| 研究課題/領域番号 |
21K14153
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 大阪工業大学 |
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研究代表者 |
又吉 秀仁 大阪工業大学, 工学部, 講師 (80882381)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究成果の概要 |
当該研究では風速変動の周期と大きさ、風速の現在値と平均値、風車回転速度の変化パターンを考慮した風車制御により発電電力を増大する動的MPPT (DMPPT: Dynamic-MPPT) 制御システムを開発した。DMPPT制御システムでは風速の平均値、変動幅、変動周期に合わせて適切な回転速度を選択するため、風速変動の指標化が非常に重要な要素である。したがって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。また特定の風速条件下ではDMPPT制御により従来の2倍程度の発電電力が得られることを確認した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
日本の内陸部では平均風速6.5m/s以上を得られる地域が無数に存在する。しかし頻繁に変動する風速では発電が難しく、期待通りの発電電力量が得られないため風車の都市応用における大きな問題となっている。
現在使用されている一般的な風車制御システムでは風速変動の頻度と大きさを考慮せず、風速変化が緩やかであることを前提に設計されている。そこで本研究では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に応じて適切な回転速度指令値を選択し、出力電力を増大させるシステムを開発した。
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