(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御量指令に検出制御量が追随するよう発電機を制御して電力系統に電力を供給するものであって、
前記発電機の電流を検出して検出電流を出力する電流検出回路、前記制御量指令と検出電力と一次周波数指令とを入力し前記制御量指令と前記検出制御量との制御量偏差を演算し当該制御量偏差に基づき周波数指令を演算する周波数指令演算回路、前記周波数指令と前記検出電流とを入力し前記周波数指令に必要な補正演算を施して一次周波数指令として出力する周波数指令補正回路、前記一次周波数指令と前記検出電流とに基づき電圧指令と前記検出電力とを演算する電圧指令演算回路、および前記電圧指令に基づき前記発電機の発電電力を変換して前記電力系統に出力する電力変換回路を備えた発電機の制御装置において、
前記電力系統の事故発生を検出したとき、前記制御量指令を抑制するとともに、所定時間、前記周波数指令演算回路または前記周波数指令補正回路を、前記周波数指令の前記一次周波数指令への追従性を高める高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備えたことを特徴とする発電機の制御装置。
【請求項２】
前記周波数指令演算回路は、前記制御量偏差をトルク偏差に変換し、前記トルク偏差を入力として動作する積分器の出力を前記周波数指令とするものであり、
前記制御回路切替手段は、前記所定時間として演算の１周期の期間、前記積分器の入力を前記トルク偏差から前記一次周波数指令に切り替え、前記周波数指令演算回路の出力を前記積分器の出力から前記一次周波数指令に切り替えることにより前記周波数指令演算回路を前記高追従回路に切り替えるものであることを特徴とする請求項１記載の発電機の制御装置。
【請求項３】
前記制御回路切替手段は、前記所定時間前記周波数指令演算回路の制御時定数を前記電力系統が正常なときに設定している第１の制御時定数から、前記第１の制御時定数より小さい第２の制御時定数に切り替えることにより前記周波数指令演算回路を前記高追従回路に切り替えるものであることを特徴とする請求項１記載の発電機の制御装置。
【請求項４】
前記制御回路切替手段は、前記所定時間前記周波数指令補正回路の制御時定数を前記電力系統が正常なときに設定している第３の制御時定数から、前記第３の制御時定数より小さい第４の制御時定数に切り替える制御時定数切替手段を備えることにより前記周波数指令補正回路を前記高追従回路に切り替えるものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発電機の制御装置。
【請求項５】
前記電力変換回路は、前記電圧指令に基づき前記発電機の端子電圧を制御するとともに前記発電機から出力される可変周波数の発電電力を直流電力に変換する発電機側変換器と前記直流電力を固定周波数の交流電力に変換して前記電力系統に出力する系統側変換器とを備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発電機の制御装置。
【請求項６】
交流側スイッチ回路を介して前記発電機と前記発電機側変換器との接続部に接続可能な交流側負荷回路を備え、
前記電力系統の事故発生を検出したとき、前記交流側スイッチ回路を開から閉に切り替えるようにしたことを特徴とする請求項５記載の発電機の制御装置。
【請求項７】
直流側スイッチ回路を介して前記発電機側変換器と前記系統側変換器との接続部に接続可能な直流側負荷回路を備え、
前記電力系統の事故発生を検出したとき、前記直流側スイッチ回路を開から閉に切り替えるようにしたことを特徴とする請求項５記載の発電機の制御装置。
【請求項８】
前記制御量指令は、電力指令であり、前記周波数指令演算回路は、前記電力指令と前記検出制御量となる前記検出電力と前記一次周波数指令とを入力し前記制御量偏差である前記電力指令と前記検出電力との電力偏差を演算し当該電力偏差に基づき前記周波数指令を演算するようにしたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発電機の制御装置。
【請求項９】
前記制御量指令は、トルク指令であり、前記周波数指令演算回路は、前記トルク指令と前記検出電力と前記一次周波数指令とを入力し前記検出電力と前記一次周波数指令とから前記検出制御量としての検出トルクを演算し、前記制御量偏差である前記トルク指令と前記検出トルクとのトルク偏差を演算し当該トルク偏差に基づき前記周波数指令を演算するようにしたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発電機の制御装置。
【請求項１０】
