(57)【要約】      （修正有）【課題】風力発電装置において、風速変化に対して高出力を維持する制御を容易に実現する。【解決手段】変換器制御部が、デューティ比を指示するデューティ比指示部と、前回のサンプリングに対応するデューティ比指示値からのデューティ比指示値の変化量として、正の第１変化量または負の第２変化量を選択する変化量決定部と、を備え、第１変化量の絶対値が、第２変化量の絶対値よりも小さく、変化量決定部において、前記出力電力が、前回のサンプリング時に求められた出力電力である参照電力以上である場合、第１変化量および第２変化量から、前回のサンプリングに対応するデューティ比指示値の変化量の正負の符号である参照符号に等しい符号の変化量が選択され、前記出力電力が参照電力よりも小さい場合、参照符号と異なる符号の変化量が選択される。【選択図】図１
2012165584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、
前記風車に回転部が接続された発電機と、
前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、
前記ＡＣ−ＤＣ変換器から出力される直流電力の電圧を変換するＤＣ−ＤＣ変換器と、
サンプリング周期にて前記ＤＣ−ＤＣ変換器からの出力電流および出力電圧をサンプリングして出力電力を求める電力検出部と、
前記出力電力に基づいて前記ＤＣ−ＤＣ変換器のデューティ比を制御する変換器制御部と、
を備え、
前記変換器制御部が、
前回のサンプリング時に求められた出力電力を参照電力として記憶する電力記憶部と、
前記ＤＣ−ＤＣ変換器に対して前記デューティ比を指示するデューティ比指示部と、
前回のサンプリングに対応するデューティ比指示値を参照指示値として記憶する指示値記憶部と、
前記参照指示値からの前記デューティ比指示値の変化量として、正の第１変化量または負の第２変化量を選択する変化量決定部と、
前回のサンプリングに対応する前記デューティ比指示値の変化量の正負の符号を参照符号として記憶する符号記憶部と、
を備え、
前記第１変化量の絶対値が、前記第２変化量の絶対値よりも小さく、
前記変化量決定部において、前記電力検出部にて求められた前記出力電力が、前記参照電力以上である場合、前記第１変化量および前記第２変化量から、前記参照符号に等しい符号の変化量が選択され、前記電力検出部にて求められた前記出力電力が、前記参照電力よりも小さい場合、前記第１変化量および前記第２変化量から、前記参照符号と異なる符号の変化量が選択される、風力発電装置。
【請求項２】
前記ＤＣ−ＤＣ変換器からの出力電流により充電される蓄電池と、
前記電力検出部にて取得された前記出力電圧が、前記蓄電池の最大電圧よりも大きい場合、または、前記蓄電池の最低電圧よりも小さい場合に、前記ＤＣ−ＤＣ変換器の動作を停止する変換器停止部と、
をさらに備える、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記ＤＣ−ＤＣ変換器からの出力電流により充電される蓄電池と、
前記電力検出部にて取得された前記出力電流が、前記蓄電池の充電時の定格電流よりも大きい場合に、前記デューティ比指示部からの前記ＤＣ−ＤＣ変換器に対するデューティ比指示値を、所定の大きさだけ小さくする過電流保護部と、
をさらに備える、請求項１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、風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、風力発電装置では、出力電力が最大となるように、様々な制御が行われている。例えば、特開２００６−１４９０５５号公報に記載の風力発電設備では、最大電力を取り出したときの電圧変換装置３の出力電力と、風力発電機２の出力電圧との相関関係を示す特性データが、制御回路８に予め記憶される。特性データは、最大電力点を結ぶ曲線上の電圧変換装置３の出力電力と、風力発電機２の出力電圧とを段階的に示している（段落００１８）。当該風力発電設備では、風力発電機２の出力電圧、および、電圧変換装置３の出力電力が測定される。そして、風力発電機２の出力電圧、および、電圧変換装置３の出力電力を、上記特性データにおける最大電力点を結ぶ曲線に近づけるための垂下電流値が算出されて電圧変換装置３へと通知される（段落００１９，００２０）。
【０００３】
