ端子からの信号により、電磁石発電機２０の回転を回転情報として検出する。励磁制御部３１ｂは、回転検出部３１ａで検出された回転情報に基づいて、電磁石発電機２０の状態に応じた適切な励磁を行うように、スイッチング素子Ｑ１を制御する。 The rotation detection unit 31a detects the rotation of the electromagnet generator 20 as rotation information by the signal from the P terminal. The excitation control unit 31b controls the switching element Q1 so as to perform appropriate excitation according to the state of the electromagnet generator 20 based on the rotation information detected by the rotation detection unit 31a.

励磁電流検出部３１ｃは、励磁電流検出器３２を介して、励磁コイル２１に流れる励磁電流値を検出する。なお、励磁電流検出部３１ｃは、本実施の形態１における必須の構成要件ではなく、詳細については、実施の形態４で詳述する。 The exciting current detection unit 31c detects the exciting current value flowing through the exciting coil 21 via the exciting current detector 32. The exciting current detection unit 31c is not an essential configuration requirement in the first embodiment, and details will be described in the fourth embodiment.

さらに、風速予測部３１ｄは、回転検出部３１ａおよび励磁制御部３１ｂの情報をもとに、風速を予測する。 Further, the wind speed prediction unit 31d predicts the wind speed based on the information of the rotation detection unit 31a and the excitation control unit 31b.

次に、具体的な動作について説明する。
風によりプロペラ１０が回転し、プロペラ１０と接続された励磁コイル２１が回転すると、Ｐ端子に接続された回転検出部３１ａが、電磁石発電機２０の回転を検出する。励磁制御部３１ｂは、回転検出部３１ａで検出された電磁石発電機２０の回転数が発電可能な回転数になると、スイッチング素子Ｑ１を駆動して、励磁コイル２１に電流を流す。このとき、励磁制御部３１ｂは、ある決められた周波数でスイッチング素子Ｑ１をＤＵＴＹ駆動して、そのＤＵＴＹ比によって励磁コイルの電流を制御する励磁電流制御を行うことが一般的である。 Next, a specific operation will be described.
When the propeller 10 is rotated by the wind and the exciting coil 21 connected to the propeller 10 is rotated, the rotation detection unit 31a connected to the P terminal detects the rotation of the electromagnet generator 20. When the rotation speed of the electromagnet generator 20 detected by the rotation detection unit 31a reaches the rotation speed at which the electromagnet generator 20 can generate electricity, the excitation control unit 31b drives the switching element Q1 to pass a current through the excitation coil 21. At this time, the excitation control unit 31b generally drives the switching element Q1 at a predetermined frequency by DUTY, and performs excitation current control in which the current of the exciting coil is controlled by the DUTY ratio.

さらに風速が上がっていけば、電磁石発電機の回転数も上がっていくこととなる。そこで、風速がさらに上がっていき、電磁石発電機２０の回転数があらかじめ決められた上限回転数に相当する回転数Ｎｍ（ｒｐｍ）になったことが回転検出部３１ａで検出された場合には、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮしてＢ端子を短絡すると同時に、ＤＵＴＹを１００％にしてスイッチング素子Ｑ１をＯＮにして、１００％の励磁電流を流すことで、電磁石発電機２０の負荷を大きくし、回転を抑制するブレーキトルクを発生させる。 If the wind speed increases further, the number of revolutions of the electromagnet generator will also increase. Therefore, when the rotation speed is further increased and the rotation detection unit 31a detects that the rotation speed of the electromagnet generator 20 has reached the rotation speed Nm (rpm) corresponding to the predetermined upper limit rotation speed, The excitation control unit 31b turns on the switching element Q2 to short-circuit the B terminal, and at the same time, sets the DUTY to 100%, turns on the switching element Q1, and flows a 100% exciting current to load the electromagnet generator 20. To generate a braking torque that suppresses rotation.

ここで、ある決められた回転数Ｎｍ（ｒｐｍ）は、プロペラ１０自体、あるいは電磁石発電機２０におけるプロペラ１０の取付け部などの機構物が過回転によって破壊しないために、あらかじめ決められた回転数である。電磁石発電機２０がＮｍ（ｒｐｍ）以下の回転数であれば、制御部３１内の励磁制御部３１ｂは、回転数に応じた適切な励磁電流を励磁コイル２１に流し、発電を行う。一方、回転数がＮｍ（ｒｐｍ）を超えると、励磁制御部３１ｂは、過回転が発生したと判定し、上述したように、スイッチング素子Ｑ２をＯＮし、Ｂ端子で発電した電力を短絡することで、回転抑制のトルクを発生させ、この結果、回転数は、低下していく。 Here, a certain predetermined rotation speed Nm (rpm) is a predetermined rotation speed so that the propeller 10 itself or a mechanical object such as a mounting portion of the propeller 10 in the electromagnet generator 20 is not destroyed by over-rotation. be. If the electromagnet generator 20 has a rotation speed of Nm (rpm) or less, the excitation control unit 31b in the control unit 31 causes an appropriate exciting current according to the rotation speed to flow through the excitation coil 21 to generate electricity. On the other hand, when the rotation speed exceeds Nm (rpm), the excitation control unit 31b determines that over-rotation has occurred, turns on the switching element Q2 as described above, and short-circuits the electric power generated at the B terminal. Then, a torque for suppressing rotation is generated, and as a result, the rotation speed decreases.

励磁制御部３１ｂは、回転抑制を行った後、あらかじめ決められた回転数Ｎｔ（ｒｐｍ）まで回転が低下する時間Ｔｔ（ｓｅｃ）を計測する。時間Ｔｔ（ｓｅｃ）は、ブレーキトルクと風速から得られるプロペラトルクの差と、電磁石発電機２０の回転のイナーシャによって決まる。このため、時間Ｔｔ（ｓｅｃ）を測定することで、Ｑ２をＯＮ以降に回転数がＮｔ（ｒｐｍ）になるまでの予測平均風速Ｖｔ（ｍ／ｓ）を予測することができる。 The excitation control unit 31b measures the time Tt (sec) at which the rotation decreases to a predetermined rotation speed Nt (rpm) after the rotation is suppressed. The time Tt (sec) is determined by the difference between the brake torque and the propeller torque obtained from the wind speed, and the inertia of the rotation of the electromagnet generator 20. Therefore, by measuring the time Tt (sec), it is possible to predict the predicted average wind speed Vt (m / s) from when Q2 is turned on until the rotation speed becomes Nt (rpm).

さらに、励磁制御部３１ｂは、この予測平均風速Ｖｔ（ｍ／ｓ）に基づいて、回転数がＮｔ（ｒｐｍ）以下になった際、現状の風速が発電に適しているので、スイッチング素子Ｑ２をすぐにＯＦＦして（Ｔｃ＝０）発電を再開させるべきか、あるいは、まだ現状の風速が過回転になりそうな強風速のため、スイッチング素子Ｑ２がＯＮの状態を時間Ｔｃ（ｓｅｃ）だけ継続し、風速が収まるのを待つべきか、を決定することができる。 Further, the excitation control unit 31b uses the switching element Q2 because the current wind speed is suitable for power generation when the rotation speed becomes Nt (rpm) or less based on the predicted average wind speed Vt (m / s). Should it be turned off immediately (Tc = 0) to restart power generation, or because the current wind speed is likely to over-rotate, the switching element Q2 will continue to be ON for a period of time Tc (sec). You can then decide if you should wait for the wind speed to subside.

図２は、本開示の実施の形態１におけるＴｔ、Ｖｔ、Ｔｃの対応関係があらかじめ設定されたマップの一例を示した図である。励磁制御部３１ｂは、一例として図２に示されたようなＴｔ、Ｖｔ、Ｔｄマップに従って、予測平均風速Ｖｔに応じて、スイッチング素子Ｑ２のＯＮ状態を維持するための時間である維持時間Ｔｃを決めることができる。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a map in which the correspondence between Tt, Vt, and Tc in the first embodiment of the present disclosure is set in advance. The excitation control unit 31b sets the maintenance time Tc, which is the time for maintaining the ON state of the switching element Q2, according to the predicted average wind speed Vt according to the Tt, Vt, and Td maps as shown in FIG. 2 as an example. You can decide.

図３は、本開示の実施の形態１において、予測平均風速Ｖｔから維持時間Ｔｃを特定するための説明図である。図２のマップに基づいて、予測平均風速Ｖｔに応じて維持時間Ｔｃを特定するためには、図３において直線で示したように直線補完を行う、あるいは、図３において点線で示したように、近似曲線式を用いることが考えられる。 FIG. 3 is an explanatory diagram for specifying the maintenance time Tc from the predicted average wind speed Vt in the first embodiment of the present disclosure. In order to specify the maintenance time Tc according to the predicted average wind speed Vt based on the map of FIG. 2, linear complementation is performed as shown by a straight line in FIG. 3, or as shown by a dotted line in FIG. , It is conceivable to use an approximate curve formula.

以上のように、実施の形態１によれば、過回転ブレーキをかけた後の、復帰処理を実行することができる。すなわち、一度過回転Ｎｍ（ｒｐｍ）以上になった際、その後に強風が吹いていれば、その風速状況に合わせて、維持時間Ｔｃ（ｓｅｃ）が経過するまで、スイッチング素子Ｑ２のＯＮ状態を継続して、回転の上昇を抑制することができる。この結果、強風時に再度発電を開始して過回転領域になることを防止でき、適切な復帰処理を可能とする発電装置を実現できる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to execute the return process after applying the over-rotation brake. That is, once the over-rotation becomes Nm (rpm) or more, if a strong wind blows after that, the switching element Q2 continues to be ON until the maintenance time Tc (sec) elapses according to the wind speed condition. Therefore, the increase in rotation can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the power generation from being restarted in a strong wind and becoming an over-rotation region, and it is possible to realize a power generation device that enables an appropriate recovery process.

さらに、平均風速は低いが一時的な突風により過回転になった場合には、時間Ｔｔ（ｓｅｃ）が短く、予測平均風速Ｖｔ（ｍ／ｓ）が低い。このため、Ｎｔ（ｒｐｍ）回転になった後、すぐにスイッチング素子Ｑ２をＯＦＦして発電を開始することができる。この結果、効率の良い発電が可能になる。また、この復帰時においては、予測平均風速Ｖｔの値によってスイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹを制御することで、発電復帰時にすぐに適切な発電を行うことが可能となる。 Further, when the average wind speed is low but the rotation is excessive due to a temporary gust, the time Tt (sec) is short and the predicted average wind speed Vt (m / s) is low. Therefore, the switching element Q2 can be turned off and power generation can be started immediately after the rotation is Nt (rpm). As a result, efficient power generation becomes possible. Further, at the time of recovery, by controlling the DUTY of the switching element Q1 by the value of the predicted average wind speed Vt, it is possible to immediately perform appropriate power generation at the time of power generation recovery.

実施の形態２．
前記実施の形態１においては、スイッチング素子Ｑ２のＯＮ時に、スイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹを１００％で駆動する場合について説明した。この場合、大きな回転抑制ブレーキトルクが発生するとともに、急激な回転低下による急激な応力変動が発生するため、プロペラ１０自体、あるいは電磁石発電機２０におけるプロペラ１０の取付け部などの機構物に大きな機械的なダメージが発生するおそれがある。そこで、本実施の形態２では、このような機械的なダメージを抑制する手法について、説明する。 Embodiment 2.
In the first embodiment, a case where the DUTY of the switching element Q1 is driven at 100% when the switching element Q2 is turned on has been described. In this case, a large rotation restraining brake torque is generated and a sudden stress fluctuation is generated due to a sudden decrease in rotation. There is a risk of serious damage. Therefore, in the second embodiment, a method for suppressing such mechanical damage will be described.

