(57)【要約】【課題】安全な起動および効率的な発電、安全な制動／停止をおこなうこと。【解決手段】風力を受ける風車１０１と、風車１０１とともに回転する回転軸１０２と、回転軸１０２の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、供給される電力を、回転軸１０２を回転させる回転力に変換して回転軸１０２を駆動する発電／電動機１０３と、風速を検出する風速計１０４と、回転軸１０２の回転速度を検出する回転速度検出部１０５と、風速計１０４から検出された検出風速と回転速度検出部１０５によって検出された検出回転速度とに基づいて、発電／電動機１０３による発電または回転軸１０２の駆動のいずれか一方をおこなうように制御する制御部１１８と、を備える。【選択図】      図２
2004304889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力を受ける風車と、
前記風車とともに回転する回転軸と、
前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、供給される電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、
風速を検出する風速検出手段と、
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記風速検出手段から検出された検出風速と、前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度と、に基づいて、前記発電／電動機による発電または前記回転軸の駆動のいずれか一方をおこなうように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記発電／電動機から発電される電力が最大となる最大出力回転速度よりも小さい所定の下限回転速度を、前記風速ごとに格納する下限回転速度格納手段と、
前記風速検出手段から検出された検出風速に対応する前記下限回転速度に基づいて、前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度が、前記風速検出手段から検出された検出風速における前記下限回転速度以下であるか否かを判定する下限回転速度判定手段と、
前記下限回転速度判定手段によって前記下限回転速度以下であると判定された場合、前記発電／電動機による前記回転軸の駆動をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記発電／電動機から発電される電力が最大となる最大出力回転速度よりも大きい所定の上限回転速度を、前記風速ごとに格納する上限回転速度格納手段と、
前記風速検出手段から検出された検出風速に対応する前記上限回転速度に基づいて、前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度が、前記風速検出手段から検出された検出風速における前記上限回転速度以上であるか否かを判定する上限回転速度判定手段と、
前記上限回転速度判定手段によって前記上限回転速度以上であると判定された場合、前記発電／電動機による発電をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項４】
太陽光を受光して電力に変換する太陽光変換手段と、
前記太陽光変換手段によって変換された電力を蓄電する蓄電手段と、を備え、
前記制御手段は、前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度に基づいて、前記蓄電手段に蓄電された電力を外部負荷へ供給するように前記蓄電手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の風力発電装置。
【請求項５】
風力を受ける風車と、
前記風車とともに回転する回転軸と、
前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して交流電力を発電するとともに、商用電源から供給される交流電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、
前記発電／電動機と前記商用電源との間に設けられ、直流電力が供給されると交流電力に変換して前記発電／電動機に出力し、前記発電／電動機から変換された交流電力が供給されると直流電力に変換する第１の双方向インバータと、
前記第１の双方向インバータと前記商用電源との間に設けられ、前記第１の双方向インバータから直流電力が供給されると交流電力に変換して前記商用電源または外部負荷に出力し、前記商用電源から交流電力が供給されると直流電力に変換して前記第１の双方向インバータに出力する第２の双方向インバータと、
前記第１の双方向インバータと前記第２の双方向インバータとの間に設けられ、前記第１の双方向インバータと前記第２の双方向インバータ間における直流電力を所定レベルに維持する直流電力レベル維持手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項６】
風力を受ける風車と、
前記風車とともに回転する回転軸と、
前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、電力供給源から供給される電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、を備え、
前記発電／電動機によって発電する場合には、発電した電力を前記電力供給源または外部負荷に供給し、前記発電／電動機によって前記回転軸を駆動する場合には、前記電力供給源から電力の供給を受ける風力発電装置において、
風速を検出する風速検出手段と、
前記発電した電力の供給先を、前記電力供給源または前記外部負荷のうち少なくともいずれか一方に設定する供給先設定手段と、
前記風速検出手段によって検出された検出風速が、あらかじめ設定されたカットアウト風速以上であるか否かを判定するカットアウト風速判定手段と、
前記カットアウト風速判定手段によって前記検出風速が前記カットアウト風速以上であると判定された場合、前記発電した電力の供給先が前記電力供給源のみとなるように前記供給先設定手段を制御して、前記発電／電動機による発電をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項７】
風力を受ける風車と、
前記風車とともに回転する回転軸と、
前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、電力供給源から供給される電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、を備え、
前記発電／電動機によって発電する場合には、発電した電力を前記電力供給源または外部負荷に供給し、前記発電／電動機によって前記回転軸を駆動する場合には、前記電力供給源から電力の供給を受ける風力発電装置において、
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度が、あらかじめ設定された限界回転速度以下であるか否かを判定する限界回転速度判定手段と、
前記発電した電力の供給先を、前記電力供給源または前記外部負荷のうち少なくともいずれか一方に設定する供給先設定手段と、
