(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次励磁発電機の固定子側を電力系統に接続し、該二次励磁発電機の二次巻線に励磁用電力変換器を接続し、前記二次励磁発電機が電力系統に出力する発電電力を調整する発電装置において、
前記励磁用電力変換器が、第１のインピーダンスを介して前記二次励磁発電機の二次巻線に接続し、
前記二次励磁発電機の二次巻線に第２のインピーダンスを介してダイオード整流器が前記励磁用電力変換器と並列に接続し、
該ダイオード整流器の直流部分を前記励磁用電力変換器の直流部分に並列に接続し、
前記励磁用電力変換器の電力半導体スイッチング素子に流れる電流値が所定値以上の場合、該電力半導体スイッチング素子にオン指令を出力する制御装置を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置において、
前記第１のインピーダンスと第２のインピーダンスとが、リアクトルであることを特徴とする発電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発電装置において、
前記第１のインピーダンスの値が前記第２のインピーダンスの値より大きいことを特徴とする発電装置。
【請求項４】
請求項１に記載の発電装置において、
前記ダイオード整流器の直流部分にエネルギー消費手段が接続していることを特徴とする発電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の発電装置において、
前記制御装置が、前記所定値と前記電力半導体スイッチング素子に流れる電流値とを入力し、オン指令を出力する過電流阻止制御部を備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項６】
二次励磁発電機の固定子側を電力系統に接続し、該二次励磁発電機の二次巻線に励磁用電力変換器を接続し、前記二次励磁発電機が電力系統に出力する発電電力を調整する発電装置において、
前記励磁用電力変換器が、交流端子側を前記二次巻線に第１のインピーダンスを介して接続し、直流端子側を平滑コンデンサに接続した第１の電力変換器と、
直流端子側を前記平滑コンデンサに接続し、交流端子側を電力系統に接続した第２の電力変換器とを備え、
前記二次励磁発電機の二次巻線に第２のインピーダンスを介してダイオード整流器が前記励磁用電力変換器と並列に接続し、
該ダイオード整流器の直流部分を前記励磁用電力変換器の直流部分に並列に接続し、
前記励磁用電力変換器の電力半導体スイッチング素子に流れる電流値が所定値以上の場合、該電力半導体スイッチング素子にオン指令を出力する制御装置を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の発電装置において、
前記第１のインピーダンスと第２のインピーダンスとが、リアクトルであることを特徴とする発電装置。
【請求項８】
請求項６に記載の発電装置において、
前記第１のインピーダンスの値が前記第２のインピーダンスの値より大きいことを特徴とする発電装置。
【請求項９】
請求項６に記載の発電装置において、
前記ダイオード整流器の直流部分にエネルギー消費手段が接続していることを特徴とする発電装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の発電装置において、
前記制御装置が、前記所定値と前記電力半導体スイッチング素子に流れる電流値とを入力し、オン指令を出力する過電流阻止制御部を備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項１１】
二次励磁発電機の固定子側を電力系統に接続し、該二次励磁発電機の二次巻線に励磁用電力変換器を接続し、前記二次励磁発電機が電力系統に出力する発電電力を調整する発電装置において、
前記二次励磁発電機が風車によって回転し、