本実施の形態２において、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２のＯＮ時に、スイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹを、ある一定時間（一例として、１ｓ程度）をかけて徐々に変化させていき、最終的に１００％にする制御を実行する。このような制御が実行されることで、急激な応力変動を抑制できるとともに、機械的なダメージも軽減できる。 In the second embodiment, the excitation control unit 31b gradually changes the DUTY of the switching element Q1 over a certain period of time (for example, about 1 s) when the switching element Q2 is turned on, and finally. Perform control to 100%. By executing such control, sudden stress fluctuations can be suppressed and mechanical damage can be reduced.

通常、永久磁石を用いた発電機では、このような制御はできない。しかしながら、本開示で使用している発電機は、電磁石発電機２０である。従って、実施の形態２によれば、電磁石発電機の発電出力であるＢ端子を短絡させた際に、徐々に電磁石の強度を変化させていくことができる。この結果、回転抑制ブレーキトルクを徐々に変化させ、機械的ダメージを減らす制御が可能になる。 Normally, a generator using a permanent magnet cannot perform such control. However, the generator used in the present disclosure is an electromagnet generator 20. Therefore, according to the second embodiment, when the B terminal, which is the power generation output of the electromagnet generator, is short-circuited, the strength of the electromagnet can be gradually changed. As a result, it becomes possible to control to reduce mechanical damage by gradually changing the rotation suppression brake torque.

実施の形態３．
先の実施の形態１また２において、プロペラ１０の半径に相当する風車径（風車能力）に対し、電磁石発電機２０の回転抑制ブレーキトルクが非常に高いケースでは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮにした際に、スイッチング素子Ｑ１をＤＵＴＹ１００％で駆動すると、回転抑制ブレーキトルクが非常に大きくなる。このため、かなりの強風でも、回転数がＮｍ（ｒｐｍ）からＮｔ（ｒｐｍ）に達するまでの時間が非常に短時間となり、風速の予測精度が劣化することがあった。そこで、本実施の形態３では、このような風速予測精度の劣化を抑制する手法について、説明する。 Embodiment 3.
In the case where the rotation suppression brake torque of the electromagnet generator 20 is very high with respect to the wind turbine diameter (wind turbine capacity) corresponding to the radius of the propeller 10 in the above-described first and second embodiments, when the switching element Q2 is turned on. In addition, when the switching element Q1 is driven by DUTY 100%, the rotation suppression brake torque becomes very large. Therefore, even in a considerably strong wind, the time required for the rotation speed to reach Nt (rpm) from Nm (rpm) becomes very short, and the prediction accuracy of the wind speed may deteriorate. Therefore, in the third embodiment, a method for suppressing such deterioration of the wind speed prediction accuracy will be described.

永久磁石を用いた発電機では、磁力を変化させることができないため、上述したケースにおいて風速予測精度の劣化を招くことはやむを得なかった。これに対して、本開示の電磁石発電機２０では、スイッチング素子Ｑ２をＯＮにした際の回転抑制ブレーキトルクは、励磁電流に比例して変化する性質を持っている。 In a generator using a permanent magnet, the magnetic force cannot be changed, so that it is unavoidable that the wind speed prediction accuracy deteriorates in the above-mentioned case. On the other hand, in the electromagnet generator 20 of the present disclosure, the rotation suppression brake torque when the switching element Q2 is turned on has a property of changing in proportion to the exciting current.

そこで、本実施の形態３における励磁制御部３１ｂは、上述したように、風車性能と回転抑制ブレーキトルクとに大きな差がある場合には、風車能力と回転抑制ブレーキトルク能力からあらかじめ決めておいた回転抑制ブレーキトルクを発生させる励磁電流が流れるように、スイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹ制御を行う。本開示において、このようなＤＵＴＹ制御は、第１のスイッチング制御に相当する。 Therefore, as described above, the excitation control unit 31b in the third embodiment is determined in advance from the wind turbine capacity and the rotation suppression brake torque capacity when there is a large difference between the wind turbine performance and the rotation suppression brake torque. The DUTY control of the switching element Q1 is performed so that the exciting current that generates the rotation suppression brake torque flows. In the present disclosure, such duty control corresponds to the first switching control.

これにより、電磁石発電機２０の回転抑制ブレーキトルク性能と風車径（風車能力）との最適なマッチングを取ることができ、回転数がＮｍ（ｒｐｍ）からＮｔ（ｒｐｍ）に至る時間を、精度よく風速を予測可能なある程度長めの時間に設定することができる。この結果、予測風速の計測精度が向上し、維持時間Ｔｃを適切に制御できる。 As a result, the optimum matching between the rotation suppression brake torque performance of the magneto generator 20 and the wind turbine diameter (wind turbine capacity) can be obtained, and the time from Nm (rpm) to Nt (rpm) of the rotation speed can be accurately measured. The wind speed can be set to a somewhat longer predictable time. As a result, the measurement accuracy of the predicted wind speed is improved, and the maintenance time Tc can be appropriately controlled.

先の実施の形態１において、図２、図３に示したような、時間Ｔｔから予測風速Ｖｔを推測し、維持時間Ｔｃを求めるマップ、あるいは近似式は、当然、上述したような最適なマッチングを取って励磁電流を流した時の値となるように合わせている。しかしながら、風車径に対し発電機能力が非常に大きい場合には、図２の時間Ｔｔの値が、１／１０から１／２０程度になる場合もある。この場合には、時間Ｔｔが非常に短時間である上に、回転検出を時間Ｔｔ以下の短時間で行う必要があるため、回転検出計測の実現に高額な費用が発生していた。 In the first embodiment, the map or the approximate expression for estimating the predicted wind speed Vt from the time Tt and obtaining the maintenance time Tc, as shown in FIGS. 2 and 3, naturally has the optimum matching as described above. It is adjusted so that it becomes the value when the exciting current is passed. However, when the power generation function is very large with respect to the wind turbine diameter, the time Tt value in FIG. 2 may be about 1/10 to 1/20. In this case, since the time Tt is very short and the rotation detection needs to be performed in a short time of time Tt or less, a high cost is incurred to realize the rotation detection measurement.

しかしながら、本実施の形態３で説明したスイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹ制御を行うことで、回転検出計測に必要となる発生費用を抑制することができる。また、機械的ダメージを防止するためには、先の実施の形態２で説明したように、最適励磁電流が流れるＤＵＴＹをいきなり出力するのではなく、徐々にスイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹを上げていくＤＵＴＹ制御を併用してもよい。 However, by performing the duty control of the switching element Q1 described in the third embodiment, it is possible to suppress the incurred cost required for the rotation detection measurement. Further, in order to prevent mechanical damage, as described in the second embodiment, the duty of the switching element Q1 is gradually increased instead of suddenly outputting the duty of the optimum excitation current. Control may be used together.

通常、永久磁石を用いた発電機では、このような制御はできない。しかしながら、本開示で使用している発電機は、電磁石発電機２０である。従って、本実施の形態３によれば、風車能力と、発電機の回転抑制能力との差が大きい場合でも、スイッチング素子Ｑ２をＯＮにした回転抑制ブレーキ中の予測風速を、低価格で、かつ精度よく測定でき、最適なブレーキ復帰のための制御を実現できる。 Normally, a generator using a permanent magnet cannot perform such control. However, the generator used in the present disclosure is an electromagnet generator 20. Therefore, according to the third embodiment, even when the difference between the wind turbine capacity and the rotation suppression capacity of the generator is large, the predicted wind speed during the rotation suppression brake with the switching element Q2 turned on can be obtained at a low cost and at a low price. It can be measured with high accuracy and control for optimum brake recovery can be realized.

実施の形態４．
先の実施の形態１〜３において、励磁制御部３１ｂは、ある周波数でＤＵＴＹ制御して、励磁コイル２１の励磁電流を制御する場合について説明した。この場合、励磁コイル２１の温度が高くなると、励磁コイル２１の抵抗値が上がり、同じＤＵＴＹでは、励磁電流が低下する。また、この逆で、励磁コイル２１の温度が低くなると、励磁コイル２１の抵抗値が下がり、同じＤＵＴＹでは、励磁電流が上昇する。 Embodiment 4.
In the first to third embodiments described above, the case where the excitation control unit 31b controls the excitation current of the excitation coil 21 by performing duty control at a certain frequency has been described. In this case, when the temperature of the exciting coil 21 rises, the resistance value of the exciting coil 21 rises, and in the same DUTY, the exciting current decreases. On the contrary, when the temperature of the exciting coil 21 becomes low, the resistance value of the exciting coil 21 decreases, and in the same DUTY, the exciting current increases.

このため、同じＤＵＴＹでも、励磁コイル２１の温度によって励磁電流値が異なり、ブレーキトルクが異なってくる。このため、実施の形態１〜３における時間Ｔｔの精度が、温度によって変わってくる。そこで、本実施の形態４では、励磁コイル２１の温度によって時間Ｔｔの精度が低下してしまうことを抑制する手法について、説明する。 Therefore, even with the same DUTY, the exciting current value differs depending on the temperature of the exciting coil 21, and the brake torque also differs. Therefore, the accuracy of the time Tt in the first to third embodiments changes depending on the temperature. Therefore, in the fourth embodiment, a method of suppressing the decrease in the accuracy of the time Tt due to the temperature of the exciting coil 21 will be described.

励磁コイル２１の温度変化によって時間Ｔｔの精度が低下してしまうことを防止するために、本実施の形態４では、先の図１に示した励磁電流検出部３１ｃによって、励磁電流を検出する。 In order to prevent the accuracy of the time Tt from being lowered due to the temperature change of the exciting coil 21, in the fourth embodiment, the exciting current is detected by the exciting current detecting unit 31c shown in FIG.

上述したように、電磁石発電機の回転抑制トルクは、励磁電流に比例して変化する。そこで、本実施の形態４における励磁制御部３１ｂは、先の実施の形態１から３で説明したような、あらかじめ決めておいた回転抑制トルクが発生する励磁電流を目標電流Ｉｔとして設定する。さらに、励磁制御部３１ｂは、励磁電流検出部３１ｃによって検出された励磁電流Ｉｍをフィードバック値として取得する。そして、励磁制御部３１ｂは、フィードバック値である励磁電流Ｉｍが、目標電流Ｉｔとなるように、励磁ＤＵＴＹを変化させるフィードバック制御を行う。 As described above, the rotation suppression torque of the electromagnet generator changes in proportion to the exciting current. Therefore, the excitation control unit 31b in the fourth embodiment sets the exciting current in which the rotation suppression torque determined in advance as described in the first to third embodiments is set as the target current It. Further, the excitation control unit 31b acquires the excitation current Im detected by the excitation current detection unit 31c as a feedback value. Then, the excitation control unit 31b performs feedback control for changing the excitation DUTY so that the excitation current Im, which is a feedback value, becomes the target current It.

フィードバック制御の具体的な手法としては、ＰＩ制御などを用いて、効率よく励磁電流Ｉｍを目標電流Ｉｔに合わせることが一般的である。 As a specific method of feedback control, it is common to efficiently adjust the exciting current Im to the target current It by using PI control or the like.

以上のように、実施の形態４によれば、実際に流れる励磁電流をフィードバック値として検出してフィードバック制御を行うことで、温度変化によって変動する目標の回転抑制トルクを、正確に発生させることができる。この結果、励磁コイルの温度によって時間Ｔｔの精度が低下してしまうことを抑制し、温度に依存せずに風速予測の精度向上を図ることができる。 As described above, according to the fourth embodiment, by detecting the exciting current actually flowing as a feedback value and performing feedback control, it is possible to accurately generate a target rotation suppression torque that fluctuates due to a temperature change. can. As a result, it is possible to prevent the accuracy of the time Tt from being lowered due to the temperature of the exciting coil, and to improve the accuracy of the wind speed prediction without depending on the temperature.

実施の形態５．
先の実施の形態１〜４では、回転数がＮｍからＮｔになるまでの時間を計測して、風速予測を実施し、回転数がＮｔになった後に、維持時間Ｔｃに渡って回転抑制ブレーキをかけ続ける制御を実施していた。 Embodiment 5.
In the previous embodiments 1 to 4, the time from Nm to Nt of the rotation speed is measured to predict the wind speed, and after the rotation speed reaches Nt, the rotation suppression brake is applied for the maintenance time Tc. The control was carried out to keep applying.

