JPH0127269B2 - - Google Patents

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JPH0127269B2
JPH0127269B2 JP7208380A JP7208380A JPH0127269B2 JP H0127269 B2 JPH0127269 B2 JP H0127269B2 JP 7208380 A JP7208380 A JP 7208380A JP 7208380 A JP7208380 A JP 7208380A JP H0127269 B2 JPH0127269 B2 JP H0127269B2
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JP
Japan
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hydraulic
pressure
wind
generator
hydraulic motor
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JP7208380A
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Japanese (ja)
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JPS56167873A (en
Inventor
Yasuo Kita
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Publication date
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Publication of JPH0127269B2 publication Critical patent/JPH0127269B2/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

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  • Wind Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (A) 産業上の利用分野 この発明は風力を利用した発電装置の改良に関
するものである。
[Detailed Description of the Invention] (A) Industrial Application Field This invention relates to improvement of a power generation device that utilizes wind power.

(B) 従来の技術 風力発電は風力エネルギーを発電システムにと
りいれるものであり、これを効率よく行うにはま
ず風車を風速に比例した角速度で運転する必要が
あり、この場合その出力トルクは風速の自乗と空
気密度との積に比例する。この出力は角速度とト
ルクの積で表わされるから、風車出力は結局風速
の三乗と空気密度の積に比例することになる。他
方風は息づくものであり時間的な変動を伴うのが
常態であり、季節による変化も大きい。したがつ
て風車出力すなわち利用しうる風力エネルギーは
非常に大きく変動することから、大規模な利用は
困難であり、いきおい小中期模の分散形の利用形
態をとらざるをえない。
(B) Conventional technology Wind power generation involves incorporating wind energy into a power generation system. To do this efficiently, it is first necessary to operate the wind turbine at an angular speed proportional to the wind speed. In this case, the output torque is proportional to the wind speed. Proportional to the product of the square and the air density. Since this output is expressed as the product of angular velocity and torque, the wind turbine output is ultimately proportional to the product of the cube of the wind speed and the air density. On the other hand, wind is a living thing, and it is normal for it to be accompanied by temporal fluctuations, and it also changes greatly depending on the season. Therefore, the wind turbine output, that is, the usable wind energy, fluctuates greatly, making large-scale use difficult and forcing us to adopt a decentralized form of use in the short to medium term.

(C) 発明が解決しようとする課題 従来のバツテリ式中小形風力発電装置において
は、風速に対する風車負荷の最適制御が行われて
おらず、いいかえれば風車と発電機とのマツチン
グが悪いことから、エネルギーの捕捉効率が低
く、具体的には風力エネルギーの約10%という低
さである。
(C) Problems to be solved by the invention In conventional battery-type small and medium-sized wind power generators, optimal control of the wind turbine load with respect to wind speed is not performed, or in other words, the matching between the wind turbine and the generator is poor. Energy capture efficiency is low, specifically around 10% of wind energy.

このようなことからバツテリ式風力発電装置の
代え風力エネルギーを油圧技術を応用して発電機
を回転駆動する技術が提案されている。たとえば
発開昭51−85059号「風力発電方式」とか特開昭
51−121120号「風力発電装置」などがその例であ
る。これらの例では前述したような風エネルギー
の特性すなわち時間的変動を伴なう点を考慮し変
換された油圧を蓄圧する方式が採用されている。
しかしながらこれら提案されている発電方式で
は、風速に比例した油圧エネルギーを取り出す工
夫はされておらず、風力エネルギーの捕捉効率は
まだ充分ではない。
For this reason, a technology has been proposed in which wind energy is applied to hydraulic technology to rotationally drive a generator instead of a battery-type wind power generator. For example, Kaihatsu No. 51-85059 ``Wind power generation method''
An example is No. 51-121120 "Wind power generator". In these examples, a method is adopted in which the converted hydraulic pressure is stored in consideration of the above-mentioned characteristics of wind energy, that is, the fact that it is accompanied by temporal fluctuations.
However, these proposed power generation systems do not take any measures to extract hydraulic energy proportional to wind speed, and the efficiency of capturing wind energy is still not sufficient.

この発明は、このような従来の問題点を解消す
る風力発電装置を提供せんとするものである。
The present invention aims to provide a wind power generation device that solves these conventional problems.

