(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、電力系統への同期投入が容易な、二次励磁発電機を用いた風力発電装置の提供である。【解決手段】  本発明の風力発電装置は、二次励磁発電機の系統電圧への同期投入までの時間を短縮するため、固定子電圧の１相分の電圧で、系統電圧との位相差と電圧振幅値とを計算し、各偏差が小さくなるように、系統電圧と固定子側の電圧の振幅と位相とを振幅を先に同期させ次に位相を同期させる、あるいは振幅と位相とを並行して同期させ、さらに、同期の際に計算した補正位相値を、二回目以降の同期の際に初期値として用いる。【選択図】図１
2005198429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次励磁発電機の固定子側に配置した系統連系用の開閉手段と、該二次励磁発電機の二次巻線を励磁する電力変換器とを備え、該二次励磁発電機の回転子と風車とを接続して電力を発生する風力発電装置において、
該開閉手段の前記発電機の固定子側の電圧を検出する手段と、
前記開閉手段の系統側の電圧を検出する手段と、
前記二次励磁発電機の回転位相を検出する手段と、
該系統電圧と該回転位相とから、前記電力変換器が二次側から励磁するためのすべり周波数を求める手段と、
前記開閉器が開の際に、二次側から励磁して発生する前記固定子側電圧を前記系統電圧に同期させるための、前記系統電圧と前記固定子電圧との振幅差を小さく調整する手段と、前記系統電圧と前記固定子電圧との位相差を小さくする手段、とを備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置において、前記発電機が３相交流電力発電機であって、前記開閉手段の前記発電機の固定子側の電圧を検出する手段が固定子側電圧の１相分を検出するものであることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２の何れかに記載の風力発電装置において、前記系統電圧と固定子電圧との位相差を小さくする手段が計算した補正位相値を、二回目以降の同期の際に初期値として用いる手段を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載の風力発電装置において、前記系統電圧と固定子側の電圧を、振幅を先に同期させ、次に位相を同期させる手段を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３の何れかに記載の風力発電装置において、前記系統電圧と固定子側の電圧を、振幅と位相とを並行して同期させる手段を備えることを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統への同期投入が容易な二次励磁発電機を用いた風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次励磁発電機は、電力変換器で回転子巻線をすべり周波数で励磁して、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、回転数を可変にできるとともに電力変換器の容量を小さくできることが、例えば特許文献１に記載されている。このように、二次励磁発電機は回転数を可変にできるとともに電力変換器の容量を小さくできるので、例えば非特許文献１に記載のように、風力発電装置に用いられている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０８３９８号公報
【非特許文献１】日本風力エネルギー協会発行  「風力エネルギー」ＰＰ１０６−１１２、２００１年、第２５巻、第２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来技術の二次励磁発電機を用いた風力発電装置では、電力変換器容量が発電機容量に比べて小さい場合が多いので、発電機の回転数が所定の範囲に入ったときに、発電機を系統に同期させて並列させる必要があるため、風の強弱の影響により、風力発電装置の停止、起動を頻繁に行うことになる。このように、系統への同期投入において電圧同期までに時間がかかるために、風が吹いてきても発電ができない時間が生じ、発電設備の稼働率が下がる問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、電力系統への同期投入が容易な、二次励磁発電機を用いた風力発電装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の風力発電装置は、二次励磁発電機の系統電圧への同期投入までの時間を短縮するため、振幅と位相を能動的に調整し、さらに回転子位置センサの初期値を自動補正する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の風力発電装置は、固定子電圧の１相分の電圧で、系統電圧との位相差および電圧振幅値を計算し、各偏差が小さくなるように能動的に補正し、系統に同期投入するまでの起動時間を短縮できる。また、本発明の風力発電装置では、固定子側の電圧センサの数を削減できる。
【０００８】
さらに、本発明の風力発電装置は、同期が成功したときの補正位相の積分値を２回目以降の運転の初期値として用いるため、２回目以降の運転の起動時間が短縮でき、センサのメンテナンスにより初期位相の位置がずれていても自動補正できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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、本発明の実施例の装置構成を示す単線結線図である。まず、発電電力を出力する電気配線および装置を説明する。本実施例の風力発電機は、二次励磁型の発電機であって、発電機Ｇｅｎの固定子側の３相出力が、外部信号によって開閉可能な例えば電磁接触器ＣＴＴ１の２次側に接続している。また電磁接触器ＣＴＴ１の一次側は、電磁接触器ＣＴＴ２の１次側と、遮断器ＢＲの２次側とに接続し、遮断器ＢＲの１次側が電力系に接続している。
