(57)【要約】      （修正有）【課題】通常のコントローラの制御能力を上回るような過回転状態や、コントローラの駆動電源を失った状態でも、風車を確実に緊急停止させることのできるものを提供する。【解決手段】風車の緊急停止装置１は、風車２１、及び風車２１により駆動される発電機２２を有する風力発電装置２を緊急停止させる装置であって、所定の作動条件に合致したときに、風車２１を逆回転させる逆起電力を発電機２２に断続的に発生させ、さらにその後、当該逆電力を発電機２２に連続的に発生させて風車２２を停止させる。【選択図】図１
2018044521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車、及び当該風車により駆動される発電機を有する風力発電装置の緊急停止装置であって、
所定の作動条件に合致したときに、上記風車を逆回転させる逆起電力を上記発電機に断続的に発生させる、
ことを特徴とする風車の緊急停止装置。
【請求項２】
上記風車を逆回転させる逆起電力を一定時間、上記発電機に断続的に発生させた後、上記風車を逆回転させる逆起電力を上記発電機に連続的に発生させる、
請求項１記載の風車の緊急停止装置。
【請求項３】
駆動電源の消失に応じて、上記風車を逆回転させる逆起電力を上記発電機に発生させる、
請求項１又は２記載の風車の緊急停止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置を緊急停止させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は一般に、風力を受けてブレードを回転させ、この回転を発電機で電気に変換するが、強風等で過回転を生じると破損するおそれがあり、破損によってブレードが吹き飛ぶなどすると、非常に危険である。
そのため、強風等に備えた安全対策が取られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、風力発電機のロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する交流発電機と、当該交流発電機の出力側に接続される第１の送電線と、前記風力発電機の各ブレードの可変ピッチ機構をそれぞれ駆動するためのＤＣモータと、当該ＤＣモータのそれぞれに配設された整流器に連結される第２の送電線と、前記第１の送電線と前記第２の送電線との間に配設される第３の送電線と、前記第１の送電線と前記第３の送電線との間を断続する第１のリレーと、前記第２の送電線と前記第３の送電線との間を断続する第２のリレーと、前記第１のリレー及び第２のリレーに対する切替指令を発する制御器とを備える風力発電機の保護システムが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開第２００６−１９７７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、既設のコントローラが制御不能に陥るような場合、風車を停止させることは容易ではない。また、風車が制御不能な状態、とりわけ駆動電源を失っているような状態でも確実に動作し、風車を停止させることのできるものが求められる。
【０００６】
このような観点から、本発明は、通常のコントローラの制御能力を上回るような過回転状態や、コントローラの駆動電源を失った状態でも、風車を確実に緊急停止させることのできるもの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】
上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る風車の緊急停止装置は、風車、及び当該風車により駆動される発電機を有する風力発電装置の緊急停止装置であって、所定の作動条件に合致したときに、上記風車を逆回転させる逆起電力を上記発電機に断続的に発生させることを特徴とする。
【０００８】
また、上記風車を逆回転させる逆起電力を一定時間、上記発電機に断続的に発生させた後、上記風車を逆回転させる逆起電力を上記発電機に連続的に発生させるものとしてもよい。
【０００９】
また、駆動電源の消失に応じて、上記風車を逆回転させる逆起電力を上記発電機に発生させるものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、通常のコントローラの制御能力を上回るような過回転状態や、コントローラの駆動電源を失った状態でも、風車を確実に緊急停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る緊急停止装置が取り付けられる風力発電装置の構成の一例を示した模式図である。
【図２】本実施形態に係る緊急停止装置により実行される緊急停止動作をあらわしたグラフであり、（ａ）通常停止動作、（ｂ）即時停止動作を示す。