前記発電機は、回転子に永久磁石を用いた可変速同期発電機であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発電機の制御装置。
【請求項１１】
前記発電機は、風力を動力源とする風力発電機であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に接続した発電システムにおいて、特に、電力系統で電圧低下などの事故が起こったときでも出力電力を安定に電力指令等の制御量指令に追従させることが可能な発電機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統で地絡あるいは電圧や周波数などの異常が発生した場合、例えば、風力発電システムは、機器を保護するため発電運転の停止等の対応を行う。また、風力発電システムは、電力系統と電力変換器、発電機の間にある開閉器によって風力発電システムの主回路と電力系統を遮断する。しかし、軽微な事故や数秒程度の短時間の事故の場合には、完全に遮断せずに出力電力を抑制して発電運転の継続を行うことが要求されている。特に、欧米では、風力発電機を解列せずに継続運転を行うＬＶＲＴ（Low  Voltage  Ride  Through）、またはＦＲＴ（Fault  Ride  Through）機能が重要視されており、これに関する系統連系要件が定められている。
電力系統に事故が発生しても風力発電機を解列せずに継続運転を追求する風力発電システムとして、例えば、特許文献１や特許文献２が挙げられる。
【０００３】
ところで、電力系統で事故が発生したときに風力発電システムを解列しないためには、発電機が供給する電力を速やかに抑制・処理する必要があり、発電運転を継続したまま電力指令ゼロに追従させる必要がある。また、電力系統に電力を供給できない期間に発電機から送られる電力を消費する処置も必要となる。このとき、発電システムが復帰するまでの間に発電機から送られる電力を消費するために、抵抗などの負荷回路を設置する場合があるが、その電力規模によっては大型の抵抗回路が必要となり、発熱の問題等が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０３５４１８号公報
【特許文献２】特許第３９０３９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、ブレードのピッチ角を制御することによって風車の回転速度の上昇を抑制するが、ピッチ角制御の応答が遅いためにピッチ角制御が行われるまで電力が出力されるという課題がある。その期間、風力発電システムは電力変換器から電力を出力できないため、風車が高回転となったり、電力変換器の直流電圧が上昇するなどの恐れがある。
また、上述の特許文献２に記載の構成においては、異常検出装置が、回転速度あるいは電圧の異常を検出した際に、該誘導機型風力発電機に無効電力を注入して誘導機型風力発電機の回転速度および電圧の安定化制御を行うが、永久磁石を用いた大容量の風力発電システムでは、すべての電力が電力変換器に入力されるため、常に十分な効果が得られるというものではなかった。
【０００６】
この発明は、以上のような従来の課題を解決するためになされたもので、電力系統の事故発生に伴う電力指令等の急変に対して速やかに追従して発電機を解列させることなく、安定した制御動作を可能とする発電機の制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る発電機の制御装置は、制御量指令に検出制御量が追随するよう発電機を制御して電力系統に電力を供給するものであって、
発電機の電流を検出して検出電流を出力する電流検出回路、制御量指令と検出電力と一次周波数指令とを入力し制御量指令と検出制御量との制御量偏差を演算し当該制御量偏差に基づき周波数指令を演算する周波数指令演算回路、周波数指令と検出電流とを入力し周波数指令に必要な補正演算を施して一次周波数指令として出力する周波数指令補正回路、一次周波数指令と検出電流とに基づき電圧指令と検出電力とを演算する電圧指令演算回路、および電圧指令に基づき発電機の発電電力を変換して電力系統に出力する電力変換回路を備えた発電機の制御装置において、
