JPS6258061A

JPS6258061A - 風力発電装置

Info

Publication number: JPS6258061A
Application number: JP60198194A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tokura; 戸倉　賢治; Ikuo Watanabe; 郁夫渡辺
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1985-09-07
Filing date: 1985-09-07
Publication date: 1987-03-13

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】（産業上の利用分野）この発明は風力発電装置に関し、特に風車特性に合致し
た高効率、簡易且つ安価な風力発電装置に関するもので
ある。

（従来の技術）無電化地域や離島地域における電源確保を目的として、
例えば、風力発電や太陽電池発電等が採用されている。

風力発電は風力により風車を回転させ、発電機を駆動さ
せることにより電力を得るものであるが、風力エネルギ
ーを効果的に取得するためには、種々の方策が必要であ
る。　　　゛例えば、風力エネルギーを有効に活用する
ために、ピッチをコントロールする方式や発電機特性に
合致した風力発電装置が提案されている。即ち、風速を
別途検出し、この検出した風速情報を基にして風車を制
御する方式や風力エネルギーに基づいて風車の受風面積
を制御する方式を採用した風力発電装置が実用化されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、別途設置した風速計で得られる風速情報
と風車自身が受ける風速情報とは必ずしも一致している
わけではないため、前者の風速計に基づく風車制御方式
では高精度、高効率な制御は困難である。

また、風力エネルギーに応じて受風面積を制御する後者
の方式も、風車特性を充分に活用したものとは云えず、
効率の面で問題があるばかりでなく構成も複雑なもので
あった。

ところで、風力発電機で使用されている出力電圧を一定
に制御する自励発電機においては、起動後回転速度が上
昇して電圧が確立される迄の成る回転速度で損失がピー
ク点をもっていることは良く知られでいる。しかし、風
速は天候、季節、時間等の条件によって大きく変動し、
風速が小さい場合には、この損失を克服して′１匡圧を
確立せしめ、負荷に電力を安定して供給することができ
る回転速度に達するための充分な風力エネルギーが得ら
れないことがある。

従って、このときには風車運転は安定状態に至らず円滑
な運転、起動を困難とする。また、通常の発電機を用い
ランプ、ヒーター、バッテリー等の各種の負荷に電力を
供給する場合、負荷状態に基づく要求電力と、風力エネ
ルギーによる供給電力とが一致することは殆どなく、風
車特性に合せて最適点で風力エネルギーを取得すること
ができず、高効率運転が困難である。

また、発電機は通常磁極の残留磁束により自己の正帰還
作用によって、起動時に電圧を確立するが、発電機に接
続されている負荷容量が大きい場合には、この電圧の確
立が困難である。

この発明は前記の点に鑑みて為されたもので、風車特性
に合致した最大出力制御を可能にするとともに、低風速
条件においてもエネルギー取得を可能とし、もって風車
の小型化、簡素化を計り経済性を向上せしめる風力発電
装置を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）この発明は＋１ｆ記の問題点を解決するために、風車の
回転により発電へを駆動して電力を発生する風力発電装
置において、首記風車の回転速度を検出する回転速度検
出器と、前記検出された回転速度に基づいて前記発電機
の出力開度に流れる出力電流を予め定めた値に制御する
界磁調整器と、前記発電機の発電開始時に界磁巻線に初
期電流を供給する初期励磁用電源とを備えることを特徴
とするものである。

（作用）この発明では、回転速度検出器で風車の回転速度を検出
し、この検出された回転速度に基づいて界磁５１整器で
、風車で駆動する発電機の出力巻線に流れる出力電流を
予め定めた値に制御する。これにより、発電機の出力を
風車の最適値に合せて出力させることが可能になる。

そして、発電機の発電開始時に界＠巻線に初期励磁用電
源から初期電流を供給する。また、予め設定した発電開
始回転速度に発電機回転速度が達するまでは、界磁巻線
に界磁電流を供給しないため、発電開始回転速度以下で
は、発電機の損失は機械損のみとなるため、円滑な起動
が可能になる。

