(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを用いて電力を発電する少なくとも１つの発電機と、
前記発電機で発電した電力を変圧して、電力系統に供給する変電装置と、
前記発電機および前記電力系統とは別の電源による駆動が可能で、前記変電装置よりも前記発電機側に接続され、無効電力を出力する同期調相機と、
前記同期調相機に接続し、前記同期調相機が出力する無効電力を制御する制御装置と
を備える自然エネルギー発電システムであって、
前記制御装置は、前記電力系統と前記変電装置との系統連系点から得られる前記電力系統の第１情報、および前記自然エネルギー発電システム内から得られる第２情報のうち少なくとも１つの情報に基づいて、前記同期調相機が出力する無効電力を制御する、自然エネルギー発電システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１情報に基づき、前記電力系統の電圧変動を抑制するために、前記同期調相機が前記自然エネルギー発電システム内に出力する無効電力を制御し、前記自然エネルギー発電システム内から前記電力系統に出力する無効電力を制御する、請求項１に記載の自然エネルギー発電システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第２情報に基づき、前記自然エネルギー発電システムの電圧変動を抑制するために、前記同期調相機が前記自然エネルギー発電システム内に出力する無効電力を制御し、
前記第２情報は、前記自然エネルギー発電システム内の電圧および電流のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の自然エネルギー発電システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第１情報および前記第２情報に基づき、前記電力系統あるいは前記自然エネルギー発電システム内の瞬時的な電圧低下に対応するために、前記同期調相機が前記電力系統および前記自然エネルギー発電システム内のうち少なくとも一方に出力する無効電力を制御し、
前記第２情報は、前記自然エネルギー発電システム内の電圧および電流のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の自然エネルギー発電システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記同期調相機内の電流および温度のうち少なくとも１つの情報から前記同期調相機の熱容量を求め、求めた前記熱容量が予め定められた基準値以下の場合、前記電力系統の電圧を維持するために前記同期調相機の定格出力を超えた無効電力を供給することを可能とし、求めた前記熱容量が予め定められた基準値より大きい場合、前記自然エネルギー発電システム内の電圧を維持するために前記同期調相機の定格出力以下の無効電力を供給する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の自然エネルギー発電システム。
【請求項６】
前記第１情報は、前記電力系統の電圧および電流のうち少なくとも１つを含み、
前記第２情報は、前記自然エネルギー発電システム内の電圧および電流、前記同期調相機内の電流および温度のうち少なくとも１つを含む、請求項１または請求項２に記載の自然エネルギー発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力消費地に供給する電力を発電する自然エネルギー発電システムであって、特に、自然エネルギーを用いて電力を発電する自然エネルギー発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の観点から、自然エネルギー発電システムにおいて太陽光や風力などの自然エネルギーを用いて電力を発電する自然エネルギー発電システムが注目を集めている。特に、１つの施設に複数の風力発電機を設けたウィンドファーム（Wind  Farm：ＷＦ）が各地に建設され、１つの自然エネルギー発電システムとして電力系統へ接続することが行なわれている。
【０００３】
しかし、ウィンドファームを電力系統へ接続する場合、電力消費地に安定して電力を供給するため、接続する電力系統の電力会社などが定めた条件を満たす必要がある。条件として、たとえば風力の変化による発電電力・電圧の変動を抑え、系統電圧の瞬間的な低下（瞬低）に対して風力発電機の電圧維持・運転継続などの条件が求められている。
【０００４】
当該条件を満たすためには、ウィンドファーム内に静止形無効電力補償装置（Static  Var  Compensator：ＳＶＣ）や、自励式無効電力補償装置（Static  Synchronous  Compensator：ＳＴＡＴＣＯＭ）などを設置したり、パワーコンディショナ（パワコン、Power  Conditioning  System：ＰＣＳ）を大型化したりする必要があった。
