(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成で、最大電力を引き出す最大電力追従制御を実現でき、また、発電機回路１０１を増設する場合は、増設が簡単に行え、電圧検出器（ＰＴ）や電流検出器（ＣＴ）も不要な系統連系装置を提供する。【解決手段】電力変換制御部５が、分圧回路１６により得られたＤＣ／ＤＣコンバータ部４の電圧検出信号６ｃと、電流検出抵抗器４４により得られた電流検出信号４４ａとにより、電力Ｗｐを演算し、目標電圧Ｖｓを増または減させて発電機２の出力電力を変化させ、電力変換制御部５が、増または減する前に算出した前回電力Ｗｔと、増または減した後に算出した今回電力Ｗｐとの差電力ΔＷの極性が、正または負に変化する変曲点の電力になるよう目標電圧Ｖｓを維持し、電力変換制御部５が、この目標電圧Ｖｓ値をもとに、パルス幅変調信号５ａ（ＰＷＭ信号）によりスイッチング素子４２をオン／オフ制御し、最大電力追従制御を行う。【選択図】        図１
2005269843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機により発電された発電電力を電源系統に供給する系統連系装置において、
発電機出力の電圧を昇圧する昇圧回路と、
発電機出力の電流を検出し、電流検出信号を出力する電流検出回路と、
発電機出力の電圧を検出し、電圧検出信号を出力する電圧検出回路と、
電流検出回路から出力された電流検出信号と電圧検出回路から出力された電圧検出信号とから電力を演算し、最大電力を得るために、発電機負荷を増減させて最大電力の変曲点を得るよう昇圧回路を制御する電力変換制御部と
を備えたことを特徴とする系統連系装置。
【請求項２】
昇圧回路は、発電機出力の電圧を増減させるスイッチング素子を備え、
前記電力変換制御部は、
電流検出信号から電流Ｉｐを計測し、電圧検出信号から電圧Ｖｐを計測する電圧電流計測部と、
電圧Ｖｐと電流Ｉｐから電力Ｗｐを演算する電力演算部と、
電力演算部が演算した電力Ｗｐを記憶する不揮発性メモリと、
電力演算部が演算した電力Ｗｐと不揮発性メモリに記憶した前回演算した電力Ｗｔとの差電力ΔＷを計算し、差電力ΔＷに基づいて、発電機の出力電圧を制御するための目標電圧Ｖｓを演算する目標電圧演算部と、
目標電圧演算部が演算した目標電圧Ｖｓと前記電圧Ｖｐの差を求め、前記電圧Ｖｐの値が、目標電圧演算部で演算された目標電圧Ｖｓに一致するよう補正信号を出力する差分演算部と、
差分演算部の補正信号によりスイッチング素子をオン／オフ制御するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を出力するＰＷＭ信号発生部と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の系統連系装置。
【請求項３】
風車を回転させて発電をする発電機による発電電力を電源系統に供給する系統連系装置において、
発電機出力の電圧を昇圧する昇圧回路と、
発電機出力の電圧を検出し、電圧検出信号を出力する電圧検出回路と、
風車の回転数を検出し、回転数検出信号を出力する回転数検出部と、
回転数検出部が出力した回転数検出信号から風車の回転数を計測し、最大電力を得ることができる発電機出力を求め、電圧検出回路から出力された電圧検出信号から電圧を求め、この電圧が、最大電力を得ることができる発電機出力となるように昇圧回路を制御する電力変換制御部と
を備えたことを特徴とする系統連系装置。
【請求項４】
昇圧回路は、発電機出力の電圧を増減させるスイッチング素子を備え、
前記電力変換制御部は、
電圧検出信号から電圧Ｖｐを計測する電圧計測部と、
回転数検出部の出力から風車の回転数Ｎｐを計測する回転数計測部と、
最大電力を得ることができる発電機の目標電圧を回転数に対応させて記憶する不揮発性メモリと、
回転数計測部が計測した風車の回転数Ｎｐに基づいて、不揮発性メモリに記憶した最大電力を得ることができる発電機の目標電圧Ｖｓを読み出して出力する目標電圧演算部と、
目標電圧演算部が出力した目標電圧Ｖｓと前記電圧Ｖｐの差を求め、前記電圧Ｖｐの値が、目標電圧Ｖｓに一致するよう補正信号を出力する差分演算部と、
差分演算部の補正信号によりスイッチング素子をオン／オフ制御するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を出力するＰＷＭ信号発生部と
を備えたことを特徴とする請求項３記載の系統連系装置。
【請求項５】
前記系統連系装置は、さらに、発電機の負荷を増加させ出力電圧を下げる過電圧抑制回路を備え、
過電圧抑制回路は、
発電機の出力に発電機と並列に接続された少なくとも一組以上のスイッチと抵抗器の直列回路と、
発電機の出力電圧を検出し、検出した電圧が過電圧である場合に、前記スイッチをオンさせて、出力電圧を下げる電圧検出部と
を備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の系統連系装置。
【請求項６】
前記系統連系装置は、さらに、発電機の負荷を増加させ出力電圧を下げる過電圧抑制回路を備え、
過電圧抑制回路は、
発電機の出力に発電機と並列に接続された半導体スイッチング素子と抵抗器の直列回路と、
発電機の出力電圧を検出する電圧検出部と、
電圧検出部の検出した出力電圧の値に応じて、半導体スイッチング素子のオンオフ比を制御するスイッチング素子制御部と
を備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の系統連系装置。
【請求項７】
