(57)【要約】【課題】電気ネットワークにおける電圧変化を調整可能な、改善されたコンバータ装置を提供する。【解決手段】コンバータ装置１０２は、入力パワー１０６を出力電力１０８に変換するコンバータ装置１０２であって、出力電力１０８を当該電気ネットワーク１１２に提供するよう、動作時にコンバータ装置１０２が接続される電気ネットワーク１１２における電圧を示す電圧信号１２０を受信する電圧入力部１１８と、電圧信号１２０により示される電圧が所定の電圧帯域ΔＵｂの外側にあるとき、出力電力１０８の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値１７０ａ、１７０ｂに設定するコントローラ１２２と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換するコンバータ装置（１０２）であって、
出力電力（１０８）を当該電気ネットワーク（１１２）に提供するよう、動作時に前記コンバータ装置（１０２）が接続される電気ネットワーク（１１２）における電圧を示す電圧信号（１２０）を受信する電圧入力部（１１８）と、
前記電圧信号（１２０）により示される電圧が所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の外側にあるとき、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するコントローラ（１２２）と、
を備えている、
ことを特徴とするコンバータ装置（１０２）。
【請求項２】
前記コントローラ（１２２）は前記電気ネットワーク（１１２）における電圧の変動の大きさに依存して、位相角の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）の大きさを設定する、請求項１記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項３】
前記コントローラ（１２２）は、前記電圧信号（１２０）により示される電圧が前記所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の外側にあるとき、前記出力電力（１０８）の有効電流成分をゼロに設定する、請求項１記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項４】
前記コントローラ（１２２）は、前記電圧信号（１２０）に依存して前記出力電力（１０８）の無効成分を変化させる、請求項３記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項５】
前記コントローラ（１２２）は、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を、所定の電圧間隔の境界で段階的に変化させる、請求項１乃至４のいずれか１項記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項６】
前記コントローラ（１２２）は、前記電圧信号（１２０）により示される電圧が前記所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の内側にあるとき、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域内対応値を用いて操作する、請求項１乃至５のいずれか１項記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項７】
制御信号を受信する制御信号入力部をさらに備えており、
前記コントローラ（１２２）は、前記制御信号に応じて、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を、前記帯域内対応値および前記帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）の少なくともいずれか一方に設定する、
請求項１乃至６のいずれか１項記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項８】
請求項１記載のコンバータ装置（１０２）を備えている、パワープラント。
【請求項９】
出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を前記帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するため、前記コンバータ装置（１０２）に制御信号を送るパワープラントコントローラ（１２２）をさらに備えている、請求項８記載のパワープラント。
【請求項１０】
入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換する方法であって、
出力電力（１０８）が供給される電気ネットワーク（１１２）における電圧を示す電圧信号（１２０）を受信するステップと、
電圧信号（１２０）により示される電圧が所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の外側にあるとき、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するステップと、
を有する方法。
【請求項１１】
パワープラントコントローラ（１２２）を操作する方法であって、
入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換するコンバータ装置（１０２）のコントローラ（１２２）に制御信号を送るステップを備えており、
前記制御信号は、前記コンバータ装置（１０２）のコントローラ（１２２）を、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定させる、
方法。
【請求項１２】
コンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
コンバータ装置（１０２）の出力電力（１０８）の位相角を制御するコンピュータプログラムが記録されており、
前記コンピュータプログラムはデータプロセッサにより実行されたとき、請求項１０記載の方法を制御または実行するように適合されている、
記録媒体。
【請求項１３】
コンピュータプログラムであって、
コンバータ装置（１０２）の出力電力（１０８）の位相角を制御するものであって、データプロセッサにより実行されたとき、請求項１０記載の方法を制御または実行するように適合されている、
