JP2013141354A - 風力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】装置の利用率が高い風力発電システムを提供する。
【解決手段】この風力発電システムでは、風車３の回転停止時は、コンバータ１５，１７などによって無停電電源装置を構成する。無停電電源装置は、通常時は電力系統１からの交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をバッテリ２０および電解コンデンサ１６に貯えるとともに、交流電力に変換して負荷２に供給する。停電時は、バッテリ２０および電解コンデンサ１６の直流電力を交流電力に変換して負荷２に供給する。したがって、風車３の回転停止時はシステム全体が停止していた従来に比べ、装置の利用率が高くなる。
【選択図】図１

Description

この発明は風力発電システムに関し、特に、風車によって回転駆動される交流励磁型発電機を備えた風力発電システムに関する。

風力発電システムにおいては、交流励磁型発電機の回転子巻線にすべり周波数（系統周波数と風車の回転数の差の周波数）の交流励磁電流を供給することにより、系統周波数と同じ周波数の交流電力を固定子巻線に発生させている。交流励磁電流は、直流電力を所望の周波数の交流電力に変換する励磁用コンバータによって生成される。このため、風速などに応じて風車の回転数を変更することができ、励磁用コンバータの容量を発電機の容量に比べて小さくすることができるという利点がある。

また、欧州などでは、系統事故時に風力発電システムを系統から解列せずに運転を継続しなければならないという規格が定められており、風力発電システムが電力系統に与える影響を小さくするような運用が求められてきている。

しかし、電力系統の地絡事故などに起因して電力系統の電圧が低下したときに交流励磁型発電機を電力系統から解列しないと、交流励磁型発電機は事故点に電流を供給しようと動作し、交流励磁型発電機の回転子巻線に過大な交流電流が誘起される。その交流電流は、励磁用コンバータによって整流されて平滑コンデンサに流入し、平滑コンデンサの端子間電圧が過大になってしまう。

この対策として特許文献１には、励磁用コンバータの前段の平滑コンデンサの端子間電圧が過大になった場合、平滑コンデンサに蓄えられた直流電力を過電流消費装置によって消費させて、平滑コンデンサの端子間電圧を低下させる方法が開示されている。

特開２００８−３０６７７６号公報

しかし、特許文献１の風力発電システムでは、平滑コンデンサの直流電力を過電流消費装置によって無駄に消費していたので効率が低いという問題があった。

また、風車の点検、台風などの理由により風車の回転が停止された場合は、風力発電システム全体が停止されることとなり、装置の利用率が低いという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、装置の利用率が高い風力発電システムを提供することである。

この発明に係る風力発電システムは、固定子巻線が電力系統に接続され、回転子巻線が風車によって回転駆動される交流励磁型発電機と、電力系統からの交流電力を直流電力に変換する第１のコンバータと、第１のコンバータによって生成される直流電力によって駆動され、すべり周波数の交流励磁電流を生成して回転子巻線に与える第２のコンバータとを備えた風力発電システムにおいて、第１のコンバータによって生成される直流電力を貯える電力貯蔵装置を備えたものである。風車の回転が停止されている場合は、第１および第２のコンバータおよび電力貯蔵装置によって無停電電源装置が構成される。無停電電源装置を構成する第１のコンバータは、電力系統から交流電力が供給されている通常時は電力系統からの交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵装置および第２のコンバータに供給し、電力系統からの交流電力の供給が停止された停電時は運転を停止する。無停電電源装置を構成する第２のコンバータは、通常時は第１のコンバータによって生成された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給し、停電時は電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。

好ましくは、風車が回転されている場合において電力系統からの交流電力の供給が停止されたときは、回転子巻線に発生した交流電流が第２のコンバータによって整流されて電力貯蔵装置に供給され、第１のコンバータは、電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。

また好ましくは、さらに、電力系統と負荷の間に接続され、電力系統から交流電力が供給され、かつ風車が回転されている場合に導通し、第１または第２のコンバータから負荷に交流電力が供給される場合に非導通になるスイッチを備える。

