JP2003501993A - 風力発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 風力タービン、この風力タービンによって駆動される発電機（１）及び整流器（２７）を具備する少なくとも１つの風力発電局（２６）と、風力発電局に配備された整流器と交流電圧側が送電または配電ネットワーク（３１）に接続され、プラントのネットワーク側に配備されたインバータ（３０）との間の直流電圧結線（２９）を具備した風力発電プラント。直流電圧結線（２９）に水中ケーブル（３３）等を使用する。プラントは、低圧側が整流器（２７）に電気的に接続され、高圧側がインバータ（３０）に電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを具備する。インバータ（３０）を、水中ケーブル（３３）の風力発電局側に配備する。ＤＣ／ＤＣコンバータ（３４）の低圧側に複数の風力発電局（２６）を並列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】

本発明は、風力タービン、このタービンで駆動する発電機及び整流器を具備す
る少なくとも１つの風力発電局と、風力発電局に配備した整流器と送電又は配電
ネットワークに交流電圧側を接続させ、プラントのネットワーク側に配備したイ
ンバータとの間の直流電圧結線を有する風力発電プラントに関係する。

【０００２】 本発明は、望ましくは、発電機と送電又は配電ネットワークとの間の結線にお
いて水中にケーブルを設置するような場合に使用することを意図している。すな
わち、結果的に、海上又は湖上に、付随する発電機を具備した１つ又は複数の風
力タービンを配備した設備において、ケーブル結線が、陸上に配置された送電又
は配電ネットワークに及ぶ構成に関するものである。以下に記載の本発明の長所
は風力タービンを海上または湖上に設置した構成に関連して論じられているが、
本発明は陸上に風力タービン及び発電機を設置した場合にも同様の効果を示し、
その場合、結線を必ずしもケーブルによって構成する必要はなく、代わりに架空
線又は架空ケーブルの形体で、複数の風力タービン／発電機を送電又は配電ネッ
トワークに接続するものであっても良い。

【０００３】

【発明の背景及び従来の技術】

海上で風力発電を実現するため、経済性を考慮して、制限地域内に巨大な風力
発電局集群を設置することが要求される。海上における風力発電は、比較的大き
な風力発電局（３MW以上）を必要とし、それに見合った５０−１００MWの総合シ
ステム電力が期待される。現時点まで、このような風力発電設備の計画は、三相
交流電圧海底ケーブルシステムによる従来の交流送電によって送電を実現するこ
とを想定していた。その場合、発電機はほとんどの場合で三相非同期発電機であ
る。ネットワークに直接接続された同期発電機を使用した例が存在するのは事実
であるが、このような例においても、原則として、風力負荷の変動特性が引き起
した電力変動を弱めるために発電機とエンジンハウスとの間に複雑な機械的バネ
サスペンションを設置する必要性を免れない。これは同期発電機のロータ原動力
の機械的作用が、強固な交流電圧ネットワークに対してスプリングのような働き
をし、それに対して、非同期発電機はダンパのように働くことによるのである。
従来の出力３ＭＷの非同期発電機はおそらく約３−６ｋVを発生させるようにす
ることができ、第一段階で、例えば２４ｋVに昇圧する変圧器と直列に接続する
ことができる。３０−４０局の風力発電局を有する風力発電設備であれば、更に
１３０ｋVまで昇圧する中央変圧器が具備されている。このようなシステムの長
所は安価であることと、複雑化な付属システムも必要としないことである。欠点
は高圧交流ケーブルで長距離に亘る送電を実現することが技術的に困難であるこ
とである。これは、ケーブル長の増加と共に容量性無効電力が発生するという点
に起因する。そのため、ケーブルシールド内と導体を流れる電流が増加し過ぎて
、長距離に及ぶケーブルを実現できなくなる。その他の欠点は、変動する風力荷
重が）近隣に住む電力消費者に影響を与えうる電圧変化を送電線上で引き起こす
点である。これはそのネットワークが「弱い」場合、つまり、短絡電力が低い場
合に起こる。上述のケーブル長の送電距離の技術的な問題点によって、「弱い」
ネットワークに風力発電設備（Ｗｉｎｄ Ｐａｒｋ）を結線させることが強いら
れる。ある基準によると、電圧変動率は４％以上であってははならない。各国の
規則はそれぞれ異なるが、原則的に、送電線上の電圧レベルが低い程、規則が緩
くなる。時間帯によっても、電圧変動の取扱い方が違ってくることもあり得る。
急速な電圧変化は、規則等で規制されている「フリッカー（ｆｌｉｃｋｅｒ）」
現象、つまり、電灯の明滅を引き起こす。

