WO2004047284A1

WO2004047284A1 - 風力発電装置

Info

Publication number: WO2004047284A1
Application number: PCT/JP2003/014463
Authority: WO
Inventors: Ryosuke Ito; Kiyoshi Sato; Hideaki Tamura; Katsushi Kawakami
Original assignee: Zephyr Corporation
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2004-06-03
Also published as: JP2008228570A; EP1562281B1; US8013459B2; CN101030752A; US20060249957A1; CN101030752B; EP1562281A1; JPWO2004047284A1; EP1562281A4; CN100338869C; JP4249134B2; US7456510B2; CN1711675A; AU2003280773A1; DK1562281T3; US20090079195A1

Abstract

風速センサにより所定以上の風速が検知されたときタイマ装置により待機タイマ機能が作動し、待機タイマ期間が終了すると、それよりも期間の短い駆動タイマ機能に切り替わり、駆動タイマ期間だけ切替リレーにより発電機が電動機に切り替えられ駆動回路により始動補助のための回転駆動が行われる。駆動タイマ期間が終了すると再び待機タイマ期間となり、これが繰り返される。この間に回転数計測装置により三相通電巻線の出力電圧Ｖｍに基づいて監視されている回転子の回転数が所定以上の回転数となったとき三相発電機による発電とバッテリへの充電が開始される。

Description

明細書風力発電装置技術分野

本発明は、風力発電装置に関する。背景技術

従来、風力発電装置には様々な形式のものがあり、その形式に応じてそれぞれ異なる特性を有している。例えば風力発電装置を、風車を支持する軸の取り付け方向により分類すれば、その軸の取り付け方向が垂直である垂直軸型とその軸の取り付け方向が水平である水平軸型とに分類される。垂直軸型には、サボニウス型、ダリウス型などがあり、水平軸型には、プロペラ型などがある。また、風力発電装置を、風車を回転させるトルクとして抗カ又は揚力のいずれが支配的に作用するかによって分類すれば、抗力が主である形状のものを抗力型、揚力が主である形状のものを揚力型、抗力と揚力とが同程度に作用する形状のものを抗力/揚力併用型として分類することができる。例えば、上記のサボ二ウス型は抗カ型に属し、上記のダリウス型、プロペラ型は揚力型に属している。

抗カ型の風車は例えば微風といわれる低速の風においても風車が良く回転するから低速の風でも発電できるという利点があるが、大電力を発電しようとすると、その構造上から装置が大型化して経済的でないという不利な点のほうが目立つようになる。

また、抗カ型の風車は、低風速でも回転が開始できるようにと羽根面積を大きくすると；強風時には羽根の回転方向から当る風力が減速抵抗となって羽根の面積を大きくした分だけこの減速抵抗が大きく、このため発電効率が低下するという問題を引き起こしてしまう。

これに対し、揚力型の風車は、その構造上、小電力の発電だけでなく大電力の発電にも容易に対応できる利点があるばかりでなく、例えば、ものによっては'小型ながら風速 1 2 . 5 m/秒の風で 4 0 O Wもの電力を発生させることができるという利点を有している。

ところが、揚力型の風車は、発電のために回転を開始する風速である回転開始風速として、高速の風力が必要であるという特 I¹生があり、低速の風に対しては回転ができず、発電効率が十分に得られないという問題を有している。

また、揚力型の風車は抗カ型の風車と同様に、低風速でも回転が開始できるようにと風向きに対向する羽根仰角度を大きくすると、強風時には抗力が強く働いて風車の回転にたいする抵抗力となって風車の回転効率を低下させる。ただし、この揚力型風車の問題を解決する方法としては、風車に翼角度の調整機能を設けて、この調整機能により、それまでの翼角度固定型のものよりも低風速の場合でも回転が開始できるようにする方法が提案されている（例えば、特許文献 1参照。）。

【特許文献 1】

特開平 8— 3 2 2 2 9 7号「風力発電装置」（要約、代表図面）ところで、近年、地球環境保全の見地から、小型の風力発電装置の要望が高まっているが、そのような小型の風力発電装置において上記のように翼角度調整機能を取り付けたのでは装置の高コスト化につながり、本来の小型化の要望の底流にある低コスト指向に逆行することになつて好ましいものとはいえなくなってしまう。発明の開示本発明の第 1の課題は、強風時における騒音又は振動を抑制することができる風力発電装置を提供することである。

本発明の第 2の課題は、強風時において回転数を抑制しながら発電を維持することができる風力発電装置を提供することである。

本発明の第 3の課題は、強風時において回転数を抑制しながら発電を維持することができ且つ蓄電池の充放電電流の変化を最小限に抑えることができる風力発電装置を提供することである。

本発明の第 4の課題は、始動補助機能付きの風力発電装置であって低速の風速でも回転開始でき、始動補助機能が小型化に対応していて且つ始動補助回転時の電源電力を可及的に節減できる風力発電装置を提供するこどである。本発明の風力.発電装置は、風力により順方向に回転する回転翼の回転軸に連動して発電する永久磁石式の発電機と、該発電機を電動機に切り替えて前記回転軸を順方向に回転させる始動補助回転を実施する始動補助手段と、該始動補助手段による前記始動補助回転が停止されたとき前記電動機を前記発電機に復帰させる発電機復帰手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の別の風力発電装置は、交流電圧を発生する風力発電機に接続された整流回路と、前記整流回路に接続され且つ少なくとも 1つのスィツチ素子を含み、前記スィツチ素子のオン ·オフ制御によって前記整流回路の直流出力電圧のレベルを変換する直流一直流変換回路と、前記風力発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記風力発電機の制限回転速度を示す信号を発生する制限回転速度信号発生手段と、前記回転速度検出手段から得られた検出速度を示す信号と前記制限回転速度信号発生手段から得られた制限回転速度を示す信号とを比較する比較手段と、前記直流一直流変換回路の出力段の電圧が所定値になるように前期スィッチ素子を制御し、且つ、前記検出速度が前記制限回転速度よりも高いことを示す前記比較手段の出力に応答して前記直流一直流変換回路の出力電圧を上昇させるように前記スィツチ素子を制御するスィツチ制御回路と、該風力発電機を電動機に切り替えて前記回転軸を順方向に回転させる始動補助回転を実施する始動補助手段と、該始動補助手段による前記始動捕助回転が停止されたとき前記風力電動機を前記発電機に復帰させる発電機復帰手段とを有していることを特徴とする。

