(57)【要約】【課題】  同期発電機を接続した風車が複数個配置された風力発電において、複数個の同期発電機の出力を昇圧して負荷直流電源に出力する安価な手段がないという問題があった。【解決手段】  複数個の風車に各々接続された複数個の同期発電機から各々の交流電力を負荷直流電源に充電する風力発電の整流回路は、コンデンサーとコンデンサー側にダイオードのアノード側を直列接続した充電ダイオードで構成される昇圧ユニットと、この昇圧ユニットのコンデンサーと充電ダイオードの接続点にダイオードのカソード側を接続した出力ダイオードで昇圧整流回路を構成し、並列に接続される複数個の昇圧整流回路と、１個の負荷直流電源を有するものである。【選択図】      図４
2009136106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の風車に各々接続された２個の同期発電機から各々の交流電力を負荷直流電源に出力する風力発電の整流回路において、コンデンサーと該コンデンサー側にダイオードのアノード側を直列接続した充電ダイオードで構成される昇圧ユニットと、該昇圧ユニットの前記コンデンサーと前記充電ダイオードの接続点にダイオードのカソード側を接続した出力ダイオードで昇圧整流回路を構成し、２個の前記同期発電機の交流出力に並列に接続される２個の該昇圧整流回路の直流出力を、前記負荷直流電源に出力することを特徴とする風力発電の整流回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期発電機を接続した風車が複数個配置された風力発電に係り、特に、複数個の同期発電機の出力を昇圧して負荷直流電源に出力する風力発電の整流装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は先に、同期発電機を接続した風車が複数個配置された風力発電に係り、特に、複数個の同期発電機の出力を一括して負荷直流電源に出力する並列風力発電の電力変換装置について提案している（特許文献１）。
【０００３】
かかる先願技術を、従来の複数個の風車に接続された同期発電機より、交流電源系統に電力を出力する電力変換装置について詳述する。
図６は、従来の、２台の風車に接続された同期発電機より、交流電源系統に電力を出力する並列風力発電の電力変換装置を接続した主回路構成図を示すブロック図である。
図６において、７１,７２は第１,第２の風車、５１,５２は第１,第２の同期発電機、１０５,１０６は第１,第２の風速計、１０７,１０８は第１,第２の整流回路、１０９,１１０は第１,第２の直流コンデンサー、１１１はＤＣ/ＤＣコンバータ、１１２はＰＷＭ変換回路、１１３は交流系統電源である。
以下の説明における同期発電機は、同一回転数で誘起電圧を可変できない同期発電機、すなわち励磁巻線を有するが励磁電流を可変できない同期発電機、又は永久磁石型同期発電機を指すこととする。
以下、図６について説明する。
【０００４】
第1の風車７１によって駆動される第１の同期発電機５１の交流電力は、第１の整流回路１０７によって直流電力に変換されて、第１の直流コンデンサー１０９に蓄えられる。第２の風車７２によって駆動される第２の同期発電機５２の交流電力は、第２の整流回路１０８によって直流電力に変換されて、第２の直流コンデンサー１１０に蓄えられる。
【０００５】
第１の直流コンデンサー１０９と、第２の直流コンデンサー１１０は直列接続されて、その直流出力は、風車２台に対して１台で構成されるＤＣ/ＤＣコンバータ１１１に出力される。ＤＣ/ＤＣコンバータ１１１では、第１の直流コンデンサー１０９の直流電圧Ｖｄｃ１と第２の直流コンデンサー１１０の直流電圧Ｖｄｃ２が加算された電圧が印加され、ＰＷＭ変換回路１１２が必要とする直流電圧に変換される。
風車２台に対して１台で構成されるＰＷＭ変換回路１１２では、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１１から直流電力を入力し、交流電力に変換して、交流系統電源１１３に出力する。
【０００６】
このような直列接続された直流コンデンサーを有する並列風力発電においては、第１の風車７１と、第２の風車７２の回転数が異なり、それぞれの同期発電機の内部誘起電圧が異なると、第１の直流コンデンサー１０９の直流電圧Ｖｄｃ１と第２の直流コンデンサー１１０の直流電圧Ｖｄｃ２は、それぞれの同期発電機の内部誘起電圧に比例した値となる。
第１の直流コンデンサー１０９と第２の直流コンデンサー１１０は直列に接続されているために、それぞれの直流部を流れる直流電流は同一になり、それぞれの同期発電機に流れる電流も同一電流となる。
直列に接続された第１の直流コンデンサー１０９と第２の直流コンデンサー１１０の出力側に接続されたＤＣ/ＤＣコンバータ１１１とＰＷＭ変換回路１１２を用いて、それぞれの風車の回転数に比例した電力を取り出す事ができる。