【０００４】 上述のケーブルの長距離化の問題点に対する解決法は高圧直流で電力を送電す
ることである。それによって、ケーブルを直接ネットワークに繋ぐことができる
。別の長所は直流送電が交流送電よりも低損失となることである。技術的視点か
らケーブル距離は無限長とすることができる。高圧直流（ＨＶＤＣ）リンクは整
流局、送電線（ケーブル又は架空線）、インバータ局及び変換中に発生する高調
波を除去するフィルタから構成される。高圧直流（ＨＶＤＣ）リンクの古い形態
で、整流及び逆変換にサイリスタを使用する。サイリスタはスイッチオンするこ
とができるがスイッチオフすることはできない。交流電圧によって決まる電圧の
ゼロ交差（ｚｅｒｏ−ｃｒｏｓｓｉｎｇ）において転流するので、この種のコン
バータは他励転流（ｌｉｎｅ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｎｇ）型と呼ばれる。この技
術に関する欠点は、コンバータが無効電力を消費し、ネットワークに電流調波を
送出させる。さらに近年の直流電圧の解決法において、コンバータにおいてサイ
リスタの代わりにＩＧＢＴを使用する。ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔ
ｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）はスイッチオフもスイッチオンも
効き、さらに、高スイッチング周波数（Ｈｉｇｈ ｓｗｉｔｃｈ ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ）を有する。これは自励転流コンバータと呼ばれる、全く異なる原理によ
るコンバータが可能であることを示す。要約すれば、自励転流コンバータの長所
は、無効電力を消費するだけでなく供給することもできるので、ネットワークが
弱い場合、ネットワーク側における電圧レベルの能動補償を可能にすることであ
る。結果的に、これは風力発電の近くに位置したネットワーク要素に接続できる
ような、従来技術より優れたコンバータを形成する。高スイッチング周波数は、
従来のＨＤＶＣと比較して、高調波の問題も低減する。しかし、変換局における
損失分がその価格と同様に高くなることが欠点となる。自励転流コンバータは該
コンバータから発生する電圧が急激なパルス配列によって構築されることを特徴
とする。パルス配列とネットワークの正弦波電圧との間の電位差は、ネットワー
ク側のインダクタンス以上になる。電圧形のＶＳＩ（電圧源インバータ（Ｖｏｌ
ｔａｇｅ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ））と電流形のＣＳＩ（電流源イン
バータ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ））の多少異なる特
徴をもった２タイプの自励転流インバータがある。直流側に少なくとも１つのキ
ャパシタを有するＶＳＩが最適な電源調整を行う。

【０００５】 全く異なる理由で、すなわち個別の風力発電局の可変回転速度を実現するため
に、ＨＤＶＣ形式に類似した技術を使用した複数の実験用風力発電局が建設され
た。風力発電局の発電機は、通常４００Ｖ又は６００Ｖの低圧レベルの直流リン
クによってネットワークから隔離されている。一般的に、「フリッカー」の原因
となる急激な電力の増減を除去するために回転速度変化を使用できるようになる
のと同時に、タービンの可変回転速度はエネルギー利得を生む。しかし、当然、
本来備わっている風力荷重のゆっくりとした電力変化を除去することは可能では
ない。タービンの慣性モーメントは、機械的エネルギーの中間蓄積装置の役割を
果たすと云える。非同期発電機はさらに高価で複雑な整流器を必要とするので、
このようなシステムにおいて、同期発電機は特に不都合ではなく、むしろ適して
いると云えよう。直接駆動発電機(Ｄｉｒｅｃｔ ｄｒｉｖｅｎ ｇｅｎｅｒａ
ｔｏｒ）を有することと、その結果として、タービンと該発電機との間のギアユ
ニットを省くことが望ましい場合、極数が多いため、その発電機は同期式でなけ
ればならない。すなわち、直接駆動発電機は直流中間リンク(ＤＣ−ｉｎｔｅｒ
ｍｅｄｉａｔｅ ｌｉｎｋ）を必要とする。この形態において、制御整流器を使
用する場合、トリガーの角度を変更することによって能動的にモーメントを調整
することもできる。可変回転速度を具備したほとんどの形態において、さらにタ
ービンにおける羽の取り付け角を変更する、呼称ピッチコントロール（Ｐｉｔｃ
ｈ ｃｏｎｔｒｏｌ）によって外部能動回転速度制御（Ｅｘｔｅｒｎａｌ ａｃ
ｔｉｖｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）が提供される。これらの形態に
よる可変回転速度の欠点は、所要の発電系統の価格及び海上での発電系統のメン
テナンスが困難で高価格な点である。

