(57)【要約】【課題】風車及び交流発電機に急激なトルク変動を生じさせることなく風車及び交流発電機の回転速度を低下させる。【解決手段】風力発電装置１においては、回転速度検出部２１で検出した三相交流発電機３の回転速度が第１回転速度になると、基準電流生成部４３が時間に比例してその電流値が増加するような基準電流を生成する。比例−積分補償器３２は基準電流の電流値と電流検知部６が検知した電流値とから時間とともに半導体スイッチング素子１３の導通率が増加するように導通率指示電流を生成する。ＰＷＭ回路３３は導通率指示電流からパルス信号を生成し、ゲート駆動回路３４がこのパルス信号を半導体スイッチング素子１３のゲート端子に印加する。その後、回転速度検出部２１が検出した回転速度が第１回転速度よりも小さい第２回転速度になると、短絡回路７が三相交流発電機３の３つの出力端子３ａを短絡する。【選択図】図１
2007189770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、
複数の出力端子を有し、前記風車が回転したときに交流電力を生成する交流発電機と、
前記複数の出力端子に接続され、前記交流発電機が生成した交流電力から、直流電力を生成する整流回路と、
両端が導通した導通状態と両端が導通しない非導通状態とをとることができるスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子が前記導通状態になっている時間の割合である導通率が大きいほど大きな電流が流れるように構成され、前記整流回路が生成した前記直流電力の大きさを変化させる電力変換回路と、
前記スイッチング素子の前記導通状態と前記非導通状態とを所定のタイミングで繰り返し切り替えることにより、前記電力変換回路の動作を制御する電力変換回路制御手段と、
前記交流発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、
前記回転速度検出手段が検出した前記交流発電機の回転速度が第１回転速度になったときに、前記電力変換回路制御手段は、前記スイッチング素子が常に前記導通状態になるまで、前記スイッチング素子の前記導通率が時間とともに増加するように、前記スイッチング素子の前記導通状態と前記非導通状態とを切り替える前記タイミングを制御し、前記整流回路を介して前記電力変換回路に接続された前記交流発電機に流れる電流を増加させて前記交流発電機に制動トルクを発生させることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記電力変換回路制御手段が、
前記スイッチング素子の前記導通率を指示する導通率指示信号を生成する導通率指示信号生成手段と、
前記導通率指示信号が示す導通率に応じて前記スイッチング素子の前記導通状態と前記非導通状態とを切り替えるタイミングを制御するスイッチング素子制御手段とを有し、
前記導通率指示信号生成手段は、前記導通率指示信号が示す導通率がスイッチング素子を常に導通状態にすることを示す値まで時間とともに増加するような前記導通率指示信号を生成す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】
前記電力変換回路制御手段が、前記電力変換回路に流れるべき電流の基準値となる基準電流を生成する基準電流生成手段と、前記電力変換回路に流れる電流の電流値を検出する電流検出手段とをさらに有し、
前記導通率指示信号生成手段が、前記基準電流の電流値と前記電流検出手段が検出した電流値との差が小さくなるように、前記導通率指示信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記基準電流生成手段は、前記風車を減速させようとするときに、前記交流発電機に流し得る電流の電流値以上の一定の電流値を有する前記基準電流を生成することを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記基準電流生成手段は、前記風車を減速させようとするときに、前記交流発電機に流し得る電流の電流値以上の所定の電流値になるまで時間とともに電流値が増加するように前記基準電流を生成することを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記交流発電機の回転速度が前記第１回転速度よりも小さい第２回転速度よりも小さい場合に、前記電力変換回路において前記スイッチング素子を常に前記導通状態にしたときに前記交流発電機に発生する制動トルクよりも大きな制動トルクを前記交流発電機に発生させることが可能な制動手段をさらに備え、
