(57)【要約】      （修正有）【課題】ブレーキ制御可能な風力発電システムを提供する。【解決手段】変換器２により電力網システム３に電気的に接続される風力発電システム１と、制御装置１２と、ブレーキ保護装置１３とを備える。風力発電システム１は風車１１１及び発電機１１２をさらに備え、ブレーキ保護装置１３は第一スイッチ１３１と、第二スイッチ１３３と、抵抗器１３２と、開回路１３４と、第三スイッチ１３５とをさらに含む。制御装置１２は発電機１１２が発生させる電気エネルギーに基づいて風車１１１の回転速度を算出し、回転速度が第一回転速度既定値に達すると、第一スイッチ１３１と、第二スイッチ１３３と、抵抗器１３２とが導通されることで負荷が増加して風車１１１の回転速度を減速させ、回転速度が第二回転速度既定値に達すると、第三スイッチ１３５及び開回路１３４が導通されることで負荷を増加させて、風車１１１の回転を停止させる。【選択図】図２
0003200127.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電力網システムに電気的に接続される変換器に電気的に接続され、且つ電気エネルギーを発生させると共に第一エネルギー信号として前記変換器に伝送させ、前記変換器により前記第一エネルギー信号が第二エネルギー信号に変換され、これにより前記第二エネルギー信号を前記電力網システムに伝送させるブレーキ制御可能な風力発電システムであって、
風力発電システムと、
制御装置と、
ブレーキ保護装置とを備え、
ここでは、風力発電システムは、
風力エネルギーにより運動エネルギーを発生させる風車と、
前記風車に電気的に接続され、前記風車が発生させる前記運動エネルギーを前記電気エネルギーに変換させ、これにより前記第一エネルギー信号を発信させて送信させる発電機とをさらに備え、
前記制御装置は、前記発電機に電気的に接続され、第一回転速度既定値及び前記第一回転速度既定値より小さい第二回転速度既定値が設定され、前記制御装置は前記第一エネルギー信号を受信させて、前記電気エネルギーに基づいて前記風車が発生させる前記運動エネルギーの第一瞬間回転速度値を算出し、前記第一瞬間回転速度値が前記第一回転速度既定値に等しいかそれより大きい場合、第一制御信号を発信させて送信させ、前記制御装置は前記第一瞬間回転速度値が第二瞬間回転速度値まで低下して前記第二回転速度既定値に等しくなった場合、第二制御信号を発信させて送信させ、
ブレーキ保護装置は、
前記制御装置及び前記発電機に電気的に接続され、前記第一制御信号を受信させ、これにより前記発電機に導通される第一スイッチと、
少なくとも１つの抵抗器と、
前記第一スイッチと、前記制御装置と、前記抵抗器とに電気的に接続され、前記第一制御信号を受信させて前記第一スイッチ及び前記抵抗器を互いに導通させ、前記第一瞬間回転速度値を前記第二瞬間回転速度値に低下させる第二スイッチと、
開回路と、
前記第一スイッチと、前記制御装置と、前記開回路とに電気的に接続され、前記第二制御信号を受信させて前記第一スイッチ及び前記開回路を互いに導通させ、これにより前記風車がブレーキをかけて停止して前記運動エネルギーを発生させる第三スイッチとをさらに含むことを特徴とするブレーキ制御可能な風力発電システム。
【請求項２】
前記発電機は三相発電機であることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ制御可能な風力発電システム。
【請求項３】
前記制御装置はマイクロコントローラ（Micro Control Unit、MCU）であることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ制御可能な風力発電システム。
【請求項４】
前記第一スイッチは三相電磁接触器であることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ制御可能な風力発電システム。
【請求項５】
前記第二スイッチは直列抵抗接触器であることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ制御可能な風力発電システム。