【０００５】
特許文献１には、電力系統の電圧を適正値に維持するために必要な無効電力を、電力系統へ供給する風力発電装置が開示してある。特許文献１に開示してある風力発電装置は、電力系統の電圧調整装置から、電力系統に応じた無効電力指令を受取るインターフェース手段を有する。さらに、風力発電装置は無効電力指令に、風力発電装置の出力電力に起因する電圧変動を抑制するための無効電力指令を加算した値に従って無効電力を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６７５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ウィンドファーム内にＳＶＣやＳＴＡＴＣＯＭなどを設置したり、ＰＣＳを大型化したりすると、ウィンドファームの建設コストが増加するという問題があった。
【０００８】
また、特許文献１に開示してある風力発電装置では、系統電圧の変動を抑制するため既設の電圧調整設備以外に風力発電装置自体でも無効電力を調整するため、コンバータを使用する必要がある。コンバータは高価であり、コンバータを用いた風力発電装置を使用してウィンドファームと建設するため、特許文献１の風力発電装置でも建設コストが増加するという問題があった。
【０００９】
それゆえに、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、建設コストを抑えつつ無効電力の出力を制御することが可能な構成を備える自然エネルギー発電システ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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、自然エネルギーを用いて電力を発電する少なくとも１つの発電機と、発電機で発電した電力を変圧して、電力系統に供給する変電装置と、発電機および電力系統とは別の電源による駆動が可能で、変電装置よりも発電機側に接続され、無効電力を出力する同期調相機（Rotary  Condenser：ＲＣ）と、同期調相機に接続し、同期調相機が出力する無効電力を制御する制御装置とを備える自然エネルギー発電システムであって、制御装置は、電力系統と変電装置との系統連系点から得られる電力系統の第１情報、および自然エネルギー発電システム内から得られる第２情報のうち少なくとも１つの情報に基づいて、同期調相機が出力する無効電力を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る自然エネルギー発電システムによれば、電力系統と変電装置との系統連系点から得られる電力系統の第１情報、および自然エネルギー発電システム内から得られる第２情報のうち少なくとも１つの情報に基づいて、同期調相機が出力する無効電力を制御することで、自然エネルギー発電システムが電力系統へ接続するための条件を満たすことができる。また、本発明に係る自然エネルギー発電システムは、同期調相機を設けるのみで、ＳＶＣやＳＴＡＴＣＯＭなどを設けたり、ＰＣＳを大型化したりする必要がないので、建設コストを抑えつつ無効電力の出力を制御することができる。さらに、本発明に係る自然エネルギー発電システムは、自然エネルギー発電システム内から得られる第２情報に基づいて、自然エネルギー発電システム内での電圧変動を検知し、同期調相機による無効電力の出力を停止し、発電機の運転を停止することが可能となるので、自然エネルギー発電システム内で発生した電圧変動の原因を調査することができる。また、本発明に係る自然エネルギー発電システムによれば、電力系統へ接続するための条件が異なっていても、個々の発電機自体を調整する必要がなく、同期調相機のみ調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る自然エネルギー発電システムの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る制御装置において、入力する情報と同期調相機の機能との対応関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る制御装置において、自然エネルギー発電システムに生じる瞬低に対応する機能を実施するための制御を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る制御装置の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に係る制御装置において、同期調相機の熱容量を基準に、同期調相機を制御するフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係る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３に係る電力システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る自然エネルギー発電システムの構成を示す概略図である。