特開２００３−１２０５０４号公報に記載の風力発電装置では、風速検出器２１により風速が検出される。そして、回転速度指令演算器２２により、風速の検出値に基づいて、最も効率良く風のエネルギーを受けることのできる風車１の回転速度が求められる。求められた回転速度は、回転速度制御器１２への回転速度指令として出力され、回転速度指令に基づいて風車１が運転される（段落００１８）。
【０００４】
特開２００３−１３４８９０号公報に記載の風力発電装置では、発電機速度推定器１０により、３相／２相変換器９の出力する２軸成分の電圧および電流信号に基づいて、同期発電機２の速度が推定される（段落００１０）。これにより、発電機速度センサを用いることなく、風車に接続された同期発電機が可変速駆動される（段落０００７）。
【０００５】
一方、特開昭５７−２０６９２９号公報は、光電池の最大出力電力制御方式に関するものである。第４図の光電池１を電源とし、他励変換器２を用いたＤＣ−ＡＣ変換システムでは、他励変換器２の電圧設定値を増加または減少方向に変化させたときに、光電池１の出力電力が増加した場合には、さらに電圧設定値を同じ方向に変化させる制御が行われる。また、光電池１の出力電力が減少した場合には、電圧設定値を逆の方向に変化させる制御が行われる（４頁左上欄１２行〜右上欄９行）。
【特許文献１】特開２００６−１４９０５５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０５０４号公報
【特許文献３】特開２００３−１３４８９０号公報
【特許文献４】特開昭５７−２０６９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特開２００６−１４９０５５号公報に記載の制御方法では、風力発電設備の特性データを予め取得して制御回路８に記憶させておく必要がある。このため、風車や風力発電機の仕様等が変更されると、特性データを再取得しなければならない。また、複数の風力発電設備のそれぞれについて、設備固有の特性データを取得しなければならない。したがって、汎用性の高い制御を行うことが困難である。
【０００７】
特開２００３−１２０５０４号公報に記載の制御方法では、風車の回転速度を継続的に取得する必要があるため、風力発電装置の構造が複雑化し、装置の製造コストが増大するおそれがある。また、特開２００３−１３４８９０号公報に記載の制御方法では、同期発電機２の特性に基づいて同期発電機２の速度の推定が行われるため、同期発電機２の仕様等が変更されると、特性データを再取得しなければならず、汎用性が高い制御を行うことが困難である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、風力発電装置において、風速変化に対して高出力を維持する制御を容易に実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の例示的な一の側面に係る風力発電装置は、風車と、前記風車に回転部が接続された発電機と、前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、前記ＡＣ−ＤＣ変換器から出力される直流電力の電圧を変換するＤＣ−ＤＣ変換器と、サンプリング周期にて前記ＤＣ−ＤＣ変換器からの出力電流および出力電圧をサンプリングして出力電力を求める電力検出部と、前記出力電力に基づいて前記ＤＣ−ＤＣ変換器のデューティ比を制御する変換器制御部と、を備え、前記変換器制御部が、前回のサンプリング時に求められた出力電力を参照電力として記憶する電力記憶部と、前記ＤＣ−ＤＣ変換器に対して前記デューティ比を指示するデューティ比指示部と、前回のサンプリングに対応するデューティ比指示値を参照指示値として記憶する指示値記憶部と、前記参照指示値からの前記デューティ比指示値の変化量として、正の第１変化量または負の第２変化量を選択する変化量決定部と、前回のサンプリングに対応する前記デューティ比指示値の変化量の正負の符号を参照符号として記憶する符号記憶部と、を備え、前記第１変化量の絶対値が、前記第２変化量の絶対値よりも小さく、前記変化量決定部において、前記電力検出部にて求められた前記出力電力が、前記参照電力以上である場合、前記第１変化量および前記第２変化量から、前記参照符号に等しい符号の変化量が選択され、前記電力検出部にて求められた前記出力電力が、前記参照電力よりも小さい場合、前記第１変化量および前記第２変化量から、前記参照符号と異なる符号の変化量が選択される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、風速変化に対して高出力を維持する制御を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、一の実施形態に係る風力発電装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、発電機の断面図である。