発電機は、風力発電機、または、風力発電機と太陽光発電機との組み合わせから構成されたことを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の系統連系装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電機や風力発電機または、これらを組み合わせた発電回路の発電電力を、商用電源などの他の電源系統に系統連系する系統連系装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機の発電電力を商用電源系統に系統連系する系統連系装置には、特開平１１−３１８０４２号公報の太陽光発電用電力変換装置のようなものがある。
これは、複数の太陽光発電機の発電電力を効率よく取出すために、各太陽電池モジュール毎に、各太陽電池モジュールの最大電力追従を行う昇圧チョッパ部や波形成形部などのＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流コンバータ）を設け、各太陽電池モジュールより最大電力を導出し、導出した電力を、まとめてＤＣ／ＡＣインバータ（直流／交流インバータ）等で交流出力に変換するものである。
【０００３】
特開２００３−９５３７号公報の電力変換装置は、複数の太陽電池が設置場所によって、各電池の発電電力が異なるため、太陽電池を個々に最適運転できない問題を解決するために、複数台の発電機を昇圧回路と逆流防止ダイオードを介して直流で接続し、ＤＣ／ＡＣインバータ１台で電力を供給できる構成にした。
さらに、ＤＣ／ＡＣインバータで直流電圧一定制御を行い、ＤＣ／ＡＣインバータの出力する交流電力が最大となるように、順番に複数の発電設備それぞれに接続されている昇圧回路のデューティを変更して最大電力追従制御をするようにし、ＤＣ／ＡＣインバータで直流電圧一定制御を行い、各発電設備個別に発電機の出力する電流・電圧から各発電設備の電力を検出し、発電設備の出力する各交流電力または各昇圧回路入力電力が各々最大となるように、昇圧回路のデューティを変更して、最大電力追従制御するようにしたものである。
【０００４】
また、特開２００３−３２４８４８号公報の系統連系維持装置と系統連系維持方法は、風力発電機の出力を直流に変換する整流器に接続し、整流器の出力はブレーキ回路・切り離し回路に接続し、ブレーキ回路・切り離し回路の出力に系統連系インバータと系統連系維持装置を並列に接続し、系統連系維持装置は、送電線の交流電力を系統連系維持装置の整流・平滑回路と、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータからなる交流直流変換手段によって直流電力に変換し、系統連系インバータへ供給して系統連系を維持する。
【０００５】
系統連系維持装置は、風速計の風速が所定値より大きいときは絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの運転を開始し、小さいときは運転を停止する。ブレーキ回路・切り離し回路は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが停止している間、整流器の出力を短絡して、系統連系インバータと系統連系維持装置から遮断する。
また、風速が異常に大きくなり、風力発電機の発電電圧がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧より高くなったときも、同様に、ブレーキ回路・切り離し回路は、整流器の出力を短絡して、系統連系インバータと系統連系維持装置から遮断するものである。
【０００６】
特開２００２−１３６１９２号公報の風力発電装置は、従来の問題である、強風時に発電機の対の出力端子間を短絡器で短絡して発電機を電気的に制動し、高速回転に伴う破壊や騒音を防止するよう発電を停止することによる、蓄電池の極端な充放電を防止するために、発電機と蓄電池の間にＰＷＭ（パルス幅変調）制御する電力変換回路を設け、電力変換回路の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの比を強風時に大きくする。
この制御によって、入力電圧Ｖｉｎが低下すると風車の回転数が抑制され、発電を停止しないで回転数抑制が達成されるものである。
【特許文献１】特開平１１−３１８０４２号公報
【特許文献２】特開２００３−９５３７号公報
【特許文献３】特開２００３−３２４８４８号公報
【特許文献４】特開２００２−１３６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開平１１−３１８０４２号公報の太陽光発電用電力変換装置は、最大電力追従機能を実現するために、複数の太陽電池入力部と、該複数の太陽電池入力部に接続された各々の太陽電池アレイに対する最大電力追従を行う最大電力追従制御部と、前記複数の太陽電池入力部より入力される入力電圧を、前記太陽光発電用電力変換装置の主回路内で結合する結合手段と、該結合手段で結合した各入力電圧の総和を交流電力に変換するインバータを設けたことを特徴としている。
【０００８】
従って、各太陽電池アレイに対して最大電力追従制御を行うことができる。この際、電力結合した後のＤＣ／ＤＣコンバータの出力端電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータでは制御されず、最大電力追従の状態によって変化する。
さらに結合された電力はインバータ装置を介して交流に変換されて出力されるが、電力結合した位置より後段に位置するインバータ装置が、さらに結合後の電力に対する最大電力追従制御を行うことができ、トータルとしての最大電力追従制御ができる。
【０００９】
しかしながら最大電力追従制御の具体的な実現手段が開示されていないので、最大電力追従制御回路を具体的に実現する手段を考える必要があった。