図１に示す自然エネルギー発電システム１０は、１つの施設に複数の風力発電機１を設けたウィンドファームである。なお、本発明の実施の形態１では、自然エネルギー発電システム１０がウィンドファームである場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、自然エネルギーを用いて電力を発電する発電機を備える発電システムであれば、いずれの発電システムであってもよい。たとえば、太陽光を用いて電力を発電する太陽光発電機を備える自然エネルギー発電システムであってもよい。
【００１４】
自然エネルギー発電システム１０は、複数の風力発電機１、変圧器２、同期調相機３、および制御装置４を含んでいる。風力発電機１は、風力に応じて回転エネルギーを発生させる風力タービン、その風力タービンで発生した回転エネルギーに応じて交流電力を発生させる発電部を有している。複数の風力発電機１は、自然エネルギー発電システム１０内（ウィンドファームＷＦ）の送電線５に接続され、変圧器２を介して電力系統２０に接続してある。
【００１５】
変圧器２は、風力発電機１で発電した電力を変圧して、電力系統２０に供給する変電装置である。変圧器２から延びる送電線と、電力系統２０とは系統連系点（Point  of  Common  Coupling：ＰＣＣ）で接続されている。
【００１６】
同期調相機３は、主として電圧維持のために無効電力を発生または消費させる目的で電力系統に設置されるものであり、制御方式に自励式と他励式とがある。なお、本発明の実施の形態１に係る自然エネルギー発電システム１０のように、自然エネルギーを用いて電力を発電する発電機（風力発電機１）に用いる場合、同期調相機３を有効に運用するためには他励式であることが望ましい。
【００１７】
同期調相機３が自励式の場合、電力系統２０の系統電圧や自然エネルギー発電システム１０内の電圧が低下すると、同期調相機３への制御指令の入力電圧も低下し、同期調相機３の無効電力の出力が低下することになる。風力発電機１は、発電する電圧が規定値以上に低下すると、電力系統２０から解列することになるため、解列を防ぐために電圧を維持する必要がある。そのため、同期調相機３の無効電力の出力が低下する自励式の同期調相機３では、解列を防ぐために電圧を維持することができない場合がある。
【００１８】
同期調相機３が他励式の場合、バッテリなど別の電力源を用意するため、入力電圧が低下しても、同期調相機３への制御指令の電圧が低下することなく、同期調相機３の無効電力の出力が低下しない。つまり、他励式の同期調相機３は、入力電圧が変動しても、影響を受けずに無効電力を出力することができる。そのため、自然エネルギー発電システム１０は、同期調相機３を設けることで、自然エネルギー発電システム１０内の電圧が低下した場合でも、電力系統２０に接続するために必要な電圧を維持し、電力系統から解列することなく運転を継続する機能（ＬＶＲＴ（Low  Voltage  Ride-Through）機能）を有することができる。
【００１９】
また、自然エネルギー発電システム１０は、同期調相機３の過渡リアクタンスにより、電力系統２０での事故発生などによる瞬低時に、動的に発電機の出力電圧を維持する機能（ＤＶＳ（Dynamic  Voltage  Support）機能）も有することができる。特に、急な風速変動により、風力発電機１に急峻な電圧変動が生じても、同期調相機３が他励式であれば、対応することが可能になる。
【００２０】
制御装置４は、系統連系点から電力系統２０の情報（第１情報）、および自然エネルギー発電システム１０内の情報（第２情報）のうち少なくとも１つの情報を得られるように構成してある。電力系統２０の情報には、たとえば電力系統２０の電圧および電流のうち少なくとも１つを含み、自然エネルギー発電システム１０内の情報には、自然エネルギー発電システム１０内の電圧および電流、同期調相機３内の電流および温度のうち少なくとも１つを含んでいる。
【００２１】
制御装置４は、電力系統２０の情報および自然エネルギー発電システム１０内の情報のうち少なくとも１つの情報に基づいて、同期調相機３が出力する無効電力を制御する。たとえば、制御装置４は、電力系統２０の電圧が予め定められた値より小さくなったとき、あるいは自然エネルギー発電システム１０内の電圧が予め定められた値より小さくなったとき、同期調相機３が自然エネルギー発電システム１０内に出力する無効電力を制御する。
【００２２】
