(57)【要約】本発明は、電気事業配電網に接続された風力タービンを、前記電気事業配電網（９）における動作不良中に制御する方法に関する。この方法は、前記電気事業配電網における動作不良を検出する工程と、前記電力変換機（１２）の少なくとも２つの制御ユニットを少なくとも１つの電力変換機制限値に関して動作させる工程とを含む。本発明はまた、電気事業配電網と風力タービンとに接続された風力タービン用制御システムにも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気事業配電網に接続された、発電機と電力変換機を含む風力タービンを、前記電気事業配電網における動作不良中に制御する方法であって、
前記電気事業配電網における前記動作不良を検出する工程と、
前記電力変換機の少なくとも２つの制御ユニットを少なくとも１つの電力変換機制限値に関して動作させる工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つの制御ユニットが、最低限界電圧値と最高限界電圧値との間にＤＣリンクの電圧値を保つために、前記電力変換機におけるＤＣリンクの前記最低限界電圧値または最高限界電圧値に関して動作される、請求項１に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項３】
前記制御ユニットが、前記発電機と、ＤＣリンクの前記最低限界電圧値または最高限界電圧値に達すると前記発電機と前記電気事業配電網から前記電力変換機を切断するように動作される前記電力変換機の配電網側回路を含む、請求項１または２に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項４】
前記制御ユニットがさらに、前記電力変換機におけるＤＣリンクの母線の間に少なくとも１つの抵抗器を接続する１つまたは複数の抵抗器ブロックを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項５】
前記の少なくとも１つの抵抗器が母線に切換え可能に接続されている、請求項４に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項６】
前記抵抗器ブロックの各々が、ＤＣリンクの電圧値に応じて周波数によって切り換えられる、請求項４または５に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項７】
前記抵抗器ブロックが、ＤＣリンクの電圧値が上昇するにつれて逐次活動的になる、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項８】
前記抵抗器ブロックの各々は限られた時間だけ活動的である、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項９】
前記抵抗器ブロックの各々は、これらのブロックの温度に関連して動作し活動的となる、請求項４乃至８のいずれか１項に記載の風力タービンを制御する方法。
【請求項１０】
電気事業配電網における動作不良を検出するための手段と、
電力変換機と
を含む、前記電気事業配電網に接続された風力タービンを前記電気事業配電網における前記動作不良中に制御するための制御システムであって、
前記動作不良中に少なくとも１つの電力変換機限界値に関して制御される前記電力変換機の少なくとも２つの制御ユニット（Ｂ１〜Ｂｎ）をさらに含むことを特徴とする制御システム。
【請求項１１】
前記少なくとも２つのユニットが複数の抵抗器ブロックを含み、各ブロックが少なくとも１つの抵抗器（Ｒ）およびスイッチ（ＳＰ）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の制御システム。
【請求項１２】
前記抵抗器ブロックはさらに温度測定手段を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記少なくとも２つのユニットがまた、発電機と、前記電力変換機のＤＣリンクによって互いに接続された前記電力変換機の配電網側回路とを含むことを特徴とする、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項１４】
