CN103370534B - 风力发电用矩阵转换装置、风力发电装置、风场和风车的制造方法 - Google Patents

风力发电用矩阵转换装置、风力发电装置、风场和风车的制造方法 Download PDF

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Abstract

实施方式的风力发电用矩阵转换装置具备矩阵转换器和控制部。矩阵转换器经由控制部控制为:对发电机通过风力旋转的风车旋转力来发电的电力进行电力转换,并提供给电力系统。控制部使电力系统的电压相位的信息或发电机的电压相位的信息与电力系统侧的功率因数相加,生成电流相位的信息,根据电流相位的信息生成控制矩阵转换器的控制信号。

Description

风力发电用矩阵转换装置、风力发电装置、风场和风车的制造方法
技术领域
[0001] 公开的实施方式涉及风力发电用矩阵转换装置、风力发电装置、风场和风车的制造方法。
背景技术
[0002] 风力发电装置一般具备风车和发电机和电力转换装置,通过发电机将风车受到风力进行旋转的机械能转换为电能。
[0003] 在风力发电装置中从发电机输出的电能经由电力转换装置提供给电力系统。作为该电力转换装置,使用了组合将来自发电机的交流电力转换为直流电力的转换器与将来自该转换器的直流电力转换为交流电力的逆变器而成的装置(例如,参照专利文献1)。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本特开2007-124779公报
发明内容
[0007] 发明要解决的问题
[0008] 但是,在现有的风力发电用电力转换装置中,在风力较弱而发电机低速旋转的情况下,会引起如下这样的电流集中:电流连续地长时间流过内部的一个或几个开关元件。为了应对该电流集中,在现有的风力发电用电力转换装置中存在不得不增大开关元件的容量的问题。
[0009] 实施方式的一个方式是鉴于上述情况而完成的,其目的是提供可抑制开关元件的容量的风力发电用电力转换装置、风力发电装置、风场和风车的制造方法。
[0010] 解决问题的手段
[0011] 实施方式中一个方式的风力发电用矩阵转换装置具备矩阵转换器和控制部。控制部将上述矩阵转换器控制为,对发电机通过风车的旋转力而发出的电力进行全转换,提供给电力系统,其中,该风车通过风力进行旋转。所述控制部具备电压相位生成部、功率因数设定部、功率因数控制部。所述电压相位生成部根据所述电力系统的电压或所述发电机的电压生成所述电力系统的电压相位的信息或所述发电机的电压相位的信息。所述功率因数设定部设定所述电力系统侧的功率因数。所述功率因数控制部使所述电压相位的信息与所述功率因数设定部所设定的功率因数相加,生成电流相位的信息。所述控制部根据所述电流相位的信息生成控制所述矩阵转换器的控制信号。
[0012] 发明效果
[0013] 根据实施方式中的一个方式的风力发电用矩阵转换装置,可抑制开关元件的容量。
附图说明
[0014] 图1是示出第1实施方式的风力发电装置的结构的图。
[0015] 图2A是示出第1实施方式的风力发电部的叶片安装顺序的图。
[0016] 图2B是示出第1实施方式的风力发电部的叶片安装顺序的图。
[0017] 图2C是示出第1实施方式的风力发电部的叶片安装顺序的图。
[0018] 图3是第1实施方式的风力发电装置的框图。
[0019] 图4是示出第1实施方式的矩阵转换器的结构的框图。
[0020]图5是示出通过并联连接使额定电流增加的串联多级矩阵转换器的结构的图。
[0021] 图6是示出图4所示的单相矩阵转换器的结构的一例的图。
[0022] 图7是示出功率因数控制部的结构的一例的图。
[0023]图8是说明控制信号产生部的矩阵转换器的控制例的图。
[0024] 图9是第1实施方式的风力发电装置的另一框图。
[0025] 图10是示出停电时控制的顺序的图。
[0026] 图11是示出位置控制部的结构的一例的图。
[0027] 图12是示出放电指令部的结构的一例的图。
[0028] 图13是示出电源切换部的结构的一例的图。
[0029] 图14是示出图13所示的电压切换指令部的结构的一例的图。
[0030] 图15是示出第2实施方式的风场的结构的图。
具体实施方式
[0031] 以下,根据附图详细说明本申请所公开的风力发电用矩阵转换装置、风力发电装置、风场以及风车的制造方法的实施方式。此外,本发明不被这些实施方式限定。
[0032](第1实施方式)
[0033] 图1是示出第1实施方式的风力发电装置的结构的图。如图1所示,第1实施方式的风力发电装置1具备风力发电部10和风力发电用矩阵转换装置20,对电力系统30进行供电。此外,为了便于理解说明,在图1中未图示一部分的结构。参照图3来说明该未图示的结构。。
[0034] 风力发电部10具备风车14,该风车14具有塔体11、机舱12以及转子13。机舱12旋转自如地支承在塔体11上。另外,转子13具备转子轮毂13a和安装在转子轮毂13a的不同位置上的多个叶片13b。
[0035] 在该风车14的机舱12内收纳有经由轴17与转子13连接的发电机15。发电机15是还可以用作电动机的旋转电机,例如是永磁型的旋转电机。
[0036] 另外,在机舱12内收纳有位置检测器16,该位置检测器16检测通过风力进行旋转的风车14的旋转位置。该位置检测器16例如通过检测轴17的旋转位置,来检测风车14的旋转位置。
[0037] 另一方面,风力发电用矩阵转换装置20是风力发电用的电力转换装置,具备矩阵转换器21、控制部22、无停电电源(以下,记为UPS) 23和操作部24。该风力发电用矩阵转换装置20配置在塔体11内。当电力系统30的电压高于发电机15的电压时,流过矩阵转换器21与电力系统30之间的电力传递用电缆的电流小于流过发电机15与矩阵转换器21之间的电力传递用电缆的电流,所以可减小向塔体11外引出的电缆的直径。
[0038] 矩阵转换器21是在风力发电部10的发电机15与电力系统30之间使电力双向全转换(full convert)的电力转换部。S卩,矩阵转换器21不是仅调整如DFIG (双馈感应发电机)类型那样与电力系统直接连接的发电机的输出的频率。即,矩阵转换器21存在于发电机15与电力系统30之间,在发电机15与电力系统30之间双向地进行电力转换。
[0039] 控制部22向矩阵转换器21输出控制信号,使其在发电机15与电力系统30之间进行双向的电力转换。例如,控制部22根据对操作部24的操作向矩阵转换器21输出控制信号,使矩阵转换器21执行发电控制处理、风车位置控制处理。
[0040] 当通过对操作部24的操作选择了发电控制处理时,控制部22执行发电控制处理,当通过对操作部24的操作选择了风车位置控制处理时,控制部22执行风车位置控制处理。发电控制处理是将从发电机15输出的电力转换为与电力系统30相应的电力而输出到电力系统30的处理。另外,风车位置控制处理是转换从电力系统30输出的电力提供给发电机15而使发电机15作为电动机进行动作的处理。
[0041] 风车位置控制处理是在将叶片13b安装到转子轮毂13a上、从转子轮毂13a拆卸叶片13b、以及进行叶片13b的检修或维护等情况下执行的处理。控制部22通过执行风车位置控制处理,例如使风车的旋转位置与通过对操作部24的操作而指定的目标位置一致。
