風力発電設備
【課題】
従来の風力発電設備は、突風や強風などの急峻な回転加速度変化に対する対策が十分でない。従って発電機の出力端子を単に短絡させる、という回転制御手段が機能しない恐れを有している。
【解決手段】
風車１１と発電機１９とを備え、最大電力追従制御により稼働することが可能な風力発電設備１００において、風車１１の回転速度を検出する回転速度検出手段（回転速度検出器１８）と、前記回転速度に基づいて風況を予測する風況予測手段（演算処理部５１）と、発電機１９の出力側を短絡させる短絡手段（短絡制動装置２１）と、を有し、前記風況予測手段による予測に基づいて前記短絡手段を作動させる。
従来の風力発電設備は、突風や強風などの急峻な回転加速度変化に対する対策が十分でない。従って発電機の出力端子を単に短絡させる、という回転制御手段が機能しない恐れを有している。
【解決手段】
風車１１と発電機１９とを備え、最大電力追従制御により稼働することが可能な風力発電設備１００において、風車１１の回転速度を検出する回転速度検出手段（回転速度検出器１８）と、前記回転速度に基づいて風況を予測する風況予測手段（演算処理部５１）と、発電機１９の出力側を短絡させる短絡手段（短絡制動装置２１）と、を有し、前記風況予測手段による予測に基づいて前記短絡手段を作動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、風車の回転速度を正確に検出することを目的とする風力発電システムの保護装置を開示する。この保護装置では、風力発電システムにかかる負荷の大小に関わらず風車及び交流発電機等（以下、単に「風車等」ともいう。）の回転速度を正確に検出することにより、適宜、風車等の回転速度を減速させ、もって風車等が損傷するのを防止できるよう構成されている。そのためこの保護装置では、交流発電機の出力周波数を検出する周波数検出器を備える。これにより風車等の回転速度を正確に検出し、検出された出力周波数（回転速度）が一定値（上限値）を超えると短絡装置を作動させ、風車等の回転速度を減速あるいは停止させる、とされている。
特許文献２は、交流発電機の出力端子（電機子回路を含む、以下同じ）を短絡させても、交流発電機の回転子内の永久磁石が減磁するのを防止することを目的とする短絡装置を開示する。従来の短絡装置のように出力端子を単に短絡させる構成においては、過大な電流が電機子回路から電機子コイルに流れてしまい、回転子の永久磁石が減磁するという問題がある。そこで、特許文献２の短絡装置では、出力端子をコンデンサ・抵抗・リアクトルなどで構成されるインピーダンスを介して短絡することにより、過大な電流が電機子回路から電機子コイルに流れることを防止し、もって回転子内の永久磁石が減磁するのを防止できる、とされている。
【特許文献１】特開２０００−１９９４７３（請求項１、効果に関して０００６）
【特許文献２】特開２００２−３３９８５６（請求項２、効果に関して００３３、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら風力発電設備が最大電力追従制御により稼働している場合、前述した短絡装置を作動させれば何時でも風車の回転速度を減速できるとは限らない。その理由を以下に説明する。
ここで最大電力追従制御とは、ある風速における出力電力が最も大きくなるような固有の回転速度となるよう、風車等にかかる負荷を適宜増減させる制御方式をいう。
図６には、風車が風を受けることにより発生するトルク（以下、単に「風車発生トルク」ともいう。）と、発電機の出力端子を短絡させることで発生する風車を減速させようとするトルク（以下、単に「回転制動トルク」ともいう。）との関係を示す。
【０００４】
この場合において、最大電力追従制御により運転される風車の発生トルクは風速の３乗に比例して理論的には無限に増大するのに対し、回転制動トルクは風車の所定回転数で上限に達し、その後は風車の回転速度が増加するにつれて減少する性質を有する。
【０００５】
従って回転制動トルクが風車発生トルクと比較して大となる回転速度領域では風車の回転を回転制動トルクで制御（減速や停止を含む）できるが（以下、この速度領域を単に「制御可能速度領域」ともいう。）、一方で風車発生トルクが回転制動トルクと比較して大となる回転速度領域では風車の回転を回転制動トルクで制御することはできない（以下、この速度領域を単に「制御不可能速度領域」ともいう。）。
また風車の回転速度が過大となると、風車等が損傷する恐れを有している（以下、そのような速度を単に「過回転速度」ともいう。）。
【０００６】
しかし上記特許文献１の構成では、風車の回転速度を減速させる短絡装置を作動させるか否かの判定に、回転速度の上限値を設けているに過ぎない。一方、突風や強風が発生した場合は、風車の回転速度・回転加速度が急峻な変化を伴う。特許文献１のように、回転速度の上限値を設けるだけでは、風況が急激に変化した場合、風車の回転速度が制御不可能速度領域に達することを確実に防止できるとは限らず、よって過回転速度に達する恐れを有している。或いは風車の回転速度が制御不可能速度領域に達することを防止すべく回転速度の上限値を予め低く設定すると、風力発電設備の有する発電能力を十分に発揮させることができない。
一方、上記特許文献２の構成では、回転子内の永久磁石が減磁することを防止しているに過ぎず、突風や強風が発生した場合、制御不可能速度領域へ到達するのをどのように防止するのかに関して記載がない。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００８】
風車と発電機とを備え、最大電力追従制御により稼働することが可能な風力発電設備において、前記風車の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度に基づいて風況を予測する風況予測手段と、前記発電機の出力側を短絡させる短絡手段と、を有し、前記風況予測手段による予測に基づいて前記短絡手段を作動させる。
【０００９】
以上の構成により回転制動トルクにより前記風車等の回転を停止させることができる。また前記風車等を損傷させるような強風や突風が発生する恐れがあることを早期に検出することができるので、風車発生トルクが回転制動トルクを上回る恐れがある場合は、前記風車等の回転を予め停止させることが可能となる。従って前記風車等の回転速度が過回転速度に到達することを未然に阻止でき、もって風力発電設備が損傷するのを防止できる。
【００１０】
前記風況予測手段は、前記回転速度から回転加速度を推定する加速度推定手段と、前記回転加速度から回転加速度変化率を推定する加速度変化率推定手段と、を有し、前記回転加速度変化率から風況を予測することが好ましい。
【００１１】
以上の構成により風況をより確実に予測することができる。また予測する手段として推定手段が用いられている。従って構造を簡単にすることができる。
【００１２】
前記風況予測手段の予測結果に基づいて前記回転加速度に対する上限値（以下、単に「回転加速度上限値」ともいう。）を定め、前記回転加速度が前記上限値以上である場合に、前記短絡装置を作動させることが好ましい。
【００１３】