【図３】本実施形態に係る緊急停止装置を構成する回路の一例を示した回路図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る風車の緊急停止装置について、図を参照して説明する。
本実施形態に係る緊急停止装置は、風車が過回転するなどして制御が困難となったときに、風車を緊急停止させる装置であり、具体的には、発電機の発電電力を逆起電力として発電機に返すことにより、風車を緊急停止させる装置である。
なお、図１に示されるように、本実施形態に係る緊急停止装置１は、既設の風力発電装置２に取り付けて使用されることを想定している。
【００１３】
ここで、一般的な既設の風力発電装置２は、ブレードやロータ等で構成された風車２１、風車２１によって駆動させられる発電機２２、発電機２２によって得られた電力等を蓄電するバッテリ２３、及び風車２１を制御する既設のコントローラ２４等から構成され、電力系統２５に接続している。
なお、本実施形態における発電機２２は三相誘導発電機である。
また、コントローラ２４は、風速や風向に合わせてヨー制御やピッチ制御を行い、発電出力を調整する制御部であり、強風時には、ピッチ角を調整して風を逃がし、停止させる制動装置としても機能する。
また、図示を省略しているが、風力発電装置２は増速器、ブレーキ、変圧器、インバータ、風向計や風速計等を適宜に備える。
【００１４】
緊急停止装置１は、基本的には風力発電装置２のバッテリ２３、あるいは発電機２２による発電で得られた電力を直接の駆動電源として動作する。
この緊急停止装置１は、強風等で所定の作動条件を満たすに至ったとき、特に既設のコントローラ２４の制御範囲を上回るような状態となったときや、駆動電源が失われ、制御が困難になったときに風車２１を安全に停止させる緊急停止動作を実行する。
【００１５】
ここで緊急停止動作は、通常停止動作と即時停止動作の二つの動作によって構成され、状況に応じていずれかの処理が実行される。
通常停止動作は、駆動電源が得られているときに実行されるもので、発電機２２に対し、風車２１を逆回転させる起電力（以下、この起電力を「逆起電力」と称する）を断続的に発生させて、風車２１を徐々に停止させる。
即時停止動作は、駆動電源が得られなくなったときに実行されるもので、発電機２２を、風車２１を逆回転させる起電力（上記逆起電力）が発生する状態に維持し、風車２１を強制的且つ即時に停止させる。
【００１６】
図２は、通常停止動作と即時停止動作において発電機２２に印加される電圧のイメージをあらわしている。なお、縦軸は、緊急停止装置１による緊急停止動作によって発電機２２にかかる逆起電力（電圧）を示し、横軸は、経過時間を示している。
図２（ａ）は、通常停止動作において発電機２２に印加される電圧（逆起電力）のイメージをあらわしている。通常停止動作がスタートすると、一定時間、逆起電力が発電機２２に周期的に印加される。一定時間、逆起電力が周期的に印加され、風車２１の回転が弱まったタイミングで、今度は逆起電力を印加させた状態に発電機２２が維持され、これにより風車２１の完全停止が図られる。
【００１７】
図２（ｂ）は、即時停止動作において発電機２２に印加される電圧（逆起電力）のイメージをあらわしている。即時停止動作がスタートすると、スタート直後から一定時間、発電機２２は、逆起電力が印加された状態に維持される。これにより、風車２１の即時の完全停止が図られる。
【００１８】
次に、緊急停止装置１を実現する回路の一例について説明する。
図３に示す回路図において、起動部１０は、緊急停止動作のうち、通常停止動作が必要な状態が検知された際、通常停止動作を起動させる部分である。
この起動部１０は、手動停止スイッチSW1のほか、AC電圧検出器DS1やDC電圧検出器DS2を構成する素子VR1,VR2や接点10a1,10a2,10a3,10a4によって構成され、これらの手動停止スイッチSW1、各素子VR1,VR2、あるいは接点10a1,10a2,10a3,10a4が導通状態となることに起因して、通常停止動作が起動させられるようになっている。
【００１９】
手動停止スイッチSW1は、風力発電装置１の管理者等が、人為的に通常停止動作を起動させるためのスイッチであり、管理者等による押下に応じて導通状態となる。
バリスタVR1は、発電機２２によるAC電圧を検出するAC電圧検出器DS1を構成するものである。このバリスタVR1は、端子間電圧たるAC電圧が低い平常時においては電気抵抗が高いが、端子間電圧たるAC電圧が一定値以上に高くなったときには、急激に電気抵抗が低くなる。そのため、風車２１が過回転するなどしてAC電圧が一定値以上に高くなると、急激に電気抵抗が低くなり、バリスタVR1は導通状態となる。
