(57)【要約】【課題】風力から電力へのエネルギ変換効率を向上する。【解決手段】本システム１ａを、各風速下における風力を受けて回転するロータによって三相交流電力を発電し、平滑回路を介して、２４Ｖバッテリ直結可能に構成された定格出力電圧２４Ｖの風力発電機２と、風力発電機２の発電電力を充電する充電装置４ａと、負荷８とから構成する。そして、充電装置４ａを、ＰＷＭ駆動信号によりスイッチング動作するスイッチング素子Ｑによって、風力発電機２から供給されたリアクトルＬのリアクトル電流Ｉ２を増減させるチョッパ回路１１ａと、ＰＷＭ駆動信号Ｇを生成してリアクトル電流Ｉ２を増減制御するリアクトル電流制御手段１３ａと、チョッパ回路１１ａを介して風力発電機２の出力電力を充電する定格充電電圧２４Ｖのバッテリ２１ａとによって構成する。【選択図】図１
2009284570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のＰＷＭ駆動信号によりスイッチング動作するスイッチング素子によって、小型風力発電機から供給されたリアクトルのリアクトル電流を増減させるチョッパ回路と、前記チョッパ回路を介して前記小型風力発電機の出力電力を充電する蓄電手段と、前記ＰＷＭ駆動信号を生成して前記リアクトル電流を増減制御するリアクトル電流制御手段と、を備える小型風力発電充電装置であって、
前記リアクトル電流制御手段は、
各風速下における前記小型風力発電機の出力電力、及びロータの回転数の関係を予め測定して得た出力特性から、山登り法に基づき所定の周期毎に前記出力電力を最大電力点に近づけるための最大電力点追随制御信号を生成する最大電力点追随制御信号生成手段と、
検出した前記小型風力発電機の出力電圧に比例する比例成分信号を前記最大電力点追随制御信号に加算して、前記リアクトル電流の電流指令値を生成するリアクトル電流指令値生成手段と、
生成した前記リアクトル電流指令値と検出した前記リアクトル電流に基づき前記ＰＷＭ駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、を備える、
ことを特徴とする小型風力発電充電装置。
【請求項２】
前記最大電力点追随制御信号生成手段は、
検出した前記小型風力発電機の出力電圧およびリアクトル電流に対して、両方の値の増減傾向を前記周期毎に判断する増減傾向判断手段と、
前記増減傾向判断手段によって両方の値が共に同じ増減傾向であると判断された場合、負の基準値を出力する一方、異なる増減傾向であると判断された場合、正の基準値を出力するように切り替える基準値出力切替手段と、
前記基準値出力切替手段から出力された負または正の基準値を前記周期で積分して前記最大電力点追随制御信号として出力する基準値積分手段と、からなる、
請求項１に記載の小型風力発電充電装置。
【請求項３】
前記チョッパ回路は、降圧または昇圧チョッパ回路のうち少なくとも昇圧チョッパ回路を有し、
前記最大電力点追随制御信号生成手段は、
前記増減傾向判断手段によって少なくとも前記出力電圧が増加傾向であると判断された場合、前記出力電圧が予め設定した第１の設定電圧まで上昇した時、前記小型風力発電機の出力電力が予め設定した第１の設定電力以下であれば、前記基準値出力切替手段から出力された前記正の基準値を所定倍して前記基準値積分手段に出力する一方、
前記出力電圧が前記第１の設定電圧から予め設定した第２の設定電圧まで低下した時、前記基準値出力切替手段から出力された前記負または正の基準値を所定倍せずに前記基準値積分手段に出力するように切り替える基準値所定倍切替手段を備える、
請求項２に記載の小型風力発電充電装置。
【請求項４】
前記駆動信号生成手段は、
前記出力電圧が前記第１の設定電圧まで上昇した時、前記小型風力発電機の出力電力が前記第１の設定電力以上であれば、第２の設定電力以下になるまで前記スイッチング素子をオフする、