【請求項６】
前記第三スイッチは三相短絡接触器であることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ制御可能な風力発電システム。
【請求項７】
前記変換器は交流／交流変換器であることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ制御可能な風力発電システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電気エネルギーに基づいて回転速度を算出し、回転速度に基づいて二段階のブレーキングを行うブレーキ制御可能な風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
時代の進歩に伴い、電力は人間の生活に不可欠になっている。現在発電方式として原子力発電、火力発電、風力発電等の方式が利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】台湾特許出願案第２０１３４６４５５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来のこれらの技術では、例えば、原子力発電は危険性や環境汚染の可能性が高く、このため国民的な賛同を得にくい。火力発電は現状最も普及する発電方式であるが、環境汚染が原子力発電よりも深刻でありる。このため、人々は風力発電の普及によって上述の２つの発電方式を代替することを望んでいる。
【０００５】
また、風力発電方式は主に正面から風を受ける風車によって最大の風力を得て、発電機を連動させて発電を行うが、但し風車の回転速度が超過する場合、保護機構を起動させて風車構造を安全に保護させる。従来の技術では、風車構造の保護には一般的に機構的に安全に保護する方法と電気的に安全に保護する方法がある。例えば、機構的に安全に保護する方法では風車ヨーイング、尾翼偏向及び可変ピストンシステムが採用されている。電気的に安全に保護する方法ではブレーキ保護制御方式が採用されている。
【０００６】
電気的に安全に保護する方法は、例えば、特許文献１の図１の記載に示すように、図１は従来の送風車ブレーキ保護制御方法を示すフローチャートである。主に、まず工程Ｓ１０１を実行して制御ユニットを起動し、次に工程Ｓ１０２を実行して風力発電システムを正常モードに設定し、続いて工程Ｓ１０３を実行して回転速度が制御条件に符合しているか否か判断させる（例えば、回転速度が既定の安全な回転速度より大きいか否か、或いは騒音が既定の規範値より大きいか否か等）。符合している場合は続けて工程Ｓ１０４を実行して回転速度の制御を行い、その後工程Ｓ１０５を実行して回転速度が既定風速より大きいか否か判断させる。大きい場合は続けて工程Ｓ１０６を実行して安全モードに切り換えて回転速度を減速させる。最後に、工程Ｓ１０７を実行して風力が既定風速よりなお大きいか否か判断させる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１（即ち、図１）から分かるように、主に余った風力エネルギーが抵抗器により消耗され、ブレーキをかけて風車の運転を停止するわけではないため、強風が持続したり風が非常に強くなると抵抗器が過熱しやすい（例えば、火災が発生する）。
【０００８】
そこで、本考案者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本考案の提案に到った。  
【０００９】
本考案は、以上の従来技術の課題を解決する為になされたものである。即ち、従来の技術では、風車に完全にはブレーキをかけられないため、抵抗器が過熱しやすく、危険である。よって、本考案の主な目的は、ブレーキ制御可能な風力発電システムを提供することにある。主に風車の回転速度に基づいて二段階のブレーキングを可能にし、第一階段で先に回転速度を行い、第二階段で風車を完全に停止させることで、上述の問題を解決させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本考案に係るブレーキ制御可能な風力発電システムは、電力網システムに電気的に接続される変換器に電気的に接続され、且つ電気エネルギーを発生させると共に第一エネルギー信号として前記変換器に伝送させ、前記変換器により前記第一エネルギー信号が第二エネルギー信号に変換され、これにより前記第二エネルギー信号を前記電力網システムに伝送させ、風力発電システムと、制御装置と、ブレーキ保護装置とを備え、