本発明の更に別の風力発電装置は、交流電圧を発生する風力発電機に接続された整流回路と、前記整流回路に接続され且つ少なくとも 1つのスィツチ素子を含み、前記スィツチ素午のオン ·オフ制御によって前記整流回路の直流出力電圧のレベルを変換する直流一直流変換回路と、前記直流一直流変換回路に接続された直流一交流変換回路と、前記風力発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記風力発電機の制限回転速度を示す信号を発生する制限回転速度信号発生手段と、前記回転速度検出手段から得られた検出速度を示す信号と前記制限回転速度信号発生手段から得られた制限回転速度を示す信号とを比較する比較手段と、前記直流一交流変換回路を制御し且つ前記検出速度が前記制限回転速度よりも高いことを示す前記比較手段の出力に応答して前記直流一交流変換回路の'出力電圧を上昇させるように前記直流一交流変換回路を制御する制御回路と、該風力発電機を電動機に切り替えて前記回転軸を順方向に回転させる始動補助回転を実施する始動補助手段と、該始動補助手段による前記始動補助回転が停止されたとき前記風力電動機を前記発電機に復帰させる発電機復帰手段とを有していることを特徴とする。

本発明の更に別の風力発電装置は、風車と、前記風車によって回転される口ータを有する交流発電機と、前記交流発電機に接続された整流回路と、前記整流回路に接続された電力変換回路と、前記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデンサと、前記風車の回転数を検出するための回転検出器と、前記風車の基準回転数を設定するための基準回転数設定器と、前記回転検出器と前記基準回転数設定器と前記電力変換回路とに接続され、前記回転検出器から得られた検出回転数が前記基準回転数を超えたときに、前記電力変換回路の入力電圧と出力電圧との比を大きくするように前記電力変換回路を制御する制御回路と、該交流発電機を電動機に切り替えて前記回転軸を順方向に回転させる始動補助回転を実施する始動補助手段と、該始動補助手段による前記始動補助回転が停止されたとき前記交流電動機を前記発電機に復帰させる発電機復帰手段と、からなることを特徴とする。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施形態の風力発電装置を示すプロッ^図である。図 2は、本発明の第 2の実施形態の風力発電装置を示すブロック図である。図 3〜図 6は、本発明の第 1及び第 2の実施形態の回転数の検出回路について説明する図である。

図 7は、本発明の第 3の実施形態における始動補助機能を有する風力発電装置の回路ブロック図である。

図 8は、風力発電装置における始動補助機能の動作を示すフローチャートである。

図 9は、第 4の実施形態としてのタイマ装置を独立な回路として自己消費電力をより節減できるようにした風力発電装置の回路ブロック図である。

図 1 0は、風速センサにより始動補助機能の作動開始のタイミングを監視する例を示す回路プロック図である。

図 1 1〜図 1 3は、停止時の短絡電流による風速測定について説明する図である。

図 1 4は、無電源及び開放故障に対する捕助停止回路について説明する図である。' 図 1 5は、定格電力制御について説明する図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図 1は、本発明の第 1の実施形態に従う風力発電電力制御装置を示す図である。 -'

風力発電機 1と、整流回路 2と、出力電流制御手段及び直流一直流変換手段としての D C— D Cコンバータ 3と、ィンバータ 4と、負荷 5と、連系保護装置 6と、商用電源連系端子 7と、充電回路 8と、蓄電池 9と、回転制御回路 1 0と、上限回転速度設定用固定負荷 1 1と、スィッチ 1 2とを備えている。風力発電機 1は、風車 1 3に結合された永久磁石からなる回転子 1 4と、 3 相の電機子卷線 1 5を有する固定子とを備えた周知の交流発電機である。なお、この交流発電機は外磁型と内磁型とのいずれであってもよい。

風力発電機 1の電機子卷線 1 5に接続された交流一直流変換手段としての整流回路 §は周知の 3相ブリッジ型整流回路であって、風車 1 3及び回転子 1 4 の回転に基づいて電機子巻線 1 5に発生した 3相交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路 2の出力電圧は、例えば、 5 0 V以下の比較的低い値を有する。整流回路 2に接続された D C— D Cコンバータ 3は、整流回路 2の出力電圧をこれよりも高い電圧（例えば 3 5 0 V) に変換し、且つコンバータ 3の出力電圧を一定に制御すると共に、本発明に従って出力電流を制御するように出力電圧を調整するものである。従って、コンバータ 3は直流変換の機能のほかに、本発明に従う回転速度制限用の電流制御手段としての機能も有する。

コンバータ 3に接続されたィンバ一タ 4は、コンバータ 3から出力された直流電圧を商用周波数（例えば 5 0 H z ) の正弦波交流電圧に変換するものであり、例えば、周知のブリッジ型インバータ、ハーフブリッジ型インバータ等で構成しうる。

ィンバータ 4に接続された負荷 5は風力発電システム系内の交流負荷である。インバータ 4と商用連系端子 7との間に接続された連系保護装置 6は商用電源、側が停電したときに風力発電システム側を商用側から切り離すためのスィッチや連系に必要な周知の種々の手段を含む。

ィンバータ 4に接続された充電回路 8は、ィンバータ 4の出力電圧又は商用連系端子 7から供給された電圧を整流して蓄電池 9を充電するものである。なお、破線で示すように充電回路 8をコンバータ 3に接続し、コンバータ 3の直流出力電圧で蓄電池 9を充電することもできる。蓄電池 9が満充電状態にない時には蓄電池 9は風量発電システム内の負荷として機能する。蓄電池 9の電力を負荷 5に供給するために蓄電池 9は、この放電手段としてのダイオード 1 6 を介してインバータ 4の入力端子に接続されている。なお、蓄電池 9と負荷 5 との間に蓄電池出力専用のィンバータを接続することもできる。

風力発電機 1の回転速度を上限値に抑えるための回転速度制限用負荷 1 1はスィクチ 1 2を介して整流回路 2に接続されている。の負荷 1 1はコンバータ 3の出力端子又はィンバータ 4の出力端子又は電機子卷線 1 5の出力端子に接続することもできる。

回転制御回路 1 0は、回転速度検出器 1 7と標準モード信号発生器 1 8と昼夜切り替えモード信号発生器 1 9と制限回転速度信号発生器 2 0と上限回転速度信号発生器 2 1と第 1及び第 2の比較器 2 2、 2 3とモード選択スィッチ S 1、 S 2とからなる。

回転速度検出器 1 7は、電機子卷線 1 5の出力ライン 1 5 aに接続され、発電機 1の出力交流電圧の周波数を検出し、この周波数に対応した電圧値を有する速度検出信号 V sを出力する。

標準モード信号発生器 1 8は、発電機 1の回転速度の制限を標準モードで実行することを示す標準信号 M lを発生するものである。ここで、標準モードとは 1日中すなわち 2 4時間中同一条件で回転速度の抑制を実行するモードである。

昼夜切り替えモード信号発生器 1 9はタイマ 1 9 aを内蔵し、例えば、昼間としての 8時〜 2 0'時の第 1の時間帯を示す例えば高レベル信号と夜間の 2 0 時〜 8時の第 2の時間帯を示す例えば低レベル信号とを含む昼夜切り替えモード信号 M 2を発生するものである。なお、第 1及び第 2の時間帯の区別をタイマ 1 9 aによって設定する代わりに、光センサ、太陽発電等によって昼夜判定を自動的に行つて昼夜切り替えモード信号を作成することもできる。

