WO2022153769A1 - ブレーキ制御装置 - Google Patents

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WO2022153769A1
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広平 小野
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Ntn株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output

Definitions

  • This disclosure relates to a brake control device for a power generation system.
  • Patent Document 1 discloses an electric brake device for a permanent magnet type wind power generator. According to the electric brake device, the stationary state of the wind turbine can be maintained without demagnetizing the permanent magnets constituting the rotor magnetic poles of the generator.
  • a coreless generator is known as a generator for the purpose of wind power generation. Even if the coreless generator is short-circuited, the torque of the coreless generator does not become saturated. Therefore, by short-circuiting the coreless generator, the braking force increases in proportion to the rotation speed of the coreless generator. Due to these characteristics of coreless generators, coreless generators are often used in systems that brake the generator by short-circuiting the generator. However, the coreless generator has a drawback of poor power generation efficiency.
  • This disclosure was made to solve the above problems, and the purpose is to improve the power generation efficiency of the power generation system.
  • the brake control device is a brake control device for a power generation system.
  • the power generation system includes a rotating body, a generator, and a control device.
  • the generator is rotated by a rotating body and outputs three-phase power to the first power line, the second power line, and the third power line, respectively.
  • the control device receives the three-phase power from the first power line, the second power line, and the third power line, respectively, and controls the rotation speed of the rotating body.
  • the brake control device includes a first switch, a second switch, a third switch, a first resistance, a second resistance, a third resistance, and a control unit. The first switch and the first resistance are connected in series between the first power line and the second power line.
  • the second switch and the second resistance are connected in series between the second power line and the third power line.
  • the third switch and the third resistance are connected in series between the third power line and the first power line.
  • the control unit controls each of the first switch, the second switch, and the third switch.
  • the control unit sets each of the states of the first switch, the second switch, and the third switch to the non-conducting state.
  • the control unit sets each state of the first switch, the second switch, and the third switch into a non-conducting state and a conductive state based on the duty ratio according to the rotation speed of the generator. Switch between. The faster the rotation speed of the generator, the smaller the duty ratio.
  • the control unit when the brake condition is satisfied, changes the states of the first switch, the second switch, and the third switch based on the duty ratio according to the rotation speed of the generator. Is switched between the non-conducting state and the conductive state, and the faster the rotation speed of the generator, the smaller the duty ratio, so that the power generation efficiency of the power generation system can be improved.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the brake control device 5 of the wind power generation system 100 according to the embodiment.
  • the wind power generation system 100 is an example of a horizontal axis type (propeller type) wind power generation system. As shown in FIG. 1, the wind power generation system 100 includes a wind turbine 1 (rotating body), a generator 3, and a control device 4.
  • the wind turbine 1 includes the spindle 2.
  • the generator 3 includes a three-phase synchronous generator using a permanent magnet.
  • the generator 3 is fastened to the spindle 2 by a coupling or the like.
  • the wind turbine 1 is rotated by the kinetic energy of the wind, and the spindle 2 rotates the generator 3.
  • the generator 3 outputs the power of the three phases (U phase, V phase, and W phase) to the power line Pu (first power line), the power line Pv (second power line), and the power line Pw (third power line), respectively. .. If necessary, a speed increaser may be provided between the spindle 2 and the generator 3.
  • the control device 4 receives three-phase electric power from the power lines Pu to Pw, respectively, and controls the rotation speed of the wind turbine 1.
  • the control device 4 includes a power conversion unit 41 and a power storage unit 42.
  • the power conversion unit 41 converts the power received from the power lines Pu to Pw.
  • the power conversion unit 41 includes, for example, an inverter and an AC (Alternate Current) / DC (Direct Current) converter.
  • the power storage unit 42 is charged using the electric power received from the power lines Pu to Pw.
  • the control device 4 When a load is connected to the generator 3 to output electric power, the brake torque is output from the generator 3 to the wind turbine 1, and the rotation of the wind turbine 1 is braked. Increasing the power consumed in the load slows the rotation speed of the wind turbine 1, and decreasing the power increases the rotation speed of the wind turbine 1.