（実施例）以下、この発明の一実施例を添付図面に基づいて詳細に
説明する。第１図はこの発明による風力発電装置の構成
例を示すブロック図である。風力により回転する風車ｌ
の回転力は発電機２に伝達され、発電機２からは交流出
力が発生する。この発電機２の出力は！！！流器３を通
って直流電力に変換された後、ランプ、ヒーター等の負
荷４に供給される。回転速度検出器５は風車１の回転速
度を検出し、回転速度情報、とじて界磁Ａ祭器６に出力
する。界磁調整器６は！Ｉ流器３の出力をシャント７を
用いて得られた出力信号と、電圧検出器で得られた出力
信号とを受け、これらを発電機２の出力電流を制御する
ために、界磁巻線２１を調整するための基礎情報として
用いる。

初Ｊｕｌ＋励磁用電源であるバッテリー８は発電機２が
発電回転開始速度に達したときに、発電機出力電圧を確
立させるためのエネルギーを付学するための電源で、補
助励磁抵抗９を介して界磁５！！整器６へ接続され、界
磁巻線２１に前記エネルギーを午える界磁電流を供給す
る。

また、前記発電開始回転速度に達するまでは、１〕「記
界磁巻線２１に界磁電流を供給しないため、前記発電開
始回転速度以下では発電機の損失は機械損のみに軽減さ
れる。これにより、風車負荷が軽減され、円滑な起動・
発電開始が可能となる。

逆流防止ダイオード１０はバッテリー８からの電力が負
荷側に流れ込まないようにするためのものである。

次に、前記した損失に基つく発電機起動の障害を克服す
る点について以下説明１−る。第２図は発′１Ｌ機２（
ここでは通常の出力電圧を一定に一重部する自励発電機
）の無負荷損失特性を示すもので、横軸が駆動回転速度
（Ｑｉ位回転速度はａとする）、縦軸が損失（単位損失
をＬとする）をそれ＋わ示す。

第２図に示す損失としては、銅損くいわゆる抵抗損で電
流の二乗に比例する）、機械損（風損）及び鉄損（うず
電流により発生ずる）十漂遊負荷Ｈ１の３種類があり、
これらの損失を合算した全損失をみれば明らかなように
、起動後の回転速度ａ近辺（通常８００〜ｌｌｏｏｒｐ
ｍ　）の回転速度において、損失がピーク値をもつ。

また、第３図は自励発電機の無負荷電圧特性を示す。こ
の発電機はＡＶＲ（自動電圧調整器）をもつもので、横
１袖が駆動回転速度を、縦軸が出力電圧ＥＯ（中１位電
圧をＥとする）と界磁電流１［（中位７Ｌ流をｉとする
）を示す。第３図からも明らかなように出力電圧は回転
速度のＦ′ｊ／−に伴ってに昇する（但し、ＡＶＲの機
能によって途中から一定′、を圧に維持される）が、駆
動回転速度がａ近辺において界磁電流ｉｒはピーク値を
もつ。この関係は第２　ｒｍと同様理由に基づくことは
明らかである。

前記発電機自身の損失の存在により、従来は円滑な発電
機の起動は困難であったが、この発明では回転電圧の検
出によって発電開始回転速度以ドでは界磁電流を供給し
ないため、損失が軽減され、円滑な起動、運転効率の向
上か可能となる。

第４図には、プロペラ型のプレートをもつ風車について
、風速Ｖ　Ｉ　ＮＶ　＋２　（ＩＩＩ／Ｓ　）をパラメ
ータとしたロータ軸出力ｐとロータ回転速度Ｎとの関係
が示されている。第４図においては、プレートのピッチ
角は一定値（α）で、ブレード半径も一定値γをもつ。

図から明らかなように５風車出力は、谷風速条件におい
て、最大値を示す最適回転速度をもっている。これらの
ピーク点を結んで得られるのか、周知の風速の３乗に比
例する風車最大出力特性であり、この特性カーブに沿っ
た制御を行なうことにより最大エネルギー取得（風車エ
ネルギーの最大変換効率）が可能となる。

第４図において、発電機出力として示されているカーブ
は、この発明による風力発電装置で得られた実際の出力
特性であり、この発明ではピッチ；ト（制御を用いてい
るため一定以上の回転速度においては出力は略一定とな
っている。

