專利名稱：風(fēng)力發(fā)電控制裝置和風(fēng)力發(fā)電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電控制裝置和控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電控制方法。
背景技術(shù)：
以往，將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為不產(chǎn)生公害的發(fā)電裝置而受到關(guān)注， 并實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。特別是，額定輸出是數(shù)千瓦(kw)級(jí)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)被用作企業(yè)、學(xué)校、 一般家庭等中的照明器具等的電源、塑料大棚的加熱器、溫度、濕度等的測(cè)定裝置等的電源、或者商店街道、干線道路等的街道路燈等的電源。這種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)當(dāng)由于風(fēng)速增大而使風(fēng)車(chē)的旋轉(zhuǎn)速度增大時(shí)，很有可能由于翼的振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。并且，當(dāng)伴隨風(fēng)車(chē)的旋轉(zhuǎn)速度增大而使發(fā)電功率急劇增大時(shí)，向商用電源系統(tǒng)的電力供給劇增，很有可能使商用系統(tǒng)側(cè)的電壓和頻率變動(dòng)。因此，為了防止這些可能性，在強(qiáng)風(fēng)時(shí)，通過(guò)發(fā)電電壓、發(fā)電電流、旋轉(zhuǎn)速度中的任一方或者它們的組合來(lái)進(jìn)行發(fā)電功率的控制。例如，公開(kāi)了這樣的技術(shù)在強(qiáng)風(fēng)時(shí)提高與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出級(jí)連接的轉(zhuǎn)換器的輸出電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷電流的增大，通過(guò)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)施加電磁制動(dòng)來(lái)抑制風(fēng)車(chē)的旋轉(zhuǎn)速度的上升(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。并且，公開(kāi)了這樣的技術(shù)在檢測(cè)風(fēng)車(chē)的旋轉(zhuǎn)速度、且該檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)了預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)速度的情況下，通過(guò)將功率轉(zhuǎn)換電路控制成增大功率轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓(Vin)和輸出電壓(v。ut)之比(V。ut/Vin)，使輸入電壓(Vin)下降，通過(guò)抑制風(fēng)車(chē)的旋轉(zhuǎn)速度，不停止發(fā)電而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)速度的抑制(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1 日本專利第3423663號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利第3523587號(hào)公報(bào)然而，關(guān)于風(fēng)速10(m/s)以下程度的比較低的風(fēng)速區(qū)域內(nèi)的功率控制，存在不能有效獲得與風(fēng)速對(duì)應(yīng)的最佳電量的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述實(shí)際情況而作成的，本發(fā)明的目的是提供一種控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電控制裝置和控制該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電控制方法，該風(fēng)力發(fā)電控制裝置和風(fēng)力發(fā)電控制方法能夠在比較低的風(fēng)速區(qū)域內(nèi)獲得與風(fēng)速對(duì)應(yīng)的最佳電量。為了解決上述課題，本發(fā)明采用下述的結(jié)構(gòu)。S卩，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置控制使用傾角是固定的風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電控制裝置具有電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的輸出電流值；電壓檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的輸出電壓值；旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)速度；翼空氣動(dòng)力特性存儲(chǔ)單元，其預(yù)先存儲(chǔ)所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼固有的特性即翼空氣動(dòng)力特性；功率計(jì)算單元，其根據(jù)由所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的輸出電流值、由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的輸出電壓值以及由所述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，計(jì)算在當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度下的輸出功率；以及控制單元，其根據(jù)由所述功率計(jì)算單元計(jì)算出的輸出功率和存儲(chǔ)在所述翼空氣動(dòng)力特性存儲(chǔ)單元內(nèi)的翼空氣動(dòng)力特性，控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)。并且，在本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置中，優(yōu)選的是，所述控制單元控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以使由所述功率計(jì)算單元計(jì)算出的輸出功率與存儲(chǔ)在所述翼空氣動(dòng)力特性存儲(chǔ)單元內(nèi)的翼空氣動(dòng)力特性一致。并且，在本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置中，優(yōu)選的是，所述控制單元在由所述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)速度是預(yù)定的風(fēng)速區(qū)域內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度的范圍內(nèi)，控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)。并且，在本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置中，優(yōu)選的是，所述預(yù)定的風(fēng)速區(qū)域是大致 10(m/s)以下的風(fēng)速區(qū)域。并且，在本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置中，優(yōu)選的是，所述控制單元在由所述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)了與所述預(yù)定的風(fēng)速區(qū)域的最大風(fēng)速對(duì)應(yīng)的最大旋轉(zhuǎn)速度的情況下，將所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制成不超過(guò)所述最大旋轉(zhuǎn)速度。