(57)【要約】【課題】  可変周波数で可変電圧を提供する発電機（４）を、名目的に固定された電圧および周波数で操作される電源ネットワークに調和させるのに使用できるパワーコンバータであって、電源ネットワークが故障あるいは過渡的状態にあっても、電源ネットワークに接続された状態を保ち、制御を維持することができるパワーコンバータを提供する。【解決手段】  このパワーコンバータは、前記発電機（４）のステータに電気的に接続された発電機ブリッジ（１０）と、ネットワークブリッジ（１４）とを有する。ｄｃリンク（１２）が発電機ブリッジ（１０）とネットワークブリッジ（１４）との間に接続されている。ネットワーク端子を含むフィルター（１６）がネットワークブリッジ（１４）と電源ネットワークとの間に接続されている。発電機ブリッジ（１４）の半導体パワースイッチ装置の操作を制御するため、第１の制御装置（１８）が設けられている。同じく、発電機ブリッジ（１４）の半導体パワースイッチ装置の操作を制御するため、第２の制御装置（４６）が設けられている。第１の制御装置（１８）は、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）を使用して、ネットワークブリッジ（１４）の半導体パワースイッチ装置を制御し、ｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）に相当する所望のレベルのｄｃリンク電圧を達成するようになっている。第２の制御装置（４６）は、ネットワークブリッジ（１４）を介してｄｃリンクから電源ネットワークへ移送されるべき電力のレベルを示唆する電力要求信号（Ｐ＊）およびフィルター（１６）のネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号（ＶＴＵＲＢ＊）を使用し、ネットワークブリッジ（１４）の半導体パワースイッチ装置を制御し、電力および電圧要求信号（Ｐ＊およびＶＴＵＲＢ＊）に相当する電力および電圧の所望のレベルを達成するようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変周波数における可変電圧を提供する発電機（４）を、名目的に固定された電圧および周波数で操作される電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に調和させるのに使用できるパワーコンバータであって：
前記発電機（４）のステータに電気的に接続され、複数の半導体パワースイッチ装置を含む第１の能動整流器／逆変換装置（１０）と；
複数の半導体パワースイッチ装置を含む第２の能動整流器／逆変換装置（１４）と；
前記第１の能動整流器／逆変換装置（１０）と、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）との間に接続されたｄｃリンク（１２）と；
第２の能動整流器／逆変換装置（１４）と、前記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間に接続され、ネットワーク端子を含むフィルター（１６）と；
前記第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のための第１の制御装置（１８）と；
前記第２の能動整流器／逆変換装置（１４）のための第２の制御装置（４６）と；
を具備してなり；
前記第１の制御装置（１８）は、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）を使用して、前記第１の能動整流器／逆変換装置（１０）の半導体パワースイッチ装置を制御し、それによりｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）に相当するｄｃリンク電圧の所望のレベルを達成するようになっており；
前記第２の制御装置（４６）は、前記第２の能動整流器／逆変換装置（１４）を介して前記ｄｃリンク（１２）から前記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に移されるべき電力（又は動力）のレベルを示唆する電力（動力）要求信号（Ｐ＊）並びに前記フィルター（１６）のネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号（ＶＴＵＲＢ＊）を使用して、前記第２の能動整流器／逆変換装置（１４）の半導体パワースイッチ装置を制御し、それにより電力および電圧要求信号（Ｐ＊およびＶＴＵＲＢ＊）に相当する電力および電圧の所望のレベルを達成するようになっていることを特徴とする。
【請求項２】
第１の制御装置（１８）は発電機（４）内で達成されるべきフラックス（ｆｌｕｘ）の所望のレベルを示唆するフラックス要求信号（Φ＊）を使用し、これを第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のための直軸電流要求信号（ＩＤ＿ＧＥＮ＊）に変換し、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）の半導体パワースイッチ装置の操作を制御し、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のための所望の直軸電流を達成させるステータ電気量を生じさせるものである請求項１記載のパワーコンバータ。
【請求項３】
第１の制御装置（１８）が、発電機の１又はそれ以上の特徴（３２）を参照してフラックス要求信号（Φ＊）を直接電流軸要求信号（ＩＤ＿ＧＥＮ＊）に変換させるようになっている請求項２記載のパワーコンバータ。
【請求項４】
第１の制御装置（１８）が、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）と比較し、前記第１の能動整流器／逆変換装置（１０）についてのクォドラント軸電流要求信号（IQ＿ＧＥＮ＊）を決定し、この第１の制御装置が第１の能動整流器／逆変換装置（１０）の半導体パワースイッチ装置を制御し、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）についての所望のクォドラント軸電流を達成させるステータ電気量を生じさせるようになっている請求項１ないし３のいずれかに記載のパワーコンバータ。
【請求項５】
第２の制御装置（４６）が、通常の電源ネットワーク電圧状態に従って変化する制御信号（ＩＤＣ＿ＬＩＭ）を第１の制御装置（１８）に供給し、これにより、第１の制御装置（１８）が、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）と比較し、ｄｃリンク電流要求信号（ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊）を決定し、ついで、第２の制御装置（４６）からの制御信号（ＩＤＣ＿ＬＩＭ）を使用してｄｃリンク電流要求信号（ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊）を制限し、制限されたｄｃリンク電流要求信号（ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭ）を決定し、この制限されたｄｃリンク電流要求信号（ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭ）が第１の制御装置により利用され、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）についてのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＧＥＮ＊）が決定されるようになっている請求項４記載のパワーコンバータ。
【請求項６】
第２の制御装置（４６）が通常の電源ネットワーク電圧状態及び/又は電力要求信号（Ｐ＊）に従って変化する制御信号（ＩＤＣ＿ＦＦ）を第１の制御装置（１８）に供給し、これにより、第１の制御装置（１８）のｄｃリンク電圧制御装置（７６）が、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）と比較し、上記制御信号（ＩＤＣ＿ＦＦ）に加えられた出力信号を提供し、ｄｃリンク電流要求信号（ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊）を決定し、このｄｃ電流要求信号を使用して第１の能動整流器／逆変換装置（１０）についてのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＧＥＮ＊）が決定されるようになっている請求項４記載のパワーコンバータ。
【請求項７】
第２の制御装置（４６）が、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）を介してｄｃリンク（１２）から電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に移される電力レベルを示唆する電力要求信号（Ｐ＊）を、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）のためのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭ）に変換し、第２の制御装置が第２の能動整流器／逆変換装置（１４）の半導体パワースイッチ装置を制御し、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）のための所望のクォドラント軸電流を達成させるフィルター／電源ネットワーク電気量を生じさせるようになっている請求項４ないし６のいずれかに記載のパワーコンバータ。
【請求項８】
電力要求信号（Ｐ＊）が、フィルター（１６）のネットワーク端子での電圧から得られる信号（ＶＱ＿ＮＥＴ）により電力要求信号（Ｐ＊）を分割することによりクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭ）に変換するようになっている請求項７記載のパワーコンバータ。
【請求項９】
電力要求信号（Ｐ＊）が、フィルター（１６）のネットワーク端子での電圧から得られる信号のフィルターされたバージョンにより電力要求信号（Ｐ＊）を分割することによりクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊ＬＩＭ）に変換するようになっている請求項７記載のパワーコンバータ。
【請求項１０】
第２の制御装置（４６）が、所望のｄｃリンク電圧を示唆する更なるｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊）を使用し、この更なるｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊）をｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）と比較し、制限されないクォドラント軸電流要求信号（ＶＤＣ＿ＰＩ＿ＩＱ＿ＮＥＴ＊）を決定し、この制限されないクォドラント軸電流要求信号（ＶＤＣ＿ＰＩ＿ＩＱ＿ＮＥＴ＊）を制限し、この制限されないクォドラント軸電流要求信号（ＶＤＣ＿ＰＩ＿ＩＱ＿ＮＥＴ＊）が、電力要求信号（Ｐ＊）から得られる制限信号（５２）により決定される値に制限され、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）についてのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭ）を決定するようにした請求項７ないし９のいずれかに記載のパワーコンバータ。
【請求項１１】
制限されないクォドラント軸電流要求信号（ＶＤＣ＿ＰＩ＿ＩＱ＿ＮＥＴ＊）を、次の種々の信号：すなわち、ｉ）発電機動力を示唆する信号（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）、ii）フィルター（１６）のネットワーク端末で測定される電圧フィードバック信号（ＶＱ＿ＮＥＴ）、iii）通常の電源ネットワーク電圧状態に従って変化する利得信号（ＰＦＦ＿ＧＡＩＮ）；から得られるクォドラント軸電流フィードフォワード信号（ＩＤ＿ＦＦ）に加えるようにした請求項１０記載のパワーコンバータ。
【請求項１２】
発電機動力を示唆する信号（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）を、第１の制御装置（１８）から第２の制御装置（４６）へ供給するようにした請求項１１記載のパワーコンバータ。
【請求項１３】
発電機動力を示唆する信号（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）マイナス第１の制御装置（１８）のｄｃリンク電圧制御装置（７６）のＰＩコントローラ（２０）の出力を、第２の制御装置（４６）へ供給し、この第２の制御装置（４６）により、電源ネットワーク電圧ディップ状態の間にのみ使用する請求項１１記載のパワーコンバータ。
【請求項１４】
第２の制御装置（４６）が、通常の電源ネットワーク電圧状態に従って、電力要求信号（Ｐ＊）から得られる制限信号を変更するようになっている請求項１０ないし１２のいずれかに記載のパワーコンバータ。
【請求項１５】
ｄｃリンク（１２）がコンデンサー（８２）を含み、パワーコンバータが、コンデンサー（８２）を流れる電流を測定するため、並びに出力信号を提供するための電流センサー（８０）を更に含む請求項１ないし１４のいずれかに記載のパワーコンバータ。
【請求項１６】
電流センサー（８０）の出力信号が、発電機動力を示唆する信号（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）から得られる信号から減じ、それにより信号（ＩＤＣ＿ＮＥＴ′）を得て、それを第１の制御装置（１８）のｄｃリンク電圧制御装置（７６）の出力に加え、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のためのｄｃリンク電流要求信号（ＩＤ＿ＧＥＮ＊）を決定するようにした請求項１５記載のパワーコンバータ。
【請求項１７】
電流センサー（８０）の出力信号を、発電機動力を示唆する信号（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）から得られる信号から減じ、それによりフィルターにかけられ、第１の制御装置（１８）のｄｃリンク電圧制御装置（７６）の出力に加えられた信号を（ＩＤＣ＿ＮＥＴ´）提供し、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のためのｄｃリンク電流要求信号（ＩＤ＿ＧＥＮ＊）を決定するようになっている請求項１５記載のパワーコンバータ。
【請求項１８】
パワーコンバータが更に、ｄｃリンク電圧を測定し、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）を提供するための電圧センサーを含み、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）の変化の割合を測定するための手段が設けられ、第１の制御装置（１８）のｄｃリンク電圧制御装置（７６）のＰＩコントローラ（２０）の積分値を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）が第１の閾値（ＶＤＣ_ＦＢ＿ＦＨＲＥＳＨＯＬＤ）より大きく、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）の変化の割合が第２の閾値（ｄＶＤＣ_ＦＢ／ｄｔ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ）より大きい場合、所定のファクターで変更するようにした請求項１ないし１４のいずれかに記載のパワーコンバータ。
【請求項１９】
電源ネットワーク電圧ディップ状態の間において、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）のためのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊ＬＩＭ）を、通常の電源ネットワーク電圧状態の関数として変更された第２の能動整流器／逆変換装置（１４）の電力制限定格から得られる信号（ＩＱ＿ＣＡＰＡＣＩＴＹ）のスルーレイト（ｓｌｅｗ  ｒａｔｅ）制限バージョンから得るようにした請求項１ないし１８のいずれかに記載のパワーコンバータ。
【請求項２０】
第２の制御装置（４６）が、フィルター（１６）のネットワーク端子で達成されるべき電圧のレベルを示唆する電圧要求信号（ＶＴＵＲＢ＊）を、フィルター（１６）のネットワーク端子で測定された電圧フィードバック信号（ＶＱ＿ＮＥＴ）と比較して第２の能動整流器／逆変換装置（１４）についての直軸電流要求信号（ＩＤ＿ＮＥＴ＊）を決定し、ついで第２の制御装置が第２の能動整流器／逆変換装置（１４）の半導体パワースイッチ装置を制御し、電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）において所望の第２の能動整流器／逆変換装置（１４）のための直軸電流を達成するフィルター／電源ネットワーク電気量を生じさせるようにした請求項１ないし１９のいずれかに記載のパワーコンバータ。
【請求項２１】
第２の制御装置（４６）は通常の電源ネットワーク電圧状態に従って直軸電流要求信号（ＩＤ＿ＮＥＴ＊）を変更させることができるようになっている請求項２０記載のパワーコンバータ。
【請求項２２】
第２の制御装置（４６）が、フィルター（１６）のネットワーク端子で達成されるべき電圧のレベルを示唆する電圧要求信号（ＶＴＵＲＢ＊）と、フィルター（１６）のネットワーク端子で測定された電圧フィードバック信号（ＶＱ＿ＮＥＴ）との間の差異から生じるエラー信号を、直軸電流要求信号（ＩＤ＿ＮＥＴ＊）から得られる信号に従って変更することができるようになっている請求項２０又は２１記載のパワーコンバータ。
【請求項２３】
パワーコンバータが、発電機（４）の可動部分の速度を示唆する速度信号（Ｎ）を得るための速度センサー（５４）又は速度観察装置を更に含み、速度信号（Ｎ）を使用して電力要求信号（Ｐ＊）を得るようになっている請求項１ないし２２のいずれかに記載のパワーコンバータ。
【請求項２４】
電力要求信号（Ｐ＊）がルックアップ表（５６）又は数学的関数から得られ、速度信号（Ｎ）がルックアップ表（５６）に対するポインター、あるいは数学的関数の計算のための値を形成するようになっている請求項２３記載のパワーコンバータ。
【請求項２５】
速度信号（Ｎ）がフィルターファンクションにより変更されるようになっている請求項２３記載のパワーコンバータ。
【請求項２６】