請求項３に記載の小型風力発電充電装置。
【請求項５】
前記蓄電手段は、
その定格充電電圧が、前記小型風力発電機の定格出力電圧よりも大きい、
請求項１乃至４のいずれかに記載の小型風力発電充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型風力発電機で生成された発電電力を充電する小型風力発電充電装置に関し、特に風速変化に高速に追随できるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型風力発電システムにおいて、風力発電機出力は常に変動し不安定であるため、風力発電電力を一旦バッテリに充電し、このバッテリから安定した電力を負荷に供給するようにしている。そして、充電方法は、特許文献１で開示されているように、風力発電機出力を整流後直接バッテリに接続する方法が一般的であった。
この充電方法には、出力電圧がバッテリで固定されるため（ある風速における動作点＝回転数は、出力電圧がバッテリ電圧と等しくなる一点のみとなる）、風力発電機の最大電力点からずれた動作点での運転が多くなり、風力エネルギを電気エネルギに変換する効率が低いという問題があった。
また、太陽光発電システムでは、エネルギー変換効率を高めるため最大電力点追随機能を付加することが一般的であるが、小型風力発電の充電装置に最大電力点追随機能を付加した技術の開示例は極めて少なく、完成された技術に至っていなかった。
【０００３】
例えば、太陽光発電システムの最大電力点追随制御で一般に採用されている山登り法を風力発電に適用すると、次のような制御になる。図４（ａ）、（ｂ）の風力発電機の出力特性図において、最大電力点より高回転側では電圧減のとき電力増、電圧増のとき電力減となり、電圧と電力の増減傾向は逆になる。最大電力点より低回転側では電圧増のとき電力増、電圧減のとき電力減となり、電圧と電力の増減傾向は同じになる。なお、一定風速下では電圧と電流の増減傾向は常に逆相になる。このため、電圧と電力の増減傾向を一定の周期で調べることにより、現在の動作点が最大電力点より高回転側にあるか低回転側にあるかを判別でき、動作点が高回転側なら次の周期の間は電流を増加して、また、動作点が低回転側なら次の周期の間は電流を減少して、動作点を常に最大電力点に近づけるようにする。
【０００４】
図５（ａ）、（ｂ）に示す小型風力発電充電装置４４では、降圧チョッパ回路５１（又は昇圧チョッパ）のリアクトル電流値をリアクトル電流制御手段５３で制御（＝調整）することにより、最大電力点追随機能を付加することができるが、上記の山登り法を適用する場合、電圧と電力の増減判断を確実に行うため、判別周期を比較的長くしなければならなかった（例えば５０ｍｓ程度）。また、電流変化速度を早くし過ぎると動作が不安定になるため、電流がゆっくり変化するよう制御しなければならなかった。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１６００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この降圧チョッパ方式の場合、二次電力が最大となるように二次電流Ｉ２（リアクトル電流）を制御して最大電力点追随制御を行う（二次電圧Ｖ２＝バッテリ電圧＝一定のため二次電力Ｐ２を制御していると言うこともできる）。この制御過程において、二次電流Ｉ２を増加して高回転側から最大電力点に向かって動作点を移動していき最大電力点に至った後、次の判断タイミングまでの期間、電流指令値がなお大きくなった場合、現在の風況における最大一次電力（例えば、最大電力点がＶ１＝４８Ｖ、Ｉ１＝１Ａ、Ｐ１＝４８Ｗ）に対し制御装置が要求する二次電力の方がわずかに大きくなったことになる（例えば、バッテリ電圧２４Ｖ、指令電流Ｉ２＝２．０１Ａ、要求二次電力Ｐ２＝４８．２４Ｗ）。この時、リアクトル電流制御手段５３はスイッチング素子Ｑの駆動信号のデューティをわずかに大きくして、二次電流指令値ｍに等しい二次電流Ｉ２を流す。このため、一次電流Ｉ１が増加し、一次電圧Ｖ１及び一次電力Ｐ１が低下して、動作点が低回転側に少し移動する。一次電力Ｐ１が低下するが、二次電流指令値ｍは同一周期の間は微増し続けるので、デューティが更に大きくなるというサイクルが繰り返されて、動作点が低回転側に一気に移動する現象が発生する場合があった。
