(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、前記回転子を駆動する動力源と、交流側が前記一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が前記二次巻線に接続された第二電力変換機と、前記第一電力変換機の直流側と前記第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続された蓄電装置と、前記一次巻線と電力負荷とを選択的に接続する切替スイッチと、を備えた発電システムの起動方法であって、
前記第一電力変換機により前記一次巻線を励磁する一次側励磁工程と、前記第二電力変換機により前記二次巻線を励磁する二次側励磁工程と、に関し、
前記動力源により前記回転子が駆動されるとともに前記切替スイッチが開状態とされる無負荷状態で、前記一次側励磁工程と前記二次側励磁工程との双方を実行して、前記二次励磁誘導発電機の一次側に発生する一次側電圧を目標電圧値とする一次側電圧確立工程を実行し、
前記一次側電圧確立工程では、前記一次側励磁工程として、前記第一電力変換機から前記一次巻線に無効電力を供給する発電システムの起動方法。
【請求項２】
前記一次側電圧確立工程では、前記一次側励磁工程として、前記第一電力変換機から前記一次巻線に正の遅れ無効電力を供給する請求項１記載の発電システムの起動方法。
【請求項３】
前記一次側電圧確立工程は、前記二次側励磁工程により前記一次側電圧を前記目標電圧値まで昇圧させる昇圧工程を実行した後、前記一次側励磁工程を開始する、遅延型一次側電圧確立工程であり、
前記遅延型一次側電圧確立工程では、前記昇圧工程の後、前記一次側電圧を前記目標電圧値に維持した状態で、前記第一電力変換機から前記一次巻線に供給される無効電力を増加させるとともに、前記第二電力変換機から前記二次巻線に供給される電力を減少させる請求項１又は２記載の発電システムの起動方法。
【請求項４】
前記遅延型一次側電圧確立工程では、前記第二電力変換機から前記二次巻線に供給される電力を減少させるに際し、前記二次巻線に流れる電流を減少させる請求項３記載の発電システムの起動方法。
【請求項５】
前記一次側励磁工程では、前記第一電力変換機の交流側に流れる電流に基づき電流フィードバック制御を行い、
前記二次側励磁工程では、前記一次側電圧に基づき電圧フィードバック制御を行う請求項１から４の何れか一項記載の発電システムの起動方法。
【請求項６】
前記一次側電圧確立工程により前記一次側電圧が確立された後に、前記切替スイッチを閉状態とする負荷接続工程を更に備える請求項１から５の何れか一項記載の発電システムの起動方法。
【請求項７】
一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、前記回転子を駆動する動力源と、交流側が前記一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が前記二次巻線に接続された第二電力変換機と、前記第一電力変換機の直流側と前記第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続された蓄電装置と、前記一次巻線と電力負荷とを選択的に接続する切替スイッチと、を備えた発電システムの起動装置であって、
前記動力源により前記回転子が駆動されるとともに前記切替スイッチが開状態とされる無負荷状態で、前記二次励磁誘導発電機の一次側に発生する一次側電圧を目標電圧値とする一次側電圧確立処理を実行する一次側電圧確立部を備え、
前記一次側電圧確立部は、前記第一電力変換機及び前記第二電力変換機の双方を作動させるとともに、前記第一電力変換機に無効電力を発生させて、前記一次側電圧確立処理を実行する発電システムの起動装置。
【請求項８】
前記一次側電圧確立部は、前記第一電力変換機に正の遅れ無効電力を発生させて、前記一次側電圧確立処理を実行する請求項７記載の発電システムの起動装置。
【請求項９】
前記一次側電圧確立部は、前記第一電力変換機及び前記第二電力変換機の内の前記第二電力変換機のみを作動させることにより前記一次側電圧を前記目標電圧値まで昇圧させる昇圧処理を実行した後、前記第一電力変換機の作動を開始する、遅延型一次側電圧確立処理を実行し、
前記遅延型一次側電圧確立処理では、前記昇圧処理の実行後に、前記一次側電圧を前記目標電圧値に維持した状態で、前記第一電力変換機が発生する無効電力を増加させるとともに、前記第二電力変換機が発生する電力を減少させる請求項７又は８記載の発電システムの起動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、回転子を駆動する動力源と、交流側が一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が二次巻線に接続された第二電力変換機と、第一電力変換機の直流側と第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続された蓄電装置と、一次巻線と電力負荷とを選択的に接続する切替スイッチと、を備えた発電システムの起動方法及びその起動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次励磁誘導発電機は、従来風力発電や揚水式発電に用いられているが、内燃機関等を原動機とする定置式にも用いることができれば原動機の回転数を自由に選択できるため運転範囲の拡大や商用周波数の異なる地域での原動機共通化が可能となる。ただし、定置式では非常用電源としての機能も要求されるため、自立運転が可能である必要があり、安価な制御装置を付加するだけで自立運転が可能な設備を構築できることが好ましい。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、二次励磁誘導発電機を用いた風力発電システムが開示されている。具体的には、特許文献１に記載の発電システムでは、固定子が備える一次巻線に接続された第一電力変換機（第２の電力変換器２３）と、回転子が備える二次巻線に接続された第二電力変換機（第１の電力変換器２１）と、を備えるとともに、これらの電力変換機の間に形成される直流部（ＤＣバス２２）に、蓄電装置（電力蓄積装置３０）が接続されている。これにより、二次励磁誘導発電機（二重給電巻線型誘導発電機１３）を電力系統から切り離した状態でも、自立起動が可能とされている（段落００１８参照）。
【０００４】
自立起動の手順は、特許文献１の段落００４１に記載されている。要約すると、まず、第二電力変換機のスイッチング動作を開始し、固定子の相電圧の周波数、電圧の大きさを予め設定された系統相電圧と合わせる。そして、固定子の相電圧の位相、周波数、電圧を電圧センサで検知して、第一電力変換機のスイッチング動作を開始し、系統連係動作を行う、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７７６６号公報（段落００１８、００４１、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１には、第一電力変換機の制御（スイッチング動作）を開始してから系統連係動作を行うまでの具体的な手順が示されていない。そして、本発明者らは、鋭意研究の結果、第一電力変換機を適切に動作させないと、第二電力変換機から二次巻線に供給される電力が過大になるおそれがあることを知見した。そして、第二電力変換機から二次巻線に供給される電力が過大になると、それに耐えられるような性能の素子を用いて第二電力変換機やそれに付随する部分を構成する必要性が生じ、コストの増大や装置の大型化を招来してしまう。なお、特許文献１には、第二電力変換機から二次巻線に供給される電力が過大になることに言及した記載はなく、当然ながら、この問題を解決する手段について何ら示されていない。