JP2013223422A - 励磁制御回路、制御方法及その電気励磁式風力発電システム - Google Patents

励磁制御回路、制御方法及その電気励磁式風力発電システム Download PDF

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Abstract

【課題】励磁制御回路、制御方法及び前記励磁制御回路を備える電気励磁式風力発電システムを提供する。
【解決手段】前記励磁制御回路は、交流電力網と送風機との間に設けられており、送風機から発生した交流電気を交流電力網と同期する交流電気に転換するための少なくとも１つの変流器と、入力側が変換器と送風機との間に電気的に接続され、出力側が励磁装置に結合されており、送風機から発生した交流電気を直流電圧に転換し、その直流電圧によって送風機の励磁に必要な励磁電流を提供するための少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換モジュールと、を備える。本発明によれば、励磁制御回路の一端を変流器と送風機との間に結合し、他端を励磁装置に結合することで、励磁電力は、変流器内部を通過することによる電力の消費をせずに、直接に送風機から励磁装置に入り、システムの励磁効率を向上させる同時に、変流器の容量負担を軽減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、風力発電の技術分野に関し、特に、励磁制御回路、制御方法及び当該励磁制御回路を備える電気励磁式風力発電システムに関する。
現在、エネルギー危機と環境問題がますます顕著になることにつれて、世界における国々は、風力発電、太陽光発電等の再生可能エネルギー事業を精力的に開発している。風力発電を例として、失速型風力発電システムから可変速度固定周波数（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＶＳＣＦ）風力発電システムまで、また、ギアボックスのある風力発電システムからギアボックスなしの直接駆動型風力発電システムまで、我が国の風力発電の設備容量も急速に成長している。特に、現在の風力発電機の単機容量が引き続き増加するに伴って、ＶＳＣＦ技術が徐々に支配的な地位を占めるようになる。ギアボックスが現在のメガワット風力発電機ユニットにおける故障率の高い部品であるため、ギアボックスなしの直接駆動型風力発電システムは、低ノイズ、ユニットの長い運行時間、運行メンテナンスの低コスト等の優勢で、より多くの注目を集めて発展している。
一般的に、直接駆動型風力発電システムには、主に、永久磁石と電気励磁の２つの方式がある。しかしながら、現在の希土材料は高価であるため、直接に永久磁石式風力発電システムの製造コストの増加を招く。それに対して、電気励磁式風力発電システムは、次第に専門的技術者の研究・開発の主要な傾向となっている。
従来の技術において、単機の背中合わせ式（ｂａｃｋ‐ｔｏ‐ｂａｃｋ；ＢＴＢ）の変流器（マシンサイド変流器（ｍａｃｈｉｎｅ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）とラインサイド変流器（ｌｉｎｅ-ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）からなる）の直流母線によってＤＣ‐ＤＣコンパータの入力電圧を提供し、前記ＤＣ‐ＤＣコンパータによる降圧処理で適宜な直流電圧を出力して、励磁装置に電気を供給する構造の電気励磁式風力発電システム構造がある。しかしながら、前記ＤＣ‐ＤＣコンパータが運行不良となる場合、送風機は急に磁気消失になってトルクが無くなり、変流器が制動トルクを送風機に提供できなくなり、風力発電システムにおけるユニットの損壊を引き起こす場合がある。また、別の電気励磁式風力発電システムの構造として、電力網の交流電圧によって、励磁メインスイッチ、産業用周波数帯の変圧器と制御可能整流ブリッジを順番に設置することで、整流された直流電圧を出力して、直接に励磁ワインディング又はＤＣ‐ＤＣコンパータに提供してから、前記ＤＣ‐ＤＣコンパータによる降圧処理で適宜な直流電圧を出力して、励磁装置に電気を供給するものがある。しかしながら、産業用周波数帯の変圧器は、体積が大きく、コストが高い。ひいては、電力網の電圧低下又は電力網のパワーダウンの場合、ＤＣ‐ＤＣコンパータの直流入力電圧が無くなり、送風機も急に磁気消失し、トルクの急変を引き起こすこととなる。