【特許文献１】特開２００３−２５９６５３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、２個の風車に接続された２個の同期発電機により、交流系統電源１１３に電力を出力するシステムにおいては、同一の電流が２個の同期発電機に循環するために銅損が大きくなるという問題があった。
また、複数個の風車の容量が異なる場合には、容量の小さい方の風車に接続された同期発電機にも大きな電流が流れるので、同期発電機が焼損に至る可能性がある。従って、容量の異なる風車の同期発電機出力を同一ＤＣ/ＤＣコンバータ１１１に接続できないという問題があった。
従って、複数個の誘起電圧実効値の異なる同期発電機から安価に直流出力を得る方法が無かったという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、主として、その目的とするところは、昇圧回路を有する整流回路を並列に組み合わせて、安価な風力発電の整流回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、風車に接続された同期発電機から交流電力を負荷直流電源に充電する風力発電の整流回路は、コンデンサーと充電ダイオードの直列接続により構成される昇圧ユニットと、この昇圧ユニットのコンデンサーと充電ダイオードの接続点に出力ダイオードを接続した昇圧整流回路と、負荷直流電源により構成するものである。
【発明の効果】
【０００９】
風車容量が異なり、同一風速において風車に接続される同期発電機の誘起電圧実効値も異なる風力発電システムにおいても、複数個の風車に接続される複数個の同期発電機の直流出力を同一の負荷直流電源に並列出力できるので、安価な風力発電の整流回路を構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
複数個の風車に各々接続された複数個の同期発電機から各々の交流電力を負荷直流電源に充電する風力発電の整流回路は、コンデンサーとコンデンサー側にダイオードのアノード側を直列接続した充電ダイオードで構成される昇圧ユニットと、この昇圧ユニットのコンデンサーと充電ダイオードの接続点にダイオードのカソード側を接続した出力ダイオードで昇圧整流回路を構成し、並列に接続される複数個の昇圧整流回路と、１個の負荷直流電源を有するものである。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の風力発電の整流回路を説明するための図である。同図において、１はコンデンサー、２は充電ダイオード、３１は昇圧ユニット、２１は出力ダイオード、５１は同期発電機、６１,６２は第１,第２の出力端子、７１は風車、８は負荷直流電源である。
以下、図１について説明する。
【００１２】
ここで、負荷直流電源８は、ほぼ一定の直流電圧を有する蓄電池や一定の直流電圧制御が可能なＤＣ/ＤＣコンバータ等で構成される。
第１の昇圧ユニット３１は、コンデンサー１と充電ダイオード２の直列回路により構成され、コンデンサー１に直列に充電ダイオード２のアノード側が接続される。同期発電機５１が回転して第２の出力端子６２に正の誘起電圧が発生すると、第１の昇圧ユニット３１すなわち充電ダイオード２、コンデンサー１及び第１の出力端子６１を通って電流が流れ、コンデンサー１と充電ダイオード２の接続点が正に充電される。この充電電圧値は、同期発電機５１が発生する誘起電圧の概略のピーク値となる。
【００１３】
さらに、次の半サイクルにおいて第２の出力端子６１に正の誘起電圧が発生すると、第１の昇圧ユニット３１のコンデンサー１、出力ダイオード２１、負荷直流電源８及び第２の出力端子６２を通って電流が流れ、負荷直流電源８が充電される。コンデンサー１は、既に、同期発電機５１が発生する誘起電圧の概略のピーク値に充電されているので、直流バイアス電圧が存在する事と同じなので電流が流れ易い。従って、負荷直流電源８の電圧が上記概略のピーク値の２倍程度あっても、この半サイクルにおいて負荷直流電源８に充電することができる。
このような昇圧整流回路においては、半サイクル毎にコンデンサー１への充電と、負荷直流電源８への充電を繰り返すことになる。すなわち、同期発電機５１が出力する電流は一定なので、２倍昇圧後の負荷直流電源８への充電電流は半分になる。
【００１４】
このような本発明の風力発電の整流回路では、風が強くなって、風車７１の回転が増加して同期発電機５１が発生する誘起電圧が増加すると、負荷直流電源８の直流電圧は一定なので、同期発電機５１の出力電流が増加して、風車７１から大きな出力が取り出せる。この出力電流値の大きさは、同期発電機５１の内部インピーダンスや昇圧ユニット３１のコンデンサー１による電圧降下分にも左右される。
【実施例２】
【００１５】
図２は、本発明の３倍昇圧整流回路を説明するための図である。同図において、３１は第１の昇圧ユニット、３２は第２の昇圧ユニットであり、図１と同一番号は同一構成部品を表す。
