(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力を電気エネルギーに変換する発電機が発電した電気エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた電気エネルギーを放出する蓄電手段と、
当該蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーを消費する電力消費手段と、
前記発電機を駆動する風の速度を示す風速情報に基づいて、前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続又は遮断する切替手段と、
前記発電機の出力を短絡する短絡手段と、を有し、
前記切替手段が前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続した後、前記発電機が停止したと認められた場合には、前記切替手段は前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に遮断するとともに、前記短絡手段は、前記発電機の出力を短絡することを特徴とする風力発電機用制動装置。
【請求項２】
前記蓄電手段と前記電力消費手段との間に、前記蓄電手段と前記電力消費手段とを電気的に接続又は遮断する断続手段を有する請求項１に記載の風力発電機用制動装置。
【請求項３】
前記断続手段は、
前記切替手段が前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続した後、前記発電機が停止したと認められない間は、前記蓄電手段と前記電力消費手段とを電気的に遮断し、
前記発電機が停止したと認められた後に、前記蓄電手段と前記電力消費手段とを電気的に接続する請求項２に記載の風力発電機用制動装置。
【請求項４】
前記断続手段及び前記電力消費手段は、半導体スイッチング素子で構成される請求項２又は３に記載の風力発電機用制動装置。
【請求項５】
前記発電機と前記蓄電手段との間に、電圧降下手段が設けられる請求項１から４のいずれか１項に記載の風力発電機用制動装置。
【請求項６】
前記電圧降下手段と前記蓄電手段との間に、整流手段を有する請求項５に記載の風力発電機用制動装置。
【請求項７】
前記切替手段は、複数の半導体スイッチング素子を組み合わせて構成され、
前記発電機によって発電された電気エネルギーが直流電力に変換されて前記切替手段へ入力される請求項１から６のいずれか１項に記載の風力発電機用制動装置。
【請求項８】
前記切替手段は、
前記風速情報が予め定められた所定の閾値以上になった場合には、前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続する請求項１から７のいずれか１項に記載の風力発電機用制動装置。
【請求項９】
風力を電気エネルギーに変換する発電機が発電した電気エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた電気エネルギーを放出する蓄電手段と、
当該蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーを消費する電力消費手段と、
前記発電機を駆動する風の速度を示す風速情報に基づいて、前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続又は遮断する切替手段と、
前記蓄電手段と前記電力消費手段との間に設けられ、前記蓄電手段と前記電力消費手段とを電気的に接続又は遮断する断続手段と、を含み、
前記断続手段は、
前記切替手段が前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続した後、前記発電機が停止したと認められない間は、前記蓄電手段と前記電力消費手段とを電気的に遮断し、
前記発電機が停止したと認められた後に、前記蓄電手段と前記電力消費手段とを電気的に接続することを特徴とする風力発電機用制動装置。
【請求項１０】
風力を電気エネルギーに変換する発電機が発電した電気エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた電気エネルギーを放出する蓄電手段と、
当該蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーを消費する電力消費手段と、
前記発電機を駆動する風の速度を示す風速情報に基づいて、前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続又は遮断する切替手段と、
前記発電機と前記蓄電手段との間に設けられた電圧降下手段と、
を含むことを特徴とする風力発電機用制動装置。
【請求項１１】
風力を電気エネルギーに変換する発電機が発電した電気エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた電気エネルギーを放出する蓄電手段と、
当該蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーを消費する電力消費手段と、
前記発電機を駆動する風の速度を示す風速情報に基づいて、前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続又は遮断する切替手段と、を含み、
前記切替手段は、複数の半導体スイッチング素子を組み合わせて構成され、
前記発電機によって発電された電気エネルギーが直流電力に変換されて前記切替手段へ入力されることを特徴とする風力発電機用制動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強風時等に風力発電機を停止させる風力発電機の制動装置に関し、さらに詳しくは、電磁力によって風車を停止させる風力発電機用制動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化や資源の減少等の問題を受けて、再生可能なエネルギーである風力が注目され、普及しつつある。風力の利用には、いわゆる風力発電がある。風力発電は、風車と発電機とを組み合わせて風力を電力に変換し、得られた電力を使用用途に合わせた形に変換して利用する方法である。この方法は、応用範囲が広いという利点があり、現在の主流となっている。
【０００３】
風力発電機には、暴風等の過大風速により風車及び発電機の回転速度が過大に上昇した場合、電磁式制動装置により風車を停止させるようにしているものがある。このような電磁式制動装置は、例えば、発電機の回転速度を検出し、検出した回転速度が一定値を超えたら発電機の回路を短絡させ、そのときに発生する電力により回転負荷を増大させて発電機の回転を低下させ、停止させるものがある。このような電磁式制動装置を用いた制動装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３９８５６号公報（０００８、００１５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、過大風速により風車を停止させようとする場合、可能な限り短時間で風車を停止させる必要がある。これは、制動時に発電機が発生する電力を可能な限り短時間で放出する必要があることを意味する。この解決策としては、例えば、制動時に発生した電力を消費させる手段（電力消費手段）の熱抵抗を下げるとともに、電力容量が大きな素子を前記電力消費手段に用いるという手法がある。
