(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流の誘起電圧を発生する同期発電機と、前記発電機に接続され前記交流の誘起電圧を直流電圧に変換する発電機側電力変換器と、該発電機側電力変換器に接続される平滑コンデンサと前記直流電圧をさらに交流に変換する系統側電力変換器と、を有する制御装置であって、
前記発電機が回転しているときの誘起電圧の状態を、絶対電圧値，絶対周波数、及び絶対位相とした場合に、前記同期発電機の回転量に基づいて前記発電機の誘起電圧の周波数および位相を検出する時、これを相対周波数，相対位相として、該相対位相を検出する手段と、前記同期発電機が出力する誘起電圧を検出し、前記相対位相を用いて有効電圧および無効電圧を得る電圧変換部と、該電圧変換部の無効電圧値を零にする手段とを備え、該電圧変換部の無効電圧値を零にする手段により前記同期発電機が出力する絶対位相に前記発電機側の電力変換器の位相を補正する位相補正手段を有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
発電機により交流の誘起電圧を出力し、
前記発電機の誘起電圧と、相対位相を用いて無効電圧を生成し、無効電圧が零になるような位相同期制御を行い、無効電圧がゼロに近い或る基準電圧以下になったことを判断してその位相を絶対位相として発電機側の電力変換器の位相を生成し、
該位相に基づいてＰＭＷ信号の形成を開始し、
前記交流の誘起電圧を直流電圧に変換し、
前記直流電圧をさらに系統側電力変換器で交流電圧に変換することを特徴とする電力制御方法。
【請求項３】
交流の誘起電圧を発生する同期発電機と、
前記発電機に接続され前記交流の誘起電圧を直流電圧に変換する発電機側電力変換器と、
該発電機側電力変換器に接続される平滑コンデンサと前記直流電圧をさらに交流に変換する系統側電力変換器と、
前記同期発電機の回転子に直結されＡ相，Ｂ相，Ｚ相を検出するエンコーダと、
前記エンコーダの発するＡ相，Ｂ相パルスの立ち上がり，立ち下りのエッジのタイミングでカウントアップする位相計数タイマと、
前記位相計数タイマに接続され前記計数タイマの出力を位相に変換する位相変換器と、
前記同期発電機と前記発電機側電力変換器との間に設けられた電圧変換部と、
ゼロ指令出力部と、
前記ゼロ指令出力部の出力から前記電圧変換部の出力の無効電圧を減ずる処理を行う減算器と、
該減算器の出力の比例積分を行う比例積分器と、
前記比例積分器の出力から出力位相に変換する角速度積分器と、
前記位相変換器の出力と前記角速度積分器の出力を加算する加算器と、
前記加算器の出力に基づいて正弦波，余弦波の瞬時値を作成する位相テーブルと、
前記位相テーブルの出力に基づいて前記発電機側の電力変換器の制御を行うＰＷＭ信号形成部と、
を有することを特徴とする電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的動力源で任意の回転数にて駆動される同期発電機の出力を発電機側電力変換器で直流に変換し、系統側変換器を介して系統側の周波数に一致させて電力を供給する制御装置に関し、始動時に同期発電機の誘起電圧を検出して、発電機側変換器の位相と電圧を誘起電圧に一致させてから運転する、可変電圧，可変周波数の同期発電機の制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同期発電機の発生する電力を変換器により系統に供給する装置においては、変換器の発生させる電圧と同期発電機の誘起電圧との位相を一致させる必要がある。そしてこれは変換器の出力電圧及び位相を調整する手段が必要であることを意味する。変換器の出力電圧及び位相の調整手段としては、例えば同期発電機に磁極位置検出器とインクルメントエンコーダを直結し、それらが発する信号を使用して別個設けたタイマまたはカウンタをアップダウンさせ、タイマの値から正弦波データテーブルを参照して正弦波を作成し、変換器の出力電圧および位相を作成するというものがある。そしてこの作成された位相と電圧値を同期発電機の誘起電圧の位相と大きさと合わせることで系統に電力を供給できる。尚この場合、誘起電圧の位相の絶対値を検出する磁極位置検出器を装備し、始動時に磁極位置検出器からの情報により誘起電圧の絶対位置を検出して変換器の正弦波テーブルの出力値を合わせる必要もある。
【０００３】