すなわち、実施の形態１〜４の制御では、回転数がＮｔ（ｒｐｍ）以下まで低下した後、すぐにスイッチング素子Ｑ２をＯＦＦにするか、または維持時間Ｔｃの間はスイッチング素子Ｑ２をＯＮに維持した後にスイッチング素子Ｑ２をＯＦＦにすることで、発電状態に戻す制御を行っていた。 That is, in the control of the first to fourth embodiments, the switching element Q2 is turned off immediately after the rotation speed drops to Nt (rpm) or less, or the switching element Q2 is kept on during the maintenance time Tc. After that, the switching element Q2 was turned off to control the return to the power generation state.

しかしながら、自然の風況では、維持時間Ｔｃの間、スイッチング素子Ｑ２をＯＮしている状態においても、風況が大きく変化する場合が起こり得る。このような場合には、スイッチング素子Ｑ２を不必要にＯＦＦし、通常発電に復帰させてしまうことで、再度過回転になる状況が発生し、プロペラ１０などの機構部に不必要に過度の応力が発生してしまうおそれがあった。そこで、本実施の形態５では、維持時間Ｔｃ中においても風速を予測し、その予測結果を維持時間Ｔｃの経過後の制御に活用する場合について、詳細に説明する。 However, in a natural wind condition, the wind condition may change significantly even when the switching element Q2 is turned on during the maintenance time Tc. In such a case, the switching element Q2 is unnecessarily turned off and returned to normal power generation, so that a situation of over-rotation occurs again, and unnecessarily excessive stress is applied to the mechanical part such as the propeller 10. Was likely to occur. Therefore, in the fifth embodiment, a case where the wind speed is predicted even during the maintenance time Tc and the prediction result is used for control after the maintenance time Tc has elapsed will be described in detail.

本実施の形態５では、維持時間Ｔｃの期間中でも風速を予測して、維持時間Ｔｃの期間が経過後に、Ｑ２のＯＮをさらに継続すべきか否かを判断するアルゴリズム追加している。その際に、維持時間Ｔｃに渡ってスイッチング素子Ｑ２をＯＮさせ、回転抑制ブレーキトルクを発生させ続けると、回転数が低下していく。この結果、風速に対する回転数（すなわち、プロペラ１０の周速比）がどんどん低くなり、プロペラ効率は、どんどん低下していくこととなり、最終的には極低回転数Ｎｂ以下でプロペラ１０が回転を続ける。 In the fifth embodiment, an algorithm is added that predicts the wind speed even during the maintenance time Tc and determines whether or not the ON of Q2 should be continued after the maintenance time Tc has elapsed. At that time, if the switching element Q2 is turned on for the maintenance time Tc and the rotation suppression brake torque is continuously generated, the rotation speed decreases. As a result, the rotation speed with respect to the wind speed (that is, the peripheral speed ratio of the propeller 10) becomes lower and lower, the propeller efficiency becomes lower and lower, and finally the propeller 10 rotates at an extremely low rotation speed Nb or less. continue.

図４は、本開示の実施の形態５において、ブレーキＯＮ時のプロペラ回転数とトルクとの関係を示した図である。図４において、点線は、プロペラ回転数に対する永久磁石電動機の回転抑制ブレーキトルクを示しており、一点鎖線は、プロペラ回転数に対する電磁石発電機２０の最適な回転抑制ブレーキトルクを示しており、実線は、各風速におけるプロペラトルクを示している。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the propeller rotation speed and the torque when the brake is turned on in the fifth embodiment of the present disclosure. In FIG. 4, the dotted line shows the rotation suppression brake torque of the permanent magnet motor with respect to the propeller rotation speed, and the one-point chain line shows the optimum rotation suppression brake torque of the electromagnet generator 20 with respect to the propeller rotation speed. , The propeller torque at each wind speed is shown.

点線および一点鎖線で示したように、発電機の回転抑制ブレーキトルクは、特に低回転領域では、回転数にほぼ比例して変化していく。このため、スイッチング素子Ｑ２をＯＮにしたブレーキ状態では、各風速のプロペラトルク（実線）と、発電機のブレーキトルク（点線または一点鎖線）との交点の回転数になる。よって、この極低回転の回転数を検出することで、ブレーキ動作中の風速を予測することができる。 As shown by the dotted line and the alternate long and short dash line, the rotation suppression brake torque of the generator changes substantially in proportion to the rotation speed, especially in the low rotation region. Therefore, in the braking state in which the switching element Q2 is turned on, the number of rotations is the intersection of the propeller torque (solid line) of each wind speed and the brake torque (dotted line or alternate long and short dash line) of the generator. Therefore, by detecting the rotation speed of this extremely low rotation speed, the wind speed during the braking operation can be predicted.

なお、図４において、各風速のプロペラトルクは、回転数に対しほぼ一定の値になっているように見える。しかしながら、実際には、トルクは、各風速においてプロペラ１０の周速比から得られる回転数まで上がっていき、その回転数でトルクがピークになり、それ以上の回転数では、低下していく。ただし、図４は、その中で極低回転の部分のみの示しているため、回転数に対しほぼ一定の値のトルクとなっているように見えている。 In FIG. 4, the propeller torque of each wind speed seems to be a substantially constant value with respect to the rotation speed. However, in reality, the torque increases to the rotation speed obtained from the peripheral speed ratio of the propeller 10 at each wind speed, the torque peaks at that rotation speed, and decreases at the rotation speeds higher than that. However, since FIG. 4 shows only the portion having an extremely low rotation speed, it seems that the torque has a substantially constant value with respect to the rotation speed.

図４に示したグラフに関して、具体的な数値を用いてさらに詳細に説明する。点線は、プロペラ１０と永久磁石発電機（または、電磁石発電機２０でＤＵＴＹ１００％の励磁電流を流したとき）の特性を、正規化したトルクで示す例である。上述したように、プロペラ回転数は、各風速のプロペラトルクと発電機のブレーキトルクとの交点の回転数になる。 The graph shown in FIG. 4 will be described in more detail using specific numerical values. The dotted line is an example showing the characteristics of the propeller 10 and the permanent magnet generator (or when an exciting current of DUTY 100% is passed through the electromagnet generator 20) with a normalized torque. As described above, the propeller rotation speed is the rotation speed at the intersection of the propeller torque of each wind speed and the brake torque of the generator.

このため、図４で例示したグラフにおいて、プロペラ回転数は、風速１０ｍ／ｓでは約０．３ｒｐｍに、風速６０ｍ／ｓでは約３ｒｐｍになることがわかる。この極低回転数Ｎｂａを測定することで、ブレーキ動作中の風速予測が可能になる。 Therefore, in the graph illustrated in FIG. 4, it can be seen that the propeller rotation speed is about 0.3 rpm at a wind speed of 10 m / s and about 3 rpm at a wind speed of 60 m / s. By measuring this extremely low rotation speed Nba, it is possible to predict the wind speed during braking operation.

したがって、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮにする維持時間Ｔｃの期間に、あらかじめ決めておいた回転数Ｎｂ以下になった際に、あらかじめ決めておいた最適ブレーキトルクを発生するための最適励磁電流を流すようにＤＵＴＹ制御を行い、励磁電流を制御する。本開示において、このようなＤＵＴＹ制御は、第２のスイッチング制御に相当する。 Therefore, the excitation control unit 31b generates a predetermined optimum brake torque when the rotation speed becomes Nb or less, which is determined in advance, during the period of the maintenance time Tc for turning on the switching element Q2. DUTY control is performed so that the optimum exciting current flows, and the exciting current is controlled. In the present disclosure, such duty control corresponds to the second switching control.

このようにして励磁電流を制御している時間を時間Ｔｓ１とすると、風速予測部３１ｄは、時間Ｔｓ１内のＮｂａの平均回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）に従って、風速を予測することができる。これに対して、励磁制御部３１ｂは、風速予測部３１ｄにより予測された、時間Ｔｓ１における風速を第２の予測風速として用いて、時間Ｔｓ１の経過後に、スイッチング素子Ｑ２のＯＦＦ条件を変更することができる。 Assuming that the time for controlling the exciting current in this way is time Ts1, the wind speed prediction unit 31d can predict the wind speed according to the average rotation speed Ne (rpm) of Nba within the time Ts1. On the other hand, the excitation control unit 31b uses the wind speed at the time Ts1 predicted by the wind speed prediction unit 31d as the second predicted wind speed, and changes the OFF condition of the switching element Q2 after the lapse of the time Ts1. Can be done.

このように、時間Ｔｓ１に渡る風速予測結果に基づいて、時間Ｔｓ１の経過後にスイッチング素子Ｑ２のＯＦＦ条件を変更するアルゴリズムを追加することができる。この結果、スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間における風況の大きな変化に対しても、不必要にスイッチング素子Ｑ２をＯＦＦして通常発電に復帰することで、再度過回転になるなどの状況を防止することができ、プロペラ１０などの機構部に不必要に過度の応力が発生してしまうことを防止できる。 In this way, it is possible to add an algorithm for changing the OFF condition of the switching element Q2 after the elapse of the time Ts1 based on the wind speed prediction result over the time Ts1. As a result, even if there is a large change in the wind condition during the ON period of the switching element Q2, the switching element Q2 is unnecessarily turned off and returned to normal power generation to prevent a situation such as over-rotation again. This makes it possible to prevent unnecessary excessive stress from being generated in the mechanical portion such as the propeller 10.

ここで、時間Ｔｓ１は、維持時間Ｔｃから、回転数がＮｔからあらかじめ決められた極低回転数Ｎｂ以下になるまでの時間を差し引いた時間として設定してもよいし、回転数がＮｂ以下になった際に改めて任意の時間を設定し直してもよい。 Here, the time Ts1 may be set as a time obtained by subtracting the time until the rotation speed becomes Nb or less, which is a predetermined extremely low rotation speed, from the maintenance time Tc, or the rotation speed becomes Nb or less. When it becomes, you may set an arbitrary time again.

しかしながら、回転変動量ΔＮｂａは、風速１０ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓで、０．３ｒｐｍ〜３ｒｐｍと、ごく僅かである。このため、この変動量で、１０ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓを検知する必要があり、高精度のロータリーエンコーダーなどの高価な回転検出機が必要だった。 However, the amount of rotational fluctuation ΔNba is very small, 0.3 rpm to 3 rpm, at a wind speed of 10 m / s to 60 m / s. Therefore, it is necessary to detect 10 m / s to 60 m / s with this fluctuation amount, and an expensive rotation detector such as a high-precision rotary encoder is required.

これに対して、本開示で使用している発電機は、電磁石発電機２０である。このため、上記のような回転数を風速に変換する際の風速に対する回転数変動量を大きくし、計測のダイナミックレンジを広げ、安い機器構成で精度よく回転数の検出ができるため、精度の良い風速予測が可能になる。この方法を、先の図４を用いて詳細に説明する。 On the other hand, the generator used in the present disclosure is an electromagnet generator 20. For this reason, the amount of rotation speed fluctuation with respect to the wind speed when converting the rotation speed to the wind speed as described above is increased, the dynamic range of measurement is widened, and the rotation speed can be detected accurately with a cheap equipment configuration, so that the accuracy is good. Wind speed can be predicted. This method will be described in detail with reference to FIG.

