JP2002528027A - 送電装置 - Google Patents

送電装置

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JP2002528027A JP2000575208A JP2000575208A JP2002528027A JP 2002528027 A JP2002528027 A JP 2002528027A JP 2000575208 A JP2000575208 A JP 2000575208A JP 2000575208 A JP2000575208 A JP 2000575208A JP 2002528027 A JP2002528027 A JP 2002528027A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、第1AC電圧を生成する発電機(2)から送電線(14)を介してAC電圧網(20)に電力を送る送電装置に関する。上記送電装置は、発電機(2)によって生成された第1AC電圧を第1DC電圧に変換して、第1DC電圧を送電線(14)に供給する切換え装置(4、6、8、10、12)を備える。送電装置は、又、送電線(14)の出力に接続された第1インバータ(18)を備える。上記第1インバータは、第1DC電圧を第2AC電圧に変換して、第2AC電圧をAC電圧網(20)に供給する。本発明の特徴の一つは、切換え装置(4、6、8、10、12)が、発電機(2)によって生成された第1AC電圧を第3AC電圧に変換する変換回路(4、6、8)を有することである。本発明は、更に、第3AC電圧を第4AC電圧に変換する第1変圧器(10)と、第4AC電圧を第1DC電圧に変換する第1整流器(12)とを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、第1AC電圧を生成する発電機から送電線を介してAC電圧網に電
力を送る送電装置であって、発電機によって生成された第1AC電圧を第1DC
電圧に変換して、第1DC電圧を送電線に供給する切換え装置と、送電線の出力
に接続されて、第1DC電圧を第2AC電圧に変換して、第2AC電圧をAC電
圧網に供給する第1インバータとを備える送電装置に関する。
【0002】 発電機等の発電装置は、通常、公共供給網に直接接続される。これは風力装置
にも当てはまる。しかしながら、もし公共供給網への可能な接続点までの距離が
相対的に大きければ、送電線を設置しなければならない。その時、もし発電機で
生成されたAC電圧が送電線に直接供給されると、無効電力及び無効電力と共に
増大する線路損が送電線に生じ、又、距離がより長くなる場合はこのようなAC
線のインピーダンスがインダクタンス、キャパシタンスと実抵抗から成るので、
不安定性が発生する。AC線は、又、望ましくない電磁適合性問題に帰着し得る
電磁界を生成する。
【0003】 上記の不具合を回避するために、発電機によって生成された第1AC電圧は第
1DC電圧に変換され、次に、第1DC電圧が送電線に供給される。送電線の端
部において、DC電圧が第2AC電圧に変換されて、第2AC電圧が、実際に電
圧網である公共供給網に供給される。この点において、望ましくない過渡電流や
調波を回避するために、変換された第2AC電圧は、公共供給網のそれに少なく
とも大略対応することが望ましい。HT−DC送電装置と略称される公知の高電
圧DC送電装置において、DC電圧が、関連する整流器とインバータの制御に依
存して適当に調節されるDCチョークによって、送電線に印加される。
【0004】 本発明は、切換え装置が、発電機によって生成された第1AC電圧を第3AC
電圧に変換する電流変換回路と、第3AC電圧を第4AC電圧に変換する第1変
圧器と、第4AC電圧を第1DC電圧に変換する第1整流器とを有する、本明細
書の冒頭に記載した型式の送電装置を提供する。 本発明に従って設計された切換え装置が、送電線に供給されるべき高いDC電
圧を簡単に生成することを可能にすることにより、広い出力範囲の電力を送電線
で送ることができる。
【0005】 本発明にかかる装置では、電流が、送るべき電力の関数として対応して直線状
に変化する間に、送電線に供給される高いDC電圧が全出力範囲に渡り基底値と
して一定に維持されることが好ましく、その目的のために、電流変換回路及び/
又は第1整流器は、第1整流器によって生成されて送電線に供給される第1DC
電圧を一定値に規制する。その結果、公知の高電圧DC送電において必要なDC
チョークが消失する。
【0006】 本発明の変圧器がいわゆる中間周波数変圧器の機能を果すように、第3AC電
圧の周波数は、第1AC電圧のものより高いと共に、特に、約500〜20,0
00Hzの範囲内にあることが好ましい。 電流変換回路は、又、通常は、回転電流電圧、即ち、3相AC電圧である第1