以上の構成により各々の風況に応じて個別に前記回転加速度上限値を定めるので、前記短絡装置を過不足なく作動させることが容易となる。従って風力発電設備の稼働率が向上する。
【００１４】
より大きな前記回転加速度変化率に対して、前記回転加速度上限値をより大きく定める。即ち前記回転加速度変化率に応じて前記回転加速度上限値を決定することが好ましい。
【００１５】
以上の構成により、風速の加速が短時間で収束する突風（回転加速度変化率は大）が発生する場合にあっては、前記風車等の回転速度が制御不可能速度領域または過回転速度に到達し得ない風況に対して、前記短絡装置が作動することを防止できる。従って風力発電設備の稼働率を向上できる。
一方、風速の加速が長時間に及び、且つ発生する最も大きな回転加速度が突風のそれと比して小である強風（回転加速度変化率は小）が発生する場合にあっては、前記上限値を小さく定めることにより、前記風車等の回転速度が制御不可能速度領域または過回転速度に到達し得る風況に対して、前記短絡装置をもれなく好適に作動させることができる。
従って前記風車等が損傷するのをより確実に防止できる。
【００１６】
前記回転速度が一定値を越えた場合にも、前記短絡手段を作動させることが好ましい。
【００１７】
以上の構成により、前記回転速度が所定の回転速度上限値を越えることで、前記短絡手段を作動させることができる。従って前記回転速度が過回転速度に到達するのをより確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る風力発電設備の実施の形態について説明する。
【００１９】
ここでは、本発明に係る風力発電設備が最大電力追従制御により稼働している例に関して説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係る風力発電設備のブロック図である。
図２は本発明の一実施形態に係る風力発電設備の全体構成を示す図である。
図３は本発明の一実施形態に係る風力発電設備の作動に関するフローチャートである。
図４は風況予測機能に関するサブルーチンのフローチャートである。
図５は風車減速または停止に関するサブルーチンのフローチャートである。
図６は風車発生トルクと回転制動トルクとの関係を示す図である。
図７は突風発生時における風車の回転加速度を示す図である。
図８は強風発生時における風車の回転加速度を示す図である。
【００２１】
図１に示すように本発明の一実施形態に係る風力発電設備１００は、自然エネルギーの一種である風力エネルギーを電気エネルギーから成る交流電力に変換して出力する風力発電装置本体１と、当該風力発電装置本体１へ接続され、風力発電装置本体１の制御機能や前記交流電力の直流電力への電力変換機能を備えたコントローラ２と、から構成されている。
【００２２】
図１及び図２に示すように風力発電装置本体１は、風力に応じた風車発生トルクを発生する風車１１を備えている。ここで、風力発電設備１００は最大電力追従制御により稼働しているので、風車１１の回転速度は風速に対してある相関関係の下で決定される。具体的には風力発電設備１００が供給する電力が任意の風速において最大となるように風車１１の回転速度が適宜制御される（図６も併せて参照）。
【００２３】
図２に示すように前記の風車１１を回転自在に支持する回転軸１５には、回転速度検出器１８が設けられている。この回転速度検出器１８は例えばエンコーダから成り、回転軸１５の回転速度に応じた回転速度信号（例えば、パルス信号）を出力するようになっている。
【００２４】
また前記回転軸１５には、例えば三相交流方式の発電機１９が設けられている。当該発電機１９は、回転軸１５の回転速度に応じた交流電力を出力するようになっている。また発電機１９の出力側には、後述する短絡制動装置２１が接続されている。
【００２５】
図１及び図２に示すようにコントローラ２は、風力発電装置本体１を制御する制御部３１と、前記の発電機１９から出力された交流電力を直流電力に電力変換する電力変換器３２と、発電機１９の出力側を短絡させる短絡制動装置２１を有している。
【００２６】
前記の短絡制動装置２１は短絡用リレー２２を備えている（図２参照）。当該短絡用リレー２２は３つのリレー接点を有しており、それらは発電機１９の各出力端子へ接続されている。短絡用リレー２２のスイッチ部は、後述する短絡駆動部４２（図１参照）からの通電の有無により切り替わる。具体的には、前記通電が有る場合は前記スイッチ部が開状態となり、一方で前記通電が無い場合は閉状態となる。後者のように短絡用リレー２２のスイッチ部が閉状態となり発電機１９の出力端子同士が短絡されると、発電機１９は回転制動トルクを生ずる。従って例えばコントローラ２が故障し各機器へ必要となる電気信号などを配給できない場合には、必然的に回転制御トルクが生じるので、風車１１等を停止させることができる。
【００２７】
図１に示すように当該制御部３１は、回転速度入力部４１と、短絡駆動部４２と、充電制御駆動部４３と、各部４１〜４３を監視または制御する演算処理部５１と、を有している。なお、回転速度入力部４１・短絡駆動部４２・充電制御駆動部４３は何れも演算処理部５１に接続されている。演算処理部５１の詳細については後述する。
【００２８】
前記の回転速度入力部４１は、回転速度検出器１８へ接続されており、当該回転速度検出器１８からの回転速度信号を信号処理に適した信号形態に変換する機能を有している。
【００２９】
前記の短絡駆動部４２は、前記短絡制動装置２１（短絡用リレー２２）へ接続されており、上記の如く当該短絡用リレー２２の開閉状態を制御する機能を有する（図２も併せて参照）。より具体的には通常動作時（発電時）においては短絡用リレー２２へ通電することにより回転軸１５の回転を許容し、一方で回転軸１５の回転を減速あるいは停止させる必要があるときは短絡用リレー２２への通電を停止し、回転制動トルクを発生させる機能を有する。
【００３０】
前記の演算処理部５１は、図示しない演算部や記憶部を有しており、風力発電設備１００を制御する各種の機能をプログラムの形態で有している。なお各機能は、プログラムのソフトウエア的形態に代えてハードウエア的形態で形成されていても良い。
【００３１】
前記の演算処理部５１は以下のような機能を有する。
即ち（１）前記充電制御駆動部４３を制御する充電制御機能と、（２）回転速度が正常か否かを判定する回転速度判定機能と、（３）回転速度から突風や強風などの風況を予測する風況予測機能と、（４）回転加速度が正常か否かを判定する回転加速度判定機能と、（５）風車１１等の回転を減速または停止させる風車減速停止機能と、を有する。なお当該充電制御機能・回転速度判定機能・風況予測機能は何れも前記回転速度入力部４１を介して回転軸１５の回転速度を監視するようになっている。
【００３２】
前記の充電制御機能（１）は、前記回転軸１５の回転速度が所定の回転速度上限値を越えた場合に、充電制御駆動部４３を介して電力変換器３２へ指令を与え、最大電力追従制御の指令により、負荷へ充電動作を行う。
【００３３】
