JPH11299106A - 風力発電出力安定化方法及び装置 - Google Patents

風力発電出力安定化方法及び装置

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JPH11299106A
JPH11299106A JP10102797A JP10279798A JPH11299106A JP H11299106 A JPH11299106 A JP H11299106A JP 10102797 A JP10102797 A JP 10102797A JP 10279798 A JP10279798 A JP 10279798A JP H11299106 A JPH11299106 A JP H11299106A
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風力発電機から電力線へ給電する電力の安定
化を図ることを目的としている。 【解決手段】 風力発電機３から電力線７へ給電すべき
発生電力を検知する電力検知器８と、風力発電機３の発
生電力を蓄電池９へ給電し得るコンバータ１０と、蓄電
池９に蓄えられた電力を電力線７へ給電し得るインバー
タ１１と、電力検知器８からの信号８ｓに基づき風力発
電機３の微小単位時間内における発生電力の平均値を求
める演算器１２と、演算器１２からの信号１２ｓ及び電
力検知器８からの信号８ｓに基づきコンバータ１０ある
いはインバータ１１を択一的に作動させる制御器１３と
を備え、微小単位時間内における平均値に応じて風力発
電機３の発生電力の超過分を蓄電池９に蓄え、また、風
力発電機３の発生電力の不足分を蓄電池９から電力線７
へ給電する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は風力発電出力安定化
方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自然界に存在するエネルギーを電
力に変換する手段のひとつとして、風力発電が実施され
ている。
【０００３】図６は風力発電を適用した発電設備の一例
であり、この発電設備は、風力を受けるプロペラ１で交
流発電機本体２を駆動する風力発電機３と、ディーゼル
機関４で交流発電機本体５を駆動するディーゼル発電機
６とを備え、両発電機３，６の発生電力を、同一の電力
線７を介して需要対象へ給電するように構成されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図６に示す発電設備で
は、ディーゼル発電機６の発生電力は、ディーゼル機関
４の出力で定まるが、風力発電機３の発生電力は、風力
変化に応じて図３に示すように変動するので、出力電圧
及び周波数が不安定になる。
【０００５】このため、風力発電機３の出力に応じてデ
ィーゼル機関４の出力及び回転数を調整し、需要対象へ
給電すべき電力の安定化を図るか、あるいは、風力発電
機３の定格発生電力をディーゼル発電機６の定格発生電
力の１０〜１５％程度以下として、需要対象へ給電され
るべき電力が顕著な変動を呈しないようにする必要があ
る。
【０００６】本発明は上述した実情に鑑みてなしたもの
で、風力発電機から電力線へ給電する電力の安定化を図
り、電圧及び周波数の変動を抑止することを目的として
いる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に記載の風力発電出力安定化方法
では、風力発電機から電力線へ給電すべき発生電力の変
動を微小単位時間ごとに計測して微小単位時間内におけ
る風力発電機の発生電力の平均値を求め、現時点での風
力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を
上回った際に、当該発生電力の平均値に等しい分を電力
線へ給電し且つ発生電力の平均値を上回った分を電力貯
蔵手段に蓄え、現時点での風力発電機の発生電力が微小
単位時間内における平均値を下回った際に、発生電力の
全てを電力線へ給電し且つ発生電力の平均値を下回った
分を電力貯蔵手段から電力線へ給電する。
【０００８】本発明の請求項２に記載の風力発電出力安
定化装置では、風力発電機から電力線へ給電すべき発生
電力を検知する電力検知器と、風力発電機の発生電力を
蓄電池へ給電し得るコンバータと、蓄電池に蓄えられた
電力を電力線へ給電し得るインバータと、前記の電力検
知器からの電力検知信号に基づき微小単位時間内におけ
る風力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該
演算器からの電力平均値信号及び電力検知器からの電力
