(57)【要約】【課題】稼働率および変換効率が高くなるとともに、制御を円滑に行うことのできる風力発電装置を提供することを課題とする。【解決手段】風車と、これにより駆動される発電機と、この発電機の出力を電力系統に供給するための電力変換装置とを備えた風力発電装置において、前記発電機が２組の出力巻線を備え、前記電力変換装置が２組の電力変換装置を備え、風速に応じて、前記発電機の各組の出力巻線をそれぞれ前記の各組の電力変換装置に個別にまたは並列に切替え接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、これにより駆動される発電機と、この発電機の出力を電力系統に供給するための電力変換装置とを備えた風力発電装置において、前記発電機が２組の出力巻線を備え、かつ前記電力変換装置が２組の電力変換装置を備え、前記発電機の各組の出力巻線をそれぞれ前記の各組の電力変換装置に個別にまたは並列に切替え接続する手段を有す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、前記各組の電力変換装置は、発電機側コンバータとこのコンバータに平滑コンデンサを有する直流中間回路を介して接続された系統側インバータおよび前記直流中間回路に接続されたチョッパ制御抵抗負荷回路とを備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の風力発電装置において、風速が規定の風速より高い状態では通常運転モードとし、前記２組の電力変換装置にそれぞれ前記発電機の各組の出力巻線を接続し、これらの２組の電力変換装置を並行して運転し、風速が規定の風速より低い状態では低風速運転モードとし、前記２組の電力変換装置の何れか一方の電力変換装置の運転を停止し、他方の電力変換装置に前記発電機の２組の出力巻線を並列に接続して、この電力変換装置を単独運転することを特徴とする風力発電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の風力発電装置において、通常運転モードから低風速運転モードへの切り替え時、および低風速運転モードから通常運転モードへの切り替え時に、運転から運転停止、または運転停止から運転開始への運転切り替えを行う電力変換装置において、この運転切り替えの過程で前記発電機の発生電力を前記チョッパ制御抵抗負荷回路で負担す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４の何れか１項に記載の風力発電装置において、前記発電機の並列に接続された２組の出力巻線に接続する１組の電力変換装置を、各組の電力変換装置の稼働する時間ができる限り均等になるように決められた順序で選択することを特徴とする風力発電装置。
【請求項６】
風車と、この風車により駆動される発電機とを備え、かつ発電機側コンバータと平滑コンデンサを有する直流中間回路を介して接続された系統側インバータおよび前記直流中間回路に接続されたチョッパ制御抵抗負荷回路とで構成された電力変換装置を備え、この電力変換装置により前記発電機の出力を電力系統に送るようにした風力発電装置であって、前記発電機が２組の出力巻線を備えるとともに、前記電力変換装置が２組の電力変換装置を備え、かつ、前記発電機の各組の出力巻線をそれぞれ前記各組の電力変換装置に個別または並列に切替え可能に接続したものにおいて、