以下、図２について説明する。
【００１６】
同期発電機５１が回転して第１の出力端子６１に正の誘起電圧が発生すると、第１の昇圧ユニット３１のコンデンサー１と充電ダイオード２の接続点が正に充電される。この充電電圧値は、同期発電機５１が発生する誘起電圧の概略のピーク値となる。
次の半サイクルにおいて第２の出力端子６２に正の誘起電圧が発生すると、第１の昇圧ユニット３１のコンデンサー１、第２の昇圧ユニット３２、及び第１の出力端子６１を通って電流が流れ、第２の昇圧ユニット３２のコンデンサー１が充電される。第１の昇圧ユニット３１のコンデンサー１は、既に、同期発電機５１が発生する誘起電圧の概略のピーク値に充電されているので、第２の昇圧ユニット３２のコンデンサー１と充電ダイオード２の接続点が正に充電される。この充電電圧値は、同期発電機５１が発生する誘起電圧の概略のピーク値の２倍となる。
【００１７】
さらに、次の半サイクルにおいて第１の出力端子６１に正の誘起電圧が発生すると、第２の昇圧ユニット３２のコンデンサー２、出力ダイオード２１、負荷直流電源８及び出力端子６２を通って電流が流れ、負荷直流電源８が充電される。第２の昇圧ユニット３２のコンデンサー１は、既に、同期発電機５１が発生する誘起電圧の概略２倍のピーク値に充電されているので、負荷直流電源８の電圧が上記概略のピーク値の３倍程度あっても、この半サイクルにおいて負荷直流電源８に充電することができる。従って、このような昇圧整流回路においては、半サイクル毎に各昇圧ユニットのコンデンサー１への充電と、負荷直流電源８への充電を繰り返すことになる。すなわち、同期発電機５１が出力する電流は一定なので、３倍昇圧後の負荷直流電源８への充電電流は１/３になる。
【実施例３】
【００１８】
図３は、本発明の４倍昇圧整流回路を説明するための図である。同図において、３１は第１の昇圧ユニット、３２は第２の昇圧ユニット、３３は第３の昇圧ユニットであり、図１と同一番号は同一構成部品を表す。以下、図３について説明する。
【００１９】
同期発電機５１が回転して第２の出力端子６２に正の誘起電圧が発生すると、第１の昇圧ユニット３１のコンデンサー１と充電ダイオード２の接続点が正に充電される。
次の半サイクルにおいて第１の出力端子６１に正の誘起電圧が発生すると、第２の昇圧ユニット３２のコンデンサー１とダイオード２の接続点が正に充電される。この充電電圧は、同期発電機５１が発生する誘起電圧の概略のピーク値の２倍となる。
さらに、次の半サイクルにおいて第２の出力端子６２に正の誘起電圧が発生すると、第３の昇圧ユニット３３のコンデンサー１と充電ダイオード２の接続点が正に充電される。この第３の昇圧ユニット３３のコンデンサー１の充電電圧値は、同期発電機５１が発生する誘起電圧の概略のピーク値の２倍となり、第１の昇圧ユニット３１のコンデンサー１の充電電圧値と合わせて、同期発電機５１が発生する誘起電圧の概略のピーク値の３倍となる。
次の半サイクルにおいて第１の出力端子６１に正の誘起電圧が発生すると、第１の昇圧ユニット３１、第３の昇圧ユニット３３、出力ダイオード２１、負荷直流電源８及び第２の出力端子６２を通って電流が流れ、負荷直流電源８が充電される。第１,第３の昇圧ユニット３１,３３のコンデンサー１の合計充電電圧値は、既に、同期発電機５１が発生する誘起電圧の概略３倍のピーク値に充電されているので、負荷直流電源８の電圧が上記概略のピーク値の４倍程度あっても、この半サイクルにおいて負荷直流電源８に充電することができる。従って、このような昇圧整流回路においては、半サイクル毎に各昇圧ユニットのコンデンサー１への充電と、負荷直流電源８への充電を繰り返すことになる。すなわち、同期発電機５１が出力する電流は一定なので、４倍昇圧後の負荷直流電源８への充電電流は１/４になる。
【００２０】
このように、本発明の風力発電の整流回路では、昇圧ユニットを適宜増加して昇圧することにより、任意の直流電圧値を有する負荷直流電源８に充電できる。
【実施例４】
【００２１】
図４は、本発明の風力発電の整流回路を、風車に接続された２台の同期発電機に適用した場合を説明するための図である。同図において、７１, ７２は第１,第２の風車、５１,５２は第１,第２の同期発電機、６１〜６４は第１〜第４の出力端子、３１,３２は第１,第２の昇圧ユニット、２１,２２は第１,第２の出力ダイオード、８は負荷直流電源であり、各昇圧ユニットは図１と同一構成部品により構成される。
以下、図４について説明する。
【００２２】
第１の風車７１により駆動される第１の同期発電機５１は、図１で説明した方法により、その誘起電圧が昇圧されて、負荷直流電源８を充電する。同様に、第２の風車７２により駆動される第２の同期発電機５２は、その誘起電圧が昇圧されて、負荷直流電源８を充電する。
このような回路においては、第１の風車７１と第２の風車７２の回転数が異なっても、または風車性能が異なっても、それぞれの発電出力を負荷直流電源８に供給できる。