[0042]目标位置的信息作为容易进行叶片13b的安装或拆卸的位置,针对每个叶片13b预先设定在控制部22内,通过对操作部24的操作进行选择。此外,还可以将通过对操作部24的操作而输入的位置信息作为目标位置,由此设定任意的目标位置。
[0043] 控制部22根据由位置检测器16检测出的风车14的旋转位置的信息(以下,记为“位置检测值”)和通过对操作部24的操作而指定的目标位置,生成控制信号,以使风车14的旋转位置与目标位置一致。控制部22将所生成的控制信号输出到矩阵转换器21。
[0044] 这里,对风力发电部10中的叶片13b的安装方法进行说明。图2是示出风力发电部10中的叶片13b的安装顺序的图。此外,图2示出在安装了一个叶片13bl的转子轮毂13a上安装下一个叶片13b2时的顺序,可以同样地进行任意的叶片13b的安装。
[0045] 在图2A所示的状态下,作业者对操作部24进行操作,指定风车位置控制处理,选择叶片13b2 (参照图2C)作为安装到转子轮毂13a上的叶片。由此,在控制部22中指定用于进行叶片13b2的安装的目标位置。位置检测器16检测风车14的旋转位置,从位置检测器16向控制部22输入该检测的结果。
[0046] 控制部22检测由位置检测器16检测出的风车14的旋转位置与由操作部24指定的目标位置之差。然后,根据风车14的旋转位置与目标位置之差,生成使风车14的旋转位置与目标位置一致的控制信号,向矩阵转换器21输入。由此,如图2B所示,风车14的旋转位置向目标位置进行变化,最后,风车14停止在目标位置上。
[0047] 如果不再变更目标位置,则控制部22继续输出使风车14的旋转位置与目标位置一致的控制信号,结果,风车14继续停止在旋转位置上。然后,如图2C所示,在已停止的风车14上安装叶片13b2。因为风车14继续停止在目标位置上保持静止,所以容易将叶片13b2安装到转子轮毂13a上。
[0048] 此外,以上说明了将叶片13b安装到风车14上的顺序,关于从风车14上拆卸叶片13b,控制部22也可使风车14的旋转位置与目标位置一致。由此,能够使风车14静止在目标位置上,能够与安装同样容易地进行叶片13b的拆卸。
[0049] 这样,在第1实施方式的风力发电用矩阵转换装置20中,可以在风力发电部10的发电机15与电力系统30之间双向地对电力进行全转换。此外,风力发电用矩阵转换装置20通过风车位置控制处理,使风车14的旋转位置与目标位置一致,该风车位置控制处理是控制矩阵转换器21以将发电机15用作电动机而控制风车14的旋转位置的处理。由此,能够容易地进行风车14的组装作业、保养作业等。
[0050] 此外,以上是通过位置检测器16检测风车14的旋转位置,但风车14的旋转位置的检测不限于位置检测器16。例如,也可以检测对从检测发电机15的旋转速度的旋转编码器等速度检测器输出的速度检测值进行积分而得的旋转检测值,作为风车14的旋转位置。
[0051][风力发电装置1的结构]
[0052] 以下,采用附图进一步具体地说明第1实施方式的风力发电装置1的结构。图3是第1实施方式的风力发电装置1的框图。
[0053] 如图3所示,风力发电装置1具备风力发电部10和风力发电用矩阵转换装置20。风力发电部10除了上述发电机15以及位置检测器16之外,还具备速度检测器18。速度检测器18检测发电机15的旋转速度,将检测出的旋转速度的值作为速度检测值输出到风力发电用矩阵转换装置20。
[0054] 风力发电用矩阵转换装置20具备发电机电流检测器19、上述的矩阵转换器21、控制部22、UPS23以及操作部24。控制部22通过由风力发电部10的发电机15发出的电力进行动作,但在无法利用发电机15获得电力的情况下,如后所述,从UPS23接受电力供给进行动作。
[0055] 发电机电流检测器19检测流过矩阵转换器21与发电机15之间的电流,将检测出的电流的瞬时值作为发电机电流检测值输出到风力发电用矩阵转换装置20。此外,作为发电机电流检测器19,例如可采用利用作为磁电转换元件的霍尔元件检测电流的电流传感器。
[0056] 矩阵转换器21构成为能够在发电机15与电力系统30之间双向地对电力进行全转换。图4是示出矩阵转换器21的结构的框图。
[0057] 如图4所示,矩阵转换器21是具备R相单元41a、S相单元41b、T相单元41c和三相变压器42的串联多级矩阵转换器。R相单元41a连接在发电机15的R相与中性点N之间,S相单元41b连接在发电机15的S相与中性点N之间,T相单元41c连接在发电机15的T相与中性点N之间。
[0058] 各个单元41a〜41c分别是将多个单相矩阵转换器43a〜43c串联连接的连接体。具体地说,单相矩阵转换器43a的端子a与发电机15连接,单相矩阵转换器43a的端子b与单相矩阵转换器43b的端子a连接。另外,单相矩阵转换器43b的端子b与单相矩阵转换器43c的端子a连接,单相矩阵转换器43c的端子b与中性点N连接。
[0059] 另一方面,各单相矩阵转换器43a〜43c的3个端子u、v、w与分别独立的三相变压器42的二次绕组44连接。另一方面,三相变压器42的一次绕组45与电力系统30连接。该三相变压器42作为耦合部,使从单相矩阵转换器43a〜43c输出的电力彼此绝缘地耦合,利用电力系统30侧具有的一次绕组45,将该耦合后的电力的电压升压至电力系统30的电压。
[0060] 这样,在风力发电用矩阵转换装置20中,矩阵转换器21构成串联多级矩阵转换器。因此,可降低流过发电机15侧与电力系统30侧双方的电流的高次谐波。
[0061] 另外,在各单元41a〜41c中串联连接3个单相矩阵转换器43a〜43c,各单相矩阵转换器43a〜43c输出将发电机15的发电电压大致除以3而得的电压。因此,从各个单相矩阵转换器43a〜43c向发电机15输出的浪涌电压与各单相矩阵转换器43a〜43c的输出电压成比例。因此,在风力发电用矩阵转换装置20中,与不将单相矩阵转换器串联连接的情况相比,浪涌电压相对于发电机15的发电电压的比例较小。其结果,能够降低浪涌电压对发电机15的影响。此外,单相矩阵转换器的串联连接数越大,则越能够降低浪涌电压对发电机15的影响。
[0062] 另外,可通过提高三相变压器42的一次侧电压,来减小三相变压器42中的一次绕组45的线径,由此,能够提高维护性。此外,还可以将各个单相矩阵转换器43a〜43c的端子U、V、w分别与独立的二次绕组44连接,以使在各个二次绕组44输出的电压之间产生一定的相位差的方式构成三相变压器42。由此,例如能够去除在各个单相矩阵转换器43a〜43c中产生的噪声等。
[0063]另外,矩阵转换器21即使在发电机15的旋转速度较慢例如从发电机15输出的发电电压的频率为零,也能够进行针对电力系统30的运转。这是因为即使发电机15的频率为零,风力发电用矩阵转换装置20也切换根据电力系统30的电压相位而通断的开关元件,所以能够防止电流持续流过特定的开关元件的电流集中。因此,还能够抑制开关元件(后述的双向开关53a〜53f )的容量同时使风车14的旋转位置静止。
[0064]另外,通过使各个单相矩阵转换器43a〜43c分别并联连接单相矩阵转换器,能够使各个单元41a〜41c的电流额定值倍增。并联连接矩阵转换器的情况与并联连接逆变器的情况不同,不存在容量大的电容器。因此,与电力系统30侧连接的三相变压器42的二次绕组44的电感器或电力系统30侧的滤波电抗器具有使发电机15侧的电流平衡的效果,可节省电流平衡用的电抗器。