前記回転速度検出手段が検出した前記交流発電機の回転速度が前記第１回転速度になった後、前記回転速度検出手段が検出した前記交流発電機の回転速度が前記第２回転速度になったときに、前記制動手段を動作させて前記交流発電機に制動トルクを発生させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記交流発電機が前記第２回転速度で回転しているときに、前記電力変換回路において前記スイッチング素子を常に前記導通状態にしたときに前記交流発電機において発生する制動トルクと、前記制動手段を動作させたときに前記交流発電機に発生する制動トルクとが同じ大きさであることを特徴とする請求項６に記載の風力発電装置。
【請求項８】
前記制動手段が、前記交流発電機の前記複数の出力端子を短絡する手段であることを特徴とする請求項６又は７に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、風車の回転を利用して発電を行う風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車の回転を利用して交流発電機を回転させ、発電を行う風力発電装置においては、風速の変化などにより風車の回転速度が大きくなりすぎると、風車及び風車に接続された交流発電機が破損してしまう虞がある。このような問題を解決するために、風車の回転速度が大きくなったときに交流発電機の出力端子を短絡して交流発電機に電流を流すことにより交流発電機の回転を妨げる制動トルクを発生させて交流発電機及び風車の回転速度を低下させるものがある。例えば、特許文献１に記載の風力発電システム（風力発電装置）においては、周波数検出器が交流発電機から出力される電圧の周波数を監視している。そして、風車の回転速度が大きくなり、風車に接続された交流発電機から出力される電圧の周波数が所定の値よりも大きくなると、周波数検出器がそれを検出し、開閉器を閉じることによって交流発電機の出力を短絡する。これにより交流発電機に電流が流れて交流発電機の回転を妨げる制動トルクが発生し、交流発電機及び風車の回転速度が低下する。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９９４７３号公報（図１）
【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、特許文献１の風力発電システムでは、開閉器を閉じて交流発電機の出力を短絡したときに急激な電流の変化が生じるため、交流発電機に急激な制動トルクの変化を伴う。この急激な制動トルクの変化により、交流発電機及び風車に大きなメカ的なストレスがかかり、交流発電機及び風車の耐久性が低下してしまう。
【０００５】
本発明の目的は、交流発電機及び風車に過大なストレスをかけることなく、風車の回転速度を低下させることが可能な風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
本発明の風力発電装置は、風車と、複数の出力端子を有し、風車が回転したときに交流電力を生成する交流発電機と、複数の出力端子に接続され、交流発電機が生成した交流電力から直流電力を生成する整流回路と、両端が導通した導通状態と両端が導通しない非導通状態とをとることができるスイッチング素子を有し、スイッチング素子が導通状態になっている時間の割合である導通率が大きいほど大きな電流が流れるように構成され、整流回路が生成した直流電力の大きさを変化させる電力変換回路と、スイッチング素子の導通状態と非導通状態とを所定のタイミングで繰り返し切り替えることにより、電力変換回路の動作を制御する電力変換回路制御手段と、交流発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備えている。回転速度検出手段が検出した交流発電機の回転速度が第１回転速度になったときに、電力変換回路制御手段は、スイッチング素子が常に導通状態になるまで、スイッチング素子の導通率が時間とともに増加するように、スイッチング素子の導通状態と非導通状態とを切り替えるタイミングを制御し、整流回路を介して電力変換回路に接続された交流発電機に流れる電流を増加させて交流発電機に制動トルクを発生させる。