【００２３】
図４において、同一風速における第２の同期発電機５２の誘起電圧特性が、第１の同期発電機５１の誘起電圧特性に比べて、２倍程度高い特性を有するとすると、第２の昇圧ユニット３２を削除して、出力ダイオード２２のみで充電する回路にすることにより、同一負荷直流電源８に充電できる。
ここで、第２の同期発電機５２の整流回路は、第２の出力ダイオード２２のみで構成する回路とは異なり、全波整流回路を適用することもできる。
【実施例５】
【００２４】
図５は、本発明の風力発電の整流回路を３相同期発電機に適用した場合の説明図である。同図において、３１〜３３は第１〜第３の昇圧ユニット、２１〜２３は第１〜第３の出力ダイオード、５１は３相同期発電機、６１〜６４は第１〜第４の出力端子であり、図１と同一番号は同一構成部品を表す。
以下、図５について説明する。
【００２５】
図５において、第１〜第３の出力端子６１〜６３は３相同期発電機の３相出力を表し、第４の出力端子６４は中性点を表す。図１と同じように、第１の昇圧ユニット３１と、第１の出力ダイオード２１により、同期発電機５１の第１の出力端子６１と第４の出力端子６４から相電圧の２倍の昇圧整流回路を構成し、負荷直流電源８に充電できる。
他の出力端子、昇圧ユニット、及び出力ダイオードの組み合わせにより、同様に、相電圧の２倍の昇圧整流回路を構成し、負荷直流電源８に充電できる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上、本発明の実施例では、風車と同期発電機の組合せが１台の場合で、２倍、３倍、又は４倍の昇圧整流回路を持つ風力発電の整流回路について説明した。この結果、同様にして５倍以上の昇圧整流回路を持つ風力発電の整流回路が可能である。
さらに風車と同期発電機の組合せが２台の場合に、２倍昇圧整流回路を持つ風力発電の整流回路について説明した。この結果、同様にして、風車と同期発電機の組合せが２台以上の場合にも、通常整流回路や、２倍以上の昇圧整流回路を組合せた風力発電の整流回路が可能である。
また、風車と同期発電機の組合せが１台の場合で、同期発電機が中性点を有する３相同期発電機の２倍昇圧整流回路を持つ風力発電の整流回路について説明した。
この結果、本発明の風力発電の整流回路は、単相、３相に係らず１台又は２台以上の同期発電機を有する風力発電に適用できる事は勿論であり、実用上、極めて有用性の高いものである。
さらに、風車に限らず容量の異なる小型水車の出力を並列に接続して、出力を取り出す装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の、２倍昇圧整流回路を持つ風力発電の整流回路を説明する主回路構        成図である。
【図２】本発明の、３倍昇圧整流回路を持つ風力発電の整流回路を説明する主回路構        成図である。
【図３】本発明の、４倍昇圧整流回路を持つ風力発電の整流回路を説明する主回路構        成図である。
【図４】本発明の、同期発電機が２台の場合に２倍昇圧整流回路を持つ風力発電の整        流回路を説明する主回路構成図である。
【図５】本発明の、３相同期発電機において２倍昇圧整流回路を持つ風力発電の整流        回路を説明する主回路構成図である。
【図６】従来の、同期発電機が２台の場合に交流電源系統に電力を出力する並列風力        発電の電力変換装置を接続した主回路構成図を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００２８】
１                コンデンサー
２                充電ダイオード
２１〜２３        第1〜第３の出力ダイオード
３１〜３３        第1〜第３の昇圧ユニット
５１〜５２        第1〜第２の同期発電機
６１〜６４        第１〜第４の出力端子
７１〜７２        第１〜第２の風車
８                負荷直流電源
１０５〜１０６    第１〜第２の風速計
１０７〜１０８    第１〜第２の整流器
１０９〜１１０    第１〜第２の直流コンデンサー
１１１            ＤＣ/ＤＣコンバータ
１１２            ＰＷＭ変換回路
１１３            交流系統電源
【図１】
2009136106.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009136106.tif 000005
【図４】
2009136106.tif 000006
【図５】
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【図６】
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