前記励磁用電力変換器が、交流端子側を前記二次巻線に第１のインピーダンスを介して接続し、直流端子側を平滑コンデンサに接続した第１の電力変換器と、
直流端子側を前記平滑コンデンサに接続し、交流端子側を電力系統に接続した第２の電力変換器とを備え、
前記二次励磁発電機の二次巻線に第２のインピーダンスを介してダイオード整流器が前記励磁用電力変換器と並列に接続し、
該ダイオード整流器の直流部分を前記励磁用電力変換器の直流部分に並列に接続し、
前記励磁用電力変換器のＩＧＢＴに流れる電流値が所定値以上の場合、該ＩＧＢＴにオン指令を出力する制御装置を備えることを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の擾乱により二次励磁発電機の二次巻線に発生する過電流を電力変換装置に流れ込むことを抑制する、二次巻線の交流励磁用電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電装置に用いられる二次励磁発電機（巻線形誘導発電機）は、電力変換器で回転子巻線をすべり周波数で励磁することで、固定子側に系統周波数と同じ周波数の交流電圧を出力することができ、回転数を可変にすることができるとともに電力変換器の容量を発電機の容量にくらべて小さくすることが出来る利点がある。
【０００３】
電力系統で地絡などの電圧低下が発生すると、二次励磁発電機は地絡点に電流を供給しようと動作する。このとき、二次側巻線に過大な電流が誘起され、二次側に接続した励磁用電力変換器に過大な電流が流れるため、それに耐えられるように電力変換器の素子容量を発電機定格と同程度またはそれ以上に大きくするか、特許文献１に記載のように、スイッチング素子とこのスイッチング素子に接続した抵抗とによって二次巻線を短絡し、過大な電流を吸収する等の方法が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８４８６号公報（（００１０）段落から（００１２）段落の記載。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の電力変換器の容量を大きくする方法では、システムのコストアップとなり、二次励磁発電機を用いたシステムの特徴が損なわれる。また、特許文献１に記載の方法では、電力変換器は一旦停止して過大電流が除去されてから短絡回路を開放して再起動するため、再び電力を供給するために時間がかかる。
【０００６】
本発明の目的は、二次励磁発電機の励磁用電力変換器を系統事故や系統擾乱により発生する過電流から保護し、系統事故直後から電力制御を開始できる二次励磁発電機の励磁用電力変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電力変換装置は、系統擾乱時に二次励磁発電機の二次巻線に発生する過電流を電力変換器に流さないようにするため、リアクトルを介して電力変換器と並列に整流装置を設置し、さらに整流器の直流部を変換器の直流部に接続し、二次巻線から流れ込む過電流をリアクトルのインピーダンス比で分流し、電力変換器へ流れ込む量を小さくするために、電力変換器の過電流発生アームの半導体スイッチング素子をオン状態にする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電力変換装置によれば、系統擾乱時にも、電力変換器の制御を停止することなく、運転を継続できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の電力変換装置では、二次励磁発電機の励磁用電力変換器を系統擾乱による過電流から保護し、更に運転継続を実現するという動作を、過電流処理装置（整流器）のインピーダンスを低くし、電力変換器の過電流発生アームの半導体スイッチング素子をオン状態にする。以下、本発明の詳細を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本実施例の装置構成を示す単線結線図である。ここでは風力用の発電機を例にして説明するが、その他の用途にも適用できる。