ＤＣリンク電圧値を測定するための手段と、前記値を、前記電力変換機におけるＤＣリンクの最低限界電圧値または最高限界電圧値などの限界値と比較するための手段とを含むことを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項１５】
電気事業配電網（９）に接続された風力タービンであって、
発電機（６）と、
前記発電機および電気事業配電網に接続された電力変換機（１２）と、
少なくとも１つの電力変換機限界値に関して制御される前記電力変換機の少なくとも２つのユニットを含む、請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の制御システムと
を含む、風力タービン。
【請求項１６】
前記電力変換機の前記少なくとも２つのユニット（Ｂ１〜Ｂｎ）が、互いに離れて、例えばナセルの異なる位置に位置する、請求項１５に記載の風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気事業配電網における動作不良中に前記電気事業配電網に接続された風力タービンを制御する方法、請求項１０の主題に記載の制御システム、および請求項１５の主題に記載の風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、風力タービンは、電力を発生して風力タービンから離れた位置にある消費者に電力を供給することができるように、電気事業配電網に接続されている。電力は、電気事業配電網の送電線または配電線を通じて消費者に送られる。
【０００３】
風力タービンおよびその他の電気事業配電網に接続された発電手段は、一般に配電網断路器によって、電気事業配電網における動作不良から保護される。これらのスイッチは、動作不良が検出されると風力タービンを電気事業配電網から切断する。動作不良を、ある特定の限界以上の配電網変動、例えば配電網電圧の公称値に対して＋／−５％以上の電圧低下として定義してもよい。
【０００４】
電気事業配電網における動作不良は、ある場合においては、例えば電気事業配電網において最も多く記録される電力妨害の中に入る下落、すなわち「ブラウンアウト」のような短時間のいくつかの重大な電圧低下を含んでもよい。
【０００５】
風力タービンの配電網切断による問題は、風力タービン発電機からの電力発生の損失によって電圧変動が大きさまたは継続時間において増すことである。さらに、切断された風力タービンは、これらが電気事業配電網に再度接続できるまでには、ある時間を必要とする。風力タービンの切断は、風力タービンからの電力の発生に、したがってその収益性にも影響を及ぼす。
【０００６】
従来の技術では、風力タービンがある短い配電網動作不良を乗り切るための様々な解決策が提案されている。しかし、現代の可変速風力タービンは、電気事業配電網の電圧が急に消滅したときに配電網から切断されないと、損傷を受けることがある。損傷は、風力タービン発電機の回転子側または周波数変換機における急速に上昇する電圧によって被る可能性もある。さらなる損傷が、配電網電圧が大電流の流れによって、特に周波数変換機によって戻るときに風力タービンの上に加えられることもある。
【０００７】
ドイツ国特許出願公開第１０２０６８２８号明細書に開示された従来の技術は、整流器とインバータ回路との間のＤＣリンクの中にあって、ＤＣリンクの蓄電器と並列に接続された抵抗器とパワー・トランジスタとの使用を提案している。抵抗器は、蓄電器を放電し、したがって瞬間的な高電圧を除去するためにインおよびアウトに切換え可能である。
【特許文献１】ドイツ国特許出願公開第１０２０６８２８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的の１つは、電気事業配電網における重大な動作不良中に、上記の欠点なしに風力タービンを制御するための技術を確立することである。
【０００９】
