2020 Fiscal Year Annual Research Report
Variable Speed Wind Power Generation System using Capacitor-less AC-AC converter and Rare-earth-less Switched Reluctance Generator
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17K06326
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大山 和宏 福岡工業大学, 工学部, 教授 (60320321)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 可変速風力発電システム / スイッチトリラクタンス発電機 / キャパシタレスAC-AC変換器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スイッチトリラクタンスモータ発電機（SRG）による可変速風力発電システム（VSWPGS）への適用を前提とするキャパシタレスAC-AC変換器を提案した。提案したキャパシタレスAC-AC変換器は、マトリックスコンバータ（MC）をベースとしており、各相コイルが独立しているSRGに適用できる回路トポロジーを有する点がMCと異なる。またキャパシタレスAC-AC変換器によるSRGの励磁方法とトルク制御方法を提案し、風速変化に対して風車回転数を適切に制御できるVSWPGSの速度制御器を提案した。
次にSRGとキャパシタレスAC-AC変換器を用いるVSWPGS（提案方式）の理論検証を実施するために、風車タービン（WT），WTを含む機械系、SRG、キャパシタレスAC-AC変換器、そしてコントローラの各数学モデルを構築し、Matlab/Simulinkにより風速を変化させた場合のシステム全体のシミュレーションを行った。
シミュレーションでは、翼素運動量理論に基づくWTの挙動、WT・SRG・増速機の相互干渉を含む機械系、パワーデバイスの素子モデルまで考慮したキャパシタレスAC-AC変換器、そしてディジタル制御システムの各モデルを考慮した。
シミュレーション結果より、提案方式において、キャパシタレスAC-AC変換器がSRGを適切に励磁し、WTから得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して系統側に逆潮流する系統連系インバータとして機能し、更にVSWPGSに必要な可変速制御性能も具備していることを示した。また提案方式はスイッチトリラクタンスモータ（SRM）にも適用でき、回生機能付き可変速SRMドライブとして利用できることを示した。
今後は，提案方式と従来方式の実機試験を実施し、SRGや変換器などの各構成要素の電力損失や効率、自然風に対する可変速性能、そして商用電源への影響を比較検討する予定である。
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