電力要求信号（Ｐ＊）がルックアップ表（５６）又は数学的関数から得られ、変更された速度信号（Ｎ′）がルックアップ表（５６）に対するポインター、あるいは数学的関数の計算のための値を形成するようになっている請求項２５記載のパワーコンバータ。
【請求項２７】
電力要求信号（Ｐ＊）が、速度信号（Ｎ）のフィルターされたバージョンから得られる信号と合計されるようになっている請求項２３ないし２６のいずれかに記載のパワーコンバータ。
【請求項２８】
並列接続（７２）によって名目的固定電圧および名目的固定周波数で操作される電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に並列で接続された複数の請求項１ないし２７のいずれかに記載のパワーコンバータ（１ａ−１ｄ）を具備してなる配置であって、各パワーコンバータのフィルター（１６）のネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号（ＶＴＵＲＢ＊）が、トップレベル電圧要求信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ）と、電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に接続された上記並列接続（７２）の部位で測定されたトップレベル電圧フィードバック信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ）との比較から得られるようになっているもの。
【請求項２９】
個々のパワーコンバータ（１a-１d）、関連するフィルター（１６a-１６d）と、上記並列接続（７２）との間に電気的に接続されたステップアップ変圧器（６a-６d）を含む請求項２８記載の配置。
【請求項３０】
前記並列接続（７２）と、上記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間で電気的に接続されたステップアップ変圧器（７４）を更に含む請求項２８又は２９記載の配置。
【請求項３１】
トップレベル電圧フィードバック信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  Ｂ）が、上記並列接続（７２）と上記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間で電気的に接続されたステップアップ変圧器（７４）の電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）側で測定されるようになっている請求項３０記載の配置。
【請求項３２】
トップレベル電圧フィードバック信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  Ａ）が、上記並列接続（７２）と上記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間で電気的に接続されたステップアップ変圧器（７４）の並列接続側で測定されるようになっている請求項３０記載の配置。
【請求項３３】
ステータおよびローターを有する発電機（４）と、
この発電機（４）のローターを回転させる少なくとも１つの羽根を含むタービンアセンブリー（２）と、
請求項１−２７のパワーコンバータと、
を具備してなる風力タービン。
【請求項３４】
名目的固定電圧および名目的固定周波数で操作される電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）と、
複数の請求項３３の風力タービンと、
を具備してなり；
この複数の風力タービンの各パワーコンバータ（１ａ−１ｄ）が互いに平行になって電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に並列接続（７２）によって接続され、各パワーコンバータ（１ａ−１ｄ）のフィルター（１６）のネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号（ＶＴＵＲＢ＊）が、トップレベル電圧要求信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ）と、電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に接続された上記並列接続（７２）の部位で測定されたトップレベル電圧フィードバック信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ）との比較から得られるようになっている風力発電地帯。
【請求項３５】
個々のパワーコンバータ（１ａ−１ｄ）が、関連するフィルター（１６ａ−１６ｄ）と、上記並列接続（７２）との間に電気的に接続されたステップアップ変圧器（６ａ−６ｄ）を含む請求項３４記載の風力発電地帯。
【請求項３６】
上記並列接続（７２）と、上記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間で電気的に接続されたステップアップ変圧器（７４）を更に含む請求項３４又は３５記載の風力発電地帯。
【請求項３７】
トップレベル電圧フィードバック信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  Ｂ）が、上記並列接続（７２）と上記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間で電気的に接続されたステップアップ変圧器（７４）の電源ネットワーク側で測定されるようになっている請求項３６記載の風力発電地帯。
【請求項３８】
トップレベル電圧フィードバック信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  Ａ）が、上記並列接続（７２）と上記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間で電気的に接続されたステップアップ変圧器（７４）の並列接続側でも測定されるようになっている請求項３６記載の風力発電地帯。
【請求項３９】
可変周波数で可変電圧を提供する発電機（４）を、名目的固定電圧および名目的固定周波数で操作される電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に調和させるのに使用することができるパワーコンバータを操作する方法であって、このパワーコンバータが以下の構成からなり：
前記発電機（４）のステータに電気的に接続され、複数の半導体パワースイッチ装置を含む第１の能動整流器／逆変換装置（インバータ）（１０）と；
複数の半導体パワースイッチ装置を含む第２の能動整流器／逆変換装置（１４）と；
前記第１の能動整流器／逆変換装置（１０）と、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）との間に接続されたｄｃリンク（１２）と；
第２の能動整流器／逆変換装置（１４）と、前記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間に接続され、ネットワーク端子を含むフィルター（１６）と；
前記第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のための第１の制御装置（１８）と；
前記第２の能動整流器／逆変換装置（１４）のための第２の制御装置（４６）と；
を具備してなり；
上記方法が以下の過程からなるものを特徴とする：
前記第１の制御装置（１８）が、前記第１の能動整流器／逆変換装置（１０）の半導体パワースイッチ装置を制御するため所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）を使用して、それによりｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）に相当するｄｃリンク電圧の所望のレベルを達成すること；
前記第２の制御装置（４６）が、前記第２の能動整流器／逆変換装置（１４）を介して前記ｄｃリンク（１２）から前記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に移されるべき電力のレベルを示唆する電力要求信号（Ｐ＊）並びに前記フィルター（１６）のネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号（ＶＴＵＲＢ＊）を使用して、前記第２の能動整流器／逆変換装置（１４）の半導体パワースイッチ装置を制御し、それにより電力および電圧要求信号（Ｐ＊およびＶＴＵＲＢ＊）に相当する電力および電圧の所望のレベルを達成すること。
【請求項４０】
第２の制御装置（４６）が電源ネットワーク電圧（ＶＱ＿ＮＥＴ）の測定を使用し、電源ネットワーク電圧がその正常状態から外れたとき、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）から移送することができる電力の限界を決定する工程を更に具備してなる請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
第２の制御装置（４６）が電源ネットワーク電圧（ＶＱ＿ＮＥＴ）の測定を使用し、電源ネットワーク電圧がその正常状態から外れたとき、電源ネットワークに電圧サポートを提供する第２の能動整流器／逆変換装置（１４）から電源ネットワークへ提供されるべき電流のレベルを決定する工程を更に具備してなる請求項３９又は４０記載の方法。
【請求項４２】
第１の制御装置（１８）が、発電機（４）で達成されるべきフラックスの所望のレベルを示唆するフラックス要求信号（Φ＊）を使用し、このフラックス要求信号（Φ＊）を第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のための直軸電流要求信号（ＩＤ＿ＧＥＮ＊）に変換し、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）の半導体パワースイッチ装置を制御し、それにより第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のための所望の直軸電流を達成させるステータ電気量を生じさせる工程を更に具備してなる請求項３９ないし４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
フラックス要求信号（Φ＊）を直軸電流要求信号（ＩＤ＿ＧＥＮ＊）に変換する工程は発電機の１又はそれ以上の特徴（２１）を参照して行う請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
第１の制御装置（１８）により、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）と比較し、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のためのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＧＥＮ＊）を決定し、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）の半導体パワースイッチ装置を制御し、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のための所望のクォドラント軸電流を達成させるステータ電気量を生じさせる工程を更に具備してなる請求項３９ないし４３のいずれかに記載の方法。
【請求項４５】
第２の制御装置（４６）が電源ネットワーク電圧ディップ状態の間において、通常の電源ネットワーク電圧状態に従って変化する制御信号（ＩＤＣ＿ＬＩＭ）を第１の制御装置（１０）に供給し、第１の制御装置（１０）が、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤ＿ＧＥＮ＊）を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）と比較し、ｄｃリンク電流要求信号（ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊）を決定し、ついで、第２の制御装置（４６）からの制御信号（ＩＤＣ＿ＬＩＭ）を使用してｄｃリンク電流要求信号（ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊）を制限し、制限されたｄｃリンク電流要求信号（ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭ）を決定し、第１の制御装置は、この制限されたｄｃリンク電流要求信号（ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭ）を使用し、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）についてのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＧＥＮ＊）を決定し、電源ネットワーク電圧ディップ状態の間において、電源ネットワークから電力が引出されないようにする工程を更に具備してなる請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
第２の制御装置（４６）が、通常の電源ネットワーク電圧状態及び/又は電圧要求信号に従って変化する制御信号（ＩＤＣ＿ＦＦ）を第１の制御装置（１８）に供給し、第１の制御装置（１８）のｄｃリンク電圧制御装置（７６）が、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊）をｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）と比較し、出力信号を提供し、これが制御信号（ＩＤＣ＿ＦＦ）に加えられてｄｃリンク電圧要求信号（ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊）が決定し、このｄｃリンク電圧要求信号を使用して第１の能動整流器／逆変換装置（１０）についてのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＧＥＮ＊）を決定する工程を更に具備してなる請求項４４記載の方法。
【請求項４７】
第２の制御装置（４６）により、第２の活性整流器／逆変換装置（１４）を介して電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）からｄｃリンク（１２）に移される電力レベルを示唆する電力要求信号（Ｐ＊）を、電源ネットワーク内で達成されるべき所望のクォドラント軸電流を示唆する第２の活性整流器／逆変換装置（１４）のためのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭ）に変換し、更に第２の制御装置により第２の活性整流器／逆変換装置（１４）の半導体パワースイッチ装置を制御し、電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）において第２の活性整流器／逆変換装置（１４）のための所望のクォドラント軸電流を達成させるフィルター／電源ネットワーク電気量を生じさせる工程を更に具備してなる請求項４４ないし４６のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
電圧要求信号（Ｐ＊）をクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭ）に変換する上記工程が、フィルター（１６）のネットワーク端子での電圧から得られる信号（ＶＱ＿ＮＥＴ）により電力要求信号（Ｐ＊）を分割することにより行うものである請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
電圧要求信号（Ｐ＊）をクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭ）に変換する上記工程が、電力要求信号を、フィルター（１６）のネットワーク端子での電圧から得られる信号のフィルターされたバージョンにより電力要求信号（Ｐ＊）を分割することによりクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊ＬＩＭ）に変換する請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
第２の制御装置（４６）により、所望のｄｃリンク電圧を示唆する更なるｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊）を使用し、この更なるｄｃリンク電圧要求信号（ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊）をｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）と比較し、制限されないクォドラント軸電流要求信号（ＶＤＣ＿ＰＩ＿ＩＱ＿ＮＥＴ＊）を決定し、この制限されないクォドラント軸電流要求信号（ＶＤＣ＿ＰＩ＿ＩＱ＿ＮＥＴ＊）を、電力要求信号（Ｐ＊）から得られる制限信号（５２）により決定される値に制限し、始動時の第２の能動整流器／逆変換装置（１４）についてのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭ）並びにパワーコンバータの正常操作条件を決定する工程を更に具備してなる請求項４７ないし４９のいずれかに記載の方法。
【請求項５１】
制限されないクォドラント軸電流要求信号（ＶＤＣ＿ＰＩ＿ＩＱ＿ＮＥＴ＊）を、次の種々の信号：すなわち、ｉ）発電機動力を示唆する信号（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）、ii）フィルター（１６）のネットワーク端末で測定される電圧フィードバック信号（ＶＱ＿ＮＥＴ）、iii）通常の電源ネットワーク電圧状態に従って変化する利得信号（ＰＦＦ＿ＧＡＩＮ）；から得られるクォドラント軸電流フィードフォワード信号（ＩＱ＿ＦＦ）に加える工程を更に具備してなる請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
発電機動力を示唆する信号（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）を第１の制御装置（１８）から第２の制御装置（４６）へ供給するようにした請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