【００１１】
まず、発電電力を出力する電気配線および装置について説明する。風力発電機は、二次励磁型の発電機で、発電機Ｇｅｎの固定子側の３相出力は、外部信号によって開閉可能な例えば電磁接触器ＣＴＴ１の二次側に接続される。また電磁接触器ＣＴＴ１の一次側は、電磁接触器ＣＴＴ２の一次側および遮断器ＢＲの二次側に接続される。遮断器ＢＲの一次側は電力系に接続される。
【００１２】
遮断器ＢＲは、例えば、電流過大で遮断器を開放し電流を遮断するような機能を具備し、遮断器ＢＲが投入されると風力発電装置の制御装置に電源が供給されるようにする。本実施例では、系統事故時にも制御装置に電力を供給するため図には示していない無停電電源装置などの電池装置を備えている。
【００１３】
また、電磁接触器ＣＴＴ２の二次側は、デルタ結線されたコンデンサＣｎおよびリアクトルＬｎを介して連系用の電力変換器ＣＮＶの交流出力端に接続する。一方、電力変換器ＣＮＶの直流出力端は、直流の平滑コンデンサＣｄを介して励磁用の電力変換器ＩＮＶの直流出力端子に接続する。
【００１４】
電力変換器ＣＮＶおよび電力変換器ＩＮＶは、例えば電力半導体のスイッチング素子（ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴなど）を用いて構成されており、それぞれ、交流を直流に変換または直流を交流に変換する機能を備える。電力変換器ＩＮＶの交流出力端子は、リアクトルＬｒおよびコンデンサＣｒを介して発電機Ｇｅｎの二次側巻線端子に接続される。
【００１５】
また、前記励磁用電力変換装置と並列に、リアクトルＬｘを介して整流器ＲＥＣを発電機Ｇｅｎの二次側巻線端子に接続する。前記整流器ＲＥＣはその直流部分を前記電力変換器の直流部分と接続し、また、半導体スイッチと抵抗で構成されるエネルギー消費装置ＬＯＤにも接続する。発電機Ｇｅｎの回転子は、ギアなどを介して風力発電用の風車１０１に接続されており、風の力を受けて回転する。
【００１６】
次に、発電電力を制御するための配線および装置について説明する。遮断器ＢＲの一次側の三相電圧および三相電流は、それぞれ電圧センサＰＴｓ、電流センサＣＴｓによりその値を低電圧の信号Ｖｓ、Ｉｓに変換され、前記低電圧の信号が制御装置ＣＴＲＬに入力される。
【００１７】
電磁接触器ＣＴＴ１の二次側（ＣＴＴ１と発電機固定子との間）の電圧は、電圧センサＰＴｇによりその値を低電圧の信号Ｖｇに変換され制御装置ＣＴＲＬに入力される。また、電磁接触器ＣＴＴ２の二次側（ＣＴＴ２と電力変換器ＣＮＶの間）の三相電流は、電流センサＣＴｎによりその値を低電圧の信号Ｉｎに変換され、前記低電圧の信号が制御装置ＣＴＲＬに入力される。
【００１８】
発電機Ｇｅｎの回転子の回転数および位置を、位置検出器１０２、例えばエンコーダにより検出し、位相信号ＰＬｒ（パルス列）を制御装置ＣＴＲＬに入力する。また、前記電力変換器ＣＮＶ、ＩＮＶの直流部に接続された平滑コンデンサＣｄの電圧は、電圧センサにより低電圧の信号Ｅｄｃに変換され、この低電圧信号Ｅｄｃを制御装置ＣＴＲＬに入力する。
【００１９】
次に、図２を用いて制御装置ＣＴＲＬの機能について説明する。制御装置ＣＴＲＬは、電磁接触器ＣＴＴ１、ＣＴＴ２や電力変換器ＩＮＶ、ＣＮＶ、エネルギー消費装置ＬＯＤを信号Ｓｇ１、Ｓｇ２、Ｐｕｌｓｅ＿ｉｎｖ、Ｐｕｌｓｅ＿ｃｎｖ、Ｐｕｌｓｅ＿ＬＯＤで制御する。
【００２０】
電力変換器ＣＮＶは、風力発電装置が運転中かつ発電機Ｇｅｎが電磁接触器ＣＴＴ１にて電力系統に接続される前から後まで、平滑コンデンサＣｄの直流電圧Ｅｄｃを一定に制御する直流電圧制御および系統無効電力零（力率１）制御を行う。したがって、電力変換器ＩＮＶが直流電力を使用した結果直流電圧が低下すれば、電力変換器ＣＮＶは電力系統から電力を取り出して直流電圧を充電して一定に保つように動作し、逆に電力変換器ＩＮＶが平滑コンデンサＣｄを充電して直流電圧Ｅｄｃが上昇する場合には電力変換器ＣＮＶは直流電力を交流電力に変換して放電し、直流電圧を一定に保つように動作する。