また好ましくは、電力貯蔵装置はバッテリを含む。

この発明に係る風力発電システムでは、風車の回転が停止されている場合は、第１および第２のコンバータおよび電力貯蔵装置によって無停電電源装置が構成される。したがって、風車の回転が停止されている場合は風力発電システム全体が停止されていた従来に比べ、装置の利用率を高めることができる。

この発明の一実施の形態による風力発電システムの構成を示す回路ブロック図である。 図１に示したコンバータ１５，１７の構成を示す回路図である。 図１に示した分流回路の構成を示す回路図である。 実施の形態の比較例を示す回路ブロック図である。

本発明の一実施の形態による風力発電システムは、図１に示すように、電力系統１に接続される電源端子Ｔ１と、負荷２に接続される負荷端子Ｔ２と、風車３と、交流励磁型発電機５とを備える。電力系統１は、送電線、発電所、変電所などを含む。負荷２は、たとえば半導体製造装置、液晶パネル製造装置などの重要負荷である。風車３は、複数の翼、回転軸などを含み、風力によって回転される。交流励磁型発電機５は回転子および固定子を含む。回転子および固定子には、それぞれ回転子巻線６および固定子巻線７が設けられている。

風車３の回転軸は、ギア４などを介して交流励磁型発電機５の回転子に結合されている。発電機５の回転子巻線６にすべり周波数（系統周波数と風車の回転数の差の周波数）の交流励磁電流を供給すると、系統周波数と同じ周波数の交流電力が固定子巻線７に発生する。

風車３は、風車制御装置８によって制御される。風車制御装置８は、風速、風向きなどに基づいて風車３の翼の角度などを変更し、風車３の回転数などを設定する。また、風車制御装置８は、風車３の回転数などを示す信号を制御装置９に与える。

発電機５の固定子巻線７は、スイッチＳ１、系統連係用トランスＴＲ１、および遮断器Ｂ１を介して電源端子Ｔ１に接続される。遮断器Ｂ１は、通常はオンされており、過大な電流から風力発電システムを保護するときなどにオフされる。スイッチＳ１は、通常はオンされており、発電機５の固定子巻線７の電圧を系統電圧に同期させるときや、点検、台風などのために風車３を停止させるときなどにオフされる。系統連係用トランスＴＲ１は、電力系統１と風力発電システムとの間で交流電力の授受を行なう。

系統連係用トランスＴＲ１とスイッチＳ１の間には電流検出器１０および電圧検出器１１が設けられ、スイッチＳ１と固定子巻線７の間には電圧検出器１２および電流検出器１３が設けられる。電流検出器１０は、システム電流を検出し、検出結果を示す信号を制御装置９に与える。電圧検出器１１は、系統電圧を検出し、検出結果を示す信号を制御装置９に与える。電圧検出器１２は、固定子巻線７の出力電圧を検出し、検出結果を示す信号を制御装置９に与える。電流検出器１３は、固定子巻線７の出力電流を検出し、検出結果を示す信号を制御装置９に与える。

制御装置９は、検出器１０〜１３の出力信号および風車制御装置８からの信号に基いて、風力発電システム全体を制御する。特に制御装置９は、電圧検出器１０によって検出された系統電圧が所定の電圧よりも高い場合は、電力系統１から正常に交流電力が供給されていると判別し、電圧検出器１０によって検出された系統電圧が所定の電圧よりも低下した場合は、電力系統１からの交流電力の供給が停止された、すなわち停電が発生したと判別する。制御装置９は、電力系統１が正常であるか否かの判別結果に基づいて、風力発電システム全体を制御する。また、制御装置９は、点検、台風などの理由で風車３の回転を停止させる必要がある場合は、翼の角度などを調整して風車３の回転を停止させるとともに、風力発電システムを無停電電源装置として動作させる。

スイッチＳ１のトランスＴＲ１側の端子と発電機５の回転子巻線６の間には、スイッチＳ２、交流フィルタ１４、コンバータ１５、コンバータ１７、スイッチＳ３，およびコイル１８が直列接続されている。コンバータ１５と１７の間のノードは、電解コンデンサ１６に接続されるとともに、遮断器Ｂ２を介してバッテリ２０に接続されている。回転子巻線６には分流回路１９が接続されている。