発電機動力を示唆する信号（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）マイナス第１の制御装置（１８）のｄｃリンク電圧制御装置（７６）のＰＩコントローラ（２０）の出力を、第２の制御装置（４６）へ供給し、この第２の制御装置（４６）により、電源ネットワーク電圧ディップ状態の間にのみ使用するようにした請求項５１記載の方法。
【請求項５４】
第２の制御装置（４６）が、電源ネットワーク電圧ディップ状態において通常の電源ネットワーク電圧状態に従って、電力要求信号（Ｐ＊）から得られる制限信号を変更する工程を更に具備してなる請求項５０ないし５３のいずれかに記載の方法。
【請求項５５】
ｄｃリンク（１２）がコンデンサー（８２）を含み、パワーコンバータが、コンデンサー（８２）を流れる電流を測定するため、並びに出力信号を提供するための電流センサー（８０）を更に含み、該方法が、発電機パワーを示唆する信号（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）から得られる信号から電流センサーの出力信号を減じ、それにより信号（ＩＤＣ＿ＮＥＴ′）を得て、それを第１の制御装置（１８）のｄｃリンク電圧制御装置（７６）の出力に加え、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のためのｄｃリンク電流要求信号（ＩＤ＿ＧＥＮ＊）を決定する工程を更に含む請求項３９ないし５４のいずれかに記載の方法。
【請求項５６】
ｄｃリンク（１２）がコンデンサー（８２）を含み、パワーコンバータが、コンデンサー（８２）を流れる電流を測定するため、並びに出力信号を提供するための電流センサー（８０）を更に含み、該方法が、発電機パワーを示唆する信号（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）から得られる信号から電流センサーの出力信号を減じ、それにより信号（ＩＤＣ＿ＮＥＴ′）を得て、それをフィルターにかけ、第１の制御装置（１８）のｄｃリンク電圧制御装置（７６）の出力に加え、第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のためのｄｃリンク電流要求信号（ＩＤ＿ＧＥＮ＊）を決定する工程を更に含む請求項３９ないし５４のいずれかに記載の方法。
【請求項５７】
パワーコンバータが更に、ｄｃリンク電圧を測定し、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）を提供するための電圧センサーを含み、更にｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）の変化の割合を測定するための手段も設け、該方法が更に、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）が第１の閾値（ＶＤＣ_ＦＢ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ）より大きく、ｄｃリンク電圧フィードバック信号（ＶＤＣ＿ＦＢ）の変化の割合が第２の閾値（ｄＶＤＣ_ＦＢ／ｄｔ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ）より大きい場合に、第１の制御装置（１８）のｄｃリンク電圧制御装置（７６）のＰＩコントローラ（２０）の積分値を所定のファクターで変更させる工程を含む請求項３９ないし５４のいずれかに記載の方法。
【請求項５８】
電源ネットワーク電圧ディップ状態の間において、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）のためのクォドラント軸電流要求信号（ＩＱ＿ＮＥＴ＊ＬＩＭ）を、通常の電源ネットワーク電圧状態の関数として変更された第２の能動整流器／逆変換装置（１４）の電力制限定格から得られる信号（ＩＱ＿ＣＡＰＡＣＩＴＹ）のスルーレイト（ｓｌｅｗ  ｒａｔｅ）制限バージョンから得る工程を更に含む請求項３９ないし５７のいずれかに記載の方法。
【請求項５９】
第２の制御装置（４６）が、フィルター（１６）のネットワーク端子で達成されるべき電圧のレベルを示唆する電圧要求信号（ＶＴＵＲＢ＊）を、フィルター（１６）のネットワーク端子で測定された電圧フィードバック信号（ＶＱ＿ＮＥＴ）と比較して第２の能動整流器／逆変換装置（１４）についての直軸電流要求信号（ＩＤ＿ＮＥＴ＊）を決定し、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）の半導体パワースイッチ装置を制御し、電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）において第２の能動整流器／逆変換装置（１４）についての所望の直軸電流を達成するフィルター／電源ネットワーク電気量を生じさせる工程を更に含む請求項３９ないし５８のいずれかに記載の方法。
【請求項６０】
第２の制御装置（４６）が通常の電源ネットワーク電圧状態に従って直軸電流要求信号（ＩＤ＿ＮＥＴ＊）を変更させる工程を更に含む請求項５８記載の方法。
【請求項６１】
第２の制御装置（４６）が、フィルター（１６）のネットワーク端子で達成されるべき電圧のレベルを示唆する電圧要求信号（ＶＴＵＲＢ＊）と、フィルター（１６）のネットワーク端子で測定された電圧フィードバック信号（ＶＱ＿ＮＥＴ）との間の差異から生じるエラー信号を、直軸電流要求信号（ＩＤ＿ＮＥＴ＊）から得られる信号に従って変更する工程を更に含む請求項５９又は６０記載の方法。
【請求項６２】
発電機（４）の可動部の速度を示唆する速度信号（Ｎ）を得て、これを電力要求信号（Ｐ＊）を得るのに使用する工程を更に含む請求項３９ないし６１のいずれかに記載の方法。
【請求項６３】
電力要求信号（Ｐ＊）をルックアップ表（５６）又は数学的関数から得る工程を更に含み、ここで、速度信号（Ｎ）がルックアップ表（５６）に対するポインター、あるいは数学的関数の計算のための値を形成するものである請求項６１記載の方法。
【請求項６４】
フィルターファンクションにより速度信号（Ｎ）を変更する工程を更に含む請求項６２記載の方法。
【請求項６５】
電力要求信号（Ｐ＊）をルックアップ表（５６）又は数学的関数から得る工程を更に含み、ここで、変更された速度信号（Ｎ′）がルックアップ表（５６）に対するポインター、あるいは数学的関数の計算のための値を形成するものである請求項６４記載の方法。
【請求項６６】
電力要求信号（Ｐ＊）を、速度信号のフィルターされたバージョンから得られる信号と合計する工程を更に含む請求項６２ないし６４のいずれかに記載の方法。
【請求項６７】
並列接続（７２）により名目的固定電圧および名目的固定周波数で操作される電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に並列で接続された複数の請求項１ないし２５のいずれかのパワーコンバータ（１ａ−１ｄ）を操作する方法であって、該方法が、各パワーコンバータ（１ａー１ｄ）のフィルターのネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号（ＶＴＵＲＢ＊）を、トップレベル電圧要求信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ）と、電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に接続された上記並列接続（７２）の部位で測定されたトップレベル電圧フィードバック信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  Ａ）との比較から得る工程を含む。
【請求項６８】
トップレベル電圧フィードバック信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ  Ｂ）を、上記並列接続（７２）と上記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間で電気的に接続されたステップアップ変圧器（７４）の電源ネットワーク側で測定する工程を更に含む請求項６７記載の方法。
【請求項６９】
トップレベル電圧フィードバック信号（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  Ａ）を、上記並列接続（７２）と上記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間で電気的に接続されたステップアップ変圧器（７４）の並列接続側で測定する工程を含む請求項６７記載の方法。
【請求項７０】
風力タービンを操作する方法であって、該風力タービンが、可変周波数で可変電圧を提供し、ステータと、ローターとを有する発電機（４）と、この発電機（４）のローターにより回転される少なくとも１つの羽根を含むタービンアセンブリー（２）と、名目的固定電圧および名目的固定周波数で操作される電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）に発電機（４）を調和させるパワーコンバータとからなり、該パワーコンバータが：
前記発電機（４）のステータに電気的に接続され、複数の半導体パワースイッチ装置を含む第１の能動整流器／逆変換装置（インバータ）（１０）と；
複数の半導体パワースイッチ装置を含む第２の能動整流器／逆変換装置（１４）と；
前記第１の能動整流器／逆変換装置（１０）と、第２の能動整流器／逆変換装置（１４）との間に接続されたｄｃリンク（１２）と；
第２の能動整流器／逆変換装置（１４）と、前記電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫ）との間に接続され、ネットワーク端子を含むフィルター（１６）と；
前記第１の能動整流器／逆変換装置（１０）のための第１の制御装置（１８）と；
前記第２の能動整流器／逆変換装置（１４）のための第２の制御装置（４６）と；
を具備してなり；
該方法が風速の変化に応答して以下の過程を採ることを特徴とする：
前記ｄｃリンク電圧が所望のレベルから変化するように前記ｄｃリンク（１２）から取出される電力のレベルを変化させるように前記第２の制御装置（１４）を制御すること；
前記第１の能動整流器／逆変換装置（１０）を制御して発電機（４）から発電機ブリッジ（１０）を介して十分な電流をｄｃリンク（１２）に供給して前記ｄｃリンク電圧を所望のレベルに回復させること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパワーコンバータに係わり、特に、可変周波数で可変電圧を提供する発電機を、名目的に固定されている電圧および周波数でパワーグリッド又は電源ネットワークに調和させるためのパワーコンバータに関する。本発明は更に、パワーコンバータを電源ネットワークに接続させた状態に保持させ、ネットワークの故障および過渡的状態の間に制御を維持させるようにする特徴を有する。このパワーコンバータは特に風力タービンで駆動される発電機での使用に適しているが、これに限定されるものでもない。
【背景技術】
【０００２】
発電機のローターを直接的に又はギアボックスの手段を介して駆動するための風力タービンを使用することにより風エネルギーを電気エネルギーに変化することができる。発電機のステータ端子で発生するａｃ周波数（ステータ電圧）は、ローターの回転速度に正比例する。この発電機の端子での電圧は速度の関数として変化し、発電機の具体的タイプおよびフラックスレベル（ｆｌｕｘ  ｌｅｖｅｌ）にも依存する。最適なエネルギー捕捉のための風力タービンの出力シャフトの回転速度はタービン羽根を駆動する風速によって変化する。大きい風速でのエネルギー捕捉を制限するため、タービン羽根のピッチを変更することにより出力シャフトの回転速度が制御されるようになっている。発電機の可変電圧および可変周波数を電力ネットワークの名目的に一定の電圧および周波数に適合させることは、パワーコンバータの使用により達成することができる。
【０００３】
米国特許５０８３０３９（特許文献１）には可変速風力タービンが記載されており、この場合、風力タービンの回転シャフトを使用してａｃ誘導発電機のローターを駆動するようになっている。パワーコンバータは発電機出力を電力ネットワークに調和させるのに使用される。このパワーコンバータは能動半導体パワースイッチ装置を含み、これは発電機の各位相におけるステータ電気量を制御するものである。所望のトルクを示唆するトルク要求信号を得るためトルクコマンド装置が使用されている。発電機制御装置は地上方位制御下で操作され、所望のクォドラント軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ａｘｉｓ）電流を規定するトルク要求信号に応答するようになっている。なお、このクォドラント軸電流は、ローターフラックスフィールドに対し垂直な回転地上座標（ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｆｉｅｌｄ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）におけるトルクを表す。能動半導体パワースイッチ装置が、次に、パルス幅変調回路を使用して発電機制御装置により制御され、所望のクォドラント軸電流に相当するステータ電気量を生じさせる。インバータコントローラが、出力電流を規定し、先導又は遅れ電流を有する多相ａｃ電力を電力力率制御信号により特定される角度で供給するようになっている。この配置において、サプライディップ（ｓｕｐｐｌｙ  ｄｉｐ）の間のネットワーク電圧の損失がｄｃリンク電圧の制御の損失につながることになる。結果として、ネットワークコードにより要求される電圧サポート機能に必須の反作用性電流を制御する能力も失われることになる。
米国特許５２２５７１２（特許文献２）は上述の原理を拡張し、反作用性電力制御又は力率アングル制御をモードスイッチのファンクションとして含めている。この米国特許のインバータブリッジコントローラ・スキームも同じく、ｄｃリンク電圧の調整の責務を単独で負うものである。従って、双方のスキームは以下のような欠点を有する。すなわち、ネットワーク電圧が損失した場合、ｄｃリンク電圧制御並びに電圧ディップの間の反作用性電流を制御する能力も失われることになる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５０８３０３９号
【特許文献２】米国特許第５２２５７１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、可変周波数で可変電圧を提供する発電機を、名目的に固定された電圧および周波数で操作される電源ネットワークに調和させるのに使用できるパワーコンバータを提供することにより、上記問題並びに欠点を少なくとも減少させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、このパワーコンバータは：
前記発電機のステータに電気的に接続され、複数の半導体パワースイッチ装置を含む第１の能動整流器／逆変換装置（インバータ）（ａｃｔｉｖｅ  ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ／ｉｎｖｅｒｔｅｒ）と；
複数の半導体パワースイッチ装置を含む第２の能動整流器／逆変換装置と；
前記第１の能動整流器／逆変換装置と、第２の能動整流器／逆変換装置との間に接続されたｄｃリンクと；
第２の能動整流器／逆変換装置と、前記電源ネットワークとの間に接続され、ネットワーク端子を含むフィルターと；
前記第１の能動整流器／逆変換装置のための第１の制御装置と；
前記第２の能動整流器／逆変換装置のための第２の制御装置と；
を具備してなり；
前記第１の制御装置は、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号を使用して、前記第１の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御し、それによりｄｃリンク電圧要求信号に相当するｄｃリンク電圧の所望のレベルを達成するようになっており；
前記第２の制御装置は、前記第２の能動整流器／逆変換装置を介して前記ｄｃリンクから前記電源ネットワークに移されるべき電力（又は動力）のレベルを示唆する電力（動力）要求信号並びに前記フィルターのネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号を使用して、前記第２の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御し、それにより電力および電圧要求信号に相当する電力および電圧の所望のレベルを達成するようになっていることを特徴とする。
【０００７】
このパワーコンバータは、電源ネットワークが正常に操作されて状態において、発電機を電源ネットワークに調和させるのに使用することができるが、電源ネットワークにおける故障又は過渡現象のために電源ネットワーク電圧が変化するような状況において操作することができるという特徴を有する。より具体的に述べると、第２の制御装置は電源ネットワーク電圧がその正常な状態から外れた場合に、第２の能動整流器／逆変換装置から送出させることができる電力の限界を決定するために電源ネットワーク電圧の測定を使用することができると共に、電源ネットワーク電圧がその正常な状態から外れた場合に、電圧サポートを提供する第２の能動整流器／逆変換装置から電源ネットワークへ供給される電流のレベルを決定するためにも電源ネットワーク電圧の測定を使用することができる。
【０００８】
発電機は任意の適当なタイプの回転式又はリニヤー式発電機であってもよい。例えば、誘導発電機、同期発電機（永久磁石又は従来の巻き線又は超伝導界磁巻き線などの適当な手段により励起されるもの）などを使用することができる。回転式発電機の場合、ローターを、タービンの出力シャフト又は風力タービン、潮力タービン、水力タービン、蒸気タービンエンジン、ジーゼルエンジン、ガスタービンエンジンなどの原動機の出力シャフトに接続させ、駆動させるようにすることができる。リニヤー式発電機は往復運動を潜在的に必要とする用途に使用することができる（例えば、波力発電機）。
【０００９】
第１の制御装置は発電機内で達成されるべきフラックス（ｆｌｕｘ）の所望のレベルを示唆するフラックス要求信号を使用し、これを第１の能動整流器／逆変換装置のための直軸電流要求信号に変換する。第１の制御装置はついで、この直軸電流要求信号を使用し、第１の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置の操作を制御し、第１の能動整流器／逆変換装置のための所望の直軸電流を達成させるステータ電気量を生じさせる。なお、ここで云う“ステータ電気量”とは多相発電機における個々の相電圧の大きさ、個々の相電流の大きさ、位相および周波数の任意の全てのものを指す。
【００１０】