【００１０】
特開２００３−９５３７号公報の電力変換装置は、最大電力追従制御するために、連系点の三相交流電圧と三相交流電流をチョッパ制御装置に入力し、該チョッパ制御装置の中に設けた電力検出器で有効電力を求め、該チョッパ制御装置の中に設けた複数の最大電力追従制御器を切換ながら最大電力追従の演算を行い、昇圧回路に対してデューティ指令値を出力して各昇圧回路を構成する半導体スイッチング素子を、デューティでオン／オフ制御するようにしている。
【００１１】
この装置では、連系点の三相交流電圧と三相交流電流を検出するために電圧検出器（ＰＴ）および電流検出器（ＣＴ）が必要であり、また、系統点の電力が最大となるよう制御するため、発電機から最大の電力を導出できるかどうかは不明であり、かつチョッパ制御装置が各昇圧装置で共用であるため、発電機の増設が簡単に行えない問題があった。
【００１２】
本発明は、各発電機ごとに、最大電力を引き出す最大電力追従制御を比較的簡単な構成で実現でき、また、発電機回路を増設する場合は、増設が簡単に行え、電圧検出器（ＰＴ）や電流検出器（ＣＴ）も不要な系統連系装置を提供することを目的とする。
【００１３】
特開２００３−３２４８４８号公報の系統連系維持装置と系統連系維持方法は、風速計の風速が所定値より小さいときは絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの運転を停止し、ブレーキ回路・切り離し回路は整流器の出力を短絡して、系統連系インバータと系統連系維持装置から遮断する。
また、風速が異常に大きくなり、風力発電機の発電電圧がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧より高くなったときも、同様に、ブレーキ回路・切り離し回路は整流器の出力を短絡して、系統連系インバータと系統連系維持装置から遮断する。
【００１４】
このため系統連系維持装置などの制御回路の電源がなくなり機能を停止し、再起動ができなくなるという問題点があった。
この問題を解決するために系統連系維持装置などの制御回路へは、別途商用電源を補助電源として入力する必要があった。
【００１５】
特開２００２−１３６１９２号公報の風力発電装置は、風車の回転数を検出する検出器が必要であり、また、強風時に風車の回転数が増えると入力電圧Ｖｉｎを抑制するために出力電圧Ｖｏｕｔを上げる必要があり、このために負荷に過大な電圧を供給するおそれがある。
【００１６】
本発明は、軽負荷時や風速が増加したときに、発電機の出力の過電圧を抑制し、装置を保護するとともに、軽負荷時や風速が増加したときにも発電ができ、装置の制御回路に電源を供給し、発電機としての機能を停止することなく運転できる系統連系装置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】
【００１７】
本発明にかかわる系統連系装置は、例えば、
ＤＣ／ＤＣコンバータ部４と、
ＤＣ／ＤＣコンバータ部４の入力に設けられた電流検出抵抗器４４と、
電圧検出抵抗器６ａ、６ｂで構成された分圧回路１６と、
分圧回路１６から得られる電圧検出信号６ｃと、前記電流検出抵抗器４４から得られる電流検出信号４４ａとにより、電力値を演算し、最大電力を得ることができるよう、目標電圧Ｖｓを増または減させて発電機２の出力電力を変化させ、増または減する前に算出した前回電力Ｗｔと、増または減した後に算出した今回電力Ｗｐとの差電力ΔＷの極性が、正または負に変化する変曲点の電力になるよう目標電圧Ｖｓを維持し、この目標電圧Ｖｓにもとづき、スイッチング素子４２をオン／オフ制御し、最大電力追従制御を行う電力変換制御部５を備えている。
【００１８】
また、本発明にかかわる系統連系装置は、例えば、
風車１の回転数を検出し、回転数検出信号１０ａを出力する回転数検出部１０と、
ＤＣ／ＤＣコンバータ部４と、
ＤＣ／ＤＣコンバータ部４の入力に設けられた電圧検出抵抗器６ａ、６ｂで構成された分圧回路１６と、
分圧回路１６から得られる電圧検出信号６ｃと前記回転数検出信号１０ａとを入力し、回転数検出信号１０ａから風車１の回転数Ｎｐを計測し、回転数Ｎｐのとき風車１から最大電力を得ることができる目標電圧を算出し、この値と前記電圧検出信号６ｃから得られる電圧Ｖｐをもとに、スイッチング素子４２をオン／オフ制御し、最大電力追従制御を行う電力変換制御部２０を備えている。
【００１９】
また、過電圧抑制回路部３として、例えば、
過電圧制御の目標電圧を設定する電圧設定部３２と、
発電機２の出力電圧を計測し、前記電圧設定部３２の設定値とを比較し、該計測値が前記電圧設定部３２の設定値を超えている場合は、制御信号３１ａ、３１ｂを出力する電圧検出部３１と、
制御信号３１ａ、３１ｂによりオン／オフするスイッチ３３ａ、３３ｂと、
制御信号３１ａ、３１ｂによりスイッチ３３ａ、３３ｂがオンしたときに発電機２の出力端子間に接続され、スイッチ３３ａ、３３ｂがオフしたときに発電機２の出力端子間から開放される抵抗器３４ａ、３４ｂとを備えている。
【００２０】
また、過電圧抑制回路部３として、
過電圧制御の目標電圧を設定する電圧設定部３２と、
発電機２の出力電圧を計測し、前記電圧設定部３２の設定値と比較し、計測値が前記電圧設定部３２の設定値を超えている場合は、制御信号３１ｃを出力する電圧検出部３１と、
制御信号３１ｃにより発電機２の出力電圧が高いときオン時間が長く、出力電圧が低いときオン時間が短くなるＰＷＭ信号３５ａを発生するスイッチング素子制御部３５と、