(D) 課題を解決するための手段 この発明による風力発電装置は風車によつて駆
動される可変容量形油圧ポンプと、この油圧ポン
プからの油圧を蓄積する油圧アキユムレータと、
この油圧アキユムレータに蓄積された圧油により
駆動される油圧モータと、この油圧モータにより
駆動され、発電を行う交流発電機と前記風車に作
用する風速の自乗に比例する信号を出力する信号
出力機構と、この信号出力機構の出力信号に基づ
いて前記可変容量形油圧ポンプの1回転当りの吐
出量を制御する油圧ポンプ制御機構を具備するも
のである。
(D) Means for Solving the Problems The wind power generation device according to the present invention includes: a variable displacement hydraulic pump driven by a wind turbine; a hydraulic accumulator that stores hydraulic pressure from the hydraulic pump;
A hydraulic motor driven by pressure oil accumulated in the hydraulic accumulator, an alternator driven by the hydraulic motor to generate electricity, and a signal output mechanism that outputs a signal proportional to the square of the wind speed acting on the wind turbine. , a hydraulic pump control mechanism that controls the discharge amount per rotation of the variable displacement hydraulic pump based on the output signal of the signal output mechanism.

(E) 作 用 この発明による油圧回路においては、誘導発電
機を回転駆動する固定容量形油圧モータへの供給
圧油は、風車により回転駆動される可変容量形油
圧ポンプから直接的に供給されるのではなく、一
且油圧アキユムレータに蓄えられる。
(E) Function In the hydraulic circuit according to the present invention, the pressure oil supplied to the fixed displacement hydraulic motor that rotationally drives the induction generator is directly supplied from the variable displacement hydraulic pump that is rotationally driven by the windmill. Instead, it is stored in a single hydraulic accumulator.

一方風速に比例した角速度でまわされ効率よく
運転される風車によつて回転駆動される可変容量
形油圧ポンプは、前記油圧アキユムレータに対し
て圧油の補充を常時行うようにされる。
On the other hand, a variable displacement hydraulic pump, which is rotationally driven by a windmill which is rotated at an angular velocity proportional to the wind speed and is operated efficiently, constantly replenishes the hydraulic accumulator with pressure oil.

(F) 実施例 以下、この発明にかかる実施例について図面を
参照しながら詳細に説明する。
(F) Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は実施例、とくに既存の電力網に組込ん
だ場合の実施例装置の模式説明図である。図中1
はプロペラ式風車、2は風車によつて回転駆動さ
れる可変容量形油圧ポンプで後述のとおり吐出量
が変えられる。3は油圧ポンプ2の吐出側すなわ
ち高圧側油圧回路2′に接続した複数個の油圧ア
キユムレータであり4は固定容量形油圧モータで
ある。5はそれにより回転駆動される三相交流の
交流発電機たとえば同期発電機または誘導発電機
で、三相交流の電力網6とは開閉器7を介して接
続されている。8は逆止弁、9は電磁開閉弁で、
開閉器7がOFFのときは閉に、ONのときは開と
なるようにされている。10は油タンク、11は
電動機その他の負荷である。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an embodiment, particularly an embodiment device when incorporated into an existing power grid. 1 in the diagram
2 is a propeller-type windmill, and 2 is a variable displacement hydraulic pump rotationally driven by the windmill, and the discharge amount can be changed as described later. 3 is a plurality of hydraulic accumulators connected to the discharge side of the hydraulic pump 2, that is, the high pressure side hydraulic circuit 2', and 4 is a fixed displacement hydraulic motor. Reference numeral 5 denotes a three-phase alternating current alternating current generator, such as a synchronous generator or an induction generator, which is rotationally driven by the three-phase alternating current alternating current generator, and is connected to a three-phase alternating current power grid 6 via a switch 7. 8 is a check valve, 9 is an electromagnetic on-off valve,
When the switch 7 is OFF, it is closed, and when it is ON, it is open. 10 is an oil tank, and 11 is an electric motor and other loads.

可変容量形油圧ポンプ2は偏心量などを0から
偏位させることによつて、1回転当りの吐出量を
連続的に増大させることができるようにされてい
るものである。
The variable displacement hydraulic pump 2 is capable of continuously increasing the discharge amount per revolution by varying the eccentricity from 0.

つぎにこの装置における動作について説明す
る。
Next, the operation of this device will be explained.

プロペラ式風車1はつねに向い風に正対してた
とえば矢印で示す反時計方向にまわされ、可変容
量形油圧ポンプ2を回転駆動する。すると前記油
圧ポンプ2は油タンク10より作動油を吸込み、
それを加圧して吐出側油路2′に吐出する。
The propeller-type windmill 1 is always facing the headwind and is rotated, for example, in a counterclockwise direction as shown by an arrow, thereby rotationally driving a variable displacement hydraulic pump 2. Then, the hydraulic pump 2 sucks hydraulic oil from the oil tank 10,
It is pressurized and discharged into the discharge side oil passage 2'.