[0065] 例如,如图5所示,在各单元41a〜41c中,能够分别使单相矩阵转换器46a〜46c与各个单相矩阵转换器43a〜43c并联连接。图5是示出通过并联连接使额定电流增加的串联多级矩阵转换器的结构的图。在图5中,虽然没有图示S相单元41b与T相单元41c的结构,但该结构与R相单元41a相同。此外,越增加并联连接的单相矩阵转换器,则越能够增加各个单元41a〜41c的电流额定值。
[0066]另外,可以不将矩阵转换器21设为串联多级矩阵转换器,而是例如采用将矩阵转换器21设为并联连接多个矩阵转换器而成的并联多级矩阵转换器从而节省电流平衡用电抗器的结构。
[0067] 这里,说明单相矩阵转换器43a〜43c的结构。各个单相矩阵转换器43a〜43c是相同的结构,所以在此说明单相矩阵转换器43a的结构。图6是示出图4所示的单相矩阵转换器43a的结构的一例的图。
[0068] 如图6所示,单相矩阵转换器43a具备单相矩阵转换器主体50、滤波器51和缓冲电路52。
[0069] 单相矩阵转换器主体50具备双向开关53a〜53f。双向开关53a〜53c的一端连接单相矩阵转换器43a的端子a,双向开关53d〜53f的一端连接单相矩阵转换器43a的端子bo
[0070] 并且,双向开关53a的另一端与双向开关53d的另一端连接,经由滤波器51与端子w连接。同样,双向开关53b的另一端与双向开关53e的另一端连接,经由滤波器51与端子V连接。另外,双向开关53c的另一端与双向开关53f的另一端连接,经由滤波器51与端子u连接。
[0071] 双向开关53a〜53f例如可由反向并联连接单一方向的开关元件后的2个元件构成。作为开关元件例如具有IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极晶体管)等半导体开关,尤其将具有逆向阻止能力的半导体开关用作开关元件。并且,通过向该半导体开关的栅极输入信号使各个半导体开关导通/关断,从而控制通电方向。
[0072] 滤波器51是用于降低由于单相矩阵转换器主体50的开关动作而产生的高次谐波电流的滤波器,具备电容器Cla〜Clc和电感器(电抗)Lla〜Lie。电感器Lla〜Lie连接在单相矩阵转换器主体50与端子U、V、w之间,电容器Cla〜Clc各自的一端与端子u、v、w连接,另一端公共连接。
[0073] 这里,如图4所示,单相矩阵转换器43a的端子u、v、w与三相变压器42连接。即,端子u、v、w与电感成分连接。因此,可利用三相变压器42来承担电感器Lla〜Lie的一部分或全部的功能,可实现滤波器51的小型化、成本降低。这样,串联多级矩阵转换器具有能够实现单相矩阵转换器43a的小型化、成本降低的优点。
[0074] 接着,说明图6所示的缓冲电路52。如图6所示,缓冲电路52具备发电机侧全波整流电路54、电力系统侧全波整流电路55、电容器C2和放电电路56。缓冲电路52利用发电机侧全波整流电路54以及电力系统侧全波整流电路55将在单相矩阵转换器主体50的端子间产生的浪涌电压转换为直流电压而蓄积在电容器C2中,利用放电电路56释放该蓄积的直流电压。
[0075] 此外,在电容器C2的电压为预定值以上的电压时进行放电电路56的放电。另外,放电电路56是根据在发电机15的发电电压的变化率为预定值以上时、或者发电机15的旋转速度的变化率为预定值以上时从控制部22输出的放电指令进行动作的电路。放电电路56构成为串联连接IGBT等开关元件和电阻,并与电容器C2并联连接。
[0076] 返回图3说明控制部22的结构。控制部22具备转矩指令生成部61、电压指令生成部62、系统电压检测部63、参照电压输出部64、PLL (Phase Locked Loop:锁相环)65、功率因数控制部66、控制信号产生部67和功率因数设定部77。
[0077] 转矩指令生成部61生成并输出决定发电机15的转矩的转矩指令。具体地说,转矩指令生成部61从速度检测器18取得作为发电机15的旋转速度信息的速度检测值,输出与发电机15的旋转速度对应的转矩指令。由此,能够根据风车14的旋转速度有效地进行发电。
[0078] 电压指令生成部62生成与所输入的转矩指令相应的针对发电机15的电压指令并输出到控制信号产生部67。例如,电压指令生成部62在从转矩指令生成部61取得转矩指令的情况下,根据该转矩指令生成电压指令,输出到控制信号产生部67。在此情况下,例如作为一个方法,电压指令生成部62为了生成电压指令而取得发电机电流检测器19检测出的发电机电流检测值,从发电机电流检测值中提取有助于产生转矩的转矩电流成分。电压指令生成部62根据这样提取出的转矩电流成分与从转矩指令生成部61取得的转矩指令的偏差生成电压指令。
[0079] 系统电压检测部63监视矩阵转换器21与电力系统30之间的连接点,检测电力系统30的电压,将检测到的电压的瞬时值作为系统电压检测值向参照电压输出部64输出。由此,从系统电压检测部63向参照电压输出部64输出系统电压检测值。参照电压输出部64向PLL65输出从系统电压检测部63取得的系统电压检测值。
[0080] PLL65根据电力系统30的三相电压值生成电力系统30的电压相位的信息,并向功率因数控制部66输出。功率因数控制部66根据所输入的电力系统30的电压相位的信息,生成电流相位的信息。此外,PLL65是电压相位生成部的一例。图7是示出功率因数控制部66的结构的一例的图。
[0081] 如图7所示,功率因数控制部66具备加法器80,该加法器80使功率因数角指令β与从PLL65输入的电压相位的信息相加而生成电力系统30的电流相位。功率因数控制部66向控制信号产生部67 (参照图3)输出所输入的电力系统30的电压相位的信息和已生成的电流相位的信息。由此,设定电力系统30侧的功率因数。
[0082] 功率因数角指令β是由功率因数设定部77 (参照图3)设定的指令。功率因数设定部77例如根据从电力系统30侧的系统设定的信息来决定功率因数角指令β。此外,功率因数设定部78也可根据电力系统30侧的状态等决定功率因数角指令β。
[0083]图3所示的控制信号产生部67生成使矩阵转换器21进行电力转换的PWM脉冲图形的控制信号,向矩阵转换器21输出已生成的控制信号。控制信号产生部67根据从电压指令生成部62取得的电压指令、从功率因数控制部66取得的电压相位的信息以及电流相位的信息等生成控制信号。
[0084] 矩阵转换器21根据从控制信号产生部67输出的PWM脉冲图形的控制信号,使双向开关53a〜53f接通/断开,进行电力转换。该矩阵转换器21可利用双向开关53a〜53f直接对所输入的电压进行开关,由此能够分别进行发电机15侧的控制和电力系统30侧的控制。由此,矩阵转换器21使发电机15的发电电力对应于电力系统30侧的电压值以及频率而进行电力转换并输出。。
[0085]图8是说明控制信号产生部67的矩阵转换器21的控制例的图。如图8所示,根据PWM脉冲图形的控制信号来选择从发电机15输出的三相交流电压(R相电压ER、S相电压ES、T相电压ET),向电力系统30侧输出脉冲形状的输出电压。
[0086] 这里,在利用从控制信号产生部67输出的控制信号选择了作为基准的最小电压相和中间电压相之后,选择最小电压相和最大电压相,然后,选择最小电压相和中间电压相。因此,与一般的逆变器相比,1次的电压变动减小,结果,能够抑制浪涌电压、漏电流。
