(57)【要約】【課題】低風速時の回転アシスト機能を有する風力発電装置では、発電電力を制御する半導体回路と回転補助電力を制御する半導体回路は、同一のスイッチング素子と一対のフリーホイールダイオードを利用している。この半導体は定格電力を発電していた際の発電機電圧を考慮した耐圧設計が必要となり、低風速時の回転補助の際の電力変換損失が増加し、パッケージが大きくなるという課題があり、低損失かつ小型の回路で回転補助と発電電力制御が望まれている。【解決手段】風力発電装置は、風車１で風を受け発電する風力発電手段としての発電機２と、発電した電力を貯蔵する発電電力貯蔵手段３と、低風速時に風車が回転するように制御する発電電力貯蔵手段３よりも低い耐圧の半導体を利用した回転アシスト制御手段４を備えており、回転アシスト制御時に半導体のオン抵抗あるいは飽和電圧を低くすることができ、アシスト時の損失低減と小型化を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車で風を受け発電する風力発電手段と、前記風力発電手段により発電した電力を貯蔵する発電電力貯蔵手段と、低風速時に風車が回転するように制御する回転アシスト制御手段を備えた発電装置であって、前記回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧は、前記発電電力貯蔵手段に備えた充電回路の耐電圧より低くしたことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
回転アシスト制御手段の着脱を自在とする付加接続手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
【請求項３】
回転アシスト制御手段は、付加接続手段内の風力発電手段に備えた発電機の出力端を分岐する分岐手段と、分岐手段を風車の状態に応じて回転アシスト制御手段、あるいは発電電力貯蔵手段を切り換えることを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項４】
回転アシスト制御手段は、発電機の何れか１相の電圧振幅が回転アシスト制御手段の耐電圧を超えないように付加接続手段を制御して、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうことを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項５】
付加接続手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電圧周波数の相関に基づき、電圧周波数が規定周波数を超えないように付加接続手段を制御して、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうことを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項６】
電圧周波数は、ゼロクロス点の周期で計測することを特徴とする請求項４記載の風力発電装置。
【請求項７】
回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電流周波数の相関に基づき、電流周波数が規定周波数を超えないように付加接続手段を制御して、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうことを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項８】
電流周波数は、ゼロクロス点の周期で計測することを特徴とする請求項６記載の風力発電装置。
【請求項９】
回転アシスト制御手段は、内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差が所定値範囲を超えないように付加接続手段を制御して、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうことを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項１０】
回転アシスト制御手段は、発電機の何れか１相の電圧振幅が所定の電圧を下回った際に付加接続手段を制御して、前記発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうことを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項１１】
回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電圧周波数の相関に基づき、電圧周波数が所定の周波数を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうことを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項１２】
回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電流周波数の相関に基づき、電流周波数が所定の周波数を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうことを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項１３】
回転アシスト制御手段は、内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差が所定値範囲を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうことを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項１４】
回転アシスト制御手段は、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えと前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えは、切り換える頻度を最少化するようにしたことを特徴とする請求項３から９の何れかに記載の風力発電装置。
【請求項１５】
回転アシスト制御手段は、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧振幅と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧振幅は相異なることを特徴とする請求項３あるいは９記載の風力発電装置。
【請求項１６】
回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧周波数と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧周波数は相異なることを特徴とする請求項５あるいは１１記載の風力発電装置。
【請求項１７】
回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電流周波数と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電流周波数は相異なることを特徴とする請求項７あるいは１２記載の風力発電装置。
【請求項１８】
