(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機から電力線へ給電すべき発生電力の変動を微小単位時間ごとに計測して微小単位時間内における風力発電機の発生電力の平均値を求め、当該平均値と現時点での発生電力とを対比し、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を上回った際に、当該発生電力の平均値に等しい分を電力線へ給電し且つ発生電力の平均値を上回った分を電力貯蔵手段に蓄え、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を下回った際に、発生電力の全てを電力線へ給電し且つ発生電力の平均値を下回った分を電力貯蔵手段から電力線へ給電することを特徴とする風力発電出力安定化方法。
【請求項２】
風力発電機から電力線へ給電すべき発生電力を検知する電力検知器と、風力発電機の発生電力を蓄電池へ給電し得るコンバータと、蓄電池に蓄えられた電力を電力線へ給電し得るインバータと、前記の電力検知器からの電力検知信号に基づき微小単位時間内における風力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該演算器からの電力平均値信号及び電力検知器からの電力検知信号に基づき、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を上回った際にコンバータを作動させて発生電力の平均値を上回った分を蓄電池へ給電し、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を下回った際にインバータを作動させて発生電力の平均値を下回った分を電力線へ給電する制御器とを備えてなることを特徴とする風力発電出力安定化装置。
【請求項３】
風力発電機から電力線へ給電すべき発生電力を検知する電力検知器と、風力発電機の発生電力を蓄電池へ給電し得るコンバータを蓄電池に蓄えられた電力を電力線へ給電し得るインバータと一体化した双方向電力変換手段と、前記の電力検知器からの電力検知信号に基づき微小単位時間内における風力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該演算器からの電力平均値信号及び電力検知器からの電力検知信号に基づき、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を上回った際に双方向電力変換手段を作動させて発生電力の平均値を上回った分を蓄電池へ給電し、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を下回った際に双方向電力変換手段を作動させて発生電力の平均値を下回った分を電力線へ給電する制御器とを備えてなることを特徴とする風力発電出力安定化装置。
【請求項４】
風力発電機から電力線へ給電すべき発生電力を検知する電力検知器と、モータ兼用発電機の二次巻線の励磁状態を変化させることにより風力発電機の発生電力を回転エネルギーに変換して蓄え得られ且つ当該回転エネルギーを電力に変換して電力線へ給電し得るフライホィール方式の電力貯蔵手段と、前記の電力検知器からの電力検知信号に基づき微小単位時間内における風力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該演算器からの微小単位時間内の電力平均値信号及び電力検知器からの電力検知信号に基づき、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を上回った際にモータ兼用発電機の二次巻線の励磁状態をモータ設定にして発生電力の平均値を上回った分を回転エネルギーに変換し、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を下回った際にモータ兼用発電機の二次巻線の励磁状態を発電機設定にして発生電力の平均値を下回った分を回転エネルギーから電力に変換して電力線へ給電する制御器とを備えてなることを特徴とする風力発電出力安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は風力発電出力安定化方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自然界に存在するエネルギーを電力に変換する手段のひとつとして、風力発電が実施されている。
【０００３】
図６は風力発電を適用した発電設備の一例であり、この発電設備は、風力を受けるプロペラ１で交流発電機本体２を駆動する風力発電機３と、ディーゼル機関４で交流発電機本体５を駆動するディーゼル発電機６とを備え、両発電機３，６の発生電力を、同一の電力線７を介して需要対象へ給電するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す発電設備では、ディーゼル発電機６の発生電力は、ディーゼル機関４の出力で定まるが、風力発電機３の発生電力は、風力変化に応じて図３に示すように変動するので、出力電圧及び周波数が不安定になる。
【０００５】
このため、風力発電機３の出力に応じてディーゼル機関４の出力及び回転数を調整し、需要対象へ給電すべき電力の安定化を図るか、あるいは、風力発電機３の定格発生電力をディーゼル発電機６の定格発生電力の１０〜１５％程度以下として、需要対象へ給電されるべき電力が顕著な変動を呈しないようにする必要がある。
