(57)【要約】      （修正有）【課題】洋上風力発電や海洋発電などの発電電力を低周波交流電力で送電する送電システムにおいて、周波数変換や交直変換の余剰分を抑え、コスト及び損失の低減を図る送電システムとその制御方法を提供する。【解決手段】風力発電機１が発電した交流電力を直流電力に変換するコンバータ２と、直流電力を商用周波数より周波数が低い低周波交流電力に変換するインバータ４と、低周波交流電力を送電する送電ケーブル５と、送電ケーブル５の受電端において低周波交流電力の周波数を商用周波数に変換するサイクロコンバータ７を有する。サイクロコンバータ７は、送電ケーブル５側は系統電圧の１／３の周波数で、かつ、送電ケーブル５側の交流電圧値が交流電圧指令値Ｖｒｅｆと等しくなるような交流電力を、送電ケーブル５側から負荷系統８側へと融通する。【選択図】図１
2016101030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機が発電した交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記直流電力を商用周波数より周波数が低い低周波交流電力に変換するインバータと、
前記低周波交流電力を送電する送電ケーブルまたは送電線を備えた送電システムにおいて、
前記送電ケーブルまたは送電線の受電端において前記低周波交流電力の周波数を商用周波数に変換する周波数変換装置を有することを特徴とする送電システム。
【請求項２】
前記周波数変換装置の入力側の周波数に追従して運転するように前記インバータを制御するインバータ制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の送電システム。
【請求項３】
前記インバータに入力する前記直流電力の直流電圧が一定となるように制御する直流電圧制御部を有することを特徴とする請求項１または２項に記載の送電システム。
【請求項４】
前記周波数変換装置に入力する前記交流電力の交流電圧が交流電圧指令値に近づくように制御する交流電圧制御部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の送電システム。
【請求項５】
前記コンバータおよび前記インバータを複数台並列に設置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の送電システム。
【請求項６】
前記送電ケーブルまたは送電線の両端に遮断器を設置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の送電システム。
【請求項７】
コンピュータを用いて、
コンバータにより発電機が発電した交流電力を直流電力に変換するステップと、
インバータにより前記直流電力を商用周波数より低い周波数の交流電力に変換するステップと、
送電ケーブルまたは送電線により前記交流電力を送電するステップを含む送電システムの制御方法において、
前記送電ケーブルまたは送電線の受電端に設置した周波数変換装置により前記交流電力の周波数を商用周波数より低い周波数から商用周波数に変換するステップを含むことを特徴とする送電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力を長距離送電する場合の送電システムとその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、洋上風力発電システムや海洋発電システムなどの開発や実用化が進められている。これらのシステムは電力消費地から遠方に設置されることが多いため、送電ケーブルなどによる大容量の長距離送電が必要となる。一般的な商用周波数で交流ケーブルを用いて長距離送電を行う場合、送電距離に比例してケーブルキャパシタンスによる充電電流が増加するので、送電損失が増大し、送電システムの安定性が低下するという問題がある。
【０００３】
長距離送電時の損失は無効電流に影響される。ケーブルに交流電流を流すと、本来送電したい有効電流の他に、静電容量による無効電流が流れる。この無効電流Ｉｃの大きさは、（１）式であらわされる。
（数１）
Ｉｃ＝２πｆ×Ｃ×ｌ×Ｖ／√３    ……（１）
