(57)【要約】【課題】簡単な構成で、安定性、風力から電力への変換効率、及び最大電力点追随性に優れた充電制御を実現する。【解決手段】充電装置４を、風力発電機２で生成された三相交流電力を全波整流して平滑した直流電力に対して、各風速下における風力発電機２の出力電流、出力電圧、及び回転数の関係を予め測定して得た出力特性に基づき、風力発電機２の現在の出力状況から、現在の風速における風力発電機２の出力電力が最大となる風力発電機２の出力電流の制御目標電流値を演算して出力する制御目標電流値生成手段１３と、風力発電機２の出力電流が制御目標電流値に一致するように動作制御する電流制御手段１５と、電流制御手段１５の動作に応じて風力発電機２の出力電力を充電するバッテリ２１とを備えるように構成する。【選択図】図１
2009232516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各風速下における風力発電機の出力電流、出力電圧、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に基づき、前記風力発電機の現在の出力状況から、現在の風速における風力発電機の出力電力が最大となる風力発電機の出力電流の制御目標電流値を演算して出力する制御目標電流値生成手段と、
前記風力発電機の出力電流が前記制御目標電流値に一致するように動作制御する電流制御手段と、
前記電流制御手段の動作に応じて風力発電機の出力電力を充電する蓄電手段と、を備えた、
ことを特徴とする小型風力発電用充電装置。
【請求項２】
前記制御目標電流値生成手段は、
前記出力特性に基づき、各出力電圧において出力電流と最大電力時の出力電流との関係を示す最大電流条件直線式を求め、
現在の風速における最大電力時の出力電流値を、前記最大電流条件直線式から演算して求めて前記制御目標電流値として出力する、
請求項１に記載の小型風力発電用充電装置。
【請求項３】
前記制御目標電流値生成手段は、
前記出力特性に基づき、各風速において最大電力となるときの出力電圧と出力電流の関係を示す最大電力条件曲線式を求め、
最大電力時の出力電圧が現在の出力電圧になる時の風速における最大電力時の出力電流値を前記最大電力条件曲線式から演算して求めて前記制御目標電流値として出力する、
請求項１に記載の小型風力発電用充電装置。
【請求項４】
前記電流制御手段は、
昇圧リアクトル、及び、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を有する昇圧チョッパと、
前記制御目標電流値と前記風力発電の出力電流との差分に対して比例及び積分制御についての演算を行う第１比例積分器と、
前記第１比例積分器の演算結果と昇圧リアクトル電流との差分に対して比例及び積分制御についての演算を行う第２比例積分器と、
前記第２比例積分器の演算結果に基づき所定の周波数及びパルス幅の前記ＰＷＭ駆動信号を生成する信号生成手段と、を備える、
請求項１乃至３のいずれかに記載の小型風力発電用充電装置。
【請求項５】
前記電流制御手段は、
降圧リアクトル、及び、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を有する降圧チョッパと、
前記制御目標電流値と前記風力発電機の出力電流との差分に対して比例及び積分制御についての演算を行う第１比例積分器と、
前記第１比例積分器の演算結果と降圧リアクトル電流との差分に対して比例及び積分制御についての演算を行う第２比例積分器と、
前記第２比例積分器の演算結果に基づき所定の周波数及びパルス幅の前記ＰＷＭ駆動信号を生成する信号生成手段と、を備える、
請求項１乃至３のいずれかに記載の小型風力発電用充電装置。
【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用充電装置に関し、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蓄え、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に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。