第１の能動整流器／逆変換装置における半導体パワースイッチ装置の操作は、従来のパルス幅変調ストラテジーに従って得られるゲート駆動制御信号を使用して制御することができる。なお、この場合、種々のタイプのパルス幅変調ストラテジーが考えられることを理解されたい。２−レベル電圧源インバータを用いる本発明の好ましい形態において、固定周波数パルス幅変調ストラテジーを以下のようにして履行することができる。デジタルプロセッサーにおいて、直軸電圧信号およびクォドラント軸電圧信号の組合せから決定される出力電圧要求が、能動整流器／逆変換装置中の或る位相について出力電圧が適用される角度の値により決定される３重強化サイン波形の値により多重化される。この３重強化サイン波形は、或るｄｃリンク電圧についての能動整流器／逆変換装置ブロックのａｃ端子で達成することができる出力電圧を最大化するのに使用される。得られた信号は、固定周波数で走行する三角波形と比較され、能動整流器／逆変換装置のその位相での上方および下方半導体パワースイッチ装置の特定のスイッチング時間が決定される。既知のスイッチング遅延を克服し、上方および下方半導体パワースイッチ装置の同時伝導を防止するため、空白期間（ｂｌａｎｋｉｎｇ  ｐｅｒｉｏｄｓ）を、オフにされている上方半導体パワースイッチ装置と、オンにされている下方半導体パワースイッチ装置との間の特定のスイッチング時間に課すことができる。対応する空白期間が、オフにされている下方半導体パワースイッチ装置と、オンにされている上方半導体パワースイッチ装置との間に課せられる。同様のプロセスが能動整流器／逆変換装置の各位相で繰り返される。
【００１１】
第１の制御装置は好ましくは、発電機の１又はそれ以上の特徴を参照してフラックス要求信号を直接電流軸要求信号に変換させる。この特徴には発電機等価回路パラメータ及び/又は定格電流、電圧、速度、電力、周波数のようなネームプレートデータおよび磁化曲線のようなデータが含まれる。この磁化曲線は、発電機のためのステータフラックスと、それを達成するのに必要な直軸電流との間の関係を提供するものである。一般に、この発電機についての磁化曲線は、フラックスの或るレベルまでの、ステータフラックスと、直軸電流との直線的関係を示すものである。しかし、この或るレベルを超えると、フラックスの小さな増加は直軸電流のより大きな増加を必要とすることになる。この非直線的領域は、発電機の磁気回路を形成するのに使用される鉄の飽和に関連している。この磁化曲線は、発電機製造の間のテストプロセスから、あるいは発電機立上げ（ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ）工程の間に行われる電流注入テストにより得ることができる。このような電流注入テストは、電力コンバータ／発電機コンビネーションについての自己コミッショニング・ルーチンの一部として自動的にアレンジすることができる。
【００１２】
第１の制御装置は好ましくは、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号と比較し、前記第１の能動整流器／逆変換装置についてのクォドラント軸電流要求信号を決定する。ついで、この第１の制御装置は第１の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御し、第１の能動整流器／逆変換装置についての所望のクォドラント軸電流を達成させるステータ電気量を生じさせる。
【００１３】
第２の制御装置は、通常の電源ネットワーク電圧状態に従って変化する制御信号を第１の制御装置に供給することができる。これにより、第１の制御装置は、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号と比較し、ｄｃリンク電流要求信号を決定し、ついで、第２の制御装置からの制御信号を使用してｄｃリンク電流要求信号を制限し、制限されたｄｃリンク電流要求信号を決定する。ついで、この制限されたｄｃリンク電流要求信号が第１の制御装置により利用され、第１の能動整流器／逆変換装置についてのクォドラント軸電流要求信号が決定される。
【００１４】
その他の例として、第２の制御装置は通常の電源ネットワーク電圧状態及び/又は電力要求信号に従って変化する制御信号を第１の制御装置に供給することもできる。これにより、第１の制御装置のｄｃリンク電圧制御装置は、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号と比較し、上記制御信号に加えられた出力信号を提供し、ｄｃリンク電流要求信号を決定する。ついで、このｄｃ電流要求信号を使用して第１の能動整流器／逆変換装置についてのクォドラント軸電流要求信号が決定される。
【００１５】
第２の制御装置は好ましくは、第２の能動整流器／逆変換装置を介してｄｃリンクから電源ネットワークに移される電力レベルを示唆する電力要求信号を、第２の能動整流器／逆変換装置のためのクォドラント軸電流要求信号に変換する。ついで、第２の制御装置が第２の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御し、第２の能動整流器／逆変換装置のための所望のクォドラント軸電流を達成させるフィルター／電源ネットワーク電気量が生じることになる。ここで云う“フィルター／電源ネットワーク電気量”とは多相能動整流器／逆変換装置システムにおける個々の相電圧の大きさ、個々の相電流の大きさ、位相および周波数の任意の全てのものを指す。“多相”の用語は通常、３相を意味するが、その他の数の相であってもよい。第２の能動整流器／逆変換装置における半導体パワースイッチ装置の操作は従来のパルス幅変調ストラテジーに従って得られるゲート駆動制御信号を用いて制御される。
【００１６】
電力要求信号は、フィルターのネットワーク端子での電圧から得られる信号により電力要求信号を分割することによりクォドラント軸電流要求信号に変換することができる。この信号は好ましくは、フィルターのネットワーク側での３相電圧測定から得られるａｃ電圧のクォドラント軸成分である。その他、電力要求信号は、フィルターのネットワーク端子での電圧から得られる信号のフィルターされたバージョンにより電力要求信号を分割することによりクォドラント軸電流要求信号に変換することもできる。
【００１７】
好ましくは、第２の制御装置は、所望のｄｃリンク電圧を示唆する更なるｄｃリンク電圧要求信号を使用し、この更なるｄｃリンク電圧要求信号をｄｃリンク電圧フィードバック信号と比較し、制限されないクォドラント軸電流要求信号を決定する。この制限されないクォドラント軸電流要求信号はついで、制限され第２の能動整流器／逆変換装置のためのクォドラント軸電流要求信号を決定する。この制限されないクォドラント軸電流要求信号は、好ましくは電力要求信号から得られる制限信号により決定される値に制限される。
【００１８】
この制限されないクォドラント軸電流要求信号は、以下の種々の信号から得られるクォドラント軸電流フィードフォワード信号に加えられる。この種々の信号とは、発電機動力を示唆する信号、フィルターのネットワーク端末で測定される電圧フィードバック信号、および通常の電源ネットワーク電圧状態に従って変化する利得信号である。
【００１９】
発電機動力を示唆する信号は、第１の制御装置から第２の制御装置へ供給することができる。その他、発電機動力を示唆する信号マイナス第１の制御装置のｄｃリンク電圧制御装置のＰＩコントローラの出力を、第２の制御装置へ供給することができ、この第２の制御装置により、電源ネットワーク電圧ディップ状態の間にのみ使用されるようにする。
【００２０】
第２の制御装置は、通常の電源ネットワーク電圧状態に従って、電力要求信号から得られる制限信号を変更することができる。この制限信号は、電源ネットワークの正常電圧状態からのずれ（例えば、電源ネットワークの損傷又は過渡的状態の間の）に応答して第２の制御装置により変更することができる。これは、電圧及び/又は周波数サポートなどの電源ネットワーク設備要求を満たすため、電源ネットワークへの電力移送の変化を生じさせる。
【００２１】
ｄｃリンクはコンデンサーを有するものでもよい。この場合、パワーコンバータは、コンデンサーを流れる電流を測定するため、並びに出力信号を提供するための電流センサーを更に含むものでもよい。この電流センサーの出力信号は、発電機パワーを示唆する信号から得られる信号から減じ、それにより暗示信号（ｉｎｆｅｒｒｅｄ  ｓｉｇｎａｌ）を得て、それを第１の制御装置のｄｃリンク電圧制御装置の出力に加え、第１の能動整流器／逆変換装置のためのｄｃリンク電流要求信号を決定する。その他、この電流センサーの出力信号を、発電機パワーを示唆する信号から得られる信号から減じ、それによりフィルターにかけられ、第１の制御装置のｄｃリンク電圧制御装置の出力に加えられた信号を提供し、第１の能動整流器／逆変換装置のためのｄｃリンク電流要求信号を決定するようにしてもよい。
【００２２】
その他、パワーコンバータは更に、ｄｃリンク電圧を測定し、ｄｃリンク電圧フィードバック信号を提供するための電圧センサーを含むものであってもよい。ｄｃリンク電圧フィードバック信号の変化の割合を測定するための手段も設けることができる。第１の制御装置のｄｃリンク電圧制御装置のＰＩコントローラの積分値を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号が第１の閾値より大きく、ｄｃリンク電圧フィードバック信号の変化の割合が第２の閾値より大きい場合、所定のファクターで変更することもできる。
【００２３】
電源ネットワーク電圧ディップ状態の間において、第２の能動整流器／逆変換装置のためのクォドラント軸電流要求信号を、通常の電源ネットワーク電圧状態の関数として変更された第２の能動整流器／逆変換装置の電力制限定格から得られる信号のスルーレイト（ｓｌｅｗ  ｒａｔｅ）制限バージョンから得ることもできる。
【００２４】
好ましくは、第２の制御装置は、フィルターのネットワーク端子で達成されるべき電圧のレベルを示唆する電圧要求信号を、フィルターのネットワーク端子で測定された電圧フィードバック信号と比較して第２の能動整流器／逆変換装置についての直軸電流要求信号を決定する。ついで第２の制御装置が第２の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御し、電源ネットワークにおいて第２の能動整流器／逆変換装置についての所望の直軸電流を達成するフィルター／電源ネットワーク電気量を生じさせる。
【００２５】
第２の制御装置は通常の電源ネットワーク電圧状態に従って直軸電流要求信号を変更させることができる。
【００２６】
第２の制御装置は、フィルターのネットワーク端子で達成されるべき電圧のレベルを示唆する電圧要求信号と、フィルターのネットワーク端子で測定された電圧フィードバック信号との間の差異から生じるエラー信号を、直軸電流要求信号から得られる信号に従って変更することができる。直軸電流要求信号から得られる信号に従ってエラー信号を変更する目的は、特定の電源ネットワークに接続された多数の発電機間で電流の割当てに寄与することができる特徴を実現することである。
【００２７】
パワーコンバータは好ましくは、発電機の可動部分（すなわち、回転発電機の場合はローターであり、リニア発電機の場合はトランスレータである）の速度を示唆する速度信号を得るための速度センサーを更に含む。しかし、場合によっては、速度センサーは速度オブザーバーシステムで置換えてもよい。これは速度信号を得るため第１の能動整流器／逆変換装置への内部信号を使用するものである。次に、速度信号（速度センサー又は速度オブザーバーシステムから得られる）を使用し、電力要求信号対速度のルックアップ表を参照することにより電力要求信号を得ることができる。このルックアップ表はＰＩコントローラと組合わせてもよい。速度信号は、フィルターファンクション（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）により変更することが好ましい。この速度信号は第２のフィルターファンクションにより変更し、利得（ｇａｉｎ）により多重化し、減衰期間を提供することもできる。この減衰期間は、ルックアップ表を参照して得られた電力要求信号に加えられ、それによりトータルの電力要求信号が得られる。これらのフィルターファンクションは、独立して、又は一緒に使用し、適用可能ならば、任意のシャフト又は動力伝達経路の共鳴を緩衝させることもできる。
【００２８】
本発明は更に、前述のように、並列接続によって名目的固定電圧および名目的固定周波数で操作される電源ネットワークに並列で接続された複数のパワーコンバータを具備してなる配置を提供する。この場合、各パワーコンバータのフィルターのネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号が、トップレベル電圧要求信号と、電源ネットワークに接続された上記並列接続の部位で測定されたトップレベル電圧フィードバック信号との比較から好ましく得ることができる。
【００２９】
個々のパワーコンバータは好ましくは、関連するフィルターと、上記並列接続との間に電気的に接続されたステップアップ変圧器を含むようにする。上記配置は更に、上記並列接続と、上記電源ネットワークとの間で電気的に接続されたステップアップ変圧器を含むものであってもよい。トップレベル電圧フィードバック信号は、上記並列接続と上記電源ネットワークとの間で電気的に接続されたステップアップ変圧器の電源ネットワーク側でも、あるいは、このステップアップ変圧器の並列接続側でも測定することができる。ステップアップ変圧器の電源ネットワーク側でトップレベル電圧フィードバック信号を測定する利点は、上記並列接続側での測定がステップアップ変圧器により規制され易いからである。すなわち、電源ネットワーク側で測定した場合、このような規制の影響を排除することができる。
【００３０】
このパワーコンバータは、風力タービンでの使用に適している。従って、本発明は更に、ステータおよびローターを有する発電機と、この発電機のローターにより回転される少なくとも１つのターブンブレードを含むタービンセンブリーと、上述のようなパワーコンバータとからなる風力タービンを提供するものである。このタービンアセンブリーは発電機のローターと一体化させることができる。その他、タービンの羽根（一般には３枚の羽根）を回転シャフトに装着させ、発電機のローターを、この回転シャフトに接続させてもよい。発電機のローターを直接、又はギアボックスを介して間接的に回転シャフトに連結させてもよい。
【００３１】
複数の風力タービンを互いに接続させ風力発電地帯を形成してもよい。従って、本発明は更に、風力発電地帯を提供するものであり、これは、名目的固定電圧および名目的固定周波数で操作される電源ネットワークと、複数の上記風力タービンとを具備してなる。この複数の風力タービンの各パワーコンバータは並列接続によりは互いに平行になって電源ネットワークに接続され、この場合、各パワーコンバータのフィルターのネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号が、トップレベル電圧要求信号と、電源ネットワークに接続された上記並列接続の部位で測定されたトップレベル電圧フィードバック信号との比較から得られる。
【００３２】
個々の風力タービンは好ましくは、関連するパワーコンバータのフィルターと、上記並列接続との間に電気的に接続されたステップアップ変圧器を含む。上記風力発電地帯は更に、上記並列接続と、上記電源ネットワークとの間で電気的に接続されたステップアップ変圧器を含むものでもよい。トップレベル電圧フィードバック信号は、上記並列接続と上記電源ネットワークとの間で電気的に接続されたステップアップ変圧器の電源ネットワーク側でも、あるいは、このステップアップ変圧器の並列接続側でも測定することができる。
【００３３】
本発明は更に、可変周波数で可変電圧を提供する発電機を、名目的固定電圧および名目的固定周波数で操作される電源ネットワークに調和させるのに使用することができるパワーコンバータを操作する方法を提供するものである。ここで、このパワーコンバータは以下の構成からなり：
前記発電機のステータに電気的に接続され、複数の半導体パワースイッチ装置を含む第１の能動整流器／逆変換装置（インバータ）（ａｃｔｉｖｅ  ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ／ｉｎｖｅｒｔｅｒ）と；
複数の半導体パワースイッチ装置を含む第２の能動整流器／逆変換装置と；
前記第１の能動整流器／逆変換装置と、第２の能動整流器／逆変換装置との間に接続されたｄｃリンクと；
第２の能動整流器／逆変換装置と、前記電源ネットワークとの間に接続され、ネットワーク端子を含むフィルターと；
前記第１の能動整流器／逆変換装置のための第１の制御装置と；
前記第２の能動整流器／逆変換装置のための第２の制御装置と；
を具備してなり；
此処で、上記方法は以下の過程からなる：
前記第１の制御装置は、前記第１の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御するため所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号を使用して、それによりｄｃリンク電圧要求信号に相当するｄｃリンク電圧の所望のレベルを達成すること；
前記第２の制御装置は、前記第２の能動整流器／逆変換装置を介して前記ｄｃリンクから前記電源ネットワークに移されるべき電力のレベルを示唆する電力要求信号並びに前記フィルターのネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号を使用して、前記第２の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御し、それにより電力および電圧要求信号に相当する電力および電圧の所望のレベルを達成すること。
【００３４】
この方法は更に、以下に記載の工程を含むものでもよい。
第２の制御装置が更に電源ネットワーク電圧の測定を使用し、電源ネットワーク電圧がその正常状態から外れたとき、第２の能動整流器／逆変換装置から移送することができる電力の限界を決定する。
【００３５】
第２の制御装置が更に電源ネットワーク電圧の測定を使用し、電源ネットワーク電圧がその正常状態から外れたとき、電圧サポートを提供する第２の能動整流器／逆変換装置から電源ネットワークへ提供されるべき電流のレベルを決定する。
【００３６】
第１の制御装置が、発電機で達成されるべきフラックスの所望のレベルを示唆するフラックス要求信号を使用し、このフラックス要求信号を第１の能動整流器／逆変換装置のための直軸電流要求信号に変換し、第１の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御し、それにより第１の能動整流器／逆変換装置のための所望の直軸電流を達成させるステータ電気量を生じさせること。フラックス要求信号を直軸電流要求信号に変換する工程は発電機の１又はそれ以上の特徴を参照して行うことができる。