特に本発明の目的の１つは、柔軟であって、したがって電気事業配電網の動作不良中ならびに動作不良を解決した直後に、欠陥の性質に拘わらず風力タービンを保護することができる技術を作り出すことである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電気事業配電網に接続された風力タービンを電気事業配電網における動作不良中に制御する方法に関し、この方法は、電気事業配電網における動作不良を検出する工程と、電力変換機の少なくとも２つの制御ユニットを少なくとも１つの電力変換機制限値に関して動作させる工程とを含む。
【００１１】
これによって、上記の欠点を含まない方法が確立される。この方法によって、配電網の故障中に保護手段のより柔軟な制御が可能になり、その場合、非常に多くの様々な手法を配電網の故障およびまさにその結果に対処する際に選択できることは有利である。
【００１２】
特に、ｄＶ／ｄｔ値を減少させ、それ故に、例えば電力変換機のスイッチを損傷する可能性もあるあらゆる瞬間的な高電圧または大電流を回避することが可能である。
【００１３】
本発明の一態様では、前記の少なくとも２つの制御ユニットは、最低限界電圧値と最高限界電圧値との間にＤＣリンクの電圧値を保つために、電力変換機における最低限界電圧値と最高限界電圧値とに関して動作する。これによって、動作不良の結果に対処し抑制するために、電圧、温度値、または変換機を表すさらなる作業値に関連して制御ユニットを加えるか減らすことが可能である。
【００１４】
本発明の一態様では、制御ユニットは、発電機と、ＤＣリンクの最低限界電圧値または最高限界電圧値に達すると発電機と電気事業配電網から電力変換機を切断するように動作される電力変換機の配電網側回路を含む。これによって、配電網の故障が電気事業配電網からの切断なしに乗り切るには過酷すぎる場合に、電力変換機を保護することが可能である。さらにまた、電気事業配電網の正常な機能性への復帰の際に電力変換機の初期作業値になるＤＣリンク電圧および変換機周波数の値などの、いくつかの最低値を保存することが可能である。
【００１５】
本発明の一態様では、制御ユニットはさらに、電力変換機におけるＤＣリンクの母線の間に少なくとも１つの抵抗器を接続する１つまたは複数の抵抗器ブロックを含む。これによって、ＤＣリンクの蓄電器から接地面へ抵抗器を通って電力を向け、こうしてＤＣリンク電圧を低下させることが可能である。
【００１６】
本発明の一態様では、少なくとも１つの抵抗器は、母線に切換え可能に接続されている。これによって、ブロックがブロックの連続動作に関して出会うひずみを減らすことができる。
【００１７】
本発明の一態様では、抵抗器ブロックの各々は、ＤＣリンクの電圧値に応じて周波数によって切り換えられる。これによって、抵抗器ブロックに関する電力低減と電力変換機のスイッチを最適化することが可能である。
【００１８】
本発明の一態様では、抵抗器ブロックは、ＤＣリンクの電圧値が上昇するにつれて連続的に活動する。これによって、故障状況の関連値にブロックを適合させることが可能になる。
【００１９】
本発明の一態様では、抵抗器ブロックの各々は限られた時間だけ活動する。これによって、ブロックが、制御システムに損傷を与える結果になる過度に長い時間の動作がないことを保証できる。
【００２０】
本発明の一態様では、抵抗器ブロックの各々は、これらのブロックの温度に関連して動作し活動する。これによって、ブロックをさらに精密に制御し、ブロックの活動時間を延ばすことが可能である。
【００２１】
本発明はまた、動作不良中に少なくとも１つの電力変換機限界値に関して制御される電力変換機の少なくとも２つの制御ユニットをさらに含む、制御システムにも関する。これによって、有利な制御システムが確立される。
【００２２】
本発明の一態様では、少なくとも２つのユニットは、各ブロックが少なくとも１つの抵抗器およびスイッチを含む複数の抵抗器ブロックを含む。これによって、ブロックを個別に制御して電力低減を最適化することが可能である。
【００２３】
本発明の一態様では、前記抵抗器ブロックはさらに温度測定手段を含む。
【００２４】
本発明の一態様では、少なくとも２つのユニットはまた、発電機と、電力変換機のＤＣリンクによって互いに接続された電力変換機の配電網側回路とを含む。
【００２５】
本発明の一態様では、システムは、ＤＣリンク電圧値を測定するための手段と、この値を、電力変換機におけるＤＣリンクの最低または最高限界電圧値などの限界値と比較するための手段を含む。