【０００６】 ＷＯ ９７／４５９０８に技術的な解決法が提案されており、従来モデルのＨ
ＶＤＣリンクの長所と可変回転速度システムの好適な特徴を兼ね揃えている。Ｄ
Ｃ中間リンク（前記添付図３参照）内で風力発電局を並列に接続することによっ
て、Ｎ個の低圧インバータと１つの高圧整流器が省かれている。この提案によれ
ば、風力発電タービン側でチョークを具備した整流器を使用し、ネットワーク側
で付随のチョークを具備した中央インバータを使用する。直流電圧リンクにおけ
るチョークがこの電流を固定化するので、一見して、該システムは、他励転流（
Ｌｉｎｅ ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ）型の、少なくとも電流形の、整流器及びイン
バータに向けられると思われる。つまり、整流器以降の交流電圧を広範囲内に及
んで可変にすることができる点が長所となる。風力発電局の発電機の回転速度が
低い場合、出力電圧が低くなるので、可変回転速度で運転した場合にこれが必要
となる。しかし、電流形インバータ（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔｉｆｆ ｉｎｖｅｒ
ｔｅｒ）の短所はネットワークを介して無効電力を電圧形インバータと同程度の
効果で調整できないことである。さらに、インバータ（が、直流の場合と同様に
、風力発電局で並列に接続された整流器と直列に接続されるようである。これは
、陸上のインバータへの入力と風力発電設備からの出力が同じ直流であることを
示す。さらに、電圧は、従来の発電機の典型的な電圧である６−１０ｋＶの範囲
となることを前提としている。これは直流電圧がおよそ１２ｋＶとなることを意
味し、総電力５０ＭＷを送電するのに非現実的に低い直流電圧である。ケーブル
での損失が非常に大きくなる。５０−１００ＭＷ規模の風力発電設備では、約１
００ｋＶの電圧レベルで電力を送電する必要がある。各発電機に変圧器が接続さ
れ、いずれの整流器においても直列に接続されたバルブが十分であった場合に、
これが可能となるといえる。しかし、風力発電局に変圧器を設置しないことが可
能な場合、これは大きな利点となろう。さらに、Ｎ個の風力発電局のＮ個の出力
電圧を直流電圧１００ｋＶに整流するために必要なバルブを全て直列に接続する
ことが大きな問題点となっている。

【０００７】

【本発明の目的】

本発明の目的は、風力発電局における変圧器や電力制御用装置の必要性を除去
する可能性を有する、可変回転速度を実現できる単純で安価なシステムによって
、海上の風力発電設備から陸上のネットワークまでの送電を従来のＨＶＤＣシス
テムと同程度に良好に実現することである。これは、海上で行われるメンテナン
スは実行するのにコストが掛かりかつ困難であるため、非常に有意義である。さ
らに、本発明の目的は、例えば、５０−１００ＭＷの大規模な風力発電設備に対
しても低損失の高圧直流送電を可能にすることである。

【０００８】

【本発明の要旨】

本発明の目的は、請求項１の特徴的な部分で規定した特徴によって成し遂げら
れる。即ち、直流電圧が低すぎるという従来技術の未解決課題は、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータを海上で接続し、その低圧側を電気的に整流器に接続し、高圧側を電気
的にインバータに接続することによって解決される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、
ｎ：１の比率で直流電圧を上げ、１：ｎの比率で直流電流を下げる、直流変圧器
とほぼ同じような方法で機能する。ここで、ｎは変換比である。これはインバー
タと整流器が直列に接続されていないことを意味する。

【０００９】 好ましい実施形態によれば、整流器は局所配置された直流昇圧型コンバータ（
Ｌｏｃａｌ ｓｔｅｐ−ｕｐ ｄｉｒｅｃｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｖｅｒｔ
ｅｒ）と直列に接続された受動ダイオード整流器として形成される。これは他励
転流整流器（Ｌｉｎｅ ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）より単純
な方式であり、高圧条件下の運転に最も適している。局所配置の直流昇圧型コン
バータは、適宜、チョーク、直列接続ＩＧＢＴバルブ及び直列接続ダイオードか
ら構成される。これはＤＣ／ＤＣコンバータの基本構造にも成り得る。

【００１０】 さらに、インバータは電源調整の視点から他励転流システムより優れた特徴の
電圧形の自励転流システムによって構成されることが望ましい。このようなシス
テムは、本発明の実施例において、直流リンク上のインバータに跨って並列に少
なくとも１つのキャパシタを接続することと、ネットワーク側で各相と直列にイ
ンダクタンスを接続することを特徴とする。好ましい実施例において、バルブは
直列接続ＩＧＢＴによって構成される。