検知信号に基づきコンバータあるいはインバータを択一
的に作動させる制御器とを備えている。
【０００９】本発明の請求項３に記載の風力発電出力安
定化装置では、風力発電機から電力線へ給電すべき発生
電力を検知する電力検知器と、風力発電機の発生電力を
蓄電池へ給電し得られ且つ蓄電池に蓄えられた電力を電
力線へ給電し得る双方向電力変換手段と、前記の電力検
知器からの電力検知信号に基づき微小単位時間内におけ
る風力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該
演算器からの電力平均値信号及び電力検知器からの電力
検知信号に基づき双方向電力変換手段を作動させる制御
器とを備えている。
【００１０】本発明の請求項４に記載の風力発電出力安
定化装置では、風力発電機から電力線へ給電すべき発生
電力を検知する電力検知器と、モータ兼用発電機の二次
巻線の励磁状態を変化させることにより風力発電機の発
生電力を回転エネルギーに変換して蓄え得られ且つ当該
回転エネルギーを電力に変換して電力線へ給電し得るフ
ライホィール方式の電力貯蔵手段と、前記の電力検知器
からの電力検知信号に基づき微小単位時間内における風
力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該演算
器からの微小単位時間内の電力平均値信号及び電力検知
器からの電力検知信号に基づき電力貯蔵手段のモータ兼
用発電機の二次巻線の励磁状態を調整する制御器とを備
えている。
【００１１】本発明の請求項１に記載の風力発電出力安
定化方法においては、現時点での風力発電機の発生電力
と微小単位時間内における発生電力の平均値とを対比し
て、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の
発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分の電
力を電力貯蔵手段に蓄え、また、微小単位時間内におけ
る平均値よりも風力発電機の発生電力が低くなったとき
に、平均値に対して不足する分の電力を電力貯蔵手段か
ら電力線へ給電して、該給電線へ給電すべき電力の安定
化を図る。
【００１２】本発明の請求項２に記載の風力発電出力安
定化装置においては、現時点での風力発電機の発生電力
と微小単位時間内における発生電力の平均値とに基づ
き、制御器がコンバータあるいはインバータを作動さ
せ、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の
発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分の電
力をコンバータを介して蓄電池に蓄え、また、微小単位
時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低
くなったときに、平均値に対して不足する分の電力を蓄
電池からインバータを介して電力線へ給電して、該電力
線へ給電すべき電力の安定化を図る。
【００１３】本発明の請求項３に記載の風力発電出力安
定化装置においては、現時点での風力発電機の発生電力
と微小単位時間内における発生電力の平均値とに基づ
き、制御器が双方向電力変換手段を作動させ、微小単位
時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が高
くなったときに、平均値を超過する分の電力を双方向電
力変換手段を介して蓄電池に蓄え、また、微小単位時間
内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低くな
ったときに、平均値に対して不足する分の電力を蓄電池
から電力変換手段を介して電力線へ給電して、該電力線
へ給電すべき電力の安定化を図る。
【００１４】本発明の請求項４に記載の風力発電出力安
定化装置においては、現時点での風力発電機の発生電力
と微小単位時間内における発生電力の平均値とに基づ
き、制御器が電力貯蔵手段のモータ兼用発電機の二次巻
線の励磁状態を調整し、微小単位時間内における平均値
よりも風力発電機の発生電力が高くなったときに、平均
値を超過する分の電力を回転エネルギーに変換して電力
貯蔵手段に蓄え、また、微小単位時間内における平均値
よりも風力発電機の発生電力が低くなったときに、平均
値に対して不足する分の電力を電力貯蔵手段の回転エネ
ルギーを電力に変化することにより電力線へ給電して、
該電力線へ給電すべき電力の安定化を図る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。
【００１６】図１は本発明の風力発電出力安定化装置の