【００２６】
本発明はまた、少なくとも１つの電力変換機限界値に関して制御される電力変換機の少なくとも２つのユニットを含む、風力タービンにも関する。
【００２７】
本発明の一態様では、電力変換機の少なくとも２つのユニットは、例えば、ナセル（ｎａｃｅｌｌｅ：室）の異なる位置に互いに離れて位置する。これによって、異なるユニットからの熱の影響を一様にし、各ユニットのためのあらゆる必要な冷却システムのサイズを最小にすることが可能である。
【００２８】
本発明を、図を参照して以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、タワー２と、タワーの頂部に置かれた風力タービン・ナセル３とを備えた現代の風力タービン１を図示する。３枚の風力タービン・ブレードを含む風力タービン・ロータ５が、ナセル前部から延在する低速主軸を通じてナセルに連結されている。
【００３０】
図に示すように、ある一定レベル以上の風が、ブレード上に起こされる揚力によって風力タービン・ロータを活動化させ、これを風と直角な方向に回転できるようにする。この回転運動は電力に変換されて電気事業配電網に供給される。
【００３１】
図２は、二次励磁方式誘導発電機（ｄｏｕｂｌｙ  ｆｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）６と、発電機の回転子に接続された周波数・電力変換機１２とを含む、可変速風力タービンの好ましい実施形態を示す。
【００３２】
発電機６は、断路器１１を通じて電気事業配電網に接続された固定子７と３相トランス８を含み、電力ＰＳｔ（有効固定子電力）とＱＳｔ（無効固定子電力）を電気事業配電網に直接供給するか、または電気事業配電網から受け入れてもよい。
【００３３】
発電機の回転子は、（図１において５で示されている）風力タービン・ロータによって、低速主軸、伝動手段、および高速主軸（図示せず）を通じて機械的に駆動される。さらにまた、回転子は周波数変換機１２に電気的に接続されている。周波数変換機１２は、可変ＡＣ電圧を中間ＤＣ電圧に、続いて固定周波数を有する固定ＡＣ電圧に変換することもできる。
【００３４】
周波数変換機１２は、回転子側変換機回路１３を含み、発電機６のＡＣ電圧をＤＣリンク１４におけるＤＣ電圧に整流するか、またはＤＣ電圧を、発電機の回転子に供給されるためのＡＣ電圧に変換する。ＤＣリンクは、ＤＣリンク蓄電器Ｃを通じてＤＣ電圧を平滑化する。配電網側変換機回路１５は、ＤＣ電圧を、好ましい周波数を有するＡＣ電圧に変換するか、またはその逆を行う。結果として得られるＡＣ電圧と好ましい周波数を有する回転子電力Ｐｒ（有効回転子電力）およびＱｒ（無効回転子電力）は、トランス８を通じて電気事業配電網に（または電気事業配電網から）移送される。
【００３５】
風力タービンを、変化する風および風力タービン・ロータ速度とは関係なく、一定の電圧と周波数によって、電力を発電機から電気事業配電網へ供給するために制御することもできる。
【００３６】
ＤＣリンクはさらに、ＤＣリンクの２つの母線の間に接続された少なくとも２つの過電圧制御ユニットＢ１、Ｂｎ抵抗器ブロックを含む。各制御ユニットは、ＤＣリンク蓄電器Ｃと並列に接続され、直列に接続された少なくとも１つの抵抗器Ｒと制御可能な電源スイッチＳＰを含む。制御ユニットの本実施形態はまた、抵抗器と電源スイッチのための逆並列ダイオード（ａｎｔｉ−ｐａｒａｌｌｅｌ  ｄｉｏｄｅ）も含む。抵抗器を通じて電流を導き、これによって電力Ｐ１、Ｐｎを抵抗器において消費させるために、電源スイッチをオンおよびオフに切り換えてもよい。制御ユニットの抵抗器に電流を通すことによって、電荷がＤＣリンク蓄電器から除去されるにつれて、ＤＣリンク電圧ＵＤＣは低下する。この結果、発電機によって発生した電力は、電力ＰＲの一部または全部を電気事業配電網に向けることが不可能な時間中には、過電圧制御ユニットにおいて電力Ｐ１、Ｐｎとして消費されることができる。
【００３７】
固定子および回転子の断路器１１によって、発電機を、例えば風力タービンにおけるメンテナンス作業または電気事業配電網における孤立状況に関して、電気事業配電網から切り離すことができる。さらに、かなりの電圧低下を含む配電網の故障が長時間にわたって続く場合に、風力タービンを電気事業配電網から切り離すことができる。