コンピュータプログラム。
【請求項１４】
コンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
コンバータ装置（１０２）の出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するコンピュータプログラムが記録されており、
前記コンピュータプログラムはデータプロセッサにより実行されたとき、請求項１１記載の方法を制御または実行するように適合されている、
記録媒体。
【請求項１５】
コンピュータプログラムであって、
コンバータ装置（１０２）の出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するものであって、データプロセッサにより実行されたとき、請求項１１記載の方法を制御または実行するように適合されている、
コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は入力パワーを出力電力に変換するコンバータ装置の分野に関する。特に、本発明は風力タービン用のコンバータ装置の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギ発生装置が種々知られているが、エネルギ発成装置はこれらが接続された電気ネットワークに変動する電力を供給する。たとえば、風力タービンは風速が低いときは低い電力を供給する。別の例は太陽エネルギプラントであり、その出力電力は太陽光が利用できるかどうか、太陽光の強度に依存する。電力の変動は電気ネットワークの不良を生じうる。さらに、消費者が電気ネットワークから電力を取り出すことによっても電気ネットワークの不良が生じる。
【０００３】
ＥＰ１３８６０７８Ｂ１には、風力タービンがない状態と比べて電気ネットワークにおける望ましくない電圧変動を低減するまたは有意に上昇させることのないようにすることが可能な風力タービンまたはウインドパークを提供する、風力エネルギ装置の操作方法が開示されている。この風力エネルギ装置はロータ駆動されて電力を無効成分とともに電気ネットワークに送ることのできる発電機を有する。無効成分は位相角φによって定められ、位相角φは供給される電気ボルトアンペアの電圧と電流との間の位相角を記述する。位相角φはネットワークにおいて検出される電圧の少なくとも１つに基づいて変化し、ネットワークの電圧が、公称電圧値より低い所定の下方電圧値および公称電圧値より高い所定の上方電圧をそれぞれ有する、所定の下方境界しきい値と所定の上方境界しきい値の間にある限り、位相角は不変である。所定の上方電圧値を上回るかまたは所定の下方電圧値を下回るとき、電圧がさらに上昇または下降すると位相角の大きさは増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＥＰ１３８６０７８Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の状況にかんがみて、電気ネットワークにおける電圧変動に対応可能な、改善されたコンバータ装置に対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このニーズは独立請求項に係る発明により満たされる。本明細書に開示されている発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
本明細書に開示されている発明の第１の態様によれば、入力パワーを出力電力に変換するコンバータ装置が提供される。コンバータ装置は、出力電力を当該電気ネットワークに提供するよう、動作時にコンバータ装置が接続される電気ネットワークにおける電圧を示す電圧信号を受信する電圧入力部を備えている。また、コンバータ装置は、電圧信号により示される電圧が所定の電圧帯域の外側にあるとき、出力電力の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値に設定するコントローラとを備えている。
【０００８】
本明細書中、出力電力の電圧と電流との間の位相角とは、出力電力の全電流（有効電流および無効電流を含む複素電流）に基づく位相角の通常の定義を指す。
【０００９】
一実施形態では、コントローラは、電圧信号により示される電圧が所定の電圧帯域の外側にあるとき、出力電力の有効電流成分をゼロに設定する。たとえば、一実施形態では、有効電流成分は出力電力の１つの相の位相角の有効電流である。たとえば、出力電力が３つの相を有する場合、一実施形態では、本明細書に記載されているコントローラの１つが個別に各位相に対して設けられる。別の実施形態では、単一のコントローラが出力電力の２つ以上の位相に対して設けられる。
【００１０】
第１の態様の一実施形態では、電圧信号により示される電圧が所定の電圧帯域の外側にあるとき、コントローラは、出力電力の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値に維持しつつ、電圧信号に依存して出力電力の無効成分を設定する。
【００１１】
一実施形態では、無効成分とは無効電流である。無効成分の他の例は、無効電力、位相角または力率である。これらの無効成分は当業者には周知でありより詳細には論じない。また、無効成分は、多相出力電力の１つの相の無効成分であってよい。すなわち、位相角は位相角それ自体を設定することにより直接設定可能であり、または、別の実施形態では、位相角と機能的に関連する無効成分を設定することにより間接的に設定可能である。しかし、無効成分は位相角の帯域外対応値によって設定される。換言すれば、無効成分は、得られる位相角が所定の帯域外対応値に維持されるよう設定される。
【００１２】
電圧信号は任意の適切な方法で生成可能である。たとえば、一実施形態では、電圧信号はコンバータ装置が発する出力電力から得られる。他の実施形態では、電圧信号により示される電圧はコンバータ装置が接続されている電気ネットワークにおける電圧である。
【００１３】
別の実施形態では、コンバータ装置は機械的な入力パワーを受ける。たとえば、一実施形態では、コンバータ装置は、たとえばＵＳ６，４４８，７３５Ｂ１に記載の種類の二重給電誘導ジェネレータを含んでもよい。
【００１４】
別の実施形態では、入力パワーは電気的入力パワー（入力電力）である。換言すれば、この実施形態では、コンバータ装置は入力電力を受ける。このため、コンバータ装置は、入力電力を出力電力に変換する少なくとも１つのコンバータ、たとえば、周波数コンバータを備えている。この場合にはコンバータ装置は電気についてのみ動作するため、コンバータ装置は本明細書中、電気コンバータ装置としても示される。
