(57)【要約】【課題】  二次励磁型発電機の励磁用電力変換器を過電流から保護し、さらに電力変換器の運転継続性を確保する。【解決手段】  本発明の二次励磁用電力変換装置は、励磁用の電力変換器と連系用の電力変換器の直流側とが接続し、励磁用の電力変換器の交流側が第１のインピーダンスを介して二次励磁発電機の二次巻線に接続し、励磁用の電力変換器と連系用の電力変換器の直流接続部分に直流側を並列に接続し、前記二次励磁発電機の二次巻線に第１のインピーダンスより小さな第２のインピーダンスを介して交流側を接続した、ダイオード整流装置を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子側を電力系統に接続した二次励磁発電機の二次巻線を交流励磁する交流励磁用電力変換器と、該交流励磁用電力変換器の制御装置とを備えた二次励磁用電力変換装置において、
前記交流励磁用電力変換器が、励磁用の第１の電力変換器と連系用の第２の電力変換器とを備え、該第１の電力変換器の直流側と第２の電力変換器の直流側とが接続し、
前記第１の電力変換器の交流側が第１のインピーダンスを介して前記二次励磁発電機の二次巻線に接続しており、
前記第１の電力変換器と第２の電力変換器の直流接続部分に直流側を並列に接続し、前記二次励磁発電機の二次巻線に第２のインピーダンスを介して交流側が接続した整流装置を備えたことを特徴とする二次励磁用電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の二次励磁用電力変換装置において、前記第１のインピーダンスと第２のインピーダンスとがリアクトルであることを特徴とする二次励磁用電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の二次励磁用電力変換装置において、前記第１のインピーダンスの値が第２のインピーダンスより大きいことを特徴とする二次励磁用電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の二次励磁用電力変換装置において、前記整流装置がダイオード整流装置であることを特徴とする二次励磁用電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の二次励磁用電力変換装置において、前記整流装置の直流側にエネルギー消費手段を接続したことを特徴とする二次励磁用電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の二次励磁用電力変換装置において、
前記制御装置が、前記エネルギー消費手段を用いて前記整流装置の直流側電圧を所定値以下に制御することを特徴とする二次励磁用電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の二次励磁用電力変換装置において、
前記交流励磁用電力変換器が、前記二次励磁発電機の二次巻線に前記第２のインピーダンスを介してダイオード整流器の交流側を接続する端子と、前記第１の電力変換器の直流側と第２の電力変換器の直流側を接続した直流部分に前記ダイオード整流器の直流側を接続する端子とを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
固定子側を電力系統に接続した二次励磁発電機と、該二次励磁発電機の二次巻線を交流励磁する交流励磁用電力変換器と、該交流励磁用電力変換器の制御装置とを備えた二次励磁発電装置において、
前記交流励磁用電力変換器が、励磁用の第１の電力変換器と連系用の第２の電力変換器とを備え、該第１の電力変換器の直流側と第２の電力変換器の直流側とが接続し、
前記第１の電力変換器の交流側が第１のリアクトルを介して前記二次励磁発電機の二次巻線に接続しており、
前記第１の電力変換器と第２の電力変換器の直流接続部分に直流側を並列に接続し、前記二次励磁発電機の二次巻線に第２のリアクトルを介して交流側が接続した整流装置を備え、