電力系統の事故発生を検出したとき、制御量指令を抑制するとともに、所定時間、周波数指令演算回路または周波数指令補正回路を、周波数指令の一次周波数指令への追従性を高める高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る発電機の制御装置は、以上のように、電力系統の事故発生を検出したとき、制御量指令を抑制するとともに、所定時間、周波数指令演算回路または周波数指令補正回路を、周波数指令の一次周波数指令への追従性を高める高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備えたので、電力系統の事故発生直後に生じ得る、周波数指令と一次周波数指令との間の不安定な現象が抑制され全体として制御量指令へ速やかに追従する安定した制御特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１の発電機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の周波数指令演算回路２の内部構成を示す詳細ブロック図である。
【図３】図１の電圧指令演算回路４の内部構成を示す詳細ブロック図である。
【図４】図２の制御ブロック２２の内部構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２の発電機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態３の発電機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態４の発電機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図７の周波数指令演算回路４０の内部構成を示す詳細ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１は、風力発電システムにおいて、電力系統における地絡事故、あるいは電圧、周波数などの異常を検出する機器を備え、異常検出時には発電機の出力電力を速やかに抑制し、風力発電機を解列させることなく安定に継続運転できるよう構成したものである。
【００１１】
ここで、特に、風力発電システムを取り上げるのは、原子力、火力や水力で代表される、タービンの回転エネルギーを利用する発電システムにおいては、系統の異常検出に応じて、動力源となる蒸気流や水流を調整弁によりある程度制御することが出来るが、風力発電システムでは、その動力源である風を制御することが出来ない。風力発電システムにおいて系統事故が発生すると、風から受けるトルク以上のパワーで風車が加速してオーバースピードで回転する危険性がある。
この意味で、本願発明は、風力発電システムに適用すると特にその有用性が高いと言えるが、この発明は、風力発電システム以外の発電システムにも適用可能なことは言うまでもない。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態１における発電機の制御装置を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における発電機の制御装置を、発電機等の主回路機器を含めて示すブロック図である。
図１において、周波数指令演算回路２は、入力端子１を介して入力された、制御量指令としての電力指令Ｐ＊に基づき周波数指令ωｓを演算する。周波数指令補正回路３は、周波数指令ωｓや負荷の急変による脱調を防止する等、動作安定化等の目的で周波数指令ωｓに必要な補正演算を施して一次周波数指令ω１を出力する。電圧指令演算回路４は、一次周波数指令ω１から３相交流の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を演算して出力する。積分回路５は、一次周波数指令ω１を積分演算して制御位相θを出力する。座標変換回路６は、電流検出回路１０、１１、１２で検出した３相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを回転座標系の電流値ｉｄ，ｉｑに変換する。以上の、周波数指令演算回路２、周波数指令補正回路３、電圧指令演算回路４および積分回路５により、図中波線で囲んで示す制御ブロック１４を構成する。
【００１３】
発電機側変換器９は、回転子に永久磁石を用いて風力エネルギーを動力として回転する可変速同期発電機としての永久磁石型同期発電機１３に接続され発電機からの交流電力を直流電力に変換する。系統側変換器８は、発電機側変換器９からの直流電力を交流電力に変換して電力系統７に出力する。系統側変換器８と発電機側変換器９とにより電力変換回路を構成する。
【００１４】
次に、動作について説明する。本発明の各実施の形態では、回転センサや位置センサを用いずに電流検出回路１０、１１、１２で検出した電流値から電圧指令値を計算して安定に風力発電機１３のセンサレス制御を行う。
入力端子１には、上位システムより電力指令Ｐ＊が入力される。周波数指令演算回路２は、電力指令Ｐ＊、電圧指令演算回路４から入力される検出電力Ｐおよび周波数指令補正回路３から入力される一次周波数指令ω１を用いて周波数指令ωｓを演算する。
【００１５】