【００２１】
まず、電力変換器ＣＮＶの制御について詳細に説明する。前記交流電圧検出値Ｖｓは、３相２相変換器３２ｔｒｓに入力される。また、前記３相２相変換器３２ｔｒｓの出力ＶαとＶβは位相検出器ＴＨＤＥＴに入力される。前記位相検出器ＴＨＤＥＴは、系統の電圧に追従する位相信号ＴＨｓを、例えば位相同期ループ（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）方式で演算し、前記位相信号ＴＨｓを３相２相座標変換器３２ｄｑｔｒｓおよび前記２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓに出力する。前記直流電圧指令値Ｅｒｅｆと前記直流電圧検出値Ｅｄｃは直流電圧調整器ＤＣＡＶＲ（たとえば比例積分制御器により構成）に入力される。前記直流電圧調整器ＤＣＡＶＲは入力された指令値と検出値の偏差が零になるように出力のｄ軸電流指令値（有効分電流指令値）Ｉｄｎｓｔｒを調整し、電流調整器１−ＡＣＲに出力する。
【００２２】
３相２相座標変換器３２ｄｑｔｒｓは入力された電流Ｉｎから（数１）式に示した変換式を用いて、ｄ軸電流検出値Ｉｄｎ（有効分電流）とｑ軸電流検出値Ｉｑｎ（無効分電流）を演算し、ｄ軸電流検出値Ｉｄｎを電流調整器（１−ＡＣＲ）に、ｑ軸電流検出値Ｉｑｎを電流調整器（２−ＡＣＲ）に出力する。
【００２３】
【数１】
0004736871.tif 000002
【００２４】
前記電流調整器１−ＡＣＲは、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｎｓｔｒと前記ｄ軸電流検出値Ｉｄｎの偏差を零にするように出力のｄ軸電圧指令値Ｖｄｎ０を調整し、加算器３０１に出力する。同様に、前記電流調整器２−ＡＣＲは、前記ｑ軸電流指令値（力率１の場合は指令値＝０）と前記ｑ軸電流検出値Ｉｑｎの偏差を零にするように出力のｑ軸電圧指令値Ｖｑｎ０を調整し、加算器３０２に出力する。ここで前記電流調整器はたとえば比例積分制御器により構成できる。
【００２５】
電圧座標変換器ｄｑｔｒｓは入力された前記電圧Ｖｓのα成分Ｖαとβ成分Ｖβから（数２）式に示した変換式を用いて、ｄ軸電圧検出値（系統電圧ベクトルに一致する位相成分）Ｖｄｓとｑ軸電圧検出値（前記ｄ軸電圧検出値Ｖｄｓと直交する成分）Ｖｑｓを演算し、それぞれを前記加算器３０１、３０２に出力する。
【００２６】
前記加算器３０１は、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄｎ０と前記ｄ軸電圧検出値Ｖｄｓを加算して２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓに出力する。同様に前記加算器３０２は、前記ｑ軸電圧指令値Ｖｑｎ０と前記ｑ軸電圧検出値Ｖｑｓを加算して２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓに出力する。
【００２７】
前記２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓは、前記位相信号ＴＨｓと、前記各加算器の結果Ｖｄｎ，Ｖｑｎを入力し、（数３）式および（数４）式に示した変換式により前記変換器の出力する電圧指令値Ｖｕｎ、Ｖｖｎ、Ｖｗｎを演算し、ＰＷＭ演算器ＰＷＭｎに出力する。
【００２８】
【数２】
0004736871.tif 000003
【００２９】
【数３】
0004736871.tif 000004
【００３０】
【数４】
0004736871.tif 000005
【００３１】
前記ＰＷＭ演算器ＰＷＭｎは、入力された電圧指令Ｖｕｎ、Ｖｖｎ、Ｖｗｎからパルス幅変調方式により前記電力変換器ＣＮＶを構成するｎ個の半導体素子をオン・オフするゲート信号Ｐｕｌｓｅ＿ｃｎｖを演算し、前記電力変換器ＣＮＶに出力する。
【００３２】