所定風速より高い風速で運転する通常運転モードでは、前記発電機の２組の発電機出力巻線をそれぞれ前記各組の電力変換装置に接続して前記２組の電力変換装置を並行に運転し、所定風速より低い風速で運転する低風速運転モードでは、何れか一方の組の電力変換装置の運転を停止し、他方の組の電力変換装置に前記発電機の２組の出力巻線を並列にして接続してこの他方の組の電力変換装置を単独で運転することを特徴とする風力発電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の風力発電装置において、低風速運転モードで運転中に風速の増大により通常風速運転モードに切り替える際に、停止していた側の組の電力変換装置の運転を開始する前に、この組の電力変換装置内の直流中間回路の平滑コンデンサを前記発電機側または電力系統側から規定電圧まで充電してから、この組の電力変換装置の発電機側コンバータを前記発電機の並列接続されている２組の出力巻線に接続して運転を開始するとともに、直流中間回路のチョッパ制御抵抗負荷回路を動作させてこの負荷回路により負荷をとり、前記２組の電力変換装置の発電機側コンバータの運転が平衡したところで、前記発電機の２組の出力巻線の並列接続を切り離し、前記運転を停止していた側の組の電力変換装置の前記チョッパの動作を停止して系統側インバータの運転を開始す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】
この発明は、風力により回転駆動される風車により発電機を駆動して発電を行い、発電した電力を電力系統へ給電する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の抑制のために、自然エネルギーの風力を利用した風力発電装置の導入が拡大し、その重要性も高まり、より安定した運転が可能な装置が要求されるようになってきた。
【０００３】
風力発電装置は、風車と、これによって駆動される発電機と、発電機の出力を、系統と連系するための電力変換装置とで構成される(特許文献１参照)。
【０００４】
また、風力発電装置の発電量は、風速の３乗に比例するので、風速の変動に伴う発電量の変動が大きく、かつ低風速での発電量の低下が著しくなる。このため、風力発電装置では、風速の変動する中で、可能な限り効率よく大きな電力を取り出すために種々の工夫が行われている。
【０００５】
特許文献２に示す風力発電装置は、複数の出力巻線を組み込んだ発電機、または、１軸に結合した複数の発電機により構成した発電機を風車により駆動し、風速に応じて、発電機の複数の出力巻線の接続を切り替えて取り出すようにしたものである。この従来の風力発電装置によれば、風速が高いときは、発電機の複数の出力巻線を並列に接続して大電力を取り出し、風速が低いときには並列接続した複数の出力巻線のうちの幾つかを切り離して、少数の、例えば１つの出力巻線から小電力を取り出すことにより、風速によって大幅に変動する風車の回転数を効率よく制御することができる。しかし、発電機の出力巻線の接続を切替える時に発電機および風車への電気的および機械的な大きなショックが生じ、制御の円滑性が欠ける不都合がある。
【０００６】
さらに、風力発電装置に備えられる電力変換装置は、他の機器に比べて故障率の高い電子部品を多く含んでいるため、１台だけ設けたのでは、故障率が高くなり、発電装置の稼働率が低下する不都合がある。また、１台の電力変換装置によれば、風速が低下して小電力しか発電されていないときでも、発電機の定格容量で運転が行われるので、電力変換装置の変換効率が悪くなる不都合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１‐０６２８１４号公報
【特許文献２】特開２００７‐０８９３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、前記のような従来の風力発電装置における不都合を解消するために、稼働率および変換効率が高くなるとともに、制御を円滑に行うことのできる風力発電装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため、請求項１の発明は、風車と、これにより駆動される発電機と、この発電機の出力を電力系統に供給するための電力変換装置とを備えた風力発電装置において、前記発電機が２組の出力巻線を備え、かつ前記電力変換装置が２組の電力変換装置を備え、前記発電機の各組の出力巻線をそれぞれ前記の各組の電力変換装置に個別にまたは並列に切替え接続する手段を有することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１の発明は、前記各組の電力変換装置は、発電機側コンバータとこのコンバータに平滑コンデンサを有する直流中間回路を介して接続された系統側インバータおよび前記直流中間回路に接続されたチョッパ制御抵抗負荷回路とを備えるようにすることができる（請求項２）。
