(57)【要約】【課題】パワーコンディショナから出力する電力を目標の電力に近づける。【解決手段】本実施形態に係る制御装置は、発電機が発電した電力をコンバータへ伝送するケーブルのインピーダンスに少なくとも基づいて、前記発電機から前記コンバータへ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定する損失電力決定部を備える。更に、制御装置は、前記発電機に接続された回転体の回転数を前記コンバータから取得する回転数取得部を備える。更に、制御装置は、前記損失電力と前記パワーコンディショナが出力する目標電力値の和と前記回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、該決定したトルク指令値を、該トルク指令値に基づいて前記発電機を制御する前記コンバータへ出力するトルク指令値決定部を備える。【選択図】図３
2015171293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機が発電した電力をコンバータへ伝送するケーブルのインピーダンスに少なくとも基づいて、前記発電機から前記コンバータへ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定する損失電力決定部と、
前記発電機に接続された回転体の回転数を前記コンバータから取得する回転数取得部と、
前記損失電力と前記パワーコンディショナが出力する目標電力値の和と前記回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、前記トルク指令値に基づいて前記発電機を制御する前記コンバータへ、前記トルク指令値を出力するトルク指令値決定部と、
を備える制御装置。
【請求項２】
前記損失電力決定部は、前記トルク指令値決定部が決定したトルク指令値と、前記回転数取得部が取得した回転数と、前記ケーブルのインピーダンスとを用いて、前記損失電力を決定する
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記損失電力決定部は、前記発電機が出力する電流の電流値と、前記ケーブルのインピーダンスとを用いて、前記損失電力を決定する
請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記損失電力算出部は更に、前記発電機の巻線の抵抗値も用いて、前記損失電力を決定する
請求項２または３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記目標電力値は、前記発電機が前記パワーコンディショナを介して出力できる最大電力であるシステム最大出力値である
請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
コンバータがパワーコンディショナへ出力する直流電圧の値を直流電圧値として、前記コンバータから取得する直流電圧値取得部を更に備え、
前記トルク指令値決定部は、
前記損失電力決定部が決定した損失電力と、前記目標電力値とを加算し、加算後の値と前記回転数取得部が取得した回転数とに基づいて、発電機最大トルク値を決定する発電機最大トルク値決定部と、
前記回転数取得部が取得した回転数に応じて、前記発電機最大トルク値を上限とする最大トルク制限最適トルク値を決定する最適トルク値決定部と、
前記コンバータが出力する直流電圧の目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記最大トルク制限最適トルク値を上限とする前記トルク指令値を決定する制御部と、
を備え、
前記目標電圧値は、系統連系時に前記パワーコンディショナが前記直流電圧を制御する際の目標電圧である発電出力可能電圧値より大きくなるように設定されている
請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項７】
損失電力決定部が、発電機が発電した電力をコンバータへ伝送するケーブルのインピーダンスに少なくとも基づいて、前記発電機から前記コンバータへ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定するステップと、
回転数取得部が、前記発電機に接続された回転体の回転数を前記コンバータから取得するステップと、
トルク指令値決定部が、前記損失電力と前記パワーコンディショナが出力する目標電力値の和と前記回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、前記トルク指令値に基づいて前記発電機を制御する前記コンバータへ、前記トルク指令値を出力するステップと、
を有する制御方法。
【請求項８】
コンバータがパワーコンディショナへ出力する直流電圧の値を直流電圧値として、前記コンバータから取得する直流電圧値取得部と、
前記コンバータが出力する直流電圧の目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、比例項を決定する比例項決定部と、
前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、積分値を決定する積分値決定部と、
前記比例項と前記積分値とに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値を該トルク指令値に基づいて発電電力の制御を行う前記コンバータへ出力する出力部と、
前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記パワーコンディショナが電気的に接続する系統の瞬停を検出する瞬停検出部と、
を備え、
前記積分値算出部は、前記瞬停検出部が瞬停を検出した場合、前記積分値を瞬停前の前記積分値に維持する
制御装置。
【請求項９】
前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記瞬停からの復帰を検出する瞬停復帰検出部を更に備え、
前記積分値決定部は、前記瞬停復帰検出部が瞬停からの復帰を検出した場合、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分、及び前記維持していた瞬停前の前記積分値に基づいて前記積分値を決定する
請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記瞬停検出部は、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分が、第１閾値未満になった場合、前記瞬停を検出し、
前記瞬停復帰検出部は、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分が、前記第１閾値より大きい第２の閾値を超えた場合、前記瞬停からの復帰を検出する
請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記瞬停検出部が瞬停を検出した時から、所定時間が経過したか否か判定するタイマー部を更に備え、