【０００６】
しかし、このような手段を用いると、前記電力消費手段の容量や寸法が増大し、また、制動開始から風車が停止するまでに電力を前記電力消費手段で消費する必要があるので、単位時間当たりにおける前記電力消費手段の発熱量が大きくなる。その結果、制動装置の大型化を招くとともに、前記電力消費手段の発熱量が大きいことから、制動装置を構成する機器の配置が制限を受けることがある。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電機が発電した電力を電力消費手段に消費させることによって風車を停止させる風力発電機用制動装置において、電力消費手段を小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、風力を電気エネルギーに変換する発電機が発電した電気エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた電気エネルギーを放出する蓄電手段と、当該蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーを消費する電力消費手段と、前記発電機を駆動する風の速度を示す風速情報に基づいて、前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続又は遮断する切替手段と、を含むことを特徴とする風力発電機用制動装置である。
【０００８】
本発明は、風力発電機を制動する場合、切替手段が風力発電機の発電機によって発電された電気エネルギーの供給先を蓄電手段に変更し、蓄電手段は、前記電気エネルギーを一時的に蓄える。そして、発電機及び風車が停止した後に、蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーを電力消費手段で消費する。これによって、電力消費手段が、風力発電機の制動によって発生した電気エネルギーを消費するタイミングを、風力発電機の制動時よりも後にすることができる。また、蓄電手段は、これに接続される電力消費手段の仕様等によって放電の時間を制御できるため、風力発電機の制動によって発生し、蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーを、蓄電に要した時間よりも長い時間で放電させることができる。これらの作用によって、本発明は、電力消費手段を大幅に小型化することができる。
【０００９】
本発明の望ましい態様としては、前記発電機の出力を短絡する短絡手段を有し、前記切替手段が前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続した後、前記発電機が停止したと認められた場合には、前記切替手段は前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に遮断するとともに、前記短絡手段は、前記発電機の出力を短絡することが好ましい。この短絡手段が発電機の回路を短絡することにより、電力消費手段が蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーを消費している間でも、確実に発電機を停止させることができる。
【００１０】
本発明の望ましい態様としては、前記蓄電手段と前記電力消費手段との間に、前記蓄電手段と前記電力消費手段とを電気的に接続又は遮断する断続手段を有することが好ましい。制動中、発電機によって発電された電気エネルギーを蓄電手段に蓄えている間、断続手段によって蓄電装置と電力消費手段とを電気的に遮断することにより、発電機が発電した電気エネルギーは電力消費手段へ流れない。したがって、発電機が発電した電気エネルギーの一部が電力消費手段へ流れることを想定して、電力消費手段の電量容量を大きく設定する必要はないので、電力消費手段をより小型化することができる。
【００１１】
本発明の望ましい態様としては、前記断続手段は、前記切替手段が前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続した後、前記発電機が停止したと認められない間は、前記蓄電手段と前記電力消費手段とを電気的に遮断し、前記発電機が停止したと認められた後に、前記蓄電手段と前記電力消費手段とを電気的に接続することが好ましい。これによって、風力発電機の制動中は、電力消費手段へ電気エネルギーが流れないようにして、蓄電手段の放電時には、蓄えられた電気エネルギーを確実に電力消費手段で消費させることができる。
【００１２】
本発明の望ましい態様としては、前記断続手段及び前記電力消費手段は、半導体スイッチング素子で構成されることが好ましい。これによって、装置構成を簡略化するとともに部品点数を削減することもできる。
【００１３】
本発明の望ましい態様としては、前記発電機と前記蓄電手段との間に、電圧降下手段が設けられることが好ましい。発電機の出力電圧は１００Ｖ〜２００Ｖであり、これを直接印加できる蓄電手段は限られる可能性がある。この態様では、電圧降下手段を備え、発電機の出力電圧を降圧させて蓄電装置へ印加するので、蓄電装置を構成する要素やその組み合わせの自由度が大きくなる。
【００１４】
本発明の望ましい態様としては、前記電圧降下手段と前記蓄電手段との間に、整流手段を有することが好ましい。これによって、蓄電手段へ直流電力が印加されるようにできるので、蓄電手段の設計の自由度が向上する。
【００１５】
本発明の望ましい態様としては、前記切替手段は、複数の半導体スイッチング素子を組み合わせて構成され、前記発電機にとって発電された電気エネルギーが直流電力に変換されて前記切替手段へ入力されることが好ましい。このように、複数の半導体スイッチング素子で、例えばインバータ回路を構成して切替手段とすることができる。このようにすれば、一つの切替手段で、風力発電機の制動時に蓄電手段へ電力を蓄えることと、蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーを電力消費手段が消費する際に発電機及び風車を停止させることとの両方を実現できる。
【００１６】
本発明の望ましい態様としては、前記切替手段は、前記風速情報が予め定められた所定の閾値以上になった場合には、前記発電機と前記蓄電手段とを電気的に接続することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、発電機が発電した電力を電力消費手段に消費させることによって風車を停止させる風力発電機用制動装置において、電力消費手段を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施形態１に係る風力発電機用制動装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る制動装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図３は、本実施形態に係る制動装置が動作する場合のタイミングチャートである。
【図４】図４は、本実施形態の変形例に係る制動装置の構成を示す概略図である。
【図５】図５は、実施形態２に係る制動装置の構成を示す概略図である。