請求項２の発明においては、風速が規定の風速より高い状態では通常運転モードとし、前記２組の電力変換装置にそれぞれ前記発電機の各組の出力巻線を接続し、これらの２組の電力変換装置を並行して運転し、風速が規定の風速より低い状態では低風速運転モードとし、前記２組の電力変換装置の何れか一方の電力変換装置の運転を停止し、他方の電力変換装置に前記発電機の２組の出力巻線を並列に接続して、この電力変換装置を単独運転するのがよい（請求項３）。
請求項３の発明においては、通常運転モードから低風速運転モードへの切り替え時、および低風速運転モードから通常運転モードへの切り替え時に、運転から運転停止、または運転停止から運転開始への運転切り替えを行う電力変換装置において、この運転切り替えの過程で前記発電機の発生電力を前記チョッパ制御抵抗負荷回路で負担するようにすることにより、運転の切り替えを円滑に行うことができる（請求項４）。
【００１１】
請求項１から４の何れかの発明おいて、前記発電機の並列に接続された２組の出力巻線に接続する１組の電力変換装置を、各組の電力変換装置の稼働する時間ができる限り均等になるように決められた順序で選択するのがよい(請求項５)。
【００１２】
請求項６の発明は、風車と、この風車により駆動される発電機とを備え、かつ発電機側コンバータと平滑コンデンサを有する直流中間回路を介して接続された系統側インバータおよび前記直流中間回路に接続されたチョッパ制御抵抗負荷回路とで構成された電力変換装置を備え、この電力変換装置により前記発電機の出力を電力系統に送るようにした風力発電装置であって、前記発電機が２組の出力巻線を備えるとともに、前記電力変換装置が２組の電力変換装置を備え、かつ、前記発電機の各組の出力巻線をそれぞれ前記各組の電力変換装置に個別または並列に切替え可能に接続したものにおいて、
所定風速より高い風速で運転する通常運転モードでは、前記発電機の２組の発電機出力巻線をそれぞれ前記各組の電力変換装置に接続して前記２組の電力変換装置を並行に運転し、所定風速より低い風速で運転する低風速運転モードでは、何れか一方の組の電力変換装置の運転を停止し、他方の組の電力変換装置に前記発電機の２組の出力巻線を並列に接続してこの他方の組の電力変換装置を単独で運転することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項６の発明においては、低風速運転モードで運転中に風速の増大により通常風速運転モードに切り替える際に、停止していた側の組の電力変換装置の運転を開始する前に、この組の電力変換装置内の直流中間回路の平滑コンデンサを前記発電機側または電力系統側から規定電圧まで充電してから、この組の電力変換装置の発電機側コンバータを前記発電機の並列接続されている２組の出力巻線に接続して運転を開始するとともに、直流中間回路のチョッパ制御抵抗負荷回路を動作させてこの負荷回路により負荷をとり、前記２組の電力変換装置の発電機側コンバータの運転が平衡したところで、前記発電機の２組の出力巻線の並列接続を切り離し、前記運転を停止していた側の組の電力変換装置の前記チョッパの動作を停止して系統側インバータの運転を開始するのがよい（請求項７）。
【発明の効果】
【００１４】