【００３７】
第１の制御装置により、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号と比較し、第１の能動整流器／逆変換装置のためのクォドラント軸電流要求信号を決定し、第１の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御し、第１の能動整流器／逆変換装置のための所望のクォドラント軸電流を達成させるステータ電気量を生じさせる。
【００３８】
第２の制御装置は電源ネットワーク電圧ディップ状態の間において、通常の電源ネットワーク電圧状態に従って変化する制御信号を第１の制御装置に供給することもできる。第１の制御装置は、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号を、ｄｃリンク電圧フィードバック信号と比較し、ｄｃリンク電流要求信号を決定し、ついで、第２の制御装置からの制御信号を使用してｄｃリンク電流要求信号を制限し、制限されたｄｃリンク電流要求信号を決定する。ついで、第１の制御装置は、この制限されたｄｃリンク電流要求信号を使用し、第１の能動整流器／逆変換装置についてのクォドラント軸電流要求信号を決定し、電源ネットワーク電圧ディップ状態の間において、電源ネットワークから電力が引出されないようにする。
【００３９】
その他、第２の制御装置は、通常の電源ネットワーク電圧状態及び/又は電圧要求信号に従って変化する制御信号を第１の制御装置に供給することもできる。第１の制御装置のｄｃリンク制御装置はついで、所望のｄｃリンク電圧を示唆するｄｃリンク電圧要求信号をｄｃリンク電圧フィードバック信号と比較し、出力信号を提供し、これが制御信号に加えられてｄｃリンク電圧要求信号が決定される。ついで、このｄｃリンク電圧要求信号を使用して第１の能動整流器／逆変換装置についてのクォドラント軸電流要求信号が決定される。
【００４０】
第２の制御装置により、第２の活性整流器／逆変換装置を介して前記ｄｃリンクから電源ネットワークに移される電力レベルを示唆する電力要求信号を、第２の活性整流器／逆変換装置のためのクォドラント軸電流要求信号に変換し、更に第２の制御装置により第２の活性整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御し、第２の活性整流器／逆変換装置のための所望のクォドラント軸電流を達成させるフィルター／電源ネットワーク電気量が生じることになる。
【００４１】
電圧要求信号をクォドラント軸電流要求信号に変換する上記工程は、フィルターのネットワーク端子での電圧から得られる信号により電力要求信号を分割することにより行うことができる。その他、電力要求信号は、フィルターのネットワーク端子での電圧から得られる信号のフィルターされたバージョンにより電力要求信号を分割することによりクォドラント軸電流要求信号に変換することもできる。
【００４２】
第２の制御装置により、所望のｄｃリンク電圧を示唆する更なるｄｃリンク電圧要求信号を使用し、この更なるｄｃリンク電圧要求信号をｄｃリンク電圧フィードバック信号と比較し、制限されないクォドラント軸電流要求信号を決定し、この制限されないクォドラント軸電流要求信号を、電力要求信号から得られる制限信号により決定される値に制限し、始動時の第２の能動整流器／逆変換装置についてのクォドラント軸電流要求信号並びにパワーコンバータの正常操作条件を決定する。
【００４３】
この方法は更に、この制限されないクォドラント軸電流要求信号を、以下の信号から得られるクォドラント軸電流フィードフォワード信号に加える工程を含むものでもよい。すなわち、発電機のパワーを示唆する信号、フィルターのネットワーク端子で測定された電圧フィードバック信号および通常の電源ネットワーク電圧状態に従って変化する利得信号である。
【００４４】
発電機動力を示唆する信号を第１の制御装置から第２の制御装置へ供給することができる。その他、発電機動力を示唆する信号マイナス第１の制御装置のｄｃリンク電圧制御装置のＰＩコントローラの出力を、第２の制御装置へ供給することができ、これは、この第２の制御装置により、電源ネットワーク電圧ディップ状態の間にのみ使用される。
【００４５】
第２の制御装置は、電源ネットワーク電圧ディップ状態において通常の電源ネットワーク電圧状態に従って、電力要求信号から得られる制限信号を変更することができる。電源ネットワーク電圧ディップの状況との関連で、ここに記載した用語“ディップ”とは、対称的又は非対称的ネットワーク故障状態の結果、電源ネットワーク電圧が名目値より下に減少した状況を指すものである。
【００４６】
ｄｃリンクはコンデンサーを有するものでもよい。パワーコンバータは、コンデンサーを流れる電流を測定するため、並びに出力信号を提供するための電流センサーを更に含むものでもよい。この場合、この方法は、発電機パワーを示唆する信号から得られる信号から電流センサーの出力信号を減じ、それにより暗示信号を得て、それを第１の制御装置のｄｃリンク電圧制御装置の出力に加え、第１の能動整流器／逆変換装置のためのｄｃリンク電流要求信号を決定する工程を含む。その他、この方法において、電流センサーの出力信号を、発電機パワーを示唆する信号から得られる信号から減じ、それにより信号を得て、それをフィルターにかけ、第１の制御装置のｄｃリンク電圧制御装置の出力に加え、第１の能動整流器／逆変換装置のためのｄｃリンク電流要求信号を決定する工程を含むようにしてもよい。
【００４７】
その他、パワーコンバータは更に、ｄｃリンク電圧を測定し、ｄｃリンク電圧フィードバック信号を提供するための電圧センサーを含むものでもよく、更にｄｃリンク電圧フィードバック信号の変化の割合を測定するための手段も設けることができる。この場合、この方法は更に、ｄｃリンク電圧フィードバック信号が第１の閾値より大きく、ｄｃリンク電圧フィードバック信号の変化の割合が第２の閾値より大きい場合に、第１の制御装置のｄｃリンク電圧制御装置のＰＩコントローラの積分値を所定のファクターで変更させる工程を含むものでもよい。
【００４８】
電源ネットワーク電圧ディップ状態の間において、第２の能動整流器／逆変換装置のためのクォドラント軸電流要求信号を、通常の電源ネットワーク電圧状態の関数として変更された第２の能動整流器／逆変換装置の電力制限定格から得られる信号のスルーレイト（ｓｌｅｗ  ｒａｔｅ）制限バージョンから得ることもできる。
【００４９】
第２の制御装置は、フィルターのネットワーク端子で達成されるべき電圧のレベルを示唆する電圧要求信号を、フィルターのネットワーク端子で測定された電圧フィードバック信号と比較して第２の能動整流器／逆変換装置についての直軸電流要求信号を決定し、更に、第２の能動整流器／逆変換装置の半導体パワースイッチ装置を制御し、電源ネットワークにおいて第２の能動整流器／逆変換装置のための所望の直軸電流を達成するフィルター／電源ネットワーク電気量を生じさせる。
【００５０】
第２の制御装置は通常の電源ネットワーク電圧状態に従って直軸電流要求信号を変更させることができる。
【００５１】
第２の制御装置は、フィルターのネットワーク端子で達成されるべき電圧のレベルを示唆する電圧要求信号と、フィルターのネットワーク端子で測定された電圧フィードバック信号との間の差異から生じるエラー信号を、直軸電流要求信号から得られる信号に従って変更することができる。
【００５２】
発電機の可動部の速度を示唆する速度信号を得ることができ、これを電力要求信号を得るのに使用することができる。この速度信号は、１又はそれ以上のフィルターファンクションで変更することができ、これは任意のシャフト又は動力伝達経路の共鳴を緩衝させることができる。
【００５３】
電力要求信号はルックアップ表又は数学的関数から得ることができる。この場合、変更された速度信号がルックアップ表に対するポインター、あるいは数学的関数の計算のための値を形成する。この電力要求信号は、速度信号のフィルターされたバージョンから得られる信号と合計してもよい。
【００５４】
本発明は更に、並列接続によって名目的固定電圧および名目的固定周波数で操作される電源ネットワークに並列で接続された上述の複数のパワーコンバータを操作する方法を提供するものである。この方法は、各パワーコンバータのフィルターのネットワーク端子で達成されるべき電圧を示唆する電圧要求信号を、トップレベル電圧要求信号と、電源ネットワークに接続された上記並列接続の部位で測定されたトップレベル電圧フィードバック信号との比較から得る工程を含む。この方法は更に、トップレベル電圧フィードバック信号を、上記並列接続と上記電源ネットワークとの間で電気的に接続されたステップアップ変圧器の電源ネットワーク側、あるいは、このステップアップ変圧器の並列接続側で測定する工程を含むこともできる。
【００５５】
本発明は更に、風力タービンを操作する方法を提供するものであり、この風力タービンは、可変周波数で可変電圧を提供し、ステータと、ローターとを有する発電機と、この発電機のローターにより回転される少なくとも１つの羽根を含むタービンセンブリーと、名目的固定電圧および名目的固定周波数で操作される電源ネットワークに発電機を調和させるパワーコンバータとからなる。このパワーコンバータは以下の構成からなる：
前記発電機のステータに電気的に接続され、複数の半導体パワースイッチ装置を含む第１の能動整流器／逆変換装置（インバータ）と；
複数の半導体パワースイッチ装置を含む第２の能動整流器／逆変換装置と；
前記第１の能動整流器／逆変換装置と、第２の能動整流器／逆変換装置との間に接続されたｄｃリンクと；
第２の能動整流器／逆変換装置と、前記電源ネットワークとの間に接続され、ネットワーク端子を含むフィルターと；
前記第１の能動整流器／逆変換装置のための第１の制御装置と；
前記第２の能動整流器／逆変換装置のための第２の制御装置と；
を具備してなり；
該方法が風速の変化に応答して以下の過程を採ることを特徴とする：
前記ｄｃリンク電圧が所望のレベルから変化するように前記ｄｃリンクから取出される電力のレベルを変化させるように前記第２の制御装置を制御すること；  
前記第１の能動整流器／逆変換装置を制御して発電機から発電機ブリッジを介して十分な電流をｄｃリンクに供給して前記ｄｃリンク電圧を所望のレベルに回復させること。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
パワーコンバータのトポロジー：
パワーコンバータの基本的トポロジーを図１を参照して概説する。
パワーコンバータは、可変速度ａｃ誘導発電機４を駆動する風力タービン２と、名目的固定周波数のパワーネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫとラベルされている）との間を調和するのに使用される。この風力タービンは典型的には、回転シャフト上に装着された３枚のタービンブレード（１枚のタービンブレード又は２枚のタービンブレード又は３枚を超えるタービンブレードも可能である）が含まれ、そのピッチは、発電機４への風エネルギーの捕捉を最適化するため、及び/又は制限するため、ピッチアクチュエータにより制御されるようになっている。ギアボックス８を介して回転シャフトが可変速発電機４のローターに接続されている。場合によっては、回転シャフトを可変速発電機４のローターに直接接続させてもよい。このことは、ローターの回転速度は風速の関数として変化し、更に発電機４のステータで生じる電圧の周波数（“ステータ周波数”）は従って広範囲に亘って変化することを意味する。図１に全体図として表された風力タービンの多数を一緒に接続して風力発電地帯を形成してもよい。
【００５７】
発電機４の端子は３相発電機ブリッジ１０のａｃ端子に接続されており、この３相発電機ブリッジ１０は通常の運転において、ｄｃリンク１２へ電力を供給する能動整流器として操作される。この発電機ブリッジ１０は、パルス幅変調ストラテジーを使用して完全に制御、調整される一連の半導体パワースイッチ装置を備えた従来の３相２レベルトポロジーを有する。しかし、実施に際し、この発電機ブリッジ１０は、３レベル中立点締め付けトポロジー又は多レベルトポロジー（例えば、Ｆｏｃｈ−Ｍａｙｎａｒｄ配列）などの任意の適当なトポロジーを有するものでもよい。発電機ブリッジ１０の半導体パワースイッチ装置を制御するために使用されるゲート駆動コマンド信号の派生（ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ）については以下に詳述する。
【００５８】
発電機ブリッジ１０のｄｃ出力電圧は、通常の操作においてインバータとして操作されるネットワークブリッジ１４のｄｃ端子に供給される。ｄｃ出力電圧のための主たる制御は発電機ブリッジ１０を制御して達成される。ネットワークブリッジ１４は、パルス幅変調（ＰＷＭ）ストラテジーを使用して完全に制御、調整される一連の半導体パワースイッチ装置を備えた発電機ブリッジ１０と同様の３相２レベルトポロジーを有する。しかし、実際上、ネットワークブリッジ１４は発電機ブリッジ１０について先に述べたような任意の適当なトポロジーを有するものであってもよい。２つの主目的、すなわち、能動電力およびネットワーク電圧を満たすようにネットワークブリッジ１４が制御される。この制御がどのように達成されるかについての説明を以下に詳述する。ネットワークブリッジ１４の半導体パワースイッチ装置を制御するために使用されるゲート駆動コマンド信号の派生についても以下に詳述する。
【００５９】
ここに記述したように、能動整流（発電機ブリッジ１０の操作の主モードとして）は３相ネットワークブリッジのａｃ端子からｄｃリンクへのエネルギーの変換であり、反転（ネットワークブリッジ１４の操作の主モードとして）は３相ネットワークブリッジのｄｃリンクから、そのａｃ端子へのエネルギーの変換である。しかし、発電機ブリッジ１０を逆変換装置（インバータ）として、又、ネットワークブリッジ１４を能動整流器として操作することが必要な場合又は好ましい場合があることが容易に理解されよう。例えば、始動の間において、ネットワークブリッジ１４を能動整流器として操作させ、電力を電源ネットワークからｄｃリンク１２へ供給する。ネットワーク電圧ディップが生じた場合、ｄｃリンク１２の電圧を制御するため、発電機ブリッジ１０を必要に応じて能動整流器モードとして、あるいはインバータモードとして操作させることができる。発電機ブリッジ１０およびネットワークブリッジ１４のための制御装置の作用（すなわち、以下に詳述するように、発電機ブリッジコントローラ１８およびネットワークブリッジコントローラ４６）をネットワーク電圧ディップの事象に調和させ、電力が電源ネットワークから引出されないようにし、この電圧ディップのパラメータ表示およびレベルに合わせて、パワーコンバータが依然として電源ネットワークに電力を供給できるようにする。
【００６０】
メンテナンスの目的のため、および風力タービンが非常に遅い速度で操作している場合、発電機４をモータリング（ｍｏｔｏｒｉｎｇ）モードにすることが好ましい。この場合、電力は、能動整流器として操作されている発電機ブリッジ１０並びにインバータとして操作されている発電機ブリッジ１０を介して、電源ネットワークから発電機４へ供給される。
【００６１】
ネットワークブリッジ１４のａｃ出力電圧はインダクター１６（並びに可能な他のフィルター）によりフィルターにかけられ、ステップアップ変圧器６を介して名目的固定周波数パワーネットワークに供給される。保護スイッチギア（図示しない）を設け、パワーネットワークに対し信頼性の接続を提供し、発電機システムを、種々の操作上および非操作上の要件についてパワーネットワークから分離させてもよい。
【００６２】
風力発電地帯トポロジー：
先に簡単に説明したように、図１の全体図で表した多数の風力タービンを互いに接続して風力発電地帯を構成することができる。それが図６に模式的に示されており、この場合、多数のパワーコンバータ１ａ−１ｄが、並列接続７２で名目的固定周波数電源ネットワーク（ＮＥＴＷＯＲＫとしてラベルされている）に接続されている。これらパワーコンバータ１ａ−１ｄはそれぞれフィルター１６ａ−１６ｄおよびステップアップ変圧器６ａ−６ｄを備えている。付加的風力発電地帯用ステップアップ変圧器７４も並列接続７２と電源ネットワークとの間に設けられている。図６は、図７を参照して詳述する風力発電地帯用電圧フィードバック信号がどのようにして並列接続側（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  Ａとしてラベルされている）又は風力発電地帯用ステップアップ変圧器７４の電源ネットワーク側（ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  Ｂとしてラベルされている）で測定されるのかを示している。風力発電地帯用ステップアップ変圧器７４の電源ネットワーク側でトップレベルフィードバック信号を測定する利点は、並列接続側での測定がステップアップ変圧器を通じての規制を受けやすいからである。従って、測定が電源ネットワーク側で行われた場合にはこの規制作用は解消される。その他、風力発電地帯用電圧フィードバック信号の電源ネットワーク側での測定を、並列接続側での風力発電地帯用電圧フィードバック信号の測定、風力発電地帯用ステップアップ変圧器７４の特徴および風力発電地帯用ステップアップ変圧器を介しての電流の大きさおよび角度を用いて計算することもできる。
【００６３】
発電機ブリッジ制御：
発電機ブリッジ１０の制御について図１ないし３を参照して説明する。
【００６４】
発電機ブリッジコントローラ１８は、ｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊およびｄｃリンク電圧を示唆する電圧フィードバック信号ＶＤＣ_ＦＢを受理する。ＶＤＣ_ＦＢがＶＤＣ＿ＧＥＮ＊から引かれ、その差が、可変積分利得Ｋｉおよび比例利得Ｋｐを有するＰＩコントローラ２０に供給され、それによりｄｃリンク電流要求信号ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊が提供され、これは通常の操作条件を満たすためｄｃリンク１２内を流れるのに必要な効果的電流である。このｄｃリンク電流要求信号ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊は、グリッド損傷状態の間、ネットワークブリッジコントローラ４６（下記参照）から供給される信号ＩＤＣ＿ＬＩＭにより制限され、信号ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭを形成する。この制限されたｄｃリンク電流要求信号ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭは、発電機位相電流に関係するクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＧＥＮ＊に変換され、ついで、この制限されたｄｃリンク電流要求信号ＩＤＣ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭは最初に電圧フィードバック信号ＶＤＣ_ＦＢにより掛け合わされ、パワー信号ＰＯＷＥＲ＿ＧＥＮが提供される。このパワー信号ＰＯＷＥＲ＿ＧＥＮはついで、ＩＱ＿ＧＥＮ＊カルキュレータ・ファンクションブロック９２にて、以下の式に従ってクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＧＥＮ＊に変換される：