上記技術の一例として特公平７−１６３１３号公報があり、同期電動機の磁極位置検出方法の制御技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、同期発電機の誘起電圧の位相を検出するために、磁極検出器を用いる必要があるが、磁極位置検出器と同期発電機の誘起電圧の位相は組み立て時に機械的，電気的に予め一致させておく必要がある。従って磁気検出器を用いないでインクリメントエンコーダのみで同期発電機の誘起電圧と変換器の発生する電圧を一致させる方法があればより安定した電圧供給が可能である。さらに、発電機と駆動機の間にギヤーがあっても機械的位置の調整なしに精度良く誘起電圧を検出することも必要である。
【０００５】
以上より、本発明の目的は、従来技術の問題点を解決し、同期発電機が始動時に変換器が発生する三相正弦波指令の位相と大きさと誘起電圧の位相と大きさを精度良く一致させて安定した運転を可能にする同期発電機の制御方法および制御装置を提供することにある。
【０００６】
また、系統側電源の瞬停再始動に関しても安定して再始動する制御方法および制御装置を提供することにもある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、駆動源により回転する同期発電機の出力を発電機側のＰＷＭ変換器により直流に変換し、さらに系統側ＰＷＭ変換器により電力を系統に供給する装置において、発電機の誘起電圧の位相を検出するためＡ，Ｂ，Ｚ相の信号を有するインクリメンタエンコーダから位相を発生する位相発生部，同期発電機の電圧と電流を検出する電圧電流検出部，電圧・電流の有効分・無効分を検出する電圧変換部，電流変換部，有効・無効電圧及び／若しくは有効・無効電流の検出値から有効電力，無効電力へ変換する電力変換部，指令部の有効・無効電力指令と電力変換部の有効電力・無効電力フィードバックから電力制御を行う電力制御部、電力制御部からの出力を有効無効電流指令とし、この電流指令値と電流変換部からの有効無効電流フィードバックより電流制御を行い有効電圧・無効電圧指令を出力する電流制御部、この指令値と電圧変換部の有効無効電圧フィードバックを加算して有効無効電圧指令を生成する変換器、変換器の有効無効電圧指令より三相交流指令生成する２相３相変換部、さらにＰＷＭ信号を生成して発電機側の変換器にゲートパルスを与えるＰＷＭ信号形成部、とを有することにより解決できる。
【０００８】
また、駆動する方法では、
（１）発電機をフリーラン状態で始動指令が発生する。
（２）ゲート処理部からＰＷＭ信号生成部にサプレス信号を送り変換器は停止状態に保つ。
【０００９】
この状態で制御装置を始動すると電圧変換器は同期発電機の誘起電圧を入力して有効・無効電圧に変換する。このとき位相テーブルはエンコーダパルスから位相計数タイマの値から生成した位相と位相同期制御部からの出力を角速度積分器で積分して得られた位相を加えた値から生成したものである。しかし位相テーブルの正弦波，余弦波出力は同期発電機の誘起電圧と一致していない。
【００１０】
位相が一致しないときは電圧変換器の無効電圧出力は有限値を持つ。さらに、位相誤差が大きいと無効電圧出力は振動する。ここで位相同期制御部は無効電圧をゼロにするように比例積分制御を行うと偏差角速度として得る。この偏差角速度を角速度積分器で積算する偏差位相を得る。この値を位相テーブルに補正して電圧変換すると無効電圧は限りなくゼロに近くなる。位相同期制御部の同期判定部では無効電圧の値が規定時間の間、規定値以下に小さくなったことを確認して同期発電機の誘起電圧と位相テーブルからの正弦波位相が一致したと判断する。このとき、角速度積分器の位相を固定値として記憶する。このとき、エンコーダから作られた位相と角速度積分器の位相を加算することで制御装置からの位相が誘起電圧の位相と一致したと判断する。
【００１１】
位相の一致を同期判定器で確認したとき、ゲート処理部でゲートサプレスを開放して発電側変換器を稼動して運転状態とする。
【００１２】
また、電圧変換器の出力を電圧指令として加算してあるので、制御装置は誘起電圧の大きさと位相を一致させて安定して運転状態に移行できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１は、本発明の一実施形態を示す。図１において、駆動源１は回転変換器２を介して同期発電機３と接続し、同期発電機３は発電機側電力変換器４，エンコーダ８と夫々接続している。また発電機側電力変換器４は平滑コンデンサ５，系統側電力変換器６と接続している。さらに、系統側電力変換器６は系統電源７と接続している。尚、電流変流器（ＣＴ）９＿１及び、電圧検出器９＿２が同期発電機３と発電機側電力変換器４との間に設けられている。
【００１５】