この発明よれば、風車により駆動される発電機の発電機出力巻線を２組設け、これに対応して発電機の発生電力を電力系統へ送る電力変換装置も２組設けているので、１組の電力変換装置が故障しても他方の正常な電力変換装置を使用して風力発電装置の運転を継続することができるので、風力発電装置の稼働率を高めることができる。そして、大きな発電電力の得られる通常風速運転状態では並列に構成して２組の電力変換装置を並行運転し、発電電力の低下する低風速運転状態においては、発電機の２組の発電機出力巻線を並列接続して、２組の何れか一方の組の電力変換装置に接続して１組の電力変換装置の単独運転することができるので、低風速運転状態での発電機および電力変換装置の運転効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の風力発電装置の実施例を示すブッロク構成図。
【図２】この発明の風力発電装置の実施例の主回路を示す回路構成図。
【図３】図１に示す風力発電装置の動作波形図。
【図４−１】通常運転状態（電力変換装置の２台運転状態）の動作説明図。
【図４−２】電力変換装置の２台運転から１台運転への切替準備状態の動作説明図。
【図４−３】電力変換装置の１台運転への移行過程の動作説明図。
【図４−４】電力変換装置の１台運転へ移行した状態（低風速運転状態）の動作説明図。
【図４−５】電力変換装置の１台運転から２台運転への切替準備状態の動作説明図。
【図４−６】電力変換装置の２台運転への移行過程の動作説明図。
【図４−７】電力変換装置の２台運転へ移行した状態（通常運転状態）の動作説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、この発明の風力発電装置の実施例を示すブロック構成図である。
【００１８】
図１において、１は、風力により回転駆動される風車、２は、この風車１により駆動される永久磁石交流発電機である。この発電機２は、永久磁石の磁極を有する回転子２１を備え、この回転子２１は、風車１に連結され、回転駆動される。発電機２の固定子には起電力を発生しこの電力を出力する２組の出力巻線２２A，２２Bが設けられている。発電機２の各出力巻線２２A，２２Bの容量は、両方の巻線で発電機２の定格容量となるように任意に選ぶことができるが、ここではそれぞれ定格容量の５０％の容量としている。３は、風車１の受ける風力の風速を検出する風速計である。
【００１９】
さらに、４A，４Bは、それぞれ発電機２の各出力巻線２２A，２２Bから出力される交流電力を系統電力と同じ周波数の交流電力に変換して商用電源等に接続された系統母線８へ送る電力変換装置であり、２組設けられている。各電力変換装置４A，４Bは、発電機の出力巻線２２A，２２Bと同様に発電機２の定格容量の５０％の容量に選ばれている。５は、風力発電装置からその都度の風速における最大電力が取り出されるように全体を制御する発電制御装置、６A，６Bはそれぞれ、発電制御装置５から指令を受けて電力変換装置４A，４Bの変換動作を制御する電力変換制御装置、７は、電力変換装置４A，４Bの出力を、系統母線８に接続するための連系変圧器である。
【００２０】
電力変換装置４A，４Bは、図２に示すように、それぞれトランジスタとダイオードとを逆並列接続して形成したスイッチング回路を３相ブリッジ接続して構成され、発電機２から供給される３相交流電力を直流電力に変換する発電機側コンバータ４１A，４１Bと、同様にスイッチング回路を３相ブリッジ接続して構成され、前記コンバータの直流出力を３相交流電力に変換する系統側インバータ４２A，４２Bとを備え、このコンバータとインバータとを連系する直流中間回路には、平滑コンデンサ４５A，４５Bと、チョッパ４３A，４３Bと負荷抵抗４４A，４４Bとで構成されたチョッパ制御抵抗負荷回路とが接続されている。このチョッパ制御抵抗負荷回路は、直流中間回路の電圧、したがって平滑コンデンサ４５A，４５Bの電圧を監視していて、この電圧が予め設定された規定電圧以上にならないように調整する機能を有する。
【００２１】