【００１１】 風力発電に係わる今日の発電機の科学技術によって、１０ｋＶまで取り扱うこ
とができる発電機を作り出すことが可能であるが、それより高い電圧に対応した
ものが望ましい。さらに、従来のステータ巻線に対する絶縁の科学技術は、風力
タービン発電機が受ける温度変化、湿度、塩分に対して敏感である。

【００１２】 本発明の特に好ましい実施例によれば、好ましくは請求項１４に従って絶縁を
施した発電機の少なくとも１つの巻線に対して固体絶縁体を使用する。該巻線は
、さらに具体的に高圧ケーブルの特徴を具備する。このようにして製造された発
電機は、従来の発電機よりかなり高い電圧を実現する必要条件を満たしている。
４００ｋＶまで実現可能である。さらに、このような巻線の絶縁システムは塩分
、湿度及び温度変化の影響を受け難い。出力電圧が高いため、変圧器を完全に除
去できるので、コストの増加、効率の低下、火事の危険性、及び環境に対する危
惧といった前述の欠点を回避していることを示す。後者は従来の変圧器がオイル
を含有しているためである。

【００１３】 ケーブルで形成した巻線を具備した発電機は、本目的のためにステータに形成
したスロットにケーブルを通すことによって作成でき、その際、巻線ケーブルの
可撓性がこの作業を容易に行うことを可能にする。

【００１４】 絶縁システムの２つの半導体層は電位補償機能（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｃｏｍ
ｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を有し、その結果、表面部発熱の危険
性を低減させる。内側の半導体層は、この半導体層と同じ電位を得るために、該
層の内側に位置した導体又はその一部と電気的に接触しているべきである。該内
部層はその外部に位置した固体絶縁体にしっかりと固定され、同様に、固体絶縁
体に外部の半導体層を固定する。外部の半導体層は電界を固体絶縁体内に制限す
る作用を有する。

【００１５】 半導体層と固体絶縁体は、温度変化があった場合にも絶縁層と固体絶縁体との
間の密着性を保証するために、本質的に同じ熱膨張係数を有する。

【００１６】 絶縁システムの外側の半導体層はアース電位又は比較的低い電位に接続される
。

【００１７】 発電機は、かなり高圧の出力を実現するために、既に上述しており、従来の技
術とはっきりと異なる数々の特徴を有する。従属請求項更なる特徴を規定するが
、以下にそれを説明する。

【００１８】 本発明の実施例に従った、上述した特徴と、発電機、よって風力発電プラント
の他の本質的な特徴としては、次なるものがある。 磁気回路の巻線は、導体部及び固体絶縁体の外部における半導体層を具備
した１つ又は複数の永久絶縁された導体を収容したケーブルにより形成される。
この種の典型的なケーブルは、所定の目的に対して、導体の撚り線及び絶縁シス
テムの特徴についても開発されている架橋ポリエチレン又はエチレン−プロピレ
ンの絶縁体を有するケーブルである。 円形断面を有するケーブルが好ましいが、例えば、より適切な包装密度を
成し遂げるために、別の断面形状を有するケーブルも使用できる。 このようなケーブルは、スロットと歯に係わる新しく、最適な方法で磁気
回路の積層鉄心を構成することを可能にする。 好ましくは、絶縁体が徐々に増加する又は積層鉄心を最適に利用して巻線
を作成する。 好ましくは、コイル端末の交差数を減らすことができる同軸ケーブル巻線
のような巻線を作成する。 スロットの形が相互の外側に垂直及び／又は平行に伸び、ステータ巻線の
層間に圧縮部を形成した複数の円筒開口部の形状となるように、スロットの形状
を巻線ケーブルの断面に対応させる。 所定のケーブル断面と巻線の絶縁体部の変化する厚さにスロットの形状を
対応させる。段階的に変化する絶縁体の厚さによって、電磁鉄心に対して放射方
向における位置に依らず、実質的に一定の歯幅を有することが可能となる。 上述の鉄心に関する改良は、組み合わされた複数の層から成る巻線導体、
つまり、絶縁された撚り線を正確に転置し、相互に非絶縁及び／又は絶縁にする
必要はない。 上述の外側の半導体層に関する改良は、外部半導体層を適当なケーブル長
に切断し、各切断部長を直接アース電位に接続することを示す。