発電機側電力変換器４は例えばＩＧＢＴ等の半導体変換素子を用いて構成されており、同期発電機３が出力する交流電力を直流電力に変換する。なお系統側電力変換器６が出力する電圧と系統側の電圧とは周波数，位相及び大きさが合うよう構成される。エンコーダ８は前述したように同期発電機３に直結しており、同期発電機の回転数と発電機の誘起電圧位相を検出する。電流変流器（ＣＴ）９＿１は発電機の電流を、電圧検出器９＿２は発電機の電圧を検出し、後述する電流変換部，電圧変換部へと夫々出力する。
【００１６】
制御指令部１０は始動／停止指令部１０−１，有効電力指令部１０−２，無効電力指令部１０−３を有する。
【００１７】
始動／停止指令部１０−１はゲート処理部１１の制御に関与し、ゲート処理部１１はＰＷＭ信号形成部２５が発生するゲート信号のサプレスまたはサプレス解除を行い、装置の運転停止を決める。また、瞬停検出器１２は系統側の瞬時停電を検出し、ゲート処理部の瞬停時におけるサプレス，瞬停復帰時のゲートサプレス解除を制御する。
【００１８】
電流変換部１３は同期発電機３の三相電流を二相の有効電流と無効電流に変換し、電圧変換部１４は発電機３の三相電圧を二相の有効電圧と無効電圧に変換する。電力変換部１５は電流変換部１３と電圧変換部１４の出力を用いて同期発電機３の有効電力と無効電力に変換する。電力制御部１６は制御指令部１０における有効電力指令部１０−２および無効電力指令部１０−３の出力から電力変換部１５の出力を減算器１７，１８により減算して偏差を求め、それぞれの偏差から比例，積分制御を実施し、有効電流指令及び無効電流指令を出力する。電流制御部１９は有効電流指令ＩＰref ，無効電流指令ＩＱref から電流変換部１３の出力を減算器２０，２１により減算して偏差を求め、それぞれの偏差から比例，積分制御を実施して有効電圧指令，無効電圧指令を出力する。加算器２２は有効電圧指令と電圧変換部の有効電圧出力を加算して発電機有効電圧指令とし、加算器２３は無効電圧指令と電圧変換部の無効電圧出力を加算して発電機無効電圧指令とる。２相／３相変換部２４は発電機有効電圧指令と発電機無効電圧指令から発電機三相交流指令を出力する。ＰＷＭ信号形成部２５は発電機三相交流指令と搬送波とを比較してＰＷＭパルスを発生させ、発電機側順変換器４のゲート信号とする。
【００１９】
位相発生部２６は位相計数タイマ２６＿１，位相変換器２６＿２，切り替えスイッチＡ２６＿３，Δω＝０値２６＿４，角速度積分器２６＿５，加算器２６＿６を有して構成される。位相発生部２６はエンコーダのＡ層信号，Ｂ相信号及びＺ信号から位相を検出して位相出力を得るものである。位相波テーブル２７は位相発生部からの位相出力を用いて正弦波sinθ、余弦波cosθを得る。尚、このsinθ，cosθは電流変換部１３，電圧変換部１４，２相／３相変換部２４それぞれにおいて出力を得るための位相入力として使用される。
【００２０】
位相計数タイマ２６＿１はエンコーダのＡ相およびＢ相の方形波パルスの両エッジに応じ、正転時にカウントアップ、逆転時にカウントダウンされる。そして同期発電機３の１回転に１回発生するＺパルスでクリアされる。位相変換器２６＿２は、同期発電機３が回転することにより生ずるＡ相およびＢ相の方形波パルスの両エッジから発生するパルス数と、同期発電機の極数により変わる誘起電圧の周波数とが一致するように位相を進める。これはＺパルスでクリアされるまでカウントアップされる。即ち、Ｚパルスは位相計数タイマの値を発電機の１回転の周波数に合わせるものである。尚、始動時において、位相変換器で得られる位相は同期発電機の位相と一致していない。スイッチＡ２６＿３は始動時において２側に接続されている。尚、スイッチＡ２６＿３における２側の入力は、位相同期制御部２８における比例積分器２８＿４の出力であり、１側の入力はΔω＝０値２６＿４の出力である。
【００２１】
角速度積分器２６＿５は、比例積分器２８＿４の出力である同期発電機の誘起電圧の位相と位相テーブルの位相の不一致から発生する偏差角速度を積算して偏差位相を得る。そして加算器２６＿６は位相変換器２６＿２の位相と角速度積分器の偏差位相を加算して位相テーブルの入力とする。これにより位相ループを確立できる。同期判定部２８＿１が同期を検出すると、スイッチＡ２６＿３は角速度積分器２６＿５で記憶された位相偏差を保持すべく１側に接続され、角速度積分器の入力をゼロにする。また、始動時において、電力制御部１６，電流制御部１９の出力はゼロに保つ。
【００２２】
