JPS62285636A - 独立型風力発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、風力１ネルギーを利用して発電した電力を蓄
電池に充電するとともに負荷に供給し、無電源地区など
における独立型の電源として使用される風力発電シス１
ムに関し、特に２電池の容量と負荷への電力供給の管理
を図ったものである。

（従来技術） かかる風力エネルギーを利用した風力発電シスｊムにお
いては、風力１ネルギーの１５質として、その変初周明
が辺く、また、季節的に片寄っていて長期間に亘って無
風状態のことがあることから、特に無電源（適用電力系
統が存在しない）地区などで電力の安定な供給を行なう
ための対応が必要となる。そして、通常、風力発電機に
より発電した電力は、バッファとしての蓄電池に光電さ
れるとともにＭＡに供給されるようにしているが、電力
の安定供給のために大容愚の１電池を用いることは、コ
スト、設置スペースの点で実用的でない。

また、風力発電機による発電電力を各１４速に対して最
大効率にて取得するためには、発電機の界磁電流を適宜
調整する必要があり、このための制御用電源としては一
般にＳ電池が用いられているが、蓄電池が何らかの叩出
で完全放電状態に陥いると、制御用の電力供給が行なわ
れず、人為的に充電を行なわない限り、システムの運転
が不可能になる、いわゆるシステムダウン状態となるこ
ともある。

このような事態を回避し電力を安定供給するには、蓄電
池の充放電特性を考慮して、その容量を適切に管理し、
かつ負荷への電力供給も必要に応じた間欠供給とすると
いった１ｌｉｌ＋＠が必要となり、また、万一、Ｎ電池
がゐＩＩｔｌＯ用電源として機能しなくなったとしても
、それをバツクアツプする殿能が要求される。

（発明の目的） 本発明は、上記技術課題を解消するもので、変！ｌＩ要
素の大きいエネルギーの供給と需要の条件下に、蓄電池
の充放電特性を考慮した適切な容量管理が容易に行なえ
、独Ｏ型の電源として、経済性１　　　　を維持しつつ
安定かつ確実に電力を取得するとともに負荷に供給する
ことができる独立型風力発電システムを提供することを
目的とする。

（発明の構成） 本発明は、風車の回転力を受けて駆動される自励同期発
電機の発／）電力を蓄電池に充電するとともに負荷に供
給するようにした独立型風力発電システムにおいて、風
Ｉｔよ調速機能を有する遠心ガバナを備え、自励同期発
電機は風車の回転数と発電目出力とに応じて界磁電流を
調整する界磁電流：ｇＩ整器を備え、蓄電池の容量管理
と負荷への間欠電力供給を行なうコントローラと、蓄電
池を入力電源として上記コントローラに対する電源とな
るｆｉ制御電源用」ンバータと、少なくともＦ記制御電
源用コンバータに対する補助電源となるシステムダウン
防１用太陽電欅とを備えたものである。

この構成により、１Ｉ１１御用の電力供給が不能になる
ことはなくなり、したがって、蓄電池が完全放電状態に
なってシステムダウン状態となるといったことは確実に
防止され、常に安定した電力取得が図れる。

（実施例） 第１図は本発明システムの一実施例構成を示し、風力エ
ネルギーを受けて、回転駆動されるｌｉｔ中１は遠心ガ
バナにより調速されているもので、この風ｆ１１の出力
軸２には界磁電流の調整された自励ｊＩＪ１期発電機３
が連結され、この発電機３の出力にはダイオード等でな
る整流器４を介して出力ライン５が設けられ、その一端
には蓄電池６が接続されるとともに、蓄電池６と並列的
に負荷開閉器７を介してｉ荷８が接続されている。

また、上記発電機３の出力には整流器９を介して界磁」
イル１０とこの界磁コイル１０１．：流れる界磁電流を
ｔ、１１１１するスイッチング素Ｆｉｌとが直ｌＡ１に
接続される一方、Ｉ！４１市１の回転数を検出する回転
数セン勺１２からの検出信号と出力ライン５に設けられ
た電流検出器１３からの出力電流検出値と電圧検出部１
４からの検出電圧値とが人力され、上記スイッチング素
子１１を駆動する界ｔａ電流調整器１５が設けられてい
る。