AC電圧を単相の第3AC電圧に変換して、製造費を低減する。
【0007】 ここで特に好ましい実施形態は、電流変換回路が、発電機によって生成された
第1AC電圧を第2DC電圧に変換する第2整流器と、第2整流器によって生成
された第2DC電圧を第3AC電圧に変換する第2インバータとを有する点に特
徴がある。このようなDC電圧中間回路を設置することにより、下流側に位置す
る第2インバータを任意の数の相で形成でき、特に、単相インバータでも形成し
得る。
【0008】 更に、このようなDC電圧中間回路は、第2インバータの入力電圧のレベルを
大略一定に保つことを簡単に可能にし、この目的のために、ブースタをDC電圧
中間回路に設けることが望ましい。更に詳しくは、第2整流器によって生成され
た第2DC電圧は、通常、発電機の回転数に大体直線状に依存し、よって、ブー
スタによって大略一定のDC電圧に変換されるように対応して可変である。それ
に加えて、第1整流器によって第4AC電圧から生成されて送電線に供給される
第1DC電圧は、DC電圧中間回路の第2DC電圧より一般的に高い。
【0009】 通常、第1整流器は、約10〜500kVの範囲内にある第1DC電圧に第4
AC電圧を変換する。 送電線に供給される高DC電圧の所望の生成を実現するために、第1変圧器は
、第3AC電圧の振幅よりも高い振幅を有する第4AC電圧に第3AC電圧を変
換することが好ましい。
【0010】 フィルタが、電流変換回路と第1変圧器の間に接続されることが好ましい。望
ましくない調波を大略除去するために、このフィルタは、少なくとも1個の直列
接続の誘導子と、少なくとも1個の並列接続のコンデンサとを有することが望ま
しい。 DC電圧を円滑化するために、少なくとも1個のコンデンサが、第1整流器と
送電線の間及び/又は送電線と第1インバータの間で大地に接続されるべきであ
る。
【0011】 送電線によって供給される高DC電圧を考慮すると、第1インバータの高電圧
スイッチは、対応する高い絶縁耐力を有しなければならない。高電圧スイッチに
おける絶縁耐力を低減するために、好ましくは、第1インバータが、複数の直列
接続のインバータ部から成ることが提案される。この形態の展開において、第1
インバータが、偶数である複数の直列接続のインバータ部から成り、更に、イン
バータ部の第1半分個数部と第2半分個数部の間の接続点が大地電位にある。
【0012】 AC電圧網又は公共供給網に対する送電装置の導電分離と電圧整合のために、
第1インバータを、第2変圧器を介してAC電圧網に接続することができる。第
1インバータが上記したように複数のインバータ部から成る場合、第2変圧器は
、インバータ部の数に対応する複数の直列に誘導結合された一次巻線構成と、共
通二次巻線構成とを有し、更に、第2変圧器がインバータ部の個々の出力を加算
するように、一次巻線構成の各々はインバータ部の各々に接続される。
【0013】 本発明の別の好ましい実施形態は、従属請求項に特徴付けられている。 本発明にかかる上記の送電装置は、特に、各風力施設から可能な接続点まで相
対的に長距離を橋渡ししなければならない時に、風力装置を公共供給網に接続す
るのに適している。
【0014】 以下に説明する実施形態において、図1から概略理解されるように、生成する
電力が相対的に長距離を送電線14によって公共供給網20に供給される発電機
は、風力装置の一部である。しかしながら、ここで、発電機2の駆動方法は下記
の回路の操作の仕方に原則として何の影響も与えず、別のやり方として、例えば
、発電機2を水力又は化石材料の燃焼によって駆動することもできることに注目
すべきである。
【0015】 図1から理解されるように、風力装置の発電機2は、第1整流器4、DC電圧
中間回路6と第1インバータ8を有する電流変換回路に接続されている。中間周
波数変圧器10が、第1インバータ8の出力と第2整流器12の入力の間に接続
されている。第2整流器12によって生成されたDC電圧を相対的に長い距離に
渡り送る送電線14が、第2整流器12の出力に接続されている。送電線14が
フィルタ16に接続されると共に、第2インバータ18がフィルタ16の出力に
接続され、更に、第2インバータ18の出力が公共供給網20に接続されている
。公共供給網20は、普通50Hz又は60Hzの周波数を有する通常の3相交
流網である。
【0016】 図1に示す風力装置の発電機2は、3相又は6相のAC電圧を生成して、それ
を第1整流器4に供給し、第1整流器4は、3相AC電圧をDC電圧に変流する
。第1整流器4は、正枝路L1上で各相の正半波を正の部分DC電圧に変換する
と共に、負枝路L2上で各相の負半波を負の部分DC電圧に変換する通常の3相
又は6相の全波整流器である(図2参照)。ここで、発電機2は、当然、別のや
り方として、例えば、単相AC電圧を生成することもでき、この目的のためには