上記より、従来の電気励磁式風力発電システムは、多かれ少なかれ送風機の急な磁気消失によってトルクが無くなる状況があり、電気励磁の信頼性とシステム運行の安定性が大幅に低下されることが判明した。これに鑑みて、励磁装置の動作安定性を向上させ、磁場がすぐに消失しないような信頼できる励磁制御回路をいかに設計するかは、業界における関連技術者にとって早速に解決すべき課題となる。
従来の技術における電気励磁式風力発電システムにある上記の欠陥に対して、本発明は、新規の励磁制御回路、制御方法及び前記励磁制御回路を備える電気励磁式風力発電システムを提供する。
本発明の一側面によると、
交流電力網と送風機との間に設けられており、前記送風機から発生した交流電気を前記交流電力網と同期する交流電気に転換するための少なくとも１つの変流器と、
入力側が前記変流器と前記送風機との間に電気的に接続され、出力側が励磁装置に結合されており、前記送風機から発生した交流電気を直流電圧に転換し、前記直流電圧によって前記送風機の励磁に必要な励磁電流を提供するための少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換モジュールと、
を備える電気励磁式風力発電システム用の励磁制御回路を提供する。
一実施例において、前記変流器は、前記送風機から発生した交流電気を直流電気に整流するためのマシンサイド変流器と、直流母線のコンデンサによって前記マシンサイド変流器に電気的に接続されており、前記直流電気を前記交流電力網と同期する交流電気に逆変換するためのラインサイド変流器と、を含む。
一実施例において、前記ＡＣ／ＤＣ変換モジュールは、整流回路と、前記整流回路の出力した整流電圧に対してＤＣ／ＤＣ変換処理を行うためのＤＣ／ＤＣ変換器と、を含む。
一具体的な実施例において、前記変流器と前記送風機は、第１のフィルタユニットによって前記整流回路に電気的に接続されて、前記送風機から発生した交流電気に対してフィルタリングを行う。また、前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣ変換器との間には、バッファ抵抗とスイッチ素子が並列連結されてなる第１のバッファユニットを更に含む。
別の一具体的な実施例において、前記整流回路は、第２のフィルタユニットによって前記ＤＣ／ＤＣ変換器に電気的に接続されて、整流出力電圧に対してフィルタリングを行う。また、前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣ変換器との間には、バッファ抵抗とスイッチ素子が並列連結されてなる第２のバッファユニットを更に含む。
一実施例において、前記励磁制御回路は、前記ＡＣ／ＤＣ変換モジュールの出力した前記直流電圧に対して昇圧又は降圧処理を行って、前記励磁電流と対応する励磁電圧を取得するためのＤＣ／ＤＣ変換モジュールを更に備える。
一実施例において、前記少なくとも１つの変流器は、第１の変流器と、第２の変流器と、を含み、前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換モジュールは、前記第１の変流器に電気的に接続される第１のＡＣ／ＤＣ変換モジュールと、前記第２の変流器に電気的に接続される第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュールと、を含み、前記第１と第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュールは、互いに冗長となる。
また、前記変流器と前記交流電力網との間には、コモンモード電流（ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）を抑制するための第１のコモンモード抑制ユニットを更に含む。
また、前記変流器と前記送風機との間には、コモンモード電流を抑制するための第２のコモンモード抑制ユニットを更に含む。
また、前記変流器と前記送風機との間には、ｄｖ／ｄｔ電圧を抑制するためのｄｖ／ｄｔ抑制ユニットを更に含む。
本発明のまた他の側面によると、
前記交流電力網からの交流電気を利用して、前記送風機を起動させるステップと、
前記送風機が起動した後、変流器の動作モードを制御モードに切り替えるステップと、
を備える上記の本発明の一側面に記載の励磁制御回路による電気励磁の方法を提供する。
一実施例において、送風機を起動させる上記ステップは、変流器がプリセット電圧情報に基づいて、交流電力網の交流電気を送風機側の交流電気に転換するステップｉと、ＡＣ／ＤＣ変換モジュールが送風機側の交流電気を第１の直流電気に転換し、前記第１の直流電気によって前記送風機の励磁に必要な励磁電流を提供するステップiiと、励磁装置が運行し始めて、送風機を起動させて交流電力網へ電気エネルギーを伝送するステップiiiと、を更に含む。さらに、前記変流器は、マシンサイド変流器とラインサイド変流器を含み、ステップｉは、ラインサイド変流器が交流電力網の交流電気を第２の直流電気に転換するステップと、マシンサイド変流器が直流母線を介して第２の直流電気を送風機側の交流電気に転換するステップと、を更に含む。