実施の形態の第１の例であり、図中、図６と同一の符号
を付した部分は同一物を表している。
【００１７】この風力発電安定化装置は、電力検知器
８、蓄電池９、コンバータ１０、インバータ１１、演算
器１２、及び制御器１３を備えている。
【００１８】電力検知器８は、風力発電機３から電力線
７へ給電すべき発生電力（ｋＷ）を検知して、電力検知
信号８ｓを出力するようになっている。
【００１９】コンバータ１０は、作動信号１０ｓが入力
された際に、風力発電機３の発生電力を直流に変換し
て、蓄電池９へ給電するように構成されている。
【００２０】インバータ１１は、作動信号１１ｓが入力
された際に、蓄電池９に蓄えられている電力を交流に逆
変換して、電力線７へ給電するように構成されている。
【００２１】演算器１２は、電力検知器８からの電力検
知信号８ｓに基づき、交流発電機本体２の発生電力の変
動を微小単位時間（例えば１／１００秒）ごとに計測し
て微小単位時間内における発生電力の平均値を求め、電
力平均値信号１２ｓを出力するように構成されている。
【００２２】制御器１３は、演算器１２からの電力平均
値信号１２ｓ及び電力検知器８からの電力検知信号８ｓ
に基づき、コンバータ１０あるいはインバータ１１へ作
動信号１０ｓ，１１ｓを出力するように構成されてい
る。
【００２３】図１に示す風力発電出力安定化装置では、
電力検知器８からの電力検知信号８ｓに基づき、演算器
１２によって、微小単位時間内における風力発電機３の
発生電力を求め、演算器１２から制御器１３に対して電
力平均値信号１２ｓを出力する。
【００２４】更に、演算器１２からの電力平均値信号１
２ｓ及び前記の電力検知信号８ｓに基づき、制御器１３
によって、現時点での風力発電機３の発生電力と微小単
位時間内における発生電力平均値とを対比する。
【００２５】現時点での風力発電機３の発生電力が、微
小単位時間内における平均値よりも高くなっている場合
には、制御器１３がコンバータ１０に作動信号１０ｓを
出力し、平均値を超過する分の発生電力を、コンバータ
１０により直流に変換して蓄電池９に蓄える。
【００２６】現時点での風力発電機３の発生電力が、微
小単位時間内における平均値よりも低くなっている場合
には、制御器１３がインバータ１１に作動信号１１ｓを
出力し、平均値に対して不足する分の電力を、蓄電池９
の電力を交流に逆変換して電力線７へ給電する。
【００２７】すなわち、風力発電機３の発生電力が図３
に示すように変動すると、蓄電池９の電力の貯蔵及び放
出が図４に示すように風力発電機３の発生電力の変動に
応じて逆位相で行われ、これにより、電力線７へ給電さ
れる電力が図５に示すように安定化され、よって、需要
対象に給電すべき電力の電圧及び周波数の変動を抑制す
ることができる。
【００２８】図２は本発明の風力発電出力安定化装置の
実施の形態の第２の例であり、図中、図１と同一の符号
を付した部分は同一物を表している。
【００２９】この風力発電出力安定化装置は、電力検知
器８、フライホィール方式の電力貯蔵手段１４、演算器
１２、及び制御器１５を備えている。
【００３０】電力貯蔵手段１４は、回転軸にフライホィ
ール１６が取り付けられたモータ兼用発電機１７と、該
モータ兼用発電機１７の二次巻線へ励磁電流１７ｓを給
電するための励磁用インバータ１８とを有している。
【００３１】この電力貯蔵手段１４は、モータ兼用発電
機１７の二次巻線の励磁状態をモータ設定にすると、風
力発電機３の発生電力がフライホィール１６の回転エネ
ルギーに変換されて蓄えられ、また、モータ兼用発電機
１７の二次巻線の励磁状態を発電機設定にすると、フラ
イホィール１６の回転エネルギーが電力に変換されて電
力線７へ給電されるように構成されている。
【００３２】制御器１５は、演算器１２からの電力平均
値信号１２ｓ及び電力検知器８からの電力検知信号８ｓ
に基づき、電力貯蔵手段１４の励磁用インバータ１８へ
作動信号１８ｓを出力するように構成されている。
【００３３】図２に示す風力発電出力安定化装置では、
電力検知器８からの電力検知信号８ｓに基づき、演算器
１２によって、微小単位時間内における風力発電機３の
発生電力を求め、演算器１２から制御器１５に対して電
力平均値信号１２ｓを出力する。
【００３４】更に、演算器１２からの電力平均値信号１
２ｓ及び前記の電力検知信号８ｓに基づき、制御器１５
によって、現時点での風力発電機３の発生電力と微小単
位時間内における発生電力平均値とを対比する。
【００３５】現時点での風力発電機３の発生電力が、微
小単位時間内における平均値よりも高くなっている場合
には、制御器１５が励磁用インバータ１８に作動信号１
８ｓを出力して、モータ兼用発電機１７の二次巻線の励
