(57)【要約】【課題】風力発電装置の発電電力を容易に計測でき、かつ計測中でも風力発電装置の発電電力を有効に利用する。【解決手段】発電機の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するコンバータを有し、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、系統電源に供給する風力発電用電力変換装置の起動方法において、コンバータの出力電圧を監視し、コンバータの出力電圧が基準値以上になると電力変換装置のインバータ回路を起動する風力発電用電力変換装置の起動方法。【選択図】    図１
2004153910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するコンバータを有し、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、系統電源に供給する風力発電用電力変換装置の起動方法において、前記コンバータの出力電圧を監視し、前記コンバータの出力電圧が基準値以上になると前記電力変換装置のインバータ回路を起動することを特徴とする、風力発電用電力変換装置の起動方法。
【請求項２】
発電機の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するコンバータを有し、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、系統電源に供給する風力発電用電力変換装置の起動方法において、前記発電機の出力電圧を監視し、前記出力電圧が基準値以上になったことを検出すると、前記系統電源から制御電源を取って前記電力変換装置の制御回路を動作させ、前記制御回路が動作を開始すると前記コンバータを動作させ、前記コンバータの出力電圧を監視することを特徴とする風力発電用電力変換装置の起動方法。
【請求項３】
発電機の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するコンバータを有し、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、系統電源に供給する風力発電用電力変換装置の起動方法において、前記コンバータの出力電圧と前記系統電源の整流器出力電圧とを比較して、切換え回路で電圧の高い方から受電するように制御回路の電源を自動的に切換え、前記発電機の出力電圧が基準値を超えると、前記切換え回路から制御電源を取るように監視回路で前記発電機の出力電圧監視し、前記電力変換装置の制御回路は、前記発電機の出力電圧が前記基準値を越えると前記監視回路によって前記切換え回路から制御電源を受電して、前記コンバータを動作させ、前記コンバータの出力電圧を監視することを特徴とする風力発電用電力変換装置の起動方法。
【請求項４】
発電機の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するコンバータを有し、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、系統電源に供給する風力発電用電力変換装置において、前記コンバータの出力電圧と前記系統電源の整流器出力電圧とを比較して、電圧の高い方から電力を取る切換え回路と、前記発電機の出力電圧が基準値を超えると、前記切換え回路から制御電源を取るようにする監視回路を備え、前記電力変換装置の制御回路は、前記発電機の出力電圧が前記基準値を越えると前記監視回路によって前記切換え回路から制御電源を受電して前記コンバータを動作させ、前記コンバータの出力電圧を監視することを特徴とする風力発電用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するコンバータを有し、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、系統電源へ供給する風力発電用電力変換装置の起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、風力発電用電力変換装置の起動は、発電機の出力電力を監視して基準値以上になると電力変換装置を起動する等の方法で行われている。また、風力発電用電力変換装置と同様の起動方法を有するものとして太陽光発電用電力変換装置があり、太陽光発電用電力変換装置では、太陽電池の出力電圧を監視して、太陽電池の出力電圧が基準値以上になると電力変換装置を起動する（特開昭５８−１７２７２４号）ものがある（従来例１）。
この他に風力発電用電力変換装置の起動は、発電機の出力電圧を監視して基準値以上になると、電力変換装置を起動する等の方法で行われている。