ここでは、風力発電システムは、風力エネルギーにより運動エネルギーを発生させる風車と、前記風車に電気的に接続され、前記風車が発生させる前記運動エネルギーを前記電気エネルギーに変換させ、これにより前記第一エネルギー信号を発信させて送信させる発電機とをさらに備え、
前記制御装置は、前記発電機に電気的に接続され、第一回転速度既定値及び前記第一回転速度既定値より小さい第二回転速度既定値が設定され、前記制御装置は前記第一エネルギー信号を受信させて、前記電気エネルギーに基づいて前記風車が発生させる前記運動エネルギーの第一瞬間回転速度値を算出し、前記第一瞬間回転速度値が前記第一回転速度既定値に等しいかそれより大きい場合、第一制御信号を発信させて送信させ、前記制御装置は前記第一瞬間回転速度値が第二瞬間回転速度値まで低下して前記第二回転速度既定値に等しくなった場合、第二制御信号を発信させて送信させ、
ブレーキ保護装置は、
前記制御装置及び前記発電機に電気的に接続され、前記第一制御信号を受信させ、これにより前記発電機に導通される第一スイッチと、少なくとも１つの抵抗器と、前記第一スイッチと、前記制御装置と、前記抵抗器とに電気的に接続され、前記第一制御信号を受信させて前記第一スイッチ及び前記抵抗器を互いに導通させ、前記第一瞬間回転速度値を前記第二瞬間回転速度値に低下させる第二スイッチと、開回路と、前記第一スイッチと、前記制御装置と、前記開回路とに電気的に接続され、前記第二制御信号を受信させて前記第一スイッチ及び前記開回路を互いに導通させ、これにより前記風車がブレーキをかけて停止して前記運動エネルギーを発生させる第三スイッチとをさらに含む。
【００１１】
また、好ましい実施態様において、発電機は三相発電機であり、制御装置はマイクロコントローラ（Micro Control Unit、MCU）であり、第一スイッチは三相電磁接触器であり、第二スイッチは直列抵抗接触器であり、第三スイッチは三相短絡接触器であり、変換器は交流／交流変換器である。
【考案の効果】
【００１２】
これにより、本考案ではブレーキ制御可能な風力発電システムの技術手段を提供する。従来の技術に比べると、二段階式のブレーキを採用することで、第一階段で先に回転速度を減速させ、第二階段で回転速度を０にするため、運転を急停止させることで風車構造を破壊することがないように風車を保護させ、且つ二階段で回転速度を減速させるため、強風が続く状況下でも抵抗器が過熱せず、従来の技術的な問題を確実に解決させる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の送風車ブレーキ保護制御方法を示すフローチャート。
【図２】本考案の好ましい実施形態に係るブレーキ制御可能な風力発電システムを示すブロック図である。
【図３】本考案の好ましい実施形態に係るブレーキ制御可能な風力発電システムを示す回路の概念図である。
【図３Ａ】本考案の好ましい実施形態に係るブレーキ制御可能な風力発電システムの第一スイッチ及び第二スイッチがオンとなる回路の概念図である。
【図３Ｂ】本考案の好ましい実施形態に係るブレーキ制御可能な風力発電システムの第一スイッチ、第二スイッチ及び第三スイッチがオンとなる回路の概念図である。
【図４】本考案の好ましい実施形態に係るブレーキ制御可能な風力発電システムの回転速度対電圧の波形の概念図である。
【考案を実施するための形態】
【００１４】
本考案における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、実用新案登録請求の範囲に記載された本考案の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本考案の必須要件であるとは限らない。
【００１５】