ところで風車1を効率よく運転するには、それ
を風速に比例した角速度で回転させなければなら
ない。したがつてその場合にえられる風速の自乗
に比例する回転軸の出力トルクに対し、前記油圧
ポンプの所要入力軸トルクをつねにマツチングさ
せ、出力・負荷の整合制御を行うようにすれば風
車の運転にとつて最適条件が充たされる。この発
明はこの点を考慮してつぎに述べる特別の構成を
採用したものである。ところで一般に油圧ポンプ
の入力軸トルクTは、ポンプ圧力(出口圧力−入
口圧力)を△p、ポンプ1回転当りの押し除け容
積(1回転当りの吐出量)をDとすると、 T=△p・D/2πであらわされ、風速をv、風車 1の出力軸トルクをTwとすると、前記条件下で
運転される場合にはTw=Kv2(ただし、Kは比例
定数)であることから、T=Twすなわち△p・
D=2πKv2となるように前記油圧ポンプ2の運転
制御を行えばよいこととなる。
By the way, in order to operate the wind turbine 1 efficiently, it must be rotated at an angular velocity proportional to the wind speed. Therefore, if the required input shaft torque of the hydraulic pump is always matched to the output torque of the rotating shaft, which is proportional to the square of the wind speed obtained in that case, and the output/load matching control is performed, the operation of the wind turbine can be improved. The optimal condition is satisfied for . This invention takes this point into consideration and employs the special configuration described below. By the way, in general, the input shaft torque T of a hydraulic pump is expressed as: T = △p・If the pump pressure (outlet pressure - inlet pressure) is △p, and the displacement volume per rotation of the pump (discharge amount per rotation) is D, then T = △p・It is expressed as D/2π, and if the wind speed is v and the output shaft torque of wind turbine 1 is Tw, when operating under the above conditions, Tw = Kv 2 (K is a proportionality constant), so T = Tw i.e. △p・
It is sufficient to control the operation of the hydraulic pump 2 so that D=2πKv 2 .

具体的には油圧アキユムレータ3にたとえばブ
ラダ形のものを用い、また図示されていないが吐
出側油路2′にはリリーフ弁が接続されている。
このリリーフ圧はアキユムレータの許容最高圧力
に設定されている。したがつて吐出側油路2′に
前記油圧ポンプ2から圧油が送出されるとアキユ
ムレータ3のガス室に封入されたガス圧(アキユ
ムレータの初期圧)が作用するが、さらに前記油
圧ポンプ2からの圧油の流入によつて前記ガス室
が圧縮され、その圧力がアキユムレータの許容最
高圧力(リリーフ圧)に到達するまで風力エネル
ギを蓄えることができる。
Specifically, a bladder-shaped hydraulic accumulator 3, for example, is used, and a relief valve (not shown) is connected to the discharge side oil passage 2'.
This relief pressure is set to the maximum allowable pressure of the accumulator. Therefore, when pressure oil is delivered from the hydraulic pump 2 to the discharge side oil passage 2', the gas pressure sealed in the gas chamber of the accumulator 3 (initial pressure of the accumulator) acts, but in addition, the pressure from the hydraulic pump 2 is applied. The gas chamber is compressed by the inflow of pressure oil, and wind energy can be stored until the pressure reaches the maximum allowable pressure (relief pressure) of the accumulator.