【０００７】
これによると、交流発電機の回転速度が第１回転速度になったときに、電力変換回路に大きな電流を流すことにより、電力変換回路に整流回路を介して接続された交流発電機に大きな電流を流して制動トルクを発生させ、交流発電機の回転速度を低下させることができる。また、電力変換回路のスイッチング素子の導通率を時間とともに増加させているため、電力変換回路に流れる電流が時間とともに大きくなり、交流発電機に流れる電流に急激な変化が生じない。これにより、交流発電機及び風車に急激な制動トルクの変化が生じず、メカ的なストレスをかけずに風車を減速させることができ、交流発電機及び風車の耐久性が向上する。
【０００８】
また、本発明の風力発電装置においては、電力変換回路制御手段が、スイッチング素子の導通率を指示する導通率指示信号を生成する導通率指示信号生成手段と、導通率指示信号が示す導通率に応じてスイッチング素子の導通状態と非導通状態とを切り替えるタイミングを制御するスイッチング素子制御手段とを有し、導通率指示信号生成手段は、導通率指示信号が示す導通率がスイッチング素子を常に導通状態にすることを示す値まで時間とともに増加するように導通率指示信号を生成してもよい。これによると、スイッチング素子の導通率を時間とともに増加させることにより、電力変換回路に流れる電流の電流値を時間とともに確実に増加させることができる。
【０００９】
また、本発明の風力発電装置においては、電力変換回路制御手段が、電力変換回路に流れるべき電流の基準値となる基準電流を生成する基準電流生成手段と、電力変換回路に流れる電流の電流値を検出する電流検出手段とをさらに有し、通電率指示信号生成手段が、基準電流の電流値と電流検出手段が検出した電流値との差が小さくなるように、通電率指示信号を生成してもよい。これによると、基準電流の値と電流検出手段が検出した電流値との差が小さくなるようにスイッチング素子の導通率を変化させることにより、電力変換手段に流れる電流を時間とともに増加させることができる。
【００１０】
また、本発明の風力発電装置においては、基準電流生成手段は、風車を減速させようとするときに、交流発電機に流し得る電流の電流値以上の一定の電流値を有する基準電流を生成してもよい。これによると、スイッチング素子が常に導通状態になるまで、スイッチング素子の導通率を確実に増加させることができる。
【００１１】
また、本発明の風力発電装置においては、基準電流生成手段は、風車を減速させようとするときに、交流発電機に流し得る電流の電流値以上の所定の電流値になるまで時間とともに電流値が増加するように基準電流を生成してもよい。これによると、基準電流の電流値の増加により、スイッチング素子の導通率をスイッチング素子が常に導通状態になるまで時間とともに確実に増加させることができる。
【００１２】
また、本発明の風力発電装置においては、交流発電機の回転速度が第１回転速度よりも小さい第２回転速度よりも小さい場合に、電力変換回路においてスイッチング素子を常に導通状態にしたときに交流発電機に発生する制動トルクよりも大きな制動トルクを交流発電機に発生させることが可能な制動手段をさらに備え、回転速度検出手段が検出した交流発電機の回転速度が第１回転速度になった後、回転速度検出手段が検出した交流発電機の回転速度が第２回転速度になったときに、制動手段を動作させて交流発電機に制動トルクを発生させてもよい。これによると、交流発電機の回転速度が小さくなったときに、大きな制動トルクを発生させることが可能な制動手段により交流発電機の回転速度を低下させるため、より効果的に交流発電機の回転速度を低下させることができる。
【００１３】
また、本発明の風力発電装置においては、交流発電機が第２回転速度で回転しているときに、電力変換回路においてスイッチング素子を常に導通状態にしたときに交流発電機において発生する制動トルクと、制動手段を動作させたときに交流発電機に発生する制動トルクとが同じ大きさであってもよい。これによると、制動手段を動作させたときに交流発電機に制動トルクに大きな変動が発生しないので、交流発電機の耐久性が向上する。
【００１４】