并且，在本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置中，優(yōu)選的是，所述翼空氣動(dòng)力特性存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)表示所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)速度與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的扭矩之間的關(guān)系的翼空氣動(dòng)力特性。并且，在本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置中，優(yōu)選的是，所述控制單元通過(guò)使所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有的電樞線圈在預(yù)定的工作循環(huán)直接短路來(lái)控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)。并且，在本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置中，優(yōu)選的是，所述控制單元通過(guò)使所述電樞線圈斷續(xù)短路來(lái)控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)。并且，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制方法控制使用傾角是固定的風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電控制方法檢測(cè)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的輸出電流值；檢測(cè)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的輸出電壓值；檢測(cè)所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)速度；根據(jù)所述檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的輸出電流值、所述檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的輸出電壓值以及所述檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，計(jì)算在當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度下的輸出功率；以及根據(jù)所述計(jì)算出的輸出功率和預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼固有的特性即翼空氣動(dòng)力特性，控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以使計(jì)算出的輸出功率與所述翼空氣動(dòng)力特性一致。


圖1是示出應(yīng)用了本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置的框圖。圖2是示出風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的功率和施加給風(fēng)力發(fā)電機(jī)的通電率之間的關(guān)系的圖。圖3是示出在應(yīng)用了本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置中執(zhí)行的風(fēng)力發(fā)電控制處理流程的流程圖。圖4是示出風(fēng)速與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的功率和風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是示出應(yīng)用了本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置的框圖。在圖1中，應(yīng)用了本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電控制裝置1構(gòu)成通過(guò)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)2來(lái)有效發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)2具有永久磁鐵21和三相繞組22，將通過(guò)傾角是固定的風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼20的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的交流電流通過(guò)整流器23轉(zhuǎn)換為直流電流，提供給蓄電池M和與該蓄電池24連接的負(fù)載25。另外，所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼20由于其傾角是固定的，因而與可使傾角變動(dòng)的類型或者翼為可倒式的類型相比，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單且故障也少，容易實(shí)現(xiàn)小型輕量化。所述風(fēng)力發(fā)電控制裝置1具有電流A/D轉(zhuǎn)換部11，電壓A/D轉(zhuǎn)換部12，旋轉(zhuǎn)速度計(jì)數(shù)部13，rpm/功率運(yùn)算部14，計(jì)數(shù)控制部15以及PWM調(diào)制部16。所述電流A/D轉(zhuǎn)換部11經(jīng)由電流檢測(cè)電路沈檢測(cè)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)2輸出的輸出電流值，將模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。所述電壓A/D轉(zhuǎn)換部12經(jīng)由電壓檢測(cè)電路27檢測(cè)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)2輸出的輸出電壓值，將模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。 所述旋轉(zhuǎn)速度計(jì)數(shù)部13經(jīng)由旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)電路觀檢測(cè)并取得所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼20 的旋轉(zhuǎn)速度。所述rpm/功率運(yùn)算部14根據(jù)由所述旋轉(zhuǎn)速度計(jì)數(shù)部13取得的旋轉(zhuǎn)速度和預(yù)定的所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼20固有的特性即翼空氣動(dòng)力特性，計(jì)算所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)2的理論輸出值。這里，所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼20固有的特性即翼空氣動(dòng)力特性可以將表示所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼 20的旋轉(zhuǎn)速度與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的扭矩之間的關(guān)系的翼空氣動(dòng)力特性作為理論特性表存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)，可以使用WP = aXx^bXx^+L+cXx+cKWP 理論輸出值，χ 轉(zhuǎn)速，a、 b、c、d 系數(shù))那樣的多次模擬式，例如WP = B1X X^b1 X ^+C1XxH (WP 理論輸出值，χ 轉(zhuǎn)速，ai、V C1, Cl1 系數(shù))那樣的3次模擬式。另外，所述多次模擬式是根據(jù)下述所示的理論特性計(jì)算式進(jìn)行了模式化后的式。S卩，對(duì)于任意的風(fēng)速U(m/s)和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度N(rpm)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出 P(W)可根據(jù)翼運(yùn)動(dòng)量理論按下述式1求出。[算式1]P = ^pU2-A-Cp.. . ζ 1式中P:發(fā)電輸出(W)P 空氣密度(kg/m3)U 風(fēng)速(m/s)A 轉(zhuǎn)子的投影面積=π R2 (m2)R 轉(zhuǎn)子的半徑(m)Cp 功率因數(shù)并且，功率因數(shù)Cp可使用下述式2求出。[算式2]