[0087] 在图8所示的例子中,在图中的区间1内,选择作为基准的T相电压ET和作为中间电压相的S相电压ES,将第1脉冲95作为输出电压输出到电力系统30侧。然后选择T相电压ET和作为最大电压相的R相电压ER,将第2脉冲96作为输出电压输出到电力系统30侧,然后,再次选择T相电压ET和S相电压ES,将第1脉冲95作为输出电压输出到电力系统30侧。
[0088] 这样,控制信号产生部67参照从系统电压检测部63取得的电力系统30的电压检测值,生成与从电压指令生成部62输入的电压指令相应的PWM脉冲。然后,控制信号产生部67通过PWM脉冲的面积控制输出电压之间的电压值,通过PWM脉冲的比率使作为电力系统30侧的电流的输入电流接近于正弦波。这里,PWM脉冲的比率是由系统电压值中的最小电压相和中间电压相或最大电压相和中间电压相形成的第1脉冲的时间幅度与由最小电压相和最大电压相形成的第2脉冲的时间幅度之比。
[0089] 例如,图8所示的PWM脉冲94由第1脉冲95和第2脉冲96形成,通过使第1脉冲95的期间T1与第2脉冲96的期间T2之比α进行变化,输入电流的波形形状进行变化。例如,使期间Τ1与期间Τ2之比(PWM脉宽之比)即α根据作为电力系统30的电压的输入电压的相位进行变化,而且作为输入电压相位中的最大电压相或最小电压相的电压值与中间电压相的电压值之比。此外,通过决定是使最大电压相根据输入电压的相位在控制周期Τ的期间持续流过电流、还是使最小电压相根据输入电压的相位在控制周期Τ的期间持续流过电流,能够使输入电流的波形成为相位与输入电压相等的正弦波,使功率因数成为1。
[0090] 另外,控制信号产生部67根据从功率因数控制部66输出的电流相位,决定PWM脉冲之比α,进而决定是使最大电压相在控制周期Τ的期间持续流过电流、还是使最小电压相在控制周期Τ的期间持续流过电流。由此,向矩阵转换器21输出控制信号,该控制信号使电力系统30侧的功率因数成为由功率因数设定部77设定的功率因数。
[0091] 返回图3继续进行控制部22的说明。控制部22还具备位置指令部68、位置控制部69、切换器70、发电电压检测部71、放电指令部72、电源切换部73、停电检测部74和状态量切换部75。并且,控制部22进行停电时控制、风车旋转位置控制、剩余电力放电控制、电源切换控制等各种控制。以下,具体说明这些控制。
[0092](停电时控制)
[0093] 首先,说明控制部22进行的停电时控制。为了进行该停电时控制,如图3所示,控制部22具备停电检测部74、状态量切换部75以及参照电压输出部64。
[0094] 停电检测部74根据由系统电压检测部63检测出的系统电压检测值来检测电力系统30停电的情况,生成停电检测信号。并且,停电检测部74向电压指令生成部62、功率因数控制部66、控制信号产生部67以及状态量切换部75输出生成的停电检测信号。这里,停电检测部74根据系统电压检测值来检测电力系统30的停电,但停电检测方法不限于此。例如,在停电检测部74中,也可以根据流过矩阵转换器21与电力系统30之间的电流的值(以下,有时还记为“系统电流值”),来检测电力系统30的停电。
[0095] 此外,根据系统电压检测值或系统电流值来检测电力系统30的停电的方法可采用公知的方法。例如,在矩阵转换器21中设置停电检测用信号产生部(未图示),使停电检测用信号与从矩阵转换器21向电力系统30输出的电压叠加。然后,在由系统电压检测部63检测到停电检测用信号时,停电检测部74检测出电力系统30停电的情况。另外,例如,停电检测部74也可以通过比较矩阵转换器21所输出的电压或电流的相位与电力系统30中的电压或电流的相位来检测电力系统30停电的情况。
[0096] 另外,停电检测部74也可以在取得从电力系统30发送的停电信息(未图示)时检测电力系统30的停电,从而取代通过检测电力系统30的电压或流过电力系统30的电流来检测电力系统30的停电。
[0097] 发电电压检测部71检测发电机15的输出电压(发电电压)的电压,将检测出的电压的瞬时值作为发电电压检测值向状态量切换部75输出。
[0098] 在从停电检测部74输出了停电检测信号时,状态量切换部75切换内部具有的切换器,将向参照电压输出部64和控制信号产生部67输出的信号从系统电压检测值切换为发电电压检测值。由此,当发生停电时,参照电压输出部64以及控制信号产生部67根据发电机15的电压进行动作,而不是根据电力系统30的电压进行动作。
[0099] 在从停电检测部74输出了停电检测信号的情况下,电压指令生成部62将生成的电压指令从针对上述发电机15的电压指令切换为针对电力系统30的电压指令。针对该电力系统30的电压指令例如是根据转矩指令与转矩电流成分的偏差来校正零电压而得到的指令。在此情况下,电压指令生成部62取得发电机电流检测器19检测出的发电机电流检测值,从该发电机电流检测值中提取有助于产生转矩的转矩电流成分。电压指令生成部62计算这样提取的转矩电流成分与从转矩指令生成部61取得的转矩指令的偏差,根据该偏差校正零电压,生成针对电力系统30的电压指令。上述零电压是以在发生停电的情况下电力系统30的电压成为零的情况为前提。
[0100] 另外,电压指令生成部62还可以使用系统电压检测值生成针对上述电力系统30的电压指令。例如,电压指令生成部62能够将根据上述转矩指令与转矩电流成分的偏差校正由系统电压检测部63检测出的电压而得到的指令作为针对电力系统30的电压指令。
[0101] 在从停电检测部74输入了停电检测信号的情况下,功率因数控制部66输出驱动发电机15所需的电流相位,作为向控制信号产生部67输出的电流相位。例如,当发电机15是永磁型的旋转电机时,使向控制信号产生部67输出的电流相位成为与从PLL65输入的发电机15的电压相位相等的值。另外,发电机15如感应型旋转电机那样,在电流中包含励磁电流成分和转矩电流成分的情况下,转矩电流成分的相位与发电机15的电压相等,励磁电流成分以与转矩电流成分90度的相位差流动。功率因数控制部66从电压指令生成部62取得转矩电流成分的指令值Iq以及励磁电流成分的指令值Id (未图示),将通过tan 1 (Id/Iq)求出的角度作为功率因数角指令β。然后,功率因数控制部66使功率因数角指令β与发电机15的电压相位相加而生成向控制信号产生部67输出的电流相位。在输入停电检测信号的期间,功率因数控制部66将这样生成的电流相位输出至控制信号产生部67。
[0102] 在从停电检测部74输入了停电检测信号的情况下,控制信号产生部67将来自电压指令生成部62的电压指令用作针对电力系统30的电压指令,取代系统电压检测值而参照发电电压检测值来生成与从电压指令生成部62输入的电压指令以及从功率因数控制部66输入的电压相位、电流相位对应的PWM脉冲。此外,为了根据发电电压值向电力系统30输出电压,选择矩阵转换器21内的双向开关53a〜53f,向所选择的双向开关分配PWM脉冲信号。由此,矩阵转换器21在刚刚发生停电后的电力系统30的电压降中、电力系统30的电压为零的完全停电中、恢复电力时的电力系统30的电压上升中,向发电机15流过产生与转矩指令相等的转矩的电流,并且在发生停电时也能够继续运转。
[0103] 风力发电用矩阵转换装置20的结构即使是图3所示的例子以外的结构,也能够执行停电时控制,例如,可以为图9所示的结构。图9是第1实施方式的风力发电装置的另一框图。图9所示的风力发电用矩阵转换装置20除了发电机电流检测器19之外,还具备系统电流检测器25和状态量切换部78。此外,在图9所示的风力发电用矩阵转换装置20中,与来自停电检测部74的停电检测信号无关,向参照电压输出部64、功率因数控制部66以及控制信号产生部67输出由系统电压检测部63取得的电力系统30的电压检测值。