発電機側コンバータ４１A，４１Bの入力は、風車１で駆動される交流発電機２の各出力巻線２２A，２２Bから引き出された出力母線２３A，２３BにスイッチＳＧA、ＳＧBを介して接続さる。系統側インバータ４２A，４２Bの出力は、それぞれスイッチＳＳA，ＳＳBを介して連系変圧器７の１次巻線７１に接続され、この連系変圧器の２次巻線７２が系統開閉スイッチＳＢを介して系統母線８に接続される。スイッチＳＰは、オフした状態で独立構成とされた発電機２の２組の出力巻線２２A，２２Bを、オンすることにより並列接続構成に切り替える接続切替スイッチである。
【００２２】
さらに、各電力変換装置４A，４Bの直流中間回路の平滑コンデンサの初期充電時の突入電流を抑制するために、各発電機側コンバータ４１A，４２Bの入力に接続された充電抵抗ＲＣA，ＲＣBを、それぞれ、充電スイッチＳＣ１A，ＳＣ２AおよびＳＣ１B，ＳＣ２Bを介して、交流発電機２の出力母線２３A，２３Bおよび系統変圧器の１次巻線７１A，７１Bに接続して構成した充電回路が設けられている。これにより、発電機側および系統側のどちらからでも平滑コンデンサの初期充電を行なうことができる。
【００２３】
このように構成された風力発電装置における制御装置の機能をもう少し詳しく説明する。
【００２４】
発電制御装置５は、風車１に付設された風速計３で検出された風車１の受ける風速Ｗｓを監視する。トルク演算指令部５１においては、この風速から、風車特性に応じた最適なトルク指令Ｔ*を算出し、この算出したトルク指令Ｔ*を電力変換制御装置６A，６Bに送出する。電力変換制御装置６A，６Bは、相互に運転状態の情報を交換し、両方の電力変換制御装置が運転されているときはトルク指令Ｔ*の１／２の値をそれぞれのトルク指令値ＴA*，ＴB*とする。一方、電力変換制御装置６A，６Bが、いずれか１台のみが運転されているときは、トルク指令Ｔ*をそのままトルク指令値ＴA*またはＴB*とする。
【００２５】
なお、ピッチ制御部５２は、風車１の回転数が、前記の検出された風速に対応する最適回転数となるように風車１へピッチ制御信号Ｐｃを送り、風車の羽根のピッチを制御することにより、風車１の回転数を、風速に対応した最適回転数に保つ。
【００２６】
各電力変換制御装置６A，６Bの発電機側コンバータ側の電力調節部６１A，６１Bは、それぞれトルク指令部５１から受け取ったトルク指令値ＴA*，ＴB*対応する電力指令値ＰA*，ＰB*を求め、この電力指令値と、発電機側コンバータの入力側の検出電圧ＶＧA，ＶＧBおよび電流ＩＧA，ＩＧBから求め発電機の出力電力ＰＧA，ＰＧBとを比較して両者の偏差が零となるような電流指令値ＩA*，ＩB*を求める調節演算を行う。この電流指令値ＩA*，ＩB*は、それぞれ電流調節部６２A，６２Bに与えられ、ここでコンバータ４１A，４１Bの入力電流ＩＧA，ＩＧBと比較され、偏差が零になるようにコンバータ４１A，４１Bの変換動作を制御する。これによりコンバータ４１A，４１Bは、発電機２の出力電力を、指令された電力の直流電力に変換する。
【００２７】
一方、系統側インバータ４２A，４２Bを制御する電力調節部６３A，６３B、電流調節部６４A，６４Bも、発電機側コンバータ４１A，４１Bを制御する電力調節部６１A，６１B、電流調節部６２A，６２Bと同様に、系統８へ送られる交流電力が発電制御装置５の電力演算指令部５１から与えられる電力指令値ＰA*，ＰB*と等しい電力となるように、インバータ４２A，４２Bの変換動作を制御する。
【００２８】
電圧調節部６５A，６５Bは、コンバータ４１A，４１Bとインバータ４２A，４２Bの間の直流中間回路の電圧ＶＤA，ＶＤBを検出してこの電圧が予め設定した電圧設定値Ｖ*を超えないようにチョッパ４３A，４３Bの導通を制御する動作を行う。この電圧が電圧調節部６５A，６５Bによってチョッパ４３A，４３Bの導通を制御することにより、系統側のインバータ４２A，４２Bが変換電力を系統へ出力できなくなったとき、抵抗４４A，４４Bによって電力が消費され直流中間回路の電圧ＶＤの上昇を抑えることができる。
