複数台の自立電源用小形風力タービンの併結運転方法とその制御装置の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750168
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 涌井 徹也 早稲田大学, 理工学総合研究センター, 講師 (40339750)
• Keywords: 風力発電 / 自立電源 / 併結運転 / ダリウス形タービン / サボニウス形タービン / ハイブリッド形タービン

Research Abstract

風力エネルギーをより多く抽出するために最大出力動力点での運転を主体とした変速制御運転を行う場合には,応答性の高い小形システムが優位となる.よって,自立電源として所定の電力を得るためには,地点の風況に対して適切な定格出力の風力タービンを複数基併結し,その上で変速制御運転を行うことも有効である.本研究は,最も単純な併結形態として,2基のダリウス・サボニウスハイブリッド型タ-ビンから成る併結システムを取り上げ,簡易な制御系を構成しながら,かつ高い動力抽出を実現しうる運転制御法を提案することを目的とする.タービン負荷には誘導発電機を採用し,各発電機出力はインバータを介して連系されるため,インバータ周波数操作により複数台タービンの変速制御運転が可能となり,より多くの動力抽出が期待できる.また,1台の負荷制御・電力変換装置により回転数制御を行うため,システムを簡易にかつ安価に構築することができ,自立電源としての併結システムの導入に有利となる.併結システムには,無負荷運転時に流入風速の違いに起因して各タービンの回転数が大きく異なる状態が存在するため,負荷制御の開始・終了条件の設定について検討を加え,その上で始動・停止時のシステムの挙動を明らかにすることが重要となる.そこで,始動時には,出力運転を行いうる回転数まで上昇したタービンのみを最大出力動力点上で運転し,その後,もう一方のタービンの回転数が上昇した堀合に併結運転へと切り換えて2基のタービンの最大出力動力点での変速制御運転を行う.また,停止時には低風速域で可能な限り併結運転を継続することを前提とし,風速の低下に応じてまず単基運転への切り換えを行い,その後,出力運転を行いうる最低回転数に到達した場合に無負荷とする制御方法を構築した.シミュレーション結果より.ここに提案する風況に応じたタービン運転基数の切り換え制御の有効性を明らかにした.

Research Products

• [Publications] 涌井徹也, 橋詰 匠: "自立電源用ハイブリッド形タービンのロータ併結形態について"電気学会論文誌. Vol.123-B, No.2. 259-266 (2004)
• [Publications] T.WAKUI, T.HASHIZUME, T.NAGAO, H.SAITO: "Dynamic Behavior of Stand-alone Parallel Operation System Using Two Wind Turbine-Generators"Proceedings of 4th ASME/JSME Joint Fluids Engineering Conference. FEDSM-45359. 1-8 (2003)
• [Publications] T.WAKUI, T.TANZAWA, T.HASHIZUME, T.NAGAO, H.SAITO: "Study on Installation Site Selection of Small-scale Vertical Axis Wind Turbine on Roof"Proceedings of the 2003 European Wind Energy Conference. A.T6.ewec340. 1-6 (2003)