スイッチＳ２は、風車３が回転されている場合において、電力系統１から正常に交流電力が供給されている通常時はオンされ、電力系統１からの交流電力の供給が停止された停電時はオフされる。また、スイッチＳ２は、風車３の回転が停止されている場合は常時オンされている。交流フィルタ１４は、コイル、コンデンサなどを含む低域通過フィルタであり、電力系統１からの商用周波数の交流電力はコンバータ１５に通過させ、コンバータ１５で発生した高い周波数のスイッチングノイズを吸収し、スイッチングノイズが電力系統１や負荷２に漏れるのを防止する。

コンバータ１５は、電力系統１が正常である通常時は、風車３の回転の有無に関係なく、電力系統１から遮断器Ｂ１、トランスＴＲ１、スイッチＳ２、および交流フィルタ１４を介して与えられる交流電力を直流電力に変換してバッテリ２０、電解コンデンサ１６およびコンバータ１７に与える。バッテリ２０および電解コンデンサ１６は、コンバータ１５と１７の間のノードの電圧を平滑化させるとともに、直流電力を蓄える。遮断器Ｂ２は、通常はオンされており、バッテリ２０に過電流が流れた場合やバッテリ２０の交換時などにオフされる。また、コンバータ１５は、停電時においては、風車３が回転している場合は、バッテリ２０および電解コンデンサ１６の直流電力を交流電力に変換して交流フィルタ１４側に出力し、風車３の回転が停止されている場合は電力変換動作を停止する。

スイッチＳ３は、風車３が回転されている場合はオンし、風車３の回転が停止されている場合はオフする。コンバータ１７は、風車３が回転されている場合において、電力系統１が正常である通常時は、コンバータ１５によって生成された直流電力によって駆動され、発電機５のすべり周波数の交流励磁電流を生成し、その交流励磁電流をスイッチＳ３およびコイル１８を介して発電機５の回転子巻線６に出力する。コンバータ１７の出力電圧の急激な変化は、コイル１８によって抑制される。

また、風車３が回転されている場合において停電時は、コンバータ１７の運転が停止される。この場合にコンバータ１７は、回転子巻線６に発生した過剰な交流電流を整流して電解コンデンサ１６およびコンバータ１５に与える。分流回路１９は、停電時に発生した過大な交流電流を吸収する。

また、コンバータ１７は、風車３の回転が停止されている場合において、電力系統１が正常である通常時は、コンバータ１５で生成された直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。また、コンバータ１７は、風車３の回転が停止されている場合において停電時は、コンバータ１５および電解コンデンサ１６からの直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。

スイッチＳ２の交流フィルタ１４側の端子と負荷端子Ｔ２との間には、スイッチＳ４、トランスＴＲ２、およびスイッチＳ５が直列接続されている。スイッチＳ４は、風車３が回転している場合は、電力系統１が正常である通常時はオフし、停電時はオンし、風車３の回転が停止されている場合は常時オフする。スイッチＳ５は、風車３が回転している場合は、電力系統が正常である通常時はオフし、停電時はオンし、風車３の回転が停止されている場合は常時オンする。高速遮断スイッチＳ６は、電源端子Ｔ１と負荷端子Ｔ２の間に接続され、風車３が回転している場合は、電力系統１が正常である通常時はオンし、停電が発生した場合に高速にオフし、風車３が回転されていない場合は常時オフする。

また、スイッチＳ３のコンバータ１７側の端子とスイッチＳ４のトランスＴＲ１側の端子との間に、スイッチＳ７、交流フィルタ２１、およびスイッチＳ８が直列接続される。スイッチＳ７，Ｓ８の各々は、風車３が回転されている場合はオフし、風車３の回転が停止されている場合はオンする。交流フィルタ２１は、コイル、コンデンサなどを含む低域通過フィルタであり、コンバータ１７からの商用周波数の交流電力はトランスＴＲ１に通過させ、コンバータ１７で発生した高い周波数のスイッチングノイズを吸収し、スイッチングノイズが負荷２に漏れるのを防止する。