【０００３】
また、太陽光発電システムでは、エネルギ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、小型発電電力の最大電力点追随充電は完成された技術に至っていなかった。
【０００４】
また、非特許文献１の「可変速小型風力発電機の最大電力制御システム」には、風力発電機の回転速度を現在の風速において出力電力が最大となる最適回転速度に一致するように、出力電流を制御してバッテリに充電する最大電力点追随制御技術が示されている（図１０参照）。この技術は、山登り法等の探索型の最大電力点追随技術と比べ、風力発電機の動作特性に基づいて直接回転速度を制御するので、最大電力点追随率の高い運転ができる点で優れている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１６００７号公報
【非特許文献１】電学論Ｂ，１２７，４，ｐｐ．５５９−５６５（２００７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の方法では、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となり、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、非特許文献１の技術では、風力計や風力発電機の回転速度を計測する装置を備えなければならず、システムが複雑かつ高価になるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明では上記課題を鑑み、簡単な構成で、安定性、風力から電力への変換効率、及び最大電力点追随性に優れた充電制御が実現できる小型風力発電用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】
【０００８】
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用充電装置は、各風速下における風力発電機の出力電流、出力電圧、及び回転数の関係を予め測定して得た出力特性に基づき、前記風力発電機の現在の出力状況から、現在の風速における風力発電機の出力電力が最大となる風力発電機の出力電流の制御目標電流値を演算して出力する制御目標電流値生成手段と、前記風力発電機の出力電流が前記制御目標電流値に一致するように動作制御する電流制御手段と、前記電流制御手段の動作に応じて風力発電機の出力電力を充電する蓄電手段と、備えるように構成される。
【０００９】
請求項２の発明に係る小型風力発電用充電装置は、前記制御目標電流値生成手段が、前記出力特性に基づき、各出力電圧において出力電流と最大電力時の出力電流との関係を示す最大電流条件直線式を求め、現在の風速における最大電力時の出力電流値を、前記最大電流条件直線式から演算して求めて前記制御目標電流値として出力するように構成される。
【００１０】
請求項３の発明に係る小型風力発電用充電装置は、前記制御目標電流値生成手段が、前記出力特性に基づき、各風速において最大電力となるときの出力電圧と出力電流の関係を示す最大電力条件曲線式を求め、最大電力時の出力電圧が現在の出力電圧になる時の風速における最大電力時の出力電流値を前記最大電力条件曲線式から演算して求めて前記制御目標電流値として出力するように構成される。
【００１１】
請求項４の発明に係る小型風力発電用充電装置は、前記電流制御手段が、昇圧リアクトル、及び、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を有する昇圧チョッパと、前記制御目標電流値と前記風力発電機の出力電流との差分に対して比例及び積分制御についての演算を行う第１比例積分器と、前記第１比例積分器の演算結果と昇圧リアクトル電流との差分に対して比例及び積分制御についての演算を行う第２比例積分器と、前記第２比例積分器の演算結果に基づき所定の周波数及びパルス幅の前記ＰＷＭ駆動信号を生成する信号生成手段と、を備えるように構成される。
【００１２】