ｆ：周波数、Ｃ：単位長あたり静電容量、ｌ：ケーブル長さ、Ｖ：電圧
送電距離であるケーブル長さｌが長くなると、無効電流Ｉｃが大きくなる。その結果、皮相電流Ｉ＝SQRT（ＩＰ２＋ＩＣ２）が大きくなって、ケーブルの抵抗分Ｒによる損失Ｐloss＝Ｉ２×Ｒが大きくなる。
【０００４】
長距離を送電する送電システムの安定性は送電ケーブルのインピーダンスに依存する。長距離送電で送電電流が大きくなると、送電ケーブルのインピーダンスによる電圧降下も大きくなる。インピーダンスＺは、（２）式であらわされる。
（数２）
Ｚ＝（Ｒ＋ｊ２πｆ×Ｌ）×ｌ    ……（２）
ｆ：周波数、Ｒ：単位長あたり抵抗、Ｌ：単位長あたりインダクタンス、ｌ：ケーブル長さ
つまり、送電距離であるケーブル長さｌが長くなれば、インピーダンスＺが大きくなり、発電機の出力電圧に比べて負荷側の電圧が低下し、送電システムは安定運転が難しくなる。
【０００５】
損失の増大および安定性の低下を回避する送電システムとして、直流送電システムが検討されている。しかし、直流送電システムでは電流ゼロ点がないため、送電ケーブルで短絡や地絡などが発生すると、通常の機械式遮断器によって電流を遮断することができない。したがって、直流送電システムでは特殊な直流遮断器が必要となる。
【０００６】
また、交流送電システムでは絶縁性能に優れた固体絶縁ケーブルが使われるが、直流送電システムでは空間電荷が蓄積し易いため、油浸紙絶縁を施したＯＦケーブルを使わざるをえない。ＯＦケーブルは固体絶縁ケーブルに比べて加工やメンテナンスが行いにくい。つまり、直流送電システムは直流遮断器やＯＦケーブルの導入が必須であり、直流送電システムにおいて交流送電システムと同等の保護を行おうとすると、コスト高を招いた。
【０００７】
そこで、長距離を低損失且つ低コストで送電するシステムとして、低周波交流送電システムが期待されている。例えば特許文献１では、周波数変換装置の一種であるサイクロコンバータを用いた低周波交流送電システムが提案されている。低周波交流送電システムでは、送電ケーブルの送電端側のサイクロコンバータを利用して送電時の周波数を小さくすることにより、送電損失を低減することが可能である。また、インピーダンスも低下するので、電圧安定性も向上する。さらに、低周波交流送電システムでは、直流送電のように特殊な直流遮断器やＯＦケーブルを使用する必要がなく、コストの低減化が図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２７８８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、洋上風力発電システムや海洋発電システムなどに組み込まれる発電機では、風力や潮力などを受けて風車やタービンの回転速度が変動するので、発電電力の周波数は回転速度の変動に応じて変動する。そのため、風力発電所や海洋発電所などの発電機では、発電電力の周波数を制御すべく、発電した交流電力をコンバータによって直流電力に変換し、それをインバータで再度交流電力に変換している。
【００１０】
したがって、上記のコンバータおよびインバータを備えた発電システムにおいて前述の低周波交流送電システムを適用しようとすると、送電ケーブル送電端側にインバータとサイクロコンバータの両方が設置される。このとき、サイクロコンバータが、インバータにより直流から変換した交流電力を、低周波数の交流電力に変換するので、交直変換および周波数変換が過剰に行われることがあり、送電損失が増大するおそれがあった。また、低周波交流送電システムでは、低周波数の交流電力を商用周波数などの交流電力に戻す必要があるので、サイクロコンバータを送電ケーブルの送電端側と受電端側の両方に設置しなくてはならず、コストが増大した。
【００１１】
本発明の実施形態は、上記の課題を解決するために提案されたものであり、洋上風力発電や海洋発電などの発電電力を低周波交流電力で送電する送電システムにおいて、簡単な構成により周波数変換や交直変換の余剰分を抑えることができ、コストおよび損失の低減を図った送電システムとその制御方法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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係る送電システムは、次の構成要素（ａ）〜（ｄ）を有することを特徴とする。
