特許 6559563 風力発電用の出力制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6559563

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】風力発電用の出力制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/00 20060101AFI20190805BHJP

   F03D 7/04 20060101ALI20190805BHJP

   H02M 7/12 20060101ALI20190805BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20190805BHJP

   G05F 1/67 20060101ALI20190805BHJP

   H02P 101/15 20150101ALN20190805BHJP

【ＦＩ】

   H02P9/00 F

   F03D7/04 Z

   H02M7/12 A

   H02M3/155 H

   G05F1/67 Z

   H02P101:15

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-254035(P2015-254035)

(22)【出願日】2015年12月25日

(65)【公開番号】特開2017-118764(P2017-118764A)

(43)【公開日】2017年6月29日

【審査請求日】2018年8月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】302045705

【氏名又は名称】株式会社ＬＩＸＩＬ

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】特許業務法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀部 房二

(72)【発明者】

【氏名】川合 和之

【審査官】 田村 惠里加

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１９２５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３８６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２００５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１１６００７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ９／００

Ｆ０３Ｄ ７／０４

Ｇ０５Ｆ １／６７

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｈ０２Ｍ ７／１２

Ｈ０２Ｊ ３／４６

Ｈ０２Ｐ １０１／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

風車の回転時に発電する発電機と、
前記発電機で発生する交流電力を直流電力に変換し、出力電力を最大電力点に追従させるＭＰＰＴ制御を行うＭＰＰＴ制御部と、
ピーク電力となるときの電圧レベルよりも小さい低電圧範囲では電圧が大きくなるほど電力が次第に大きくなり、ピーク電力となるときの電圧レベルよりも大きい高電圧範囲では電圧が大きくなるほど電力が次第に小さくなるように電圧と電力とを対応付けた基準特性が予め定められ、前記ＭＰＰＴ制御部の制御によって得られる出力電力の特性を、前記基準特性に変換する特性変換部と、
を有する風力発電用の出力制御装置。

【請求項2】

前記基準特性は、所定の電圧範囲でピーク電力となる特性である請求項１に記載の出力制御装置。

【請求項3】

前記風車の回転数を検出する回転数検出部を備え、
前記ＭＰＰＴ制御部は、前記回転数検出部で検出された回転数に基づき、検出された回転数に対応する最大電力点となるように出力電力を調整し、
前記特性変換部は、前記基準特性として、所定の最大効率点電圧と、所定の最大出力電圧と、前記最大効率点電圧よりも低い電圧範囲において電圧が大きくなるほど電力が次第に大きくなる度合いを定めた電力上昇勾配と、前記最大効率点電圧よりも高い電圧範囲において電圧が大きくなるほど電力が次第に小さくなる度合いを定めた電力下降勾配とが予め設定され、前記ＭＰＰＴ制御部の制御により得られる出力電力の特性を、前記ＭＰＰＴ制御部の出力電力に応じて定まる最大効率点電力以下の範囲で前記基準特性に変換する請求項１又は請求項２に記載の出力制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力発電用の出力制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、太陽電池２と風力発電機１とを備えたハイブリッド式の風力発電システムが開示されている。この技術は、風力発電機１の出力を整流ダイオード３により変換した直流出力と蓄電池９の出力とを太陽電池２の出力特性に近似した出力垂下特性を有するコンバータ１２に入力させた上で、第１のインバータ１３において交流電力に変換させる。一方で、太陽電池２の出力を開閉器５と逆流阻止ダイオード４よりなる集電箱１７を介して第２のインバータ１０において交流電力に変換させ、第１のインバータ１３と第２のインバータ１３の交流出力を合成する。そして、遮断器１６によって外部電力系統と系統連系運転させる構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−１１６００７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１の技術は、コンバータ１２が太陽電池２の出力特性に近似した出力垂下特性とされているものの、このようなコンバータ１２への入力電力を生成する上で、蓄電部の存在を必須としており、この点での制約がある。しかも、特許文献１の技術は、風力発電機１の出力電力を最大電力点に追従させる制御を想定した技術ではないため、効率面でも問題がある。