【００１５】
一実施形態では、コンバータ装置は風力タービンのコンバータ装置である。別の実施形態では、コンバータ装置は風力タービンの電気コンバータ装置であり、したがって、風力タービンが発生する入力電力を出力電力に変換する。
【００１６】
一般に、電気エネルギのジェネレータが発生する電力は、電気コンバータ装置のための入力電力を提供するよう予め変換される場合がある。このような予めの変換は、当業者に知られている任意の適切な種類のものであってよい。たとえば、ジェネレータと、入力電力を受けるコンバータ装置のパワー入力部との間に整流器を接続してもよい。
【００１７】
所定の電圧帯域は場合により不感帯域とも示される。また、「電圧帯域」との語は電圧間隔の同意語として用いられている。
【００１８】
所定の電圧帯域はコンバータ装置において固定的に予めプログラムされていてもよい。別の実施形態では、コンバータ装置は少なくとも１つの電圧帯域制御信号を受信するための制御信号入力部を備えている。コンバータ装置は受信した電圧帯域制御信号に応じて、所定の電圧帯域を設定してもよい。
【００１９】
所定の電圧帯域の幅は、たとえば定格電圧の０％〜２０％の範囲である。別の実施形態では、所定の電圧帯域の幅は、定格電圧の５％〜１５％の範囲である。実施形態において、本明細書に開示されているパーセントは＋または−の値に関連付けられ、パーセント値は各間隔の半値を示す。たとえば、定格電圧が２４０Ｖであり、所定の電圧帯域の幅が１０％であるとき、所定の電圧帯域は＋／−２４Ｖに等しく、すなわち、所定の電圧帯域は［定格電圧−２４Ｖ；定格電圧＋２４Ｖ］である。他の実施形態では、パーセント値は間隔全体を示す。
【００２０】
一実施形態では、所定の電圧帯域は定格電圧を中心としたその周辺にあり、他の実施形態では、所定の電圧帯域は定格電圧に関して非対称に配置されている。
【００２１】
一実施形態では、コントローラは電気ネットワークにおける電圧の変動の大きさに依存して、位相角の帯域外対応値の大きさを設定する。本明細書において、電圧の変動の大きさには、たとえば、所定の電圧帯域の偏差の大きさ、所定の電圧帯域からの偏差の持続時間などの少なくとも１つが含まれてもいてもよい。他の実施形態では、コントローラは、少なくとも電圧信号に応じることなく、位相角のコントローラにより変更されない一定の帯域外対応値を保存する。別の実施形態では、位相角の帯域外対応値は、設定されるべき帯域外対応値を示す制御信号の受信に応じて変更される。
【００２２】
一実施形態では、有効電流がゼロであるとき、位相角の帯域外対応値は９０度である。これは、唯一の電流成分がコンバータ装置の出力電力に影響を与えるという点で有利である。
【００２３】
本明細書では一般的に、「設定する」との語は、広い意味で解釈されるべきである。たとえば、電圧信号に依存してある量（たとえば、位相角、有効成分、無効成分など）を設定することには、たとえば、定められた時間間隔における電圧信号に依存して量を設定することや、変化する電圧信号に応じて量（たとえば、無効電流の大きさ）を変化させることなどが含まれる。特に、「電圧信号に依存して無効成分を設定する」ことには、たとえば、定められた時間間隔における電圧信号に依存して無効成分を変化させることや、変化する電圧信号に応じて無効成分を変化させることなどが含まれる。
【００２４】
一実施形態では、コントローラは位相角の符号を設定し、所定の電圧帯域に対応して電圧の位相を動かす。
【００２５】
別の実施形態では、コントローラは、出力電力の電圧と電流との間の位相角を、所定の電圧間隔の境界で段階的に変化させる。
【００２６】
コントローラが電流信号を考慮に入れるときには常に、電流または出力電力の電流信号の指標を測定するために電流測定ユニットがそれぞれ設けられることは留意されるべきである。
【００２７】
別の実施形態では、電圧信号により示される電圧が所定の電圧帯域内であるとき（たとえば、ある限り）、コンバータ装置のコントローラは出力電力の電圧と電流との間の位相角の一定の帯域内対応値（電圧が所定の電圧帯域の内側にあるときに対応する位相角の値）を用いて操作する。
【００２８】
別の実施形態では、位相角の帯域内対応値は位相角の帯域外対応値と異なっている。
【００２９】
別の実施形態では、コンバータ装置は、制御信号を受信する制御信号入力部をさらに備えている。また、コントローラは、制御信号に応じて、出力電力の電圧と電流との間の位相角を、帯域内対応値および帯域外対応値の少なくともいずれか一方に設定する。
【００３０】
本明細書に開示されている発明の第２の態様によれば、第１の態様または一実施形態に係るコンバータ装置を備えているパワープラントが提供される。
【００３１】
第２の態様の一実施形態において、パワープラントは入力電力を発生するパワージェネレータを備えている。たとえば、一実施形態では、パワージェネレータは風力タービンの発電機である。別の実施形態では、パワージェネレータは太陽エネルギモジュールである。しかし、いかなるパワージェネレータも本明細書に開示される発明に係るコンバータ装置の実施形態とともに使用可能であることは理解されるべきである。
【００３２】
第２の態様の別の実施形態では、出力電力の電圧と電流との間の位相角を所定の帯域外対応値に設定するため、コンバータ装置に制御信号を送るパワープラントコントローラをさらに備えている。
【００３３】
また、別の実施形態では、コンバータ装置のコントローラは、電圧信号により示される電圧が所定の電圧帯域外にあるとき（たとえば、ある限り）、位相角を帯域外対応値に設定する。
【００３４】
位相角を帯域外対応値に制御することにより、たとえば、位相角の帯域外対応値を、評価または測定された、上回ったまたは下回った電圧の深さと、すなわち、所定の電圧帯域からの電圧信号により示される電圧の評価または測定された偏差と適合させることができる。
【００３５】
本明細書に開示されている発明の第３の態様によれば、入力パワーを出力電力に変換する方法が提供される。該方法は、（ｉ）出力電力が供給される電気ネットワークにおける電圧を示す電圧信号を受信するステップと、（ｉｉ）電圧信号により示される電圧が所定の電圧帯域の外側にあるとき、出力電力の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値に設定するステップと、を備えている。
【００３６】