前記第１のリアクトルのインピーダンスが、前記第２のリアクトルのインピーダンスより大きいことを特徴とする二次励磁発電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の二次励磁発電装置において、前記整流装置がダイオード整流器であることを特徴とする二次励磁発電装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の二次励磁発電装置において、
前記交流励磁用電力変換器が、前記二次励磁発電機の二次巻線に前記第２のリアクトルを介してダイオード整流器の交流側を接続する端子と、前記第１の電力変換器の直流側と第２の電力変換器の直流側を接続した直流部分に前記ダイオード整流器の直流側を接続する端子とを備えることを特徴とする二次励磁発電装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の二次励磁発電装置において、前記整流装置の直流側に半導体スイッチング素子と抵抗とを備えたエネルギー消費手段を接続したことを特徴とする二次励磁発電装置。
【請求項１２】
風車によって駆動される回転子と電力系統に接続した固定子とを備える二次励磁発電機と、該二次励磁発電機の二次巻線を交流励磁する交流励磁用電力変換器と、該交流励磁用電力変換器の制御装置とを備えた二次励磁風力発電装置において、
前記交流励磁用電力変換器が、励磁用の第１の電力変換器と連系用の第２の電力変換器とを備え、該第１の電力変換器の直流側と第２の電力変換器の直流側とが接続し、
前記第１の電力変換器の交流側が第１のリアクトルを介して前記二次励磁発電機の二次巻線に接続しており、
前記第１の電力変換器と第２の電力変換器の直流接続部分に直流側を並列に接続し、前記二次励磁発電機の二次巻線に第２のリアクトルを介して交流側が接続した整流装置を備え、
該整流装置の直流側に半導体スイッチング素子と抵抗とを備えたエネルギー消費手段を接続し、
前記第１のリアクトルのインピーダンスが、前記第２のリアクトルのインピーダンスより大きいことを特徴とする二次励磁風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の擾乱により二次励磁発電機の二次巻線に発生する過電流が電力変換装置に流れ込むことを抑制する、二次巻線の交流励磁用電力変換装置とそれを用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電装置に用いられる二次励磁発電機（巻線形誘導発電機）は、電力変換器で回転子巻線をすべり周波数で励磁することで、固定子側に系統周波数と同じ周波数の交流電圧を出力することができ、回転数を可変にできるとともに電力変換器の容量を発電機の容量にくらべて小さくできる利点がある。
【０００３】
電力系統の地絡事故などで電圧低下が発生すると、二次励磁発電機は事故点に電流を供給しようと動作する。このとき、二次側巻線に過大な電流が誘起され、二次側に接続した励磁用電力変換器に過大な電流が流れるため、それに耐えられるように電力変換器の素子容量を発電機定格と同程度またはそれ以上に大きくするか、二次巻線を短絡する交流リアクトルを設置する等の方法が用いられている。また、特許文献１には瞬時流入電力量に応じてオンする電力変換手段並列数を変更することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８４８６号公報（（０００４）段落の記載。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
交流リアクトルで二次巻線を短絡する場合には、電力変換器が一旦停止するので、再起動して再び電力を供給するために時間がかかる。また、電力変換器の容量を大きくするということは、システムのコストアップとなり、二次励磁形発電機を用いたシステムの特徴が損なわれる。また、交流リアクトルで二次巻線を短絡する場合には電力変換器は一旦停止して過大電流が除去されてから短絡回路を開放して再起動するため、再び電力を供給するために時間がかかる。