前記限界回転速度判定手段によって前記検出回転速度が前記限界回転速度以下であると判定された場合、前記発電した電力の供給先が前記電力供給源または前記外部負荷のうち少なくともいずれか一方となるように前記供給先設定手段を制御して、前記発電／電動機による発電をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項８】
前記発電／電動機と前記電力供給源との間に設けられ、前記発電／電動機を電気的に制動する補助ブレーキと、
前記限界回転速度判定手段によって前記検出回転速度が前記限界回転速度よりも大きいと判定された場合、前記補助ブレーキによる制動を制御する補助ブレーキ制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の風力発電装置。
【請求項９】
前記発電／電動機に設けられ、前記発電／電動機を機械的に制動する機械ブレーキと、
前記限界回転速度判定手段によって前記検出回転速度が前記限界回転速度以下であると判定された場合、前記機械ブレーキを制動制御する機械ブレーキ制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の風力発電装置。
【請求項１０】
風力を受ける風車と、
前記風車とともに回転する回転軸と、
前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、電力供給源から供給される電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、を備え、
前記発電／電動機によって発電する場合には、発電した電力を前記電力供給源または外部負荷に供給し、前記発電／電動機によって前記回転軸を駆動する場合には、前記電力供給源から電力の供給を受ける風力発電装置において、
風速を検出する風速検出手段と、
前記発電した電力の供給先を、前記電力供給源または前記外部負荷のうち少なくともいずれか一方に設定する供給先設定手段と、
前記風速検出手段によって検出された検出風速が、あらかじめ設定されたカットアウト風速以上であるか否かを判定するカットアウト風速判定手段と、
前記カットアウト風速判定手段によって前記検出風速が前記カットアウト風速以上であると判定された場合、前記発電した電力の供給先が前記電力供給源または前記外部負荷のうち少なくともいずれか一方となるように前記供給先設定手段を制御して、前記発電／電動機による発電をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１１】
風力を受ける風車と、
前記風車とともに回転する回転軸と、
前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、電力供給源から供給される電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、を備え、
前記発電／電動機によって発電する場合には、発電した電力を前記電力供給源または外部負荷に供給し、前記発電／電動機によって前記回転軸を駆動する場合には、前記電力供給源から電力の供給を受ける風力発電装置において、
風速を検出する風速検出手段と、
前記発電／電動機と前記電力供給源との間に設けられ、前記発電／電動機を電気的に制動する補助ブレーキと、
前記発電した電力の供給先を、前記電力供給源、前記外部負荷または前記補助ブレーキのうち少なくともいずれか一方に設定する供給先設定手段と、
前記風速検出手段によって検出された検出風速が、あらかじめ設定されたカットアウト風速以上であるか否かを判定するカットアウト風速判定手段と、
前記カットアウト風速判定手段によって前記検出風速が前記カットアウト風速以上であると判定された場合、前記発電した電力の供給先が前記電力供給源、前記外部負荷または前記補助ブレーキのうち少なくともいずれか一方となるように前記供給先設定手段を制御して、前記発電／電動機による発電をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１２】
前記発電／電動機に設けられ、前記発電／電動機を機械的に制動する機械ブレーキと、
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度が、あらかじめ設定された第２の限界回転速度以上であるか否かを判定する限界回転速度判定手段と、
前記限界回転速度判定手段の判定結果に基づいて、前記機械ブレーキによる制動を制御する機械ブレーキ制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の風力発電装置。
【請求項１３】
風車が受ける風力によって回転する回転軸から得られる回転力を電力に変換し、交流電源、蓄電手段または外部負荷からなる電力供給先に、前記変換された電力を供給する風力発電装置の制動制御方法であって、
前記電力供給先のうち少なくともいずれか一つに、前記変換された電力を供給する第１の電力供給工程と、
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出工程と、
前記回転速度検出工程によって検出された検出回転速度があらかじめ設定された限界回転速度以下であるか否かを判定する限界回転速度判定工程と、
前記第１の電力供給工程によって前記変換された電力を供給した後、前記限界回転速度判定工程によって前記検出回転速度が前記限界回転速度よりも大きいと判定された場合、前記電力供給された電力供給先以外の電力供給先のうち少なくともいずれか一つに、前記変換された電力を供給する第２の電力供給工程と、
前記第２の電力供給工程によって前記変換された電力を供給した後、前記限界回転速度判定工程によって前記検出回転速度が前記限界回転速度よりも大きいと判定された場合、前記電力供給された電力供給先以外の電力供給先に、前記変換された電力を供給する第３の電力供給工程と、
前記第３の電力供給工程によって前記変換された電力を供給した後、前記限界回転速度判定工程によって前記検出回転速度が前記限界回転速度よりも大きいと判定された場合、電気ブレーキによって前記回転軸の回転を制動する電気制動工程と、
を含んだことを特徴とする風力発電装置の制動制御方法。
【請求項１４】
前記限界回転速度判定工程によって前記検出回転速度が前記限界回転速度以下であると判定された場合、機械ブレーキによって前記回転軸の回転を制動する機械制動工程を含んだことを特徴とする請求項１３に記載の風力発電装置の制動制御方法。
【請求項１５】
風車が受ける風力によって回転する回転軸から得られる回転力を電力に変換し、交流電源、蓄電手段または外部負荷からなる電力供給先に、前記変換された電力を供給する風力発電装置の制動制御方法であって、
風速を検出する風速検出工程と、
前記風速検出工程によって検出された検出風速が、あらかじめ設定されたカットアウト風速以下であるか否かを判定するカットアウト風速判定工程と、
前記カットアウト風速判定工程によって前記検出風速が前記カットアウト風速よりも大きいと判定された場合、前記変換された電力を前記交流電源に供給する交流電源供給工程と、
前記カットアウト風速判定工程によって前記検出風速が前記カットアウト風速よりも大きいと判定された場合、前記変換された電力を前記蓄電手段に供給する蓄電手段供給工程と、
前記カットアウト風速判定工程によって前記検出風速が前記カットアウト風速よりも大きいと判定された場合、前記変換された電力を前記外部負荷に供給する外部負荷供給工程と、
前記カットアウト風速判定工程によって前記検出風速が前記カットアウト風速よりも大きいと判定された場合、電気ブレーキによって前記回転軸の回転を制動する電気制動工程と、
を含んだことを特徴とする風力発電装置の制動制御方法。
【請求項１６】