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次励磁誘導発電機を備えた発電システムにおいて、第二電力変換機から二次巻線に供給される電力が過大になるのを抑制することができる起動方法及び起動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための、一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、前記回転子を駆動する動力源と、交流側が前記一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が前記二次巻線に接続された第二電力変換機と、前記第一電力変換機の直流側と前記第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続された蓄電装置と、前記一次巻線と電力負荷とを選択的に接続する切替スイッチと、を備えた発電システムの起動方法の特徴構成は、前記第一電力変換機により前記一次巻線を励磁する一次側励磁工程と、前記第二電力変換機により前記二次巻線を励磁する二次側励磁工程と、に関し、前記動力源により前記回転子が駆動されるとともに前記切替スイッチが開状態とされる無負荷状態で、前記一次側励磁工程と前記二次側励磁工程との双方を実行して、前記二次励磁誘導発電機の一次側に発生する一次側電圧を目標電圧値とする一次側電圧確立工程を実行し、前記一次側電圧確立工程では、前記一次側励磁工程として、前記第一電力変換機から前記一次巻線に無効電力を供給する点にある。
【０００９】
また、上記目的を達成するための、一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、前記回転子を駆動する動力源と、交流側が前記一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が前記二次巻線に接続された第二電力変換機と、前記第一電力変換機の直流側と前記第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続された蓄電装置と、前記一次巻線と電力負荷とを選択的に接続する切替スイッチと、を備えた発電システムの起動装置の特徴構成は、前記動力源により前記回転子が駆動されるとともに前記切替スイッチが開状態とされる無負荷状態で、前記二次励磁誘導発電機の一次側に発生する一次側電圧を目標電圧値とする一次側電圧確立処理を実行する一次側電圧確立部を備え、前記一次側電圧確立部は、前記第一電力変換機及び前記第二電力変換機の双方を作動させるとともに、前記第一電力変換機に無効電力を発生させて、前記一次側電圧確立処理を実行する点にある。
【００１０】
本発明者らは、鋭意研究の結果、上記のような発電システムの起動時に、二次励磁型誘導発電機を運転するのに必要な電力を第二電力変換機のみから供給している状態で、第二電力変換機から二次巻線に供給される電力が過大になり得ることを見出した。本発明は、この知見に基づきなされたものであり、発電システムの起動時において、二次励磁型誘導発電機を運転するのに必要な電力を、第二電力変換機だけでなく第一電力変換機からも無効電力として供給する構成とする。これにより、第一電力変換機から一次巻線に供給する無効電力の大きさに応じて、第二電力変換機から二次巻線に供給する電力を低減することができ、第二電力変換機から二次巻線に供給される電力が過大になるのを抑制することができる。
【００１１】
ここで、前記一次側電圧確立工程では、前記一次側励磁工程として、前記第一電力変換機から前記一次巻線に正の遅れ無効電力を供給する構成とすると好適である。
【００１２】
また、この方法を実施する起動装置では、前記一次側電圧確立部は、前記第一電力変換機に正の遅れ無効電力を発生させて、前記一次側電圧確立処理を実行する構成とすると好適である。
【００１３】
なお、本願では、「正の遅れ無効電力」は、電流が電圧に対して位相が進んでいる場合（抵抗成分が無視できる場合には９０度進んでいる場合）を意味する。
【００１４】
この構成によれば、第二電力変換機から二次巻線に供給する電力をより確実に低減することができ、第二電力変換機から二次巻線に供給される電力が過大になるのをより確実に抑制することができる。
【００１５】
また、前記一次側電圧確立工程は、前記二次側励磁工程により前記一次側電圧を前記目標電圧値まで昇圧させる昇圧工程を実行した後、前記一次側励磁工程を開始する、遅延型一次側電圧確立工程であり、前記遅延型一次側電圧確立工程では、前記昇圧工程の後、前記一次側電圧を前記目標電圧値に維持した状態で、前記第一電力変換機から前記一次巻線に供給される無効電力を増加させるとともに、前記第二電力変換機から前記二次巻線に供給される電力を減少させる構成とすると好適である。
【００１６】
また、この方法を実施する起動装置では、前記一次側電圧確立部は、前記第一電力変換機及び前記第二電力変換機の内の前記第二電力変換機のみを作動させることにより前記一次側電圧を前記目標電圧値まで昇圧させる昇圧処理を実行した後、前記第一電力変換機の作動を開始する、遅延型一次側電圧確立処理を実行し、前記遅延型一次側電圧確立処理では、前記昇圧処理の実行後に、前記一次側電圧を前記目標電圧値に維持した状態で、前記第一電力変換機が発生する無効電力を増加させるとともに、前記第二電力変換機が発生する電力を減少させる構成とする。
【００１７】
この構成によれば、一次側電圧が目標電圧値に達した後に第一電力変換機による一次巻線の励磁が開始されるため、一次側電圧確立工程（一次側電圧確立処理）に要する時間の短縮を図ることができる。なお、一次側電圧が目標電圧値に達してから第一電力変換機による一次巻線の励磁が開始されるまでの間に、第二電力変換機から二次巻線に供給される電力が過大になる可能性がある。しかし、たとえ当該電力が過大になったとしても、第一電力変換機による一次巻線の励磁が開始されると、第一電力変換機から一次巻線に供給される無効電力の増加とともに第二電力変換機から二次巻線に供給される電力が減少されるため、そのような状態が長く続くことは回避される。よって、この構成においても、第二電力変換機から二次巻線に供給される電力が過大になるのを抑制することができる。
【００１８】
また、前記遅延型一次側電圧確立工程では、前記第二電力変換機から前記二次巻線に供給される電力を減少させるに際し、前記二次巻線に流れる電流を減少させる構成とすると好適である。
【００１９】
この構成によれば、二次巻線に流れる電流が過大になるのを確実に抑制することができ、過度な発熱をより確実に抑制することができる。
【００２０】
また、前記一次側励磁工程では、前記第一電力変換機の交流側に流れる電流に基づき電流フィードバック制御を行い、前記二次側励磁工程では、前記一次側電圧に基づき電圧フィードバック制御を行う構成とすると好適である。
【００２１】
この構成によれば、第一電力変換機の交流側に流れる電流の指令値と、一次側電圧の指令値とを適切に設定するだけで、一次側電圧確立工程を適切に実行することができる。また、外乱による影響を適切に抑制することができ、制御の安定化を図ることができる。なお、このような構成において、第一電力変換機の制御と第二電力変換機の制御とを、同時或いはほぼ同時に開始する構成としても好適である。
【００２２】
また、前記一次側電圧確立工程により前記一次側電圧が確立された後に、前記切替スイッチを閉状態とする負荷接続工程を更に備える構成とすると好適である。
【００２３】