【０００６】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、風力発電機から電力線へ給電する電力の安定化を図り、電圧及び周波数の変動を抑止することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の風力発電出力安定化方法では、風力発電機から電力線へ給電すべき発生電力の変動を微小単位時間ごとに計測して微小単位時間内における風力発電機の発生電力の平均値を求め、当該平均値と現時点での発生電力とを対比し、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を上回った際に、当該発生電力の平均値に等しい分を電力線へ給電し且つ発生電力の平均値を上回った分を電力貯蔵手段に蓄え、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を下回った際に、発生電力の全てを電力線へ給電し且つ発生電力の平均値を下回った分を電力貯蔵手段から電力線へ給電する。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の風力発電出力安定化装置では、風力発電機から電力線へ給電すべき発生電力を検知する電力検知器と、風力発電機の発生電力を蓄電池へ給電し得るコンバータと、蓄電池に蓄えられた電力を電力線へ給電し得るインバータと、前記の電力検知器からの電力検知信号に基づき微小単位時間内における風力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該演算器からの電力平均値信号及び電力検知器からの電力検知信号に基づき、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を上回った際にコンバータを作動させて発生電力の平均値を上回った分を蓄電池へ給電し、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を下回った際にインバータを作動させて発生電力の平均値を下回った分を電力線へ給電する制御器とを備えている。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の風力発電出力安定化装置では、風力発電機から電力線へ給電すべき発生電力を検知する電力検知器と、風力発電機の発生電力を蓄電池へ給電し得るコンバータを蓄電池に蓄えられた電力を電力線へ給電し得るインバータと一体化した双方向電力変換手段と、前記の電力検知器からの電力検知信号に基づき微小単位時間内における風力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該演算器からの電力平均値信号及び電力検知器からの電力検知信号に基づき、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を上回った際に双方向電力変換手段を作動させて発生電力の平均値を上回った分を蓄電池へ給電し、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を下回った際に双方向電力変換手段を作動させて発生電力の平均値を下回った分を電力線へ給電する制御器とを備えている。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の風力発電出力安定化装置では、風力発電機から電力線へ給電すべき発生電力を検知する電力検知器と、モータ兼用発電機の二次巻線の励磁状態を変化させることにより風力発電機の発生電力を回転エネルギーに変換して蓄え得られ且つ当該回転エネルギーを電力に変換して電力線へ給電し得るフライホィール方式の電力貯蔵手段と、前記の電力検知器からの電力検知信号に基づき微小単位時間内における風力発電機の発生電力の平均値を求める演算器と、該演算器からの微小単位時間内の電力平均値信号及び電力検知器からの電力検知信号に基づき、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を上回った際にモータ兼用発電機の二次巻線の励磁状態をモータ設定にして発生電力の平均値を上回った分を回転エネルギーに変換し、現時点での風力発電機の発生電力が微小単位時間内における平均値を下回った際にモータ兼用発電機の二次巻線の励磁状態を発電機設定にして発生電力の平均値を下回った分を回転エネルギーから電力に変換して電力線へ給電する制御器とを備えている。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の風力発電出力安定化方法においては、現時点での風力発電機の発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値とを対比して、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分の電力を電力貯蔵手段に蓄え、また、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低くなったときに、平均値に対して不足する分の電力を電力貯蔵手段から電力線へ給電して、該給電線へ給電すべき電力の安定化を図る。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の風力発電出力安定化装置においては、現時点での風力発電機の発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値とに基づき、制御器がコンバータあるいはインバータを作動させ、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分の電力をコンバータを介して蓄電池に蓄え、また、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低くなったときに、平均値に対して不足する分の電力を蓄電池からインバータを介して電力線へ給電して、該電力線へ給電すべき電力の安定化を図る。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の風力発電出力安定化装置においては、現時点での風力発電機の発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値とに基づき、制御器が双方向電力変換手段を作動させ、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分の電力を双方向電力変換手段を介して蓄電池に蓄え、また、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低くなったときに、平均値に対して不足する分の電力を蓄電池から電力変換手段を介して電力線へ給電して、該電力線へ給電すべき電力の安定化を図る。