（ａ）発電機が発電した交流電力を直流電力に変換するコンバータ。
（ｂ）前記直流電力を商用周波数より周波数が低い低周波交流電力に変換するインバータ。
（ｃ）前記低周波交流電力を送電する送電ケーブルまたは送電線。
（ｄ）前記送電ケーブルまたは送電線の受電端において前記低周波交流電力の周波数を商用周波数に変換する周波数変換装置。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すシステム構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態におけるインバータの入出力処理を示すフローチャート。
【図３】第１の実施形態におけるサイクロコンバータの入出力処理を示すフローチャート。
【図４】第１の実施形態において送電電力Ｐに対する負荷側電圧Ｖの特性を示すグラフ。
【図５】本発明の第２の実施形態を示すシステム構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（１）第１の実施形態
（構成）
以下、本発明に係る第１の実施形態の構成について図１を参照して説明する。第１の実施形態は、洋上風力発電システムなどに組み込まれた風力発電機１から、遠く離れた負荷系統８へと送電を行う長距離送電システムであって、風力発電機１側に内蔵されるコンバータ２及びインバータ４と、周波数変換装置の一種であるサイクロコンバータ７とを組み合わせた低周波交流送電システムである。
【００１５】
風力発電機１にはコンバータ２が設置されている。コンバータ２には直流回路３を介してインバータ４が接続されている。コンバータ２による交直変換制御は、一般的な風力発電機１で行われる動作と同じである。コンバータ２は交流電力から変換した直流電力を、直流回路３を介してインバータ４に与える。
【００１６】
直流回路３には、直流回路３の直流電圧値を検出する直流電圧検出器９が設けられている。直流電圧検出器９には直流電圧制御回路１０およびパルス発生回路１３が順次接続されている。直流電圧制御回路１０は直流電圧検出器９から直流回路３の直流電圧値を入力し、この直流電圧値が所定の直流電圧指令値Ｖｄｒｅｆと等しくなるような制御信号を、パルス発生回路１３へ出力する。
【００１７】
インバータ４はコンバータ２から入力した直流電力を、商用周波数の１／３の周波数を持つ低周波交流電力に変換する。インバータ４には遮断器６を介して送電ケーブル５が接続されている。つまり、送電ケーブル５の送電端にインバータ４が設置されている。インバータ４と遮断器６との間には交流電圧検出器１１および位相検出回路１２が接続されており、位相検出回路１２には前記パルス発生回路１３が接続されている。このうち交流電圧検出器１１はインバータ４が出力する交流電圧値を検出する。位相検出回路１２は交流電圧検出器１１の検出した交流電圧値から交流電圧位相検出値θＬを演算し、これをパルス発生回路１３へ与える。
【００１８】
パルス発生回路１３は、直流電圧制御回路１０が出力した制御信号と、位相検出回路１２が出力した交流電圧位相検出値θＬに基づいて、スイッチングパルス信号Ｓ１を生成し、これをインバータ４へ与える。これにより、インバータ４は送電ケーブル５側の交流電圧と同じ周波数で、且つ直流電圧が直流電圧指令値Ｖｄｒｅｆと等しくなるような交流電力を送電ケーブル５に出力する。
【００１９】
インバータ４はコンバータ２からの直流電力を、商用周波数の１／３の周波数を持つ低周波交流電力に変換するとしたが、この商用周波数の１／３という低周波数は、サイクロコンバータ７によって決まる。つまり、インバータ４は、パルス発生回路１３により、サイクロコンバータ７に入力する送電ケーブル５側の交流電圧の周波数に追従して運転される。
【００２０】
送電ケーブル５の受電電端には遮断器６’を介してサイクロコンバータ７が配置され、サイクロコンバータ７には負荷系統８が接続されている。サイクロコンバータ７は送電ケーブル５から送られてくる低周波交流電力の周波数を商用周波数に変換して、商用周波数の交流電力を負荷系統８に出力する。サイクロコンバータ７において、送電ケーブル５側を低周波回路側、負荷系統８側を商用周波数回路側とする。