次に、電力変換器ＩＮＶの制御について説明する。発電機の回転数および位置を示す位相信号ＰＬｒは、回転位相検出器ＲＯＴＤＥＴに入力される。回転位相検出器ＲＯＴＤＥＴは、位相信号のパルスＰＬｒを計数して位相信号に換算するとともに、位相信号を一回転に一回のパルス（例えばＡＢＺ方式のエンコーダではＺ相パルス）で０にリセットし、オーバーフローしない０から３６０度の回転位相ＲＴＨを加算器３０３に出力する。
【００３３】
回転位相ＲＴＨと同期制御器ＳＹＮＣの出力位相信号ＬＴＨは加算器３０３で加算されて位相信号ＴＨとなり、位相信号ＴＨは前記位相信号ＴＨｓとともに励磁位相演算器ＳＬＤＥＴに入力される。前記励磁位相演算器ＳＬＤＥＴは、前記位相信号ＴＨとＴＨｓを減算（ＴＨｒ＝ＴＨｓ−ＴＨ）し、さらに発電機の極対数倍して発電機の回転子の電気角周波数の位相信号ＴＨｒを出力する。
【００３４】
電力演算器ＰＱＣＡＬは、システム電流Ｉｓを前記（数１）式に示した変換式により検出した系統電圧のＵ相ベクトルと同じ向きであるｄ軸電流Ｉｄｓと、系統電圧のＵ相ベクトルと直行するｑ軸電流Ｉｑｓと、前記ｄ軸電圧検出値Ｖｄｓと、ｑ軸電圧検出値Ｖｑｓとを入力し、（数５）式により、システムの有効電力Ｐｓと無効電力Ｑｓを演算する。
【００３５】
【数５】
0004736871.tif 000006
【００３６】
有効電力調整器ＡＰＲは、有効電力Ｐｓと風力発電装置の出力電力指令Ｐｒｅｆを入力し、前記電力指令値Ｐｒｅｆと前記電力検出値Ｐｓの偏差を零にするように出力のトルク電流指令値Ｉｑ０を出力する。
【００３７】
また、無効電力調整器ＡＱＲは、無効電力Ｑｓと風力発電装置の出力電力指令Ｑｒｅｆを入力し、前記電力指令値Ｑｒｅｆと前記電力検出値Ｑｓの偏差を零にするように出力の励磁電流指令値Ｉｄ０を出力する。ここで前記有効電力調整器ＡＰＲと無効電力調整器ＡＱＲは、たとえば比例積分器により構成できる。
【００３８】
前記有効電力調整器ＡＰＲ、無効電力調整器ＡＱＲの各出力の電流指令値Ｉｑ０およびＩｄ０は切り換え器ＳＷに入力される。切り換え器ＳＷは前記有効電力調整器ＡＰＲと無効電力調整器ＡＱＲの出力を使用するか、または、トルク電流指令値に零を励磁電流指令値に電圧調整器の出力を使用するかを決定する。ここで、切り換え器ＳＷは電磁接触器ＣＴＴ１が投入される前、すなわち発電機固定子電圧を系統電圧に同期させる電圧同期運転時には、後者（トルク電流指令値に零、励磁電流指令値に電圧調整器の出力）を使用し、電磁接触器ＣＴＴ１を投入してからは前者（各電力調整器の出力）を選択する。
【００３９】
ここで、電圧調整器ＡＶＲについて説明する。前記電圧調整器ＡＶＲは、発電機固定子電圧Ｖｇの振幅値Ｖｇｐｋをフィードバック値とし、系統電圧Ｖｓの振幅値にフィルタを掛けた値Ｖｓｒｅｆを指令値として入力し、前記発電機固定子電圧Ｖｇの振幅値と前記指令値の偏差を零にするような出力の励磁電流指令値Ｉｄ１を前記切り換え器ＳＷに出力する。ここで前記電圧調整器ＡＶＲはたとえば比例積分制御器により構成できる。この電圧調整器ＡＶＲは、電磁接触器ＣＴＴ１が開状態で動作させ、系統電圧の振幅値に発電機Ｇｅｎの固定子電圧の振幅値を一致させるため、電力変換器ＩＮＶから発電機Ｇｅｎの二次側に流す励磁電流指令値を演算する。
【００４０】
３相２相座標変換器３２ｄｑｔｒｓは入力された電流Ｉｒおよびロータの位相ＴＨｒから（数６）式に示した変換式を用いて、ｄ軸電流検出値Ｉｄｒ（励磁電流成分）とｑ軸電流検出値Ｉｑｒ（トルク電流成分）を演算し、ｄ軸電流検出値Ｉｄｒを電流調整器４−ＡＣＲに、ｑ軸電流検出値Ｉｑｒを電流調整器３−ＡＣＲに出力する。
【００４１】
【数６】
0004736871.tif 000007
【００４２】
前記電流調整器４−ＡＣＲは、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄ１またはＩｄ０と前記ｄ軸電流検出値Ｉｄｒの偏差を零にするように出力のｄ軸電圧指令値Ｖｄｒを調整する。同様に、前記電流調整器３−ＡＣＲは、前記ｑ軸電流指令値Ｉｑ１またはＩｑ０と前記ｑ軸電流検出値Ｉｑｒの偏差を零にするように出力のｑ軸電圧指令値Ｖｑｒを調整する。ここで前記電流調整器はたとえば比例積分器により構成できる。