バリスタVR2は、発電機２２により発電された交流を変換したDC電圧を検出するDC検出器DS2を構成するものである。このバリスタVR2もバリスタVR1と同様、端子間電圧たるDC電圧が低い平常時においては電気抵抗が高いが、端子間電圧たるDC電圧が一定値以上に高くなったときには、急激に電気抵抗が低くなる。そのため、風車２１が過回転するなどしてDC電圧が一定値以上に高くなると、急激に電気抵抗が低くなり、バリスタVR2は導通状態となる。
【００２０】
a接点a1,a2,a3,a4はいずれも、各種の測定器等からの命令信号に応じて接点を閉じ、導通状態となる。このような測定器の一例として、風車２１の振動を計測する振動計、外気の気圧を測定する気圧計等の測定器が挙げられ、予め設定された測定値以上の振動や気圧を測定した場合に、接点を閉じる命令信号が該測定器から発せられ、これに応じて接点が閉じられる。また、他の例としては、外部信号受信器が挙げられ、所定の携帯端末等から発信された外部信号を受信したときに接点が閉じられる。
【００２１】
なお、リセットスイッチSW2は、緊急停止動作の実行中あるいは実行後に回路の状態を初期状態に戻すためのスイッチであり、押下されると接点を開放させ、回路を初期状態に戻させる。
【００２２】
続いて、この回路図に基づき、緊急停止動作の流れを説明する。
なお、以下の回路の説明において、a接点は、メーク接点あるいは常開接点（NO：ノーマリーオープン）とも称され、コイルに通電されていないとき、つまり動作していないときは開かれており、コイルに通電され、リレーが動作したときに閉じる接点のことである。また、b接点は、ブレイク接点あるいは常閉接点（NC：ノーマルクローズド）とも称され、コイルに通電されていないとき、つまり動作していないときは閉じており、コイルに通電され、リレーが動作したときに開かれる接点のことである。
【００２３】
まず、緊急停止動作のうち、通常停止動作の流れについて説明する。
風力発電装置２が平常動作しているときには、リレーR2のコイルR2cは消磁状態にあり、これによりリレーR2のa接点R2a2、R2a3、R2a4が開かれている一方、b接点R2b1、R2b2は閉じられている。b接点R2b2が閉じられている状態では、リレーR3のコイルR3cが励磁され、これによりリレーR3のb接点R3b1、R3b2、R3b3が開かれている。なお、この状態における風車２１ないしは発電機２２の回転方向を正回転とする。
【００２４】
風車２１の過回転等の発生により、所定の作動条件に応じて起動部１０が導通すると、リレーR2のb接点R2b1が閉じられていることから、タイマT1が通電する。
タイマT1はインチング防止用のオンディレータイマであり、通電に応じて所定時間後（例えば、0.3秒後）、タイマT1のa接点T1aが閉じられ、リレーR2のコイルR2cが励磁される。
【００２５】
リレーR2のコイルR2cが励磁されると、リレーR2のa接点R2a1、R2a2、R2a3が閉じられる一方、b接点R2b1,Rb2が開かれる。
このとき、a接点R2a1,R2a2が閉じられたことにより、起動部１０は常に導通した状態となり、また、リレーR2のa接点R2a1が導通しているため、タイマT1の動作にかかわらず、コイルR2cの励磁状態が維持される。
【００２６】
また、a接点R2a3が閉じられたことにより、タイマT2、T3、T4が通電する。
また、b接点R2b2が開かれたことにより、リレーR3のコイルR3cが消磁され、リレーR3のb接点R3b1,R3b2,R3b3が閉じられる。これによって、発電機２２のu相、v相、w相が短絡し、発電機２２には逆起電力が生じ、発電機２２を逆回転させる力が働く。
【００２７】
タイマT3は、発電機２２に印加させる逆起電力の周期を規定しており、タイマT3の通電に応じて、タイマT3の限時接点T3aが所定の間隔、例えば0.3秒ごとにオフスタートで開閉する。
コイルR1cが消磁していると共にコイルR2cが励磁している状態においては、リレーR2のa接点R2a4とリレーR1のb接点R1b2が閉じられている。この状態でタイマT3の限時接点T3aが閉じた際には、コイルR3cが励磁されて、リレーR3のb接点R3b1,R3b2,R3b3が閉じられる一方、タイマT3の限時接点T3aが開いた際には、コイルR3cが消磁されて、リレーR3のb接点R3b1,R3b2,R3b3が開かれる。
【００２８】
このようにタイマT3の周期に応じて、リレーR3のb接点R3b1,R3b2,R3b3が開閉し、開閉動作を繰り返す結果、発電機２２には逆起電力が断続的に発生する。特に本例では、タイマT3の間隔が一定であることから、発電機２２には周期的に逆起電力が発生する。
【００２９】
タイマT2は、発電機２２に周期的な逆電力を印加させる時間を規定するオンディレータイマであり、タイマT2の通電に応じて所定の時間をカウントし始め、所定の時間、例えば5分が経過すると、タイマT2のa接点T2aを閉じさせる。
