(57)【要約】【課題】系統連系風力発電システムにおいて、系統電圧瞬時低下が発生しても、二重給電巻線型誘導発電機を系統から解列させることなく、安定した運転動作が可能な二重給電巻線型誘導発電機の電力変換装置を提供する。【解決手段】ステータの１次巻線が電力系統に接続され、ロータの２次巻線を励磁する二重給電巻線型誘導発電機１３の該ロータの２次巻線を励磁する第１の電力変換器２１と、前記第１の電力変換器の直流側に接続されたＤＣバス２２と、前記ＤＣバスと電力系統に接続された第２の電力変換器２３と、前記ＤＣバスに一端が接続された双方向チャージャ３１と、前記双方向チャージャの他端に接続された電力蓄積装置３０とを備え、電力系統の電圧が予め決められた許容範囲外となった時に、電力蓄積装置の電力を双方向チャージャおよび前記第１の電力変換器を介して前記ロータの２次巻線に供給し、前記電力系統の電圧の低下を補償する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続された１次巻線を備えるステータと、２次巻線を備えるロータとを有する二重給電巻線型誘導発電機の電力変換装置であって、
前記２次巻線に電流を供給する第１の電力変換器と、
前記第１の電力変換器の直流側に接続されたＤＣバスと、
前記ＤＣバスと電力系統に接続された第２の電力変換器と、
前記ＤＣバスに一端が接続された双方向チャージャと、
前記双方向チャージャの他端に接続された電力蓄積装置とを備え、
前記電力系統の線間電圧と所定の目標値との偏差が予め決められた許容範囲外にある時は、前記電力蓄積装置の電力を前記双方向チャージャを介して前記ＤＣバスに供給することを特徴とする二重給電巻線型誘導発電機の電力変換装置。
【請求項２】
電力系統に接続された１次巻線を備えるステータと、２次巻線を備えるロータとを有する二重給電巻線型誘導発電機の電力変換装置であって、
前記２次巻線に電流を供給する第１の電力変換器と、
前記第１の電力変換器の直流側に接続されたＤＣバスと、
前記ＤＣバスと電力系統に接続された第２の電力変換器と、
前記第２の電力変換器の電力系統側に一端が接続された双方向チャージャと、
前記双方向チャージャの他端に接続された電力蓄積装置とを備え、
前記電力系統の線間電圧と所定の目標値との偏差が予め決められた許容範囲外にある時は、前記電力蓄積装置の電力を前記双方向チャージャを介して前記電力系統に供給することを特徴とする二重給電巻線型誘導発電機の電力変換装置。
【請求項３】
前記偏差が許容範囲内にある時に、前記二重給電巻線型誘導発電機の発電電力の変動を前記電力蓄積装置が補償する動作モードと前記電力蓄積装置へ充電する充電モードとを選択する優先順位判断部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電力変換装置は有効電力指令発生部をさらに備え、
前記有効電力指令発生部は、前記偏差が許容範囲内にあるか否かによって、異なる有効電力指令値を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電力変換装置は無効電力指令発生部をさらに備え、
前記無効電力指令発生部は、前記偏差が前記許容範囲内にあるか否かによって、異なる無効電力指令値を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１の電力変換器は、前記二重給電巻線型誘導発電機が発生する実際の有効電力が前記有効電力指令値になるように、前記２次巻線に電流を供給することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１の電力変換器は、前記実際の有効電力が前記有効電力指令値になるように、系統電圧のｑ軸電圧により補正を行い、前記２次巻線に電流を供給することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１の電力変換器は、前記二重給電巻線型誘導発電機が発生する実際の無効電力が前記無効電力指令値になるように、前記２次巻線に電流を供給することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１の電力変換器は、前記実際の無効電力が前記無効電力指令値になるように、系統電圧のｑ軸電圧により補正を行い、前記２次巻線に電流を供給することを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
ステータ側の１次巻線が電力系統に接続され、ロータ側の２次巻線を交流励磁する二重給電巻線型誘導発電機の該ロータ側の２次巻線を交流励磁する第１の電力変換器と、
前記第１の電力変換器の直流側に接続されたＤＣバスと、
前記ＤＣバスと電力系統に接続された第２の電力変換器と、
前記第２の電力変換器の電力系統側に一端が接続された双方向チャージャと、
前記双方向チャージャの他端に接続した電力蓄積装置とを備えたことを特徴とする二重給電巻線型誘導発電機発電システム。
【請求項１１】
電力系統に接続された１次巻線を備えるステータと、２次巻線を備えるロータとを有する二重給電巻線型誘導発電機と、
前記２次巻線に電流を供給する第１の電力変換器と、
前記第１の電力変換器の直流側に接続されたＤＣバスと、
前記ＤＣバスと電力系統に接続された第２の電力変換器と、
前記ＤＣバスに一端が接続された双方向チャージャと、
前記双方向チャージャの他端に接続された電力蓄積装置とを備えたことを特徴とする二重給電巻線型誘導発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重給電巻線型誘導発電機（Doubly Fed Induction Generator）を用いた発電システムに用いられる電力変換装置に係り、特に二重給電巻線型誘導発電機のロータの２次巻線に電流を供給する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力、水力、海洋潮流などの自然エネルギーを利用した発電システムでは、風車または水車等に機械的に接続されたロータに永久磁石を備えた同期発電機が用いられる場合がある。同期発電機では、ステータの１次巻線から取り出される発電出力は風車等の回転周波数に対応した周波数となるので、発電機出力を直接電力系統に連系させることは不可能である。したがって、発電機の出力電力を一旦整流し、直流電力に変換し、さらに系統周波数（電力系統の電力の周波数）を有する交流電力にインバータ装置を用いて逆変換して、電力系統に連系させている。従って、同期発電機を用いた発電システムでは、同期発電機と同容量のインバータ装置が必要となり、同期発電機が大容量（例えば３ＭＷ）となる場合には、インバータ装置のコストが相当高くなり、発電システム全体としてのコストが上がるという問題がある。