【0005】

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、より効率的に電力を取り出すことができ且つ太陽電池に近付けた特性で電力を出力することが可能な風力発電用の出力制御装置をより簡易に実現することを解決すべき課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、風車の回転時に発電する発電機と、
前記発電機で発生する交流電力を直流電力に変換し、出力電力を最大電力点に追従させるＭＰＰＴ制御を行うＭＰＰＴ制御部と、
ピーク電力となるときの電圧レベルよりも小さい低電圧範囲では電圧が大きくなるほど電力が次第に大きくなり、ピーク電力となるときの電圧レベルよりも大きい高電圧範囲では電圧が大きくなるほど電力が次第に小さくなるように電圧と電力とを対応付けた基準特性が予め定められ、前記ＭＰＰＴ制御部の制御によって得られる出力電力の特性を、前記基準特性に変換する特性変換部と、
を有する。

【0007】

本発明に係る風力発電用の出力制御装置は、ＭＰＰＴ制御部により出力電力を最大電力点に追従させるＭＰＰＴ制御を行った上で、このＭＰＰＴ制御によって得られる出力電力の特性を特性変換部によって基準特性に変換する。この構成では、特性変換部に入力する電力を生成する上で大掛かりな蓄電部が必須とならず、この点で構成の簡易化を図ることができる。また、ＭＰＰＴ制御部によって最大電力に追従させる制御（ＭＰＰＴ制御）を行った上で、特性変換部によって特性変化することができるため、より効率的に電力を取り出した上で特性変換を行うことができる。そして、特性変換部で変換される基準特性は、低電圧範囲では電圧が大きくなるほど電力が次第に大きくなり、高電圧範囲では電圧が大きくなるほど電力が次第に小さくなり、低電圧範囲と高電圧範囲の間の電圧でピーク電力となるように電圧と電力とを対応付けた特性であるため、より太陽電池に近付けた特性で出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１の出力制御装置を備えた風力発電装置を概略的に示すブロック図である。

【図2】図１の風力発電装置を具体化して示す回路図である。

【図3】風車の回転数と整流・昇圧部で設定される目標値（最大電力）との関係を示すグラフである。

【図4】各回転数のときの整流・昇圧部の出力特性をそれぞれ示すグラフである。

【図5】基準特性の設定例を複数例示すグラフである。

【図6】図５の複数の設定例を用いた場合に、最大効率点電力が定まったときの各基準特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明における好ましい実施の形態を説明する。
本発明において、基準特性は、所定の電圧範囲でピーク電力となる特性であってもよい。このようにピーク電力となる電圧に幅をもたせることで、ピーク電力を出力し得る電圧範囲（損失が抑えられる電圧範囲）をある程度広く確保することができる。

【0010】

本発明は、風車の回転数を検出する回転数検出部を備えていてもよい。そして、ＭＰＰＴ制御部は、回転数検出部で検出された回転数に基づき、検出された回転数に対応する最大電力点となるように出力電力を調整する構成であってもよい。特性変換部は、基準特性として、所定の最大効率点電圧と、所定の最大出力電圧と、最大効率点電圧よりも低い電圧範囲において電圧が大きくなるほど電力が次第に大きくなる度合いを定めた電力上昇勾配と、最大効率点電圧よりも高い電圧範囲において電圧が大きくなるほど電力が次第に小さくなる度合いを定めた電力下降勾配とが予め設定され、ＭＰＰＴ制御部の制御により得られる出力電力の特性を、ＭＰＰＴ制御部の出力電力に応じて定まる最大効率点電力以下の範囲で基準特性に変換する構成であってもよい。

【0011】

この構成によれば、ＭＰＰＴ制御部で追従する最大電力について回転数に合わせて適正化を図ることができる。更に、ＭＰＰＴ制御部で得られた出力電力（発電電力）を、出力電力に応じて定まる最大効率点電力以下の範囲で、最大効率点電圧、最大出力電圧、電力上昇勾配、電力下降勾配によって具体的に定まる基準特性に変換することができる。つまり、回転数に応じて出力電力（発電電力）は変動するが、最大効率点電圧、最大出力電圧、電力上昇勾配、電力下降勾配は設定によって固定化されているため、安定的な特性変換が可能となる。