[0104] 系统电流检测器25检测流过矩阵转换器21与电力系统30之间的电流,将检测出的电流的瞬时值作为系统电流检测值输出到控制部22。此外,作为系统电流检测器25例如可采用电流传感器,该电流传感器利用作为磁电转换元件的霍尔元件检测电流。
[0105] 状态量切换部78取得发电机电流检测器19检测出的发电机电流检测值和系统电流检测器25检测出的系统电流检测值。在从停电检测部74输出了停电检测信号的情况下,该状态量切换部78将向电压指令生成部62输出的信号从发电机电流检测值切换为系统电流检测值。
[0106] 在从停电检测部74输入了停电检测信号的情况下,电压指令生成部62使用自身保持的停电时系统电流指令而取代来自转矩指令生成部61的转矩指令,并根据停电时系统电流指令和系统电流检测值生成针对发电机15的电压指令。另一方面,在未从停电检测部74输入停电检测信号时,如上所述,电压指令生成部62例如根据从发电机电流检测值提取出的转矩电流成分与从转矩指令生成部61取得的转矩指令的偏差生成电压指令。
[0107] 控制信号产生部67根据从电压指令生成部62输出的针对发电机15的电压指令,生成使矩阵转换器21进行电力转换的控制信号,向矩阵转换器21输出所生成的控制信号。由此,矩阵转换器21向电力系统30流过依照停电时系统电流指令的电流,并且在停电时也能够继续进行运转。
[0108] 在此情况下,由于停电,从参照电压输出部64输出的系统电压检测值不再是正常值。在这样的情况下,可构成为,通过PLL65内部的增益设定等,即使在发生停电时,PLL65也继续输出电力系统30的电压相位的信息。
[0109] 另外,在此情况下,如图9所示,也可以设置系统电压波形存储部76,该系统电压波形存储部76是存储最新的预定周期(例如,5个周期)的由系统电压检测部63检测出的电力系统30的电压波形的环状缓存器。该系统电压波形存储部76执行这样的存储处理:一边删除最先存储的系统电压检测值一边依次存储由系统电压检测部63检测出的系统电压检测值。此外,在系统电压波形存储部76中,也可以存储最新的指定时间的电压波形,而不是最新的预定周期的电压波形。。
[0110]另外,在系统电压波形存储部76存储有电力系统30的电压波形的状态下,当从停电检测部74输出停电检测信号时,系统电压波形存储部76停止存储处理,保持存储状态。当在向PLL65输出了从系统电压检测部63取得的系统电压检测值的状态下从停电检测部74输出停电检测信号时,参照电压输出部64从系统电压波形存储部76读出电压值的信息,输出到PLL65。
[0111]图10是示出系统电力停电时控制的顺序的图。在由矩阵转换器21进行从发电机15向电力系统30的电力转换的过程中,如图10所示,当在电力系统30中产生停电时,从停电检测部74输出停电检测信号(高电平的信号)。由此,停止系统电压波形存储部76的存储处理,参照电压输出部64从指定周期之前的电压值起依次读出系统电压波形存储部76中存储的电压值,输出到PLL65。由此,在发生停电后PLL65也能取得电压值的信息,继续输出电力系统30的电压相位的信息。
[0112] 另外,在此情况下,如上所述,停电检测部74向功率因数控制部66、控制信号产生部67输出停电检测信号,由此,变更电力系统30侧的功率因数。例如,功率因数控制部66在电力系统30停电的情况下,变更功率因数角指令β的值,使功率因数角指令β与从PLL65输入的电压相位相加而生成电流相位的信息。控制信号产生部67根据从功率因数控制部66输出的信息变更电力系统30侧的功率因数。由此,即使在产生瞬间停电的情况下,也能够不使风力发电部10停止而维持系统互连,并且向系统侧输出由上述停电时系统电流指令和变更的功率因数角指令β决定的电流,提供电力系统30所需的无功功率。
[0113] 如以上那样,控制部22取得电力系统30侧的电流值和电压值以及发电机15侧的电流值和电压值中的三个以上的状态量。然后,控制部22根据停电检测部74的检测结果,利用状态量切换部75或状态量切换部78切换这三个以上的状态量中的电力系统30侧的状态量与发电机15侧的状态量的组合。由此,能够进行在停电时也继续运转的停电时控制。
[0114] 此外,参照图3以及图9说明的状态量组合的切换模式只不过是一例,也可以利用其它切换模式进行基于停电检测部74的检测结果的状态量切换控制,进行在停电时也继续运转的停电时控制。
[0115]另外,控制部22作为状态量取得部发挥作用,该状态量取得部取得电力系统30侧的电流值与电压值以及发电机15侧的电流值与电压值中的三个以上的状态量。例如,控制部22从系统电流检测器25 (参照图9)取得电力系统30侧的电流值作为系统电流检测值,通过系统电压检测部63(参照图3以及图9)检测电力系统30侧的电压值作为电力系统30的电压值。另外,控制部22从发电机电流检测器19 (参照图3以及图9)取得发电机15侧的电流值作为发电机电流检测值,通过发电电压检测部71 (参照图3以及图9)取得发电机15侧的电压值作为发电电压检测值。
[0116](风车旋转位置控制)
[0117] 接着,说明控制部22进行的风车旋转位置控制。为了进行该风车旋转位置控制,如图3以及图9所示,控制部22具备位置指令部68以及位置控制部69。
[0118] 位置指令部68在内部的存储部中存储有多个规定目标位置的位置指令的信息,从内部的存储部中读出与由操作部24指定的风车14的旋转位置相应的位置指令,然后向位置控制部69输出。位置指令部68所存储的位置指令是这样的信息:将在安装或拆卸各个叶片13b (参照图1)时最佳的转子轮毂13a的位置作为目标位置。或者还可以构成为由操作部24直接指定目标位置,使风车停止在任意的旋转位置,而不仅仅是最适于叶片13b的安装或拆卸的旋转位置。
[0119] 例如,转子轮毂13a的0度旋转位置是最适于叶片13bl (参照图2A)的安装等的位置,转子轮毂13a的120度旋转位置是最适于叶片13b2 (参照图2C)的安装等的位置。另外,转子轮毂13a的240度旋转位置是最适于剩余的叶片13b的安装等的位置。
[0120] 在此情况下,位置指令部68在内部的存储部中存储将转子轮毂13a的0度旋转位置、120度旋转位置、240度旋转位置分别作为目标位置的位置指令。并且,例如在由操作部24指定了叶片13b2 (参照图2)时,位置指令部68从内部的存储部读出将转子轮毂13a的120度旋转位置作为目标位置的位置指令并向位置控制部69输出。
[0121] 此外,位置指令部68还可以生成与由操作部24指定的转子轮毂13a的旋转位置对应的位置指令,向位置控制部69输出。另外,在位置指令部68内,例如也可在内部的存储部中存储将转子轮毂13a的大于等于0度小于360度的各个旋转位置(例如,每1度的旋转位置)作为目标位置的位置指令。在此情况下,当从操作部24指定了转子轮毂13a的旋转位置时,从内部的存储部中读出将指定的旋转位置作为目标位置的位置指令,向位置控制部69输出。
[0122]另外,位置指令部68在由操作部24指定了转子轮毂13a的旋转位置时,向切换器70输出切换信号。通过该切换信号,将向电压指令生成部62输入的转矩指令从转矩指令生成部61的转矩指令切换为位置控制部69的转矩指令。