また、発電機出力と風車出力最大特性との差は駆動系及
び発電機の損失を考慮したものであり、回転速度が低い
程この差は大きく設定しである。

第５図は標準的な自励発電機のＡＶＲ特性と、この発明
に基づく界磁Ａ祭器を採用した無負荷損失特性の比較を
示す図である。この発明によるものと一般のＡＶＲとを
比較すると、この発明は風！１１の立上り時に問題とな
る発電機の損失特性が数片されていることがわかる。

第１図における界磁調整器６の詳細構成ブロック図か第
６図に示されている。Ｆ／Ｖ変換回路６１はロータの回
転速度を爾１１Ｌセンサー等を介してパルス信号の形で
得、このパルスを所定の電圧信号に変換する。発電Ｒ２
の出力電圧は電圧検出回路６２において検出され、設定
値以北であるときに電流指令値を抑えることで系の安全
運転か可能とされる。スロースタート回路６３は電源オ
ン、又は発電機の出力回路をオンすることにより急激な
負荷電流が流れないように電流指令値を徐々に七げてい
くための回路である。出力′社流指令回路６４はＦ／Ｖ
変換回路６１からの風車の回転速度信号を受け、風車の
発生トルクに適合した負荷電流の指令値を出力する回路
で、電圧検出回路６２やスロースタート回路６３からの
出力によってこの指令値が適切に制御される。電流増幅
回路６５はシャント７により検出された出力電流を所定
レベルに増幅する回路である。比較増幅回路６６は出力
電流指令回路６４からの電流指令値と電流増幅回路６５
からの出力電流とを比較し、両型流値の差をパルス幅変
Ａ（ＰＷＭ）回路６７に供給する。ＰＷＭ回路６７は比
較増幅回路６６からの差信号に基づいてパルス幅が変化
するパルスを界磁パワー供給回路６８に出力する。界磁
パワー供給回路６８はＰＷＭ回路６７からのパルスを受
け、ツ１話パルス幅に応じて界磁回路をオン−オフして
界磁電流を調整して界＠巻線２１に供給する。

（発明の効果）この発明は面記のように、風車の回転速度を検出する回
転速度検出器と、検出された回転速度に基づいて発電機
の主力巻線に流れる出力電流を予め定めた値に制御する
界磁：Ａ祭器と、発電機の発電開始時に界磁巻線に初期
電流を供給する初期励磁用電源とを備え、また発電開始
回転速度に発電機回転速度が達するまでは、前記界磁巻
線に界磁電流を供給しないため、発電機の起動時の損失
が軽減され、風力発電装置の起動を円滑にするとともに
、風力エネルギーに最適な出力取得が可能となるたけで
なく、小型で、経済的な発電装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による風力発電装置の構成例を示すブ
ロック図、第２図は風力発電装置で用いられる通常の出
力電圧を一定に一制御する自励発電機の無負荷損失特性
図、第３図はＡＶＲ機能付自励発電機の無負荷電圧特性
図、第４図はプロペラ型ブレードをもつ風車の出力特性
図、第５図は標準的自励発電機のＡＶＲ特性とこの発明
における界磁調整器を利用したときの無負荷損失特性と
の比較図、第６図は第１図における界磁調整器の詳細ブ
ロック図である。１・・・風車２・・・発電機３−整流器４−・負荷５・・・回転速度検出器６・−界磁調整器７・−シャント８・−バッテリー９−補助励磁抵抗２１−＝界磁巻線６ｌ−＝Ｆ／Ｖ変換回路６２・・・電圧検出回路６３−・・スロースタータ回路６４・・・出力電流指令回路６５−・・電流増幅回路６６・−・比較増幅回路６７・＝ＰＷＭ回路６８・・−界磁パワー供給回路特　許　出　願　人　　　ヤマハ発動機株式会社代理人
すｔ埋土　　　鶴　若　俊　雄第２図第３図；′イＳ４図

Claims

【特許請求の範囲】

風車の回転により発電機を駆動して電力を発生する風力
発電装置において、前記風車の回転速度を検出する回転
速度検出器と、前記検出された回転速度に基づいて前記
発電機の出力巻線に流れる出力電流を予め定めた値に制
御する界磁調整器と、前記発電機の発電開始時に界磁巻
線に初期電流を供給する初期励磁用電源とを備える風力
発電装置。