前記積分値決定部は、前記タイマー部により所定時間が経過したと判定された場合、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分、及び前記維持していた瞬停前の前記積分値に基づいて前記積分値を決定する
請求項８から１０のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記積分値決定部は、
出力する積分入力値を、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づく値と０との間で切り替える切替部と、
前記切替部が出力した積分入力値を時間的に積分し、積分後の値を前記積分値として出力する積分部と、
を備え、
前記瞬停検出部が瞬停を検出した場合、前記切替部は前記出力する積分入力値を０に切り替え、前記瞬停復帰検出部が瞬停からの復帰を検出した場合、前記切替部は前記出力する積分入力値を前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づく値に切り替える
請求項９または１０に記載の制御装置。
【請求項１３】
前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記瞬停からの復帰を検出する瞬停復帰検出部を更に備え、
前記積分値決定部は、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づく値を積分した積分値を決定し、
前記積分値決定部は、前記瞬停検出部が瞬停を検出した場合、前記瞬停の前に決定された積分値を記憶し、前記瞬停復帰検出部が瞬停からの復帰を検出した場合、前記記憶した積分値で現在の積分値を更新する
請求項８に記載の制御装置。
【請求項１４】
直流電圧値取得部が、コンバータがパワーコンディショナへ出力する直流電圧の値を直流電圧値として、前記コンバータから取得するステップと、
比例項決定部が、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、比例項を決定するステップと、
積分値決定部が、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、積分値を決定するステップと、
出力部が、前記比例項と前記積分値とに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値を該トルク指令値に基づいて発電電力の制御を行う前記コンバータへ出力するステップと、
瞬停検出部が、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記パワーコンディショナが電気的に接続する系統の瞬停を検出するステップと、
前記積分値算出部が、前記瞬停検出部が瞬停を検出した場合、前記積分値を瞬停前の前記積分値に維持するステップと、
を有する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能エネルギーを用いた発電システムが注目を集めている。再生可能エネルギー発電システムには、流体と機械との間でエネルギー変換をする装置である流体機械を用いた発電システムがある。ここで流体機械には、例えば、水車または風車などのターボ機械がある。水車を用いた水力発電システムまたは風車を用いた風力発電システムは、系統と連系せず自立して運転する自立運転と、系統と連系して運転する系統連系運転の二つの運転が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−６５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転体に連結した発電機と、入力端が発電機の出力端に接続されたコンバータと、入力端がコンバータの出力端に接続されたパワーコンデショナ（ＰＣＳ）と、発電機を制御する制御装置と、を備える発電システムを想定する。この発電システムでは、発電機からコンバータまでをケーブルで接続しており、ケーブルのインピーダンスにより電力の損失が発生する。また、ケーブルの長さや太さによるインピーダンスの違いによって、この電力の損失は変化する。仮に、発電システムが、発電機の出力端の電力を目標の電力になるよう制御した場合、ケーブルのインピーダンスによる電力損失により、ＰＣＳから出力される電力が発電機の目標の電力から少し下がった電力になり、目標の電力を得ることができなかった。
【０００５】
また、仮に、この発電システムが系統連系運転時に系統側が瞬停した場合、負荷が減ることにより、発電機の出力電圧が急減に上昇するので、制御装置は、発電機の出力電圧を抑えるため、瞬停中に発電機の発電電力を低下させることになる。これにより、瞬停復帰直前まで発電機の発電電力を低下させることになるため、瞬停復帰後に、発電機の発電電力を瞬停前の発電電力まで戻すのに時間を要していた。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、パワーコンディショナから出力する電力を目標の電力に近づけること、あるいは発電機の発電電力を瞬停前の発電電力までに戻す時間を短縮することを可能とする制御装置及び制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係る制御装置は、発電機が発電した電力をコンバータへ伝送するケーブルのインピーダンスに少なくとも基づいて、前記発電機から前記コンバータへ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定する損失電力決定部を備える。更に、制御装置は、前記発電機に接続された回転体の回転数を前記コンバータから取得する回転数取得部を備える。更に、制御装置は、前記損失電力と前記パワーコンディショナが出力する目標電力値の和と前記回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、前記トルク指令値に基づいて前記発電機を制御する前記コンバータへ、前記トルク指令値を出力するトルク指令値決定部を備える。
【０００８】
本実施形態に係る制御装置は、コンバータがパワーコンディショナへ出力する直流電圧の値を直流電圧値として、前記コンバータから取得する直流電圧値取得部を備える。更に、制御装置は、前記コンバータが出力する直流電圧の目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、比例項を決定する比例項決定部を備える。更に、制御装置は、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、積分値を決定する積分値決定部を備える。更に、制御装置は、前記比例項と前記積分値とに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値を該トルク指令値に基づいて発電電力の制御を行う前記コンバータへ出力する出力部を備える。更に、制御装置は、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記パワーコンディショナが電気的に接続する系統の瞬停を検出する瞬停検出部を備える。積分値算出部は、前記瞬停検出部が瞬停を検出した場合、前記積分値を瞬停前の前記積分値に維持する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態における発電システム１００の構成を示す図である。