請求項５の発明に係る小型風力発電用充電装置は、前記電流制御手段が、降圧リアクトル、及び、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を有する降圧チョッパと、前記制御目標電流値と前記風力発電機の出力電流との差分に対して比例及び積分制御についての演算を行う第１比例積分器と、前記第１比例積分器の演算結果と降圧リアクトル電流との差分に対して比例及び積分制御についての演算を行う第２比例積分器と、前記第２比例積分器の演算結果に基づき所定の周波数及びパルス幅の前記ＰＷＭ駆動信号を生成する信号生成手段と、を備えるように構成される。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜５の発明によれば、簡単な構成で、風力から電力への変換効率、安定性及び最大電力点追随性に優れた充電制御が実現可能となる。特に、請求項３の発明によれば、出力電圧のみから制御目標電流値を演算するので、ソフトウェアの構成がより単純になり、ソフトウェアの制作時間を短縮でき、メモリ容量を小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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は、本発明に係る小型風力発電用充電装置の一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１は、各風速下における風力を受けて回転するロータにより三相交流発電するように構成された小型風力発電機（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用充電装置（以下、充電装置とする）４と、負荷８とから構成されている。
【００１５】
充電装置４は、風力発電機２で生成された三相交流電力を全波整流して平滑した直流電力に対して、各風速下における風力発電機２の出力電流、出力電圧、及び回転数の関係を予め測定して得た出力特性に基づき、風力発電機２の現在の出力状況から、現在の風速における風力発電機２の出力電力が最大となる風力発電機２の出力電流の制御目標電流値を演算して出力する制御目標電流値生成手段１３と、風力発電機２の出力電流が制御目標電流値に一致するように動作制御する電流制御手段１５と、電流制御手段１５の動作に応じて風力発電機２の出力電力を充電する蓄電手段としてのバッテリ２１とを備えて構成されている。
【００１６】
風力発電機２の出力側には、その出力電圧Ｖ１を検出する第１出力電圧検出手段としての電圧センサＶＳ６１、同出力電流Ｉ１を検出する第１出力電流検出手段としての電流センサＣＳ６２が設けられている。
【００１７】
図２は、上記システム１において、風力発電機２の各風速下における出力電流、出力電圧、ロータの回転数の関係を表すものであり、各風速において、風力発電機２の出力電流を段階的に変化させて運転し、出力電圧と回転数の変化を測定して得たデータを基に作成したものである。
【００１８】
データを直線近似して作画した直線群は、各風速における出力電流と出力電圧の関係を示しており、丸印は各風速において最大電力となる出力電流と出力電圧を示している。曲線は、風速が連続的に変化した場合に最大電力となる出力電流と出力電圧の存在予想曲線である。ここで、風力発電機２は、ロータ直径０．８７ｍ、定格出力８５Ｗ（風速１１．５ｍ／ｓ時）、定格電圧２４Ｖ、永久磁石３相交流発電機であるものとする。
【００１９】
図３は、各風速において、出力電圧が１０Ｖ，２０Ｖ，３０Ｖ，４０Ｖ，５０Ｖとなる時の出力電流を図２から読み取った値（一部直線を延長して得た値を含む）を一覧にしたものである。また各風速において最大電力となるときの出力電流値（以下、最大電力電流とする）Ｉｍも掲げている。
【００２０】