【０００３】
他方で、風力発電システムでは、誘導発電機、特に１次巻線を備えたステータと２次巻線を備えたロータとを有する二重給電巻線型誘導発電機（ＤＦＩＧ）が使用される場合がある。この種の誘導発電機を用いた風力発電システムでは、ステータの１次巻線が電力系統に接続され、風車に連結されたロータの２次巻線には、ロータの回転周波数と系統周波数との差分の周波数の交流電流を供給し、この２次巻線を励磁することで、ステータの１次巻線から系統周波数の発電電力を取り出すことができる。これにより、誘導発電機の出力電力を直接電力系統に連系させることが可能である。そして、この風力発電システムでは、ロータの回転周波数と系統周波数との差分の周波数の電流をロータの２次巻線に供給するインバータが必要とされる。このインバータは、ロータの２次巻線へ電流を供給するためのものであるため比較的小容量で済み（例えば発電機容量の１／３〜１／４）、風力発電システム全体としてのコストが安価となるという利点がある。
【０００４】
なお、インバータの直流部の電圧を制御する電力変換器の制御装置として、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平１１−１８４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
風力発電システムを電力系統に連系させる場合に、電力系統の異常として、電力系統の電圧（以下、系統電圧という）が瞬時に低下する場合がある。このような場合にも、風力発電システムは、安定した運転を継続し、負荷に電力を供給することが要求される。同期発電機の場合には、発電電力は一旦整流して直流電力に変換し、さらに逆変換して電力系統に連系する交流電力を出力するので、系統電圧が瞬時に低下しても、その影響を受けることなく、運転の継続が可能である。
【０００６】
しかしながら、二重給電巻線型誘導発電機の場合には、ステータの１次巻線が電力系統に接続され、ロータの２次巻線にはインバータから励磁電流が供給されているため、系統電圧が瞬時に低下すると、１次巻線への印加電圧の振幅と位相が共に急激に変化するために、１次巻線の電流の振幅と位相が共に変化する。故に、ロータの２次巻線の誘起電圧も不安定な過渡状態になる。また、二重給電巻線型誘導発電機の従来の制御システムでは、系統電圧の変動補正を考慮せず出力制御を行うために、ロータの２次巻線に供給される電流の振幅および位相が激しく変化する。その結果、二重給電巻線型誘導発電機の１次巻線と２次巻線から取り出される発電出力が不安定となり、二重給電巻線型誘導発電機を電力系統から解列しなければならないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、発電システムにおいて、系統電圧が瞬時に低下しても、二重給電巻線型誘導発電機を電力系統から解列させることなく、安定した運転の継続が可能な二重給電巻線型誘導発電機の電力変換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】
【０００８】
本発明は、電力系統に接続された１次巻線を備えるステータと、２次巻線を備えるロータとを有する二重給電巻線型誘導発電機の電力変換装置を提供するものである。この電力変換装置は、前記２次巻線に電流を供給する第１の電力変換器と、前記第１の電力変換器の直流側に接続されたＤＣバスと、前記ＤＣバスと電力系統に接続された第２の電力変換器と、前記ＤＣバスに一端が接続された双方向チャージャと、前記双方向チャージャの他端に接続された電力蓄積装置とを備え、前記電力系統の線間電圧と所定の目標値との偏差が予め決められた許容範囲外にある時は、前記電力蓄積装置の電力を前記双方向チャージャを介して前記ＤＣバスに供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＤＣバスに接続された双方向チャージャと電力蓄積装置とを備えることで、電力系統が瞬時電圧低下した時に、電力蓄積装置の電力を双方向チャージャを介してＤＣバスに供給すると同時に、二重給電巻線型誘導発電機の出力電力を調整して出力電圧の低下を補償することができる。また、電力系統の電圧変動の影響を補償する電圧変動補正部を設けることで、電力系統の電圧が瞬時に低下してもこの影響を受けずに二重給電巻線型誘導発電機の安定した運転の継続が可能となる。したがって、二重給電巻線型誘導発電機の風力発電システム全体としてのコストが安価となるという利点を生かしつつ、系統電圧瞬時低下に対する安定性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態の風力発電システムを示す。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。
【００１１】
この風力発電システムにおいては、風車１１が風力を受けて回転し、風車１１の主軸１１ａの回転が増速器１２により増速され、増速器１２の出力軸１２ａに接続された二重給電巻線型誘導発電機１３のロータ１３ａを回転させる。二重給電巻線型誘導発電機１３のステータ１３ｂは１次巻線を備えており、この１次巻線は、スイッチ１４、トランス１５、スイッチ１６を介して電力系統１７に接続される。ロータ１３ａは２次巻線を備えており、この２次巻線は、第１の電力変換器２１、ＤＣバス２２、第２の電力変換器２３、フィルタ２４、スイッチ２６、トランス１５、スイッチ１６を介して電力系統１７に接続されている。ＤＣバス２２にはスイッチ２７を介して双方向チャージャ３１が接続され、双方向チャージャ３１には電力蓄積装置（バッテリ）３０が接続される。