【0012】

＜実施例１＞
本発明を具体化した実施例１について、図面を参照しつつ説明する。
図１には、実施例１に係る出力制御装置２を用いた風力発電装置１を示している。図１の風力発電装置１は、主として、風車１００、発電機３、整流・昇圧部２０、電気ブレーキ部３０、降圧部４０、バッテリ６０、検出部９１，９２などを備えている。この風力発電装置１は、風車１００の回転時に発電機３で電力を発生させ、所望の出力に変換した上でバッテリ６０の充電や、外部出力端子６２からの出力を行う装置として構成されている。

【0013】

そして、出力制御装置２は、回転数センサ７、制御部１０、整流・昇圧部２０、電気ブレーキ部３０、降圧部４０、検出部９１，９２などによって構成され、出力電力を制御する装置として機能する。

【0014】

図２のように、風車１００は、例えば、垂直軸型風車として構成されており、鉛直方向に延びる回転軸の周囲に複数の直線翼を一体回転可能に連結させた直線翼垂直軸風車などによって構成されている。なお、ここで示す例はあくまで一例であり、公知の様々な風車を用いることができる。

【0015】

発電機３は、例えば、三相交流発電機として構成され、風車１００の回転と連動して回転する回転子と、固定子巻線が巻かれるとともに回転子に近接して配置される固定子とを備える。例えば、発電機３は、回転子が風車１００の回転軸に連結されて回転軸と一体的に回転する構成をなし、回転子の回転時には各相の導電路７４，７５，７６に三相交流が発生する構成をなす。

【0016】

整流・昇圧部２０は、発電機３に発電動作を行わせる場合には昇圧チョッパ回路として作動し、発電機３を電動機として動作させる場合にはインバ−タとして作動する回路である。

【0017】

図２のように、整流・昇圧部２０は、発電機３の各相の導電路７４，７５，７６にそれぞれ設けられたコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３、コイルＬ１に接続される一対のスイッチ素子Ｓａ１，Ｓｂ１、コイルＬ２に接続される一対のスイッチ素子Ｓａ２，Ｓｂ２、コイルＬ３に接続される一対の半導体スイッチ素子Ｓａ３，Ｓｂ３をそれぞれ備える。スイッチ素子Ｓａ１，Ｓｂ１，Ｓａ２，Ｓｂ２，Ｓａ３，Ｓｂ３は、例えばＩＧＢＴなどの半導体スイッチ素子によって構成され、それぞれのゲートには、駆動部１４からの駆動信号が個別に入力される。

【0018】

このように構成される整流・昇圧部２０は、発電制御時には、発電機３で発生する交流電圧を直流電圧に変換し且つ入力電力を昇圧して出力するように機能する。また、整流・昇圧部２０は、アシスト制御時には、供給される直流電力（例えば外部電源１３０から供給される直流電力）を三相交流に変換し、発電機３に三相交流電力を供給することで発電機３を電動機として回転駆動するように機能する。なお、アシスト制御時の供給電力は、バッテリ６０からの電力であってもよい。

【0019】

電気ブレーキ部３０は、整流・昇圧部２０から出力される出力電力の一部を消費するための部分である。この電気ブレーキ部３０は、抵抗３４、ダイオード３６、スイッチ素子３２などを備える。スイッチ素子３２は、例えばＩＧＢＴなどの半導体スイッチ素子によって構成され、駆動部１５からの制御信号によってオンオフが制御される。

【0020】

電気ブレーキ部３０は、導電路７１と導電路７２の間に抵抗３４及びスイッチ素子３２が直列に接続され、スイッチ素子３２のオン動作に応じて抵抗３４に電流を流し、整流・昇圧部２０から出力される電力の一部を消費させるように機能する。スイッチ素子３２のゲートには駆動部１５から出力されるＰＷＭ信号が入力され、電気ブレーキ部３０での消費電力量はＰＷＭ信号のデューティによって制御される。

【0021】

コンデンサ５０は、導電路７１と導電路７２との間に接続されている。このコンデンサ５０は、降圧部４０に入力される入力電流を平滑化する機能を有する。

【0022】

降圧部４０は、公知の降圧コンバータとして構成され、導電路７１の通電をオンオフするスイッチ素子４２と、コイル４８と、コンデンサ４６とを備える。スイッチ素子４２は、例えばＭＯＳＦＥＴなどによって構成され、駆動部１６からのＰＷＭ信号に応じてオンオフする構成をなす。