【図６】図６は、実施形態２に係る制動装置の構成を示す概略図である。
【図７】図７は、実施形態２に係る制動装置が動作する場合のタイミングチャートである。
【図８】図８は、実施形態３に係る制動装置の構成を示す概略図である。
【図９】図９は、変圧器を用いない構成に断続器を設けた例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態３に係る制動装置が動作する場合のタイミングチャートである。
【図１１】図１１は、断続器及び電力消費装置を半導体スイッチング素子で構成した例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施形態３の変形例に係る制動装置の構成を示す概略図である。
【図１３】図１３は、実施形態４に係る制動装置の構成を示す概略図である。
【図１４】図１４は、実施形態４の変形例に係る制動装置の構成を示す概略図である。
【図１５】図１５は、実施形態４に係る制動装置が動作する場合のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る風力発電機用制動装置の構成を示す概略図である。風力発電機用制動装置（以下、必要に応じて制動装置という）１０は、風力発電機１に組み込まれている。風力発電機１は、発電機２と、この発電機２の入力軸４に取り付けられる風車３と、制動装置１０とを含んで構成される。風車３が風を受けると風車３が回転する。風車３の回転力は入力軸４を介して発電機２へ入力されて、これを駆動する。これによって、発電機２は電気エネルギーを発生する。このように、発電機２は、風力を電気エネルギーに変換するエネルギー変換装置である。発電機２が発生した電気エネルギーは、制動装置１０を介して電力変換装置であるコンバーター５に入力さる。コンバーター５は、発電機２が発生した電気エネルギーを変換し、家電製品等の電力消費対象６に出力する。
【００２１】
本実施形態において、制動装置１０は、発電機２とコンバーター５との間に配置される。制動装置１０は、入力端子Ｔｉａ、Ｔｉｂと、出力端子Ｔｏａ、Ｔｏｂとを有しており、入力端子Ｔｉａ、Ｔｉｂに発電機２の出力端子が接続される。また、制動装置１０の出力端子Ｔｏａ、Ｔｏｂには、コンバーター５の入力端子が接続される。制動装置１０は、発電機２の電機子回路を短絡させることにより発電機２の出力を短絡させ、発電機２が発電する電力により発電機２の回転負荷を増大させながら発電機２を停止させることによって風車３を停止させるものである。このように、制動装置１０は、いわゆる電磁式制動装置としての機能を発揮する。なお、風力発電機１の停止、発電機２の停止、風車３の停止は、いずれも同じ意味で用いる。次に、制動装置１０の構成を説明する。
【００２２】
制動装置１０は、蓄電手段である蓄電装置１１と、電力消費手段である電力消費装置１２と、切替手段である切替装置１３とを含んで構成される。さらに、本実施形態において、制動装置１０は、風速情報検出手段である電圧計１４と、制御手段である制御装置１５とを含む。蓄電装置１１は、発電機２が発電した電気エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた電気エネルギーを放出する。蓄電装置１１は、例えば、コンデンサ、電気二重層キャパシタ、蓄電池（例えば、鉛蓄電池、リチウム−イオン電池、ニッケル−水素電池等）を用いることができる。また、蓄電装置１１は、電動機でフライホイールを回転させて電気エネルギーを運動エネルギーに変換した後、電動機を発電機として用いることによりフライホイールに蓄えられた運動エネルギーを電気エネルギーに変換するものであってもよい。
【００２３】
本実施形態において、蓄電装置１１としては、例えば、コンデンサを用いる。この場合、蓄電装置１１は、発電機２の回路に並列に接続される。図１に示す例では、蓄電装置１１の一方の端子が制動装置１０の入力端子Ｔｉｂと電気的に接続され、他方の端子は、切替装置１３を介して制動装置１０の入力端子Ｔｉａと電気的に接続される。
【００２４】
電力消費装置１２は、蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーを消費するものである。電力消費装置１２としては、例えば、抵抗がある。なお、電力消費装置１２は、電気エネルギーを消費できればよいので、抵抗に限定されるものではなく、例えば、電動機、照明装置、磁気発生装置等であってもよい。本実施形態では、電力消費装置１２に抵抗を用いる。この場合、電力消費装置１２の一方の端子が蓄電装置１１の一方の端子と電気的に接続され、電力消費装置１２の他方の端子が蓄電装置１１の他方の端子と電気的に接続される。これによって、電力消費装置１２と蓄電装置１１とは閉回路を形成する。
【００２５】
切替装置１３は、風車３を介して発電機２を駆動する風の速度を示す風速情報に基づいて、発電機２と蓄電装置１１とを電気的に接続又は遮断するものであり、例えば、スイッチ、リレー、半導体スイッチング素子等を用いることができる。本実施形態では、切替装置１３としてスイッチを用いる。切替装置１３が、発電機２と蓄電装置１１とを電気的に接続することにより、発電機２と蓄電装置１１とは閉回路を形成する。
【００２６】
本実施形態では、制御装置１５が切替装置１３の動作を制御する。具体的には、制御装置１５は、切替装置１３を閉じる、すなわち電気的に接続することにより、発電機２と蓄電装置１１とを電気的に接続する。これによって、発電機２が発電した電気エネルギーの供給先は蓄電装置１１となる。また、制御装置１５は、切替装置１３を開く、すなわち、電気的に遮断することにより、発電機２と蓄電装置１１とを電気的に遮断する。これによって、発電機２が発電した電気エネルギーの供給先は制動装置１０の出力端子Ｔｏａ、Ｔｏｂ、より具体的にはコンバーター５となる。このように、切替装置１３は、発電機２が発電した電気エネルギーの供給先を、電力消費装置１２又は制動装置１０の出力端子Ｔｏａ、Ｔｏｂのいずれか一方に切り替える。
【００２７】
制御装置１５には、発電機２の出力端子間の電圧（発電機出力電圧）を検出する電圧計１４が電気的に接続されており、電圧計１４の出力が制御装置１５へ入力される。制御装置１５は、例えば、処理部１５Ｐと記憶部１５Ｍとを備える、いわゆるマイクロコンピュータで構成される。そして、処理部１５Ｐは、記憶部１５Ｍから風力発電機１の制動制御用のコンピュータプログラムを読み出してこれを実行し、風力発電機１を制動する。
【００２８】
本実施形態では、強風時に制動装置１０が風力発電機１を制動することによって発電機２を停止させるとともに風車３を停止させる。これによって、制動装置１０は、風車３の過回転を回避するとともに、発電機２の発電した電力が入力されるコンバーター５に、その許容入力を超える電力が入力されないようにする。風力発電機１を制動して発電機２及び風車３を停止させるか否かは、風車３が受ける風の速度（風速）に基づいて判定される。
【００２９】
発電機出力電圧は、発電機２の回転速度（回転角速度、回転数）にほぼ比例し、発電機２の回転速度は風速に比例する。したがって、本実施形態においては、電圧計１４によって検出された発電機出力電圧を、発電機２を駆動する風速を示す風速情報として用いる。制御装置１５は、電圧計１４が検出した発電機出力電圧を取得し、これに基づいて風力発電機１を制動したり、制動を解除したりする。