さらに、上記蓄電池６の容量管理と負荷８ヘブログラ？
プルな間欠電力供給を行なうコントローラ１６が備えら
れ、このコントローラ１６には蓄電池６の電解液の比重
を検知する比重センサ１７からの検出信号およびＧ　’
Ｆ雷電圧入力されることにより、蓄電池６の充放電状態
を砧知しながら負ＴＩ開閉器７を開謂１υ制御して貴信
８へ適正に電力供給が行なわれるようにしている。

また、蓄電池６の端子には蓄電池６を入力電源としたＤ
Ｃ−ＤＣｊンバータ１８が接続され、この」ンバータ１
８の出力が上記コントローラ１６および界磁？１！流調
整器１５の制ｔ１１電源となっている、。

また、太陽光を受けて発電する太陽電池１９はシステム
ダウン防止用の補助電源であって、この太陽電池１９の
出力は整流器２０を介して出力ライン５すなわら′７に
電池６に接続されている。この太陽電池１９の出力端に
は蓄電池６の端子電圧を検出し、その電圧が所定嬢以上
に達した時、その過充電を防止するための過充電防止回
路２１が没けられている。

次に上記構成の作用を説明する、。

風力エネルギーを受けて）感型１は遠心ガバナにより調
速され、その出力軸２により発電機３のロータを駆動せ
しめる。界磁」イル１０には初期に所定の励磁を行ない
、発電機３が発電を開始した後においては、回転数セン
サ１２からの回転数と発電機３の出力電流および電圧と
に基づき界１ａ′Ｒ流調整器１５が界磁電流を調整し、
発電機３は所定の発電を行なう。この発電機３の出力゛
層流は出力ライン５を経て蓄電池６に充電され、また、
コントローラ１６により負間開ｒ！ｌ器７が閉路中は負
荷８に供給される。

また、コントローラ１６は蓄電池６の容が状態すなわら
、充放電状況を端Ｆ電圧と比１センサ１７による電解液
比重を検知し、これに基づき負荷開閉器７を開閉制御し
、蓄電池６の過放電等を防止する。

また、上記風力発電と並行してもしくは中独で太陽電池
１９により発電された電力ら蓄電池６に充電され、また
、過充電防止回路２１により蓄電池６の端７−電圧を検
知し、蓄電池６の過充電が防止される。

次に一般の蓄電池の充放電特性につき第２図〜第５図に
より説明すると、第２図、第３図は充電特性であって、
各種の充？４電流における充電時間に刑する喘Ｆ電圧と
電解液比重との関係を示し、第４図、第５図は蓄電池の
放電特性であって、それぞれ各種の放電電流における放
電持続時間に対する端Ｆ７４圧と電解液比重との関係を
示している。

これらの図において、充放電電流の単位として、例えば
１Ｃは１時間−〇規定の容ＳをＷ４′ｅＲする電気量を
示し、０．０５Ｇは２０時１ｍで規定の容量を消費する
１！気量を示す。また、蓄゛（池はその定格端Ｔ電圧が
１２ボルトで、充電時に端子電圧が約１６ボルト、電解
液比重が約１．２４を越えると充電は満杯となり、また
放電時に、電解液比重が１．２０〜１．２２よりも下が
ると蓄電池の残存容量かないものと判断すべき仕様のも
ので示している。

これらの第２図、第３図から判るように蓄電池の充電特
性では端Ｆ電圧を検知することにより、充電状態を容易
に確認することができ、また第４図、第５図から判るよ
うに、放電特性では変化幅の大きい電解液比重を検知す
ることにより、確実に残存容堡を確認することができる
。

蓄電池は一般に上記のごとき充放電特性を有し、しかも
放電深度を深くしたｉｌｌ、ｉ充放電的な使用方法は蓄
電池の寿命を著しく短くし、また、蓄電池の液温、放電
時間率により使用可能な容量が著しく変動し、ざらには
充放電時の比重、＠′ｒ−電圧が液温、充放電時ｒｒ；
＋＊によって著しく変動するといった特性を有する。