【００１９】 上述タイプのケーブルを使用すると、ケーブルの外側の半導体層をその全長に
亘って、そしてプラントのそれ以外の部分も、アース電位に維持することを可能
にする。電界が、外側の半導体層の外部のコイル端末の領域においてゼロに近い
ことが重要な長所となる。外側の半導体層をアース電位にすることによって、電
界を制御する必要はない。これは、鉄心にも、コイル端末領域にも、それらの間
の転移セクション（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ）にも局所的な集中
は起こらないことを示す。

【００２０】 密集した絶縁及び／又は非絶縁撚り線の混成、又は、転置された撚り線によっ
て、渦電流損失が低くなる。そのケーブルの外径は１０−４０ｎｍ程度であり、
導体面積は１０−２００ｍｍ^２程度である。

【００２１】 更なる実施例によれば、インバータの高圧側に可変変圧器（Ｔｒａｎｓｆｏｒ
ｍｅｒ ｗｉｔｈ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を配置する
。

【００２２】 さらに、本発明の長所と特徴は以下の説明と従属請求項の記載によって明らか
となるであろう。

【００２３】

【好適な実施形態の詳細な説明】

図１−３の補足によって、まず、本発明の実施例における好ましい発電機１の
構成が説明されている。図１は、ステータ２のセクタの軸方向の概略図である。
発電機のロータは３で示されている。ステータ２は従来の方法で成層鉄心から形
成される。図１は磁極ピッチ（ｐｏｌｅ ｐｉｔｃｈ）に対応した発電機のセク
タを示す。半径方向の最外部に位置した鉄心のヨーク部（ｙｏｋｅ ｓｅｃｔｉ
ｏｎ）から複数の歯５がロータ３に向かって内側に放射状に伸びており、これら
の歯は、ステータ巻線を配列したスロット６で仕切られている。このステータ巻
線を形成するケーブル７は、配電用のものと実質的に同じタイプ、つまり、ＰＥ
Ｘケーブル（ＰＥＸは架橋ポリエチレン）で形成できる高圧用ケーブルである。
本発明のケーブルは、導体及び絶縁層の両面に少なくとも１つの半導体層しか有
しておらず、機械的外部保護ＰＶＣ層及び通常、配電ケーブルを取囲む金属保護
具が省かれている点で異なる。ケーブル７は、各ケーブルの中央導体又はコイル
側のみを示した図１の概要図に示されている。各スロット６は広部８と狭部９を
交互に配した、湾曲した断面を有する。広部８は、概ね円形でケーブルを取囲ん
でおり、広部間の窪み部が狭部９を形成する。窪み部は各ケーブルの半径方向の
位置を固定するように働く。スロット６の断面は内側半径方向に狭くなる。ステ
ータ１の半径方向で最も内側部の位置に近づくにつれてケーブル部の電圧は低く
なる。したがって、内側に細いケーブルを使用でき、それに対して外側では太い
ケーブルを必要とする。図示した例において、異なる３つの寸法で、対応したス
ロット６の３つの部分１０、１１、１２に配列したケーブルを使用する。スロッ
ト６の最外部に補助電力用の巻線１３を配列する。

【００２４】 図２は発電機で使用する高圧ケーブルの段階的な切断図を示す。高圧ケーブル
７は、それぞれが複数の撚り線１５を具備し、全体的に円形断面を示す１つ又は
複数の導体１４を収容する。例えば、該導体は銅から生成できる。高圧ケーブル
７の中間に導体１４を配置し、示した実施例において、部分的な絶縁体１６が各
導体を取囲む。しかし、導体１４のうちの１つ、部分的絶縁体１６を省くことは
可能である。示した実施例において、第１番目の半導体層１７は導体１４を取囲
む。この第１番目の半導体層１７の周囲に、第２番目の絶縁体層１９で取囲まれ
る絶縁体層１８、例えば、ＰＥＸ絶縁体層がある。結果として、この出願におけ
る「高圧ケーブル」のコンセプトは、金属保護具又は配電ケーブルを取囲んだ形
式の外部保護層を具備する必要はないことである。

【００２５】 図３に、図１、図２で引用して述べた形式の磁気回路を具備した風力発電局を
示している。シャフト２１を介して直接風力タービン２０が発電機１を駆動する
。タービン２０が直接発電機１を駆動することが、つまり、タービン２０のシャ
フトを回動自在に固定して発電機のロータに連結することができるが、、タービ
ン２０と発電機１との間にギヤ装置２２を設けることも可能である。例えば、タ
ービンの回転速度に対して発電機の回転速度を変化させるための無段階式プラネ
タリー・ギアリング（Ｓｉｎｇｌｅ ｓｔｅｐ ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｇｅａｒ
ｉｎｇ）によって構成することができる。発電機のステータ２は上述ケーブル７
から構成されるステータ巻線２３を保持する。ケーブル７を裸線にし、ケーブル
用の継手２５を介して被覆ケーブル２４に連結することができる。