すなわち前述したポンプの入力圧力は大気圧で
一定であり、出口圧力が上記のようにリリーフ圧
で制限される一定値に近づく。また前記回路2′
に圧力スイツチを取付け、回路2′の圧力が前記
リリーフ弁の設定圧力とブラダ形アキユムレータ
3の初期ガス圧の中間の適当な所定圧力になつた
とき前記圧力スイツチが作動するように構成され
ている。したがつてその作動によつて電磁開閉弁
9が開とされ△pの前記変動輻はさらにせまくな
る。そして前記△pをほぼ一定と取扱い前記油圧
ポンプ2の運転において、その1回転当りの吐出
量Dが風速vの自乗に比例するように制御を行
う。一般的には、風車をある一定風速のもとで無
負荷で回転させておき、徐々に負荷(プレーキト
ルク)を増していくと、無負荷運転からしだいに
ブレーキを強めていくとトルクの増大にほぼ比例
してスピードがさがつていき、両者は反比例の関
係となる。そしてこの場合風車出力はトルクとス
ピードとの積であるから、両者の値がほゞ中央の
値にあるときが積が最大となる。このことから結
局無負荷スピードの約1/2のスピードになるよう
な負荷トルクを加えたときに風車から最大のパワ
ーを取り出すことができることになるのである。
負荷がこれより大きすぎても小さすぎても風車出
力は減少し、効率は低下する。前記ポンプ圧力△
pはまさにこの負荷に相当し、したがつてこの△
p値を一定にすることが重要であり、そのために
油圧ポンプの吐出量Dを制御するのである。この
ことによつて風車1の運転を効率よく運転するこ
とができる。
That is, the input pressure of the pump described above is constant at atmospheric pressure, and the outlet pressure approaches a constant value limited by the relief pressure as described above. Further, the circuit 2'
A pressure switch is attached to the pressure switch, and the pressure switch is configured to operate when the pressure in the circuit 2' reaches an appropriate predetermined pressure between the set pressure of the relief valve and the initial gas pressure of the bladder type accumulator 3. . Therefore, due to this operation, the electromagnetic on-off valve 9 is opened, and the fluctuation amplitude of Δp becomes even narrower. Then, the Δp is treated as approximately constant, and the hydraulic pump 2 is controlled so that the discharge amount D per revolution is proportional to the square of the wind speed v during operation of the hydraulic pump 2. Generally speaking, if you let a wind turbine rotate without load at a certain wind speed and gradually increase the load (brake torque), then if you gradually strengthen the brakes from no-load operation, the torque will increase. The speed decreases almost in proportion to, and the two are inversely proportional to each other. In this case, since the wind turbine output is the product of torque and speed, the product is at its maximum when both values are approximately in the middle. This means that the maximum power can be extracted from the wind turbine when a load torque is applied that reduces the speed to approximately 1/2 of the no-load speed.
If the load is too high or too low, the wind turbine's output will decrease and efficiency will decrease. Said pump pressure△
p corresponds to exactly this load, so this △
It is important to keep the p value constant, and for this purpose the discharge amount D of the hydraulic pump is controlled. This allows the wind turbine 1 to be operated efficiently.

この制御方法としては、図示の通り風車1の近
傍に風速計12が設けられていて、この風速計1
2によつて計測された風速Vの自乗に相当する信
号が出力されるように構成された信号出力機構が
風速計12に内蔵されている。そしてこの信号出
力機構からの信号によつてパルスモータなどから
なる油圧ポンプ制御機構13が作動する。この油
圧ポンプ制御機構13の作動により前記油圧ポン
プ2の偏心量が変化させられ、1回転当りの吐出
量Dが、変化する風速vの自乗に比例して制御さ
れるのである。
As this control method, as shown in the figure, an anemometer 12 is provided near the wind turbine 1.
The anemometer 12 has a built-in signal output mechanism configured to output a signal corresponding to the square of the wind speed V measured by 2. A hydraulic pump control mechanism 13 consisting of a pulse motor or the like is actuated by a signal from this signal output mechanism. The eccentricity of the hydraulic pump 2 is changed by the operation of the hydraulic pump control mechanism 13, and the discharge amount D per revolution is controlled in proportion to the square of the changing wind speed v.

さて、このように吐出量が制御される前記油圧
ポンプ2からの圧油が油圧アキユムレータ3にそ
れぞれ蓄積され、高圧側油圧回路2′の回路圧力
が前記所定圧力に到達すると、前記圧力スイツチ
が作動し、開閉器7が閉とされると同時に電磁弁
9が開けられる。そして固定容量形油圧モータ4
が高圧側油圧回路2′から開閉弁9を介して供給
される高圧油によつて三相誘導発電機5を回転駆
動し、電力を三相電力網に送入する。
Now, when the pressure oil from the hydraulic pump 2 whose discharge amount is controlled in this way is accumulated in the hydraulic accumulator 3, and the circuit pressure of the high pressure side hydraulic circuit 2' reaches the predetermined pressure, the pressure switch is activated. However, at the same time as the switch 7 is closed, the solenoid valve 9 is opened. and fixed displacement hydraulic motor 4
The three-phase induction generator 5 is driven to rotate by high-pressure oil supplied from the high-pressure side hydraulic circuit 2' via the on-off valve 9, and electric power is sent to the three-phase power grid.

つぎに交流発電機を誘導発電機とした場合につ
いて説明する。
Next, a case where the AC generator is an induction generator will be explained.