【０００６】
本発明の目的は、二次励磁形発電機の励磁用電力変換器を系統事故や系統擾乱により発生する過電流からの保護と電力変換器の運転継続とを両立できる二次励磁用電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、系統擾乱時に二次励磁発電機の二次巻線に発生する過電流を電力変換器に流さないようにするため、電力変換器と並列にリアクトルを介して整流装置を設置し、二次巻線から流れ込む過電流を整流装置に分流し、電力変換器へ流れ込む量を小さくする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電力変換装置は、系統擾乱時に二次励磁発電機の二次巻線に発生する過電流を電力変換器に流さないようにするため電力変換器の電流容量を小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明では、二次励磁発電機の励磁用電力変換器を系統擾乱による過電流から保護し、更に運転継続を実現するために、過電流処理装置である整流装置のインピーダンスを低くした。以下、本発明の詳細を図面を用いながら説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本実施例の装置構成を示す単線結線図である。ここでは風力発電装置の場合で説明するが、風車１０１以外の動力源を用いる場合にも適用できる。
【００１１】
まず、発電電力を出力する電気配線および装置について説明する。風力用の発電機Ｇｅｎは、二次励磁発電機（巻線形誘導発電機）であって、この発電機Ｇｅｎの固定子側（一次側）の３相交流出力は、外部信号によって開閉可能な電磁接触器ＣＴＴ１の二次側に接続される。また電磁接触器ＣＴＴ１の一次側は、電磁接触器ＣＴＴ２の一次側および遮断器ＢＲの二次側に接続される。遮断器ＢＲの一次側は図示しない電力系統に接続される。
【００１２】
遮断器ＢＲは、例えば、電流過大で遮断器を開放し電流を遮断する機能を具備し、遮断器ＢＲが投入されると風力発電装置の制御装置ＣＴＲＬに電源が供給される。系統事故時にも制御装置ＣＴＲＬに電力を供給するために無停電電源装置などの電池装置を用いる。
【００１３】
また、電磁接触器ＣＴＴ２の二次側は、デルタ結線されたコンデンサＣｎおよびリアクトルＬｎを介して連系用の電力変換器ＣＮＶの交流出力端に接続する。一方、連系用の電力変換器ＣＮＶの直流出力端は、直流の平滑コンデンサＣｄを介して励磁用の電力変換器ＩＮＶの直流出力端子に接続する。
【００１４】
連系用の電力変換器ＣＮＶおよび励磁用の電力変換器ＩＮＶは、例えば半導体の電力スイッチング素子（サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ）を用いて構成されており、それぞれ、交流を直流に変換または直流を交流に変換する機能を備える。
【００１５】
励磁用の電力変換器ＩＮＶの交流出力端子は、リアクトルＬｒおよびコンデンサＣｒを介して発電機Ｇｅｎの二次側巻線端子に接続される。
【００１６】
また、前記励磁用電力変換装置と並列に、リアクトルＬｘを介して整流装置ＲＥＣを発電機Ｇｅｎの二次側巻線端子に接続する。この整流装置ＲＥＣはその直流部分を前記電力変換器ＩＮＶの直流部分、例えば平滑コンデンサＣｄに接続し、さらに、電力半導体スイッチと抵抗とを備えたエネルギー消費装置ＬＯＤにも接続する。以下の説明では整流装置ＲＥＣがダイオード整流器を備えた場合を述べるが、ダイオード整流器に限らず、半導体の電力スイッチング素子（サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ）を用いても良い。また、本実施例では、発電機Ｇｅｎの回転子は、直接あるいはギアなどを介して風車１０１に接続されており、風車の回転に伴って回転するが、揚水発電などの水車や、ガスエンジンなどの内燃機、フライホイールなどの動力で回転する場合も同様である。