一実施形態では、上記方法は、電圧信号により示される電圧が所定の電圧帯域の外側にあるとき、出力電力の有効電流成分をゼロに設定するステップを備えている。
【００３７】
別の実施形態では、上記方法は、電圧信号により示される電圧が所定の電圧帯域の外側にあるとき、出力電力の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値に維持するよう、電圧に依存して出力電力の無効成分を設定するステップを備えている。
【００３８】
本明細書に開示されている発明の第４の態様によれば、パワープラントコントローラを操作する方法が提供される。該方法は、入力パワーを出力電力に変換するコンバータ装置のコントローラに制御信号を送るステップを備えており、制御信号は、コンバータ装置のコントローラを、出力電力の電圧と電流との間の位相角を所定の帯域外対応値に設定させる。
【００３９】
本明細書に開示されている発明の第５の態様によれば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。該記録媒体には、コンバータ装置の出力電力の位相角を制御するコンピュータプログラムが記録されており、コンピュータプログラムはデータプロセッサにより実行されたとき、入力パワーを出力電力に変換する方法を制御または実行するように適合されており、該方法は、出力電力が供給される電気ネットワークにおける電圧を示す電圧信号を受信するステップと、電圧信号により示される電圧が所定の電圧帯域の外側にあるとき、出力電力の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値に設定するステップと、を備えている。
【００４０】
本明細書に開示されている発明の第６の態様によれば、コンピュータプログラムが提供される。該コンピュータプログラムは、コンバータ装置の出力電力の位相角を制御するものであって、データプロセッサにより実行されたとき、入力パワーを出力電力に変換する方法を制御または実行するように適合されており、該方法は、出力電力が供給される電気ネットワークにおける電圧を示す電圧信号を受信するステップと、電圧信号により示される電圧が所定の電圧帯域の外側にあるとき、出力電力の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値に設定するステップと、を備えている。
【００４１】
本明細書に開示されている発明の第７の態様によれば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。該記録媒体には、コンバータ装置の出力電力の電圧と電流との間の位相角を所定の帯域外対応値に設定するコンピュータプログラムが記録されており、コンピュータプログラムはデータプロセッサにより実行されたとき、パワープラントコントローラを操作する方法を制御または実行するように適合されており、該方法は、入力パワーを出力電力に変換するコンバータ装置のコントローラに制御信号を送るステップを備えており、制御信号は、前記コンバータ装置のコントローラを、出力電力の電圧と電流との間の位相角を所定の帯域外対応値に設定させる。
【００４２】
本明細書に開示されている発明の第８の態様によれば、コンピュータプログラムが提供される。該コンピュータプログラムは、コンバータ装置の出力電力の電圧と電流との間の位相角を所定の帯域外対応値に設定するものであって、データプロセッサにより実行されたとき、パワープラントコントローラを操作する方法を制御または実行するように適合されており、該方法は、入力パワーを出力電力に変換するコンバータ装置のコントローラに制御信号を送るステップを備えており、制御信号は、前記コンバータ装置のコントローラを、出力電力の電圧と電流との間の位相角を所定の帯域外対応値に設定させる。
【００４３】
本明細書においてコンピュータプログラムとして参照するものは、上記の方法の実施と協働するためにコンピュータシステムを制御するための命令を含むプログラム要素を参照することと同義である。
【００４４】
コンピュータプログラムは、任意の適切なプログラミング言語、例えばＪＡＶＡ、Ｃ＋＋等で記述されたコンピュータ読出し可能な命令コードとして構成することができ、またコンピュータ読出し可能な媒体（リムーバブルディスク、揮発性メモリまたは不揮発性メモリ、組み込みメモリ／組み込みプロセッサ等）に記憶することができる。この命令コードは、意図された機能を実行するためのコンピュータまたは別の任意のプログラミング可能な装置をプログラミングするために実行することができる。コンピュータプログラムは、例えばワールドワイドウェブ（ＷＷＷ）等のネットワークからダウンロードすることにより入手可能とすることができる。
【００４５】
本発明は、それぞれソフトウェアとして実施されるコンピュータプログラムにより実現することができる。しかし、本発明は、それぞれハードウェアとして実施される１つまたは複数の特定の電子回路により実現することもできる。さらに、本発明は、ハイブリッド形態、すなわち、ソフトウェアモジュールとハードウェアモジュールを組み合わせて実現することもできる。
【００４６】
以下、入力パワーを出力電力に変換するコンバータ装置および方法により、本命最初に開示される発明の実施例が開示される。本明細書に記載の発明の異なる態様に関する特徴のいかなる組み合わせも同様に可能であることに留意されたい。とりわけこれらの実施形態では、方法カテゴリの請求項に関連して説明しているものと、装置カテゴリの請求項に関連して説明しているものとがある。しかし当業者であれば、上記および下記の記載から、それ以上特記しなくても、別の態様の対象に属する特徴のすべての任意の組み合わせの他に、異なる態様または実施形態に関する特徴のすべての任意の組み合わせも本願の開示内容と見なされ、たとえば方法カテゴリの請求項の特徴と装置カテゴリの請求項の特徴との組み合わせさえ、ひいては、コンバータ装置に関連する特徴とパワープラントに関連する特徴との組み合わせも本願の開示内容と見なされることを理解することができる。
【００４７】
本発明の上述の態様またさらなる態様は、実施例を参照して説明する以下の記載より明らかになる。本発明を以下では実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本明細書に開示される発明の実施形態に係るパワープラントを概略的に示す。
【図２】本明細書に開示される発明の実施形態に係る、電気ネットワークの電圧と、コンバータ装置の出力電力の電圧と電流との間の位相角との機能的依存性を概略的に示す。