【００３８】
図３は、回転子側変換機回路の枝路とＤＣリンクとを含む周波数変換機の一区画を示す。枝路は、三相パルス幅変調（ＰＷＭ）周波数変換機の位相であり、逆並列ダイオードを備えた絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）などの２つの電力スイッチＳＰを含む。
【００３９】
ＤＣリンク蓄電器Ｃと少なくとも２つの過電圧制御ユニットＢ１、Ｂｎは、ＤＣリンクの正母線と負母線に接続されている。
【００４０】
さらに図は、電力が少なくとも２つの過電圧制御ユニットＢ１、Ｂｎの抵抗器において消費し、こうしてＤＣリンク電圧を低下させる様子を概略的に示す。ユニットのスイッチは、後で説明するように、電力が抵抗器において、ユニットを含む周波数変換機の過電圧および／または温度に関して同時または異なる時間に消費され得るように、制御される。
【００４１】
図４ａおよび４ｂは、過電圧制御ユニットを、ユニットを制御するゲート・ドライバ制御信号Ｇ１、Ｇ２の例によって概略的に示す。
【００４２】
図４ａは、ＤＣリンク１４の母線システムにＤＣリンク蓄電器Ｃと並列に接続された４つの過電圧制御ユニットＢ１〜Ｂ４を含む、本発明の一実施形態を示す。
【００４３】
各制御ユニットは、抵抗器Ｒとゲート・ドライバ制御信号Ｇ１またはＧ２によって制御されるスイッチＳＰとを含めて概略的に示されている。第１制御信号Ｇ１は、最初の２つの制御ユニットＢ１、Ｂ２を制御するために使用され、すなわち、同じ量の電力が異なる位置にあるユニットにおいて、例えば風力タービンのナセルまたはタワーの内部で消費される。第２制御信号Ｇ２は最後の２つの制御ユニットＢ３、Ｂ４を制御するために使用され、すなわち、同じ量の電力が異なる位置にあるユニットにおいて消費される。
【００４４】
図４ｂは、ユニットを制御するゲート・ドライバ制御信号Ｇ１、Ｇ２の一例を示す。図は、ある時間に低いオフ値から高いオン値に変わる第１信号Ｇ１を示し、これによって過電圧制御ユニットＢ１およびＢ２は電力を消費させる。続いて、第２信号Ｇ２はある時間に低いオフ値から高いオン値に変わり、これによって過電圧制御ユニットＢ３およびＢ４は電力を消費させる。
【００４５】
この例は、継続時間が異なる期間に電力を消費させるために、すなわち制御ユニットにおいて異なる量の電力を消費させるために、過電圧制御ユニットが制御されることを示す。
【００４６】
しかし、例えば同じまたは異なる値の抵抗器を使用して同じまたは異なる時間で制御する、個別の制御ユニットのために、いくつかの制御方針を選ぶことができる。抵抗器の値と時間の選択によって、制御ユニットが直面する電力量を、例えば各ユニットについて同じ量の電力または異なる量の電力に分割することが可能である。
【００４７】
図５は、本発明による過電圧制御ユニットのための制御システムの一実施形態を示す。
【００４８】
システムは、電気事業配電網ＵＮｅｔの実測電圧値、周波数変換機１２のＤＣリンク電圧値ＵＤＣ、および制御ユニットＢ１〜Ｂｎの温度などの、測定手段からのマイクロプロセッサμＰ用の多くの入力値を含む。
【００４９】
マイクロプロセッサはさらに、パラメータとデータの記憶域ＰＳへの接続部を含み、この記憶域は、最高と最低ＤＣリンク電圧値および温度値などの限界値およびしきい値を保持してもよい。
【００５０】
最高値は、周波数変換機のスイッチに対する危険で損傷を与える可能性のある過電圧を定義する。最低値は、危険で損傷を与える可能性のある電流が周波数変換機のスイッチを通過する結果になる不足電圧を定義する。
【００５１】
温度の限界値は、制御ユニットまたは周波数変換機がそれ自体損傷を受けることがある温度値を定義する。限界値はまた、制御ユニットが活動的で電力に直面し得る最長時間などの時間値を含んでもよい。さらに、しきい電圧値またはしきい温度値を記憶域に格納してもよく、その場合これらの値は、より多くの制御ユニットを活動化するなどの作用を開始すべき状況を定義する。
【００５２】