図２に、周波数指令演算回路２の内部構成を示す。図２において、減算器１８は、入力端子１５を介して入力された電力指令Ｐ＊から、入力端子１６を介して入力された、ここでは検出制御量となる検出電力Ｐを減算して制御量偏差としての電力偏差を演算する。除算器１９は、減算器１８の出力を、入力端子１７を介して入力された回転周波数ωで除算する。
以上の演算は、以下の（１）式で表され、除算器１９からは、トルク偏差ΔＴが出力される。
【００１６】
【数１】
0005693337.tif 000002
【００１７】
積分器２０は、以下の（２）式に基づき、除算器１９の出力ΔＴを符号を反転して積分し、周波数指令ωｓとして出力端子２１に出力する。
【００１８】
【数２】
0005693337.tif 000003
【００１９】
なお、上記（１）式において、同期発電機の場合、発電機端子電圧の周波数と回転周波数とが一致しており、回転周波数ωとして一次周波数指令ω１を用いて演算することができる。このように回転周波数を用いて周波数指令演算を行うことにより出力電力が電力指令に安定に追従する。
【００２０】
制御ブロック２２は、電力系統７において電圧低下などの事故が検出されたときに積分器２０を制御するブロックであり、本願発明の要部となる。便宜上、その内容は、後段の回路の説明の後で詳細を説明するものとする。
【００２１】
周波数指令補正回路３では、例えば、動作安定化の目的で周波数指令ωｓの補正を行う。同期発電機は、誘導発電機のようにすべりが発生しないため、周波数指令値や負荷の急変での脱調を防止するように周波数指令値を補正する。この補償方法については、例えば、電気学会論文誌Ｄ分冊１２２巻３号（平成１４年）記載の公知の手法「永久磁石同期電動機のＶ／ｆ制御の高性能化」に一例が示されている。検出された電流値ｉｑをフィードバックしてハイパスフィルタなどの処理を行い、回転周波数偏差の発生を抑制して一次周波数指令ω１を演算して出力する。
【００２２】
電圧指令演算回路４では、一次周波数指令ω１から回転座標系のｄｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を計算し、さらに、この電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を変換して３相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を計算する。ｄｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊は、ｄｑ軸上の電流値ｉｄ，ｉｑを用いて、例えば、（３）式により計算することができる。
【００２３】
【数３】
0005693337.tif 000004
【００２４】
このとき、Ｒは、発電機の一次巻線抵抗の値であり、Ｒ・ｉｄおよびＲ・ｉｑの項は、電流が流れたときの電圧降下分を補正する。センサレス制御として一般的に知られているＶ／ｆ一定制御方式では、一次周波数指令ω１と一次線間電圧値Ｖ１の振幅とを比例関係になるように制御するものであるが、（３）式におけるＫは、Ｖ／ｆ一定制御の係数と同じものを使うことが可能である。例えば、無負荷時のｑ軸電圧指令と同じ値などが用いられる。
【００２５】
図３に、電圧指令演算回路４の内部構成を示す。図３において、乗算回路２７は、入力端子２３を介して入力されたｄ軸電流ｉｄに抵抗値Ｒを乗算する。乗算回路２８は、入力端子２４を介して入力されたｑ軸電流ｉｑに抵抗値Ｒを乗算する。乗算回路３０は、入力端子２５を介して入力された一次周波数指令ω１に係数Ｋを乗算する。加算器２９は、乗算回路２８の出力と乗算回路３０の出力を加算する。座標変換回路３１は、回転座標系の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を３相交流の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換して出力端子３２、３３、３４に出力する。
【００２６】
電圧指令演算回路４では、電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を三相交流のＶｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換して出力するが、以下の（４）式を用いてｄｑ軸上の電圧指令をＵ−Ｖ−Ｗの３相交流の電圧指令に変換する。
【００２７】
【数４】
0005693337.tif 000005
【００２８】
（４）式より、座標変換回路３１では、（５）式の演算を行い、３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を計算する。
【００２９】
【数５】