標準モード信号発生器 1 8は標準モード選択スィッチ S 1を介'して制限回転速度信号発生器 2 0に接続され、昼夜切り替えモード信号発生器 1 9は昼夜切り替えモード選択す S 2を介して制限回転速度信号発生器 2 0に接続されている。スィッチ S l、 S 2は択一的にオンになる。なお、スィッチ S l、 S 2を設ける代わりに、標準モード信号発生器 1 8と昼夜切り替えモード信号発生器 1. 9とを択一的に動作させ、信号 M 1、M 2を択一的.に送出することもできる。制限回転速度信号発生器 2 0は、指定されたモードに従う制限回転速度に比例した電圧からなる制限回転速度信号 V r 1又は V r 2を発生する。

第 1の比較器 2 2の一方の入力端子は速度検出器 1 7に接続され、他方の入力端子は制限回転速度信号発生器 2 0の出力ライン 2 9に接続されている。ライン 2 9は、第 1の基準電圧 V r 1又は第 2の基準電圧 V r 2となるので、速度検出器 1 7から得られた回転速度検出信号 V sが第 1又は第 2の基準電圧 V r 1、 V r 2よりも高くなる期間に出力ライン 3 2に高レベルの比較出力が得られ、これがコンバータ 3に送られて発電機 1の回転速度の上昇の抑制に使用される。

第 2の比較器 2 3の一方の入力端子は速度検出器 1 7·に接続され、他方の入力端子は上限回転速度信号発生器 2 1に接続されている。上限回転速度信号発生器 2 1は第 1の基準電圧 V r 1よりも高い第 3の基準電圧 V r 3からなる上限回転速度信号を発生する。したって、回転速度検出信号 V sが第 3の基準電圧 V r 3よりも高くなった時に比較器 2 3は高レベル出力をライン 3 3に送出し、スィッチ 1 2をオンに制御する。スィッチ 1 2がオンになると比較的小さい抵抗値の負荷 1 1が整流回路 2に接続され、発電機 1の出力電流すなわち電機子電流が増大し、電機子反作用による電磁ブレーキ作用によつて発電機 1の回転速度の上昇が抑制される。この第 2の比較器 2 3による制御は、第 1の比較器 2 2の出力によるコンバータ 3の制御によって発電機 1の回転速度が所望値に抑制されないときに生じる。

第 1の比較器 2 2の出力による回転速度抑制動作のみで回転速度を所望値に抑えることができず、検出回転速度 V sが第 3の基準電圧 V r 3よりも高くなると、第 2の比較器 2 3の出力によってスィッチ 1 2がオンになり、発電機 1 の出力電流が増大し、回転速度の上昇が抑制される。従って、本実施形態においては、コンバータ 3と補助負荷 1 1との両方によって回転速度の上昇を円滑且つ小刻みに抑制することができる。

第 1の実施形態によれば、本発明の第 1の課題が解決される。

図 2は、本発明の第 2の実施形態の風力発電装置のプロック図を示す図である。

図 2に示す実施形態の風力発電装置は、風車 4 1と、この風車 4 1によって回転されるロータを有する交流発電機 4 2と、この交流発電機 4 2に接続された整流回路 4 3と、平滑用コンデンサ 4 4と、この平滑用コンデンサ 4 4に接続された電力変換回路 4 5と、この電力変換回路 4 5に接続された蓄電池 4 6 と、この蓄電池 4 6に接続された負荷 4 7と、風車 4 1の回転数を検出するための回転数検出器 4 8すなわち速度検出器と、電力変換回路 4 5の入力電圧すなわちコンデンサ 4 4の電圧を検出する入力電圧検出回路 4 9と、制御回路 5 0とからなる。

電力変換回路 4 5は、平滑用コンデンサ 4 4に接続された第 1及び第 2の直流電源ライン 5 1、 5 2に接続され、入力電圧 V i nと出力電圧 V o u tとの比 V o u t _ V i nを変えることができるように構成されている。なお、この実施形態では蓄電池 4 6が平滑用コンデンサの作用を兼用しているが、平滑用コンデンサを蓄電池 4 6に接続することもできる。

回転数検出器 4 8は風車 4 1すなわち発電機 4 2のロータの回転数すなわち回転速度を周知の方法で検出して回転数検出信号 F dを出力する。

入力電圧検出回路 4 9は電力変換回路 4 5の入力電圧 V i 11を検出して電圧検出信号 V i nを出力する。ここでは説明を容易にするために入力電圧検出回路 4 9の入力電圧と出力電圧との両方を V i nで示す。この入力電圧 V i nは発電機 4 2の出力電圧に相当する。

制御回路 5 0は、回転数検出器 4 8と電圧検出回路 4 9と電力変換回路 4 5 とに接続され、回転数検出器 4 8から得られた検出回転数 F dが基準回転数 F rを超えたときに、電力変換回路 4 5の入力電圧 V i nと出力電圧 V。との比 V o u t /V i nを大きくするように電力変換回路 4 5を制御する。更に詳しく説明すると、制御回路 5 0は、風車 4 1の制限回転数に相当する基準回転数 F rを設定するための基準回転数設定器 5 3と、回転数検出器 4 8 で検出された検出回転数 F dにおいて発電機 4 2から最大電力を得ることができる発電機 4 2の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手段としての電圧決定テーブル 5 4と、検出回転数 F dと基準回転数 F rとの差 Δ Fを求める第 1 の減算手段としての減算器 5 5と、回転数差 Δ Fが零以下の時には係数値として 1を送出し、回転数差 Δ Fが零よりも大きいときには 1よりも小さい値を係 '数として送出する係数発生手段としての係数テーブル 5 6と、発電機出力電圧決定テーブル 5 4から得られた決定出力電圧 V 1に係数テーブル 5 6カゝら得られた係数 Kを乗算して補正電圧指令信号 V 2を形成する乗算手段としての乗算器 5 7と、乗算器 5 7から得られた入力電圧指令信号 V 2と入力電圧検出回路 4 9から得られた検出電圧 V i nとの差 Δ V i nを求める第 2の減算手段としての減算器 5 8と、第 2の減算器 5 8と、第 2の減算器 5 8から得られる電圧差厶 V i nに基づいて入力電圧検出回路 4 9の出力回路 4 9の出力 V i nを補正電圧指令信号 V 2に近づけるように電力変換回路 4 5を制御する信号を形成する制御信号形成回路としての制御演算器 5 9及びパルス発生器 6 0とからなる。なお、基準回転数設定器 5 3を制御回路 5 0の外に設けることができる。電圧決定テーブル 5 4は、メモリからなり、回転数 F dと最大電力を得る発電機出力電圧 V Iとの関係が格納されている。テーブル 5 4には全ての回転数 F dに対する電圧 V 1を格納してもよいし、段階的に選択された回転数 F dとその電圧 V Iとを格納しても良い。検出回転数 F dに対応するデータがテープル 5 4にないときには検出回転数 F dに近い回転数のデータを使用する。また、テーブル 5 4の代わりに演算式をモリに格納し、検出回転数 F dを演算式に代入して電圧 V 1を決定することもできる。