図４において一点鎖線で示した電磁石電動機の最適ブレーキトルク特性のように、プロペラ性能と電磁石ブレーキトルク性能から、ブレーキ時の励磁電流（またはＤＵＴＹ）をあらかじめ決めておき、ブレーキトルクを最適化しておくことができる。この結果、各風速に対して収束する回転数は、図４のように、風速１０ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓで、ΔＮｂｂを１ｒｐｍ〜２０ｒｐｍの範囲で制御することができる。 Like the optimum brake torque characteristics of the electromagnet electric motor shown by the one-point chain line in FIG. 4, the exciting current (or DUTY) at the time of braking is determined in advance from the propeller performance and the electromagnet brake torque performance, and the brake torque is optimized. be able to. As a result, as shown in FIG. 4, the number of revolutions that converges with respect to each wind speed is 10 m / s to 60 m / s, and ΔNbb can be controlled in the range of 1 rpm to 20 rpm.

このため、計測のダイナミックレンジを広げることができ、安価な回転検出機で風速予測の精度を向上させることができる。そして、励磁制御部３１ｂは、この精度の良い予測風速に従って、時間Ｔｓ１が経過した際に、現状の風速が発電に適しているのでスイッチング素子Ｑ２をすぐにＯＦＦして（Ｔｄ＝０）発電を再開させるべきか、あるいは、まだ現状の風速が過回転になりそうな強風速のため、スイッチング素子Ｑ２のＯＮの状態を時間Ｔｓ１の経過後も、さらに時間Ｔｄ（ｓｅｃ）だけ継続し、風速が収まるのを待つべきか、を決定することができる。 Therefore, the dynamic range of measurement can be widened, and the accuracy of wind speed prediction can be improved with an inexpensive rotation detector. Then, according to this accurate predicted wind speed, the excitation control unit 31b immediately turns off the switching element Q2 (Td = 0) to generate power when the time Ts1 elapses because the current wind speed is suitable for power generation. Should it be restarted, or because the current wind speed is likely to over-rotate, the ON state of the switching element Q2 is continued for a further time Td (sec) even after the passage of time Ts1, and the wind speed increases. You can decide if you should wait for it to settle.

図５は、本開示の実施の形態５におけるＮｅまたはＮｅｄ、Ｖｔｄ、Ｔｄの対応関係があらかじめ設定されたマップの一例を示した図である。励磁制御部３１ｂは、上述した決定を行うに当たり、図５に示したマップを用いることができる。具体的には、励磁制御部３１ｂは、このマップに従って、ブレーキをかけている時の回転数Ｎｅから、予測風速Ｖｔｄを算出し、算出した予測風速Ｖｔｄに従って時間Ｔｄを決定することができる。なお、時間Ｔｄを決定する際に、励磁制御部３１ｂは、図５に示したマップによる直線補完あるいは近似曲線式による補完を行うことができる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a map in which the correspondence between Ne or Ned, Vtd, and Td in the fifth embodiment of the present disclosure is set in advance. The excitation control unit 31b can use the map shown in FIG. 5 in making the above-mentioned determination. Specifically, the excitation control unit 31b can calculate the predicted wind speed Vtd from the rotation speed Ne when the brake is applied according to this map, and determine the time Td according to the calculated predicted wind speed Vtd. When determining the time Td, the excitation control unit 31b can perform linear complementation by the map shown in FIG. 5 or complementation by an approximate curve formula.

なお、先の実施の形態３でも、本実施の形態５と同様に、励磁ＤＵＴＹをあらかじめ決めておく励磁電流のＤＵＴＹ制御を行っていた。ただし、本実施の形態５では、回転数がＮｔよりさらに低いＮｂ以下であるため、周速比もさらに低く、プロペラ効率は、さらに低下している。このため、本実施の形態５における励磁電流のＤＵＴＹ制御では、先の実施の形態３におけるＤＵＴＹ制御よりも、さらに低い値の励磁ＤＵＴＹとなるのが一般的である。 In the third embodiment as well, the exciting current DUTY control in which the exciting duty is predetermined is performed as in the fifth embodiment. However, in the fifth embodiment, since the rotation speed is Nb or less, which is lower than Nt, the peripheral speed ratio is further lower, and the propeller efficiency is further lowered. Therefore, in the DUTY control of the exciting current in the fifth embodiment, the exciting duty is generally a lower value than the DUTY control in the third embodiment.

以上のように、実施の形態５によれば、ブレーキ時の電磁石発電機の励磁ＤＵＴＹをあらかじめ最適化しておくことで、風速に対する回転数変化分を大きくすることができ、風速予測の精度を向上させることができる。 As described above, according to the fifth embodiment, by optimizing the excitation DUTY of the electromagnet generator at the time of braking in advance, the amount of change in the number of revolutions with respect to the wind speed can be increased, and the accuracy of wind speed prediction is improved. Can be made to.

実施の形態６．
先の実施の形態５では、風速予測をする際に、励磁電流を一定にして、そのブレーキトルクとプロペラトルクとがつりあう回転数を計測する場合について説明した。これに対して、本実施の形態６では、Ｎｂ回転以下になった際に、風速が変化しても、あらかじめ決めている回転数Ｎｓ（≦Ｎｂ）で一定回転になるように、励磁電流を制御する場合について説明する。 Embodiment 6.
In the fifth embodiment, the case where the exciting current is kept constant and the rotation speed at which the brake torque and the propeller torque are balanced is measured when the wind speed is predicted has been described. On the other hand, in the sixth embodiment, the exciting current is applied so that the rotation speed becomes constant at a predetermined rotation speed Ns (≦ Nb) even if the wind speed changes when the rotation speed becomes Nb or less. The case of controlling will be described.

図６は、本開示の実施の形態６における、Ｎｓ一定回転制御時でのトルク変動に関する説明図である。本実施の形態６において、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮにする時間Ｔｓ１の期間において、あらかじめ決めておいた回転数Ｎｓ（図６ではＮｓ＝５ｒｐｍ）になるように、トルクを制御する。 FIG. 6 is an explanatory diagram regarding torque fluctuation during Ns constant rotation control in the sixth embodiment of the present disclosure. In the sixth embodiment, the excitation control unit 31b controls the torque so that the rotation speed Ns (Ns = 5 rpm in FIG. 6) is determined in advance during the period of the time Ts1 for turning on the switching element Q2. do.

例えば、図６に示すように、励磁制御部３１ｂは、５ｒｐｍ一定回転とするためには、風速１０ｍ／ｓではトルク０．５を発生するように、また風速６０ｍ／ｓではトルク１８を発生するように、励磁電流を制御することで、所望のトルクを発生させることができる。 For example, as shown in FIG. 6, the excitation control unit 31b generates a torque of 0.5 at a wind speed of 10 m / s and a torque of 18 at a wind speed of 60 m / s in order to make the rotation constant at 5 rpm. As described above, by controlling the exciting current, a desired torque can be generated.

このように、本実施の形態６では、励磁制御部３１ｂは、各風速に対し回転数を一定にするためのトルクを発生させる励磁電流値を流すことができるように、ＤＵＴＹ制御を実行する。本開示において、このようなＤＵＴＹ制御は、第３のスイッチング制御に相当する。 As described above, in the sixth embodiment, the excitation control unit 31b executes the duty control so that the excitation current value for generating the torque for keeping the rotation speed constant can flow for each wind speed. In the present disclosure, such duty control corresponds to a third switching control.

回転数を一定制御する手法としては、一般的なＰＩ制御のようなフィードバック制御を採用することができる。 As a method of constantly controlling the rotation speed, feedback control such as general PI control can be adopted.

この手法を用いる際に、風速予測部３１ｄは、回転を一定に保つために励磁制御部から出力しているＤＵＴＹ値から、その時の励磁電流値を予測し、その電流値からトルクを予測し、その結果として、その時の風速を予測し、第３の予測風速とすることができる。 When using this method, the wind speed prediction unit 31d predicts the exciting current value at that time from the DUTY value output from the excitation control unit in order to keep the rotation constant, and predicts the torque from the current value. As a result, the wind speed at that time can be predicted and used as the third predicted wind speed.

また、風速予測部３１ｄは、励磁電流検出部３１ｃで検出した電流計測値からトルクを予測し、その結果として、その時の風速を予測し、第３の予測風速としてもよい。 Further, the wind speed prediction unit 31d may predict the torque from the current measurement value detected by the exciting current detection unit 31c, and as a result, predict the wind speed at that time and use it as the third predicted wind speed.

一般的に、プロペラトルクは、風速の２乗に比例する。このため、風速に対するトルクは、全風速で測定する必要は無く、ある風速で測定したトルクから、下式（１）を用いて算出することもできる。
トルク＝Ｋ×（風速）２ （１） Generally, the propeller torque is proportional to the square of the wind speed. Therefore, the torque with respect to the wind speed does not need to be measured at all wind speeds, and can be calculated from the torque measured at a certain wind speed using the following equation (1).
Torque = K x (wind speed) 2 (1)

図７は、本開示の実施の形態６における風速に対する、トルク、励磁電流、ＤＵＴＹの対応関係を示した図である。一例として、図７では、一定回転５ｒｐｍにする際の風速とトルクとの関係を示している。風速が１０ｍ／ｓ時のトルクのみを測定し、そのときのトルクが０．５であったとすれば、Ｋの値を上式（１）から算出すると、下式（２）のようになる。
Ｋ＝０．５／（風速）２＝０．００５ （２） FIG. 7 is a diagram showing the correspondence between the torque, the exciting current, and the duty with respect to the wind speed in the sixth embodiment of the present disclosure. As an example, FIG. 7 shows the relationship between the wind speed and the torque when the constant rotation speed is 5 rpm. If only the torque when the wind speed is 10 m / s is measured and the torque at that time is 0.5, the value of K is calculated from the above equation (1) to be as shown in the following equation (2).
K = 0.5 / (wind speed) 2 = 0.005 (2)

このＫ値を用いて、各風速時に５ｒｐｍに制御した際のトルクを算出でき、図７のような数値を得ることができる。このとき、トルクと励磁電流、励磁電流とＤＵＴＹは、ともに比例関係にある。このため、これらの数値に関しても、下式（３）、（４）を用いて、単純な計算で求めることができる。
励磁電流＝トルク／５ （３）
ＤＵＴＹ＝励磁電流×２０ （４） Using this K value, the torque when controlled to 5 rpm at each wind speed can be calculated, and the numerical value as shown in FIG. 7 can be obtained. At this time, the torque and the exciting current, and the exciting current and the DUTY are both in a proportional relationship. Therefore, these numerical values can also be obtained by a simple calculation using the following equations (3) and (4).
Exciting current = torque / 5 (3)
DUTY = exciting current x 20 (4)

従って、上式（３）、（４）から、下式（５）、（６）が成立するので、風速予測部３１ｄは、励磁電流およびＤＵＴＹから、下式（５）、（６）を用いて風速を予測することが可能となる。
風速＝（励磁電流×５／Ｋ）１／２ （５）
風速＝（ＤＵＴＹ／４Ｋ）１／２ （６） Therefore, since the following equations (5) and (6) are satisfied from the above equations (3) and (4), the wind speed prediction unit 31d uses the following equations (5) and (6) from the exciting current and DUTY. It is possible to predict the wind speed.
Wind speed = (exciting current x 5 / K) 1/2 (5)
Wind speed = (DUTY / 4K) 1/2 (6)

また、風速予測部３１ｄは、プロペラの空力シミュレーションを用い、トルク計算を実施してもよい。 Further, the wind speed prediction unit 31d may perform torque calculation by using the aerodynamic simulation of the propeller.

図７の関係、上式（５）、（６）などから、風速を予測することができる。このとき、励磁制御部３１ｂは、トルクを０．５から１８に制御するには、励磁電流を約０．１Ａから３．６Ａで制御するように、スイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹを制御してやればよい。 The wind speed can be predicted from the relationship of FIG. 7, the above equations (5), (6) and the like. At this time, in order to control the torque from 0.5 to 18, the excitation control unit 31b may control the DUTY of the switching element Q1 so as to control the excitation current from about 0.1 A to 3.6 A.