【００１７】
次に、発電電力を制御するための配線および装置について説明する。遮断器ＢＲの一次側の三相電圧および三相電流は、それぞれ電圧センサＰＴｓ、電流センサＣＴｓによりその値を低い電圧の信号Ｖｓ、Ｉｓに変換され、前記低電圧の信号が制御装置ＣＴＲＬに入力される。
【００１８】
また、電磁接触器ＣＴＴ１の二次側、すなわち電磁接触器ＣＴＴ１と発電機固定子との間の電圧は、電圧センサＰＴｇによりその値を低電圧の信号Ｖｇに変換され制御装置ＣＴＲＬに入力される。また、電磁接触器ＣＴＴ２の二次側、すなわち電磁接触器ＣＴＴ２と電力変換器ＣＮＶの間の三相電流は、電流センサＣＴｎによりその値を低電圧の信号Ｉｎに変換され、前記低電圧の信号が制御装置ＣＴＲＬに入力される。
【００１９】
また、発電機Ｇｅｎの回転数および位置を、位置検出器（例えばエンコーダ１０２）により検出し、位相信号ＰＬｒ（パルス列）を制御装置ＣＴＲＬに入力する。
【００２０】
また、前記電力変換器ＣＮＶ、ＩＮＶの直流部に接続された平滑コンデンサＣｄの電圧は、図示しない電圧センサにより、低い電圧の信号Ｅｄｃに変換され、この信号Ｅｄｃを制御装置ＣＴＲＬに入力する。
【００２１】
次に、図２を用いて制御装置ＣＴＲＬの機能について説明する。制御装置ＣＴＲＬは、電磁接触器ＣＴＴ１、ＣＴＴ２や電力変換器ＩＮＶ、ＣＮＶ、エネルギー消費装置ＬＯＤを信号Ｓｇ１、Ｓｇ２、Ｐｕｌｓｅ＿ｉｎｖ、Ｐｕｌｓｅ＿ｃｎｖ、Ｐｕｌｓｅ＿ＬＯＤで制御する。
【００２２】
連系用の電力変換器ＣＮＶは、風力発電装置が運転中かつ発電機Ｇｅｎが電磁接触器ＣＴＴ１にて電力系統に接続される前から後まで、平滑コンデンサＣｄの直流電圧Ｅｄｃを一定に制御する直流電圧制御および系統無効電力零（力率１）制御を行う。従って、励磁用の電力変換器ＩＮＶが直流電力を使用した結果直流電圧が低下すれば、連系用の電力変換器ＣＮＶは電力系統から電力を取り出して直流電圧を平滑コンデンサＣｄに充電して一定に保つように動作し、逆に励磁用の電力変換器ＩＮＶが平滑コンデンサＣｄを充電して平滑コンデンサＣｄ両端の直流電圧が上昇する場合には、連系用の電力変換器ＣＮＶは直流電力を交流電力に変換して放電し、直流電圧を一定に保つように動作する。
【００２３】
まず電力変換器ＣＮＶの制御について詳細に説明する。前記交流電圧検出値Ｖｓは、３相２相変換器３２ｔｒｓに入力される。また、前記３相２相変換器３２ｔｒｓの出力ＶαとＶβは位相検出器ＴＨＤＥＴに入力される。前記位相検出器ＴＨＤＥＴは、系統の電圧に追従する位相信号ＴＨｓを、例えば位相同期ループ（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）方式で演算し、前記位相信号ＴＨｓを３相２相座標変換器３２ｄｑｔｒｓおよび前記２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓに出力する。前記直流電圧指令値Ｅｒｅｆと前記直流電圧検出値Ｅｄｃは、例えば比例積分制御器により構成された直流電圧調整器ＤＣＡＶＲに入力される。直流電圧調整器ＤＣＡＶＲは、入力された指令値と検出値との偏差が零になるように、出力のｄ軸電流指令値（有効分電流指令値）Ｉｄｎｓｔｒを調整し、電流調整器１−ＡＣＲに出力する。
【００２４】
３相２相座標変換器３２ｄｑｔｒｓは入力された電流Ｉｎから（数１）式に示した変換式を用いて、ｄ軸電流検出値Ｉｄｎ（有効分電流）とｑ軸電流検出値Ｉｑｎ（無効分電流）を演算し、ｄ軸電流検出値Ｉｄｎを電流調整器１−ＡＣＲに、ｑ軸電流検出値Ｉｑｎを電流調整器２−ＡＣＲに出力する。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