電圧 V Iは発電機 4 2から最大電力を得ることができる発電機 4 2の出力電圧及び電力変換回路 4 5の入力電圧を示す。

電圧決定テーブル 5 4は、回転数検出器 ·4 8から得られた検出回転数 F dをアドレス信号として使用し、これに対応する目標電圧 V Iを示す信号を出力する。強風でないときにはテーブル 5 4から出力される電圧 V 1が発電機 4 2の目標出力電圧となる。

第 1の減算器 5 5は、回転数検出器 4 8から得られた検出回転数 F dから基準回転数 F rを減算して F d - F r = A Fを求める。 Δ Fが Δ F≤ 0に対応して係数 K = lを格納し、 Δ F〉 0に対応して 1よりも小さい係数 Κを格納している。第 1の減算器 55の出力が AF>0の時は

0 <K< 1

を満足する係数が選ばれる。この時の Κの値を 1/厶 Fとすることができる。これにより、 >0の時に厶の値をァドレスとしての値に対応した係数 Κを出力する。メモリに多数の Δ Fの値と多数の係数 Κの値との関係を示すデータを格納する代わりに、と Κとの関係を示す演算式を格納し、この演算式に Δ Fの値を代入して係数 Κを決定することもできる。

乗算器 17はテーブル 54から出力された電圧 V 1にテーブル 56から出力された係数 Κを乗算して KV 1 -V 2を求め、これを出力する。 V 2は強風時の補正が施された電圧指令信号である。 ·

第 2の乗算器 58は、 V i n— V2 = AV i nの演算を行って入力電圧検出信号 V i nと電圧指令信号 V 2との差を示す信号を出力する。

厶 V i nを入力とする制御演算器 59は、例えば周知の比例積分回路（P I 回路）からなり、 AV i nに対応する通電率信号 Do nを形成する。要するに、 AV i nを平滑化した信号に相する通電率信号 D o ιιすなわちデューティ指令信号を得る。

スィツチ制御信号形成手段としてのパルス発生器 60は、通電率信号 D o n で指定された幅のパルスを有する制御信号 V gを形成し、電力変換回路 45のスィッチ Q 1のゲートに送る。

第 2の実施形態によれば、本発明の第 2及び第 3の課題が解決される。従来の技術では、発電機の回転軸に設置された回転数センサなどにより回転信号を検出する方式が多く用いられている。本発明の実施形態では、回転センサを用いないで発電機の出力に含まれる脈流信号から回転数を測定する回路である。これにより、 2線式の電力線のみで制御機器側で正確な回転数を計測することができる。毎分 N回転している永久磁石発電機（図 3参照）において磁石の極数 Pと交流出力周波数 Fの関係は、

F = N/ 6 0 X P (H z )

となる。

三相の卷線を持つ発電機において全波整流された出力信号は図 4のようになる。

例えば、風力発電機を蓄電池に直接接続する場合、発電機の整流出力はバッテリの電圧に固定されるので電圧脈流を検出することは困難である。そこで、図 5のように電力線の +端子からバッテリの +端子の間にダイォードを順方向に揷入することにより、風速が弱く発電機の回転数が低い状態つまり発電機の出力尖頭値がバッテリの電圧に達しない状態では発電機の出力電圧 V 1の脈流から回転数を計測することができる。

風速が強くなり発電機の出力電圧がバッテリの電圧を超え、充電が行われるようになると、出力電圧 V Iは平坦になり、回転数の計測が困難になる。そこで図 5のように電流計測用に微小抵抗 Rを揷入して、充電電流の脈流から回転数を計測する。

図 6は、微風時の電圧波形の増幅器と弱風時以上の電流波形の増幅器から出力された信号を合成し、前風速域に対して安定に回転数を計測できるようにした合成回路である。すなわち、抵抗 Rからくる電流波形と電圧波形 V Iとを O Rでオペアンプ 1 0 0に入れることによって、いずれかを使って回転数の計測ができるようになってる。

図 7は、第 3の実施形態における始動補助機能を有する風力発電装置の回路ブロック図である。

図 7において、風力発電装置 9 0は、三相交流発電機 6 1と、三相全波整流回路 6 2と、切替リレー 6 3と、駆動回路 6 4と、タイマ装置 6 5と、回転数計測装置 6 6とにより構成される。

また、この風力発電装置 9 0によって蓄電される負荷回路 7 0は、ノくッテリ一充電コントローラ 7 1と、バッテリー 7 2と、 D C/D Cコンバータ 7 3とにより構成される。

三相交流発電機 6 1は、永久磁石から成る回転子 6 1 aと、この回転子 6 1 aを取り囲む三相の通電卷線 6 1 bから成る固定子とを備えている。切替リレ一 6 3は、風を受けて回転する風車 6 7により回転子 6 1 aが回転することで固定子 6 1 bに三相交流の電力を発生させて発電を行う発電モードと、駆動回路 6 4により固定子 6 1 bに通電して回転子 6 1 aを回転させることにより風車を始動回転させる始動補助モードとの切り替えを行う。

すなわち、発電モードは図中の切替リレー 6 3の連動スィッチが開いた状態に対応し、始動補助モードは同連動スィッチが閉じた状態に対応している。この始動補助モードでは、三相交流発電機 6 1は、駆動回路 6 4からの指示に基づいて始動補助のための間歇回転動作を行う。

三相全波整流回路 6 2は、発電モード、すなわち、三相交流発電機 6 1を発電機として動作させる場合は、所定以上の風速の風を受けて風車 6 7が回転することで回転子 6 1 aが回転し、その回転子 6 1 aの回転に基づいて通電卷線 6 1 bに発生した三相交流電圧を三相全波整流回路 6 2を介して、直流電圧に変換して後段の負荷回路 7 0に供給する。

切替リレー 6 3は、駆動回路 6 4からの指示により、 3個の連動スィッチを電圧出力側（発電時）又は電圧入力側（始動補助時）に切り換える。

駆動回路 6 4は、タイマ装置 6 5からの計時タイミング信号により起動し、電動機としての回転子 6 1 aの回転方向を、回転子 6 1 aの惰力回転中の通電卷線 6 1 bから出力される電圧に基づいて判定して正しい回転方向に是正し、始動補助のための本回転を電動機に行わせると共に、タイマ装置 6 5からの他の計時タイミング信号により駆動動作を停止する。ここで、駆動動作は停止するが、風車 6 7は、駆動動作で得られた慣性により、一定時間回転が可能となる。