回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差は相異なることを特徴とする請求項９あるいは１３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、風力を利用した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の風力発電装置は、力行運転あるいは回生運転を行ない、発電あるいはモータとして回転させるための一体化した制御装置（双方向チョッパ回路）を利用したものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
以下、特許文献１における風力発電装置について、図１０を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０に示すように、風力発電装置は、風車６と、回転軸が風車６の回転軸と直接又は間接的に連結される発電機７を備えた風力発電装置において、発電機７が発電機あるいは電動機として使用可能な構成となっており、発電機７と結線された可逆電力変換装置８と、双方向直流チョッパ９と、双方向直流チョッパ９を制御する制御部１０と、双方向直流チョッパ９と結線された蓄電池１１を備えている。
【０００５】
この構成において、低風速時（回転を始動する風速以下）の場合には、双方向直流チョッパ９から可逆電力変換装置８を通して蓄電池１１の電力を供給し、電動機として発電機７を回転駆動、すなわち回転アシストを行なうこととなる。
【０００６】
特許文献１と同様に、低風速時のアシストを行なうか否かは設置当初より考慮した上で装置を製作する必要がある。
【０００７】
さらに、同様の起動アシスト装置を備えた風力発電装置として、双方向昇降圧コンバータを備えたものが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
以下、特許文献２における風力発電装置について、図１１を参照しながら説明する。
【０００９】
図１１に示すように、風力発電装置は、交流発電機の出力側にインバータ回路１２と、インバータ回路１２の出力側に双方向昇降圧コンバータ回路１３とを備えており、双方向昇降圧コンバータ回路１３に双方向の直流電力が流れ、風車が所定の回転数に満たない場合において発電機１４は電動機として使用する構成としている。
【００１０】
この構成において、低風速時（回転を始動する風速以下）の場合には、双方向昇降圧コンバータ回路１３からインバータ回路１２を通して発電機１４に回転駆動するための電力を供給し、発電までの時間を短縮化でき、発電効率が向上している。
【００１１】
特許文献１と同様に、低風速時のアシストを行なうか否かは設置当初より考慮した上で装置を製作する必要がある。
【００１２】
また、同様に具体的なアシスト制御方法を示した発電装置として、発電を開始するためのトリガとして発電開始回転数に至るまで力行運転を行なうということも提案されている（例えば特許文献３）。
【００１３】
以下、特許文献３における風力発電装置について、図１２を参照しながら説明する。
【００１４】
図１２に示すように、風力発電装置は、風車１５により駆動させる発電機１６をコンバータ１７及びインバータ１８により構成した発電制御装置１９を介して電力系統に接続している。この中で、風速判別器２０及び回転数判別器２１により風速は発電可能風速であるが、ロータ回転数Ｎがロータ停止回転数ＮO≦Ｎ≦発電開始回転数ＮPであると判別されると、出力調整回路２２内の出力電流特性と電流検出器ＣＴ１で検出されたコンバータ１７の出力電流及びロータ回転数Ｎとに基づいてコンバータ１７の出力電流を制御して発電機１６の力行運転が開始され、ロータ回転数Ｎが発電開始回転数ＮPに上昇すると、発電機１６を回生運転に切り換えて発電を開始するように制御している。さらに、発電可能風速においても風車１５が起動しない時は、力行運転により強制的にロータを回転させて確実に発電させるように構成されている。
【００１５】
この構成において、低風速時（回転を始動する風速以下）の場合であっても、コンバータ１７からインバータ１８を通して力行運転することで、ロータの回転数に応じて発電機１６すなわち風車１５を回転駆動するための電力を供給して、回転起動を行なっている。
【００１６】
本構成においても、特許文献１および２と同様に、低風速時のアシストを行なうか否かは設置当初より考慮した上で装置を製作する必要がある。
【特許文献１】特開２００４−６４８０６号公報
【特許文献２】特開２００３−２９９３９６号公報
【特許文献３】特開平８−３２２２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このような発電装置では、風車が回転駆動するようにアシストするのは低風速時（例えば風速２．５ｍ／ｓ以下の時）のみである。従って、接続された発電機の駆動電圧は回転駆動するための電圧にしか到達せず、強風時のように高電圧となることはない。よって、風車を回転駆動するための電力制御回路に必要とする耐電圧はそれ程高くなくとも良いが、回転駆動のための回路すなわちインバータ回路と、発電電力を制御するコンバータ回路を同一とすることは耐電圧を同一とすることとなる。これにより回路は簡略化が可能であるが、回転駆動時に耐電圧の高い電子部品を経由して電力供給がなされるため、電力制御回路を通過する途上での損失は大きくなる。これは、耐電圧の高い電子部品すなわち半導体は、飽和電圧が高いあるいはオン抵抗が高いためである。このため、電力制御回路による損失で放熱器が大きくなることが発生するに伴い、発電して蓄電した電力を有効に利用することができないという課題があった。
【００１８】
本発明は、上記課題を解決するもので、風力発電装置の回転駆動を補助する電力制御回路部の耐電圧を発電電力の貯蔵に利用する電力制御回路の耐電圧よりも低くすることで、回転駆動時の電力損失を低減することができ、発電電力のより有効な活用を図る風力発電装置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】
【００１９】
本発明の風力発電装置は、風車で風を受け発電する風力発電手段と、前記風力発電手段により発電した電力を貯蔵する発電電力貯蔵手段と、低風速時に風車が回転するように制御する回転アシスト制御手段を備えた発電装置であって、前記回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧は、前記発電電力貯蔵手段に備えた充電回路の耐電圧より低くするような構成としたものである。
【００２０】
この手段により、低風速時（例えば風速２．５ｍ／ｓ以下の時）の回転アシスト時に発電機へ最適な電力を供給しつつ、電力供給回路の耐電圧を最小限の耐圧とすることで、電力供給回路の半導体において、オン時の飽和電圧の低減、あるいはオン抵抗の低減を図り、より軽量、小型かつ低損失な回路構成とすることが可能となり、蓄電池に充電した電力を有効に活用して回転アシスト制御を行なうことができる風力発電装置が得られる。
【００２１】
また、回転アシスト制御手段の着脱を自在とする付加接続手段を備える構成としたものである。
【００２２】
この手段により、回転駆動を行なう必要のない場合に接続せず、より簡単で低コストな風力発電装置が得られる。
【００２３】
さらに、回転アシスト制御手段は、付加接続手段内の風力発電手段に備えた発電機の出力端を分岐する分岐手段と、分岐手段を風車の状態に応じて回転アシスト制御手段、あるいは発電電力貯蔵手段を切り換えるような構成としたものである。
【００２４】
この手段により、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる風力発電装置が得られる。