励磁コイル２１に流せる最大電流値を５Ａ（ＤＵＴＹ＝１００％）とした場合には、例えば、ＤＵＴＹに換算しても２％から７２％の変化を与えることで、励磁電流を約０．１Ａから３．６Ａに制御でき、所望のトルクを出すことができる。このため、１０ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓの変動が、励磁電流では０．１から３．６Ａ、またＤＵＴＹでは２から７４の大きな変化で表現される。この結果、風速予測部３１ｄは、時間Ｔｓ１内の風速を、特別な高精度の計測機を使用せずに、精度よく予測することができる。さらに、風速予測部３１ｄは、時間Ｔｓ１内の複数の時刻での予測風速から、Ｔｓ１内の平均風速を予測することができる。 When the maximum current value that can be passed through the exciting coil 21 is 5A (DUTY = 100%), for example, the exciting current can be changed from about 0.1A by giving a change of 2% to 72% even when converted to DUTY. It can be controlled to 3.6A and can produce the desired torque. Therefore, the fluctuation of 10 m / s to 60 m / s is expressed by a large change of 0.1 to 3.6 A in the exciting current and 2 to 74 in the DUTY. As a result, the wind speed prediction unit 31d can accurately predict the wind speed within the time Ts1 without using a special high-precision measuring instrument. Further, the wind speed prediction unit 31d can predict the average wind speed in Ts1 from the predicted wind speeds at a plurality of times in the time Ts1.

励磁制御部３１ｂは、風速予測部３１ｄにより予測された平均風速を用いて、スイッチング素子Ｑ２のＯＦＦ条件を変更することができる。従って、このようなスイッチング素子Ｑ２のＯＦＦ条件を変更するアルゴリズムを追加することで、さらに精度の高い回転抑制を実現することができる。 The excitation control unit 31b can change the OFF condition of the switching element Q2 by using the average wind speed predicted by the wind speed prediction unit 31d. Therefore, by adding an algorithm for changing the OFF condition of the switching element Q2, it is possible to realize more accurate rotation suppression.

そして、励磁制御部３１ｂは、このような精度の良い予測風速に従って、時間Ｔｓ１が経過した際に、現状の風速が発電に適しているのでスイッチング素子Ｑ２をすぐにＯＦＦして（Ｔｄ＝０）発電を再開させるべきか、あるいは、まだ現状の風速が過回転になりそうな強風速のため、スイッチング素子Ｑ２のＯＮの状態を時間Ｔｃの経過後も、にさらに時間Ｔｄ（ｓｅｃ）だけ継続し、風速が収まるのを待つべきか、を決定することができる。 Then, the excitation control unit 31b immediately turns off the switching element Q2 (Td = 0) because the current wind speed is suitable for power generation when the time Ts1 elapses according to such an accurate predicted wind speed. The power generation should be restarted, or the current wind speed is likely to over-rotate, so the ON state of the switching element Q2 is continued for an additional time Td (sec) even after the time Tc has elapsed. , You can decide whether to wait for the wind speed to subside.

励磁制御部３１ｂは、上述した決定を行うに当たり、図５に示したマップを用いることができる。具体的には、励磁制御部３１ｂは、このマップに従って、ブレーキをかけている時の回転数Ｎｅから、予測風速Ｖｔｄを算出し、算出した予測風速Ｖｔｄに従って時間Ｔｄを決定することができる。なお、時間Ｔｄを決定する際に、励磁制御部３１ｂは、図５に示したマップによる直線補完あるいは近似曲線式による補完を行うことができる。 The excitation control unit 31b can use the map shown in FIG. 5 in making the above-mentioned determination. Specifically, the excitation control unit 31b can calculate the predicted wind speed Vtd from the rotation speed Ne when the brake is applied according to this map, and determine the time Td according to the calculated predicted wind speed Vtd. When determining the time Td, the excitation control unit 31b can perform linear complementation by the map shown in FIG. 5 or complementation by an approximate curve formula.

この方法を採用することで、永久磁石を使用した発電機、あるいはＤＵＴＹ１００％の励磁電流を流したときの電磁石発電機２０において、スイッチング素子Ｑ２をＯＮにしてブレーキをかけている際の微小な回転変動を測定して風速を予測するよりも、はるかに精度よく風速予測をすることができる。 By adopting this method, in a generator using a permanent magnet or an electromagnet generator 20 when an exciting current of DUTY 100% is applied, minute rotation when the switching element Q2 is turned on and braking is applied. It is possible to predict the wind speed much more accurately than measuring the fluctuation and predicting the wind speed.

そして、励磁制御部３１ｂは、このような精度の良い予測風速に従って、時間Ｔｓ１が経過した際に、現状の風速が発電に適しているのでスイッチング素子Ｑ２をすぐにＯＦＦして（Ｔｄ＝０）発電を再開させるべきか、あるいは、まだ現状の風速が過回転になりそうな強風速のため。スイッチング素子Ｑ２のＯＮの状態を時間Ｔｃの経過後も、にさらに時間Ｔｄ（ｓｅｃ）だけ継続し、風速が収まるのを待つべきか、を決定することができる。 Then, the excitation control unit 31b immediately turns off the switching element Q2 (Td = 0) because the current wind speed is suitable for power generation when the time Ts1 elapses according to such an accurate predicted wind speed. Should power generation be restarted, or because the current wind speed is likely to over-rotate. It is possible to determine whether the ON state of the switching element Q2 should be continued for a further time Td (sec) even after the elapse of the time Tc, and wait for the wind speed to settle.

以上のように、実施の形態６によれば、ブレーキ時に回転数をＮｂ一定に保つように励磁ＤＵＴＹを制御し、そのＤＵＴＹ値から風速予測することで、計測のダイナミックレンジが広くなり、精度の良い風速予測が可能になる。 As described above, according to the sixth embodiment, the dynamic range of measurement is widened and the accuracy is increased by controlling the excitation duty so as to keep the rotation speed Nb constant during braking and predicting the wind speed from the duty value. Good wind speed prediction is possible.

実施の形態７．
本実施の形態７では、時間Ｔｄ中にも、先の実施の形態５、６と同様に、予測風速を再度算出し、必要に応じて、時間Ｔｄの経過後にも、再度、時間Ｔｄｄのタイマーを設ける場合について説明する。 Embodiment 7.
In the seventh embodiment, the predicted wind speed is calculated again during the time Td as in the previous embodiments 5 and 6, and if necessary, the timer of the time Tdd is calculated again even after the time Td has elapsed. Will be described.

本実施の形態７では、時間Ｔｄのタイマー時間中も、維持時間Ｔｃ中と同様にして、Ｔｄ時間内の平均回転数Ｎｅｄを求め、平均回転数Ｎｅｄからブレーキ追加時間Ｔｄｄを決定し、時間Ｔｄの経過後に、さらに時間Ｔｄｄ分だけブレーキ時間を追加する。 In the seventh embodiment, during the timer time of the time Td, the average rotation speed Ned within the Td time is obtained in the same manner as during the maintenance time Tc, the brake addition time Tdd is determined from the average rotation speed Ned, and the time Td is determined. After the elapse of, the braking time is further added by the time Tdd.

また、必要に応じて、時間Ｔｄｄ内においても、時間Ｔｄ内と同様にして、平均回転数を求め、時間Ｔｄｄの経過後のブレーキ時間を決定することができる。さらに、それ以降も、同様の処理を繰り返す制御ループを適用することができる。 Further, if necessary, the average rotation speed can be obtained in the time Tdd as well as in the time Td, and the braking time after the lapse of the time Tdd can be determined. Further, after that, a control loop that repeats the same processing can be applied.

実施の形態７によれば、このようなアルゴリズムで制御ループを動作させることで、風速が強く過回転になるおそれのある時には、スイッチング素子Ｑ２のＯＮを継続して低速回転を維持し、また、風況が発電に適した状況になった後に、スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦして発電モードに復帰させることができる。この結果、風力発電機の機械的ストレスを最大限に減少させることができ、かつ、効率の良い風力発電システムを構築できる。 According to the seventh embodiment, by operating the control loop with such an algorithm, when the wind speed is strong and there is a risk of over-rotation, the switching element Q2 is continuously turned on to maintain the low-speed rotation, and the low-speed rotation is maintained. After the wind condition becomes suitable for power generation, the switching element Q2 can be turned off to return to the power generation mode. As a result, the mechanical stress of the wind power generator can be reduced to the maximum, and an efficient wind power generation system can be constructed.

実施の形態８．
先の実施の形態５〜７においては、あらかじめ決めておいた最適ブレーキトルクを発生するための最適励磁電流を流すように励磁電流を制御している時間に相当する時間Ｔｓ１の期間で平均風速を予測する場合について説明した。これに対して、本実施の形態８では、時間Ｔｓ１内をあらかじめ決められた複数個のデータに区分し、その区分ごとの個別の予測風速を算出し、個別の予測風速に基づいて算出される平均風速および個別の予測風速の変化量を考慮して、時間Ｔｄを決定する場合について説明する。 Embodiment 8.
In the above embodiments 5 to 7, the average wind speed is set in a period of time Ts1 corresponding to the time for controlling the exciting current so as to flow the optimum exciting current for generating the optimum brake torque determined in advance. The case of prediction was explained. On the other hand, in the eighth embodiment, the time Ts1 is divided into a plurality of predetermined data, individual predicted wind speeds for each division are calculated, and the predicted wind speeds are calculated based on the individual predicted wind speeds. A case where the time Td is determined in consideration of the average wind speed and the amount of change in the individual predicted wind speed will be described.

本実施の形態８では、時間Ｔｓ内の各区分の平均風速から、風速がどの程度の上昇傾向にあるか、あるいは下降傾向にあるかを示す風速変化量ΔＦを算出し、時間Ｔｓ１内の平均風速に対し、風速変化量ΔＦの大きさをパラメータにして、時間Ｔｄを決定する。 In the eighth embodiment, the wind speed change amount ΔF indicating how much the wind speed tends to rise or fall is calculated from the average wind speed of each category within the time Ts, and the average within the time Ts1. The time Td is determined by using the magnitude of the amount of change in wind speed ΔF as a parameter with respect to the wind speed.

例えば、時間Ｔｓ１内の平均風速に対して、風速変化量ΔＦ値が大きく変化しない場合には、時間Ｔｄを使用する。一方、風速変化量ΔＦがプラスで上昇傾向にある場合には、その風速変化量ΔＦに比例するブレーキタイマー値Ｔｘｕを、時間Ｔｄにさらに加えてブレーキ時間を長く設定することができる。また、風速変化量ΔＦがマイナスで下降傾向にある場合には、負の値であるΔＦに比例するブレーキタイマー値Ｔｘｄを時間Ｔｄから差し引いてブレーキ時間を短く設定することができる。 For example, when the wind speed change amount ΔF value does not change significantly with respect to the average wind speed within the time Ts1, the time Td is used. On the other hand, when the wind speed change amount ΔF is positive and tends to increase, the brake timer value Txu proportional to the wind speed change amount ΔF can be set longer in addition to the time Td. Further, when the wind speed change amount ΔF is negative and tends to decrease, the brake timer value Txd proportional to the negative value ΔF can be subtracted from the time Td to set the brake time short.

また、風速変化量ΔＦが同等の値であっても、時間Ｔｓ１内の平均風速の違いに応じて、ブレーキタイマー値Ｔｘｕ、Ｔｘｄの値を適切に設定することで、時間Ｔｓ１の経過付近の風況によって、時間Ｔｄを適切に決定できる。この結果、より精度よく、風況にあったブレーキ制御が可能になる。 Further, even if the wind speed change amount ΔF is the same value, the wind near the passage of time Ts1 can be set appropriately by setting the brake timer values Txu and Txd according to the difference in the average wind speed within the time Ts1. Depending on the situation, the time Td can be determined appropriately. As a result, it becomes possible to control the brake more accurately and according to the wind conditions.

なお、上述したような、変化量を考慮した制御は、時間Ｔｓ１だけでなく、時間Ｔｄ、および時間Ｔｄｄにおいても、同様に適用可能である。 It should be noted that the control considering the amount of change as described above can be similarly applied not only to the time Ts1 but also to the time Td and the time Tdd.