【０００７】
このサイクル中に（電力増、電圧減なので山登り法による）二次電流指令値ｍが減少に転じても、その変化量が小さいためとめることができなかった。最後に、一次側電圧Ｖ１がバッテリ電圧程度まで低下すると、一次側電圧Ｖ１はバッテリ電圧でクランプされて一定電圧になって制御不能となり、風力変化等で制御が回復するまでの間この状態が継続した。この状態でもバッテリへの充電は継続されるが、その電力が最大電力に対し相当低くなる風速の場合には、その間エネルギ変換効率が低下するという問題があった。
【０００８】
また、風力が急に強くなったとき、電流の変化がゆっくりであるため、発電機のパワーアップに応じて電圧が急上昇し（電流及び電力は小さく変化）、動作点が最大電力点から大きくずれた高回転側になる現象が発生し、このことによってもエネルギ変換効率が低下するという問題があった。なお、風力が急に弱くなる場合は、電圧低下により電力も低下し、山登り法による電流指令が減となるので、良好な最大電力点追随制御が実現できた。
【０００９】
一方、昇圧チョッパ方式の場合は、一次電力（発電機出力電力）Ｐ１が最大となるよう一次電流（リアクトル電流）Ｉ１を直接制御するため、降圧チョッパ方式のような一次電流Ｉ１急増、一次電圧Ｖ１急減は発生しない。しかし、風力が急に強くなったとき、降圧チョッパ方式と同様、電圧が急上昇する現象が発生した（この間電流及び電圧の変化は小）。そして、入力電圧Ｖ１がバッテリ電圧以上になると、入力電圧Ｖ１＝バッテリ電圧（一定）となって制御不能となり、風力変化等で制御が回復するまでの間この状態が継続した。この状態でもバッテリへの充電は継続されるが、その電力が最大電力に対し相当低くなる風速の場合には、エネルギ変換効率（充電効率）が低下するという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明では上記課題を鑑み、風力から電力へのエネルギ変換効率を向上できる小型風力発電充電装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１の発明に係る小型風力発電充電装置は、所定のＰＷＭ駆動信号によりスイッチング動作するスイッチング素子によって、小型風力発電機から供給されたリアクトルのリアクトル電流を増減させるチョッパ回路と、前記チョッパ回路を介して前記小型風力発電機の出力電力を充電する蓄電手段と、前記ＰＷＭ駆動信号を生成して前記リアクトル電流を増減制御するリアクトル電流制御手段と、を備える小型風力発電充電装置であって、前記リアクトル電流制御手段が、各風速下における前記小型風力発電機の出力電力、及びロータの回転数の関係を予め測定して得た出力特性から、山登り法に基づき所定の周期毎に前記出力電力を最大電力点に近づけるための最大電力点追随制御信号を生成する最大電力点追随制御信号生成手段と、検出した前記小型風力発電機の出力電圧に比例する比例成分信号を前記最大電力点追随制御信号に加算して、前記リアクトル電流の電流指令値を生成するリアクトル電流指令値生成手段と、生成した前記リアクトル電流指令値と検出した前記リアクトル電流に基づき前記ＰＷＭ駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、を備えて構成される。
【００１２】