【００２５】
また、回転アシスト制御手段は、発電機の何れか１相の電圧振幅が回転アシスト制御手段の耐電圧を超えないように付加接続手段を制御して、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なう構成としたものである。
【００２６】
この手段により、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる風力発電装置が得られる。
【００２７】
さらに、回転アシスト制御手段は、発電機の何れか１相の電圧振幅と電圧周波数の相関を予め記憶しておき、電圧周波数が規定周波数を超えないように付加接続手段を制御して、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうような構成としたものである。
【００２８】
この手段により、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる風力発電装置が得られる。
【００２９】
また、電圧周波数は、ゼロクロス点の周期で計測する構成としたものである。
【００３０】
この手段により、電圧周波数をより簡単な構成で検出することができる風力発電装置が得られる。
【００３１】
さらに、回転アシスト制御手段は予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電流周波数の相関に基づき、電流周波数が規定周波数を超えないように付加接続手段を制御して、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうような構成としたものである。
【００３２】
この手段により、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる風力発電装置が得られる。
【００３３】
また、電流周波数は、ゼロクロス点の周期で計測する構成としたものである。
【００３４】
この手段により、電流周波数をより簡単な構成で検出することができる風力発電装置が得られる。
【００３５】
さらに、回転アシスト制御手段は、内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差が所定値範囲を超えないように付加接続手段を制御して、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうような構成としたものである。
【００３６】
この手段により、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる風力発電装置が得られる。
【００３７】
また、回転アシスト制御手段は、発電機の何れか１相の電圧振幅が所定の電圧を下回った際に付加接続手段を制御して、前記発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成としたものである。
【００３８】
この手段により、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができる風力発電装置が得られる。
【００３９】
さらに、回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電圧周波数の相関に基づき、電圧周波数が所定の周波数を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成としたものである。
【００４０】
この手段により、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができる風力発電装置が得られる。
【００４１】
また、回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電流周波数の相関に基づき、電流周波数が所定の周波数を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成としたものである。
【００４２】
この手段により、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができる風力発電装置が得られる。
【００４３】
さらに、回転アシスト制御手段は、内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差が所定値範囲を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成としたものである。
【００４４】
この手段により、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができる風力発電装置が得られる。
【００４５】
また、回転アシスト制御手段は、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えと前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えは、切り換える頻度を最少化するような構成としたものである。
【００４６】
この手段により、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との相互の切り換えを最小回数に抑制することができ、安定した回転アシスト制御を行なうことができる風力発電装置が得られる。
【００４７】
さらに、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧振幅と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧振幅は相異なるような構成としたものである。
【００４８】
この手段により、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができる風力発電装置が得られる。
【００４９】
また、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧周波数と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧周波数は相異なるような構成としたものである。
【００５０】
この手段により、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができる風力発電装置が得られる。
【００５１】
さらに、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電流周波数と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電流周波数は相異なるような構成としたものである。
【００５２】
この手段により、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができる風力発電装置が得られる。
【００５３】
また、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差は相異なるような構成としたものである。
【００５４】