また、本発明の風力発電装置においては、制動手段が、交流発電機の複数の出力端子を短絡する手段であってもよい。これによると、交流発電機の複数の出力端子を短絡して交流発電機に電流を流して、交流発電機に制動トルクを発生させることにより、交流発電機の回転速度を低下させることができるので、機械的なブレーキのように磨耗などが生じることがなく、制動手段の耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本発明における実施の形態に係る風力発電装置の概略構成図である。図１に示すように、風力発電装置１は、風車２、三相交流発電機３、整流回路４、電力変換回路５、電流検出部６、短絡回路（制動手段）７、発電装置制御回路８及び直流電圧源９を有する。風力発電装置１では、風車２の回転により三相交流発電機３が回転して交流電力を生成し、整流回路４において直流電力に変換される。さらに、電力変換回路５においてその電圧値が変換されてこの直流電圧により直流電圧源９が充電される。そして、直流電圧源９により、端子１ａから図示しない電力系統などに直流電圧が出力される。
【００１７】
次に、風力発電装置１の各部分について図１、図２を用いて詳細に説明する。図２は後述の基準電流生成部４３において生成される基準電流を表す図である。風車２は、鉛直方向に延びた回転軸２ａを有する垂直軸型の風車であり、風がふくことによって回転軸２ａを中心として回転する。三相交流発電機３は、風車２の回転とともに回転して三相交流電力を生成し、３つの出力端子３ａから三相交流電圧を出力する。整流回路４は、三相交流発電機３の３つの出力端子３ａに接続された６つのダイオード１１ａを有する三相全波整流ブリッジ回路１１と、三相全波整流ブリッジ回路１１の出力側において、三相全波整流ブリッジ回路１１に並列に接続されたコンデンサ１２とを有する。三相交流発電機３の出力端子３ａから出力された三相交流電圧は、三相全波整流ブリッジ回路１１により直流電圧に変換され、コンデンサ１２により平滑化されて出力される（直流電力が生成される）。
【００１８】
電力変換回路５は、両端が導通する導通状態と両端が導通しない非導通状態とをとることが可能な半導体スイッチング素子１３を有し、平滑回路４から出力された直流電圧の値を変化させて（直流電力の大きさを変化させて）出力する。電力変換回路５は、半導体スイッチング素子１３の導通率が大きいほど大きな電流が流れ、電圧値の大きい直流電圧を出力する。電力変換回路５に電流が流れると、電力変換回路５に整流回路４を介して接続された三相交流発電機３にも電流が流れ、三相交流発電機３の回転を妨げる制動トルクが発生する。そして、電力変換回路５に流れる電流が大きくなり、三相交流発電機３に流れる電流が大きくなるほど、三相交流発電機３に発生する制動トルクは大きくなる。なお、半導体スイッチング素子１３の導通状態と非導通状態との切り替えは、後述する電力変換回路制御部２３により制御される。
【００１９】
電流検出部６は、電力変換回路５の出力側に接続されており、電力変換回路５に流れる電流の電流値を検出する。短絡回路７は、三相交流発電機の３つの出力端子３ａを短絡させる。短絡回路７により出力端子３ａが短絡されると、三相交流発電機３に大きな電流が流れ、三相交流発電機３の回転を妨げる制動トルクが発生する。
【００２０】
発電装置制御回路８は、発電装置１の動作を制御する回路であって、回転速度検出部２１、動作指示部２２及び電力変換回路制御部２３とを有する。回転速度検出部２１は、三相交流発電機３の回転速度を検出する。動作指示部２２は、回転速度検出部２１が検出した三相交流発電機３の回転速度に基づいて、短絡回路７及び電力変換回路２３の後述の制御電流生成部３１を動作させる。
【００２１】
電力変換回路制御部２３は、制御電流生成部３１、比例−積分補償器３２、ＰＷＭ回路３３及びゲート駆動回路３４を有し、半導体スイッチング素子１３の導通状態及び非導通状態を切り替えるタイミングを制御することにより電力変換回路５の動作を制御する。
【００２２】
制御電流生成部３１は、動作切替部４１、通常動作制御部４２及び基準電流生成部４３を有し、半導体スイッチング素子１３の動作を制御するための電流指令値を生成する。動作切替部４１は、動作指示部２２からの指示に応じて、通常動作制御部４２が生成する電流を出力するか、基準電流生成部４３が生成する基準電流を出力するかを切り替える。通常動作制御部４２は、風力発電装置１において発電を行う際に動作指示部２２からの指示により電力変換回路５の動作を制御するための電流指令値を出力する。具体的には、電力変換回路５から所望の電力を出力するために電力変換回路５に流れるべき電流の電流値と同じ電流値を出力する。
【００２３】