タイマ装置 6 5は、回転数計測装置 6 6からの通知に基づいて発電モードが始動補助モードに切り替わった時点を基準に電動機を回転駆動する所定の時間を計時する第 1の計時手段としての計時機能と、この第 1の計時手段としての計時機能が終了した直後からの電動機への駆動動作休止期間を計時する第 2の計時手段としての計時機能とを備えている。

なお、上記第 1の計時手段としての計時機能によって計時される所定の時間 'は例えば 6秒であり、上記第 2の計時手段としての計時機能により計時される所定の回転駆動動作休止期間は例えば 5 4秒である。、ずれの計時時間データも予めタイマ装置にハード的に又はソフト的に設定されている。また、上記の回転駆動動作休止期間中は全体の駆動モードは常に発電モード（連動スィツチが発電時の接点方向に切り替わっている状態）に切り替わるようになつている。回転数計測装置 6 6は、発電モードにおいて三相交流発電機 6 1が発電しているときに、通電卷線 6 1 bから出力され、三相全波整流回路 6 2によって整流された電圧 Vmを参照することによって回転子 6 1 aの回転数 Nを監視し、その回転数 Nが所定の回転数 N aよりも低下したとき、タイマ装置 6 5に対し、駆動モードが発電モードから始動補助モードに切り替わつたことを通知する。また、回転数計測装置 6 6は、始動補助モードにおいて電動機としての三相交流発電機 6 1の回転子 6 1 aの回転数 Nを監視し、その回転数 Nが所定の回転数 N bよりも上昇したとき、タイマ装置 6 5に対し、駆動モードが始動補助モードから発電モードに切り替わつたことを通知する。

上記所定の回転数 N aは、例えば 1 0 0 r p mであり、この N a = 1 0 0 r p mの回転数に対応する三相全波整流回路 6 2からの電圧 Vm (== Vm a )は、例えば 2 Vである。この電圧 Vm a = 2 Vの値は、回転数検出のためのしきい値として予め回転数計測装置 6 6にハード的に又はソフト的に設定されている。また、上記所定の回転数 N bは、例えば 2 0 0 r p mである。なお、この回転数は、始動補助モードで回転している風車が、発電に十分耐えうる風圧を受けて、電動機による回転力以上に回転していることを示す回転数である。

三相全波整流回路 6 2の後段に設けられている負荷回路 7 0のバッテリ充電コントローラ 7 1は、バッテリー ₇ 2の充電状況を監視し、三相全波整流回路 6 2から供給される直流電圧をその充電状況に応じてバッテリー 7 2に供給するかしないかを決定する。

また、負荷回路 2 0の D C /D Cコンバータ 7 3は、ノッテリー 7 2の電圧を取り出して、最適な電圧に変換した電圧を、駆動回路 6 4、タイマ装置 6 5、及び回転数計測装置 6 6に供給する。始動補助モードのとき、三相交流発電機 6 1に対し電動機として駆動させるための電力は、駆動回路 6 4への電圧供給によって行われる。

図 8は、上記構成の始動補助機能付き翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置における始動補助機能の動作を示すフローチャートである。なお、この処理は、図 7の駆動回路 6 4、タイマ装置ら 5、回転数計測装置 6 6、バッテリ充電コントローラ 7 1の諸装置に組み込まれている論理回路、または不図示の C P U 及びこの C P Uに内蔵のメモリに格納された処理プログラムによつて処理される。

図 8において、先ず、回転数計測装置 6 6により、風車の回転数、すなわち回転子 6 1 aの回転数 Nが所定の回転数 N aよりも下回っているか否かが判別される（ステップ S 1 )。

そして、回転子 6 1 aの回転数 Nが所定の回転数 N a以上の回転数であれば ( S 1が N；)、そのまま回転子 6 1 aの回転数 Nの監視を継続する。これにより、発電モードで三相交流発電機 6 1が発電回転中であれば、発電が継続される。また、始動補助モードで電動機としての回転子 6 1 aが間歇回転の駆動動作休止期間中であり、発電モードに切り替わって惰力回転中であれば、その惰力回転が継続される。

他方、ステップ S 1の判別で、回転子 6 1 aの回転数 Nが所定の回転数 N a を下回っていれば（S 1が Y)、その場合は、始動捕助モードに切り替わる（ステツプ S 2 )。すなわち、回転数計測装置 6 6からの通知により、タイマ装置 6 5が起動し、タイマ装置 6 5からのタイミング信号によって駆動回路 6 4が動作を開始する。

続いて、駆動回路 6 4により、上記始動補助モードで電動機となった三相交流発電機 6 1の通電卷線 6 1 bに 1周期分の三相交流電圧が印加され、それ以後の電圧印加が直ちに遮断され、回転子 6 1 aの今の 1周期分の駆動による惰力回転の回転方向が参照され、発電方向への回転である正方向の回転である力、その逆方向の回転であるかが判別される（ステップ S 3 )。

そして正方向の回転であれば（S 3が Y)、電動機として三相交流発電機 6. 1 の通電卷線 6 1 bへの電圧印加が再開継続されて、タイマ装置 6 5による第 1 の計時手段（以下、運転タイマという）としての計時、例えば 6秒の計時が開始され、その計時期間が終了したか否かが判別される（ステップ S 5 )。

他方、ステップ S 3において検出された回転方向が逆回転方向であれば、通電卷線 6 1 bへの通電タイミングを変更して、反転始動（正回転方向への始動）を行った後（ステップ S 4 )、上記ステップ S 5の処理に移行する。

ステップ S 5の判別処理において、運転タイマの計時期間が未だ終了していないときは（S 5が N)、続いて、回転子 6 1 aの回転数 Nが、所定の回転数 N よりも低い力否かが判別される（ステップ S 6 )。

そして、回転子 6 1 aの回転数 Nが所定の回転数 N bよりも低いときは（S 6が N)、ステップ S 5に戻つて運転タィマの計時期間が終了かの判別を繰り返す。これにより、運転タイマが計時期間中であり且つ回転子 6 1 aの回転数 N が所定の回転数 N bよりも低いときは、ステップ S 3又は S 4において開始されている電動機への回転駆動が継続され、回転子 6 1 aすなわち風車の始動補助回転が加速される。

そして、ステップ S 5において、運転タイマの計時期間が終了したときは（S 5が Y)、タイマ装置 6 5による第 2の計時手段（以下、待機タイマという）としての計時が開始され、その計時期間が終了したか否かが判別され (ステップ S 7 )、計時期間が終了するまで待機状態に設定される（S 7がN)

これにより、回転子 6 1 aの回転数 Nが所定の回転数 N よりも低く且づ運転タイマの計時期間が終了したときは、いつまでも始動捕助の回転駆動を行うことなく、待機タイマに予め設定されている所定期間、例えば 5 4秒の待機期間が設定され、その所定の期間（5 4秒）、風力のないときにおける無用な始動補助の回転駆動を停止させることができる。