【００１２】
すなわち、この風力発電システムは、ロータ１３ａの２次巻線に交流電流を供給して該２次巻線を励磁する第１の電力変換器２１と、第１の電力変換器２１の直流側に接続されたＤＣバス２２と、ＤＣバス２２と電力系統１７とに電気的に接続された第２の電力変換器２３と、ＤＣバス２２に一端が接続され、他端が電力蓄積装置（バッテリ）３０に接続された双方向チャージャ３１とを含む電力変換装置（インバータ装置）を備える。ここで、第１の電力変換器２１は、ＤＣバス２２からの直流電力を、ロータ１３ａの回転周波数と系統周波数（電力系統１７から供給される電力の周波数）との差分の周波数の励磁電流に変換し、ロータ１３ａの２次巻線に該励磁電流を供給するインバータである。また、この第１の電力変換器２１は、ロータ１３ａの回転周波数と系統周波数との差分の周波数の交流電力を直流電力に順変換する整流装置としても機能する。第２の電力変換器２３は、ＤＣバス２２からの直流電力を系統周波数の交流電力に逆変換するインバータであるが、系統周波数の交流電力を直流電力に順変換する整流装置としても機能する。
【００１３】
電力系統１７からロータ１３ａの２次巻線に励磁電流が供給される場合には、電力系統１７からの交流電力が第２の電力変換器２３で整流され、ＤＣバス２２に直流電力として蓄積され、その直流電力が第１の電力変換器２１によりロータ１３ａの回転周波数と系統周波数との差分の周波数の交流電流に変換され、ロータ１３ａの２次巻線に供給される。一方、ロータ１３ａの２次巻線から発電電力が電力系統１７に供給される場合には、ロータ１３ａの回転周波数と系統周波数との差分の周波数の交流電力が第１の電力変換器２１で整流され、ＤＣバス２２に直流電力として蓄積され、その直流電力が第２の電力変換器２３により系統周波数の交流電力に変換され、電力系統１７に発電電力として供給される。
【００１４】
図２に示すように、ロータ１３ａの回転周波数が系統周波数よりも低い場合には、ロータ１３ａの２次巻線に電力系統１７から系統周波数とロータ１３ａの回転周波数の差の周波数の電流が供給され、発電機１３のロータ１３ａはいわばモータとして動作する。この場合、発電機１３の総合出力はステータ１３ｂの１次巻線の出力電力からロータ１３ａの２次巻線への供給電力を引いたものとなる。ロータ１３ａの回転周波数が系統周波数と等しくなった場合には、ロータ１３ａの２次巻線には周波数ゼロの電流（直流電流）が供給される。この時、ロータ１３ａは完全な電磁石となり、発電機１３は同期運転状態となり、発電機１３の総合出力はステータ１３ｂの１次巻線からの出力電力のみとなる。ロータ１３ａの回転周波数が系統周波数よりも高い場合には、ロータ１３ａは発電機として動作し、ロータ１３ａの２次巻線から電力系統１７に、ロータ１３ａの回転周波数と系統周波数の差の周波数の電流が供給され、発電機１３の総合出力はステータ１３ｂの１次巻線からの出力電力とロータ１３ａの２次巻線からの出力電力とを加えたものとなる。
【００１５】
しかしながら、電力系統１７の異常として、系統電圧（電力系統１７の電圧）が瞬時に低下する場合がある。このような系統電圧の瞬時低下が起こると、ステータ１３ｂの１次巻線に印加される電圧が低下してしまい、これに伴いロータ１３ａの２次巻線の誘起電圧も変動し、従来のハードウェアの構成及び制御システムでは二重給電巻線型誘導発電機１３の正常な発電電力の出力ができなくなってしまう。
【００１６】
そこで、この風力発電システムは、このような問題を回避するために、ＤＣバス２２に接続された双方向チャージャ３１とバッテリである電力蓄積装置３０とを備えている。すなわち、二重給電巻線型誘導発電機１３のロータ１３ａの２次巻線を励磁するための小容量バックアップ装置（すなわち電力蓄積装置３０）が予め設置されている。そして、系統電圧の瞬時低下が発生すると、電力蓄積装置３０により双方向チャージャ３１を介してＤＣバス２２に系統電圧の瞬時低下を補うように電力を供給する。
【００１７】
系統電圧の瞬時低下時において、風速が低い場合、すなわち、ロータ１３ａの回転周波数が系統周波数よりも低い場合には、ロータ１３ａの回転速度に応じて電力蓄積装置３０により提供される直流電力の一部は第１の電力変換器２１を介してロータ１３ａに供給され、残りの電力は第２の電力変換器２３、フィルタ２４、スイッチ２６、トランス１５、スイッチ１６を介して電力系統１７に供給される。風速が高い場合、すなわち、ロータ１３ａの回転周波数が系統周波数より高い場合には、電力蓄積装置３０により提供される直流電力は、ロータ１３ａへは供給されず、第２の電力変換器２３、フィルタ２４、スイッチ２６、トランス１５、スイッチ１６を介して電力系統１７に供給される。このように、電力蓄積装置３０から供給される直流電力により、系統電圧が瞬時に低下してステータ１３ｂの１次巻線の電圧が低下しても、二重給電巻線型誘導発電機１３の出力電力を増加させることができる。したがって、二重給電巻線型誘導発電機１３の発電電力を所定の値に維持することができ、安定した運転を継続することができる。
【００１８】
また、二重給電巻線型誘導発電機１３を電力系統１７から切り離した自立運転時に、電力蓄積装置３０からＤＣバス２２に直流電力を出力し、第１の電力変換器２１はその直流電力によりロータ１３ａの２次巻線に励磁電流を供給し、その励磁動作によりステータ１３ｂの１次巻線からの電力をスイッチ２６、フィルタ２４、第２の電力変換器２３を介してＤＣバス２２に直流電力を逆に供給することができる。これにより、風力発電システムは正常な発電動作を行うことができる。また、電力系統１７からの電力供給が無くても二重給電巻線型誘導発電機１３を起動させることができる。
【００１９】
次に、この風力発電システムの制御装置について説明する。この風力発電システムは、第１の電力変換器２１，第２の電力変換器２３，双方向チャージャ３１を制御する制御装置３３を備える。この制御装置３３には、ステータ１３ｂの１次巻線の相電圧Ｖｓ、ＤＣバス２２の直流電圧ＶDC、系統相電圧Ｖsys、系統電流ｉsys、インバータ電流ｉinv、ロータ１３ａの２次巻線の電流ｉRが取り込まれる。そして、制御装置３３からは、第１の電力変換器２１のドライブ信号Ｓa、第２の電力変換器２３のドライブ信号Ｓb、双方向チャージャ３１のドライブ信号Ｓcなどが出力され、また、各種スイッチの開閉信号、双方向チャージャ３１の動作開始／停止信号などが出力される。
