小型風力発電システムのセンサレス最大電力追尾制御とフライホイールによる電力平準化

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550279
• 研究機関: 東京工芸大学
• 研究代表者: 松井 幹彦 東京工芸大学, 工学部, 教授 (30143689)
• キーワード: 風力発電システム / センサレス / 最大電力動作点追尾 / リミットサイクル / フライホイール / 電力平準化 / 自律分散電源 / 風車シミュレータ

研究概要

本研究の目的は、数kW程度以下の小形風力発電機における、風速、軸速度、トルク等のセンサを必要としない簡便な最大電力動作点追尾(MPPT)運転方式の実現と、その結果得られる脈動電力のフライホイール利用による電力平準化である。初年度の研究成果を以下に箇条書きにして示す。
1.小型風力発電機の最大電力動作点追尾運転方式
1)実際に室内において風車を扇風機で駆動する、40W出力の小形実験システムを試作し、風車の特性を詳細に取得し、それに基づいて系のシミュレーションを行うためのダイナミックモデルを構築した。
2)さらに、先に太陽光発電システムにおいてその有効性を確認しているリミットサイクル方式MPPT制御を、上記の実験装置に適用し、風力発電装置にも同手法が有効であることをシミュレーションと実験により明らかにした。この成果の一部は電気学会SPC研究会で報告した。
3)40W程度の小出カでは系統連系運転などの検証を行うことは困難である。そこで、上記の装置とは別に、2kW出力の風車シミュレータを構築した。永久磁石直流発電機をすべり周波数形ベクトル制御誘導機により駆動するもので、風速指令と軸速度から風車モデル式に基づいて誘導機のトルク指令が算出される。この装置を利用しての系統連系運転、フライホイールとの連携運転が今後の課題である。
2.脈動電力のフライホイール利用による電力平準化
1)フライホイール誘導機の電気、機械パラメータを測定した。
2)V/f一定制御に電力フィードバックをかける方法により簡易的な電力制御をシミュレーション上で実現した。今後、電力応答性能の向上、制御パラメータの合理的な設定法の明確化、複数台のフライホイールを一台のインバータで駆動する場合の問題点等について検討する予定である。

研究成果

• [文献書誌] 北野達也, 松井幹彦, 徐徳鴻: "リミットサイクル動作による太陽電池最大電力点追尾制御方式とその設計法"電気学会論文誌. Vol.122-D, No.4. 382-389 (2002)
• [文献書誌] M.Matsui, D.Xu, L.Kang, Z.Yang: "Characteristics Evaluation and Dynamic Modeling of an Experimental Small Sized Wind Turbine Generator System"2002 Korea Japan Joint Symposium on Advanced Industry Applications. Vol.1. 18-24 (2002)
• [文献書誌] 大澤匡, 松井幹彦: "最大電力追尾と電力平準化機能を備えた系統連系風力発電システム"平成14年電気学会産業応用部門大会. Y-59. 1081 (2002)
• [文献書誌] 大澤匡, 松井幹彦, 楊仲慶, D.Xu, L.Kang: "小形風力発電実験装置の試作と簡易最大電力動作点追尾制御の検討"電気学会半導体電力変換研究会. SPC-03-6. 31-36 (2003)
• [文献書誌] 北野達也, 松井幹彦, 徐徳鴻: "リミットサイクル動作による簡便な最大電力点追尾制御方式 -電流形インバータへの応用-"平成15年電気学会全国大会. Vol.4,4-022. 27 (2003)