、第1整流器は単相整流器でなければならないことに注目すべきである。
【0017】 第1整流器4によって生成されたDC電圧はDC電圧中間回路6に印加される
。正枝路L1と負枝路L2の間に接続された第1コンデンサ22が、DC電圧中
間回路6の入力に設けられている。第1整流器4によって生成されたDC電圧は
、発電機2の回転数に大体直線状に依存するから、DC電圧中間回路6は、可変
DC電圧を一定DC電圧に変換するブースタを備える。このブースタは、第1誘
導子24、第1誘導子の出力に接続されていると共に、正枝路L1と負枝路L2
の間に平行に接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)26
、第1誘導子24の出力に接続されていると共に、正枝路L1に直列に接続され
ているダイオード28と、ダイオード28の出力側で正枝路L1と負枝路L2の
間に平行に接続されて、DC電圧を平滑化する第2コンデンサ30とを有する。
【0018】 3相の第1インバータ8が、図2に示す実施形態のDC電圧中間回路6の出力
に接続されて、DC電圧を3相の、より詳しくは、約500〜20,000Hz
の間の周波数を有するAC電圧に変換する。第1インバータ8の出力側に接続さ
れているフィルタ32は、直列接続の誘導子34と並列接続のコンデンサ36を
備える。中間周波数変圧器10はフィルタ32に接続されている。第1インバー
タ8によって生成されたAC電圧は3相であるので、中間周波数変圧器10は、
必然的に3相変圧器である。図2に示す実施形態において、中間周波数変圧器1
0の一次巻線と二次巻線は星形結線されている。その代りに巻線を三角結線し得
ることは理解されるであろう。
【0019】 中間周波数変圧器10は、電位分離作用だけでなく、例えば、一次側で相毎に
400Vから二次側で相毎に70kVへの高い電圧比をもたらす。
【0020】 次に、第2整流器12は、中間周波数変圧器10によって高圧側に変圧された
3相AC電圧を高DC電圧に変流する。入力される3相AC電圧のために、全波
高電圧整流器である第2整流器12は、3相整流器として形成されており、第1
整流器4の場合と同様に、図2の点P1に対して、夫々、正枝路L3上で各相の
正半波を高い正の部分DC電圧+Udに変換すると共に、負枝路L4上で各相の
負半波を高い負の部分DC電圧−Udに変換する。図2に示す実施形態において
、点P1は、大地電位にある2個の枝路L3とL4の間に対称に位置するので、
2個の枝路L3とL4の間の電圧差は2Udである。
【0021】 図2に示す実施形態において、接続点P1が大地電位にある2個の直列接続の
コンデンサ38から成るキャパシタンス手段が、第2整流器12によって生成さ
れた高DC電圧を円滑化するために、2個の枝路L3とL4の間に接続されてい
る。一方が正枝路L3と接続点P1の間で、他方が接続点P1と負枝路L4の間
で同じ大きさの電圧差を生成するために、両方のコンデンサ38は同じインピー
ダンス値を有するべきである。
【0022】 ここで、第1インバータ8、フィルタ32、中間周波数変圧器10と第2整流
器12は、別のやり方として、例えば、単相であってもよいことに注目すべきで
ある。 図2に示す実施形態において、正枝路L3と負枝路L4は、2本の線を有する
送電線14の対応する線と、夫々、ヒューズ42と断路器44を介して、接続さ
れている。
【0023】 よって、次に送電線14に供給されて、好ましくは約10〜500kVの範囲
内にある高DC電圧を、中間周波数変圧器10とそれに接続された第2整流器1
2によって、生成することができる。 このように送電線14に供給される高DC電圧は、送電線14を流れる電流が
送られるべき電力の関数として対応して直線的に変化する間に、基準値として働
くと共に、全電力範囲に渡り一定に保持される。送電線14に印加される高DC
電圧の一定保持は、DC電圧中間回路6、第1インバータ8及び/又は第2整流
器12に設けられたブースタの適当な規制によって行われる。
【0024】 図2が、発電個所に設置された送電装置の回路を示す一方、、給電個所に設置
された回路が図3と図4に示されている。 図3に示す実施形態において、送電線14は、断路器46とヒューズ48を介
して、フィルタ16と後続の第2インバータ18に接続されている。 フィルタ16は、送電線14上で送られる高DC電圧を円滑化する役目も果す
と共に、2個のコンデンサ16aと16bを備える。図示の実施形態において、
コンデンサ16aと16bは、コンデンサ38と同様に、各々が同じインピーダ
ンスを有すると共に、互いに直列に接続され、且つ、全体として正枝路と負枝路
の間に並列に接続され、又、接続点P2は大地電位にある。
【0025】 第2インバータ18は、第1インバータ8に原則的に類似した設計構成の公知