図４は、図２の関係をグラフ化した最大電流条件直線式であるが、ｘ軸を出力電流、ｙ軸を最大電力電流とし、各風速において、出力電圧が１０Ｖ，２０Ｖ，３０Ｖ，４０Ｖ，５０Ｖとなる時の出力電流を、（ｘ，ｙ）＝（出力電流，その風速における最大電力電流）という条件でプロットし、各風速において同一電圧となる点を直線近似して作成したものである。図４により、出力電圧と出力電流から現在の風速が想定でき、現在の風速における最大電力電流を求めることができる。例えば、出力電圧＝５０Ｖ、出力電流＝１．５Ａの場合、この出力状態となるのは、風速が９．７ｍ／ｓの場合のみなので、現在の風速は９．７ｍ／ｓであって、風速９．７ｍ／ｓにおける最大電力電流は１．４９Ａなので、現在ほぼ最大電力点で運転していることになる。
【００２１】
図４の出力電圧直線（最大電流条件直線式）には一定の規則性がある。直線の傾きは、出力電圧が高いほど大きくなり、ｙ切片も出力電圧が高いほど大きくなる。また、全ての電圧につき固有の直線が存在する。式１及び式２は、出力電圧に対する固有直線の傾きａ及びｙ切片ｂを表す近似式であり、補間法を用いて作成したものである。式１及び式２に現在の出力電圧Ｖ１を代入して、現在の出力電圧に対応する固有直線の傾きａ及びｙ切片ｂを求め、式３の直線式に求めたａ，ｂと現在の出力電流Ｉ１を代入すれば、現在の風速における最大電力電流Ｉｍを求めることができる。
【００２２】
（式１〜３）
2009232516.tif 000003
【００２３】
上述のように、制御目標電流値生成手段１３では、風力発電機２の出力電圧と出力電流により、現在の風速における最大電力電流Ｉｍを演算し、この値を制御目標電流値として電流制御手段１５に与えている。これらの演算はいわゆるマイクロコンピュータを使って、６４．１μｓ周期（１秒間に１５６００回）で繰り返し行っている。このため、風力発電機２のロータの回転数が激しい風速変化によって急変した場合にも、常に的確な制御目標電流値を生成することができ、電流制御手段１５は、風力発電機２の出力電圧が制御目標電流値に一致するように高速制御を行って、風力発電機２の動作点を常に最大電力点に保つ最大電力点追随制御が実現できる。
【００２４】
次に、制御目標電流値生成手段１３の変更例を説明する。
図５も図２から作成できるグラフである。直線群は各風速における出力電圧と出力電流の関係を示す。曲線は風速が連続的に変化した場合の最大電力条件曲線であり、各風速において最大電力となるときの出力電圧、出力電流を（ｘ，ｙ）＝（出力電圧，出力電流）という条件でプロットし曲線近似したものである。
式４は、この最大電力条件曲線を表す近似式であり、補間法を用いて作成したものである。式４に現在の出力電圧Ｖ１を代入することにより、最大電力時の出力電圧が現在の出力電圧になる風速における最大電力時の出力電流Ｉａを求めることができる。
【００２５】
（式４）
2009232516.tif 000004
【００２６】
上述のように、この制御目標電流値生成手段１４では、風力発電機２の出力電圧Ｖ１より、最大電力時の出力電圧が現在の出力電圧になる風速における最大電力時の出力電流を演算し、この電流を制御目標電流値Ｉａとして電流制御手段１５に与えている。これらの演算は、いわゆるマイクロコンピュータ（図示略）を使って、６４．１μｓ周期（１秒間に１５６００回）で繰り返し行っている。このため、風力発電機２の回転数が激しい風速変化によって急変した場合にも常に的確な制御目標電流値を生成することができ、電流制御手段１５によって、風力発電機２の出力電圧が制御目標電流値に一致するように高速制御を行って、風力発電機２の動作点を常に最大電力点に保つ最大電力点追随制御が実現できる。
【００２７】
次に、制御目標電流値Ｉａを与えられた電流制御手段１５の最大電力点追随動作を図６により説明する。ある風速において、出力電流−出力電圧特性線上の動作点が最大電力点よりも低電圧側のａ点にある場合、制御目標電流値Ｉａ＜出力電流Ｉ１なので、出力電流制御手段１５は、Ｉ１がＩａに一致するようにＩ１を減少する。この結果、Ｉ１減、Ｖ１増で動作点は最大電力点に近づくが、Ｖ１増に伴いＩａが増加する。この動作を繰り返して動作点が最大電力点ｂ点に至り、Ｉａ＝Ｉ１になったとき、これ以上の電流変化は起こりようがなく、動作は安定する。逆に、出力電流−出力電圧特性線上の動作点が最大電力点よりも高電圧側のｃ点にある場合、制御目標電流値Ｉａ＞出力電流Ｉ１なので、電流制御手段１５は、Ｉ１がＩａに一致するようにＩ１を増加する。この結果、Ｉ１増、Ｖ１減で動作点は最大電力点に近づくが、Ｖ１減に伴いＩａが減少する。この動作を繰り返して動作点が最大電力点ｂ点に至りＩａ＝Ｉ１となったとき、やはり、動作は安定する。