【００６５】
2009516488.tif 000003
【００６６】
ここで、ＶＤ＿ＦＦは、図２の電流コントローラ２６内の直流電圧のフィードフォワード成分であり；ＩＤ＿ＧＥＮ＊は飽和特性ファンクションブロック３２から供給される直軸要求電流であり；ＶＱ＿ＦＦは電流コントローラ２６内のクォドラント軸電圧のフィードフォワード成分である。
【００６７】
クォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＧＥＮ＊は、制限関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）により、発電機の特徴の非ブレークアウト領域、発電機およびネットワークブリッジの電圧および電流定格内に留まるよう拘束される。この制限は、機械等価回路パラメータ、駆動定格パラメータおよび要求される操作速度範囲に基づいて、ファンクション（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）ブロック２２内に埋め込まれたルックアップ表を作成するためのオフライン計算により決定される。その得られたルックアップ表は、パワーコンバータの操作の間にローター速度フィードバック信号Ｎ（又は観察されたローター速度信号）を用いてアクセスすることにより使用され、得られた信号はＩＱ＿ＧＥＮ＊制限ファンクションブロック２４のための制限値として採用される。この得られた制限されたクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭはついで、電流コントローラ２６に供給される（以下に詳述する）。この制限されたクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭは更に、発電機からｄｃリンク１２への必要な電力潮流を達成するために発電機４に適用されるスリップ周波数ＷＳを決定するのに使用される。このスリップ周波数ＷＳは以下の関数を使用して決定することができる。
【００６８】
ＷＳ＝（ＩＤ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭ×ＲＲ×ＬＭ）／（Ф＊×ＬＲ）
【００６９】
ここで、ＲＲはローターの抵抗;ＬＭは磁化インダクタンス；Φ＊は発電機フラックス要求信号;ＬＲはローター漏れインダクタンスである。
【００７０】
スリップ周波数ＷＳを積分することにより、スリップ角度である出力θＳが得られる。速度オブザーバー２８からの出力を積分することにより、観察されたローター角度であるθＲが得られる。（オブザーバー関数２８はインクリメンタルエンコーダー又は同類の装置を用いてローター位置の直接測定により置き換えることができる。）次に、ローターフラックス角度θ０がスリップ角度θＳと、ローター角度θＲとを合計することにより決定することができる。ローターフラックス角度θ０は、直軸電圧ＶＤおよびクォドラント軸電圧ＶＱの組合せが、パルス幅変調発電機３０により発電機４のステータ端子に適用される角度である。これについては以下に詳述する。なお、同期発電機については、スリップ周波数を確定並びに積分する工程を要しないことに留意すべきである。
【００７１】
発電機フラックス要求信号Φ＊（要求されるシステムの特徴に応じて、一定ないし可変である）が、発電機磁化インダクタンスの飽和特性を含む飽和特性ファンクションブロック３２に適用される。この飽和特性は、発電機が作動しているときは直接測定により、あるいは発電機についての工場試験結果からデータを抽出することにより決定される。この飽和特性ファンクションブロック３２の出力は磁化電流信号であり、電流コントローラ２６に適用される直軸電流要求信号ＩＤ＿ＧＥＮ＊となる。同期発電機については、直軸電流要求信号は、各速度および負荷条件についての発電機端子電圧要件により決定される。直軸電流要求信号を同期発電機に調整させることにより、励起が発電機ブリッジ１０の作用により緩和され、各操作条件について端子電圧および総体的発電機効率を最適化することができる。
【００７２】
発電機ブリッジ１０のための電流コントローラ２６は、２つのレギュレータを備えている。その１つは直接電流軸で操作され、他の１つはクォドラント軸電流軸で操作される。全体として、電流コントローラ２６はローターフラックス角度に整合した同期参照フレーム内で操作される。図３は発電機ブリッジ１０の総体的直接およびクォドラント軸電流レギュレータを示している。
【００７３】
制限されたクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭおよび直軸電流要求信号ＩＤ＿ＧＥＮ＊に加えて、電流コントローラ２６には、更にクォドラント軸電流フィードバック信号ＩＱ＿ＧＥＮ並びに直軸電流フィードバック信号ＩＤ＿ＧＥＮが供給され、これらは発電機位相電流ＩＵ，ＩＶおよびＩＷの測定から得られる。固定参照フレーム中の３相成分から同期参照フレーム中の直接／クォドラント軸成分への変換は結合Ｃｌａｒｋｅ／Ｐａｒｋ変換ブロック３４を使用して達成される。この変換は、変換のためローターフラックス角度θ０を使用する。図３から、電流コントローラ２６が更に、以下の付加的信号を受理することが理解できるであろう。すなわち、発電機フラックス要求信号Φ＊（要求されるシステムの特徴に応じて、一定ないし可変である）および発電機ステータ周波数Ｗ０である。この発電機ステータ周波数Ｗ０は、スリップ周波数と、ローター周波数との合計から計算される。ローター周波数は、観察されたローター速度および発電機の極数から得ることができる。
【００７４】
電流コントローラ２６は、直軸電流要求信号ＩＤ＿ＧＥＮ＊を直軸電流フィードバック信号ＩＤ＿ＧＥＮと比較し、制限されたクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＧＥＮ＊＿ＬＩＭをクォドラント軸電流フィードバック信号ＩＱ＿ＧＥＮと比較し、得られた誤差をＰＩコントローラに適用することにより操作される。このＰＩコントローラからの出力は次に、電流要求と、機械パラメータとの積から得られるクロス・カップリング信号と合計され、直接およびクォドラント軸、ＶＤ＿ＧＥＮ＊およびＶＱ＿ＧＥＮ＊のそれぞれについての合計出力電圧を生じさせる。クロス・カップリング用語（ｔｅｒｍｓ）が図３に示されており、これらは定常状態の発電機４についての標準電圧等式にエミュレートされている。クロス・カップリング用語について述べると、δＬＳは発電機ステータ漏れインダクタンスであり、ＲＳは発電機ステータ抵抗である。
【００７５】
電流コントローラ２６からの最終電圧出力、ＶＤ＿ＧＥＮ＊およびＶＱ＿ＧＥＮ＊は、コオージネート・コンバータ３８を使用してデカルト座標から極座標に変換される。合計電圧の大きさ、Ｖ＿ＧＥＮ＊は以下の等式により計算される：
【００７６】
ＶＤ＿ＧＥＮ＊＝（ＶＤ＿ＧＥＮ＊２＋ＶＱ＿ＧＥＮ＊２）１／２
【００７７】
その結果はゲート駆動コマンド信号コントローラ３６に供給される。合計電圧の大きさＶ＿ＧＥＮ＊と、クォドラント軸電圧ＶＱ＿ＧＥＮ＊との間の角度はθ＿ＧＥＮであり、ＶＤ＿ＧＥＮ＊／ＶＱ＿ＧＥＮ＊の逆正接から以下のようにして計算される。
【００７８】
θ＿ＧＥＮ＝ａｒｃｔａｎ［（ＶＤ＿ＧＥＮ＊）／（ＶＱ＿ＧＥＮ＊）］
【００７９】
合計電圧の大きさ、Ｖ＿ＧＥＮ＊と、クォドラント軸電圧ＶＱ＿ＧＥＮ＊との間の角度θ＿ＧＥＮはローターフラックス角度θ０に加えられ、合計電圧が発電機４のステータ端末に対し印加されるべき合計電圧の角度が決定される。
【００８０】
発電機ブリッジ１０の個々の信号ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵおよびＷＬを生じさせる３相Ｕ，ＶおよびＷのための個々の上方（Ｕ）および下方（Ｌ）ゲート駆動コマンド信号は、合計電圧の大きさ、Ｖ＿ＧＥＮ＊と、角度θ＿ＧＥＮおよび角度θ０の合計と、パルス幅変調周波数とを使用してパルス幅変調（ＰＷＭ）発電機３０内で計算される。ｄｃリンク電圧フィードバック信号ＶＤＣ_ＦＢも、これらＰＷＭの計算に因数分解される。このｄｃリンク電圧フィードバック信号ＶＤＣ_ＦＢは、独立したコントローラが発電機ブリッジ１０およびネットワークブリッジ１４に対しそれぞれ使用されるときに別々に得ることができる。これは、発電機ブリッジ１０およびネットワークブリッジ１４が物理的に互いに離れていて、各ブリッジのｄｃリンクキャパシタンス間に有意なインダクタンスが存在する場合に特に必要となる。独立して得られたｄｃリンク電圧フィードバック信号が各ブリッジに提供される場合に、以下のような置換がなされることが容易に理解されるであろう。
【００８１】
発電機ブリッジ１０について：ＶＤＣ_ＦＢ＝ＶＤＣ_ＦＢ＿ＧＥＮ
ネットワークブリッジ１４について：ＶＤＣ_ＦＢ＝ＶＤＣ_ＦＢ＿ＮＥＴ
【００８２】
電流コントローラ２６は更に、発電機パワーを示唆するパワーフィードフォワード信号ＰＯＷＥＲ_ＦＦを生じさせ、これは以下のようにして計算される：
【００８３】
ＰＯＷＥＲ_ＦＦ＝３１／２（ＶＱ＿ＧＥＮ＊×ＩＱ＿ＧＥＮ＋ＶＤ＿ＧＥＮ＊×ＩＤ＿ＧＥＮ）
【００８４】
これはネットワークブリッジコントローラ４６へのフィードバック信号として使用される。
【００８５】
ネットワークブリッジコントロール：
ネットワークブリッジ１４の制御について図１，４−７を参照して説明する。この制御は、電圧制御スキームに基づくものであり、前述のような従来のパワーコンバータで使用されているパワーファクター・アングル制御スキームおよび反作用性パワー制御スキームとは異なるものである。
【００８６】
電圧制御スキームは２つのレベルの制御を含んでいる。図７を参照すると、第１のものは、風力発電地帯レベルで画成されていて、風力発電地帯を制御するユーテリティ会社により一般に設定される風力発電地帯電圧要求信号に応答するものである。風力発電地帯電圧要求信号が風力発電地帯電圧フィードバック信号と比較され、これら２つの信号間の誤差がプロポーショナル・プラス・インテグラルコントローラ４０に適用され、タービン電圧要求信号ＶＴＵＲＢ＊が確定され、これが風力発電地帯内の風力タービンＴ１ないしＴＮの全てに送信される。次に、制御の第２のレベルが個々の風力タービンに適用され、タービン電圧要求信号ＶＴＵＲＢ＊に応答してそれ自身の出力電圧が規定される。
【００８７】
図４を参照すると、風力発電地帯の風力タービンのそれぞれにおいて、タービン電圧要求信号ＶＴＵＲＢ＊がサミングノード（ｓｕｍｍｉｎｇ  ｎｏｄｅ）４２で、インダクター１６のネットワーク側での３相電圧測定から得られるクォドラント軸電圧サブオージネート信号ＶＱ＿ＮＥＴ（下記参照）と比較される。２つの信号間の差がＰＩコントローラ４４に供給され、反作用性電流要求信号ＩＤ＿ＮＥＴ＊が形成され、これが制限ブロック６６を介して以下に詳述する電流コントローラ５８へ供給される。
【００８８】
反作用性電流要求信号ＩＤ＿ＮＥＴ＊は更に、比例利得コントローラ４８を介してサミングノード４２にフィードバックされ、更に電圧差信号が変更される。これは、ドループ特性を提供するのに役立ち、従って、多数の風力タービンが互いに並列で異なる接続インピーダンスを介して風力発電地帯変圧器に接続されているとき、風力タービン間の反作用性電流シェアリング（ｓｈａｒｉｎｇ）が更にバランスのとれたものとなる。ドループ利得は現場のネットワーク構成に従って調整することができ、風力タービン間並びに定格制限についての適当な電流バランスが得られる。これら制限は、以下にネットワーク電圧ディップ状態について説明するように、直軸およびクォドラント軸電流要求信号ＩＤ＿ＮＥＴ＊およびＩＱ＿ＮＥＴ＊に夫々適用される。
【００８９】
電圧制御スキームは以下のようにして、ネットワークブリッジコントローラ４６と一体化される。このネットワークブリッジコントローラ４６は５つの主入力信号と、７つの主フィードバック信号とを有し、これらを用いてゲート駆動コマンド信号を得て、ネットワークブリッジ１４における半導体パワースイッチ装置の操作を制御している。
【００９０】
入力信号には、ネットワークブリッジのためのｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊，パワーイクスポート要求信号Ｐ＊，タービン電圧要求信号ＶＴＵＲＢ＊、駆動電流定格を画成するパラメータＤＲＩＶＥ  ＲＡＴＩＮＧ，および発電機ブリッジコントローラ１８から供給され、発電機パワーを示唆するパワーフィードフォワード信号ＰＯＷＥＲ＿ＦＦが含まれる。フィードバック信号には、３つの位相電圧測定、ＶＲＹ，ＶＹＢおよびＶＢＲ（すなわち、ネットワークブリッジ１４からネットワークへ電力を供給するいわゆるレッド（Ｒ）、イエロー（Ｙ）およびブルー（Ｂ）出力ラインを横切って採られる電圧測定），３つの位相電流測定ＩＲ，ＩＹおよびＩＢ、更に、ｄｃリンク電圧を示唆する電圧フィードバック信号ＶＤＣ_ＦＢが含まれる。これらフィードバック信号は、直軸およびクォドラント軸においてネットワークブリッジ１４のための以下の電圧および電流サブオージネート・フィードバック信号（すなわち、ＶＤ＿ＮＥＴ、ＶＱ＿ＮＥＴ、ＩＤ＿ＮＥＴ、ＩＱ＿ＮＥＴ）を得るために使用される。更に、制御信号ＩＤＣ＿ＬＩＭはネットワークブリッジコントローラ４６から発電機ブリッジコントローラ１８へ送られ、グリッド損傷状態の間において急速な電力減少およびコントローラ間の整合した制御を可能にする。このようなグリッド損傷状態の間において、ｄｃリンク電圧制御がネットワークと、発電機ブリッジとの間に配送され、それにより能動電力が電源ネットワークから引出されないようにし、要求された電源ネットワーク電圧サポートおよびパワーイクスポート要求が達成されるようにする。
【００９１】
ファンクションブロック６８は、位相ロックループ（ＰＬＬ）システムを備え、ネットワーク電圧角度の測定である信号θＭＡＩＮＳを得るようになっている。
【００９２】
ｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊は、ゼロ風力状態の間にネットワークとの接続を維持するため、およびグリッド損傷状態の間、発電機ブリッジコントローラ１８と、ネットワークブリッジコントローラ４６との間のｄｃリンク電圧の迅速な対応制御を可能にするため、スタートアップ（始動）要件に合致させる必要があるに過ぎない。操作において、電圧フィードバック信号ＶＤＣ＿ＦＢがｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊から引かれ、その結果がＰＩコントローラ５０に適用され、信号ＶＤＣ＿ＰＩ＿ＩＱ＿ＮＥＴ＊が決定される。瞬間発電機パワーを移送するのに必要なクォドラント軸ネットワーク電流を示唆する信号ＩＱ＿ＦＦがファンクションブロック７１内で、パワーフィードフォワード信号ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ、ネットワーク電圧を表す記号ＶＱ＿ＮＥＴ、および制限ブロック６６の出力である利得信号ＰＦＦ＿ＧＡＩＮから計算される。これをついで、信号ＶＤＣ＿ＰＩ＿ＩＱ＿ＮＥＴ＊に加えて、制限されない信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊を生じさせる。その結果得られた信号は、Ｐ＊／ＶＱ＿ＮＥＴのより小さいものにより駆動される制限関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）（制限ファンクションブロック５２）により、又はネットワーク電圧ディップ要求から得られる制限により拘束される。
【００９３】
図１を参照すると、ローター速度フィードバック信号Ｎが速度センサー５４から（その他、観察されたローター速度信号から）得られ、ついでフィルターにかけられ、第１のフィルター済み速度信号Ｎ′および第２のフィルター済み速度信号Ｎ′２が提供される。この第２のフィルター済み速度信号Ｎ′２は、ダンピング利得ＫＤを介して全てのシャフト共鳴についての減衰（ダンピング）を提供する。第１のフィルター済み速度信号Ｎ′は、電力要求対フィルター済み速度の予備計算されたルックアップ表５６に対するポインターを提供する。このルックアップ表はＰＩコントローラと組合わせることができる。その結果得られたパワー・イクスポート要求信号Ｐ＊（ダンピングおよびルックアップ表パワー要求信号の合計）は図１に示すようにネットワークブリッジコントローラ４６に適用される。より具体的に述べると、パワー・イクスポート要求信号Ｐ＊はクォドラント軸電圧従属フィードバック信号ＶＱ＿ＮＥＴにより分割され、正常操作条件下でクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊のための制限信号となる。その他、パワー・イクスポート要求信号Ｐ＊をクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊に変換することも可能であり、これはインダクター１６のネットワーク端子での電圧から得られるクォドラント軸電圧従属フィードバック信号ＶＱ＿ＮＥＴのフィルター済みバージョンでパワー・イクスポート要求信号Ｐ＊を割ることにより行うことができる。
【００９４】
制限されたクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭ（つまり、制限ファンクションブロック５２の出力）は、電流コントローラ５８に対する入力である。このネットワークブリッジ１４のための電流コントローラ５８は、２つのレギュレータを有し、その１つは直軸で操作され、他の１つはクォドラント軸で操作される。全体として、電流コントローラ５８は、クォドラント軸ネットワーク電圧ＶＱ＿ＮＥＴと整合した同期参照フレーム内で操作される。図５はネットワークブリッジ１４の全体的直接電流軸およびクォドラント軸電流レギュレータを示している。
【００９５】
制限されたクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭおよび制限された直軸電流要求信号ＩＤ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭ（すなわち、制限ブロック６６の出力）に加えて、電流コントローラ５８もクォドラント軸電流フィードバック信号ＩＱ＿ＮＥＴおよび直軸電流フィードバック信号ＩＤ＿ＮＥＴが供給され、これら信号はネットワークブリッジ相電流ＩＲ，ＩＹおよびＩＢの測定から得られる。静止参照フレーム内の３相成分からの同期参照フレーム内の直接／クォドラント成分への変換は結合Ｃｌａｒｋｅ／Ｐａｒｋ変換ブロック７０を使用して達成される。この変換は、変換のためネットワーク電圧角度θＭＡＩＮＳを使用する。