【図２】図２は、発電機２とコンバータ３の電気的な接続関係の概略図である。
【図３】図３は、第１の実施形態における制御装置５の構成を示す図である。
【図４】図４は、水力発電システムにおいて、発電機２のトルクと回転体１の回転数の関係の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、第２の実施形態における発電システム１００ｂの構成を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施形態における制御装置５ｂの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における発電システム１００の構成を示す図である。発電システム１００は、回転体１と、回転体１と連結した発電機２と、三つの入力が発電機の三つの出力とそれぞれ三つのケーブルで接続されたコンバータ３とを備える。更に、発電システム１００は、二つの入力がコンバータ３の二つの出力とケーブルで接続されたパワーコンディショナ（ＰＣＳ）と、コンバータと電気的に接続された制御装置５とを備える。
【００１１】
回転体１は、再生可能エネルギーを回転エネルギーに変換する。回転体１は、例えば、水車または風車であり、水流または気流を回転エネルギーに変換する。
発電機２は、回転体１が変換した回転エネルギーを電気エネルギー（交流電力）に変換する。
【００１２】
コンバータ３は、制御装置５からトルク指令値を取得し、取得したトルク指令値に基づいて、発電機２で発生する交流電力を調整し、調整後の交流電力を直流電力に変換する。コンバータ３は、変換後の直流電力を基に、直流電圧をＰＣＳ４へ出力する。また、コンバータ３は、自身が出力する直流電圧を計測し、計測して得た直流電圧値Ｖｄｃを制御装置５へ出力する。また、コンバータ３は、回転体１の回転数を決定する。例えば、センサレス制御を用いて、発電機２の出力電流と出力電圧から回転体１の回転数を決定する。そして、コンバータ３は、決定した回転数を制御装置５へ出力する。
【００１３】
ＰＣＳ４は、直流電力を交流電力に変換し、系統または負荷に交流電力を出力する。
また、ＰＣＳ４は、自立運転と系統連系運転を切り替える切替スイッチを備え、この切替スイッチのユーザによる操作に応じた自立／系統連系切替信号を生成し、生成した自立／系統連系切替信号を制御装置５へ出力する。例えば、ＰＣＳ４は、切替スイッチにより自立運転に切り替えられた場合、自立／系統連系切替信号を０とし、切替スイッチにより系統連系運転に切り替えられた場合、自立／系統連系切替信号を１とする。
【００１４】
制御装置５は、回転体１の回転数と直流電圧値Ｖｄｃとをコンバータ３から取得し、自立／系統連系切替信号をＰＣＳ４から取得する。そして制御装置５は、取得した回転数と直流電圧値Ｖｄｃと自立／系統連系切替信号とに基づいて、発電機２のトルクを指令するトルク指令値を決定する。そして、制御装置５は、決定したトルク指令値をこのトルク指令値に基づいて発電電力の制御を行うコンバータ３へ出力する。
【００１５】
続いて、図２を用いて、発電機２とコンバータ３の電気的な接続関係について説明する。図２は、発電機２とコンバータ３の電気的な接続関係の概略図である。発電機２は、発電部ＧＢと、発電部ＧＢが発電した第１相の交流電力を出力する第１の発電端Ｔ１と、発電部ＧＢが発電した第２相の交流電力を出力する第２の発電端Ｔ２と、発電部ＧＢが発電した第３相の交流電力を出力する第３の発電端Ｔ３と、を備える。
更に、発電機２は、一端が第１の発電端Ｔ１と電気的に接続された巻線ＷＷ１と、一端が第２の発電端Ｔ２と電気的に接続された巻線ＷＷ２と、一端が第３の発電端Ｔ３と電気的に接続された巻線ＷＷ３とを備える。
【００１６】
ケーブルＣＢ１は、一端が巻線ＷＷ１の他端と接続され、他端がコンバータの第１の入力に接続されている。
同様に、ケーブルＣＢ２は、一端が巻線ＷＷ２の他端と接続され、他端がコンバータの第２の入力に接続されている。
同様に、ケーブルＣＢ３は、一端が巻線ＷＷ３の他端と接続され、他端がコンバータの第３の入力に接続されている。
【００１７】
本実施形態では、一例として、巻線ＷＷ１、巻線ＷＷ２、及び巻線ＷＷ３の抵抗は、いずれも同じ抵抗値Ｒ１を示す。また、本実施形態では、一例として、ケーブルＣＢ１、ケーブルＣＢ２、及びケーブルＣＢ３は、いずれも同じ抵抗値Ｒ２を示す。これにより、発電機２の各発電端から、コンバータの各入力端までの抵抗値は、Ｒ１＋Ｒ２を示す。特に、発電機２とコンバータ３の距離が離れるほど、ケーブルケーブルＣＢ１、ケーブルＣＢ２、及びケーブルＣＢ３の長さが長くなるので、ケーブルによる抵抗が大きくなり、ケーブルにおける電力損失が大きくなる。
【００１８】
続いて、図３を用いて、本実施形態に係る制御装置５の構成を説明する。図３は、第１の実施形態における制御装置５の構成を示す図である。
制御装置５は、トルク指令値決定部５０、回転数取得部５１、直流電圧値取得部５５、及び損失電力決定部５２を備える。ここで、トルク指令値決定部５０は、発電機最大トルク値決定部５３、最適トルク値決定部５４、及び制御部５６を備える。
【００１９】
回転数取得部５１は、発電機２に接続された回転体１の回転数をコンバータ３から取得する。そして回転数取得部５１は、取得した回転数を損失電力決定部５２、最適トルク値決定部５４、及び制御部５６へ出力する。
【００２０】
損失電力決定部５２は、発電機２が発電した電力をコンバータ３へ伝送するケーブルＣＢ１〜ＣＢ３のいずれかのインピーダンスＲ２に少なくとも基づいて、発電機２からコンバータ３へ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定する。本実施形態では、一例として、損失電力決定部５２は、制御部５６が決定したトルク指令値Ｔｃと、回転数取得部５１が取得した回転数と、発電機２の巻線ＷＷ１の抵抗値Ｒ１と、ケーブルＣＢ１のインピーダンスＲ２とを用いて、損失電力を決定する。これにより、発電機２の巻線ＷＷ１の抵抗及びケーブルＣＢ１のインピーダンスによる損失電力を決定することができる。
【００２１】
なお、本実施形態では、一例として、損失電力決定部５２は、巻線ＷＷ１の抵抗値Ｒ１と、ケーブルＣＢ１のインピーダンスＲ２を用いるが、巻線ＷＷ２の抵抗値Ｒ１と、ケーブルＣＢ２のインピーダンスＲ２を用いてもよいし、巻線ＷＷ３の抵抗値Ｒ１と、ケーブルＣＢ３のインピーダンスＲ２を用いてもよい。
【００２２】
損失電力Ｐｌｏｓｓは、発電機の発電電力をＰとすると次の式（１）により表される。
【００２３】
Ｐｌｏｓｓ  ＝  ａ１×Ｐ＋ａ２（Ｒ１＋Ｒ２）Ｔｃ２＋ａ０  …（１）
【００２４】
ここで、ａ０はシステム特性による第１の定数で、ａ１はシステム特性による第２の定数で、ａ２は、発電機特性による定数である。
発電機の発電電力Ｐは、発電機のトルクと角周波数ωを乗算したものであり、発電機のトルクは、トルク指令値Ｔｃと等しくなるので、式（１）は次の式（２）のように表せる。