前記の回転速度判定機能（２）は、上記回転速度が所定の回転速度上限値以上となったときは、過回転速度に達する恐れがあるとみなし、短絡駆動部４２を介して短絡制動装置２１を動作（短絡）させることにより、回転制動トルクを発生させて前記回転速度を調節し、あるいは完全に停止させる。これにより風車１１等を速やかに減速あるいは停止させることができるので、風車１１等の破損等を防止することができる。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図３のフローに従う。
【００３４】
前記の風況予測機能（３）は、上記回転速度から回転加速度を演算（推定）する機能と、当該回転加速度から回転加速度変化率を演算（推定）する機能とを備える。また前記回転加速度変化率に基づいて、どのような風が吹き始めたのか、即ち風況を予測することにより、風力発電設備１００の稼働を継続するか否かを判断するための基準を提供する。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図３及び図４のフローに従う。
【００３５】
前記の回転加速度判定機能（４）は、風況予測機能（３）により得られた回転加速度を監視する。当該回転加速度が、後述する回転加速度上限値以上になったときは、回転軸１５の回転速度は制御不可能速度領域に達する恐れがあるとみなし、短絡駆動部４２を介して短絡制動装置２１を動作（短絡）させることにより、回転制動トルクを発生させるようになっている。これにより風車１１等を速やかに停止させることができるので、風車１１等が突風や強風により過回転速度で回転することがなく、もって風車１１等の破損等を防止することができる。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図３のフローに従う。
【００３６】
風車減速停止機能（５）は、回転速度判定機能（２）および回転加速度判定機能（４）による判定結果を監視する。何れかの判定処理で風力発電設備１００の異常状態が検出されたときは、短絡駆動部４２を介して短絡制動装置２１を動作（短絡）させることにより、回転制動トルクを発生させるようになっている。これにより風車１１等を速やかに減速または停止させることができる。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図３及び図５のフローに従う。
【００３７】
また図１に示す通り前記の電力変換器３２は、適宜の整流器やＤＣ／ＤＣコンバータを備えている。前記発電機１９で発生する電力は、当該整流器と当該ＤＣ／ＤＣコンバータとをこの順に経て、負荷へ供給される。なお前記の充電制御駆動部４３は当該ＤＣ／ＤＣコンバータに接続されている。
【００３８】
以上の構成により、本実施形態に係る風力発電装置は、以下のような効果を奏する。
【００３９】
風車１１と発電機１９とを備え、最大電力追従制御により稼働することが可能な風力発電設備１００において、風車１１の回転速度を検出する回転速度検出手段（回転速度検出器１８）と、前記回転速度に基づいて風況を予測する風況予測手段（演算処理部５１）と、発電機１９の出力側を短絡させる短絡手段（短絡制動装置２１）と、を有し、前記風況予測手段による予測に基づいて前記短絡手段を作動させる。
【００４０】
以上の構成により回転制動トルクにより前記風車１１等の回転を停止させることができる。また前記風車１１等を損傷させるような強風や突風が発生する恐れがあることを早期に検出することができる。これにより風車発生トルクが回転制動トルクを上回る恐れがある場合は、前記風車１１等の回転を予め停止させることが可能となる。従って前記風車１１等の回転速度が過回転速度に到達することを未然に阻止でき、もって風力発電設備１００が損傷するのを防止できる。
【００４１】
風況予測手段（演算処理部５１）は、前記回転速度から回転加速度を推定する加速度推定手段（演算処理部５１）と、前記回転加速度から回転加速度変化率を推定する加速度変化率推定手段（演算処理部５１）と、を有し、前記回転加速度変化率から風況を予測する。
【００４２】
以上の構成により風況をより確実に予測することができる。また予測する手段として推定手段（演算処理部５１）が用いられている。従って構造を簡単にすることができる。
【００４３】
前記風況予測手段（演算処理部５１）の予測結果に基づいて前記回転加速度に対する上限値を定め、前記回転加速度が前記上限値以上である場合に、前記短絡装置（短絡制動装置２１）を作動させる。
【００４４】
以上の構成により各々の風況に応じて個別に前記回転加速度上限値を定めるので、前記短絡装置（短絡制動装置２１）を過不足なく作動させることが容易となる。従って風力発電設備１００の稼働率が向上する。
【００４５】
より大きな前記回転加速度変化率に対して、前記上限値をより大きく定める。即ち前記回転加速度変化率に応じて前記上限値を決定する。
【００４６】
以上の構成により風速の加速が短時間で収束する突風（回転加速度変化率は大）が発生する場合にあっては、前記風車１１等の回転速度が制御不可能速度領域または過回転速度に到達し得ない風況に対して、前記短絡装置（短絡制動装置２１）が作動することを防止できる。従って風力発電設備１００の稼働率を向上できる。
一方、風速の加速が長時間に及び、且つ発生する最も大きな回転加速度が突風のそれと比して小である強風（回転加速度変化率は小）が発生する場合にあっては、前記上限値を小さく定めることにより、前記風車１１等の回転速度が制御不可能速度領域または過回転速度に到達し得る風況に対して、前記短絡装置（短絡制動装置２１）をもれなく好適に作動させることができる。
従って前記風車１１等が損傷するのをより確実に防止できる。
【００４７】
前記回転速度が一定値を越えた場合にも、前記短絡手段（短絡制動装置２１）を作動させる。
【００４８】
以上の構成により、風況の一連の変化において、常に回転加速度が小、若しくは回転加速度変化率が小でも、前記回転速度が回転速度上限値を越えることで、前記短絡手段（短絡制動装置２１）を作動させることができる。従って前記回転速度が過回転速度に到達するのをより確実に防止できる。
【００４９】
次に、本実施形態における風力発電設備１００の作動について説明する。
【００５０】
前記の演算処理部５１は、以下のよう動作する。
即ち前述した（１）充電制御機能と、（２）回転速度判定機能と、（３）風況予測機能と、（４）回転加速度判定機能と、（５）風車減速停止機能と、は以下のような処理を行う。
【００５１】
前記の充電制御機能（１）の動作は、前述した通りである。
【００５２】
前記の回転速度判定機能（２）の大まかな動作は前述した通りである。なお前記の回転速度上限値は以下の三点に留意して決定されるのが好ましい。即ち回転速度上限値は、制御を可能とすべく制御可能速度領域内であること、風力発電設備１００の稼働率を確保すべくできるだけ大とすること、さらに一定のマージンを見込むべく制御可能速度領域の上限値よりもやや小とすること、について留意して決定されるのが好ましい。
【００５３】
上記の回転速度判定機能（２）の具体的な動作に関して、図３に基づいて説明する。
前記回転速度検出器１８によって検出された前記回転軸１５の回転数が（Ｓ３０３）、前記の回転速度上限値未満であるときは（Ｓ３０４：ＹＥＳ）、風車１１の回転へ向けてその他の処理（Ｓ３０５以降）へ移行する。そうでないときは（Ｓ３０４：ＮＯ）、風車１１の回転を調節し、あるいは完全に停止させる（Ｓ４００）。