  • the control device 4 In the wind power generation system 100, the control device 4 is connected as a load of the generator 3. The control device 4 controls the brake torque of the generator 3 according to the wind speed (wind speed) received by the wind turbine 1, and rotates the wind turbine 1 at an optimum rotation speed.
  • the brake control device 5 includes a brake control circuit 51, a control unit 52, and a detection unit 53.
  • the brake control circuit 51 includes a switch Sw1 (first switch), a switch Sw2 (second switch), a switch Sw3 (third switch), a resistance R1 (first resistance), and a resistance R2 (second resistance). , Includes resistance R3 (third resistance).
  • the switch Sw1 and the resistor R1 are connected in series between the power lines Pu and Pv.
  • the switch Sw2 and the resistor R2 are connected in series between the power lines Pv and Pw.
  • the switch Sw3 and the resistor R3 are connected in series between the power lines Pw and Pu.
  • the control unit 52 controls the brake control circuit 51.
  • the control unit 52 includes a CPU (Central Processing Unit) and a memory.
  • a condition indicating that an abnormality has occurred in the wind power generation system 100 is satisfied
  • the control unit 52 has a duty ratio according to the rotation speed of the wind turbine 1 (the switch is electrically connected during the unit time with respect to the unit time).
  • Control (duty control) is performed to selectively switch each state of the switches Sw1 to Sw3 between the conductive state (ON) and the non-conducting state (OFF) based on the ratio of the times during which the switches are in the state.
  • the control unit 52 causes the generator 3 to generate a brake torque for the wind turbine 1 by short-circuiting the electric power output from the generator 3 between the power lines Pu to Pw by the resistors R1 to R3.
  • the control unit 52 sets the switches Sw1 to Sw3 to the non-conducting state.
  • the braking conditions are that the charge amount of the power storage unit 42 is larger than the reference amount, the wind speed is faster than the reference wind speed, the rotation speed of the wind turbine 1 is faster than the reference rotation speed, and the power output from the generator 3 is It includes at least one condition that it is larger than the reference power and that the voltage of the power output from the generator 3 is higher than the reference voltage.
  • the reference amount, reference wind speed, reference rotation speed, reference power, and reference voltage can be appropriately determined by actual machine experiments or simulations.
  • the detection unit 53 detects the charge amount of the power storage unit 42, the wind speed, the rotation speed of the wind turbine 1, the electric power output from the generator 3, and the voltage of the electric power output from the generator 3.
  • the detection unit 53 includes various sensors.
  • the detection unit 53 outputs the success or failure of the braking condition to the control unit 52 for each sampling time.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of switching processing of switches Sw1 to Sw3 performed by the control unit 52 of FIG.
  • the process shown in FIG. 2 is called for each sampling time by a main routine (not shown) that controls the brake control device 5 in an integrated manner.
  • the step is simply referred to as S.
  • the control unit 52 determines whether or not the braking condition is satisfied in S101.
  • the control unit 52 outputs a brake command to the brake control circuit 51 in S102, and performs duty control on the switches Sw1 to Sw3 for a certain period of time. End the process.
  • the control unit 52 sets each state of the switches Sw1 to Sw3 to the non-conducting state in S103, and ends the process.
  • FIG. 3 is a functional block diagram including the configuration of the brake control device 5A of the wind power generation system 100 according to the comparative example.
  • the structure of the brake control device 5A is such that the brake control circuit 51 and the control unit 52 in FIG. 1 are replaced with the brake control circuit 51A and the control unit 52A, respectively.
  • the brake control circuit 51A has a configuration in which resistors R1 to R3 are removed from the brake control circuit 51 of FIG.
  • the control unit 52A simply switches the switches Sw1 to Sw3 to the conductive state without performing duty control on the switches Sw1 to Sw3. Other than these, the description is the same, so the description will not be repeated.
  • FIG. 4 shows the relationship (torque characteristics) between the rotation speed of the generator 3 and the brake torque generated from the generator 3 when the switches Sw1 to Sw3 of FIG. 1 are duty-controlled, and the switches Sw1 to Sw3 of FIG. 1 are duty-controlled.