【００２５】
Ｐｌｏｓｓ  ＝  ａ１×Ｔｃ×ω＋ａ２（Ｒ１＋Ｒ２）Ｔｃ２＋ａ０  …（２）
【００２６】
損失電力決定部５２は、この式（２）による計算を実行する。ここで、損失電力決定部５２は、乗算器５２１、乗算器５２２、乗算器５２３、加算器５２４、乗算器５２５、乗算器５２６、乗算器５２７、及び加算器５２８を備える。
【００２７】
乗算器５２１は、回転数取得部５１から入力された回転数に２π／６０を乗算して角周波数ωを算出し、この角周波数ωを乗算器５２２へ出力する。
【００２８】
乗算器５２２は、制御部５６から入力されたトルク指令値Ｔｃと乗算器５２２から入力された角周波数ωを乗算して発電電力Ｐを算出し、算出した発電電力Ｐを制御部５６及び乗算器５２７へ出力する。
【００２９】
乗算器５２３は、トルク指令値Ｔｃ同士を乗算し、乗算後の値ｔ１を乗算器５２４へ出力する。
【００３０】
加算器５２４は、発電機２の巻線ＷＷ１の抵抗値Ｒ１と、ケーブルＣＢ１のインピーダンスＲ２を加算し、加算後の値ｔ２を乗算器５２５へ出力する。
【００３１】
乗算器５２５は、乗算器５２３から入力された値ｔ１と加算器５２４から入力された値ｔ２を乗算し、乗算後の値ｔ３を乗算器５２６へ出力する。
【００３２】
乗算器５２６は、乗算器５２５から入力された値ｔ３に定数ａ２を乗算し、乗算後の値ｔ４を加算器５２８へ出力する。
【００３３】
乗算器５２７は、乗算器５２２から入力された発電電力Ｐに定数ａ１を乗算し、乗算後の値ｔ５を加算器５２８へ出力する。
【００３４】
加算器５２８は、乗算器５２６から入力された値ｔ４と乗算器５２７から入力された値ｔ５を加算し、加算後の値を損失電力Ｐｌｏｓｓとして、発電機最大トルク値決定部５３へ出力する。
【００３５】
なお、損失電力決定部５２は、制御部５６が決定したトルク指令値と、回転数取得部５１が取得した回転数と、ケーブルＣＢ１のインピーダンスＲ２とを用いて、損失電力を決定してもよい。これにより、ケーブルＣＢ１のインピーダンスＲ２による損失電力を決定することができる。
【００３６】
直流電圧値取得部５５は、コンバータ３がＰＣＳ４へ出力する直流電圧の値を直流電圧値Ｖｄｃとして、コンバータ３から取得する。直流電圧値取得部５５は、取得した直流電圧値Ｖｄｃを制御部５６へ出力する。
【００３７】
トルク指令値決定部５０は、損失電力とＰＣＳ４が出力する目標電力値の和と回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、この決定したトルク指令値を、このトルク指令値に基づいて発電機２を制御するコンバータ３へ出力する。本実施形態において、この目標電力値は、一例として、発電機２がＰＣＳ４を介して出力できる最大電力であるシステム最大出力値である。本実施形態では、一例として、ＰＣＳ４及びコンバータ３の定格電力が発電機２の定格電力よりも大きいことを想定しているので、このシステム最大出力値は、一例として、発電機２の定格電力（以下、発電機最大出力値という）である。
【００３８】
発電機最大トルク値決定部５３は、損失電力決定部５２が決定した損失電力と、システム最大出力値の一例である発電機最大出力値とを加算する。そして、発電機最大トルク値決定部５３は、加算後の値と回転数取得部５１が取得した回転数とに基づいて、発電機最大トルク値を決定する。この加算後の値は、発電機最大出力値に、巻線ＷＷ１とケーブルＣＢ１による損失電力を足したものであるので、発電機最大トルク値は、この損失電力の分だけ大きなトルク値である。これにより、トルク指令値Ｔｃが、発電機最大トルク値である間は、巻線ＷＷ１とケーブルＣＢ１で電力が損失しても、ＰＣＳの出力電力を目標とする目標電力にすることができる。
【００３９】
ここで、発電機最大トルク値決定部５３内のブロックは、上述した処理をブロック図で表したものである。発電機最大トルク値決定部５３は、加算器５３１、除算器５３２、及び出力調整部５３３を備える。
【００４０】
加算器５３１は、損失電力とシステム最大出力値を加算し、加算後の値を補正発電機最大出力値として、除算器５３２へ出力する。
【００４１】
除算器５３２は、加算器５３１から入力された補正発電機最大出力値を乗算器５２１から入力された角周波数ωで割り、割った値を発電機最大出力制限トルク値として、出力調整部５３３へ出力する。
【００４２】
出力調整部５３３は、発電機最大出力制限トルク値を、予め設定された下限値０から上限値である発電機許容最大トルクＴｑ＿ｌｉｍまでの範囲で制限して出力する。具体的には、出力調整部５３３は、発電機最大出力制限トルク値が下限値０より小さい場合０を発電機最大トルク値として出力し、発電機許容最大トルクＴｑ＿ｌｉｍを超える場合、発電機許容最大トルクＴｑ＿ｌｉｍを発電機最大トルク値として出力し、下限値０以上発電機許容最大トルクＴｑ＿ｌｉｍ以下の場合、発電機最大出力制限トルク値を発電機最大トルク値として出力する。ここで、発電機許容最大トルクＴｑ＿ｌｉｍは、発電機２が許容する最大の電流が発電機２に流れるときの発電機２のトルク値である。
【００４３】
最適トルク値決定部５４は、回転数取得部５１が取得した回転数ｎに応じて、発電機最大トルク値を上限とする最大トルク制限最適トルク値を決定する。ここで、最適トルク値決定部５４は、第１の関数算出部５４１、及び出力調整部５４２を備える。
【００４４】
第１の関数算出部５４１は、回転数ｎの関数である第１の関数ｆ１（ｎ）により回転数最適トルク値を算出する。ここで、回転数最適トルク値は、回転数に応じた最適なトルク値であり、例えば、後述する図４に示す破線Ｗ２の直線で表される一次関数である。
【００４５】
出力調整部５４２は、第１の関数算出部５４１から入力された回転数最適トルク値を、
下限値０から上限値である発電機最大トルク値までの範囲で制限して出力する。具体的には、出力調整部５４２は、回転数最適トルク値が予め設定した下限値０より小さい場合、０を最大トルク制限最適トルク値として出力し、出力調整部５３３から入力された発電機最大トルク値を超える場合、発電機最大トルク値を最大トルク制限最適トルク値として出力する。出力調整部５４２は、回転数最適トルク値が０から発電機最大トルク値までの範囲の場合、回転数最適トルク値をそのまま最大トルク制限最適トルク値として出力する。
【００４６】
ここで、最大トルク制限最適トルク値は、例えば、図４に示す曲線Ｗ１のように、回転数に応じて変化する。
【００４７】
図４は、水力発電システムにおいて、発電機２のトルクと回転体１の回転数の関係の一例を示すグラフである。曲線Ｗ１は、回転数ｎに応じて変化する最大トルク制限最適トルク値を示す曲線である。曲線Ｌ１〜Ｌ１６は、水の流速が１ｍ／ｓから順に０．２ｍ／ｓ刻みで増える毎の発電機２のトルクと回転体１の回転数の関係を示す。図４の曲線Ｌ１〜Ｌ１６に示すように、水の流速に応じて、発電機２のトルクと回転体１の回転数の関係は変わってくる。すなわち、各流速に応じて、最大のトルクは変わってくる。破線Ｗ２の直線で表される第１の関数ｆ１（ｎ）は、各流速におけるトルクの最大値をとる回転数とトルクの座標を用いて最小二乗法で近似した一次関数である。
【００４８】