前記カットアウト風速判定工程によって前記検出風速が前記カットアウト風速以下であると判定された場合、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出工程と、
前記回転速度検出工程によって検出された検出回転速度が、あらかじめ設定された限界回転速度未満であるか否かを判定する限界回転速度判定工程と、
前記限界回転速度判定工程によって前記検出回転速度が前記限界回転速度以上であると判定された場合、機械ブレーキによって前記回転軸の回転を制動する機械制動工程と、
を含んだことを特徴とする請求項１５に記載の風力発電装置の制動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電する場合には電力を電力供給源または外部負荷に供給し、起動する場合には、電力供給源から電力の供給を受ける風力発電装置および風力発電装置の制動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電装置は、周知のとおり、風のよく吹く地点に風車を設置して、その回転力で発電機を回して発電する装置である。この風力発電装置は、環境対策として非常に優れた発電装置であるため、今日までに急速に発展・増加するとともに、技術の進歩・改良がおこなわれている。
【０００３】
このような風力発電装置の改良としては、速度センサレス制御を備えたプロペラ風車型の風力発電装置が提案されている。この風力発電装置では、風速が変化しても、風速ごとの最大出力回転速度に追従して、運転効率の向上を図っている（たとえば、下記非特許文献１および下記非特許文献２参照。）。
【０００４】
また、通常の風力発電装置には機械ブレーキが備わっているが、急な制動を防止して風車への負担を軽減するために電気ブレーキを備える風力発電装置が各種提案されている。この風力発電装置の一例として、短絡装置によって電機子回路を短絡させることにより、風車の停止状態を維持し、また回転中の風車を減速させるための風力発電装置の電気ブレーキ装置が提案されている（たとえば、下記特許文献１参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
森本進也、姜俊求、林賛恵光、山田健二著、小容量独立形発電装置、技報  安川電機、日本、２００２年１２月２５日、第６６巻第３号、１７２ページ〜１７５ページ
【非特許文献２】
中村智彦、森本茂雄、武田洋次著、埋込磁石同期発電機を用いた風力発電システムのセンサレス制御、平成１４年電気学会産業応用部門大会講演論文集［Ｉ］、２００２年８月２１日、５９３ページ〜５９６ページ
【特許文献１】
特開２００２−３３９８５６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した非特許文献１および非特許文献２の風力発電装置は、プロペラ型の風車を用いているため、風車を起動させることについては考慮されていない。すなわち、この風力発電装置の起動は、風を受けることによってのみおこなうため、風速の変化に追従する制御をおこなっていても、回転速度の変化には対応することができず、失速した場合は、もっぱらブレードによるストール制御をおこなっているに過ぎなかった。
【０００７】
また、上記特許文献１によれば、短絡装置により電気的制動をかけているが、折角発電した電力を放電することとなってしまい、発電した電力が無駄に消費されることとなっていた。さらに、強風が吹いている場合には、通常の電気ブレーキのみでは、制動がかけられず、風車が暴走回転してしまうこととなり、風車の故障の原因になるばかりでなく、最大出力となる回転速度以上になると、発電出力が低下するため、効率の良い発電をおこなうことができないという問題があった。
【０００８】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、安全な起動および効率のよい発電をおこなうことができるとともに、安全な制動／停止をおこなうことができる風力発電装置および風力発電装置の制動制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車とともに回転する回転軸と、前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、供給される電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、風速を検出する風速検出手段と、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記風速検出手段から検出された検出風速と、前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度と、に基づいて、前記発電／電動機による発電または前記回転軸の駆動のいずれか一方をおこなうように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この請求項１の発明によれば、回転速度の変化を検出して風力発電装置を最適な回転速度範囲に維持することができる。
【００１１】
また、請求項２の発明にかかる風力発電装置は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記発電／電動機から発電される電力が最大となる最大出力回転速度よりも小さい所定の下限回転速度を、前記風速ごとに格納する下限回転速度格納手段と、前記風速検出手段から検出された検出風速に対応する前記下限回転速度に基づいて、前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度が、前記風速検出手段から検出された検出風速における前記下限回転速度以下であるか否かを判定する下限回転速度判定手段と、前記下限回転速度判定手段によって前記下限回転速度以下であると判定された場合、前記発電／電動機による前記回転軸の駆動をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この請求項２の発明によれば、回転速度が失速領域にまで減速することを検出して、最適な回転速度範囲内に復帰させることができる。
【００１３】
また、請求項３の発明にかかる風力発電装置は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記発電／電動機から発電される電力が最大となる最大出力回転速度よりも大きい所定の上限回転速度を、前記風速ごとに格納する上限回転速度格納手段と、前記風速検出手段から検出された検出風速に対応する前記上限回転速度に基づいて、前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度が、前記風速検出手段から検出された検出風速における前記上限回転速度以上であるか否かを判定する上限回転速度判定手段と、前記上限回転速度判定手段によって前記上限回転速度以上であると判定された場合、前記発電／電動機による発電をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
この請求項３の発明によれば、回転速度が過速領域にまで加速することを検出して、最適な回転速度範囲内に復帰させることができる。
【００１５】
また、請求項４の発明にかかる風力発電装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、太陽光を受光して電力に変換する太陽光変換手段と、前記太陽光変換手段によって変換された電力を蓄電する蓄電手段と、を備え、前記制御手段は、前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度に基づいて、前記蓄電手段に蓄電された電力を外部負荷へ供給するように前記蓄電手段を制御することを特徴とする。
