(57)【要約】【課題】同期発電機と電力変換装置が脱調することなく、しかも同期発電機が出力できる有効電力を効率良く取り出すことにある。【解決手段】風車１に結合された同期発電機２に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器３を制御する風力発電システムの制御装置において、磁極回転角検出器４より検出される前記同期発電機２の磁極回転角及び電圧検出器９により検出される同期発電機２の端子電圧がそれぞれ入力され、同期発電機２の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような同期発電機２の磁極回転角に応じた位相の端子電圧指令値を求め、同期発電機２の端子電圧が前記電圧指令値になるように電力変換器３の入力側電圧を制御する変換器制御装置１０を備える。【選択図】      図１
2010074920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、
磁極回転角検出器により検出される前記同期発電機の磁極回転角及び電圧検出器により検出される前記同期発電機の端子電圧がそれぞれ入力され、前記同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような前記同期発電機の磁極回転角に応じた位相の端子電圧指令値を求め、前記同期発電機の端子電圧が前記電圧指令値になるように前記電力変換器の入力側電圧を制御する変換器制御装置を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の風力発電システムの制御装置において、
前記変換器制御装置は、
前記同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような有効電力分電流指令値を出力する電力制御手段と、
前記磁極回転角検出器により検出される前記同期発電機の磁極回転角と前記同期発電機の電流から磁極回転角と同相の電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段より出力された電流が前記電力制御手段より出力される有効電力分電流指令値と等しくなるように前記電力変換器の入力電圧を制御するための電圧指令値を求める演算手段と、
からなることを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【請求項３】
風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、
前記同期発電機の端子電圧及び前記同期発電機の電流または電流指令値を入力して前記同期発電機の内部誘起電圧位相推定値を求める位相推定手段と、
前記同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような有効電力分電流指令値を出力する電力制御手段と、
前記位相推定手段により推定される前記同期発電機の内部誘起電圧の位相推定値と前記同期発電機の電流から内部誘起電圧位相推定値と同相の電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段より出力される電流が前記電力制御手段より出力される有効電力分電流指令値と等しくなるように前記電力変換器の入力側電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧制御手段と
からなる変換器制御装置を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の風力発電システムの制御装置において、
前記位相推定手段は、
前記同期発電機の端子電圧と電流又は電流指令値とを入力して前記同期発電機の内部誘起電圧に対する端子電圧の位相差を推定する位相差推定手段と、
前記同期発電機の端子電圧と前記位相差推定手段により推定された前記同期発電機の内部誘起電圧に対する端子電圧の位相差から同期発電機の有効電力推定値を求める有効電力推定手段と、
この有効電力推定手段により求められた同期発電機の有効電力推定値から同期発電機の有効電力を減算した値から位相差推定手段により推定された位相差推定値を修正する位相差修正手段と
から構成されたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２記載の風力発電システムの制御装置において、
有効電力指令値を風車又は同期発電機の速度に応じて修正し、修正後の有効電力指令値を前記変換器制御装置に与える有効電力指令値修正部を設け、
この有効電力指令値修正部は、
有効電力指令値と修正後の有効電力指令値とのずれ量を制限するための制限量を求める制限特性調整手段と、
前記同期発電機の速度を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段より出力される速度に対して予め設定された上限速度及び下限速度を逸脱しているかを検出し、逸脱している場合には速度と上限速度又は下限速度との差分を出力する速度逸脱量検出手段と、
この速度逸脱量検出手段より出力される逸脱している速度と前記制限特性調整手段より出力される制限量との加算値を積分して修正後の有効電力指令値として出力する積分手段と
を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【請求項６】
請求項３又は請求項４記載の風力発電システムの制御装置において、
風車又は同期発電機の速度に応じて有効電力指令値を修正し、修正後の有効電力指令値を前記変換器制御装置に与える有効電力指令値修正部を設け、
この有効電力指令値修正部は、
有効電力指令値と修正後の有効電力指令値とのずれ量を制限するための制限量を求める制限特性調整手段と、
風車又は同期発電機の速度を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段より出力される同期発電機の速度に対して予め設定された上限速度及び下限速度を逸脱しているかを検出し、逸脱している場合には速度と上限速度又は下限速度との差分を出力する速度逸脱量検出手段と、
この速度逸脱量検出手段より出力される逸脱している速度と前記制限特性調整手段より出力される制限量との加算値を積分して修正後の有効電力指令値として出力する積分手段と
を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６記載の風力発電システムの制御装置において、
前記速度逸脱量検出手段は、前記速度検出手段から入力される速度が上限速度又は下限速度から逸脱すると速度制限が予め定められた幅だけ狭くなるように速度逸脱量にヒステリシス特性を持たせたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【請求項８】