第3図は三相誘導電動機の電動機トルクと回生
制動トルクの定格トルクに対する%を正常運転範
囲Nと回生制御範囲Rとに対して実線曲線で示し
たものであり、点線で示した曲線は前記電動機ト
ルクならびに回生制御トルクに対応する電流の変
化状態を示す。図中中央の縦軸は同期回転速度域
を示している。この図から誘導電動機においては
回生制御トルクが定格トルク(トルク比100%)
の2倍程度以下であれば同期回転速度のごく近傍
での定速度運転が維持され、電動機はその間に発
電機として作動し、発生した電流は電力幹線へ送
り出されることがわかる。
Figure 3 shows the motor torque and regenerative braking torque of a three-phase induction motor as percentages of the rated torque in the normal operating range N and the regenerative control range R, and the dotted curve shows the percentage of the rated torque. The figure shows changes in current corresponding to motor torque and regeneration control torque. The vertical axis in the center of the figure shows the synchronous rotation speed range. From this figure, in the induction motor, the regenerative control torque is the rated torque (torque ratio 100%)
It can be seen that if the rotational speed is approximately twice that of the rotational speed or less, constant speed operation is maintained very close to the synchronous rotational speed, the motor operates as a generator during that time, and the generated current is sent to the power main line.

前記油圧モータ4のモータ圧力(入口圧力−出
口圧力)を△p′、モータ1回転当りの押し除け容
積をD′とすればその出力軸トルクT′=△p′・D′/2
π であり、固定容量形である故D′=一定であるこ
とから出力軸トルクT′はモータ圧力(△p′)すな
わち高圧側油圧回路2′の回路圧力に比例する。
If the motor pressure (inlet pressure - outlet pressure) of the hydraulic motor 4 is △p', and the displacement volume per motor rotation is D', then the output shaft torque T' = △p'・D'/2
Since it is a fixed capacity type, D' is constant, so the output shaft torque T' is proportional to the motor pressure (Δp'), that is, the circuit pressure of the high pressure side hydraulic circuit 2'.

そしてこの高圧側油圧回路2′の圧力は、油圧
アキユムレータ3の蓄圧状態で自動的にきめられ
るが、その変動幅は前記したように小さい。
The pressure of this high-pressure side hydraulic circuit 2' is automatically determined based on the pressure accumulation state of the hydraulic accumulator 3, but its fluctuation range is small as described above.

この回路圧力に比例して前記油圧モータ4の出
力軸トルクT′が若干変動しても同期回転速度よ
りわずか速いほぼ一定速度の運転を前記油圧モー
タ4によつて継続させられ電力網6に対して送電
を行うこととなる。
Even if the output shaft torque T' of the hydraulic motor 4 varies slightly in proportion to this circuit pressure, the hydraulic motor 4 continues to operate at a substantially constant speed, which is slightly faster than the synchronous rotational speed, and is connected to the power grid 6. Power will be transmitted.

この発明にかかる油圧回路においては、誘導発
電機5を回転駆動する固定容量油圧モータ4への
供給圧油は、風車1により回転駆動される可変容
量形油圧ポンプ2から直接的に供給されるのでは
なく一旦油圧アキユムレータ3に蓄えられ、それ
から太い実線で示した油圧回路2′を介して供給
される。一方風速に比例した角速度でまわされ効
率よく運転される風車1によつて回転駆動される
可変容量形油圧ポンプ2は、前記油圧アキユムレ
ータ3に対して圧油の補充を常時行うようにされ
ていることに特徴がある。
In the hydraulic circuit according to the present invention, the pressure oil supplied to the fixed capacity hydraulic motor 4 that rotationally drives the induction generator 5 is directly supplied from the variable capacity hydraulic pump 2 that is rotationally driven by the wind turbine 1. Rather, it is temporarily stored in the hydraulic accumulator 3 and then supplied via the hydraulic circuit 2' shown by the thick solid line. On the other hand, a variable displacement hydraulic pump 2, which is rotatably driven by a wind turbine 1 which is rotated at an angular velocity proportional to the wind speed and operated efficiently, constantly replenishes the hydraulic accumulator 3 with pressure oil. There are certain characteristics.

この発明の風力エネルギーを電気エネルギーに
変換するシステムを構成するこの風力発電装置に
おいてはつぎのエネルギー変換過程が存在する。
The following energy conversion process exists in this wind power generation device constituting the system of the present invention for converting wind energy into electric energy.