【００２６】 簡単な回路図形式で風力発電プラントを説明している図４において、それぞれ
発電機１を具備して並列接続された２つの風力発電局２９を説明している。当然
、風力発電局の数は２局以上であっても良い。さらに、各風力発電局２６に整流
器２７を具備する。風力発電局は２８で示した点で並列接続される。

【００２７】 風力発電局２６に配備した整流器２７と、交流電圧側が送電又は配電ネットワ
ークに接続されたインバータ３０との間に直流電圧結線が存在する。インバータ
３０は、プラントのネットワーク側に配備される。これは通常、送電又は配電ネ
ットワーク３１に比較的近い陸上側にインバータ３０を配備することを示す。し
かし、発電機と整流器２７を含む発電局２６は海上において適切な土台に配置さ
れる。直流電圧結線２９は図４の３２で示された部分であり、実際にはかなり長
くなることもある。よって、この部分には、損失に係わる重要な結線部３３が存
在する。本発明の好ましい実施例において、風力発電局２６が海上又は湖上に位
置している場合に、水中ケーブルでこの結線部３３を構成する。しかし、１つ又
は複数の架空線又はケーブルからも結線部３３を構成できる。

【００２８】 プラントは、低圧側が整流器２７に接続され、高圧側がインバータ３０に接続
されたＤＣ／ＤＣコンバータ３４を有する。プラントの風力発電局側にＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ３４を配備する。言い換えて表現すると、これは、ＤＣ／ＤＣコン
バータ３４とインバータ３０との間に前述結線部３３が位置していることを示す
。実際に、コンバータ３４は何れかの風力発電局２６を支持している何れか１つ
の土台上に配置するようになされているか、あるいはコンバータ３４専用の土台
が設けてある。コンバータ３４を配置した土台の形体とは関係なく、その土台に
、風力発電局を並列接続するためのバス・バーを設ける。

【００２９】 コンバータ３４は、直流電圧を増大させるもの、つまり、コンバータ３４とイ
ンバータ３０との間の結線部３３の直流電圧が、コンバータを介して、コンバー
タ３４の入力側における電圧より高く、好ましくは顕著に高いものとして作用す
るような構成になっている。

【００３０】 インバータ３０は電圧形自励転流インバータであることが好ましい。インバー
タ３０の直流リンクに跨ってキャパシタ３５を並列に接続する。

【００３１】 インバータ３０は、そのネットワーク側において、各相に直列に接続されたネ
ットワークインダクタンス３６を適宜有する。インバータは直列接続したＩＧＢ
Ｔを有することが好ましい。

【００３２】 好ましい実施例によれば、発電機は永久磁化したロータを具備した同期発電機
である。

【００３３】 整流器２７は、受動整流器であることが好ましい。これは海上の動的パワー制
御エレクロトニクスの必要性を除去する。受動整流器として、ダイオード整流器
が好ましい。これらのダイオード整流器２７はローカル直流昇圧型コンバータ３
７と直列になっている。好ましい実施例において、各個々のコンバータ３７はチ
ョーク、直列接続ＩＧＢＴバルブ３９及び直列接続ダイオード４０を具備する。
コンバータ３４を、このような直流昇圧型コンバータと同様に構成することがで
きる。

【００３４】 図５において、可変変圧器の本発明による好ましい実施例が説明されている。
この変圧器の長所は、巻線が図１及び２に示す発電機に係わる既述のような方法
で固体絶縁体を具備する形にすることができる。結果として、それぞれが概ね等
電位面を構成する少なくとも２つの半導体層１７、１９を有した絶縁システムを
具備した変圧器の巻線を相応するように構成し、これらの半導体層の間に固体絶
縁体１８を配置させる。結果として、図５による変圧器において、巻線は可撓性
のケーブルの特徴も有することになろう。全体的に見て、変圧器の相において、
ケーブルの外側の半導体層１９を切断して、各部分を接地する必要がないことを
除いて、図２の発電機に関連して説明した巻線ケーブルの特徴は何れもこの形態
においても同様である。固体絶縁体を具備した変圧器の長所は、電界を外側の半
導体層の内部に保持することによって効力が改善されることである。従来の変圧
器では生じていた可燃性かつ生態的に有害なオイルを除去するという重要な利益
を成し得る。

【００３５】 図５において、所定の１相に対して変圧器を原理形式で説明している。多相の
実施例の場合において、２つ以上の子軸と関連したヨークを具備した鉄心であっ
ても同一の鉄心に各相の巻線を配置することが可能であることは当業者には明ら
かである。しかし、当然、本形式の変圧器における各相に対して個々の鉄心を使
用することもできる。