図２は、コンバータ１５，１７の構成を示す回路図である。ここでは、風力発電システムが三相交流電力を発生する場合におけるコンバータ１５，１７の構成が示されている。図２において、コンバータ１５は、トランジスタＱ１〜Ｑ６およびダイオードＤ１〜Ｄ６を含む。トランジスタＱ１〜Ｑ３のコレクタはともに直流正母線Ｌ１に接続され、それらのエミッタはそれぞれＵ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬに接続される。トランジスタＱ４〜Ｑ６のコレクタはそれぞれＵ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬに接続され、それたのエミッタはともに直流負母線Ｌ２に接続される。トランジスタＱ１〜Ｑ６のゲート電圧は、制御装置９によって制御される。

ダイオードＤ１〜Ｄ６のアノードはそれぞれトランジスタＱ１〜Ｑ６のエミッタに接続され、ダイオードＤ１〜Ｄ６のカソードはそれぞれトランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタに接続される。遮断器Ｂ２およびバッテリ２０は、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間に直列接続される。遮断器Ｂ２は、通常はオンされ、バッテリ２０に過電流が流れたときなどにオフされる。電解コンデンサ１６は、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間に接続される。

電力系統１が正常である通常時は、風車３の回転の有無に関係なく、電力系統１から三相遮断器Ｂ１、三相トランスＴＲ１、三相スイッチＳ２、三相交流フィルタ１４、および三相交流ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してコンバータ１５に三相交流電力が与えられる。トランジスタＱ１〜Ｑ６が所定のタイミングでオン／オフされ、三相交流電力が直流電力に変換されて、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間に出力される。直流電力は、バッテリ２０および電解コンデンサ１６に蓄えられるとともに、コンバータ１７に供給される。

停電時において風車３が回転している場合は、トランジスタＱ１〜Ｑ６が所定のタイミングでオン／オフされ、バッテリ２０、電解コンデンサ１６およびコンバータ１７から供給される直流電力が商用周波数の三相交流電力に変換されて三相交流ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬに供給される。また、停電時において風車３が回転していない場合は、トランジスタＱ１〜Ｑ６がオフ状態に固定される。

コンバータ１７は、トランジスタＱ１１〜Ｑ１６およびダイオードＤ１１〜Ｄ１６を含む。トランジスタＱ１１〜Ｑ１３のコレクタはともに直流正母線Ｌ１に接続され、それらのエミッタはそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続される。トランジスタＱ１４〜Ｑ１６のコレクタはそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続され、それらのエミッタはともに直流負母線Ｌ２に接続される。トランジスタＱ１１〜Ｑ１６のゲート電圧は、制御装置９によって制御される。ダイオードＤ１１〜Ｄ１６のアノードはそれぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１６のエミッタに接続され、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６のカソードはそれぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタに接続される。

風車３が回転されている場合、電力系統１が正常である通常時は、トランジスタＱ１１〜Ｑ１６が所定のタイミングでオン／オフされ、コンバータ１５から供給される直流電力がすべり周波数の三相交流励磁電流に変換される。三相交流励磁電流は、交流ラインＲＬ，ＳＬ，ＴＬ、三相スイッチＳ３および三相コイル１８を介して発電機５の三相回転子巻線６に供給される。

風車３が回転されている場合、停電時は、発電機５の回転子巻線６で過大な三相交流電流が発生し、三相コイル１８、三相スイッチＳ３および三相交流ラインＲＬ，ＳＬ，ＴＬを介してコンバータ１７に三相交流電流が与えられる。コンバータ１７の運転は停止されるが、三相交流電流は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６によって整流されて直流電流に変換され、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間に出力される。直流電流は、バッテリ２０および電解コンデンサ１６に蓄えられるとともに、コンバータ１５に供給される。

風車３の回転が停止されている場合、電力系統１が正常である通常時は、トランジスタＱ１１〜Ｑ１６が所定のタイミングでオン／オフされ、コンバータ１５から供給される直流電力が商用周波数の三相交流電力に変換される。コンバータ１７で生成された三相交流電力は、交流ラインＲＬ，ＳＬ，ＴＬ、三相スイッチＳ７、三相交流フィルタ２１、三相スイッチＳ８、三相トランスＴＲ１、および三相スイッチＳ５を介して負荷２に供給される。