この手段により、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができる風力発電装置が得られる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、風車で風を受け発電する風力発電手段と、前記風力発電手段により発電した電力を貯蔵する発電電力貯蔵手段と、低風速時に風車が回転するように制御する回転アシスト制御手段を備えた発電装置であって、前記回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧は、前記発電電力貯蔵手段に備えた充電回路の耐電圧より低くするような構成とすることで、風車が回転を開始しない程度の低風速時（例えば風速２．５ｍ／ｓ以下の時）の回転アシスト時に発電機へ最適な電力を供給しつつ、電力供給回路の耐電圧を最小限の耐圧とし、電力供給回路の半導体において、オン時の飽和電圧の低減、あるいはオン抵抗の低減を図り、より軽量、小型かつ低損失な回路構成とすることが可能となり、蓄電池に充電した電力を有効に活用して回転アシスト制御を行なうことができる風力発電装置を提供できる。
【００５６】
また、回転アシスト制御手段の着脱を自在とする付加接続手段を備える構成とすることで、回転駆動を行なう必要のない場合に接続せず、より簡単で低コストな風力発電装置を提供できる。
【００５７】
さらに、回転アシスト制御手段は、付加接続手段内の風力発電手段に備えた発電機の出力端を分岐する分岐手段と、分岐手段を風車の状態に応じて回転アシスト制御手段、あるいは発電電力貯蔵手段を切り換えるような構成とすることで、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる風力発電装置を提供できる。
【００５８】
また、回転アシスト制御手段は、発電機の何れか１相の電圧振幅が回転アシスト制御手段の耐電圧を超えないように付加接続手段を制御して、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なう構成とすることで、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる風力発電装置を提供できる。
【００５９】
さらに、回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電圧周波数の相関に基づき、電圧周波数が規定周波数を超えないように付加接続手段を制御して、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうような構成とすることで、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる風力発電装置を提供できる。
【００６０】
また、電圧周波数は、ゼロクロス点の周期で計測する構成とすることで、電圧周波数をより簡単な構成で検出することができる風力発電装置を提供できる。
【００６１】
さらに、回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電流周波数の相関に基づき、電流周波数が規定周波数を超えないように付加接続手段を制御して、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうような構成とすることで、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる風力発電装置を提供できる。
【００６２】
また、電流周波数は、ゼロクロス点の周期で計測する構成とすることで、電流周波数をより簡単な構成で検出することができる風力発電装置を提供できる。
【００６３】
さらに、回転アシスト制御手段は、内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差が所定値範囲を超えないように付加接続手段を制御して、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうような構成とすることで、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる風力発電装置を提供できる。
【００６４】
また、回転アシスト制御手段は、発電機の何れか１相の電圧振幅が所定の電圧を下回った際に付加接続手段を制御して、前記発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成とすることで、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができる風力発電装置を提供できる。
【００６５】
さらに、回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電圧周波数の相関に基づき、電圧周波数が所定の周波数を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成とすることで、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができる風力発電装置を提供できる。
【００６６】
また、回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電流周波数の相関に基づき、電流周波数が所定の周波数を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成とすることで、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができる風力発電装置を提供できる。
【００６７】
さらに、回転アシスト制御手段は、内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差が所定値範囲を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成とすることで、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができる風力発電装置を提供できる。
【００６８】
また、回転アシスト制御手段は、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えと前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えは、切り換える頻度を最少化するような構成とすることで、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との相互の切り換えを最小回数に抑制することができ、安定した回転アシスト制御を行なうことができる風力発電装置を提供できる。
【００６９】
さらに、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧振幅と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧振幅は相異なるような構成とすることで、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができる風力発電装置を提供できる。
【００７０】
また、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧周波数と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧周波数は相異なるような構成とすることで、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができる風力発電装置を提供できる。