【００２１】
サイクロコンバータ７の低周波回路側には、交流電圧検出器１４が接続されている。交流電圧検出器１４はサイクロコンバータ７に入力する低周波交流電力の交流電圧値を検出する。交流電圧検出器１４には交流電圧制御回路１５およびパルス発生回路１８が順次接続されている。交流電圧制御回路１５は交流電圧検出器１４の検出値であるサイクロコンバータ７が入力する交流電圧値を取り込み、交流電圧検出器１４の検出値が所定の交流電圧指令値Ｖｒｅｆと等しくなるような制御信号を、パルス発生回路１８へ出力する。
【００２２】
サイクロコンバータ７の商用周波数回路側には交流電圧検出器１６が接続されている。交流電圧検出器１６はサイクロコンバータ７が負荷系統８に出力する交流電圧値を検出する。交流電圧検出器１６には位相検出回路１７および前記パルス発生回路１８が順次接続されている。位相検出回路１７は交流電圧検出器１６から、サイクロコンバータ７が出力する交流電圧値を取り込み、そこから交流電圧の位相θＨを演算して、これをパルス発生回路１８へ与える。パルス発生回路１８は、交流電圧制御回路１５からの制御信号と、位相検出回路１７からの電圧位相θＨに基づいて、スイッチングパルス信号Ｓ２を生成し、これをサイクロコンバータ７へ与える。
【００２３】
この際、パルス発生回路１８は、送電ケーブル５側の電圧発振周波数が負荷系統８側電圧の位相θＨの発振周波数の１／３となるように、スイッチングパルス信号Ｓ２をサイクロコンバータ７へ与えて、サイクロコンバータ７の運転を行う。これにより、サイクロコンバータ７の負荷系統８側は系統電圧に同期しながら運転する。また、サイクロコンバータ７の送電ケーブル５側は系統電圧の１／３の周波数で、且つ送電ケーブル５側の交流電圧値が交流電圧指令値Ｖｒｅｆと等しくなるような交流電力を、送電ケーブル５側から負荷系統８側へと融通する。
【００２４】
（作用）
図１に示した送電システムの運転を行った場合、インバータ４とサイクロコンバー７の間で遮断器６、６’および送電ケーブル５を介して送電される交流電力は、サンクロコンバータ７により決まる系統周波数の１／３の周波数、例えば負荷系統が６０Ｈｚであれば２０Ｈｚである。すなわち、本実施形態に係る送電システムでは、サイクロコンバータ７に追従運転するインバータ４が、風力発電機１が発電した直流電力を２０Ｈｚの交流電力に変換し、変換した交流電力を、送電ケーブル５、遮断器６、６’を介してサイクロコンバータ７へと送る。サイクロコンバータ７は入力した２０Ｈｚを６０Ｈｚに変換した後、負荷系統８へと供給する。
【００２５】
また、以上のような本実施形態では、次のようにしてインバータ４の入出力のバランスをとり、直流電圧を一定に保っている。図２のフローチャートに示すように、発電機１が発電しコンバータ２により直流に変換された発電電力と、インバータ４により交流電力に変換されて送電ケーブル５側へ出力される出力電力と損失分をあわせた値とを比較する（Ｓ１１）。
【００２６】
そして、直流電圧が出力電力と損失分をあわせた値よりも大きいと（Ｓ１１のＹｅｓ）、直流回路３の電圧が上昇するので直流電圧検出器９はこれを検出する（Ｓ１２）。直流電圧検出器９からの検出値を取り込んだ直流電圧制御回路１０は制御信号を出力し、インバータ４の出力電力を増加させる。その結果、インバータ４に入力される発電電力と、インバータ４から出力される電力とバランスをとる（Ｓ１３）。反対に、直流電力が、出力電力と損失分をあわせた値よりも小さい場合は（Ｓ１１のＮｏ）、直流電圧検出器９は直流回路３の電圧が低下したことを検出し（Ｓ１４）、直流電圧制御回路１０の制御信号によりインバータ４の出力電力が減少して、インバータ４の入出力とのバランスをとる（Ｓ１５）。これにより、インバータ４に入力される直流電圧を一定に保つことができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、次のようにしてサイクロコンバータ７の入出力のバランスをとっている。図３のフローチャートに示すように、送電ケーブル５側からサイクロコンバータ７へ入力される電力が、サイクロコンバータ７が負荷系統８へ出力する電力と損失分をあわせた値より大きいと（Ｓ２１のＹｅｓ）、送電ケーブル５側の交流電圧が上昇する。このとき、交流電圧検出器１４は交流電圧の上昇を検出し（Ｓ２２）、パルス発生回路１８によるサイクロコンバータ７の交流電圧制御により、サイクロコンバータ７の出力電力が増加して、サイクロコンバータ７の入出力のバランスをとる（Ｓ２３）。