【００３０】
本実施形態においては、風速情報検出手段として電圧計１４を用いるが、風速情報検出手段はこれに限定されるものではない。例えば、風力発電機１の風車３の回転速度（すなわち発電機２の回転速度）を検出する回転計１６Ａや、風速を検出する風速計１６Ｂを風速情報検出手段として用いてもよい。したがって、風速情報は発電機出力電圧に限定されるものではなく、風車３の回転速度や風速を風速情報として用いてもよい。
【００３１】
電圧計１４や回転計１６Ａは可動部がないので、保守、点検の手間が比較的少なくなるという利点がある。しかし、電圧計１４や回転計１６Ａは風速を測定する目的のものではないので、風速そのものの情報が必要な場合には適切でない場合がある。一方、風速計１６Ｂは風速の測定を目的とするものなので、風速計１６Ｂが検出した風速を風力発電機１の制動目的の他にも使用したい場合には、風速計１６Ｂを用いる方が好ましい。
【００３２】
制動装置１０が風力発電機１を制動する場合、制御装置１５は、切替装置１３を閉じることにより、発電機２と蓄電装置１１とを電気的に接続する。これによって、発電機２が発電した電気エネルギーは蓄電装置１１に蓄えられ、これによって発電機２の回転負荷は増大するので、風力発電機１及び発電機２は停止、すなわち風車３は停止する。風車３が停止する際に放出される電気エネルギーは、制動を開始したときにおける風車３の回転エネルギーと風車３が停止するまでに生じる風力エネルギーとの和にほぼ等しくなる。制動装置１０は、風車３が停止する際に放出される電気エネルギーを蓄電装置１１に蓄える必要があるので、蓄電装置１１は、風力発電機１が停止する際に放出される全電気エネルギーを蓄積できる程度の容量に設定される。
【００３３】
蓄電装置１１と電力消費装置１２とは閉回路を構成しているので、蓄電装置１１へ電気エネルギーが蓄電された後に切替装置１３を開くと、蓄電装置１１から電気エネルギーが放電されて電力消費装置１２へ流れ、ここで消費される。本実施形態では、電力消費装置１２に抵抗を用いているので、電力消費装置１２で消費された電気エネルギーは熱として、例えば、空気中（液体中でもよい）に放出される。風力発電機１が停止した後、制御装置１５は蓄電装置１１が放電を開始するタイミングで切替装置１３を開くことにより、蓄電装置１１から放電された電気エネルギーは電力消費装置１２へ流れて消費される。
【００３４】
制動装置１０は、風力発電機１の制動を開始してから風車３が停止するまでに発電機２が発生する電気エネルギーを蓄電装置１１へ一時的に蓄えておき、風車３が停止した後に蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーを電力消費装置１２で消費させる。これによって、風力発電機１の制動によって発生した電気エネルギーが電力消費装置１２によって消費されるタイミングを、風力発電機１の制動時よりも後にすることができる。
【００３５】
また、蓄電装置１１は、これに接続される抵抗や電力消費装置１２等の仕様によって放電の時間を制御できる。このため、制動装置１０は、風力発電機１の制動によって発生した電気エネルギーを蓄電装置１１に一旦蓄えた後、蓄電に要した時間よりも長い時間で放電させることができる。これによって、風力発電機１の制動によって発生した電気エネルギーを、その制動時に抵抗等の電力消費手段で消費させる場合と比較して、電力容量の小さい電力消費手段を用いることができる。その結果、電力消費手段を小型化することができる。
【００３６】
例えば、風速１２ｍ／ｓ時において風力発電機１の出力が１ｋｗであるとき、制動と同時に電力を消費させて１０秒内に風車３を停止させるには、５００Ｗ程度の電力容量を持つ電力消費手段が必要である。しかし、制動装置１０によれば、例えば、蓄電装置１１に蓄えた電気エネルギーを１００秒で放電するようにすると、電力消費装置１２の電力容量は５０Ｗ程度でよい。なお、放電時間をさらに長くすることで、電力消費装置１２の電力容量をさらに小さくすることもできる。このように、制動装置１０を用いれば、制動と同時に電力を消費させる場合と比較して、電力消費装置１２の電力容量を大幅に小さくすることができるので、電力消費装置１２の大幅な小型化を実現できる。
【００３７】
また、電力消費装置１２は、制動と同時に電力を消費させる場合と比較して、単位時間あたりの電力消費が小さくなる。このため、電力消費装置１２は、制動と同時に電力を消費させる場合と比較して、単位時間あたりにおける放熱量も小さくなるので、電力消費装置１２の発熱の影響を低減できる。これによって、電力消費装置１２と制動装置１０を構成する機器類とを近接させて配置させることも可能になり、制動装置１０をコンパクトに構成することもできる。また、電力消費装置１２は、単位時間あたりにおける放熱量も小さくなるので、冷却も容易になる。
【００３８】
なお、電力消費装置１２を冷却する場合、電力消費装置１２を抵抗と送風機とで構成し、蓄電装置１１から放電される電気エネルギーを抵抗の発熱及び送風機の駆動で消費させるとともに、送風機からの風を抵抗に供給してこれを冷却してもよい。このようにすれば、電力消費装置１２の冷却手段を別個に設ける必要がなくなる。
【００３９】
本実施形態において、制動装置１０は、蓄電装置１１と電力消費装置１２と切替装置１３との組み合わせ（制動回路）を一組有するが、制動回路を二組以上有していてもよい。蓄電装置１１の放電中には、発電機２の発生した電気エネルギーを蓄電装置１１へ蓄えることはできず、その結果として風力発電機１を制動することはできない。しかし、制動装置１０に制動回路を二組以上備えておくことにより、一組の制動回路の蓄電装置１１が放電中である場合には、他の制動回路を用いて風力発電機１を制動することができる。この処理は、制御装置１５が実行する。このようにすれば、蓄電装置１１の放電中に風力発電機１を制動する必要がある場合であっても対応できる。次に、制動装置１０の動作を説明する。なお、次に説明する制動装置１０の動作は、以下の変形例や実施形態においても原則として共通である。
【００４０】
図２は、本実施形態に係る制動装置の動作を説明するためのフローチャートである。図３は、本実施形態に係る制動装置が動作する場合のタイミングチャートである。風力発電機１が動作している期間中、制動装置１０は、風力発電機１の運転上における制限を超えた風が吹いているか否かを監視する（ステップＳ１０１）。この監視において、制動装置１０の制御装置１５は、所定の周期で電圧計１４から発電機出力電圧Ｅｇを取得する。
【００４１】
次に、制御装置１５は、電圧計１４から取得した発電機出力電圧Ｅｇと、所定の閾値（制動開始電圧）Ｅｇｃとを比較する（ステップＳ１０２）。制動開始電圧Ｅｇｃは、風力発電機１の運転上における制限の風速において、風力発電機１の発電機２が出力する電圧であり、風力発電機１やコンバーター５の仕様等から設定される。
【００４２】
発電機出力電圧Ｅｇと制動開始電圧Ｅｇｃとを比較した結果、制御装置１５がＥｇ≧Ｅｇｃであると判定した場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）、風力発電機１の運転上における制限を超えた風が吹いていると判断できる。この場合、風力発電機１を制動して発電機２、すなわち風車３を停止させる必要があるので、制動装置１０は、風力発電機１の制動を開始する（ステップＳ１０３）。なお、図３に示すタイミングチャートでは、ｔ＝ｔ１のときにＥｇ≧Ｅｇｃとなっている。制動装置１０が風力発電機１を制動する場合、制御装置１５は、切替装置１３を閉じることにより、発電機２と蓄電装置１１とを電気的に接続する。なお、図３のＳＷが切替装置１３の動作を示しており、ｔ＝ｔ１で切替装置１３がＯＮ、すなわち閉じられている。