【００１６】
この請求項４の発明によれば、無風または微風状態であっても安定した電力供給をおこなうことができる。
【００１７】
また、請求項５の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車とともに回転する回転軸と、前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して交流電力を発電するとともに、商用電源から供給される交流電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、前記発電／電動機と前記商用電源との間に設けられ、直流電力が供給されると交流電力に変換して前記発電／電動機に出力し、前記発電／電動機から変換された交流電力が供給されると直流電力に変換する第１の双方向インバータと、前記第１の双方向インバータと前記商用電源との間に設けられ、前記第１の双方向インバータから直流電力が供給されると交流電力に変換して前記商用電源または外部負荷に出力し、前記商用電源から交流電力が供給されると直流電力に変換して前記第１の双方向インバータに出力する第２の双方向インバータと、前記第１の双方向インバータと前記第２の双方向インバータとの間に設けられ、前記第１の双方向インバータと前記第２の双方向インバータ間における直流電力を所定レベルに維持する直流電力レベル維持手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
この請求項５の発明によれば、系統連系において交流電力を変圧するためのトランスを不要とすることができる。
【００１９】
また、請求項６の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車とともに回転する回転軸と、前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、電力供給源（交流電源または蓄電手段）から供給される電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、を備え、前記発電／電動機によって発電する場合には、発電した電力を前記電力供給源または外部負荷に供給し、前記発電／電動機によって前記回転軸を駆動する場合には、前記電力供給源から電力の供給を受ける風力発電装置において、風速を検出する風速検出手段と、前記発電した電力の供給先を、前記電力供給源または前記外部負荷のうち少なくともいずれか一方に設定する供給先設定手段と、前記風速検出手段によって検出された検出風速が、あらかじめ設定されたカットアウト風速以上であるか否かを判定するカットアウト風速判定手段と、前記カットアウト風速判定手段によって前記検出風速が前記カットアウト風速以上であると判定された場合、前記発電した電力の供給先が前記電力供給源のみとなるように前記供給先設定手段を制御して、前記発電／電動機による発電をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
この請求項６の発明によれば、発電／電動機を発電機として用いることにより発電／電動機を電気ブレーキとして機能させることができ、強風時に回転軸の回転を制動するとともに、電力供給源に発電された電力を回生することができる。
【００２１】
また、請求項７の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車とともに回転する回転軸と、前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、電力供給源から供給される電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、を備え、前記発電／電動機によって発電する場合には、発電した電力を前記電力供給源または外部負荷に供給し、前記発電／電動機によって前記回転軸を駆動する場合には、前記電力供給源から電力の供給を受ける風力発電装置において、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度が、あらかじめ設定された限界回転速度以下であるか否かを判定する限界回転速度判定手段と、前記発電した電力の供給先を、前記電力供給源または前記外部負荷のうち少なくともいずれか一方に設定する供給先設定手段と、前記限界回転速度判定手段によって前記検出回転速度が前記限界回転速度以下であると判定された場合、前記発電した電力の供給先が前記電力供給源または前記外部負荷のうち少なくともいずれか一方となるように前記供給先設定手段を制御して、前記発電／電動機による発電をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
この請求項７の発明によれば、発電／電動機を発電機として用いることにより発電／電動機を電気ブレーキとして機能させることができ、回転軸の減速時に、段階的に減速させることができる。
【００２３】
また、請求項８の発明にかかる風力発電装置は、請求項７に記載の発明において、前記発電／電動機と前記電力供給源との間に設けられ、前記発電／電動機を電気的に制動する補助ブレーキと、前記限界回転速度判定手段によって前記検出回転速度が前記限界回転速度よりも大きいと判定された場合、前記補助ブレーキによる制動を制御する補助ブレーキ制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
この請求項８の発明によれば、補助ブレーキを用いることにより、回転軸の減速時に、さらに段階的に減速させることができる。
【００２５】
また、請求項９の発明にかかる風力発電装置は、請求項７または８に記載の発明において、前記発電／電動機に設けられ、前記発電／電動機を機械的に制動する機械ブレーキと、前記限界回転速度判定手段によって前記検出回転速度が前記限界回転速度以下であると判定された場合、前記機械ブレーキを制動制御する機械ブレーキ制御手段と、備えることを特徴とする。
【００２６】
この請求項９の発明によれば、機械ブレーキを用いることにより、回転軸の減速時に、さらに段階的に減速させ、安全に停止することができる。
【００２７】
また、請求項１０の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車とともに回転する回転軸と、前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、電力供給源から供給される電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、を備え、前記発電／電動機によって発電する場合には、発電した電力を前記電力供給源または外部負荷に供給し、前記発電／電動機によって前記回転軸を駆動する場合には、前記電力供給源から電力の供給を受ける風力発電装置において、風速を検出する風速検出手段と、前記発電した電力の供給先を、前記電力供給源または前記外部負荷のうち少なくともいずれか一方に設定する供給先設定手段と、前記風速検出手段によって検出された検出風速が、あらかじめ設定されたカットアウト風速以上であるか否かを判定するカットアウト風速判定手段と、前記カットアウト風速判定手段によって前記検出風速が前記カットアウト風速以上であると判定された場合、前記発電した電力の供給先が前記電力供給源または前記外部負荷のうち少なくともいずれか一方となるように前記供給先設定手段を制御して、前記発電／電動機による発電をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２８】
