(57)【要約】【課題】  簡単な構成、簡便な制御手法により、誘導発電機の系統連系時における電力変動の抑制を図る。【解決手段】  誘導発電機２と、誘導発電機２を商用電源から負荷に給電する配電系統３に連系させるための連系装置４とを備え、連系装置４は、誘導発電機２と配電系統３とを結ぶ出力ライン５に介挿され、誘導発電機２を配電系統３へ連系させるためのコンタクタ６と、コンタクタ６と配電系統３との間の出力ライン５に、スイッチング素子７を介して接続される少なくとも１つの進相コンデンサ８とを備え、コンタクタ６をオンする前に、進相コンデンサ８を出力ライン５に接続させる発電装置。【選択図】      図１
2006109568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導発電機と、前記誘導発電機を商用電源から負荷に給電する配電系統に連系させるための連系装置とを備え、
前記連系装置は、
前記誘導発電機と前記配電系統とを繋ぐ出力ラインに介挿され、前記誘導発電機を前記配電系統に連系させるためのコンタクタと、
前記コンタクタと前記配電系統との間の前記出力ラインに、スイッチング素子を介して接続される少なくとも１つの突入電流抑制コンデンサと
を備え、
前記コンタクタをオンする前に、前記突入電流抑制コンデンサを前記出力ラインに接続させる発電装置。
【請求項２】
前記突入電流抑制コンデンサは、力率改善のために設けられた進相コンデンサである請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記誘導発電機の出力電力を除々に上昇させるためのソフトスタータを備え、
前記ソフトスタータの起動情報に基づいて、前記突入電流抑制コンデンサを前記出力ラインに接続させる請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記突入電流抑制コンデンサを少なくとも２つ備え、
予め設定された所定の数ずつ順番に、前記突入電流抑制コンデンサを前記出力ラインに接続させる請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の発電装置。
【請求項５】
前記誘導発電機は、風力から動力を得る風車に連動して発電する請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の発電装置。
【請求項６】
誘導発電機と、前記誘導発電機と商用電源から負荷に給電する配電系統とを結ぶ出力ラインに介挿され、前記誘導発電機を前記配電系統へ連系させるためのコンタクタと、前記コンタクタと前記配電系統との間の前記出力ラインに、スイッチング素子を介して接続される少なくとも１つの突入電流抑制コンデンサとを備える発電装置の系統連系方法であって、
前記コンタクタをオンする前に、前記突入電流抑制コンデンサを前記出力ラインに接続させる発電装置の系統連系方法。
【請求項７】
誘導発電機と、前記誘導発電機と商用電源から負荷に給電する配電系統とを結ぶ出力ラインに介挿され、前記誘導発電機を前記配電系統へ連系させるためのコンタクタと、前記コンタクタと前記配電系統との間の前記出力ラインに、スイッチング素子を介して接続される少なくとも１つの突入電流抑制コンデンサとを備える発電装置の系統連系制御をコンピュータに実行させるための発電装置の系統連系制御プログラムであって、
前記コンタクタをオンする前に、前記突入電流抑制コンデンサを前記出力ラインに接続させる発電装置の系統連系制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導発電機を系統に接続する際に発生する突入電流を抑制することを可能にした発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力発電装置などの発電プラントには、小型、軽量などの利便性から誘導発電機が多く採用されている。
しかしながら、上記誘導発電機は、系統連系時に、過渡的な突入電流が発生し、これに起因して、系統側の電圧変動などが生ずるという問題がある。
このような問題を解決するために、例えば、特開平１１−４５４３号公報（特許文献１）には、並列変圧器と並列補償用変換装置を設けることにより、誘導発電機の連系時に生ずる突入電流を抑制するとともに、連系後の電圧・出力変動を抑制する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−４５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている発明では、並列変圧器や並列補償用変換装置などの多くの構成要素を必要とするため、制御が煩雑になる、装置が大型化する、コストがかかるなどの問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、簡素な構成、簡便な手法により、誘導発電機の系統連系時における電力変動を低減させることができる発電装置、発電装置の系統連系方法、及び発電装置の系統連系制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
誘導発電機と、前記誘導発電機を商用電源から負荷に給電する配電系統に連系させるための連系装置とを備え、前記連系装置は、前記誘導発電機と前記配電系統とを繋ぐ出力ラインに介挿され、前記誘導発電機を前記配電系統に連系させるためのコンタクタと、前記コンタクタと前記配電系統との間の前記出力ラインに、スイッチング素子を介して接続される少なくとも１つの突入電流抑制コンデンサとを備え、前記コンタクタをオンする前に、前記突入電流抑制コンデンサを前記出力ラインに接続させる発電装置を提供する。
【０００６】