前記電流調整器１−ＡＣＲは、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｎｓｔｒと前記ｄ軸電流検出値Ｉｄｎの偏差を零にするように出力のｄ軸電圧指令値Ｖｄｎ０を調整し、加算器３０１に出力する。同様に、前記電流調整器２−ＡＣＲは、前記ｑ軸電流指令値（力率１の場合は指令値＝０）と前記ｑ軸電流検出値Ｉｑｎの偏差を零にするように出力のｑ軸電圧指令値Ｖｑｎ０を調整し、加算器３０２に出力する。ここで前記電流調整器１−ＡＣＲ、２−ＡＣＲは例えば比例積分制御器により構成できる。
【００２７】
電圧座標変換器ｄｑｔｒｓは入力された前記電圧Ｖｓのα成分Ｖαとβ成分Ｖβから（数２）式に示した変換式を用いて、ｄ軸電圧検出値（系統電圧ベクトルに一致する位相成分）Ｖｄｓとｑ軸電圧検出値（前記ｄ軸電圧検出値Ｖｄｓと直交する成分）Ｖｑｓを演算し、それぞれを前記加算器３０１、３０２に出力する。
【００２８】
前記加算器３０１は、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄｎ０と前記ｄ軸電圧検出値Ｖｄｓを加算して２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓに出力する。同様に前記加算器３０２は、前記ｑ軸電圧指令値Ｖｑｎ０と前記ｑ軸電圧検出値Ｖｑｓを加算して２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓに出力する。
【００２９】
前記２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓは、前記位相信号Ｔｈｓと、前記各加算器の結果Ｖｄｎ、Ｖｑｎを入力し、（数３）式および（数４）式に示した変換式により前記変換器の出力する電圧指令値Ｖｕｎ、Ｖｖｎ、Ｖｗｎを演算し、ＰＷＭ演算器ＰＷＭｎに出力する。
【００３０】
【数２】
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【００３１】
【数３】
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【００３２】
【数４】
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【００３３】
前記ＰＷＭ演算器ＰＷＭｎは、入力された電圧指令Ｖｕｎ、Ｖｖｎ、Ｖｗｎからパルス幅変調方式により前記電力変換器ＣＮＶを構成するｎ個の電力半導体素子をオン・オフするゲート信号Ｐｕｌｓｅ＿ｃｎｖを演算し、前記電力変換器ＣＮＶに出力する。
【００３４】
次に、電力変換器ＩＮＶの制御について説明する。発電機の回転数および位置を示す位相信号ＰＬｒは、回転位相検出器ＲＯＴＤＥＴに入力される。回転位相検出器ＲＯＴＤＥＴは、位相信号のパルスＰＬｒを計数して位相信号に換算するとともに、位相信号を一回転に一回のパルス（例えばＡＢＺ方式のエンコーダではＺ相パルス）で０にリセットし、オーバーフローしない０から３６０度の位相信号ＲＴＨを加算器３０３に出力する。
【００３５】
位相信号ＲＴＨと同期制御器ＳＹＮＣの出力位相信号ＬＴＨは加算器３０３で加算されて位相信号ＴＨとなり、位相信号ＴＨは前記位相信号ＴＨｓとともに励磁位相演算器ＳＬＤＥＴに入力される。
【００３６】
前記励磁位相演算器ＳＬＤＥＴは、前記位相信号ＴＨとＴＨｓを減算（ＴＨｒ＝ＴＨｓ−ＴＨ）し、さらに発電機の極対数倍して発電機の回転子の電気角周波数の位相信号ＴＨｒを出力する。
【００３７】
電力演算器ＰＱＣＡＬは、システム電流Ｉｓを前記（数１）式に示した変換式により検出した系統電圧のＵ相ベクトルと同じ向きであるｄ軸電流Ｉｄｓと、系統電圧のＵ相ベクトルと直行するｑ軸電流Ｉｑｓと、前記ｄ軸電圧検出値Ｖｄｓと、ｑ軸電圧検出値Ｖｑｓとを入力し、（数５）式により、システムの有効電力Ｐｓと無効電力Ｑｓを演算する。
【００３８】
【数５】