さらに、図２は、本発明の実施の形態１に係る制御装置４において、入力する情報と同期調相機３の機能との対応関係を示す図である。図２に示す表は、行に同期調相機３の機能を、列に入力する情報をそれぞれ示してある。制御装置４は、自然エネルギー発電システム１０に生じる瞬低に対応する機能（機能Ａ）を実施するために、入力する情報として電力系統２０の電圧、および自然エネルギー発電システム１０内の電圧を使用する（図２に示す表の１行目）。ここで、自然エネルギー発電システム１０に生じる瞬低は、電力系統２０の瞬低に起因するもの、あるいは自然エネルギー発電システム１０内の要因により生じるものがある。つまり、制御装置４は、電力系統２０の電圧、および自然エネルギー発電システム１０内の電圧に基づいて、自然エネルギー発電システム１０に生じた瞬低（ミリ秒程度）に対応するため、同期調相機３が自然エネルギー発電システム１０に出力する無効電力を制御する指令を同期調相機３に伝達する。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態１に係る制御装置４において、自然エネルギー発電システム１０に生じる瞬低に対応する機能を実施するための制御を説明するフローチャートである。まず、制御装置４は、入力する情報の電力系統２０の電圧に基づいて、電力系統２０の系統電圧に瞬低が生じているか否かを判断する（ステップＳ３１）。制御装置４は、電力系統２０の系統電圧に瞬低が生じたため自然エネルギー発電システム１０にも瞬低が生じたと判断した場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、自然エネルギー発電システム１０に無効電力を出力するように指令を、同期調相機３に伝達する。当該指令を受けた同期調相機３は、ＬＶＲＴ条件を満たすために無効電力を自然エネルギー発電システム１０に出力する（ステップＳ３２）。そのため、自然エネルギー発電システム１０は、同期調相機３から出力する無効電力により電圧を維持し、風力発電機１を継続運転させることができる。
【００２４】
次に、制御装置４は、電力系統２０の系統電圧に瞬低が生じていないと判断した場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、入力する情報の自然エネルギー発電システム１０内の電圧に基づいて、自然エネルギー発電システム１０（ウィンドファームＷＦ）内の要因により瞬低が生じているか否かを判断する（ステップＳ３３）。制御装置４は、自然エネルギー発電システム１０内の電圧に瞬低が生じていると判断した場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、同期調相機３に無効電力の出力を減少または停止するように指令を、同期調相機３に伝達する。当該指令を受けた同期調相機３は、自然エネルギー発電システム１０に出力する無効電力を減少または停止する（ステップＳ３４）。そのため、自然エネルギー発電システム１０は、自然エネルギー発電システム１０内の電圧低下が大きい場合、風力発電機１が停止し、電圧低下の原因を確認する作業を実施することができる状態になる。
【００２５】
制御装置４は、自然エネルギー発電システム１０内の電圧に瞬低が生じていないと判断した場合（ステップＳ３３：ＮＯ）、処理を終了する。
【００２６】
図２に戻って、制御装置４は、電力系統２０の系統電圧の変動に対応する機能（機能Ｂ）を実施するために、入力する情報として電力系統２０の電圧のみを使用する（図２に示す表の２行目）。つまり、制御装置４は、電力系統２０の電圧のみに基づいて、電力系統２０の系統電圧が定常的（分程度）に低下したことに対応するため、同期調相機３が自然エネルギー発電システム１０内に無効電力を出力するように指令を同期調相機３に伝達し、電力系統２０の電圧を維持するために自然エネルギー発電システム１０から電力系統２に無効電力を出力する。
【００２７】
さらに、制御装置４は、自然エネルギー発電システム１０内の電圧の変動に対応する機能（機能Ｃ）を実施するために、入力する情報として自然エネルギー発電システム１０内の電圧のみを使用する（図２に示す表の３行目）。つまり、制御装置４は、自然エネルギー発電システム１０内の電圧のみに基づいて、自然エネルギー発電システム１０内の電圧が過渡的（秒程度）に低下したことに対応するため、同期調相機３が自然エネルギー発電システム１０に無効電力を出力するように指令を同期調相機３に伝達する。
【００２８】
次に、入力する情報に応じて前述の機能Ａ〜機能Ｃを切替え、同期調相機３に指令を出力する制御装置４の構成を、さらに詳しく説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る制御装置４の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図４に示す制御装置４は、第１無効電力制御部４１、第２無効電力制御部４２、第３無効電力制御部４３、および制御統括部４４を含んでいる。第１無効電力制御部４１は、入力する情報として、系統連系点から電力系統２０の系統電圧が入力され、電力系統２０の系統電圧の変動に対応する機能（機能Ｂ）を実施する場合、指令１を制御統括部４４に出力する。