【００７１】
さらに、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電流周波数と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電流周波数は相異なるような構成とすることで、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができる風力発電装置を提供できる。
【００７２】
また、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差は相異なるような構成とすることで、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができる風力発電装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
本発明によれば、風車で風を受け発電する風力発電手段と、前記風力発電手段により発電した電力を貯蔵する発電電力貯蔵手段と、低風速時に風車が回転するように制御する回転アシスト制御手段を備えた発電装置であって、前記回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧は、前記発電電力貯蔵手段に備えた充電回路の耐電圧より低くするような構成としたものであり、風車が回転を開始しない程度の低風速時（例えば風速２．５ｍ／ｓ以下の時）の回転アシスト時に発電機へ最適な電力を供給しつつ、電力供給回路の耐電圧を最小限の耐圧とし、電力供給回路の半導体において、オン時の飽和電圧の低減、あるいはオン抵抗の低減を図ることにより、より軽量、小型かつ低損失な回路構成とすることが可能となり、蓄電池に充電した電力を有効に活用して回転アシスト制御を行なうことができるという作用を有する。
【００７４】
また、回転アシスト制御手段の着脱を自在とする付加接続手段を備える構成としたものであり、回転駆動を行なう必要のない場合に接続せず、より簡単で低コストとすることができるという作用を有する。
【００７５】
さらに、回転アシスト制御手段は、付加接続手段内の風力発電手段に備えた発電機の出力端を分岐する分岐手段と、分岐手段を風車の状態に応じて回転アシスト制御手段、あるいは発電電力貯蔵手段を切り換えるような構成としたものであり、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができるという作用を有する。
【００７６】
また、回転アシスト制御手段は、発電機の何れか１相の電圧振幅が回転アシスト制御手段の耐電圧を超えないように付加接続手段を制御して、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なう構成としたものであり、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができるという作用を有する。
【００７７】
さらに、回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電圧周波数の相関に基づき、電圧周波数が規定周波数を超えないように付加接続手段を制御して、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうような構成としたものであり、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができるという作用を有する。
【００７８】
また、電圧周波数は、ゼロクロス点の周期で計測する構成としたものであり、電圧周波数をより簡単な構成で検出することができるという作用を有する。
【００７９】
さらに、回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電流周波数の相関に基づき、電流周波数が規定周波数を超えないように付加接続手段を制御して、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうような構成としたものであり、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができるという作用を有する。
【００８０】
また、電流周波数は、ゼロクロス点の周期で計測する構成としたものであり、電流周波数をより簡単な構成で検出することができるという作用を有する。
【００８１】
さらに、回転アシスト制御手段は、内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差が所定値範囲を超えないように付加接続手段を制御して、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段へ切り換えを行なうような構成としたものであり、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転アシスト制御手段に備えた電力供給回路の耐電圧を越えないように制御することができる作用を有する。
【００８２】
また、回転アシスト制御手段は、発電機の何れか１相の電圧振幅が所定の電圧を下回った際に付加接続手段を制御して、前記発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成としたものであり、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができるという作用を有する。
【００８３】
さらに、回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電圧周波数の相関に基づき、電圧周波数が所定の周波数を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成としたものであり、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができるという作用を有する。
【００８４】
また、回転アシスト制御手段は、予め記憶した発電機の何れか１相の電圧振幅と電流周波数の相関に基づき、電流周波数が所定の周波数を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成としたものであり、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができるという作用を有する。
【００８５】
さらに、回転アシスト制御手段は、内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差が所定値範囲を下回った際に付加接続手段を制御して、発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段へ切り換えを行なうような構成としたものであり、風車の状況に応じて回転アシストを始動、停止することができると同時に回転が停止したか否かを簡単な構成で検出することができるという作用を有する。
【００８６】
また、回転アシスト制御手段は、前記回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えと前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えは、切り換える頻度を最少化するような構成としたものであり、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との相互の切り換えを最小回数に抑制することができ、安定した回転アシスト制御を行なうことができるという作用を有する。
