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JP2001190096A - 風力発電装置 - Google Patents

風力発電装置

Info

Publication number
JP2001190096A
JP2001190096A JP30571499A JP30571499A JP2001190096A JP 2001190096 A JP2001190096 A JP 2001190096A JP 30571499 A JP30571499 A JP 30571499A JP 30571499 A JP30571499 A JP 30571499A JP 2001190096 A JP2001190096 A JP 2001190096A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
phase difference
target
unit
setting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP30571499A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhiko Fujiwara
靖彦 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP30571499A priority Critical patent/JP2001190096A/ja
Publication of JP2001190096A publication Critical patent/JP2001190096A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風力の変動に係わらず一定の電力を発電する
ことの可能な永久磁石型交流発電機を使用した風力発電
装置を提供する。 【解決手段】 永久磁石型交流発電機21はプロペラ2
0によって回転駆動される。発電機で発電された電力は
インバータ22に供給される。インバータは、プロペラ
の回転数に比例した周波数の信号に対して所定の位相差
を有する信号によって制御されるため、風力の変動によ
らず一定の電力を出力することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は風力発電装置に係わ
り、特に永久磁石型交流発電機を使用した風力発電装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年環境保護の観点から風力発電が注目
されているが、プロペラによって駆動される発電機とし
ては同期交流発電機が使用される場合が多い。図1は従
来の風力発電装置の構成図であって、プロペラ10は同
期交流発電機11の界磁極である回転子111に結合さ
れ、回転子111を回転駆動する。
【0003】回転子111にはコイル112が巻回され
ており、コイル112に直流電力を供給することにより
回転子111は磁化される。交流発電機11の固定子1
13にはコイルが埋め込まれており、回転子111が回
転することにより3相交流電力が発電される。回転子1
11のコイル112には励磁機12およびスリップリン
グ13を介して同期交流発電機11の発電電力の一部が
励磁電力として供給される。励磁機12は変圧器121
およびサイリスタ122で構成される。
【0004】発電機11により発電された電力の一部は
励磁機変圧器121により適当な電圧に調整された後、
サイリスタ122で整流されて直流電力に変換される。
なお、AVR14によりサイリスタ122の点弧角を制
御することにより発電機11の出力電圧が制御される。
発電機11により発電された電力はコンバータ15によ
っていったん直流電力された後、インバータ16によっ
て系統周波数と同一の周波数を有する交流電力に再変換
される。さらに、交流に再変換された電力は、フィルタ
17および主変圧器18を介して系統19に供給され
る。
【0005】上記の風力発電装置にあっては、プロペラ
10の受ける風力に応じて発電機11が発電する電力は
変動するが、AVR14を調整することによってプロペ
ラ10の回転数を適切な範囲に維持しつつ交流電力は直
流電力に変換される。しかし、AVR付同期交流発電機
11にあっては、外部から励磁電力を供給するためスリ
ップリングを使用する必要があるが、スリップリングは
機械的接触部品であり、信頼性の点で十分ではない。
【0006】そこで、交流発電機としてスリップリング
を使用しない永久磁石型交流発電機を使用することが考
えられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、永久磁石型交
流発電機は回転子として永久磁石を使用しているためA
VRは不要となるが、発電電力を制御することは不可能
となる。従って、風の瞬時的な変動に起因する発電電力
の変動、及びプロペラの羽根がプロペラを支持するポー
ルと重なることに起因する発電電力の変動がそのまま系
統19に伝搬してしまい、系統19に擾乱を与えること
を回避できない。
【0008】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、発電電力を適切に制御することの可能な永久磁石
型交流発電機を使用した風力発電装置を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る風力発電装
置は、風車と、風車によって回転駆動される永久磁石式
交流発電機と、永久磁石式交流発電機によって発電され
る交流電力を直流電力に変換するコンバータと、風車の
回転数に比例した周波数の信号を出力する回転数検出器
と、回転数検出器の出力信号に対して所定の位相差を有
