(57)【要約】【課題】  従来の小型の風力発電装置では、強風時における風車や発電機の過回転防止策として、発電機の回転数が設定値以上になると、開閉器を介して抵抗器を発電機の内部抵抗に直列に接続するものがあるが、発電機構造が特殊、複雑でコスト高という課題があり、これを解消した小型風力発電システムを提供する。【解決手段】  発電機制御部の外部に負荷系統と過回転防止負荷系統を設け、発電機の過回転検出手段が発電機の過回転を検出したとき、制御部により負荷系統に並設された過回転防止負荷系統を投入する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、前記風車の回転軸に固定された発電機と、前記発電機が発生する電力を消費する負荷系統と、前記発電機の負荷を制御する制御部と、前記発電機の過回転の有無を検出する過回転検出手段と、前記過回転検出手段が前記発電機の過回転を検出した場合に、前記制御部により前記発電機に負荷となるよう投入される過回転防止負荷系統とを備えたことを特徴とする風力発電システム。
【請求項２】
前記過回転検出手段は前記発電機の回転周波数を検出する周波数検出回路よりなり、前記周波数検出回路が所定の周波数以上の周波数を検出した場合に、前記制御部により前記発電機に負荷となるよう前記過回転防止負荷系統を投入することを特徴とする請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項３】
前記過回転検出手段は風速検出器よりなり、前記風速検出器が所定の風速以上の風速を検出した場合に、前記制御部により前記発電機に負荷となるよう前記過回転防止負荷系統を投入することを特徴とする請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項４】
複数の過回転防止負荷系統を備えたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項５】
前記過回転検出手段が過回転の度合を検出し、過回転の度合に対する複数の所定値を有しており、何れかの前記過回転防止負荷系統は前記過回転検出手段が有する何れかの所定値と対応しており、前記過回転検出手段が前記所定値以上の度合の過回転を検出した場合に、その前記所定値に対応する前記過回転防止負荷系統を、前記制御部が投入することを特徴とする請求項４に記載の風力発電システム。
【請求項６】
前記発電機を固定する前記風車の回転軸には、前記回転軸の回転トルクが所定値以上になった場合に前記発電機側と前記風車側との回転数を変えて回転させ、前記回転軸の回転トルクが所定値未満の場合は前記発電機側と前記風車側とを同じ回転数で回転させる接手を備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電システムに関するものであり、特に小型風力発電システムの過回転防止に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より風力を利用して発電する風力発電装置は、クリーンで省資源な電力供給源として世界各地において建設が進んでおり、我国においても次第に普及しつつある。装置の規模としては、微風から強風までの風力エネルギを利用可能で、その出力は数ｋＷ程度の小型のものから数百ｋＷを超える大型のものがある。この内小型装置の用途として、一般電力網の普及してない山中や海辺のキャンプ場や娯楽設備、さらには農場等における照明、動力源等がある。
このような風力発電装置において、風車が受ける風のエネルギは大きく変動し、強風時における風車や発電機が過回転による損傷を防止する対策が一般に施されている。
その１例として、風車軸に固定された発電機に開閉器を介して接離される抵抗器と、発電機の回転数に対応して開閉器を制御する制御器とを備え、発電機の回転数が設定値以上となると、開閉器を介して抵抗器を発電機の内部抵抗に直列に接続するものが示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０３７９４号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記特許文献１に示されたものは、発電機の内部回路が外部に引き出されて開閉器を介して抵抗器に接続される構造であるので、発電機構造が特殊かつ複雑となり、コストの上昇、標準化構造の妨げや、また保守が煩雑になるという問題点があった。
【０００５】
この発明は前記のような課題を解決する為になされたものであって、発電機の構造を変更することなく、風速の変動に対応して過回転防止負荷を接続可能な構成の風力発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る風力発電システムは、風車と、風車の回転軸に固定された発電機と、発電機が発生する電力を消費する負荷系統と、発電機の負荷を制御する制御部と、発電機の過回転の有無を検出する過回転検出手段と、該過回転検出手段が発電機の過回転を検出した場合に、制御部により発電機に負荷となるよう投入される過回転防止負荷系統とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の風力発電システムは、発電機の過回転の有無を検出する過回転検出手段が、発電機の過回転を検出した場合に制御部により発電機に負荷となるよう過回転防止負荷系統が投入されるので発電機の内部構造まで変更することなく、過回転に対応した過回転負荷の投入が行えるので、発電機構造の簡素化、標準化が可能となり、コストの低減、大量生産化、保守手入れの容易化等の優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は小型風力発電システム１００を示すブロック図である。この小型風力発電システム１００は、一般の電力供給網が布設されてない山中や海辺のキャンプ場、離島等において、数ｋＷ〜数１０ｋＷ程度の比較的小容量の発電を無人化運転で行うものである。図１において、風車１の回転軸には発電機１１が固定されている。この発電機１１に設けられた制御部５０には、風車コントローラ２と、ダミーロード３、蓄電池１７、コンバータ４、発電機１１の回転周波数を検出する周波数検出回路１３が設けられている。
前記制御部５０の外部には、発電機１１の負荷系統６０の負荷６が開閉器５を介して設けられ、さらに前記負荷系統６０に並列に第１の過回転防止負荷系統７０、第２の過回転防止負荷系統８０が設けられている。