この構成によれば、例えば停電等で商用の電力系統から電力の供給が受けられない場合でも、電力負荷に電力を供給することができ、発電システムの利用者の利便性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る起動装置の制御対象となる発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る起動装置の制御ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る起動方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る起動例のタイムチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る起動例における一次側電圧指令値Ｖ１＊の時間的変化を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る起動例における一次側相電圧ｖ１ａの時間的変化を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る起動例における二次側線電流ｉ２ａの時間的変化を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る起動例における二次側相電圧ｖ２ａの時間的変化を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る起動例における第二有効電力Ｐ２の時間的変化を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る起動例における第二無効電力Ｑ２の時間的変化を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る起動例における電流指令値Ｉｇｑ＊の時間的変化を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る起動例における変圧器二次側線電流ｉｇａの時間的変化を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る起動例における第三有効電力Ｐ３の時間的変化を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る起動例における第三無効電力Ｑ３の時間的変化を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る起動例における第一有効電力Ｐ１の時間的変化を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る起動例における第一無効電力Ｑ１の時間的変化を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る起動例における負荷電力Ｐｌｏａｄの時間的変化を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る起動例における電気的出力Ｐｅの時間的変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明に係る発電システムの起動装置（起動方法）の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されるものではなく、同様の作用効果を奏する構成であれば種々の改変が可能である。
【００２６】
１．発電システムの全体構成
図１は、本実施形態に係る制御装置１００（図２参照）の制御対象となる発電システム１を示す。この発電システム１は、二次励磁誘導発電機（二重給電巻線型誘導発電機）２と、ガスエンジン３と、第一電力変換機１１と、第二電力変換機１２と、蓄電装置５と、第一スイッチ２１と、第二スイッチ２２と、第三スイッチ２３とを備えている。そして、二次励磁誘導発電機２は、電力系統（商用電力系統）４と同じ周波数（例えば、５０［Ｈｚ］や６０［Ｈｚ］）の電力（三相の交流電力）を発電し、当該電力を、電力を消費する負荷７や電力系統４に供給することが可能に構成されている。なお、負荷７としては、例えば、冷暖房設備が備える室内機や室外機、或いは電灯等がある。本実施形態では、ガスエンジン３、第三スイッチ２３、負荷７、及び制御装置１００が、それぞれ、本発明における「動力源」、「切替スイッチ」、「電力負荷」、及び「起動装置」に相当する。
【００２７】
発電システム１は、電力系統４から電力の供給を受けた状態でシステムを起動することが可能であるとともに、電力系統４から電力の供給を受けていない状態（第二スイッチ２２が開状態とされる状態）においても、蓄電装置５から供給される電力によりシステムを起動（自立起動）することが可能に構成されている。本実施形態に係る制御装置１００は、この自立起動時の制御に特徴を有しており、その特徴により、コストの増大や装置の大型化を抑制することが可能となっている。なお、自立起動時の制御については、後に詳細に説明する。
【００２８】
二次励磁誘導発電機２は、一次巻線（図示せず）を備える固定子２ｂ（ステータ）と、二次巻線（図示せず）を備える回転子２ａ（ロータ）と、を有している。固定子２ｂが備える一次巻線は、第一スイッチ２１及び第二スイッチ２２を介して電力系統４に接続されている。また、固定子２ｂが備える一次巻線は、第一スイッチ２１及び第三スイッチ２３を介して負荷７にも接続されている。一方、回転子２ａが備える二次巻線は、フィルタ回路１０、第二電力変換機１２、直流部１３、第一電力変換機１１、フィルタ回路１０、変圧器６、及び第二スイッチ２２を介して電力系統４に接続されている。また、回転子２ａが備える二次巻線は、フィルタ回路１０、第二電力変換機１２、直流部１３、第一電力変換機１１、フィルタ回路１０、変圧器６、及び第三スイッチ２３を介して負荷７にも接続されている。
【００２９】
以下の説明では、固定子２ｂが備える一次巻線側を「二次励磁誘導発電機の一次側」とし、回転子２ａが備える二次巻線側を「二次励磁誘導発電機の二次側」とする。よって、二次励磁誘導発電機２の一次側に発生する電力（電圧、電流）の周波数が、負荷７や電力系統４に供給される電力の周波数となる。
【００３０】
ガスエンジン３は、二次励磁誘導発電機２の回転子２ａに機械的に連結されており、当該回転子２ａを駆動（回転駆動）する。ガスエンジン３の出力軸は、本例では、回転子２ａと一体回転するように連結（直結）されており、ガスエンジン３の回転数（回転速度、以下同様）と回転子２ａの回転数とは等しくなる。なお、ガスエンジン３の出力軸と回転子２ａとの間に、歯車機構を設ける構成とすることもできる。ガスエンジン３は、本例では、都市ガスを燃料とするエンジンであり、電力に加えて別途需要のある熱を並行して供給することができるコジェネレーション設備の一角を担っている。本発明では、このようなガスエンジン３として、例えば、定格出力が１［ｋＷ］、数十［ｋＷ］、或いは数［ＭＷ］等のものを採用することができる。なお、ガスエンジン３に代えて、ガソリン、軽油、重油等を燃料とするエンジンやタービン（例えばガスタービン）等により、本発明に係る「動力源」を構成することも可能である。
【００３１】
第一電力変換機１１は、交流側（図１における右側）が第一スイッチ２１を介して二次励磁誘導発電機２の固定子２ｂ（一次巻線）に接続されているとともに、第二スイッチ２２を介して電力系統４に接続されており、更に第三スイッチ２３を介して負荷７に接続されている。また、第一電力変換機１１は、直流側（図１における左側）が直流部１３に接続されている。第二電力変換機１２は、交流側（図１における左側）が二次励磁誘導発電機２の回転子２ａ（二次巻線）に接続されている。また、第二電力変換機１２は、直流側（図１における右側）が直流部１３に接続されている。そして、これらの第一電力変換機１１及び第二電力変換機１２のそれぞれは、直流側の直流電力を交流電力に変換（逆変換）して交流側に供給するインバータとしての機能と、交流側の交流電力を直流電力に変換（順変換）して直流側に供給するコンバータとしての機能と、の双方を果たすことが可能に構成されている。
【００３２】
このような第一電力変換機１１や第二電力変換機１２は、複数（例えば６個）のスイッチング素子を備えて構成される。スイッチング素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）やＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）等の種々の構造のパワートランジスタを採用することができる。そして、第一電力変換機１１や第二電力変換機１２にはＰＷＭ（pulse width modulation：パルス幅変調）信号が入力され、当該ＰＷＭ信号に基づきスイッチング素子がスイッチング動作（オンオフ動作）を行う。なお、第一電力変換機１１や第二電力変換機１２を作動させるためのＰＷＭ信号は、制御装置１００により生成される（図２参照）。