【００８７】
さらに、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧振幅と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧振幅は相異なるような構成としたものであり、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができるという作用を有する。
【００８８】
また、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧周波数と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電圧周波数は相異なるような構成としたものであり、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができるという作用を有する。
【００８９】
さらに、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電流周波数と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう発電機の何れか１相の電流周波数は相異なるような構成としたものであり、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができるという作用を有する。
【００９０】
また、回転アシスト制御手段は、回転アシスト制御手段から発電電力貯蔵手段への切り換えを行なう内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差と、前記発電電力貯蔵手段から前記回転アシスト制御手段への切り換えを行なう内部に備えた三相ＰＷＭインバータ部の直流入力電圧と回転アシスト制御手段の電力供給回路の耐電圧の電圧差は相異なるような構成としたものであり、回転アシスト制御手段と発電電力貯蔵手段との切り換えでハンチングすることを回避することができ、よりスムーズな制御を行なうことができるという作用を有する。
【００９１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００９２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における風力発電装置の構成図を示す。
【００９３】
図に示すように、風力発電装置は風車１で風を受け発電する風力発電手段としての三相発電機２と、三相発電機２により発電した電力を貯蔵する発電電力貯蔵手段３と、低風速時に風車１が回転するように制御する回転アシスト制御手段４を備えている。また、発電電力貯蔵手段３は、三相発電機２により発電した交流電力を直流電力に変換する全波整流回路部３ａと、全波整流回路部３ａを通して直流に変換した後の直流電圧が規定の上限電圧を超えないように蓄電池３ｂへ充電制御する充電制御部３ｃにより構成している。さらに回転アシスト制御手段４は、蓄電池３ｂを回転アシスト用の電力源として供給する放電回路部４ａと、蓄電池３ｂから放電回路部４ａを経由して得られた直流電力を交流電力に変換する三相ＰＷＭインバータ部４ｂを備えている。また付加接続手段５は、三相ＰＷＭインバータ部４ｂ、および発電電力貯蔵手段３から切り換え信号を入力する入力部５ａと、切り換え信号に応じて三相発電機２から三相ＰＷＭインバータ部４ｂあるいは全波整流回路部３ａへの接続を切り換える分岐手段としての切替部５ｂを備えている。
【００９４】
次に、回転アシスト制御手段４は、蓄電池３ｂを回転アシスト用の電力源として供給する放電回路部４ａと、蓄電池３ｂから放電回路部４ａを経由して得られた直流電力を交流電力に変換する三相ＰＷＭインバータ部４ｂを備えている。また付加接続手段５は、三相ＰＷＭインバータ部４ｂから切り換え信号を入力する入力部５ａと、切り換え信号に応じて三相発電機２から三相ＰＷＭインバータ部４ｂあるいは全波整流回路部３ａへの接続を切り換える切替部５ｂを備えている。この構成において、付加接続手段５に備えた入力部５ａは通常時に全波整流回路部３ａへ接続状態となっている、すなわち回転アシスト制御手段４が無い場合には、全波整流回路部３ａに接続されている。また、回転アシスト制御手段４が無い場合、単に風車１で発電した発電電力は蓄電池３ｂに蓄電される、あるいは負荷で使用されることになる。さらに放電回路部４ａ及び三相ＰＷＭインバータ部４ｂは、三相発電機２の発電電圧と発電電流から駆動するか否かを決定する。例えば発電電圧が規定電圧Ｖ＿ｌｏｗ以下で、かつ発電電流が規定電流Ｉ＿ｌｏｗ以下の時に駆動を開始し、Ｖ＿ｈｉ以上の時に駆動を停止する。但し、規定電流Ｉ＿ｌｏｗは発電時に流れる方向を正とする。この駆動を開始する際に、付加接続手段５に対して切替信号を出力する。さらに付加接続手段５は入力部５ａの切替信号に応じて切替部５ｂを切り換えることで全波整流回路部３ａに接続、あるいは三相ＰＷＭインバータ部４ｂに接続することとなる。
【００９５】
次に、充電制御部３ｃの制御フローチャートについて、図２を参照しながら説明する。
【００９６】
図に示すように、充電制御部３ｃは、直流電圧の実際値Ｖｄｃと、規定の上限電圧値（目標値Ｖｄｃ＿ｒｅｆ）を比較し、充電電流目標値Ｉｄｃ＿ｒｅｆを算出する。次に、蓄電池３ｂの電圧検出値Ｖｂａｔｔを入力し、規定電圧Ｖｂａｔｔ＿ｃに到達しているか否かを判定して、規定電圧Ｖｂａｔｔ＿ｃに到達している場合は、規定電圧Ｖｂａｔｔ＿ｃに制御するための充電電流に制限するためのリミット制御を実施する。到達していない場合は、蓄電池３ｂの最大充電電流Ｉｄｃ＿ｍａｘを超えない範囲で制御する。この場合、リミット制御あるいは最大充電電流によりリミットしたことで、発電電力が過剰となるが、その際は全波整流後の電圧が上昇することとなる。全波整流後の電圧が上昇して第二の規定電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｆ２となった場合、保護用抵抗を接続するように制御する。保護用抵抗の切り離しは、三相発電機２の発電電力の検出演算値により行なうこととなる。
【００９７】
次に、三相ＰＷＭインバータ部４ｂの制御フローチャートについて図３を参照しながら説明する。
【００９８】
図に示すように、三相発電機２の三相分の各相電圧を入力し、規定電圧（例えばＶｍａｘ−Ｖｍ）を超えたか否か判定する。この時、Ｖｍａｘは三相ＰＷＭインバータ４ｂに使用している半導体の最大定格電圧を示し、Ｖｍはマージン電圧を示している。判定した結果、規定電圧以下であれば回転アシストを継続する。規定電圧を超えた場合、すなわち三相ＰＷＭインバータ部４ｂの耐電圧を超えない安全領域内で利用できるように、三相ＰＷＭインバータ部４ｂを停止して入力部５ａに切替信号を出力する。また逆に、三相発電機２の三相分の各相電圧を入力し、規定電圧（例えばＶｍｉｎ＋Ｖｍ）を下回ったか否か判定する。この時、Ｖｍｉｎは風車１が自立的に回転を継続することができる最小電圧を示し、Ｖｍはマージン電圧を示している。判定した結果、規定電圧以下となれば回転アシストをオンする。ここで、アシストを切り離す規定電圧（Ｖｍａｘ−Ｖｍ）と、アシストをオンする規定電圧（Ｖｍｉｎ＋Ｖｍ）は相異なる電圧としている。この切り換える電圧を相異なる電圧とすることで、切替の頻度を最少化している。
【００９９】