スイッチング素子制御部３５で制御されるスイッチング素子３６と、該スイッチング素子３６がオンの時に発電機２の出力端子間に流れる電流を規定する抵抗器３４とを備えている。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、軽負荷時や風速が増加したときに、発電機の出力の過電圧を抑制し、装置を保護するとともに、軽負荷時や風速が増加したときにも発電ができ、装置の制御回路に電源を供給し、発電機としての機能を停止することなく運転できる系統連系装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明にかかわる系統連系装置の実施の形態を示す図である。
ここで、系統連系とは、例えば、風力発電機や太陽光発電機などの発電機の出力を、電力会社などが提供する商用の電力系統と接続し、連系動作させることをいう。系統連系装置は、発電機の出力と電力系統との連系を行うための装置である。
【００２３】
１は、風車であり、風車１には、発電機２が連結され、風車１の回転により発電機２が発電を行う。３は、過電圧抑制回路部で、強風時に風車が高速で回転し、発電電圧が上昇して発電機２に接続されている各種機器が過電圧で破壊しないように過電圧を抑制する。
【００２４】
４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部（直流／直流コンバータ部）であり、発電機２の発電電圧を入力として昇圧し、電流源として出力する。
このＤＣ／ＤＣコンバータ部４は、インダクタンス４１、スイッチング素子４２、ダイオード４３から構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ部４には、電流検出抵抗器４４が含まれていてもかまわない。
【００２５】
５は、電力変換制御部であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ部４の入力に設けられた電圧検出抵抗器６ａ、６ｂで構成された分圧回路１６から得られる電圧検出信号６ｃと、前記電流検出抵抗器４４で検出されるＤＣ／ＤＣコンバータ部４の入力電流に比例した電流検出信号４４ａを入力し、これらの入力より電力値を演算する。
【００２６】
電力変換制御部５は、発電機２から最大電力を得ることができるよう、目標電圧Ｖｓを増または減させて発電機２の出力電力を変化させ、増または減する前に算出した前回電力Ｗｔと、増または減した後に算出した今回電力Ｗｐとの差電力ΔＷの極性が、正または負に変化する変曲点の電力になるよう目標電圧Ｖｓを維持し、該目標電圧Ｖｓ値をもとに、スイッチング素子４２をデューティ制御するＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）５ａを発生し、該デューティ信号により、スイッチング素子４２をオン／オフ制御し、最大電力追従制御を行うものである。
【００２７】
７は、電力変換用コンデンサであり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ部４で生成された出力電流を充電し、電圧に変換する。
８は、ＤＣ／ＡＣインバータ部（直流／交流インバータ部）であり、電力変換用コンデンサ７で充電された電圧を入力し、交流電力に変換する。該変換された交流電力は、他の電源系統９と系統連系し、他の電源系統９へ供給される。
【００２８】
図２は、電力変換制御部５の実施の形態を示す図である。
５１は、電圧電流計測部であり、電流検出信号４４ａから電流Ｉｐを計測し、前記電圧検出信号６ｃから電圧Ｖｐを計測する。
５２は、電力演算部であり、前記電圧Ｖｐと電流Ｉｐから電力Ｗｐを演算する。
５３は、目標電圧演算部であり、最大電力を得ることができるよう、目標電圧Ｖｓを増または減させて発電機２の出力電力を変化させ、増または減する前に算出した前回電力Ｗｔと、増または減した後に算出した今回電力Ｗｐとの差電力ΔＷの極性が、正または負に変化する変曲点の電力になるよう、発電機２の出力電圧を制御するための目標電圧Ｖｓを演算する。
【００２９】
５４は、差分演算部であり、目標電圧演算部５３の目標電圧Ｖｓと前記電圧Ｖｐの差を求め、前記電圧Ｖｐの値が、前記目標電圧演算部５３で演算された目標電圧Ｖｓに一致するよう補正信号５４ａを出力する。
５５は、ＰＷＭ信号発生部であり、前記差分演算部５４の補正信号５４ａにより前記スイッチング素子４２をオン／オフ制御するＰＷＭ信号５ａを出力する。
５６は、不揮発性メモリであり、以下の情報を記憶する。
１．目標電圧演算部５３が、今回演算された電力Ｗｐを前回演算された電力Ｗｔとして記憶する。
２．目標電圧演算部５３が、目標電圧Ｖｓをアップしたかダウンさせたかを記憶する。
【００３０】
図３は、電力変換制御部５の制御動作の詳細を示すフローチャートである。
図４は、風力発電機の電圧と電力の関係を示す特性図である。
風力発電機は、図４に示すように電圧が低くても、高すぎても最大の電力を取出すことが出来ず、最大の電力を取出すための最適な電圧値１３０が存在する。電圧値１３０の時に得られる電力を変曲点という。変曲点とは，カーブの向きが変わる境目のことである。図４においては、変曲点は電力カーブが極大値を示す点である。
変曲点の求め方は以下の４通りの動作による。
動作１．電圧を上げて、電力が増加した場合には、より変曲点に近づくために、さらに電圧を上げる。
動作２．電圧を下げて、電力が増加した場合には、より変曲点に近づくために、さらに電圧を下げる。
動作３．電圧を上げて、電力が減少した場合には、すでに変曲点を通過したので、電圧を下げる。
動作４．電圧を下げて、電力が減少した場合には、すでに変曲点を通過したので、電圧を上げる。
【００３１】
以下、図３と図４に基づき動作を説明する。
不揮発性メモリ５６の前回アップ／ダウンデータとしての初期値は、例えばアップとする。
また、不揮発性メモリ５６の前回演算された電力Ｗｔの初期値は、例えば０とする。