風車３の回転が停止されている場合、停電時は、トランジスタＱ１１〜Ｑ１６が所定のタイミングでオン／オフされ、バッテリ２０および電解コンデンサ１６から供給される直流電力が商用周波数の三相交流電力に変換される。コンバータ１７で生成された三相交流電力は、交流ラインＲＬ，ＳＬ，ＴＬ、三相スイッチＳ７、三相交流フィルタ２１、三相スイッチＳ８、三相トランスＴＲ１、および三相スイッチＳ５を介して負荷２に供給される。したがって、停電時でもバッテリ２０および電解コンデンサ１６に直流電力が貯えられている間は、負荷２の運転を継続することができる。

図３は、分流回路１９の構成を示す回路図である。ここでは、風力発電システムが三相交流電力を発生する場合における分流回路１９の構成が示されている。図３において、分流回路１９は、ダイオードＤ２１〜Ｄ２６、抵抗素子２２、コンデンサ２３、およびサイリスタ２４を含む。ダイオードＤ２１〜Ｄ２３のアノードは三相コイル１８と三相回転子巻線６との間の交流ラインＲＬ，ＳＬ，ＴＬにそれぞれ接続され、それらのカソードはともにノードＮ１に接続される。ダイオードＤ２４〜Ｄ２６のアノードはともにノードＮ２に接続され、それらのカソードはそれぞれダイオードＤ２１〜Ｄ２３のアノードに接続される。抵抗素子２２およびコンデンサ２３は、ノードＮ１，Ｎ２間に直列接続される。サイリスタ２４のアノードはノードＮ１に接続され、そのカソードはノードＮ２に接続され、そのゲート電圧は制御装置９によって制御される。

風車３が回転されている場合において、電力系統１が正常である通常時は、サイリスタ２４はオフされ、コンバータ１７によって生成された三相交流励磁電流がダイオードＤ２１〜Ｄ２６によって整流され、抵抗素子２２を介してコンデンサ２３に充電される。コンデンサ２３が交流ラインＲＬ，ＳＬ，ＴＬの最大線間電圧に充電されると、分流回路１９への三相交流励磁電流の流入は停止され、三相交流励磁電流は三相回転子巻線６に流入する。

風車３が回転されている場合において、停電時は、三相回転子巻線６に発生した三相交流電流がダイオードＤ２１〜Ｄ２６によって整流され、抵抗素子２２を介してコンデンサ２３に充電される。図２の直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間の電圧ＶＣが上限値を超えると、サイリスタ２４がオンされ、コンデンサ２３が放電され、三相回転子巻線６に発生した三相交流電流が分流回路１９に流入する。これにより、コンバータ１７を介してバッテリ２０および電解コンデンサ１６に流入する電流が減少し、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間の電圧ＶＣが上限値以下に制限される。なお、図２および図３では、本願発明が三相交流電力を発生する風力発電システムに適用された場合について説明したが、本願発明は単相交流電力を発生する風力発電システムにも適用可能であることは言うまでもない。

次に、図１〜図３で示した風力発電システムの動作について説明する。まず、風車３が回転されている場合について説明する。電力系統１が正常である通常時は、遮断器Ｂ１，Ｂ２、スイッチＳ１〜Ｓ３，Ｓ６がオンする。風力によって風車３が回転され、発電機５の固定子巻線７に交流電力が発生する。この交流電力は、スイッチＳ１、トランスＴＲ１、および遮断器Ｂ１を介して電力系統１に供給される。また、発電機５の固定子巻線７に発生した交流電力の一部は、スイッチＳ１，Ｓ２および交流フィルタ１４を介してコンバータ１５に供給され、コンバータ１５によって直流電力に変換される。