風車の起動を確実に行わせ、低風速域における発電効率を向上させるために、風車の回転力により駆動される交流発電機と、上記交流発電機から出力される交流電力を制御するとともに、この交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換手段と、上記第１の電力変換部から出力される直流電力を所定周波数の交流電力に変換して電力系統に供給する第２の電力変換手段と、風速を検出する風速検出手段と、上記交流発電機のロータの回転数を検出する回転数検出手段と、風速が発電可能な風速であるか否かを判別する風速判別手段と、上記ロータの回転数が予め設定された継続回転可能な回転数以下に低下しているか否かを判別する回転数判別手段と、風速が発電可能な風速以上で、かつ、ロータの回転数が上記継続回転可能な回転数以下のときは、上記第１及び第２の電力変換手段を力行運転し、少なくとも予め設定された発電のための自己起動可能な回転数まで上記ロータの回転数を強制的に上昇させる運転制御手段とを備えたものがある（従来例２：特開平８−３２２２９８号公報）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５８−１７２７２４公報
【特許文献２】
特開平８−３２２２９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
風力発電はその特性から、時間によって発電電力が大きく変動する。風力発電の出力電力を有効に取り出すには、風の変化を的確に捉えて発電電力が小さいときから電力を取り出すことが望ましい。したがって、無風状態から風速が増していくような場合に、発電電力の増加を的確に捉えて、停止していた電力変換装置を起動することが、風力発電装置から有効に電力を取り出すことになる。発電機の出力電圧を監視し、風力発電装置の発電電力を推定し、電力変換装置を起動する方法では、発電電力が低い時でも発電機の開放電圧がすぐに上昇するため、チャタリングを起こしやすいという問題がある。
そこで、本発明は、風力発電装置の発電電力を容易に計測でき、かつ計測中でも風力発電装置の発電電力を有効に利用できる、風力発電用電力変換装置の起動方法および風力発電用電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は発電機の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するコンバータを有し、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、系統電源に供給する風力発電用電力変換装置の起動方法において、前記コンバータの出力電圧を監視し、前記コンバータの出力電圧が基準値以上になると前記電力変換装置のインバータ回路を起動することを特徴とする。
また、発電機の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するコンバータを有し、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、系統電源に供給する風力発電用電力変換装置の起動方法において、前記発電機の出力電圧を監視し、前記出力電圧が基準値以上になったことを検出すると、前記系統電源から制御電源を取って前記電力変換装置の制御回路を動作させ、前記制御回路が動作を開始すると前記コンバータを動作させ、前記コンバータの出力電圧を監視することを特徴とする。
また、発電機の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するコンバータを有し、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、系統電源に供給する風力発電用電力変換装置の起動方法において、前記コンバータの出力電圧と前記系統電源の整流器出力電圧とを比較して、切換え回路で電圧の高い方から受電するように制御回路の電源を自動的に切換え、前記発電機の出力電圧が基準値を超えると、前記切換え回路から制御電源を取るように監視回路で前記発電機の出力電圧監視し、前記電力変換装置の制御回路は、前記発電機の出力電圧が前記基準値を越えると前記監視回路によって前記切換え回路から制御電源を受電して、前記コンバータを動作させ、前記コンバータの出力電圧を監視することを特徴とする。
また、発電機の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するコンバータを有し、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、系統電源に供給する風力発電用電力変換装置において、前記コンバータの出力電圧と前記系統電源の整流器出力電圧とを比較して、電圧の高い方から電力を取る切換え回路と、前記発電機の出力電圧が基準値を超えると、前記切換え回路から制御電源を取るようにする監視回路を備え、前記電力変換装置の制御回路は、前記発電機の出力電圧が前記基準値を越えると前記監視回路によって前記切換え回路から制御電源を受電して前記コンバータを動作させ、前記コンバータの出力電圧を監視することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施例の風力発電用電力変換装置を示すブロック図である。図２はその動作を示すフローチャートである。