【００２８】
逆に、送電ケーブル５側からサイクロコンバータ７へ入力される電力が、サイクロコンバータ７が負荷系統８へ出力する電力と損失分をあわせた値より小さいと（Ｓ２１のＮｏ）、送電ケーブル５側の交流電圧が低下する。その結果、交流電圧検出器１４がこれを検出し（Ｓ２４）、パルス発生回路１８によるサイクロコンバータ７の交流電圧制御により、サイクロコンバータの出力電力が減少してバランスをとる（Ｓ２５）。
【００２９】
上記の処理において各損失分は送電電力に比べると充分小さい値である。したがって、本実施形態ではインバータ４およびサイクロコンバータ７の入出力のバランスを取ることにより、風力発電機１により発電された電力とほぼ同じ電力を、負荷系統８へと確実に供給することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、送電ケーブル５で短絡や地絡などの事故が発生した場合に、両端の遮断器６、６’が通常の交流送電系統と同様に電流ゼロ点で開放して事故を除去することができる。
【００３１】
（効果）
本実施形態を使用すると、発電機１の発電電力を、送電ケーブル５を介して、サイクロコンバータ７により決まる系統周波数の１／３の周波数の交流電力で、負荷系統８へ送電することができる。すなわち、交流送電時の周波数ｆを小さくすることで、前記（１）式からも明らかなように通常の交流送電に比べて送電損失を低減し、送電可能な電力を大きくすることができる。また、交流送電時の周波数ｆを小さくすることで、前記（２）式におけるインピーダンスＺを低減し、電圧降下の面からも送電可能な電力を大きくすることができる。
【００３２】
図４に、周波数６０Ｈｚの場合と２０Ｈｚの場合の、送電電力と負荷側電圧の関係を示す特性の一例を示す。ケーブルの静電容量があるために送電電流が小さい領域では６０Ｈｚ送電の方が２０Ｈｚ送電の場合と比べて電圧が高い。しかし、送電電力が大きくなると、インピーダンスによる電圧降下により、６０Ｈｚ送電の方が２０Ｈｚ送電の場合と比べて電圧が大きく低下し、安定に送電できる電力の最大値は２０Ｈｚの方が２倍程度大きくなる。
【００３３】
以上の結果、本実施形態を使用した場合、洋上風力発電や海洋発電などの発電電力の電力損失を小さくすることができ、かつ直流遮断器のような特殊な機器を必要としないので、低コストで、遠方の負荷系統８へ電力を供給することができる。
【００３４】
本実施形態においては、インバータ４により直流から変換した低周波交流電力を、送電ケーブル５の受電端に設置した１台のサイクロコンバータ７によって、商用周波数の交流電力に変換するので、交直変換および周波数変換が過剰に行われることがなく、送電損失およびコストを低下させることができる。これにより、送電性能および経済性の向上に寄与することができる。
【００３５】
（２）第２の実施形態
（構成）
図５は第２の実施形態に係る送電システムのシステム構成図である。上記図１に示した第１の実施形態では、１台の風力発電機１で発電された電力を、それぞれ１台のコンバータ２およびインバータ４を介して送電ケーブル５へ供給する構成であったが、これに対して、図５に示す第２の実施形態では、複数の風力発電機１、１ａ・・・・・・１ｘがそれぞれ、複数のコンバータ２、２ａ・・・・・・２ｘ、複数のインバータ４、４ａ・・・・・・４ｘを介して送電ケーブル５へ供給する構成である。
【００３６】
ここで、各コンバータ２、２ａ・・・・・・２ｘは、それぞれ接続される風力発電機１、１ａ・・・・・・１ｘの発電電力を直流電力に変換するよう制御を行い、各インバータ４、４ａ・・・・・・４ｘは、それぞれ直流電圧検出器９、９ａ・・・・・・９ｘにより接続される直流回路３、３ａ・・・・・・３ｘの電圧値を検出し、その値が直流電圧指令値Ｖｄｒｅｆと等しくなるよう直流電圧制御回路１０、１０ａ・・・・・・１０ｘで制御を行い、直流電圧制御回路１０、１０ａ・・・・・・１０ｘが出力した制御信号をパルス発生回路１３、１３ａ・・・・・・１３ｘへ与える。