【００２０】
制御装置３３は、上述Ｕ，Ｖ，Ｗ相を有する系統相電圧Ｖsys（即ちＶsu，Ｖsv，Ｖsw）に３相−２相変換を行う。すなわち、３相の系統相電圧Ｖsysをαβ静止座標上に表すことで２相の系統電圧に変換する。そして、図５に示すように、αβ静止座標上の系統電圧の位相角度θsを求める。さらに、αβ静止座標上の系統電圧をｄｑ回転座標上に表すことで、ｄ軸電圧Ｖsdとｑ軸電圧Ｖsqとを求める。このようにして、図６（ａ）に示すように、系統電圧ベクトル↑Ｖsysはｄ軸電圧Ｖsdとｑ軸電圧Ｖsqに変換される。そして、系統電圧のＰＬＬ(Phase Locked Loop)プロセスを構築する際に、回転座標系のｑ軸を系統電圧ベクトル↑Ｖsysに合わせるようにする。これにより、系統電圧ベクトル↑Ｖsysとロータ励磁電流のｄｑ回転座標上における関係は、図６（ｂ）に示す通りになる。従って、ＰＬＬプロセスが正常に動作する時に、Ｖsqは系統線間電圧の実効値即ち系統相電圧の３1/2倍に相当することが分かる。
【００２１】
第１の電力変換器２１は、上述したように系統周波数とロータ１３ａの回転周波数の差の周波数の励磁電流をロータ１３ａの２次巻線に供給する。二重給電巻線型誘導発電機１３は有効電力Ｐおよび無効電力Ｑを発生し、これらを電力系統１７に出力する。
【００２２】
図３は、有効電力指令値の制御ブロックを示す。図３に示すように、制御装置３３は、有効電力指令値Ｐ＊を発生する有効電力指令発生部４３，４４を備えている。この制御装置３３は、系統電圧の大きさに応じて値の異なる有効電力指令値Ｐ＊を出力する。より具体的には、図３に示すように、系統電圧のｑ軸電圧の目標値Ｖsq＊と実際の系統電圧のｑ軸電圧Ｖsqとを比較部４１で比較し、偏差εｖを算出する。そして、偏差εｖが許容範囲内であるか許容範囲外であるかを判断部４２で判断する。判断部４２は、例えば目標値Ｖsq＊に対して実際のｑ軸電圧Ｖsqが±１５〜２０％以内にあるか否かを判定する。偏差εｖが許容範囲内であれば、有効電力指令発生部４４の出力発生器４４ａは、後述するように、ロータ１３ａの回転速度に応じて変化する予め設定されたＰ*Normを有効電力指令値Ｐ＊として出力する。一方、偏差εvが許容範囲外であれば、判断部４２は電圧異常と判断し、スイッチ１６を開いて電力系統１７と図３に示していない負荷とを切り離し、偏差εｖがゼロとなるようにＰＩ制御部４３ａはＰＩ制御を行い、リミッタ４３ｂを介してＰ＊Emgを有効電力指令値Ｐ＊として出力する。
【００２３】
図４は、無効電力指令値の制御ブロックを示す。図４に示すように、制御装置３３は、無効電力指令値Ｑ＊を発生する無効電力指令発生部４５，４６を備えている。無効電力指令発生部４５，４６は、上述した有効電力指令発生部４３，４４と同様に、互いに異なる無効電力指令値をそれぞれ出力する。具体的には、系統電圧のｑ軸電圧の目標値Ｖsq＊と実際の系統電圧のｑ軸電圧Ｖsqを比較部４１ａで比較し、偏差εvを算出する、そして、判断部４２ａは、偏差εvが予め決められた許容範囲内にあるか否かを判定する。偏差εvが許容範囲内であれば、図示しない上位システムから通信手段を介して送られた力率設定値や図示しない入力手段になどを介して設定された力率設定値であるＱ＊normを無効電力指令値Ｑ＊として設定器４６ａから出力する。一方、偏差εvが許容範囲外であれば、判断部４２ａは系統電圧の瞬時低下などの異常が起きたと判断し、スイッチ１６を開いて受電点で電力系統１７と負荷とを切り離す。そして、風力発電システムに接続されている負荷に二重給電巻線型誘導発電機１３から無効電力を提供するため、演算部４５ａは、二重給電巻線型誘導発電機１３の実際の無効電力Ｑの平均値であるＱ＊Emgを無効電力指令値Ｑ＊として出力する。
【００２４】
なお、目標値Ｖsq*は予め設定された系統電圧のｑ軸電圧の目標値であり、実際のｑ軸電圧Ｖsqは前述のように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の系統相電圧から図５に示す３相−２相変換およびαβ座標系からｄｑ座標系への座標変換により求められる。従って、ＰＬＬが正常に動作するときの系統線間電圧の大きさはＶsqであるので、このＶsqを制御ブロックに導入することにより、二重給電巻線型誘導発電機１３の出力電力が系統電圧の変動に影響されないようにすることができる。
【００２５】
図７は、有効電力Ｐを出力するための第１の電力変換器２１のｑ軸変調率指令値α＊rqの出力制御ブロックを示す。有効電力指令値Ｐ＊は、発電機１３の実際の有効電力Ｐと比較部５１により比較され、その差がゼロとなるようにＰＩ演算部５２にてＰＩ演算される。なお、実際の有効電力Ｐは系統相電圧Ｖsys及び系統相電流Ｉsysより演算で求められる。演算部５３では、ＰＩ演算部５２の出力と−１／Ｖsqとが乗算される。さらにリミッタ５４により演算部５３の出力が制限され、ロータ１３ａのq軸出力電流指令値ｉ＊rqが出力される。そして、比較部５５によりロータ１３ａの実際のq軸出力電流ｉrqと電流指令値ｉ＊rqとが比較され、その差をゼロとするためのＰＩ演算がＰＩ演算部５６により行われる。
【００２６】
ＰＩ演算部５６の出力は、ｄ/ｑ干渉補正部５７により補正され、さらに電圧変動補正部５８により補正され、リミッタ５９により出力が制限され、ロータ１３ａのｑ軸電圧指令値Ｖ＊rqが得られる。さらに、Ｖ＊rqは、電圧値を変調率に換算するための換算係数（予め決められた設定値）ｋを乗算器６０で乗算される。これにより、第１の電力変換器２１のｑ軸変調率指令値α＊rqを求めることができる。
【００２７】
なお、Ｖsqは系統電圧のq軸電圧であり、ｉ＊rqはロータ１３ａのq軸出力電流指令値であり、ｉrqはロータ１３ａの実際のq軸出力電流値であり、ｉrdはロータ１３ａの実際のｄ軸出力電流値である。これらの値は、図９に示すように、各相電流ｉrU，ｉrV，ｉrWから３相−２相変換およびαβ−ｄｑ座標変換により求められる。また、ωｎは同期回転角周波数（＝２πｆ（系統周波数））である。