【００３２】
図３において、ステップ１０１で、電圧電流計測部５１が、電圧Ｖｐを計測する。
ステップ１０２で、目標電圧演算部５３は、計測した電圧Ｖｐを目標電圧Ｖｓとする。
ステップ１０３で、差分演算部５４は、補正信号５４ａを出力する。
ステップ１０４で、ＰＷＭ信号発生部５５は、ＰＷＭ信号５ａを発生する。
ステップ１０５で、電圧電流計測部５１が、電圧Ｖｐを計測する。
ステップ１０６で、差分演算部５４は、電圧Ｖｐが目標電圧Ｖｓとほぼ許容範囲で一致したかどうか判断する。
一致していなければステップ１０３へ戻り、一致するまで差分演算部５４で電圧Ｖｐと目標電圧Ｖｓとの差を求める。差分演算部５４は、求めた差に応じて、補正信号５４ａを出力する。
そして、電圧Ｖｐが目標電圧Ｖｓとほぼ許容範囲で一致するまで、ステップ１０３〜ステップ１０６のループを繰り返す。
【００３３】
一致した場合は、ステップ１０７で、電圧電流計測部５１が、電流Ｉｐを計測し、ステップ１０８で、電力演算部５２が、ステップ１０５で計測された電圧Ｖｐと該電流Ｉｐから電力Ｗｐを演算する。
ステップ１０９で、目標電圧演算部５３は、今回演算された電力Ｗｐと不揮発性メモリ５６に記憶された前回演算された電力Ｗｔの差を求める。
目標電圧演算部５３は、この差を電力差ΔＷとする。
ステップ１１０で、目標電圧演算部５３は、電力差ΔＷが正または零かどうか判定する。
【００３４】
その結果が正または零の場合は、ステップ１１１で、目標電圧演算部５３は、前回目標電圧Ｖｓをアップしたかどうかを判定する。前回アップしている場合は、図４の電圧値１３１→電圧値１３２の場合に相当するため、ステップ１１２で、目標電圧演算部５３は、目標電圧Ｖｓをアップする。ここで、「電圧を上げて、電力が増加した場合には、より変曲点に近づくために、さらに電圧を上げる動作１」を実行することを決定したことになる。
アップする値は、制御する精度や使用する電圧によって任意に選んでよい。ここでは、例えば、１Ｖアップするものとする。
【００３５】
ステップ１１１で、目標電圧演算部５３が、前回目標電圧Ｖｓをダウンしたと判定した場合は、図４の電圧値１３４→電圧値１３３に相当するため、ステップ１１４で、目標電圧演算部５３は、目標電圧Ｖｓをダウンする。ここで、「電圧を下げて、電力が増加した場合には、より変曲点に近づくために、さらに電圧を下げる動作２」を実行することを決定したことになる。
【００３６】
次に、ステップ１１０で、目標電圧演算部５３が、電力差ΔＷが負と判定した場合は、ステップ１１３で、目標電圧演算部５３は、前回目標電圧Ｖｓをアップしたかどうか判定する。
前回アップしている場合は、図４の電圧値１３３→電圧値１３４に相当するため、ステップ１１４で、目標電圧演算部５３は、目標電圧Ｖｓをダウンする。ここで、「電圧を上げて、電力が減少した場合には、すでに変曲点を通過したので、電圧を下げる動作３」を実行することを決定したことになる。
【００３７】
ステップ１１３で目標電圧演算部５３が前回目標電圧Ｖｓをダウンしたと判定した場合は、図４の電圧値１３２→電圧値１３１に相当するため、ステップ１１２で、目標電圧演算部５３は、目標電圧Ｖｓをアップする。ここで、「電圧を下げて、電力が減少した場合には、すでに変曲点を通過したので、電圧を上げる動作４」を実行することを決定したことになる。
次に、ステップ１１５で、目標電圧演算部５３は、今回演算された電力Ｗｐを前回演算された電力Ｗｔとし、前回電力と今回電力の値を入れ替え、不揮発性メモリ５６に記憶する。
ステップ１１６で、目標電圧演算部５３は、アップまたはダウンした処理を前回アップ／ダウンデータとして、不揮発性メモリ５６に記憶し、ステップ１０３の処理に移る。
以下、同様の動作を繰り返し、図４の最大電力が取出せる最適な電圧値１３０になるように最大電力追従制御を行う。
【００３８】
以上が電力変換制御部５の動作である。
【００３９】
図１に示すように、風車１が複数台ある場合は、前記発電機２〜電圧検出抵抗器６ａ、６ｂで構成される発電機回路１０１を各風車１ごとに設け、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ部４の出力を、同じ極性同士、並列に接続し、接合点の正極と負極間に電力変換用コンデンサ７を接続して、前記各発電機回路１０１ごとに設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ部４の出力電流を、電圧に変換し、電力変換用コンデンサ７で充電された電圧を、１台のＤＣ／ＡＣインバータ部８に入力するよう構成する。
このように構成することにより、該ＤＣ／ＡＣインバータ部８は、各発電機回路１０１から最大電力をとりだして、交流電力を出力し、この交流電力を他の電源系統９に系統連系し、他の電源系統９へ供給することができる。
【００４０】
なお、発電機回路１０１を太陽光発電機で構成したり、風力発電機と太陽光発電機を組み合わせて構成（ハイブリッド発電）することも可能である。この場合、動作は前述した動作と同じである。
【００４１】
以上のように、この実施の形態の系統連系装置は、発電機２を備えている。
また、この実施の形態の系統連系装置は、発電機２の出力電圧を高い電圧に変換し、電流源として動作するＤＣ／ＤＣコンバータ部４（昇圧手段の一例）から構成された、少なくとも一系統以上の発電機回路１０１を備えている。
また、この実施の形態の系統連系装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部４（昇圧手段）の正、負の各出力端子の同じ極性同士をコモン接続し、該コモン接続した正、負極性の端子間に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ部４（昇圧手段）の電流源出力を電圧に変換する電力変換用コンデンサ７を備えている。