この請求項１０の発明によれば、発電／電動機を発電機として用いることにより発電／電動機を電気ブレーキとして機能させることができ、強風時に回転軸の回転を制動することができる。
【００２９】
また、請求項１１の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車とともに回転する回転軸と、前記回転軸の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電するとともに、電力供給源から供給される電力を、前記回転軸を回転させる回転力に変換して前記回転軸を駆動する発電／電動機と、を備え、前記発電／電動機によって発電する場合には、発電した電力を前記電力供給源または外部負荷に供給し、前記発電／電動機によって前記回転軸を駆動する場合には、前記電力供給源から電力の供給を受ける風力発電装置において、風速を検出する風速検出手段と、前記発電／電動機と前記電力供給源との間に設けられ、前記発電／電動機を電気的に制動する補助ブレーキと、前記発電した電力の供給先を、前記電力供給源、前記外部負荷または前記補助ブレーキのうち少なくともいずれか一方に設定する供給先設定手段と、前記風速検出手段によって検出された検出風速が、あらかじめ設定されたカットアウト風速以上であるか否かを判定するカットアウト風速判定手段と、前記カットアウト風速判定手段によって前記検出風速が前記カットアウト風速以上であると判定された場合、前記発電した電力の供給先が前記電力供給源、前記外部負荷または前記補助ブレーキのうち少なくともいずれか一方となるように前記供給先設定手段を制御して、前記発電／電動機による発電をおこなうように制御する発電／電動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００３０】
この請求項１１の発明によれば、発電／電動機を発電機として用いることにより発電／電動機を電気ブレーキとして機能させることができ、強風時に回転軸の回転を制動することができる。
【００３１】
また、請求項１２の発明にかかる風力発電装置は、請求項１１に記載の発明において、前記発電／電動機に設けられ、前記発電／電動機を機械的に制動する機械ブレーキと、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段によって検出された検出回転速度が、あらかじめ設定された限界回転速度以上であるか否かを判定する限界回転速度判定手段と、前記限界回転速度判定手段の判定結果に基づいて、前記機械ブレーキによる制動を制御する機械ブレーキ制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００３２】
この請求項１２の発明によれば、発電／電動機を発電機として用いることにより発電／電動機を電気ブレーキとして機能させても回転速度が減速しない場合に、強制的に制動をかけることができる。
【００３３】
また、請求項１３の発明にかかる風力発電装置の制動制御方法は、風車が受ける風力によって回転する回転軸から得られる回転力を電力に変換し、交流電源、蓄電手段または外部負荷からなる電力供給先に、前記変換された電力を供給する風力発電装置の制動制御方法であって、前記電力供給先のうち少なくともいずれか一つに、前記変換された電力を供給する第１の電力供給工程と、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出工程と、前記回転速度検出工程によって検出された検出回転速度があらかじめ設定された限界回転速度以下であるか否かを判定する限界回転速度判定工程と、前記第１の電力供給工程によって前記変換された電力を供給した後、前記限界回転速度判定工程によって前記検出回転速度が前記限界回転速度よりも大きいと判定された場合、前記電力供給された電力供給先以外の電力供給先のうち少なくともいずれか一つに、前記変換された電力を供給する第２の電力供給工程と、前記第２の電力供給工程によって前記変換された電力を供給した後、前記限界回転速度判定工程によって前記検出回転速度が前記限界回転速度よりも大きいと判定された場合、前記電力供給された電力供給先以外の電力供給先に、前記変換された電力を供給する第３の電力供給工程と、前記第３の電力供給工程によって前記変換された電力を供給した後、前記限界回転速度判定工程によって前記検出回転速度が前記限界回転速度よりも大きいと判定された場合、電気ブレーキによって前記回転軸の回転を制動する電気制動工程と、を含んだことを特徴とする。
【００３４】
この請求項１３の発明によれば、発電／電動機を発電機として用いることにより発電／電動機を電気ブレーキとして機能させることができ、回転軸の減速時に、段階的に減速させることができる。
【００３５】
また、請求項１４の発明にかかる風力発電装置の制動制御方法は、請求項１３に記載の発明において、前記限界回転速度判定工程によって前記検出回転速度が前記限界回転速度以下であると判定された場合、機械ブレーキによって前記回転軸の回転を制動する機械制動工程を含んだことを特徴とする。
【００３６】
この請求項１４の発明によれば、機械ブレーキを用いることにより、回転軸の減速時に、さらに段階的に減速させることができる。
【００３７】
また、請求項１５の発明にかかる風力発電装置の制動制御方法は、風車が受ける風力によって回転する回転軸から得られる回転力を電力に変換し、交流電源、蓄電手段または外部負荷からなる電力供給先に、前記変換された電力を供給する風力発電装置の制動制御方法であって、風速を検出する風速検出工程と、前記風速検出工程によって検出された検出風速が、あらかじめ設定されたカットアウト風速以下であるか否かを判定するカットアウト風速判定工程と、前記カットアウト風速判定工程によって前記検出風速が前記カットアウト風速よりも大きいと判定された場合、前記変換された電力を前記交流電源に供給する交流電源供給工程と、前記カットアウト風速判定工程によって前記検出風速が前記カットアウト風速よりも大きいと判定された場合、前記変換された電力を前記蓄電手段に供給する蓄電手段供給工程と、前記カットアウト風速判定工程によって前記検出風速が前記カットアウト風速よりも大きいと判定された場合、前記変換された電力を前記外部負荷に供給する外部負荷供給工程と、前記カットアウト風速判定工程によって前記検出風速が前記カットアウト風速よりも大きいと判定された場合、電気ブレーキによって前記回転軸の回転を制動する電気制動工程と、を含んだことを特徴とする。
【００３８】
この請求項１５の発明によれば、発電／電動機を発電機として用いることにより発電／電動機を電気ブレーキとして機能させることができ、強風時に回転軸の回転を制動することができる。
【００３９】
また、請求項１６の発明にかかる風力発電装置の制動制御方法は、請求項１５に記載の発明において、前記カットアウト風速判定工程によって前記検出風速が前記カットアウト風速以下であると判定された場合、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出工程と、前記回転速度検出工程によって検出された検出回転速度が、あらかじめ設定された限界回転速度未満であるか否かを判定する限界回転速度判定工程と、前記限界回転速度判定工程によって前記検出回転速度が前記限界回転速度以上であると判定された場合、機械ブレーキによって前記回転軸の回転を制動する機械制動工程と、を含んだことを特徴とする。