する信号をコンバータの制御用信号として出力する位相
差付与部と、を具備する。
【0010】本発明にあっては、風車の回転数に比例し
た周波数の信号に対して所定量位相の進んだ、あるいは
位相の遅れた信号によってコンバータが制御される。
【0011】
【発明の実施の形態】図2は本発明に係る風力発電装置
の構成図であって、プロペラ20は永久磁石型交流発電
機21の回転子211に結合され、回転子211を回転
駆動する。回転子211の周囲には円筒形状の固定子2
12が配置されている。図3は本発明に係る風力発電装
置で使用される永久磁石式交流発電機の部分断面図であ
って、回転子211は、軸211aの周囲にはスロット
が形成された回転子電磁鋼板211bが配置され、スロ
ットに永久磁石211cが挿入された構成を有する。
【0012】固定子212は、回転子211と所定の空
隙を隔てて配置されるが、固定子枠212aと、その内
側に配置されるスロットの形成された固定子電磁鋼板2
12bと、スロット内に収納されるコイル212cで構
成されている。そして、プロペラ20によって回転子2
11が回転されると、固定子212のコイル212cに
3相交流電力が誘起される。
【0013】発電機21で発電された電力はコンバータ
22で直流電力に変換され、コンデンサ23を介してイ
ンバータ24に供給される。直流電力はインバータ24
によって再度交流電力に変換された後、フィルタ25及
び主変圧器26を介して系統27に供給される。コンバ
ータ22は3相ブリッジ接続された6個のスイッチング
素子(例えばサイリスタ)221〜226とゲート制御
部227を具備し、各スイッチング素子221〜226
の点弧角はゲート制御部227によって制御される。
【0014】インバータ24は3相ブリッジ接続された
6個のトランジスタ241〜246とオンオフ制御部2
47を具備し、各トランジスタ241〜246のオンオ
フタイミングはオンオフ制御部247によって制御され
る。さらに、本発明に係る風力発電装置には、発電機2
1の発電電力を制御するための制御系が含まれている
が、発電機21の回転子211に直結される回転角セン
サ281、直流電圧を検出する直流電圧センサ282お
よび制御器29で構成される。
【0015】なお、制御器29は、例えばマイクロコン
ピュータで構成され、バス290を中心としてCPU2
91、メモリ292、入力インターフェイス(入力I/
F)293、および出力インターフェイス(出力I/
F)294を含む。入力I/F293には、基準位置セ
ンサ281、および直流電力センサ282が接続され
る。また、出力I/F294はゲート制御部237に接
続される。
【0016】図4は本発明に係る風力発電装置の第1の
実施形態の機能線図であって、回転角センサ281の出
力であるパルスは位相差付与部40に導かれる。位相差
設定器41で設定された位相差φも位相差付与部40に
導かれ、位相差付与部40からは回転角センサ281か
ら出力されるパルスに対して位相がφ遅れた(又は進ん
だ)コンバータ制御信号λがコンバータ22に対して出
力される。なお、位相差付与部40及び位相差設定器4
1は、実際には制御器29の中で組み込まれる。
【0017】図5は位相差付与部の機能説明図であっ
て、実線は回転角センサ281から出力されるパルス
を、破線はコンバータ制御信号λを示している。即ち、
例えばシャフトエンコーダである回転角センサ281か
ら出力される方形パルスに対して設定器282で設定さ
れた位相差φだけ位相が遅れた(又は進んだ)信号がコ
ンバータ制御信号λとしてコンバータ22に出力され
る。そして、コンバータ22はコンバータ制御信号λに
基づいて、スイッチング素子の点孤角を制御する。
【0018】本実施形態によれば、風力の変動があって
も発電電力をほぼ一定に維持することが可能となる。第
1の実施形態にあっては位相差を直接設定することとし
たが、実際には目標発電電力を設定することが多い。図
6は本発明に係る風力発電装置の第2の実施形態の機能
線図であって、目標発電電力を設定することを可能とし
ている。
【0019】即ち、回転角センサ281の出力であるパ
ルスは第1の負荷制御部60に内蔵される位相差付与部
40に導かれコンバータ制御信号λが出力される。位相
差は第1の切替部601を介して基準位相差設定器61
から、あるいは目標発電電力設定器62及び目標位相差
決定部602から供給される。通常は目標発電電力設定
器62で設定された目標発電電力mの関数として目標位
相差決定部602で目標位相差φ(=f(m))が決定
され、第1の切替部601を介して位相差付与部40に
導かれて回転角センサ281の出力であるパルスに対し
て所定の位相差を付与する。
【0020】そして、位相差の進みまたは遅れが過大と
なったときは、コンバータ22における点孤角制御が不
可能となる(即ち、脱調状態となる)ことを防止するた
めにに基準位相差設定器61で設定される基準位相差φ
0(=例えば “0" )が第1の切替部601を介して位
相差付与部40に導かれる。本実施形態によれば、目標
発電電力設定器62で目標発電電力を適当に設定するこ
とができるだけでなく、風力が過度に強く、あるいは弱
くなった場合には第1の切替部601を操作して位相差
を基準位相差設定器61で設定される基準位相差φ0
よってコンバータ22を制御することによりコンバータ
22が脱調状態になることを防止することが可能とな
る。
【0021】図7は本発明に係る風力発電装置の第3の
実施形態の機能線図であって、コンバータ22の出力で
ある直流電力をフィードバックすることによって目標発
電電力に対する追従性を改善する。即ち、回転角センサ
281の出力であるパルスは第2の負荷制御部70に内
蔵される位相差付与部40に導かれ位相差が付与されて
コンバータ制御信号λとして出力される。なお、位相差