前記過回転防止負荷系統７０、８０には、それぞれ開閉器７、８を介し負荷９、１０が設けられている。
【０００９】
次に動作について説明する。風車１は風力を受けて回転することにより発電機１１を駆動し発電させる。発電された電力は風車コントローラ２に供給され、蓄電池１７を充電するとともに、コンバータ４を介して負荷系統６０内の開閉器５の投入によって負荷６に給電を行う。蓄電池１７の容量が満充電となった状態において、蓄電池１７の過充電を防止するため、風車コントローラ２の制御によりダミーロード３に余剰電力を消費させる。
一方、風速が強まることで風車１は風速に比例して回転数が上昇し、発電機１１の周波数検出回路１３が設定された所定の周波数値以上を検出した場合に負荷投入指令信号１４を発し、前記負荷系統６０に並列に設けられた第１、第２の過回転防止負荷系統７０、８０内の開閉器７、８を介し、負荷９、１０を投入することにより発電機１１の負荷を増加させて過回転を抑制し、風車１および発電機１１の過速度による損傷を防止している。
【００１０】
なお、前記に示した例では、複数の過回転防止負荷系統を２並列設け、周波数検出回路１３に設定された所定の周波数以上となった場合に、第１、第２の過回転防止負荷７０、８０を同時に投入する例を示したが、これに限らず負荷系統６０に並列に設ける過回転防止負荷系統を１並列としてもよく、あるいは３並列以上の複数系統数としてもよい。過回転防止負荷系統が２並列例えば前記図１に示した場合において、周波数検出回路１３に設定する所定の周波数を第１の周波数、およびこれより高い異なる第２の所定の周波数とし、風速の増加に伴い、前記第１の周波数以上を検出した場合には、負荷投入指令１４によって第１の過回転防止負荷系統７０を投入し、さらに風速が増加して第２の所定の周波数以上を検出したとき、負荷投入指令１５によって第２の過回転防止負荷系統８０を引き続いて投入する。つまり、第１の所定の周波数検出時には第１の過回転防止負荷系統７０を、第１より高い第２の所定の周波数を検出時には、引き続き第２の過回転防止負荷系統８０を順次投入して風車、発電機の過回転を抑制してもよい。
【００１１】
この実施の形態１による風力発電システム１００では、制御部５０の外部に過回転防止負荷系統を単列あるいは複数系統設けることが可能なシステムとしたので、過回転防止用負荷を接続するために発電機を特殊構造とする必要は全く無く、発電機１１の標準化が行え、それに伴う大量生産性、低コスト化、保守手入れの容量化等の可能となる。
さらに、過回転防止負荷系統を複数系統数設けることも可能な構成であるので、風力発電システムの設置場所における一日、あるいは季節による風速の変化に対応した風車、発電機の過回転防止を行うことができるという優れた効果を有する。
またさらに、設置場所の付近環境の変化に伴う初期見積もり時の風速変化に対しても、前記複数の過回転防止負荷系統の増減が容易に行えて柔軟な過回転防止対策が採用可能となる効果もある。
【００１２】
実施の形態２．
前記実施の形態１では、発電機１１の回転を周波数検出回路１３によって検出し負荷投入指令を発信する構成としたが、これに代替して図２に示すように風速検出器１８を設け、この風速検出器１８に設定された所定の風速値以上になったとき、負荷投入信号を発信し、過回転防止負荷７０、８０を投入しても、前記と同様の効果を奏する。なお、複数の過回転防止負荷系統が設けられた場合においても、前記実施の形態１と同様に第１、第２の所定の風速値を設定するものである。
【００１３】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図３に示すように風車１と発電機１１とを固定する風車１の軸に、接手１６を設けている。この接手１６は風車１の回転数が上昇し、風車軸回転トルクが所定値以上となったとき、機械的にすべりを発生し、スリップすることによって発電機１１の過回転防止を行う。なお、この場合風車１自体には回転数上昇を検知し、過回転を防止する過回転防止装置が設けてある。
なおこの場合、実施の形態２と同様の風速検出器１８を設け、過回転防止負荷７０、８０を投入することによる過回転防止策を２重保護としたシステムを採用している。さらには、前記風速検出器１８に代替して、実施の形態１と同様に周波数検出回路１３を設け、過回転防止負荷７０、８０を投入するようにしてもよい。また前記風速検出器１８、周波数検出回路１３および過回転防止負荷系統８０、９０を設けないシステムも、設置場所の風速の変化程度を勘案して採用してもよい。
【００１４】
このようにこの実施の形態３では、回転軸の回転トルクが所定値以上となった時、風車と発電機との回転数を変えて回転させ、発電機の過回転による損傷を防止できる効果がある。
なお、前記接手１６を所定のトルク以上ですべり発生の方式のもので説明したが、このトルク方式に限らず、所定の周波数以上に達した時周波数検出器１３からの信号を受けて、あるいは所定の風速以上に達した時、風速検出器１８からの信号を受けて風車と発電機の固定解離動作を行う電磁式や油圧式クラッチであってもよく、また、その他の接手であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
この発明の実施の形態１〜３は、小型風力発電システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１の小型風力発電システムを示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２の小型風力発電システムを示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態３の小型風力発電システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  風車、５，７，８  開閉器、６  負荷、９，１０  過回転防止負荷、
１１  発電機、１３  周波数検出回路、１６  接手、１８  風速検出器、５０  制御部、６０  負荷系統、７０，８０  過回転防止負荷系統、１００  小型風力発電システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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