【0023】

バッテリ６０は、例えば、公知の二次電池として構成されており、風力発電装置１を構成する様々な負荷を駆動するための電源として機能する。図示はしていないが、風力発電装置１には、バッテリ６０からの電力に基づいて複数の電源電圧を生成する電源回路が設けられており、例えば制御部１０には、電源回路で生成された電源電圧が印加される。バッテリ６０の正側の端子と出力側導電路８１との間には、スイッチ６１が設けられ、制御部１０によってスイッチ６１のオンオフが制御される。

【0024】

回転数センサ７は、風車１００の回転数を検出する回転数検出部の一例に相当する。この回転数センサ７は、風車１００の回転軸の回転数（回転速度）を検出し得るセンサであればよく、公知の様々な回転数センサを用いることができる。制御部１０は、回転数センサ７からの出力値を取得して風車１００の回転数を把握する。

【0025】

風速センサ９は、公知の風速センサによって構成されている。この風速センサ９は、風車１００の所定位置（例えば回転翼以外の部位）に取り付けられ、風速センサ９が取り付けられた位置の風速を示す値を出力する。制御部１０は、風速センサ９からの出力値（検出値）を取得して、風車付近の風速を把握する。

【0026】

制御部１０は、例えば、マイクロコンピュータなどからなる制御回路１２と、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなる記憶部１８と、制御信号を出力する複数の駆動部１４，１５，１６などを備えている。制御部１０には、回転数センサ７や風速センサ９からの出力値以外にも、様々な検出値が入力される。例えば、図１で示す検出部９１は、電流センサ及び電圧センサを備え、整流・昇圧部２０から出力される出力電流及び出力電圧が検出部９１によって検出され、制御部１０に入力される。検出部９２は、電流センサ及び電圧センサを備え、降圧部４０から出力される出力電流及び出力電圧が検出部９２によって検出され、制御部１０に入力される。

【0027】

風力発電装置１の出力端子６２は、例えば、蓄電池システム１２０の入力端子に接続可能とされている。

【0028】

このように構成される風力発電装置１は、風車１００が風力を受けて回転し且つ制御部１０が発電制御を実行しているときには、発電機３の発電によって得られた電力を変換して出力する。一方、風車１００の回転数が低下した所定の場合には、制御部１０がアシスト制御を実行し、発電機３を電動機として駆動する。このアシスト制御時には、制御部１０は発電制御を停止する。

【0029】

次に、発電制御について説明する。
制御部１０は、例えば、回転数センサ７によって検出される風車１００の回転数が所定の発電開始回転数以上である場合に発電制御を行う。制御部１０は、発電制御を行う場合、各スイッチ素子Ｓａ１，Ｓｂ１，Ｓａ２，Ｓｂ２，Ｓａ３，Ｓｂ３に対し制御信号を出力し、整流・昇圧部２０を三相昇圧チョッパ回路として動作させる。

【0030】

本構成では、図３のように、回転数と目標値とが予め対応付けられており、このように回転数と目標値とを対応付けた対応データが記憶部１８に記憶されている。このような対応データが存在するため、回転数センサ７によって回転数が定まれば対応データを参照してその回転数に対応付けられた目標値を決めることができる。また、各回転数に対応する各目標値は、各回転数のときの最大電力値であり、回転数の三乗に比例するように設定されている。

【0031】

制御部１０は、整流・昇圧部２０を三相昇圧チョッパ回路として動作させる場合、回転数センサ７で検出された風車１００の回転数と、記憶部１８に記憶された回転数毎の目標値（各回転数に対応する最大電力値）とに基づき、整流・昇圧部２０からの出力電力が、風車１００の回転数に対応する最大電力値となるようにＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行う。具体的には、制御部１０は、検出部９１で検出される出力電流及び出力電圧によって決定する出力電力が目標値（最大電力値）となるように整流・昇圧部２０に与えるＰＷＭ信号のデューティを調整しながらフィードバック制御を繰り返す。