以下、本考案の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図２は本考案の一実施形態に係るブレーキ制御可能な風力発電システムを示すブロック図である。図３は本考案の一実施形態に係るブレーキ制御可能な風力発電システムを示す回路の概念図である。
【００１６】
図２及び図３に示すように、本考案の好ましい実施形態に係るブレーキ制御可能な風力発電システム１は、電力網システム３に電気的に接続される変換器２に電気的に接続される。変換器２は交流／交流変換器であり、具体的には、回路は実際の需要に応じて設計を変更可能であるが、これは従来の技術であるため、詳述は省略する。電力網システム３は、例えば家庭用或いは小型発電ステーションの蓄電ステーションで構成されるシステムであり、これも従来の技術であるため、詳述は省く。
【００１７】
また、ブレーキ制御可能な風力発電システム１は、風力発電システム１１と、制御装置１２と、ブレーキ保護装置１３とをさらに備え、風力発電システム１１は風車１１１及び発電機１１２を含む。風車１１１は一般的にはファン機構を有し、発電機１１２は三相発電機であり且つ風車１１１に電気的に接続されるが、これは従来の技術であるため詳述は省く。制御装置１２は発電機１１２に電気的に接続されると共に第一回転速度既定値（例えば図４に示すような第一回転速度既定値Ｒ１であり、本考案の第一回転速度既定値Ｒ１は３５０ｒｐｍに仮設定される）及び第一回転速度既定値より小さい第二回転速度既定値（例えば図４に示すような第二回転速度既定値Ｒ２であり、本考案の第二回転速度既定値Ｒ２は１００ｒｐｍに仮設定される）が設定される。上述の既定値は設置される地域の環境や風車１１１の機構の強度に合わせて設定される。このほか、制御装置１２はマイクロコントローラ（Micro Control Unit、 MCU）であり、但し他の実施形態では、処理制御機能を有する処理機でもよく、制限はない。
【００１８】
ブレーキ保護装置１３は第一スイッチ１３１と、少なくとも１つの抵抗器１３２と、第二スイッチ１３３と、開回路１３４と、第三スイッチ１３５とをさらに備える。具体的には、第一スイッチ１３１は三相電磁接触器であり（他の実施形態では他の種類のスイッチでもよい）、且つ発電機１１２及び制御装置１２に電気的に接続される。抵抗器１３２は一般的には抵抗であり、抵抗値は実際の需要に合わせて設定される。第二スイッチ１３３は直列抵抗接触器であり（他の実施形態では他の種類のスイッチでもよい）、且つ制御装置１２と、第一スイッチ１３１と、抵抗器１３２とに電気的に接続される。開回路１３４は他の回路に接続されない回路であり、そのインピーダンスは無限大であり、その回路設計は実際の状況に応じて決定されるため、詳述は省く。第三スイッチ１３５は三相短絡接触器であり（他の実施形態では他の種類のスイッチでもよい）、且つ制御装置１２と、第一スイッチ１３１と、開回路１３４とに電気的に接続される。
【００１９】
本技術分野に習熟する者に理解を促すため、以下では本考案の実際の運用に関する技術的特徴について、図面を参照しながら説明する。図３Ａは本考案の一実施形態に係るブレーキ制御可能な風力発電システムの第一スイッチ及び第二スイッチがオンとなる回路の概念図であり、図３Ｂは本考案の一実施形態に係るブレーキ制御可能な風力発電システムの第一スイッチ、第二スイッチ及び第三スイッチがオンとなる回路の概念図であるり、図４は本考案の好ましい実施形態に係る回転速度対電圧波形の概念図である。
【００２０】
図示するように、初期に風速が速く風車１１１が高速で運転している場合、風車１１１はこの強い風速を風力エネルギーとして利用して運動エネルギーを発生させる（運動エネルギーはファンに蓄積される）。ファンに蓄積された運動エネルギーは発電機１１２に伝送されて発電機１１２を連動させて磁場を切断する方式により上述の運動エネルギーを電気エネルギーに変換させ、電気エネルギーを第一エネルギー信号Ｓ１として伝送させる。変換器２が第一エネルギー信号Ｓ１を受信した後、第一エネルギー信号Ｓ１を第二エネルギー信号Ｓ２に変換させる。具体的には、変換器２が第一エネルギー信号Ｓ１内の電気エネルギーの電圧を電力網システム３と同じ電圧レベル及び同じ周波数の電気エネルギーの電圧に変換させ、この電気エネルギーの電圧が本考案の好ましい実施形態で定義される第二エネルギー信号Ｓ２である。変換器２が第二エネルギー信号Ｓ２に変換させた後、第二エネルギー信号Ｓ２が電力網システム３に伝送されて蓄積されるか使用される。