【００２８】
sは二重給電巻線型誘導発電機１３のすべり値であり、以下の式で表される。
ｓ＝（ωn−ωr）／ωn
但し、ωr：ロータ１３ａの角周波数（角速度）である。
なお、図７において、σは二重給電巻線型誘導発電機１３の総合漏れ磁束係数（発電機１３の定数）であり、σＳはステータ１３ｂの漏れ磁束係数（発電機１３の定数）であり、Ｌrはロータ１３ａのインダクタンス（発電機１３の定数）であり、ｋは電圧値を変調率に換算するための換算係数（インバータの定数）であり、ｋiはステータ１３ｂの１次巻線とロータ１３ａの２次巻線との巻数比である。
【００２９】
図７に示した有効電力Ｐの出力制御ブロックは、ステ―タ１３ｂの有効電力と関係するロータ１３ａのｑ軸電流を制御することで、二重給電巻線型誘導発電機１３の有効電力Ｐの制御を行う。二重給電巻線型誘導発電機１３の原理上、ロータ１３ａの２次巻線に印加したｑ軸電圧Ｖrqの大きさとｄ軸電流ｉrdの大きさ（ｄ/ｑ干渉）と、系統電圧のｑ軸電圧Ｖsqとすべりｓの乗算により、ロータ１３ａのｑ軸電流ｉrqが決定される。従って、系統電圧のｑ軸電圧Ｖsqとすべりｓの乗算の大きさの変動を補償しないと、系統電圧の瞬時低下など大きな変動があったときには、ｑ軸電流ｉrqを指令値の通りに制御することができない。また、ｄ/ｑ干渉分としてロータ１３ａのｄ軸電流ｉrdの変動分を補償しないと、ｑ軸電流ｉrqはｄ軸電流ｉrdの変動により影響を受けてしまう。
【００３０】
図８は、無効電力Ｑを出力するための第１の電力変換器２１のｄ軸変調率指令値α＊rdの出力制御ブロックを示す。無効電力指令値Ｑ＊は、発電機１３の実際の無効電力Ｑと比較部５１ａにより比較され、その差をゼロとするためのＰＩ演算がＰＩ演算部５２ａにて行われる。なお、実際の無効電力Ｑは系統相電圧Ｖsys及び系統相電流Ｉsysより演算で求められる。演算部５３ａでは、ＰＩ演算部５２ａの出力と−１／Ｖsqとが乗算され、ステータ１３ｂのｄ軸出力電流指令値ｉ＊sdが求められる。電圧変動補正部６１は、系統電圧Ｖsqから励磁電流ｉmsを算出し、比較部６１ａでｄ軸出力電流指令値ｉ＊sdと励磁電流ｉmsとの差分が算出される。乗算器６２では、ステータ１３ｂの１次巻線とロータ１３ａの２次巻線との巻数比ｋiの負数−ｋｉと、比較部６１ａの出力とが乗算される。乗算器６２の出力はリミッタ６３により制限され、ロータ１３ａのｄ軸出力電流指令値ｉ＊rdが得られる。そして、ｄ軸出力電流指令値ｉ＊rdと実際のｄ軸出力電流ｉrdとが比較部６４で比較され、その差分をゼロとするためのＰＩ演算がＰＩ演算部６５で行われる。ＰＩ演算部６５の出力とｄ／ｑ干渉補正部６７の出力は比較部６６で比較され、その出力がリミッタ６８で制限され、ロータ１３ａのｄ軸出力電圧指令値Ｖ＊rdとして出力される。そして、Ｖ＊rdは換算係数ｋと演算部６９で乗算され、これにより第１の電力変換器２１のｄ軸変調率指令値α＊rdが求められる。
【００３１】
ここで、図８において、
Ｖsqは実際の系統電圧のq軸電圧であり、
ｉ＊sdはステータ１３ｂのｄ軸出力電流指令値であり、
ｉ＊rdはロータ１３ａのｄ軸出力電流指令値であり、
ｉrdはロータ１３ａの実際のｄ軸出力電流値であり、
ｉrqはロータ１３ａの実際のq軸出力電流値であり、
ωｎは同期回転角周波数であり、
ｓは二重給電巻線型誘導発電機１３のすべり値であり、
Ｌhsはステータ１３ｂの自己インダクタンスであり、
Ｌrはロータ１３ａのインダクタンスであり、
σは二重給電巻線型誘導発電機１３の総合漏れ磁束係数であり、
ｋは電圧値から変調率への換算係数であり、
ｋiはステータ１３ｂの１次巻線とロータ１３ａの２次巻線との巻数比である。
【００３２】
図１１に示すように、ｑ軸変調率指令値α＊rqとｄ軸変調率指令値α＊rdから、ｄｑ回転座標系からαβ静止座標系への座標変換および２相−３相変換を経て、第１の電力変換器（インバータ）２１への指令値α＊rU，α＊rV，α＊rWが求められる。ｄｑ回転座標系からαβ静止座標系への座標変換は、αβ静止座標系での系統電圧の位相角度θs及び図示しない位置センサにより検出されたロータ１３ａの電気位相角度θrの角度差を用いて行われる。
【００３３】
図１２は、双方向チャージャ３１を制御する制御装置３３の制御ブロックを示す。この実施形態では、双方向チャージャ３１を制御するために３つの制御モードが設けられており、制御モード１、制御モード２、制御モード３の順で予め優先順位が決められている。制御モード１は、系統電圧の瞬時低下時或は瞬時過電圧時の動作を制御するモードである。系統電圧の瞬時低下により系統電圧のｑ軸電圧目標値Ｖsq＊と実際のｑ軸電圧Ｖsqの差が許容範囲を超えた場合、電力蓄積装置３０からバックアップ運転を継続するように、双方向チャージャ３１が動作する。すなわち、この制御モード１の系統電圧の瞬時低下時には、電力蓄積装置３０から直流電力がＤＣバス２２を介して第１の電力変換器２１に供給され、第１の電力変換器２１からロータ１３ａへの出力電流が強められる。したがって、二重給電巻線型誘導発電機１３の電力出力が増大し、負荷に掛かっている電圧、つまり系統電圧の低下が補償される。
【００３４】
また、系統電圧の瞬時過電圧により系統電圧のｑ軸電圧目標値Ｖsq＊と実際のｑ軸電圧Ｖsqの差が許容範囲を超えた場合、電圧偏差εｖがゼロとなるように、ＰＩ制御部４３ａはＰＩ制御を行い、系統電圧の瞬時過電圧を抑えるように、減小した電力指令値Ｐ＊Emgを有効電力指令値Ｐ＊として出力する。第１の電力変換器２１は、その有効電力指令値Ｐ＊により、図７に示した制御ロジックに従って、二重給電巻線型誘導発電機１３の電力出力を減少するように動作する。すなわち、この制御モード１の系統電圧の瞬時過電圧時には、双方向チャージャ３１からの電力供給を行わず、第２の電力変換器２３からの直流電力がＤＣバス２２を介して第１の電力変換器２１に供給され、第１の電力変換器２１からロータ１３ａへの出力電流が、二重給電巻線型誘導発電機１３の電力出力を減少方向に動かして、負荷に掛かっている電圧、つまり系統電圧の瞬時過電圧を補償する。なお、風車１１は、羽根車の負荷である二重給電巻線型誘導発電機１３の発電電力が絞られても、過回転にならないように、羽根の角度を調整する手段を備えている。