請求項２の発明に係る小型風力発電充電装置は、前記最大電力点追随制御信号生成手段が、検出した前記小型風力発電機の出力電圧およびリアクトル電流に対して、両方の値の増減傾向を前記周期毎に判断する増減傾向判断手段と、前記増減傾向判断手段によって両方の値が共に同じ増減傾向であると判断された場合、負の基準値を出力する一方、異なる増減傾向であると判断された場合、正の基準値を出力するように切り替える基準値出力切替手段と、前記基準値出力切替手段から出力された負または正の基準値を前記周期で積分して前記最大電力点追随制御信号として出力する基準値積分手段と、から構成される。
【００１３】
請求項３の発明に係る小型風力発電充電装置は、前記チョッパ回路が、降圧または昇圧チョッパ回路のうち少なくとも昇圧チョッパ回路を有し、前記最大電力点追随制御信号生成手段が、前記増減傾向判断手段によって少なくとも前記出力電圧が増加傾向であると判断された場合、前記出力電圧が予め設定した第１の設定電圧まで上昇した時、前記小型風力発電機の出力電力が予め設定した第１の設定電力以下であれば、前記基準値出力切替手段から出力された前記正の基準値を所定倍して前記基準値積分手段に出力する一方、前記出力電圧が前記第１の設定電圧から予め設定した第２の設定電圧まで低下した時、前記基準値出力切替手段から出力された前記負または正の基準値を所定倍せずに前記基準値積分手段に出力するように切り替える基準値所定倍切替手段を備えて構成される。
【００１４】
請求項４の発明に係る小型風力発電充電装置は、前記駆動信号生成手段が、前記出力電圧が前記第１の設定電圧まで上昇した時、前記小型風力発電機の出力電力が前記第１の設定電力以上であれば、第２の設定電力以下になるまで前記スイッチング素子をオフするように構成される。
【００１５】
請求項５の発明に係る小型風力発電充電装置は、前記蓄電手段の定格充電電圧が、前記小型風力発電機の定格出力電圧よりも大きくなるように構成される。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１、２の発明によれば、風力発電機の出力電圧である一次電圧成分を制御量に加えたので、チョッパ回路における、風速増加時の電圧の急上昇を制御でき、風速急上昇、急降下時の制御応答性を高めることができる。また、降圧チョッパ方式における風速一定時の電圧の急低下を防止できる。結果、制御安定性の高い小型風力発電充電装置を提供でき、小型風力発電システムに用いれば、風力から電力へのエネルギ変換効率を向上できる。
【００１７】
請求項３、４の発明によれば、前記基準値出力切替手段から出力された前記負または正の基準値を所定倍するかまたはせずに前記基準値積分手段に出力するように切り替える基準値所定倍切替手段を備えたので、所定電力範囲外での電圧クランプ現象の発生を防止できる。特に、請求項４の発明によれば、スイッチング素子のオンオフ動作に伴う損失を無くすことができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、電力動作点を強風時の最大電力点に近づけることができ、蓄電手段の充電効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る小型風力発電充電装置の一実施形態を示す風力発電システム１ａの回路構成図である。本システム１ａは、各風速下における風力を受けて回転するロータによって三相交流電力を発電し、平滑回路を介して、２４Ｖバッテリ直結可能に構成された定格出力電圧２４Ｖの小型風力発電機（以下、風力発電機とする）２と、風力発電機２の発電電力を充電する小型風力発電充電装置（以下、充電装置とする）４ａと、負荷８とから構成されている。
【００２０】
充電装置４ａは、所定のＰＷＭ駆動信号によりスイッチング動作するスイッチング素子Ｑによって、風力発電機２から供給されたリアクトルＬのリアクトル電流（二次電流）Ｉ２を増減させるチョッパ回路１１ａと、チョッパ回路１１ａに入力されるＰＷＭ駆動信号Ｇを生成してリアクトル電流Ｉ２を増減制御するリアクトル電流制御手段１３ａと、チョッパ回路１１ａを介して風力発電機２の出力電力を充電する蓄電手段である定格充電電圧２４Ｖのバッテリ２１ａと、を備えて構成されている。