本実施形態において、図４の回転数ｎ１からｎ２までの区間の曲線Ｗ１が示すように、破線Ｗ２の直線で表される第１の関数ｆ１（ｎ）に従って、発電機のトルク指令値が決定される。
図４の回転数ｎ２からｎ３までの区間の曲線Ｗ１が示すように、発電機のトルク指令値は、出力調整部５３３により、発電機許容最大トルクＴｑ＿ｌｉｍに固定される。
【００４９】
図４の回転数ｎ３からｎ４までの区間の曲線Ｗ１が示すように、発電機のトルク指令値Ｔｃは、次の式（３）で表される。
【００５０】
Ｔｃ＝（Ｐｍ＋Ｐｌｏｓｓ）／（２πｎ／６０）＝（Ｐｍ＋Ｐｌｏｓｓ）／ω  …（３）
【００５１】
このように、図４の回転数ｎ３からｎ４までの区間では、発電機のトルク指令値Ｔｃは、発電機の定格電力（発電機最大出力値）Ｐｍと損失電力の和を、現在の回転数ｎから算出される現在の角周波数ωで割った値で表される。
【００５２】
発電機最大トルク値決定部５３は、式（３）の示すように、発電機最大出力制限トルク値を、発電機最大出力値Ｐｍと巻線ＷＷ１及びケーブルＣＢ１における損失電力との和を角周波数ωで割った値にする。このようにすることで、発電機２は、発電機最大出力値Ｐｍに巻線ＷＷ１及びケーブルＣＢ１における損失電力を加算した電力値で交流電力を出力する。これにより、コンバータ３は、巻線ＷＷ１及びケーブルＣＢ１において電力を消費しても、発電機最大出力値Ｐｍの交流電力を受けることができ、発電機最大出力値Ｐｍの直流電力をＰＣＳ４へ出力することができる。このため、ＰＣＳ４は、発電機最大出力値Ｐｍの交流電力を系統へ出力することができる。
【００５３】
制御部５６は、コンバータ３が出力する直流電圧の目標電圧値Ｖｄｃ＿ｒｅｆと直流電圧値Ｖｄｃとの差分に基づいて、最大トルク制限最適トルク値を上限とするトルク指令値を決定し、決定したトルク指令値をこのトルク指令値に基づいて発電機２を制御するコンバータ３へ出力する。
【００５４】
ここで、制御部５６は、減算器５６１、比例項決定部ＰＴ、積分値決定部ＩＴ、及び出力部ＯＴを備える。
減算器５６１は、目標電圧値Ｖｄｃ＿ｒｅｆから、直流電圧値取得部が取得した直流電圧値Ｖｄｃを減算し、減算して得た差分ΔＶ（＝Ｖｄｃ＿ｒｅｆ−Ｖｄｃ）を比例項決定部ＰＴと積分値決定部ＩＴへ出力する。
【００５５】
比例項決定部ＰＴは、予め設定された目標電圧値Ｖｄｃ＿ｒｅｆと直流電圧値取得部５５が取得した直流電圧値Ｖｄｃとの差分ΔＶに基づいて、比例項を決定する。
【００５６】
積分値決定部ＩＴは、上記目標電圧値Ｖｄｃ＿ｒｅｆと上記直流電圧値Ｖｄｃとの差分に基づいて、積分値を決定する。
【００５７】
出力部ＯＴは、この比例項とこの積分値とに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値をこのトルク指令値に基づいて発電電力の制御を行うコンバータ３へ出力する。
【００５８】
以下、制御部５６を構成する各部の構成について説明する。
比例項決定部ＰＴは、乗算器ＰＴ１、乗算器ＰＴ２、及び乗算器ＰＴ３を備える。
乗算器ＰＴ１は、減算器５６１から入力された差分ΔＶに、比例ゲインＫｐを乗算して比例演算出力値を算出し、算出した比例演算出力値を乗算器ＰＴ３へ出力する。
乗算器ＰＴ２は、回転数取得部５１から入力された回転数ｎに比例補正ゲインを乗算して比例ゲイン補正出力値を算出し、算出した比例ゲイン補正出力値を乗算器ＰＴ３へ出力する。
乗算器ＰＴ３は、乗算器ＰＴ１から入力された比例演算出力値と、乗算器ＰＴ２から入力された比例ゲイン補正出力値を乗算して上記比例項を算出し、算出した比例項を比例演算補正出力値として出力部ＯＴへ出力する。
【００５９】
積分値決定部ＩＴは、積分ゲイン補正部ＩＴ１、積分入力値決定部ＩＴ１２、減算器ＩＴ３、積分部ＩＴ４、及び減算器ＩＴ６を備える。
【００６０】
積分ゲイン補正部ＩＴ１は、ＰＣＳ４から入力された自立／系統連系切替信号が１のとき、すなわち系統連系運転のとき、乗算器５２２から入力された発電電力Ｐを引数とする第２の関数ｆ２（Ｐ）の値を積分ゲイン補正値Ｋｉｒとして、積分入力値決定部ＩＴ１２へ出力する。一方、積分ゲイン補正部ＩＴ１は、ＰＣＳ４から入力された自立／系統連系切替信号が０のとき、すなわち自立運転のとき、０を積分ゲイン補正値Ｋｉｒとして、積分入力値決定部ＩＴ１２へ出力する。
【００６１】
積分入力値決定部ＩＴ１２は、減算器５６１から入力された差分ΔＶ及び積分ゲイン補正部ＩＴ１から入力された積分ゲイン補正値Ｋｉｒを引数とする第３の関数ｆ３（ΔＶ，Ｋｉｒ）の値を算出し、算出した値を積分入力値として減算器ＩＴ３へ出力する。ここで、例えば、積分ゲインをＫｉとすると、第３の関数ｆ３（ΔＶ，Ｋｉｒ）＝ΔＶ×Ｋｉ×Ｋｉｒで表される。
【００６２】
減算器ＩＴ３は、積分入力値決定部ＩＴ１２から入力された積分入力値から、減算器ＩＴ６から入力された積分トルク制限超過値を減算し、減算後の値を積分部ＩＴ４へ出力する。この積分トルク制限超過値は、積分値が最大トルク制限最適トルク値を超えた分の値である。減算器ＩＴ３で積分入力値からこの積分トルク制限超過値を減算することにより、積分値が最大トルク制限最適トルク値を超えた場合に、その超えた分だけ、積分部ＩＴ４へ入力される積分入力値を小さくする。これにより、積分値が大きくなりすぎた場合に、短時間で積分値を下げることができる。
【００６３】
積分部ＩＴ４は、積分入力値を時間的に積分し、積分後の値を上記積分値として出力する。その一例として、積分部ＩＴ４は、前回自らが出力した積分値である積分前回値を保持し、減算器ＩＴ３から入力された値に、積分前回値を加算して積分値を算出する。積分部ＩＴ４は、算出した積分値を出力部ＯＴの後述する出力調整部ＯＴ１及び減算器ＩＴ６へ出力する。この積分部ＩＴ４による処理は、例えば、減算器ＩＴ３から入力された値に、伝達関数１／Ｔｓ（Ｔは積分期間、ｓは複素数）を乗算する処理である。
【００６４】
減算器ＩＴ６は、積分部ＩＴ４から入力された積分値から、出力調整部ＯＴ１から入力された積分演算出力値を減算して積分トルク制限超過値を算出し、積分トルク制限超過値を減算器ＩＴ３へ出力する。
【００６５】
出力部ＯＴは、出力調整部ＯＴ１、加算器ＯＴ２、及び出力調整部ＯＴ３を備える。
【００６６】
出力調整部ＯＴ１は、積分値を、予め設定された下限値０から上限値である最大トルク制限最適トルク値までの範囲で制限して、積分演算出力値として減算器ＩＴ６及び出力部ＯＴへ出力する。具体的には、出力調整部ＯＴ１は、積分値が下限値０より小さい場合０を出力し、積分値が最大トルク制限最適トルク値を超える場合、最大トルク制限最適トルク値を出力し、積分値が下限値０以上、且つ最大トルク制限最適トルク値以下の場合、積分値をそのまま出力する。
【００６７】
加算器ＯＴ２は、乗算器ＰＴ３から入力された比例ゲイン補正出力値と、出力調整部ＯＴ１から入力された積分演算出力値とを加算してトルク値を算出し、算出したトルク値を出力調整部ＯＴ３へ出力する。
【００６８】
出力調整部ＯＴ３は、加算器ＯＴ２から入力されたトルク値を、予め設定された下限値０から上限値である最大トルク制限最適トルク値までの範囲で制限して、トルク指令値として乗算器５２２及びコンバータ３へ出力する。具体的には、出力調整部ＯＴ３は、トルク値が下限値０より小さい場合０を出力し、トルク値が最大トルク制限最適トルク値を超える場合、最大トルク制限最適トルク値を出力し、トルク値が下限値０以上、且つ最大トルク制限最適トルク値以下の場合、トルク値をそのまま出力する。