請求項５又は請求項６記載の風力発電システムの制御装置において、
前記速度検出手段により検出された風車又は同期発電機の速度を入力して前記同期発電機の許容最大有効電力を求める許容最大有効電力演算手段を設け、この許容最大有効電力演算手段で求められた許容最大有効電力を有効電力指令値として用いることを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【請求項９】
風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、
磁極回転角検出器により検出された前記同期発電機の磁極回転角、前記電流検出器により検出された前記同期発電機の電流が入力され、前記同期発電機の有効電流が有効電流指令値と等しくなるような前記同期発電機の磁極回転角に応じた位相の端子電圧指令値を求め、前記同期発電機の端子電圧が前記端子電圧指令値になるように前記電力変換器の入力側電圧を制御する変換器制御装置と、
前記同期発電機の回転速度から求めた許容最大有効電流と前記電力変換器の定格電流の低値の方を有効電流指令値として前記変換器制御装置に与える電流指令値制御部と
を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【請求項１０】
風車と、この風車に結合された同期発電機と、この同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器と、この電力変換器を制御する請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の制御装置とを備えた風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車を原動機とする同期発電機の出力と同期をとりながら電力変換装置により電力変換して電力系統に給電する風力発電システムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車を原動機とする風力発電は、風況によって風力エネルギーが変化するため、風車の回転速度も変化する。
【０００３】
従って、風車を原動力とする発電機としては、回転速度が変化しても電力系統と連系して運転することができる誘導機が知られている（非特許文献１）。
【０００４】
しかし、風力発電システムにおいて、発電機として誘導機を用いた場合、誘導発電機は無効電力を必要とする、起動時に突入電流が発生して系統動揺につながるなど、系統にとって好ましくない点が多々あるため、系統に接続される発電システムの容量が制限されるという問題がある。
【０００５】
そこで、最近の風力発電システムでは、誘導発電機に代る別の発電機として同期発電機を用い、この同期発電機の出力を電力変換装置により電力変換して電力系統に給電するようにしている（非特許文献２）。
【非特許文献１】２００１年１１月発行：新エネルギー・産業技術総合開発機構  風力発電導入ガイドブック第５版（３０頁  図３．３−１参照）
【非特許文献２】２００３年１２月発行：電気学会論文誌Ｂ  １２３巻１２号  永久磁石同期発電機を用いた可変速風力発電システムのセンサレス出力最大化制御
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、同期発電機を用いた風力発電システムにおいては、同期発電機の出力を電力変換装置により電力変換して電力系統に給電する場合、電力変換装置は同期発電機と同期をとって運転しないと、脱調して運転ができなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解消するためになされたもので、同期発電機と電力変換装置が脱調することなく、しかも同期発電機が出力できる有効電力を効率良く取り出すことができる風力発電システムの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により風力発電システムの制御装置を構成するものである。
【０００９】
（１）風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、磁極回転角検出器により検出される前記同期発電機の磁極回転角及び電圧検出器により検出される前記同期発電機の端子電圧がそれぞれ入力され、前記同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような前記同期発電機の磁極回転角に応じた位相の端子電圧指令値を求め、前記同期発電機の端子電圧が前記電圧指令値になるように前記電力変換器の入力側電圧を制御する変換器制御装置を備える。
【００１０】
（２）風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、前記同期発電機の端子電圧及び前記同期発電機の電流または電流指令値を入力して前記同期発電機の内部誘起電圧位相推定値を求める位相推定手段と、前記同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような有効電力分電流指令値を出力する電力制御手段と、前記位相推定手段により推定される前記同期発電機の内部誘起電圧の位相推定値と前記同期発電機の電流から内部誘起電圧位相推定値と同相の電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段より出力される電流が前記電力制御手段より出力される有効電力分電流指令値と等しくなるように前記電力変換器の入力側電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧制御手段とからなる変換器制御装置を備える。
【００１１】
（３）風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、磁極回転角検出器により検出された前記同期発電機の磁極回転角、前記電流検出器により検出された前記同期発電機の電流が入力され、前記同期発電機の有効電流が有効電流指令値と等しくなるような前記同期発電機の磁極回転角に応じた位相の端子電圧指令値を求め、前記同期発電機の端子電圧が前記端子電圧指令値になるように前記電力変換器の入力側電圧を制御する変換器制御装置と、前記同期発電機の回転速度から求めた許容最大有効電流と前記電力変換器の定格電流の低値の方を有効電流指令値として前記変換器制御装置に与える電流指令値制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、同期発電機と電力変換装置が脱調することなく、しかも同期発電機が出力できる有効電力を効率良く取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は本発明による風力発電システムの制御装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【００１５】