本実施例は、風を受けて回転する風車１と風車１の回転によって交流電力を発電する発電機２、発電機２の出力電圧を任意の直流電圧へ変換するＡＣ−ＤＣコンバータ３とコンバータ出力コンデンサ４、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力を任意の交流に変換するインバータ５、系統電源６、絶縁のためのトランス等を含む整流回路７と平滑コンデンサ８、逆流防止ダイオード９，１０、ＡＣ−ＤＣコンバータ３とインバータ５を制御するとともにこれらに制御電源を供給する制御回路１１で構成されている。ここで、逆流防止ダイオード９，１０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｃと整流回路７の出力電圧Ｖｐを比較して、電圧の高い方から制御回路１１へ電力を供給する切り替え回路（ダイオード優先回路）を構成している。また、制御回路１１は、発電機２の出力電圧を監視し、発電機２の出力電圧が基準値を超えると逆流防止ダイオード９，１０で構成される切り替え回路から制御電源を取るようにする監視回路を内蔵している。なお、この監視回路は無電圧または発電機２から取る微弱な電力で動作するものを用いる。
【０００７】
次に本実施例の動作を説明する。制御回路１１は、風によって風車１が回転し始めて、発電機２の出力電圧Ｖｗが基準値Ｖｗ０を超えたことを検出すると（ステップ１２）、逆流防止ダイオード９，１０で構成される切り替え回路の出力である平滑コンデンサ８の出力から電力を取れるようにする監視回路が動作し、制御回路１１が起動する（ステップ１３）。ここで、この時の整流回路７の出力電圧をＶｐ０とする。制御回路１１が起動すると、制御回路１１はＡＣ−ＤＣコンバータ３を動作させ、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧を０から次第に増加させていき（ソフトスタート）、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｃを設定電圧Ｖｃ１（＞Ｖｐ０）で出力するように制御する（ステップ１４）。
【０００８】
発電機２の発電電力が制御回路１１を動作させるほどに大きくない場合、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧ＶｃがＶｐ０を超えると、逆流防止ダイオード１０がオンし、逆流防止ダイオード９がオフになるため、コンバータ出力コンデンサ４に蓄えられている電荷が制御回路１１に流れて出力電圧Ｖｃは低下してＶｐ０以下になり、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の制御により再び出力電圧Ｖｃは上昇するという動作を繰り返す。すなわち、発電機２の出力電力が制御回路１１の消費電力よりも少ないときには発電機２の発電電力はコンバータ出力コンデンサ４に蓄えられ、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧ＶｃがＶｐ０よりも高くなった時点で制御回路１１へ電力を供給する電力の蓄積と供給の動作を繰り返す。この動作により、発電機２の発電電力が制御回路１１の消費電力よりも少ない場合でも制御回路１１の電力として有効に利用することができる。
【０００９】
次に、発電機２の発電電力が制御回路１１を動作させるのに十分大きくなると、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｃは安定してＶｃ１（＞Ｖｐ０）となるので、出力電圧Ｖｃの安定化を検出することで、発電機２の発電能力が制御電源１１の消費電力以上になっていることが分かる。制御回路１１は平滑コンデンサ８の両端電圧を常時監視して、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｃが設定電圧Ｖｃ１以上に安定していること、つまりＡＣ−ＤＣコンバータ３から安定して制御回路１１の消費電力を確保していることを確認すると（ステップ１５）、インバータ５を起動して系統電源６への送電を開始する（ステップ１６）。
なお、本実施例では交流発電機を例として説明したが、直流発電機と発電機の出力電圧を変換する昇圧チョッパ等で構成してもよく、同様の効果を得ることができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発電機の出力電圧が基準値以上に上昇した後に系統電源から制御電源をもらってＡＣ−ＤＣコンバータを起動し、発電機の出力電圧が安定した後にインバータを起動させることにより、風力発電用電力変換装置が停止している間の制御電源電力を不要にし、発電機の発電電力を容易に計測することができ、かつＡＣ−ＤＣコンバータの動作後には発電機の発電電力を早期に利用できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す風力発電用電力変換装置のブロック図
【図２】本発明の風力発電用電力変換装置の起動方法を示すフローチャート
【符号の説明】
１  風車
２  発電機
３  ＡＣ−ＤＣコンバータ
４  コンバータ出力コンデンサ
５  インバータ
６  系統電源
７  整流回路
８  平滑コンデンサ
９、１０  逆流防止ダイオード
１１  制御回路
１２〜１６  ステップ
【図１】
2004153910.tif 000003
【図２】
2004153910.tif 000004