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の風力発電出力安定化装置においては、現時点での風力発電機の発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値とに基づき、制御器が電力貯蔵手段のモータ兼用発電機の二次巻線の励磁状態を調整し、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分の電力を回転エネルギーに変換して電力貯蔵手段に蓄え、また、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低くなったときに、平均値に対して不足する分の電力を電力貯蔵手段の回転エネルギーを電力に変化することにより電力線へ給電して、該電力線へ給電すべき電力の安定化を図る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１６】
図１は本発明の風力発電出力安定化装置の実施の形態の第１の例であり、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００１７】
この風力発電安定化装置は、電力検知器８、蓄電池９、コンバータ１０、インバータ１１、演算器１２、及び制御器１３を備えている。
【００１８】
電力検知器８は、風力発電機３から電力線７へ給電すべき発生電力（ｋＷ）を検知して、電力検知信号８ｓを出力するようになっている。
【００１９】
コンバータ１０は、作動信号１０ｓが入力された際に、風力発電機３の発生電力を直流に変換して、蓄電池９へ給電するように構成されている。
【００２０】
インバータ１１は、作動信号１１ｓが入力された際に、蓄電池９に蓄えられている電力を交流に逆変換して、電力線７へ給電するように構成されている。
【００２１】
演算器１２は、電力検知器８からの電力検知信号８ｓに基づき、交流発電機本体２の発生電力の変動を微小単位時間（例えば１／１００秒）ごとに計測して微小単位時間内における発生電力の平均値を求め、電力平均値信号１２ｓを出力するように構成されている。
【００２２】
制御器１３は、演算器１２からの電力平均値信号１２ｓ及び電力検知器８からの電力検知信号８ｓに基づき、コンバータ１０あるいはインバータ１１へ作動信号１０ｓ，１１ｓを出力するように構成されている。
【００２３】
図１に示す風力発電出力安定化装置では、電力検知器８からの電力検知信号８ｓに基づき、演算器１２によって、微小単位時間内における風力発電機３の発生電力を求め、演算器１２から制御器１３に対して電力平均値信号１２ｓを出力する。
【００２４】
更に、演算器１２からの電力平均値信号１２ｓ及び前記の電力検知信号８ｓに基づき、制御器１３によって、現時点での風力発電機３の発生電力と微小単位時間内における発生電力平均値とを対比する。
【００２５】
現時点での風力発電機３の発生電力が、微小単位時間内における平均値よりも高くなっている場合には、制御器１３がコンバータ１０に作動信号１０ｓを出力し、平均値を超過する分の発生電力を、コンバータ１０により直流に変換して蓄電池９に蓄える。
【００２６】
現時点での風力発電機３の発生電力が、微小単位時間内における平均値よりも低くなっている場合には、制御器１３がインバータ１１に作動信号１１ｓを出力し、平均値に対して不足する分の電力を、蓄電池９の電力を交流に逆変換して電力線７へ給電する。
【００２７】
すなわち、風力発電機３の発生電力が図３に示すように変動すると、蓄電池９の電力の貯蔵及び放出が図４に示すように風力発電機３の発生電力の変動に応じて逆位相で行われ、これにより、電力線７へ給電される電力が図５に示すように安定化され、よって、需要対象に給電すべき電力の電圧及び周波数の変動を抑制することができる。
【００２８】
図２は本発明の風力発電出力安定化装置の実施の形態の第２の例であり、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００２９】
この風力発電出力安定化装置は、電力検知器８、フライホィール方式の電力貯蔵手段１４、演算器１２、及び制御器１５を備えている。
【００３０】
電力貯蔵手段１４は、回転軸にフライホィール１６が取り付けられたモータ兼用発電機１７と、該モータ兼用発電機１７の二次巻線へ励磁電流１７ｓを給電するための励磁用インバータ１８とを有している。
【００３１】
この電力貯蔵手段１４は、モータ兼用発電機１７の二次巻線の励磁状態をモータ設定にすると、風力発電機３の発生電力がフライホィール１６の回転エネルギーに変換されて蓄えられ、また、モータ兼用発電機１７の二次巻線の励磁状態を発電機設定にすると、フライホィール１６の回転エネルギーが電力に変換されて電力線７へ給電されるように構成されている。
【００３２】
制御器１５は、演算器１２からの電力平均値信号１２ｓ及び電力検知器８からの電力検知信号８ｓに基づき、電力貯蔵手段１４の励磁用インバータ１８へ作動信号１８ｓを出力するように構成されている。
【００３３】
図２に示す風力発電出力安定化装置では、電力検知器８からの電力検知信号８ｓに基づき、演算器１２によって、微小単位時間内における風力発電機３の発生電力を求め、演算器１２から制御器１５に対して電力平均値信号１２ｓを出力する。
【００３４】
更に、演算器１２からの電力平均値信号１２ｓ及び前記の電力検知信号８ｓに基づき、制御器１５によって、現時点での風力発電機３の発生電力と微小単位時間内における発生電力平均値とを対比する。
【００３５】
現時点での風力発電機３の発生電力が、微小単位時間内における平均値よりも高くなっている場合には、制御器１５が励磁用インバータ１８に作動信号１８ｓを出力して、モータ兼用発電機１７の二次巻線の励磁状態をモータ設定とし、平均値を超過する分の電力を、モータ兼用発電機１７で回転エネルギーに変換することによりフライホィール１６を回転させる。