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【００３９】
有効電力調整器ＡＰＲは、有効電力Ｐｓと風力発電装置の出力電力指令Ｐｒｅｆを入力し、前記電力指令値Ｐｒｅｆと前記電力検出値Ｐｓの偏差を零にするように出力のトルク電流指令値Ｉｑ０を出力する。
【００４０】
また、無効電力調整器ＡＱＲは、無効電力Ｑｓと風力発電装置の出力電力指令Ｑｒｅｆを入力し、前記電力指令値Ｑｒｅｆと前記電力検出値Ｑｓの偏差を零にするように出力の励磁電流指令値Ｉｄ０を出力する。ここで前記電力調整器ＡＰＲ、無効電力調整器ＡＱＲは例えば比例積分器により構成できる。
【００４１】
前記電力調整器ＡＰＲ、無効電力調整器ＡＱＲの各出力の電流指令値であるトルク電流指令値Ｉｑ０および励磁電流指令値Ｉｄ０は切り換え器ＳＷに入力される。
【００４２】
切り換え器ＳＷは前記有効電力調整器ＡＰＲおよび無効電力調整器ＡＱＲの出力を使用するか、または、トルク電流指令値Ｉｑ０に零を、励磁電流指令値Ｉｄ０に電圧調整器の出力を使用するかを決定する。ここで、切り換え器ＳＷは電磁接触器ＣＴＴ１が投入される前、すなわち発電機固定子電圧を系統電圧に同期させる電圧同期運転時には、トルク電流指令値Ｉｑ０に零、励磁電流指令値Ｉｄ０に電圧調整器の出力を使用し、電磁接触器ＣＴＴ１を投入してからは有効電力調整器ＡＰＲおよび無効電力調整器ＡＱＲの出力を使用することを選択する。
【００４３】
ここで、電圧調整器ＡＶＲについて説明する。電圧調整器ＡＶＲは、発電機固定子電圧Ｖｇの振幅値Ｖｇｐｋをフィードバック値とし、系統電圧Ｖｓの振幅値にフィルタを掛けた値Ｖｓｒｅｆを指令値として入力し、発電機固定子電圧Ｖｇの振幅値と前記指令値の偏差を零にする出力の励磁電流指令値Ｉｄ１を前記切り換え器ＳＷに出力する。ここで電圧調整器ＡＶＲは例えば比例積分制御器により構成できる。この電圧調整器ＡＶＲは、電磁接触器ＣＴＴ１が開状態で動作させ、系統電圧の振幅値に発電機Ｇｅｎの固定子電圧の振幅値を一致させるため、電力変換器ＩＮＶから発電機Ｇｅｎの二次側に流す励磁電流指令値を演算する働きをもつ。
【００４４】
３相２相座標変換器３２ｄｑｔｒｓは入力された電流Ｉｒおよびロータの位相ＴＨｒから（数６）式に示した変換式を用いて、ｄ軸電流検出値Ｉｄｒ（励磁電流成分）とｑ軸電流検出値Ｉｑｒ（トルク電流成分）を演算し、ｄ軸電流検出値Ｉｄｒを電流調整器４−ＡＣＲに、ｑ軸電流検出値Ｉｑｒを電流調整器３−ＡＣＲに出力する。
【００４５】
【数６】
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【００４６】
前記電流調整器４−ＡＣＲは、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄ１またはＩｄ０と前記ｄ軸電流検出値Ｉｄｒの偏差を零にするように出力のｄ軸電圧指令値Ｖｄｒを調整する。同様に、前記電流調整器３−ＡＣＲは、前記ｑ軸電流指令値Ｉｑ１またはＩｑ０と前記ｑ軸電流検出値Ｉｑｒの偏差を零にするように出力のｑ軸電圧指令値Ｖｑｒを調整する。ここで前記電流調整器は例えば比例積分器により構成できる。
【００４７】
前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒと前記ｑ軸電圧検出値Ｖｑｒは２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓに入力され、前記２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓは、前記位相信号ＴＨｒと、前記各入力値から、（数７）式および（数８）式に示した変換式により前記変換器ｄｑ２３ｔｒｓの出力する電圧指令値Ｖｕｒ、Ｖｖｒ、Ｖｗｒを演算し、ＰＷＭ演算器ＰＷＭｒに出力する。
【００４８】
【数７】
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【００４９】