【００５４】
前記の風況予測機能（３）の大まかな動作は前述した通りであるが、具体的な動作に関して、図３、図７及び図８に基づいて説明する。
回転軸１５の回転速度が回転速度上限値未満であると判断された場合（Ｓ３０４：ＹＥＳ）、図４に示す通りその回転速度に基づいて回転加速度（Ｓ３０６）及び回転加速度変化率（Ｓ３０７）を演算する。突風に見られる回転加速度の変化の特徴を図７に、強風のそれを図８に示す。これらに示されるように、風況の特徴は初期の回転加速度変化率として顕著に現れる。したがって、回転加速度変化率に基づいて風況を早期に予測することが可能となる（Ｓ３０８）。
具体的には図７に示すように回転加速度が急峻に上昇する、即ち加速度変化率が大きいときは、当該風況予測機能（３）は突風に移行しつつあると予測し、また図８に示すように回転加速度が上昇傾向にあり、且つ加速度変化率が比して小さいときは、強風に移行しつつあると予測する。
【００５５】
前記の回転加速度判定機能（４）の大まかな動作は前述した通りであるが、具体的な動作に関して、図３、図７及び図８に基づいて説明する。
風況予測機能（３）の予測結果に基づいて、回転加速度上限値を設定する（Ｓ３１０、図７及び図８）。回転加速度が回転加速度上限値以上であるときは（Ｓ３１１：ＮＯ）、風車１１の回転を停止させる（Ｓ４００）。そうでないときは（Ｓ３１１：ＹＥＳ）、風車１１の回転を継続あるいは開始する（Ｓ３５０）。
【００５６】
ここで、回転加速度上限値の決定の方法に関して説明する。
例えば、前述の風況予測機能（３）により、突風に移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を大きく設定する。一方、強風に移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を小さく設定する。
例えば突風が発生するとき（図７）は、一般的に風車１１の回転加速度を大きく上昇させるが、それは短時間で収束することが多く、風車１１が上記の制御不可能速度領域に結局到達しない場合も多い。従って回転加速度上限値を小とすると、上記の制御不可能速度領域に到達し得ない場合でも風車１１を減速・停止することとなり、もって風力発電設備１００の稼働率を不必要に低下させることとなる。よって、風況が突風へ移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を大きく設定するのである。
一方、強風が発生するとき（図８）は、一般的に風車の回転加速度の上昇は緩やかであるが、加速が長時間にわたって続くことが多く、且つ、加速度のピークは突風のそれに比して小さい。従って回転加速度上限値を大とすると、回転加速度がその上限値まで到達しない間に風車の速度が制御不可能速度領域に到達して、風車１１等を損傷する恐れがある。よって、風況が強風へ移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を小さく設定するのである。
【００５７】
風車減速停止機能（５）の大まかな動作は前述した通りであるが、具体的な動作に関して、図３及び図５に基づいて説明する。
図３に示すＳ３０４又はＳ３１１において風力発電設備１００の異常状態が検出されたときは（Ｓ３０４：ＮＯ、又はＳ３１１：ＮＯ）、風車１１を減速あるいは停止させる（Ｓ４００）。具体的には図５に示すように短絡駆動部４２をＯＦＦにする（短絡用リレー２２：短絡状態、Ｓ４０２）。
ここで、風車１１を完全に停止させる必要のあるときは、Ｓ４０２とＳ４０３との間に処理を一定時間だけ中断するようなタイマー（Ｓ４０２ａ）を設けることが好ましい。前記タイマーは、回転軸１５の回転速度を監視し、完全に停止したことを確認してＳ４０３へ移行するように設定されていても良いし、処理を再開する旨の指示があるまで中断を継続しても良い。
【００５８】
本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神から逸脱することのない様々な実施形態が他に成されることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用及び効果を述べているが、これら作用及び効果は一例であり、本発明を限定するものではない。
【００５９】
即ち、発電機の出力側を短絡させる手段として短絡用リレーを用いているが、半導体スイッチなどを用いて短絡するようにしてもよい。さらに、短絡制動装置の短絡用リレーは、３つのリレー接点を有しており、発電機の三相交流の各端子にそれぞれ接続されているが、発電機１９の２つ端子を、リレー接点を介して短絡するようにしてもよい。この場合は、２つのリレー接点が必要となる。
【００６０】
また、本実施形態における各機能を実現するプログラムは、記憶部のＲＯＭに予め読み出し専用に書き込まれていても良いし、ＣＤ等の記録媒体に記録されたものが必要時に読み出されて記憶部に書き込まれても良いし、さらにはインターネット等の電気通信回線を介して伝送されて記憶部に書き込まれても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る風力発電設備のブロック図。
【図２】本発明の一実施形態に係る風力発電設備の全体構成を示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係る風力発電設備の作動に関するフローチャート。
【図４】風況予測機能に関するサブルーチンのフローチャート。
【図５】風車減速または停止に関するサブルーチンのフローチャート。
【図６】風車発生トルクと回転制動トルクとの関係を示す図。
【図７】突風発生時における風車の回転加速度を示す図。
【図８】強風発生時における風車の回転加速度を示す図。
【符号の説明】
【００６２】
１１ 風車
１９ 発電機
２１ 短絡制動装置
５１ 演算処理部（風況予測手段等）
１００ 風力発電設備
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、風車の回転速度を正確に検出することを目的とする風力発電システムの保護装置を開示する。この保護装置では、風力発電システムにかかる負荷の大小に関わらず風車及び交流発電機等（以下、単に「風車等」ともいう。）の回転速度を正確に検出することにより、適宜、風車等の回転速度を減速させ、もって風車等が損傷するのを防止できるよう構成されている。そのためこの保護装置では、交流発電機の出力周波数を検出する周波数検出器を備える。これにより風車等の回転速度を正確に検出し、検出された出力周波数（回転速度）が一定値（上限値）を超えると短絡装置を作動させ、風車等の回転速度を減速あるいは停止させる、とされている。
特許文献２は、交流発電機の出力端子（電機子回路を含む、以下同じ）を短絡させても、交流発電機の回転子内の永久磁石が減磁するのを防止することを目的とする短絡装置を開示する。従来の短絡装置のように出力端子を単に短絡させる構成においては、過大な電流が電機子回路から電機子コイルに流れてしまい、回転子の永久磁石が減磁するという問題がある。そこで、特許文献２の短絡装置では、出力端子をコンデンサ・抵抗・リアクトルなどで構成されるインピーダンスを介して短絡することにより、過大な電流が電機子回路から電機子コイルに流れることを防止し、もって回転子内の永久磁石が減磁するのを防止できる、とされている。