【００４３】
すると、発電機２が発電した電気エネルギーは、蓄電装置１１へ蓄えられる。これによって、蓄電装置１１の端子間電圧Ｅｃは、時間の経過とともに上昇する（図３のｔ＝ｔ１以降）。一方、風力発電機１の制動が開始されると（ｔ＝ｔ１以降）、発電機出力電圧Ｅｇは時間の経過とともに低下する。これは、制動装置１０の制動動作においては、発電機２が発電した電気エネルギーを蓄電装置１１が蓄えている結果、発電機２の回転負荷が増加して、発電機２、すなわち風車３の回転速度が低下していることを意味する。
【００４４】
なお、切替装置１３が閉じられると、蓄電装置１１と電力消費装置１２とは発電機２に対して並列に接続されることになる。このため、蓄電装置１１への蓄電量が増加して両者のインピーダンスの大小関係が変化すると、発電機２が発電した電気エネルギーの一部は、電力消費装置１２で消費される。これによって、図３に示すように、電力消費装置１２の消費電力Ｐは、切替装置１３が閉じられた後（ｔ＝ｔ１以降）、時間の経過とともに上昇する。
【００４５】
風力発電機１の制動が開始されたら、制御装置１５は、発電機２、すなわち風車３が停止したと認められるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。本実施形態において、発電機２が停止したと認められるか否かは、発電機出力電圧Ｅｇが停止閾値Ｅｇ０以下になったか否かで判定される。停止閾値Ｅｇ０は、発電機２が停止したと認められるか否かを判定するために用いる値である。
【００４６】
発電機２の回転速度が低下すると発電機出力電圧Ｅｇも低下し、発電機２が停止すると発電機出力電圧Ｅｇは０になる。ここで、発電機２が完全に停止していなくても、停止したと認められる程度の回転速度であれば、発電機２は停止したと認めてもよい。本実施形態では、停止閾値Ｅｇ０は、発電機２が停止したと認められる場合において発電機２が出力する電圧以下の値とする。したがって、停止閾値Ｅｇ０は０、すなわち、発電機２が完全に停止したときにおける発電機出力電圧Ｅｇとしてもよい。
【００４７】
制御装置１５がＥｇ＞Ｅｇｃであると判定した場合（ステップＳ１０４、Ｎｏ）、発電機２は停止していないと認められるので、ステップＳ１０３に戻り、制御装置１５は風力発電機１の制動を継続する。すなわち、制御装置１５は、切替装置１３を閉じた状態のまま維持する。制御装置１５がＥｇ≦Ｅｇｃであると判定した場合（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）、発電機２は停止したと認められる（図３のｔ＝ｔ２）。この場合、図３に示すように、蓄電装置１１の端子間電圧ＥｃはＥｃ１となり、電力消費装置１２の消費電力ＰはＰ１となる。
【００４８】
発電機２が停止したと認められたら、制動装置１０は、蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーを放電する（ステップＳ１０５）。この場合、制御装置１５は、切替装置１３をＯＦＦ、すなわち開いて、発電機２と蓄電装置１１とを電気的に遮断する（図３のｔ＝ｔ２）。これによって、蓄電装置１１から放電された電気エネルギーが電力消費装置１２で消費され、熱となって空気中へ放出される。その後、ステップＳ１０１に戻り、制動装置１０は監視を継続する。
【００４９】
次に、ステップＳ１０２へ戻って説明する。ステップＳ１０２において、制御装置１５がＥｇ＜Ｅｇｃであると判定した場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）、風力発電機１の運転上における制限を超えた風は吹いていないと判断できる。この場合、制動装置１０は風力発電機１を制動しない。そして、風力発電機１は発電を継続する（ステップＳ１０６）。この場合、ステップＳ１０１に戻り、制動装置１０は監視を継続する。このような手順により、制動装置１０は、風力発電機１の制動を実現する。これによって、制動装置１０は、風力発電機１の運転上における制限を超えた風が吹いた場合には、確実に風力発電機１を制動し、風車３を停止させることができる。
【００５０】
（変形例）
図４は、本実施形態の変形例に係る制動装置の構成を示す概略図である。本変形例は、実施形態１とほぼ同様の構成であるが、風力発電機の発電機と蓄電手段との間に、電圧降下手段を設ける点が異なる。他の構成は実施形態１と同様である。
【００５１】
図４に示すように、制動装置１０ａは、電圧降下手段である変圧器１７を備える。変圧器１７の一方の端子は入力端子Ｔｉｂと電気的に接続され、他方の端子は切替装置１３の一方の端子と電気的に接続される。切替装置１３の他方の端子は、入力端子Ｔｉａに接続される。このように、制動装置１０ａの入力端子Ｔｉａ、Ｔｉｂと蓄電装置１１との間には、電圧降下手段である変圧器１７が設けられる。ここで、図１に示すように、入力端子Ｔｉａ、Ｔｉｂには風力発電機１が備える発電機２の出力端子が電気的に接続されている。したがって、変圧器１７は、発電機２と蓄電装置１１との間に設けられることになる。
【００５２】
制御装置１５によって切替装置１３が閉じられると、発電機２が発生した電気エネルギーは、変圧器１７を介して蓄電装置１１へ入力される。変圧器１７は、発電機２の出力する電圧を降圧させて出力するので、制動装置１０ａを構成する蓄電装置１１の端子間には、発電機出力電圧よりも低い電圧が印加される。
【００５３】
これにより、蓄電装置１１は、発電機出力電圧を蓄電装置１１に適した電圧に降圧させた後に、発電機２が発電した電力を蓄えることができる。通常、発電機出力電圧は１８０Ｖ程度であり、リチウム−イオン電池の充放電電圧は３．７Ｖ〜４．２Ｖ、電気二重層キャパシタの充放電電圧は２Ｖ前後である。したがって、図１に示す制動装置１０の構成において、リチウム−イオン電池や電気二重層キャパシタを蓄電装置１１に用いる場合、多数のセルを直列に接続する必要がある。しかし、本変形例によれば、発電機出力電圧を降圧させてから、蓄電装置１１の両端子に印加するので、多数のセルを直列に接続しなくともリチウム−イオン電池や電気二重層キャパシタを蓄電装置１１に用いることができる。このように、制動装置１０ａは、電圧降下手段を備えるので、蓄電装置１１を構成する要素やその組み合わせの自由度が大きくなる。
【００５４】
本実施形態及びその変形例では、風力発電機１を構成する発電機２の出力端子に制動装置１０、１０ａを接続し、さらに制動装置１０、１０ａの出力端子Ｔｏａ、Ｔｏｂをコンバーター５の入力端子と接続する。このような構成により、コンバーター５の仕様がどのようなものであっても、制動装置１０、１０ａによって風力発電機１を制動できる。したがって、コンバーター５が汎用品や既存の太陽光発電用のものであって、風力発電機１の制動機能を有さない場合であっても、制動装置１０、１０ａを介して風力発電機１とコンバーター５との間に接続するだけで、風力発電機１の制動を実現できる。このように、制動装置１０、１０ａは、専用のコンバーターを用意できない比較的小型（１０ｋＷ以下）の風力発電機を制動するものとして、特に有効である。なお、制動装置１０、１０ａを大型の風力発電機に対して適用することを排除するものではない。