図１において、１は風車、２は風車１に軸直結された同期発電機、３は入力端が同期発電機２に接続されたコンバータで、このコンバータ３の出力端は直流コンデンサ４に接続されると共に、インバータ５の入力端に接続され、また、インバータ５の出力端は電力系統６に接続される。ここで、上記コンバータ及びインバータは、いずれも半導体スイッチング素子を三相各相に対応するアームにブリッジ接続して構成されている。
【００１６】
一方、１０はコンバータ３を制御するコンバータ制御装置で、このコンバータ制御装置１０には、同期発電機２に設けられた磁極回転角検出器７により検出される磁極回転角θＲ、同期発電機２の出力側に設けられた電流検出器８及び電圧検出器９により検出される電流ｉＧ及び端子電圧ｖＧ、外部で予め設定される有効電力指令値ＰＧ*がそれぞれ入力され、コンバータ３を制御するゲートパルス信号ｇＣをコンバータ３に与えるものである。
【００１７】
また、１２はインバータ５を制御するインバータ制御装置で、このインバータ制御装置１２には、インバータ５の入力側に設けられた電圧検出器１１により検出される直流コンデンサ４の電圧ＶＤＣ、インバータ５の出力側に設けられた電流検出器１３及び電圧検出器１４によりそれぞれ検出されるインバータの出力電流ｉＩ及び出力電圧ｖＩが入力され、インバータ５を制御するゲートパルス信号ｇＩをインバータ５に与えるものである。
【００１８】
図２はコンバータ制御装置１０の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００１９】
図２において、１０−１は電流検出器８及び電圧検出器９より入力される同期発電機２の出力電流ｉＧ及び端子電圧ｖＧから発電機有効電力ＰＧを演算する発電機有効電力演算部、１０−２は発電機有効電力演算部１０−１で求めた発電機有効電力ＰＧを有効電力指令値ＰＧ*と等しくなるように比例積分演算して有効電力分電流指令値（以下ｄ軸電流指令値と称する）Ｉｄ*を出力する電力制御部である。
【００２０】
また、１０−３は磁極回転角検出器７により検出される同期発電機１の磁極回転角θＲと電流検出器８により検出される電流ｉＧから発電機内部誘起電圧と同相の電流（以下ｄ軸電流と称する）と９０度進んだ電流（以下ｑ軸電流と称する）を検出する電流検出部、１０−４は電流検出部１０―３で検出されたｄ軸電流が電力制御部１０―２より出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ*と等しくなるように比例積分演算してｄ軸電圧指令値Ｖｄ*を出力するｄ軸電流制御部、１０−５は電流検出器１０―３で検出されたｑ軸電流が０になるように比例積分演算してｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を出力するｑ軸電流制御部である。
【００２１】
さらに、１０−６は磁極回転角検出器７により検出される同期発電機１の磁極回転角θＲとｄ軸電流制御部１０−４より出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ*及びｑ軸電流制御部１０−５より出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ*とからコンバータ３の出力電圧指令値ｖＣ*を求める演算部、１０−７はこの演算部１０−６により求められた出力電圧指令値ｖＣ*に基づいてコンバータ３を制御するゲートパルスｇＣを出力するゲートパルス発生回路である。
【００２２】
一方、インバータ制御装置１２は、一般に行なわれているように直流電圧ＶＤＣが一定になるようにインバータ５を制御し、直流を交流に変換するものなので、ここではその具体的な構成の説明を省略する。
【００２３】
次にこのように構成された風力発電システムの制御装置の作用を説明する。
【００２４】
風力エネルギーにより風車１が回転すると、その回転速度に応じて同期発電機２には内部誘起電圧ｖＥが発生する。このとき、コンバータ制御装置１０は有効電力指令値ＰＧ＊に基づいて同期発電機２の端子電圧ｖＧと同期発電機２の出力電流ｉＧが所望の値になるようにコンバータ３の入力電圧ｖＣ、すなわち同期発電機２の端子電圧ｖＧを制御する。
【００２５】
ここで、コンバータ制御装置１０の作用を図２により詳細に説明する。
【００２６】
同期発電機２の端子電圧ｖＧと同期発電機２の出力電流ｉＧが発電機有効電力演算部１０−１に入力されると、この発電機有効電力演算部１０−１では発電機有効電力ＰＧを演算する。一例として、三相電圧ｖＧＲ，ｖＧＳ，ｖＧＴと三相電流ｉＧＲ，ｉＧＳ，ｉＧＴから、
ＰＧ＝ｖＧＲ×ｉＧＲ＋ｖＧＳ×ｉＧＳ＋ｖＧＴ×ｉＧＴ
としてＰＧを求めることができる。
【００２７】
この発電機有効電力ＰＧが電力制御部１０−２に入力されると、電力制御部１０−２では発電機有効電力ＰＧが有効電力指令値ＰＧ＊と等しくなるように比例積分演算して、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を得、これをｄ軸電流制御部１０−４に与える。
【００２８】
他方、電流検出部１０―３では、同期発電機２の磁極回転角θＲと出力電流ｉＧから、磁極回転角θＲと同相のｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとを検出し、ｄ軸電流Ｉｄをｄ軸電流制御部１０−４に与える。
【００２９】
このｄ軸電流制御部１０−４では、ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と等しくなるように比例積分演算して、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を演算部１０−６に出力する。また、電流検出部１０―３で検出されたｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流制御部１０−５に入力されると、このｑ軸電流制御部１０−５ではｑ軸電流Ｉｑが０になるように比例積分演算して、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を得、これを演算部１０−６に与える。
【００３０】