磁状態をモータ設定とし、平均値を超過する分の電力
を、モータ兼用発電機１７で回転エネルギーに変換する
ことによりフライホィール１６を回転させる。
【００３６】現時点での風力発電機３の発生電力が、微
小単位時間内における平均値よりも低くなっている場合
には、制御器１５が励磁用インバータ１８に作動信号１
８ｓを出力して、モータ兼用発電機１７の二次巻線の励
磁状態を発電機設定とし、平均値に対して不足する分の
電力を、フライホィール１６の回転エネルギーを電力に
変換して電力線７へ給電する。
【００３７】すなわち、風力発電機３の発生電力が図３
に示すように変動すると、電力貯蔵手段１４の電力の貯
蔵及び放出が図４に示すように風力発電機３の発生電力
の変動に応じて逆位相で行われ、これにより、電力線７
へ給電される電力が図５に示すように安定化され、よっ
て、需要対象に給電すべき電力の電圧及び周波数の変化
を抑制することができる。
【００３８】なお、本発明の風力発電出力安定化方法及
び装置は上述した実施の形態のみに限定されるものでは
なく、図１におけるコンバータ１０及びインバータ１１
に替えてコンバータ１０とインバータ１１とを一体化し
た双方向電力変換手段を用いた構成とすること、その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更
を加え得ることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように本発明の風力発電出力
安定化方法及び装置によれば、下記のような種々の優れ
た効果を奏し得る。
【００４０】（１） 本発明の請求項１に記載の風力発
電出力安定化方法においては、現時点での風力発電機の
発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値と
を対比して、微小単位時間内における平均値よりも風力
発電機の発生電力が高くなったときに、平均値を超過す
る分の電力を電力貯蔵手段に蓄え、また、微小単位時間
内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低くな
ったときに、平均値に対して不足する分の電力を電力貯
蔵手段から電力線へ給電するので、該給電線へ給電すべ
き電力の安定化が図られ、需要対象に給電すべき電力の
電圧及び周波数の変化を抑制することができる。
【００４１】（２） 本発明の請求項２に記載の風力発
電出力安定化装置においては、現時点での風力発電機の
発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値と
に基づき、制御器がコンバータあるいはインバータを作
動させ、微小単位時間内における平均値よりも風力発電
機の発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分
の電力をコンバータを介して蓄電池に蓄え、また、微小
単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力
が低くなったときに、平均値に対して不足する分の電力
を蓄電池からインバータを介して電力線へ給電するの
で、該電力線へ給電すべき電力の安定化が図られ、需要
対象へ給電すべき電力の電圧及び周波数の変化を抑制す
ることができる。
【００４２】（３） 本発明の請求項３に記載の風力発
電出力安定化装置においては、現時点での風力発電機の
発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値と
に基づき、制御器が双方向電力変換手段を作動させ、微
小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電
力が高くなったときに、平均値を超過する分の電力を双
方向電力変換手段を介して蓄電池に蓄え、また、微小単
位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が
低くなったときに、平均値に対して不足する分の電力を
蓄電池から双方向電力変換手段を介して電力線へ給電す
るので、該電力線へ給電すべき電力の安定化が図られ、
需要対象へ給電すべき電力の電圧及び周波数の変化を抑
制することができる。
【００４３】（４） 本発明の請求項４に記載の風力発
電出力安定化装置においては、現時点での風力発電機の
発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値と
に基づき、制御器が電力貯蔵手段のモータ兼用発電機の
二次巻線の励磁状態を調整し、微小単位時間内における
平均値よりも風力発電機の発生電力が高くなったとき