【００３０】
第２無効電力制御部４２は、入力する情報として、系統連系点から電力系統２０の系統電圧、および自然エネルギー発電システム１０内の電圧が入力され、自然エネルギー発電システム１０に生じる瞬低に対応する機能（機能Ａ）を実施する場合、指令２を制御統括部４４に出力する。
【００３１】
第３無効電力制御部４３は、入力する情報として、自然エネルギー発電システム１０内の電圧が入力され、自然エネルギー発電システム１０内の電圧の変動に対応する機能（機能Ｃ）を実施する場合、指令３を制御統括部４４に出力する。
【００３２】
制御統括部４４は、指令１〜指令３を受取り、最終的に同期調相機３が自然エネルギー発電システム１０に無効電力を出力するように指令を同期調相機３に伝達する。
【００３３】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る自然エネルギー発電システム１０は、電力系統２０の情報、および自然エネルギー発電システム１０内の情報のうち少なくとも１つの情報に基づいて、同期調相機３が自然エネルギー発電システム１０に出力する無効電力を制御することで、電力系統２０へ接続するための条件（ＬＶＲＴ条件など）を満たすことができる。また、自然エネルギー発電システム１０は、同期調相機３を設けるのみで、ＳＶＣやＳＴＡＴＣＯＭなどを設けたり、ＰＣＳを大型化したりする必要がないので、建設コストを抑えつつ無効電力を出力することができる。さらに、自然エネルギー発電システム１０は、自然エネルギー発電システム１０内の情報に基づいて、自然エネルギー発電システム１０内（ウィンドファーム内）での電圧変動を検知し、同期調相機３による無効電力供給を停止し、風力発電機１を停止することが可能となるので、自然エネルギー発電システム１０内で発生した電圧変動の原因を調査することができる。
【００３４】
また、自然エネルギー発電システム１０によれば、電力系統２０へ接続するための条件が異なっていても、個々の風力発電機１自体を調整する必要がなく、同期調相機３のみ調整すればよい。さらに、自然エネルギー発電システム１０は、同期調相機３を設けることで、特に風や日光などの変化による発電出力の変化に対して自然エネルギー発電システム１０内の電圧変動を抑え、自然エネルギー発電システム１０内の電圧を平準化することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態１に係る自然エネルギー発電システム１０では、電力系統２０の系統電圧および自然エネルギー発電システム１０内の電圧のうち少なくとも１つの電圧の情報を使用して、同期調相機３を制御する構成について説明した。本発明の実施の形態２に係る自然エネルギー発電システムでは、さらに同期調相機３内の情報を用いて同期調相機３を制御する構成について説明する。なお、自然エネルギー発電システム１０内の情報（第２情報）には、前述したように、自然エネルギー発電システム１０内の電圧および電流、同期調相機３内の電流および温度のうち少なくとも１つが含まれている。また、本発明の実施の形態２に係る自然エネルギー発電システムは、図１に示した実施の形態１に係る自然エネルギー発電システム１０と構成が同じであるため同じ構成要素に同じ符号を付して説明し、詳細な説明を繰返さない。
【００３６】
同期調相機３は、パワコンに比べて大きな熱容量を持つため、同期調相機の定格容量に比べて大きな出力が可能である。そのため、同期調相機３は、自然エネルギー発電システム１０や電力系統２０の瞬時（数ミリ秒程度）の電圧変動や短時間（数秒程度）の電圧変動を抑えるなど電圧を維持するために、自然エネルギー発電システム１０に定格出力を超えた無効電力を出力し、自然エネルギー発電システム１０から電力系統２０に無効電力を出力することが可能である。
【００３７】
同期調相機３は、大きな熱容量により定格出力を超えた無効電力を出力することが可能であるが、過剰な出力が続くことで同期調相機３が劣化することもあるので、運用者にとって望ましくない。そこで、電力系統２０の系統電圧の変動を抑えるために、同期調相機３が無効電力を出力する場合、制御装置４は、熱容量の基準値を設け、熱容量が基準値以下であれば電力系統２０の電圧を維持することを考慮して定格出力を超えた無効電力を出力するように指令を同期調相機３に伝達する。逆に、制御装置４は、熱容量が基準値より大きいのであれば自然エネルギー発電システム１０内のみの電圧を維持するために、定格出力内で無効電力を出力するように指令を同期調相機３に伝達する。
【００３８】