【図３】図３は、ステータおよびロータの平面図である。
【図４】図４は、ＤＣ−ＤＣ変換器の１回の制御サイクルの流れを示す図である。
【図５】図５は、風車の回転数とＤＣ−ＤＣ変換器からの出力電力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一の実施形態に係る風力発電装置１の全体構成を示す図である。風力発電装置１は、風車２と、発電機３と、ＡＣ−ＤＣ変換器４１と、ＤＣ−ＤＣ変換器４２と、電力検出部４３と、変換器制御部５と、蓄電池６と、変換器停止部７１と、過電流保護部７２と、を含む。発電機３の後述する回転部３２（図２参照）は、風車２の回転軸２１に接続される。
【００１３】
風力発電装置１では、風車２が風を受けて回転することにより、発電機３の回転部３２が回転する。これにより、風車２により発生する運動エネルギーが、発電機３により電気エネルギーに変換される。発電機３では、風車２の回転速度に応じた可変周波数の交流電力が発生する。発電機３から出力される交流電力は、ＡＣ−ＤＣ変換器４１へと導かれ、ＡＣ−ＤＣ変換器４１により直流電力に変換される。ＡＣ−ＤＣ変換器４１としては、例えば、ダイオードブリッジが使用される。ＡＣ−ＤＣ変換器４１から出力される直流電力の電圧は、ＤＣ−ＤＣ変換器４２により、所定の電圧に変換される。蓄電池６は、ＤＣ−ＤＣ変換器４２に接続され、ＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電流により蓄電される。
【００１４】
電力検出部４３は、所定のサンプリング周期にてＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電流および出力電圧をサンプリングし、ＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電力を求める。変換器停止部７１は、電力検出部４３にて取得された出力電圧が、蓄電池６の最大電圧よりも大きい場合、または、蓄電池６の最低電圧よりも小さい場合に、ＤＣ−ＤＣ変換器４２の動作を停止する。変換器停止部７１は、出力電圧に基づいて蓄電池６の定格電圧を判定し、蓄電池６の最大電圧および最低電圧を設定する機能を有する。過電流保護部７２は、電力検出部４３にて取得された出力電流が、蓄電池６の充電時の定格電流よりも大きい場合に、後述するデューティ比指示部５２からのＤＣ−ＤＣ変換器４２に対するデューティ比指示値を、所定の大きさだけ小さくする。過電流保護部７２によるデューティ比指示値の変更は、デューティ比指示部５２によるデューティ比の指示よりも優先される。
【００１５】
変換器制御部５は、ＤＣ−ＤＣ変換器４２をＰＭＷ（Pulse Width Modulation）方式にて制御する。具体的には、ＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電力に基づいて、ＤＣ−ＤＣ変換器４２のデューティ比が継続的に制御される。以下の説明では、電力検出部４３がＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電力を求め、変換器制御部５がＤＣ−ＤＣ変換器４２に対してデューティ比を指示する１回のサイクルを「制御サイクル」という。また、現在実行中の制御サイクルよりも前に行われた制御サイクルのうち、最新の制御サイクルを「前回の制御サイクル」という。さらに、前回の制御サイクルにおいて行われた出力電流および出力電圧の取得であるサンプリングを、「前回のサンプリング」という。
【００１６】
図２は、発電機３の断面図である。以下の発電機３に係る説明では、発電機３の中心軸Ｊ１方向における上側を単に「上側」と呼び、下側を単に「下側」と呼ぶ。上下方向は、発電機３が風力発電装置１に組み込まれたときの上下方向を示すものではない。また、中心軸Ｊ１を中心とする周方向を、単に「周方向」と呼び、中心軸Ｊ１を中心とする径方向を、単に「径方向」と呼ぶ。