【００５５】
また、風力発電機１に専用のコンバーターを用意する場合、そのコンバーターに制動装置１０、１０ａの原理による制動機能を付加してもよい。すなわち、コンバーターの入力端子と出力端子との間に、例えば、図１に示す蓄電装置１１と、電力消費装置１２と、切替装置１３とを設けておき、風速情報に基づいて風力発電機１の発電機２と蓄電装置１１とを電気的に接続又は遮断する。このようにしても、電力消費装置１２を小型化できるので、風力発電機１の制動機能をコンバーターに組み込んだ場合でも、コンバーターの大型化を抑制できる。また、コンバーターに制動装置１０、１０ａの原理による制動機能を付加する場合、電力消費装置１２の代わりに、家電製品等の電力消費対象を電力消費手段として用いてもよい。さらに、電力消費装置１２を用いる場合、家電製品等の電力消費対象の電力需要がない場合には蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーを電力消費装置１２で消費し、前記電力需要がある場合には蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーを前記電力消費対象で消費してもよい。
【００５６】
以上、本実施形態及びその変形例では、風力発電機を制動するにあたって、蓄電手段に風力発電機の発電機が発電した電気エネルギーを一時的に蓄え、発電機及び風車が停止した後に蓄えられた電気エネルギーを電力消費手段で消費する。これによって、制動時において、風力発電機の制動を開始してから発電機及び風車が停止する間に、発電機が発電した電気エネルギーを電力消費手段で消費する構成と比較して、電力消費手段を大幅に小型化することができる。本実施形態及びその変形例で開示した構成は、以下においても適宜適用できる。
【００５７】
（実施形態２）
図５、図６は、実施形態２に係る制動装置の構成を示す概略図である。実施形態２は、実施形態１やその変形例とほぼ同様の構成であるが、風力発電機の発電機の出力を短絡する短絡手段を有している点が異なる。他の構成は、実施形態１やその変形例と同様であるとともに、上述した実施形態やその変形例の構成は、本実施形態に対して適宜組み合わせることができる。
【００５８】
図５に示すように、制動装置１０ｂは、入力端子Ｔｉａ、Ｔｉｂ間に、短絡器（短絡手段）１８を備える。短絡器１８は、発電機２の出力端子を電気的に接続して短絡させ、また、当該出力端子の電気的な接続を遮断して短絡を解除する機能を有している。短絡器１８は、例えば、スイッチ、リレー、半導体スイッチング素子等を用いることができる。本実施形態では、短絡器１８として制御装置１５によって制御されるスイッチを用いる。
【００５９】
本実施形態において、短絡器１８は、切替装置１３及び蓄電装置１１と制動装置１０ｂの出力端子Ｔｏａ、Ｔｏｂとの間に設けられるが、制動装置１０ｂの入力端子Ｔｉａ、Ｔｉｂと切替装置１３及び蓄電装置１１との間に設けてもよい。図６に示す制動装置１０ｃは、図４に示す制動装置１０ａに短絡器１８を設けたものである。次に、制動装置１０ｂ、１０ｃの動作を説明する。
【００６０】
図７は、実施形態２に係る制動装置が動作する場合のタイミングチャートである。なお、図７のＳＷＸが切替装置１３の動作を示しており、ＳＷＹが短絡器１８の動作を示している。制動装置１０ｂ、１０ｃが風力発電機１を制動する場合、制御装置１５は、切替装置１３を閉じることにより、発電機２と蓄電装置１１とを電気的に接続する。図７に示すように、ｔ＝ｔ１で切替装置１３がＯＮ、すなわち閉じられている。このとき、制御装置１５は、短絡器１８をＯＦＦ、すなわち開いておき、風力発電機１の発電機２の出力を短絡させない。
【００６１】
切替装置１３が閉じられることにより、発電機２が発電した電気エネルギーは、蓄電装置１１へ蓄えられる。これによって、蓄電装置１１の端子間電圧Ｅｃは、時間の経過とともに上昇する（図７のｔ＝ｔ１以降）。一方、風力発電機１の制動が開始されると（ｔ＝ｔ１以降）、発電機出力電圧Ｅｇは時間の経過とともに低下する。これは、制動装置１０ｂ、１０ｃの制動動作においては、発電機２が発電した電気エネルギーを蓄電装置１１が蓄えている結果、発電機２の回転負荷が増加して、発電機２、すなわち風車３の回転速度が低下していることを意味する。
【００６２】
風力発電機１の制動が開始された後、制御装置１５がＥｇ≦Ｅｇｃであると判定した場合（図７のｔ＝ｔ２）、発電機２、すなわち風車３が停止したと認められる。このように、切替装置１３が発電機２と蓄電装置１１とを電気的に接続した後に発電機２が停止したと認められた場合には、制動装置１０ｂ、１０ｃは、蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーを放電する。このため、制御装置１５は、切替装置１３をＯＦＦ、すなわち開いて、発電機２と蓄電装置１１とを電気的に遮断するとともに、短絡器１８をＯＮ、すなわち閉じて、風力発電機１の発電機２の出力を短絡させる（図７のｔ＝ｔ２）。
【００６３】
これによって、蓄電装置１１から放電された電気エネルギーが電力消費装置１２で消費され、熱となって空気中へ放出される。同時に、風力発電機１の発電機２の出力が短絡されているので、発電機２及び風車３が停止した状態を維持することができる。このような手順により、制動装置１０ｂ、１０ｃは、風力発電機１を制動するとともに、蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーを電力消費装置１２で消費させる際にも、発電機２及び風車３が停止した状態を維持することができる。なお、図７に示す例では、ｔ＝ｔ３になったときに短絡器１８がＯＦＦ、すなわち開かれているが、これは、風力発電機１の発電を再開させるためである。
【００６４】
以上、本実施形態では、発電機及び風車が停止した後、蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーを電力消費手段が消費している間、短絡手段によって発電機の出力を短絡する。これによって、電力消費手段の小型化に加え、電力消費手段が前記電気エネルギーを消費している間、発電機及び風車を確実に停止させることができる。本実施形態で開示した構成は、以下においても適宜適用できる。
【００６５】
（実施形態３）
図８は、実施形態３に係る制動装置の構成を示す概略図である。図９は、変圧器を用いない構成に断続器を設けた例を示す図である。本実施形態は、実施形態１やその変形例とほぼ同様であるが、蓄電手段と電力消費手段との間に、蓄電手段と電力消費手段とを電気的に接続又は遮断する断続手段を有する点が異なる。他の構成は、実施形態１やその変形例と同様であるとともに、上述した実施形態やその変形例の構成は、本実施形態に対して適宜組み合わせることができる。
【００６６】
図８、図９に示すように、制動装置１０ｄは、蓄電装置１１と電力消費装置１２との間に、両者を電気的に接続又は遮断する断続器（断続手段）１９を有する。図８は、風力発電機１を構成する発電機２の出力した電圧を変圧器１７で降圧させて蓄電装置１１へ印加する例（実施形態１の変形例、図４参照）に断続器１９を設けたものを示す。また、図９は、変圧器１７を用いず、風力発電機１を構成する発電機２の出力した電圧をそのまま蓄電装置１１へ印加する例（実施形態１、図１参照）に断続器１９を設けたものを示す。断続器１９は、例えば、スイッチ、リレー、半導体スイッチング素子等を用いることができる。図８、図９に示す例では、断続器１９として制御装置１５によって制御されるスイッチを用いる。次に、制動装置１０ｄの動作を説明する。