そして、この実施の形態の系統連系装置は、電力変換用コンデンサ７の出力電圧を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ部８（直流―交流変換手段の一例）の入力を接続し、ＤＣ／ＡＣインバータ部８（直流―交流変換手段）の出力を商用電源系統に接続するものである。
さらに、この実施の形態の系統連系装置は、発電機出力の電流検出手段と、発電機出力の電圧検出手段とを備えている。
また、この実施の形態の系統連系装置は、電流検出手段および電流検出手段の信号から電力を演算し、最大電力を得るために、前記発電機負荷を増減させて最大電力の変曲点を得るようＤＣ／ＤＣコンバータ部４（昇圧手段）を制御する電力変換制御部５（制御手段の一例）を備えたことを特徴とする。
【００４２】
この実施の形態の系統連系装置の系統連系方法では、ＤＣ／ＤＣコンバータ部４の入力の電圧検出信号６ｃと、電流検出信号４４ａにより電力変換制御部５で電力Ｗｐを演算し、最大電力を得ることができるよう、目標電圧Ｖｓを増または減させて発電機２の出力電力を変化させ、増または減する前に算出した前回電力Ｗｔと、増または減した後に算出した今回電力Ｗｐとの差電力ΔＷの極性が、正または負に変化する変曲点の電力になるよう、目標電圧Ｖｓを維持し、この目標電圧Ｖｓ値をもとに、スイッチング素子４２をオン／オフ制御し、最大電力追従制御を行うよう構成している。
【００４３】
この実施の形態の系統連系装置は、以上のように構成されているので、比較的簡単な構成であり、各発電機２ごとに最大電力を引き出す最大電力追従制御を実現できる。
また、この実施の形態の系統連系装置は、発電機回路１０１を増設する場合は、そのまま発電機回路１０１をＤＣ／ＡＣインバータ部８の入力に接続すればよいのであり、増設が簡単に行え、電圧検出器（ＰＴ）や電流検出器（ＣＴ）も不要となる効果を有する。
【００４４】
実施の形態２．
図５は、本発明にかかわる系統連系装置の実施の形態を示す図である。
図５において、図１と同一番号の構成要素の機能は、図１の構成要素と同一のため、説明を省略する。
１０は、回転数検出部であり、風車１の回転数を検出し、回転数検出信号１０ａを出力する。
【００４５】
２０は、電力変換制御部であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ部４の入力に設けられた電圧検出抵抗器６ａ、６ｂで構成された分圧回路１６から得られる電圧検出信号６ｃと、前記回転数検出部１０で検出される風車１の回転数に比例した回転数検出信号１０ａを入力し、回転数検出信号１０ａから風車１の回転数Ｎｐを計測し、該回転数Ｎｐのとき風車１から、最大電力を得ることができる目標電圧Ｖｓを算出し、この値と前記電圧検出信号６ｃから得られる電圧Ｖｐをもとに、スイッチング素子４２をデューティ制御するＰＷＭ信号５ａを発生し、該デューティ信号により、スイッチング素子４２をオン／オフ制御し、最大電力追従制御を行うものである。
【００４６】
図６は、電力変換制御部２０の実施の形態を示す図である。
２１は、回転数計測部であり、回転数検出信号１０ａから風車１の回転数Ｎｐを計測する。
２２は、電圧計測部であり、前記電圧検出信号６ｃから電圧Ｖｐを計測する。
２３は、目標電圧演算部であり、前記回転数Ｎｐのとき、風車１から最大電力を得ることができる目標電圧を算出し、発電機２の出力電圧を制御する目標電圧Ｖｓを演算する。
【００４７】
図７は、図４と同様の風力発電機の電圧と電力の関係を示す特性図である。
風力発電機は、図４に示すように電圧が低くても、高すぎても最大の電力を取出すことが出来ず、最大の電力を取出すための最適な電圧値が存在する。
しかして、風速、すなわち、風車１の回転数が回転数Ｎｐａ〜Ｎｐｄのように変化すると、これに対応して発電電圧と発電電力の特性も変化する。
すなわち、回転数Ｎｐａ〜Ｎｐｄに対応して最大電力１３０ａ〜１３０ｄが取出せる最適な電圧値もＶｓａ〜Ｖｓｄのように変化する。
【００４８】
風力発電機ごとの図７に示す特性より、最大電力１３０ａ〜１３０ｄを取出せる電圧は、風車１の回転数Ｎｐａ〜Ｎｐｄによって決まるため、回転数Ｎｐａ〜Ｎｐｄがわかれば、最大電力１３０ａ〜１３０ｄを取出すために、発電機２の制御すべき目標電圧Ｖｓが決まる。
【００４９】
目標電圧演算部２３は、最大電力１３０ａ〜１３０ｄを取出すための、風車１の回転数Ｎｐａ〜Ｎｐｄと発電機２の制御すべき目標電圧Ｖｓの相関関係のデータを、例えば、不揮発性メモリ２６に記憶しておき、前記回転数計測部２１で計測された風車１の回転数Ｎｐの値から、これに対応する目標電圧Ｖｓを不揮発性メモリ２６から読み出して、読み出した目標電圧Ｖｓを出力する。
【００５０】
２４は、差分演算部であり、目標電圧演算部２３の演算で得られた目標電圧Ｖｓと前記電圧Ｖｐの差を求め、前記電圧Ｖｐの値が、前記目標電圧演算部２３で演算された目標電圧Ｖｓに一致するよう補正信号２４ａを出力する。
２５は、ＰＷＭ信号発生部であり、前記差分演算部２４の補正信号２４ａにより前記スイッチング素子４２をオン／オフ制御する信号を出力する。
【００５１】
７は、電力変換用コンデンサであり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ部４で生成された出力電流を充電し、電圧に変換する。
８は、ＤＣ／ＡＣインバータ部であり、電力変換用コンデンサ７で充電された電圧を入力し、交流電力に変換し、この交流電力を他の電源系統９に系統連系し、他の電源系統９へ供給する。
【００５２】
この実施の形態において、発電機回路１０１が複数台ある場合も、動作は前記この実施の形態と同じである。