  • the torque characteristics of the generator 3 when the switches are simply brought into a conductive state without being duty-controlled, and the torque characteristics of the generator 3 when the switches Sw1 to Sw3 in FIG. 3 are simply brought into a conductive state without being duty-controlled are also shown. It is a figure.
  • the curve TC1 represents the torque characteristics of the generator 3 when the switches Sw1 to Sw3 of FIG.
  • the curve TC11 is simply a conductive state without duty control of the switches Sw1 to Sw3 of FIG.
  • the torque characteristic of the generator 3 is represented by the above case, and the curve TC12 represents the torque characteristic of the generator 3 when the switches Sw1 to Sw3 of FIG. 3 are simply brought into a conductive state without duty control.
  • the torque characteristic of the generator 3 differs depending on the resistance value between the power lines Pu, Pv, and Pw.
  • the resistance value between the power lines Pu, Pv, and Pw is mainly the internal resistance value of the generator 3.
  • the resistance values between the power lines Pu, Pv, and Pw are mainly the internal resistance value of the generator 3 and the resistance values of the resistors R1, R2, and R3.
  • the larger the resistance value existing between the power lines Pu, Pv, and Pw the faster the rotation speed of the generator 3 that maximizes the brake torque. Therefore, the rotation speed that maximizes the brake torque on the curve TC11 is the rotation speed on the curve TC12. It is faster than the maximum rotation speed of the brake torque.
  • the range of the rotational speed at which the maximum value of the brake torque can be maintained can be expanded beyond the torque characteristics shown in the curves TC11 and TC12.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the rotation speed of the generator 3 of FIG. 1 and the duty ratio of the switches Sw1 to Sw3.
  • the brake torque is usually required in a situation where the rotation speed of the generator 3 is high (for example, 400 min -1 ). Therefore, it is necessary to reduce the duty ratio immediately after the start of the generator 3 and increase the duty ratio as the rotation speed of the generator 3 decreases after the brake torque is generated.
  • the duty ratios of the switches Sw1 to Sw3 are finely controlled for each rotation speed of the generator 3.
  • the relationship between the generator 3 and the duty ratio may be predetermined as a map for each range of the rotation speed of the generator 3.
  • FIG. 6 is a diagram showing a relationship between the rotation speed of the generator 3 of FIG. 1 and the duty ratio of the switches Sw1 to Sw3, which are predetermined as a map.
  • the curve DT1 shown by the dotted line in FIG. 6 is the same as the curve shown in FIG.
  • the relationship between the rotation speed of the generator 3 and the duty ratio of the switches Sw1 to Sw3 in the wind power generation system 100 of FIG. 1 is in the range where the rotation speed of the generator 3 is 0 min -1 or more and less than Vr1.
  • Each of Rg1, the range Rg2 of Vr1 or more and less than Vr2, and the range Rg3 of Vr2 or more is predetermined as a map of linear relations representing a straight line that approximates the curve DT1.
  • the brake control device 5 it is not necessary to use a coreless generator as the generator 3, so that the power generation efficiency of the generator 3 can be improved.
  • the cost of the generator 3 can be reduced, and the generator 3 can be miniaturized. Further, the availability of the generator 3 can be improved.
  • the power generation efficiency of the power generation system can be improved.