なお、タイマT2は、発電機２２に周期的な逆起電力を印加させる時間を規定するものであるから、この時間は、タイマT3の周期にかかる時間よりも長い時間であり、タイマT2で設定された時間中、周期的な逆起電力が発電機２２に与えられ、風車２１の回転数が徐々に低下させられる。
【００３０】
タイマT2のカウント完了により、リレーR2のa接点R2a3が閉じている状態でタイマT2のa接点T2aが閉じると、コイルR1cが励磁される。
コイルR1cが励磁されると、リレーR1のb接点R1b1が開かれて、タイマT2,T3の通電が解除される。また、リレーR1のa接点R1aが閉じられ、タイマT2のa接点T2aの開閉動作に関わらず、コイルR1cの励磁状態が維持される。さらに、リレーR2のb接点R2b2が開かれた状態でリレーR1のb接点R1b2が開かれ、これによりコイルR3cが消磁される。コイルR3cが消磁された結果、リレーR3のb接点R3b1,R3b2,R3b3は閉じられ、発電機２２に逆起電力が生じた状態が維持される。
【００３１】
タイマT4は、発電機２２に逆起電力を印加させる時間（周期的に印加させる時間を含む）を規定するオンディレータイマであり、タイマT4の通電に応じて所定の時間をカウントし始め、所定の時間、例えば4時間が経過すると、タイマT4のb接点T4bを開かせる。
なお、タイマT4は、発電機２２に逆起電力を印加させる時間を規定するものであるから、この時間は、タイマT2の時間よりも長い時間であり、タイマT4で設定された時間とタイマT2の差分に当たる時間において、発電機２２には逆起電力が連続的に印加され、風車２１が完全に停止させられる。
【００３２】
b接点T4bが開かれると、コイルR2cが消磁され、リレーR2のa接点R2a1,R2a2,R2a3,R2a4が開かれる一方、b接点R2b1,R2b2は閉じられる。
このとき、リレーR2のa接点R2a2が開かれたことにより、タイマT4のb接点T4bの開閉動作に関わらず、コイルR2cが消磁した状態に維持される。
【００３３】
また、リレーR2のa接点R2a4が開かれる一方、リレーR2のb接点R2b2が閉じられることで、コイルR3cが励磁された状態に維持される。
コイルR3cの励磁により、リレーR3のb接点R3b1,R3b2,R3b3が開かれ、発電機２２に印加されていた逆起電力が消失する。
【００３４】
以上の通常停止処理によれば、通常のコントローラの制御能力を上回るような過回転状態や、駆動電源を失った状態でも、風車２１を確実に緊急停止させることができる。
また、発電機２２に対し、断続的に逆起電力を与え、風車２１の回転数を徐々に低下させた後に、逆起電力を連続的に与えることから、この緊急停止動作による発電機２２の損傷を防ぐことができる。
また、緊急停止装置１はシンプルな構造で構成することができるため、誤作動を起こしにくく、コスト負担も軽減される。
【００３５】
なお、通常停止処理を実現する回路は、発電機２２に対して逆起電力を断続的に発生させる、所謂フリッカ回路であるが、上述した回路の例に限らず、発電機２２に対して断続的に逆起電力を与えることができれば、他の回路によっても実現することができる。
【００３６】
続いて、緊急停止装置１から駆動電源が失われ、即時停止動作が実行される場合の流れを説明する。
まず、平常動作時には、リレーR2のコイルR2cは消磁状態にあり、これによりリレーR2のa接点R2a2、R2a3、R2a4が開かれている一方、b接点Ｒ2b1、R2b2は閉じられている。b接点R2b2が閉じられている状態では、リレーR3のコイルR3cが励磁され、これによりリレーR3のb接点R3b1、R3b2、R3b3が開かれ、発電機２２には逆起電力が発生していない。
【００３７】
ここで、駆動電源が失われると、リレーR3のコイルR3cが消磁し、リレーR3のb接点R3b1,R3b2,R3b3が閉じられる。その結果、発電機２２に逆起電力が印加し、その状態が維持されることから、風車２１が即時に停止させられる。
【００３８】
以上の即時停止処理によれば、駆動電源が失われた場合であっても、発電機２２に連続的に逆起電力が与えられ、風車２１を停止させることができる。
【００３９】
なお、本実施形態に係る緊急停止装置１は、既設の風力発電装置２に取り付けて使用されることを想定しているが、これに関わらず、風力発電装置２のコントローラの一機能部として予め組み込まれていてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１      緊急停止装置
２      風力発電装置
２１    風車
２２    発電機
２３    バッテリ
２４    コントローラ（既設）
２５    電力系統
【図１】
2018044521.tif 000003
【図２】
2018044521.tif 000004
【図３】
2018044521.tif 000005