(57)【要約】【課題】起動時の電圧変動を低減する。【解決手段】風速を測定する風速計１５を設け、測定風速に従って誘導発電機４の発電モードを変化させる。この誘導発電機４の始動電流を始動電流制限装置８により制限し、誘導発電機４の出力の力率を力率調整コンデンサ９により調整する。モード判定手段１９は誘導発電機４の電圧又は電流から誘導発電機４が電動機モードか発電機モードかを判定し、無効電力調整装置１２は電動機モードの際に誘導電動機４の無効電力を調整する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風速を測定する風速測定手段と、風車のブレードの回転に伴って回転し、測定風速に従って運転状態を変化させる誘導発電機と、誘導発電機の始動電流を制限する始動電流制限手段と、誘導発電機の出力の力率を調整する力率調整コンデンサと、誘導発電機の電圧又は電流から誘導発電機が電動機モードであるか発電機モードであるかを判定するモード判定手段と、誘導発電機が電動機モードの際に誘導発電機の出力が接続され、該出力の無効電力を調整する無効電力調整手段とを備えたことを特徴とする自家用風力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自家用風力発電設備に関し、特にその起動時の電圧変動を低減することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、風力発電設備は、事業用（売電）を目的としているため、電力会社からの指示がない限り、静止形無効電力調整装置（以下、ＳＶＣ装置という。）等の起動時の電圧変動低減装置を設ける例は少ない。ところで、近年、自己消費を目的とした自家用風力発電設備の計画が増大しているが、一般に普及している誘導発電機タイプの風車においては、その起動時の電圧低下が系統連系される負荷に悪影響を及ぼす。この起動時の電圧低下に対しては、風車に内蔵される始動電流制限装置（以下、ソフトスタート装置という。）だけでは、対策として不十分であることが明確になっている（非特許文献１）。又、非特許文献１等には、力率改善コンデンサやＳＶＣ装置により無効電力を制御し、電圧変動を抑制することも開示されている。このような構成の自家用風力発電設備の概略構成を図３に示す。
【０００３】
図３において、風車１は本体１ａの上部に頭部１ｂが回転自在に設けられ、頭部１ｂにはブレード２が回転自在に設けられ、ブレード２にはギア３を介して誘導発電機４が連結されている。ギア３及び誘導発電機４も頭部１ｂに内蔵されている。本体１ａ内においては、誘導発電機４にスイッチ５を介して、トライアック６とスイッチ７との並列回路からなるソフトスタート装置８が接続され、さらにソフトスタート装置８の出力側にはスイッチとコンデンサからなる力率調整コンデンサ９が接続される。
【０００４】
又、ソフトスタート装置８の出力側には連系変圧器（６６００Ｖ／６９０Ｖ変換）１０が接続され、連系変圧器１０の出力側には連系変圧器（６６００Ｖ／４４０Ｖ変換）１１を介してサイリスタの逆並列回路とコンデンサからなるＳＶＣ装置１２が接続される。又、連系変圧器１０の出力側には連系変圧器（６６００Ｖ／２００Ｖ変換）１３及び連系変圧器（６６００Ｖ／１００Ｖ変換）１４が接続されている。
【０００５】
上記構成において、風速が所定値以上になると、誘導発電機４を起動する。この時、誘導発電機４には大きな突入電流が発生するので、この突入電流をソフトスタート装置８により抑制する。又、このソフトスタート時には大きな無効電力が発生するので、この無効電力を低減するために、力率調整コンデンサ９により力率を改善し、またＳＶＣ装置１２により無効電力を低減する。
【０００６】
【非特許文献１】
甲斐隆章、外３名、「急速な導入拡大で注目される大形風力発電への取り組み」、明電時報、株式会社明電舎、平成１３年８月１０日、通巻２７９号、２００１、Ｎｏ．４、ｐ．１０−１３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の自家用風力発電設備においては、ソフトスタート装置８により起動時の突入電流を抑制し、力率調整コンデンサ９及びＳＶＣ装置１２により力率を改善して無効電力を抑制し、起動時の電圧低下（フリッカ）を抑制しているが、ＳＶＣ装置１２には１００ｍｓ程度の制御遅れがあり、このため力率調整コンデンサ９に悪影響があり、逆に一時的に電圧変動が大きくなることがあった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、起動時の電圧変動を抑制することができる自家用風力発電設備を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