コンバータ１５によって生成された直流電力は、バッテリ２０および電解コンデンサ１６に貯えられるとともに、コンバータ１７に与えられる。コンバータ１７は、コンバータ１５、バッテリ２０、および電解コンデンサ１６からの直流電力に基づいて、すべり周波数の交流励磁電流を生成し、スイッチＳ３およびコイル１８を介して発電機５の回転子巻線６に供給する。これにより、発電機５の固定子巻線７に商用周波数の交流電力が発生する。

風車３が回転している場合において、停電時、たとえば電力系統１で地絡事故が発生して系統電圧が所定電圧よりも低下したときは、瞬時にスイッチＳ６がオフする。また、スイッチＳ２がオフし、スイッチＳ４，Ｓ５がオンする。系統電圧が低下すると、発電機５の回転子巻線６に大きな交流電流が発生し、その交流電流がコンバータ１７で整流されてバッテリ２０および電解コンデンサ１６に流入し、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間の電圧ＶＣが上昇する。

これに応じてコンバータ１７の運転が停止されるとともに、コンバータ１５のトランジスタＱ１〜Ｑ６が所定のタイミングでオン／オフされる。これにより、バッテリ２０および電解コンデンサ１６の直流電力がコンバータ１５によって交流電力に変換され、その交流電力は交流フィルタ１４、スイッチＳ４、トランスＴＲ２、およびスイッチＳ５を介して負荷２に供給される。また、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間の電圧ＶＣが上限値を越えた場合は、分流回路１９のサイリスタ２２がオンされ、電圧ＶＣが上限値以下に制限される。

電力系統１が正常状態に回復した場合は、スイッチＳ４，Ｓ５がオフするとともにスイッチＳ２，Ｓ６がオンする。また、コンバータ１５の動作モードが直流−交流変換モードから交流−直流変換モードに変更され、電力系統１からの交流電力がコンバータ１５によって直流電力に変換される。また、コンバータ１７の運転が再開されて交流励磁電流が回転子巻線６に供給され、発電機５で生成された交流電力が電力系統１に供給される。

次に、風車３の回転が停止された場合について説明する。電力系統１が正常である通常時は、遮断器Ｂ１，Ｂ２、スイッチＳ２，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ５がオンする。交流フィルタ１４，２１、コンバータ１５，１７、バッテリ２０および電解コンデンサ１６は、無停電電源装置を構成する。電力系統１からの交流電力は、コンバータ１５によって直流電力に変換される。

コンバータ１５によって生成された直流電力は、バッテリ２０および電解コンデンサ１６に貯えられるとともに、コンバータ１７に与えられる。コンバータ１７は、コンバータ１５、バッテリ２０、および電解コンデンサ１６からの直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。コンバータ１７で生成された交流電力は、スイッチＳ７，交流フィルタ２１、スイッチＳ８，トランスＴＲ２、およびスイッチＳ５を介して負荷２に供給される。

風車３の回転が停止している場合において、停電時、たとえば電力系統１で地絡事故が発生して系統電圧が所定電圧よりも低下したときは、コンバータ１５が停止する。また、バッテリ２０および電解コンデンサ１６の直流電力がコンバータ１７によって商用周波数の交流電力に変換される。コンバータ１７で生成された交流電力は、スイッチＳ７，交流フィルタ２１、スイッチＳ８，トランスＴＲ２、およびスイッチＳ５を介して負荷２に供給される。したがって、電力系統１で停電が発生した場合でも、バッテリ２０および電解コンデンサ１６に直流電力が貯えられている限りは、負荷２の運転を継続することができる。

電力系統１が正常状態に回復した場合は、コンバータ１５の運転が再開され、電力系統１からの交流電力がコンバータ１５によって直流電力に変換され、その直流電力がバッテリ２０、電解コンデンサ１６およびコンバータ１７に供給される。コンバータ１７は、直流電力を交流電力に変換して負荷２に供給する。

図４は、この実施の形態の比較例を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図４を参照して、この比較例が実施の形態と異なる点は、スイッチＳ６が遮断器Ｂ３で置換され、スイッチＳ３〜Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８、トランスＴＲ２、遮断器Ｂ２、バッテリ２０、および交流フィルタ２１が除去され、スイッチＳ９および抵抗素子２５が追加されている点である。スイッチＳ９は、たとえばトランジスタとダイオードを含み、制御装置９によって制御される。