【特許文献１】特開２０００−１９９４７３（請求項１、効果に関して０００６）
【特許文献２】特開２００２−３３９８５６（請求項２、効果に関して００３３、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら風力発電設備が最大電力追従制御により稼働している場合、前述した短絡装置を作動させれば何時でも風車の回転速度を減速できるとは限らない。その理由を以下に説明する。
ここで最大電力追従制御とは、ある風速における出力電力が最も大きくなるような固有の回転速度となるよう、風車等にかかる負荷を適宜増減させる制御方式をいう。
図６には、風車が風を受けることにより発生するトルク（以下、単に「風車発生トルク」ともいう。）と、発電機の出力端子を短絡させることで発生する風車を減速させようとするトルク（以下、単に「回転制動トルク」ともいう。）との関係を示す。
【０００４】
この場合において、最大電力追従制御により運転される風車の発生トルクは風速の３乗に比例して理論的には無限に増大するのに対し、回転制動トルクは風車の所定回転数で上限に達し、その後は風車の回転速度が増加するにつれて減少する性質を有する。
【０００５】
従って回転制動トルクが風車発生トルクと比較して大となる回転速度領域では風車の回転を回転制動トルクで制御（減速や停止を含む）できるが（以下、この速度領域を単に「制御可能速度領域」ともいう。）、一方で風車発生トルクが回転制動トルクと比較して大となる回転速度領域では風車の回転を回転制動トルクで制御することはできない（以下、この速度領域を単に「制御不可能速度領域」ともいう。）。
また風車の回転速度が過大となると、風車等が損傷する恐れを有している（以下、そのような速度を単に「過回転速度」ともいう。）。
【０００６】
しかし上記特許文献１の構成では、風車の回転速度を減速させる短絡装置を作動させるか否かの判定に、回転速度の上限値を設けているに過ぎない。一方、突風や強風が発生した場合は、風車の回転速度・回転加速度が急峻な変化を伴う。特許文献１のように、回転速度の上限値を設けるだけでは、風況が急激に変化した場合、風車の回転速度が制御不可能速度領域に達することを確実に防止できるとは限らず、よって過回転速度に達する恐れを有している。或いは風車の回転速度が制御不可能速度領域に達することを防止すべく回転速度の上限値を予め低く設定すると、風力発電設備の有する発電能力を十分に発揮させることができない。
一方、上記特許文献２の構成では、回転子内の永久磁石が減磁することを防止しているに過ぎず、突風や強風が発生した場合、制御不可能速度領域へ到達するのをどのように防止するのかに関して記載がない。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００８】
風車と発電機とを備え、最大電力追従制御により稼働することが可能な風力発電設備において、前記風車の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度に基づいて風況を予測する風況予測手段と、前記発電機の出力側を短絡させる短絡手段と、を有し、前記風況予測手段による予測に基づいて前記短絡手段を作動させる。
【０００９】
以上の構成により回転制動トルクにより前記風車等の回転を停止させることができる。また前記風車等を損傷させるような強風や突風が発生する恐れがあることを早期に検出することができるので、風車発生トルクが回転制動トルクを上回る恐れがある場合は、前記風車等の回転を予め停止させることが可能となる。従って前記風車等の回転速度が過回転速度に到達することを未然に阻止でき、もって風力発電設備が損傷するのを防止できる。
【００１０】
前記風況予測手段は、前記回転速度から回転加速度を推定する加速度推定手段と、前記回転加速度から回転加速度変化率を推定する加速度変化率推定手段と、を有し、前記回転加速度変化率から風況を予測することが好ましい。
【００１１】
以上の構成により風況をより確実に予測することができる。また予測する手段として推定手段が用いられている。従って構造を簡単にすることができる。
【００１２】
前記風況予測手段の予測結果に基づいて前記回転加速度に対する上限値（以下、単に「回転加速度上限値」ともいう。）を定め、前記回転加速度が前記上限値以上である場合に、前記短絡装置を作動させることが好ましい。
【００１３】
以上の構成により各々の風況に応じて個別に前記回転加速度上限値を定めるので、前記短絡装置を過不足なく作動させることが容易となる。従って風力発電設備の稼働率が向上する。
【００１４】
より大きな前記回転加速度変化率に対して、前記回転加速度上限値をより大きく定める。即ち前記回転加速度変化率に応じて前記回転加速度上限値を決定することが好ましい。
【００１５】
以上の構成により、風速の加速が短時間で収束する突風（回転加速度変化率は大）が発生する場合にあっては、前記風車等の回転速度が制御不可能速度領域または過回転速度に到達し得ない風況に対して、前記短絡装置が作動することを防止できる。従って風力発電設備の稼働率を向上できる。
一方、風速の加速が長時間に及び、且つ発生する最も大きな回転加速度が突風のそれと比して小である強風（回転加速度変化率は小）が発生する場合にあっては、前記上限値を小さく定めることにより、前記風車等の回転速度が制御不可能速度領域または過回転速度に到達し得る風況に対して、前記短絡装置をもれなく好適に作動させることができる。
従って前記風車等が損傷するのをより確実に防止できる。
【００１６】
前記回転速度が一定値を越えた場合にも、前記短絡手段を作動させることが好ましい。
【００１７】
以上の構成により、前記回転速度が所定の回転速度上限値を越えることで、前記短絡手段を作動させることができる。従って前記回転速度が過回転速度に到達するのをより確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る風力発電設備の実施の形態について説明する。
【００１９】
ここでは、本発明に係る風力発電設備が最大電力追従制御により稼働している例に関して説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係る風力発電設備のブロック図である。
図２は本発明の一実施形態に係る風力発電設備の全体構成を示す図である。
図３は本発明の一実施形態に係る風力発電設備の作動に関するフローチャートである。
図４は風況予測機能に関するサブルーチンのフローチャートである。
図５は風車減速または停止に関するサブルーチンのフローチャートである。
図６は風車発生トルクと回転制動トルクとの関係を示す図である。
図７は突風発生時における風車の回転加速度を示す図である。
図８は強風発生時における風車の回転加速度を示す図である。
【００２１】
図１に示すように本発明の一実施形態に係る風力発電設備１００は、自然エネルギーの一種である風力エネルギーを電気エネルギーから成る交流電力に変換して出力する風力発電装置本体１と、当該風力発電装置本体１へ接続され、風力発電装置本体１の制御機能や前記交流電力の直流電力への電力変換機能を備えたコントローラ２と、から構成されている。