【００４３】
前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒと前記ｑ軸電圧検出値Ｖｑｒは２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓに入力され、前記２相３相座標変換器ｄｑ２３ｔｒｓは、前記位相信号ＴＨｒと、前記各入力値から、（数７）式および（数８）式に示した変換式により前記変換器ｄｑ２３ｔｒｓの出力する電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を演算する。
【００４４】
【数７】
0004736871.tif 000008
【００４５】
【数８】
0004736871.tif 000009
【００４６】
演算されたＶｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０は、過電流阻止制御器ＣＨＶに入力され、過電流に応じて変更された電圧指令値Ｖｕｒ、Ｖｖｒ、Ｖｗｒを、ＰＷＭ演算器ＰＷＭｒに出力する。
【００４７】
前記ＰＷＭ演算器ＰＷＭｒは、入力された電圧指令Ｖｕｒ、Ｖｖｒ、Ｖｗｒからパルス幅変調方式により前記電力変換器ＩＮＶを構成するｍ個の半導体素子をオン・オフするゲート信号Ｐｕｌｓｅ＿ｉｎｖを演算し、前記電力変換器ＩＮＶに出力する。
【００４８】
同期制御器ＳＹＮＣは、二つの機能を持ち、一つは固定子電圧の振幅値を系統電圧の振幅値に合わせるための電圧指令値を演算する機能、二つ目は系統に接続する前の固定子電圧の位相を系統電圧の位相に合わせるための出力位相信号ＬＴＨを演算する機能である。
【００４９】
まず、一つ目の機能である振幅同期について説明する。電圧振幅を同期させるために、前記ＶαとＶβの２乗和ルートから系統電圧の振幅値Ｖｓｐｋを演算し、演算した振幅値に一次遅れフィルタなどでリップル分を除いて前記電圧調整器の電圧指令値Ｖｓｒｅｆとして用いる。同様に、固定子電圧Ｖｇｐｋもα成分とβ成分から求まり、前記電圧調整器のフィードバック値Ｖｇｐｋに用いるとともに、振幅同期判定にも使用する。振幅同期判定は、前記電圧指令値Ｖｓｒｅｆと電圧振幅Ｖｇｐｋを比較し、差がある所定以内にあるときに振幅が同期したと判定する。
【００５０】
次に、二つ目の機能である位相同期について説明する。位相同期機能は、前記系統電圧の位相と固定子電圧の位相を一致させるため、その位相差を計算する。この位相差をそのまま出力位相信号ＬＴＨとして出力すると発電機の固定子電圧の位相が急激に変化するので、位相差にリミッタ付き積分器を入れ、積分器の出力を出力位相信号ＬＴＨとして出力する。出力位相信号ＬＴＨは回転位相ＲＴＨに加減算され回転位相ＴＨが求まる。
【００５１】
ここで、前記励磁位相ＴＨｒは、前述したように系統電圧位相ＴＨｓから回転位相ＴＨを減じて求められ、いわゆるすべり周波数と呼ばれる。したがって、電力変換器ＩＮＶが位相信号ＴＨｒの位相で励磁すると、固定子角周波数ω１は、系統電圧の角周波数ω０に一致し（ω０＝ω１）、位相も出力位相信号ＬＴＨにより一致する。
【００５２】
同期制御器ＳＹＮＣは、前記電圧と位相が一致したとき、システム制御器ＳＹＳに同期信号ＳＹＮを送る。
【００５３】
前記システム制御器ＳＹＳは、同期信号ＳＹＮを受け取ると、前記切り換え器ＳＷおよび電磁接触器ＣＴＴ１を動作させる信号Ｓｇ０、Ｓｇ１を出力する。
【００５４】
位相差がおおむね一致して同期信号ＳＹＮが出力されると、システム制御器ＳＹＳは制御切り換え信号Ｓｇ０を切り換え器ＳＷに送るとともに、電磁接触器ＣＴＴ１に閉指令を出力する。
【００５５】