始動／停止指令部１０−１はゲート処理部１１にサプレス指令を発行してPWM信号が発電機側変換器に印加されないようにする。このため電圧変換部１４は同期発電機の誘起電圧を検出することになる。電圧変換部で有効電圧，無効電圧に変換するとき、計数タイマから生成された正弦波と余弦波信号で変換するので生成された正弦波と誘起電圧の位相は一致しない。
【００２３】
位相同期制御部２８はこの位相を一致させる制御部であり、同期判定部２８＿１，ゼロ指令２８＿２，比例積分器２８＿４及び減算器２８＿３を有して構成されている。
【００２４】
位相同期制御部２８の機能は、位相が不一致の値である場合に無効電圧に値が生じて有効電圧が誘起電圧の瞬時値の最大値にならないことを改善するため、無効電圧をゼロにする目的で設けられるものである。具体的に言うと、減算器２８＿３はゼロ指令２８＿２から無効電圧ＶＱｆを減算して偏差を求め、比例積分器２８＿４はこの偏差を比例積分し、偏差角速度ωdef を求める。そしてこの偏差角速度ωdef を角速度積分器２６＿５で加算する。この動作を繰り返すことで無効電圧を限りなくゼロに近づけることができる。
【００２５】
同期判定部２８＿１は無効電圧がゼロ付近の設定値以内に入ったことを確認した場合、正弦波テーブルから出力される正弦波と誘起電圧の位相が一致したと判断する。そしてスイッチＡ２６＿３の接点を１に接続させて角速度積分器２６＿５の入力をゼロにし、角速度積分器の出力位相θｑを固定する。一方同期判定器はゲート処理部にゲートサプレスを解除する指令をも発し、ゲート処理部はPWM信号形成部のゲートサプレスを解除する。この場合、２相／３相変換部は電圧変換部から誘起電圧に相当した有効電圧出力が入力されているため、発電機側変換器の電圧の大きさ及び位相と、誘起電圧の大きさ及び位相が一致して始動することができ、結果、過電流を発生することなく安定した同期運転が可能となる。なお、位相計数タイマは同期発電機が１回転に１度Ｚパルスでクリアされるため、同期判定器は始動指令があった後少なくとも１回以上のＺパルスを確認後の同期の後、ゲートサプレスを解除する指令を発行する必要がある。
【００２６】
次に、実施形態について詳細に説明する。図１における電流変換部１３は同期発電機の三相電流Ｉgu，Ｉgv，Ｉgwの値及び（数１）（数２）式を用いて有効電流ＩＰｆ，無効電流ＩＱｆを求め、その結果を出力する。電圧変換部１４は同期発電機の三相電圧Ｖgu，Ｖgv，Ｖgwの値及び（数３）（数４）式を用いて有効電圧ＶＰｆ，無効電圧ＶＱｆを求める。そして、電力変換部１５は演算によって得られたＩＰｆ，ＩＱｆ，ＶＰｆ，ＶＱｆから（数５）式を用いて有効電力フィードバックＰｆ，Ｑｆを求め、出力する。
【００２７】
【数１】
0004411805.tif 000002
【００２８】
【数２】
0004411805.tif 000003
【００２９】
【数３】
0004411805.tif 000004
【００３０】
【数４】
0004411805.tif 000005
【００３１】
【数５】
0004411805.tif 000006
【００３２】
減算器１７，１８はそれぞれ（数６）式を用いて有効電力指令Ｐref から有効電力フィードバックＰｆを減算して偏差ΔＰを、無効電力指令Ｑref から有効電力フィードバックＱｆを減算して偏差ΔＱをそれぞれ求める。そして電力制御部１６は（数７）式を用いて比例積分制御を行い、有効電流指令ＩＰref ，無効電流指令ＩＱref を得る。
【００３３】
【数６】
ΔＰ＝Ｐref−Ｐｆ
ΔＱ＝Ｑref−Ｑｆ
【００３４】
【数７】
ＩＰref＝ΔＰ×Ｋpp＋ΣΔＰ×Ｋip
ＩＱref＝ΔＱ×Ｋpp＋ΣΔＱ×Ｋip
なお、（数７）式において、電力比例項をＫpp，電力積分項Ｋipとしている。
【００３５】
減算器２０，２１は（数８）式を用いて有効電流指令ＩＰref から有効電流フィードバックＩＰｆを減算しての偏差ΔＩＰを、無効電流指令ＩＱref から有効電流フィードバックＩＱｆを減算して偏差ΔＩＱをそれぞれ求める。そして電流制御部１９は（数９）式を用いて比例積分制御を行い、その結果有効電圧指令ＶＰ，無効電圧指令ＶＱを得る。
【００３６】
【数８】
ΔＩＰ＝ＩＰref−ＩＰｆ
ΔＩＱ＝ＩＱref−ＩＱｆ
【００３７】
【数９】
ＶＰ＝ΔＩＰ×Ｋpi＋ΣΔＰ×Ｋii
ＩＱ＝ΔＩＱ×Ｋpi＋ΣΔＱ×Ｋii
ここで、電流比例項をＫpi，電流積分項をＫiiとしている。
【００３８】
加算器２２は（数１０）式を用いて、有効電圧指令ＶＰと同期発電機が発生している有効電圧ＶＰｆを加算して変換器有効電圧指令ＶＰＲを得る。加算器２３は無効電圧指令ＶＱと同期発電機が発生している無効電圧ＶＱｆを加算して変換器無効電圧指令ＶＱＲを得る。
【００３９】
【数１０】