【００６９】
（動作の説明）
続いて、発電システム１００及び制御装置５の動作について説明する。
図１に示す発電システム１００において、水流や空気の流れ等の再生可能エネルギーにより回転体１が回転する。この回転により、発電機２が交流電圧を発生する。コンバータ３は、この交流電圧を直流電圧に変換してＰＣＳ４へ出力する。
【００７０】
また、コンバータ３は、所定の周期で、発電機２の回転数と、コンバータ３が出力する直流電圧の値である直流電圧値Ｖｄｃとを制御装置５へ出力する。制御装置５は、この回転数と直流電圧値Ｖｄｃに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値をコンバータ３へ出力する。コンバータ３は、このトルク指令値に基づいて発電機２を制御する。具体的には、コンバータ３は、発電機２のトルクがこのトルク指令値になるように発電機２が出力する電流を制御する。
【００７１】
ＰＣＳ４は、直流電圧値Ｖｄｃが、予め設定された発電出力可能電圧値Ｖｄｃ＿ｐｃｓを超えたら、系統または自立負荷に交流電力を出力する。
ＰＣＳ４は、コンバータ３から入力される直流電圧の値が、発電出力可能電圧値Ｖｄｃ＿ｐｃｓになるまでは待機状態である。このため、制御装置５は、直流電圧が発電出力可能電圧値Ｖｄｃ＿ｐｃｓになるまで、トルク指令値を上昇させる。ここで、Ｖｄｃ＿ｒｅｆ＞Ｖｄｃ＿ｐｃｓとなるように、すなわち目標電圧値Ｖｄｃ＿ｒｅｆが発電出力可能電圧値Ｖｄｃ＿ｐｃｓを超えるように、目標電圧値Ｖｄｃ＿ｒｅｆが設定されている。
【００７２】
本実施形態に係る発電システム１００では、発電した電力を系統へ供給する系統連系運転モードと、ＰＣＳ４に接続した負荷に対して直接電力を供給する自立運転モードの二つの運転モードを有しており、ＰＣＳ４にて、モードの切り替えが可能である。以下、各運転モードにおける動作について説明する。
【００７３】
まず、系統連系運転モード時の動作について説明する。直流電圧値Ｖｄｃが発電出力可能電圧値Ｖｄｃ＿ｐｃｓを超えると、ＰＣＳ４は、系統への交流電力の出力を開始する。その際、ＰＣＳ４は、直流電圧値Ｖｄｃを発電出力可能電圧値Ｖｄｃ＿ｐｃｓになるよう制御する。
【００７４】
一方、制御装置５は、直流電圧値Ｖｄｃが目標電圧値Ｖｄｃ＿ｒｅｆとなるよう発電機２を制御しようとするが、安定した系統に連系しているＰＣＳ４の電圧制御により、直流電圧値Ｖｄｃは、発電出力可能電圧値Ｖｄｃ＿ｐｃｓとなる。このため、Ｖｄｃ＿ｒｅｆ＞Ｖｄｃ＿ｐｃｓに設定されていることから、系統連系運転中において、目標電圧値Ｖｄｃ＿ｒｅｆから直流電圧値Ｖｄｃを引いた差分ΔＶ（＝Ｖｄｃ＿ｒｅｆ−Ｖｄｃ）は、常に一定の正の値となる。この一定の正の値により、出力調整部ＯＴ３へ入力されるトルク値は、常に最大トルク制限最適トルク値を超える。このため、系統連系運転中は、トルク指令値は常に最大トルク制限最適トルク値となる。
【００７５】
これにより、系統連系運転モード時は、ＰＣＳ４が待機状態から系統連系運転へ移行した際に、制御装置５は、ＰＩ制御によるトルク指令値の制御から、図４の曲線Ｗ１に示すトルクと回転数の関係を有する最大トルク制限最適トルク値がトルク指令値になる制御へ移行する。
【００７６】
続いて、自立運転モード時の動作について説明する。直流電圧値Ｖｄｃが発電出力可能電圧値Ｖｄｃ＿ｐｃｓを超えると、ＰＣＳ４は、自立負荷への交流電力の出力を開始する。その際、系統連系運転モードと違い、ＰＣＳ４は系統に電力を供給しないことから、制御装置５が、制御を行うことにより、直流電圧値Ｖｄｃを目標電圧値Ｖｄｃ＿ｒｅｆで一定に保つ。
【００７７】
これにより、自立運転モード時は、接続された負荷に変動があった場合にも、制御装置５が直流電圧値を発電出力可能電圧値Ｖｄｃ＿ｐｃｓより大きな目標電圧値Ｖｄｃ＿ｒｅｆになるよう制御することで、安定した自立運転が可能となる。
【００７８】
以上、第１の実施形態において、制御装置５は、発電機２が発電した電力をコンバータ３へ伝送するケーブルＣＢ１〜ＣＢ３のいずれかのインピーダンスに少なくとも基づいて、発電機２から前記コンバータへ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定する損失電力決定部５２を備える。更に、制御装置５は、発電機２に接続された回転体の回転数をコンバータ３から取得する回転数取得部５１を備える。更に、制御装置５は、上記損失電力とＰＣＳ４が出力する目標電力値の和と上記回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、このトルク指令値に基づいて発電機２を制御するコンバータ３へ、このトルク指令値を出力するトルク指令値決定部５０を備える。
【００７９】
これにより、トルク指令値決定部５０は、トルク指令値を、目標電力値にケーブルＣＢ１における損失電力を加算した値にすることで、発電機２は、目標電力値にケーブルＣＢ１における損失電力を加算した値を出力する。これにより、コンバータ３は、ケーブルＣＢ１において電力を消費しても、目標電力値の交流電力を受けることができ、目標電力値の直流電力をＰＣＳ４へ出力することができる。このため、ＰＣＳ４が目標電力値の交流電力を出力することができる。その結果、ＰＣＳ４から出力する電力の値を目標電力値に近づけることができる。
【００８０】
例えば、損失電力決定部５２は、トルク指令値決定部５０が決定したトルク指令値と、回転数取得部５１が取得した回転数と、ケーブルＣＢ１のインピーダンスとを用いて、上記損失電力を決定する。これにより、発電機２は、目標電力値よりもケーブルＣＢ１における損失電力分だけ大きな電力を出力するので、ケーブルＣＢ１で電力を損失しても、コンバータ３からは目標電力値に近い電力を出力することができる。このため、ＰＣＳ４から目標電力値に近い電力を出力することができる。
【００８１】
本実施形態では、損失電力決定部５２は、更に、発電機２の巻線ＷＷ１の抵抗値も用いて、損失電力を決定する。これにより、発電機２は、目標電力値よりも巻線ＷＷ１及びケーブルＣＢ１における損失電力分だけ大きな電力を出力するので、巻線ＷＷ１及びケーブルＷＷ１で電力を損失しても、コンバータ３からは目標電力値に更に近い電力を出力することができる。このため、ＰＣＳ４から目標電力値に更に近い電力を出力することができる。
【００８２】
なお、本実施形態に係る損失電力決定部５２は、トルク指令値決定部５０が決定したトルク指令値と、回転数取得部５１が取得した回転数と、ケーブルＣＢ１のインピーダンスとを用いて、上記損失電力を決定したが、これに限ったものではない。その代わりに、損失電力決定部５２は、発電機２が出力する電流の電流値と、ケーブルＣＢ１のインピーダンスＲ２とを用いて、損失電力を決定してもよい。その際、損失電力算出部は、更に、発電機２の巻線の抵抗値Ｒ１も用いて、損失電力を決定してもよい。具体的には、損失電力決定部５２は、発電機２が出力する電流の電流値をＩとすると、Ｉ×（Ｒ１＋Ｒ２）を損失電力として決定してもよい。