次に系統擾乱が発生した時の前記整流器ＲＥＣに関して説明する。系統電圧が低下したとき、誘起電圧と系統電圧の電圧差ΔＶにより電流がΔＩ増加する。このとき、二次励磁発電機の巻数比ａとすると、二次巻線にはΔＩ／ａの電流が増加する。このΔＩ／ａの電流が大きいとき、二次巻線には過大な電流が流れることになる。
【００５６】
二次側には、電力変換器と整流装置がリアクトルＬｒ、Ｌｘを介して接続されているので、リアクトルＬｒに流れる電流Ｉｒと、リアクトルＬｘに流れる電流Ｉｘは、（数９）式と（数１０）式で表され、リアクトルＬｒ、Ｌｘのインピーダンスの比で分流される。
【００５７】
この時の擾乱による過大な電流は、一次側（固定子）に流れる事故電流の直流成分と逆相成分に起因し、巻線側には交流電流となって現れることから、二次側の電力変換器と整流装置のインピーダンスに差を持たせるためにはリアクトルで良い。
【００５８】
【数９】
0004736871.tif 000010
【００５９】
【数１０】
0004736871.tif 000011
【００６０】
図３は、前記過電流阻止制御器ＣＨＶの構成を示しており、系統事故時に発電機の回転子から流れ込む事故電流を、整流器ＲＥＣに分流させ、電力変換器ＩＮＶの過電流を回避するための制御方式を示す。
【００６１】
過電流発生時に、過電流発生のもととなる電圧が大きく、電力変換器ＩＮＶの出力する電圧が不足する場合、過電流が整流器ＲＥＣにうまく分流しない場合があり、分流をさせるために、過電流阻止制御器ＣＨＶを用いる。
【００６２】
電流センサＣＴｒにより検出されたインバータ電流Ｉｒは、過電流阻止制御器ＣＨＶに入力される。過電流阻止制御器ＣＨＶは、インバータ電流Ｉｒと、過電流検出レベルＯＣＬを比較器ＣＭＰにて比較する。電流検出値が正のときを電流が電力変換器ＩＮＶへ流れ込む方向とする。電流が正かつ過電流検出時に、過電流が発生している相の電圧指令値を過電流阻止指令値Ｖｃｈｇに変更し、過電流阻止指令値Ｖｃｈｇに電流符号を符号抽出器ＳＤＴにて取り出し、乗算器３０５にて符号を乗じた値を電力変換器ＩＮＶの電圧指令値Ｖｕｒ（またはＶｖｒまたはＶｗｒ）とすることで、電力変換器ＩＮＶの過電流発生しているアームの上側素子をオンさせる。過電流阻止値Ｖｃｈｇは、ＰＷＭ変調信号よりも大きな値であり、これに符号を乗じた結果がプラスの場合、上側アームがオンになり、負の場合オフとなるような信号である。また、アームとは、電力変換器ＩＮＶの直流の間に接続された半導体素子をいい、上アームとは、交流側端子からみて、直流のプラス電位側に接続された半導体素子または素子群をさす。
【００６３】
逆に電流が負かつ過電流検出時には過電流が発せしている相の電圧指令値を過電流阻止指令値Ｖｃｈｇに変更し、過電流阻止指令値Ｖｃｈｇに電流符号を乗算器３０５にて乗じた値を電力変換器ＩＮＶの電圧指令値Ｖｕｒ（またはＶｖｒまたはＶｗｒ）とすることで、電力変換器ＩＮＶの過電流発生しているアームの下側素子をオンさせる。電力変換器ＩＮＶの過電流発生しているアームの下側素子をオンさせる。
【００６４】
図３中、電流検出値のＵ相Ｉｒ＿ｕ（添え字”＿ｕ”はＵ相を表す）が過電流検出レベルＯＣＬより大きくなったときは、Ｕ相アームで過電流が発生していることになるので、Ｕ相電圧指令値をパルス幅変調信号より大きくし、上側素子オン信号を作成する。この際、他の相は入力電圧指令値をそのまま使う。
【００６５】
この過電流阻止制御器ＣＨＶにより、過電流相の電位が過電流を抑制する方向に固定され、電力変換器ＩＮＶの過電流が発生している相の電流は、整流装置にも分流する。このときの分流比は、（数９）式および（数１０）式で決まり、電力変換器ＩＮＶの過電流が抑制される。
【００６６】
ここでは、過電流相の電位を、過電流を抑制する電位に固定する方式として過電流の起きているアームの半導体素子を過電流発生中はオンする方式について説明したが、過電流相の上下アームの半導体素子を過電流発生中のみオフする方式でも同様の効果が得られる。
【００６７】