【００３６】 結果として、ヨークと２つの子軸からなる変圧器の鉄心は図５で説明されてい
る。１つの子軸の周囲に主要な巻線４３を配置し、他の子軸の周囲に制御巻線４
４を配置する。１次巻線でも２次巻線のどちらでも主要巻線を構成できる。結果
として、変圧器の変換比を変化させるのに制御巻線４４を使用する。制御巻線４
４は、ドラム４５に巻線を巻いていく形式で設けてあり、そのドラムは鉄心のそ
の子軸を中心に回転可能である。ドラム４５は、例えば、運転ベルトを介して（
図示されていない）適切なモータを用いて駆動する。結果的に制御巻線４４は可
変コイルとして機能している。回転する格納ドラム４６を用いて巻線４４の制御
巻線ドラム４５における巻数を変化させる。巻線ドラム４６も適切な方法でモー
ター駆動する。図５において、制御巻線の終端部４７を接地する方法を説明して
いる。この終端部４７は固定されており、それ自体は既知であるスリップリング
型接触手段を介してドラム４５上の制御巻線４４と電気的に接触している。格納
ドラム４６には、巻線部４８も接続されており、この巻線部は固定され、電気機
器に接続される。巻線ドラム上に収容した制御巻線と巻線４８を電気的に接触さ
せるために、対応するスリップリング型接触手段を提供する。

【００３７】 上述説明から、巻線の所望の巻数がドラム４５上に存在するようにドラム４５
及び４６を回転させることによって素早く、そして、所望の大きさに変圧器の変
圧比を変化させることができる。この点ににおける必要条件は、前述の固体絶縁
体を有する可撓性の高圧ケーブルから制御巻線４４を形成することである。

【００３８】 本発明は勿論、ここで説明した実施例のみに制限されない。詳細に関しては変
更が幾つも結果的に可能であり、本発明の基本概念を理解した時点で当事者によ
って実現できることであろう。このような詳細に関する変更及び同等の実施例は
上記の請求項の範囲内に含まれている。

【図面の簡単な説明】

添付図を引用することによって、実施例として本発明の主題に沿って以下に説
明する。

【図１】 本発明による風力発電プラントの発電機の一部を軸上の１端から見
た概要図である。

【図２】 図１によるステータ巻線で使用されたケーブルの切断された端を示
す構造図である。

【図３】 本発明による風力発電機の実施例の部分断面概要図である。

【図４】 本発明による風力発電プラントの実施例を示した概要図である。

【図５】 可変変圧器の実施例を示した斜視図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 CC01 CC11 CC22 5G363 AA01 BA01 DC08 5H590 AA04 AA08 AA17 AA30 CA14 CB02 CC02 CC18 CC24 CC31 CD01 CD03 CE01 EA14 EB02 EB07 EB20 FA01 FA08 FC12 FC15 FC17 FC22 FC27 5H603 AA05 BB02 BB07 BB09 BB12 CA01 CA05 CB02 CB22 CC05 CC17 CD02 CD22 CE04 FA27