一実施例において、制御モードは、トルク制御モード又は回転速度制御モードである。
本発明のさらに１つの側面によると、送風機と、前記送風機の励磁に必要な励磁電流を提供するための励磁装置と、を備え、上記の本発明の一側面に記載の励磁制御回路を更に備える電気励磁式風力発電システムを提供する。
本発明によれば、励磁制御回路の一端を変流器と送風機との間に結合し、他端を励磁装置に結合することで、励磁電力は、変流器内部を通過することによる電力の消費をせずに、直接に送風機から励磁装置に入り、システムの励磁効率を向上させる同時に、変流器の容量負担を軽減することができる。また、交流電力網の電圧低下又は停電の場合でも、前記励磁制御回路は、依然としてＡＣ／ＤＣ変換モジュールを介して直流電圧を出力し、更に、前記直流電圧を送風機の励磁装置に提供することができる。また、励磁制御回路は、変流器とＡＣ／ＤＣ変換モジュールからなる２つのグループの回路構造を利用する場合、異なるグループの変流器同士の相互冗長、又はＡＣ／ＤＣ変換モジュール同士の相互冗長を達成することもできる。
読者が添付図面を参照して、本発明の発明を実施するための形態を読んだ後、本発明の各方面をより明確に理解できる。
従来の技術における電気励磁式風力発電システムの励磁制御回路を示す回路構造図である。 従来の技術における電気励磁式風力発電システムの別の励磁制御回路を示す回路構造図である。 本発明の一側面による電気励磁式風力発電システム用の励磁制御回路を示す回路構造図である。 本発明の励磁制御回路の発明を実施するための形態を示す回路構造図である。 本発明の励磁制御回路の別の発明を実施するための形態を示す回路構造図である。 本発明の励磁制御回路のまた他の発明を実施するための形態を示す回路構造図である。 本発明の励磁制御回路のさらに１つの発明を実施するための形態を示す回路構造図である。 図７の励磁制御回路における整流回路とＤＣ／ＤＣ変換器の回路構造の実施例を示す。 図７の励磁制御回路における整流回路とＤＣ／ＤＣ変換器の回路構造の別の一実施例を示す。 図７の励磁制御回路における整流回路とＤＣ／ＤＣ変換器の回路構造のまた他の実施例を示す。 本発明の別の一側面による図３に示した励磁制御回路を用いる電気励磁の方法を示すフロー図である。 図１１の電気励磁方法において送風機を起動させる一実施例の方法を示すフロー図である。
本願に開示された技術内容をより詳細で完備にさせるために、添付図面及び本発明の下記の様々な具体的な実施例を参照することができ、添付図面中同じ符号は、同一又は類似した部品を表わしている。しかしながら、当業者であれば、下記で提供した実施例は、本発明に含まれる範囲を限定するものではないことが理解すべきである。また、添付図面は、模式的に説明するためのものだけであり、寸法を元通りに描いたものではない。
以下、添付図面に合わせて、本発明の発明を実施するための形態の各方面について、より詳しく説明する。
図１は、従来の技術における電気励磁式風力発電システムの励磁制御回路を示す回路構造図である。図１を参照して、前記励磁制御回路は、電力変換装置、ＤＣ／ＤＣ変換器１０４、消磁装置１０６、励磁装置１０８を備える。前記電力変換装置は、ラインサイド変流器１００と、マシンサイド変流器１０２と、前記ラインサイド変流器１００と前記マシンサイド変流器１０２との間に位置する母線コンデンサＣｐと、を含む。
ラインサイド変流器１００の交流側は、電力網１１０と結合し、マシンサイド変流器１０２の交流側は、送風機１１２の３相ワインディングと結合する。また、ＤＣ／ＤＣ変換器１０４は、一対の逆方向のダイオードによって母線コンデンサＣｐに電気的に接続されて、母線コンデンサＣｐの両端に付加される直流電圧を前記ＤＣ／ＤＣ変換器１０４の直流入力電圧とする。前記ＤＣ／ＤＣ変換器１０４を介して、入力された直流電圧に対して降圧処理をした後、前記ＤＣ／ＤＣ変換器１０４の出力した直流電圧を利用して励磁装置１０８に電気を供給することができる。励磁装置１０８が正常に動作する場合、電気励磁に必要な励磁電流を送風機１１２に出力する。図１において、ＤＣ／ＤＣ変換器１０４と励磁装置１０８との間には、更に、消磁装置１０６が設けられる。この消磁装置１０６は、励磁装置１０８が運行不良又は励磁電流が急に無くなる場合、既に形成された励磁磁場を快速に消滅させることに用いられる。