の3相インバータである。 電流円滑化目的のために各相に接続された誘導子を有する別のフィルタ50が
、第2インバータ18の出力に接続されている。
【0026】 高DC電圧から第2インバータ18によって生成されたAC電圧は、フィルタ
50とそれに接続された出力変圧器52を介して、3相公共供給網20に供給さ
れる。それゆえに、出力変圧器52は3相型であり、又、その一次巻線Wpと二
次巻線Wsは、図3において星形結線されている。出力変圧器52の巻線を三角
結線し得ることも理解されるであろう。出力変圧器52は電位分離の役目を果す
。出力変圧器52の別の機能は、第2インバータ18によって生成されたAC電
圧を、公共供給網20のAC電圧に対応する実効値に変圧することである。
【0027】 送電線によって供給される高DC電圧を考慮すると、第2インバータ18の高
電圧スイッチは、対応する高い絶縁耐力を有しなければならない。 送電線のための大地電位に対する絶縁耐力は価格と技術的な実行可能性を決定
的に左右するので、その値は正確に設定されなければならない。この理由のため
、大地電位に対する+Ud=+50kVと−Ud=−50kVの電圧値が適当で
あると思われる。
【0028】 高電圧スイッチにおける絶縁耐力を2等分するために、別のインバータ概念が
図4aに提案されている。この概念は、直列接続の2個のインバータ部18a’
と18b’を有するインバータ18’を与えるもので、2個のインバータ部18
a’と18b’の間の接続点は、接続点P2に接続されて大地電位にある。その
結果、インバータ部18a’と18b’の各々は、図3に示す単一のインバータ
18の絶縁耐力の半分だけを必要とする。2個の部分電圧+Udと−Udはイン
バータ部18a’と18b’の出力電流によって規制され、例えば、正の部分D
C電圧+Udが高すぎる場合、関連のインバータ部18a’の出力電流が対応し
て高く規制され、逆も又同様である。第1インバータ部18a’の出力が第1一
次巻線Wp1に接続される一方、第2インバータ部18b’の出力が第2一次巻
線Wp2に接続されると共に、第1一次巻線Wp1と第2一次巻線Wp2が互い
に直列に誘導結合されることによって、2個のインバータ部18a’と18b’
によって生成された部分AC電圧が出力変圧器52’の一次側に印加される。
【0029】 図4bは、4個のインバータ部18a”、18b”、18c”と18d”が直
列接続されたインバータ18”の別の実施形態を示すもので、第2インバータ部
18b”と第3インバータ部18c”の間の接続点が、接続点P2に接続されて
大地電位にある。このようにして、各インバータ部の絶縁耐力が、図4aの実施
形態と比較して半分だけ低減され、よって、図3の実施形態の4分の1に低減さ
れる。それゆえに、本実施形態の出力変圧器52”は、互いに直列に誘導結合さ
れると共に対応するインバータ部の出力に接続される4個の一次巻線Wp1、W
p2、Wp3とWp4を有する。図4bに示すインバータ構成は、図4aに示す
ものと同様に機能する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 風力装置を入力側に公共供給網を出力側に接続した送電装置の全
体を示す概略ブロック回路図である。
【図2】 風力装置の発電機が入力に接続された第1整流器、DC電圧中間
回路、第1インバータ、フィルタ、中間周波数変圧器、送電線が出力に接続され
た第2変圧器の構成の詳細な回路図である。
【図3】 送電線が入力に接続された第1実施形態の第2インバータと、二
次巻線が3相公共供給網に接続された出力変圧器とを備える構成の詳細な回路図
である。
【図4a】 図3に第2実施形態の修正第2インバータを設けた構成の回路
図である。
【図4b】 図3に第3実施形態の修正第2インバータを設けた構成の回路
図である。
【符号の説明】
2 発電機 4 第1整流器 6 DC電圧中間回路 8 第1インバータ 10 中間周波数変圧器 14 送電線 16 フィルタ 18 第2インバータ 20 公共供給網
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年10月5日(2000.10.5)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1AC電圧を生成する発電機(2)から送電線(14)を
    介してAC電圧網(20)に電力を送る送電装置において、 発電機(2)によって生成された第1AC電圧を第1DC電圧に変換すると共
    に、第1DC電圧を送電線(14)に供給する切換え装置(4、6、8、32、1
    0、12)と、送電線(14)の出力に接続されて、第1DC電圧を第2AC電
    圧に変換すると共に、第2AC電圧をAC電圧網(20)に供給する第1インバ
    ータ(18)とを備え、又、切換え装置(4、6、8、32、10、12)が、