に、平均値を超過する分の電力を回転エネルギーに変換
して電力貯蔵手段に蓄え、また、微小単位時間内におけ
る平均値よりも風力発電機の発生電力が低くなったとき
に、平均値に対して不足する分の電力を電力貯蔵手段の
回転エネルギーを電力に変化することにより電力線へ給
電するので、該電力線へ給電すべき電力の安定化を図ら
れ、需要対象へ給電すべき電力の電圧及び周波数の変化
を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の風力発電出力安定化装置の実施の形態
の第１の例の概念図である。
【図２】本発明の風力発電出力安定化装置の実施の形態
の第２の例の概念図である。
【図３】風力発電機の発生電力の経時変化を示すグラフ
である。
【図４】電力貯蔵手段における電力の貯蔵及び放出の経
時変化を示すグラフである。
【図５】電力線へ給電される電力の経時変化を示すグラ
フである。
【図６】風力発電を適用した発電設備の一例の概念図で
ある。
【符号の説明】
３ 風力発電機 ７ 電力線 ８ 電力検知器 ８ｓ 電力検知信号 ９ 蓄電池（電力貯蔵手段） １０ コンバータ １１ インバータ １２ 演算器 １２ｓ 電力平均値信号 １３ 制御器 １４ 電力貯蔵手段 １５ 制御器 １６ フライホィール １７ モータ兼用発電機

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 風力発電機から電力線へ給電すべき発生
    電力の変動を微小単位時間ごとに計測して微小単位時間
    内における風力発電機の発生電力の平均値を求め、現時
    点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における
    平均値を上回った際に、当該発生電力の平均値に等しい
    分を電力線へ給電し且つ発生電力の平均値を上回った分
    を電力貯蔵手段に蓄え、現時点での風力発電機の発生電
    力が微小単位時間内における平均値を下回った際に、発
    生電力の全てを電力線へ給電し且つ発生電力の平均値を
    下回った分を電力貯蔵手段から電力線へ給電することを
    特徴とする風力発電出力安定化方法。
  2. 【請求項２】 風力発電機から電力線へ給電すべき発生
    電力を検知する電力検知器と、風力発電機の発生電力を
    蓄電池へ給電し得るコンバータと、蓄電池に蓄えられた
    電力を電力線へ給電し得るインバータと、前記の電力検
    知器からの電力検知信号に基づき微小単位時間内におけ
    る風力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該
    演算器からの電力平均値信号及び電力検知器からの電力
    検知信号に基づきコンバータあるいはインバータを択一
    的に作動させる制御器とを備えてなることを特徴とする
    風力発電出力安定化装置。
  3. 【請求項３】 風力発電機から電力線へ給電すべき発生
    電力を検知する電力検知器と、風力発電機の発生電力を
    蓄電池へ給電し得られ且つ蓄電池に蓄えられた電力を電
    力線へ給電し得る双方向電力変換手段と、前記の電力検
    知器からの電力検知信号に基づき微小単位時間内におけ
    る風力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該
    演算器からの電力平均値信号及び電力検知器からの電力
    検知信号に基づき双方向電力変換手段を作動させる制御
    器とを備えてなることを特徴とする風力発電出力安定化
    装置。
  4. 【請求項４】 風力発電機から電力線へ給電すべき発生
    電力を検知する電力検知器と、モータ兼用発電機の二次
    巻線の励磁状態を変化させることにより風力発電機の発
    生電力を回転エネルギーに変換して蓄え得られ且つ当該
    回転エネルギーを電力に変換して電力線へ給電し得るフ
    ライホィール方式の電力貯蔵手段と、前記の電力検知器
    からの電力検知信号に基づき微小単位時間内における風
    力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該演算
    器からの微小単位時間内の電力平均値信号及び電力検知
    器からの電力検知信号に基づき電力貯蔵手段のモータ兼
    用発電機の二次巻線の励磁状態を調整する制御器とを備
    えてなることを特徴とする風力発電出力安定化装置。
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