0005693337.tif 000006
【００３０】
また、電圧指令演算回路４では、（６）式により、検出電流値ｉｄ、ｉｑと電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊とを用いて検出電力Ｐを計算して出力する。
【００３１】
【数６】
0005693337.tif 000007
【００３２】
図１に戻り、積分回路５は、制御位相θを計算する。制御位相θは、風力発電機の回転子の回転に同期しており、回転座標系における制御の位相を示す。制御位相θは、（７）式により、一次周波数指令ω１を積分演算することにより求めることができる。
【００３３】
【数７】
0005693337.tif 000008
【００３４】
座標変換回路６は、電流検出回路１０、１１、１２で検出した３相交流の電流値をｄｑ軸上の電流値に変換して出力する。３相交流座標系からｄｑ軸上への変換式は（８）式で表される。
【００３５】
【数８】
0005693337.tif 000009
【００３６】
従って、電流値ｉｄ、ｉｑは、（９）式により求めることができる。
【００３７】
【数９】
0005693337.tif 000010
【００３８】
このとき、ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖとすると、（１０）式により簡略にして求めることができる。
【００３９】
【数１０】
0005693337.tif 000011
【００４０】
発電機側変換器９は、風力発電機１３に接続され、発電機１３が発生する交流電力を直流電力に変換して直流リンクに出力する。直流リンクでは、一般的にコンデンサなどによって平滑化が行われる。系統側変換器８は、電力系統７側に接続され、直流リンクからの直流電力をＰＷＭ処理等により電力系統７側の周波数に同期した交流電力に変換して出力する。電力系統７と系統側変換器８との間には遮断器（図１では図示を省略している）が設置される。
【００４１】
次に、図２に戻って、周波数指令演算回路２の、特に、この発明の要部となる制御ブロック２２の構成および動作について説明する。
電力系統で電圧低下などの事故が起こった場合、風力発電システムの出力する電力を早急に抑制する必要がある。もっとも、一般的に風力発電システムの制御応答は、制御の安定化を重視する観点からそれほど速く設定されていないため、短時間で出力電力を制御することができない。
【００４２】
電力系統の事故発生が検出されると、電力指令Ｐ＊が、急速に、例えば、０に抑制されるが、上述したように、周波数指令演算回路２や周波数指令補正回路３の制御時定数は比較的大きな値に設定されているので、特に、周波数指令演算回路２から出力される周波数指令ωｓと周波数指令補正回路３から出力される一次周波数指令ω１との間に不要な振動等の不安定な動作が発生し、これが原因で、全体として電力指令へ速やかに追従する安定した制御特性が得られないということが考えられる。
そこで、本発明においては、系統事故検出時に積分器２０の出力を直接的に制御する制御ブロック２２を備え、周波数指令ωｓを一次周波数指令ω１に速やかに追従させる。
【００４３】
図４は、この制御ブロック２２の内部構成を示すブロック図である。周波数指令ωｓの一次周波数指令ω１への追従性を高めるため、高追従回路に切り替える制御回路切替手段としてのセレクタ５１およびセレクタ５２を設けている。そして、図２では図示を省略していたが、電力系統７の事故発生検出センサからの異常検出信号が、このセレクタ５１およびセレクタ５２に入力される。
【００４４】
次に、セレクタ５１、５２により、周波数指令ωｓの一次周波数指令ω１への追従性を高める高追従回路に切り替える動作について説明する。
異常検出信号が入力されると、マイコン等での演算の１周期の期間、セレクタ５１は、それまで積分器２０に送出していた、除算器１９からのトルク指令ΔＴに替わって周波数指令補正回路３からの一次周波数指令ω１に切り替える。セレクタ５２は、それまでの積分器２０からの出力に替わって周波数指令補正回路３からの一次周波数指令ω１を周波数指令ωｓとして出力する。即ち、電力指令が急変するときに一次周波数指令ω１に基づいて動作する上述の高追従回路が形成される。演算の１周期が過ぎると、セレクタ５１、５２は、その切替位置を元の位置に戻す。
【００４５】
以上の両セレクタ５１、５２の切替動作により、系統事故発生と同時に、積分器２０における積分動作の初期値が一次周波数指令ω１で一旦リセットされこの初期値から積分動作が再開されるので、周波数指令ωｓと一次周波数指令ω１との間に、不要な振動等の不安定な現象が抑制され、周波数指令ωｓを一次周波数指令ω１に速やかに追従させることができる。この結果、全体として電力指令へ速やかに追従する安定した制御特性が得られる。