図１に示した回路構造より、電力変換装置は、送風機１１２からの全部の電力を引き受け、励磁装置１０８の運行に必要な直流電気は、ＤＣ／ＤＣ変換器１０４の出力端から提供されることが判明した。電力変換装置又はＤＣ／ＤＣ変換器１０４が運行不良となると、励磁装置１０８は、急にパワーダウンし、そして、送風機１１２が急に磁気消失になってトルクが無くなり、変流器が制動トルクを送風機１１２に提供できなくなり、風力発電システムにおけるユニットの損害を引き起こす。これに鑑みて、このような回路設計構造は、電気励磁式風力発電システムの励磁の信頼性と運行の安定性に、潜在的で重大なセキュリティ上のリスクをもたらす。
図２は、従来の技術における電気励磁式風力発電システムの別の励磁制御回路を示す回路構造図である。図２を参照して、前記励磁制御回路は、電力変換装置、励磁メインスイッチ２０４、産業用周波数帯の変圧器２０６、位相制御整流ブリッジ２０８、消磁装置２１６、励磁装置２１４を備える。同様に、前記電力変換装置は、ラインサイド変流器２００と、マシンサイド変流器２０２と、前記ラインサイド変流器２００と前記マシンサイド変流器２０２との間に位置する母線コンデンサＣｐと、を含む。
ラインサイド変流器２００の交流側は、電力網２１０と結合し、マシンサイド変流器２０２の交流側は、送風機２１２の３相ワインディングと結合する。励磁装置の供給電源が電力変換装置における母線コンデンサとＤＣ／ＤＣ変換器によって実現されるものではなく、直接に交流電力網２１０、産業用周波数帯の変圧器２０６、位相制御整流ブリッジ２０８を介して電源電圧を提供することで、図１と異なっている。しかしながら、このような励磁方式でも、例えば、励磁装置２１４の直流電源電圧が交流電力網２１０からであるため、交流電力網２１０が電圧低下又は完全にパワーダウンすると、位相制御整流ブリッジ２０８の出力端の直流電圧が急に無くなり、励磁装置２１４が急にパワーダウンして、送風機２１２の磁気消失によるトルクの急変を引き起こすような、多くの欠点がある。また例えば、励磁スイッチ２０４とヒューズの後ろに設けられた産業用周波数帯の変圧器２０６は、体積が大きく、コストが高く、励磁制御回路の設計コストを大幅に向上させると共に、回路配置と取り付けの予備スペースも増加する。
上記図１と図２における励磁制御回路にある欠点や不足を解決するために、図３は、本発明の一側面による電気励磁式風力発電システム用の励磁制御回路の回路構造図を示す。図３を参照して、前記励磁制御回路は、変流器３００と、ＡＣ／ＤＣ変換モジュール３０２と、を備える。また、前記励磁制御回路は、ＡＣ／ＤＣ変換モジュール３０２の出力端と励磁装置３０６との間に設けられて、励磁装置３０６が運行不良又は励磁電流が急に無くなる時に、既に形成された励磁磁場を快速に消滅させる消磁装置３０４を更に備える。
変流器３００は、交流電力網３１０と送風機３０８との間に設けられており、送風機３０８から発生した交流電気を交流電力網３１０と同期する交流電気に転換することに用いられる。一具体的な実施例において、変流器３００は、送風機３０８から発生した交流電気を受け、前記交流電気を直流電気に変換して、前記直流電気に対して逆変換処理を行い、交流電力網３１０と同期する交流電気を出力する。例えば、逆変換処理された前記交流電気と交流電力網電圧は、振幅、周波数及び位相が何れも同一である。ＡＣ／ＤＣ変化モジュール３０２は、変流器３００と送風機３０８との間に電気的に接続される入力側と、励磁装置３０６に結合される出力側と、を含み、送風機３０８から発生した交流電気を直流電圧に変換して、前記直流電圧によって励磁装置３０６の電気励磁に必要な励磁電流を提供する。
図４は、本発明の励磁制御回路の発明を実施するための形態を示す回路構造図である。図４に示すように、前記励磁制御回路は、変流器４００と、ＡＣ／ＤＣ変換モジュール４０２と、ＤＣ／ＤＣ変換モジュール４０３と、を備える。また、前記励磁制御回路は、ＤＣ／ＤＣ変換モジュール４０３の出力端と励磁装置４０６との間に設けられて、励磁装置４０６が運行不良又は励磁電流が急に無くなる時に、既に形成された励磁磁場を快速に消滅させる消磁装置４０４を更に備える。
前記ＤＣ／ＤＣ変換モジュール４０３は、前記ＡＣ／ＤＣ変換モジュール４０２の出力した直流電圧に対して昇圧又は降圧処理を行って、励磁装置４０６に必要な励磁電流と対応する励磁電圧を取得することに用いられる。例えば、前記直流電圧がプリセットの励磁電圧より高い場合、前記ＤＣ／ＤＣ変換モジュール４０３をＢｕｃｋ型ＤＣ／ＤＣ変換器に設置して、前記直流電圧に対して降圧処理を行ってプリセット励磁電圧と等しくようにしてよい。また例えば、前記直流電圧がプリセットの励磁電圧より低い場合、前記ＤＣ／ＤＣ変換モジュール４０３をＢｏｏｓｔ型ＤＣ／ＤＣ変換器に設置して、前記直流電圧に対して昇圧処理を行ってプリセット励磁電圧と等しくようにしてよい。