上記の構成により、回転アシスト制御手段４を接続していない場合は、通常の風車１で発電した電力のみ制御して蓄電池３ｂに蓄電することとなり、回転アシスト制御手段４を接続している場合は、三相発電機２をモータとして駆動して回転のアシストを行なうこととなる。また、回転アシスト中は三相ＰＷＭインバータ部４ｂの半導体の耐電圧を超えない領域で使用することができると同時に、耐電圧の低い半導体部品を利用することで飽和電圧が低い、あるいはオン抵抗を小さくすることができる。
【０１００】
以上のように、本実施の形態１によれば、回転アシスト時に三相ＰＷＭインバータ部４ｂの電力損失を低減することができ、蓄電池３ｂに充電した電力を有効に活用して回転アシスト制御を行なうことができる。
【０１０１】
なお、本実施の形態１において、付加接続手段５は三相発電機２から全波整流回路部３ａへの接続を切り換えるような構成としたが、全波整流回路部３ａと並列に三相ＰＷＭインバータ部４ｂを構成して、三相ＰＷＭインバータ部４ｂの各半導体素子を切り離す構成としても作用効果に差異はない。
【０１０２】
（実施の形態２）
図４は、本実施の形態２における風力発電装置の構成図を示す。
【０１０３】
なお、実施の形態１と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１０４】
図に示すように、風力発電装置は風車１で風を受け発電する風力発電手段としての三相発電機２と、三相発電機２により発電した電力を貯蔵する発電電力貯蔵手段３と、低風速時に風車が回転するように制御する回転アシスト制御手段４Ｂを備えている。また、発電電力貯蔵手段３は、三相発電機２により発電した交流電力を直流電力に変換する全波整流回路部３ａと、全波整流回路部３ａを通して直流に変換した後の直流電圧が規定の上限電圧を超えないように蓄電池３ｂへ充電制御する充電制御部３ｃにより構成している。さらに回転アシスト制御手段４Ｂは、蓄電池３ｂを回転アシスト用の電力源として供給する放電回路部４Ｂａと、蓄電池３ｂから放電回路部４Ｂａを経由して得られた直流電力を交流電力に変換する三相ＰＷＭインバータ部４Ｂｂを備えている。また付加接続手段５は、三相ＰＷＭインバータ部４Ｂｂ、および発電電力貯蔵手段３から切り換え信号を入力する入力部５ａと、切り換え信号に応じて三相発電機２から三相ＰＷＭインバータ部４Ｂｂあるいは全波整流回路部３ａへの接続を切り換える分岐手段としての切替部５ｂを備えている。
【０１０５】
次に、三相ＰＷＭインバータ部４Ｂｂの制御フローチャートについて図５を参照しながら説明する。
【０１０６】
図に示すように、三相発電機２の三相分の各電圧周波数を検出する。各電圧周波数の検出はゼロクロスから次のゼロクロスまでの時間偏差によって演算する。演算した時間偏差から三相発電機２の電圧と電圧周波数の相関、その際の発電機電流から規定周波数（例えばＦｍａｘ−Ｆｍ）を超えたか否か判定する。この時、Ｆｍａｘは三相ＰＷＭインバータ４Ｂｂに使用している半導体の最大定格電圧Ｖｍａｘに相当する発電機周波数を示し、Ｆｍはマージン周波数を示している。判定した結果、規定周波数以下であり、かつ回転アシストのための電力供給が規定値以下であれば回転アシストを継続する。規定周波数を超えた場合、すなわち三相ＰＷＭインバータ部４Ｂｂの耐電圧を超える可能性がある領域に到達すると、三相ＰＷＭインバータ部４Ｂｂを停止して入力部５ａに切替信号を出力する。また逆に演算した時間偏差から三相発電機２の電圧と電圧周波数の相関、その際の発電機電流から規定周波数（例えばＦｍｉｎ＋Ｆｍ）を下回ったか否か判定する。この時、Ｆｍｉｎは風車１が自立的に回転を継続することができる最小周波数を示し、Ｆｍはマージン周波数を示している。判定した結果、規定周波数以下であり、かつ回転アシストのための電力供給が規定値以下となれば回転アシストをオンする。ここで、アシストを切り離す規定周波数（Ｆｍａｘ−Ｆｍ）と、アシストをオンする規定周波数（Ｆｍｉｎ＋Ｆｍ）は相異なる周波数としている。この切り換える周波数を相異なる周波数とすることで、切替の頻度を最少化している。
【０１０７】
上記の構成により、回転アシスト制御手段４Ｂを接続していない場合は、通常の風車１で発電した電力のみ制御して蓄電池３ｂに蓄電することとなり、回転アシスト制御手段４Ｂを接続している場合は、三相発電機２をモータとして駆動して回転のアシストを行なうこととなる。また、回転アシスト中は三相ＰＷＭインバータ部４Ｂｂの半導体の耐電圧を超えない領域で使用することができると同時に、耐電圧の低い半導体部品を利用することで飽和電圧が低い、あるいはオン抵抗を小さくすることができる。
【０１０８】
以上のように、本実施の形態２によれば、回転アシスト時に三相ＰＷＭインバータ部４Ｂｂの電力損失を低減することができ、蓄電池に充電した電力を有効に活用して回転アシスト制御を行なうことができる。
【０１０９】
（実施の形態３）
図６は、本実施の形態３における風力発電装置の構成図を示す。
【０１１０】
なお、実施の形態１あるいは２と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１１】
図に示すように、風力発電装置は風車１で風を受け発電する風力発電手段としての三相発電機２と、三相発電機２により発電した電力を貯蔵する発電電力貯蔵手段３と、低風速時に風車が回転するように制御する回転アシスト制御手段４Ｃを備えている。また、発電電力貯蔵手段３は、三相発電機２により発電した交流電力を直流電力に変換する全波整流回路部３ａと、全波整流回路部３ａを通して直流に変換した後の直流電圧が規定の上限電圧を超えないように蓄電池３ｂへ充電制御する充電制御部３ｃにより構成している。さらに回転アシスト制御手段４Ｃは、蓄電池３ｂを回転アシスト用の電力源として供給する放電回路部４Ｃａと、蓄電池３ｂから放電回路部４Ｃａを経由して得られた直流電力を交流電力に変換する三相ＰＷＭインバータ部４Ｃｂを備えている。また付加接続手段５は、三相ＰＷＭインバータ部４Ｃｂ、および発電電力貯蔵手段３から切り換え信号を入力する入力部５ａと、切り換え信号に応じて三相発電機２から三相ＰＷＭインバータ部４Ｃｂあるいは全波整流回路部３ａへの接続を切り換える分岐手段としての切替部５ｂを備えている。
【０１１２】
次に、三相ＰＷＭインバータ部４Ｃｂの制御フローチャートについて図７を参照しながら説明する。
【０１１３】
図に示すように、三相発電機２の三相分の各電流周波数を検出する。各電流周波数の検出はゼロクロスから次のゼロクロスまでの時間偏差によって演算する。演算した時間偏差から三相発電機２の電圧と電流周波数の相関、その際の発電機電流から規定周波数（例えばＦｍａｘ−Ｆｍ）を超えたか否か判定する。この時、Ｆｍａｘは三相ＰＷＭインバータ４Ｃｂに使用している半導体の最大定格電圧Ｖｍａｘに相当する発電機周波数を示し、Ｆｍはマージン周波数を示している。判定した結果、規定周波数以下であり、かつ回転アシストのための電力供給が規定値以下であれば回転アシストを継続する。規定周波数を超えた場合、すなわち三相ＰＷＭインバータ部４Ｃｂの耐電圧を超える可能性がある領域に到達すると、三相ＰＷＭインバータ部４Ｃｂを停止して入力部５ａに切替信号を出力する。また、逆に電流周波数が所定の周波数（Ｆｍｉｎ＋Ｆｍ）を下回った際に入力部５ａに切替信号を出力して、発電電力貯蔵手段３から回転アシスト制御手段４Ｃへ切り換えを行なう。ここで、アシストを切り離す規定周波数（Ｆｍａｘ−Ｆｍ）と、アシストをオンする規定周波数（Ｆｍｉｎ＋Ｆｍ）は相異なる周波数としている。この切り換える周波数を相異なる周波数とすることで、切替の頻度を最少化している。