演算部１０−６では、磁極回転角θＲとｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とから、コンバータ３の出力電圧指令値ｖＣ＊を求めて、ゲートパルス発生回路１０−７に出力する。一例として、三相電圧指令値の演算を次式に示す。
【００３１】
ｖＣＲ＊＝（Ｖｄ＊２＋Ｖｑ＊２）０．５ｃｏｓ｛θＲ＋ｔａｎ−１（Ｖｑ＊／Ｖｄ＊）｝
ｖＣＳ＊＝（Ｖｄ＊２＋Ｖｑ＊２）０．５ｃｏｓ｛θＲ＋ｔａｎ−１（Ｖｑ＊／Ｖｄ＊）−２π／３｝
ｖＣＴ＊＝（Ｖｄ＊２＋Ｖｑ＊２）０．５ｃｏｓ｛θＲ＋ｔａｎ−１（Ｖｑ＊／Ｖｄ＊）−４π／３｝
磁極回転角θＲは発電機回転子の回転速度に応じた角速度ωＧで変化するが、出力電圧指令値ｖＣ＊もθＲに応じた値となるので、角速度ωＧの交流となる。即ち、コンバータ３は発電機と同期した運転をすることになる。
【００３２】
ゲートパルス発生回路１０−７は、出力電圧指令値ｖＣ＊に応じたゲートパルスｇＣをコンバータ３の半導体スイッチング素子のゲートに出力する。ゲートパルス発生回路の代表的な回路は三角波比較ＰＷＭ回路であるが、この回路に限定するものではない。
【００３３】
このように構成された制御系は、各制御部の制御偏差が零になるように、コンバータ３を制御するので、発電機有効電力ＰＧは有効電力指令値ＰＧ＊通りの値となる。
【００３４】
このようにコンバータ３が制御され、同期発電機２の端子電圧ｖＧと出力電流ｉＧで決まる発電機有効電力ＰＧに応じてコンバータ３から直流電流ＩＣが流出すると、この直流電流によりコンデンサ４が充電され、コンデンサ４の電圧ＶＤＣは上昇するが、インバータ制御装置１２はインバータ５の入力電流ＩＩがコンデンサ４の電圧ＶＤＣの上昇を抑える値、すなわち直流電圧ＶＤＣが一定になるようにインバータ５の出力電流ｉＩ、出力電圧ｖＩを制御する。
【００３５】
以上の構成及び作用からも分かるように、本発明の第１の実施形態によれば、コンバータ３の出力電圧指令値ｖＣ＊は、同期発電機２の磁極回転角θＲから決まる位相の電圧指令値となり、同期発電機２とコンバータ３は安定に同期して運転することができる。すなわち、同期発電機の回転速度が変化しても、コンバータ３は同期発電機２と同期運転することになる。勿論、同期発電機を使用しているので、誘導発電機のように無効電力を必要とする、起動時の突入電流が発生するなど、系統に好ましくない影響を与えることもない。
【００３６】
なお、上記の例では、発電機有効電力ＰＧを発電機の電圧と電流から求めたが、他の例として、コンバータ３の損失が小さい場合は、コンバータ３の直流側電力で近似することもできる。即ち、ＰＧ＝ＶＤＣ×ＩＣ
同様に他の例として、インバータ交流側の三相電圧ｖＩＲ，ｖＩＳ，ｖＩＴと三相電流ｉＩＲ,ｉＩＳ，ｉＩＴから、インバータ出力の有効電力としてＰＧを求めることができる。
【００３７】
ＰＧ＝ｖＩＲ×ｉＩＲ＋ｖＩＳ×ｉＩＳ＋ｖＩＴ×ｉＩＴ
このように本実施形態では、発電機有効電力ＰＧの求め方によらず、その作用及び効果は同様である。また、図２の例では、ｄ軸電流制御部１０−４とｑ軸電流制御部１０−５で、発電機電流を磁極回転角θＲと同相の電流に制御しているが、電流振幅制御部と電流位相制御部とで発電機電流を磁極回転角θＲと同相の電流に制御しても同様の作用及び効果が得られることは言うまでもない。
【００３８】
（第２の実施形態）
図３は本発明による風力発電システムの制御装置の第２の実施形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００３９】
図１に示す第１の実施形態では、同期発電機２に設けられた磁極回転角検出器７により磁極回転角θＲを検出してコンバータ制御装置１０に入力したが、第２の実施形態では、図３に示すように磁極回転角検出器を用いずに、コンバータ制御装置１０に電流検出器８及び電圧検出器９により検出される同期発電機２の出力電流ｉＧ及び端子電圧ｖＧ、外部で予め設定される有効電力指令値ＰＧ*をそれぞれ入力する構成として、コンバータ制御装置１０に同期発電機２の内部誘起電圧位相推定値を求める機能を持たせたものである。
【００４０】
図４はかかるコンバータ制御装置１０の具体的な構成例を示すブロック図で、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００４１】
図４に示すように同期発電機２の端子電圧ｖＧとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を入力して同期発電機２の内部誘起電圧位相推定値θＥ’を求める位相推定部１０−８を設け、この位相推定部１０−８により求められた内部誘起電圧位相推定値θＥ’を電流検出部１０−３に与え、また、演算部１０−６に磁極回転角θＲに代えて内部誘起電圧位相推定値θＥ’を与える以外は図２の構成と同じである。
【００４２】
ここで、上記位相推定部１０−８の具体的な構成を図５により説明する。
【００４３】
図５において、１０−８ａは同期発電機２の端子電圧ｖＧの位相θＧを求める発電機端子電圧位相検出部であり、１０−８ｂは端子電圧ｖＧの位相θＧを微分して発電機端子電圧ｖＧの角速度ωＧを演算する角速度演算部である。また、１０−８ｃは端子電圧ｖＧの角速度ωＧから同期発電機２の内部誘起電圧の振幅ＶＥを推定する電圧振幅演算部であり、１０−８ｄは端子電圧ｖＧの角速度ωＧとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と同期発電機２の内部誘起電圧の振幅ＶＥから、内部誘起電圧の位相θＥに対する端子電圧の位相差Δθを推定する位相差推定部である。
【００４４】
また、１０−８ｅはｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と端子電圧ｖＧと内部誘起電圧の位相θＥに対する端子電圧の位相差Δθから発電機有効電力推定値ＰＧ’を求める電力推定部である。１０−８ｆは電力推定部１０−８ｅで求めた発電機有効電力推定値ＰＧ’から発電機有効電力ＰＧを減算する減算部、１０−８ｇは減算部１０−８ｆの出力を積分する積分部であり、この積分部１０−８ｇは電力推定部１０−８ｅの出力ＰＧ’と発電機有効電力演算部１０−１の出力である発電機有効電力ＰＧとの差から位相差推定値を修正する位相差修正信号θｃを出力する。
【００４５】
さらに、１０−８ｈは加減算部で、この加減算部１０−８ｈは発電機端子電圧位相検出部１０−８ａの出力θＧと位相差推定部１０−８ｄの出力Δθと積分部１０−８ｇの出力θＣから、θＧ−Δθ＋θＣとして、内部誘起電圧位相推定値θＥ’を求める。
【００４６】
図４に示す演算部１０−６は、内部誘起電圧位相推定値θＥ’とｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とから、コンバータ３の出力電圧指令値ｖＣ＊を求めてゲートパルス発生回路１０−７に出力する。