【００３５】
制御モード２は、系統電圧のｑ軸電圧目標値Ｖsq＊と実際のｑ軸電圧Ｖsqの差が許容範囲内にあり、且つ、図示しない入力手段により設定された電力変動抑制制御部の有効／無効を表すsign_Compの設定が“有効”（電力変動抑制制御を行う）である場合に動作する。すなわち、制御モード２では、長い時間帯で発電機１３の出力電力の平均値Ｐavを演算部が算出し、その平均値Ｐavと系統相電圧Ｖsys及び系統相電流Ｉsysから算出された発電機１３の実際の有効電力（瞬時値）Ｐとを比較し、その偏差ΔＰがゼロになるような充放電指令値Ｐcompを演算部が演算する。すなわち、この制御モード２では、発電機１３の有効電力Ｐが平均値Ｐavよりも高い時には電力蓄積装置３０に充電するように双方向チャージャ３１に指令を出し、発電機１３の有効電力Ｐが平均値Ｐavよりも低い時には電力蓄積装置３０から放電するように双方向チャージャ３１に指令を出し、発電機１３の出力電力を平均化させる。
【００３６】
制御モード３は、系統電圧のｑ軸電圧目標値Ｖsq＊と実際のｑ軸電圧Ｖsqの差が許容値を超えておらず、且つ、図示しない入力手段等により設定された電力変動抑制制御部の有効／無効を表すsign_Compの設定が“無効”（電力変動抑制制御を行わない）である場合に動作する。図１２に示す充電制御部は、現在のロータ１３ａの回転速度と予め設定された充電可速度とを比較する。そして、現在のロータ１３ａの回転速度が充電可速度より高い場合、充放電指令部の出力制限部は、正常運転時における発電機１３の出力電力及び電力蓄積装置３０及び双方向チャージャ３１の利用可能な最大電力値を超えないように、充電指令値Ｐcompを制限する。そして、出力制限部は、電力蓄積装置３０が充電（チャージ）を行うように双方向チャージャ３１に出力指令値Ｐ＊CHGと動作開始指令を与える。双方向チャージャ３１は、電力蓄積装置３０の電圧、電流などの情報に基づき、充電電力が充電指令値Ｐcompを超えないようにＤＣバス２２から電力蓄積装置３０を充電する。電力蓄積装置３０の電力が定格値又は予め定められた値より高い場合、または故障などの原因で充電できない場合は、充電動作を停止し、双方向チャージャ３１の状態信号sign_Staを用いて、充放電指令部に自身の情報を伝える。なお、充電可速度は、カットイン速度より高い回転速度であり、電力蓄積装置３０へチャージ可能な回転速度である。また、カットイン速度とは、二重給電巻線型誘導発電機１３で発電が行われるときのロータ１３ａの最低回転速度である。
【００３７】
図１３は、ロータの回転速度と発電機の出力電力指令値（有効電力指令値）との関係を示す図である。系統電圧が正常時には、発電機１３の有効電力指令値Ｐ＊は、風車１１の羽根車が最大トルクを得られるように、図１３の実線で示すような、ロータ１３ａの回転速度と発電機１３の有効電力指令値との関係を示す、予め定められた曲線から決定される。一方、系統電圧が急に減少したときは、制御装置３３は系統電圧の減少を検知して、発電機１３の有効電力指令値Ｐ＊を図３に示すＰ＊Emgに応じて上昇させる（図１３の緊急時電力指令を参照）。その結果、発電機１３の出力は強制的に上げられ、電力系統の電圧を維持する動きになる。しかし、その場合に、風力エネルギーと発電機１３の出力は必ずバランスを取れる保証がなくなり、大体の場合には発電機１３の出力はその時の風力エネルギーより大きくなる。そのために、風車１１の羽根車は減速し始め、羽根車に蓄積している回転エネルギーが放出されることになる。上述の方法によれば、風車１１の羽根車に蓄積されている回転エネルギーは意図的に積極的に利用することができる。そして、電力蓄積装置３０に蓄積されているエネルギーをＤＣバス２２に注入することにより、風車１１の羽根車の負担を緩和させることができる。
【００３８】
電力系統が正常に戻った時に、系統電圧のｑ軸電圧Ｖsqが正常レベルであり、且つ二重給電巻線型誘導発電機１３の回転速度が予め決められたカットイン速度より遥かに高いという二つ条件を満足すると、制御装置３３は電力蓄積装置３０を充電するように動作させる。これにより、電力蓄積装置３０のエネルギーは常に待機状態になる。
【００３９】
図１３の黒丸で示す正常運転時の動作点における回転速度では、図１３に示すＡの部分が風力エネルギーに依存し、Ｂの部分が電力蓄積装置出力に依存し、Ｃの部分が羽根車の運動エネルギーに依存する部分であり、羽根車の運動エネルギーの消耗に伴い、回転速度は低下する。第１の電力変換器２１は、風車の場合に、風力以外に更に羽根車に蓄積している回転エネルギーを積極的に利用し、極力系統電圧を維持するように動作する。このような動作により、二重給電巻線型誘導発電機１３の動きをできる限り、電磁石を持つ同期発電機の動作に近づけることができる。
【００４０】
次に、図１を参照して、この風力発電システムの動作について説明する。まず、系統連系運転の起動時の動作について説明する。
初期状態は、スイッチは全てオフとなっている。そして、上位機から運転開始指令が来る。制御装置３３は起動条件チェック（回転速度＞カットイン速度などのチェック）を行い、スイッチ１６（ＳＷ_Main）をオンする。そして、スイッチ１９（ＳＷ_Pre）をオンすることで、ＤＣバス２２の電圧ＶDCは、プレチャージ回路２５にて整流された電圧まで上昇する。このプレチャージ回路２５は、整流ダイオードブリッジ回路を有しており、入力された交流電圧を整流し、線間交流電圧の約１．４倍の直流電圧を出力し、突入電流緩和用の抵抗を通して、ＤＣバス２２に配置されているコンデンサに充電するものである。そして、スイッチ２６（ＳＷ_GC）をオンし、スイッチ１９（ＳＷ_Pre）をオフし、第２の電力変換器（系統連系インバータ）２３のスイッチング動作を開始する。これにより、ＤＣバス（リンク）２２の電圧ＶDCは定格電圧まで上昇する。そして、第１の電力変換器（ロータ励磁インバータ）２１のスイッチング動作を開始する。これにより、二重給電巻線型誘導発電機１３のロータ１３ａが励磁される。第１の電力変換器２１のスイッチング動作を調整することにより、ステータ１３ｂの相電圧Ｖsと系統相電圧Ｖsysの位相、周波数、電圧の大きさを合わせる。そして、スイッチ１４（ＳＷ_S）をオンすることで、二重給電巻線型誘導発電機１３は電力系統１７と連系される。さらに、有効電力指令値を調整して図１３の実線で表される曲線上の値に一致させる。これにより、発電電力が電力系統１７に送出される。