遮断器Ｂ３は、通常はオンされ、たとえば負荷２に過大な電流が流れたときにオフされる。風車３が回転されている場合において、電力系統１が正常である通常時は、実施の形態と同様に動作する。風車３が回転されている場合において、停電時は、コンバータ１５，１７の運転が停止され、スイッチＳ９がオンされる。これにより、電解コンデンサ１６の直流電力がスイッチＳ９および抵抗素子２５を介して放電され、電解コンデンサ１６の電圧ＶＣが上限値以下に制限される。また、風車３の回転が停止された場合は、風力発電システム全体が停止される。

この比較例では、停電時に、電解コンデンサ１６の直流電力をスイッチＳ６および抵抗素子２５を介して放電させるので、直流電力が無駄に消費され、効率が低くなる。また、停電時は、負荷２に電力が供給されず、負荷２の運転が停止される。また、風車３の回転が停止された場合は風力発電システム全体が停止されるので、装置の利用率が低い。

これに対して本実施の形態では、停電時は、バッテリ２０および電解コンデンサ１６の直流電力を交流電力に変換して負荷２に供給する。したがって、比較例よりも効率が高くなる。また、停電時でも、バッテリ２０および電解コンデンサ１６に直流電力が貯えられている期間は負荷２の運転を継続することができる。また、風車３の回転が停止されている場合は、無停電電源装置として動作するので、装置の利用率が高い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電力系統、２ 負荷、３ 風車、４ ギア、５ 交流励磁型発電機、６ 回転子巻線、７ 固定子巻線、８ 風車制御装置、９ 制御装置、１０，１３ 電流検出器、１１，１２ 電圧検出器、１４，２１ 交流フィルタ、１５，１７ コンバータ、１６ 電解コンデンサ、１８ コイル、１９ 分流回路、２２，２５ 抵抗素子、２３ コンデンサ、２４ サイリスタ、Ｂ 遮断器、Ｄ ダイオード、Ｌ１ 直流正母線、Ｌ２ 直流負母線、Ｑ トランジスタ、ＲＬ，ＳＬ，ＴＬ 三相交流ライン、Ｓ スイッチ、ＴＲ トランス。

Claims (4)

1. 固定子巻線が電力系統に接続され、回転子巻線が風車によって回転駆動される交流励磁型発電機と、前記電力系統からの交流電力を直流電力に変換する第１のコンバータと、前記第１のコンバータによって生成される直流電力によって駆動され、すべり周波数の交流励磁電流を生成して前記回転子巻線に与える第２のコンバータとを備えた風力発電システムにおいて、
   前記第１のコンバータによって生成される直流電力を貯える電力貯蔵装置を備え、
   前記風車の回転が停止されている場合は、前記第１および第２のコンバータおよび前記電力貯蔵装置によって無停電電源装置が構成され、
   前記無停電電源装置を構成する前記第１のコンバータは、前記電力系統から交流電力が供給されている通常時は前記電力系統からの交流電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置および前記第２のコンバータに供給し、前記電力系統からの交流電力の供給が停止された停電時は運転を停止し、
   前記無停電電源装置を構成する前記第２のコンバータは、前記通常時は前記第１のコンバータによって生成された直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給し、前記停電時は前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する、風力発電システム。
2. 前記風車が回転されている場合において前記電力系統からの交流電力の供給が停止されたときは、前記回転子巻線に発生した交流電流が前記第２のコンバータによって整流されて前記電力貯蔵装置に供給され、前記第１のコンバータは、前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する、請求項１に記載の風力発電システム。
3. さらに、前記電力系統と前記負荷の間に接続され、前記電力系統から交流電力が供給され、かつ前記風車が回転されている場合に導通し、前記第１または第２のコンバータから前記負荷に交流電力が供給される場合に非導通になるスイッチを備える、請求項２に記載の風力発電システム。
4. 前記電力貯蔵装置はバッテリを含む、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の風力発電システム。

Images