【図３】本明細書に開示される発明の実施形態に係る、電気ネットワークの電圧と、コンバータ装置の出力電力の電圧と電流との間の位相角との別の機能的依存性を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図面中の記載は概略的なものである。異なる図面中、同様または同一の要素には同一の参照符号が用いられ、付された文字においてのみ対応する参照符号と異なっている。
【００５０】
図１には、本明細書において開示されている発明の実施形態に係るパワープラント１００の一部を概略的に示す。パワープラント１００は、電気コンバータ装置の形態のコンバータ装置１０２と、パワージェネレータ１０４とを備えている。本明細書において、「電気コンバータ装置」との語はコンバータ装置への入力パワーが電気的パワー（電力）である実施形態を指す。
【００５１】
コンバータ装置１０２は、パワージェネレータ１０４により供給される入力電力を出力電力（図１中、１０８にて示す）に変換する。出力電力１０８は、電気ネットワーク（図１中１１２にて示す）に出力可能である。一実施形態では、電気ネットワーク１１２はグリッドである。このようなコンバータ装置１０２の電気ネットワーク１１２への接続は、任意の適切な手段、一実施形態ではたとえばメインスイッチ１１４により行うことができる。メインスイッチ１１４は図１では開状態であるが、動作時には、メインスイッチ１１４は閉じられてパワープラント１００は電気ネットワーク１１２に結合されることは理解されるべきである。
【００５２】
また、コンバータ装置１０２は、電気ネットワーク１１２における電圧を示す電圧信号を受信する電圧入力部１１８を備えている。電圧信号は、電圧信号の他に少なくとも他の量、たとえば、出力電力１０８の電流の示す電流信号を含むフィードバック信号の一部であってよい。電流信号により示される電流は、有効電流、無効電流、または、有効電流および無効電流を含む全（複素）電流であってよい。
【００５３】
図１に示す実施形態によれば、コンバータ装置１０２は、出力電力１０８を制御するコントローラ１１６をさらに備えている。一実施形態では、電圧入力部１１８はコントローラ１１６の電圧入力部である。
【００５４】
一実施形態では、パワープラント１００は一定の無効電力力率を有する所定の電圧帯域内で動作する。このことは、無効電力力率が一定値に、少なくとも特定の限界値内に維持されるように、有効成分（たとえば有効電流）および無効成分（たとえば、無効電流）の少なくとも１つが電圧信号１２０に依存して設定されることを意味する。
【００５５】
一実施形態では、（電圧信号１２０により示される）電圧が所定の電圧帯域を離れた（上回ったまたは下回った）とき、無効電流は、電気ネットワーク１１２において検出される電圧（電圧信号１２０にて示す）の大きさに基づいて変化される。
【００５６】
別の実施形態では、電圧信号１２０により示される電圧が所定の電圧帯域を離れたとき（上回ったときまたは下回ったとき）、出力電力１０８の有効電流はゼロに設定される。その代わりにまたはそれに加えて、それぞれの実施形態において、出力電力１０８の電圧と電流との間の位相角は所定の帯域外対応値、たとえば、０度より大きく９０度より小さい大きさの帯域外対応値に維持されてもよい。これは、たとえば、出力電力１０８の有効電流および無効電流の１つを個別の値に設定することにより行うことができる。
【００５７】
有効電力がゼロまたは非常に低い値に設定されるとき、ジェネレータの逆トルク作用もまたゼロかまたは非常に低いものとなる。たとえば風力タービンの場合、これは風速に依存したロータの加速をもたらす場合がある。すなわち、グリッドの不良（たとえば、電圧信号１２０によって示される電圧が所定の電圧帯域の外側にある時間の持続）の持続に依存して、電圧信号１２０により示される電圧が所定の電圧帯域の外側にあったとしても、有効電流が電気ネットワーク１１２に供給されるのであれば、このことは有利である場合がある。たとえば、コンバータ装置１０２が（電気ネットワーク１１２を安定化するために）所望の無効電流を電気ネットワーク１１２に供給するとき、一実施形態では、有効電力はコンバータの限界まで増大する（位相角は減少する）。
【００５８】
出力電力１０８の少なくとも１つのパラメタの設定を変化させるため、コンバータ１２２が、たとえば周波数コンバータの形態で設けられる。出力電力１０８のパラメタには、有効電流、無効電流、有効電力、無効電力、位相角、電圧などが含まれるが、これらに限られない。しかし、他の実施形態では、コンバータ１２２は必要ではなく、すなわち、ＵＳ６，４４８，７３５Ｂ１で知られるような二重給電誘導ジェネレータの場合には、ジェネレータは直接グリッドに接続されていてもよい。このような場合、出力電力１０８のパラメタは各制御信号（たとえば、ステータ電流およびステータ電圧、タイミング等）を二重給電ジェネレータに印加することにより設定される。
【００５９】
図１に示す実施形態では、コンバータ１２２は入力電力、たとえば三相電流を受けるよう構成された入力部１２４を備えている。他の実施形態では、コンバータ１２２は直流の入力電力を受ける。また、コンバータ１２２は出力電力１０８を供給する出力部１２６を備えている。図に示されるように、電気ネットワーク１１２において検出されるべき電圧を、コンバータ１２２の出力部１２６、あるいは、より一般的にはコンバータ装置１０２の出力部において求めてもよい。
【００６０】
パワープラント１００は、コントローラ１１６に制御信号を与えるパワープラントコントローラ１２８をさらに備えている。制御信号の全体は図１中、１３０にて示されている。制御信号１３０は、所望の電力Ｐを設定するための制御信号と、単位時間当たりの所定の電力変化に対応する電力勾配ｄＰ／ｄｔを設定するための制御信号と、一実施形態では電気ネットワーク１１２の定格電圧である所望の電圧を設定するための制御信号とを含んでよい。他の実施形態では、所望の電圧とは定格電圧に対するオフセットである。
【００６１】
コントローラ１１６は個別のコンバータ制御信号１３２を用いて関連するコンバータ１２２を制御し、場合により、一実施形態ではコンバータ１２２からフィードバック信号（図１中図示せず）を受信する。
【００６２】
図１に示すパワープラント１００は風力タービンの一部であり、風力タービンのギアおよびロータが、ジェネレータ１０４を駆動するため、ジェネレータ１０４に接続されている（図１中図示せず）。動作時、風力パワープラントコントローラ１２８は出力電力１０８の電圧を制御し、電圧信号１２０により示される電圧レベルに依存して無効電流を出力電力１０８に供給することにより、所望の出力電圧（および、すなわち電気ネットワーク１１２の電圧）を補償する。