【００４１】
次に、自立運転の起動時の動作について説明する。初期状態は、スイッチは全てオフとなっている。そして、図示しないスイッチ等による運転開始操作による運転開始信号あるいは上位機からの通信等による運転開始指令に応じて、制御装置３３は起動条件チェック（回転速度＞カットイン速度などのチェック）を行い、スイッチ２７（ＳＷ_CHG）をオンし、ＤＣバス２２の電圧ＶDCは定格電圧まで上昇する。そして、スイッチ２６（ＳＷ_GC）をオンし、スイッチ１４（ＳＷ_S）をオンし、第１の電力変換器２１のスイッチング動作を開始する。これにより、二重給電巻線型誘導発電機１３のロータ１３ａが励磁される。第１の電力変換器２１のスイッチング動作を調整することにより、ステータ１３ｂの相電圧Ｖｓの周波数、電圧の大きさを予め設定された系統相電圧（定格値）と合わせる。そして、ステータ１３ｂの相電圧の位相、周波数、電圧を電圧センサで検知して、第２の電力変換器２３のスイッチング動作を開始し、系統連系動作を行う。そして、双方向チャージャ３１の動作を停止し、スイッチ２７（ＳＷ_CHG）をオフする。さらに、スイッチ１６（ＳＷ_Main）をオンする。制御装置３３は、系統電圧のｑ軸電圧Ｖsqを読み込み、自立運転時の有効電力Ｐおよび無効電力Ｑの指令値のＰ＊，Ｑ＊を調整する。
【００４２】
次に、停電時（瞬時電圧低下時）の動作について説明する。
まず、制御装置３３は系統電圧のｑ軸電圧Ｖsqを読み込む。そして、定常（目標）電圧値Ｖsq＊とｑ軸電圧Ｖsqとを比較する。その偏差が電圧ヒステリシス値の範囲内（すなわち許容範囲内）である場合、系統電圧が正常であると判断する。そして、予め用意された回転速度―有効電力指令値のテーブル（図１３参照）に基づき、有効電力指令値Ｐ＊を決定する。また、無効電力指令値Ｑ＊は上位機により決定される。そして、有効電力指令値Ｐ＊および無効電力指令値Ｑ＊に基づき、発電機１３は電力発電を行う。一方、系統電圧のｑ軸電圧Ｖsqと定常（目標）電圧値Ｖsq＊との偏差が電圧ヒステリシス値の範囲外（すなわち許容範囲外）である場合は、有効電力指令発生部４３が有効電力指令値Ｐ＊としてＰ＊Emgを発生し（図３参照）、また、無効電力指令発生部４５が無効電力指令値Ｑ＊としてＱ＊Emgを発生する（図４参照）。そして、これらの有効電力指令値Ｐ＊Emgおよび無効電力指令値Ｑ＊Emgに基づき、発電機１３は電力発電を行う。
【００４３】
双方向チャージャ３１の制御ブロックでは、まず、電圧制御部は、系統電圧の目標値Ｖsq＊とｑ軸電圧Ｖsqとの偏差εＶが許容範囲外であったとき、電圧信号sign_Ｖを電圧不安定信号として充放電指令部に与える。同時に、電力変動抑制機能有効信号sign_Compを無効にする。また、電圧制御部は、偏差εＶを充放電指令部のＰＩ演算部に与える。ＰＩ演算部は偏差εＶをゼロとするための有効電力指令値Ｐ＊をＰＩ演算により演算する。充放電指令部の優先順位判断部は、有効電力指令値Ｐ＊を優先すべきと判断し、有効電力指令値Ｐ＊を出力制限部に出力する。出力制限部は電力蓄積装置３０及び双方向チャージャ３１の最大電力値を超えないように有効電力指令値Ｐ＊を制限して、双方向チャージャ３１に出力指令値Ｐ＊CHGと動作開始指令とを与える。双方向チャージャ３１は、出力指令値Ｐ＊CHGに従い、電力蓄積装置３０に電力を出力させる。
【００４４】
次に、定常時における電力蓄積装置へのチャージと風力の変動補正の切替動作について説明する。双方向チャージャ３１の制御ブロック図（図１２参照）に示すように、電圧制御部は、電圧信号sign_Ｖを電圧安定信号として充放電指令部の優先順位判断部に出力する。充電制御部は、現在のロータ１３ａの回転速度と予め設定された充電可速度とを比較し、現在の回転速度が充電可速度より高い場合は、充電可否信号sign_CHGを充電可信号として充放電指令部の優先順位判断部に出力する。電力変動抑制機能sign_Compが無効の場合に、優先順位判断部は、充電可、電力変動抑制機能無効との情報に基づき、電力蓄積装置３０へチャージできると判断し、電力値Ｐmin(=−Ｐmax)を出力制限部に出力する。出力制限部は電力蓄積装置３０及び双方向チャージャ３１の最大電力値を超えないように、電力指令値Ｐ＊を制限して、双方向チャージャ３１に出力指令値Ｐ＊CHGと動作開始指令を与える。双方向チャージャ３１は電力蓄積装置３０の電圧および電流を見て、チャージャとして電力蓄積装置３０へチャージ動作を開始する。以降、この動作をチャージ条件が成立できなくなるまで繰り返す。
【００４５】
一方、現在のロータ１３ａの回転速度が充電可速度より低い場合は、充電制御部は、充電可否信号として充電不可信号を出力する。。電力変動抑制制御部は、長い時間帯で発電機１３の出力電力の平均値Ｐavを算出し、その平均値Ｐavと現在の発電機１３の出力電力の瞬間値とを比較し、偏差ΔＰを得る。電力変動抑制制御部の演算部は、偏差ΔＰを用いて、予測制御などの演算を行い、充放電指令値Ｐcompを出力する。優先順位判断部は充電不可信号に基づき、制御モード２を優先させるべきと判断し、充放電指令値Ｐcompを出力制限部に出力する。出力制限部は、電力蓄積装置３０及び双方向チャージャ３１の最大電力値を超えないように充放電指令値Ｐcompを制限して出力指令値Ｐ＊CHGを求める。そして、出力制限部は双方向チャージャ３１に出力指令値Ｐ＊CHGと動作開始指令を与える。
【００４６】