【００３７】
また、各位相検出回路１２、１２ａ・・・・・・１２ｘではそれぞれ交流電圧検出器１１、１１ａ・・・・・・１１ｘにより検出した交流電圧位相検出値θＬ、θＬａ・・・・・・θＬｘを演算してパルス発生回路１３、１３ａ・・・・・・１３ｘへ与える。パルス発生回路１３、１３ａ・・・・・・１３ｘでは、制御出力値と電圧位相検出値θＬ、θＬａ・・・・・・θＬｘに基づきインバータ４、４ａ・・・・・・４ｘへスイッチングパルス信号Ｓ1を与える。これにより、各インバータ４、４ａ・・・・・・４ｘは送電ケーブル５側交流電圧と同じ周波数で、直流電圧が指令値と等しくなるような交流電力を出力する。
【００３８】
送電ケーブル５からサイクロコンバータ７、さらには負荷系統８にわたる構成は、図１に示した第１の実施形態と同じである。すなわち、サイクロコンバータ７では、送電ケーブル５側の電圧を交流電圧検出値１４により検出し、検出した電圧の大きさが、電圧指令値Ｖｒｅｆに等しくなるよう交流電圧制御回路１５により制御を行い、制御信号を出力してパルス発生回路１８へ与える。また、位相検出回路１７では負荷系統側交流電圧の位相θＨを演算してパルス発生回路１８へ与える。
【００３９】
パルス発生回路１８では、制御出力値と電圧位相θＨに基づきサイクロコンバータ７へスイッチングパルス信号を与える。この際、送電ケーブル側の電圧発振周波数が負荷系統側電圧の位相θＨの発振周波数の１／３となるようにスイッチングパルス信号Ｓ２を発生して運転を行う。これにより、サイクロコンバータ７は、負荷系統８側は系統電圧に同期しながら運転し、低周波回路側は系統側電圧の１／３の周波数で、低周波回路側の交流電圧の大きさが指令値と等しくなるような電力を、送電ケーブル５側から負荷系統８側へ融通する。
【００４０】
（作用）
図５に示した第２の実施形態の送電システムにより運転を行った場合、インバータ４、４ａ・・・・・・４ｘとサイクロコンバー７の間で遮断器６、６’および送電ケーブル５を介して送電される電力は、上記第１の実施形態と同じく、サンクロコンバータ７により決まる系統周波数の１／３の周波数、例えば負荷系統８が６０Ｈｚであれば２０Ｈｚである。
【００４１】
一方、各発電機１、１ａ・・・・・・１ｘが発電し、それぞれコンバータ２、２ａ・・・・・・２ｘにより直流に変換された発電電力が、インバータ４、４ａ・・・・・・４ｘにより交流電力に変換されて送電ケーブル５側へ出力される電力と損失分をあわせた値よりも大きい場合や小さい場合は、直流回路３、３ａ・・・・・・３ｘの電圧が上昇あるいは低下し、インバータ４、４ａ・・・・・・４ｘの直流電圧制御回路１０、１０ａ・・・・・・１０ｘの制御により各インバータ４、４ａ・・・・・・４ｘの出力電力が増加あるいは減少してバランスをとる。これにより、各インバータ４、４ａ・・・・・・４ｘに入力される直流電圧を一定に保つことができる。
【００４２】
この動作は、各発電機１、１ａ・・・・・・１ｘの発電状況に応じて、各コンバータ２、２ａ・・・・・・２ｘ、インバータ４、４ａ・・・・・・４ｘで独立に行われる。例えばインバータ４では直流電圧を上昇させるために出力を減少している時に、別のインバータ４ａでは直流電圧を低下させるために出力を増加するよう動作している可能などもある。こうして各インバータ４、４ａ・・・・・・４ｘから出力された電力の合計量が、遮断器６を介して送電ケーブル５へ与えられる。
【００４３】
一方、送電ケーブル５側からサイクロコンバータ７へ入力される電力、すなわち発電機１、１ａ・・・・・・１ｘの合計発電量が、サイクロコンバータ７が負荷系統８へ出力する電力と損失分をあわせた値より大きいと、送電ケーブル５側の交流電圧が上昇し、サイクロコンバータ７の交流電圧制御によりサイクロコンバータ７の出力電力が増加してバランスをとる。
【００４４】
逆に、サイクロコンバータ７へ入力される電力が、サイクロコンバータ７が出力する電力と損失分をあわせた値より小さいと、サイクロコンバータ７では低周波回路側の交流電圧が低下し、パルス発生回路１８によるサイクロコンバータ７の交流電圧制御によりサイクロコンバータ出力電力が減少して、バランスをとる。