【００２２】
図１及び図２に示すように風力発電装置本体１は、風力に応じた風車発生トルクを発生する風車１１を備えている。ここで、風力発電設備１００は最大電力追従制御により稼働しているので、風車１１の回転速度は風速に対してある相関関係の下で決定される。具体的には風力発電設備１００が供給する電力が任意の風速において最大となるように風車１１の回転速度が適宜制御される（図６も併せて参照）。
【００２３】
図２に示すように前記の風車１１を回転自在に支持する回転軸１５には、回転速度検出器１８が設けられている。この回転速度検出器１８は例えばエンコーダから成り、回転軸１５の回転速度に応じた回転速度信号（例えば、パルス信号）を出力するようになっている。
【００２４】
また前記回転軸１５には、例えば三相交流方式の発電機１９が設けられている。当該発電機１９は、回転軸１５の回転速度に応じた交流電力を出力するようになっている。また発電機１９の出力側には、後述する短絡制動装置２１が接続されている。
【００２５】
図１及び図２に示すようにコントローラ２は、風力発電装置本体１を制御する制御部３１と、前記の発電機１９から出力された交流電力を直流電力に電力変換する電力変換器３２と、発電機１９の出力側を短絡させる短絡制動装置２１を有している。
【００２６】
前記の短絡制動装置２１は短絡用リレー２２を備えている（図２参照）。当該短絡用リレー２２は３つのリレー接点を有しており、それらは発電機１９の各出力端子へ接続されている。短絡用リレー２２のスイッチ部は、後述する短絡駆動部４２（図１参照）からの通電の有無により切り替わる。具体的には、前記通電が有る場合は前記スイッチ部が開状態となり、一方で前記通電が無い場合は閉状態となる。後者のように短絡用リレー２２のスイッチ部が閉状態となり発電機１９の出力端子同士が短絡されると、発電機１９は回転制動トルクを生ずる。従って例えばコントローラ２が故障し各機器へ必要となる電気信号などを配給できない場合には、必然的に回転制御トルクが生じるので、風車１１等を停止させることができる。
【００２７】
図１に示すように当該制御部３１は、回転速度入力部４１と、短絡駆動部４２と、充電制御駆動部４３と、各部４１〜４３を監視または制御する演算処理部５１と、を有している。なお、回転速度入力部４１・短絡駆動部４２・充電制御駆動部４３は何れも演算処理部５１に接続されている。演算処理部５１の詳細については後述する。
【００２８】
前記の回転速度入力部４１は、回転速度検出器１８へ接続されており、当該回転速度検出器１８からの回転速度信号を信号処理に適した信号形態に変換する機能を有している。
【００２９】
前記の短絡駆動部４２は、前記短絡制動装置２１（短絡用リレー２２）へ接続されており、上記の如く当該短絡用リレー２２の開閉状態を制御する機能を有する（図２も併せて参照）。より具体的には通常動作時（発電時）においては短絡用リレー２２へ通電することにより回転軸１５の回転を許容し、一方で回転軸１５の回転を減速あるいは停止させる必要があるときは短絡用リレー２２への通電を停止し、回転制動トルクを発生させる機能を有する。
【００３０】
前記の演算処理部５１は、図示しない演算部や記憶部を有しており、風力発電設備１００を制御する各種の機能をプログラムの形態で有している。なお各機能は、プログラムのソフトウエア的形態に代えてハードウエア的形態で形成されていても良い。
【００３１】
前記の演算処理部５１は以下のような機能を有する。
即ち（１）前記充電制御駆動部４３を制御する充電制御機能と、（２）回転速度が正常か否かを判定する回転速度判定機能と、（３）回転速度から突風や強風などの風況を予測する風況予測機能と、（４）回転加速度が正常か否かを判定する回転加速度判定機能と、（５）風車１１等の回転を減速または停止させる風車減速停止機能と、を有する。なお当該充電制御機能・回転速度判定機能・風況予測機能は何れも前記回転速度入力部４１を介して回転軸１５の回転速度を監視するようになっている。
【００３２】
前記の充電制御機能（１）は、前記回転軸１５の回転速度が所定の回転速度上限値を越えた場合に、充電制御駆動部４３を介して電力変換器３２へ指令を与え、最大電力追従制御の指令により、負荷へ充電動作を行う。
【００３３】
前記の回転速度判定機能（２）は、上記回転速度が所定の回転速度上限値以上となったときは、過回転速度に達する恐れがあるとみなし、短絡駆動部４２を介して短絡制動装置２１を動作（短絡）させることにより、回転制動トルクを発生させて前記回転速度を調節し、あるいは完全に停止させる。これにより風車１１等を速やかに減速あるいは停止させることができるので、風車１１等の破損等を防止することができる。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図３のフローに従う。
【００３４】
前記の風況予測機能（３）は、上記回転速度から回転加速度を演算（推定）する機能と、当該回転加速度から回転加速度変化率を演算（推定）する機能とを備える。また前記回転加速度変化率に基づいて、どのような風が吹き始めたのか、即ち風況を予測することにより、風力発電設備１００の稼働を継続するか否かを判断するための基準を提供する。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図３及び図４のフローに従う。
【００３５】
前記の回転加速度判定機能（４）は、風況予測機能（３）により得られた回転加速度を監視する。当該回転加速度が、後述する回転加速度上限値以上になったときは、回転軸１５の回転速度は制御不可能速度領域に達する恐れがあるとみなし、短絡駆動部４２を介して短絡制動装置２１を動作（短絡）させることにより、回転制動トルクを発生させるようになっている。これにより風車１１等を速やかに停止させることができるので、風車１１等が突風や強風により過回転速度で回転することがなく、もって風車１１等の破損等を防止することができる。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図３のフローに従う。
【００３６】
風車減速停止機能（５）は、回転速度判定機能（２）および回転加速度判定機能（４）による判定結果を監視する。何れかの判定処理で風力発電設備１００の異常状態が検出されたときは、短絡駆動部４２を介して短絡制動装置２１を動作（短絡）させることにより、回転制動トルクを発生させるようになっている。これにより風車１１等を速やかに減速または停止させることができる。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図３及び図５のフローに従う。
【００３７】
また図１に示す通り前記の電力変換器３２は、適宜の整流器やＤＣ／ＤＣコンバータを備えている。前記発電機１９で発生する電力は、当該整流器と当該ＤＣ／ＤＣコンバータとをこの順に経て、負荷へ供給される。なお前記の充電制御駆動部４３は当該ＤＣ／ＤＣコンバータに接続されている。
【００３８】
以上の構成により、本実施形態に係る風力発電装置は、以下のような効果を奏する。
