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公開番号2025122701
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-22
出願番号2024018280
出願日2024-02-09
発明の名称風力発電システム、その制御方法、およびエネルギーストレージ装置
出願人日本ケミコン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F03D 7/04 20060101AFI20250815BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】ブレードを回転させるモータの回生電力を蓄電し、この蓄電電力をモータ駆動時に用いることにより、非回転側から回転側の供給する電力量を低減する。
【解決手段】風力を回転力に変換して発電機(6)の主軸(14)を回転させるブレード(22)と、少なくとも、ブレードに作用する風速、主軸に作用する応力、主軸の回転の何れかまたは二以上を含む制御情報を用いてブレードのピッチ角を演算するピッチ角演算部(統合制御部8)と、給電による回転でピッチ角を制御する、およびピッチ角の変動により回生電力を生じるモータ(サーボモータ24)と、主軸とともに回転する回転部と、発電機を含む非回転部との間で制御情報および電力を非接触で伝送する非接触伝送部(ロータリートランス12)と、モータに給電する、モータからの回生電力を充電する、および非接触伝送部により伝送された電力を充電するエネルギーストレージ(30)とを含んでいる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
風力を回転力に変換して発電機の主軸を回転させるブレードと、
少なくとも、前記ブレードに作用する風速、前記主軸に作用する応力、前記主軸の回転の何れかまたは二以上を含む制御情報を用いて前記ブレードのピッチ角を演算するピッチ角演算部と、
給電による回転で前記ブレードの前記ピッチ角を制御する、および前記ピッチ角の変動により回生電力を生じるモータと、
前記主軸とともに回転する回転部と、前記発電機を含む非回転部との間で前記制御情報および電力を非接触で伝送する非接触伝送部と、
前記モータに給電する、前記モータからの前記回生電力を充電する、および前記非接触伝送部により伝送された前記電力を充電するエネルギーストレージと、
を含む、風力発電システム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
さらに、前記ピッチ角の変動により前記エネルギーストレージの放電領域と充電領域が設定され、前記ピッチ角の減少により前記放電領域で前記エネルギーストレージを放電して前記モータに給電し、前記ピッチ角の増加により前記充電領域で前記エネルギーストレージに前記回生電力を充電する充放電部を含む、請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項３】
さらに、電源部と、
前記エネルギーストレージの充電電圧を検出する電圧検出部と、
前記充電電圧が下限閾値に低下したとき、前記電源部の給電により前記エネルギーストレージを充電させる充電部と、
を含む、請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項４】
さらに、少なくとも前記制御情報と前記エネルギーストレージに給電する前記電力を合成する合成部と、
前記合成部の出力から前記制御情報と前記電力を分離する分離部と、
を含む、請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項５】
前記エネルギーストレージは、電気二重層キャパシタ、電気二重層キャパシタモジュールの何れかを含む、請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項６】
ブレードが、風力を回転力に変換して発電機の主軸を回転させる工程と、
ピッチ角演算部が、少なくとも前記ブレードに作用する風速、前記主軸に作用する応力、前記主軸の回転の何れかまたは二以上を含む制御情報を用いて前記ブレードのピッチ角を演算する工程と、
モータが、給電により前記ブレードを回転させ、前記ブレードの前記ピッチ角を制御する工程と、
前記モータが、前記ブレードの風力回転を受けて回生電力を生じる工程と、
充放電部が、前記主軸の回転角度にエネルギーストレージの放電領域と充電領域が設定され、前記放電領域で前記エネルギーストレージを放電させ放電電力を前記モータに給電し、前記充電領域で前記エネルギーストレージに前記回生電力を充電させる工程と、
を含む、風力発電システムの制御方法。
【請求項７】
さらに、電圧検出部が、前記エネルギーストレージの充電電圧を検出する工程と、
充電部が、前記充電電圧が下限閾値に低下したとき、前記エネルギーストレージを充電させる工程と、
を含む、請求項６に記載の風力発電システムの制御方法。
【請求項８】
ブレードを回転させるモータに給電する電気二重層キャパシタモジュールと、
発電機の主軸の回転角度に前記電気二重層キャパシタモジュールの放電領域と充電領域を設定し、前記放電領域で前記電気二重層キャパシタモジュールを放電させ放電電力を前記モータに給電し、前記充電領域で前記電気二重層キャパシタモジュールに前記モータの回生電力を充電させる充放電部と、
を含む、エネルギーストレージ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示はたとえば、洋上発電などに用いられる風力発電システム、その制御方法、およびエネルギーストレージ装置に関する。
続きを表示（約 1,000 文字）【背景技術】
【０００２】
風力発電システムは、風力をブレードで回転力に変換して発電する。このため、風力を受けるブレードについて、風力を効率よく回転力に変換するため、また、強風からブレードを防護するためにも、風向に対するブレードの向きを表すピッチ角の制御は極めて重要である。
【０００３】
この風力発電システムに関し、ブレードのピッチ角を変化させるためのピッチ角駆動装置を備えることが知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００４】
この風力発電システムにおいて、ブレードのピッチ角の変位量を考慮したピッチ角指令値を求め、ブレードのピッチ角を変更することが知られている（たとえば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０００－６９７９７号公報
特開２０００－６７０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ブレードのピッチ角制御にサーボモータを用いた場合、このサーボモータを回転させるために必要な電力を供給し、ピッチ角制御のための制御情報が用いられる。従前、電力給電にはスリップリングやロータリートランスが用いられ、ブレード側のサーボモータに必要な電力が給電されている。
【０００７】
スリップリングは、回転側のリングに、非回転側のブラシを押し付けて回転側と非回転側の通電を行うため、リングおよびブラシ間で摩擦接触による摩耗が生じ、ブラシなどの耐久性に課題がある。とりわけ洋上発電では、ブラシ交換などのメンテナンスは極めて厄介である。
【０００８】
このスリップリングに代えてロータリートランスを使用すれば、ロータリートランスにはリングやブラシなどの摩擦接触がないため、耐磨耗性に優れ、メンテナンス頻度を低減できるなどの利点がある。
【０００９】
しかしながら、従来のロータリートランスにおいては、非回転側から回転側のブレードのピッチ角制御に用いる電力が大きく、この電力に比例してコイルが大型化し、質量やコストが増大するという課題があった。
【００１０】
そこで、本開示の目的は、ブレードを回転させるモータの回生電力を蓄電し、この蓄電電力をモータ駆動時に用いることにより、非回転側から回転側に供給する電力量を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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