【００９６】
電流コントローラ５８は、制限された直軸電流要求信号ＩＤ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭを直軸電流フィードバック信号ＩＤ＿ＮＥＴと比較し、制限されたクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭをクォドラント軸電流フィードバック信号ＩＱ＿ＮＥＴと比較し、得られた誤差をＰＩコントローラに適用することにより操作される。このＰＩコントローラからの出力は次に、電流要求と、ネットワーク側回路インピーダンス値との積から得られるクロス・カップリング信号と合計され、直接およびクォドラント軸、ＶＤ＿ＮＥＴ＊およびＶＱ＿ＮＥＴ＊のそれぞれについての合計出力電圧を生じさせる。クロス・カップリング用語（ｔｅｒｍｓ）が図５に示されており、これらは定常状態の総体的ネットワーク回路についての標準電圧等式にエミュレートされている。クロス・カップリング用語について述べると、ＬＮはネットワークフィルターインダクタンスであり、ＷＮはネットワークブリッジ波形の周波数である。
【００９７】
電流コントローラ５８からの最終電圧出力、ＶＤ＿ＮＥＴ＊およびＶＱ＿ＮＥＴ＊は、コオージネート・コンバータ６４を使用してデカルト座標から極座標に変換される。合計電圧の大きさ、Ｖ＿ＮＥＴ＊は以下の等式により計算される：
【００９８】
Ｖ＿ＮＥＴ＊＝（ＶＤ＿ＮＥＴ＊２＋ＶＱ＿ＮＥＴ＊２）１／２
【００９９】
その結果はゲート駆動コマンド信号コントローラ６２に供給される。合計電圧の大きさＶ＿ＧＥＮ＊と、クォドラント軸電圧ＶＱ＿ＮＥＴ＊との間の角度はθ＿ＮＥＴであり、ＶＤ＿ＮＥＴ＊／ＶＱ＿ＮＥＴ＊の逆正接から以下のようにして計算される。
【０１００】
θ＿ＮＥＴ＝ａｒｃｔａｎ［（ＶＤ＿ＮＥＴ＊）／（ＶＱ＿ＮＥＴ＊）］
【０１０１】
合計電圧の大きさ、Ｖ＿ＮＥＴ＊と、クォドラント軸電圧ＶＱ＿ＮＥＴ＊との間の角度θ＿ＮＥＴはネットワーク電圧角度θＭＡＩＮＳに加えられ、合計電圧がトータルネットワーク側回路に対しネットワークブリッジ１４により印加されるべき合計電圧の角度が決定される。
【０１０２】
ネットワークブリッジ１４の個々の信号ＲＵ，ＲＬ，ＹＵ，ＹＬ，ＢＵおよびＢＬを生じさせる３相Ｒ、ＹおよびＢのための個々の上方（Ｕ）および下方（Ｌ）ゲート駆動コマンド信号は、合計電圧の大きさ、Ｖ＿ＮＥＴ＊と、角度θ＿ＮＥＴおよび角度θＭＡＩＮＳの合計と、パルス幅変調周波数とを使用してパルス幅変調発電機内で計算される。ｄｃリンク電圧フィードバック信号ＶＤＣ_ＦＢも、これらＰＷＭの計算に因数分解される。このｄｃリンク電圧フィードバック信号ＶＤＣ_ＦＢは、独立したコントローラがネットワークブリッジ１４および発電機ブリッジ１０に対しそれぞれ使用されるときに別々に得ることができる。これは、発電機ブリッジ１０およびネットワークブリッジ１４が物理的に互いに離れていて、各ブリッジのｄｃリンクキャパシタンス間に有意なインダクタンスが存在する場合に特に必要となる。独立して得られたｄｃリンク電圧フィードバック信号が各ブリッジに提供される場合に、以下のような置換がなされることが容易に理解されるであろう。
【０１０３】
ネットワークブリッジ１４について：ＶＤＣ_ＦＢ＝ＶＤＣ_ＦＢ＿ＮＥＴ
発電機ブリッジ１０について：ＶＤＣ_ＦＢ＝ＶＤＣ_ＦＢ＿ＧＥＮ
【０１０４】
ネットワーク電圧ディップが生じる場合、制限ブロック６６はその熱的制限に基づいてネットワークブリッジ１４からクォドラント軸および直軸への利用可能な電流の各割り当てを計算すると共に、最大発電機ｄｃリンク電流ＩＤＣ＿ＬＩＭを計算する。ネットワークブリッジコントローラ４６から発電機ブリッジコントローラ１８に供給される信号ＩＤＣ＿ＬＩＭは、発電機ブリッジ１０により中間ｄｃリンク１２へ提供することができる電流のレベルを迅速に設定するのに使用される。
【０１０５】
異なる要求が、作用性又は反作用性電流出力およびディップ量の関数として要求される反作用性電流のパーセントに優先順位を与えるところの種々のネットワークコードに存在する。言い換えれば、パワーコンバータの動作は、異なる国又は地域での操作のためにどのようにしてパラメータ化するかに左右される。
【０１０６】
全体として、パワーコンバータの操作は、前述の従来のパワーコンバータの操作とは基本的に異なるものである。なぜならば、発電機４からの電力の流れを直接的に制御することによりネットワーク電圧ディップの間においてｄｃリンク１２の制御を維持するからである。ネットワーク電圧ディップの間においてｄｃリンク電圧の制御を維持することにより、ネットワークブリッジ１４からの必要とする反作用性電流出力を維持することが可能となりパワーネットワークの電圧支持要求を満たすことができる。
【０１０７】
ネットワーク電圧ディップの間において、ネットワークブリッジｄｃリンク電圧コントローラ（ＰＩコントローラ５０と、先行するサミングノードとの組合せ）はパワーコンバータシステムの親装置となり、電力制限およびｄｃリンク電流制限信号の双方を、ネットワーク電圧ディップの大きさに基づいて、ネットワークブリッジ１４および発電機ブリッジ１０の双方にそれぞれ割り当てる。
【０１０８】
ｄｃリンク１２からの電力の移送はネットワークブリッジ１４に適用されるパワー・レファレンシング（ｐｏｗｅｒ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）により決定される。ｄｃリンク１２から移送される電力（排出する）が大きれば大きいほど、発電機ブリッジ１０はこれに反応して、発電機４からより多くの電力を取出しｄｃリンクを再び満たすことになる。これは、発電機ブリッジに適用されるトルク要求の結果としてｄｃリンク電圧を増大させるため電力をｄｃリンクに積み込むようにした従来の４−クォドラント軸パワーコンバータとは全く対照的なものである。ネットワークへの電力の移送は、ｄｃリンク電圧がネットワークブリッジ電圧要求を超えたとき、ネットワークブリッジコントローラの作用により決定される。
【０１０９】
パワーコンバータの操作：
前記パワーコンバータトポロジーの１つの可能な履行は以下のようにして行われる。始動時において、ｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊が１０５０ボルトに設定される。ネットワークブリッジ１４内の半導体パワースイッチ装置が動作可能となり、ネットワークブリッジコントローラ４６の制御のもとで、ｄｃリンク電圧を１０５０ボルトに上昇させる。これは殆どの場合、電源ネットワークからｄｃリンク１２への電力の輸入を必要とし、そのため、クォドラント軸電流要求出力信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊により、この始動状態において電力潮流がｄｃリンクに流れることになる。
【０１１０】
同時に、発電機ブリッジコントローラ１８に適用されるｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊が１１００ボルトに設定される。
【０１１１】
風が吹き、風力タービン２が回転していると仮定すると、発電機ブリッジ１０が稼動すると、それが直軸電流ＩＤ＿ＧＥＮを制御し、通常の速度条件のため発電機４において必要な磁束が達成されクォドラント軸電流ＩＱ＿ＧＥＮが発電機ブリッジ１０の制御下で調整され、１１００ボルトのｄｃリンク電圧の目的が達成される。
【０１１２】
ｄｃリンク電圧が上昇し１１００ボルトの目的が達成されると、それがネットワークブリッジ１４のためのｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊を超えることになる。その結果、電圧フィードバック信号ＶＤＣ＿ＦＢからｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊を引いたときにネットワークブリッジコントローラ４６によって得られるエラー信号が作用し、電力がｄｃリンク１２から電源ネットワークに移され、この電力移動の大きさは、パワー・イクスポート要求信号Ｐ＊から得られる信号により制限される（制限ファンクションブロック５２）。速度センサー信号Ｎがフィルターにかけられ、第１のフィルター済み速度信号Ｎ′および第２のフィルター済み速度信号Ｎ′２が提供される。この第２のフィルター済み速度信号Ｎ′２に適用されたダンピング利得ＫＤはタービン駆動トレインにおけるシャフト共鳴の減衰（ダンピング）を提供するものとなる。第１のフィルター済み速度信号Ｎ′は、予備計算されたＰ＊対Ｎ′ルックアップ表５６に対するポインターとして使用される。ルックアップ表５６から得られたパワー・イクスポート要求信号Ｐ＊はネットワークブリッジ１４のためのパワーコントローラ４６に適用される。この適用されたパワー・イクスポート要求信号Ｐ＊は通常のクォドラント軸電圧ＶＱ＿ＮＥＴにより分割され、制限信号を得て、これがネットワークブリッジ１４のためのｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊から得られるクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊に適用される。
【０１１３】
ネットワーク電圧ディップが生じた場合、ネットワークブリッジコントローラ４６の作用および反作用軸に対する定格出力パワーの割当て（ＶＡ）が、風力タービンがパラメータ化される特定のネットワークコードの要求に沿って決定される。見掛けの電力制限が、ネットワーク電圧フィードバック回路およびネットワークインバータ・オーバーロード電流定格Ｉ＿ＯＶＥＲＬＯＡＤによる測定により通常の電圧Ｖ＿ＮＥＴから計算される。より具体的には：
【０１１４】
見掛けの電力制限＝３１／２（Ｖ＿ＮＥＴ×Ｉ＿ＯＶＥＲＬＯＡＤ）
【０１１５】
図４において、入力ＤＲＩＶＥ  ＲＡＴＩＮＧは上記等式においてＩ＿ＯＶＥＲＬＯＡＤと等価のものである。
【０１１６】
パワーコンバータは風速の変化に調和して力学的に操作される。例えば、風速が増大した場合、風力タービン２の回転速度も増大することになり、それにより増大するパワー・イクスポート要求信号Ｐ＊がネットワークブリッジコントローラ４６に対し提供されることになる。ネットワークブリッジコントローラ４６は、ネットワークブリッジ１４に対し、ｄｃリンク１２から、より多くの電力を電源ネットワークに送り出すよう働きかける。電源ネットワークに送り出された電力量の増加は、ｄｃリンク電圧の降下につながる。ｄｃリンク電圧コントローラ７６（ＰＩコントローラ２０および先行するサミングノードからなる）の作用により、発電機ブリッジコントローラ１８のこのｄｃリンク電圧降下に応答し、発電機ブリッジ１０を以ってして、発電機４からより多くの電力を引出させ、新たな定常状態（すなわち、ネットワークブリッジ１４から電源ネットワークに供給される電力量が発電機４から発電機ブリッジ１０に供給される電力量と等しくなるまで）が達成するまでより多くの電流をｄｃリンク１２に提供する。この定常状態において、ｄｃリンク電圧はｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊と合致している。風速が減速した場合は、上記と逆の制御作用が行われる。
【０１１７】
同じ風速増大条件下で、米国特許５０８３０３９に記載されているパワーコンバータでは、発電機ブリッジコントローラに供給されるトルク要求信号が変更され、増大する発電機トルクを生じさせ、それにより、発電機ブリッジを介しての発電機からｄｃリンクへの電力潮流を増加させている。これによりｄｃリンク電圧の増加が生じることになる。ついで、ネットワークブリッジコントローラが、ｄｃリンク電圧コントローラの作用によりｄｃリンク電圧の増加に応答し、電力量を増大させ、それが電源ネットワークに送り出され、それによりｄｃリンク電圧を、その基準値に減少させるようになっている。
【０１１８】
従って、米国特許５０８３０３９は、風速の増加に応答して、より多くの電力潮流が発電機からパワーコンバータを介してｄｃリンク内に押込まれ、二次的応答が電力を、ネットワークブリッジを介してｄｃリンクから電源ネットワーク内に送り出すようにする状況を記載するものである。しかし、本発明のパワーコンバータはこれとは反対の様式で操作されるものである。すなわち、風速の増加に応答して、より多くの電力がネットワークブリッジ１４によりｄｃリンク１２の外へ引出され、二次的応答が電力を、発電機ブリッジ１０を介して発電機４からｄｃリンクへ流入させ、それにより多くの電流をｄｃリンク内に達成させるものである。
【０１１９】
他のパワーコンバータトポロジー：
２つの異なるパワーコンバータ構成の基本的トポロジーを図８−１４を参照して概説する。これらの他の例に係わるパワーコンバータは図１のパワーコンバータと非常に類似しており、類似の部位については同一の参照符号を付されている。これら別例のパワーコンバータのトポロジーの目的は、図１に示すパワーコンバータの１ないし３つの特徴を省略するものである。すなわち、ｉ）ネットワークブリッジ１４のためのｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊およびそれに関連する電圧フィードバック信号ＶＤＣ＿ＦＢおよびＰＩコントローラ５０；（ii）ネットワークブリッジコントローラ４６から供給される信号ＩＤＣ＿ＬＩＭであって、グリッド損傷状態の間にｄｃリンク電流要求信号ＩＤＣ＿ＧＥＭ＊を制限するのに使用されるもの；（iii）電流コントローラ２６により発生するパワーフィードフォワード信号ＰＯＷＥＲ＿ＦＦである。
【０１２０】
第１の別のパワーコンバータトポロジーでは、ネットワークブリッジ１４のためのｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＮＥＴ＊、その関連の電圧フィードバック信号ＶＤＣ＿ＦＢ並びにＰＩコントローラ５０の構成が省略されている。更に、信号ＩＤＣ＿ＬＩＭの作用を新しいフィードフォワード信号ＩＤＣ＿ＦＦで置き換えることにより変更している。変更されたパワーフィードフォワード信号ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ′は活動を維持するが、電源ネットワーク電圧ディップの状態の間にネットワークブリッジコントローラ４６により使用されるだけである。この場合だけ、変更されたパワーフィードフォワード信号ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ′は、他に記載された標準パワーフィードフォワード信号ＰＯＷＥＲ＿ＦＦマイナスｄｃリンク電圧コントローラ７６のＰＩコントローラ２０の出力から計算される。これが図９に示されている。この変更されたパワーフィードフォワード信号ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ′は、電源ネットワーク電圧ディップの間において、ネットワークブリッジ１４のＩＱ容量に関係する信号（ＩＱ＿ＣＡＰＡＣＩＴＹとラベルされている）並びに電力制限ＰＯＷＥＲ＿ＬＩＭＩＴ更に通常のネットワーク電圧ＶＱ＿ＮＥＴの大きさに関係する信号と共に、ネットワークブリッジコントローラ４６にて、電源ネットワーク電圧ディップの状況の間に使用される制限されたクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭを計算するのに使用される。この場合、信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭについてのノーマル・ソース（ｎｏｒｍａｌ  ｓｏｕｒｃｅ）は無視される。
【０１２１】
ネットワークブリッジＶＤＣ＿ＮＥＴ＊のためのｄｃリンク電圧要求信号が省略されたトポロジーにおいて、ネットワークブリッジ１４に対し、ネットワーク電圧を使用して電圧を印加させることができる。ｄｃリンク電圧は、通常、［２ＸＶＬＬ］１／２（すなわち、ネットワークブリッジ１４のａｃ端子でのライン・ツー・ライン電圧）であるネットワーク電圧の修正値により決定することができる。これによりｄｃ電力供給が確立され、そこから発電機ブリッジコントローラ１８およびネットワークブリッジコントローラ４６のためのマイクロプロセッサーなどの補助回路、発電機ブリッジ１０およびネットワークブリッジ１４のためのゲート駆動電力を得ることができる。このｄｃリンク電圧は、ついで、発電機４のフラキシング（ｆｌｕｘｉｎｇ）を提供するのに使用可能となり、それを制御することができる。
【０１２２】
風が吹き、風力タービン２が回転していると仮定すると、発電機４は始動し、ｄｃリンク１２に電力を供給することができ、ｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊に等しいｄｃリンク電圧が達成される。
【０１２３】
次に、この第１の別のパワーコンバータ構成の基本的トポロジーを図８ないし１０を参照して説明する。この構成において、発電機ブリッジコントローラ１８のｄｃリンク電圧コントローラ７６は全ての操作条件下でアクティブな状態に維持される。定常状態条件下において、ｄｃリンク電圧コントローラ７６のＰＩコントローラ２０内のインテグラル・ターム（積分項；ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｔｅｒｍ）の作用が、ネットワークブリッジコントローラ４６からのフィードフォワード信号ＩＤＣ＿ＦＦの含有により縮小化される。電源ネットワーク電圧ディップの状況下において、フィードフォワード信号ＩＤＣ＿ＦＦは、電源ネットワーク電圧の変化に応答して発電機ブリッジ１４により提供されるｄｃ電流量についての情報を提供する。この信号ＩＤＣ＿ＦＦはファンクションブロック９０内で計算される。これらの構成要素を含めることにより、電源ネットワーク電圧ディップの間のｄｃリンク電圧の変化が小さくなる。更に、ｄｃリンク電圧コントローラ７６のＰＩコントローラ２０内のインテグラル・タームにより要求される作用も小さくなり、従って、定常状態操作を達成するために正しい値の積分値を増減するために要する実際のｄｃリンク電圧の偏差を可なり小さくすることができる。
【０１２４】
第２の別のパワーコンバータ構成の基本的トポロジーを図１１−１４を参照して概説する。この構成においては、ネットワークブリッジコントローラ４６のｄｃリンク電圧が上述同様に省略されている。
【０１２５】