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Abstract

発電システムの発電効率を改善する。第１スイッチ（Ｓｗ１）および第１抵抗（Ｒ１）は、第１電力線（Ｐｕ）と第２電力線（Ｐｖ）との間に直列に接続されている。第２スイッチ（Ｓｗ２）および第２抵抗（Ｒ２）は、第２電力線（Ｐｖ）と第３電力線（Ｐｗ）との間に直列に接続されている。第３スイッチ（Ｓｗ３）および第３抵抗（Ｒ３）は、第３電力線（Ｐｗ）と第１電力線（Ｐｕ）との間に直列に接続されている。発電システムに異常が発生したことを示すブレーキ条件が成立する場合、制御部（５２）は、発電機（３）の回転速度に応じたデューティ比に基づいて、第１スイッチ（Ｓｗ１）、第２スイッチ（Ｓｗ２）、および第３スイッチ（Ｓｗ３）の各々の状態を非導通状態と導通状態との間で切り替える。発電機（３）の回転速度が速いほど、当該デューティ比は小さい。

Description

ブレーキ制御装置
　本開示は、発電システムのブレーキ制御装置に関する。
　従来、発電システムのブレーキ制御装置が知られている。たとえば、特開２００２－３３９８５６号公報（特許文献１）には、永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置が開示されている。当該電気ブレーキ装置によれば、発電機の回転子磁極を構成する永久磁石を減磁させることなく、風車の停止状態を維持することができる。
特開２００２－３３９８５６号公報
　風力発電を目的とする発電機として、コアレス発電機が知られている。コアレス発電機を短絡しても、コアレス発電機のトルクには飽和現象が生じない。そのため、コアレス発電機を短絡することにより、コアレス発電機の回転速度に比例してブレーキ力が高くなる。コアレス発電機のこのような特徴から、発電機を短絡することによって発電機にブレーキをかけるシステムにおいては、コアレス発電機が使用されていることが多い。しかし、コアレス発電機は、発電効率が悪いという欠点を有する。
　本開示は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、発電システムの発電効率を改善することである。
　本開示に係るブレーキ制御装置は、発電システムのブレーキ制御装置である。発電システムは、回転体と、発電機と、制御装置とを備える。発電機は、回転体によって回転され、三相の電力を第１電力線、第２電力線、および第３電力線にそれぞれ出力する。制御装置は、三相の電力を第１電力線、第２電力線、および第３電力線からそれぞれ受けて、回転体の回転速度を制御する。ブレーキ制御装置は、第１スイッチと、第２スイッチと、第３スイッチと、第１抵抗と、第２抵抗と、第３抵抗と、制御部とを含む。第１スイッチおよび第１抵抗は、第１電力線と第２電力線との間に直列に接続されている。第２スイッチおよび第２抵抗は、第２電力線と第３電力線との間に直列に接続されている。第３スイッチおよび第３抵抗は、第３電力線と第１電力線との間に直列に接続されている。制御部は、第１スイッチ、第２スイッチ、および第３スイッチの各々を制御する。発電システムに異常が発生したことを示すブレーキ条件が成立しない場合、制御部は、第１スイッチ、第２スイッチ、および第３スイッチの各々の状態を非導通状態に設定する。ブレーキ条件が成立する場合、制御部は、発電機の回転速度に応じたデューティ比に基づいて、第１スイッチ、第２スイッチ、および第３スイッチの各々の状態を非導通状態と導通状態との間で切り替える。発電機の回転速度が速いほど、当該デューティ比は小さい。
　本開示に係るブレーキ制御装置によれば、ブレーキ条件が成立する場合に制御部が発電機の回転速度に応じたデューティ比に基づいて第１スイッチ、第２スイッチ、および第３スイッチの各々の状態を非導通状態と導通状態との間で切り替え、発電機の回転速度が速いほど当該デューティ比が小さいことにより、発電システムの発電効率を改善することができる。