【００１１】
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、この遮断器ＢＲが投入されると風力発電装置の制御装置ＣＴＲＬに電源が供給される。
【００１２】
また、電磁接触器ＣＴＴ２の２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。
【００１３】
連系用の電力変換器ＣＮＶおよび励磁用の電力変換器ＩＮＶは、電力半導体スイッチング素子（サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ）を備えており、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。
【００１４】
ここで、励磁用の電力変換器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２次側巻線端子に接続される。また、発電機Ｇｅｎの回転子は、ギアなどの変速装置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。
【００１５】
次に、発電電力を制御するための配線と装置とを説明する。遮断器ＢＲの１次側の３相電圧および３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に変換されて、これらが制御装置ＣＴＲＬに入力される。また、電磁接触器ＣＴＴ１の２次側（電磁接触器ＣＴＴ１と発電機固定子との間）の電圧が、電圧センサＰＴｇによって低電圧の信号Ｖｇに変換されて制御装置ＣＴＲＬに入力される。また、電磁接触器ＣＴＴ２の２次側（電磁接触器ＣＴＴ２と電力変換器ＣＮＶの間）の３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。さらに、発電機Ｇｅｎの回転数と位置を、エンコーダ１０２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。電力変換器ＣＮＶ、ＩＮＶの直流部に接続されたコンデンサＣｄの電圧は、電圧センサにより低電圧の信号Ｖｄに変換され、低電圧信号Ｖｄを制御装置ＣＴＲＬに入力される。
【００１６】
次に、図２と図３とを用いて制御装置ＣＴＲＬの機能を説明する。制御装置ＣＴＲＬは、電磁接触器ＣＴＴ１、ＣＴＴ２や電力変換器ＩＮＶ、ＣＮＶを信号Ｓｇ１、Ｓｇ２、Ｐｕｌｓｅ＿ｉｎｖ、Ｐｕｌｓｅ＿ｃｎｖを出力して制御する。連系用の電力変換器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で電力系統に接続される前から接続された後まで、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と、系統無効電力零（力率１）制御とを制御装置ＣＴＲＬから受ける。
【００１７】
従って、励磁用の電力変換器ＩＮＶが直流電力を使用して直流電圧が低下すれば、連系用の電力変換器ＣＮＶは交流電力を使用して平滑コンデンサＣｄを充電し、直流電圧Ｅｄｃを一定に保つように動作し、逆に電力変換器ＩＮＶが直流電力で平滑コンデンサＣｄを充電して直流電圧Ｅｄｃが上昇する場合には連系用の電力変換器ＣＮＶは直流電力を交流電力に変換して平滑コンデンサＣｄを放電し、直流電圧Ｅｄｃを一定に保つように動作する。
【００１８】
図３を用いて、まず連系用の電力変換器ＣＮＶの制御を説明する。図１に示した交流電圧検出値Ｖｓは、位相検出器ＴＨＤＥＴと３相２相変換器３２ｔｒｓ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、例えば比例積分制御器により構成された直流電圧調整器ＤＣＡＶＲ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。
【００１９】
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）とを演算し、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。
【００２０】
【数１】
2005198429.tif 000003
【００２１】
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（＝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１−ＡＣＲ、２−ＡＣＲは例えば比例積分制御器により構成できる。
【００２２】
前記３相２相変換器３２ｔｒｓは入力された電圧Ｖｓ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とを演算し、それぞれを前記加算器３０１、３０２に出力する。
【００２３】
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。
【００２４】
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２）式および（数３）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。
【００２５】
【数２】
2005198429.tif 000004
【００２６】
【数３】
2005198429.tif 000005
【００２７】
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（ＰＷＭ）方式により連系用の電力変換器ＣＮＶを構成するｎ個の電力用半導体スイッチング素子をオン・オフするゲート信号Ｐｕｌｓｅ＿ｃｎｖを演算し、連系用の電力変換器ＣＮＶに出力する。
【００２８】