図５は、本発明の励磁制御回路の発明を実施するための形態を示す回路構造図である。図５に示すように、前記励磁制御回路は、第１の変流器５００と、第２の変流器５０１と、第１のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０２と、第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０３と、を備える。前記第１の変流器５００は、前記第１のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０２に電気的に接続され、前記第２の変流器５０１は、前記第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０３に電気的に接続され、且つ第１のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０２と第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０３は、それぞれに合わせた消磁装置５０４と消磁装置５０５を介して、送風機の励磁装置５０６に接続される。このように、第１の変流器５００又は第１のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０２が故障又は不良になる場合、第２の変流器５０１と第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０３からなる励磁制御回路によって、励磁装置５０６に必要な励磁電流を提供することができる。または、第２の変流器５０１又は第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０３が故障又は不良になる場合、第１の変流器５００と第１のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０２からなる励磁制御回路によって、励磁装置５０６に必要な励磁電流を提供することができる。上記より、第１の変流器５００と第１のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０２を直列連結して構成された励磁制御回路と、第２の変流器５０１と第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュール５０３を直列連結して構成された別の励磁制御回路とは、互いに冗長となることが判明し、この冗長メカニズムを利用して、電気励磁式風力発電システムのより高い励磁の信頼性、及び送風機５０８運行時の安定性を実現することができる。
図６は、本発明の励磁制御回路の別の発明を実施するための形態を示す回路構造図である。図６を参照して、前記励磁制御回路は、変流器６００と、ＡＣ／ＤＣ変換モジュール６０２と、を備える。また、前記励磁制御回路は、ＡＣ／ＤＣ変換モジュール６０２の出力端と励磁装置６０６との間に設けられて、励磁装置６０６が運行不良又は励磁電流が急に無くなる時に、既に形成された励磁磁場を快速に消滅させる消磁装置６０４を更に備える。
前記励磁制御回路におけるコモンモード電流を抑制するために、更に、変流器６００と交流電力網６１０との間に、コモンモード電流を抑制するためのコモンモード抑制ユニットＬｇを設けることができる。または、変流器６００と送風機６０８との間に、コモンモード電流を抑制するための別のコモンモード抑制ユニットＬｓを設けることができる。また、変流器６００の送風機に近い側の電圧急変を避けるために、両者の間に、ｄｖ／ｄｔ電圧を抑制するためのｄｖ／ｄｔ抑制ユニット（未図示）を設けることができる。例えば、前記ｄｖ／ｄｔ抑制ユニットは、インダクタ素子である。
図７は、本発明の励磁制御回路のさらに１つの発明を実施するための形態を示す回路構造框図である。図７を参照して、前記変流器７０は、ラインサイド変流器７０１と、マシンサイド変流器７０３と、を備える。前記変流器７０は、交流側及び直流側を有し、その交流側が、交流電力網７１０に電気的に接続されており、前記ラインサイド変流器７０１の直流側からの直流電気を交流電力網電圧と同期する交流電に逆変換することに用いられる。マシンサイド変流器７０３も、交流側及び直流側を有し、その交流側が送風機７０８に電気的に接続されており、送風機７０８から発生した交流電気を直流電圧に整流することに用いられる。ラインサイド変流器７０１の直流側は、直流母線のコンデンサＣｐによってマシンサイド変流器７０３の直流側に電気的に接続されて、前記交流‐直流‐交流形式の全出力変換器を構成することができる。