【００３９】
風車１１と発電機１９とを備え、最大電力追従制御により稼働することが可能な風力発電設備１００において、風車１１の回転速度を検出する回転速度検出手段（回転速度検出器１８）と、前記回転速度に基づいて風況を予測する風況予測手段（演算処理部５１）と、発電機１９の出力側を短絡させる短絡手段（短絡制動装置２１）と、を有し、前記風況予測手段による予測に基づいて前記短絡手段を作動させる。
【００４０】
以上の構成により回転制動トルクにより前記風車１１等の回転を停止させることができる。また前記風車１１等を損傷させるような強風や突風が発生する恐れがあることを早期に検出することができる。これにより風車発生トルクが回転制動トルクを上回る恐れがある場合は、前記風車１１等の回転を予め停止させることが可能となる。従って前記風車１１等の回転速度が過回転速度に到達することを未然に阻止でき、もって風力発電設備１００が損傷するのを防止できる。
【００４１】
風況予測手段（演算処理部５１）は、前記回転速度から回転加速度を推定する加速度推定手段（演算処理部５１）と、前記回転加速度から回転加速度変化率を推定する加速度変化率推定手段（演算処理部５１）と、を有し、前記回転加速度変化率から風況を予測する。
【００４２】
以上の構成により風況をより確実に予測することができる。また予測する手段として推定手段（演算処理部５１）が用いられている。従って構造を簡単にすることができる。
【００４３】
前記風況予測手段（演算処理部５１）の予測結果に基づいて前記回転加速度に対する上限値を定め、前記回転加速度が前記上限値以上である場合に、前記短絡装置（短絡制動装置２１）を作動させる。
【００４４】
以上の構成により各々の風況に応じて個別に前記回転加速度上限値を定めるので、前記短絡装置（短絡制動装置２１）を過不足なく作動させることが容易となる。従って風力発電設備１００の稼働率が向上する。
【００４５】
より大きな前記回転加速度変化率に対して、前記上限値をより大きく定める。即ち前記回転加速度変化率に応じて前記上限値を決定する。
【００４６】
以上の構成により風速の加速が短時間で収束する突風（回転加速度変化率は大）が発生する場合にあっては、前記風車１１等の回転速度が制御不可能速度領域または過回転速度に到達し得ない風況に対して、前記短絡装置（短絡制動装置２１）が作動することを防止できる。従って風力発電設備１００の稼働率を向上できる。
一方、風速の加速が長時間に及び、且つ発生する最も大きな回転加速度が突風のそれと比して小である強風（回転加速度変化率は小）が発生する場合にあっては、前記上限値を小さく定めることにより、前記風車１１等の回転速度が制御不可能速度領域または過回転速度に到達し得る風況に対して、前記短絡装置（短絡制動装置２１）をもれなく好適に作動させることができる。
従って前記風車１１等が損傷するのをより確実に防止できる。
【００４７】
前記回転速度が一定値を越えた場合にも、前記短絡手段（短絡制動装置２１）を作動させる。
【００４８】
以上の構成により、風況の一連の変化において、常に回転加速度が小、若しくは回転加速度変化率が小でも、前記回転速度が回転速度上限値を越えることで、前記短絡手段（短絡制動装置２１）を作動させることができる。従って前記回転速度が過回転速度に到達するのをより確実に防止できる。
【００４９】
次に、本実施形態における風力発電設備１００の作動について説明する。
【００５０】
前記の演算処理部５１は、以下のよう動作する。
即ち前述した（１）充電制御機能と、（２）回転速度判定機能と、（３）風況予測機能と、（４）回転加速度判定機能と、（５）風車減速停止機能と、は以下のような処理を行う。
【００５１】
前記の充電制御機能（１）の動作は、前述した通りである。
【００５２】
前記の回転速度判定機能（２）の大まかな動作は前述した通りである。なお前記の回転速度上限値は以下の三点に留意して決定されるのが好ましい。即ち回転速度上限値は、制御を可能とすべく制御可能速度領域内であること、風力発電設備１００の稼働率を確保すべくできるだけ大とすること、さらに一定のマージンを見込むべく制御可能速度領域の上限値よりもやや小とすること、について留意して決定されるのが好ましい。
【００５３】
上記の回転速度判定機能（２）の具体的な動作に関して、図３に基づいて説明する。
前記回転速度検出器１８によって検出された前記回転軸１５の回転数が（Ｓ３０３）、前記の回転速度上限値未満であるときは（Ｓ３０４：ＹＥＳ）、風車１１の回転へ向けてその他の処理（Ｓ３０５以降）へ移行する。そうでないときは（Ｓ３０４：ＮＯ）、風車１１の回転を調節し、あるいは完全に停止させる（Ｓ４００）。
【００５４】
前記の風況予測機能（３）の大まかな動作は前述した通りであるが、具体的な動作に関して、図３、図７及び図８に基づいて説明する。
回転軸１５の回転速度が回転速度上限値未満であると判断された場合（Ｓ３０４：ＹＥＳ）、図４に示す通りその回転速度に基づいて回転加速度（Ｓ３０６）及び回転加速度変化率（Ｓ３０７）を演算する。突風に見られる回転加速度の変化の特徴を図７に、強風のそれを図８に示す。これらに示されるように、風況の特徴は初期の回転加速度変化率として顕著に現れる。したがって、回転加速度変化率に基づいて風況を早期に予測することが可能となる（Ｓ３０８）。
具体的には図７に示すように回転加速度が急峻に上昇する、即ち加速度変化率が大きいときは、当該風況予測機能（３）は突風に移行しつつあると予測し、また図８に示すように回転加速度が上昇傾向にあり、且つ加速度変化率が比して小さいときは、強風に移行しつつあると予測する。
【００５５】
前記の回転加速度判定機能（４）の大まかな動作は前述した通りであるが、具体的な動作に関して、図３、図７及び図８に基づいて説明する。
風況予測機能（３）の予測結果に基づいて、回転加速度上限値を設定する（Ｓ３１０、図７及び図８）。回転加速度が回転加速度上限値以上であるときは（Ｓ３１１：ＮＯ）、風車１１の回転を停止させる（Ｓ４００）。そうでないときは（Ｓ３１１：ＹＥＳ）、風車１１の回転を継続あるいは開始する（Ｓ３５０）。
【００５６】
ここで、回転加速度上限値の決定の方法に関して説明する。
例えば、前述の風況予測機能（３）により、突風に移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を大きく設定する。一方、強風に移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を小さく設定する。
例えば突風が発生するとき（図７）は、一般的に風車１１の回転加速度を大きく上昇させるが、それは短時間で収束することが多く、風車１１が上記の制御不可能速度領域に結局到達しない場合も多い。従って回転加速度上限値を小とすると、上記の制御不可能速度領域に到達し得ない場合でも風車１１を減速・停止することとなり、もって風力発電設備１００の稼働率を不必要に低下させることとなる。よって、風況が突風へ移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を大きく設定するのである。