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電控制裝置，所述風(fēng)力發(fā)電控制裝置控制使用傾角是固定的風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電控制裝置具有電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的輸出電流值； 電壓檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的輸出電壓值； 旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)速度；翼空氣動(dòng)力特性存儲(chǔ)單元，其預(yù)先存儲(chǔ)所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼固有的特性即翼空氣動(dòng)力特性； 功率計(jì)算單元，其根據(jù)由所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的輸出電流值、由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的輸出電壓值以及由所述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，計(jì)算在當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度下的輸出功率；以及控制單元，其根據(jù)由所述功率計(jì)算單元計(jì)算出的輸出功率和存儲(chǔ)在所述翼空氣動(dòng)力特性存儲(chǔ)單元內(nèi)的翼空氣動(dòng)力特性，控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電控制裝置，其特征在于，所述控制單元控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以使由所述功率計(jì)算單元計(jì)算出的輸出功率與存儲(chǔ)在所述翼空氣動(dòng)力特性存儲(chǔ)單元內(nèi)的翼空氣動(dòng)力特性一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電控制裝置，其特征在于，所述控制單元在由所述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)速度是預(yù)定的風(fēng)速區(qū)域內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度的范圍內(nèi)，控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電控制裝置，其特征在于，所述預(yù)定的風(fēng)速區(qū)域是大致10(m/s)以下的風(fēng)速區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電控制裝置，其特征在于，所述控制單元在由所述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)了與所述預(yù)定的風(fēng)速區(qū)域的最大風(fēng)速對(duì)應(yīng)的最大旋轉(zhuǎn)速度的情況下，將所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制成不超過(guò)所述最大旋轉(zhuǎn)速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電控制裝置，其特征在于，所述翼空氣動(dòng)力特性存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)表示所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)速度與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的扭矩之間的關(guān)系的翼空氣動(dòng)力特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電控制裝置，其特征在于，所述控制單元通過(guò)使所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有的電樞線圈在預(yù)定的工作循環(huán)直接短路來(lái)控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電控制裝置，其特征在于，所述控制單元通過(guò)使所述電樞線圈斷續(xù)短路來(lái)控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
9.一種風(fēng)力發(fā)電控制方法，所述風(fēng)力發(fā)電控制方法控制使用傾角是固定的風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電控制方法檢測(cè)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的輸出電流值； 檢測(cè)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的輸出電壓值； 檢測(cè)所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)速度；根據(jù)所述檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的輸出電流值、所述檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的輸出電壓值以及所述檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，計(jì)算在當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度下的輸出功率；以及根據(jù)所述計(jì)算出的輸出功率和預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的所述風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼固有的特性即翼空氣動(dòng)力特性，控制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以使計(jì)算出的輸出功率與所述翼空氣動(dòng)力特性一致。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電控制裝置和控制該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電控制方法，風(fēng)力發(fā)電控制裝置和風(fēng)力發(fā)電控制方法控制使用傾角是固定的風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的輸出電流值，檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的輸出電壓值，檢測(cè)風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)速度，根據(jù)檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的輸出電流值、檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的輸出電壓值以及檢測(cè)出的當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，計(jì)算在當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度下的輸出功率，根據(jù)計(jì)算出的輸出功率和風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)翼固有的特性即翼空氣動(dòng)力特性控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)，從而能夠在比較低的風(fēng)速區(qū)域內(nèi)有效地獲得與風(fēng)速對(duì)應(yīng)的最佳電量。
文檔編號(hào)F03D7/02GK102428269SQ20108002186
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月28日
發(fā)明者伊藤瞭介, 大久保隆典, 山崎高士, 松宮煇, 近重唯章 申請(qǐng)人:輕風(fēng)株式會(huì)社