実施の形態８によれば、平均風速を複数の区分に渡って算出することで、風速変化量ΔＦを考慮した上で、適切なブレーキ時間を設定できる。この結果、１つの平均風速だけを用いる場合と比較して、より精度よく、風況にあったブレーキ制御が可能になる。 According to the eighth embodiment, by calculating the average wind speed over a plurality of categories, an appropriate braking time can be set in consideration of the wind speed change amount ΔF. As a result, brake control can be performed more accurately and in accordance with the wind conditions as compared with the case where only one average wind speed is used.

なお、上述した実施の形態５〜８では、時間Ｔｓ１内、時間Ｔｄ内、時間Ｔｄｄ内において、あるいはそれらの時間を複数の区分に分割した時間内において、平均風速を求める場合について説明した。しかしながら、それらの時間内における平均風速以外にも、瞬間最大風速、瞬間最低風速などをさらに考慮して、ブレーキ制御を行うことができる。この結果、設置場所の風況に応じて、適切なブレーキ制御を実行でき、精度向上を図るが可能となる。 In the above-described embodiments 5 to 8, the case where the average wind speed is obtained within the time Ts1, within the time Td, within the time Tdd, or within the time when those times are divided into a plurality of divisions has been described. However, in addition to the average wind speed within those times, the brake control can be performed by further considering the instantaneous maximum wind speed, the instantaneous minimum wind speed, and the like. As a result, appropriate brake control can be executed according to the wind conditions at the installation location, and accuracy can be improved.

最後に、実施の形態１〜４を組み合わせた回転抑制制御に関する一連処理、実施の形態５、７、８を組み合わせたブレーキ時間追加制御に関する一連処理、および実施の形態６、７、８を組み合わせたブレーキ時間追加制御に関する一連処理のそれぞれについて、フローチャートを用いて整理して説明する。 Finally, a series of processes related to rotation suppression control combining embodiments 1 to 4, a series of processes related to brake time additional control combining embodiments 5, 7, and 8, and embodiments 6, 7, and 8 are combined. Each of the series of processes related to the additional control of the brake time will be organized and explained using a flowchart.

まず始めに、実施の形態１〜４を組み合わせた回転抑制制御に関する一連処理について説明する。図８は、本開示の実施の形態１〜４を組み合わせた回転抑制制御に関する一連処理を示したフローチャートである。ステップＳ８０１において、励磁制御部３１ｂは、回転検出部３１ａで検出された電磁石発電機２０の回転数が、発電可能な回転数としてあらかじめ設定された回転数Ｎｍ（ｒｐｍ）以上になったか否かを判定する。そして、励磁制御部３１ｂは、回転数がＮｍ以上になったと判定した場合には、ステップＳ８０２の処理に進む。 First, a series of processes related to rotation suppression control in which the first to fourth embodiments are combined will be described. FIG. 8 is a flowchart showing a series of processes related to rotation suppression control in which the first to fourth embodiments of the present disclosure are combined. In step S801, the excitation control unit 31b determines whether or not the rotation speed of the electromagnet generator 20 detected by the rotation detection unit 31a is equal to or higher than the rotation speed Nm (rpm) preset as the rotation speed capable of generating power. judge. Then, when the excitation control unit 31b determines that the rotation speed has reached N m or more, the excitation control unit 31b proceeds to the process of step S802.

ステップＳ８０２に進んだ場合には、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮし、Ｂ端子で発電した電力を短絡することで、回転抑制のトルクを発生させるとともに、所定の回転抑制トルクを発生させる励磁電流が流れるようにスイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹ制御を行う第１のスイッチング制御を実行する。 When the process proceeds to step S802, the excitation control unit 31b turns on the switching element Q2 and short-circuits the electric power generated at the B terminal to generate rotation suppression torque and generate a predetermined rotation suppression torque. The first switching control for performing the duty control of the switching element Q1 so that the exciting current to be caused flows flows is executed.

さらに、ステップＳ８０３において、励磁制御部３１ｂは、この第１にスイッチング制御を実行中に、所定の回転抑制トルクを発生させる励磁電流を目標電流Ｉｔとして設定する。そして、励磁制御部３１ｂは、励磁電流検出部３１ｃによって検出された励磁電流Ｉｍをフィードバック値として取得し、Ｉｔ＝Ｉｍとなるように、励磁電流に関するフィードバック制御を行う。 Further, in step S803, the excitation control unit 31b sets the excitation current that generates a predetermined rotation suppression torque as the target current It during the first switching control. Then, the excitation control unit 31b acquires the excitation current Im detected by the excitation current detection unit 31c as a feedback value, and performs feedback control regarding the excitation current so that It = Im.

次に、ステップＳ８０４において、励磁制御部３１ｂは、回転抑制を行った後、あらかじめ決められた回転数Ｎｔ（ｒｐｍ）まで回転が低下する時間に相当するＴｔ（ｓｅｃ）を計測するとともに、ステップＳ８０５において、回転数がＮｔ（ｒｐｍ）以下になったか否かを判定する。 Next, in step S804, the excitation control unit 31b measures Tt (sec) corresponding to the time during which the rotation decreases to a predetermined rotation speed Nt (rpm) after suppressing the rotation, and in step S805. In, it is determined whether or not the rotation speed is Nt (rpm) or less.

そして、励磁制御部３１ｂは、回転数がＮｔ以下になっていないと判定した場合には、ステップＳ８０２の処理に戻り、回転数がＮｔ以下になったと判定した場合には、ステップＳ８０６の処理に進む。 Then, when the excitation control unit 31b determines that the rotation speed is not Nt or less, it returns to the process of step S802, and when it determines that the rotation speed is Nt or less, it returns to the process of step S806. move on.

ステップＳ８０６に進んだ場合には、励磁制御部３１ｂは、先のステップＳ８０４において計測された時間Ｔｔ（ｓｅｃ）から、スイッチング素子Ｑ２のＯＮ状態を継続させるための維持時間Ｔｃ（ｓｅｃ）を決定する。 When the process proceeds to step S806, the excitation control unit 31b determines the maintenance time Tc (sec) for continuing the ON state of the switching element Q2 from the time Tt (sec) measured in the previous step S804. ..

次に、ステップＳ８０７において、励磁制御部３１ｂは、時間Ｔｔ（ｓｅｃ）が経過した後、先のステップＳ８０２と同様に、スイッチング素子Ｑ２をＯＮし、スイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹ制御として、第１のスイッチング制御を実行する。 Next, in step S807, after the time Tt (sec) has elapsed, the excitation control unit 31b turns on the switching element Q2 in the same manner as in the previous step S802, and performs the first switching as the duty control of the switching element Q1. Take control.

次に、ステップＳ８０８において、励磁制御部３１ｂは、第１のスイッチング制御を実行中に、先のステップＳ８０３と同様に、Ｉｔ＝Ｉｍとなるように、励磁電流に関するフィードバック制御を行う。 Next, in step S808, while executing the first switching control, the excitation control unit 31b performs feedback control regarding the exciting current so that It = Im as in the previous step S803.

以上の一連処理を実行することで、先の実施の形態１〜４で説明した効果を実現できる。 By executing the above series of processes, the effects described in the above-described first to fourth embodiments can be realized.

次に、実施の形態５、７、８を組み合わせたブレーキ時間追加制御に関する一連処理について説明する。図９は、本開示の実施の形態５、７、８を組み合わせたブレーキ時間追加制御に関する一連処理を示したフローチャートである。図９では、第１のスイッチング制御に加え、第２のスイッチング制御を実行することで、ブレーキ時間追加制御を行う場合の一連処理が示されている。 Next, a series of processes related to the brake time additional control in combination with the fifth, seventh, and eighth embodiments will be described. FIG. 9 is a flowchart showing a series of processes related to the brake time additional control in combination with the fifth, seventh, and eighth embodiments of the present disclosure. FIG. 9 shows a series of processes when the brake time additional control is performed by executing the second switching control in addition to the first switching control.

ステップＳ９０１において、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮし、Ｂ端子で発電した電力を短絡することで、回転抑制のトルクを発生させるとともに、所定の回転抑制トルクを発生させる励磁電流が流れるようにスイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹ制御を行う第１のスイッチング制御を実行する。 In step S901, the excitation control unit 31b turns on the switching element Q2 and short-circuits the electric power generated at the B terminal to generate a rotation suppression torque and an exciting current for generating a predetermined rotation suppression torque flows. The first switching control for performing the duty control of the switching element Q1 is executed as described above.

さらに、ステップＳ９０２において、励磁制御部３１ｂは、この第１にスイッチング制御を実行中に、回転数が極低回転数Ｎｂ（ｒｐｍ）以下になったか否かを判定する。そして、励磁制御部３１ｂは、回転数がＮｂ以下になっていないと判定した場合には、ステップＳ９０１の処理に戻り、回転数がＮｂ以下になったと判定した場合には、ステップＳ９０３の処理に進む。 Further, in step S902, the excitation control unit 31b determines whether or not the rotation speed becomes the extremely low rotation speed Nb (rpm) or less during the first switching control. Then, when the excitation control unit 31b determines that the rotation speed is not Nb or less, it returns to the process of step S901, and when it determines that the rotation speed is Nb or less, it returns to the process of step S903. move on.

ステップＳ９０３に進んだ場合には、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮし、Ｂ端子で発電した電力を短絡することで、回転抑制のトルクを発生させるとともに、あらかじめ決めておいた最適ブレーキトルクを発生するための最適励磁電流を流すようにスイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹ制御を行う第２のスイッチング制御を、時間Ｔｓ１の間、実行する。 When the process proceeds to step S903, the excitation control unit 31b turns on the switching element Q2 and short-circuits the electric power generated at the B terminal to generate a torque for suppressing rotation and a predetermined optimum brake. The second switching control that performs the duty control of the switching element Q1 so as to flow the optimum exciting current for generating the torque is executed for the time Ts1.

さらに、ステップＳ９０４において、励磁制御部３１ｂは、この第２にスイッチング制御を実行中に、時間Ｔｓ１における平均回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）を求める。 Further, in step S904, the excitation control unit 31b obtains the average rotation speed Ne (rpm) at the time Ts1 while executing the second switching control.

次に、ステップＳ９０５において、励磁制御部３１ｂは、平均回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）に基づいて、時間Ｔｓ１経過後に追加するブレーキ追加時間Ｔｄ（ｓｅｃ）を決定する。 Next, in step S905, the excitation control unit 31b determines the brake addition time Td (sec) to be added after the lapse of time Ts1 based on the average rotation speed Ne (rpm).

次に、ステップＳ９０６において、励磁制御部３１ｂは、ステップＳ９０５で決定したブレーキ追加時間Ｔｄが０であるか否かを判定する。そして、励磁制御部３１ｂは、ブレーキ追加時間Ｔｄが０の場合には、現状の風速が発電に適しており、発電を再開すべきと判定し、一連処理を終了する。 Next, in step S906, the excitation control unit 31b determines whether or not the brake addition time Td determined in step S905 is zero. Then, when the brake addition time Td is 0, the excitation control unit 31b determines that the current wind speed is suitable for power generation and should restart power generation, and ends the series of processes.

一方、励磁制御部３１ｂは、ブレーキ追加時間Ｔｄが０でない場合には、現状の風速が過回転になりそうな強風速のため、スイッチング素子Ｑ２のＯＮの状態を時間Ｔｓ１の経過後も、さらにブレーキ追加時間Ｔｄ（ｓｅｃ）だけ継続し、風速が収まるのを待つべきであると判定し、ステップＳ９０７以降の処理に進む。 On the other hand, when the brake addition time Td is not 0, the excitation control unit 31b further keeps the switching element Q2 ON even after the time Ts1 elapses because the current wind speed is likely to be over-rotated. It is determined that the brake addition time Td (sec) should be continued and the wind speed should be settled, and the process proceeds to step S907 and subsequent steps.