【００６３】
一実施形態では、コンバータ１２２により供給可能な電力は所定量に限られている。数種のコンバータでは、有効電流および無効電流の合計はこの量未満でなければならず、すなわち、有効電流が低いほど無効電流を増大させることができる。しかし、これらはコンバータの設計により課される制限であり、コンバータの種類および設計で大きく変わりうる。
【００６４】
コンバータ装置のパラメタ、たとえば、出力電力１０８の電圧と全（実）電流との間の位相角の操作、上述した制御信号の設定などは、コントローラ１１６のメモリ１３６に保存される。メモリ１３６内の各設定は少なくとも部分的に固定的に保存され、および／または、たとえばパワープラントコントローラ１２８により変更可能である。一実施形態では、パワープラントコントローラ１２８は、電気ネットワーク１１２の実特性、たとえば、電気ネットワーク１１２のインピーダンスに依存して、対応する制御信号１３０をコントローラ１１６に発することにより各設定を連続的に更新してもよい。電気ネットワーク１１２のインピーダンスは実電力を短時間に集中して供給し、電気ネットワーク１１２の関連パラメタを測定することにより求めることができる。
【００６５】
他の実施形態では、パワープラント１００による各設定の更新などはマニュアルで行われてもよい。
【００６６】
上述したように、出力電力１０８は三相出力電力であってよい。一実施形態では、各相に個別のコントローラ１１６および、場合により、個別のコンバータ１２２を設けてもよい。別の実施形態では、三相すべてに対して１つのコントローラ１１６を設けてもよい。
【００６７】
図２は、本明細書中に開示される発明の実施形態に係る、電圧信号１２０により示される電圧Ｖ１の関数としての位相角φの帯域内制御および帯域外制御の例を示す。位相角φは出力電力１０８の電圧Ｖ１と全電流（または出力電力１０８の１つの位相の全電流）との間の位相角である。
【００６８】
図２は、所定の電圧帯域の下方境界１５４と上方境界１５６とを有する所定の電圧帯域ΔＵｂをさらに示す。一実施形態では、所定の電圧帯域ΔＵｂの幅１５７は電圧Ｖ１の定格値の５％である。他の実施形態では、幅１５７は定格電圧の０％〜２０％の間の任意の値に設定されていてもよい。さらに他の実施形態では、他の値であってもよい。
【００６９】
一実施形態では、所定の電圧帯域ΔＵｂは電圧Ｖ１（＝定格電圧）の基準１７４の周辺に中心化されている。他の実施形態では、所定電圧帯域ΔＵｂは定格電圧に関して対称的に配置されている（図２中図示せず）。定格電圧は図２中、１７４で示されている。
【００７０】
一実施形態では、所定電圧帯域ΔＵｂ内にある位相角φの帯域内の値（図２中１７２で示す）は、ゼロである。図２の他の実施形態において、位相角φの帯域外対応値の大きさは９０度である。特に所定電圧帯域ΔＵｂの下方境界１５４よりも小さい電圧Ｖ１に関し、位相角φは＋９０度である。所定電圧帯域ΔＵｂの上方境界１５６よりも大きい電圧Ｖ１に関し、位相角φは−９０度である。
【００７１】
図３は、本明細書中に開示される発明の実施形態に係る、電圧信号１２０により示される電圧Ｖ１の関数としての位相角φの帯域内制御および帯域外側制御の例を示す。
【００７２】
図３に示されているように、一実施形態では、位相角φは所定の帯域幅ΔＵｂ内でゼロであるように制御される（図２中１７２で示す）。また、図２に示す制御スキームと比べ、所定の電圧帯域の外側で位相角φは所定の帯域外対応値に設定されるように制御され、位相角φの大きさは９０度よりも小さく、０度よりも大きい。たとえば、一実施形態では、帯域外対応値の大きさは一実施形態では１０度〜８５度の間である。さらに別の実施形態では、位相角φの所定の帯域外対応値は、２０度〜８０度の間である。
【００７３】
たとえば、図３に示す実施例では、所定電圧帯域ΔＵｂの下方境界１５４より小さい電圧Ｖ１に関して、位相角φは＋５０度である。また、所定電圧帯域ΔＵｂの上方境界１５６より大きい電圧Ｖ１に関して、位相角φは−５０度である。
【００７４】
図２及び図３に示す実施形態において、位相角φの帯域外対応値の大きさは、下方境界１５４より低い低電圧領域についてと、上方境界１５６より大きい高電圧領域についてとで同じ値をとる。他の実施形態では、低電圧領域の第１の帯域外対応値の大きさは、上方境界１５６より大きい高電圧領域の第２の帯域外対応値の大きさと異なる。
【００７５】
本発明の実施形態において、パワープラントまたはコンバータ装置のすべての適切な構成要素、たとえば、コントローラは、プロセッサを本明細書に開示されているように個別の要素を機能させる個別のコンピュータプログラム製品の形態で提供可能である。他の実施形態では、パワープラントまたはコンバータ装置のすべての構成要素、たとえば、コントローラはハードウェアとして提供されてもよい。他の（混成された）実施形態では、ある構成要素はソフトウェアとして提供され、ある構成要素はハードウェアとして提供されてもよい。
【００７６】
一実施形態では、本明細書に開示されている発明の実施形態により提供される機能は、ソフトウェアの更新、ファームウェアの更新などにより、既存のコンバータ装置や既存のパワープラントに適用されてもよい。
【００７７】
「備える」、「有する」との語は、他の要素またはステップを除外するものではなく、「１つの」との語は複数を除外するものではないことは留意されるべきである。また、異なる実施形態について記載された要素を組合せてもよい。特許請求の範囲における参照符号は請求の範囲を限定するものと理解されるべきではないことも留意されるべきである。
【００７８】
本発明の上述の実施形態をまとめると以下のようになる。
【００７９】
たとえば、風力タービンなどのパワープラントにおけるパワー変換のためのコンバータ装置が開示される。コンバータ装置は、入力パワーを出力電力に変換するよう構成されている。コンバータ装置は、機械的な入力パワーを受けるか、または、別の実施形態では、電気的入力パワーを受ける。コンバータ装置は、電圧信号が示す電圧が所定の電圧帯域の外側にあるとき、出力電力の電圧と全（複素）電流との間の位相角を所定の値に設定するコントローラを備えている。
【００８０】
本明細書に開示されている発明の実施形態によれば、グリッドの不良時、たとえば電圧が不感帯域の外側にあるとき、位相角の大きさが同じ動作点で一定に維持されるので、出力電力の簡単かつより安定な制御が可能となる。このようにして、電圧がさらに上昇または低下するとき、位相角は連続的に変化されない。不良グリッドにおいて測定された電圧レベルは連続的な制御ループ内ではもはや使用されず、これにより安定性が向上する。