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風力タービン（２０）、この風力タービンと整流器（２７）
   によって駆動する発電機（１）及び整流器（２７）を具備する少なくとも１つの
   風力発電局（２６）と、風力発電局に配備された整流器（２７）と交流電圧側が
   送電または配電ネットワーク（３１）に接続され、プラントのネットワーク側に
   配備されたインバータ（３０）との間の直流電圧結線（２９）を具備した風力発
   電プラントであって、低圧側が整流器（２７）に電気的に接続され、高圧側がイ
   ンバータ（３０）に電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ（３４）を具備す
   ることと、該プラントの風力発電局側にＤＣ／ＤＣコンバータを配備することを
   特徴とする風力発電プラント。
2. 【請求項２】 インバータ（３０）が電圧形自励転流インバータ（Ｖｏｌｔ
   ａｇｅ ｓｔｉｆｆ ｓｅｌｆ−ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ）で
   あることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 インバータ（３０）の直流リンクに跨ってキャパシタ（３５
   ）を並列に接続させることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラント。
4. 【請求項４】 インバータ（３０）が、ネットワーク側に、各相と直列に接
   続したネットワークインダクタンス（３６）を有することを特徴とする請求項１
   ないし３のいずれかに記載のプラント。
5. 【請求項５】 インバータ（３０）が、直列接続されたＩＧＢＴを有するこ
   とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のプラント。
6. 【請求項６】 発電機（１）が、永久磁石ロータを具備した同期発電機であ
   ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のプラント。
7. 【請求項７】 発電機（１）が、ギア装置を具備せずに風力タービンによっ
   て直接駆動されることを特徴とする請求項６に記載のプラント。
8. 【請求項８】 整流器（８）が受動ダイオード整流器（８）であることを特
   徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のプラント。
9. 【請求項９】 ＤＣ／ＤＣコンバータ（３４）の低圧側に、受動整流器（２
   ７）と直列に接続された直流昇圧型コンバータ（３７）（ｓｔｅｐ―ｕｐ ｄｉ
   ｒｅｃｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を設けたことを特徴とする請
   求項７又は８に記載のプラント。
10. 【請求項１０】 直流昇圧型コンバータ（３７）が、チョーク（３８）、少
    なくとも１つの直列接続ＩＧＢＴバルブ（３９）及び直列接続された少なくとも
    １つの直列接続ダイオード（４０）を有することを特徴とする請求項９に記載の
    プラント。
11. 【請求項１１】 ＤＣ／ＤＣコンバータ（３４）の低圧側に、各局が風力タ
    ービン（２０）、発電機（１）及び整流器（２７）を具備した複数の風力発電局
    （２６）を並列に接続することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記
    載のプラント。
12. 【請求項１２】 各風力発電局（２６）が局所配置の直流昇圧型コンバータ
    （３７）を具備することを特徴とする請求項１１と請求項９及び１０のいずれか
    に記載のプラント。
13. 【請求項１３】 発電機（１）が少なくとも１つの巻線（７）を具備したプ
    ラントであって、該巻線が固体絶縁体（１８）を具備することを特徴とする請求
    項１ないし１２のいずれかに記載のプラント。
14. 【請求項１４】 巻線が、それぞれが概ね等電位面を構成する、少なくとも
    ２つの半導体層（１７、１９）を有する絶縁システムを具備することと、これら
    の半導体層の間に該固体絶縁体（１８）を配置することを特徴とする請求項１３
    に記載のプラント。
15. 【請求項１５】 半導体層（１７、１９）のうち少なくとも１つが固体絶縁
    体（１８）と概ね同じ温度膨張係数を有することを特徴とする請求項１４に記載
    のプラント。
16. 【請求項１６】 巻線が、高圧ケーブル（７）からなることを特徴とする請
    求項１３ないし１５のいずれかに記載のプラント。
17. 【請求項１７】 半導体層の最内層（１７）が、この層の内側に位置した導
    体（１４）と同じ電位を有することを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれ
    かに記載のプラント。
18. 【請求項１８】 半導体層の内部層（１７）が導体（１４）又はその一部と
    電気的に接触していることを特徴とする請求項１７に記載のプラント。
19. 【請求項１９】 半導体層の外部層（１９）が、所定の電位に接続されてい
    ることを特徴とする請求項１４ないし１８のいずれかに記載のプラント。
20. 【請求項２０】 所定電位がアース電位又は比較的低い電位であることを特
    徴とする請求項１９に記載のプラント。
21. 【請求項２１】 直流電圧結線（３０）が、水中ケーブル（３３）又は１つ
    又は複数の架空線又はケーブルを有することを特徴とする請求項１ないし２０の
    いずれかに記載のプラント。
22. 【請求項２２】 インバータ（３０）のネットワーク側に可変変圧器（４１
    ）を配備することを特徴とする請求項１ないし２１に記載のプラント。
23. 【請求項２３】 可変変圧器が少なくとも１つの鉄心（４１）及び鉄心の周
    囲に配された制御巻線（４４）を有することと、変圧器が、少なくとも１つの格
    納手段（４６）(ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅａｎｓ）から、又はそこへ、制御巻線を
    、任意の長さ送るための手段を具備することを特徴とする請求項２２に記載のプ
    ラント。
24. 【請求項２４】 回転できる制御巻線ドラム（４５）に制御巻線を配置する
    ことを特徴とする請求項２３に記載のプラント。
25. 【請求項２５】 格納手段（４６）が、回転格納ドラムを具備することを特
    徴とする請求項２３又は２４に記載の装置。
26. 【請求項２６】 変圧器の巻線（４３、４４）が、固体絶縁体を有する可撓
    ケーブルからなることを特徴とする請求項２２ないし２５のいずれかに記載のプ
    ラント。
27. 【請求項２７】 絶縁体が、固体絶縁体の他に、各々概ね等電位面を構成す
    る少なくとも２つの半導体層を具備する絶縁システムに設けられており、この半
    導体層間に該固定絶縁体が配置されていることを特徴とする請求項２６に記載の
    プラント。