なお、電圧検出抵抗器６ａ、６ｂおよび電流検出抵抗器４４は、発電機２の出力電圧および出力電流を検出するよう構成したが、発電機回路１０１が一回路（一部品）の場合は、電圧検出抵抗器６ａ、６ｂおよび電流検出抵抗器４４をＤＣ／ＤＣコンバータ部４の出力に設けてもよい。すなわち、電圧検出抵抗器６ａ、６ｂおよび電流検出抵抗器４４をＤＣ／ＤＣコンバータ部４と電力変換用コンデンサ７との間に設けてもよい。
【００５３】
また、発電機回路１０１を太陽光発電機で構成したり、風力発電機と太陽光発電機を組み合わせて構成（ハイブリッド発電）することも可能である。この場合も、動作は前記動作と同じである。
【００５４】
以上のように、この実施の形態の系統連系装置は、風車１の回転数を検出する回転数検出部１０（回転数を検出する手段）と、風力発電機出力の電圧検出手段とを備えている。
また、この実施の形態の系統連系装置は、回転数検出部１０（回転数を検出する手段）の出力から風車の回転数を計測し、該回転数のとき最大電力を得ることが出来る該発電機出力を演算し、ＤＣ／ＤＣコンバータ部４（昇圧手段）を制御する電力変換制御部５（制御手段の一例）を備えたことを特徴とする。
【００５５】
この実施の形態の系統連系装置の系統連系方法は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部４の入力の電圧検出信号６ｃと、風車１の回転数に比例した回転数検出信号１０ａとを入力することにより、電力変換制御部５で風車１の回転数Ｎｐを計測し、該回転数Ｎｐのとき風車１から、最大電力を得ることができる目標電圧Ｖｓを算出し、この値と前記電圧検出信号６ｃから得られる電圧Ｖｐをもとに、スイッチング素子４２をオン／オフ制御し、最大電力追従制御を行うよう構成している。
【００５６】
この実施の形態の系統連系装置は、以上のように構成されているので、比較的簡単な構成で、各発電機２ごとに最大電力を引き出す最大電力追従制御を実現できる。
また、この実施の形態の系統連系装置は、発電機回路１０１を増設する場合は、そのまま発電機回路１０１をＤＣ／ＡＣインバータ部８に入力接続すればよいので、増設が簡単に行え、電圧検出器（ＰＴ）や電流検出器（ＣＴ）も不要となる効果を有する。
【００５７】
実施の形態３．
図８は、実施の形態１，２の系統連系装置に用いられる過電圧抑制回路部３に関する第一の実施の形態を示す図である。
図８において、図１と同一番号の構成要素の機能は、図１の構成要素と同一のため、説明を省略する。
【００５８】
３１は、電圧検出部であり、発電機２の出力電圧を計測し、電圧設定部３２の設定値と比較し、該計測値が前記電圧設定部３２の設定値を超えている場合は、制御信号３１ａ、３１ｂを出力する。
３３ａ、３３ｂは、該制御信号３１ａ、３１ｂによりオン／オフするスイッチである。
３４ａ、３４ｂは、抵抗器であり、前記制御信号３１ａ、３１ｂにより前記スイッチ３３ａ、３３ｂがオンしたときに発電機２の出力端子間に接続され、前記スイッチ３３ａ、３３ｂがオフしたときに発電機２の出力端子間から開放される。
【００５９】
すなわち、発電機２の出力電圧が、前記電圧設定部３２の設定値を超えている場合は、制御信号３１ａ、３１ｂによりスイッチ３３ａ、３３ｂがオンし、抵抗器３４ａ、３４ｂが発電機２の出力端子間に接続される。
これにより発電機２の負荷が増えるため、発電機２の出力電圧は低下し、軽負荷時や風速が増加したときの過電圧を抑制できる。
【００６０】
スイッチ３３ａ、３３ｂの制御の順番は、発電機２の出力電圧が、前記電圧設定部３２の設定値を超えたときに、まず制御信号３１ａによりスイッチ３３ａがオンし、抵抗器３４ａを発電機２の出力端子間に接続する。それでもなおかつ発電機２の出力電圧が、前記電圧設定部３２の設定値を超えるときは、制御信号３１ｂによりスイッチ３３ｂがオンし、抵抗器３４ｂを発電機２の出力端子間に接続する。
【００６１】
負荷が増加したり風速が減少し、発電機２の出力電圧が低下し前記電圧設定部３２の設定値を下回ったときは、制御信号３１ｂによりスイッチ３３ｂがオフし、抵抗器３４ａを発電機２の出力端子間から開放する。
それでもなおかつ発電機２の出力電圧が、前記電圧設定部３２の設定値を下回ったときは、制御信号３１ａによりスイッチ３３ａがオフし、抵抗器３４ａを発電機２の出力端子間から開放する。
【００６２】
なお、スイッチ３３ａ、３３ｂのハンチングを防止するために、設定手段を備えることが望ましい。ここで、ハンチングとは、一種の発振現象であり、ここでは、制御信号３１ａ、３１ｂにより、スイッチ３３ａ、３３ｂの制御動作が行われたとき、制御量が周期的に変化して、安定状態にならない現象をいう。
例えば、スイッチ３３ａ、３３ｂのハンチングを防止するために、電圧検出部３１が制御信号３１ａ、３１ｂを出力する際は、タイマ機能を備えたり、オン信号を出力する検出レベルとオフ信号を出力する検出レベルとの間にヒステリシスを設けたり、また、それらが可変できるように設定手段を備えるようにする。
【００６３】
また、スイッチ３３ａ、３３ｂおよび、抵抗器３４ａ、３４ｂの稼働率を均一化するためにオン／オフの制御をサイクリックにすることもできる。
【００６４】
また、スイッチ３３ａ、３３ｂおよび、抵抗器３４ａ、３４ｂは、二回路にこだわる必要はなく、一回路でもよいし、必要に応じて三回路以上設けてもよい。
【００６５】
以上のように、この実施の形態の過電圧抑制回路部３（過電圧抑制手段の一例）は、発電機２の出力に発電機２と並列に接続された少なくとも一組以上のスイッチと抵抗器の直列回路を備えている。
また、この実施の形態の過電圧抑制回路部３は、前記発電機２の出力の過電圧検出手段を備えている。過電圧検出手段は、電圧検出部３１と電圧設定部３２を有している。