【００１７】
発電機３はインナーロータ型である。発電機３は、静止部３１と、回転部３２と、軸受機構３３と、を含む。軸受機構３３は、発電機３の中心軸Ｊ１を中心に回転部３２を静止部３１に対して回転可能に支持する。
【００１８】
静止部３１は、ハウジング３１１と、ステータ３１２と、ブラケット３１３と、を含む。ハウジング３１１は、有底略円筒状である。ステータ３１２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状であり、ハウジング３１１の内側面に取り付けられる。ブラケット３１３は、略環状であり、ハウジング３１１の上端に取り付けられる。ステータ３１２は、ステータコア３１４と、インシュレータ３１５と、コイル３１６と、を含む。ステータコア３１４は、薄板状の磁性鋼板が積層されて形成される。インシュレータ３１５は、ステータコア３１４の表面を被覆する絶縁体である。
【００１９】
回転部３２は、いわゆるロータである。以下、回転部３２を「ロータ３２」と呼ぶ。ロータ３２は、略円柱状である。ロータ３２は、ステータ３１２の内側にて中心軸Ｊ１を中心に回転可能に支持される。ロータ３２は、シャフト３２１と、ロータ本体３２２と、ロータマグネット３２３と、を含む。シャフト３２１は、中心軸Ｊ１を中心として配置される。ロータ本体３２２は、略円柱状であり、シャフト３２１に固定される。ロータ本体３２２は、薄板状の磁性鋼板が積層されて形成される。ロータマグネット３２３は、ロータ本体３２２内に配置される。
【００２０】
軸受機構３３は、上部ボールベアリング３３１と、下部ボールベアリング３３２と、を含む。上部ボールベアリング３３１は、ブラケット３１３の内周面に取り付けられる。下部ボールベアリング３３２は、ハウジング３１１の底部中央に取り付けられる。シャフト３２１は、ブラケット３１３の開口を介してブラケット３１３の上側に突出する。シャフト３２１は、上部ボールベアリング３３１および下部ボールベアリング３３２により中心軸Ｊ１を中心に回転可能に支持される。シャフト３２１は、図１に示す風車２の回転軸２１に接続される。
【００２１】
図３は、ステータ３１２およびロータ３２の平面図である。インシュレータ３１５の図示は省略している。ステータコア３１４は、１２本のティース３１７と、コアバック３１８と、を含む。ステータコア３１４を構成する積層鋼板の各層は、周方向において連続する１枚の金属板である。コアバック３１８は環状である。ティース３１７は、コアバック３１８から中心軸Ｊ１に向かって、すなわち、ロータ３２に向かって突出する。ティース３１７は、周方向において等ピッチにて配置される。各ティース３１７上に図２に示すインシュレータ３１５を介して導線が巻回されることにより、コイル３１６が形成される。コイル３１６は集中巻きにて形成され、１つのティース３１７に１つのコイル３１６が形成される。
【００２２】
ロータ本体３２２は、中心軸Ｊ１に平行に形成された１０個の孔３２４を有する。孔３２４は、周方向におよそ等ピッチにて配置される。１０個の孔３２４内には、１０個のロータマグネット３２３がそれぞれ挿入されて保持される。実際には、ロータ本体３２２の上面および下面には、ロータマグネット３２３の抜け止めが設けられる。ロータ３２がステータ３１２に対して回転することにより、ステータ３１２から電力が取り出される。発電機３のステータ３１２からは、図１に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の出力線３４が引き出されてＡＣ−ＤＣ変換器４１に接続される。発電機３からの電流は、３つの出力線３４を介し、上述のように、ＡＣ−ＤＣ変換器４１へと導かれる。
【００２３】
変換器制御部５は、電力記憶部５１と、デューティ比指示部５２と、指示値記憶部５３と、変化量決定部５４と、符号記憶部５５と、を含む。電力記憶部５１は、前回のサンプリング時に電力検出部４３により求められたＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電力を、参照電力として記憶する。デューティ比指示部５２は、ＤＣ−ＤＣ変換器４２に対してデューティ比を指示する。指示値記憶部５３は、前回の制御サイクルにおいてデューティ比指示部５２によりＤＣ−ＤＣ変換器４２に指示されたデューティ比指示値を、参照指示値として記憶する。すなわち、参照指示値は、前回のサンプリングに対応するデューティ比指示値である。