この第２の別のパワーコントローラ構成の発電機ブリッジ１０のためのｄｃリンク制御についての第１の選択について図１１および１２を参照して説明する。図１のパワーコンバータにおける信号ＩＤＣ＿ＬＩＭの目的は、通常のネットワーク電圧状態および電力スループットレベルについての臨界的情報を発電機ブリッジコントローラ１８へ移送させることである。これは、電力スループット容量がきびしく制限されている電源ネットワーク電圧ディップの間において重要である。この別のパワーコンバータにおいて、信号ＩＤＣ＿ＬＩＭは、発電機ブリッジコントローラ１８によってのみ使用される推定信号ＩＤＣ＿ＮＥＴ′によって置換される。
【０１２６】
この推定信号ＩＤＣ＿ＮＥＴ′は発電機ブリッジコントローラ１８により利用可能な情報から以下の等式により計算される：
【０１２７】
ＩＤＣ＿ＮＥＴ′＝［（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ）／（ＶＤＣ＿ＦＢ）］−Ｉ＿ＣＡＰ
【０１２８】
この第２の別のパワーコンバータにおいて、発電機電力信号ＰＯＷＥＲ＿ＦＦは、図３に示すように、以下の等式を用いて発電機ブリッジコントローラ１８の電流コントローラ２６から得られる。
【０１２９】
ＰＯＷＥＲ＿ＦＦ＝３１／２（ＶＱ＿ＧＥＮ＊×ＩＱ＿ＧＥＮ＋ＶＤ＿ＧＥＮ＊×ＩＤ＿ＧＥＮ）
【０１３０】
しかし、発電機電力信号ＰＯＷＥＲ＿ＦＦはネットワークブリッジコントローラ４６へは供給されずに、推定信号ＩＤＣ＿ＮＥＴ′の偏差において発電機ブリッジコントローラ１８によってのみ使用される。（ＰＯＷＥＲ＿ＦＦはここでは、図２に示す第１の構成のＰＯＷＥＲ＿ＦＦと同じ偏差を有する。ＰＯＷＥＲ＿ＦＦのラベルは本明細書においては一貫して同一であるが、この場合の信号は文字通りの電力フォワード信号ではない）。推定信号ＩＤＣ＿ＮＥＴ′は、ネットワークブリッジ１４が電源ネットワークに対し移送しているという有効ｄｃ電流を示唆するのに使用されるが、それは発電機ブリッジ１０の状態から計算される。
【０１３１】
発電機電力信号ＰＯＷＥＲ＿ＦＦを電圧フィードバック信号ＶＤＣ＿ＦＢで割ることにより発電機ブリッジ１０からｄｃリンク１２へ供給されている有効ｄｃ電流が得られる。
【０１３２】
ｄｃリンク１２におけるバルクコンデンサー８２の充電（又は放電）の測定は、バルクコンデンサーと同時に小さなコンデンサー７８を加え、電流センサー８０を使用してこの小さなコンデンサー中の電流を測定し、この小さなコンデンサーのキャパシタンスとｄｃリンク１２のトータルキャパシタンスとの比に関係するファクターにより測定された電流をスケールし直すことにより達成することができる。電流信号Ｉ＿ＣＡＰの符号は、バルクコンデンサー８２が充電されているときはプラスであり、放電されているときはマイナスである。バルクコンデンサー８２中を流れる電流が切換え波形であるから、フルパルス幅変調（ＰＷＭ）周期上の電流を積分する必要がある。
【０１３３】
推定信号ＩＤＣ＿ＮＥＴ′は図１２に示すサミング（加算）・ノードにおいてｄｃリンク電圧コントローラ７６の出力に加えられる。
【０１３４】
電源ネットワーク電圧ディップが生じたとき、第１の例において、発電機ブリッジ１０は、ネットワークブリッジ１４が先の割合で電力を電源ネットワークに送ることが最早出来ないことを知らされていない。発電機４から送入されているものと、電源ネットワークへ送出されているものとの間の余剰の電流がバルクコンデンサー８２を充電し、電流信号Ｉ＿ＣＡＰから得られるバルクコンデンサー充電電流上に増加している符号として示される。推定信号ＩＤＣ＿ＮＥＴ′がついで再計算され、ｄｃリンク電圧コントローラ７６の出力に加えられている信号を変更し、それにより電源ネットワーク電圧ディップの間に発電機４から送入されている実際の電力が変更される。
【０１３５】
発電機ブリッジ１０のバルクｄｃリンクキャパシタンスおよびネットワークブリッジ１４が可なりの距離を以って分離されているような場合、この２つの分断されたバルクコンデンサーの間の共鳴を生じさせるブリッジ間インダクタンスが存在することがある。この場合、小さなコンデンサー７８を、分断されたバルクコンデンサーのキャパシタンスとブリッジ間インダクタンスとの組合せと同一の共鳴周波数を達成するように選択された２つのコンデンサーおよびインダクターのネットワークにより置換えてもよい。ついで、電流が小さなコンデンサーの双方を流れる電流として測定され、これらの間の全ての共鳴は、この測定プロセスにより解消される。
【０１３６】
ネットワークブリッジ１４のための電力制御について図１３を参照して詳述する。
【０１３７】
ＩＱ＿ＣＡＰＡＣＩＴＹは、駆動定格パラメータおよび通常のネットワーク電圧ＶＱ＿ＮＥＴに関係する信号である。なお、発電機ブリッジ１０および発電機ブリッジコントローラ１８が一緒で、操作条件の変化に対し限定された応答時間を有するということを理解されたい。ネットワークブリッジコントローラ４６内でこれを考慮に入れるため、ＩＱ＿ＣＡＰＡＣＩＴＹ信号がスルーレイト（単位時間当りの変化率；ｓｌｅｗ  ｒａｔｅ）について制限され、制限されたクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭを生じさせ、これが電源ネットワーク電圧ディップの間にのみ適用される。このスルーレイト制限は整調され、それにより電力が発電機ブリッジ１０内で減少するのと同じ割合で、この制限されたクォドラント軸電流要求ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭが減少することになる。電源ネットワーク電圧ディップの間に生じるｄｃリンク電圧妨害が小さくなったとき、上記スルーレイト制限は正しく整調される。
【０１３８】
スイッチ８４は、ＤＩＰ＿ＤＥＴＥＣＴ＝１のとき（特定のネットワーク電圧状態およびネットワークブリッジコントローラ４６のパラメータ化を参照して制限ブロック８６により電源ネットワーク電圧ディップの存在が決定されたとき）、スルーレイト制限ファンクションから出力を受理する。さもなければ、ＤＩＰ＿ＤＥＴＥＣＴ＝０である通常の操作状況において、クォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊が通常のネットワーク電圧ＶＱ＿ＮＥＴから得られ、極限電力制限ＰＯＷＥＲ＿ＬＩＭＩＴが図１２に示す駆動パラメータにより決定される。クォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊はパワー・イクスポート要求信号Ｐ＊および通常のネットワーク電圧ＶＱ＿ＮＥＴにより決定されるクランプファンクション（ｃｌａｍｐ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）により制限される。ＤＩＰ＿ＤＥＴＥＣＴ＝０である場合、クランプファンクションの出力がクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭとして電流コントローラ５８に適用される。
【０１３９】
制限ブロック８６は、電源ネットワーク電圧ディップにおいて、制限された直軸電流要求信号ＩＤ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭを電流コントローラ５８に提供する。通常の操作において、直軸電流要求信号ＩＤ＿ＮＥＴ＊は制限された直軸電流要求信号ＩＤ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭとして電流コントローラ５８に直接供給される。
【０１４０】
第２の別のパワーコントローラ構成の発電機ブリッジ１０のためのｄｃリンク制御の第２の選択を図１１および１４を参照して説明する。
【０１４１】
パワーコンバータが例えば、最大能力で操作されているとすると、ｄｃリンク電圧コントローラ７６のＰＩコントローラ２０の積分値は可なりの値を有するものとなる。あらゆる他の構成を欠如している場合、ネットワーク電圧ディップの際に、ｄｃリンク電圧エラーが発生し、この積分値を排除ないしリセットすることになる。このようなｄｃリンク電圧エラーはポジティブの電圧過渡現象となり、有限ハードウエア電圧制限のため生じるｄｃリンク過電圧トリップ（ｔｒｉｐ）が発生する危険性を伴う。
【０１４２】
電源ネットワーク電圧ディップの間において、ｄｃリンク電圧を示唆する電圧フィードバック信号ＶＤＣ＿ＦＢの変化の割合（ｄＶＤＣ＿ＦＢ／ｄｔとして表される）が、パワーコンバータの正常な操作の間に経験するものよりも可なり大きくなる。もし、ｄＶＤＣ＿ＦＢ／ｄｔが閾値よりも大きいときは、電力を送出するネットワークブリッジ１４の能力に何らかの悪影響が及んだものと推測され、それは恐らく、ネットワーク電圧が減少した場合である。
【０１４３】
図１４に示したｄｃリンク制御についての第２の選択は、電圧フィードバック信号ＶＤＣ＿ＦＢが第１の閾値（ＶＤＣ＿ＦＢ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ）より大きく、ｄＶＤＣ＿ＦＢ／ｄｔが第２の閾値（ｄＶＤＣ＿ＦＢ／ｄｔ＿ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ）より大きい場合に、ＰＩコントローラ２０の積分値は１より小さい値（この値は発電機ブリッジコントローラ１８のパラメータ化により決定される）で掛け算されたものとなるという決定に基づくものである。
【０１４４】
もしも、これらの閾値の要件が超えられ続くとすると、同じｄｃリンク制御作用が継続するＰＷＭスキャン（すなわち、単一のＰＷＭスキャンは制御プログラムの１つの繰返しを表す）に適用され、それによりＰＩコントローラ２０内の積分値が逐次減少することになる。
【０１４５】
この２つの閾値パラメータは風力タービンの特徴の認識に基づくものである：すなわち、正常操作における最大予想ｄＶＤＣ＿ＦＢ／ｄｔおよびグリッド損傷の際の予想されるｄＶＤＣ＿ＦＢ／ｄｔである。正常操作における最大予想ｄＶＤＣ＿ＦＢ／ｄｔはｄｃリンクキャパシタンスおよび駆動パラメータの知識を用いて計算することができる。
【０１４６】
別のパワーコンバータの操作：
図１１乃至１４に示した別のパワーコンバータトポロジーの１つの可能な操作として、以下のように実行することができる。始動時において、ｄｃリンク電圧が、図１１に示す変圧器６から適当なプレチャージ回路（図示しない）を用いて設定される。この時点において、ネットワークブリッジ１４内の半導体パワースイッチ装置が稼動しない状態に保たれる。
【０１４７】
発電機ブリッジコントローラ１８に適用されるｄｃリンク電圧要求信号ＶＤＣ＿ＧＥＮ＊が１１００ボルトに設定される。
【０１４８】
風が吹き、風力タービン２が回転していると仮定すると、発電機ブリッジ１０が稼動すると、それが直軸ＩＤ＿ＧＥＮを制御し、通常の速度条件のため発電機４において必要な磁束が達成されクォドラント軸電流ＩＱ＿ＧＥＮが発電機ブリッジ１０の制御下で調整され、１１００ボルトのｄｃリンク電圧の目的が達成される。
【０１４９】
パワー・イクスポート要求信号Ｐ＊がゼロに設定され、タービンネットワーク電圧コントローラ８８（より具体的には、ＰＩコントローラ４４）の出力がゼロに固定される。この時点において、ネットワークブリッジ１４内の半導体パワースイッチ装置は稼動状態になる。
【０１５０】
ネットワークブリッジ１４のａｃ端子で見られる電源ネットワーク電圧が正常範囲にある操作の正常モードにおいて、以下の制御作用が履行される。速度センサー信号Ｎがフィルターにかけられ、第１のフィルター済み速度信号Ｎ′および第２のフィルター済み速度信号Ｎ′２が提供される。この第２のフィルター済み速度信号Ｎ′２に適用されたダンピング利得ＫＤはタービン駆動トレインにおけるシャフト共鳴の減衰（ダンピング）を提供するものとなる。第１のフィルター済み速度信号Ｎ′は、予備計算されたＰ＊対Ｎ′ルックアップ表５６に対するポインターとして使用される。ルックアップ表５６から得られたパワー・イクスポート要求信号Ｐ＊はネットワークブリッジ１４のためのパワーコントローラ４６に適用される。この適用されたパワー・イクスポート要求信号Ｐ＊は通常のクォドラント軸ネットワーク電圧ＶＱ＿ＮＥＴにより分割され、制限信号を得る。この制限信号はクランプファンクションを介してクォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊に適用され、クォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊＿ＬＩＭが形成される。
【０１５１】
この操作モードにおいて、クォドラント軸電流要求信号ＩＱ＿ＮＥＴ＊はパワー・イクスポート要求信号Ｐ＊から得られる最大値より大きい値に設定され、上記ダンピングファンクションをアクティブな状態に維持させる。
【０１５２】
ネットワーク電圧ディップが生じた場合、ネットワークブリッジコントローラ４６の作用および反作用軸に対する定格出力パワーの割当て（ＶＡ）が、風力タービンがパラメータ化される特定のネットワークコードの要求に沿って決定される。
【０１５３】
パワーコンバータトポロジーの実際的履行：
このパワーコンバータトポロジー構成は以下のようにして履行することができる。発電機ブリッジ１０およびネットワークブリッジ１４を、適当な電力定格のＭＶ３０００液冷ＤＥＬＴＡインバータモジュールを使用して夫々履行することができる。これは、１１００Ｖのｄｃリンク電圧を生じさせる６９０Ｖａｃネットワークに対して好適なＩＧＢＴベース電圧源インバータである。発電機ブリッジコントローラ１８およびネットワークブリッジコントローラ４６はＭＶ３０００ＤＥＬＴＡコントローラを使用して夫々履行することができる。これはマイクロプロセッサーベース電子制御装置であり、そのためのファームウエアは、上記電力制御スキームを実現するのに要する機能性が組み込まれている。このマイクロプロセッサーは、コントローラのパルス幅変調（ＰＷＭ）周波数に関係する固定時間ベース（時折、“スキャンタイム”と呼ばれる）で操作される。これら製品の全ては、Ｃｏｎｖｅｒｔｅａｍ社（Ｂｏｕｇｈｔｏｎ  Ｒｏａｄ，  Ｒｕｇｂｙ，  Ｗａｒｗｉｃｋｓｈｉｒｅ，  ＣＶ２１  １ＢＵ）から入手することができる。
【０１５４】
パワーコンバータトポロジーに対する可能な変更：
上記提案のパワーコンバータは、誘導発電機４が永久磁石又は巻線磁界型同期発電機で置換された場合でも、同様にして配置させることができる。巻線磁界型同期発電機が使用される場合は、発電機に対する付加的磁界励起入力を一般的に使用することができ、それにより主フラックスに対しゼロに設定されている直軸ステータ電流要求信号を提供してもよい。高い動力学的及び/又は磁界微弱化状況の場合は、直軸ステータ電流要求信号をゼロ以外の値に設定し、発電機内のフラックスをより迅速に調整するようにしてもよい。一般に、発電機は３相機械であるが、その他の数の相のものを使用することもできる。パワーコンバータは、上述の２レベルインバータ構成に代って、多レベルインバータで操作されるようアレンジすることもできる。
【０１５５】
上述のコントローラ構成は発電機ブリッジコントローラ１８からネットワークブリッジコントローラ４６に対して（又はその逆）送られる制御信号により協調された２つの独立したコントローラを提案しているが、物理的に１つのコントローラに、これらコントローラの機能性を合体させても同じく適切なものとなるであろう。同様にこの機能性は、パワーコンバータの実際的履行に好便であれば、３つ以上のコントローラに広げて設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明に係わるパワーコンバータが可変速発電機を駆動する風力タービンと、固定周波数電源ネットワークとの間の調和にどのように使用されるかを示す模式図。
【図２】図１に示す発電機ブリッジ（能動整流器）のためのｄｃリンク制御の詳細を示す模式図。
【図３】図１に示す発電機ブリッジ（能動整流器）のための電流制御の詳細を示す模式図。
【図４】図１に示す発電機ブリッジ（インバータ）のための電力制御の詳細を示す模式図。
【図５】図１に示す発電機ブリッジ（インバータ）のための電流制御の詳細を示す模式図。
【図６】本発明に係わる多数のパワーコンバータが電源ネットワークに対しどのようにして並列に接続され、風力発電地帯を形成するかを示す模式図。
【図７】風力発電地帯の全体的電圧制御を示す模式図。
【図８】本発明に係わる第１の別のパワーコンバータが可変速発電機を駆動する風力タービンと、固定周波数電源ネットワークとの間の調和にどのように使用されるかを示す模式図。
【図９】図８に示す発電機ブリッジ（能動整流器）のためのｄｃリンク電圧および付随的電流制御の詳細を示す模式図。
【図１０】図８に示すネットワークブリッジ（能動整流器）のための電力制御、ネットワーク電圧制御および付随的電流制御の詳細を示す模式図。
【図１１】本発明に係わる第２の別のパワーコンバータが可変速発電機を駆動する風力タービンと、固定周波数電源ネットワークとの間の調和にどのように使用されるかを示す模式図。
【図１２】図１１に示す発電機ブリッジ（能動整流器）のためのｄｃリンク制御についての第１の選択の詳細を示す模式図。
【図１３】図１１に示すネットワークブリッジ（インバータ）のための電力制御の詳細を示す模式図。
【図１４】図１１に示す発電機ブリッジ（能動整流器）のためのｄｃリンク制御についての第２の選択の詳細を示す模式図。
【符号の説明】
【０１５７】
１ａ−１ｄ    パワーコンバータ
２    風力タービン
４    発電機
６ａ−６ｄ    ステップアップ変圧器
８    ギアボックス
１０    発電機ブリッジ
１２    ｄｃリンク
１４    ネットワークブリッジ
１６ａ−１６ｄ        フィルター
１８    発電機ブリッジコントローラ
２０    ＰＩコントローラ
２２    ファンクションブロック
２４    ＩＱ＿ＧＥＮ＊制限ファンクションブロック
２６    電流コントローラ
２８    オブザーバー関数
３０    パルス幅変調発電機
５０    ＰＩコントローラ
５８    電流コントローラ
７４    ステップアップ変圧器
７６    ｄｃリンク電圧コントローラ
【図１】
2009516488.tif 000004
【図２】
2009516488.tif 000005
【図３】
2009516488.tif 000006
【図４】
2009516488.tif 000007
【図５】
2009516488.tif 000008
【図６】
2009516488.tif 000009
【図７】
2009516488.tif 000010
【図８】
2009516488.tif 000011
【図９】
2009516488.tif 000012
【図１０】
2009516488.tif 000013
【図１１】
2009516488.tif 000014
【図１２】
2009516488.tif 000015
【図１３】
2009516488.tif 000016
【図１４】
2009516488.tif 000017
【国際調査報告】
2009516488.tif 000018
2009516488.tif 000019
2009516488.tif 000020