周波数変換機のスイッチのための制御信号のより短い終了を指示して、例えば風力タービンの二次励磁方式誘導発電機の回転子電流を制限する過電流値などの、その他の値を記憶域に格納してもよい。
【００５３】
マイクロプロセッサは、測定されて格納された値に関して、ゲート・ドライバＧＤ１〜ＧＤｎを通じて多くの制御ユニットＢ１〜Ｂｎを制御する。図は、各ゲート・ドライバが２つの制御ユニットを制御し、通常は制御ユニットのスイッチへの同じゲート・ドライバ制御信号によって制御することを示す。しかし、各制御ユニットをマイクロプロセッサとゲート・ドライバとによって個別に制御してもよく、または２つを超えるユニットをただ１つのゲート・ドライバによって制御してもよいことを理解されたい。
【００５４】
制御システムの好ましい一実施形態は、２つまたは４つの制御ユニットを必然的に含むことができるが、所与の適用において有利な場合には、例えば非常に高い電力周波数変換機においてユニットの数が多い場合には、その値の個数を選んでもよい。
【００５５】
図６は、電気事業配電網の故障時における、電気事業配電網電圧ＵＮｅｔの曲線と、中間ＤＣリンク電圧ＵＤＣの対応する曲線との実施例を示す。
【００５６】
電気事業配電網電圧は、この実施例では配電網故障の時間中に、公称値からゼロ電圧に非常に近い値に急激に降下する曲線として概略的に示されている。
【００５７】
ＤＣリンク電圧のための対応する曲線は、ＤＣリンク蓄電器のエネルギー蓄積が原因で傾斜部を含む。しかし、値はやはり低下しており、その結果、値ＵＤＣｍｉｎに達し、ここで回転子と配電網側変換機回路のスイッチは非活動化され、したがって周波数変換機を発電機と電気事業配電網から分離する。さらに、ＤＣリンクの母線の間に接続された制御ユニットは非活動化され、この結果、ＤＣリンク蓄電器の放電は停止する。これによって電圧ＵＤＣは、電気事業配電網の故障が排除されるまで値ＵＤＣｍｉｎに留まり、電気事業配電網電圧はその公称値に回復し、ここで電圧ＵＤＣもまたその正常値に戻ることになる。
【００５８】
これによって初期電流値は、電圧ＵＤＣは配電網電圧が戻るまでＵＤＣｍｉｎに留まるので、制限される。
【００５９】
図７はさらに、配電網故障中の、制御システムにおけるいくつかの過電圧制御ユニットのためのゲート・ドライバ制御信号Ｇ１、Ｇ２と、中間ＤＣ電圧ＵＤＣの対応する曲線を示す。
【００６０】
図は最初に、どのように配電網の故障が結果的にＵ１の値（Ｕｍａｘに近い値）に上昇する過電圧になるかを示す。周波数変換機と風力タービンを保護するために、両方のゲート・ドライバ制御信号は高い値になり、こうして対応する制御ユニットを活動化させる。ある時間が経った後、電圧はより低い値Ｖ４に落ちており、１つの制御信号は低い値になり、対応する制御ユニットを非活動化し、続いて他の制御信号が低い値になり、電圧が低下しているので最後の制御ユニットを非活動化する。すべての制御ユニットを非活動化することによって、電圧は再び上昇し、制御システムは、配電網の故障がなくなるまで電圧を制御するために、１つまたは複数の制御ユニットを再度活動化することができる。
【００６１】
図８は、電気事業配電網の故障中における風力タービンの制御ユニットの温度曲線を示し、故障は時刻ｔ１において始まる。１つまたは複数の制御ユニットはその時刻に活動化されて、周波数変換機のＤＣリンクにおける過電圧を制限することで、ある量の電力に直面する。結果として温度曲線は上昇し、時刻ｔ２において、活動中の制御ユニットの温度限界Ｔｍａｘ値に達する。マイクロプロセッサはさらに制御ユニットを活動化し、時刻ｔ３において温度は温度限界Ｔｍｉｎに低下し、結果として少なくとも１つのユニットが非活動化される。この活動中の制御ユニットの数の制御は、配電網の故障がなるまで続く。
【００６２】
本発明を、特定の実施例を参照して上に例示した。
【００６３】
しかし本発明は、上に説明した特定の実施例に限定されず、様々な広範囲の適用、例えば同じ周波数変換機に接続したいくつかの風力タービンに関して使用されてもよいことを理解されたい。さらなる適用として、本格的規模の周波数変換機に接続した風力タービンの誘導発電機または同期発電機を含んでもよい。
【００６４】
さらにまた、特に周波数変換機を多くの様々な形式で、例えばサイリスタ・ベースの整流器およびインバータ・システムとして設計してもよいことを理解されたい。