一方、強風が発生するとき（図８）は、一般的に風車の回転加速度の上昇は緩やかであるが、加速が長時間にわたって続くことが多く、且つ、加速度のピークは突風のそれに比して小さい。従って回転加速度上限値を大とすると、回転加速度がその上限値まで到達しない間に風車の速度が制御不可能速度領域に到達して、風車１１等を損傷する恐れがある。よって、風況が強風へ移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を小さく設定するのである。
【００５７】
風車減速停止機能（５）の大まかな動作は前述した通りであるが、具体的な動作に関して、図３及び図５に基づいて説明する。
図３に示すＳ３０４又はＳ３１１において風力発電設備１００の異常状態が検出されたときは（Ｓ３０４：ＮＯ、又はＳ３１１：ＮＯ）、風車１１を減速あるいは停止させる（Ｓ４００）。具体的には図５に示すように短絡駆動部４２をＯＦＦにする（短絡用リレー２２：短絡状態、Ｓ４０２）。
ここで、風車１１を完全に停止させる必要のあるときは、Ｓ４０２とＳ４０３との間に処理を一定時間だけ中断するようなタイマー（Ｓ４０２ａ）を設けることが好ましい。前記タイマーは、回転軸１５の回転速度を監視し、完全に停止したことを確認してＳ４０３へ移行するように設定されていても良いし、処理を再開する旨の指示があるまで中断を継続しても良い。
【００５８】
本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神から逸脱することのない様々な実施形態が他に成されることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用及び効果を述べているが、これら作用及び効果は一例であり、本発明を限定するものではない。
【００５９】
即ち、発電機の出力側を短絡させる手段として短絡用リレーを用いているが、半導体スイッチなどを用いて短絡するようにしてもよい。さらに、短絡制動装置の短絡用リレーは、３つのリレー接点を有しており、発電機の三相交流の各端子にそれぞれ接続されているが、発電機１９の２つ端子を、リレー接点を介して短絡するようにしてもよい。この場合は、２つのリレー接点が必要となる。
【００６０】
また、本実施形態における各機能を実現するプログラムは、記憶部のＲＯＭに予め読み出し専用に書き込まれていても良いし、ＣＤ等の記録媒体に記録されたものが必要時に読み出されて記憶部に書き込まれても良いし、さらにはインターネット等の電気通信回線を介して伝送されて記憶部に書き込まれても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る風力発電設備のブロック図。
【図２】本発明の一実施形態に係る風力発電設備の全体構成を示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係る風力発電設備の作動に関するフローチャート。
【図４】風況予測機能に関するサブルーチンのフローチャート。
【図５】風車減速または停止に関するサブルーチンのフローチャート。
【図６】風車発生トルクと回転制動トルクとの関係を示す図。
【図７】突風発生時における風車の回転加速度を示す図。
【図８】強風発生時における風車の回転加速度を示す図。
【符号の説明】
【００６２】
１１ 風車
１９ 発電機
２１ 短絡制動装置
５１ 演算処理部（風況予測手段等）
１００ 風力発電設備
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と発電機とを備え、最大電力追従制御により稼働することが可能な風力発電設備において、
前記風車の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度に基づいて風況を予測する風況予測手段と、
前記発電機の出力側を短絡させる短絡手段と、
を有し、
前記風況予測手段による予測に基づいて前記短絡手段を作動させる、ことを特徴とする風力発電設備。
【請求項２】
前記風況予測手段は、
前記回転速度から回転加速度を推定する加速度推定手段と、
前記回転加速度から回転加速度変化率を推定する加速度変化率推定手段と、を有し、
前記回転加速度変化率から風況を予測する、ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備。
【請求項３】
前記風況予測手段の予測結果に基づいて前記回転加速度に対する上限値を定め、前記回転加速度が前記上限値以上である場合に前記短絡手段を作動させる、ことを特徴とする請求項２に記載の風力発電設備。
【請求項４】
より大きな前記回転加速度変化率に対して、前記上限値をより大きく定める、ことを特徴とする請求項３に記載の風力発電設備。
【請求項５】
前記回転速度が一定値を越えた場合にも、前記短絡手段を作動させる、ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の風力発電設備。
【請求項１】
風車と発電機とを備え、最大電力追従制御により稼働することが可能な風力発電設備において、
前記風車の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度に基づいて風況を予測する風況予測手段と、
前記発電機の出力側を短絡させる短絡手段と、
を有し、
前記風況予測手段による予測に基づいて前記短絡手段を作動させる、ことを特徴とする風力発電設備。
【請求項２】
前記風況予測手段は、
前記回転速度から回転加速度を推定する加速度推定手段と、
前記回転加速度から回転加速度変化率を推定する加速度変化率推定手段と、を有し、
前記回転加速度変化率から風況を予測する、ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備。
【請求項３】
前記風況予測手段の予測結果に基づいて前記回転加速度に対する上限値を定め、前記回転加速度が前記上限値以上である場合に前記短絡手段を作動させる、ことを特徴とする請求項２に記載の風力発電設備。
【請求項４】
より大きな前記回転加速度変化率に対して、前記上限値をより大きく定める、ことを特徴とする請求項３に記載の風力発電設備。
【請求項５】
前記回転速度が一定値を越えた場合にも、前記短絡手段を作動させる、ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の風力発電設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２３８１１（Ｐ２００７−２３８１１Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０３８２８（Ｐ２００５−２０３８２８）
【出願日】平成１７年７月１３日（２００５．７．１３）
【出願人】（０００００２０５９）神鋼電機株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１３日（２００５．７．１３）
【出願人】（０００００２０５９）神鋼電機株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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