ウィンドファームに適した直列方式風力発電システム

2022.10.20 By 東京電機大学

環境

技術概要

ウィンドファームを構成する各風車に流入する風力エネルギーを統合し,これを常に最大限有効に利用しつつ電力系統と 容易に連系できる新規風力発電システム。本方式は長距離送電に適している直流送電を利用でき、洋上を含む遠隔地に設置されるウィンドファームのシステム構成として最適である。

用途・応用

・風力発電システム、ハイブリッド発電システムなどの再生可能エネルギーを利用した発電システム

背景

 現在、地球温暖化問題の解決等に向けた様々な検討・努力がなされている。

 特に近年では、原子力発電を取り巻く様々な課題や、原油価格の急激な上昇などにより再生可能エネルギーの有効利用が急務となっている。

 ここで、風力発電は燃料が不要であることなどから、地球環境保全・改善のための有望・有力な手段の一つと考えられている。

 ところで、風力エネルギーの密度が低いことから、単機の風力発電機の出力容量は、火力発電所などの既存の発電システムと比べて相対的に小さいという難点がある。

 そのため、実用規模の風力発電所は一般に、複数台の風力発電機を相互接続したウインドファームにより構成される。

 風力発電機の相互接続の方法としては、個々の風力発電機の出力を整流してこれらを直列接続する方式が提案されている。

 この方式は、従来の並列接続方式と比べてシステム構成が簡潔であるため、高い信頼性や低コスト化が期待できるだけでなく、高品質の電気出力が得られるなどの多くの利点を有している。

課題

 ところで、直列接続方式を採用する風力発電システムでは、直列接続される風力発電機の台数に特に制限は無い。

 しかしながら、台数の増加に伴い、システム各部の対地電圧が上昇することとなるので、絶縁に対する特別な配慮(例えば、システムの各部の絶縁性や耐圧性を高めるなどの配慮)が必要となり、コストが嵩むという課題がある。

 一方で、ウインドファームを構成する風車や風力発電機の台数が多くなると、それだけ出力容量を増加できると共に、出力変動の平準化が期待できるので、絶縁に特別な配慮をせずに出力容量の増大を可能とする相互接続方式の開発が望まれている。

 本発明は、上述のような課題を解決すべくなされたものであり、複数台の風力発電機を直列接続する場合における各部の電圧上昇を抑制しつつ、出力容量を増加させることのできる風力発電システムを提供することを目的とする。

手段

 本発明の一態様によれば、風力に応じて回転エネルギーを発生させる風力タービン、該風力タービンで発生した回転エネルギーに応じて交流電力を発生させる風力発電機、該風力発電機で発生した交流電力を直流電力に変換するコンバータと、を有する風力発電ユニットが複数個で構成される風力発電ユニット群を2組有し、前記風力発電ユニット群毎に設けられ、前記複数の風力発電ユニットの前記コンバータがそれぞれ出力する直流電力の直列和を入力し、該直列和を交流電力に変換するインバータを有する2組の変換ユニットとを備え、前記2組の変換ユニットの間に、前記2組の変換ユニットで共用される同期調相機を有することを特徴とする風力発電システムが提供される。

効果

 本発明によれば、複数台の風力発電機を直列接続する場合における各部の電圧上昇を抑制しつつ、出力容量を増加させることのできる風力発電システムを提供することができる。

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特許情報

特開2014-176257

JPA 2014176257-000000