実施の形態に係る、風力発電システムのブレーキ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１の制御部によって行われるスイッチの切替処理の流れを示すフローチャートである。 比較例に係る、風力発電システムのブレーキ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１のスイッチがデューティ制御された場合の発電機のトルク特性、図１のスイッチがデューティ制御されずに単に導通状態とされた場合の発電機のトルク特性、および図３のスイッチがデューティ制御されずに単に導通状態とされた場合の発電機のトルク特性を併せて示す図である。 図１の発電機の回転速度とスイッチのデューティ比との関係を示す図である。 マップとして予め定められた、図１の発電機の回転速度とスイッチのデューティ比との関係を示す図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　図１は、実施の形態に係る、風力発電システム１００のブレーキ制御装置５の構成を示す機能ブロック図である。風力発電システム１００は、水平軸型（プロペラ型）風力発電システムの一例である。図１に示されるように、風力発電システム１００は、風車１（回転体）と、発電機３と、制御装置４とを備える。
　風車１は、主軸２を含む。発電機３は、永久磁石を使用した三相同期発電機を含む。発電機３は、主軸２にカップリング等で締結されている。風の運動エネルギーにより風車１が回転され、主軸２が発電機３を回転させる。
　発電機３は、三相（Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相）の電力をそれぞれ電力線Ｐｕ（第１電力線）、電力線Ｐｖ（第２電力線）、および電力線Ｐｗ（第３電力線）にそれぞれ出力する。必要に応じて、主軸２と発電機３との間に増速機が設けられてもよい。
　制御装置４は、三相の電力を電力線Ｐｕ～Ｐｗからそれぞれ受けて、風車１の回転速度を制御する。制御装置４は、電力変換部４１と、蓄電部４２とを含む。電力変換部４１は、電力線Ｐｕ～Ｐｗから受ける電力を変換する。電力変換部４１は、たとえば、インバータおよびＡＣ（Alternate　Current）／ＤＣ（Direct　Current）コンバータを含む。電力線Ｐｕ～Ｐｗから受ける電力を用いて、蓄電部４２が充電される。
　発電機３に負荷を接続して電力を出力させると、風車１に発電機３からブレーキトルクが出力され、風車１の回転が制動される。負荷において消費される電力を増加させると風車１の回転速度は遅くなり、当該電力を減少させると風車１の回転速度は速くなる。風力発電システム１００においては、発電機３の負荷として制御装置４が接続されている。制御装置４は、風車１が受ける風の速度（風速）に応じて、発電機３のブレーキトルクを制御して、最適な回転速度で風車１を回転させる。
　ブレーキ制御装置５は、ブレーキ制御回路５１と、制御部５２と、検出部５３とを含む。ブレーキ制御回路５１は、スイッチＳｗ１（第１スイッチ）と、スイッチＳｗ２（第２スイッチ）と、スイッチＳｗ３（第３スイッチ）と、抵抗Ｒ１（第１抵抗）と、抵抗Ｒ２（第２抵抗）と、抵抗Ｒ３（第３抵抗）とを含む。スイッチＳｗ１および抵抗Ｒ１は、電力線ＰｕとＰｖとの間に直列に接続されている。スイッチＳｗ２および抵抗Ｒ２は、電力線ＰｖとＰｗとの間に直列に接続されている。スイッチＳｗ３および抵抗Ｒ３は、電力線ＰｗとＰｕとの間に直列に接続されている。
　制御部５２は、ブレーキ制御回路５１を制御する。制御部５２は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）およびメモリを含む。風力発電システム１００に異常が発生したことを示す条件（ブレーキ条件）が成立する場合、制御部５２は、風車１の回転速度に応じたデューティ比（単位時間に対する当該単位時間の間にスイッチが導通状態となる時間の比）に基づいて、スイッチＳｗ１～Ｓｗ３の各々の状態を導通状態（ＯＮ）と非導通状態（ＯＦＦ）との間で選択的に切り替える制御（デューティ制御）を行う。制御部５２は、発電機３から出力される電力を抵抗Ｒ１～Ｒ３によって電力線Ｐｕ～Ｐｗの間で短絡することにより、発電機３に風車１へのブレーキトルクを発生させる。風力発電システム１００が正常である場合（ブレーキ条件が成立していない場合）、制御部５２は、スイッチＳｗ１～Ｓｗ３を非導通状態に設定する。ブレーキ条件は、蓄電部４２の充電量が基準量より大きいという条件、風速が基準風速より速いという条件、風車１の回転速度が基準回転速度より速いという条件、発電機３から出力される電力が基準電力より大きいという条件、および発電機３から出力される電力の電圧が基準電圧より高いという条件の少なくとも１つを含む。基準量、基準風速、基準回転速度、基準電力、および基準電圧は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。
　検出部５３は、蓄電部４２の充電量、風速、風車１の回転速度、発電機３から出力される電力、および発電機３から出力される電力の電圧を検出する。検出部５３は、各種のセンサを含む。検出部５３は、ブレーキ条件の成否をサンプリングタイム毎に制御部５２に出力する。