【００６７】
図１０は、実施形態３に係る制動装置が動作する場合のタイミングチャートである。なお、図１０のＳＷＸが切替装置１３の動作を示しており、ＳＷＺが断続器１９の動作を示している。制動装置１０ｄが風力発電機１を制動する場合、制御装置１５は切替装置１３を閉じて、風力発電機１の発電機２と蓄電装置１１とを電気的に接続する（図１０のｔ＝ｔ１）。このとき、制御装置１５は、断続器１９をＯＦＦ、すなわち開いた状態として、蓄電装置１１と電力消費装置１２とを電気的に遮断する（図１０のｔ＝ｔ１）。制御装置１５は、切替装置１３が風力発電機１の発電機２と蓄電装置１１とを電気的に接続した後、発電機２が停止したと認められない間、この状態を継続する。すなわち、図２のステップＳ１０４でＮｏと判定されている間は、断続器１９は開かれた状態である。
【００６８】
そして、発電機２が停止したと認められた後、すなわち、図２のステップＳ１０４でＹｅｓされた後、制御装置１５は断続器１９をＯＮ、すなわち閉じる（ｔ＝ｔ２）。これによって、蓄電装置１１と電力消費装置１２とが断続器１９によって電気的に接続されて、蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーは電力消費装置１２で消費される。同時に、制御装置１５は、切替装置１３をＯＦＦ、すなわち開くことにより、発電機２と蓄電装置１１との間を電気的に遮断する。蓄電装置１１に蓄えられた全電気エネルギーが電力消費装置１２で消費されると、制御装置１５は断続器１９を開き（図１０のｔ＝ｔ３）、次の制動に備える。
【００６９】
切替装置１３が閉じられると、蓄電装置１１と電力消費装置１２とは発電機２に対して並列に接続されることになる。このため、蓄電装置１１への蓄電量が増加して両者のインピーダンスの大小関係が変化すると、発電機２が発電した電気エネルギーの一部は、電力消費装置１２へ流れることになる。制動装置１０ｄは、風力発電機１の制動時に切替装置１３が閉じられている間は、断続器１９を開いて蓄電装置１１と電力消費装置１２とを電気的に遮断する。
【００７０】
これによって、発電機２が発電した電気エネルギーは電力消費装置１２へ流れないので、図１０に示すように、電力消費装置１２の消費電力Ｐは、切替装置１３が閉じられた後（ｔ＝ｔ１以降）、時間の経過とともに上昇することはない。そして、切替装置１３が閉じられている間（ｔ＝ｔ１〜ｔ２）は、発電機２が発電した電気エネルギーはすべて蓄電装置１１に蓄えられる。したがって、発電機２が発電した電気エネルギーの一部が電力消費装置１２へ流れることを想定して、電力消費装置１２の電量容量を大きく設定する必要はないので、電力消費装置１２をより小型化することができる。
【００７１】
図１１は、断続器及び電力消費装置を半導体スイッチング素子で構成した例を示す図である。制動装置１０ｄは、風力発電機１を構成する発電機２の出力した電圧を変圧器１７で降圧させて蓄電装置１１へ印加する。このため、蓄電装置１１が放電する際の出力電圧も、蓄電時における印加電圧と同程度である。したがって、図８に示す断続器（断続手段）１９と電力消費装置（電力消費手段）１２とを、半導体スイッチング素子２０で構成して、装置構成を簡略化するとともに部品点数を削減することもできる。この場合、半導体スイッチング素子２０は、ある程度のＯＮ抵抗を有するものを用いる。
【００７２】
半導体スイッチング素子２０としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）を用いることができる。本実施形態では、半導体スイッチング素子２０にＩＧＢＴを用いるが、この場合、図８に示す制御装置１５が半導体スイッチング素子２０のゲートＧにＯＮ信号を入力すると、コレクタＣからエミッタＥへ電流が流れる。蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーを消費する場合、制御装置１５が半導体スイッチング素子２０をＯＮにすることによって、蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーが半導体スイッチング素子２０へ流れ、ここで消費される。このように、変圧器１７（電圧降下手段）を用いれば、電力消費手段の選択肢が広がるので好ましい。
【００７３】
図１２は、実施形態３の変形例に係る制動装置の構成を示す概略図である。この制動装置１０ｅは、実施形態２と同様に、図８に示す制動装置１０ｄの構成に、さらに、風力発電機１の発電機２の出力を短絡する短絡器（短絡手段）１８を有している。本変形例によれば、蓄電装置１１が放電した電気エネルギーを電力消費装置１２が消費している間、短絡器１８が閉じられることにより、確実に発電機２及び風車３を停止させることができる。このため、短絡器１８は、発電機２及び風車３が停止した後に、制御装置１５によって閉じられるが、制御装置１５が断続器１９を閉じるタイミングは、短絡器１８が閉じられる前であっても後であってもよい。
【００７４】
以上、本実施形態及びその変形例では、風力発電機の制動時に切替装置が閉じられている間は、断続手段を開いて蓄電手段と電力消費手段とを電気的に遮断する。これによって、発電機が発電した電気エネルギーは電力消費手段へ流れない。このため、発電機が発電した電気エネルギーの一部が電力消費手段へ流れることを想定して、電力消費手段の電量容量を大きく設定する必要はないので、電力消費手段をより小型化することができる。本実施形態及びその変形例で開示した構成は、以下においても適宜適用できる。
【００７５】
（実施形態４）
図１３は、実施形態４に係る制動装置の構成を示す概略図である。本実施形態は、実施形態１の変形例とほぼ同様であるが、切替手段を複数の半導体スイッチング素子で構成されるインバータ回路とし、発電機によって発電された電気エネルギーは、直流電力に変換されて前記インバータ回路へ入力される点が異なる。他の構成は、実施形態１の変形例と同様であるとともに、上述した実施形態やその変形例の構成は、本実施形態に対して適宜組み合わせることができる。
【００７６】
図１３に示すように、制動装置１０ｆは、４個のダイオードで構成される整流装置２１を備える。なお、整流装置２１の構成はこれに限定されるものではない。整流装置２１の入力端子２１ｉａ、２１ｉｂは、制動装置１０ｆの入力端子Ｔｉａ、Ｔｉｂに接続され、整流装置２１の出力端子２１ｏａ、２１ｏｂは、制動装置１０の出力端子Ｔｏａ、Ｔｏｂに接続される。整流装置２１は、制動装置１０ｆの入力端子Ｔｉａ、Ｔｉｂから入力される風力発電機１の発電機２が発電した電気エネルギー（交流電力）を、直流電力に整流（全波整流）する。なお、整流装置２１は、風力発電機１に設けられて、風力発電機１が直流電力を出力するように構成してもよい。この場合、制動装置１０ｆは整流装置２１を有さないで構成される。
【００７７】