同期調相機３の熱容量は、同期調相機３内の電機子に流れる電流（電機子電流）から計算した発熱量、あるいは同期調相機３の温度から計測して求めることができる。そのため、制御装置４は、同期調相機３内の電流および温度のうち少なくとも１つの情報を、入力する情報とすることで、同期調相機３の熱容量を基準に同期調相機３を制御することができる。なお、電流の情報を用いる場合、発熱量（送電損失）は電流の二乗に比例するものであり、積算することで温度上昇を予測することができる。
【００３９】
図５は、本発明の実施の形態２に係る制御装置４において、同期調相機３の熱容量を基準に、同期調相機３を制御するフローチャートである。まず、制御装置４は、入力する情報の同期調相機３内の電機子に流れる電流、または同期調相機３の温度から同期調相機３の熱容量を求め、当該熱容量が基準値より大きいか否かを判断する（ステップＳ５１）。制御装置４は、同期調相機３の熱容量が基準値より大きいと判断した場合（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、自然エネルギー発電システム１０内のみの電圧を維持するために、定格出力内で無効電力を出力するように指令を同期調相機３に伝達する。当該指令を受けた同期調相機３は、自然エネルギー発電システム１０内の対応のみを実施し、自然エネルギー発電システム１０内のみの電圧を維持するために、定格出力内で無効電力を出力する（ステップＳ５２）。
【００４０】
次に、制御装置４は、同期調相機３の熱容量が基準値以下と判断した場合（ステップＳ５１：ＮＯ）、電力系統２０の電圧を維持することを考慮して無効電力を出力するように指令を同期調相機３に伝達する。当該指令を受けた同期調相機３は、電力系統２０および自然エネルギー発電システム１０内の両方を考慮し、電力系統２０の電圧を維持するために、無効電力を出力する（ステップＳ５３）。このとき、無効電力は定格出力を超えて出力することが可能である。
【００４１】
次に、同期調相機３の熱容量を考慮し、入力する情報に応じて前述の機能Ａ〜機能Ｃを切替え、同期調相機３に指令を出力する制御装置４の構成を、さらに詳しく説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係る制御装置４の構成を示すブロック図である。
【００４２】
図６に示す制御装置４は、第１無効電力制御部４１、第２無効電力制御部４２、第３無効電力制御部４３、制御統括部４４、および熱容量制御部４５を含んでいる。第１無効電力制御部４１は、入力する情報として、系統連系点から電力系統２０の系統電圧が入力され、電力系統２０の系統電圧の変動に対応する機能（機能Ｂ）を実施する場合、指令１を制御統括部４４に出力する。なお、機能Ｂは、電力系統２０の電圧を維持する機能でもある。
【００４３】
第２無効電力制御部４２は、入力する情報として、系統連系点から電力系統２０の系統電圧、および自然エネルギー発電システム１０内の電圧が入力され、自然エネルギー発電システム１０内に生じる瞬低に対応する機能（機能Ａ）を実施する場合、指令２を制御統括部４４に出力する。
【００４４】
第３無効電力制御部４３は、入力する情報として、自然エネルギー発電システム１０内の電圧が入力され、自然エネルギー発電システム１０内の電圧の変動に対応する機能（機能Ｃ）を実施する場合、指令３を制御統括部４４に出力する。
【００４５】
熱容量制御部４５は、入力する情報として、同期調相機３内の電機子に流れる電流、または同期調相機３の温度の情報が入力され、当該情報から同期調相機３の熱容量を求め、電力系統２０の系統電圧の変動に対応する機能（機能Ｂ）を実施する場合、指令４を制御統括部４４に出力する。
【００４６】
制御統括部４４は、指令１〜指令４を受取り、最終的に同期調相機３が電力系統２０に無効電力を出力するように指令を同期調相機３に伝達する。なお、指令１および指令４は、同じ機能Ｂを実施するための指令であるため、制御装置４は、制御統括部４４が指令１および指令４を受取った場合にのみ、電力系統２０の系統電圧の変動に対応する機能（機能Ｂ）を実施してもよい。
【００４７】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る自然エネルギー発電システム１０は、制御装置４が、同期調相機３内の電流および温度のうち少なくとも１つの情報から同期調相機３の熱容量を求め、求めた熱容量が予め定められた基準値以下の場合、電力系統２０の電圧維持のために無効電力を出力し、求めた熱容量が予め定められた基準値より大きい場合、自然エネルギー発電システム１０内の電圧維持のために無効電力を出力する。これにより、本発明の実施の形態２に係る自然エネルギー発電システム１０は、同期調相機３を劣化させることなしに、自然エネルギー発電システム１０内の電圧の変動に比べて大きな無効電力を出力する必要がある電力系統２０の系統電圧の変動に対応することが可能になる。