【００２１】
チョッパ回路１１ａは、風力発電機２の正極出力段にスイッチング素子ＱとしてのＭＯＳＦＥＴとリアクトルＬとを直列に接続し、スイッチング素子Ｑの出力側をダイオードＤで接地して構成される降圧チョッパ回路が用いられている。
ここで、６１は風力発電機２の出力電圧（一次電圧）Ｖ１を検出する電圧センサ、６２はリアクトルＬのリアクトル電流（二次電流）Ｉ２を検出する電流センサである。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、リアクトル電流制御手段１３ａは、各風速下における風力発電機２の出力電力、出力電圧、出力電流及びロータ（風車）の回転数の関係を予め測定して得た出力特性（図４（ａ）、（ｂ）参照）から、山登り法に基づき所定の周期毎に風力発電機２の出力電力を最大電力点に近づけるための最大電力点追随制御信号ｍを生成する最大電力点追随制御信号生成手段１５ａと、検出した風力発電機２の出力電圧に比例する比例成分信号ｖを最大電力点追随制御信号ｍに加算して、リアクトル電流のリアクトル電流指令値ｉを生成するリアクトル電流指令値生成手段１７と、生成したリアクトル電流指令値ｉと検出したリアクトル電流Ｉ２に基づきチョッパ回路のＰＷＭ駆動信号Ｇを生成する駆動信号生成手段１９と、を備えて構成されている。
【００２３】
最大電力点追随制御信号生成手段１５ａは、電圧センサ６１および電流センサ６２で検出した風力発電機２の出力電圧Ｖ１およびリアクトル電流Ｉ２に対して、両方の値の増減傾向を所定の周期毎に判断する増減傾向判断手段２３と、増減傾向判断手段２３によって両方の値が共に同じ増減傾向であると判断された場合、負の基準値（＝−ｂ）を出力する一方、異なる増減傾向であると判断された場合、正の基準値（＝＋ａ）を出力するように切り替える基準値出力切替手段２４と、基準値出力切替手段２４から出力された負または正の基準値を積分して最大電力点追随制御信号ｍとして出力する基準値積分手段２６とから構成されている。
【００２４】
リアクトル電流指令値生成手段１７は、電圧センサ６１で検出した風力発電機２の出力電圧Ｖ１に比例する比例成分信号ｖを生成するとともに、その生成された比例成分信号ｖと前段から出力された最大電力点追随制御信号ｍとを加算演算して、演算結果をリアクトル電流Ｉ２のリアクトル電流指令値ｉとして出力する加算手段２８を備えて構成されている。
【００２５】
駆動信号生成手段１９は、加算手段２８から出力されたリアクトル電流指令値ｉとリアクトル電流Ｉ２との差分演算を行う加減算手段３１と、加減算手段３１の演算結果に対して比例及び積分制御についての演算を行う比例積分手段３２と、比例積分手段３２の演算結果と予め設定した周波数を有する三角波とを比較してスイッチング素子Ｑに入力される所定の周波数及びパルス幅のＰＷＭ駆動信号Ｇとして出力するコンパレータ３３とから構成されている。
【００２６】
次に、上記構成のシステム１ａにおいて、２４Ｖバッテリ直結用の風力発電機２の出力電力を定格充電電圧２４Ｖのバッテリ２１ａに充電する際の充電装置４ａによる充電動作を説明する。
【００２７】
最大電力点追随制御信号生成手段１５ａにおいて、増減傾向判断手段２３では、センサ６１，６２で検知した二次電流Ｉ２（二次電力Ｐ２の代用）と一次電圧Ｖ１について、両方の値の増減傾向を５０ｍｓの一定周期で調べている。また基準値出力切替手段２４では、増減傾向判断手段２３によって両方の値の増減傾向が同じであると判断された場合、負の基準値を出力する一方、増減傾向が逆である（異なる）と判断された場合、正の基準値を出力するように切り替える。そして基準値積分手段２６では、基準値出力切替手段２４の出力を次の５０ｍｓ間入力して山登り法に基づく最大電力点追随制御信号ｍを得ている。この時、ｍは時間軸に対して直線的に変化する信号波形となる。