【００３３】
図１に示すように、第一電力変換機１１の交流側及び第二電力変換機１２の交流側の双方には、インダクタンスとコンデンサとからなるフィルタ回路１０が設けられている。このフィルタ回路１０は、スイッチング素子のスイッチングにより発生した高周波成分を除去するフィルタであり、このフィルタ回路１０により、第一電力変換機１１や第二電力変換機１２からの出力電圧波形が正弦波状に変換される。
【００３４】
また、図１に示すように、第一電力変換機１１の交流側に設けられたフィルタ回路１０より二次励磁誘導発電機２側（電力系統４側）には、変圧器６が設けられている。以下の説明では、「変圧器の一次側」は、変圧器６の第一電力変換機１１側（図２における符号「＃１」を付した側）を指し、「変圧器の二次側」は、変圧器６の二次励磁誘導発電機２側（電力系統４側、図２における符号「＃２」を付した側）を指す。
【００３５】
直流部１３は、第一電力変換機１１の直流側と第二電力変換機１２の直流側とを接続する部分である。直流部１３にはキャパシタ８が備えられているとともに、蓄電装置５が接続されている。蓄電装置５は、発電システム１の自立起動時に必要となる電力を供給する。また、蓄電装置５を利用して、負荷７や電力系統４に供給される電力の変動を抑えることも可能である。蓄電装置５は、例えば、蓄電池や電気二重層キャパシタ等で構成され、直流部１３に対して電力を供給して放電すること、及び直流部１３から電力の供給を受けて充電することが可能に構成される。なお、蓄電装置５と直流部１３との間にスイッチを介在させることもできる。
【００３６】
第一スイッチ２１は、二次励磁誘導発電機２の固定子２ｂ（一次巻線）と第一電力変換機１１とを選択的に接続する。第二スイッチ２２は、電力系統４と第一電力変換機１１とを選択的に接続する。第一スイッチ２１は、第二スイッチ２２と協働して、二次励磁誘導発電機２の固定子２ｂ（一次巻線）と電力系統４とを選択的に接続するとともに、第三スイッチ２３と協働して、二次励磁誘導発電機２の固定子２ｂ（一次巻線）と負荷７とを選択的に接続する。また、第二スイッチ２２は、第三スイッチ２３と協働して、電力系統４と負荷７とを選択的に接続する。
【００３７】
第一スイッチ２１、第二スイッチ２２、及び第三スイッチ２３のそれぞれは、制御装置１００のスイッチ制御部（不図示）が生成する開閉信号に基づき開閉制御される。これらのスイッチは、例えば、電磁石の動作によって開閉する電磁接触型のスイッチ等とすることができる。
【００３８】
以上のような構成を備えた発電システム１は、発電電力の周波数（電圧、電流の周波数）に関して自由度の高いシステムとなっている。詳細な説明は省略するが（詳細については、例えば上記特許文献１参照）、発電システム１の発電電力の周波数（二次励磁誘導発電機２の一次側に誘起される一次側電圧ｖ１（図２参照）の周波数）をｆ１とし、回転子２ａの回転周波数をｆ０とし、回転子２ａの二次巻線を励磁するために当該二次巻線に供給される交流電流（交流電圧）の周波数をｆ２とすると、「ｆ１＝ｆ０＋ｆ２」となる。ここで、回転子２ａの回転周波数ｆ０は、回転子２ａの回転数をｍ［ｒｐｍ］とし、二次励磁誘導発電機２の磁極数をｎとして、「ｆ０＝ｍ×ｎ／１２０」から求まる。
【００３９】
例えば、回転子２ａの回転数が１１００［ｒｐｍ］であり、二次励磁誘導発電機２の磁極数が「６」の場合には、回転子２ａの回転周波数ｆ０は５５［Ｈｚ］となる。よって、この場合に、第二電力変換機１２を制御して二次巻線に周波数が５［Ｈｚ］の交流電流（交流電圧）を供給すれば（ｆ２＝５［Ｈｚ］）、周波数が６０［Ｈｚ］の交流電力を得ることができる。また、逆に、第二電力変換機１２を制御して二次巻線から周波数が５［Ｈｚ］の交流電流（交流電圧）を取り出せば（ｆ２＝−５［Ｈｚ］）、周波数が５０［Ｈｚ］の交流電力を得ることができる。なお、回転子２ａの回転数（すなわち、ガスエンジン３の回転数）は、同期回転数以外の任意の回転数を選択することができる。なお、同期回転数は、電力系統４の周波数が６０［Ｈｚ］であり、二次励磁誘導発電機２の磁極数が「６」である場合には、１２００［ｒｐｍ］となる。
【００４０】
このように、回転子２ａの回転数（すなわち、ガスエンジン３の回転数）が同一であっても、回転子２の二次巻線に供給する交流電流の周波数ｆ２（上記のように、当該二次巻線から交流電流を取り出す場合には負の値となる。）を変えることで発電電力の周波数ｆ１を変化させることができる。よって、例えば、交流電源の周波数が５０［Ｈｚ］のエリアと６０［Ｈｚ］のエリアとで同一の仕様の動力源（本例ではガスエンジン３）を用いることができるという利点がある。また、動力源の回転数を負荷に応じて適切に選択することで、当該動力源の部分負荷効率の向上を図ったり、動力源の回転数を増加させることで、発電システム１全体としての出力（定格出力）の増大を図ったりすることができる。
【００４１】
２．制御装置の構成
次に、制御装置１００の構成について、図２に基づいて詳細に説明する。ここで、図２に示すように、二次励磁誘導発電機２の一次側に発生する有効電力及び無効電力を、それぞれ、第一有効電力Ｐ１及び第一無効電力Ｑ１とする。また、二次励磁誘導発電機２の二次側に供給される有効電力及び無効電力を、それぞれ、第二有効電力Ｐ２及び第二無効電力Ｑ２とする。さらに、二次励磁誘導発電機２の一次側から第一電力変換機１１側に供給される有効電力及び無効電力を、それぞれ、第三有効電力Ｐ３及び第三無効電力Ｑ３とする。そして、図２におけるこれらの電力の流れを示す矢印は、当該電力の値が正の場合の流れ方向を示している。なお、本例では、無効電力の正負に関して、遅れ無効電力（遅れ位相の無効電力）が正の場合を正とし、遅れ無効電力が負の場合を負としている。ここで、「遅れ無効電力が正」とは、電流が電圧に対して位相が進んでいる場合を意味し、「遅れ無効電力が負」とは、電流が電圧に対して位相が遅れている場合を意味する。なお、抵抗成分が無視できる場合には、電流と電圧の位相差は９０度となる。
【００４２】
図２に示すように、制御装置１００は、第一電力変換機１１の動作を制御する第一制御部１０１と、第二電力変換機１２の動作を制御する第二制御部１０２と、第一スイッチ２１、第二スイッチ２２、及び第三スイッチ２３の開閉状態を制御するスイッチ制御部（不図示）と、を備えている。これらの機能部は、互いに共通の或いはそれぞれ独立のＣＰＵ等の演算処理装置を中核部材として、入力されたデータに対して種々の処理を行うための機能部がハードウェア又はソフトウェア（プログラム）或いはその両方により実装されて構成されている。また、これらの機能部は、デジタル転送バス等の通信線を介して互いに情報の受け渡しを行うことができるように構成されている。ここで、これらの機能部がソフトウェア（プログラム）により構成される場合には、当該ソフトウェアは、演算処理装置が参照可能なＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段に記憶される。本実施形態では、第一制御部１０１及び第二制御部１０２が、本発明における「一次側電圧確立部」を構成している。
【００４３】
制御装置１００は、第一制御部１０１及び第二制御部１０２を作動させて、電力系統４から電力の供給を受けていない状態（第二スイッチ２２（図１参照）が開状態とされる状態）で、蓄電装置５から供給される電力によりシステムを起動（自立起動）することが可能に構成されている。以下、第二制御部１０２及び第一制御部１０１の構成について順に説明する。
【００４４】
２−１．第二制御部の構成