[0123] 位置控制部69取得从位置指令部68输出的位置指令,取得从位置检测器16输出的位置检测值,还取得从速度检测器18输出的速度检测值。然后,位置控制部69根据位置指令、位置检测值以及速度检测值,输出使风车14的旋转位置与位置指令规定的目标位置一致的转矩指令。图11是示出位置控制部69的结构的一例的图。
[0124] 如图11所示,位置控制部69具备减法器81、83和PI放大器82、84。减法器81向PI放大器82输入从位置指令减去位置检测值而生成的位置差分信号。S卩,减法器81对位置指令规定的目标值与风车14的当前旋转位置进行比较,将目标值与风车14的旋转位置的差分作为位置差分信号进行输出。
[0125] PI放大器82对从减法器81输出的位置差分信号进行PI (比例积分)放大,转换为速度信号,向减法器83输出。减法器83取得从PI放大器82输出的速度信号,还取得从速度检测器18输出的速度检测值。然后,减法器83向PI放大器84输入从速度信号减去速度检测值而生成的速度差分信号。
[0126] PI放大器84取得从减法器83输出的速度差分信号,对速度差分信号进行PI (比例积分)放大,转换为转矩指令并向切换器70 (参照图3以及图9)输出。
[0127] 如图3以及图9所示,从位置控制部69输出的转矩指令被输入到切换器70,经由切换器70输出至电压指令生成部62。电压指令生成部62向控制信号产生部67输出与从位置控制部69输入的转矩指令相应的电压指令。由此,进行从电力系统30向发电机15的电力转换,风车14移动至由操作部24指定的目标位置后停止。
[0128] 这样,在风力发电用矩阵转换装置20中,通过设置位置指令部68和位置控制部69,能够在不使用起重机或油压装置等的情况下,使风车14的旋转位置与通过来自操作部24的操作指定的目标位置一致。因此,能够使风车14停止,可容易地进行叶片13b的安装或拆卸,能够提高风力发电部10的设置作业或保养作业的作业性。
[0129] 另外,位置控制部69在风车14的旋转位置到达目标位置之后,从控制信号产生部67继续向矩阵转换器21输出基于风车14的旋转位置和目标位置的控制信号。由此,能够在风车14的旋转位置到达目标位置之后使风车14的旋转位置静止在目标位置。
[0130] 此外,为了在强风等的情况下使风车14更稳定地静止,风力发电部10设置有用于固定叶片13b的位置的固定机构。这里,作为固定机构,设置有用于固定转子轮毂13a的锁定销(未图示)。因此,能够更容易地进行叶片13b的安装或拆卸,能够进一步提高风力发电部10的设置作业或保养作业的作业性。此外,即使在保持风车14的旋转位置的静止状态下,矩阵转换器21也不会引起电流集中于内部的特定双向开关53a〜53f的情况,所以能够实现不会超过双向开关的容许温度的稳定静止动作。
[0131] 此外,在出现对操作部24的预定操作时,风车位置控制结束,但风车位置控制不限于此。例如也可以设置检测叶片13b的安装或拆卸的检测器,在该检测器检测到叶片13b的安装或拆卸时,结束风车旋转位置控制。
[0132] 另外,在位置控制部69中,也可以根据安装到转子轮毂13a上的叶片13b的片数、叶片13b的间距(角度)来调整转矩指令。在此情况下,设置检测叶片13b的安装片数的叶片片数检测器或变更叶片13b的间距的间距变更机构。位置控制部69根据从叶片片数检测器或间距变更机构输出的叶片片数的信息或间距的信息,调整转矩指令。
[0133] 这样,除了位置检测值、速度检测值以外,还考虑了风量、风向、叶片13b的安装片数、叶片13b的间距等生成转矩指令,由此能够使风车14的旋转位置更迅速地变化至目标位置,另外,能够更稳定地使风车14的旋转位置静止。
[0134] 另外,当使风车14向目标位置移动时,如果使风车14的转子13急剧旋转,则对发电机15产生应力。可通过限制风车14的旋转速度来抑制该应力。例如,可通过设置限制器电路,来抑制风车14的旋转速度,该限制器电路以使从位置控制部69输出的转矩指令不会成为预定值以上的方式进行限制。此外,也可以使得能够通过对操作部24的操作来调整PI放大器82或PI放大器84的增益。
[0135] 另外,在组装风车14的情况下,控制部22还可以进行将风车14的旋转位置变更为用于安装叶片13b的目标位置的控制。例如,控制部22在使风车14的旋转位置与由操作部24指定的目标位置一致之后,当判定为已安装叶片13b时还可以进行以下的控制:使风车14的旋转位置变更为用于安装剩余叶片13b的目标位置。由此,可更迅速地进行风车14的组装作业。另外,在此情况下,例如,在风车14上设置检测叶片13b的安装的检测部等,根据该检测部的检测结果,判定为已安装叶片13b。
[0136](剩余电力放电控制)
[0137] 接着,说明控制部22进行的剩余电力放电控制。剩余电力放电控制是在产生剩余电力的情况下释放该剩余电力的控制。剩余发电电力是在吹过突然的暴风而使风车14的旋转增加的情况或电力系统30停电的情况等情况下产生的。为了进行该剩余电力放电控制,如图3和图9所示,控制部22具备发电电压检测部71以及放电指令部72。
[0138] 放电指令部72根据从速度检测器18输出的速度检测值或从发电电压检测部71输出的发电电压检测值,判定是否已产生剩余发电电力。放电指令部72在判定为已产生剩余发电电力时,向矩阵转换器21输出放电指令。图12是示出放电指令部72的结构的一例的图。
[0139] 如图12所示,放电指令部72具备微分电路85、86、比较器87、88和逻辑“或”电路(0R电路)89。从速度检测器18输出的速度检测值由微分电路85进行微分后作为速度变化率值输出。从微分电路85输出的速度变化率值输入至比较器87,由比较器87与预先设定的速度变化率异常检测电平进行比较。在从微分电路85输出的速度变化率值高于速度变化率异常检测电平的情况下,比较器87输出高电平的信号。
[0140] 另外,从发电电压检测部71输出的发电电压检测值由微分电路86进行微分后作为发电电压变化率值输出。从微分电路86输出的发电电压变化率值输入至比较器88,由比较器88与预先设定的发电电压变化率异常检测电平进行比较。在从微分电路86输出的发电电压变化率值高于发电电压变化率异常检测电平时,比较器88输出高电平信号。
[0141] 然后,在从比较器87与比较器88的任意一个输出了高电平信号时,逻辑“或”电路89输出作为高电平信号的放电指令。例如,在由于吹过突然的暴风而使风车14的旋转增加、以及由未图示的开闭器等切断矩阵转换器21和电力系统30而产生剩余发电电力时,放电指令部72向矩阵转换器21输出放电指令。
[0142] 放电指令被输入到单相矩阵转换器43a〜43c (参照图4)。具体地说,放电指令被输入到单相矩阵转换器43a〜43c所包含的缓冲电路52的放电电路56。由此,各放电电路56成为接通状态,由各放电电路56消耗剩余发电电力。尤其,直流多级矩阵转换器具有多个单相矩阵转换器,所以可利用单相矩阵转换器43a〜43c各自的缓冲电路52分散地消耗剩余发电电压。
[0143] 这样,在风力发电用矩阵转换装置20中,即使在由于突然的风暴或与电力系统30切断而产生剩余发电电力的情况下,也向缓冲电路52输出指示直流电压放电的放电指令。所以,能够利用缓冲电路52消耗剩余发电电力。由此,可继续风力发电用矩阵转换装置20的运转或者实现保护。