【００４０】
この請求項１６の発明によれば、発電／電動機を発電機として用いることにより発電／電動機を電気ブレーキとして機能させても回転速度が減速しない場合に、強制的に制動をかけることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる風力発電装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は風力発電装置のハードウェア構成を示すブロック図である。なお、図中、太矢印は電力線をあらわしており、細矢印は制御線をあらわしている。
【００４２】
この風力発電装置１００は、風力を受ける風車１０１と、回転軸１０２と、発電／電動機１０３と、風速を検出する風速計１０４と、回転軸１０２の回転速度を検出する回転速度検出部１０５と、運転開始または停止入力をおこなう操作部１０６と、第１の双方向インバータ１０７と、発電機側チョッパ回路１０８と、太陽電池側チョッパ回路１１０と、バッテリー側スイッチ１１１と、バッテリー１１２と、太陽光パネル１１３と、第２の双方向インバータ１１４と、外部負荷側スイッチ１１５と、商用電源側スイッチ１１６と、補助ブレーキ１１７と、機械ブレーキ１２４と、制御部１１８と、から構成されている。
【００４３】
この風車１０１は、たとえば、ダリウス型、ジャイロミル型またはサボニウス型などの揚力型の垂直軸型の風車１０１である。回転軸１０２は、風車１０１と一体となって構成されており、風車１０１の回転とともに回転するようになっている。発電／電動機１０３は、回転軸１０２の回転によって得られる回転力を変換して電力を発電する。また、供給されてくる電力を、回転軸１０２を回転させる回転力に変換して回転軸１０２を駆動する。なお、この発電／電動機１０３は、起動する際の電力として、自ら発電した電力を用いることができる。
【００４４】
第１の双方向インバータ１０７は、発電／電動機１０３と商用電源１２０との間に設けられている。この第１の双方向インバータ１０７は、直流電力が供給されると交流電力に変換して発電／電動機１０３に供給する。一方、発電／電動機１０３から変換された交流電力が供給されると、直流電力に変換する。
【００４５】
発電機側チョッパ回路１０８は、第１の双方向インバータ１０７と太陽電池側チョッパ回路１１０との間に設けられ、供給されてくる直流電力を昇圧して出力する。また、太陽電池側チョッパ回路１１０は、バッテリー側スイッチ１１１と発電機側チョッパ回路１０８との間に設けられ、供給されてくる直流電力を昇圧して出力する。なお、発電機側チョッパ回路１０８および太陽電池側チョッパ回路１１０は、ともに制御部１１８からの制御により、所定電圧レベル、たとえば２００［Ｖ］に維持することができる。
【００４６】
バッテリー側スイッチ１１１は、太陽電池側チョッパ回路１１０とバッテリー１１２との接続または接続解除を切り替える。バッテリー１１２は太陽光パネル１１３から供給されてくる電力や発電／電動機１０３から供給されてくる電力を貯蔵する。太陽光パネル１１３は太陽光を受光して電力に変換する。そして、図示しない逆電流素子ダイオードと昇圧チョッパ回路を介して、変換した電力をバッテリー１１２に貯蔵する。
【００４７】
第２の双方向インバータ１１４は、第１の双方向インバータ１０７と商用電源１２０との間に設けられている。この第２の双方向インバータ１１４は、第１の双方向インバータ１０７から直流電力が供給されると交流電力に変換して商用電源１２０または外部負荷１２１に供給する。一方、商用電源１２０から交流電力が供給されると直流電力に変換して第１の双方向インバータ１０７に供給する。
【００４８】
これにより、第１の双方向インバータ１０７と第２の双方向インバータ１１４との間は直流リンクとなる。また、第２の双方向インバータ１１４には、耐電圧素子１１９が設けられており、この直流リンク間を所定電圧、たとえば２００［Ｖ］に維持することができる。これにより、第２の双方向インバータ１１４と商用電源１２０との間にトランスを設ける必要がなく、低コスト化および装置の小型化を図ることができる。
【００４９】
商用電源側スイッチ１１６は、第１の双方向インバータ１０７と商用電源１２０との間に設けられ、第１の双方向インバータ１０７と商用電源１２０との接続または接続解除を切り替える。また、外部負荷側スイッチ１１５は、第２の双方向インバータ１１４と外部負荷１２１との間に設けられ、第２の双方向インバータ１１４と外部負荷１２１との接続または接続解除を切り替える。
【００５０】
補助ブレーキ１１７は、補助ブレーキスイッチ１２２と、放電抵抗１２３と、から構成されている。補助ブレーキスイッチ１２２は、第１の双方向インバータ１０７と放電抵抗１２３との接続または接続解除を切り替える。放電抵抗１２３は、発電／電動機１０３から供給されてくる電力の供給を受けて放電させる。機械ブレーキ１２４は、発電／電動機１０３に設けられており、制御部１１８からの制動指令により、回転軸１０２の回転を制動する。
【００５１】
つぎに、制御部１１８の機能的構成について図２を用いて説明する。この制御部１１８は、図２に示すように、データ格納部２０１と、風速判定部２０２と、回転速度判定部２０３と、発電／電動制御部２０４と、機械ブレーキ制御部２０５と、から構成されている。
【００５２】
データ格納部２０１は、図３に示すように、風速Ｖｉ（ｉ＝０，１，２，…）ごとに最適回転速度範囲Ｎｉ（ｉ＝０，１，２，…）が対応して格納されている。ここで、風速Ｖ０はカットイン風速、風速Ｖ４はカットアウト風速、風速Ｖ１〜Ｖ３はその間の風速である。また、各風速Ｖｉには、最適回転速度範囲Ｎｉが対応付けられている。
【００５３】
最適回転速度範囲Ｎｉとは、図４に示すように、最大出力点となる最大出力回転速度Ｎｉｂを含む範囲であり、下限回転速度Ｎｉａ＜最大出力回転速度Ｎｉｂ＜上限回転速度Ｎｉｃとされている。回転軸１０２の回転速度が、この最適回転速度範囲内Ｎｉである場合は、効率の良い発電をおこなうことができる。また、データ格納部２０１には、図４に示すような、電気ブレーキ限界回転速度Ｎｘ、機械ブレーキ限界回転速度Ｎｙ、給電用限界回転速度Ｎｚも格納されている。
【００５４】
また、図２に示すように、風速判定部２０２は、風速計１０４によって検出された検出風速がカットイン風速以下であるか否かを判定する機能を有する。また、検出風速がカットアウト風速以上であるか否かを判定する機能を有する。さらに、風速計１０４によって検出された検出風速Ｖｉが、所定時間継続してカットイン風速Ｖ０以下であるか否かを判定する機能を有する。
【００５５】
また、回転速度判定部２０３は、回転速度検出部１０５によって検出された検出回転速度が、データ格納部２０１に格納されている下限回転速度Ｎｉａ以下であるか否かを判定する機能を有する。さらに、風速判定部２０２は、検出風速が風車１０１全体の転がり抵抗に打ち克つ風速以上であるか否かを判定する機能を有する。
【００５６】
また、回転速度判定部２０３は、検出回転速度Ｎがデータ格納部２０１に格納されている上限回転速度Ｎｉｃ以上であるか否かを判定する機能を有する。さらに、検出された検出回転速度Ｎが、データ格納部２０１に格納されている電気ブレーキ限界回転速度Ｎｘ以上か否かを判定する機能を有する。また、検出回転速度Ｎが、機械ブレーキ限界回転速度Ｎｙ以上か否かを判定する機能を有する。さらに、検出回転速度Ｎが、給電用限界回転速度Ｎｚ以上か否かを判定する機能を有する。
【００５７】