【００２８】
以上動作は、非常に高速で行われるため、最大電力点ｂ点への移行は一瞬で完了する。この制御における動作安定点は、どの風速の場合でも、Ｉａ＝Ｉ１となる最大電力点のみであるので、最大電力点追随制御が実現できることになる。
【００２９】
また、風速急変時も、ロータ等の慣性モーメントにより風力発電機２の回転数は急変し得ず、風力発電機２の出力変化速度に対し、制御速度のほうがはるかに高速であるため、その時々での発電機出力の最大電力点に追随することが可能である。以上述べたように、動作開始時を除いて、動作点が最大電力点から大きく離れることがないため、風力エネルギ→電気エネルギ変換効率の高い小型風力発電用充電装置を実現できる。
【００３０】
次に、電流制御手段の実施例を説明する。図７は昇圧チョッパを用いた電流制御手段１６を示す回路構成図である。
バッテリ２１に蓄えた電力を系統連系するシステムの場合、バッテリ電圧が高いほうがバッテリ電圧を一旦３８０Ｖ程度のリンク電圧（系統連系インバータの入力直流電圧）まで昇圧する際の損失が少ないので有利になる。系統連系用途の充電制御手段には、風力発電機の出力電圧を昇圧充電する昇圧チョッパ方式の電流制御手段１６が向いている。この場合、昇圧充電に伴う損失は、風力発電機の出力電流が少ないためあまり大きくならない。
【００３１】
一般に昇圧チョッパを駆動する際は、動作安定のため昇圧リアクトルの電流制御が用いられるが、この場合の電流制御方法は、昇圧リアクトル電流を現在値より増加または減少して昇圧チョッパの出力電圧を一定に保つ場合のように、昇圧リアクトル電流の増減制御である。
昇圧チョッパでは、昇圧リアクトル電流の平均値は直流電流の出力電流平均値に一致するので、昇圧リアクトル電流の平均値を制御目標電流値に一致させる電流一致制御が実現できれば良いのだが、これは不可能であった。それは、デジタル制御においてリアクトル電流をサンプリングする際、１制御周期に１回しかサンプリングできず、サンプリングのタイミングが指定できないことに起因する。つまり、図８のＩＬ波形の１周期Ｔで１回、どこかをサンプリングするが、そのサンプリング値がリアクトル電流の平均値ＩＬａｖとは一致しないためであった。ここでのサンプリングとは、アナログ値をＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換して、マイクロコンピュータのメモリに格納することをいう。以下同様。
【００３２】
図７（ａ）の電流制御手段１６において、風力発電機２の正極出力段に昇圧リアクトルＬ１と逆流防止ダイオードＤ１とを直列に接続し、昇圧リアクトルＬ１の出力側をスイッチング素子ＱとしてのＭＯＳＦＥＴで接地して昇圧チョッパを構成している。ここで、ＣＳ６２は出力電流Ｉ１を検出する第１出力電流検出手段として電流センサ、ＣＳ６３はリアクトル電流ＩＬ１を検出する第２出力電流検出手段として電流センサ、ＶＳ６１は出力電圧Ｖ１を検出する第１出力電圧検出手段としての電圧センサである。
【００３３】
また図７（ｂ）に示すように、電流制御手段１６は、風力発電機２の出力電流Ｉ１から出力電流平均値Ｉ１ａｖを求めるＬＰＦ６５と、制御目標電流値と出力電流平均値Ｉ１ａｖとの差分演算を行う第１加減算器３１と、第１加減算器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第１比例積分器３２と、第１比例積分器３２の演算結果と昇圧リアクトル電流ＩＬ１との差分演算を行う第２加減算器３３と、第２加減算器３３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第２比例積分器３４と、第２比例積分器３４の演算結果に基づきスイッチング素子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を生成する信号生成手段３６とを備えて構成されている。
【００３４】