【００４６】
既述したように、通常の、即ち、電力系統７が正常な状態を前提に設定される、周波数指令演算回路２の制御時定数は、制御特性の安定を考慮して、通常、タービン・風力発電機のイナーシャ相当の時定数（第１の制御時定数）とする必要がある。
従って、制御回路切替手段の他の変形例として、この周波数指令演算回路２の制御時定数を切り替えることで、周波数指令ωｓを一次周波数指令ω１に速やかに追従させる方式が考えられる。即ち、特に図示はしないが、電力系統７の事故を検出したときに、積分器２０を含む周波数指令演算回路２の第１の制御時定数を、この第１の制御時定数より小さい第２の制御時定数の高追従回路に切り替えて、出力電力を抑制する期間だけ応答が速くなるように設定する。
【００４７】
また、周波数指令補正回路３についても、周波数指令演算回路２と同様、制御回路切替手段として、電力系統７の事故を検出したときに、通常設定される第３の制御時定数を、この第３の制御時定数より小さい第４の制御時定数の高追従回路に切り替える制御時定数切替手段を備え、出力電力を抑制する期間だけ応答が速くなるように設定する方式を更なる変形例として採用しても良い。
【００４８】
以上のように、この発明の実施の形態１では、周波数指令ωｓの一次周波数指令ω１への追従性を高めるため、高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備えたので、周波数指令ωｓと一次周波数指令ω１との間に、不要な振動等の不安定な現象が抑制され、周波数指令ωｓを一次周波数指令ω１に速やかに追従させることができ、全体として電力指令へ速やかに追従する安定した制御特性が得られる。
【００４９】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における発電機の制御装置を示すブロック図である。実施の形態１との違いは、交流側スイッチ回路３５と負荷回路３６とを発電機側変換器９と風力発電機１３との間に配置している点であり、本実施の形態では、系統事故発生時に負荷回路３６に電流を流すように制御して電力を消費するように構成している。図５において、図１と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。
【００５０】
交流側スイッチ回路３５は、電力系統の異常を検出したときにＯＮされる。負荷回路３６は、電力消費可能な抵抗等で構成され、Ｕ−Ｖ−Ｗ３相電流を熱として消費する。本実施の形態２においては、先の実施の形態１と同じように制御を行い、電力系統異常検出時には、電力指令をゼロとして出力電力を抑制するのと並行して、負荷回路３６を投入して、発電機側変換器９に入力される電力を抑える。
【００５１】
以上のように、この発明の実施の形態２では、電力系統が復帰するまでの間の電力消費を負荷回路３６を主体に行う構成においても、制御応答性を向上させて速やかに電力指令をゼロに追従させることができ、直流電圧の上昇を抑制可能となる。
【００５２】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３における発電機の制御装置を示すブロック図である。実施の形態１との違いは、直流側スイッチ回路３７と負荷回路３８とが系統側変換器８と発電機側変換器９との間の直流リンクに配置されている点であり、本実施の形態では、系統事故発生時に直流リンクから負荷回路３８に電流を流すように制御して電力を消費するように構成している。図６において、図１と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。
【００５３】
直流側スイッチ回路３７は、電力系統の異常を検出したときにＯＮされる。負荷回路３８は、電力消費可能な抵抗等で構成され、直流リンク電流を熱として消費する。本実施の形態３においては、先の実施の形態１と同じように制御を行い、電力系統異常検出時には、電力指令をゼロとして出力電力を抑制するのと並行して、負荷回路３８を投入して、系統側電力変換器８に入力される電力を抑える。
【００５４】
以上のように、この発明の実施の形態３では、先の実施の形態２と同様に、電力系統が復帰するまでの間の電力消費を負荷回路３８を主体に行う構成においても、制御応答性を向上させて速やかに電力指令をゼロに追従させることができ、従来よりも負荷回路を小さな容量のもので構成することができ電力消費も低減可能となる。
【００５５】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４における発電機の制御装置を示すブロック図である。実施の形態１との違いは、トルク指令によって制御する点であり、本実施の形態では、上位からトルク指令Ｔ＊を与えられて運転している状況においても、実施の形態１で説明したと同様の効果が得られる。図７において、図１と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。
