(57)【要約】【課題】メンテナンス費用とメンテナンス頻度を抑えることができる風力発電装置を提供する。【解決手段】風力発電装置は、風車の回転により発電した三相交流電力を電力調整部で調整して蓄電する風力発電装置において、電力調整部は、個別に着脱して交換可能な複数の直流電流調整部を有する。直流電流調整部のうち、スイッチング素子部及びゲートドライブ回路が一体となって着脱して交換可能である。直流電流調整部は、例えば２つ以上である。【選択図】図２
2014138535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車の回転により発電した三相交流電力を電力調整部で調整して蓄電する風力発電装置において、
前記電力調整部は、個別に着脱して交換可能な複数の直流電流調整部を有することを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記直流電流調整部は、スイッチング素子部及びゲートドライブ回路を備え、
前記スイッチング素子部及び前記ゲートドライブ回路が一体となって着脱して交換可能であることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記直流電流調整部を２つ以上備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、温室効果ガスの排出量の増加や化石燃料の枯渇などの問題から、自然エネルギーである風力を利用した風力発電装置が注目されている。
風力発電装置は、一般的な構造として、支柱の先端部に取り付けられた風車のローター部が回転することで生じる動力（回転力）によって発電機を駆動する。風力発電装置は、動力の発生に燃料を使用しないので、化石燃料の使用量を削減できる。つまり、二酸化炭素の排出量を低減することが可能である。さらに、風力発電装置の構造が比較的簡単なので、据付が容易であるという特徴を有する。
【０００３】
風力発電装置は、風車のローター部の回転により三相交流電力を発電する発電機、発電機から出力される電力を調整する電力調整部、電力調整部で調整された電力を蓄電するバッテリー等を備える。
また、風力発電装置では、風速（風力）が変動しても効率良く安定して発電を行うために、例えば、下記特許文献１に示すように、発電機の出力を風の変動に合わせて増減させる等の制御を行っている。このように、風力発電装置では、風速（風力）の変動に対応して、効率良く安定した発電を行うことが課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４４１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
風力発電装置では、風速（風力）の変動を前提としているため、電力調整部等の性能（能力）は、想定される最大風速に対応できるように設定される。
しかし、風力発電装置から発電機の能力に見合う出力が得られるような風（風速）が発生する頻度は非常に低いので、風力発電装置からは低い出力しか得られていない。つまり、電力調整部は、実際に得られる出力に対して過度な能力を有している。このような過度な能力を有する部材等の費用だけでなく、交換によりメンテナンス費用（交換費用）もかさんでしまう。
特に、消耗部品であるスイッチング素子等からなる直流電流調整部（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を含む電力調整部は、メンテナンス頻度が高いため、電力調整部の製品コストを抑えることが要請される。
また、電力調整部のメンテナンス時には、発電を停止して、交換作業を行う必要があるため、電力調整部のメンテナンス頻度の低減が要請される。
【０００６】
本発明は、メンテナンス費用とメンテナンス頻度を抑えることができる風力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施態様の風力発電装置は、風車の回転により発電した三相交流電力を電力調整部で調整して蓄電する風力発電装置において、前記電力調整部は、個別に着脱して交換可能な複数の直流電流調整部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の風力発電装置によれば、電力調整部が、破損確率が高いスイッチング素子を含む直流電流調整部を複数備えるので、仮に一つの直流電流調整部が故障したとしても、残りの直流電流調整部により電力調整を続行することができるので、メンテナンス頻度を低減でき、且つ、電力調整部を複数の直流電流調整部で構成するので、各直流電流調整部を小容量化してコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る風力発電装置１の全体構成を示す概略図である。
【図２】電力調整部３０の構成を示すブロック図である。
【図３】直流電流調整回路部６０を示すブロック図である。
【図４】風速出現率と風力発電装置１の出力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態に係る風力発電装置１について、図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る風力発電装置１の全体構成を示す概略図である。