第二制御部１０２は、第二電力変換機１２の動作（具体的には、第二電力変換機１２が備えるスイッチング素子のスイッチング動作）を制御する機能部である。第二制御部１０２は、第二電力変換機１２の動作を制御し、第二電力変換機１２が発生した交流電力を回転子２ａが備える二次巻線に供給することが可能に構成されている。すなわち、第二制御部１０２は、第二電力変換機１２により回転子２ａの二次巻線を励磁する工程（以下、「二次側励磁工程」という。）を実行する二次側励磁手段として機能する。
【００４５】
本実施形態では、第二制御部１０２は、二次側励磁工程として、一次側電圧ｖ１に基づく電圧フィードバック制御を行う。そのため、発電システム１は、一次側電圧ｖ１を検出する電圧センサ（図示せず）を備えている。そして、第二制御部１０２は、後述するように、発電システム１の自立起動時に、この電圧フィードバック制御を実行する。
【００４６】
具体的には、第二制御部１０２は、図２に示すような機能部を備えており、一次側電圧ｖ１をフィードバック値とし、一次側電圧指令値Ｖ１＊を指令値として、電圧フィードバック制御を実行する。なお、第二制御部１０２にて実行される電圧フィードバック制御処理の流れについては、図２に示すブロック図より明らかであるため、ここでは、その流れについて簡単に説明する。なお、以下の制御処理の説明においては、図２における各機能部に記載された文字を鉤括弧（「」）で囲んだもので、当該文字に対応する機能部を表す。本実施形態では、一次側電圧指令値Ｖ１＊が、本発明における「目標電圧値」に相当する。
【００４７】
電圧センサにて検出された一次側電圧ｖ１は、「ＰＬＬ」に入力される。「ＰＬＬ」は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）処理を行うことで一次側電圧ｖ１の角速度（角周波数）ω０を検出し、その情報を「１／ｓ」に出力する。「１／ｓ」は、「ＰＬＬ」から送られてきた角速度を積分する積分処理を行い、三相二相変換の基準となる第一基準位相θ１を導出する。
【００４８】
電圧センサにて検出された一次側電圧ｖ１は、「ｄｑ←ａｂｃ」にも入力される。「ｄｑ←ａｂｃ」では、第一基準位相θ１に基づき、一次側電圧ｖ１を、三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の交流座標系（ａｂｃ座標系）から二相の回転座標系（ｄｑ座標系）に変換して、一次側電圧ｖ１のｄ軸成分ｖ１ｄ及びｑ軸成分ｖ１ｑを導出する。なお、本例では、一次側電圧ｖ１のｑ軸成分ｖ１ｑがゼロとなるように第一基準位相θ１が設定されている。
【００４９】
そして、「ｄｑ←ａｂｃ」にて求められた一次側電圧ｖ１のｄ軸成分ｖ１ｄ及びｑ軸成分ｖ１ｑが「ｖ１ｄｑ＝√（ｖ１ｄ2＋ｖ１ｑ2）」に送られ、一次側電圧ｖ１の振幅値ｖ１ｄｑが算出される。そして、この振幅値ｖ１ｄｑと、二次励磁誘導発電機２の出力電圧の指令値（目標値）であるＶ１＊とが比較され、その差がゼロになるように「ＰＩ」にて比例積分制御演算（ＰＩ制御演算）が行われる。なお、一次側電圧指令値Ｖ１＊は、必要に応じて（巻線の結線方法等に応じて）係数が乗算された後、振幅値ｖ１ｄｑとの比較が行われる。例えば、一次側電圧指令値Ｖ１＊が線間電圧の実効値で表される場合に、当該係数を「√（２／３）」とすることができる。
【００５０】
「ＰＩ」は、ＰＩ制御演算を行い、電圧指令値のｄ軸成分ｕｒｄ及びｑ軸成分ｕｒｑを導出する。そして、電圧指令値のｄ軸成分ｕｒｄ及びｑ軸成分ｕｒｑは「ｄｑ→ａｂｃ」に送られ、ｄｑ座標系からａｂｃ座標系への二相三相変換が実行される。なお、上記のように、本例では、一次側電圧ｖ１のｑ軸成分ｖ１ｑがゼロとなるように第一基準位相θ１が設定されているため、電圧指令値のｑ軸成分ｕｒｑはゼロとなる。よって、本例では、「ＰＩ」は電圧指令値のｄ軸成分ｕｒｄのみを求め、当該ｄ軸成分ｕｒｄが「ｄｑ→ａｂｃ」に入力されるとともに、「ｄｑ→ａｂｃ」には電圧指令値のｑ軸成分ｕｒｑとして「０」が入力される。
【００５１】
また、一次側電圧ｖ１の角速度ω０と回転子２ａの角速度ωｒ（上記の回転周波数ｆ０×２π）との差（ω０−ωｒ）に基づき「１／ｓ」が第二基準位相θ２を導出する。なお、回転子２ａの角速度ωｒは、図示しない磁極位置センサ（レゾルバ等）により検出する構成とすることができる。そして、「ｄｑ→ａｂｃ」は、この第二基準位相θ２に基づき、電圧指令値のｄ軸成分ｕｒｄ及びｑ軸成分ｕｒｑに対して二相三相変換を実行し、実行結果を「ＰＷＭ」に出力する。そして、「ＰＷＭ」は、「ｄｑ→ａｂｃ」から送られてきた三相の電圧指令値に基づき、第二電力変換部１２が備えるスイッチング素子をスイッチング制御するためのＰＷＭ信号（ゲート駆動信号）を生成する。
【００５２】
以上が、第二制御部１０２が実行する電圧フィードバック制御の流れである。なお、詳細な説明は省略するが、発電システム１の通常運転時において、第二制御部１０２を、二次励磁誘導発電機２の一次側に発生する有効電力Ｐ１や無効電力Ｑ１をフィードバック値としてフィードバック制御（電力フィードバック制御）を行うように構成することができる。このような構成では、抵抗成分が無視できる定常状態において、第一有効電力Ｐ１を、二次励磁誘導発電機２の二次側を流れる電流である二次側電流ｉ２のｄ軸成分（二次側ｄ軸電流）によって制御でき、第一無効電力Ｑ１を、二次側電流ｉ２のｑ軸成分（二次側ｑ軸電流）によって制御できる。すなわち、第一有効電力Ｐ１及び第一無効電力Ｑ１を互いに独立に制御することができる。
【００５３】
２−２．第一制御部の構成
第一制御部１０１は、第一電力変換機１１の動作（具体的には、第一電力変換機１１が備えるスイッチング素子のスイッチング動作）を制御する機能部である。第一制御部１０１は、第一電力変換機１１の動作を制御し、第一電力変換機１１が発生した交流電力を、固定子２ｂが備える一次巻線に供給することが可能に構成されている。すなわち、第一制御部１０１は、第一電力変換機１１により固定子２ｂの一次巻線を励磁する工程（以下、「一次側励磁工程」という。）を実行する一次側励磁手段として機能する。
【００５４】
本実施形態では、第一制御部１０１は、一次側励磁工程として、第一電力変換機１１の交流側に流れる電流（本例では、変圧器二次側電流ｉｇ）に基づく電流フィードバック制御を行う。そのため、発電システム１は、変圧器二次側電流ｉｇを検出する電流センサ３０を備えている。そして、第一制御部１０１は、後述するように、発電システム１の自立起動時に、この電流フィードバック制御を実行する。
【００５５】
具体的には、第一制御部１０１は、図２に示すような機能部を備えており、変圧器二次側電流ｉｇをフィードバック値とし、電流指令値Ｉｇ＊を指令値として、電流フィードバック制御を実行する。なお、第一制御部１０１にて実行される電流フィードバック制御処理の流れについては、図２に示すブロック図より明らかであるため、ここでは、その流れについて簡単に説明する。なお、以下の制御処理の説明においては、上記第二制御部１０２の説明と同様、図２における各機能部に記載された文字を鉤括弧で囲んだもので、当該文字に対応する機能部を表す。
【００５６】
電流センサ３０にて検出された変圧器二次側電流ｉｇは、「ｄｑ←ａｂｃ」に入力される。「ｄｑ←ａｂｃ」には、上記の第一基準位相θ１も入力される。そして、「ｄｑ←ａｂｃ」は、当該第一基準位相θ１に基づき、変圧器二次側電流ｉｇに対して三相二相変換を実行し、変圧器二次側電流ｉｇのｄ軸成分ｉｇｄ及びｑ軸成分ｉｇｑを導出する。
【００５７】
そして、変圧器二次側電流ｉｇのｄ軸成分ｉｇｄと、電流指令値Ｉｇ＊のｄ軸成分Ｉｇｄ＊とが比較され、その差がゼロになるように「ＰＩ」にてＰＩ制御演算が実行され、その結果に対して制御性向上のための非干渉制御が実行される。具体的には、「ＰＩ」の出力に（−１）を乗じたものとω０×Ｌｇ×ｉｇｑとの和を導出する。そして、この導出結果に対して一次側電圧ｖ１のｄ軸成分ｖ１ｄを加算し、電圧指令値のｄ軸成分ｕｇｄが導出される。ここで、Ｌｇは、変圧器６の正相リアクタンスを二次側換算して求めたインダクタンスである。
【００５８】