【００８１】
コンバータの負荷は、供給される有効電流の全てを用いることと、非常に短時間、特にグリッド不良の開始時の（たとえばグリッド不良の）電圧降下の深さを求めるのに要する短い時間を実現することとに限られる。無効電流が大きいほど、安定化効果、たとえばグリッド不良に対する対応作用も大きくなる。
【００８２】
一実施形態において、電圧と電流との間の位相角の帯域外対応値が９０度であるとき、影響を与える電流成分はただ１つであるため、制御モードはより安定となる。
【００８３】
有効電流の供給はジェネレータの逆トルクを発生させるので、風力パワープラントが要求された無効電流を送る場合、有効電流の供給により風力パワープラントの機械的負荷は減少する。さらに、これにより風力パワープラントは不良の後、より早く有効電流を増大させることができるので、グリッドの安定性は有効電流の供給により補償される。
【００８４】
また、一実施形態では、所定電圧帯域の外側に対応する位相角の帯域外対応値はパワープラントへのオンラインでのアクセスにより変更可能である。これはグリッドのオペレータにより実行可能である。このようにして、コンバータ装置の制御はグリッドの実際の動作パラメタ、たとえばグリッドのインピーダンスに適合される。
【符号の説明】
【００８５】
１０２  コンバータ装置、  １０６  入力パワー、  １０８  出力電力、  １１２  電気ネットワーク、  １２０  電圧信号、  １２２  コントローラ、  １７０ａ、１７０ｂ  帯域外対応値
【図１】
2011147335.tif 000003
【図２】
2011147335.tif 000004
【図３】
2011147335.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月19日(2011.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換するコンバータ装置（１０２）であって、
出力電力（１０８）を当該電気ネットワーク（１１２）に提供するよう、動作時に前記コンバータ装置（１０２）が接続される電気ネットワーク（１１２）における電圧を示す電圧信号（１２０）を受信する電圧入力部（１１８）と、
前記電圧信号（１２０）により示される電圧が所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の外側にあるとき、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するコントローラ（１２２）と、
を備えている、
ことを特徴とするコンバータ装置（１０２）。
【請求項２】
前記コントローラ（１２２）は前記電気ネットワーク（１１２）における電圧の変動の大きさに依存して、位相角の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）の大きさを設定する、請求項１記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項３】
前記コントローラ（１２２）は、前記電圧信号（１２０）により示される電圧が前記所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の外側にあるとき、前記出力電力（１０８）の有効電流成分をゼロに設定する、請求項１記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項４】
前記コントローラ（１２２）は、前記電圧信号（１２０）に依存して前記出力電力（１０８）の無効成分を変化させる、請求項３記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項５】
前記コントローラ（１２２）は、出力電力（１０８）の電圧と電流とのの間の位相角を、所定の電圧間隔の境界で段階的に変化させる、請求項１乃至４のいずれか１項記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項６】
前記コントローラ（１２２）は、前記電圧信号（１２０）により示される電圧が前記所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の内側にあるとき、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域内対応値を用いて操作する、請求項１乃至５のいずれか１項記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項７】
制御信号を受信する制御信号入力部をさらに備えており、
前記コントローラ（１２２）は、前記制御信号に応じて、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を、前記帯域内対応値および前記帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）の少なくともいずれか一方に設定する、
請求項１乃至６のいずれか１項記載のコンバータ装置（１０２）。
【請求項８】
パワープラントであって、
入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換するコンバータ装置（１０２）を備えており、
前記コンバータ装置（１０２）は、
出力電力（１０８）を当該電気ネットワーク（１１２）に提供するよう、動作時に前記コンバータ装置（１０２）が接続される電気ネットワーク（１１２）における電圧を示す電圧信号（１２０）を受信する電圧入力部（１１８）と、
電圧信号（１２０）により示される電圧が所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の外側にあるとき、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するコントローラ（１２２）と、
を備えている、ことを特徴とするパワープラント。
【請求項９】
出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を前記帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するため、前記コンバータ装置（１０２）に制御信号を送るパワープラントコントローラ（１２２）をさらに備えている、請求項８記載のパワープラント。