当業者であれば、上記において全出力変換器を変流器の模式的な実施例とすることは例示だけであり、その他の従来又は今後現れる可能性のある変流器の構造が、本発明に適用できる場合、本発明の保護範囲内に含まれるべきであり、引用の方式でこれに含まれることが理解すべきである。
一具体的な実施例において、前記ＡＣ／ＤＣ変換モジュール７２は、整流回路７２２と、ＤＣ／ＤＣ変換器７２４と、を備える。前記整流回路７２２は、前記ＤＣ／ＤＣ変換器７２４の出力端に接続されており、整流回路７２２の出力した整流電圧に対してＤＣ／ＤＣ変換処理を行うことに用いられる。例えば、前記整流回路７２２は、３相制御可能整流ブリッジ又は単相制御可能整流ブリッジであってよい。詳しくは、前記整流回路７２２は、送風機７０８から発生した交流電気を直流電気に整流し、且つ前記ＤＣ／ＤＣ変換器７２４は、前記整流処理された直流電気を励磁装置７０６の電気励磁に必要な励磁電流に転換する。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、前記ＡＣ／ＤＣ変換モジュール７２は、整流回路のみを含んでもよく、前記整流回路によって、送風機７０８から発生した交流電気を、励磁装置７０６の電気励磁に必要な励磁電流にちょうどよく対応する直流電気に整流してもよい。
図８〜図１０は、それぞれ図７に示した励磁制御回路における整流回路とＤＣ／ＤＣ変換器の回路構造の複数の実施例を示す。
図８に示すように、変流器７０と送風機７０８は、フィルタユニットによって整流回路７２２に電気的に接続されて、送風機７０８から発生した交流電気に対してフィルタリングを行う。例えば、前記フィルタユニットは、インダクタ素子Ｌ１である。
図９に示すように、整流回路７２２とＤＣ／ＤＣ変換器７２４との間に、バッファ抵抗Ｒ２とスイッチ素子Ｋ２を並列連結して構成されたバッファユニットを更に含む。図８と同様に、前記励磁制御回路は、また、フィルタユニットによって変流器７０と整流回路７２２に接続されてよい。例えば、前記フィルタユニットは、インダクタ素子Ｌ２である。
図１０に示すように、整流回路７２２は、フィルタユニットによってＤＣ／ＤＣ変換器７２４に電気的に接続されて、整流による出力電圧に対してフィルタリングを行う。一実施例において、前記整流回路７２２とＤＣ／ＤＣ変換器７２４との間に、バッファ抵抗Ｒ３とスイッチ素子Ｋ３を並列連結して構成され、且つ前記フィルタユニットと直列連結されるバッファユニットを更に含む。例えば、前記フィルタユニットは、インダクタ素子Ｌ３である。
また、図８〜図１０において、更に、整流回路７２２とＤＣ／ＤＣ変換器７２４との間に、それぞれフィルタコンデンサ（即ち、コンデンサＣ１、Ｃ２とＣ３）を設けて、さらに整流出力電圧に対してフィルタリング処理を行ってよい。
図１１は、本発明の別の一側面による図３に示した励磁制御回路を用いる電気励磁の方法を示すフロー図である。図１１を参照して、前記方法において、まず、交流電力網からの交流電気を利用して、送風機を起動させるステップＳ１１１を行う。続いて、ステップＳ１１３において、送風機３０８が起動した後、変流器の動作モードを制御モードに切り替える。ここで、制御モードは、トルク制御モード又は回転速度制御モードを含む。トルク制御モードとは、変流器３００が制御装置のトルク指令を受け、その指令に従って送風機３０８に対してトルク制御を行って、トルクを制御装置に要求されるトルク値に制御することである。回転速度制御モードとは、変流器３００が制御装置の回転速度指令を受け、その指令に従って送風機３０８に対して回転速度制御を行って、回転速度を制御装置に要求される回転速度値に制御することである。
一実施例において、図１２を参照して、送風機を起動させる上記のステップＳ１１１は、更に、下記のステップを順番に行うことで実現することができる。まず、変流器３００がプリセット電圧情報（例えば、周波数、振幅、位相）に基づいて、交流電力網３１０の交流電気を送風機側の交流電気に転換するステップＳ１２１を行う。続いて、ＡＣ／ＤＣ変換モジュール３０２が前記送風機側の交流電気を第１の直流電気に転換し、前記第１の直流電気によって送風機３０８の励磁に必要な励磁電流を提供するステップＳ１２３を行う。次に、励磁装置３０６が運行し始めて、送風機３０８を起動させて交流電力網３１０へ電気エネルギーを伝送するステップＳ１２５を行う。