そして、この実施の形態の過電圧抑制回路部３は、過電圧検出手段が過電圧を検出したときに、前記スイッチを過電圧に応じて順次オンすることにより、発電機の負荷を増加させるて出力電圧を下げることを特徴とする。
【００６６】
この実施の形態の過電圧抑制回路部３の過電圧抑制方法は、発電機２の出力電圧を電圧検出部３１で計測し、電圧設定部３２の設定値と比較し、該計測値が前記電圧設定部３２の設定値を超えている場合は、スイッチ３３ａ、３３ｂをオンし、発電機２の出力端子間に抵抗器３４ａ、３４ｂを接続し、下回る場合は前記スイッチ３３ａ、３３ｂをオフして発電機２の出力端子間から抵抗器３４ａ、３４ｂを開放するよう構成している。
【００６７】
これにより、この実施の形態の過電圧抑制回路部３は、軽負荷時や風速が増加したときに、発電機２の出力の過電圧を抑制するとともに、軽負荷時や風速が増加したときにも発電ができ、各構成要素の回路に電源が供給できるため、発電機回路１０１としての機能を停止することなく運転できる効果を有する。
【００６８】
実施の形態４．
図９は、実施の形態１，２の系統連系装置に用いられる過電圧抑制回路部３に関する第二の実施の形態を示す図である。
図９において、図１と同一番号の構成要素の機能は、図１の構成要素と同一のため、説明を省略する。
【００６９】
３１は、電圧検出部であり、発電機２の出力電圧を計測し、電圧設定部３２の設定値と比較し、該計測値が前記電圧設定部３２の設定値を超えている場合は、制御信号３１ｃを出力する。
３５は、スイッチング素子制御部であり、該制御信号３１ｃをスイッチング素子３６をオン／オフする信号に変換するものであり、発電機２の出力電圧が高いときオン時間が長く、出力電圧が低いときオン時間が短くなるＰＷＭ信号３５ａを発生する。
３４は、抵抗器であり、前記スイッチング素子３６がオンしたときに発電機２の出力端子間に電流を流し、前記スイッチング素子３６がオフしたときに発電機２の出力端子間に電流を流さない。
【００７０】
従って、発電機２の出力電圧が高いときは、スイッチング素子３６のオン時間が長くなるため、抵抗器３４に流す電流が増加する。
すなわち、発電機２の負荷が増えて、出力電圧が抑制される。出力電圧が低いときはスイッチング素子３６のオン時間が短くなるため、抵抗器３４に流す電流が減少する。
すなわち、発電機２の負荷が減少して、出力電圧が増加する。
【００７１】
以上の動作により、発電機２の出力電圧が強風時や軽負荷時に過電圧になることを防止することができる。
【００７２】
なお、電圧検出部３１は、前記電圧検出抵抗器６ａ、６ｂで構成された分圧回路１６と共用することもできる。
【００７３】
以上のように、この実施の形態の過電圧抑制回路部３（過電圧抑制手段の一例）は、発電機２の出力に発電機２と並列に接続された半導体スイッチング素子と抵抗器の直列回路を備えている。
また、この実施の形態の過電圧抑制回路部３は、前記発電機２の出力の過電圧検出手段を備えている。過電圧検出手段は、電圧検出部３１と電圧設定部３２を有している。
そして、この実施の形態の過電圧抑制回路部３は、過電圧検出手段の過電圧検出値に応じて、半導体スイッチング素子のオンとオフとの時間比を制御する手段とを備え、過電圧の値が大きいときは半導体スイッチング素子のオン時間を長くすることにより、発電機の出力間に接続された抵抗器に流す電流を増加させ、発電機の過電圧時の出力電圧が、所定の値を超えないように制御することを特徴とする。
【００７４】
この実施の形態の過電圧抑制回路部３の過電圧抑制方法は、発電機２の出力電圧を計測し、電圧設定部３２の設定値と比較し、該計測値が前記電圧設定部３２の設定値を超えている場合は、スイッチング素子３６をオンする時間を長く、超えていないときはスイッチング素子３６のオン時間を短くするようＰＷＭ制御するよう構成している。
【００７５】
これにより、この実施の形態の過電圧抑制回路部３は、軽負荷時や風速が増加したときに発電機２の出力の過電圧を抑制するとともに、軽負荷時や風速が増加したときにも発電ができ、各構成要素の回路に電源が供給できるため、発電機回路１０１としての機能を停止することなく運転できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】系統連系装置を示す図である。
【図２】電力変換制御部５を示す図である。
【図３】電力変換制御部５の制御動作の詳細を示すフローチャートである。
【図４】風力発電機の電圧と電力の関係を示す特性図である。
【図５】系統連系装置を示す図である。
【図６】電力変換制御部２０を示す図である。
【図７】風力発電機の電圧と電力の関係を示す特性図である。
【図８】過電圧抑制回路部３に関する第一の実施の形態を示す図である。
【図９】過電圧抑制回路部３に関する第二の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  風車、２  発電機、３  過電圧抑制回路部、４  ＤＣ／ＤＣコンバータ部、５  電力変換制御部、６ａ，６ｂ  電圧検出抵抗器、７  電力変換用コンデンサ、８  ＤＣ／ＡＣインバータ部、９  他の電源系統、１０  回転数検出部、２０  電力変換制御部、４４  電流検出抵抗器。
【図１】
2005269843.tif 000003
【図２】
2005269843.tif 000004
【図３】
2005269843.tif 000005
【図４】
2005269843.tif 000006
【図５】
2005269843.tif 000007
【図６】
2005269843.tif 000008
【図７】
2005269843.tif 000009
【図８】
2005269843.tif 000010
【図９】
2005269843.tif 000011