【００２８】
リアクトル電流指令値生成手段１７の加算手段２８では、こうして得られたｍに一次電圧Ｖ１に比例する比例成分信号ｖを加算して、リアクトル電流の電流指令値であるリアクトル電流指令値（二次電流指令値）ｉを得ている。
【００２９】
ここで、図２は、風力一定状態で制御実行中のｍ，ｖ，ｉの関係を示す関係図である。ｖはｍより時間遅れがあるため、ｉは直線的には変化しない。ｍとｖは逆相となるが、ｍの変化幅がｖよりも大きくなるようｖの割合を設定して、ｍとｉが同相となるようにしている。また、風速変化等によって一次電圧Ｖ１が変化したとした場合、ｖの加算効果により電圧変化を打ち消すようｉが変化して制御電流が増減するが、初めの（原因の）一次電圧Ｖ１変化量よりも、それを打ち消すための（結果の）電圧変化量の方が大きくなるよう、ｖの割合を設定している。
【００３０】
次に、駆動信号生成手段１９において、加減算手段３１でｉと二次電流Ｉ２を比較して差分演算し、その差を無くすための制御量を比例積分手段３２で演算し、その出力と周波数１５．６ｋＨｚの三角波をコンパレータ３３で比較し、スイッチング素子Ｑのゲートを駆動してリアクトル電流Ｉ２を適正値にするためのＰＷＭ駆動信号Ｇを得ている。
【００３１】
以上のように充電装置４ａを構成したことにより、降圧チョッパ方式のチョッパ回路１１ａにおいて、一次側電力よりも大きな電力となる二次電流Ｉ２が流れ、一次電圧Ｖ１が一瞬少しだけ低下した場合でも、次の制御サイクル（制御周期は５０μｓ〜１００μｓ）においてこれが反映され、リアクトル電流指令値ｉは電圧変化を打ち消すに十分な値に減少し、駆動信号生成手段１９が即座に応答して二次電流Ｉ２が減少しだすため、電圧の急激な変化が抑制されるので、動作点が低回転側に急激に移動する現象を回避することができる。
【００３２】
また、チョッパ回路１１ａにおいて、風力が急に強くなったとき、一次電圧Ｖ１の急変がｖの追加効果により抑制されるため、まずリアクトル電流Ｉ２を増加して電力が増加する動作が始まり（この間、一次電圧Ｖ１は継続低下）、やがて、電圧低下のため電力増加が制限され、ついに電力が減少し始めると、次回の判断周期にこれが検出されてｍは減少に転じ、リアクトル電流Ｉ２が減少して電力が増加する状態に転じる（この間、一次電圧Ｖ１は継続上昇）。やがて、電流減少のため電力増加が制限され、ついに電力が減少し始めると、次回の判断周期にこれが検出されてｍは増加に転じ、再びリアクトル電流Ｉ２を増加して電力が増加する状態に転じる。この結果、電圧の急上昇を回避しつつ、それぞれの時点での風力発電機２の最大電力点をほぼ追随する動作が実現できる。
【００３３】
なお、風力が強まった場合、電圧と電流が同時に上昇して電力を増加するのが理想的であるが、上記構成の最大電力点追随制御においては、電圧減で電力増の時に電流増加運転、電圧増で電力増の時に電流減少運転となるので実現できない。ただし、風力変化が激しくて、風力発電機２が急速に高出力状態に移行する場合には、電圧と電流が同時に上昇する動作になるため、理想に近い最大電力点追随運転となる。
【００３４】
次に本発明の他の実施の形態を説明する。図３は、本発明に係る小型風力発電充電装置の他の実施形態を示す風力発電システムの回路構成図である。本システム１ｂは、図１のシステム１ａと同様に、２４Ｖバッテリ直結用の風力発電機２と、その発電電力を充電する充電装置４ｂと、負荷８とから構成されている。
【００３５】
充電装置４ｂは、図１の充電装置４ａと構成を比較した場合、主に以下の点が異なる。
（１）チョッパ回路１１ｂとして、風力発電機２の正極出力段にリアクトルＬとダイオードＤとを直列に接続し、リアクトルＬの出力側をスイッチング素子ＱとしてのＭＯＳＦＥＴで接地して構成される昇圧チョッパ回路が使用される点。