ＶＰＲ＝ＶＰ＋ＶＰｆ
ＶＱＲ＝ＶＱ＋ＶＱｆ
２相／３相変換部は（数１１）（数１２）式を用いて直流成分である変換器有効電圧指令ＶＰＲおよび変換器無効電圧指令ＶＱＲから三相交流電圧指令ＶｕＲ，ＶｖＲ，ＶｗＲ、へと変換する。ＰＷＭ信号形成部２５は三角波等の搬送波と三相交流電圧指令のＶｕＲ，ＶｖＲ，ＶｗＲ信号と比較してＰＷＭパルスを生成し、発電機側電力変換器４のゲート信号とする。
【００４０】
【数１１】
0004411805.tif 000007
【００４１】
【数１２】
0004411805.tif 000008
【００４２】
ここで正弦波発生原理を説明する。今、図１において、スイッチＡ２６＿３が接点２を選択し、一定の角速度ωdef が角速度積分器に入力されると仮定する。
【００４３】
（数１３）式において、角速度積分器２６＿５はサンプリング毎に一定角速度ωdef を積算して出力位相θｑを得る。今、また説明のため位相変換器２６＿２の出力θenc はゼロであると仮定する。加算器２６＿６は位相θｑをθnow として位相テ−ブルのアドレスとして与える。すると位相テーブルは正弦波，余弦波の出力を得る。
【００４４】
図２はその原理波形を示す図であり、図２（ａ）は図１の位相波テーブル２７から得られた正弦波，余弦波の結果を、図２（ｂ）は一定角速度ωdef を加算してテーブルのアドレスに割り当てる原理図である。尚、図２（ｂ）中の大きな丸にはサンプリング毎に加算される様子が示されている。角速度積分器２６＿５は積算されてテーブルの総数ＮＴmax でゼロにクリアされる。図２（ｃ）はテーブルのアドレスとテーブルの総数ＮＴmax と正弦波，余弦波のデータ格納の状態の例を示す図である。これによれば、たとえば正弦波のテーブルにおいて、０番地には電気角の０度に相当した値である１６ビットデータの０値を配置し、テーブル総数の１／４番地に電気角の９０度に相当した値である正弦波の最大値１を１６ビットデータの７ＦＦＦの値として配置することで、目的を達成できる。尚ここで、角速度ωdef が大きくなれば角速度積分器は早く積算されるのでクリア点に達する時間が短くなり正弦波の周波数が高くなる。逆に、角速度ωdef を小さくなれば、周波数は低くなる。
【００４５】
発電機の周波数Ｆｇ（Ｈｚ）の１周期の時間幅Ｔｇ(sec）は、１／Ｆｇで求めることができる。加算するサンプリング時間をＴｓ(sec）とすると、１周期のサンプル回数Ｎsnp は、（数１４）式により演算できる。この時は正弦波を発生させるための電気角３６０度を表現するテーブル総数ＮＴmax と角速度ωdef の関係は（数１５）式を用いて演算できる。
【００４６】
【数１３】
θ＝Σωdef
【００４７】
【数１４】
0004411805.tif 000009
【００４８】
【数１５】
0004411805.tif 000010
【００４９】
次に正転時においてエンコーダ出力から正弦波，余弦波を求める方法を図１のブロックと図３のタイムチャート波形を用いて説明する。
【００５０】
今、説明のために角速度積分器の出力位相θｑをゼロと仮定する。加算器２６＿６は位相変換器２６＿２の位相θenc をθnow として位相テ−ブルのアドレスとして与える。その結果位相テーブルは正弦波，余弦波を出力する。図３の(ａ)において、位相計数タイマ２６＿１は同期発電機に直結されているエンコーダのＡ相パルスおよびＢ相パルスの両エッジよりカウントアップ(ファインカウント)される。同期発電機が１回転するとエンコーダも１回転する。このときエンコーダは１回転に１回Ｚパルスを発生する。従来、発電機の誘起電圧のゼロ点とエンコーダのＺパルスの位置を機械的に一致させる必要があったが、本発明では発電機とエンコーダの組み立てにおいてＺパルスを発生する位相を考えずに任意に組み立てることができる。図３（ａ）に示すようにＺパルスが発生すると位相計数タイマをクリアする。そのため、位相計数タイマの最大値Ｐｎmax はエンコーダのファインカウント値と一致する。また、最大値Ｐｎmax はエンコーダの仕様により種々変更される。さらに、発電機の極対数ppにも依存する。すなわち、位相変換器２６＿２は設計時にエンコーダ１回転のファインカウント，発電機の極数，位相テーブルの総数に対応できる。位相変換器２６＿２は運転中のエンコーダの現在値Ｐｎと位相変換定数Ｋphから（数１６）式を用いてＮsnp を求め位相テーブルのアドレスを選択する。なお（数１７）式は位相変換定数Ｋphを求める式である。
【００５１】
図３(ｂ)は位相計数タイマと位相変換器により正弦波テーブルアドレスに変換する説明図である。このとき任意の時点の位相計数タイマの値とＰｎと(数１６)式を用いてテーブルアドレスＮＴｎを求めることができる。