は位相差決定部701において、基準位相差設定器61
で設定される基準位相差、直流電力センサ283で検出
されるコンバータ22の出力である直流電力、及び第2
の切替部702から出力される設定直流電力dに基づい
て決定される。
【0022】設定直流電力dは、基準直流電力設定器7
1で設定される基準直流電力及び目標発電電力設定器6
2で設定される目標発電電力に基づいて目標直流電力決
定部703で決定される目標直流電力のいづれか一方が
第2の切替部702で選択される。通常は目標発電電力
設定器62で設定された目標発電電力mに基づいて目標
直流電力決定部703で決定される目標直流電力d=f
(m)、直流電力センサ283で検出される直流電力、
及び基準位相差設定器61で設定される基準位相差に基
づいて位相差が決定され、この位相差に基づいてコンバ
ータ制御信号λが決定される。
【0023】そして、位相差の進みまたは遅れが過大と
なったときは、コンバータ22における点孤角制御が不
可能となる(即ち、脱調状態となる)ことを防止するた
めに、基準直流電力設定器71で設定される基準直流電
力m0が第2の切替部702及び位相差決定部701を
介して位相差付与部40に導かれる。基準発電電力m0
によって制御している場合にもコンバータ22が脱調す
ることを防止するために、基準位相差設定器61からも
基準位相差φ0が供給される。
【0024】本実施形態によれば、コンバータ22の出
力である直流電力をフィードバックすることにより目標
発電電力に対する追従性が改善される。
【0025】
【発明の効果】本発明に係る風力発電装置によれば、発
電機として永久磁石式交流発電機を使用した場合にも風
の変動に係わらず一定の発電電力を取り出すことが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の風力発電装置の構成図である。
【図2】本発明に係る風力発電装置の構成図である。
【図3】永久磁石式交流発電機の部分断面図である。
【図4】本発明に係る風力発電装置の第1の実施形態の
機能線図である。
【図5】位相差付与部の機能説明図である。
【図6】本発明に係る風力発電装置の第2の実施形態の
機能線図である。
【図7】本発明に係る風力発電装置の第3の実施形態の
機能線図である。
【符号の説明】
20…プロペラ 21…永久磁石式交流発電機 211…回転子 212…固定子 22…コンバータ 221〜226…サイリスタ 227…ゲート制御部 23…コンデンサ 24…インバータ 241〜246…トランジスタ 247…オンオフ制御部 25…フィルタ 26…主変圧器 27…系統
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H078 AA02 AA26 BB06 CC22 CC54 CC73 5H590 AA13 AA21 CA14 CC02 CC18 CC24 CD01 CD03 CE01 EA07 EB04 EB14 EB21 FA08 FB01 FB05 FC12 FC15 FC22 FC27 GA06 GB05 GB10 HA02 HA06 HA10 HA11 HA27 JA02 JA19 JB15 5H621 AA03 BB10 GB10 HH01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 風車と、 前記風車によって回転駆動される永久磁石式交流発電機
    と、 前記永久磁石式交流発電機によって発電される交流電力
    を直流電力に変換するコンバータと、 前記風車の回転数に比例した周波数の信号を出力する回
    転数検出器と、 前記回転数検出器の出力信号に対して所定の位相差を有
    する信号を、前記コンバータの制御用信号として出力す
    る位相差付与部と、を具備する風力発電装置。
  2. 【請求項2】 基準位相差を設定するための基準位相差
    設定部と、 目標発電電力を設定するための目標発電電力設定部と、 前記目標発電電力設定部で設定された目標発電電力に基
    づいて目標位相差を決定する目標位相差決定部と、 前記基準位相差設定部で設定された基準位相差及び前記
    目標位相差決定部で決定された目標位相差の一方を前記
    位相差付与部において前記回転数検出器の出力信号に対
    して付与される位相差として出力する切替部と、をさら
    に具備する請求項1に記載の風力発電装置。
  3. 【請求項3】 基準直流電力を設定する基準直流電力設
    定部と、 目標発電電力を設定するための目標発電電力設定部と、 前記目標発電電力設定部で設定された目標発電電力に基
    づいて目標直流電力を決定する目標直流電力決定部と、 前記基準発電電力設定部で設定された基準直流電力及び
    前記目標直流電力決定部で決定された目標直流電力の一
    方を設定直流電力として出力する第2の切替部と、 前記コンバータから出力される直流電力を検出する直流
    電力検出部と、 基準位相差を設定するための基準位相差設定部と、 前記第2の切替部から出力される設定直流電力、前記直
    流電力検出部で検出される直流電力、及び前記基準位相
    差設定部で設定される基準位相差に基づいて前記位相差
    付与部において前記回転数検出器の出力信号に対して付
    与される位相差を決定する位相差決定部と、をさらに具
    備する請求項1に記載の風力発電装置。
JP30571499A 1999-10-27 1999-10-27 風力発電装置 Withdrawn JP2001190096A (ja)

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Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20070109