上記構成において、風力発電機２の三相全波整流器ＳＲと平滑コンデンサＣ間に設けた電流センサＣＳ６２で、発電機出力電流Ｉ１を検出する。この電流波形にも三相全波整流に伴うリプルがあるが、リアクトル電流のリプルに比べ低周波であるため、１リプル周期につき、数十回のサンプリングができるため、Ｉ１を正確にマイコンに取り込むことができる。次にサンプリング値Ｉ１をローパスフィルタＬＰＦ６５に入力して出力電流平均値Ｉ１ａｖを求め、制御目標電流値Ｉｍ（Ｉａ）と出力電流平均値Ｉ１ａｖの差分を第１比例積分器３２に入力して、リアクトル電流指令値を生成する。このリアクトル電流指令値は、出力電流平均値Ｉ１ａｖが制御目標電流値に一致するように、リアクトル電流を増減するものであり、リアクトル電流の増減制御を実現する。リアクトル電流指令値（ＰＩ１出力値）と電流センサＣＳ６３で検出したリアクトル電流ＩＬ１のサンプリング値の差分を第２比例積分器３４に入力し、第２比例積分器３４の出力から三角波比較法によりＰＷＭ駆動信号Ｇを生成し、スイッチング素子Ｑをスイッチングする。
【００３５】
スイッチング素子Ｑがオンの間、リアクトルにエネルギが蓄えられ、スイッチング素子Ｑがオフの間、リアクトルに蓄えられたエネルギが逆流防止ダイオードＤ１を介してバッテリ２１に放出され、昇圧充電が行われる。このように昇圧チョッパ方式では、パルス電流で充電が行われる。
【００３６】
なお、実施例は、定格電圧２４Ｖ（２４Ｖバッテリ接続用の）風力発電機で４８Ｖバッテリを充電するシステムであり、（充電電力）＞（昇圧時の制御電力＋昇圧時の回路損失）となる４ｍ／ｓ以上の風速で、発電機出力の最大電力点追随制御により昇圧充電し、最大電力時の出力電圧が４８Ｖを超える９ｍ／ｓ以上の風速の時は制御を停止し（Ｑ連続オフ）、ＷＧ−Ｌ１−Ｄ１−ＢＴ１の回路による発電機−バッテリ直結充電となる。ここで、サンプリング制御、ＬＰＦ、ＰＩ１、ＰＩ２の演算、ＰＷＭ制御信号の生成は、全てマイクロコンピュータのソフトウェアの処理による。以下同様。
【００３７】
上記構成によれば、昇圧リアクトル電流の増減制御により、刻一刻変化する制御目標電流値に風力発電機２の出力電流を正確に一致させる制御を実現できる。
【００３８】
次に、電流制御手段の他の実施例を説明する。図９は降圧チョッパを用いた電流制御手段１７を示す回路構成図である。
降圧チョッパを用いても、小型風力発電機の最大電力点追随充電が実現できる。降圧チョッパ方式の充電装置は、バッテリ電圧が低い分、系統連系運転時の３８０Ｖ程度のリンク電圧（系統連系インバータの入力直流電圧）まで昇圧する際の損失が大きいというデメリットがあるが、微風時にバッテリ直結充電ができるメリット、および強風時に昇圧チョッパ方式の充電装置のように電池電圧でクランプされることなく最大電力点で充電できるというメリットがあり、小型風力発電機の出力容量が小さい場合に有利になる。
【００３９】
一般に降圧チョッパを駆動する際は、動作安定のため平滑リアクトルの電流制御が用いられるが、この場合の電流制御方法は、平滑リアクトル電流を現在値より増加または減少して降圧チョッパの出力電圧を一定に保つ場合のように、平滑リアクトル電流の増減制御である。降圧チョッパでは、降圧チョッパの電源電流に対し平滑リアクトル電流のほうが大きくなる。
【００４０】
図９（ａ）の電流制御手段１７において、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と平滑リアクトルＬ２とを直列に接続し、スイッチング素子Ｑの出力側を還流ダイオードＤ２で接地して降圧チョッパを構成している。ここで、ＣＳ６２は出力電流Ｉ１を検出する第１出力電流検出手段として電流センサ、ＣＳ６４はリアクトル電流ＩＬ２を検出する第３出力電流検出手段として電流センサ、ＶＳ６１は出力電圧Ｖ１を検出する第１出力電圧検出手段としての電圧センサである。
【００４１】
また図９（ｂ）に示すように、電流制御手段１７は、図７（ｂ）と同様に、ＬＰＦ６５、第１加減算器３１、第１比例積分器３２、第１比例積分器３２の演算結果と平滑リアクトル電流ＩＬ２との差分演算を行う第２加減算器３３、第２比例積分器３４、第２比例積分器３４の演算結果に基づきスイッチング素子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を生成する信号生成手段３６とを備えて構成されている。