【００２９】
また、発電制御装置５の運転制御部５３は、スイッチＳＧA，ＳＧB，ＳＳA，ＳＳBの開閉状態から電力変換装置４A，４Bの運転状態を検知し、その運転時間をカウントするなどして、電力変換装置４A，４Bを単独運転する際には、両方の電力変換装置を交互に均等に選択制御すことにより両方の電力変換装置の運転時間の平均化を図る機能をする。
【００３０】
次に、図３を参照して実施例装置の動作を具体的に説明する。
【００３１】
ここでは、風速が定格の１００％から２８％に低下し、さらに６０％に増加するような変化を示したときを例にとって説明する。また風速が１００％から３０％までの間での運転を通常運転、風速が定格の３０％以下の風速に低下したところでの運転を低風速運転と呼ぶことにする。
【００３２】
定格の１００％の風速のｔ0時点では通常運転モードで運転されており、トルク指令部５１から定格の１００％のトルク指令Ｔ*が発生され、２組の電力変換装置の電力変換制御装置６A，６Bにその１／２の５０％のトルク指令ＴA*，ＴB*がそれぞれ送られる。このときは、発電機２から定格の１００％の電力を得る必要があるので、出力巻線２２A，２２Bの出力端に接続された接続切替スイッチＳＰはオフにされ、出力巻線２２A，２２Bの並列接続が解除されている。そして、スイッチＳＧA，ＳＧBおよびＳＳA，ＳＳBがオンにされ、発電機２の出力巻線２２A，２２Bの出力は、それぞれ電力変換装置４A，４Bおよび連系変圧器７を介して系統母線８に送られる。
【００３３】
電力変換装置４A，４Bの発電機側コンバータ４１A，４１Bの変換動作を制御する電力調節部６１A，６１Bは、トルク指令部５１から与えられた定格の５０％のトルク指令ＴA*、ＴB*に対応して内部に設定する電力指令ＰA*，ＰB*を定格の５０％に設定し、電圧検出器４６A，４６B，電流検出器４７A，４７Bにより検出した発電機出力電圧ＶＧA，ＶＧBおよび電流ＩＧA，ＩＧBから、それぞれ、発電機２の出力巻線２２A，２２Bから出力される発電機の出力電力ＰＧA，ＰＧBを求め、これらが、前記の電力指令ＰA*、ＰB*と一致するように電力調節部６２A，６２Bを介して発電機側コンバータ４１A，４１Bの交流電力から直流電力へ変換する動作を制御する。また、系統側電力調節部６２A，６２Bも同様に、発電制御装置５のトルク指令部５１から与えられた定格の５０％のトルク指令ＴA*、ＴB*に対応して内部に設定する電力指令ＰA*，ＰB*を定格の５０％に設定し、電圧検出器４８A．４８Bおよび電流検出器４９A，４９Bから検出される系統側インバータ４２A，４２Bの出力電圧ＶＳA，ＶＳBおよび電流ＩＳA，ＩＳBから系統側インバータ４２A，４２Bの出力電力ＰＳA，ＰＳBを求め、これらの出力電力ＰＳA，ＰＳBが前記の電力指令ＰA*，ＰB*と一致するようにそれぞれ電流調節部６４A，６４Bを介してインバータ４２A，４２Bの直流電力から交流電力への変換動作を制御する。
これは通常運転状態であり、２台の電力変換装置４A，４Bが共に運転されており、図４−１に矢印で示すように、電力調節部６１A，６１B，６２A，６２Bに設定された電力指令ＰA*，ＰB*に等しい定格の５０％ずつの電力が発電機２の出力巻線２２A，２２Bから取り出されて電力変換装置４A，４Bを介して並行して系統母線８へ送られる。
【００３４】
風速がt１時点から低下をはじめ、t３時点で２８％まで達すると、トルク指令部５１から与えられるトルク指令Ｔ*がこの風速の変化に合わせて図３の（ａ）に示すように、定格の２８％となるまで低下する。この風速の低下過程において、トルク指令Ｔ*が運転モードの切替設定値である、例えば定格トルクの３０％に達するｔ２時点において、運転制御部５３から運転モードを通常運転モードから低風速運転モードへ切り替える指令が出され、接続切替スイッチＳＰがオンされ、低風速運転モードへの移行の準備が行われる（図３（ａ）、（ｄ））参照）。
【００３５】