【００５６】
図７において、周波数指令演算回路４０は、入力端子３９を介して入力された、制御量指令としてのトルク指令Ｔ＊に基づき周波数指令ωｓを演算する。以上の、周波数指令演算回路４０、周波数指令補正回路３、電圧指令演算回路４および積分回路５により、図中波線で囲んで示す制御ブロック４１を構成する。
【００５７】
次に、動作について説明する。本発明の実施の形態では、図１の実施の形態と同様に、回転センサや位置センサを用いずに電流検出回路１０、１１、１２で検出した電流値から電圧指令値を演算して安定に風力発電機のセンサレス制御を行う。入力端子３９には上位システムよりトルク指令Ｔ＊が入力される。周波数指令演算回路４０は、トルク指令Ｔ＊、電圧指令演算回路４から入力される検出電力Ｐおよび周波数指令補正回路３から入力される一次周波数指令ω１を用いて周波数指令ωｓを演算する。
【００５８】
次に、周波数指令演算回路４０の詳細について図８を参照して説明する。図８において、図２と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。
除算器４３は、入力端子１６を介して入力される検出電力Ｐを一次周波数指令ω１で除算することにより、検出制御量としての検出トルクを演算する。減算器４４は、トルク指令Ｔ＊から除算器４３の出力を減算する。
以上の演算は、以下の（１１）式で表され、減算器４４からは、制御量偏差としてのトルク偏差ΔＴが出力される。
【００５９】
【数１１】
0005693337.tif 000012
【００６０】
積分器４５は、以下の（１２）式に基づき、減算器４４の出力ΔＴを積分し、周波数指令ωｓとして出力端子４６に出力する。上記（１１）式において、同期発電機の場合、発電機端子電圧の周波数と回転周波数が一致しており、回転周波数として一次周波数指令ω１を用いて演算することができる。このように回転周波数を用いて周波数指令演算を行うことにより出力電力が電力指令に安定に追従する。
【００６１】
【数１２】
0005693337.tif 000013
【００６２】
制御ブロック４７は、電力系統において電圧低下などの事故が検出されたときに積分器４５を制御するブロックであり、本実施の形態４においても、先の実施の形態１の図４で説明した制御ブロック２２と同様に、系統事故検出時に積分器４５の出力を直接的に制御するよう構成する。即ち、周波数指令ωｓの一次周波数指令ω１への追従性を高めるため、高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備える。具体的には、実施の形態１で説明したと同様、セレクタを用いて積分器の初期値を一旦リセットする方式や周波数指令演算回路または周波数指令補正回路の制御時定数を切り替える方式が同様に採用可能であり、同等の効果を奏する。
【００６３】
以上のように、この発明の実施の形態４では、周波数指令ωｓの一次周波数指令ω１への追従性を高めるため、高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備えたので、周波数指令ωｓと一次周波数指令ω１との間に、不要な振動等の不安定な現象が抑制され、周波数指令ωｓを一次周波数指令ω１に速やかに追従させることができ、全体としてトルク指令へ速やかに追従する安定した制御特性が得られる。
【００６４】
なお、本発明の各実施の形態例では、永久磁石型同期発電機へ適用した場合を一例として説明したが、同じように電力系統側に電力変換器を持つ構成の場合、二次励磁型発電機や直流励磁型同期発電機などの風力発電システムやその他の発電システムにも同様に適用可能であり同等の効果を奏する。また、各実施の形態例に示す構成を適宜組み合わせて実現することも可能である。
【符号の説明】
【００６５】
２，４０  周波数指令演算回路、３  周波数指令補正回路、４  電圧指令演算回路、
５  積分回路、６  座標変換回路、７  電力系統、８  系統側変換器、
９  発電機側変換器、１０，１１，１２  電流検出回路、１３  永久磁石型同期発電機、２０，４５  積分器、２２，４７  制御ブロック。
【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】
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【図８】
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