【００３６】
現時点での風力発電機３の発生電力が、微小単位時間内における平均値よりも低くなっている場合には、制御器１５が励磁用インバータ１８に作動信号１８ｓを出力して、モータ兼用発電機１７の二次巻線の励磁状態を発電機設定とし、平均値に対して不足する分の電力を、フライホィール１６の回転エネルギーを電力に変換して電力線７へ給電する。
【００３７】
すなわち、風力発電機３の発生電力が図３に示すように変動すると、電力貯蔵手段１４の電力の貯蔵及び放出が図４に示すように風力発電機３の発生電力の変動に応じて逆位相で行われ、これにより、電力線７へ給電される電力が図５に示すように安定化され、よって、需要対象に給電すべき電力の電圧及び周波数の変化を抑制することができる。
【００３８】
なお、本発明の風力発電出力安定化方法及び装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、図１におけるコンバータ１０及びインバータ１１に替えてコンバータ１０とインバータ１１とを一体化した双方向電力変換手段を用いた構成とすること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の風力発電出力安定化方法及び装置によれば、下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【００４０】
（１）  本発明の請求項１に記載の風力発電出力安定化方法においては、現時点での風力発電機の発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値とを対比して、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分の電力を電力貯蔵手段に蓄え、また、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低くなったときに、平均値に対して不足する分の電力を電力貯蔵手段から電力線へ給電するので、該給電線へ給電すべき電力の安定化が図られ、需要対象に給電すべき電力の電圧及び周波数の変化を抑制することができる。
【００４１】
（２）  本発明の請求項２に記載の風力発電出力安定化装置においては、現時点での風力発電機の発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値とに基づき、制御器がコンバータあるいはインバータを作動させ、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分の電力をコンバータを介して蓄電池に蓄え、また、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低くなったときに、平均値に対して不足する分の電力を蓄電池からインバータを介して電力線へ給電するので、該電力線へ給電すべき電力の安定化が図られ、需要対象へ給電すべき電力の電圧及び周波数の変化を抑制することができる。
【００４２】
（３）  本発明の請求項３に記載の風力発電出力安定化装置においては、現時点での風力発電機の発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値とに基づき、制御器が双方向電力変換手段を作動させ、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分の電力を双方向電力変換手段を介して蓄電池に蓄え、また、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低くなったときに、平均値に対して不足する分の電力を蓄電池から双方向電力変換手段を介して電力線へ給電するので、該電力線へ給電すべき電力の安定化が図られ、需要対象へ給電すべき電力の電圧及び周波数の変化を抑制することができる。
【００４３】
（４）  本発明の請求項４に記載の風力発電出力安定化装置においては、現時点での風力発電機の発生電力と微小単位時間内における発生電力の平均値とに基づき、制御器が電力貯蔵手段のモータ兼用発電機の二次巻線の励磁状態を調整し、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が高くなったときに、平均値を超過する分の電力を回転エネルギーに変換して電力貯蔵手段に蓄え、また、微小単位時間内における平均値よりも風力発電機の発生電力が低くなったときに、平均値に対して不足する分の電力を電力貯蔵手段の回転エネルギーを電力に変化することにより電力線へ給電するので、該電力線へ給電すべき電力の安定化を図られ、需要対象へ給電すべき電力の電圧及び周波数の変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の風力発電出力安定化装置の実施の形態の第１の例の概念図である。
【図２】本発明の風力発電出力安定化装置の実施の形態の第２の例の概念図である。
【図３】風力発電機の発生電力の経時変化を示すグラフである。
【図４】電力貯蔵手段における電力の貯蔵及び放出の経時変化を示すグラフである。
【図５】電力線へ給電される電力の経時変化を示すグラフである。
【図６】風力発電を適用した発電設備の一例の概念図である。
【符号の説明】
３    風力発電機
７    電力線
８    電力検知器
８ｓ  電力検知信号
９    蓄電池（電力貯蔵手段）
１０  コンバータ
１１  インバータ
１２  演算器
１２ｓ        電力平均値信号
１３  制御器
１４  電力貯蔵手段
１５  制御器
１６  フライホィール
１７  モータ兼用発電機
【図１】
0003758359.tif 000002
【図２】
0003758359.tif 000003
【図３】
0003758359.tif 000004
【図４】
0003758359.tif 000005
【図５】
0003758359.tif 000006
【図６】
0003758359.tif 000007