【請求項１０】
入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換する方法であって、
出力電力（１０８）が供給される電気ネットワーク（１１２）における電圧を示す電圧信号（１２０）を受信するステップと、
電圧信号（１２０）により示される電圧が所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の外側にあるとき、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するステップと、
を有する方法。
【請求項１１】
パワープラントコントローラ（１２２）を操作する方法であって、
入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換するコンバータ装置（１０２）のコントローラ（１２２）に制御信号を送るステップを備えており、
前記制御信号は、前記コンバータ装置（１０２）のコントローラ（１２２）を、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定させる、
方法。
【請求項１２】
コンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
コンバータ装置（１０２）の出力電力（１０８）の位相角を制御するコンピュータプログラムが記録されており、
前記コンピュータプログラムはデータプロセッサにより実行されたとき、入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換する方法の各ステップを実行するように構成されており、
前記方法は、
出力電力（１０８）が供給される電気ネットワーク（１１２）における電圧を示す電圧信号（１２０）を受信するステップと、
電圧信号（１２０）により示される電圧が所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の外側にあるとき、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するステップと、を備えている、
記録媒体。
【請求項１３】
コンピュータプログラムであって、
コンバータ装置（１０２）の出力電力（１０８）の位相角を制御するものであって、データプロセッサにより実行されたとき、入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換する方法の各ステップを実行するように構成されており、
前記方法は、
出力電力（１０８）が供給される電気ネットワーク（１１２）における電圧を示す電圧信号（１２０）を受信するステップと、
電圧信号（１２０）により示される電圧が所定の電圧帯域（ΔＵｂ）の外側にあるとき、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するステップと、を備えている、
コンピュータプログラム。
【請求項１４】
コンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
コンバータ装置（１０２）の出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するコンピュータプログラムが記録されており、
前記コンピュータプログラムはデータプロセッサにより実行されたとき、パワープラントコントローラ（１２２）を操作する方法の各ステップを実行するように構成されており、
前記方法は、
入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換するコンバータ装置（１０２）のコントローラ（１２２）に制御信号を送るステップを備えており、
前記制御信号は、前記コンバータ装置（１０２）のコントローラ（１２２）を、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定させる、
記録媒体。
【請求項１５】
コンピュータプログラムであって、
コンバータ装置（１０２）の出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定するものであって、データプロセッサにより実行されたとき、パワープラントコントローラ（１２２）を操作する方法の各ステップを実行するように適合されており、
前記方法は、
入力パワー（１０６）を出力電力（１０８）に変換するコンバータ装置（１０２）のコントローラ（１２２）に制御信号を送るステップを備えており、
前記制御信号は、前記コンバータ装置（１０２）のコントローラ（１２２）を、出力電力（１０８）の電圧と電流との間の位相角を一定の帯域外対応値（１７０ａ、１７０ｂ）に設定させる、
コンピュータプログラム。
【外国語明細書】
2011147335.tif 000006
2011147335.tif 000007
2011147335.tif 000008
2011147335.tif 000009
2011147335.tif 000010
2011147335.tif 000011
2011147335.tif 000012
2011147335.tif 000013
2011147335.tif 000014
2011147335.tif 000015
2011147335.tif 000016
2011147335.tif 000017
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2011147335.tif 000019
2011147335.tif 000020
2011147335.tif 000021
2011147335.tif 000022
2011147335.tif 000023
2011147335.tif 000024
2011147335.tif 000025
2011147335.tif 000026
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2011147335.tif 000028
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2011147335.tif 000031
2011147335.tif 000032
2011147335.tif 000033