【００４２】
風力発電機２の三相全波整流器ＳＲと平滑コンデンサＣ間に設けた電流センサＣＳ６２で、発電機出力電流Ｉ１を検出する。この電流波形にも三相全波整流に伴うリプルがあるが、リアクトル電流のリプルに比べ低周波であるため、１リプル周期につき、数十回のサンプリングができるため、Ｉ１を正確にマイコンに取り込むことができる。
次にサンプリング値Ｉ１をローパスフィルタＬＰＦ６５に入力して出力電流平均値Ｉ１ａｖを求め、制御目標電流値Ｉｍ（Ｉａ）と出力電流平均値Ｉ１ａｖの差分を第１比例積分器３２に入力して、平滑リアクトル電流指令値を生成する。この平滑リアクトル電流指令値は、出力電流平均値Ｉ１ａｖが制御目標電流値に一致するように、リアクトル電流を増減するものであり、平滑リアクトル電流の増減制御を実現する。平滑リアクトル電流指令値（ＰＩ１出力値）と電流センサＣＳ６４で検出した平滑リアクトル電流ＩＬ２のサンプリング値の差分を第２比例積分器３４に入力し、第２比例積分器３４の出力から三角波比較法によりＰＷＭ駆動信号Ｇを生成し、スイッチング素子Ｑをスイッチングする。
【００４３】
スイッチング素子Ｑがオンの間、平滑リアクトルＬ２にエネルギが蓄えられ充電電流が増加する。スイッチング素子Ｑがオフの間、充電電流は減少しつつ流れ続ける。これは、平滑リアクトルＬ２に蓄えられたエネルギが還流ダイオードＤ２を介してバッテリ２１に放出されることによる。このように降圧チョッパ方式では、充電電流が途切れることなく降圧充電が行われる。
【００４４】
なお、図９の実施例は、定格電圧２４Ｖ（２４Ｖバッテリ接続用の）風力発電機で２４Ｖバッテリを充電するシステムであり、風速４ｍ／ｓ未満で、ＷＧ−Ｒｙ−Ｌ２−ＢＴ２の回路による発電機−バッテリ直結充電となる。（充電電力）＞（昇圧時の制御電力＋昇圧時の回路損失）となる風速４ｍ／ｓ以上で、降圧動作による小型風力発電機の最大電力点追随充電を行う。ここで、Ｒｙはリレーであり、直結充電時閉、制御充電時開である。
【００４５】
上記構成によれば、電源電流（発電機出力電流）とは異なる平滑リアクトル電流を増減制御して、刻一刻変化する制御目標電流値に風力発電機の出力電流を正確に一致させる制御を実現できる。
【００４６】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る小型風力発電用充電装置の一実施形態を示す回路構成図である。
【図２】風力発電機の回転数−出力電圧、出力電流出力特性図である。
【図３】風力発電機の各風速における出力電圧−出力電流出力一覧表である。
【図４】風力発電機の出力電流−最大電力電流出力特性図である。
【図５】風力発電機の出力電圧−出力電流出力特性図である。
【図６】制御目標電流値と出力電流との関係図である。
【図７】昇圧チョッパを用いた電流制御手段について、（ａ）は全体の回路構成図、（ｂ）は部分的な回路構成図である。
【図８】ＩＬ波形の形図である。
【図９】降圧チョッパを用いた電流制御手段について、（ａ）は全体の回路構成図、（ｂ）は部分的な回路構成図である。
【図１０】従来技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
１・・システム、２・・風力発電機、４・・充電装置、８・・負荷、１３，１４・・制御目標電流値生成手段、１５，１６，１７・・電流制御手段、２１・・バッテリ、３１・・第１加減算器、３２・・第１比例積分器、３３・・第２加減算器、４６・・第２比例積分器、３６・・信号生成手段、４８・・制御信号生成手段。
【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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【図９】
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【図１０】
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