基準電流生成部４３は、制動指令電流生成部５１及び制動指令電流変換部５２を有し、風車２の回転速度が所定の回転速度Ｒ１（第１回転速度）（図３（ａ）参照）になったときに、電力変換回路５の制御を行うための基準電流を生成する。制動指令電流生成部５１は、回転速度検出部２１が検出した回転速度がＲ１になったときに制動指令電流を生成する。具体的には、三相交流発電機３に流し得る電流の電流値よりも大きい、電流値がＩ１（図２参照）の電流を生成する。制動指令電流変換部５２は、制動指令電流生成部５１が生成した制動指令電流を基準電流に変換する。具体的には、電流値がＩ１である電流を、図２に示すように、時間ｔ１の間に電流値がＩ０（回転速度がＲ１のときに通常動作制御部４２が生成していた電流値）からＩ１まで時間に比例して増加するような基準電流に変換する。このようにして、基準電流生成部３１では、図２に示すような基準電流が生成される。基準電流生成部３１で生成された基準電流は、比例−積分補償器３２に出力される。
【００２４】
比例−積分補償器３２は、制御電流生成部３１から出力される電流の電流値と電力変換回路５に流れる電流の電流値（電流検出部６が検出した電流値）との差と、この差に対して比例した値と時間積分した値との和をＰＷＭ回路３３に出力する。ここで、ＰＷＭ回路３３に出力される値は、半導体スイッチング素子１３の導通率を示しており、ある一定値を超えると導通率は１００％（常に導通）に固定される。なお、本実施の形態においては、基準電流生成部４３及び比例−積分補償器３２が本発明に係る導通率指示信号生成手段に相当する。
【００２５】
ＰＷＭ回路３３は、比例−積分補償器３２から入力された電流の電流値が示す導通率に応じて、半導体スイッチング素子１３を導通状態にするためのパルス信号を生成する。ゲート駆動回路３４は、半導体スイッチング素子１３の図示しない駆動端子にＰＷＭ回路３３が生成したパルス信号を印加するための回路である。なお、ＰＷＭ回路３３及びゲート駆動回路３４が本発明に係るスイッチング素子制御手段に相当する。
【００２６】
直流電圧源９は、電力変換回路５の出力側に電力変換回路５に並列に接続されており、風力発電装置１が発電を行っているときに電力変換回路５から出力される直流電圧により充電される。そして、直流電圧源９により端子１ａに接続された電力系統などに直流電圧が出力される。
【００２７】
次に、風力発電装置１の動作について図１〜図４を用いて説明する。図３（ａ）は交流発電機３の回転速度がＲ１になった後の交流発電機３の回転速度を表す図であり、図３（ｂ）はそのときに交流発電機３に発生させる制動トルクの大きさを表す図である。図４は、交流発電機３の回転速度と半導体スイッチング素子１３を常に導通状態にしたときに交流発電機３において発生する制動トルクとの関係、及び、交流発電機３の回転速度と短絡回路７により交流発電機３の３つの出力端子を短絡させたときに交流発電機３において発生する制動トルクとの関係を表す図である。風力発電装置１において通常の発電を行っているとき、回転速度検出部２１が検出する三相交流発電機３の回転速度はＲ１未満であり、動作指示部２２は、動作切替部４１により制御電流生成部３１から通常動作制御部４２で生成された電流を出力するように切り替えを行い、通常動作制御部４２は、端子１ａから所望の電圧を出力するために電力変換回路５に流れるべき電流の電流値と同じ電流値を有する電流を生成する。そして、比例−積分補償器３２において、通常動作制御部が生成した電流の電流値と、電流検出部６が検出した電流値とに基づいて、前述のように導通率を示す導通率指示値を出力する。比例−積分補償器３２から出力された導通率指示値が示す導通率に基づいて、ＰＷＭ回路３３において半導体スイッチング素子１３を導通状態にするためのパルス信号が生成され、ゲート駆動回路３４により、このパルス信号が半導体スイッチング素子１３のゲート端子に印加される。
【００２８】
ここで、風車２が回転すると、三相交流発電機３が回転して交流電圧を生成し、整流回路４においてこの交流電圧が直流電圧に変換される。さらに、電力変換回路５においてこの直流電圧が電圧値の異なる直流電圧に変換され、この直流電圧により直流電圧源９が充電される。そして、直流電圧源９により端子１ａから電力系統などに直流電圧が出力される。
【００２９】