【００１１】
風力発電装置１は、風力により回転する風車１０の回転を利用して発電する装置である。風力発電装置１は、風車１０、風車１０の回転により三相交流電力を発電する発電機２０、発電機から出力される電力を調整する電力調整部３０、電力調整部３０で調整された電力を蓄電するバッテリー４０、これらを統括的に制御する制御部５０等を備える。
【００１２】
風車１０は、例えばジャイロミル型のローター部１１を備える。ローター部１１は、矩形板状又は帯板状に形成された複数枚のブレード１２を備える。
複数のブレード１２は、地面Ｆと鉛直方向に延びるように配置される。複数のブレード１２は、回転軸１３の中心軸回りに、周方向均等に間隔をあけて、配設される。複数のブレード１２は、これらを支持する複数のアーム１４を介して回転軸１３に連結される。ブレード１２は、風を受けると揚力を発生する形状に形成される。この揚力によって、ローター部１１が回転軸１３の中心軸回りに回転する。
【００１３】
ローター部１１は、風向きに対して依存性がない。すなわち、どの方向からの風に対しても、ローター部１１を回転軸１３の中心軸回りに回転可能な形状に設定される。
風車１０は、ローター部１１（回転軸１３）の回転を停止させるブレーキ部（不図示）も備える。
【００１４】
発電機２０は、ローター部１１（回転軸１３）の回転によって得られる回転力（機械エネルギー）を電気エネルギーに変換して電力を発電する。発電機２０は、例えば回転軸１３の下端に連結されて回転軸１３とともに回転するマグネットロータ（不図示）と、このマグネットロータの外周側を取り囲むように配設されたコイルステータ（不図示）とを備える。
【００１５】
電力調整部３０は、発電機２０から出力される電力を調整し、調整された電力をバッテリー４０に供給する。
【００１６】
バッテリー４０は、例えばリチウムイオン二次電池、鉛蓄電池またはＮＡＳ電池（ナトリウム硫黄二次電池）などである。バッテリー４０は、電力調整部３０から供給された電力を蓄電する。
【００１７】
制御部５０は、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）であって、マイクロプロセッサ及びメモリなどから構成される。制御部５０は、ＰＬＣではなく、マイコンであってもよい。
制御部５０は、風車１０から回転数、風速、風向等の情報を受信する。また、制御部５０は、電力調整部３０から入力電流、入力電圧、出力電流、出力電圧等の情報を受信する。また、過電流、過電圧、オーバーヒート等のアラーム信号も受信する。
【００１８】
そして、制御部５０は、メモリに記憶されているプログラム及び受信した各種信号に基づいて、風車１０のブレーキ部に対してブレーキ信号を送信して風車１０の回転を制御したり、電力調整部３０に対して制御電流指令を送信して電力調整部３０の電力調整を制御したりする。
【００１９】
図２は、電力調整部３０の構成を示すブロック図である。
図３は、直流電流調整回路部６０（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を示すブロック図である。
電力調整部３０は、制御回路部３１、整流回路部３２、複数の直流電流調整回路部６０（６０Ａ〜６０Ｃ）を備える。
【００２０】
制御回路部３１は、制御部５０から入力される制御電流指令に基づいて整流回路部３２及び直流電流調整回路部６０に各種制御信号を送信する。また、制御回路部３１は、整流回路部３２及び直流電流調整回路部６０からの検出信号等を受信して、制御部５０にこの検出信号等を送信する。
【００２１】
整流回路部３２は、発電機２０から出力される三相交流電力を直流電流に変換し、この直流電流を直流電流調整回路部６０に出力する。整流回路部３２は、例えばブリッジ整流回路である。
【００２２】
直流電流調整回路部（直流電流調整部）６０は、制御部５０から制御回路部３１を経て入力される各種制御信号に基づいて、整流回路部３２から入力される直流電流を調整して、バッテリー４０に供給する。この直流電流調整回路部６０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ又は主回路と呼ばれる。
【００２３】
直流電流調整回路部６０は、スイッチング素子部６１、ゲートドライブ回路６２、制御回路６３、コイル、電解コンデンサ、電流センサ、保護ダイオード、保護ヒューズを備える。
スイッチング素子部６１は、ＦＥＴ（Field effect transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の複数のスイッチング素子から構成される。
ゲートドライブ回路６２は、スイッチング素子部６１に対して指令パルス信号を供給して、スイッチング素子部６１を駆動する。
制御回路６３は、制御回路部３１から入力される制御信号に基づいて、ゲートドライブ回路６２を制御する。
【００２４】
図２に示すように、電力調整部３０には、複数の直流電流調整回路部６０が設けられる。例えば、３つの直流電流調整回路部６０Ａ〜６０Ｃが設けられる。これらの直流電流調整回路部６０Ａ〜６０Ｃは、それぞれ同一構成、同一能力を有する。