ステップＳ９０７に進んだ場合には、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮし、Ｂ端子で発電した電力を短絡することで、回転抑制のトルクを発生させるとともに、あらかじめ決めておいた最適ブレーキトルクを発生するための最適励磁電流を流すようにスイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹ制御を行う第２のスイッチング制御を、ブレーキ追加時間Ｔｄの間、実行する。 When the process proceeds to step S907, the excitation control unit 31b turns on the switching element Q2 and short-circuits the electric power generated at the B terminal to generate a torque for suppressing rotation and a predetermined optimum brake. The second switching control that performs the duty control of the switching element Q1 so as to flow the optimum exciting current for generating the torque is executed during the brake addition time Td.

さらに、ステップＳ９０８において、励磁制御部３１ｂは、この第２にスイッチング制御を実行中に、時間Ｔｄにおける平均回転数Ｎｅｄ（ｒｐｍ）を求める。 Further, in step S908, the excitation control unit 31b obtains the average rotation speed Ned (rpm) at the time Td during the second switching control.

次に、ステップＳ９０９において、励磁制御部３１ｂは、平均回転数Ｎｅｄ（ｒｐｍ）に基づいて、時間Ｔｄ経過後にさらに追加するブレーキ追加時間Ｔｄｄ（ｓｅｃ）を決定する。 Next, in step S909, the excitation control unit 31b determines the brake addition time Tdd (sec) to be further added after the time Td elapses, based on the average rotation speed Ned (rpm).

次に、ステップＳ９１０において、励磁制御部３１ｂは、ステップＳ９０９で決定したブレーキ追加時間Ｔｄｄが０であるか否かを判定する。そして、励磁制御部３１ｂは、ブレーキ追加時間Ｔｄｄが０の場合には、現状の風速が発電に適しており、発電を再開すべきと判定し、一連処理を終了する。 Next, in step S910, the excitation control unit 31b determines whether or not the brake addition time Tdd determined in step S909 is zero. Then, when the brake addition time Tdd is 0, the excitation control unit 31b determines that the current wind speed is suitable for power generation and should restart power generation, and ends the series of processes.

一方、励磁制御部３１ｂは、ブレーキ追加時間Ｔｄｄが０でない場合には、現状の風速が過回転になりそうな強風速のため、スイッチング素子Ｑ２のＯＮの状態を時間Ｔｄの経過後も、さらにブレーキ追加時間Ｔｄｄ（ｓｅｃ）だけ継続し、風速が収まるのを待つべきであると判定し、ステップＳ９０７以降の処理に戻り、ステップＳ９０７〜ステップＳ９１０の処理を繰り返すこととなる。 On the other hand, when the brake addition time Tdd is not 0, the excitation control unit 31b further keeps the switching element Q2 ON even after the time Td elapses because the current wind speed is likely to be over-rotated. It is determined that the brake addition time Tdd (sec) should be continued and the wind speed should be settled, the process returns to the process after step S907, and the processes of steps S907 to S910 are repeated.

以上の一連処理を実行することで、先の実施の形態５、７、８で説明した効果を実現できる。 By executing the above series of processes, the effects described in the above embodiments 5, 7, and 8 can be realized.

次に、実施の形態６、７、８を組み合わせたブレーキ時間追加制御に関する一連処理について説明する。図１０は、本開示の実施の形態６、７、８を組み合わせたブレーキ時間追加制御に関する一連処理を示したフローチャートである。図１０では、第１のスイッチング制御に加え、第３のスイッチング制御を実行することで、ブレーキ時間追加制御を行う場合の一連処理が示されている。 Next, a series of processes related to the additional control of the brake time by combining the sixth, seventh, and eighth embodiments will be described. FIG. 10 is a flowchart showing a series of processes related to the brake time additional control in combination with the sixth, seventh, and eighth embodiments of the present disclosure. FIG. 10 shows a series of processes when the brake time additional control is performed by executing the third switching control in addition to the first switching control.

ステップＳ１００１において、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮし、Ｂ端子で発電した電力を短絡することで、回転抑制のトルクを発生させるとともに、所定の回転抑制トルクを発生させる励磁電流が流れるようにスイッチング素子Ｑ１のＤＵＴＹ制御を行う第１のスイッチング制御を実行する。 In step S1001, the excitation control unit 31b turns on the switching element Q2 and short-circuits the electric power generated at the B terminal to generate rotation suppression torque and an exciting current that generates a predetermined rotation suppression torque flows. The first switching control for performing the duty control of the switching element Q1 is executed as described above.

さらに、ステップＳ１００２において、励磁制御部３１ｂは、この第１にスイッチング制御を実行中に、回転数が極低回転数Ｎｂ（ｒｐｍ）以下になったか否かを判定する。そして、励磁制御部３１ｂは、回転数がＮｂ以下になっていないと判定した場合には、ステップＳ１００１の処理に戻り、回転数がＮｂ以下になったと判定した場合には、ステップＳ１００３の処理に進む。 Further, in step S1002, the excitation control unit 31b determines whether or not the rotation speed becomes the extremely low rotation speed Nb (rpm) or less during the first switching control. Then, when the excitation control unit 31b determines that the rotation speed is not Nb or less, it returns to the process of step S1001, and when it determines that the rotation speed is Nb or less, it returns to the process of step S1003. move on.

ステップＳ１００３に進んだ場合には、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮし、Ｂ端子で発電した電力を短絡することで、回転抑制のトルクを発生させるとともに、あらかじめ決めておいた回転数Ｎｓ（≦Ｎｂ）で一定回転になるように励磁電流を制御する第３のスイッチング制御を、時間Ｔｓ１の間、実行する。 When the process proceeds to step S1003, the excitation control unit 31b turns on the switching element Q2 and short-circuits the electric power generated at the B terminal to generate a rotation suppression torque and a predetermined rotation speed. A third switching control that controls the exciting current so that the rotation becomes constant at Ns (≦ Nb) is executed for the time Ts1.

さらに、ステップＳ１００４において、励磁制御部３１ｂは、この第３にスイッチング制御を実行中に、時間Ｔｓ１内における励磁電流とＤＵＴＹから、時間Ｔｓ１の経過時点での風速を予測する。 Further, in step S1004, the excitation control unit 31b predicts the wind speed at the time when the time Ts1 elapses from the exciting current and the DUTY within the time Ts1 during the third switching control.

次に、ステップＳ１００５において、励磁制御部３１ｂは、時間Ｔｓ１経過時点での予測風速に基づいて、時間Ｔｓ１経過後に追加するブレーキ追加時間Ｔｄ（ｓｅｃ）を決定する。 Next, in step S1005, the excitation control unit 31b determines the brake addition time Td (sec) to be added after the time Ts1 elapses, based on the predicted wind speed at the time time Ts1 elapses.

次に、ステップＳ１００６において、励磁制御部３１ｂは、ステップＳ１００５で決定したブレーキ追加時間Ｔｄが０であるか否かを判定する。そして、励磁制御部３１ｂは、ブレーキ追加時間Ｔｄが０の場合には、現状の風速が発電に適しており、発電を再開すべきと判定し、一連処理を終了する。 Next, in step S1006, the excitation control unit 31b determines whether or not the brake addition time Td determined in step S1005 is zero. Then, when the brake addition time Td is 0, the excitation control unit 31b determines that the current wind speed is suitable for power generation and should restart power generation, and ends the series of processes.

一方、励磁制御部３１ｂは、ブレーキ追加時間Ｔｄが０でない場合には、現状の風速が過回転になりそうな強風速のため、スイッチング素子Ｑ２のＯＮの状態を時間Ｔｓ１の経過後も、さらにブレーキ追加時間Ｔｄ（ｓｅｃ）だけ継続し、風速が収まるのを待つべきであると判定し、ステップＳ１００７以降の処理に進む。 On the other hand, when the brake addition time Td is not 0, the excitation control unit 31b further keeps the switching element Q2 ON even after the time Ts1 elapses because the current wind speed is likely to be over-rotated. It is determined that the brake addition time Td (sec) should be continued and the wind speed should be settled, and the process proceeds to step S1007 and subsequent steps.

ステップＳ１００７に進んだ場合には、励磁制御部３１ｂは、スイッチング素子Ｑ２をＯＮし、Ｂ端子で発電した電力を短絡することで、回転抑制のトルクを発生させるとともに、あらかじめ決めておいた回転数Ｎｓ（≦Ｎｂ）で一定回転になるように励磁電流を制御する第３のスイッチング制御を、時間Ｔｄの間、実行する。 When the process proceeds to step S1007, the excitation control unit 31b turns on the switching element Q2 and short-circuits the electric power generated at the B terminal to generate a rotation suppression torque and a predetermined rotation speed. A third switching control that controls the exciting current so that the rotation is constant at Ns (≦ Nb) is executed for the time Td.

さらに、ステップＳ１００８において、励磁制御部３１ｂは、この第３にスイッチング制御を実行中に、時間Ｔｄ内における励磁電流とＤＵＴＹから、時間Ｔｄの経過時点での風速を予測する。 Further, in step S1008, the excitation control unit 31b predicts the wind speed at the time when the time Td elapses from the exciting current and the DUTY within the time Td during the third switching control.

次に、ステップＳ１００９において、励磁制御部３１ｂは、時間Ｔｄ経過時点での予測風速に基づいて、時間Ｔｄ経過後にさらに追加するブレーキ追加時間Ｔｄｄ（ｓｅｃ）を決定する。 Next, in step S1009, the excitation control unit 31b determines the brake addition time Tdd (sec) to be further added after the time Td elapses, based on the predicted wind speed at the time time Td elapses.

次に、ステップＳ１０１０において、励磁制御部３１ｂは、ステップＳ１００９で決定したブレーキ追加時間Ｔｄｄが０であるか否かを判定する。そして、励磁制御部３１ｂは、ブレーキ追加時間Ｔｄｄが０の場合には、現状の風速が発電に適しており、発電を再開すべきと判定し、一連処理を終了する。 Next, in step S1010, the excitation control unit 31b determines whether or not the brake addition time Tdd determined in step S1009 is 0. Then, when the brake addition time Tdd is 0, the excitation control unit 31b determines that the current wind speed is suitable for power generation and should restart power generation, and ends the series of processes.

一方、励磁制御部３１ｂは、ブレーキ追加時間Ｔｄｄが０でない場合には、現状の風速が過回転になりそうな強風速のため、スイッチング素子Ｑ２のＯＮの状態を時間Ｔｄの経過後も、さらにブレーキ追加時間Ｔｄｄ（ｓｅｃ）だけ継続し、風速が収まるのを待つべきであると判定し、ステップＳ１００７以降の処理に戻り、ステップＳ１００７〜ステップＳ１０１０の処理を繰り返すこととなる。 On the other hand, when the brake addition time Tdd is not 0, the excitation control unit 31b further keeps the switching element Q2 ON even after the time Td elapses because the current wind speed is likely to be over-rotated. It is determined that the brake addition time Tdd (sec) should be continued and the wind speed should be settled, the process returns to the process after step S1007, and the processes of steps S1007 to S1010 are repeated.

以上の一連処理を実行することで、先の実施の形態６、７、８で説明した効果を実現できる。 By executing the above series of processes, the effects described in the above embodiments 6, 7, and 8 can be realized.

以上のように、本開示によれば、設置環境の状態に応じた適切な発電を行うことのできる発電装置を得ることができる。 As described above, according to the present disclosure, it is possible to obtain a power generation device capable of appropriately generating power according to the state of the installation environment.

１０ プロペラ、２０ 電磁石発電機、２１ 励磁コイル、２２ 発電コイル、２３ 整流器、３０ 制御機、３１ 制御部、３１ａ 回転検出部、３１ｂ 励磁制御部、３１ｃ 励磁電流検出部、３１ｄ 風速予測部、３２ 励磁電流検出器、４１ 蓄電部、４２ 負荷。 10 propeller, 20 electromagnet generator, 21 exciting coil, 22 generating coil, 23 rectifier, 30 controller, 31 control unit, 31a rotation detection unit, 31b excitation control unit, 31c exciting current detection unit, 31d wind speed prediction unit, 32 excitation Current detector, 41 power storage, 42 load.