このように、通常の発電を行っている状態から、風速の変化などにより風車２及び三相交流発電機３の回転速度が上昇し、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ２において回転速度検出部２１が検出した三相交流発電機３の回転速度がＲ１になると、動作指示部２２が動作切替部４１を制御電流生成部３１から基準電流生成部４３が生成した基準電流が出力されるように切り替え、基準電流生成部４３に基準電流を生成することを指示する。基準電流生成部４３においては、前述したように、制動指令電流生成部５１において電流値がＩ１の制動指令電流を生成し、制動指令電流変換部５２において、この制動指令電流から図２に示すように、時間ｔ１の間に電流値がＩ０からＩ１まで時間に比例して変化するような基準電流を生成する。
【００３０】
そして、前述したように比例−積分補償器３２において、基準電流生成部４３が生成した電流の電流値と電流検出部６が検出した電流値とに基づいて、半導体スイッチング素子１３の導通率を示す導通率指示値を出力する。このとき、基準電流の電流値が時間に比例して増加し、かつ、三相交流発電機３に流し得ない（三相交流発電機３に流し得るよりも大きい）電流値Ｉ１を基準電流としているため、比例−積分補償器３２の積分項の影響により、比例−積分補償器３２から出力される導通率指示値も時間とともに増加し、ある一定値を超えると導通率は１００％（常に導通）となる。そして、ＰＷＭ回路３３において半導体スイッチング素子１３を駆動するためのパルス信号を生成し、ゲート駆動回路３４により半導体スイッチング素子１３にこのパルス信号を印加すると、半導体スイッチング素子１３の導通率が時間とともに増加し、電力変換回路５に流れる電流が時間とともに増加する。
【００３１】
電力変換回路５に流れる電流が時間とともに増加すると、三相交流発電機３に流れる電流も時間とともに増加し、図３（ｂ）に示すように、三相交流発電機３に発生する制動トルクが時間とともに増加する。その後、この制動トルクにより交流発電機３及び風車２の回転速度が低下する。
【００３２】
このように、半導体スイッチング素子１３を常に導通状態にすることにより交流発電機３の回転速度を低下させることが可能であるが、図４に示すように、交流発電機３の回転速度がＲ２よりも小さくなったときに発生する制動トルクが、短絡回路７により交流発電機３の３つの出力端子３ａを短絡した場合に交流発電機３に発生する制動トルクよりも小さくなる。そこで、半導体スイッチング素子１３を常に導通状態にすることにより三相交流発電機３に発生する制動トルクと、短絡回路７により三相交流発電機３の３つの出力端子を短絡することにより三相交流発電機３に発生する制動トルクが同じになるとき、つまり、図３、図４に示すように、三相交流発電機３の回転速度がＲ２（第２回転速度）になり、三相交流発電機３において発生する制動トルクがＴｒ１になった時刻ｔ３において、短絡回路７により三相交流発電機３の３つの出力端子３ａを短絡する。このとき、半導体スイッチング素子１３を常に導通状態にしたときに三相交流発電機３に発生する制動トルクの大きさ、及び、３つの出力端子３ａを短絡したときに三相交流発電機３に発生する制動トルクの大きさはともに同じＴｒ１であるので、３つの出力端子３ａを短絡したときに急激な制動トルクの変化は生じない。
【００３３】
このように短絡回路７により３つの出力端子３ａを短絡し、図３（ｂ）に示すように三相交流発電機３に制動トルクを発生させことにより、図３（ａ）に示すように効果的に三相交流発電機３の回転速度を低下させることができる。
【００３４】
以上に説明した実施の形態によると、半導体スイッチング素子１３の導通率を時間とともに増加させて、電力変換回路５及び電力変換回路５に整流回路４を介して接続された交流発電機３に流れる電流を時間とともに増加させることにより、交流発電機３において発生する制動トルクを時間とともに増加させているので、交流発電機３に急激な制動トルクの変化が生じない。これにより、交流発電機３及び交流発電機３に接続された風車２に大きなメカ的なストレスがかからず、交流発電機３及び風車２の耐久性が向上する。
【００３５】
また、三相交流発電機３の回転速度がＲ２よりも小さいときに、短絡回路７により三相交流発電機３の３つの出力端子３ａを短絡させて、三相交流発電機３に半導体スイッチング素子１３を常に導通状態にしたときよりも大きな制動トルクを発生させているので、三相交流発電機３の回転速度がＲ２よりも小さくなったときに効率よく回転速度を低下させることができる。また、回転速度がＲ２の場合には、半導体スイッチング素子１３を常に導通状態にしたとき、及び、短絡回路７により３つの出力端子３ａを短絡したときに三相交流発電機３において発生する制動トルクが同じ大きさであるので、３つの出力端子３ａを短絡したときに急激な制動トルクの変化が生じない。これにより、三相交流発電機３及び風車２に大きなメカ的なストレスがかからず、交流発電機３及び風車２の耐久性が向上する。