ここで、チョッパ回路１１ｂは、所定のＰＷＭ駆動信号によりスイッチング動作するスイッチング素子Ｑによって、風力発電機２から供給されたリアクトルＬのリアクトル電流Ｉ１を増減させるように構成されている。
（２）リアクトル電流制御手段１３ｂとして、最大電力点追随制御信号生成手段１５ｂが、増減傾向判断手段２３によって少なくとも出力電圧Ｖ１が増加傾向であると判断された場合、出力電圧Ｖ１が予め設定した第１の設定電圧まで上昇した時、風力発電機２の出力電力Ｐ１が予め設定した第１の設定電力以下であれば、基準値出力切替手段２４から出力された正の基準値を所定倍して基準値積分手段２６に出力する一方、出力電圧Ｖ１が第１の設定電圧から予め設定した第２の設定電圧まで低下した時、基準値出力切替手段２４から出力された負または正の基準値を所定倍せずに基準値積分手段２６に出力するように切り替える基準値所定倍切替手段２５を備える点。
（３）蓄電手段が、風力発電機２の定格出力電圧に対してほぼ２倍の定格充電電圧４８Ｖを備えるバッテリ２１ｂである点。
（４）出力電力Ｐ１は、出力電圧Ｖ１とリアクトル電流Ｉ１とを乗算する乗算手段３５と、乗算結果の信号に含まれる所定周波数成分を濾波手段であるローパスフィルタ３６とからなる出力電力演算手段３７によって演算される点。
【００３６】
充電装置４ｂの他の構成は、充電装置４ａと同様であり、説明を省略する。ここで、６３はリアクトルＬのリアクトル電流（一次電流）Ｉ１を検出する電流センサである。
【００３７】
以上のように充電装置４ｂを構成したことにより、昇圧チョッパ方式のチョッパ回路１１ｂにおいても、風力が急に強くなったとき、降圧チョッパ方式と同様の応答となるため、出力電圧Ｖ１の急上昇を回避しつつ、それぞれの時点での風力発電機２の最大電力点をほぼ追随する動作が実現できる。
【００３８】
ただし、図１の充電装置４ａでは、風力が急に強くなって、二次電流Ｉ２増（一次電圧Ｖ１低下）と二次電流Ｉ２減（一次電圧Ｖ１上昇）を繰り返して出力電力を増加する過程で、二次電流Ｉ２減（一次電圧Ｖ１上昇）モードのときに一次電圧Ｖ１がバッテリ２１ａの定格充電電圧（＝２４Ｖ）以上に上昇してしまい、一次電圧Ｖ１がバッテリ２１ａの定格充電電圧でクランプされる現象が発生する場合があり、一次電圧Ｖ１に比例する成分ｖを加算する改良のみでは、従来技術の問題点を完全に解消することはできなかった。
【００３９】
このため、昇圧チョッパ方式のチョッパ回路１１ｂには、基準値所定倍切替手段２５を電圧クランプ防止手段として付加し、風力があまり強くなくて発電電力が低い場合には、電圧クランプ現象の発生を回避するようにしている。
【００４０】
基準値所定倍切替手段２５による電圧クランプ回避動作は、以下のように行われる。一次電圧Ｖ１が第１の設定電圧（例えば４８Ｖ）まで上昇したとき、一次電力Ｐ１が第１の設定電力（例えば４０Ｗ）以下であれば、最大電力点追随制御を中止して、基準値積分手段２６に正の基準値の数倍の正の基準値（＝＋Ａ）を入力して、電力点追随制御信号ｍを急増することにより、一次電流Ｉ１を急増して、一次電圧Ｖ１を急速低下させ、一次電圧Ｖ１が第２の設定電圧（例えば４０Ｖ）まで低下したとき、通常の最大電力点追随制御に復帰するようにした。
【００４１】
なお、一次電圧Ｖ１が第１の設定電圧（＝４８Ｖ）まで上昇したときの一次電力Ｐ１が第１の設定電力（＝４０Ｗ）以上であれば、スイッチング素子Ｑをオフするように、駆動信号生成手段１９から出力されるＰＷＭ駆動信号を調整（または出力停止）し、風力発電機２をバッテリ２１ｂで直接充電する動作に切り替え、一次電力Ｐ１が第２の設定電力（例えば３５Ｗ）以下になるまで、この状態を維持し、一次電力Ｐ１が第２の設定電力（＝３５Ｗ）まで低下したとき、通常の最大電力点追随制御に復帰するようにしている。
【００４２】