Claims (10)

励磁電流を流すことで磁界を発生するとともに回転部に結合されて回転する励磁コイル、前記励磁コイルにより発生された前記磁界の変化により発電する発電コイル、および前記発電コイルの任意の一相の信号を出力するＰ端子、を含む電磁石発電機と、
前記電磁石発電機による発電を制御する制御部と、
前記制御部による制御に基づいてＯＮ状態に切り替わることで、前記励磁コイルに前記励磁電流を流す第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子がＯＦＦ状態のときに、前記励磁電流を前記励磁コイルに還流させるフライホイルダイオードと、
前記制御部による制御に基づいてＯＮ状態に切り替わることで、前記電磁石発電機の発電出力端子を短絡させる第２のスイッチング素子と、
を備え、
前記制御部は、
前記Ｐ端子からの信号により前記電磁石発電機の回転数を検出する回転検出部と、
前記回転検出部で検出された前記回転数に基づいて前記第１のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第１のスイッチング制御を行うことで、前記電磁石発電機の状態に応じた励磁電流制御を行うとともに、前記回転検出部で検出された前記回転数が、あらかじめ決められた上限回転数Ｎｍを超えることで過回転であると判定した場合には、前記第２のスイッチング素子をＯＮ状態に切り替えると同時に前記第１のスイッチング制御を実行することで前記励磁電流として目標電流を流す励磁制御部と、
前記励磁制御部により前記第２のスイッチング素子がＯＮ状態に切り替わった時から、前記上限回転数Ｎｍより低い回転数としてあらかじめ決められた回転数Ｎｔになるまでの時間Ｔｔを測定し、測定した前記時間Ｔｔに基づいて、前記回転数Ｎｔになったときの予測風速を算出する風速予測部と、
を有し、
前記励磁制御部は、前記風速予測部により算出された前記予測風速に基づいて、前記第２のスイッチング素子をＯＮ状態に切り替えてからＯＦＦ状態に戻すまでの時間Ｔｃを決定する
発電装置。 An exciting coil that generates a magnetic field by passing an exciting current and rotates by being coupled to a rotating portion, a power generation coil that generates power by a change in the magnetic field generated by the excitation coil, and an arbitrary one-phase signal of the power generation coil. Outputs P terminal, including electromagnet generator,
A control unit that controls power generation by the electromagnet generator,
A first switching element that allows the exciting current to flow through the exciting coil by switching to the ON state based on the control by the control unit.
A fly-foil diode that recirculates the exciting current to the exciting coil when the first switching element is in the OFF state.
A second switching element that short-circuits the power generation output terminal of the electromagnet generator by switching to the ON state based on the control by the control unit.
With
The control unit
A rotation detection unit that detects the rotation speed of the electromagnet generator by a signal from the P terminal, and
By performing the first switching control for switching ON / OFF of the first switching element based on the rotation speed detected by the rotation detection unit, the exciting current is controlled according to the state of the electromagnet generator. At the same time, when the rotation speed detected by the rotation detection unit exceeds a predetermined upper limit rotation speed Nm and is determined to be over-rotation, the second switching element is switched to the ON state. At the same time, the excitation control unit that causes the target current to flow as the excitation current by executing the first switching control,
The time Tt from the time when the second switching element is switched to the ON state by the excitation control unit until the rotation speed reaches a predetermined rotation speed Nt as a rotation speed lower than the upper limit rotation speed Nm is measured and measured. A wind speed prediction unit that calculates the predicted wind speed when the number of revolutions Nt is reached based on the time Tt, and a wind speed prediction unit.
Have,
The excitation control unit is a power generation device that determines the time Tc from switching the second switching element to the ON state to returning it to the OFF state based on the predicted wind speed calculated by the wind speed prediction unit. 前記励磁制御部は、前記第２のスイッチング素子をＯＮ状態に切り替えると同時に前記第１のスイッチング制御を実行する際に、前記励磁電流を徐々に前記目標電流まで変化させていくように、前記第１のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替える
請求項１に記載の発電装置。 When the excitation control unit switches the second switching element to the ON state and at the same time executes the first switching control, the excitation current is gradually changed to the target current. The power generation device according to claim 1, wherein the switching element of 1 is switched ON / OFF. 前記励磁制御部は、前記第２のスイッチング素子をＯＮ状態に切り替えると同時に前記第１のスイッチング制御を実行する際に、あらかじめ決められたブレーキトルクを発生するための最適励磁電流を前記目標電流として、前記第１のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替える
請求項１または２に記載の発電装置。 The excitation control unit sets an optimum excitation current for generating a predetermined brake torque as the target current when the second switching element is switched to the ON state and at the same time the first switching control is executed. The power generation device according to claim 1 or 2, wherein the ON / OFF of the first switching element is switched. 前記制御部は、前記励磁コイルに流れる前記励磁電流をフィードバック値として取得する励磁電流検出部をさらに有し、
前記励磁制御部は、前記第１のスイッチング制御として、前記フィードバック値が前記目標電流となるようにするフィードバック制御を実行する
請求項１から３のいずれか１項に記載の発電装置。 The control unit further includes an exciting current detecting unit that acquires the exciting current flowing through the exciting coil as a feedback value.
The power generation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the excitation control unit executes feedback control so that the feedback value becomes the target current as the first switching control. 前記励磁制御部は、前記時間Ｔｃの期間において前記第１のスイッチング制御を実行中に前記回転検出部で検出された前記回転数が、前記回転数Ｎｔよりも低い回転数としてあらかじめ決められた極低回転数Ｎｂ以下となった場合には、あらかじめ決められたブレーキトルクを発生するための最適励磁電流を前記目標電流として、前記第１のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第２のスイッチング制御を実行し、
前記風速予測部は、前記第２のスイッチング制御を実行中に前記回転検出部で検出された前記回転数に基づいて第２の予測風速を算出し、
前記励磁制御部は、前記第２の予測風速から前記時間Ｔｃが経過した後、さらに第２のスイッチング素子をＯＮ状態に維持してからＯＦＦ状態に戻すまでの時間Ｔｄを決定する
請求項１から４のいずれか１項に記載の発電装置。 The excitation control unit has a pole in which the rotation speed detected by the rotation detection unit during execution of the first switching control during the period of the time Tc is determined as a rotation speed lower than the rotation speed Nt. When the rotation speed becomes Nb or less, the optimum exciting current for generating a predetermined brake torque is set as the target current, and the second switching control for switching ON / OFF of the first switching element is performed. Run and
The wind speed prediction unit calculates the second predicted wind speed based on the rotation speed detected by the rotation detection unit during the execution of the second switching control.
From claim 1, the excitation control unit determines the time Td from the time Tc elapses from the second predicted wind speed to the time Td from maintaining the second switching element in the ON state to returning to the OFF state. The power generation device according to any one of 4. 前記風速予測部は、第２のスイッチング素子のＯＮ状態が維持されている前記時間Ｔｄの期間において、前記時間Ｔｃの期間と同様にして前記第２の予測風速を再度算出し、
前記励磁制御部は、前記第２の予測風速から前記時間Ｔｄが経過した後、さらに第２のスイッチング素子をＯＮ状態に維持してからＯＦＦ状態に戻すまでの時間Ｔｄｄを決定する
請求項５に記載の発電装置。 The wind speed prediction unit recalculates the second predicted wind speed in the period of the time Td in which the ON state of the second switching element is maintained in the same manner as in the period of the time Tc.
According to claim 5, the excitation control unit determines the time Tdd from the time Td elapses from the second predicted wind speed to the time Tdd from maintaining the second switching element in the ON state to returning to the OFF state. The power generation device described. 前記風速予測部は、前記第２のスイッチング制御を実行中に前記第２の予測風速を算出する期間を複数の区分に分割し、前記複数の区分のそれぞれについて個別の予測風速を算出し、前記個別の予測風速に基づいて、前記期間に渡る平均風速および風速変化量を算出し、
前記励磁制御部は、前記平均風速および前記風速変化量から、前記時間Ｔｄを決定する
請求項５または６に記載の発電装置。 The wind speed prediction unit divides the period for calculating the second predicted wind speed into a plurality of divisions while executing the second switching control, calculates individual predicted wind speeds for each of the plurality of divisions, and the said. Based on the individual predicted wind speeds, the average wind speed and the amount of change in wind speed over the above period are calculated.
The power generation device according to claim 5 or 6, wherein the excitation control unit determines the time Td from the average wind speed and the amount of change in the wind speed. 前記励磁制御部は、前記時間Ｔｃの期間において前記第１のスイッチング制御を実行中に前記回転検出部で検出された前記回転数が、前記回転数Ｎｔよりも低い回転数としてあらかじめ決められた極低回転数Ｎｂ以下となった場合には、前記極低回転数Ｎｂよりも低い回転数としてあらかじめ決められた回転数Ｎｓで一定となるように前記目標電流を設定して、前記第１のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第３のスイッチング制御を実行し、
前記風速予測部は、前記第３のスイッチング制御を実行中における前記目標電流に基づいて第３の予測風速を算出し、
前記励磁制御部は、前記第３の予測風速から前記時間Ｔｃが経過した後、さらに第２のスイッチング素子をＯＮ状態に維持してからＯＦＦ状態に戻すまでの時間Ｔｄを決定する
請求項１から４のいずれか１項に記載の発電装置。 The excitation control unit has a pole in which the rotation speed detected by the rotation detection unit during execution of the first switching control during the period of the time Tc is determined as a rotation speed lower than the rotation speed Nt. When the rotation speed becomes Nb or less, the target current is set so as to be constant at a rotation speed Ns predetermined as a rotation speed lower than the extremely low rotation speed Nb, and the first switching is performed. Execute a third switching control to switch the element ON / OFF,
The wind speed prediction unit calculates a third predicted wind speed based on the target current during execution of the third switching control.
From claim 1, the excitation control unit determines the time Td from the time Tc elapses from the third predicted wind speed to the time Td from maintaining the second switching element in the ON state to returning to the OFF state. The power generation device according to any one of 4. 前記風速予測部は、第２のスイッチング素子のＯＮ状態が維持されている前記時間Ｔｄの期間において、前記時間Ｔｃの期間と同様にして前記第３の予測風速を再度算出し、
前記励磁制御部は、前記第３の予測風速から前記時間Ｔｄが経過した後、さらに第２のスイッチング素子をＯＮ状態に維持してからＯＦＦ状態に戻すまでの時間Ｔｄｄを決定する
請求項８に記載の発電装置。 The wind speed prediction unit recalculates the third predicted wind speed in the period of the time Td in which the ON state of the second switching element is maintained in the same manner as in the period of the time Tc.
According to claim 8, the excitation control unit determines the time Tdd from the time Td elapses from the third predicted wind speed to the time Tdd from maintaining the second switching element in the ON state to returning to the OFF state. The power generation device described. 前記風速予測部は、前記第３のスイッチング制御を実行中に前記第３の予測風速を算出する期間を複数の区分に分割し、前記複数の区分のそれぞれについて個別の予測風速を算出し、前記個別の予測風速に基づいて、前記期間に渡る平均風速および風速変化量を算出し、
前記励磁制御部は、前記平均風速および前記風速変化量から、前記時間Ｔｄを決定する
請求項８または９に記載の発電装置。 The wind speed prediction unit divides the period for calculating the third predicted wind speed into a plurality of divisions while executing the third switching control, calculates individual predicted wind speeds for each of the plurality of divisions, and obtains the said wind speed prediction unit. Based on the individual predicted wind speeds, the average wind speed and the amount of change in wind speed over the above period are calculated.
The power generation device according to claim 8 or 9, wherein the excitation control unit determines the time Td from the average wind speed and the amount of change in the wind speed.
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