本発明によれば、誘導発電機を配電系統に接続、言い換えると連系させる前に、突入電流抑制コンデンサを出力ラインに接続するので、系統連系時に、配電系統から誘導発電機へ供給される無効電力の量を低減させることが可能となる。これにより、簡単な構成、簡便な手法により、誘導発電機の系統連系時における電力変動を低減させることができる。
【０００７】
本発明の発電装置において、前記突入電流抑制コンデンサは、力率改善のために設けられた進相コンデンサであることが好ましい。
このように、既存の発電装置が備えている力率改善用の進相コンデンサを突入電流抑制コンデンサとして流用するので、製造コストの削減を図ることができるとともに、装置の大型化を回避することができる。
例えば、上記力率改善用の進相コンデンサについては、特開平１１−４１９９０号公報に、詳述されている。
【０００８】
本発明の発電装置は、前記誘導発電機の出力電力を除々に上昇させるためのソフトスタータを備え、前記ソフトスタータの起動情報に基づいて、前記突入電流抑制コンデンサを前記出力ラインに接続させることが好ましい。
このように、突入電流抑制コンデンサを接続させるためのトリガとして、誘導発電機を系統連系させる直前に起動されるソフトスタータの起動情報を使用するので、系統連系のタイミングを確実に捉えることが可能となり、系統連系に先駆けて、突入電流進相コンデンサを確実に出力ラインに接続させることができる。
更に、系統連系の直前に、突入電流抑制コンデンサを出力ラインに接続させることにより、突入電流抑制コンデンサによる電力損失を最小にとどめることが可能となり、電力効率を向上させることができる。
【０００９】
本発明の発電装置は、前記突入電流抑制コンデンサを少なくとも２つ備え、予め設定された所定の数ずつ順番に、前記突入電流抑制コンデンサを前記出力ラインに接続させることが好ましい。
突入電流抑制コンデンサを複数備えている場合には、予め設定された所定の数ずつ（例えば、２つずつ）順番に、突入電流抑制コンデンサを出力ラインに接続させるので、突入電流抑制コンデンサの接続に伴う突入電流の影響を回避することが可能となる。
【００１０】
本発明の発電装置は、風力発電装置に好適である。
【００１１】
本発明は、誘導発電機と、前記誘導発電機と商用電源から負荷に給電する配電系統とを結ぶ出力ラインに介挿され、前記誘導発電機を前記配電系統へ連系させるためのコンタクタと、前記コンタクタと前記配電系統との間の前記出力ラインに、スイッチング素子を介して接続される少なくとも１つの突入電流抑制コンデンサとを備える発電装置の系統連系方法であって、前記コンタクタをオンする前に、前記突入電流抑制コンデンサを前記出力ラインに接続させる発電装置の系統連系方法を提供する。
【００１２】
本発明は、誘導発電機と、前記誘導発電機と商用電源から負荷に給電する配電系統とを結ぶ出力ラインに介挿され、前記誘導発電機を前記配電系統へ連系させるためのコンタクタと、前記コンタクタと前記配電系統との間の前記出力ラインに、スイッチング素子を介して接続される少なくとも１つの突入電流抑制コンデンサとを備える発電装置の系統連系制御をコンピュータに実行させるための発電装置の系統連系制御プログラムであって、前記コンタクタをオンする前に、前記突入電流抑制コンデンサを前記出力ラインに接続させる発電装置の系統連系制御プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発電装置によれば、簡素な構成により、誘導発電機の系統連系時における系統側の電力変動を低減させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる発電装置を風力発電プラントに適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る風力発電プラントの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る風力発電プラントは、風車１と、風車１と連動して発電を行う誘導発電機２と、誘導発電機２を商用電源から負荷に給電する配電系統３に連系させるための連系装置４とを備えて構成されている。
連系装置４において、誘導発電機２と配電系統３とを結ぶ出力ライン５には、コンタクタ６が介挿されている。コンタクタ６と配電系統３との間の出力ライン５には、スイッチング素子７を介して力率改善用の進相コンデンサ（突入電流抑制コンデンサ）８が接続されている。本実施形態では、５個の力率改善用の進相コンデンサ８がそれぞれスイッチング素子７を介して接続されている。
各進相コンデンサ８には、リアクトルがそれぞれ直列に接続されている。
更に、出力ライン５には、コンダクタ６と並列にソフトスタータ９が接続されている。このソフトスタータは、誘導発電機の出力電力を除々に上昇させるための装置である。
上記ソフトスタータ９の起動、コンタクタ６のオン／オフ、及びスイッチング素子７のオン／オフは、制御部１０により行われる。
制御部１０は、例えば、コンピュータシステムにより構成されている。具体的には、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成されている。制御部１０は、誘導発電機２の回転数を検出する回転計測器１１からの検出値を用いて、上記各部の制御を行う。
【００１５】
次に、上記構成からなる発電プラントにおいて、制御部により実現される系統連系制御について、図２を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る発電プラントの系統連系制御の手順を示したフローチャートである。
以下に述べる系統連系制御は、制御部１０のＣＰＵが、ＲＯＭなどの記憶装置、或いは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体（例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等）に記録されている系統連系制御プログラムをＲＡＭに読み出して実行することにより、実現される。なお、初期状態として、スイッチング素子７は、開放されており、進相コンデンサ８は、出力ライン５に対して非接続の状態にある。