【００８３】
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係る制御装置は、瞬停が検出された場合、積分値算出部は、積分値を瞬停前の積分値に維持する。これにより、瞬停中のトルク指令値の低下を防ぐので、瞬停中の発電機２からの発電出力低下を防ぐことができ、瞬停復帰後に、発電出力を瞬停前の状態まで速やかに復帰させることができる。
【００８４】
以下、第２の実施形態に係る発電システム１００ｂの構成について説明する。第２の実施形態に係る発電システム１００ｂの構成は、図１に示された第１の実施形態に係る発電システム１００の構成に比べて、制御装置５が制御装置５ｂに変更されたものになっている。なお、図１と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。
【００８５】
続いて、第２の実施形態に係る制御装置５ｂの構成について説明する。図６は、第２の実施形態における発電システム１００の構成を示す図である。
第２の実施形態に係る制御装置５ｂは、回転数取得部５１、乗算器５２１、発電機最大トルク値決定部５３ｂ、最適トルク値決定部５４、直流電圧値取得部５５、制御部５６ｂ、及び切替信号生成部５７を備える。なお、図３と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。
【００８６】
乗算器５２１は、回転数取得部５１が取得した回転数に２π／６０を乗算して角周波数ωを算出し、算出した角周波数ωを発電機最大トルク値決定部５３ｂ及び積分値決定部ＩＴｂへ出力する。
発電機最大トルク値決定部５３ｂは、除算器５３２及び出力調整部５３３を備える。
第１の実施形態に係る除算器５３２は、システム最大出力値と損失電力の和を、乗算器５２１から入力された角周波数ωで割り算してシステム最大出力制限トルク値を算出した。それに対し、第２の実施形態に係る除算器５３２は、システム最大出力値を、乗算器５２１から入力された角周波数ωで割り算してシステム最大出力制限トルク値を算出する点が異なっている。
【００８７】
切替信号生成部５７は、積分値決定部ＩＴｂの減算器ＩＴ３へ入力される積分入力値を切り替えるために用いる積分入力値切替信号を生成する。
ここで、切替信号生成部５７は、瞬停検出部５７１、瞬停復帰検出部５７２、タイマー部５７３、ＯＲ演算部５７４、及び切替信号生成部５７５を備える。
瞬停検出部５７１は、予め設定された目標電圧値と直流電圧値との差分に基づいて、ＰＣＳ４が電気的に接続する系統の瞬停を検出する。具体的には例えば、瞬停検出部５７１は、目標電圧値と直流電圧値との差分が、第１閾値未満になった場合、瞬停を検出する。瞬停検出部５７１は、瞬停を検出した場合、切替信号生成部５７５へ出力する出力信号を所定期間だけハイレベルにする。それ以外の場合、瞬停検出部５７１は、この出力信号をローレベルにする。
【００８８】
瞬停復帰検出部５７２は、目標電圧値と直流電圧値との差分に基づいて、瞬停からの復帰を検出する。具体的には例えば、瞬停復帰検出部５７２は、目標電圧値と直流電圧値との差分が、第１閾値（例えば、−４００Ｖ）より大きい第２の閾値（例えば、−３５０Ｖ）を超えた場合、瞬停からの復帰を検出する。
瞬停復帰検出部５７２は、瞬停からの復帰を検出した場合、ＯＲ演算部５７４へ出力する出力信号を所定期間だけハイレベルにする。それ以外の場合、瞬停復帰検出部５７２は、この出力信号をローレベルにする。
【００８９】
タイマー部５７３は、切替信号生成部５７５が出力した積分入力値切替信号がハイレベルになった場合、すなわち瞬停発生時から所定時間が経過した場合、ＯＲ演算部５７４へ出力する出力信号を所定期間だけハイレベルにする。それ以外の場合、タイマー部５７３はこの出力信号をローレベルにする。
【００９０】
ＯＲ演算部５７４は、瞬停復帰検出部５７２から入力された出力信号またはタイマー部５７３から入力された出力信号の少なくともいずれか一つがハイレベルの場合、切替信号生成部５７５へ出力する出力信号を所定期間だけハイレベルにする。それ以外の場合、ＯＲ演算部５７４はこの出力信号をローレベルにする。
【００９１】
切替信号生成部５７５は、瞬停検出部５７１からの出力信号とＯＲ演算部５７４からの出力信号とに基づいて、積分入力値切替信号を生成し、生成した積分入力値切替信号を積分値決定部ＩＴの後述する切替部ＩＴ８へ出力する。ここで、切替信号生成部５７５は、例えば、入力ポートＳ、入力ポートＲ、出力ポートＱを有するＳＲラッチである。ここで、Ｓは「Ｓｅｔ」、Ｒは「Ｒｅｓｅｔ」を意味する。入力ポートＳには、瞬停検出部５７１からの出力信号が入力され、入力ポートＲには、ＯＲ演算部５７４からの出力信号が入力され、出力ポートＱから積分入力値切替信号が出力される。
【００９２】
瞬停検出部５７１からの出力信号すなわち入力ポートＳがハイレベルで且つＯＲ演算部５７４からの出力信号すなわち入力ポートＲがローレベルの場合、積分入力値切替信号をハイレベルにする。一方、切替信号生成部５７５は、瞬停検出部５７１からの出力信号すなわち入力ポートＳがローレベルで且つＯＲ演算部５７４からの出力信号すなわち入力ポートＲがハイレベルの場合、積分入力値切替信号をローレベルにする。また、瞬停検出部５７１からの出力信号すなわち入力ポートＳがローレベルで且つＯＲ演算部５７４からの出力信号すなわち入力ポートＲがローレベルの場合、積分入力値切替信号をそれ以前のレベルに維持する。
【００９３】
第２の実施形態に係る制御部５６ｂの構成は、第１の実施形態に係る制御部５６の構成に比べて、積分値決定部ＩＴが積分値決定部ＩＴｂに変更されたものになっている。
積分値決定決定部ＩＴｂは、瞬停検出部５７１が瞬停を検出した場合、積分値を瞬停前の積分値に維持する。ここで、第２の実施形態に係る積分値決定部ＩＴｂは、第１の実施形態に係る積分値決定部ＩＴに比べて、乗算器ＩＴ７、切替部ＩＴ８が追加されたものになっている。
【００９４】
乗算器ＩＴ７は、乗算器５２１から入力された角周波数ωに、出力調整部ＯＴ３から入力されたトルク指令値を乗算して発電電力を算出し、算出した発電電力を積分ゲイン補正部ＩＴ１へ出力する。
【００９５】
切替部ＩＴ８は、出力する積分入力値を、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶに基づく値と０との間で切り替える。
具体的には、切替部ＩＴ８は、切替信号生成部５７５から入力された積分入力値切替信号がローレベルからハイレベルになった場合、瞬停が検出されたので、出力する積分入力値を０に切り替える。そして、積分入力値切替信号がハイレベルの間、切替部ＩＴ８は、出力する積分入力値を０のままにする。これにより、積分部ＩＴ４が出力する積分値が、前回のクロックにおける積分値に固定されるので、積分値が瞬停直前の積分値に維持される。
【００９６】
一方、切替部ＩＴ８は、切替信号生成部５７５から入力された積分入力値切替信号がハイレベルからローレベルになった場合、すなわち瞬停から復帰したかまたは瞬停時から所定時間が経過した場合、出力する積分入力値を積分入力値決定部ＩＴ２が出力する値に切り替える。すなわち、切替部ＩＴ８は、出力する積分入力値を、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶに基づく値に切り替える。そして、積分入力値切替信号がローレベルの間、切替部ＩＴ８は、出力する積分入力値を目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶに基づく値のままにする。