また、これにより、待機タイマ計時期間が 5 4秒であるのに対し、運転タイマの計時期間が 6秒であるとすると、全体では 1 / 1 0の駆動期間となり、発電開始状態になるまで始動補助の回転駆動を継続する場合に比較して 9 Z 1 0 の節電効果を発揮することができる。

上記の待機期間が終了すると（S 7が Y)、再びステップ S 1に戻って、上述したステップ S 1〜S 7の処理が繰り返される。

これにより、ステップ S 6による判別で、回転子 6 l aの回転が、風力により発電を継続するに可能な回転数 N b以上となるまでは、 1分に 1回、 6秒間の始動補助の回転駆動が行われる。

そして、ステップ S 6による判別で回転子 6 1 aの回転が回転数 N b以上となったときは（ S 6が Y)、回転数計測装置 6 6からタイマ装置 6 5を介して行われる通知により、駆動回路 6 4による始動補助の回転駆動動作が停止される。すなわち、駆動モードが発電モードに切り換えられる。

この切り替わりに伴って、バッテリー充電コントローラ 7 1に制御が引き継がれ、バッテリー充電コントローラ 7 1によつて発電電力を充電するか否かが判別される（ステップ S 8 )。

この処理では、バッテリ 7 2への充電が十分であり充電が不要であるか又は充電を繰り返すうちに風速が落ちて充電に十分な電力が三相交流発電機から得られないか、すなわちが充電可能な状態であるか否かが判別される。

そして、充電可能な状態であると判別されたときは（3 8が丫）、バッテリ Ί 2への充電が行われ（ステップ S 9 )、ステップ S 8及ぴ S 9の処理が繰り返される。これにより、三相交流発電機 1 1からのパッテリ 7 2への充電が継続される。

上記ステツプ S 8の判別で、充電可能な状態でなくなつたときは（ S 8が N)、前述したステップ S 7の処理に移行する。これにより、風速が落ちて充電に十分な電力が三相交流発電機から得られないときは、ステップ S 1〜S 7の始動捕助作動モードに移行する、または、風速が発電に十分であり且つバッテリ 7 2への充電が十分であるときは、バッテリ充電コントローラ 7 1が、風車 6 7 に対して発電ができないように自動制御する。

このように本発明によれば、例えば 1分間に 1回という短！/ヽ時間間隔で始動補助機能による始動補助回転を行うので、発電回転が可能な弱風時での回転を誘発して発電効率の低下を大きく改善できるとともに、低風速時に生じる大きい風速変化に対しても即応して回転できるため発電の機会を失うことなく発電効率を上昇させることができる。

図 9は、第 4の実施形態としてのタイマ装置を独立な回路として自己消費電力をより節減できるようにした水平軸風力発電装置の回路プロック図である。図 7に示した例では、タイマ装置 6 5は常時 D C /D Cコンバータ 7 3から電力の供給を受けているが、図 9に示す例では、タイマ装置 6 5は、常時バッテリ 7 2により電力の供給を受けて動作し、回転数計測装置 6 6の条件判定とともに D C /D Cコンバータ 7 3に電力の供給依頼信号を発信して駆動回路 6 4 へ電力の供給を行うようにしている。これにより、始動補助機能が起動するとき以外は D C /D Cコンバータ 7 3を休止させることができ、全体としての消費電力を節減できるようになる。

尚、以上の説明では、発電モードと始動補助モードとの切り替えを、切替リレー 1 3による連動スィッチの切り替えで行っているが、このようにリレーを用いると限ることなく、例えばフォト力ブラ又は F E Tなどの半導体素子によつて切り替えスィツチ部を構成するようにしてもよい。

また、運転タイマ、又は待機タイマに設定される計時期間は、上述の例のように駆動 6秒、休止 5 4秒というように設定時間を固定すると限るものではなく、更に相互の関係を 1 / 1 0に固定すると限るものでもない。例えば、 1日の時間帯、季節、地域などに応じて適宜に設定してよい。

また、図 8の ¾動補助機能の作動設定については特に説明していないが、上記の例えば 1分に 1回の起動補助回転を行う起動補助機能の作動設定を常時作動するように設定したのでは、全くの無風状態が長期に続いてたときなどには起動補助機能用の電力が無用に消費されてしまうことになる。

そこで、手動操作用のスィッチ又は遠隔操作で動作するスィッチを設けて、このスィッチにより、起動補助機能の作動設定を「設定」と「解除」のいずれかに切り替えることができるようにしてもよい。

さらに、電源供給を受けるバッテリ電圧が、ある一定値以下になったことを検出し、 D C /D Cコンバータ 7 3への電力供給を自動停止する回路を加えて 'も良い。 · また、例えば、風速センサ等の風速感知装置、又は垂直軸椀形羽根型風車等からなる風速測定装置を設けて風速を計測し、所定以上の風が吹きだしたときに起動補助機能の作動スィッチが入るように構成してもよい。この場合、風速測定装置は微風を感知して動作する程度の小型のものであることが望ましい。図 1 0は、そのような風速センサにより始動補助機能の作動開始のタイミングを監視する例を示す図である。同図に示すように、始動補助機能付き翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置 9 0には、その近傍に、それとは別体の風速検知装置 8 0が配置されている。

風速検知装置 8 0は、風速センサ 8 1と風速判定部 8 2を備えている。風速判定部 8 2には、予め始動補助機能の作動を開始させるのに適した風速値が予めハード的又はソフト的に設定されている。風速判定部 8 2は、風速センサ 8 1により計測されて入力される風速値を、上記の予め設定されている風速値と比較し、入力風速値が設定風速値を越えたとき、タイマ装置 6 5に、始動補助機能の作動タイミングとなったことを通知する。

これにより、図 8のステップ S 7の待機タイマの計時が開始され、その以降のステップ S 1〜 S 9の処理、すなわち始動補助機能が作動開始する。このようにすれば、無風時に、無用の始動補助機能の作動で電力を浪費することを自動的に回避することができる。

以上説明してきたように、本発明の始動補助機能付き翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置によれば、通常の揚力型水平軸風力発電機では回転できない低風速でも始動補助機能によつて始動補助回転させるので、この補助回転の惰力により通常の揚力型水平軸風力発電機では回転開始できない低風速でも本回転を開始することができ、これにより、発電効率の良い始動補助機能付き翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置を提供することが可能となる。

また、発電機と始動補助の電動機とを兼用しているので、始動補助動力付きの風力発電機でありながら小型化でき、これにより、安価な始動補助機能付き翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置を提供することが可能となる。

また、始動補助回転として駆動動作休止期間の長い間歇回転を行わせているので、始動補助回転に使用される電力を可及的に低く抑えることができ、これにより、始動補助動力付きの風力発電機でありながら自己消費電力の低減された始動補助機能付き翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置を提供することが可能となる。