【００４７】
以上は、同期発電機２の端子電圧ｖＧとｄ軸電流指令値Ｉｄ*から同期発電機２の内部誘起電圧位相推定値θＥ’を求める例を説明したが、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*の代わりにｄ軸電流Ｉｄを用いても同様の作用となる。
【００４８】
次に上記のように構成された風力発電システムの制御装置の作用を図４乃至図６により説明する。
【００４９】
図５において、電圧振幅演算部１０−８ｃは、発電機内部誘起電圧の振幅ＶＥが角速度ωＧに比例することから、
ＶＥ＝ｋωＧ
として、ＶＥを求める。但し、ｋは励磁の強さで決まる量で、同期発電機２が永久磁石同期発電機の場合はｋが定数となり、励磁回路付き同期機の場合はｋが励磁電流に比例する。いずれにしても、同期発電機２の定数または設定値からｋを求めることができる。
【００５０】
発電機電流がｄ軸電流Ｉｄと等しい場合のベクトルは、図６で示される。但し、発電機内部インピーダンスは抵抗値ＲＧとインダクタンスＬＧの和で表される。そこで、発電機電流がｄ軸電流指令値Ｉｄ＊通りに制御されるとして、位相差推定部１０−８ｄは図６のベクトル図に基づいて、
Δθ＝ｔａｎ−１｛ΔＶＬ／（ＶＥ＋ΔＶＲ）｝
＝ｔａｎ−１｛−ωＬＧＩｄ*／（ＶＥ−ＲＧＩｄ*）｝
として、Δθを求める。電圧位相検出部１０−８ａの出力θＧから位相差推定部１０−８ｄの出力Δθを減算した値は、図６のベクトル図からも明らかなように、同期発電機２の内部誘起電圧の位相θＥと等しくなる。
【００５１】
電力推定部１０−８ｅでは、三相電圧ｖＧＲ、ｖＧＳ、ｖＧＴと位相差推定部１０−８ｄの出力Δθとｄ軸電流指令値Ｉｄ*とから、
ＰＧ’＝｛（２／３）（ｖＧＲ２＋ｖＧＳ２＋ｖＧＴ２）｝０．５Ｉｄ＊ｃｏｓ（Δθ）
として発電機有効電力推定値ＰＧ’を求める。
【００５２】
位相差推定部１０−８ｄでのΔθの推定が、発電機内部インピーダンスの変化などでずれた場合、電力推定部１０−８ｅで求めたＰＧ’と発電機有効電力演算部１０−１の出力である発電機有効電力ＰＧとに差が生じる。その場合は、電力推定部１０−８ｅで求めた発電機有効電力推定ＰＧ’と発電機有効電力ＰＧとの差を積分部１０−８ｇで積分した出力θＣが変化して加減算部１０−８ｈの出力を修正して、ＰＧ’とＰＧとの差がなくなった状態で整定する。
【００５３】
従って、加減算部１０−８ｈの出力である内部誘起電圧位相推定値θＥ’は、同期発電機２の磁極回転角θＭから求めた内部誘起電圧位相θＥと等しくなるので、第１の実施形態のように磁極回転角検出器により同期発電機２の磁極回転角θＥを検出しなくても、第１の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００５４】
以上は、同期発電機２の端子電圧ｖＧとｄ軸電流指令値Ｉｄ*から同期発電機２の内部誘起電圧位相推定値θＥ’を求める例を説明したが、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の代わりにｄ軸電流Ｉｄを用いても同様の作用となる。何故ならば、ｄ軸電流Ｉｄはｄ軸電流指令値Ｉｄ*に等しくなるように制御されているからである。
【００５５】
このように本発明の第２の実施形態によれば、電圧検出器により検出される同期発電機の端子電圧及び電流検出器により検出される同期発電機の電流が入力され、同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるようにコンバータの入力電圧を制御することにより、磁極回転角検出器を用いて磁極回転角θＲを検出しなくても、第１の実施形態と同様に同期発電機２とコンバータ３は安定に同期運転することができる。すなわち、同期発電機２の回転速度が変化しても、コンバータ３は同期発電機２と同期運転することになる。
【００５６】
(第３の実施形態)
図７は本発明による風力発電システムの制御装置の第３の実施形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００５７】
第３の実施形態では、図７に示すように同期発電機２に設けられた磁極回転角検出器７により検出される磁極回転角θＲと有効電力指令値ＰＧ*が入力され、修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊をコンバータ制御装置１０に出力する有効電力指令値修正部１５を設けるようにしたものである。
【００５８】
図８は有効電力指令値修正部１５の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００５９】
図８において、１５−１は有効電力指令値ＰＧ＊と修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊との差ΔＰＧ１＊を求める減算部、１５−２は減算部１５―１より出力される差ΔＰＧ１＊から、修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊と有効電力指令値ＰＧ＊のずれ量を制限するための制限量ΔＰＧ２＊を求める制限特性調整ゲインである。
【００６０】
また、１５−３は磁極回転角検出器７により検出される磁極回転角θＲから角速度ωＧを求める角速度検出部、１５−４はこの角速度検出部１５−３で求められた角速度ωＧに対して上限速度ωＵＬ、下限速度ωＬＬから逸脱した角速度ΔωＧを求める速度逸脱量検出部、１５−５は制御特性調整ゲイン１５−２より出力される差ΔＰＧ２＊と速度逸脱量検出部１５−４より出力される逸脱した角速度ωＧとの加算値ΔＰＧ５＊を求める加算部、１５−６はこの加算部１５―５で求めた加算値ΔＰＧ５＊を積分して修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊を出力する積分部である。
【００６１】
なお、上記では磁極回転角検出器７で検出された磁極回転角θＲを角速度検出部１５−３に入力したが、角速度検出部１５−３の代わりに図５に示した発電機端子電圧位相検出部１０−８ａ及び角速度演算部１０−８ｂを用いて、同期発電機２の角速度ωＧを求めても良い。また、磁極回転角推定値θＥ’から同期発電機２の角速度ωＧを求めても良い。
【００６２】
次に上記のように構成された風力発電システムの制御装置の作用を説明する。
【００６３】
いま、同期発電機２の角速度ωＧが上限速度ωＵＬと下限速度ωＬＬの範囲に入っている場合は、角速度逸脱量検出部１５−４の出力ΔωＧは０であり、積分部１５−６の入力ΔＰＧ５＊は制限量差ΔＰＧ２＊と等しくなる。制限量ΔＰＧ２＊が零、即ち修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊が有効電力指令値ＰＧ＊に等しくなる状態で整定する。