【００５２】
【数１６】
ＮＴｎ＝Ｋph×Ｐｎ
【００５３】
【数１７】
0004411805.tif 000011
【００５４】
今、角速度積分器２６＿５の出力がゼロと仮定しているので発電機が回転すると、エンコーダからの信号で位相計数タイマが動作することとなる。そして位相計数タイマの値から位相変換器を介して位相テーブルの現在アドレスＮＴｎを得ることができる。位相テーブルは正弦波，余弦波を出力する。角速度積分器からの位相補正（補正位相）がないときは正弦波の位相はエンコーダからの信号に依存する。図３の（ｂ）図はその様子を示したタイムチャートである。位相変換器の出力は（数１６）式で求めた値ＮＴｎと、図３（ｄ）に示した正弦波テーブルの値をサンプリング毎に求めていくことで、図３（ｃ）に示すような正弦波値を得ることが出来る。
【００５５】
発電機の始動時はエンコーダによる信号で位相テーブルをもとめると位相テーブルからの出力の正弦波は発電機の誘起電圧の正弦波と位相が一定しない。図４はその状態を示す図である。図４（ａ）はエンコーダから作られる位相θenc による位相とθenc に誘起電圧とエンコーダからの誤差位相Δθを加算してθnow の位相のタイムチャートである。θnow は誘起電圧の位相と一致する。（ｂ）はエンコーダから作られた位相テーブルの正弦波出力である。（ｃ）はエンコーダから作られた位相に誤差位相Δθを加算して作ったθnow による位相テーブルの正弦波出力である。
【００５６】
次に始動時に位相テーブルの正弦波出力と同期発電機の誘起電圧の位相を合わせる方法の詳細について図１及び図５を用いて説明する。
【００５７】
尚、図５におけるブロック図における各機能は、図１のブロック図において述べた各機能に対応するものであり、同じ番号を付している。
【００５８】
始動時において、ゲート処理部でＰＷＭ信号形成部のゲート信号が発生しないようにゲートサプレスを掛ける必要がある。そのため、同期発電機３の電圧を電圧検出器９＿２は誘起電圧を検出し、電圧変換部１４で（数３）（数４）式で有効電圧と無効電圧を求める。位相同期制御部２８では、無効電圧がゼロになるように比例積分器２８＿４の偏差角速度ωdef を出力する。位相発生部２６のスイッチＡ２６＿３は接点２を選択し、偏差角速度ωdef を角速度積分器で積算して偏差位相θｑを得る。加算器２６＿６はエンコーダから作られた位相θenc と偏差位相θｑを加算して位相θnow を得る。θnow は位相テーブルのアドレスとなり正弦波，余弦波を得る。電圧変換部は、この正弦波と余弦波の値を用いて３相誘起電圧の値を有効電圧と無効電圧に変換する。このため、エンコーダからの位相と発電機を介して電圧変換部の正弦波，余弦波にフィードバックする一巡制御ブロックを図５に示す。
【００５９】
位相変換器２６＿２の出力はθenc であり、２８＿４は比例積分器、２６＿５は角速度積分器に相当する。（数４）式を展開するときのθにエンコーダからの位相と偏差位相が含まれることになる。（数１８）式は発電機の位相θｇとエンコーダと発電機の偏差位相Δθを加算する。即ち始動時における位相の不一致は（数１９）に示すように電圧変換部１４の位相θに、位相波テーブル２７の位相θnow には発電機の位相θｇと位相偏差Δθが含まれている。ここで（数１９）式を（数１８）式を代入すると（数２０）式を得る。図５において、Ｑｆをゼロにするように減算器２８＿３はゼロ指令２８＿２から無効電圧フィードバックＶＱＦを減算し、比例積分制御を実施する。すなわち（数２０）式の第１項目は限りなくゼロに近づく制御をする。そのため第２項目が残る。第２項のカッコ内は（数１８）式の２行目と等しいので目標値に達したときは（数２１）式に示すように有効電圧ＶＰｆとsin（△θ）の乗算値となる。このとき（数２１）式のＶＱｆは電動機の相電圧の最大値ＶＰｆになる。
【００６０】
【数１８】
ＶＱｆ＝Ｖｇα×sinθ−Ｖｇβcosθ
ＶＰｆ＝Ｖｇα×cosθ−Ｖｇβsinθ
【００６１】
【数１９】
θ＝θｇ＋△θ
【００６２】
【数２０】
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【００６３】
【数２１】
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また、△θ＝０のときはsin（△θ）＝０であり、△θ＝π／２のときはsin（△θ）＝１となるので線形化すると（数２２）式となる。（数２２）式を（数２１）式に代入すると無効電圧ＶＱｆと位相差△θの関係式が求まる。ＶＱｆと△θの伝達関数は（数２３）式で表される。また、比例積分の伝達関数は（数２４）式で表す。Ｋｐは比例定数、Ｋｉは積分定数である。その結果、角速度位相制御の一巡伝達関数Ｆ（ｓ）は（数２５）式で表すことが出来る。