    発電機(2)によって生成された第1AC電圧を第3AC電圧に変換する電流変
    換回路(4、6、8)と、第3AC電圧を第4AC電圧に変換する第1変圧器(
    10)と、第4AC電圧を第1DC電圧に変換する第1整流器(12)とを有す
    る送電装置。
  2. 【請求項2】 電流変換回路(4、6、8)及び/又は第1整流器(12)
    が、送電線(14)に供給される第1DC電圧を一定値に規制して、送電線(1
    4)に供給される直流が、送られる電力の関数として変化する請求項1に記載の
    送電装置。
  3. 【請求項3】 電流変換回路(4、6、8)が、周波数が第1AC電圧のも
    のより高い第3AC電圧に第1AC電圧を変換する請求項1又は2に記載の送電
    装置。
  4. 【請求項4】 電流変換回路(4、6、8)が、周波数が約500〜20,
    000Hzの範囲内にある第3AC電圧に第1AC電圧を変換する請求項1乃至
    3のいずれかに記載の送電装置。
  5. 【請求項5】 電流変換回路が、第1AC電圧を単相の第3AC電圧に変換
    する請求項1乃至4のいずれかに記載の送電装置。
  6. 【請求項6】 電流変換回路(4、6、8)が、発電機(2)によって生成
    された第1AC電圧を第2DC電圧に変換する第2整流器(4)と、第2整流器
    (4)によって生成された第2DC電圧を第3AC電圧に変換する第2インバー
    タ(8)とを有する請求項1乃至5のいずれかに記載の送電装置。
  7. 【請求項7】 第2インバータ(8)が単相インバータである請求項5又は
    6に記載の送電装置。
  8. 【請求項8】 第2DC電圧を一定DC電圧に変流するブースタ(24、2
    6、28、30)が第2整流器(4)と第2インバータ(8)の間に接続されて
    いる請求項6又は7に記載の送電装置。
  9. 【請求項9】 第1整流器(12)が、第2DC電圧よりも高い第1DC電
    圧に第4AC電圧を変換する請求項6乃至8のいずれかに記載の送電装置。
  10. 【請求項10】 第1整流器(12)が、約10〜500kVの範囲内にあ
    る第1DC電圧に第4AC電圧を変換する請求項1乃至9のいずれかに記載の送
    電装置。
  11. 【請求項11】 第1変圧器(10)が、第3AC電圧の振幅よりも高い振
    幅を有する第4AC電圧に第3AC電圧を変換する請求項1乃至10のいずれか
    に記載の送電装置。
  12. 【請求項12】 フィルタ(32)が電流変換回路(4、6、8)と第1変
    圧器(10)の間に接続されている請求項1乃至11のいずれかに記載の送電装
    置。
  13. 【請求項13】 フィルタ(32)が、少なくとも1個の直列接続の誘導子
    (34)と、少なくとも1個の並列接続のコンデンサ(36)とを有する請求項
    12に記載の送電装置。
  14. 【請求項14】 少なくとも1個のコンデンサ(38;16a、16b)が
    、第1整流器(12)と送電線(14)の間及び/又は送電線(14)と第1イ
    ンバータ(18)の間で大地に接続されている請求項1乃至13のいずれかに記
    載の送電装置。
  15. 【請求項15】 第1インバータ(18’;18”)が、複数の直列接続の
    インバータ部(18a’、18b’;18a”、18b”、18c”、18d”
    )から成る請求項1乃至14のいずれかに記載の送電装置。
  16. 【請求項16】 第1インバータ(18’;18”)が、偶数である複数の
    直列接続のインバータ部(18a’、18b’;18a”、18b”、18c”
    、18d”)から成り、更に、インバータ部の第1半分個数部(18a’;18
    a”、18b”)と第2半分個数部(18b’;18c”、18d”)の間の接
    続点P2は大地電位Mにある請求項15に記載の送電装置。
  17. 【請求項17】 第1インバータ(18;18’;18”)が、第2変圧器
    (52;52’;52”)を介してAC電圧網(20)に接続されている請求項
    1乃至16のいずれかに記載の送電装置。
  18. 【請求項18】 第2変圧器(52’;52”)が、インバータ部(18a
    ’、18b’;18a”、18b”、18c”、18d”)の数に対応する複数
    の直列に誘導結合された一次巻線構成(Wp1、Wp2;Wp1、Wp2、Wp
    3、Wp4)と、共通二次巻線構成(Ws)とを有し、更に、一次巻線構成の各
    々がインバータ部の各々に接続されている請求項15乃至17のいずれかに記載
    の送電装置。
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