(A) 風力エネルギー→回転機械エネルギー (B) 回転機械エネルギー→油圧エネルギー (C) 油圧エネルギー→圧力エネルギー (D) 圧力エネルギー→油圧エネルギー (E) 油圧エネルギー→回転機械エネルギー (F) 回転機械エネルギー→電気エネルギー の6段階で交換過程(B)での交換効率は90〜50%交
換過程(C)、(D)でのそれはいずれも90%、変換過程
(E)、(F)でのそれは、それぞれ90%、85%程度とみ
られ、風車によつて取りいれられた回転機械エネ
ルギー55〜30%程度が電気エネルギーに変換され
ることからこの装置は従来のバツテリ式風力発電
装置と比較して、少くとも3倍以上の変換効率を
有している。
(A) Wind energy → Rotating mechanical energy (B) Rotating mechanical energy → Hydraulic energy (C) Hydraulic energy → Pressure energy (D) Pressure energy → Hydraulic energy (E) Hydraulic energy → Rotating mechanical energy (F) Rotating mechanical energy → In the six stages of electrical energy, the exchange efficiency in the exchange process (B) is 90-50%, and in the exchange process (C) and (D), it is both 90%, and the conversion process
In (E) and (F), it seems to be about 90% and 85%, respectively, and since about 55 to 30% of the rotating mechanical energy taken in by the wind turbine is converted into electrical energy, this device is different from the conventional one. It has a conversion efficiency that is at least three times higher than that of a battery-type wind power generator.

ただし、風車によつて受けとられる風力エネル
ギー、すなわち前記(A)の変換効率を同一とした場
合のことであり、この装置においては前記したよ
うに風車を効率よく運転する制御方式がとられる
ことから、両者の総合効率の差はさらに大きくな
ることは明らかである。
However, this is assuming that the wind energy received by the wind turbine, that is, the conversion efficiency in (A) above, is the same, and this device uses a control method to operate the wind turbine efficiently as described above. Therefore, it is clear that the difference in overall efficiency between the two becomes even larger.

つぎにこの発明にかかる独立形発電プラントと
して運転する別の実施例装置について第2図の模
式説明図にもとづいて説明する。この別の実施例
装置において、さきに説明した実施例装置との差
異は、油圧アキユムレータ3の箇数が多くされて
いること、油圧モータに固定容量形ではなく可変
容量形油圧モータ14が用いられ、それによつて
回転駆動する発電機が交流発電機(図示のものは
三相用であるが単相のものでもよい)とされてい
ることである。その他の構成部分についてはそれ
ぞれさきの実施例と同様のものを用い、それらに
ついては同一番号をそれぞれ付し説明は省略す
る。
Next, another embodiment of the apparatus operated as an independent power generation plant according to the present invention will be explained based on the schematic explanatory diagram of FIG. 2. The difference between this other embodiment device and the previously described embodiment device is that the number of hydraulic accumulators 3 is increased, and a variable displacement hydraulic motor 14 is used instead of a fixed displacement type hydraulic motor. The generator rotated thereby is an alternating current generator (the one shown is a three-phase generator, but a single-phase generator may also be used). The other constituent parts are the same as those in the previous embodiment, and the same numbers are given to them, and the explanation thereof will be omitted.

この別の実施例においては、既存の電力線とは
別の独立発電プラントとして電力を送る独立形の
油圧アキユムレータ式風力発電システムを構成し
ており、負荷11の増加に対してはこのシステム
内で対応しなければならないことから、油圧アキ
ユムレータ3の箇数を多くして蓄圧エネルギー量
の増加をはかるとともに、電力負荷11の変動に
即応できるように、交流発電機15を駆動する油
圧モータには可変容量形油圧モータ14が用いら
れている。そして前記油圧モータ14は、たとえ
ば偏心量を0から偏位させることによつて1回転
当りの押し除け容積を連続的に増大させることが
できるようになされている。
In this other embodiment, an independent hydraulic accumulator type wind power generation system is configured to transmit power as an independent power generation plant separate from the existing power line, and an increase in load 11 can be handled within this system. Therefore, the number of hydraulic accumulators 3 is increased to increase the amount of stored energy, and the hydraulic motor that drives the alternator 15 is equipped with a variable capacity so that it can immediately respond to fluctuations in the electric power load 11. A type hydraulic motor 14 is used. The hydraulic motor 14 is configured such that the displacement volume per revolution can be continuously increased by, for example, varying the amount of eccentricity from 0.