【００４５】
上記の処理において各損失分は送電電力に比べると充分小さい値の第２の実施形態においても、インバータ４およびサイクロコンバータ７の入出力のバランスを取ることにより、風力発電機１、１ａ・・・・・１４ｘにより発電された電力とほぼ同じ電力を、負荷系統８へと確実に供給することができる。また、第２の実施形態でも、送電ケーブル５で短絡や地絡などの事故が発生した場合に、両端の遮断器６、６’が通常の交流送電系統と同様に電流ゼロ点で開放して事故を除去することができる。
【００４６】
（効果）
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、負荷系統８の周波数よりも低い周波数で送電を行うことにより、通常の交流送電に比べて送電損失を低減し、送電可能な電力を大きくすることができる。また、一般的な機械式の遮断器で保護を行うことができ、加工やメンテナンスが行いやすく絶縁性能にすぐれた固体絶縁ケーブルを使用できるため、低コストで済む。
【００４７】
このような効果に加えて、第２の実施形態によれば、複数の発電機１が設置されたシステムにおいても、発電機１、１ａ・・・・・・１ｘの発電電力を、送電ケーブル５を介して、サイクロコンバータ７により決まる系統周波数の１／３の周波数の交流電力で負荷系統８へ送電できる。サイクロコンバータ７側で交流電圧の大きさを交流電圧指令値Ｖｒｅｆと等しくなるよう制御することにより、複数の発電機１の出力にバラツキがあっても、それらの発電量の合計値を安定して負荷系統８へ供給することができる。
【００４８】
（３）他の実施形態
上記の実施形態では、送電ケーデル５の負荷側で、低周波の交流電力を負荷系統８と同じ周波数の交流電力に変換する装置として、サイクロコンバータ７を使用する構成としたが、サイクロコンバータ７の代わりに、同期発電機と誘導機を同軸上に接続した一般的な回転型周波数変換器や、コンバータとインバータの組み合わせによる交直変換装置を使用しても、同様の動作および効果を得ることができる。
【００４９】
また上記の実施形態では、サイクロコンバータ７の低周波側の周波数を、負荷系統側周波数に対して一定の割合、例えば１／３をかけた値としたが、負荷系統８側の周波数に関係なく、一般的な商用周波数よりも小さい一定の周波数となるよう制御しても同様の動作および効果を得ることができる。
【００５０】
さらに、第２の実施形態では、複数の発電機の出力電力がそれぞれコンバータおよびインバータを介して、１か所の送電ケーブル５に供給され、１か所のサイクロコンバータ７で負荷系統８へ電力供給する構成としたが、送電ケーブル５が途中分岐して、分岐した先にそれぞれ発電機、コンバータ、インバータが接続され、それらが最終的に１か所のサイクロコンバータ７で負荷系統８へ電力供給する構成としても、同様の動作および効果を得ることができる。
【００５１】
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１、１ａ・・・・・・１ｘ  風力発電機
２、２ａ・・・・・・２ｘ  コンバータ
３、３ａ・・・・・・３ｘ  直流回路
４、４ａ・・・・・・４ｘ  インバータ
５  送電ケーブル
６、６’  遮断器
７  サイクロコンバータ
８  負荷系統
９、９ａ・・・・・・９ｘ  直流電圧検出器
１０、１０ａ・・・・・・１０ｘ  直流電圧制御回路
１１、１１ａ・・・・・・１１ｘ  交流電圧検出器
１２、１２ａ・・・・・・１２ｘ  位相検出回路
１３、１３ａ・・・・・・１３ｘ  パルス発生回路
１４  交流電圧検出器
１５  交流電圧制御回路
１６  交流電圧検出器
１７  位相検出器、
１８  パルス発生回路
Ｖｄｒｅｆ  直流電圧指令値
Ｖｒｅｆ  交流電圧指令値
θＬ  電圧位相検出値（低周波側）
θＨ  電圧位相検出値（負荷系統側）
【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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