接続切替スイッチＳＰのオン指令が送出されたところで、Ｂ系統の電力変換装置４Bは、電力調節部６２Bから系統側インバータ４２Bへの制御パルスをオフにしてこれを停止させ、同時に電圧調節部６５Bが同系統のチョッパ４３Bに制御パルスを送りこれの動作を開始することにより、Ｂ系統の発電機側コンバータ４１Bにより直流電力に変換された発電機２の出力巻線２２Bの発生電力は、系統８へ送出される代わりにチョッパ制御負荷回路の抵抗により消費されることにより確保される（図４−２参照）。
そして、接続切替スイッチＳＰがオンされることにより、さらに発電制御装置５の運転制御部５３が、運転台数指令を２台運転から１台運転へ切り替えを指令するため、予め設定された切り替え順序に従って、運転の継続される側、ここではＡ系統の電力変換制御装置６Aへ、トルク指令ＴA*を２倍（１４％を２８％に）にして与え、停止する側、ここではＢ系統の電力変換制御装置６Bへのトルク指令ＴB*は零にするとともに、このＢ系統の発電機側コンバータ４１Bへの制御パルスをオフしてこれの運転を停止し、かつ、チョッパ４３Bの運転を停止する（図３（ｅ）、（ｍ）、（ｐ）、（ｑ）参照）。この状態での電力の流れは、図４−３に矢印で示すように、発電機２の出力巻線２２Bの出力電力がスイッチＳＰを介してＡ系統の電力変換装置４A側に流れるようになる。
【００３６】
１台運転への切り替え時の電力変換装置の選択は、２台の電力変換装置４A，４Bの運転積算時間が平均化されるように、両方の電力変換装置の運転積算時間を監視するなどして、予め定めたアルゴリズムに従って決定するようにしている。
【００３７】
さらに、発電機側コンバータ４１Bおよび系統側インバータ４２Bが両方とも運転を停止したところで、このＢ系統の発電機側スイッチＳＧBおよび系統側のスイッチＳＳBをオフにして（図３（ｎ），（ｏ）参照）、このＢ系統の電力変装置４Bを系統８から完全に切り離すことにより、発電機２の２組の出力巻線の出力電力を並列に合わせた電力を１台のＡ系統の電力変換装置４Aから系統母線８へ送る、低風速運転モードへ移行する。
【００３８】
この低風速運転モードでは、図４−４に示すように、発電機２の２組の出力巻線２２A，２２Bの出力を並列に加えた電力を１台の電力変換装置４A（または４B）で所定の電力に変換して系統母線８へ送るようになるので、運転を継続している変換装置としては２台運転の場合より大きな電力を変換することになり、変換効率を高くすることができる。
【００３９】
なお、前記の低風速運転モードにおいては、電力変換装置側から発電制御装置５へ電力低減指令ＰＤが出されているため、トルク指令部５１の出力する最大のトルク指令Ｔ*が、定格の４５％に制限されるようになる。
【００４０】
このため、風速がｔ５時点から増加を始め、２８％トルク指令相当から６０％トルク指令に相当するまで増大しても、発電制御装置５のトルク指令部５１から出力されるトルク指令Ｔ*は、４５％のトルク指令に達したｔ６時点から、４５％のトルク指令に一定に保たれる（図３（ａ）参照）。
【００４１】
風速の増大により、トルク指令が、予め設定した運転モード切替設定値の例えば定格の４５％に達したｔ６時点で、運転を停止しているＢ系統のスイッチＳＧBおよびＳＳBがオンにされ、かつ、Ｂ系統の発電側コンバータ４１Bへの制御パルスをオンにして、電力変換装置の２台運転となる通常運転モードへの移行の準備が開始される。
【００４２】
この後、ｔ７時点で、運転制御部５３から２台運転への切替指令が出され、両系統へ４５％の１／２の２２．５％のトルク指令ＴA*、ＴB*が与えられ、かつＢ系統のチョッパ４３Bがオンされる。これにより、Ｂ系統の発電機側コンバータ４１Bが電力変換動作を開始し、２台運転への移行を始める。この状態では、図４−６に示すように、発電機２で発生される電力は、定格の２２．５％の電力がＡ系統の電力変換装置４Aから系統８へ送られ、残りの定格の２２．５％の出力巻線２２Bの電力は、Ｂ系統の発電機側コンバータ４１Bからチョッパ４３Bを介して、抵抗４４Bで負担されるようになる。