高圧側油圧回路2′の回路圧力は、前記したよ
うに油圧アキユムレータ3の蓄圧状態で自動的に
きめられることとなるが、その変動幅はさほど大
きくないので、前記油圧モータ14の出力トルク
はほぼ前記押し除け容積に比例する。したがつて
電力負荷11が増大しかつ交流発電機15の負荷
がまし、それへの入力トルクの増大を必要とする
場合には、前記油圧モータ14の前記偏心量を増
加させることによつて前記押し除け容積を増加さ
せ、出力トルクが増すように制御して逆に電力負
荷11の軽減時、前記押し除け容積を減少させ出
力トルクが減るように制御すればよい。その方法
は、交流発電機15が一定の周波数に対応した定
速度にほぼ近い運転を行うよう回転計からの出力
信号によつて前記油圧モータ14の前記偏心量を
変化させる。
The circuit pressure of the high-pressure side hydraulic circuit 2' is automatically determined based on the pressure accumulation state of the hydraulic accumulator 3 as described above, but since the fluctuation range is not so large, the output torque of the hydraulic motor 14 is approximately It is proportional to the displacement volume. Therefore, when the power load 11 increases and the load on the alternator 15 increases, and it is necessary to increase the input torque thereto, the eccentricity of the hydraulic motor 14 is increased. The displacement volume may be increased to increase the output torque, and conversely, when the power load 11 is reduced, the displacement volume may be decreased and the output torque may be decreased. In this method, the amount of eccentricity of the hydraulic motor 14 is changed by the output signal from the tachometer so that the alternator 15 operates at a substantially constant speed corresponding to a certain frequency.

つぎに第1図に示した実施例において、その日
常運転を1日の中夜間を含む16時間は風エネルギ
ーを圧力エネルギーに変換して油圧アキユムレー
タ3に蓄積し、昼間の8時間は余剰を生ずれば蓄
積も行いながら誘導発電機5を固定容量形油圧モ
ータ4によつて駆動し、電力幹線6に5KWフラ
ツトの電力を供給するモードによつて行う場合の
油圧アキユムレータ3の容量についての試算例を
以下に示す。
Next, in the embodiment shown in Fig. 1, during daily operation, wind energy is converted into pressure energy and stored in the hydraulic accumulator 3 for 16 hours including the middle and night hours of the day, and surplus is generated for 8 hours during the day. An example of a trial calculation of the capacity of the hydraulic accumulator 3 when the induction generator 5 is driven by the fixed capacity hydraulic motor 4 while also accumulating, and the mode is used to supply 5KW flat power to the power main line 6. is shown below.

5KW×103NmS-1×m2/0.85※1×0.90※2×17.5※3×10
6N =3、74×10-4m3/S ……(イ) (3、74×10-4m3/S×8hr×3600S)×2/3 =7、17m3 ……(ロ) 7、17m3×4=28、7m3<4m×4m×2m
……(ハ) (イ)式は第1図に示した油圧アキユムレータ3か
ら固定容量形油圧モータ4に流れる圧油の毎秒当
りの所要油量を計算したものであり、※1は油圧
アキユムレータ3のエネルギー変換効率、※2は
固定容量形油圧モータ4の同様効率、※3は油圧
アキユムレータ3を圧力20MPa〜15MPaの間で
使用すると仮定しその平均をとつた値である。(ロ)
式は(イ)式により求めた圧油の毎秒当りの所要油量
から昼間8時間の運転に対する所要油量の2/3を
求め、それを夜間を含む16時間において油圧アキ
ユムレータ3に蓄積しておくべき圧油の油量とし
たものである。
5KW×10 3 NmS -1 ×m 2 /0.85* 1 ×0.90* 2 ×17.5* 3 ×10
6 N = 3, 74×10 -4 m 3 /S ... (a) (3, 74 x 10 -4 m 3 /S x 8hr x 3600S) x 2/3 = 7, 17m 3 ... (b) 7, 17m 3 × 4 = 28, 7m 3 <4m × 4m × 2m
...(C) Equation (B) is a calculation of the required amount of pressure oil per second flowing from the hydraulic accumulator 3 to the fixed capacity hydraulic motor 4 shown in Fig. The energy conversion efficiency *2 is the same efficiency as that of the fixed displacement hydraulic motor 4, *3 is the average value assuming that the hydraulic accumulator 3 is used at a pressure between 20 MPa and 15 MPa. (B)
The formula calculates 2/3 of the required oil amount for 8 hours of daytime operation from the required amount of pressure oil per second determined by equation (a), and stores it in the hydraulic accumulator 3 for 16 hours including nighttime. This is the amount of pressure oil that should be kept.

油圧アキユムレータにおいては一般にその称呼
容量の1/4程度が正味の蓄積圧油量とされている
から、油圧アキユムレータ3の所要称呼容量とし
ては(ハ)式にみられるとおり28.7m3となる。これを
たとえば地下に埋設する場合には4m×4m×2
m程度のスペースがあれば十分である。
In a hydraulic accumulator, the net accumulated pressure oil amount is generally about 1/4 of its nominal capacity, so the required nominal capacity of the hydraulic accumulator 3 is 28.7 m 3 as shown in equation (c). For example, if this is buried underground, 4m x 4m x 2
A space of about m is sufficient.