同様に、変圧器二次側電流ｉｇのｑ軸成分ｉｇｑと、電流指令値Ｉｇ＊のｑ軸成分Ｉｇｑ＊とが比較され、その差がゼロになるように「ＰＩ」にてＰＩ制御演算が実行され、その結果に対して制御性向上のための非干渉制御が実行される。具体的には、「ＰＩ」の出力に（−１）を乗じたものからω０×Ｌｇ×ｉｇｄを減算したものを導出する。そして、この導出結果に対して一次側電圧ｖ１のｑ軸成分ｖ１ｑ（本例では「０」）を加算し、電圧指令値のｑ軸成分ｕｇｑが導出される。
【００５９】
「ａｂｃ←ｄｑ」は、第一基準位相θ１に基づき、電圧指令値のｄ軸成分ｕｇｄ及びｑ軸成分ｕｇｑに対して二相三相変換を実行し、実行結果を「ＰＷＭ」に出力する。そして、「ＰＷＭ」は、「ａｂｃ←ｄｑ」から送られてきた三相の電圧指令値に基づき、第一電力変換部１１が備えるスイッチング素子をスイッチング制御するためのＰＷＭ信号（ゲート駆動信号）を生成する。
【００６０】
以上が、第一制御部１０１が実行する電流フィードバック制御の流れである。なお、後述するように、発電システム１の自立起動時には、第一制御部１０１は、第三無効電力Ｑ３を制御する。そして、本例では、上記のように、一次側電圧ｖ１のｑ軸成分ｖ１ｑはゼロとなる。よって、第三無効電力Ｑ３は、変圧器二次側電流ｉｇのｑ軸成分ｉｇｑにより制御することができる。この場合、電流指令値Ｉｇ＊は、少なくともそのｑ軸成分Ｉｇｑ＊を有する。一方、第三有効電力Ｐ３は、変圧器二次側電流ｉｇのｄ軸成分ｉｇｄにより制御することができるため、第三有効電力Ｐ３を積極的に制御する場合には、電流指令値Ｉｇ＊は、ｄ軸成分Ｉｇｄ＊を有する。
【００６１】
また、詳細な説明は省略するが、発電システム１の通常運転時において、第一制御部１０１を、直流部１３の電圧Ｖｄｃをフィードバック値として、当該電圧Ｖｄｃが一定になるようにフィードバック制御を行うように構成することができる。
【００６２】
３．自立起動の手順
次に、図３のフローチャートを参照して、本実施形態に係る制御装置１００において実行される自立起動処理の手順（自立起動方法）について説明する。以下に説明する自立起動処理の手順は、制御装置１００の各機能部（本例では、第一制御部１０１、第二制御部１０２、及び図示しないスイッチ制御部）を構成するハードウェア又はソフトウェア（プログラム）或いはその両方により実行される。これらの各機能部がプログラムにより構成される場合には、制御装置１００が有する演算処理装置が、各機能部を構成するプログラムを実行するコンピュータとして動作する。
【００６３】
なお、図３は、ガスエンジン３により回転子２ａが駆動されているとともに第三スイッチ２３が開状態とされる状態（以下、「無負荷状態」という。）であって、第一スイッチ２１が閉状態とされるとともに第二スイッチ２２が開状態とされる状態から、発電システム１（二次励磁誘導発電機２）を起動（自立起動）し、負荷７に電力を供給するまでの処理の流れを示している。なお、第二スイッチ２２が開状態ではなく閉状態とされているが、電力系統４から電力が供給できない状態にある場合も、ここで説明する処理を同様に行うことができる。ガスエンジン３は、例えばセルモータで起動された後に、負荷（回転子２ａを回転するのに必要なエネルギを除く）がない状態で所定回転数（例えば、ガスエンジン３の効率が高い回転数、定格回転数等）まで加速され、無負荷状態では、当該所定回転数で安定しているとする。また、発電システム１の自立起動時には、蓄電装置５は直流部１３に電力を供給可能な状態とされ、自立起動のための電力を、必要に応じて、回転子２ａが備える二次巻線や固定子２ｂが備える一次巻線に供給する。
【００６４】
図３に示すように、制御装置１００は、第一電力変換機１１及び第二電力変換機１２の内の第二電力変換機１２のみを第二制御部１０２により作動させ、昇圧工程を実行する（ステップ＃１）。ここで、「昇圧工程」とは、二次側励磁工程により一次側電圧ｖ１を一次側電圧指令値Ｖ１＊まで昇圧させる昇圧処理を行う工程である。すなわち、「昇圧工程」の実行後に、一次側電圧ｖ１と一次側電圧指令値Ｖ１＊とが等しくなる。この昇圧工程において、第二制御部１０２は、上述した電圧フィードバック制御を実行する。
【００６５】
ここで、一次側電圧指令値Ｖ１＊は、上記のように、二次励磁誘導発電機２の出力電圧（一次側電圧ｖ１）を定める電圧であり、線間電圧の実効値換算で、例えば、２００［Ｖ］、３３００［Ｖ］、６６００［Ｖ］等に設定することができる。なお、一次側電圧指令値Ｖ１＊は、後に参照する図５に示すように、設定値に向ってスロープ状に上昇させる（ソフトスタート）構成とし、一次側電圧ｖ１の振幅をスロープ状に増加させるのが、安定性の観点から好適である。例えば、線間電圧の実効値換算で、４００［Ｖ／ｓｅｃ］の割合で一次側電圧指令値Ｖ１＊を設定値まで上昇させることができる。
【００６６】
なお、一次側電圧ｖ１を相電圧（例えばａ相の相電圧）で表した場合の振幅の最大値（ピーク値）をｖ１ａｍ（単位［Ｖ］）とし、一次側電圧指令値Ｖ１＊が線間電圧の実効値（単位［Ｖ］）であるとすると、本実施形態では、ｖ１ａｍ＝Ｖ１＊×√（２／３）となった状態が、一次側電圧ｖ１と一次側電圧指令値Ｖ１＊とが等しくなった状態である。このように、「一次側電圧ｖ１が一次側電圧指令値Ｖ１＊まで昇圧した状態」及び「一次側電圧ｖ１と一次側電圧指令値Ｖ１＊とが等しい状態」、並びにこれらと同義の文言は、必要に応じて（巻線の結線方法等に応じて）係数を乗じるなどした後に、ｖ１の値とＶ１＊の値とが互いに等しくなった状態を意味する。
【００６７】
第二制御部１０２による昇圧工程の実行後、すなわち、一次側電圧ｖ１が一次側電圧指令値Ｖ１＊まで昇圧された後、制御装置１００の第一制御部１０１は、第一電力変換機１１を作動させ、一次側励磁工程を実行する（ステップ＃２）。なお、第一制御部１０１は、一次側励磁工程として、上述した電流フィードバック制御を実行する。具体的には、第一制御部１０１は、第一電力変換機１１を、第一電力変換機１１が無効電力（本例では、正の遅れ無効電力）を発生するように制御する。この場合、第三無効電力Ｑ３は負の値となり、第三スイッチ２３が開状態とされているため、第一無効電力Ｑ１も負の値（第三無効電力Ｑ３とほぼ等しい値）となる。これにより、第一電力変換機１１から二次励磁誘導発電機２の固定子２ｂが備える一次巻線に、正の遅れ無効電力が供給される。すなわち、第一制御部１０１は、一次側励磁工程として、第一電力変換機１１から一次巻線に無効電力（本例では、正の遅れ無効電力）を供給する制御を行う。
【００６８】
第一制御部１０１は、一次側励磁工程を行うに際し、所望の遅れ無効電力（第三無効電力Ｑ３）の大きさに応じた電流指令値Ｉｇ＊を設定する。なお、上記のように、本例では、第三無効電力Ｑ３は、変圧器二次側電流ｉｇのｑ軸成分ｉｇｑにより制御することができる。よって、第一制御部１０１は、電流指令値Ｉｇ＊として、少なくともｑ軸成分Ｉｇｑ＊がゼロ以外の値を持つものを設定する。なお、第一電力変換機１１に、正の遅れ無効電力とともに有効電力も積極的に発生させる場合には、電流指令値Ｉｇ＊として、ｄ軸成分Ｉｇｄ＊もゼロ以外の値を持つものを設定する。
【００６９】
なお、電流指令値Ｉｇ＊は、後に参照する図１１に示すように、設定値に向ってスロープ状に上昇させる（ソフトスタート）構成とし、変圧器二次側電流ｉｇの振幅をスロープ状に増加させるのが、安定性の観点から好適である。例えば、電流指令値Ｉｇ＊が、変圧器二次側電流ｉｇのある相（例えばａ相）の線電流ｉｇａの振幅の最大値（単位［Ｖ］）に、√（３／２）を乗じたものである場合に、電流指令値Ｉｇ＊を、６［Ｖ／ｓｅｃ］の割合で設定値まで上昇させることができる。
【００７０】
なお、第二制御部１０２は、一次側電圧ｖ１が一次側電圧指令値Ｖ１＊まで昇圧された後も二次側励磁工程を実行し、一次側電圧ｖ１を一次側電圧指令値Ｖ１＊に維持するように第二電力変換機１２を制御する。すなわち、ステップ＃２においては、第一制御部１０１が電流フィードバック制御を実行しているとともに、第二制御部１０２が電圧フィードバック制御を実行している。そして、この状態では、二次励磁誘導発電機２が必要とする電力の一部が第一電力変換機１１から無効電力として供給されるため、一次側電圧ｖ１を一次側電圧指令値Ｖ１＊に維持するために二次巻線に供給する必要がある電力（少なくとも第二無効電力Ｑ２）は、昇圧工程（ステップ＃１）の完了時よりも少なくなる。よって、第一電力変換機１１から一次巻線に供給される正の遅れ無効電力の増加に合わせて、第二電力変換機１２が発生する電力（第二電力変換機１２から二次巻線に供給される電力）が減少するように、第二制御部１０２が第二電力変換機１２を制御する。このような構成とすることで、第二電力変換機１２から二次巻線に供給される電力が過大になるのを抑制することが可能となっている。