[0144] 此外,在上述说明中,是利用缓冲电路52消耗剩余发电电力,但也可以将剩余发电电力充入UPS23的蓄电池。在此情况下,设置充电部,该充电部在放电指令被输入时,将发电机15的输出交流电压转换为直流电压而输入至UPS23的蓄电池。此外,也可以不设置充电部,而是经由绝缘部件将缓冲电路52的电容器C2(参照图6)的直流电压提供给UPS23的蓄电池。
[0145] 另外,放电指令部72也可以利用缓冲电路52消耗剩余发电电力,并且对UPS23的蓄电池进行充电。例如,放电指令部72在剩余发电电力小于阈值的情况下,向缓冲电路52和上述充电部中的一方输出放电指令,利用缓冲电路52或UPS23消耗剩余发电电力。另外,放电指令部72在剩余发电电力是预定值以上时,向缓冲电路52和充电部双方输出放电指令,利用缓冲电路52以及UPS23消耗剩余发电电力。
[0146] 另外,也可以根据剩余发电电力的大小变更由缓冲电路52消耗的电量和由USP23消耗的电量之比。此外,在USP23的蓄电池处于满充电状态的情况下,还可以不执行UPS23中的功耗。
[0147] 另外,在上述说明中示出了利用放电电路56消耗剩余发电电力的例子,但也可以与放电电路56不同地设置用于消耗剩余发电电力的放电电路。另外,也可以为了消耗剩余发电电力而预先准备2个以上的放电电路,根据剩余发电电力的大小选择输入放电指令的放电电路。另外,放电指令部72在速度变化率或发电电压变化率为阈值以上时检测剩余电力,但也可以在风车14的旋转速度或发电机15的发电电压为阈值以上时检测剩余电力。
[0148](电源切换控制)
[0149] 接着,说明控制部22进行的电源切换控制。为了进行该电源切换控制,如图3以及图9所示,控制部22具备发电电压检测部71以及电源切换部73。
[0150] 如上所述,发电电压检测部71检测发电机15的发电电压的电压值,将检测到的电压值作为发电电压检测值输出到电源切换部73。电源切换部73取得从发电电压检测部71输出的发电电压检测值,根据该发电电压检测值判定是否需要电源切换。图13是示出电源切换部73的结构的一例的图。
[0151] 如图13所示,电源切换部73具备电压切换指令部90和切换器91。电压切换指令部90根据从发电电压检测部71输出的发电电压检测值控制切换器91。图14是示出图13所示的电压切换指令部90的结构的一例的图。
[0152] 如图14所示,电压切换指令部90具有比较器92,由该比较器92对发电电压检测值与发电低电压检测电平进行比较。并且,当发电电压检测值低于发电低电压检测电平时,从比较器92向切换器91输出切换指令信号(高电平的信号)。另一方面,在发电电压检测值是发电低电压检测电平以上时,从比较器92向切换器91输出低电平的信号,不输出切换指令信号。
[0153] 在电压切换指令部90不输出切换指令信号时,图13所示的切换器91将发电机15的发电电压作为用于使控制部22动作的控制电压进行输出。另一方面,在电压切换指令部90输出切换指令信号时,切换器91将UPS23的输出电压作为用于使控制部22动作的控制电压输出。
[0154] 这里,在无法确保使控制部22动作的控制电压时,发电低电压检测电平被设定为将UPS23的输出电压选择为控制电压的值。因此,在风力较强而发电机15的发电电压能够确保控制电压时,提供发电机15的发电电压作为控制电压,在风力较弱而发电机15的发电电压无法确保控制电压时,提供UPS23的电压作为控制电压。
[0155] 控制部22这样根据发电机15的发电电压进行电源切换控制,所以与发电机15的发电状态无关地向控制部22提供控制电压,从而能够使风力发电用矩阵转换装置20稳定地工作。
[0156] 此外,在风力较强而发电机15的发电电压是能够充分确保控制电压的电压时,也可以将发电机15的发电电压输出到UPS23。由此,可利用发电机15的发电电压对UPS23的蓄电池进行充电,使风力发电用电力矩阵装置20更稳定地工作。
[0157] 另外,在上述说明中,电源切换部73根据发电机15的发电电压向切换器91输出切换信号,但也可以根据发电机15的旋转速度向切换器91输出切换信号。在此情况下,电源切换部73例如对从速度检测器18输出的旋转速度值与低旋转速度检测电平进行比较,输出切换信号。
[0158](第2实施方式)
[0159] 在第1实施方式中,说明了具有风力发电部10和风力发电用矩阵转换装置20的风力发电装置1,在第2实施方式中说明设置多个风力发电装置的风场。图15是示出第2实施方式的风场的结构的图。
[0160] 如图15所示,在第2实施方式的风场100中设置有多个风力发电装置110,各个风力发电装置110与供电线140连接。另外,各风力发电装置110具备风力发电部120和风力发电用矩阵转换装置130。
[0161] 这里,各个风力发电装置110是与上述第1实施方式的风力发电装置1同样的结构。即,风力发电部120是与风力发电部10同样的结构,风力发电用矩阵转换装置130是与风力发电用矩阵转换装置20同样的结构。
[0162] 风力发电用矩阵转换装置130向供电线140输出的电压对应于电力系统的电压。即,在风力发电用矩阵转换装置130中,将电力转换部设为串联多级矩阵转换器。另外,将串联多级矩阵转换器所具有的变压器(参照图4所示的三相变压器42)设为具有一次侧的额定电压与电力系统的电压一致的变压比的变压器。由此,能够使风力发电用矩阵转换装置130直接与供电线140连接。
[0163]因此,在将串联多级矩阵转换器设为风力发电用矩阵转换装置130的电力转换部时,不需要另外准备变压器,从而能够实现结构的简化以及空间节省化。
[0164] 此外,在串联多级矩阵转换器具有的变压器的一次绕组中设置多个抽头,选择与电力系统的电压相应的抽头与供电线140连接,由此能够实现结构的简化以及空间节省化,并且与电压不同的电力系统连接。
[0165]另外,通过使风力发电部120的发电机作为电动机进行动作,控制风车的旋转位置,所以能够使叶片的安装或拆卸变得容易,从而能够实现风场整体的建设工程的效率化以及工期缩短。
[0166] 本领域技术人员能够容易地导出进一步的效果或变形例。由此,本发明的更广范的方式不被以上那样示出且记述的特定的详细以及代表实施方式限定。因此,只要不脱离权利要求及其等同物所定义的主要的发明概念的精神或范围,就能够进行各种变更。
[0167] 标号说明
[0168] 1,110 风力发电装置
[0169] 10、120 风力发电部
[0170] 14 风车
[0171] 15 发电机
[0172] 20、130 风力发电用矩阵转换装置
[0173] 21 矩阵转换器
[0174] 43a〜43c单相矩阵转换器
[0175] 22 控制部
[0176] 23 UPS (无停电电源)
[0177] 30 电力系统
[0178] 42 三相变压器
[0179] 52 缓冲电路
[0180] 66 功率因数控制部
[0181] 70 切换器
[0182] 73 电源切换部
[0183] 74 停电检测部
[0184] 76 系统电压波形存储部
[0185] 77 功率因数设定部

Claims (15)

1.一种风力发电用矩阵转换装置,其特征在于,该风力发电用矩阵转换装置具备: 矩阵转换器,其对发电机通过风车的旋转力而发出的电力进行全转换,提供给电力系统,该风车通过风力进行旋转;以及控制部,其控制所述矩阵转换器, 所述控制部具备: 电压相位生成部,其根据所述电力系统的电压或所述发电机的电压生成所述电力系统的电压相位的信息或所述发电机的电压相位的信息; 功率因数设定部,其设定所述电力系统侧的功率因数;以及 功率因数控制部,其使所述电压相位的信息与所述功率因数设定部所设定的功率因数相加,生成电流相位的信息, 所述控制部根据所述电流相位的信息生成控制信号,其中,所述控制信号使得从所述矩阵转换器输出PWM脉冲,所述PWM脉冲由第I脉冲和第2脉冲形成,所述第I脉冲是由所述电力系统中的最小电压相和中间电压相或最大电压相和中间电压相形成的,所述第2脉冲是由最小电压相和最大电压相形成的, 并且,所述控制部根据所述电流相位的信息决定所述第I脉冲与所述第2脉冲的脉宽之比。