【００６４】
同期発電機２の角速度ωＧが上限速度ωＵＬを超えた場合は、積分部１５−６の入力は
ΔＰＧ２＊＋ΔωＧ＝ΔＰＧ２＊＋（ωＧ−ωＵＬ）
となるので、修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊は、積分部１５−６の入力が零、即ち、角速度ωＧがωＵＬ−ΔＰＧ２＊に等しくなる状態で整定する。制御特性調整ゲイン１５−２の値を小さくすると制限量ΔＰＧ２＊は小さな値となるので、角速度ωＧは上限速度ωＵＬにほぼ等しい値で安定する。同様に、角速度ωＧが下限速度ωＬＬ未満になった場合は、角速度ωＧは下限速度ωＬＬにほぼ等しい。
【００６５】
ここで、風車の特性例を示す図９を用いて、修正後の有効電力指令値ＰＧ１＊と運転点の関係を説明する。
【００６６】
図９において、曲線ｃ１〜ｃ５は風車の回転速度と風車出力特性の例を示している。但し、５種類の風速に対する特性例であり、曲線ｃ１は運転可能最低風速に対する特性，曲線ｃ５は運転可能最高風速に対する特性である。
【００６７】
一例として、風速が曲線ｃ４、有効電力指令値ＰＧ＊がｐ１である場合を例に説明する。
【００６８】
なお、便宜上、発電機、変換器の効率は１００％として説明する。
【００６９】
発電機有効電力ＰＧはｐ１に制御されるので、曲線ｃ４上の点Ｐ１（即ち、角速度がω１、出力がｐ１）で運転することになる。何故ならば、角速度がω１よりも遅い場合は、風車出力ＰＷが発電機有効電力ｐ１よりも大きいので、（ＰＷ−ｐ１）の電力で加速され、角速度がω１よりも速い場合は、風車出力ＰＷが発電機有効電力ｐ１よりも小さいので、（ｐ１−ＰＷ）の電力で減速され、結局風車出力ＰＷがｐ１となる曲線ｃ４上の点Ｐ１で運転することになる。
【００７０】
次に風速が急変したときの作用を図９により説明する。
【００７１】
いま、曲線ｃ４上の点Ｐ１で運転しているときに風速が強まり、曲線ｃ５の特性に変化した場合は、曲線ｃ５上の点Ｐ２（即ち、角速度がω２、出力がｐ１）に運転点が移ろうとする。
【００７２】
しかし、角速度ωＧが上限速度ωＵＬを超えるので、図８の角速度逸脱量検出部１５−４の出力ΔωＧは正の値となり、積分部１５−６の入力も正の値となる。そして、修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊は増加し、曲線ｃ５上の点Ｐ３（即ち、角速度がωＵＬ、出力がｐ３）に運転点が移る。そのため、角速度ωＧが上限速度ωＵＬを超えて運転し続けることを避けることができる。
【００７３】
上述の例とは逆に、曲線ｃ４上の点Ｐ１で運転している時に風速が弱まり、例えば曲線ｃ３の特性に変化した場合、曲線ｃ３の特性では、風車出力は有効電力ｐ１より小さいので減速が続く。
【００７４】
しかし、角速度ωＧが下限速度ωＬＬ未満となるので、図８の角速度逸脱量検出部１５−４の出力ΔωＧは、負の値となり、積分部１５−６の入力も負の値となる。そして、修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊は減少し、曲線ｃ３上の点Ｐ４（即ち、角速度ωＧがωＬＬ、出力がｐ４）に運転点が移る。そのため、角速度ωＧが下限速度ωＬＬ未満で運転し続けることを避けることができる。
【００７５】
従って、風速が変動した場合でも運転する回転速度（角速度）を下限速度から上限速度の範囲に制限できるので、失速したり、過速度になったりすることなく、安定に運転できる。
【００７６】
このように本発明の第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、風速の変動が激しい場所に設置しても安定に運転することができる。
【００７７】
（第４の実施形態）
図１０は本発明の第４の実施形態として図７に示す有効電力指令値修正部１５の他の構成例を示すブロック図で、図８と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【００７８】
第４の実施形態では、図８の速度逸脱量検出部１５−４に代えて、ヒステリシス特性を有する速度逸脱量検出部１５−７を設けたものであり、それ以外は図８と同一である。
【００７９】
このような構成の有効電力指令値修正部１５において、速度逸脱量検出部１５−７の特性は図１１に示すように速度逸脱量にヒステリシス特性を持たせてある。即ち、速度検出部１５−３から入力される角速度ωＧが一度上限速度ωＵＬを超えるか、下限速度ωＬＬ未満になると、速度制限が予め定められたヒステリシス幅だけ狭くなるようにしたものである。
【００８０】
従って、このような速度逸脱量検出部１５−７を設ければ、瞬間的な風速変化で速度逸脱が生じても、速度上下限よりも内側でヒステリシス幅だけ狭い角速度ωＧとしたときの出力、即ちΔωＧが大きい状態で運転できるので、前述した実施形態の作用効果に加えて、風速の急激な変動に対しても安定に運転することができる。
【００８１】
（第５の実施形態）
図１２は本発明による風力発電システムの制御装置の第５の実施形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００８２】
第５の実施形態では、図１２に示すように同期発電機２に設けられた磁極回転角検出器７により検出される磁極回転角θＲが入力され、修正された有効電力指令値ＰＧ６＊をコンバータ制御装置１０に出力する有効電力指令値修正部１６を設けるようにしたものである。
【００８３】
図１３は有効電力指令値修正部１６の構成例を示すブロック図である。
【００８４】
図１３において、１６−３は磁極回転角検出器７により検出される磁極回転角θＲから角速度ωＧを求める速度検出部、１６−４はこの速度検出部１６−３で求められた角速度ωＧに対して上限速度ωＵＬ、下限速度ωＬＬから逸脱した角速度ΔωＧを求める速度逸脱量検出部である。
【００８５】
また、１６−７は速度検出部１６−３より入力される角速度ωＧから最大電力ＰＭを求める最大電力演算部、１６−１は最大電力演算部１６―７で求められた最大電力ＰＭと修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊との差ΔＰＧ１＊を求める減算部、１６−２は減算部１６―１より出力される差ΔＰＧ１＊から、修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊と有効電力指令値ＰＧ＊のずれ量を制限するための制限量ΔＰＧ２＊を求める制限特性調整ゲインである。
【００８６】