【０１１４】
上記の構成により、回転アシスト制御手段４Ｃを接続していない場合は、通常の風車１で発電した電力のみ制御して蓄電池３ｂに蓄電することとなり、回転アシスト制御手段４Ｃを接続している場合は、三相発電機２をモータとして駆動して回転のアシストを行なうこととなる。また、回転アシスト中は三相ＰＷＭインバータ部４Ｃｂの半導体の耐電圧を超えない領域で使用することができると同時に、耐電圧の低い半導体部品を利用することで飽和電圧が低い、あるいはオン抵抗を小さくすることができる。
【０１１５】
以上のように、本実施の形態３によれば、回転アシスト時に三相ＰＷＭインバータ部４Ｃｂの電力損失を低減することができ、蓄電池に充電した電力を有効に活用して回転アシスト制御を行なうことができる。
【０１１６】
（実施の形態４）
図８は、本実施の形態４における風力発電装置の構成図を示す。
【０１１７】
なお、実施の形態１から３と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１８】
図に示すように、風力発電装置は風車１で風を受け発電する風力発電手段としての三相発電機２と、三相発電機２により発電した電力を貯蔵する発電電力貯蔵手段３と、低風速時に風車が回転するように制御する回転アシスト制御手段４Ｄを備えている。また、発電電力貯蔵手段３は、三相発電機２により発電した交流電力を直流電力に変換する全波整流回路部３ａと、全波整流回路部３ａを通して直流に変換した後の直流電圧が規定の上限電圧を超えないように蓄電池３ｂへ充電制御する充電制御部３ｃにより構成している。さらに回転アシスト制御手段４Ｄは、蓄電池３ｂを回転アシスト用の電力源として供給する放電回路部４Ｄａと、蓄電池３ｂから放電回路部４Ｄａを経由して得られた直流電力を交流電力に変換する三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂを備えている。また付加接続手段５は、三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂ、および発電電力貯蔵手段３から切り換え信号を入力する入力部５ａと、切り換え信号に応じて三相発電機２から三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂあるいは全波整流回路部３ａへの接続を切り換える分岐手段としての切替部５ｂを備えている。
【０１１９】
次に、三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂの制御フローチャートについて図９を参照しながら説明する。
【０１２０】
図に示すように、三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂは、放電回路部４Ｄａの出力電圧、すなわち三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂの直流入力電圧を検出する。この時の直流入力電圧を検出して、半導体の耐電圧Ｖｍａｘとその際の検出した電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の偏差を演算する。この時の偏差がマージン電圧Ｖｍを下回る場合に、三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂを停止して入力部５ａに切替信号を出力する。また逆に、この偏差が最大マージン電圧Ｖｌｍを上回る場合に、入力部５ａに切替信号を出力して、三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂへ切り替えて、停止している三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂを起動する。ここで、アシストを切り離すマージン電圧Ｖｍと、アシストをオンする最大マージン電圧Ｖｌｍは相異なる電圧としている。この切り換える電圧を相異なる電圧とすることで、切替の頻度を最少化している。
【０１２１】
通常、風車１が風力によって自立的に回転駆動できると、放電回路部４Ｄａからの放電電力は不要となり、その結果、放電回路部４Ｄａの出力電圧は上昇することとなるが、風車１が自立的に回転駆動できない場合は、放電回路部４Ｄａから三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂを経由して三相発電機２に供給されるため、前記の出力電圧は上昇せず、制御電圧を保持することとなる。この電力バランスを上記の判定に利用している。
【０１２２】
上記の構成により、回転アシスト制御手段４Ｄを接続していない場合は、通常の風車１で発電した電力のみ制御して蓄電池３ｂに蓄電することとなり、回転アシスト制御手段４Ｄを接続している場合は、三相発電機２をモータとして駆動して回転のアシストを行なうこととなる。また、回転アシスト中は三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂの半導体の耐電圧を超えない領域で使用することができると同時に、耐電圧の低い半導体部品を利用することで飽和電圧が低い、あるいはオン抵抗を小さくすることができる。
【０１２３】
以上のように、本実施の形態４によれば、回転アシスト時に三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂの電力損失を低減することができ、蓄電池に充電した電力を有効に活用して回転アシスト制御を行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
風力発電装置の回転駆動を補助促進するものであり、サボニウス風車以外にもプロペラ型やダリウス型などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の実施の形態１の風力発電装置の構成図
【図２】同充電制御部３ｃの制御フローチャート
【図３】同三相ＰＷＭインバータ部４ｂの制御フローチャート
【図４】本発明の実施の形態２の風力発電装置の説明図
【図５】同三相ＰＷＭインバータ部４Ｂｂの制御フローチャート
【図６】本発明の実施の形態３の風力発電装置の構成図
【図７】同三相ＰＷＭインバータ部４Ｃｂの制御フローチャート
【図８】本発明の実施の形態４の風力発電装置の構成図
【図９】同三相ＰＷＭインバータ部４Ｄｂの制御フローチャート
【図１０】従来の特許文献１における風力発電装置の構成図
【図１１】従来の特許文献２における風力発電装置の構成図
【図１２】従来の特許文献３における風力発電装置の構成図
【符号の説明】
【０１２６】
１    風車
２    三相発電機
３    発電電力貯蔵手段
３ａ  全波整流回路部
３ｂ  蓄電池
３ｃ  充電制御部
４、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ  回転アシスト制御手段
４ａ、４Ｂａ、４Ｃａ、４Ｄａ  放電回路部
４ｂ、４Ｂｂ、４Ｃｂ、４Ｄｂ  三相ＰＷＭインバータ部
５    付加接続手段
５ａ  入力部
５ｂ  切替部
【図１】
2008011588.tif 000003
【図２】
2008011588.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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