【００４３】
次いで、ｔ８時点において、図３（ｄ）に示すように、接続切替スイッチＳＰがオフにされる。これにより発電機２の２組の出力巻線２２A，２２Bの並列接続がショックなしに解除され、出力巻線２２A，２２Bがそれぞれ個別に電力変換装置４A，４Bに接続される。同時に、Ｂ系統の系統側インバータ６２Bをオンにし、チョッパ４３Bをオフにして、Ｂ系統の電力変換装置４Bから系統８への電力供給を開始し、電力変換装置２台運転へ移行する。
【００４４】
２台運転へ移行されると、ｔ９時点で電力低減指令ＴＤが解除される（図３（ｂ）参照）。これにともなって、トルク指令Ｔ*の制限が解除されることにより、トルク指令部５１からはそのときの風速に対応した定格の６０％のトルク指令Ｔ*が発生され、電力変換装置４A，４Bへの指令トルクＴA*，ＴB*がその１／２の３０％のトルク指令に変更される（図３（ｅ），（ｍ）参照）。これによって、電力変換装置４A，４Bが完全に２台運転に移行を完了し、電力変換装置４Aおよび４Bは、それぞれ、図４−７に示すようにその時の風速に対応して発電機２で発生される定格の６０％電力を、定格の３０％ずつ分担して、系統８へ送る。
【００４５】
このように、この発明によれば、風速に応じて自動的に運転モードを切り替えて運転を行うので、風力発電装置を高効率で運転することができる。すなわち、高風速時の通常運転モードでは、発電機の出力電力が大きくなるが、２組の出力巻線２２A，２２Bが１／２ずつ分担するので、各出力巻線に流れる電流は定格電流の１／２となるため、各出力巻線の抵抗損を減らすことが出来、発電効率を高めることができる。また、低風速時の低風速運転モードにおいては、発電機の出力電力が低下するが、２組の出力巻線の出力電力を合わせされて１台の電力変換装置で変換することになるので、２台の電力変換装置で変換する場合より変換電力が増えることにより電力変換装置の変換効率が高くなる。
【００４６】
また、この発明においては、通常運転モードにおいても、２組の電力変換装置のうちの１組の電力変換装置が故障した場合、低風速運転モードにおけるように正常な電力変換装置での１台運転に切り替えて運転を継続することができる。このため、この場合は、変換する電力が、最大で定格電力の５０％に低下するが、１台の電力変換装置が故障しても風力発電装置の運転を停止することなく継続することができるので、風力発電装置の稼働率が高くなる。故障した電力変換装置は、正常な電力変換装置を１台運転している間に取り外して修理を行うことができる。
【００４７】
また、風速の変化に伴って運転モードを変化する際、運転の切り替えが行われる電力変換装置内のチョッパ制御負荷回路において移行過程での電力の変動を負担することにより、発電機に対して大きな負荷変動を与えることなく極めて円滑に運転モードの切替を行うことができる。
【符号の説明】
【００４８】
１：風車、２：発電機、２２A，２２B：出力巻線、３：風速計、４A，４B：電力変換装置、４１A，４１B：発電機側コンバータ、４２A，４２B：系統側インバータ、４３A，４３B：チョッパ、４４A．４４B：抵抗、５：発電制御装置、６A，６B：電力変換性制御装置、７：連系変圧器、８：電力系統母線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
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【図４−５】
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【図４−６】
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【図４−７】
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