さらに、１６−５は制限特性調整ゲイン１５−２より出力される差ΔＰＧ２＊と速度逸脱量検出部１６−４より出力される逸脱した角速度ωＧとを加算して加算値ΔＰＧ５＊を求める加算部、１６−６はこの加算部１６―５で求めた加算値ΔＰＧ５＊を積分して修正後の有効電力指令値ＰＧ６＊を出力する積分部である。
【００８７】
なお、上記では磁極回転角検出器７で検出された磁極回転角θＲを角速度検出部１６−３に入力したが、角速度検出部１６−３の代わりに図５に示した発電機端子電圧位相検出部１０−８ａ及び角速度演算部１０−８ｂを用いて、同期発電機２の角速度ωＧを求めても良い。また、磁極回転角推定値θＥ´から同期発電機２の角速度ωＧを求めても良い。
【００８８】
図１４は最大電力演算部１６−７の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００８９】
１６−７ａは、角速度ωＧから同期発電機２の内部誘起電圧の振幅ＶＥを求める演算部、１６−７ｂは、内部誘起電圧の振幅ＶＥからコンバータ３の最大入力ＰＭ１を求める演算部であり、１６−７ｃは、内部誘起電圧の振幅値ＶＥから同期発電機２の最大出力ＰＭ２を求める演算部、１６−７ｄは、演算部１６−７ｂの出力ＰＭ１と演算部１６−７ｃの出力ＰＭ２とから、小さい方の値を選択して最大電力ＰＭを出力する低値選択器である。
【００９０】
次にこのように構成された風力発電システムの制御装置の作用を説明する。最大電力演算部１６−７を除いては図８で述べた作用と同様なので、ここでは最大電力演算部１６−７の作用について図１５を用いて説明する。
【００９１】
コンバータ制御装置１０によって、発電機電流が、発電機内部誘起電圧と同相成分電流であるｄ軸電流Ｉｄとなるように制御されるので、演算部１６−７ｂでは、
ＰＭ１＝ＶＥＩＭ
として、ＰＭ１を求める。但し、ＩＭはコンバータ３の最大電流である。
【００９２】
また、発電機巻線の抵抗値をＲＧとすると、同期発電機の有効電力ＰＧは、
ＰＧ＝ＶＥＩｄ−ＲＧＩｄ２＝ＶＥ２／４ＲＧ−ＲＧ（Ｉｄ−ＶＥ／２ＲＧ）２
となる。有効電力ＰＧの最大値は、この式の第２項が０の時で、ＶＥ２／４ＲＧであるので、演算部１６−７ｃは、
ＰＭ２＝ＶＥ２／４ＲＧ
として、ＰＭ２を求める。
【００９３】
コンバータ制御装置１０への有効電力指令値ＰＧ６＊は最大電力演算部１６−７によって、演算されたＰＭ、すなわち、コンバータ３で取り出せる最大電力ＰＭ１または同期発電機２が出力できる最大電力ＰＭ２のうち小さい方の値に等しくなった状態で整定する。
【００９４】
ここで、同期発電機２として永久磁石同期発電機を使用した場合を想定すると、図９の風車特性曲線に最大電力ＰＭ１とＰＭ２を重ね描きすると、図１５に示すようになり、各風速における運転点は最大電力ＰＭ１とＰＭ２の交点Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９となる。
【００９５】
図１５から明らかなように、風速によらず、同期発電機２、コンバータ３が共に許容できる最大の出力で運転できることが分かる。
【００９６】
風速が大きく変動する場合、長時間の平均から電力変換装置の定格を決めるのが一般的である。従って、風速が速い時は、風車出力に対して、電力変換装置の容量が不足することになるが、本発明の第５の実施形態によれば、同期発電機と電力変換装置が脱調することなく、しかも同期発電機が出力できる有効電力を効率良く取り出すことができると共に、風車出力に対して、電力変換装置の容量が小さい場合でも最適なシステムとして運用できる。
【００９７】
（第６の実施形態）
図１６は本発明による風力発電システムの制御装置の第６の実施形態を示す構成図で、図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００９８】
第６の実施形態では、図１６に示すように図１２の有効電力指令値修正部１６に代えてｄ軸電流指令値修正部１８を設け、また図１２のコンバータ制御装置１０に代えて磁極回転角検出器７により検出される同期発電機１の磁極回転角θＲと電流検出器８により検出される電流ｉＧ及びｄ軸電流指令値修正部１８の出力Ｉｄ１＊が入力されるコンバータ制御装置１７を設ける以外は図１２の構成と同じである。
【００９９】
図１７はコンバータ制御装置１７の具体的な構成例を示すブロック図である。
【０１００】
図１７において、１７−３は磁極回転角検出器７により検出される同期発電機１の磁極回転角θＲと電流検出器８により検出される電流ｉＧから発電機内部誘起電圧と同相のｄ軸電流Ｉｄと９０度進んだｑ軸電流Ｉｑとを検出する電流検出部、１７−４は電流検出部１７―３で検出されたｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令値修正部１８より出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊と等しくなるように比例積分演算してｄ軸電圧指令値Ｖｄ*を出力するｄ軸電流制御部、１７−５は電流検出部１７―３で検出されたｑ軸電流Ｉｑが０になるように比例積分演算してｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を出力するｑ軸電流制御部である。
【０１０１】
さらに、１７−６は磁極回転角検出器７により検出される同期発電機１の磁極回転角θＲとｄ軸電流制御部１７−４より出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ*及びｑ軸電流制御部１７−５より出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ*とからコンバータ３の出力電圧指令値ｖＣ*を求める演算部、１７−７はこの演算部１７−６により求められた出力電圧指令値ｖＣ*に基づいてコンバータ３を制御するゲートパルス信号ｇＣを出力するゲートパルス発生回路である。
【０１０２】
図１８はｄ軸電流指令値修正部１８の構成例を示すブロック図である。
【０１０３】
図１８において、１８−３は磁極回転角検出器７により検出される磁極回転角θＲから角速度ωＧを求める角速度検出部、１８−４はこの角速度検出部１８−３で求められた角速度ωＧに対して上限速度ωＵＬ、下限速度ωＬＬから逸脱した速度ΔωＧを求める速度逸脱量検出部である。
【０１０４】
また、１８−７は角速度検出部１８−３より入力される角速度ωＧから最大電流ＩＭを求める最大電流演算部、１８−１は最大電流演算部１８―７で求められた最大電流ＩＭと修正後のｄ軸電流指令値Ｉｄ６＊との差ΔＩＧ＊を求める減算部、１８−２はこの減算部１８−１の出力から修正後の有効電流指令値ＩＧ６＊と最大電流ＩＭとのずれ量を制限するための制限量ΔＩＧ２＊を求める制限特性調整ゲインである。