　図２は、図１の制御部５２によって行われるスイッチＳｗ１～Ｓｗ３の切替処理の流れを示すフローチャートである。図２に示される処理は、ブレーキ制御装置５を統合的に制御する不図示のメインルーチンによってサンプリングタイム毎に呼び出される。以下ではステップを単にＳと記載する。
　図２に示されるように、制御部５２は、Ｓ１０１においてブレーキ条件が成立しているか否かを判定する。ブレーキ条件が成立している場合（Ｓ１０１においてＹＥＳ）、制御部５２は、Ｓ１０２において、ブレーキ指令をブレーキ制御回路５１に出力し、一定時間の間、スイッチＳｗ１～Ｓｗ３に対してデューティ制御を行って処理を終了する。ブレーキ条件が成立していない場合（Ｓ１０１においてＮＯ）、制御部５２は、Ｓ１０３において、スイッチＳｗ１～Ｓｗ３の各々の状態を非導通状態に設定して処理を終了する。
　図３は、比較例に係る、風力発電システム１００のブレーキ制御装置５Ａの構成を併せて機能ブロック図である。ブレーキ制御装置５Ａの構成は、図１のブレーキ制御回路５１，制御部５２がブレーキ制御回路５１Ａ，制御部５２Ａにそれぞれ置き換えられた構成である。ブレーキ制御回路５１Ａは、図１のブレーキ制御回路５１から抵抗Ｒ１～Ｒ３が除かれた構成である。制御部５２Ａは、ブレーキ条件が成立する場合、スイッチＳｗ１～Ｓｗ３に対してデューティ制御を行わずに、単にスイッチＳｗ１～Ｓｗ３を導通状態に切り替える。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。
　図４は、図１のスイッチＳｗ１～Ｓｗ３がデューティ制御された場合の発電機３の回転速度と発電機３から発生するブレーキトルクの関係（トルク特性）、図１のスイッチＳｗ１～Ｓｗ３がデューティ制御されずに単に導通状態とされた場合の発電機３のトルク特性、および図３のスイッチＳｗ１～Ｓｗ３がデューティ制御されずに単に導通状態とされた場合の発電機３のトルク特性を併せて示す図である。図４において、曲線ＴＣ１は図１のスイッチＳｗ１～Ｓｗ３がデューティ制御された場合の発電機３のトルク特性を表し、曲線ＴＣ１１は図１のスイッチＳｗ１～Ｓｗ３がデューティ制御されずに単に導通状態とされた場合の発電機３のトルク特性を表し、曲線ＴＣ１２は図３のスイッチＳｗ１～Ｓｗ３がデューティ制御されずに単に導通状態とされた場合の発電機３のトルク特性を表す。
　図４に示されるように、発電機３のトルク特性は、電力線Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗの間の抵抗値によって異なる。図３の発電機３において電力線Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗの間の抵抗値は、主に発電機３の内部抵抗値である。図１の発電機３において電力線Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗの間の抵抗値は、主に発電機３の内部抵抗値および抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値である。電力線Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗの間に存在する抵抗値が大きくなるほど、ブレーキトルクが最大となる発電機３の回転速度は速くなるため、曲線ＴＣ１１においてブレーキトルクが最大となる回転速度は、曲線ＴＣ１２においてブレーキトルクが最大となる回転速度より速い。
　そこで、ブレーキ制御装置５においては、ブレーキ条件が成立する場合、発電機３の回転速度が速いほど、スイッチＳｗ１～Ｓｗ３の各々のデューティ比を低下させて、電力線Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗの間の抵抗値の単位時間当たりの平均値を増加させる。その結果、曲線ＴＣ１に示されるように、ブレーキトルクの最大値を維持することができる回転速度の範囲を、曲線ＴＣ１１，ＴＣ１２に示されるトルク特性よりも広げることができる。
　図５は、図１の発電機３の回転速度とスイッチＳｗ１～Ｓｗ３のデューティ比との関係を示す図である。図５に示されるように、発電機３の回転速度が速いほど、スイッチＳｗ１～Ｓｗ３のデューティ比は小さい。たとえば、ブレーキトルクは、通常、発電機３の回転速度が速い状況（たとえば４００ｍｉｎ－１）において必要になることが多い。そのため、発電機３の起動直後においてはデューティ比を小さくし、ブレーキトルクの発生後、発電機３の回転速度の低下に応じてデューティ比を大きくする必要がある。