このようにすることで、積分値決定部ＩＴｂは、瞬停復帰検出部５７２が瞬停からの復帰を検出した場合、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶ、及び維持していた瞬停前の積分値に基づいて積分値を決定する。
【００９７】
積分部ＩＴ４は、切替部ＩＴ８が出力した積分入力値を時間的に積分し、積分後の値を上記積分値として出力する。その一例として、積分部ＩＴ４は、前回自らが出力した積分値である積分前回値を保持し、切替部ＩＴ８から入力された積分入力値に、積分前回値を加算して積分値を算出する。
【００９８】
（制御装置５ｂの動作）
以下、第２の実施形態に係る制御装置５ｂの動作について説明する。瞬停が発生した場合、瞬停検出部５７１は、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶの変化により瞬停を検出し、切替信号生成部５７５は、ハイレベルの積分入力値切替信号を出力する。これにより、切替部ＩＴ８は、出力する積分値を０に固定し、積分部ＩＴ４は瞬停直前の積分値を出力し続ける。
【００９９】
瞬停復帰検出部５７２が、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶの変化により瞬停から復帰を検出するか、タイマー部５７３が、瞬停発生時から所定時間の経過を計測した場合、切替信号生成部５７５は、ローレベルの積分入力値切替信号を出力する。これにより、切替部ＩＴ８は、出力する積分値を積分入力値決定部ＩＴ２の出力値に切り替え、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶによる通常の積分動作を再開させる。
【０１００】
以上、第２の実施形態に係る制御装置５ｂは、コンバータ３がＰＣＳ４へ出力する直流電圧の値を直流電圧値として、コンバータ３から取得する直流電圧値取得部５５を備える。更に、制御装置５ｂは、コンバータ３が出力する直流電圧の目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶに基づいて、比例項を決定する比例項決定部ＰＴを備える。更に、制御装置５ｂは、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶに基づいて、積分値を決定する積分値決定部ＩＴｂを備える。更に、制御装置５ｂは、上記比例項と上記積分値とに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値を該トルク指令値に基づいて発電電力の制御を行うコンバータ３へ出力する出力部ＯＴを備える。更に、制御装置５ｂは、目標電圧値と直流電圧値との差分に基づいて、ＰＣＳ４が電気的に接続する系統の瞬停を検出する瞬停検出部５７１を備える。積分値決定決定部ＩＴｂは、瞬停検出部５７１が瞬停を検出した場合、上記積分値を瞬停前の積分値に維持する。
【０１０１】
これにより、瞬停が発生した場合、積分値を瞬停前の積分値に維持することで、トルク指令値が瞬停前のトルク指令値に維持される。このため、瞬停中の発電機２の発電出力の低下を防ぎ、瞬停から復帰後に発電機２の発電出力を、瞬停前の発電出力まで速やかに復帰させることができる。
【０１０２】
更に、制御装置５ｂは、瞬停検出部５７１が瞬停を検出した時から、所定時間が経過したか否か判定するタイマー部５７３を備える。そして、積分値決定部ＩＴｂは、タイマー部５７３により所定時間が経過したと判定された場合、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶ、及び維持していた瞬停前の積分値に基づいて上記積分値を決定する。
【０１０３】
これにより、瞬停が発生した時から所定時間が経過するまで、積分値を瞬停前の積分値に維持することができる。このため、例えば、コンバータ３の出力がＰＣＳ４だけでなく負荷にも接続されていた場合、瞬停が発生した時から所定時間が経過するまで、負荷へ供給する電力の低下を防ぐことができる。
【０１０４】
なお、積分値決定部ＩＴは、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔＶに基づく値を積分した積分値を決定し、瞬停検出部５７１が瞬停を検出した場合、この瞬停の前に決定された積分値を記憶し、瞬停復帰検出部５７２が瞬停からの復帰を検出した場合、記憶した積分値で現在の積分値を更新する。
これにより、瞬停復帰時に、積分値を瞬停の前に決定された積分値で更新することで、瞬停復帰時に瞬停前のトルク指令値に設定される。このため、瞬停から復帰後に発電機２の発電出力を、瞬停前の発電出力まで速やかに復帰させることができる。
【０１０５】
なお、各実施形態の制御装置の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、プロセッサが実行することにより、各実施形態の制御装置に係る上述した種々の処理を行ってもよい。
【０１０６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０７】
１００、１００ｂ  発電システム
１  回転体
２  発電機
３  コンバータ
４  ＰＣＳ
５、５ｂ  制御装置
ＧＢ  発電部
Ｔ１  第１の発電端
Ｔ２  第２の発電端
Ｔ３  第３の発電端
ＷＷ１、ＷＷ２、ＷＷ３  巻線
ＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３  ケーブル
５０  トルク指令値決定部
５１  回転数取得部
５２  損失電力決定部
５２１  乗算器
５２２  乗算器
５２３  乗算器
５２４  加算器
５２５  乗算器
５２６  乗算器
５２７  乗算器
５２８  加算器
５３、５３ｂ  発電機最大トルク値決定部
５３１  加算器
５３２  除算器
５３３  出力調整部
５４  最適トルク値決定部
５４１  第１の関数算出部
５４２  出力調整部
５５  直流電圧値取得部
５６、５６ｂ  制御部
ＰＴ  比例項決定部
ＰＴ１  乗算器
ＰＴ２  乗算器
ＰＴ３  乗算器
ＩＴ、ＩＴｂ  積分値決定部
ＩＴ１  積分ゲイン補正部
ＩＴ２  積分入力値決定部
ＩＴ３  減算器
ＩＴ４  積分部
ＩＴ６  減算器
ＩＴ７  乗算器
ＩＴ８  切替部
ＯＴ  出力部
ＯＴ１  出力調整部
ＯＴ２  加算器
ＯＴ３  出力調整部
５７  切替信号生成部
５７１  瞬停検出部
５７２  瞬停復帰検出部
５７３  タイマー部
５７４  ＯＲ演算部
５７５  切替信号生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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