【０１０５】
さらに、１８−５は制限特性調整ゲイン１８−２より出力される差ΔＩＧ２＊と速度逸脱量検出部１８−４より出力される角周波数ΔωＧとを加算して加算値ΔＩＧ５＊を求める加算部、１８−６はこの加算部１８―５で求めた加算値ΔＩＧ５＊を積分して修正後の有効電流指令値ＩＧ６＊を出力する積分部である。
【０１０６】
図１９は最大電流演算部１８−７の具体的な構成例を示すブロック図である。
【０１０７】
図１９において、１８−７ａは角速度ωＧから同期発電機２の内部誘起電圧の振幅ＶＥを求める演算部、１８−７ｃは内部誘起電圧の振幅ＶＥから同期発電機２の有効電力が最大となるｄ軸電流ＩＭ２を求める演算部である。また、１８−７ｄは同期発電機２の有効電力が最大となるｄ軸電流ＩＭ２とコンバータ３の最大電流値ＩＭ１が入力され、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊を出力する低値選択部である。
【０１０８】
次にこのように構成された風力発電システムの制御装置の作用を説明する。
【０１０９】
第６の実施形態において、第５の実施形態との違いは、発電機有効電力の代わりに発電機電流を用いた点である。
【０１１０】
ＰＧ＝ＶＥＩｄ−ＲＧＩｄ２＝ＶＥ２／４ＲＧ−ＲＧ（Ｉｄ−ＶＥ／２ＲＧ）２
であり、ＰＧが最大となるのは、第２項が０の時、すなわち、Ｉｄ＝ＶＥ／２ＲＧの時である。したがって、演算部１８−７ｃでは、
ＩＭ２＝ＶＥ／２ＲＧ
として、ｄ軸電流ＩＭ２を求める。
【０１１１】
従って、コンバータ制御装置１７へのｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊は最大電流演算部１８−７によって、コンバータ３の定格電流ＩＭ１または同期発電機の有効電力が最大となるｄ軸電流ＩＭ２のうち小さい方の値となる。
【０１１２】
発電機電流が内部誘起電圧と同相に制御されていることから、同期発電機の有効電力ＰＧは、ＰＧ＝ＶＥ×Ｉｄ１＊−ＲＧ（Ｉｄ１＊）２となる。有効電力ＰＧで表現すると、第５の実施形態と同様に各風速における運転点は図１５で表される。
【０１１３】
このように本発明の第６の実施形態によれば、有効電力指令値を与えない場合でも、第５の実施形態と同様の作用効果が得られることに加え、風速によらず、同期発電機２、コンバータ３が共に許容できる最大の出力で運転することができ、しかも制御構成は第５の実施形態と比べて簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明による風力発電システムの第１の実施形態を示す構成図。
【図２】同実施形態におけるコンバータ制御装置の構成を示すブロック図。
【図３】本発明による風力発電システムの第２の実施形態を示す構成図。
【図４】同実施形態におけるコンバータ制御装置の具体的な構成例を示すブロック図。
【図５】図４に示す位相検出部の具体的な構成例を示すブロック図。
【図６】同実施形態における位相推定部の作用を説明するためのベクトル図。
【図７】本発明による風力発電システムによる第３の実施形態を示す構成図。
【図８】同実施形態における有効電力指令値修正部の具体的な構成例を示すブロック図。
【図９】同実施形態において、風車速度対風車出力との関係の一例を示す特性図。
【図１０】本発明の第４の実施形態として図７に示す有効電力指令値修正部の他の構成例を示すブロック図。
【図１１】同実施形態における速度逸脱量検出部の速度逸脱量に持たせたヒステリシス特性図。
【図１２】本発明による風力発電システムによる第５の実施形態を示す構成図。
【図１３】同実施形態における有効電力指令値修正部の構成例を示すブロック図。
【図１４】図１３の最大電力演算部の具体的な構成例を示すブロック図。
【図１５】同じく最大電力演算部の作用を説明するための風車速度対風車出力との関係の一例を示す特性図。
【図１６】本発明による風力発電システムの第６の実施形態を示す構成図。
【図１７】同実施形態におけるコンバータ制御装置の具体的な構成例を示すブロック図。
【図１８】同実施形態におけるｄ軸電流指令値修正部の構成例を示すブロック図。
【図１９】図１８の最大電流演算部の具体的な構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
【０１１５】
１……風車、２……同期発電機、３……コンバータ、４……直流コンデンサ、５……インバータ、６……電力系統、７……磁極回転角検出器、８，１３……電流検出器、９，１１，１４……電圧検出器、１０，１７……コンバータ制御装置、１２……インバータ制御装置、１５，１６……有効電力指令値修正部、１８……電流指令値修正部、１０−１……発電機有効電力演算部、１０−２……電力制御部、１０−３，１７−３……電流検出部、１０−４，１７−４……ｄ軸電流制御部、１０−５，１７−５……ｑ軸電流制御部、１０−６，１７−６……演算部、１０−７，１７−７……ゲートパルス発生回路、１０−８……位相推定部、１０−８ａ……位相検出部、１０−８ｂ……角速度演算部、１０−８ｃ……電圧振幅演算部、１０−８ｄ……位相差推定部、１０−８ｅ……電力推定部、１０−８ｆ……減算部、１０−８ｇ……積分部、１０−８ｈ……加減算部、１５−１，１６−１，１８−１……減算部、１５−２，１６−２，１８−２……制限特性調整ゲイン、１５−３，１６−３，１８−３……速度検出部、１５−４，１６−４，１８−４……速度逸脱量検出部、１５−５，１６−５，１８−５……加算部、１５−６，１６−６，１８−６……積分部、１５−７……速度逸脱量検出部、１６−７……最大電力演算部、１８−７……最大電流演算部、１６−７ａ，１６−７ｂ，１６−７ｃ，１８−７ａ，１８−７ｃ……演算部、１６−７ｄ，１８−７ｄ……低値選択部
【図１】
2010074920.tif 000003
【図２】
2010074920.tif 000004
【図３】
2010074920.tif 000005
【図４】
2010074920.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2010074920.tif 000009
【図８】
2010074920.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2010074920.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2010074920.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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