発電／電動制御部２０４は、双方向インバータ制御部２０６と、スイッチ制御部２０７と、を備え、発電／電動機１０３に対し、発電機としての機能と電動機としての機能とを切替制御する。
【００５８】
双方向インバータ制御部２０６は、第１の双方向インバータ１０７および第２の双方向インバータ１１４の入出力方向を切替制御する。たとえば、風車１０１停止時において、風速判定部２０２によって、検出風速が、風車１０１全体の転がり抵抗に打ち克つ風速以上であると判定した場合は、第１の双方向インバータ１０７および第２の双方向インバータ１１４の入出力方向を、商用電源１２０から発電／電動機１０３方向に設定する（以下、この方向を「上り方向」と称する。）。
【００５９】
これにより、発電／電動機１０３を電動機として機能させることができる。また、所定の回転速度に達したところで、第１の双方向インバータ１０７および第２の双方向インバータ１１４の入出力方向を、発電／電動機１０３から商用電源１２０方向に設定する（以下、この方向を「下り方向」と称する。）。これにより、発電／電動機１０３を発電機として機能させることができる。また、双方向インバータ制御部２０６は、減速指令または加速指令に基づいて、第１の双方向インバータ１０７および第２の双方向インバータ１１４の入出力方向を切替制御する。
【００６０】
スイッチ制御部２０７は、バッテリー側スイッチ１１１、商用電源側スイッチ１１６、外部負荷側スイッチ１１５、補助ブレーキスイッチ１２２の切替制御をおこなう。機械ブレーキ制御部２０５は、機械ブレーキ１２４に対し、回転軸１０２の回転を制動するように制御する。
【００６１】
つぎに、本実施の形態にかかる風力発電装置１００の動作処理手順について、図５を用いて説明する。まず、操作部１０６から停止入力があった場合（ステップＳ５０１：Ｙｅｓ）、発電／電動機１０３の発電機能による減速処理を実行する（ステップＳ５０２）。この減速処理後、回転速度を検出する（ステップＳ５０３）。検出した検出回転速度Ｎが機械ブレーキ限界回転速度Ｎｙよりも小さい場合（ステップＳ５０４：Ｎｏ）、ステップＳ５０２に移行する。
【００６２】
また、検出した検出回転速度Ｎが機械ブレーキ限界回転速度Ｎｙ以上である場合（ステップＳ５０４：Ｙｅｓ）、機械ブレーキ制御部２０５は駆動指令を出力し、機械ブレーキ１２４を作動する（ステップＳ５０５）。そして、回転軸１０２の回転が停止する（ステップＳ５０６）。
【００６３】
一方、ステップＳ５０１において、停止入力がない場合（ステップＳ５０１：Ｎｏ）、風速Ｖｉを検出する（ステップＳ５０７）。検出した検出風速Ｖｉがカットイン風速Ｖ０以下である場合（ステップＳ５０８：Ｎｏ）、このカットイン風速Ｖ０があらかじめ設定した所定時間持続するか否かを判定する（ステップＳ５０９）。そして、所定時間持続したと判定された場合（ステップＳ５０９：Ｙｅｓ）、ステップＳ５０２に移行する。一方、所定時間持続しなかった場合は（ステップＳ５０９：Ｎｏ）、ステップＳ５０１に移行する。
【００６４】
また、ステップＳ５０８において、検出風速Ｖｉがカットイン風速Ｖ０よりも大きいと判定された場合（ステップＳ５０８：Ｙｅｓ）、カットアウト風速Ｖ４以下であるか否かを判定する（ステップＳ５１０）。そして、検出風速Ｖｉがカットアウト風速Ｖ４未満であると判定された場合（ステップＳ５１０：Ｎｏ）、発電／電動機１０３の発電機能による減速処理を実行する（ステップＳ５１１）。この減速処理の実行後、ステップＳ５０１に移行する。
【００６５】
また、ステップＳ５１０において、検出風速Ｖｉがカットアウト風速Ｖ４以下であると判定された場合（ステップＳ５１０：Ｙｅｓ）、回転速度Ｎを検出する（ステップＳ５１２）。検出回転速度Ｎが電気ブレーキ限界回転速度Ｎｘ以上であると判定された場合（ステップＳ５１３：Ｎｏ）、ステップＳ５０５に移行する。検出した検出回転速度Ｎが機械ブレーキ限界回転速度Ｎｙより小さいと判定された場合（ステップＳ５１３：Ｙｅｓ）、検出回転速度Ｎが電気ブレーキ限界回転速度Ｎｘより小さいか否かを判定する（ステップＳ５１４）。
【００６６】
また、検出回転速度Ｎが電気ブレーキ限界回転速度Ｎｘ以上であると判定された場合（ステップＳ５１４：Ｎｏ）、発電／電動機１０３の発電機能による減速処理を実行する（ステップＳ５１５）。この減速処理の実行後、ステップＳ５０１に移行する。
【００６７】
また、検出回転速度Ｎが電気ブレーキ限界回転速度Ｎｘより小さいと判定された場合（ステップＳ５１４：Ｙｅｓ）、検出回転速度Ｎが、現在の検出風速Ｖｉに対応する上限回転速度Ｎｉｃ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５１６）。上限回転速度Ｎｉｃ以上であると判定された場合（ステップＳ５１６：Ｙｅｓ）、発電／電動機１０３の発電機能による減速処理を実行する（ステップＳ５１７）。この減速処理の実行後、ステップＳ５０１に移行する。
【００６８】
また、検出回転速度Ｎが、現在の検出風速Ｖｉに対応する下限回転速度Ｎｉｃ未満である場合（ステップＳ５１６：Ｎｏ）、現在の検出風速Ｖｉに対応する下限回転速度Ｎｉａ以下か否かを判定する（ステップＳ５１８）。下限回転速度Ｎｉａ以下であると判定された場合（ステップＳ５１８：Ｎｏ）、発電／電動機１０３の回転軸駆動機能による加速処理を実行する（ステップＳ５１９）。
【００６９】
一方、検出回転速度Ｎが、現在の検出風速Ｖｉに対応する下限回転速度Ｎｉａよりも大きいと判定された場合（ステップＳ５１８：Ｙｅｓ）、検出回転速度Ｎは、最適回転速度範囲Ｎｉ内に入っているため、最適な回転速度によって運転していることとなり、ステップＳ５０１に移行する。
【００７０】
つぎに、ステップＳ５０２、ステップＳ５１１およびステップＳ５１７において示した発電／電動機１０３の発電機能による減速処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。まず、第１の双方向インバータ１０７および第２の双方向インバータ１１４が上り方向に設定されている場合（ステップＳ６０１：Ｎｏ）、下り方向に切り替える（ステップＳ６０２）。
【００７１】
そして、ステップＳ６０２で下り方向に切り替えた後、またはステップＳ６０１で下り方向に設定されていた場合、外部負荷側スイッチ１１５がＯＦＦか否かを判定する（ステップＳ６０３）。外部負荷側スイッチ１１５がＯＦＦである場合（ステップＳ６０３：Ｙｅｓ）、外部負荷側スイッチ１１５をＯＮにして、外部負荷１２１に対し発電／電動機１０３によって発電された電力を供給する（ステップＳ６０４）。これにより、発電／電動機１０３に負荷がかかり、回転軸１０２の回転速度を減速することができる。
【００７２】
一方、すでに外部負荷側スイッチ１１５がＯＮになっている場合（ステップＳ６０３：Ｎｏ）、商用電源側スイッチ１１６がＯＦＦか否かを判定する（ステップＳ６０５）。商用電源側スイッチ１１６がＯＦＦである場合（ステップＳ６０５：Ｙｅｓ）、商用電源側スイッチ１１６をＯＮにして、発電／電動機１０３によって発電された電力を商用電源１２０に回生して供給する（ステップＳ６０６）。これにより、発電／電動機１０３に負荷がかかり、回転軸１０２の回転速度を減速することができる。
【００７３】
また、すでに商用電源側スイッチ１１６がＯＮになっている場合（ステップＳ６０５：Ｎｏ）、バッテリー側スイッチ１１１がＯＦＦか否かを判定する（ステップＳ６０７）。バッテリー側スイッチ１１１がＯＦＦである場合（ステップＳ６０７：Ｙｅｓ）、バッテリー側スイッチ１１１をＯＮにして、バッテリー１１２に対し発電／電動機１０３によって発電された電力を供給する（ステップＳ６０８）。これにより、発電／電動機１０３に負荷がかかり、回転軸１０２の回転速度を減速することができるとともに、電力を回生して貯蔵することができる。