次に、励磁用の電力変換器ＩＮＶの制御を説明する。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１回転に１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°の位相信号ＲＴＨを加算器３０３に出力する。
【００２９】
位相信号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を加算し、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。
【００３０】
電力演算器ＰＱＣＡＬは、システム電流Ｉｓを前記（数１）式に示す変換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４）式と（数５）式とにより、システムの有効電力Ｐｓと無効電力Ｑｓとを演算する。
【００３１】
【数４】
2005198429.tif 000006
【００３２】
【数５】
2005198429.tif 000007
【００３３】
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Ｐｒｅとを入力し、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。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。ここで前記電力調整器ＡＰＲ，ＡＱＲはたとえば比例積分器により構成できる。前記有効／無効電力調整器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。
【００３４】
切り換え器ＳＷは、前記電力調整器ＡＰＲおよび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。
【００３５】
ここで、電圧調整器ＡＶＲを説明する。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発電機固定子電圧Ｖｇの振幅値と前記指令値Ｖｓｒｅｆと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。ここで電圧調整器ＡＶＲは、例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、励磁用の電力変換器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働きをもつ。
【００３６】
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。
【００３７】
【数６】
2005198429.tif 000008
【００３８】
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例えば比例積分器により構成できる。
【００３９】
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Ｖｕｒ、Ｖｖｒ、Ｖｗｒを演算し、ＰＷＭ演算器ＰＷＭｒに出力する。
【００４０】
【数７】
2005198429.tif 000009
【００４１】
【数８】
2005198429.tif 000010
【００４２】
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（ＰＷＭ）方式により、励磁用の電力変換器ＩＮＶを構成するｍ個の電力半導体スイッチング素子をオン・オフするゲート信号Ｐｕｌｓｅ＿ｉｎｖを演算し、励磁用の電力変換器ＩＮＶに出力する。
【００４３】
次に、図２を用いて同期制御器ＳＹＮＣの詳細を説明する。図２に示す同期制御器ＳＹＮＣは系統電圧Ｖｓを３相２相変換ｓして得られるＶαおよびＶβと、発電機Ｇｅｎの固定子電圧一相分（図２ではＵ相電圧Ｖｇｕ）を入力する。
【００４４】
前記同期制御器ＳＹＮＣは大別して２つの機能を持つ。１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、２つ目は固定子電圧の位相を系統電圧の位相に合わせるための位相補正値ＬＴＨを演算する機能である。図２に示す同期制御器ＳＹＮＣは、まず電圧振幅値を合わせ、その後電圧位相を調整するように動作する。
【００４５】
まず、電圧振幅を同期させるために、前記ＶαとＶβの２乗和の平方根から系統電圧の振幅値Ｖｓｐｋを演算し、演算した振幅値に１次遅れフィルタＦＩＬ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。ここでの実施例では、固定子電圧は１相分しか検出していないためＶｇｕの振幅値を求めるために、例えば、系統周波数（５０／６０Ｈｚ）で一周期の期間の最大値を振幅値として用い、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ＣＭＰＰＫにも使用する。
【００４６】
振幅同期判定器ＣＭＰＰＫは、前記電圧指令値Ｖｓｒｅｆと電圧振幅Ｖｇｐｋを比較し、それらの差がある所定以内にあるときに振幅同期フラグＦＬＧ＿ＶＧを“１”にセットし、それ以外では“０”を出力する。位相同期機能は、振幅同期フラグＦＬＧ＿ＶＧが“１”になっている間、すなわち電圧振幅がおおよそ一致しているときに動作する。前記系統電圧のα項Ｖαは、系統電圧のＵ相に一致するため、前記Ｖαと固定子電圧Ｕ相Ｖｇｕの位相を一致させるため、その差分を利用する。
【００４７】
いま、系統電圧と固定子電圧の振幅がＶｇｐｋに一致しているものとし、系統電圧の角周波数をω０、固定子電圧の角周波数ω１とし、位相差をｄＴＨ、時間をｔとすると、その差分の絶対値ＡＢＳＤＶは、絶対値演算器ａｂｓにて（数９）式により演算される。
【００４８】
【数９】
2005198429.tif 000011
【００４９】
ここで、前記励磁位相ＴＨｒは、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になり、周波数は励磁位相演算により、自動的に一致（ω０＝ω１）する。したがって、先に電圧振幅を合わせれば、異なるのは、位相となる。