また、風速を監視しながら適宜の風が発生したときのみ始動補助機能を作動させるので、始動捕助回 feのための自己消費電力がより一層低減された始動補助機能付き翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置を提供することが可能となる。第 3及び第 4の実施形態によれば、本発明の第 4の課題が解決される。

なお、上記第 1〜4の実施形態は、それぞれ別個に説明したが、これらを組み合わせてそれぞれの長所を有する風力発電装置を構成することも可能である。この場合、それぞれの実施形態の長所を有する風力発電装置となるので、より優れた風力発電装置を構成することが可能となる。以下に説明する事項についても同様である。

通常、風力発電では、運転限界風速以上では風車を停止または減速して制御不能で危険な高速回転となることを防止している。その方式にはブレードのピツチ制御やディスクブレーキ、ファーリングなどの機構的制動があるが、揚力型固定ピッチ水平軸風車においては、発電機の出力を短絡して電磁的に制動することが可能である。危険回避のための自動停止を判定するには風速、回転数、発電電力などの値を単独または複数計測する方法がある（図 1 1参照）。

図 1· 1においては、充電制御回路から発電電力を判定する発電力判定部と、回転数判定部と風速判定部がそれぞれ測定を行っており、その結果充電を行うか否かのスイッチングをするようになっている。揚力型固定ピッチ水平軸風車においては、発電機の出力を短絡して電磁的に制動する場合、ブレードは完全に停止せず、風向に正対し、ゆっくりと回転を継続する。言い換えれば、回転によって生ずる電力を短絡回路で消費する原理によるものである。停止時の低速回転状態では、揚力による回転トルクは殆ど得られず、抗カによる回転トルクが主流となる。つまり、プロペラ型風速計と同様な原理となり、風速と回転数はほぼ比例する。同時に短絡電流も風速にほぼ比例する。

自動停止開始からタイマーにて所定時間停止状態を継続するが、風速測定機能を持たないシステムにおいて復帰時に運転開始可能な風速範囲にあるか否かの判定を、この短絡電流を測定（図 1 2参照：停止時の短絡電流判定回路であり、短絡スィツチによって短絡された結果流れる短絡電流を測定可能としている）することにより可能となる。安全に運転可能な上限風速における短絡電流値を閾値とし、その閾値未満であれば運転を復帰し、閾値以上であれば更に停止状態を所定時間継続する（図 1 3参照)。

バッテリの蓄霉容量が正常状態で充電制御回路も電源が供給されている場合には、高速回転となる前に風車を停止することが可能である。本実施形態ではバッテリの容量不足や断線、制御回路の故障などにより、停止制御が不能となつたときに補助的に風力発電機入力を短絡する回路である。

停止が必要と判定する要素は、バッテリ電圧の低下と発電機出力電圧の上昇である。

図 1 4の回路は風力発電機入力短絡用 Nチャネル F E Tとシュミツトトリガ一インバータ、 6 V電池から構成されている。バッテリの電圧が所定値より低下したこと，または、風力発電機が開放状態となり入力電圧が所定値を超えたことにより F E Tゲートに直流電位を与え、短絡する。この回路は正常なシステム状態となると短絡状態から開放状態に自動復帰する。シュミットトリガーインバータは C MO S構造のため、また F E Tのゲート回路は絶縁されているために小電池からはほとんど電力を消費せず、長時間電池交換せずに動作可能である。

風速の変動に対して、最大電力点となるように入力電圧指令する電力変換方式は公知である。現状の技術では入力電圧を微小変動して発電電力が最大値になるまで入力電圧を変更する方法が採用されているが、現在の電力瞬時値を求めフィードバックするのみとなつている。

本実施形態では、風速が増加か減少を過去の変動経過を最大電力点の変動経過として記憶した上で、予測して入力電圧指令値を決定し制御を行うものである。風速変動に対して応答の高速化が図れ、効率向上ができる。

過去数秒間の風速が増加傾向であれば最大電力点も増加傾向となる。この電力増加量の傾斜により、未来数秒間後の電力量を予測して入力電圧の指令値を決定する。風速が増加時であれば、入力電圧の指令値を最大電力点の電圧値より高く決定する。これにより、風車の負荷は一旦軽減された状態となり、回転数の上昇速度が速くなり風速増加に早く追従することが可能となる。また、風速減少時は逆の動作を行う。

図 1 5は、定格電力制御について説明する図である。

なお、設定された上限回転数にて運転中、風速が増加して定格電力値を超えた場合、停止せずに上限回転数を下げる指令、つまり入力指令電圧を設定回転数との差異ではなく、定格電力（の 9 0 %) の超過分差異についての制御に切り替えて、定格電力を超過しないように制御することが可能である。

実際には、図 1 5に示されるように、定格電力を超過してからではなく、定格電力より 1 0 %程度少ない電力から制御を切り替えるようにする。

Claims

請求の範囲

1 . 風力により順方向に回転する回転翼の回転軸に連動して発電する永久磁石式の発電機と、

該発電機を電動機に切り替えて前記回転軸を順方向に回転させる始動補助回転を実施する始動補助手段と、

該始動補助手段による前記始動補助回転が停止されたとき前記電動機を前記発電機に復帰させる発電機復帰手段と、

を備えたことを特徴とする始動補助機能付き翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置。

2 . 前記始動補助手段は、前記始動補助回転を実施するための電源として蓄電池、太陽電池、又は補助的風力発電機を備えていることを特徴とする請求項 1記載の翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置。

3 . 前記始動捕助手段による前記始動補助回転を実施させる時期を決定する女台動補助回転時期決定手段、を更に備えていることを特徴とする請求項 1又は 2記載の翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置。

4 . 前記始動補助開始時期決定手段は、風速計測手段及び第 1の計時手段を有し、前記風速計測手段により計測された風速が所定の風速以下であるとき、前記第 1の計時手段による計時期間中だけ前記始動補助手段を動作させることを特徴とする請求項 3記載の翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置。

5 . 前記始動補助開始時期決定手段は、第 2の計時手段を更に有し、前記第 1の計時手段による計時期間が終了した後に前記第 2の計時手段による計時を開始させ、該第 2の計時手段による計時期間が終了したとき前記風速計測手段による風速の計測を開始させる、ことを特徴とする請求項 4記載の翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置。

6 . 前記第 1の計時手段による計時期間は、前記第 2の計時手段による計時期間よりも短い、ことを特徴とする請求項 5記載の翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置。

7". 更に、風速が弱いときには、発電機からの出力電圧の脈流を用いて、風速が強いときには、充電電流の脈流を用いて、風車の回転数を計測することを特徴とする請求項 1に記載の翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置。

8 . 風力により順方向に回転する回転翼の回転軸の回転に連動して発電する永久磁石式の発電機、該発電機を電動.機と発電機に切り替えるスィッチ装置、風速計測装置、第 1の計時手段、及び該第 1の計時手段による計時期間よりも長い計時期間を有する第 2の計時手段を備えて、翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置を発電動作させる方法であって、