このように分流された電流は、直流部分の平滑コンデンサＣｄおよびコンデンサＣｘを充電し、直流電圧を上昇させる。直流電圧が上昇すると整流器や電力変換器を構成する素子やコンデンサが絶縁破壊を起こすので、直流電圧が所定値、例えば通常時の１１０％を越えた際に前記エネルギー消費装置ＬＯＤを動作させる。
【００６８】
前記エネルギー消費装置ＬＯＤを動作させて直流電圧を所定値以下に制御するため、第二の直流電圧指令値Ｅｒｅｆ＿ＯＶと検出値Ｅｄｃの偏差を、減算器３０４で検出する。
【００６９】
偏差が負、すなわち直流電圧が指令値よりも大きい時は出力に偏差を出力し、偏差が正、すなわち直流電圧が指令値よりも小さい時は出力を零にするようなリミッタＬＩＭを用いて、直流電圧調整器ＤＣＡＶＲ２の入力とする。
【００７０】
前記直流電圧調整器ＤＣＡＶＲ２は、直流電圧が指令値よりも大きい時のみ前記エネルギー消費装置を動作させるべく、スイッチング素子をオンオフするための指令値ＤＵＴＹを演算し、前記指令値により前記スイッチング素子をオンオフするためのパルス指令値Ｐｕｌｓｅ＿ＬＯＤを前記エネルギー消費装置ＬＯＤに出力する。
【００７１】
前記エネルギー消費装置は、例えば、電力半導体スイッチング素子と直列に抵抗器を接続して構成し、電力半導体スイッチング素子がオンの間、直流電圧の電力を消費するように動作する。このようにエネルギー消費装置ＬＯＤを動作させることで、直流電圧は所定値以下に保たれることになる。
【００７２】
以上のように、リアクトルの値を変えて回転子に整流装置を接続し、整流器の直流部分を電力変換装置の直流部分に接続し、さらに電力変換器ＩＮＶの過電流相の電圧指令値を変更する過電流阻止制御器ＣＨＶを備えたので、回転子から流れ込む過電流を電力変換器ＩＮＶと整流装置にインピーダンス比により分担して流すことができ、電力変換装置に流れ込む電流を小さくできる。したがって、電力変換器の電流容量を小さくできる。
【００７３】
また、電力変換器の過電流を抑制することができるので、電力変換器のゲート信号を停止させる必要がなく、運転を継続することができる。また、整流装置の直流側にエネルギー消費装置を設置し、過電流による直流電圧の上昇時に動作させるようにしたので、直流電圧の過電圧から機器を保護できる。また、整流装置を並列に設置する構成としたので、系統事故時の過電流発生時に運転継続を望まれるシステムや、運転後の電力出力を早く行うことを望まれるシステムには別置きで増設により対応でき、必要ない場合は設置しないなどの構成に柔軟に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施例１の風力発電装置の回路構成の説明図である。
【図２】実施例１の風力発電装置の制御装置の説明図である。
【図３】実施例１の過電流阻止制御器ＣＨＶの説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１−ＡＣＲ、２−ＡＣＲ、３−ＡＣＲ、４−ＡＣＲ…電流調整器、１０１…風車、１０２…位置検出器、２０１…積分器、３０１、３０２…加算器、３０４…減算器、３０５…乗算器、ＡＰＲ…有効電力調整器、ＡＱＲ…無効電力調整器、ＡＶＲ…電圧調整器、ＢＲ…遮断器、Ｃｄ…平滑コンデンサ、ＣＨＶ…過電流阻止制御器、ＣＭＰ…比較器、ＣＮＶ、ＩＮＶ…電力変換器、Ｃｒ…コンデンサ、ＣＴｒ、ＣＴｎ、ＣＴｓ…電流センサ、ＣＴＲＬ…制御装置、ＣＴＴ１、ＣＴＴ２…電磁接触器、ＤＣＡＶＲ、ＤＣＡＶＲ２…直流電圧調整器、Ｇｅｎ…発電機、ＬＩＭ…リミッタ、ＬＯＤ…エネルギー消費装置、Ｌｒ、Ｌｘ…リアクトル、ＬＴＨ…出力位相信号、ＯＣＬ…過電流検出レベル、ＰＴｇ…、ＰＴｓ…電圧センサ、ＰＷＭｎ、ＰＷＭｒ…ＰＷＭ演算器、ＲＥＣ…整流器、ＲＯＴＤＥＴ…回転位相検出器、ＳＤＴ…符号抽出器、ＳＬＤＥＴ…励磁位相演算器、ＳＷ…切り換え器、ＳＹＮＣ…同期制御器、ＳＹＳ…システム制御器、ＴＨＤＥＴ…位相検出器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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