この動作は、強風時には従来技術のバッテリ直接充電を行うものであるが、定格充電電圧が風力発電機２の定格出力電圧よりも大きい、その２倍の定格充電電圧のバッテリ２１ｂに充電するため、動作点が強風時の最大電力点に近いところになり、スイッチング素子Ｑの損失がゼロに成る点と合わせ効率のよいエネルギー変換が実現できる。
【００４３】
この場合の構成によれば、基準値出力切替手段２４から出力された負または正の基準値を所定倍するかまたはせずに基準値積分手段２６に出力するように切り替える基準値所定倍切替手段２５を備えたので、所定電力範囲外での電圧クランプ現象の発生を防止できる。特に、出力電圧Ｖ１がバッテリ２１ｂと同じ４８Ｖまで上昇した時、風力発電機２の出力電力Ｐ１が４０Ｗ以上であれば、３５Ｗ以下になるまでスイッチング素子Ｑをオフするので、スイッチング素子Ｑのオンオフ動作に伴う損失を無くすことができる。
【００４４】
さらに、風力発電機２の定格出力電圧２４Ｖよりも大きく、そのほぼ２倍の定格充電電圧４８Ｖを備えるバッテリ２１ｂを備えたので、電力動作点を強風時の最大電力点に近づけることができ、バッテリ２１ｂの充電効率を向上できる。
【００４５】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、下記のように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
（１）風力発電機は、定格出力電圧が２４Ｖ以外の他の電圧のものでもよい。
（２）バッテリの定格充電電圧は、風力発電機の定格出力電圧よりも大きくする場合、２倍に限らず、他の倍数で示される値としてもよい。
（３）リアクトル電流制御手段は、ソフトウェアによって構成するに限らず、全部または一部をハードウェアによって構成しても良い。
（４）フィルタは、ローパスに限らず、ハイパスやバンドパスで構成しても良い。
（５）チョッパ回路は、降圧または昇圧チョッパ回路のうち少なくとも一方を備えれば良く、両回路を設けて構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る小型風力発電充電装置の一実施形態を示し、（ａ）は風力発電システムの回路構成図、（ｂ）はリアクトル電流制御手段の回路構成図である。
【図２】風力一定状態で制御実行中のｍ，ｖ，ｉの関係を示す関係図である。。
【図３】本発明に係る小型風力発電充電装置の他の実施形態を示し、（ａ）は風力発電システムの回路構成図、（ｂ）はリアクトル電流制御手段の回路構成図、（ｃ）は出力電力演算手段の回路構成図である。
【図４】各風速下における風力発電機の出力特性を示す、（ａ）は出力電圧−風車回転数特性図、（ｂ）は出力電圧・電流−風車回転数特性図である。
【図５】従来の小型風力発電充電装置の一実施形態を示し、（ａ）は風力発電システムの回路構成図、（ｂ）はリアクトル電流制御手段の回路構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ａ，１ｂ・・風力発電システム、２・・風力発電機、４ａ，４ｂ・・充電装置、８・・負荷、１１ａ，１１ｂ・・チョッパ回路、１３ａ，１３ｂ・・リアクトル電流制御手段、１５ａ，１５ｂ・・最大電力点追随制御信号生成手段、１７・・リアクトル電流指令値生成手段、１９・・駆動信号生成手段、２１ａ，２１ｂ・・バッテリ、２３・・増減傾向判断手段、２４・・基準値出力切替手段、２５・・基準値所定倍切替手段、２６・・基準値積分手段、２８・・加算手段、３１・・加減算手段、３２・・比例積分手段、３３・・コンパレータ、３５・・乗算手段、３６・・濾波手段、３７・・出力電力演算手段、６１・・電圧センサ、６２，６３・・電流センサ、Ｄ・・ダイオード、Ｌ・・リアクトル、Ｑ・・スイッチング素子。
【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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