【００７１】
なお、本例では、第一電力変換機１１から一次巻線に供給される正の遅れ無効電力の増加に合わせて第二電力変換機１２から二次巻線に供給される電力を減少させるに際し、二次巻線に流れる電流（二次側電流ｉ２）を減少させるように構成されている。なお、二次側電流ｉ２の減少とともに、二次励磁誘導発電機２の二次側に誘起される電圧である二次側電圧ｖ２も減少させる構成とすることもできる。
【００７２】
一次側励磁工程（ステップ＃２）の実行後においては、一次側電圧ｖ１が一次側電圧指令値Ｖ１＊とされているとともに、二次励磁誘導発電機２の一次巻線に供給される無効電力や、二次励磁誘導発電機２の二次巻線に供給される電力が、所望の値となっている。この状態が、負荷７との接続が可能になった一次側電圧確立状態である。
【００７３】
以上のように、制御装置１００（第一制御部１０１及び第二制御部１０２）は、無負荷状態で、一次側励磁工程と二次側励磁工程との双方を実行して、言い換えれば、第一電力変換機１１及び第二電力変換機１２の双方を作動させて、二次励磁誘導発電機２の一次側に発生する一次側電圧ｖ１を一次側電圧指令値Ｖ１＊とする一次側電圧確立工程（一次側電圧確立処理）を実行する。そして、本例では、上記のように、昇圧工程の後、一次側電圧ｖ１を一次側電圧指令値Ｖ１＊に維持した状態で、第一電力変換機１１から一次巻線に供給される正の遅れ無効電力を増加させるとともに、第二電力変換機１２から二次巻線に供給される電力を減少させるように構成されている。すなわち、本例では、一次側電圧確立工程は、昇圧工程を実行した後に一次側励磁工程を開始する、遅延型一次側電圧確立工程（遅延型一次側電圧確立処理）とされている。
【００７４】
そして、遅延型一次側電圧確立工程（ステップ＃１及びステップ＃２）の実行によって一次側電圧ｖ１が確立された後に、第三スイッチ２３を閉状態とする負荷接続工程を実行する（ステップ＃３）。これにより、二次励磁誘導発電機２にて発電した電力が、電力を必要とする負荷７に供給される。このような自立起動運転が実行可能とされることで、電力系統４から切り離された状態でも重要負荷に給電することが可能となり、停電時の非常用発電装置としての役割を担うことが可能となっている。
【００７５】
４．起動例
次に、図３のフローチャートに基づく発電システム１の起動例について説明する。ここでは、図４に示すタイムチャートに従い、発電システム１を自立起動して２００［Ｖ］（発電電圧の一例）の交流電圧を発生させ、発電した電力を負荷７へ供給する場合の動作について、図５から図１８に示す各波形を参照して説明する。なお、本起動例では、一次側電圧指令値Ｖ１＊と電流指令値Ｉｇ＊との双方をソフトスタートさせている（図５、図１１参照）。
【００７６】
まず初めに、図３と図４との対応を説明すると、図４の時刻ｔ０が図３のステップ＃１を開始する時刻であり、図４の時刻ｔ１が図３のステップ＃１が完了する時刻であり、図４の時刻ｔ２が図３のステップ＃２を開始する時刻であり、図４の時刻ｔ３が図３のステップ＃２が完了する時刻である。そして、本起動例では、一次側電圧ｖ１の確立後に２つの負荷７（例えば、３００［Ｗ］の負荷と２００［Ｗ］の負荷）を順に接続するが、それぞれの負荷７に対応する負荷接続工程（図３のステップ＃３）の開始時刻が、図４における時刻ｔ４及び時刻ｔ５となっている。一例として、図４における時刻ｔ０を０［ｓｅｃ］とすると、時刻ｔ１、時刻ｔ２、時刻ｔ３、時刻ｔ４、及び時刻ｔ５を、それぞれ、０．５［ｓｅｃ］、１．０［ｓｅｃ］、１．５［ｓｅｃ］、２．０［ｓｅｃ］、及び３．５［ｓｅｃ］とすることができる。
【００７７】
時刻ｔ０で、図３のステップ＃１の実行が開始されることで第二電力変換機１２の制御が開始すると、図５に示すように、一次側電圧指令値Ｖ１＊が設定値（本例では、線間電圧の実効値が２００［Ｖ］となる値）に向かって一定の割合で増加し、時刻ｔ１で設定値となる。この時、第二制御部１０２は、一次側電圧ｖ１をフィードバック値とし、一次側電圧指令値Ｖ１＊を指令値として、電圧フィードバック制御を実行するため、一次側相電圧ｖ１ａは、図６に示すように、一次側電圧指令値Ｖ１＊の変化に合わせて増加する。ここで、一次側相電圧ｖ１ａは、一次側電圧ｖ１のある相（例えばａ相）の相電圧である。
【００７８】
図６に示すような一次側相電圧ｖ１ａの変化は、二次励磁誘導発電機２の回転子２ａが備える二次巻線に供給される電力を増加させることで実現されるため、図７〜図１０に示すように、二次側線電流ｉ２ａの振幅、二次側相電圧ｖ２ａの振幅、第二有効電力Ｐ２、及び第二無効電力Ｑ２も、一次側電圧指令値Ｖ１＊の変化に合わせて増加する。ここで、二次側線電流ｉ２ａは、二次側電流ｉ２のある相（例えばａ相）の線電流であり、二次側相電圧ｖ２ａは、二次側電圧ｖ２のある相（例えばａ相）の相電圧である。
【００７９】
時刻ｔ１で一次側電圧指令値Ｖ１＊が設定値に到達すると、一次側電圧指令値Ｖ１＊はその後、当該設定値に維持される。そして、一次側電圧ｖ１が一次側電圧指令値Ｖ１＊となり安定すると（時刻ｔ２）、第一電力変換機１１の制御が開始する。具体的には、第一制御部１０１が、変圧器二次側電流ｉｇをフィードバック値とし、電流指令値Ｉｇ＊を指令値として、電流フィードバック制御を実行する。本起動例では、図１１に示すように、電流指令値Ｉｇ＊のｑ軸成分Ｉｇｑ＊が、時刻ｔ２から設定値に向かって一定の割合で増加し、時刻ｔ３で設定値となる。このＩｇｑ＊の変化に合わせて、図１２に示すように変圧器二次側線電流ｉｇａが、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間で増加する。ここで、変圧器二次側線電流ｉｇａは、変圧器二次側電流ｉｇのある相（例えばａ相）の線電流である。
【００８０】
なお、第一制御部１０１は、第一電力変換機１１が正の遅れ無効電力を発生するように制御する。よって、図１４に示すように、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間で、第三無効電力Ｑ３は、変圧器二次側電流ｉｇの増加とともに、マイナス側に大きくなる。すなわち、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間で、二次励磁誘導発電機２の固定子２ｂが備える一次巻線に供給される正の遅れ無効電力が増加している。そして、この正の遅れ無効電力の増加に合わせて、第二電力変換機１２から二次巻線に供給される電力が減少する。本起動例では、図７から図１０に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間で、二次側線電流ｉ２ａの振幅と、二次側相電圧ｖ２ａの振幅との双方が減少し、それにより、第二有効電力Ｐ２と第二無効電力Ｑ２とが減少している。このように、本起動例では、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間で二次側電流ｉ２、二次側電圧ｖ２、第二有効電力Ｐ２、及び第二無効電力Ｑ２を減少させることができ、これらが過大な状態が長く続くことが回避されている。すなわち、第二電力変換機１２から二次巻線に供給される電力が過大になるのを抑制することが可能となっている。
【００８１】
なお、図１３に示すように、本起動例では、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間で線路の抵抗成分や励磁部分の鉄損のため第三有効電力Ｐ３もマイナス側に大きくなる（第一電力変換機１１が発生する有効電力が大きくなる）。また、負荷が投入される（第三スイッチ２３が閉状態とされる）時刻ｔ４までの状態では、第三スイッチ２３が開状態とされているため、図１４及び図１６に示すように、第一無効電力Ｑ１は第三無効電力Ｑ３とほぼ一致する。