2.根据权利要求1所述的风力发电用矩阵转换装置,其特征在于, 所述控制部具备: 停电检测部,其检测所述电力系统是否停电; 状态量取得部,其取得流过所述电力系统与所述矩阵转换器之间的电流的值和所述电力系统的电压的值这两个电力系统侧的状态量、以及流过所述发电机与所述矩阵转换器之间的电流值和所述发电机的电压的值这两个发电机侧的状态量中的三个以上的状态量;以及 状态量切换部,其根据所述停电检测部的检测结果,切换由所述状态量取得部取得的三个以上的状态量中的所述电力系统侧的状态量与所述发电机侧的状态量的组合, 所述控制部根据所述状态量切换部的输出生成控制所述矩阵转换器的控制信号。
3.根据权利要求2所述的风力发电用矩阵转换装置,其特征在于, 所述状态量切换部在所述停电检测部未检测出所述电力系统的停电的情况下将所述电力系统的电压的值作为电压检测值输出到所述电压相位生成部,在所述停电检测部检测出所述电力系统的停电的情况下将所述发电机的电压的值作为电压检测值输出到所述电压相位生成部, 所述电压相位生成部根据所述电压检测值生成所述电压相位的信息, 所述功率因数控制部在所述停电检测部检测出所述电力系统的停电的情况下,运算停电时功率因数来取代由所述功率因数设定部设定的功率因数,使该停电时功率因数与所述电压相位的信息相加,生成所述电流相位的信息。
4.根据权利要求2所述的风力发电用矩阵转换装置,其特征在于, 所述状态量切换部在所述停电检测部未检测出所述电力系统的停电的情况下将流过所述发电机与所述矩阵转换器之间的电流的值作为检测电流值输出,在所述停电检测部检测出所述电力系统的停电的情况下将流过所述电力系统与所述矩阵转换器之间的电流的值作为检测电流值输出, 所述控制部根据从所述状态量切换部输出的所述检测电流值生成控制所述矩阵转换器的控制信号。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的风力发电用矩阵转换装置,其特征在于, 所述矩阵转换器具备: 按照所述发电机的各相串联连接地设置有多个、并且各自进行双向的电力转换的单相矩阵转换器;以及 耦合部,其使从多个所述单相矩阵转换器输出的电力彼此绝缘地耦合, 所述耦合部使耦合后的所述电力的电压通过所述电力系统侧具有的绕组升压至该电力系统的电压。
6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的风力发电用矩阵转换装置,其特征在于, 所述矩阵转换器是并联连接多个矩阵转换器而得到的并联多级电力转换器。
7.根据权利要求5所述的风力发电用矩阵转换装置,其特征在于, 所述单相矩阵转换器具备缓冲电路,该缓冲电路将浪涌电压转换为直流电压并进行蓄积,对该蓄积的直流电压进行放电, 所述控制部具备放电指令部,该放电指令部根据所述发电机的旋转速度或所述发电机的发电电压,向所述缓冲电路输出指示所述直流电压的放电的放电指令。
8.根据权利要求7所述的风力发电用矩阵转换装置,其特征在于, 该风力发电用矩阵转换装置具备无停电电源,该无停电电源具有蓄电池,在满足预定条件的情况下从所述蓄电池向所述控制部供电, 所述蓄电池通过所述缓冲电路的直流电压进行充电。
9.根据权利要求1至4中的任意一项所述的风力发电用矩阵转换装置,其特征在于,该风力发电用矩阵转换装置具备: 无停电电源; 切换器,其根据切换信号切换从所述无停电电源输出的电压与从所述发电机输出的电压而作为用于使所述控制部进行动作的电压进行输出;以及 电源切换部,其根据所述发电机的发电电压,向所述切换器输出所述切换信号。
10.根据权利要求1至4中的任意一项所述的风力发电用矩阵转换装置,其中, 所述控制部具备: 系统电压波形存储部,其存储预定周期的所述电力系统的电压波形, 在使所述矩阵转换器进行从所述发电机向所述电力系统的电力转换的过程中检测到所述电力系统的停电的情况下,所述控制部根据所述系统电压波形存储部存储的电压波形控制所述矩阵转换器,使所述矩阵转换器继续进行从所述发电机向所述电力系统的电力转换。
11.根据权利要求1至4中的任意一项所述的风力发电用矩阵转换装置,其特征在于, 所述控制部控制所述矩阵转换器,以将所述发电机用作电动机而控制所述风车的旋转位置。
12.根据权利要求11所述的风力发电用矩阵转换装置,其特征在于, 所述控制部控制所述矩阵转换器具有的多个开关的通断,以保持所述风车的旋转位置。
13.一种风力发电装置,其特征在于,具备: 矩阵转换器,其对发电机通过风车的旋转力而发出的电力进行全转换,提供给电力系统,该风车通过风力进行旋转;以及控制部,其控制所述矩阵转换器, 所述控制部具备: 电压相位生成部,其根据所述电力系统的电压或所述发电机的电压生成所述电力系统的电压相位的信息或所述发电机的电压相位的信息; 功率因数设定部,其设定所述电力系统侧的功率因数;以及 功率因数控制部,其使所述电压相位的信息与所述功率因数设定部所设定的功率因数相加,生成电流相位的信息, 所述控制部根据所述电流相位的信息生成控制信号,其中,所述控制信号使得从所述矩阵转换器输出PWM脉冲,所述PWM脉冲由第I脉冲和第2脉冲形成,所述第I脉冲是由所述电力系统中的最小电压相和中间电压相或最大电压相和中间电压相形成的,所述第2脉冲是由最小电压相和最大电压相形成的, 并且,所述控制部根据所述电流相位的信息决定所述第I脉冲与所述第2脉冲的脉宽之比。
14.一种风场,具有多个风力发电装置,其特征在于, 所述风力发电装置具备: 矩阵转换器,其对发电机通过风车的旋转力而发出的电力进行全转换,提供给电力系统,该风车通过风力进行旋转;以及控制部,其控制所述矩阵转换器, 所述控制部具备: 电压相位生成部,其根据所述电力系统的电压或所述发电机的电压生成所述电力系统的电压相位的信息或所述发电机的电压相位的信息; 功率因数设定部,其设定所述电力系统侧的功率因数;以及 功率因数控制部,其使所述电压相位的信息与所述功率因数设定部所设定的功率因数相加,生成电流相位的信息, 所述控制部根据所述电流相位的信息生成控制信号,其中,所述控制信号使得从所述矩阵转换器输出PWM脉冲,所述PWM脉冲由第I脉冲和第2脉冲形成,所述第I脉冲是由所述电力系统中的最小电压相和中间电压相或最大电压相和中间电压相形成的,所述第2脉冲是由最小电压相和最大电压相形成的, 并且,所述控制部根据所述电流相位的信息决定所述第I脉冲与所述第2脉冲的脉宽之比。
15.—种风车的制造方法,该方法是权利要求13或14所述的风力发电装置中的风车的制造方法,其特征在于,包括以下步骤: 通过位置检测器检测所述风力发电装置的风车的旋转位置; 检测所述检测出的所述风车的旋转位置与所指定的目标位置之差; 将所述发电机用作电动机,根据所述检测出的所述风车的旋转位置与所述目标位置之差,使所述风车的旋转位置与所述目标位置一致,在旋转位置与所述目标位置一致的所述风车上安装叶片。
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