【００３６】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００３７】
図５に示すように、基準電流生成部４３において生成される電流は、電流値がＩ０からＩ１まで一次遅れ関数状に時間とともに増加していてもよい（変形例１）。この場合でも、半導体スイッチング素子１３の導通率は時間とともに増加するため、三相交流発電機３において発生する制動トルクを時間とともに増加させることができる。
【００３８】
また、基準電流生成部４３において生成される電流は、電流値が一定のＩ１である電流であってもよい（変形例２）。この場合でも、比例−積分補償回路３２において比例要素と積分要素との比で定まる積分時定数を小さく設定すれば、半導体スイッチング素子１３の導通率を時間とともに増加させることができる。
【００３９】
また、図６に示す電力変換回路制御部６１のように、導通率指示信号生成部６３において直接導通率を示す値を生成してもよい（変形例３）。つまり、通常の発電時には、通常動作制御部４２で生成された電流指令値に応じた電流となるように、比例−積分補償器及び電流検出器６を用いて電力変換回路５に流すべき電流に応じた半導体スイッチング素子１３の導通率を示す値を生成し、三相交流発電機３の回転速度がＲ１になったときに、導通率指示信号生成部６３において、図７に示すように時間とともにｄ０％（回転速度がＲ１になったときに比例−積分補償器が出力していた導通率）〜１００％まで時間に比例して導通率が増加することを示す値をＰＷＭ回路３４に出力してもよい。この場合、導通率指示信号生成部６３において生成した導通率だけ半導体スイッチング素子１３が導通状態になるので、半導体スイッチング素子１３の導通率が時間とともに時間に比例して増加する。これにより、交流発電機３に発生する制動トルクが急激に変化しないので、交流発電機３及び風車２に大きな負担がかからず、交流発電機３及び風車２の耐久性が向上する。
【００４０】
また、本実施の形態においては、垂直軸型の風車２を用いたが、プロペラ型の風車など別の形状の風車を用いてもよい。また、本実施の形態では、三相交流発電機３を用いたが、単相交流発電機や三相以外の多相交流発電機であってもよい。また、制動手段として短絡回路７の代わりに、例えば、三相交流発電機３の回転速度を低下させる機械的なブレーキなどが設けられていてもよい。また、電力変換回路５には、半導体スイッチング素子１３の代わりに半導体を用いないスイッチング素子が設けられており、ＰＷＭ回路３３及びゲート駆動回路３４の代わりに、このスイッチング素子を駆動するための回路などが設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明における実施の形態に係る風力発電装置の概略構成図である。
【図２】図１の基準電流生成部において生成される基準電流を表す図である。
【図３】（ａ）は図１の三相交流発電機において制動を行っているときの時間と三相交流発電機の回転速度との関係を表す図であり、（ｂ）は時間と発生する制動トルクとの関係を表す図である。
【図４】図１の三相交流発電機の回転速度と、半導体スイッチング素子を常に導通状態にしたとき及び３つの出力端子を短絡させたときに発生する制動トルクとの関係を表す図である。
【図５】変形例１の図２相当の図である。
【図６】変形例３の図１相当の図である。
【図７】図６の導通率指示信号生成部において生成される電流が示す導通率の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  風力発電装置
２  風車
３  三相交流発電機
４  整流回路
５  電力変換回路
６  電流検出部
１３  半導体スイッチング素子
２１  回転速度検出部
２３  電力変換回路制御部
【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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