　図５においては、スイッチＳｗ１～Ｓｗ３のデューティ比は、発電機３の回転速度毎に細かく制御されている。制御部５２によって実行されるソフトウェアの簡素化のために、発電機３の回転速度の範囲毎に、発電機３とデューティ比との関係が予めマップとして定められていてもよい。
　図６は、マップとして予め定められた、図１の発電機３の回転速度とスイッチＳｗ１～Ｓｗ３のデューティ比との関係を示す図である。図６において点線で示される曲線ＤＴ１は、図５に示される曲線と同じである。図６に示されるように、図１の風力発電システム１００における発電機３の回転速度とスイッチＳｗ１～Ｓｗ３のデューティ比との関係は、発電機３の回転速度が０ｍｉｎ－１以上Ｖｒ１未満の範囲Ｒｇ１、Ｖｒ１以上Ｖｒ２未満の範囲Ｒｇ２、およびＶｒ２以上の範囲Ｒｇ３の各々において、曲線ＤＴ１を近似する直線を表す線形関係のマップとして予め定められている。
　ブレーキ制御装置５によれば、発電機３としてコアレス発電機を用いる必要がないため、発電機３の発電効率を改善することができる。また、発電機３のコストを低減することができるとともに、発電機３を小型化することができる。さらに、発電機３の入手性を改善することができる。
　以上、実施の形態に係るブレーキ制御装置によれば、発電システムの発電効率を改善することができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　風車、２　主軸、３　発電機、４　制御装置、５，５Ａ　ブレーキ制御装置、４１　電力変換部、４２　蓄電部、５１，５１Ａ　ブレーキ制御回路、５２，５２Ａ　制御部、５３　検出部、１００　風力発電システム、Ｐｕ～Ｐｗ　電力線、Ｒ１～Ｒ３　抵抗、Ｓｗ１～Ｓｗ３　スイッチ。

Claims (3)

  1. 　発電システムのブレーキ制御装置であって、
    　前記発電システムは、
    　回転体と、
    　前記回転体によって回転され、三相の電力を第１電力線、第２電力線、および第３電力線にそれぞれ出力する発電機と、
    　前記三相の電力を前記第１電力線、前記第２電力線、および前記第３電力線からそれぞれ受けて、前記回転体の回転速度を制御する制御装置とを備え、
    　前記ブレーキ制御装置は、
    　　前記第１電力線と前記第２電力線との間に直列に接続された第１スイッチおよび第１抵抗と、
    　　前記第２電力線と前記第３電力線との間に直列に接続された第２スイッチおよび第２抵抗と、
    　　前記第３電力線と前記第１電力線との間に直列に接続された第３スイッチおよび第３抵抗と、
    　前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記第３スイッチの各々を制御する制御部とを含み、
    　前記発電システムに異常が発生したことを示すブレーキ条件が成立しない場合、前記制御部は、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記第３スイッチの各々の状態を非導通状態に設定し、
    　前記ブレーキ条件が成立する場合、前記制御部は、前記発電機の回転速度に応じたデューティ比に基づいて、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記第３スイッチの各々の状態を非導通状態と導通状態との間で切り替え、
    　前記発電機の回転速度が速いほど、前記デューティ比は小さい、ブレーキ制御装置。
  2. 　前記発電機の回転速度と前記デューティ比との関係は、予めマップとして定められている、請求項１に記載のブレーキ制御装置。
  3. 　前記回転体は、風車を含み、
    　前記制御装置は、前記発電機から出力される電力が充電される蓄電部をさらに含み、
    　前記ブレーキ条件は、前記蓄電部の充電量が基準量より大きいという条件、前記風車が受ける風の速度が基準風速より速いという条件、前記風車の回転速度が基準回転速度より速いという条件、前記発電機から出力される電力が基準電力より大きいという条件、および前記発電機から出力される電力の電圧が基準電圧より高いという条件の少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載のブレーキ制御装置。
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