したがって、本実施例において、蓄電池６からＣＩ！４
向８への電力供給は蓄電池６の比重と電圧の２系統の物
理量をも知しながらコントローラ１６によりプログラム
して間欠的に行ない、しかも負荷８への電力供給停止時
には可能な限り発電Ｒ３あるいは太陽電池１９による発
電電力にて蓄電池６へ充電を行ない、蓄Ｔｓ　ｉｔ！！
６の容量変化を少なくする。例えば蓄電池６の放電深度
を５０％以下とし、また負荷８への最大′Ｆ１流は０．
０５Ｃ以下とし、さらには、放電時は主として電解液の
比重で容認を検出し、充電時を二ｇＡＦ電圧を検知する
ことにより、過電圧の防止を行ないつつ充電末期の電流
を小さくすることが望ましい。なお、負荷８への間欠電
力供給であっても夜間の照明、テレビ、ラジオなど特定
の時間帯でのみ電力が必要な負荷には有効な使い方がで
きる。

なお、太陽電池１９の出力は少なくとらＤＣ−ＤＣコン
バータ１８に対する補助電源として機能するように設け
ればよく、この」ンバータ１８からコントローラ１６お
よび界１ａ電流調整器１５にｉ、Ｉ＋御電源が供給され
ると、システムが正常に芸能し、風力エネルギーを確実
に利用することができ、ひいては蓄電池６が完全放電状
態になるといったことが防止され、人容量の蓄電池を用
いるこモなく、経済性をもって常に安定した電力取１″
１および負荷への電力供給が可能となる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、風力発電による発生電力
を蓄電池に充電するとともに０荷に供給するようにした
システムにおいて、コントローラにて蓄電池の容量管理
と負荷への間欠電力供給を行ない、かつこの」ントロー
ラに対する電源としてのＩｌ’ｌｌｌ電源用コンバータ
に対し補助＠源としてシステムダウン防止用の太陽電池
を備えているので、蓄電池の充放電特性等を考慮してそ
の容量管理を適正に行なうことが容易であって、高価な
大容量の蓄電池を用いる必要がなく、変ｖＪａ素の大ぎ
い風力エネルギーを有効に経済性をもって利用すること
ができ、しかも蓄電池が完全ｔｌｉ電となってシステム
ダウンの状態になるといったことは確実に防止され、常
に安定して電力を取得するとと６に、負荷に必要に応じ
て供給することができ、電源事情の悪い地域における独
立電源として有用な乙のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の独ｆｆ’ｓ！１＠力発電システムの一
実施例による構成図、第２図、第３図は通常の蓄電池の
充電特杓図、第４図、第５図は通常の蓄電池の放電特性
図である。 １・・・肩車、３・・・自励開明発電機１．６・・・Ｍ
電池、７・・・真向開閉器、８・・・負荷、１０・・・
界磁コイル、１２・・・回転数センサ、１３・・・電流
検出器、１４・・・電圧検出部、１５・・・！１９６ｆ
ｌ電流調整器、１６・・・コントローラ、１７・・・比
重センサ、１８・・・ＤＣ−ＤＣ」ンバータ（制６１１
電源用」ンバータ）、１９・・・太陽電池。 特許出願人　　　　　ヤマハ発動機株式会社代　理　人
　　　　　弁理士　　　小谷悦司同　　　　　　　弁理
士　　　長１）１同　　　　　　　弁理士　　　板谷康
夫派　　　　　萼十−田（〉） す　　９ 誓士シ１３：ｌ（＞） 公　さ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、風車の回転力を受けて駆動される自励同期発電機の
   発生電力を蓄電池に充電するとともに負荷に供給するよ
   うにした独立型風力発電システムにおいて、風車は調速
   機能を有する遠心ガバナを備え、自励同期発電機は風車
   の回転数と発電機出力とに応じて界磁電流を調整する界
   磁電流調整器を備え、蓄電池の容量管理と負荷への間欠
   電力供給を行なうコントローラと、蓄電池を入力電源と
   して上記コントローラに対する電源となる制御電源用コ
   ンバータと、少なくとも上記制御電源用コンバータに対
   する補助電源となるシステムダウン防止用太陽電池とを
   備えたことを特徴とする独立型風力発電システム。