【００２１】
その中で、発電機１１２が第一エネルギー信号Ｓ１を伝送させると、制御装置１２が第一エネルギー信号Ｓ１を受信させ、発電機１１２が発生させる電気エネルギーに基づいて風車１１１が発生させる運動エネルギーの第一瞬間回転速度値を算出する（例えば、３６０ｒｐｍ）。さらには、回転速度値及び電気エネルギーの電圧には相関関係があり、図４に示す波形１００により算出し、第一回転速度既定値Ｒ１は対応する電圧値V１であり、第二回転速度既定値Ｒ２は対応する電圧値V２である。これは公式によって算出され、電気エネルギーが知り得る状況で回転速度値に換算する。
【００２２】
第一瞬間回転速度値が第一回転速度既定値Ｒ１に等しいかそれより大きい場合、現在の風力が強過ぎて風車１１１の回転速度が速過ぎることを示し、制御装置１２が第一制御信号Ｓ３を発信させて送信させ、第一制御信号Ｓ３が第一スイッチ１３１及び第二スイッチ１３３に伝送されることで第一スイッチ１３１及び第二スイッチ１３３が導通され、さらに第一スイッチ１３１が発電機１１２及び第二スイッチ１３３に電気的に接続され、且つ抵抗器１３２及び第一スイッチ１３１も互いに導通される（図３Ａ参照）。これにより、抵抗器１３２及び発電機１１２が直列経路を形成させて負荷を増加させ、抵抗器１３２により多量の風力が消耗されることで風車１１１の回転速度を減速させる。回転速度は図４に示すように、第一回転速度既定値Ｒ１から徐々に第二回転速度既定値Ｒ２へと減速する（図４は線形曲線方式での減速のみを図示するが、他の実施形態では非線形でもよく、例えば指数関数或いは対数関数曲線でもよい）
【００２３】
制御装置１２は第一瞬間回転速度値から第二瞬間回転速度値に低下して第二回転速度既定値Ｒ２に等しくなると、第二制御信号Ｓ４を発信させて送信させるが、これは風車１１１の回転速度がすでに減速していることを示しているため、風速が大き過ぎる状況を防ぐため、この際に制御装置１２は第二制御信号Ｓ４を第三スイッチ１３５に伝送させて第三スイッチ１３５を導通させ、開回路１３４及び第一スイッチ１３１を互いに電気的に接続させる（例えば、図３Ｂに示すように、第三スイッチ１３５のショートにより開回路１３４及び第一スイッチ１３１を互いに電気的に接続させる）。これにより、開回路１３４のインピーダンスを無限大の負荷に増加させ、風車１１１の回転速度を０まで確実に減速させて運動エネルギーを停止させる（即ち、運転を停止させる）。
【００２４】
以上のとおり、本考案に係るブレーキ制御可能な風力発電システムを採用することで、二段階式のブレーキにより、第一階段で先に回転速度を減速させて、第二階段で回転速度を０まで減速させ、これにより風車が運転を急停止させることで風車構造が破壊されないように保護させる。また、二階段の回転速度の減速により、強風が続く状況でも抵抗器が過熱せず、このため従来の技術的問題を確実に解決させる。
【００２５】
以上、本考案の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００２６】
１  ブレーキ制御可能な風力発電システム
１１  風力発電システム
１１１  風車
１１２  発電機
１２  制御装置
１３  ブレーキ保護装置
１３１  第一スイッチ
１３２  抵抗器
１３３  第二スイッチ
１３４  開回路
１３５  第三スイッチ
２  変換器
３  電力網システム
Ｓ１  第一エネルギー信号
Ｓ２  第二エネルギー信号
Ｓ３  第一制御信号
Ｓ４  第二制御信号
【図１】
0003200127.tif 000003
【図２】
0003200127.tif 000004
【図３】
0003200127.tif 000005
【図３Ａ】
0003200127.tif 000006
【図３Ｂ】
0003200127.tif 000007
【図４】
0003200127.tif 000008