【0032】

制御部１０及び整流・昇圧部２０によってこのようなＭＰＰＴ制御がなされるため、整流・昇圧部２０からの出力は、回転数毎に特性が定まる。図４には、整流・昇圧部２０からの出力の特性を回転数毎に示しており、回転数Ｎａのときの整流・昇圧部２０からの出力特性を特性曲線Ｒａで示し、回転数Ｎｂのときの整流・昇圧部２０からの出力特性を特性曲線Ｒｂ、回転数Ｎｃのときの整流・昇圧部２０からの出力特性を特性曲線Ｒｃ、回転数Ｎｄのときの整流・昇圧部２０からの出力特性を特性曲線Ｒｄでそれぞれ例示している。いずれの回転数でも、ある程度の電圧範囲でほぼ一定の出力電力が生じるようになっている。

【0033】

本構成では、制御部１０及び整流・昇圧部２０がＭＰＰＴ制御部の一例に相当し、発電機３で発生する交流電力を直流電力に変換し、出力電力を最大電力点に追従させるＭＰＰＴ制御を行うように機能する。具体的には、ＭＰＰＴ制御部は、回転数センサ７で検出された回転数に基づき、検出された回転数に対応する最大電力点となるように出力電力を調整する。

【0034】

更に、制御部１０は、整流・昇圧部２０に対するＭＰＰＴ制御と並行して電気ブレーキ部３０及び降圧部４０を動作させ、整流・昇圧部２０でのＭＰＰＴ制御によって出力される直流電力を太陽電池の特性を模した基準特性で出力する。

【0035】

本構成では、電気ブレーキ部３０及び降圧部４０で変換する基準特性として、図５のように、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸと、最大出力電圧Ｖ_ＬＩＭＴと、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸよりも低い電圧範囲において電圧が大きくなるほど電力が次第に大きくなる度合いを定めた電力上昇勾配と、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸよりも高い電圧範囲において電圧が大きくなるほど電力が次第に小さくなる度合いを定めた電力下降勾配とが予め設定される。より具体的には、基準特性を定める上でのパラメータとして、上記最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸ及び最大出力電圧Ｖ_ＬＩＭＴに加え、変換係数ｋが存在し、これら最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸ、最大出力電圧Ｖ_ＬＩＭＴ、変換係数ｋのそれぞれの設定値が予め設定されている。なお、これらの設定値は、予め記憶部１８に記憶され、例えば書き換え処理によって設定変更可能とされている。そして、記憶部１８に記憶された特定データを参照することで、基準特性を把握することができるようになっている。

【0036】

変換係数ｋは、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸでの最大効率点電力目標値Ｐａを、後述する最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸで割った値（Ｐａ／Ｐ_ＭＡＸ）に相当する。そして、図５で示す各山状の特性曲線の頂点の値を特定するパラメータである。なお、図５では、複数の変換係数を示し、各変換係数における基準特性の基本設定を示している。つまり、ｋが小さいほど、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸでの目標電力（最大効率点電力目標値Ｐａ）が小さくなり、ｋが大きいほどＰａが大きくなる。これらのパラメータが設定されることで、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸ、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸでの目標電力（頂点電力である最大効率点電力目標値Ｐａ）、最大出力電圧Ｖ_ＬＩＭＴがそれぞれ定まり、山状の特性曲線が１つに定まる。

【0037】

そして、各パラメータが定まり、山状の特性曲線（基準特性の基本設定）が定まると、この特性曲線において、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸよりも低い電圧範囲での電力上昇勾配は、図５のようなグラフにおいて、電圧０のときの出力０の点（原点）から、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸのときの出力（最大効率点電力目標値Ｐａ）の点（頂点）まで、直線状に増大するように定まる。同様に、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸよりも高い電圧範囲での電力下降勾配は、図５のようなグラフにおいて、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸのときの出力（最大効率点電力目標値Ｐａ）の点（頂点）から、最大出力電圧Ｖ_ＬＩＭＴのときの出力０の点まで、直線状に減少するように定まる。

【0038】

そして、図５のように基準特性の基本設定が定められ、実際の変換動作時には、図６のように、ＭＰＰＴ制御部の出力電力に応じて定まる最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸを超える場合に、出力を最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸとするように制御を行う。なお、最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸは、整流・昇圧部２０からの出力電力（発電電力）から降圧部４０での回路損失を差し引いた実際の値である。