油圧アキユムレータを地下溝などに収容する地
下埋設形とすることによつてそれを外気の温度変
化から遮断し、安定した蓄圧を行うことができ
る。
By burying the hydraulic accumulator in an underground trench or the like, it is insulated from changes in the temperature of the outside air, and stable pressure accumulation can be achieved.

(G) 発明の効果 以上の説明によつて明らかなようにこの発明に
かかる風力発電装置においては、風力エネルギー
の第1変換過程において、風速変動に対してレス
ポンスの良好な制御を行うようにした可変容量形
油圧ポンプを使用していることから広い風速範囲
における風力エネルギーの捕捉効率が良好とな
る。
(G) Effect of the Invention As is clear from the above explanation, in the wind power generator according to the present invention, control with good response to wind speed fluctuations is performed in the first conversion process of wind energy. Since a variable displacement hydraulic pump is used, wind energy capture efficiency is good over a wide range of wind speeds.

なお以上説明した実施例においては横軸形のプ
ロペラ式風車を用いているが垂直軸形のたとえば
ダリウス式風車を用いることももちろん可能であ
る。
In the embodiments described above, a horizontal shaft type propeller type wind turbine is used, but it is of course possible to use a vertical shaft type, for example, a Darius type wind turbine.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明にかかる実施例、とくに既存
の電力網に組込んだ場合の実施例装置の模式説明
図、第2図は独立形発電プラントして運転する別
の実施例装置の模式説明図、第3図は三相誘導電
動機のトルク特性線図である。 1……風車(プロペラ式風車)、2……可変容
量形油圧ポンプ、3……油圧アキユムレータ、4
……油圧モータ(固定容量形油圧モータ)、5…
…発電機(誘導発電機または同期発電機)、6…
…電力網、11……電力負荷、12……風速計
(信号出力機構)、13……油圧ポンプ制御機構、
14……油圧モータ(可変容量形油圧モータ)、
15……発電機(交流発電機)、16……独立の
電力線。
Fig. 1 is a schematic explanatory diagram of an embodiment of the present invention, particularly an embodiment device when incorporated into an existing power grid, and Fig. 2 is a schematic explanatory diagram of another embodiment device operated as an independent power generation plant. , FIG. 3 is a torque characteristic diagram of a three-phase induction motor. 1...Windmill (propeller type windmill), 2...Variable displacement hydraulic pump, 3...Hydraulic accumulator, 4
...Hydraulic motor (fixed capacity hydraulic motor), 5...
... Generator (induction generator or synchronous generator), 6...
... Power grid, 11 ... Power load, 12 ... Anemometer (signal output mechanism), 13 ... Hydraulic pump control mechanism,
14...Hydraulic motor (variable displacement hydraulic motor),
15... Generator (AC generator), 16... Independent power line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 風車によつて駆動される可変容量形油圧ポン
プと、この油圧ポンプからの油圧を蓄積する油圧
アキユムレータと、この油圧アキユムレータに蓄
積された圧油により駆動される油圧モータと、こ
の油圧モータにより駆動され、発電を行う交流発
電機と、前記風車に作用する風速の自乗に比例す
る信号を出力する信号出力機構とこの信号出力機
構の出力信号に基づいて前記可変容量形油圧ポン
プの1回転当りの吐出量を制御する油圧ポンプ制
御機構とを備えたことを特徴とする風力発電装
置。 2 油圧モータを固定容量形油圧モータとすると
ともに、交流発電機を誘導発電機または同期発電
機とし、この誘導発電機もしくは同期発電機の出
力側を電力網につないだことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の風力発電装置。
[Claims] 1. A variable displacement hydraulic pump driven by a windmill, a hydraulic accumulator that accumulates hydraulic pressure from this hydraulic pump, and a hydraulic motor that is driven by the pressure oil accumulated in this hydraulic accumulator. , an alternator driven by the hydraulic motor to generate electricity; a signal output mechanism that outputs a signal proportional to the square of the wind speed acting on the wind turbine; A wind power generator comprising: a hydraulic pump control mechanism that controls the discharge amount per revolution of the pump. 2. A patent claim characterized in that the hydraulic motor is a fixed capacity hydraulic motor, the alternating current generator is an induction generator or a synchronous generator, and the output side of the induction generator or synchronous generator is connected to a power grid. The wind power generation device according to scope 1.
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