【００４８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３では、前述した実施の形態１および実施の形態２に係る自然エネルギー発電システム１０を含む電力システムについて説明する。図７は、本発明の実施の形態３に係る電力システムの構成を示す概略図である。
【００４９】
図７に示す電力システム１００は、電力消費地３０に電力を供給するための電力系統２０に、電力を発電する複数の発電システムが接続されている。
【００５０】
電力系統２０に接続している発電システムには、実施の形態１および実施の形態２に係る自然エネルギー発電システム１０以外に、複数の風力発電機を含む従来のウィンドファームである発電システム４０や、火力発電所などを含む発電システム５０などがある。そして、発電システム４０，５０は、必ずしも電力消費地３０の近郊に建設することができるものではなく、電力消費地３０から遠方に建設しなければならない場合がある。電力消費地３０から遠方に建設した発電システム４０と接続するため、電力系統２０の送電線の長さは長くなる。電力系統２０は、送電線の長さが長くなると、電力の長距離送電における系統電圧の変動が生じる可能性が高くなる。
【００５１】
たとえば、図７に示す電力消費地３０に対して最も遠方にある発電システム４０から電力を、電力消費地３０に送電する場合、送電損失などで送電線の途中で送電した電力の電圧が低下することがある。従来は、電力系統２０に同期調相機などを別途設けて、電力の長距離送電における系統電圧の変動を抑えていた。
【００５２】
しかし、本発明の実施の形態３に係る電力システム１００では、同期調相機３を含む自然エネルギー発電システム１０を電力系統２０に接続してあるので、電力系統２０に別途同期調相機などを設ける必要がなく、自然エネルギー発電システム１０の同期調相機３を用いて、電力の長距離送電における系統電圧の変動を抑えることができる。
【００５３】
特に、図７に示す電力システム１００では、電力消費地３０に対して最も遠方にある発電システム４０と、電力消費地３０とを繋ぐ電力系統２０の途中に同期調相機３を含む自然エネルギー発電システム１０を接続してある。そのため、電力消費地３０に対して最も遠方にある発電システム４０から電力を電力消費地３０に送電する場合、自然エネルギー発電システム１０の同期調相機３が電力の長距離送電における系統電圧の変動（分単位）を抑えるために駆動する。つまり、自然エネルギー発電システム１０の同期調相機３が、遠方からの電力送電による系統電圧の変化をサポートし、電力系統２０の送電容量を向上させることができる。
【００５４】
たとえば、電力消費地３０と最も遠方にある発電システム４０との距離が数千ｋｍである場合、従来の構成では送電容量が低いために十分な電力を送信できなかった。しかし、電力消費地３０と最も遠方にある発電システム４０との間の電力系統２０に、実施の形態１および実施の形態２に係る自然エネルギー発電システム１０を接続することで、電力系統２０の送電容量を向上させて、十分な電力を送信することができる。
【００５５】
また、実施の形態２に係る自然エネルギー発電システム１０で説明したように、同期調相機３は、パワコンに比べて大きな熱容量を持つため、定格出力を超えた無効電力を出力することができる。そのため、同期調相機３は、遠方からの電力送電による系統電圧の変化を抑えるために十分な無効電力を電力系統２０に出力することができる。
【００５６】
以上のように、本発明の実施の形態３に係る電力システム１００では、少なくとも１つの発電システムは、実施の形態１または実施の形態２に示した自然エネルギー発電システム１０を電力系統２０に接続することで、電力の長距離送電における系統電圧の変動を抑えることができる。特に、遠方の発電システムと電力消費地３０とを繋ぐ電力系統２０の途中に、実施の形態１または実施の形態２に示した自然エネルギー発電システム１０を設けた場合、電力系統２０の送電容量を向上させて、十分な電力を送信することができる。つまり、実施の形態１または実施の形態２に示した自然エネルギー発電システム１０は、電力系統２０と接続する系統連系点が、電力を発電する遠方の発電システム４０と電力を消費する電力消費地３０との間に設けてある。
【００５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１  風力発電機、２  変圧器、３  同期調相機、４  制御装置、５  送電線、１０，４０，５０  発電システム、２０  電力系統、３０  電力消費地、４１  第１無効電力制御部、４２  第２無効電力制御部、４３  第３無効電力制御部、４４  制御統括部、４５  熱容量制御部、１００  電力システム。
【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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