また、これらの直流電流調整回路部６０Ａ〜６０Ｃは、電力調整部３０において、並列に配線される。具体的には、３つの直流電流調整回路部６０Ａ〜６０Ｃは、制御回路部３１に対して、それぞれ不図示のケーブルを介して電気的に接続される。
さらに、これらの直流電流調整回路部６０Ａ〜６０Ｃは、それぞれ独立して、電力調整部３０に対して着脱可能である。直流電流調整回路部６０Ａ〜６０Ｃは、上述したケーブルの着脱により、制御回路部３１に接続・分離できる。
【００２５】
このように、風力発電装置１の電力調整部３０では、複数の直流電流調整回路部６０Ａ〜６０Ｃが並列に配線されると共に、それぞれ独立して着脱可能である。これにより、以下に示すように作用する。
【００２６】
図４は、風速出現率と風力発電装置１の出力との関係を示すグラフである。
図４に示すように、風力発電装置１から定格出力（３２００ｋＷ）が得られるような風（風速）が発生する頻度は非常に低い。
【００２７】
従来の風力発電装置では、定格出力に見合う電力調整部を設けていたので、実際に得られる出力に対する電力調整部の性能が過度であり、製品コストがかさんでいた。
これに対して、風力発電装置１では、電力調整部３０が、スイッチング素子部６１を含む直流電流調整回路部６０を複数備えるので、個々の直流電流調整回路部６０（６０Ａ〜６０Ｃ）を小容量化してコスト低減を図ることができる。同一構成、同一能力の直流電流調整回路部６０を複数備えるので、量産効果により個々の直流電流調整回路部６０のコストを低減できる。
また、仮に一つの直流電流調整回路部６０が故障した場合には、制御部５０は、故障した直流電流調整回路部６０に対する各種制御信号の送信を停止し、残りの直流電流調整回路部６０の制御のみを行うことにより、残りの直流電流調整回路部６０により電力調整を続行することができる。したがって、メンテナンス頻度を低減できる。
また、各直流電流調整回路部６０を個別に着脱して交換可能できるので、メンテナンス費用を抑えることができる。
【００２８】
制御回路部３１は、３つの直流電流調整回路部６０を選択的に動作させることができる。
例えば、風速が８ｍ／ｓ未満の場合には、直流電流調整回路部６０Ａのみを用いて直流電流調整を行う。風速が８ｍ／ｓ以上１１ｍ／ｓ未満の場合には、直流電流調整回路部６０Ａ，６０Ｂを用いて直流電流調整を行う。風速が１１ｍ／ｓ以上の場合には、直流電流調整回路部６０Ａ〜６０Ｃの全てを用いて直流電流調整を行う。
【００２９】
３つの直流電流調整回路部６０を選択的に動作させることで、以下の利点がある。
仮に、直流電流調整回路部６０Ａが故障した場合には、風速が８ｍ／ｓ未満においては直流電流調整回路部６０Ｂのみを用いて直流電流調整を行う。風速が８ｍ／ｓ以上１１ｍ／ｓ未満の場合には、直流電流調整回路部６０Ｂ，６０Ｃを用いて直流電流調整を行う。風速が１１ｍ／ｓ以上の場合には、制御回路部３１は、アラーム信号を制御部５０に送信して、風車１０のブレーキ部を作動させる。
そして、制御回路部３１は、制御部５０に対して、即座に直流電流調整回路部６０Ａの交換を促すアラーム信号を発する。これにより、風速が１１ｍ／ｓ以上となる前に、直流電流調整回路部６０Ａの交換が行われうるようになる。
【００３０】
このように、風力発電装置１では、３つの直流電流調整回路部６０を選択的に動作させることにより、風車１０を止める時間を削減、又は大幅に短縮できる。つまり、風力発電装置１では、３つの直流電流調整回路部６０の全てが故障しない限り、風車１０を止める必要がなくなるので、可動時間を長期化させることが可能となる。すなわち、従来のように、直流電流調整回路部６０が故障してから交換が終わるまで風車１０を止める必要はない。
【００３１】
上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３２】
上述した実施形態では、電力調整部３０における複数の直流電流調整回路部６０がそれぞれ独立して着脱可能である場合について説明したが、これに限らない。
直流電流調整回路部６０のうち、スイッチング素子部６１及びゲートドライブ回路６２のみを着脱可能としてもよい。つまり、スイッチング素子部６１及びゲートドライブ回路６２が一体（図３の符号６５参照）となって、それぞれの直流電流調整回路部６０（６０Ａ〜６０Ｃ）に対して着脱可能であってもよい。言い換えると、直流電流調整回路部６０のうち、スイッチング素子部６１及びゲートドライブ回路６２を除く制御回路６３等は、電力調整部３０（直流電流調整回路部６０）に対して着脱できなくてもよい。
【００３３】
また、直流電流調整部は、同一構成、同一能力としたが、これに限らない。異なる構成や能力の直流電流調整部を組み合わせても、同様の効果が得られる。
また、制御回路部は、直流電流調整回路部の使用時間に応じて、選択的に動作させてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１…風力発電装置、  １０…風車、  ３０…電力調整部、  ６０（６０Ａ〜６０Ｃ）…直流電流調整回路部（直流電流調整部）、  ６１…スイッチング素子部、  ６２…ゲートドライブ回路
【図１】
2014138535.tif 000003
【図２】
2014138535.tif 000004
【図３】
2014138535.tif 000005
【図４】
2014138535.tif 000006