【００６４】
【数２２】
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【００６５】
【数２３】
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【００６６】
【数２４】
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【００６７】
【数２５】
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【００６８】
その結果、始動時にゲートサプレスして誘起電圧を電圧変換部に入れて無効電圧をゼロになるように比例積分すると誘起電圧の位相と正弦波テーブルの位相が一致する。このとき偏差角速度ωdef は限りなくゼロに近づき、角速度積分器の出力位相θｑは一定値となる。すなわち、位相θｑはエンコーダから位相変換器を介して出力された位相θenc と誘起電圧位相の偏差値Δθとなる。すなわち、θｑは（数１９）式のΔθを意味する。このとき同期判定部２８＿１では無効電圧フィードバック値ＶＱｆの値がゼロに近い規定値以下に一定時間保たれたこと確認して位相テーブルの出力と発電機の誘起電圧が一致したと判断する。そしてスイッチＡ２６＿３は接点１を選択して、Δω＝０を角速度積分器の入力とした固定する。ゲート処理部ではゲートサプレスを解除して制御装置を発電領域で運転する。そして図５のブロックは（数２５）の伝達関数の応答に従い、無効電圧が限りなくゼロに近づき、有効電圧は誘起電圧の瞬時値の最大値に近づく。
【００６９】
また、同期発電機と位相テーブルの出力がより安全に同期を確認するため、同期判定部２８＿１では無効電圧フィードバック値ＶＱｆの値がゼロに近い規定値以下に一定時間保たれたこと確認して位相テーブルの出力と発電機の誘起電圧が一致したと判断するとともにさらに、ｚパルスを１回以上発生したことを確認の上同期と判断する。すなわち、位相計数タイマはエンコーダのＺパルスにより１回転に１回クリアされるので、同期判定部では
（１）無効電圧が規定値以下になったこと
（２）すくなくともＺパルスが１回存在したこと
を確認の上、スイッチＡ２６＿３を１接点に選択して角速度積分器２６＿５に入力が入らないようにするとともに、ゲート処理部１１でＰＷＭ信号形成部２５サプレスを解除して発電機側変換器を駆動する。
【００７０】
系統側の瞬時停電を瞬時停電検出器１２が検出すると、ゲート処理部１１は
ＰＷＭ信号形成部２５にサプレス指令を送り、瞬停検出器が瞬停復帰を検出すると、
（１）発電機をフリーラン状態で始動指令が発生する。
（２）スイッチＡ２６＿３を接点２側に接続して位相同期制御部を動作させる。
（３）同期検出器が同期を判断したとき、スイッチＡ２６＿３の接点を１側を選択し角速度積分器にゼロ入力とする。
（４）ゲート処理部からＰＷＭ信号形成部にゲートサプレス解除の指令を出す。制御を行い制御装置を駆動する。
【００７１】
（実施例２）
次に本発明における他の実施例を説明する。駆動源が風力発電のような場合、風が少ないと回転しないので直結されている同期発電機の誘起電圧は発生しない。そのため本装置は運転状態に移行しない。
【００７２】
そこで本実施例は風がなくても始動できる方法を提供するものである。風がないときは系統電源側の変換器を駆動した後、発電機側変換器は初期速度指令から始動し、その後一定加速度で加速する。これにより同期電動機として始動する。そして、電動機が規定回転数に到達して、誘起電圧が大きくなり位相同期制御部の制御ゲインを充分に得ることができる。なおこのときゲートサプレスして同期電動機をフリーラン状態にする。その後、前期した発電機始動方法により位相同期制御を実施して、無効電圧が規定値以下になったこと、及びＺパルスが１回以上存在することを確認して通常運転に移行する。
【００７３】