【００１６】
制御部１０は、誘導発電機２の起動後、回転計測器１１から伝達される回転数をモニタしており、この回転数が予め設定されている連系開始回転数に達すると（図２のステップＳ１において「ＹＥＳ」）、ソフトスタータ９を起動させるべく、起動指令をソフトスタータへ出力する（ステップＳ２）。この起動指令を受けたソフトスタータ９は、起動を開始し、起動が完了すると、起動完了信号を制御部１０へ出力する。
制御部１０は、ソフトスタータ９から起動完了信号を受信すると（ステップＳ３において「ＹＥＳ」）、進相コンデンサ８を出力ライン５に接続させる（ステップＳ４）。
例えば、制御部１０は、所定の時間間隔（例えば、１ｓｅｃ）で、所定の数ずつ（例えば、２個ずつ）、スイッチング素子７を順次オンする。これにより、所定の数ずつ、所定の時間間隔で、進相コンデンサ８が出力ラインに接続される。
そして、制御部１０は、全ての進相コンデンサ８、本実施形態では５つの進相コンデンサ８を出力ライン５に接続すると、誘導発電機２の回転数が連系に適した同期回転数に達しているか否かを判定し（ステップＳ５）、回転数が同期回転数に達していれば(ステップＳ５において「ＹＥＳ」)、コンタクタ６をオンさせることにより（ステップＳ６）、誘導発電機２を配電系統３に連系させ、本処理を終了する。
【００１７】
このように、本実施形態に係る系統連系制御では、誘導発電機２を配電系統３に連系させる前に、進相コンデンサ８を出力ライン５に接続するので、系統連系時に、配電系統５から誘導発電機３へ供給される無効電力の量を低減させることが可能となる。これにより、簡単な構成、簡便な手法により、誘導発電機の系統連系時における電力変動を低減させることができる。
【００１８】
次に、図３に進相コンデンサ（突入電流抑制コンデンサ）を利用しないで、系統連系制御を実施した場合の系統連系時における無効電力及び系統電圧の推移を、図４に、上述した本実施形態に係る系統連系制御を実施した場合の系統連系時における無効電力及び系統電圧の推移を示す。
図３に示すように、進相コンデンサを利用しない系統連系制御では、誘導発電機２を配電系統３に連系させる際、無効電力が過渡的に増加する。従って、この無効電力の増加により、系統電圧が一瞬低下し、電圧変動が発生する。
これに対し、図４に示すように、本実施形態に係る系統連系制御では、系統連系の前に、進相コンデンサを出力ラインに接続させることにより、出力ラインの電力にオフセットをかけることが可能となる。これにより、系統連系時に、従来と同様の無効電力の変動が生じても、オフセット分により変動が吸収されるため、無効電力の変動を低減させることができる。この結果、無効電力の変動に起因する系統電圧の変動を緩和させることが可能となる。また、進相コンデンサを出力ラインに接続しても、この進相コンデンサから無効電力が供給されるので、進相コンデンサによる系統電圧への影響は、ほとんど無視することができる。
【００１９】
以上述べたように、本実施形態に係る風力発電プラントによれば、以下のような効果を奏する。
第１に、誘導発電機２を配電系統３に連系させる前に、力率改善のために設けられた進相コンデンサ８を出力ライン５に接続するので、系統連系時に、配電系統３から誘導発電機２へ供給される無効電力の量を低減させることが可能となる。これにより、簡単な構成、簡便な手法により、誘導発電機２の系統連系時における電力変動を低減させることができる。
第２に、系統連系時の系統電力の変動を抑制するための突入電流抑制コンデンサとして、既存の発電装置が備えている進相コンデンサ８を流用することにより、製造コストの削減を図ることができるとともに、装置の大型化を回避することができる。
【００２０】
第３に、進相コンデンサ８を接続させるためのトリガとして、誘導発電機２を系統連系させる直前に起動されるソフトスタータ９の起動完了指令を使用するので、系統連系のタイミングを確実に捉えることが可能となり、系統連系に先駆けて、進相コンデンサ８を確実に出力ライン５に接続させることができる。この手法は、特に、風力発電装置のような、系統連系のタイミングが風の状態により左右されるような発電装置に好適である。
【００２１】
第４に、系統連系の直前に、進相コンデンサ８を出力ライン５に接続させることにより、進相コンデンサ８による電力損失を最小にとどめることが可能となり、電力効率を向上させることができる。
第５に、進相コンデンサ８を予め設定された所定の数ずつ、順番に出力ライン５に接続させるので、進相コンデンサ８の接続に伴う突入電流の影響を回避することが可能となる。
【００２２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る風力発電プラントの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る系統連系制御の手順を示したフローチャートである。
【図３】図１に示した進相コンデンサを使用しないで系統連系を実施した場合の系統連系時における無効電力及び系統電圧の推移を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る系統連系制御を実施した場合の系統連系時における無効電力及び系統電圧の推移を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  風車
２  誘導発電機
３  配電系統
４  連系装置
５  出力ライン
６  コンタクタ
７  スイッチング素子
８  進相コンデンサ
９  ソフトスタータ
１０  制御部
【図１】
2006109568.tif 000003
【図２】
2006109568.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006109568.tif 000006