【００８２】
そして、時刻ｔ３で電流指令値Ｉｇ＊のｑ軸成分Ｉｇｑ＊が設定値となることで無負荷定常運転状態に到達し、変圧器二次側電流ｉｇや第三無効電力Ｑ３等が安定すると（時刻ｔ４）、一次側電圧ｖ１が確立した状態となる。すなわち、本起動例では、時刻ｔ０に一次側電圧確立工程（遅延型一次側電圧確立工程）が実行され、時刻ｔ４に当該工程が終了する。そして、時刻ｔ４や時刻ｔ５で投入される負荷の消費電力に応じて、負荷に供給される負荷電力Ｐｌｏａｄや二次励磁誘導発電機２の電気的出力（有効電力）Ｐｅが増大する（図１７、図１８参照）。
【００８３】
なお、図１８より明らかなように、本起動例では、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間で線路の抵抗成分や励磁部分の鉄損のため二次励磁誘導発電機２の電気的出力Ｐｅはマイナス側に大きくなる。
【００８４】
５．その他の実施形態
最後に、本発明に係るその他の実施形態を説明する。なお、以下の各々の実施形態で開示される特徴は、その実施形態でのみ利用できるものではなく、矛盾が生じない限り、別の実施形態にも適用可能である。
【００８５】
（１）上記の実施形態では、一次側電圧確立工程が、遅延型一次側電圧確立工程である構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、二次側励磁工程による昇圧工程が終了する前に、一次側励磁工程を開始する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。すなわち、一次側励磁工程と二次側励磁工程とを同時に並行して実行しながら、一次側電圧ｖ１を一次側電圧指令値Ｖ１＊まで昇圧させ、一次側電圧ｖ１の確立を行う構成とすることができる。この場合において、一次側励磁工程と二次側励磁工程とを同時或いはほぼ同時に開始する構成とすることができる。このように一次側励磁工程と二次側励磁工程とを並行して実行して一次側電圧ｖ１を一次側電圧指令値Ｖ１＊まで昇圧させる構成では、上記実施形態に比べ、二次側電流ｉ２の最大値をより低く抑えたり、二次側電流ｉ２が過大な状態とされる時間をより短く抑えたりすることが可能となる。
【００８６】
（２）上記の実施形態では、一次側励磁工程では、変圧器二次側電流ｉｇに基づき電流フィードバック制御を実行する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、一次側励磁工程で、変圧器６の一次側の電流や図２における電流センサ３０よりも固定子２ｂ側における電流に基づき電流フィードバック制御を実行する構成とすることもできる。
【００８７】
（３）上記の実施形態では、第一制御部１０１による電流フィードバック制御、及び第二制御部１０２による電圧フィードバック制御の双方が、比例積分制御演算（ＰＩ制御演算）に基づくものである構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、比例積分制御演算に代えて比例積分微分制御演算（ＰＩＤ制御演算）を実行する構成とすることもできる。
【００８８】
（４）上記の実施形態では、一次側励磁工程では、第一電力変換機１１の交流側に流れる電流（変圧器二次側電流ｉｇ）に基づき電流フィードバック制御を行い、二次側励磁工程では、一次側電圧ｖ１に基づき電圧フィードバック制御を行う構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、一次側励磁工程及び二次側励磁工程の少なくとも何れかを、フィードバック制御以外の制御方法（例えば、フィードフォワード制御等）にて巻線の励磁を行う工程とすることも可能である。
【００８９】
（５）上記の実施形態では、一次側電圧確立工程において、第二電力変換機１２から二次巻線に供給される電力を減少させるに際し、二次巻線に流れる電流（二次側電流ｉ２）を減少させる構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、二次巻線に流れる電流（二次側電流ｉ２）を減少させずに二次側電圧ｖ２のみを減少させる構成とすることも可能である。
【００９０】
（６）上記の実施形態では、一次側電圧確立工程により一次側電圧ｖ１が確立された後に、負荷接続工程を実行する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、一次側電圧ｖ１が確立された後に、負荷７に加えて電力系統４にも接続する構成や、電力系統４のみに接続する構成とすることもできる。
【００９１】
（７）上記の実施形態では、第一制御部１０１が第一電力変換機１１の制御に用いる基準位相が、第二制御部１０２が導出する第一基準位相θ１とされる構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、第一制御部１０１がＰＬＬ機能部を備え、第一電力変換機１１の制御に用いる基準位相を、例えば、変圧器６の二次側の電圧に基づきＰＬＬ処理で求める構成とすることができる。この場合、第一制御部１０１は、変圧器二次側電圧を基準としたｄｑ座標系で制御を行う構成となる。
【００９２】
（８）上記の実施形態で説明した起動方法は、第二スイッチ２２が閉状態とされ、電力系統４との間で電力の授受がある状態での発電システム１の起動にも適用することが可能である。すなわち、本発明の発電システム１の起動方法は、自立起動に限定されるものではない。この場合、発電システム１の起動時に必要となる電力の少なくとも一部を、電力系統４から得ることができる。
【００９３】
（９）上記の実施形態では、一次側励磁工程において、第一電力変換機１１に正の遅れ無効電力を発生させ、第一電力変換機１１から一次巻線に正の遅れ無効電力を供給する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、二次励磁誘導発電機２や発電システム１全体の構成によっては、一次側励磁工程において、第一電力変換機１１に負の遅れ無効電力を発生させ、第一電力変換機１１から一次巻線に負の遅れ無効電力を供給する構成とすることも可能である。
【００９４】
（１０）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、本願の特許請求の範囲に記載された構成及びこれと均等な構成を備えている限り、特許請求の範囲に記載されていない構成の一部を適宜改変した構成も、当然に本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、回転子を駆動する動力源と、交流側が一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が二次巻線に接続された第二電力変換機と、第一電力変換機の直流側と第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続された蓄電装置と、一次巻線と電力負荷とを選択的に接続する切替スイッチと、を備えた発電システムの起動に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１：発電システム
２：二次励磁誘導発電機
２ａ：回転子
２ｂ：固定子
３：ガスエンジン（動力源）
５：蓄電装置
７：負荷（電力負荷）
１１：第一電力変換機
１２：第二電力変換機
１３：直流部
２３：第三スイッチ（切替スイッチ）
１００：制御装置（起動装置）
１０１：第一制御部（一次側電圧確立部）
１０２：第二制御部（一次側電圧確立部）
Ｖ１＊：一次側電圧指令値（目標電圧値）
ｉ２：二次側電流（二次巻線に流れる電流）
ｖ１：一次側電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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