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ハイブリッド風力発電システム

国内特許コード P08P005876
整理番号 TDU-130
掲載日 2008年11月14日
出願番号 特願2007-120928
公開番号 特開2008-274882
登録番号 特許第5392883号
出願日 平成19年5月1日(2007.5.1)
公開日 平成20年11月13日(2008.11.13)
登録日 平成25年10月25日(2013.10.25)
発明者
  • 西方 正司
出願人
  • 学校法人東京電機大学
発明の名称 ハイブリッド風力発電システム
発明の概要

【課題】低コストで且つ簡単な構成により実現可能であり、風速の変化によらず一定の出力を保つハイブリッド風力発電システムを提供する。
【解決手段】風力タービン10の軸に機械的に接続され、風力に応じて電力を出力する永久磁石同期発電機12と、永久磁石同期発電機12により出力された電力を整流して直流に変換するサイリスタ整流器14と、サイリスタ整流器14により直流に変換された電力に基づき平滑された直流電流を供給するDCリンク部16と、DCリンク部16により供給された直流電流を交流に変換するサイリスタインバータ20と、原動機22により駆動され電力を出力する同期発電機24と、サイリスタインバータ20により出力された交流電力と同期発電機24により出力された電力とを合成し、所定の電力を出力する波形改善リアクトル26とを備える。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


近年、地球温暖化や化石燃料の大量消費による天然資源の枯渇等が深刻な問題となっている。風力のような自然エネルギーの利用は、これらの問題に対する有効な解決策である。



しかしながら、風力発電システムの出力は、エネルギー源である風力によって変動するため、設置点の地形や季節風等に起因する変動要因が多く甚だ不安定である。このため、風力発電システムを既存の電力系統と連係して運転するためには、風力発電による出力変動を考慮する必要がある。従来から、風力発電機の出力変動を緩和させるために、風力発電システムは、蓄電池電源を有する場合が多い。このような風力発電システムは、充分な風力発電エネルギーが得られる場合には、まず蓄電池に充電させたうえで余剰電力を検出して負荷に電力を供給し、風力発電エネルギーが低下した場合には、蓄電池出力によって低下分を補い、安定した電力供給を行う。



また、太陽光発電出力と風力発電出力とを利用したハイブリッド発電システムも提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のハイブリッド発電システムは、直交変換器を介して外部電力系統に連系運転するハイブリッド発電システムであり、太陽光発電装置出力と風力発電装置出力の並列接続による電力容量の加算出力を可能にするとともに、自然環境の変動に対応して太陽光単独発電または風力単独発電の出力のみの運転状態にも対応する。



このハイブリッド発電システムは、以下に述べるような制御方法を採用している。まず、日中に太陽光発電の出力があるときには、このハイブリッド発電システムは、風力発電の出力電圧を太陽光発電装置の出力電圧に合わせて直流並列接続をして直交変換器に入力する。その際、風力発電の出力が太陽光発電に達しない時には、ハイブリッド発電システムは、風力の直流並列接続を遮断する。また、夜間など太陽光発電装置の出力がないときには、ハイブリッド発電システムは、太陽光発電出力端子を遮断して風力発電の出力のみを直交変換器に入力する。



さらに、太陽光発電、風力発電がともに所定の電圧に達しない場合には、ハイブリッド発電システムは、いずれの接続も遮断する。この際、風力発電電力が弱いながらも充電できるレベルの値以上の場合には、ハイブリッド発電システムは、充電状態に移行して蓄電器に充電する。さらに、蓄電した電力量が所定のレベル以上に達していて且つシステムからの出力が所定の出力値より低い場合には、ハイブリッド発電システムは、放電状態に移行する。



また、風力発電の出力が高く、内部消費を差引いても余力がある場合には、ハイブリッド発電システムは、外部電力系統に送り出し、又は余剰電力をシステム内の蓄電器に充電する。



このハイブリッド発電システムによれば、風力発電の出力側に制御性のよい昇降圧器を設け、有効な並列発電が可能になるとともに、蓄電器を採用して、短時間での上昇下降の激しい規格未満電力並びに余剰電力を蓄電し、風力出力がないときに放電することによりシステム全体の効率を高めることができる。



風力発電機により発電された電力は、DCリンク方式の場合、インバータにより一定周波数・一定電圧の交流電力に変換される。その際に使用されるインバータは、通常、電圧形インバータである(例えば、特許文献2参照)。この電圧形インバータは、コンバータ出力側のコンデンサにより平滑された直流電圧を得たのち、インバータ部で所定の周波数の交流電圧に変換する。【特許文献1】特開2005-51955号公報【特許文献2】特開2007-89399号公報

産業上の利用分野


本発明は、風速の変動によらずに一定の出力を得ることのできるハイブリッド風力発電システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
風力タービンの軸に機械的に接続され、風力に応じて電力を出力する第1同期発電機と、
前記第1同期発電機により出力された電力を整流して直流に変換するコンバータ部と、
前記コンバータ部により直流に変換された電力に基づき平滑された直流電流を供給するDCリンク部と、
前記DCリンク部により供給された直流電流を交流に変換するインバータ部と、
原動機により駆動され電力を出力する第2同期発電機と、
前記インバータ部により出力された交流電力と前記第2同期発電機により出力された電力とを合成し、前記インバータ部と前記第2同期発電機との両方から電流が流入したときに、両方の電流により生じる磁束が加わり合うようにし、また、前記インバータ部と当該ハイブリッド風力発電システムの出力端との両方から電流が流入したときに、両方の電流により生じる磁束が打ち消し合うように同一鉄心上に巻装され且つ直列に接続された二つのコイルから構成される波形改善リアクトルである、所定の電力を出力する電力供給部と、
を備え、
前記インバータ部は、サイリスタインバータにより構成され、
前記第2同期発電機は、前記電力供給部を介して前記サイリスタインバータに転流に必要な無効電力を供給するとともに、当該ハイブリッド風力発電システムの出力を一定に保持するために風力エネルギーに基づく前記第1同期発電機の出力で賄うことができない不足分の有効電力を供給することを特徴とするハイブリッド風力発電システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007120928thum.jpg
出願権利状態 登録
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