風車出力を増大する風速変動対応型・動的MPPT制御システムの開発
| Project/Area Number |
21K14153
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
又吉 秀仁 大阪工業大学, 工学部, 講師 (80882381)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2021: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000)
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| Keywords | 風力発電 / 小型風車 / 垂直軸風車 / MPPT制御 / 再生可能エネルギー / 機械学習 / 風速変動 / 動的MPPT制御 / 回転速度維持制御 |
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| Outline of Research at the Start |
風速変動の大きい風況下において、大きな慣性を持つ大型風車の回転速度を迅速に制御することは難しく、発電出力は最大で40%以上減少する。研究代表者は先行研究において回転速度維持制御を提案し、一般的な最大電力点追従(MPPT)制御と比較して24%の発電電力量増大を確認した。しかし、低風速かつ風速変動が大きい風況のみを対象とした制御設計であったため、高風速における発電効率低下が課題であった。
そこで本研究では、風況を限定せずに機械学習を用いて様々な風速変動の頻度と大きさ、風速の現在値、風車回転速度のパターンを考慮し、最適な回転速度での風車運転が可能な動的MPPTシステムを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
風力発電機は風速に対して最適な回転速度でブレードを回転させることにより、最大電力で発電することが可能となる。しかし、風速変動の大きい風況下において大きな慣性モーメントを持つ風力発電機の回転速度を迅速に制御することは難しく、発電出力は最大で40%以上減少する。特に風速変動が頻繁である日本においては、風速変動による風車発電出力の低下は重大な問題である。そこで当該研究では、機械学習を用いて様々な風速変動の周期と大きさ、風速の現在値、風車回転速度のパターンを考慮し最適な回転速度で風車を運転することができる動的MPPT (DMPPT: Dynamic-MPPT) 制御システムを開発した。
動的MPPT制御システムでは風力発電に適した風況の場合、従来通りのMPPT制御を行う。一方、風力発電に適さない風況の場合はブレード回転速度を高めに維持し、高風速を高効率で電力変換できるよう運転する。提案制御では風速の平均値、変動幅、変動周期に合わせて適切な回転速度を選択しなければいけないため、風速変動の指標化が非常に重要な要素である。風速変動はこれまでの様々な研究で指標化が行われてきたが、これまでの指標では風力発電効率に対する影響に焦点を当てたものが無かった。そのため本研究では線形回帰分析による風速変動の新たな指標化手法を確立した。
回路シミュレーションにより新たな風況指標を組み込んだ動的MPPT制御システムの有効性を検証した。シミュレーション結果では風速変動が大きく平均風速が小さい場合に有効性が高く発揮され、ほとんどの風況において従来のMPPT制御よりも発電電力量が増大した。また、特定の条件下では従来の2～3倍程度の発電が可能となることを確認した。
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Report
(3 results)
Research Products
(7 results)