一実施例において、前記変換器は、ラインサイド変流器とマシンサイド変流器と、を備える。より具体的には、前記ラインサイド変流器は、交流電力網３１０に電気的に接続される交流側と、直流側と、を有する。前記マシンサイド変流器は、直流側と、送風機３０８に電気的に接続される交流側と、を有する。ラインサイド変流器の直流側は、直流母線によってマシンサイド変流器の直流側に電気的に接続される。上記ステップＳ１１１は、ラインサイド変流器が交流電力網３１０の交流電気を第２の直流電気に転換して、マシンサイド変流器が直流母線を介して前記第２の直流電気を送風機側の交流電気に転換するステップを更に含むことができる。
本発明によれば、励磁制御回路の一端を変流器と送風機との間に結合し、他端を励磁装置に結合することで、励磁電力は、変流器内部を通過することによる電力の消費をせずに、直接に送風機から励磁装置に入り、システムの励磁効率を向上させる同時に、変流器の容量負担を軽減することができる。また、交流電力網の電圧低下又は停電の場合でも、前記励磁制御回路は、依然としてＡＣ／ＤＣ変換モジュールを介して直流電圧を出力し、前記直流電圧を送風機の励磁装置に提供することができる。また、励磁制御回路は、変流器とＡＣ／ＤＣ変換モジュールからなる２つのグループの回路構造を利用する場合、異なるグループの変流器同士の相互冗長、又はＡＣ／ＤＣ変換モジュール同士の相互冗長を達成することもできる。
前記において、本発明の発明を実施するための形態を図面にあわせて説明したが、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない範囲で、種々の変更又は代替を加えることもでき、これらの変更又は代替が本発明の特許請求の範囲に限定される範囲に含まれることは理解できる。
７０、３００、４００、６００ 変流器
７２、３０２、４０２、６０２ ＡＣ／ＤＣ変換モジュール
１００、２００、７０１ ラインサイド変流器
１０２、２０２、７０３ マシンサイド変流器
１０４、７２４ ＤＣ／ＤＣ変換器
４０３ ＤＣ／ＤＣ変換モジュール
１０６、２１６、３０４、４０４、５０４、５０５、６０４ 消磁装置
１０８、２１４、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６ 励磁装置
１１０、２１０ 電力網
１１２、２１２、３０８、５０８、６０８、７０８ 送風機
２０４ 励磁スイッチ
２０６ 産業用周波数帯の変圧器
２０８ 位相制御整流ブリッジ
３１０、６１０、７１０ 交流電力網
５００ 第１の変流器
５０１ 第２の変流器
５０２ 第１のＡＣ／ＤＣ変換モジュール
５０３ 第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュール
７２２ 整流回路
Ｓ１１１〜Ｓ１２５ ステップ

Claims (17)

  1. 交流電力網と送風機との間に設けられており、前記送風機から発生した交流電気を前記交流電力網と同期する交流電気に転換するための少なくとも１つの変流器と、
    入力側が前記変流器と前記送風機との間に電気的に接続され、出力側が励磁装置に結合されており、前記送風機から発生した交流電気を直流電圧に転換し、前記直流電圧によって前記送風機の励磁に必要な励磁電流を提供するための少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換モジュールと、
    を備えることを特徴とする励磁制御回路。
  2. 前記変流器は、
    前記送風機から発生した交流電気を直流電気に整流するためのマシンサイド変流器と、
    直流母線のコンデンサによって前記マシンサイド変流器に電気的に接続されており、前記直流電気を前記交流電力網と同期する交流電気に逆変換するためのラインサイド変流器と、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の励磁制御回路。
  3. 前記ＡＣ／ＤＣ変換モジュールは、整流回路と、前記整流回路の出力した整流電圧に対してＤＣ／ＤＣ変換処理を行うためのＤＣ／ＤＣ変換器と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の励磁制御回路。
  4. 前記変流器と前記送風機は、第１のフィルタユニットによって前記整流回路に電気的に接続されて、前記送風機から発生した交流電気に対してフィルタリングを行うことを特徴とする請求項３に記載の励磁制御回路。