【００２４】
変化量決定部５４は、現在実行中の制御サイクルにおいて、デューティ比指示値を、参照指示値からどれだけ変化させるかを決定する。変化量決定部５４は、第１比較器５４１と、第２比較器５４２と、を含む。符号記憶部５５は、前回の制御サイクルにおいて変化量決定部５４により決定されたデューティ比指示値の変化量、すなわち、前回のサンプリングに対応するデューティ比指示値の変化量の正負の符号を、参照符号として記憶する。本実施形態では、参照符号が正の場合、参照符号を示す数値として「＋１」が符号記憶部５５に記憶され、参照符号が負の場合、符号記憶部５５に「−１」が記憶される。電力記憶部５１、指示値記憶部５３および符号記憶部５５として、例えば、メモリが使用される。
【００２５】
次に、風力発電装置１におけるＤＣ−ＤＣ変換器４２の制御の流れについて説明する。以下では、既にＤＣ−ＤＣ変換器４２の制御が継続的に行われているものとして、１回の制御サイクルについて説明する。したがって、電力記憶部５１、指示値記憶部５３および符号記憶部５５にはそれぞれ、前回のサンプリングに係る参照電力、参照指示値および参照符号が記憶されている。図４は、ＤＣ−ＤＣ変換器４２の１回の制御サイクルの流れを示す図である。
【００２６】
ＤＣ−ＤＣ変換器４２の制御では、まず、電力検出部４３により、ＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電流および出力電圧がサンプリングされる（ステップＳ１１）。続いて、ＤＣ−ＤＣ変換器４２の出力電流および出力電圧から出力電力が求められる（ステップＳ１２）。ＤＣ−ＤＣ変換器４２の出力電力は、変化量決定部５４の第１比較器５４１へと送られる。第１比較器５４１では、ＤＣ−ＤＣ変換器４２の出力電力と電力記憶部５１に記憶されている参照電力とが比較される（ステップＳ１３）。出力電力が参照電力以上である場合は、第１比較器５４１から「＋１」が出力され（ステップＳ１４）、出力電力が参照電力よりも小さい場合は、第１比較器５４１から「−１」が出力される（ステップＳ１５）。なお、上記説明における「参照電力以上である場合」および「参照電力よりも小さい場合」は、「参照電力よりも大きい場合」および「参照電力以下の場合」に置き換えられても実質的に同じである。以下の説明における他の比較動作においても同様である。電力検出部４３により求められたＤＣ−ＤＣ変換器４２の出力電力は、電力記憶部５１へも送られ、次回の制御サイクルにて利用される参照電力として記憶される。
【００２７】
変化量決定部５４では、第１比較器５４１から出力された数値である「＋１」または「−１」と、符号記憶部５５に記憶されている参照符号を示す数値である「＋１」または「−１」との積が、第２比較器５４２に入力される（ステップＳ１６）。第１比較器５４１から「＋１」が出力され、参照符号を示す数値が「＋１」の場合は、第２比較器５４２に「＋１」が入力される。第１比較器５４１から「＋１」が出力され、参照符号を示す数値が「−１」の場合は、第２比較器５４２に「−１」が入力される。第１比較器５４１から「−１」が出力され、参照符号を示す数値が「＋１」の場合は、第２比較器５４２に「−１」が入力される。第１比較器５４１から「−１」が出力され、参照符号を示す数値が「−１」の場合は、第２比較器５４２に「＋１」が入力される。
【００２８】
第２比較器５４２では、第１比較器５４１から入力された数値と「０」とが比較される（ステップＳ１７）。第１比較器５４１から入力された数値が「＋１」である場合、すなわち、０以上である場合、第２比較器５４２からデューティ比指示部５２へと、デューティ比指示値の変化量として、正の値である第１変化量「＋Ｎ」が出力される（ステップＳ１８）。また、第１比較器５４１から入力された数値が「−１」である場合、すなわち、０よりも小さい場合、第２比較器５４２からデューティ比指示部５２へと、デューティ比指示値の変化量として、負の値である第２変化量「−Ｍ」が出力される（ステップＳ１９）。
【００２９】