図１４は、本発明の第２実施形態の風力発電システムを示す。この実施形態の基本的な構成は第１実施形態と変わらないが、双方向チャージャ３１ａは第２の電力変換器２３と電力系統１７との間を結ぶ電気経路に接続されている。双方向チャージャ３１ａは、図１５に示すように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと系統連系インバータとから構成され、電力蓄積装置３０に貯留された直流電力を交流電力に変換して第２の電力変換器２３に供給するか、或いは、第２の電力変換器２３からの交流電力を系統連系インバータにより整流して直流電力に変換し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して電力蓄積装置３０にチャージする。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、図１６に示す回路構成のものを用いることが好ましい。電力蓄積装置３０は蓄電池または電気二重層コンデンサを用いることが好ましい。
【００４７】
このシステムにおける自立運転の起動時の動作について説明する。初期状態では、スイッチは全てオフとなっている。そして、図示しないスイッチ等による運転開始操作による運転開始信号あるいは上位機から通信等による運転開始指令に応じて制御装置３３は起動条件チェック（回転速度＞カットイン速度などのチェック）を行い、スイッチ２７（ＳＷ_CHG）をオンし、双方向チャージャ３１ａは予め設定された系統相電圧（定格電圧）の交流電力を出力する。そして、スイッチ１９（ＳＷ_Pre）をオンすることで、ＤＣバス２２の電圧ＶDCはプレチャージ回路２５にて整流された電圧まで上昇する。次に、スイッチ２６（ＳＷ_GC）をオンし、スイッチ１９（ＳＷ_Pre）をオフする。そして、第２の電力変換器２３がスイッチング動作を開始し、ＤＣバス電圧ＶDCは定格電圧まで上昇する。第１の電力変換器（ロータ励磁インバータ）２１はスイッチング動作を開始する。これにより、二重給電巻線型誘導発電機１３のロータ１３ａが励磁される。第１の電力変換器２１のスイッチング動作を調整することにより、ステータ１３ｂの相電圧Ｖsと双方向チャージャ３１ａの出力相電圧の位相、周波数、電圧の大きさを合わせる。そして、スイッチ１４（ＳＷ_S）をオンすることで、二重給電巻線型誘導発電機１３と双方向チャージャ３１ａと連系する。そして、そして、双方向チャージャ３１の動作を停止し、スイッチ２７（ＳＷ_CHG）をオフする。そして、スイッチ１６（ＳＷ_Main）をオンし、系統電圧のｑ軸電圧Ｖsqを読み込み、自立運転時の有効電力Ｐおよび無効電力Ｑの指令値Ｐ＊，Ｑ＊を調整し負荷に電力を供給する。
【００４８】
また、これまで述べた各実施形態において、系統線間電圧の瞬時実効値をＶsqとしているが、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の系統相電圧Ｖsu，Ｖsv，Ｖswから図５に示す３相−２相変換を行い、αβ静止座標系における電圧ＶαとＶβを求めて、更に次の演算式で、系統線間電圧の実効値を求める。
2009027766.tif 000003
更に、その値をこれまで述べた説明のＶsqに代えて使っても良い。
また、上式のｋRMSは、系統相電圧Ｖsysからの系統線間電圧実効値へ換算する係数である。その数値は、座標変換時、次式を使用する場合、ｋRMS =1である。
2009027766.tif 000004
【００４９】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態の風力発電システムを示すブロック図である。
【図２】ロータ１３ａの回転周波数と発電出力との関係を示すグラフである。
【図３】実際系統電圧から有効電力を演算する制御ブロック図である。
【図４】実際系統電圧から無効電力を演算する制御ブロック図である。
【図５】三相系統相電圧をｄ軸およびｑ軸電圧に変換する制御ブロック図である。
【図６】図６（ａ）は系統電圧ベクトル↑Ｖsysがｄ軸電圧Ｖsdとｑ軸電圧Ｖsqに変換される様子を説明するための図であり、図６（ｂ）は系統電圧とロータ励磁電流のｄｑ回転座標上における関係を示す図である。
【図７】有効電力指令値Ｐ＊制御の制御ブロック図である。
【図８】無効電力指令値Ｑ＊制御の制御ブロック図である。
【図９】ロータ三相交流相電流をｄ軸およびｑ軸電流に変換する制御ブロック図である。
【図１０】回転センサ信号から回転角周波数を演算する制御ブロック図である。
【図１１】ｄ軸およびｑ軸変調率から三相変調率を演算する制御ブロック図である。
【図１２】双方向チャージャの各種制御モードを示すブロック図である。
【図１３】回転速度と出力指令値との関係を示すグラフであり、実線は正常時の電力指令を示し、点線は緊急時の電力指令を示す。
【図１４】本発明の第２実施形態の風力発電システムを示すブロック図である。
【図１５】双方向チャージャの構成例を示すブロック図である。
【図１６】双方向ＤＣ/ＤＣコンバータの構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１   風車
１１ａ 主軸
１２   増速器
１２ａ 出力軸
１３   二重給電巻線型誘導発電機
１３ａ ロータ
１３ｂ ステータ
１４，１６，１９，２６，２７  スイッチ
１５   トランス
１７   電力系統
２１   第１の電力変換器
２２   ＤＣバス
２３   第２の電力変換器
２４   ＬＣフィルタ
２５   プレチャージ回路
３０   電力蓄積装置
３１，３１ａ  双方向チャージャ
３３   制御装置
４１，４１ａ  比較部
４２   判断部
４２ａ 判断部（電圧ヒステリシス比較部）
４３，４４    有効電力指令発生部
４３ａ  ＰＩ制御部
４３ｂ  リミッタ
４４ａ  出力発生器
４５ａ，６５，６９      演算部
４５，４６    無効電力指令発生部
４６ａ  設定器
５１，５１ａ，５５，６１ａ，６４，６６    比較部
５２，５２ａ，５３，５３ａ，５６，６５，６９  演算部
５４，５９，６３，６８  リミッタ
５７   干渉補正部
５８   電圧変動補正部
６０，６２    乗算器
６１      電圧変動補正部
６７      干渉補正部
【図１】
2009027766.tif 000005
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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