【００６５】
さらに、本発明では、実測値が上述の電圧値および温度値に直接的もしくは間接的に対応する、例えば電圧値の代わりに電流値に対応する場合には、様々な実測値を使用してもよいことを理解されたい。測定値が、少なくとも発生した配電網故障中にわたって上記で示唆した様々な広範囲の実測値に対応する場合には、風力タービン・システムにおける測定の位置を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】現代の大型風力タービンを示す図である。
【図２】電気事業配電網に接続された周波数変換機を備えた風力タービン発電機の本発明による一実施形態を示す図である。
【図３】周波数変換機の一区画を示す図である。
【図４】図４ａは、過電圧制御ユニットの概略図であり、図４ｂは、過電圧制御ユニットのためのゲート・ドライバ制御信号の例の概略図である。
【図５】過電圧制御ユニットのための制御システムを示す図である。
【図６】電気事業配電網故障時における電気事業配電網電圧の曲線と、中間ＤＣ電圧の対応する曲線とを示す図である。
【図７】過電圧制御ユニットのためのゲート・ドライバ制御信号と、中間ＤＣ電圧の対応する曲線とを示す図である。
【図８】電気事業配電網故障中の風力タービンの温度曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  風力タービン
２  風力タービン・タワー
３  風力タービン・ナセル
４  風力タービン・ハブ
５  風力タービン・ロータ
６  誘導発電機
７  断路器と配電網トランスへの接続部を含む発電機の固定子側
８  電気事業配電網トランス
９  電圧ＵＮｅｔを有する電気事業配電網
１０  周波数変換機への接続部を含む発電機の回転子側
１１  断路器
１２  周波数変換機
１３  回転子側変換機回路
１４  回転子と配電網側変換機回路との間のＤＣリンク
１５  配電網側変換機回路
１６  断路器と配電網トランスへの変換機接続部
１７  過電圧制御ユニット用の制御システム
Ｂｎ  過電圧制御ユニット第ｎ
Ｃ  ＤＣリンク蓄電器
Ｄ  電力スイッチとアンチパラレルのダイオード
Ｅｎ  イネーブル制御信号
Ｇｎ  ゲート制御信号第ｎ
ＧＤｎ  ゲート・ドライバ・ユニット第ｎ
Ｉ  電流
ＰＲ、ＱＲ  有効および無効回転子電力流
ＰＳｔ、ＱＳｔ  有効および無効固定子電力流
Ｐ１、Ｐｎ  過電圧状況中に制御ユニットを通る電力流
ＰＳ  パラメータ／データ記憶域
Ｒ  抵抗器
ＳＰ  絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）などの電力スイッチ
ｔ  時間（秒）
Ｔ  温度（摂氏度）
Ｕ  電圧（ボルト）
ＵＮｅｔ  電気事業配電網電圧
ＵＤＣ  ＤＣリンクにおける電圧
【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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【図７】
2008526179.tif 000009
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月20日(2007.4.20)
【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】
電気事業配電網に接続された、発電機と電力変換機を含む風力タービンを、前記電気事業配電網における動作不良中に制御する方法であって、
前記電気事業配電網における前記動作不良を検出する工程と、
前記電力変換機の少なくとも２つの制御ユニットを、少なくとも１つの電力変換機制限値と、前記制御ユニットまたは電力変換機の温度のような少なくとも１つのさらなる値とに関して動作させる工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