【数８】
2006230085.tif 000010
【００５０】
前記ＰＷＭ演算器ＰＷＭｒは、入力された電圧指令Ｖｕｒ、Ｖｖｒ、Ｖｗｒからパルス幅変調方式により前記電力変換器ＩＮＶを構成するｍ個の半導体素子をオン・オフするゲート信号Ｐｕｌｓｅ＿ｉｎｖを演算し、前記電力変換器ＩＮＶに出力する。
【００５１】
同期制御器ＳＹＮＣは、二つの機能を持つ。一つは固定子電圧の振幅値を系統電圧の振幅値に合わせるための電圧指令値を演算する機能、二つ目は系統に接続する前の固定子電圧の位相を系統電圧の位相に合わせるための位相補正値ＬＴＨを演算する機能である。
【００５２】
まず、一つ目の機能である振幅同期について説明する。電圧振幅を同期させるために、前記ＶαとＶβの２乗和の平方根から系統電圧の振幅値Ｖｓｐｋを演算し、演算した振幅値に一次遅れフィルタなどでリップル分を除いて前記電圧調整器の電圧指令値Ｖｓｒｅｆとして用いる。同様に、固定子電圧Ｖｇｐｋもα成分とβ成分から求まり、前記電圧調整器のフィードバック値Ｖｇｐｋに用いるとともに、振幅同期判定にも使用する。振幅同期判定は、前記電圧指令値Ｖｓｒｅｆと電圧振幅Ｖｇｐｋを比較し、差がある所定以内にあるときに振幅が同期したと判定する。
【００５３】
次に、二つ目の機能である位相同期について説明する。位相同期機能は、前記系統電圧の位相と固定子電圧の位相を一致させるため、その位相差を計算する。この位相差をそのまま位相補正値ＬＴＨとして出力すると発電機の固定子電圧の位相が急激に変化するので、位相差にリミッタ付き積分器を入れ、積分器の出力を位相補正値ＬＴＨとして出力する。位相補正値ＬＴＨは回転位相ＲＴＨに加減算され回転位相ＴＨが求まる。
【００５４】
ここで、前記励磁位相ＴＨｒは、前述したように系統電圧位相ＴＨｓから回転位相ＴＨを減じて求められ、いわゆるすべり周波数と呼ばれる。従って、電力変換器ＩＮＶが位相信号ＴＨｒの位相で励磁すると、固定子角周波数ω１は、系統電圧の角周波数ω０に一致し（ω０＝ω１）、位相も位相補正値ＬＴＨにより一致する。
【００５５】
同期制御器ＳＹＮＣは、前記電圧と位相が一致したとき、システム制御器ＳＹＳに同期信号ＳＹＮを送る。このシステム制御器ＳＹＳは、同期信号ＳＹＮを受け取ると、切り換え器ＳＷおよび電磁接触器ＣＴＴ１を動作させる信号Ｓｇ０、Ｓｇ１を出力する。位相差がおおむね一致して同期判定フラグＳＹＮが出力されると、システム制御器ＳＹＳは制御切り換え信号Ｓｇ０を切り換え器ＳＷに送るとともに、電磁接触器ＣＴＴ１に閉指令を出力する。
【００５６】
次に系統擾乱が発生した時の前記整流装置ＲＥＣに関して説明する。系統電圧が低下したとき、誘起電圧と系統電圧の電圧差ΔＶにより電流がΔＩ増加する。このとき、二次励磁発電機の巻数比をａとすると、二次巻線にはΔＩ／ａの電流が増加する。このΔＩ／ａの電流が大きいとき、二次巻線には過大な電流が流れることになる。
【００５７】
二次側には、電力変換器と整流装置ＲＥＣとがそれぞれリアクトルＬｒ、Ｌｘを介して接続されているので、Ｌｒに流れる電流Ｉｃと、Ｌｘに流れる電流Ｉｘは、（数９）式と（数１０）式とで表され、リアクトルＬｒ、ＬｘのインピーダンスＺＬｒ、ＺＬｘの比で分流される。この時の擾乱による過大な電流は、一次側（固定子）に流れる事故電流の直流成分と逆相成分に起因し、巻線側には交流電流となって現れることから、リアクトルＬｒ、Ｌｘによって、二次側の電力変換器と整流装置ＲＥＣのインピーダンスを相違させることができる。ここで、整流装置側のリアクトルＬｘのインピーダンスＺＬｘを電力変換器側のリアクトルＬｒのインピーダンスＺＬｒと同じかこれより小さくすると過電流の保護に効果的である。整流装置ＲＥＣ側に分流する電流が、好ましくは、発電機Ｇｅｎの定格出力電流から電力変換器の出力電流を差し引いた値より大きく、定格出力電流の８５％以下、より好ましくは５０％以下になるように、整流装置側のリアクトルＬｘのインピーダンスＺＬｘと電力変換器側のリアクトルＬｒのインピーダンスＺＬｒの比を設定する。