前記風速計測装置により所定以下の風速が検知されたとき始動補助機能を作動させる工程と、

前記第 1の計時手段による計時期間中だけ前記始動補助機能の動作を継続させる始動補助駆動工程と、

前記第 2の計時手段による計時期間中だけ前記始動補助機能の動作を停止させると共に前記スィッチ装置により前記電動機を前記発電機に切り替える発電可能復帰工程と、前記始動補助駆動工程と前記発電可能復帰工程とを繰り返す繰返工程と、該繰返工程中に前記発電機の卷線固定子からの出力電圧が所定以上の電圧であるかを監視する電圧監視工程と、

該電圧監視工程により所定以上の電圧が検出されたとき前記発電機の出力電圧によりバッテリを充電させる充電工程と、

を含むことを特徴とする翼角度固定揚力型水平軸風力発電装置を発電動作させる方法。

9 . 交流電圧を発生する風力発電機に接続された整流回路と、

前記整流回路に接続され且つ少なくとも 1つのスィッチ素子を含み、前記スィツチ素子のオン ·オフ制御によって前記整流回路の直流出力電圧のレベルを変換する直流一直流変換回路と、，

前記風力発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、

前記風力発電機の制限回転速度を示す信号を発生する制限回転速度信号発生手段と、

前記回転速度検出手段から得られた検出速度を示す信号と前記制限回転速度信号発生手段から得られた制限回転速度を示す信号とを比較する比較手段と、前記直流一直流変換回路の出力段の電圧が所定値になるように前期スィツチ素子を制御し、且つ、前記検出速度が前記制限回転速度よりも高いことを示す前記比較手段の出力に応答して前記直流一直流変換回路の出力電圧を上昇させるように前記スィツチ素子を制御するスィツチ制御回路と、

該風力発電機を電動機に切り替えて前記回転軸を順方向に回転させる始動補助回転を実施する始動補助手段と、

該始動補助手段による前記始動補助回転が停止されたとき前記風力電動機を · 前記発電機に復帰させる発電機復帰手段と、を有していることを特徴とする風力発電装置。

1 0 . 交流電圧を発生する風力発電機に接続された整流回路と、

前記整流回路に接続され且つ少なくとも 1つのスィッチ素子を含み、前記スィツチ素子のオン ·オフ制御によって前記整流回路の直流出力電圧のレベルを変換する直流一直流変換回路と、

前記直流一直流変換回路に接続された直流一交流変換回路と、

前記回転速度検出手段から得られた検出速度を示す信号と前記制限回転速度信号発生手段から得られた制限回転速度を示す信号とを比較する比較手段と、前記直流一交流変換回路を制御し且つ前記検出速度が前記制限回転速度よりも高いことを示す前記比較手段の出力に応答して前記直流一交流変換回路の出力電圧を上昇させるように前記直流一交流変換回路を制御する制御回路と、該風力発電機を電動機に切り替えて前記回転軸を順方向に回転させる始動補助回転を実施する始動補助手段と、

該始動補助手段による前記始動補助回転が停止されたとき前記風力電動機を前記発電機に復帰させる発電機復帰手段と、

を有していることを特徴とする風力発電装置。

1 1 . 前記制限回転速度信号発生手段は、昼間時間帯に第 1の回転制御速度を示す信号を発生し、夜間時間帯に前記第 1の回転制限速度よりも低い第 2の制限回転速度を示す信号を発生するものである請求項 9又は 1 0に記載の風力発電装置。 -

1 2 . 風車と、

前記風車によって回転されるロータを有する交流発電機と、

前記交流発電機に接続された整流回路と、

前記整流回路に接続された電力変換回路と、

前記電力変換回路に接続された蓄電池又はコンデンサと、

前記風車の回転数を検出するための回転検出器と、

前記風車の基準回転数を設定するための基準回転数設定器と、

前記回転検出器と前記基準回転数設定器と前期電力変換回路とに接続され、前記回転検出器から得られた検出回転数が前記基準回転数を超えたときに、前記電力変換回路の入力電圧と出力電圧との比を大きくするように前記電力変換回路を制御する制御回路と、

該交流発電機を電動機に切り替えて前記回転軸を順方向に回転させる始動補助回転を実施する始動補助手段と、

該始動補助手段による前記始動補助回転が停止されたとき前記交流電動機を前記発電機に復帰させる発電機復帰手段と、

からなる風力発電装置。

1 3 .更に、前記電力変換回路の入力電圧を検出する入力電圧検出回路を有し、前記制御回路は、

前記発電機の出力電圧を決定する発電機出力電圧決定手段と、

前記検出回転数と前記基準回転数との差を求める第 1の減算手段と、前記差が零以下の時には係数値として 1を送出し、前記差が零よりも大きい時には 1より小さい値の係数を送出する係数発生手段と、

前記発電機出力電圧決定手段から得られた決定出力電圧に前記係数発生手段から得られた係数を乗算して補正電圧指令信号を形成する乗算手段と、前記乗算手段の出力と前記入力電庄検出回路の出力との差を求める第 2の減算手段と、

前記第 2の減算手段の出力に基づいて前記入力電圧検出回路の出力を前記捕正電圧指令信号に近づけるように前記電力変換回路を制御する信号を形成する制御信号形成回路と

からなることを特徴とする請求項 1 2に記載の風力発電装置。

1 4 . 揚力型固定ピッチ水平軸風車において、

運転限界風速以上の風が吹いている場合に、発電機の出力を短絡し、風車のプレードをゆっくりと回転させつづける短絡手段

を備えることを特徴とする揚力型固定ピッチ水平軸風車。

1 5 . 前記短絡手段によって生じる短絡電流を所定の閾値と比較することによつて風車運転を再開するか否かを反転する判定手段を更に備えることを特徴とする請求項 1 4に記載の揚力型固定ピッチ水平軸風車。

1 6 . 揚力型固定ピッチ水平軸風車において、

バッテリの電圧の低下あるいは発電機出力電圧の上昇により必要となる風車の停止制御が不能となっている場合、風力発電機の入力を短絡する短絡手段、を備えることを特徴とする揚力型固定ピッチ水平軸風車。

1 7 . 揚力型固定ピッチ水平軸風車において、

過去の風速の変動傾向に関する情報を格納する格納手段と、

該格納手段に格納されている情報に基づいて、以後の風速の予測を行い、風車の回転が風速の変動に高速に追従するように制御する制御手段を備えることを特徴とする揚力型固定ピッチ水平軸風車。

1 8 . 揚力型固定ピッチ水平軸風車において、

設定された上限回転数で運転中に風速が増加して充電用の電力が定格電力値を超えた場合、風車の上限回転数を下げることにより、該定格電力を超過しないようにすることを特徴とする揚力型固定ピッチ水平軸風車。