【００５０】
ここで、（数９）式は、電圧振幅が一致していれば、（数１０）式で書き直すことができる。
【００５１】
【数１０】
2005198429.tif 000012
【００５２】
ここで、角度変換器は、（数１０）式の最大値を系統周波数の１周期の間検出し、さらにＶｇｐｋで除算して規格化し、位相差演算値ＤＴＨを（数１１）式で演算し、出力する。
【００５３】
【数１１】
2005198429.tif 000013
【００５４】
また、（数１１）式は、位相差ｄＴＨが小さい時には、（数１２）式で近似できる。
【００５５】
【数１２】
2005198429.tif 000014
【００５６】
図４は、縦軸に（数１１）式で求めた検出位相差ＤＴＨを、横軸に（数１２）式に従って求めた値をプロットした結果を示す。図４に示すように、位相差が小さい場合、例えば横軸が４５°より小さな場合は、（数１１）式で求めた値と（数１２）式で求めた値とはほぼ一致しており、位相差が大きくなると（数１２）式の誤差は大きくなるが、位相差の符号には誤りが生じない。
【００５７】
この様にして得られた位相差ＤＴＨは、電圧振幅が一致しているときは誤差が小さいが、一致していないときは誤差があるので、誤差が生じても位相が同期するように、系統電圧のα項Ｖαがゼロクロスの時の固定子電圧Ｖｇｕの符号を判定し、その符号を乗算器２０２で位相差ＤＴＨに乗算する。
【００５８】
前記乗算器２０２の出力が位相差であるが、この位相差をそのまま位相補正値ＬＴＨとして出力すると発電機Ｇｅｎの固定子電圧の位相が急激に変化するので、位相差検出値ＤＴＨにリミッタ付き積分器２０１を入れ、積分器２０１の出力を位相補正値ＬＴＨとして出力する。
【００５９】
前記リミッタ付き積分器２０１は、入力がまずリミッタＬＭＴにより制限され、その値を積分器２０１により積分していくため、固定子電圧の位相急変を防止できる。さらに同期が成功したときの積分の値を二回目以降の運転時の初期値として用いる。
【００６０】
前記検出位相差ＤＴＨが０を中心とする所定の範囲内にあるとき、位相同期判定器はＦＬＧ＿ＴＨを“１”、それ以外では“０”を出力する。時限付加器ＤＬＹは、位相同期判定器ＣＭＰＴＨの出力ＦＬＧ＿ＴＨの“１”が連続して所定の時間経過するのを待ってから、図３中のシステム制御器ＳＹＳに同期信号ＳＹＮを送る。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。
【００６１】
図５は、図２および図３による電圧同期に到るまでの動作波形を示す。図５で、運転開始時（時間ｔ＝０）では、電磁接触器ＣＴＴ１は開いており、連系用の電力変換器ＣＮＶのみが動作している状態である。その後系統電圧の振幅に合わせるため位相同期の前に固定子電圧を先に合わせる。固定子電圧の振幅値が系統電圧の振幅値におおむね一致すると、次に位相差を小さくするように固定子電圧の位相が変化していく。位相差がおおむね一致して同期判定フラグ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。
【実施例２】
【００６２】
本実施例は、実施例１の同期制御器ＳＹＮＣが図６の構成である他は、実施例１と同様である。本実施例では図６に示すように、電圧の振幅と位相を求めるために、離散時間のフーリエ変換６０１ａ、６０１ｂを用いて、系統周波数（５０／６０Ｈｚ）を基本波成分として、基本波成分を演算し、基本波成分のみについて位相と振幅値を判定に用いている。このため、本実施例では電圧振幅と位相とを個別に検出できるので、電圧振幅の調整に並行して電圧位相を調整することができる。
【００６３】
このように系統電圧と固定子電圧を同期するので、固定子電圧の１相分の電圧で、系統電圧の振幅と位相に、短時間で同期させることができる。従って、本実施例でも固定子側の電圧センサを削減できるとともに、能動的に電圧を同期させるため系統に同期投入するまでの起動時間を短くできる。
【００６４】
また実施例１と同様に、位相の補正値にリミッタを設けているため、固定子電圧の位相急変を防止でき、さらに同期が成功したときの積分の値を２回目以降の運転時の初期値として用いるため、回転子位置センサの初期値を自動補正し、かつ２回目以降は所定の値を初期値として使用することができるので、起動時間の短縮になるとともに、センサのメンテナンスにより初期位相の位置がずれても自動で補正できるため、保守管理が容易であり、系統電圧と固定子側の電圧を同期させるのに、二次励磁開始から１秒以内に完了できる。
【００６５】
以上、本発明によれば、二次励磁型の発電機あるいは電動機を系統に容易に連系できるので、風力発電の他に、各種動力源の発電機（水力発電機、フライホイール発電機、エンジン発電機、など）の連系の場合にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【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の同期制御器の説明図である。
【図３】実施例１の制御装置の説明図である。
【図４】実施例１の（数１１）式で求めた値と、（数１２）式による近似値との関係の説明図である。
【図５】実施例１の電圧位相同期の動作説明図である。
【図６】実施例２の同期制御器の説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１…風車、１０２…エンコーダ、１０３ａ、１０３ｂ…離散フーリエ変換器、２０１…積分器、Ｇｅｎ…発電機、ＣＴＴ１、ＣＴＴ２…電磁接触器、ＩＮＶ、ＣＮＶ…電力変換器、ＢＲ…遮断器、ＣＴＲＬ…制御装置。
【図１】
2005198429.tif 000015
【図２】
2005198429.tif 000016
【図３】
2005198429.tif 000017
【図４】
2005198429.tif 000018
【図５】
2005198429.tif 000019
【図６】
2005198429.tif 000020