【0039】

以下では、変換係数が１．０の場合を例に挙げて説明する。この場合、設定された最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸ、最大出力電圧Ｖ_ＬＩＭＴ、変換係数ｋ（１．０）の設定値に基づき、基準特性の基本設定は、図５における特性曲線Ｆ１のようになり、この場合の最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸ（頂点の値）をＰ１で示す。制御部１０は、発電制御に際して、整流・昇圧部２０、電気ブレーキ部３０、降圧部４０を制御する場合、整流・昇圧部２０からの出力を入力として電気ブレーキ部３０及び降圧部４０を制御し、降圧部４０からの出力が上記基準特性となるように調整する。具体的には、変換係数が１．０の場合、制御部１０は、降圧部４０からの出力電圧をモニタリングしつつ、降圧部４０からの出力電力が、特性曲線Ｆ１においてその出力電圧に対応付けられた電力値となるように降圧部４０からの出力電流を制御する。

【0040】

但し、特性曲線Ｆ１において、降圧部４０からの出力電圧に対応する電力値が、整流・昇圧部２０からの出力電力（発電電力）によって定まる最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸを超える場合には、降圧部４０からの出力電圧は、最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸに制限される。例えば、図６の例では、変換係数が１．０の場合、降圧部４０からの出力電圧がＶａ以上且つＶｂ以下となる場合には、降圧部４０からの出力電力を最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸとするように降圧部４０及び電気ブレーキ部３０を制御する。一方、特性曲線Ｆ１において、降圧部４０からの出力電圧に対応する電力値が、Ｖａ未満又はＶｂを超えるように所定範囲を外れる場合、特性曲線Ｆ１においてその出力電圧に対応付けられた電力値となるように、降圧部４０からの出力電力を最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸよりも減少させるべく、降圧部４０及び電気ブレーキ部３０を制御する。具体的には、特性曲線Ｆ１で示される電力値となるように出力電流値が制御され、降圧部４０からの出力で消費されなかった電力は、電気ブレーキ部３０で消費される。例えば、蓄電池システム１２０に設けられた制御回路の制御によって負荷が変動し、降圧部４０からの出力電圧がＶａよりも小さくなった場合、特性曲線Ｆ１に合わせて降圧部４０からの出力電力を最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸよりも減少させる。また、降圧部４０からの出力電圧がＶｂよりも大きくなった場合、特性曲線Ｆ１に合わせて降圧部４０からの出力電力を最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸよりも減少させる。

【0041】

いずれの場合でも、検出部９２によって降圧部４０からの出力電圧値及び出力電流値をモニタしながら、降圧部４０のスイッチ素子４２に与えるＰＷＭ信号のデューティ及び電気ブレーキ部３０のスイッチ素子３２に与えるＰＷＭ信号のデューティを制御することで、降圧部４０から出力される出力電力を基準特性に合わせて高精度に調整することができる。

【0042】

制御部１０、電気ブレーキ部３０、降圧部４０によって、このように出力電力が制御されるため、風力発電装置１の出力端子６２に接続される機器によって太陽光発電と同様のＭＰＰＴ制御が行われる場合に、最大電力に追従させることができる。例えば、蓄電池システム１２０は、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御によって最大電力を探索する制御回路が搭載され、この制御回路からの出力電力によって蓄電池が充電されるようになっている。このような蓄電池システム１２０の入力端子１２２に出力端子６２が接続され、蓄電池システム１２０の制御回路が入力電圧（降圧部４０からの出力電圧）を変化させながら、最大電力点を探索する場合、例えば、図６で示す変換係数１．０の例では、Ｖａ未満の電圧値から電圧値を徐々に上昇させるとＶａまでは電力が上昇し、Ｖａ以上Ｖｂ以下の範囲ではピーク電力を示し、Ｖｂを超えると電力が下降する。電力の下降を検出したら、電力が最大値に戻るように動作電圧を引き下げることで、最大電力点を検出することができる。

【0043】

本構成では、制御部１０、電気ブレーキ部３０、及び降圧部４０が特性変換部の一例に相当し、ＭＰＰＴ制御部の制御によって得られる出力電力の特性を基準特性に変換するように機能する。