  5. 前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣ変換器との間には、バッファ抵抗とスイッチ素子が並列連結されてなる第１のバッファユニットを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の励磁制御回路。
  6. 前記整流回路は、第２のフィルタユニットによって前記ＤＣ／ＤＣ変換器に電気的に接続されて、前記整流電圧に対してフィルタリングを行うことを特徴とする請求項３に記載の励磁制御回路。
  7. 前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣ変換器との間には、バッファ抵抗とスイッチ素子が並列連結されてなる第２のバッファユニットを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の励磁制御回路。
  8. 前記励磁制御回路は、前記ＡＣ／ＤＣ変換モジュールの出力した前記直流電圧に対して昇圧又は降圧処理を行って、前記励磁電流と対応する励磁電圧を取得するためのＤＣ／ＤＣ変換モジュールを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の励磁制御回路。
  9. 前記少なくとも１つの変流器は、第１の変流器と、第２の変流器と、を含み、前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換モジュールは、前記第１の変流器に電気的に接続される第１のＡＣ／ＤＣ変換モジュールと、前記第２の変流器に電気的に接続される第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュールと、を含み、前記第１のＡＣ／ＤＣ変換モジュールと前記第２のＡＣ／ＤＣ変換モジュールは、互いに冗長化されることを特徴とする請求項１に記載の励磁制御回路。
  10. 前記変流器と前記交流電力網との間には、コモンモード電流を抑制するための第１のコモンモード抑制ユニットを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の励磁制御回路。
  11. 前記変流器と前記送風機との間には、コモンモード電流を抑制するための第２のコモンモード抑制ユニットを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の励磁制御回路。
  12. 前記変流器と前記送風機との間には、ｄｖ／ｄｔ電圧を抑制するためのｄｖ／ｄｔ抑制ユニットを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の励磁制御回路。
  13. 前記交流電力網からの交流電気を利用して、前記送風機を起動させるステップと、
    前記送風機が起動した後、変流器の動作モードを制御モードに切り替えるステップと、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の励磁制御回路による電気励磁の方法。
  14. 前記送風機を起動させるステップは、
    前記変流器がプリセット電圧情報に基づいて、前記交流電力網の交流電気を送風機側の交流電気に転換するステップiと、
    前記ＡＣ／ＤＣ変換モジュールが前記送風機側の交流電気を第１の直流電気に転換し、前記第１の直流電気によって前記送風機の励磁に必要な励磁電流を提供するステップiiと、
    前記励磁装置が運行し始めて、前記送風機を起動させて前記交流電力網へ電気エネルギーを伝送するステップiiiと、
    を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の電気励磁の方法。
  15. 前記変流器は、マシンサイド変流器とラインサイド変流器を含み、
    前記ステップiは、
    前記ラインサイド変流器が前記交流電力網の交流電気を第２の直流電気に転換するステップと、
    前記マシンサイド変流器が直流母線を介して前記第２の直流電気を前記送風機側の交流電気に転換するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の電気励磁の方法。
  16. 前記制御モードは、トルク制御モード又は回転速度制御モードであることを特徴とする請求項１３に記載の電気励磁の方法。
  17. 送風機と、前記送風機の励磁に必要な励磁電流を提供するための励磁装置と、を備える電気励磁式風力発電システムにおいて、
    請求項１に記載の励磁制御回路を備えることを特徴とする電気励磁式風力発電システム。
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