本実施例を図６を用いて詳細に説明する。風力発電のような場合、風が微風で始動できないときは系統側電力変換器が駆動した後、電動機始動／停止指令部１０−４指令が次の命令を発行する。そしてスイッチＢ２９＿１，スイッチＣ29＿２，スイッチＤ２９＿３の接点を２側に接続する。スイッチＢ２９＿１は電動機として回転するための初期角速度に従った位相を選択し、スイッチＣ２９＿２は同期発電機３が電動機として運転するための初期角速度に相当した有効電圧初期指令値ＶＰＭを電動機初期値２９＿４から選択する。スイッチＤ２９＿３は同期発電機３が電動機として運転するための初期角速度に相当した無効電圧初期指令値ＶＱＭを電動機初期値２９＿４から選択する。このときの有効電圧初期指令値ＶＰＭは定格回転数時定格周波数Ｆとそ定格誘起電圧Ｖに対して周波数比例した値を設定する。つまりＶ／Ｆの電圧とする。無効電圧初期指令値ＶＱＭは力率１運転を行うためにゼロ値を設定する。次にゲート処理部１１はＰＷＭ信号形成部２５にサプレス解除指令を発行する。ＰＷＭ信号形成部２５は電動機初期値で規定されたＰＷＭ信号を発生して発電機側電力変換器４を駆動する。同期発電機の固定子は初期角速度により極低速指令の回転磁界が発生するので、回転子の磁極は固定子の回転磁界に同期して回転を開始する。角速度制御部２９＿５の出力ωout は（数２６式）に従い、初期値ωini からサンプリング毎に加速角速度ωａを加算する。
【００７４】
【数２６】
ωout＝ωini
ωout(ｎ)＝ωout(ｎ−１)＋ωａ
始動角速度積分器２９＿６は角速度ωout をサンプリング毎に積算すると（数１３）式のωdef の代わりにωout を代入して正弦波デーブルを用いて正弦波，余弦波出力する。電動機が加速を始めると、２相／３相変換器は電圧変換部は電動機初期値と電圧変換部１４からの出力を加算器２２，２３で加算した値を入力とする。その結果、回転数に相当した３相交流電圧指令を出力する。ＰＷＭ信号形成部はＰＷＭ信号を発電機側変換器にゲート信号を与え、同期発電機３を電動機として駆動する。
【００７５】
角速度検出器２９＿７はエンコーダからの信号により動作する位相計数タイマ２６＿１の値をサンプリング毎に係数して電動機の回転数を検出する。角速度検出器２９＿７は規定回転数に達したことを確認して制御指令部に規定回転数到達信号を送り、始動／停止指令部１０−１は発電機としての始動指令を発行するので指令ゲート処理部１１からゲートサプレス指令を発生する。このときスイッチＢ２９＿１，スイッチＣ２９＿２，スイッチＤ２９＿３は１側接点を選択し、通常の運転状態にする。この結果、風車は慣性で回転している間に前期発電機の同期方法に従い始動すれば、本装置は誘起電圧の位相と電圧に一致させて運転状態に移行できる。
【００７６】
【発明の効果】
従来技術の問題点を解決し、同期発電機が始動時に変換器が発生する三相正弦波指令の位相と大きさと誘起電圧の位相と大きさを精度良く一致させて安定した運転を可能にする同期発電機の制御方法および制御装置を提供できる。また、系統側電源の瞬停再始動に関しても安定して再始動する制御方法および制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明の角速度加算による正弦波発生方法の説明図である。
【図３】本発明のエンコーダによる正弦波発生方法の説明図である。
【図４】本発明の位相発生部と位相同期制御の同期状態のタイムチャートを示す図である。
【図５】本発明の位相同期制御の原理ブロック図である。
【図６】本発明の他の実施例の詳細ブロック図である。
【符号の説明】
１…駆動源、２…回転変換器、３…同期発電機、４…発電機側電力変換器、５…平滑コンデンサ、６…系統側電力変換器、７…系統側電源、８…エンコーダ、９＿１…電流変流器、９＿２…電圧検出器、１０…制御指令部、１０−１…始動／停止指令部、１０−２…有効電力指令部、１０−３…無効電力指令部、１０−４…電動機始動／停止指令部、１１…ゲート処理部、１２…瞬停検出器、１３…電流変換部、１４…電圧変換部、１５…電力変換部、１６…電力制御部、１７，１８，２０，２１，２１…減算器、１９…電流制御部、２２，２３，２６＿６…加算器、２４…２相／３相変換部、２５…ＰＷＭ信号形成部、２６…位相発生部、２６＿１…位相計数タイマ、２６＿２…位相変換器、２６＿３…スイッチＡ、２６＿４…Δω＝０値、２６＿５…角速度積分器、２７…位相波テーブル、２８…位相同期制御部、２８＿１…同期判定部、２８＿２…ゼロ指令、２８＿３…減算器、２８＿４…比例積分器、２８＿５…同期判定部、２９…電動機始動制御部、２９＿１…スイッチＢ、２９＿２…スイッチＣ、２９＿３…スイッチＤ、２９＿４…電動機初期値、２９＿５…角速度制御部、２９＿６…始動角速度積分器、２９＿７…角速度検出器。
【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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