【0044】

以上のように、本構成に係る風力発電用の出力制御装置２は、ＭＰＰＴ制御部により出力電力を最大電力点に追従させるＭＰＰＴ制御を行った上で、このＭＰＰＴ制御によって得られる出力電力の特性を特性変換部によって基準特性に変換する。

【0045】

この構成では、特性変換部に入力する電力を生成する上で大掛かりな蓄電部が必須とならず、この点で構成の簡易化を図ることができる。また、ＭＰＰＴ制御部によって最大電力に追従させる制御（ＭＰＰＴ制御）を行った上で、特性変換部によって特性変化することができるため、より効率的に電力を取り出した上で特性変換を行うことができる。

【0046】

そして、特性変換部で変換される基準特性は、低電圧範囲では電圧が大きくなるほど電力が次第に大きくなり、高電圧範囲では電圧が大きくなるほど電力が次第に小さくなり、低電圧範囲と高電圧範囲の間の電圧でピーク電力となるように電圧と電力とを対応付けた特性であるため、より太陽電池に近付けた特性で出力することができる。

【0047】

また、本構成では、基準特性は、所定の電圧範囲でピーク電力となる特性となっている。このようにピーク電力となる電圧に幅をもたせることで、ピーク電力を出力し得る電圧範囲（損失が抑えられる電圧範囲）をある程度広く確保することができる。

【0048】

また、本構成は、風車１００の回転数を検出する回転数センサ７（回転数検出部）を備えている。そして、ＭＰＰＴ制御部は、回転数センサ７で検出された回転数に基づき、検出された回転数に対応する最大電力点となるように出力電力を調整する。特性変換部は、基準特性として、所定の最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸと、所定の最大出力電圧Ｖ_ＬＩＭＴと、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸよりも低い電圧範囲において電圧が大きくなるほど電力が次第に大きくなる度合いを定めた電力上昇勾配と、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸよりも高い電圧範囲において電圧が大きくなるほど電力が次第に小さくなる度合いを定めた電力下降勾配とが予め設定されている。そして、ＭＰＰＴ制御部の制御により得られる出力電力の特性を、ＭＰＰＴ制御部の出力電力に応じて定まる最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸ以下の範囲で基準特性に変換する。この構成によれば、ＭＰＰＴ制御部で追従する最大電力について回転数に合わせて適正化を図ることができる。更に、ＭＰＰＴ制御部で得られた出力電力（発電電力）を、出力電力に応じて定まる最大効率点電力Ｐ_ＭＡＸ以下の範囲で、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸ、最大出力電圧Ｖ_ＬＩＭＴ、電力上昇勾配、電力下降勾配によって具体的に定まる基準特性に変換することができる。つまり、回転数に応じてＭＰＰＴ制御部からの出力電力（発電電力）は変動するが、最大効率点電圧Ｖ_ＭＡＸ、最大出力電圧Ｖ_ＬＩＭＴ、電力上昇勾配、電力下降勾配は設定によって固定化されているため、安定的な特性変換が可能となる。

【0049】

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１は、風車１００として垂直軸型風車を例示したが、水平軸型風車であってもよい。発電機３の回転子に対して直接又は間接的に駆動力を与え得る風車であれば、公知のあらゆる種類の風車に適用することができる。
（２）実施例１では、特性変換部として、電気ブレーキ部３０及び降圧部４０を制御部１０によって制御する構成を例示したが、基準特性に合わせた所望の出力電力に制御し得る回路構成であれば、図１、図２以外の構成を採用してもよい。
（３）実施例１では、ＭＰＰＴ制御部として、整流・昇圧部２０を制御部１０によって制御する構成を例示したが、発電機３のＭＰＰＴ制御を行い得る回路構成であれば、図１、図２以外の構成を採用してもよい。

【符号の説明】

【0050】

１…風力発電装置
２…出力制御装置
３…発電機
７…回転数センサ（回転数検出部）
１０…制御部（ＭＰＰＴ制御部、特性変換部）
２０…整流・昇圧部（ＭＰＰＴ制御部）
３０…電気ブレーキ部（特性変換部）
４０…降圧部（特性変換部）
１００…風車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】