る自家用風力発電設備は、風速を測定する風速測定手段と、風車のブレードの回転に伴って回転し、測定風速に従って運転状態を変化させる誘導発電機と、誘導発電機の始動電流を制限する始動電流制限手段と、誘導発電機の出力の力率を調整する力率調整コンデンサと、誘導発電機の電圧又は電流から誘導発電機が電動機モードであるか発電機モードであるかを判定するモード判定手段と、誘導発電機が電動機モードの際に誘導発電機の出力が接続され、該出力の無効電力を調整する無効電力調整手段とを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施形態による自家用風力発電設備の概略構成を示し、図２はその制御部の機能ブロック図を示す。図において、風車１の頭部１ｂには風速計１５が設けられ、ソフトスタート装置８の出力側と連系変圧器１０との間には誘導発電機４の出力電圧を測定する変圧器１６及び誘導発電機４の出力電流を測定する変流器１７が設けられ、変圧器１６及び変流器１７の出力は風速計１５の測定信号と共に制御部１８に入力され、制御部１８からは制御信号がＳＶＣ装置１２及び誘導発電機４に出力される。その他の構成は従来と同様である。
【００１１】
次に、上記構成の動作を説明する。まず、風速がカットイン風速である例えば３ｍ／ｓ未満の場合には、ブレード２は回転するが、誘導発電機４は発電しないというスタンバイ状態となる。ここで、風速が３ｍ／ｓ以上になると、風速計１５からの測定信号は制御部１８に入力され、制御部１８からの制御信号を受けて、誘導発電機４は例えば６極で定格出力２００ＫＷの低出力モードとされ、ＳＶＣ装置１２も制御信号を受けてコンデンサ容量を２５０ＫＶＡとされ、誘導発電機４は発電を開始する。又、風速が例えば７ｍ／ｓ以上になると、制御部１８からの制御信号により、誘導発電機４は例えば４極で７５０ＫＷの高出力モードとなり、ＳＶＣ装置１２も制御信号を受けてコンデンサ容量を５００ＫＶＡとされる。この発電出力はソフトスタート装置８により始動電流を抑制され、力率調整コンデンサ９により力率を改善され、また起動時の電動機モード（すべりｓ＞０）においては制御部１８からの制御信号を受けてＳＶＣ装置１２は連系変圧器１０，１１を介してソフトスタート装置８の出力側に接続され、無効電力を調整する。しかし、誘導発電機４が発電機モード（ｓ＜０）になると、制御部１８からの制御信号によりＳＶＣ装置１２は系統から切り離され、誘導発電機４の出力制御は主に力率調整コンデンサ９により行われる。
【００１２】
誘導発電機４のモード判定は制御部１８内のモード判定手段１９により行われ、モード判定手段１９は変圧器１６及び変流器１７の出力を受け、誘導発電機４の電圧、電流を検出し、その位相からすべりｓを判定する。この電圧、電流の位相は電動機モードの時と発電機モードの時とでは１８０度異なるからである。なお、電圧、電流のうち、どちらか一方が判ればよい。
【００１３】
上記実施形態においては、発電開始及び運転状態の切換を測定風速に基づいて行うとともに、ＳＶＣ装置１２を発電機モードでは運転しないので、ＳＶＣ装置１２を的確なタイミングにより制御することができ、制御遅れが生じず、力率調整コンデンサ９の制御に悪影響を与えず、系統連系ガイドラインに沿った電圧変動内に制御することができる。このため、連系変圧器１３からは２０２Ｖ±２０Ｖの出力が得られ、連系変圧器１４からは１０１Ｖ±６Ｖの出力が得られる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、測定風速に基づいて誘導発電機の運転状態を変化させるとともに、ＳＶＣ装置を発電機モードでは運転しないので、ＳＶＣ装置を的確なタイミングで制御することができ、制御遅れが生じず、力率調整コンデンサの制御に悪影響が生じず、起動時の電圧変動を抑制することができ、系統連系された負荷に悪影響を与えない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による自家用風力発電設備の概略構成図である。
【図２】この発明による自家用風力発電設備の制御部の機能ブロック図である。
【図３】従来の自家用風力発電設備の概略構成図である。
【符号の説明】
１…風車
２…ブレード
４…誘導発電機
８…始動電流制限装置（ソフトスタート装置）
９…力率調整コンデンサ
１２…静止形無効電力調整装置（ＳＶＣ装置）
１５…風速計
１６…変圧器
１７…変流器
１８…制御部
１９…モード判定手段
【図１】
2004190496.tif 000003
【図２】
2004190496.tif 000004
【図３】
2004190496.tif 000005