換言すれば、変化量決定部５４では、電力検出部４３にて求められたＤＣ−ＤＣ変換器４２の出力電力が、参照電力以上である場合、第１変化量「＋Ｎ」および第２変化量「−Ｍ」から、参照符号に等しい符号の変化量が選択され、ＤＣ−ＤＣ変換器４２の出力電力が、参照電力よりも小さい場合、第１変化量「＋Ｎ」および第２変化量「−Ｍ」から、参照符号と異なる符号の変化量が選択される。第１変化量の絶対値「Ｎ」は、第２変化量の絶対値「Ｍ」よりも小さい。第２比較器５４２から出力されたデューティ比指示値の変化量は、符号記憶部５５へも送られ、当該変化量の符号が、次回の制御サイクルにて利用される参照符号として記憶される。
【００３０】
デューティ比指示部５２では、第２比較器５４２から入力された変化量を、指示値記憶部５３に記憶されている参照指示値に加えることにより、デューティ比指示値が求められる（ステップＳ２０）。デューティ比指示値は、デューティ比指示部５２からＤＣ−ＤＣ変換器４２へと出力される。ＤＣ−ＤＣ変換器４２のデューティ比は、デューティ比指示値に等しくなるように変更される（ステップＳ２１）。デューティ比指示部５２から出力されたデューティ比指示値は、指示値記憶部５３へも送られ、次回の制御サイクルにて利用される参照指示値として記憶される。風力発電装置１では、ステップＳ１１〜Ｓ２１に示す制御サイクルが繰り返される。１回の制御サイクルにてデューティ比が変更されてから、次の制御サイクルにてデューティ比が変更されるまでの時間、すなわち、デューティ比の更新周期は、風車２のブレードの時定数等に基づき、デューティ比の変更が風車２の回転数に反映される程度に大きく、かつ、風速の変化に追随できる程度に小さく設定される。上記時定数としては、例えば、風車２とロータ３２とのイナーシャに基づいて定義される機械的時定数が利用される。
【００３１】
図５は、風車２の回転数とＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電力との関係を示す図である。図５中の破線８１は、風速が秒速３ｍで一定である場合の風車２の回転数とＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電力との関係を示す。また、破線８２〜８６はそれぞれ、風速が秒速４ｍ，５ｍ，６ｍ，７ｍ，８ｍで一定である場合の風車２の回転数とＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電力との関係を示す。破線８１〜８６は、風洞実験により求められたものである。破線８１〜８６を求める際には、変換器制御部５によるＤＣ−ＤＣ変換器４２の制御は行われていない。
【００３２】
図５中の四角印９１は、変換器制御部５によるＤＣ−ＤＣ変換器４２に対する上述の制御が行われている状態で、風速をランダムに変更した場合の風車２の回転数とＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電力との関係を示す。また、実線９２は、変換器制御部によるＤＣ−ＤＣ変換器に対する制御において、第１変化量の絶対値と第２変化量の絶対値とを等しくした場合の風車の回転数とＤＣ−ＤＣ変換器からの出力電力との関係を示す。以下、実線９２に対応する制御を、「比較例の制御」という。四角印９１，実線９２は、シミュレーションにより求められたものである。
【００３３】
風力発電装置１では、図５中の破線８１〜８６に示すように、各風速において最も出力電力が大きくなる風車２の回転数が存在する。二点鎖線８７は、破線８１〜８６のピークを近似的に結んだ線である。風力発電装置１では、風車２の回転数とＤＣ−ＤＣ変換器４２からの出力電力との関係が、二点鎖線８７に近いほど、風速変化に対する追随性が良く、発電効率が高いといえる。
【００３４】
ところで、ＤＣ−ＤＣ変換器の出力制御が行われていない風力発電装置では、風速が急激に低下すると、ＤＣ−ＤＣ変換器からの出力がブレーキの役割を果たし、風車の回転数が急激に低下する。その後、風速が増加しても、一旦低下した風車の回転数を増加させるには、ある程度の時間を要するため、風車の回転数は風速に適した回転数までなかなか戻らず、発電効率は低くなってしまう。
【００３５】
また、ＤＣ−ＤＣ変換器のデューティ比の制御が行われる場合であっても、比較例の制御のように、第１変化量の絶対値と第２変化量の絶対値とを等しくした場合、風速の急激な低下に追随してデューティ比を大きく下げることが可能なように第２変化量を設定すると、第１変化量が大きくなりすぎて、風速変化に対するデューティ比の変動が過剰となる。すなわち、ＤＣ−ＤＣ変換器４２の安定した制御が困難となる。一方、デューティ比を安定して制御できる程度に第１変化量を小さく設定すると、第２変化量の絶対値も小さくなるため、風速の急激な低下に追随してデューティ比を大きく下げることが困難となる。その結果、風車の回転数が急激に低下して発電効率が低くなってしまう。すなわち、図５に示すように、風車の回転数とＤＣ−ＤＣ変換器からの出力電力との関係が、二点鎖線８７から離れてしまう。