【００５８】
【数９】
2006230085.tif 000011
【００５９】
【数１０】
2006230085.tif 000012
【００６０】
このように分流された電流は、直流部分の平滑コンデンサＣｄとコンデンサＣｘとを充電し、直流電圧を上昇させる。直流電圧が上昇すると整流器や電力変換器を構成する素子やコンデンサが絶縁破壊を起こすので、直流電圧が所定値、例えば通常時の１１０％、を超えた際にエネルギー消費装置ＬＯＤを動作させる。
【００６１】
エネルギー消費装置ＬＯＤを動作させて直流電圧を所定値以下に制御するため、第二の直流電圧指令値Ｅｒｅｆ＿０Ｖと検出値Ｅｄｃの偏差を、減算器３０４で検出する。偏差が負、すなわち直流電圧が指令値よりも大きい時に偏差を出力し、偏差が正、すなわち直流電圧が指令値よりも小さい時に出力を零にするリミッタＬＩＭを用いて、直流電圧調整器ＤＣＡＶＲ２の入力とする。
【００６２】
前記直流電圧調整器ＤＣＡＶＲ２は、直流電圧が指令値よりも大きい時のみ前記エネルギー消費装置ＬＯＤを動作させるべく、スイッチング素子をオンオフするための指令値ＤＵＴＹを演算し、前記指令値により前記スイッチング素子をオンオフするためのパルス指令値Ｐｕｌｓｅ＿ＬＯＤを前記エネルギー消費装置ＬＯＤに出力する。
【００６３】
前記エネルギー消費装置ＬＯＤは、例えば、電力半導体スイッチング素子と直列に抵抗器Ｒを接続して構成し、スイッチング素子がオンの間、直流電圧の電力を抵抗Ｒで消費するように動作する。このようにエネルギー消費装置ＬＯＤを動作させることで、直流電圧は所定値以下に保たれることになる。
【００６４】
また、整流装置ＲＥＣとエネルギー消費装置ＬＯＤとを電力変換器側に並列に設置する構成とし、電力変換器の直流出力部分、例えば平滑コンデンサＣｄに整流装置ＲＥＣの直流部分を接続する端子を配置することで、単数あるいは複数の、整流装置ＲＥＣとエネルギー消費装置ＬＯＤとを必要な容量だけ配置できる。この場合、低いインピーダンスで直流部分に接続するためには、バスバーを用いて接続するとよい。
【００６５】
以上のように、本実施例ではリアクトルＬｘの値を変えて回転子に整流装置を接続し、整流装置ＲＥＣの直流部分を電力変換装置の直流部分に接続したので、回転子に発生する過電流の大部分を整流装置側に流すことができ、電力変換装置側に流れ込む電流を小さくできる。従って、電力変換器の電流容量を小さくする効果がある。また、本実施例では電力変換器の過電流を抑制できるので、電力変換器のゲート信号を停止させる必要がなく、電力変換器の運転を継続できる。
【００６６】
また、本実施例では、整流装置の直流側にエネルギー消費装置ＬＯＤを設置し、過電流による直流電圧の上昇時に動作させるので、直流電圧の過電圧から機器を保護できる。また、整流装置ＲＥＣを並列に設置する構成としたので、系統事故時の過電流発生時に運転継続を望まれるシステムや、運転後の電力出力を早く行うことを望まれるシステムには別置きで増設により対応でき、必要ない場合は設置しないなどの構成に柔軟に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施例１の発電装置の回路構成の説明図である。
【図２】実施例１の発電装置の制御装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０１…風車、１０２…エンコーダ、２０１…積分器、Ｇｅｎ…二次励磁発電機、ＣＴＴ１、ＣＴＴ２…電磁接触器、ＩＮＶ、ＣＮＶ…電力変換器、ＲＥＣ…整流装置、ＬＯＤ…エネルギー消費装置、ＢＲ…遮断器、ＣＴＲＬ…制御装置。
【図１】
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【図２】
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