最低限界電圧値と最高限界電圧値との間にＤＣリンクの電圧値を保つために、前記電力変換機におけるＤＣリンクの前記最低限界電圧値または前記最高限界電圧値に関して、前記少なくとも２つの制御ユニットを動作させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記制御ユニットは、前記発電機と、ＤＣリンクの前記最低限界電圧値または前記最高限界電圧値に達すると前記発電機と前記電気事業配電網から前記電力変換機とを切断するように動作する前記電力変換機の配電網側回路とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記制御ユニットはさらに、前記電力変換機におけるＤＣリンクの母線の間に少なくとも１つの抵抗器を接続する１つまたは複数の抵抗器ブロックを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの抵抗器が母線に切換え可能に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記抵抗器ブロックの各々がＤＣリンクの電圧値に応じて周波数によって切り換えられることを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記抵抗器ブロックが、ＤＣリンクの電圧値が上昇するにつれて連続的に活動的になることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記抵抗器ブロックの各々は限られた時間だけ活動することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記抵抗器ブロックの各々は、これらのブロックの温度に関連して動作し活動することを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
電気事業配電網における動作不良を検出する手段と、電力変換機とを含む、前記電気事業配電網に接続された風力タービンを前記電気事業配電網における前記動作不良中に制御する制御システムであって、
前記システムはさらに、前記電力変換機の前記少なくとも２つの制御ユニット（Ｂ１〜Ｂｎ）をさらに含み、前記制御ユニットが、前記動作不良中の少なくとも１つの電力変換機限界値と、前記制御ユニットまたは前記電力変換機の温度のような少なくとも１つのさらなる値に関して制御されることを特徴とする制御システム。
【請求項１１】
前記少なくとも２つのユニットは複数の抵抗器ブロックを含み、前記ブロックの各々は少なくとも１つの抵抗器（Ｒ）とスイッチ（ＳＰ）とを含むことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記抵抗器ブロックはさらに温度測定手段を含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも２つのユニットは、発電機と、前記電力変換機のＤＣリンクによって互いに接続された前記電力変換機の配電網側回路とをさらに含むことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
ＤＣリンク電圧値を測定する手段と、前記電圧値を、前記電力変換機におけるＤＣリンクの最低限界電圧値または最高限界電圧値のような限界値と比較する手段とを含むことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
電気事業配電網（９）に接続された風力タービンであって、
発電機（６）と、
前記発電機と電気事業配電網とに接続された電力変換機（１２）と、
少なくとも１つの電力変換機限界値と、制御ユニットまたは前記電力変換機の温度のような少なくとも１つのさらなる値とに関して制御される前記電力変換機の少なくとも２つのユニットを含む請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の制御システムとを含むことを特徴とする風力タービン。
【請求項１６】
前記電力変換機の前記少なくとも２つのユニット（Ｂ１〜Ｂｎ）は、例えばナセルの異なる位置のように互いに離れて位置することを特徴とする請求項１５に記載の風力タービン。
【国際調査報告】
2008526179.tif 000011
2008526179.tif 000012
2008526179.tif 000013