整流装置２１の入力端子２１ｉａ、２１ｉｂ間には、切替手段として、複数の半導体スイッチング素子（以下、素子という）１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄで構成されるインバータ回路１３Ｉが電気的に接続される。素子１３Ａと素子１３Ｂとは直列に接続された状態で、整流装置２１の出力端子２１ｏａ、２１ｏｂと電気的に接続される。また、素子１３Ｃと素子１３Ｄとは直列に接続された状態で、整流装置２１の出力端子２１ｏａ、２１ｏｂと電気的に接続される。そして、素子１３Ａと素子１３Ｂとの間が変圧器１７の一方の入力端子と、素子１３Ｃと素子１３Ｄとの間が変圧器１７の他方の入力端子と電気的に接続されて、インバータ回路１３Ｉが構成される。素子１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄの動作は、制御装置１５によって制御される。
【００７８】
インバータ回路１３Ｉは、素子１３Ａと素子１３Ｄとの組み合わせを同時に開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）し、また、素子１３Ｂと素子１３Ｃとの組み合わせを同時に開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）する。このとき、素子１３Ａと素子１３Ｄとを同時に開くタイミングで素子１３Ｂと素子１３Ｃとを同時に閉じ、素子１３Ａと素子１３Ｄとを同時に閉じるタイミングで素子１３Ｂと素子１３Ｃとを同時に開く。これによって、インバータ回路１３Ｉは直流電力を交流電力に変換して、変圧器１７へ入力する。そして、変圧器１７で降圧された交流電力が、蓄電装置１１へ印加される。
【００７９】
図１４は、実施形態４の変形例に係る制動装置の構成を示す概略図である。この制動装置１０ｇは、図１３に示す制動装置１０ｆが備える変圧器１７の出力側に、４個のダイオードで構成される整流装置２２を備える。なお、整流装置２２の構成はこれに限定されるものではない。制動装置１０ｇは、変圧器１７から出力された交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置１１へ印加する。このように蓄電装置１１へ直流電力が印加されるようにすれば、例えば、蓄電装置１１を受動素子で構成する場合、受動素子の選択肢が増えるので、蓄電装置１１の設計の自由度が向上する。なお、制動装置１０ｇは、蓄電装置１１と電力消費装置１２との間に、実施形態３で説明した断続器１９を備えるが、これは必ずしも必要ではない。また、図１３に示す制動装置１０ｆに断続器１９を設けてもよい。次に、制動装置１０ｆ、１０ｇの動作を説明する。
【００８０】
図１５は、実施形態４に係る制動装置が動作する場合のタイミングチャートである。図１５のＳＷＡ、ＳＷＢが素子１３Ａ、１３Ｂの動作を示しており、ＳＷＣ、ＳＷＤが素子１３Ｃ、１３Ｄの動作を示している。風力発電機１の発電機２が発電している場合、制動装置１０ｆ、１０ｇの制御装置１５は、インバータ回路１３Ｉを構成する素子１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄをすべて開く（ＯＦＦ）。これによって、制動装置１０ｆ、１０ｇは、発電機２が発電した電力を、制動装置１０ｆ、１０ｇの出力端子Ｔｏａ、Ｔｏｂからコンバーターへ直接出力する。
【００８１】
制動装置１０ｆ、１０ｇが風力発電機１を制動する場合（図１５のｔ＝ｔ１）、制御装置１５はインバータ回路１３Ｉをインバータとして機能させる。すなわち、図１５に示すように、素子１３Ａ、１３Ｂを同時に閉じる（ＯＮ）タイミングで素子１３Ｃ、１３Ｄを同時に開き（ＯＦＦ）、また、素子１３Ａ、１３Ｂを同時に開くタイミングで素子１３Ｃ、１３Ｄを同時に閉じることを周期的に繰り返す。これによって、直流電力が交流電力に変換されて変圧器１７へ印加される。変圧器１７で降圧された交流電力は、制動装置１０ｆではそのまま蓄電装置１１に印加され、制動装置１０ｇでは整流装置２２によって整流された後の直流電力が蓄電装置１１へ印加される（図１５のｔ＝ｔ１〜ｔ２）。
【００８２】
発電機２が停止したと認められた後（図１５のｔ＝ｔ２以後）、制御装置１５は、素子１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄをすべて開く。これによって、蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーを電力消費装置１２で消費させる。この場合、制御装置１５は、素子１３Ａと素子１３Ｂとの組み合わせ、又は素子１３Ｃと素子１３Ｄとの組み合わせのうち、いずれか一方の組み合わせを閉じ、他方の組み合わせを開いてもよい。このようにすると、閉じた方の組み合わせにより風力発電機１を構成する発電機２の電機子回路が短絡されるので、発電機２及び風車３が停止した状態を確実に維持できる。なお、風力発電機１の発電を再開させる場合、制御装置１５は、素子１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄをすべて開く。
【００８３】
このように、制動装置１０ｆ、１０ｇは、複数の素子１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄで構成されるインバータ回路１３Ｉを切替手段として備える。これによって、制動装置１０ｆ、１０ｇは、一つの切替手段で、風力発電機の制動時に蓄電装置１１へ電力を蓄えることと、蓄電装置１１に蓄えられた電気エネルギーを電力消費装置１２が消費する際に発電機及び風車を停止させることとの両方を実現できる。
【００８４】
以上、本実施形態及びその変形例では、切替手段を複数の半導体スイッチング素子で構成する。これによって、電力消費手段の小型化に加え、切替手段と短絡手段との機能を両立させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、本発明に係る風力発電機用制動装置は、風力発電機を電磁式制動装置によって制動することに有用である。
【符号の説明】
【００８６】
１  風力発電機
２  発電機
３  風車
４  入力軸
５  コンバーター
６  電力消費対象
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ  制動装置（風力発電機用制動装置）
１１  蓄電装置
１２  電力消費装置
１３  切替装置
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ  素子（半導体スイッチング素子）
１４  電圧計
１５Ｍ  記憶部
１５Ｐ  処理部
１５  制御装置
１６Ａ  回転計
１６Ｂ  風速計
１７  変圧器
１８  短絡器
１９  断続器
２０  半導体スイッチング素子
２１、２２  整流装置
２１ｉａ、２１ｉｂ  入力端子
２１ｏａ、２１ｏｂ  出力端子
【図１】
0005404367.tif 000002
【図２】
0005404367.tif 000003
【図３】
0005404367.tif 000004
【図４】
0005404367.tif 000005
【図５】
0005404367.tif 000006
【図６】
0005404367.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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