【００７４】
また、バッテリー側スイッチ１１１がすでにＯＮとされている場合（ステップＳ６０７：Ｎｏ）、補助ブレーキスイッチ１２２がＯＦＦか否かを判定する（ステップＳ６０９）。補助ブレーキスイッチ１２２がＯＦＦであると判定された場合（ステップＳ６０９：Ｙｅｓ）、補助ブレーキスイッチ１２２をＯＮにする（ステップＳ６１０）。
【００７５】
これにより、第１の双方向インバータ１０７と発電機側チョッパ回路１０８間の直流リンクが放電抵抗１２３に短絡されて電気的に制動をかけることができる。なお、すでに補助ブレーキスイッチ１２２がＯＮである場合は（ステップＳ６０９：Ｎｏ）、終了する。
【００７６】
つぎに、ステップＳ５１９において示した発電／電動機１０３の回転軸１０２駆動機能による加速処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。まず、第１の双方向インバータ１０７および第２の双方向インバータ１１４が下り方向に設定されている場合（ステップＳ７０１：Ｎｏ）、上り方向に切り替える（ステップＳ７０２）。
【００７７】
そして、ステップＳ７０２で上り方向に切り換えた後、または、上り方向に設定されていた場合（ステップＳ７０１：Ｙｅｓ）、商用電源側スイッチ１１６がＯＦＦか否かを判定する（ステップＳ７０３）。商用電源側スイッチ１１６がＯＦＦである場合（ステップＳ７０３：Ｙｅｓ）、商用電源側スイッチ１１６をＯＮにして、商用電源１２０から発電／電動機１０３に電力を供給する（ステップＳ７０４）。これにより、発電／電動機１０３を駆動して、回転軸１０２の回転速度を加速することができる。
【００７８】
また、ステップＳ７０４で商用電源側スイッチ１１６がＯＮにされた場合、または、すでに商用電源側スイッチ１１６がＯＮになっている場合（ステップＳ７０３：Ｎｏ）、バッテリー側スイッチ１１１がＯＦＦか否かを判定する（ステップＳ７０５）。
【００７９】
バッテリー側スイッチ１１１がＯＦＦである場合（ステップＳ７０５：Ｙｅｓ）、バッテリー側スイッチ１１１をＯＮにして、バッテリー１１２から発電／電動機１０３に電力を供給する（ステップＳ７０６）。これにより、発電／電動機１０３を駆動して、回転軸１０２の回転速度を加速することができる。なお、バッテリー側スイッチ１１１がすでにＯＮとされている場合は（ステップＳ７０５：Ｎｏ）、終了する。このあとステップＳ５０１に移行する。
【００８０】
つぎに、回転速度低速時における電力供給処理手順について、図８のフローチャートを用いて説明する。まず、回転速度を検出する（ステップＳ８０１）。検出した検出回転速度Ｎが給電用限界回転速度Ｎｚ以下か否かを判定する（ステップＳ８０２）。検出回転速度Ｎが給電用限界回転速度Ｎｚよりも大きいと判定された場合は（ステップＳ８０２：Ｎｏ）、ステップＳ５０１に移行する。
【００８１】
一方、給電用限界回転速度Ｎｚ以下であると判定された場合（ステップＳ８０２：Ｙｅｓ）、第１の双方向インバータ１０７および第２の双方向インバータ１１４を下り方向に切り替える（ステップＳ８０３）。そして、バッテリー側スイッチ１１１をＯＮにし（ステップＳ８０４）、外部負荷側スイッチ１１５をＯＮにする（ステップＳ８０５）。これにより、昼間の無風状態であるときにおいても、太陽光によってバッテリー１１２に蓄電された電力によって、外部負荷１２１に電力を供給することができ、安定した電力供給をおこなうことができる。
【００８２】
なお、上述した減速処理においては減速処理（図６参照）では、外部負荷１２１、商用電源１２０、バッテリー１１２、補助ブレーキ１１７の順番によって電気的制動をかけることとしているが、この順番に限定されることはなく、適宜設定変更をすることができる。また、本実施の形態では、これらを１つずつ制動することとしていたが、同時に制動をかけることとしてもよい。
【００８３】
同様に、上述した加速処理においても（図７参照）、商用電源１２０、バッテリー１１２の順番で加速処理することとしているが、バッテリー１１２、商用電源１２０の順番であってもよく、また同時に加速処理をおこなうこととしてもよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、回転速度の変化に追従して、回転速度を最適な回転速度範囲に制御することができるため、効率の良い発電をおこなうことができるという効果を奏する。また、垂直軸型の風力発電装置であっても、始動性および発電効率の向上を図ることができる。
【００８５】
また、太陽光発電によって得られた電力を、無風または微風時に供給することができるため、トータル発電効率を維持することができるという効果を奏する。さらに、系統連系するためのトランスが不要となるため、風力発電装置の低廉化および小型化を図ることができる。
【００８６】
また、回転速度がオーバースピードとなった場合であっても、各種電気ブレーキによって段階的に制動して減速させることができ、急激な制動によって生じる風車への負担を低減することができる。さらに、風車の回転を停止する場合も、各種電気ブレーキによって風車を段階的に制動して減速させることができ、急激な制動によって生じる風車への負担を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の最適回転速度範囲テーブルを示す説明図である。
【図４】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の回転速度−出力特性を示すグラフである。
【図５】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の動作処理手順を示すフローチャートである。
【図６】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の減速処理手順を示すフローチャートである。
【図７】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の加速処理手順を示すフローチャートである。
【図８】この発明の本実施の形態にかかる風力発電装置の給電処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００  風力発電装置
１０１  風車
１０２  回転軸
１０３  発電／電動機
１０４  風速計
１０５  回転速度検出部
１０７  第１の双方向インバータ
１１１  バッテリー側スイッチ
１１２  バッテリー
１１３  太陽光パネル
１１４  第２の双方向インバータ
１１５  外部負荷側スイッチ
１１６  商用電源側スイッチ
１１７  補助ブレーキ
１１８  制御部
１１９  耐電圧素子
１２０  商用電源
１２１  外部負荷
１２２  補助ブレーキスイッチ
１２４  機械ブレーキ
２０１  データ格納部
２０２  風速判定部
２０３  回転速度判定部
２０４  発電／電動制御部
２０５  機械ブレーキ制御部
２０６  双方向インバータ制御部
２０７  スイッチ制御部
【図１】
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【図２】
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【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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