【００３６】
本実施形態に係る風力発電装置１の変化量決定部５４では、上述のように、電力検出部４３にて求められたＤＣ−ＤＣ変換器４２の出力電力が、参照電力以上である場合、第１変化量「＋Ｎ」および第２変化量「−Ｍ」から、参照符号に等しい符号の変化量が選択され、ＤＣ−ＤＣ変換器４２の出力電力が、参照電力よりも小さい場合、第１変化量「＋Ｎ」および第２変化量「−Ｍ」から、参照符号と異なる符号の変化量が選択される。そして、第１変化量の絶対値「Ｎ」は、第２変化量の絶対値「Ｍ」よりも小さい。このため、風速が急激に低下した場合であっても、デューティ比を大きく低下させることにより、風車２の回転数が急激に低下することを防止することができる。また、風速が増加した場合も、１回の制御サイクルにおいて、第２変化量の絶対値「Ｍ」よりも小さい絶対値を有する第１変化量「＋Ｎ」だけデューティ比を増加させることにより、安定した制御を実現することができる。以上のように、風力発電装置１では、風速変化に対して高出力を維持する制御を容易に実現することができる。
【００３７】
このように、風力発電装置１では、風車２や発電機３の特性を示すデータを予め取得することなく、風力発電装置１の制御を行うことができるため、風力発電装置１の構造は、様々な種類の風車や発電機を有する風力発電装置に容易に適用することができる。換言すれば、風力発電装置１の構造を適用することにより、汎用性の高い制御を実現することができる。また、風車の回転速度や風速を取得することなく、風力発電装置１の制御を行うことができるため、風力発電装置１の構造を簡素化することができる。これにより、風力発電装置１の製造コストを低減することができる。
【００３８】
風力発電装置１では、電力検出部４３にて取得された出力電圧が、蓄電池６の最大電圧よりも大きい場合、または、前記蓄電池の最低電圧よりも小さい場合に、変換器停止部７１によりＤＣ−ＤＣ変換器４２の動作が停止される。これにより、蓄電池６の過充電を防止することができる。また、電力検出部４３にて取得された出力電流が、蓄電池６の定格電流よりも大きい場合に、過電流保護部７２により、デューティ比指示部５２からのＤＣ−ＤＣ変換器４２に対するデューティ比指示値が、所定の大きさだけ小さくされる。これにより、過電流による各構成の焼損等を防止することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００４０】
例えば、風車２や発電機３の構造は、上記実施形態に記載したものには限定されず、様々に変更されてよい。変換器制御部５は、電子回路や機械的なハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよい。変換器制御部５がハードウェアにより実現される場合、電力記憶部５１、指示値記憶部５３および符号記憶部５５として、例えば、積分回路のように信号を遅延させる機能を有する回路を用いることができる。
【００４１】
上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせられてよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、風力発電装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１    風力発電装置
２    風車
３    発電機
５    変換器制御部
６    蓄電池
３２    回転部
４１    ＡＣ−ＤＣ変換器
４２    ＤＣ−ＤＣ変換器
４３    電力検出部
５１    電力記憶部
５２    デューティ比指示部
５３    指示値記憶部
５４    変化量決定部
５５    符号記憶部
７１    変換器停止部
７２    過電流保護部
Ｓ１１〜Ｓ２１    ステップ
【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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