JP5207985B2 - ダブル給電非同期型の風力発電機のコンバータの制御方法および制御システム - Google Patents
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Description
【発明の名称】 ダブル給電非同期型の風力発電機のコンバータの制御方法および制御システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ネットワークに接続された、ダブル給電非同期型の風力発電機のコンバータを、当該電気ネットワークに電圧低下が生じた場合に制御する制御方法および制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電は継続的に成長しており、再生可能エネルギーの中でも、石油、ガス、または石炭等の化石燃料から得られる電力源等といった従来の、より汚染源になる電力源に対する真の代替物として最も適当な候補であると考えられている。
【０００３】
風力発電設備の数の増加、その結果として電気ネットワークに接続された風力発電機の数の増加により、この成長を鈍化させる総合的な問題（integration problem）が生じている。これらの問題の中で最も重要な問題は、電圧低下と呼ばれるネットワーク電圧の急激な変化があった場合の風力発電機の反応（behavior）に関する。
【０００４】
近年最も広く使用されている風力発電機は可変速風力発電機であり、これによって装置は機械的には突風に悩まされることが減り、生産される電気の変動は少なく、エネルギーはより利用されるようになった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に、この種類の既存の同期型または非同期型の発電機では、可変速を生じるために後者が選ばれている。同期型発電機は別の欠点があるためである。同期型発電機の欠点の一つは、生産された電力の全てが、電気ネットワークに供給される前に、コンバータによって変換されなくてはならないことである。したがってこのコンバータは風力発電機の全電力をサポートする寸法でなくてはならず、結果的に高価で大容量になる。その電力損失は風力発電機の総出力の減少ともなる。一方この欠点は非同期型発電機では改善されている。
【０００６】
最も広く使用される非同期型発電機はダブル給電非同期型発電機であり、ステータは電気ネットワークに直接接続される一方、ロータは電気ネットワークにコンバータを介して接続される。このコンバータにより発電機の有効電力および無効電力の両方を制御できる。ロータを通る電力はステータの電力のほんの一部に過ぎないため、コンバータは費用や寸法がより小さくなり、損失もより小さい。
【０００７】
風力発電機の欠点とされる特徴の多くはダブル給電非同期型発電機では改善されているが、発電機の丈夫さは劣っている。これはこのダブル給電非同期型発電機が電気ネットワークにおいて生じる電圧低下等の障害に対して敏感なためである。特に、発電機のロータに接続されたコンバータはシステムの非常に脆弱な部分である。これは電圧低下が１本またはいつくかのラインに生じた場合に当該コンバータに出現する電流が非常に高い値になり、コンバータを破壊し得るためである。
【０００８】
この高電流は電圧低下の間に生じ、電圧低下の間に存在する電圧に相当する磁性の新たな状態に到達するまで発電機が消磁状態にあることに因る。電圧低下中に発電機に生じるこの一時的な状態は過電圧を生じ、その結果過電流となり、これはロータ中に磁束を生じる。この磁束を今後フリー磁束と呼ぶ。
【０００９】
通常、発電機の消磁はステータの抵抗において行なわれ、磁気エネルギーが熱に変換される。この方法において、一時的な状態の継続時間はステータの自然時間（natural time）の定数と関連する。この定数は通常約１または数秒であって、電圧低下の際にコンバータを損傷あるいは破壊するために十分な時間である。
【００１０】
電圧低下の際に生じるこれらの高電流の影響を発電機のコンバータが受けないようにする一般的な解決方法は、この消磁処理を加速する処理と、フリー磁束によって誘発される関連する過電圧および過電流からコンバータを保護することとからなる。
【００１１】
この処理を加速するために、固定または可変の抵抗をステータまたはロータの中で直列または並列に接続することができる。これにより消磁時間を短くする。あるいはコンバータを使用する。
【００１２】
クローバと呼ばれる最も広く使用される技術は、短絡する程、非常に低い値の抵抗を用いることに基づく。この抵抗は、過電流がステータまたはロータ内で検出された場合、あるいはロータまたはＤＣバス内で過電圧が検出された場合、サイリスターブリッジを用いてロータと平行に接続される。しかしながらこの技術は別の欠点を有する。この欠点とは、使用される抵抗が非常に低い値である一方、消磁時間が継続して長くなるので、発電機が電気ネットワークと接続され続けると過電流が生じる等に因る欠点である。このことは、これらの過電流を回避するために、電気ネットワークから発電機を切断し、電圧が名目値に戻るまで再接続しないことを意味する。このように、コンバータはこの技術によって保護されるが、発電機は、短い時間とはいえ、電気ネットワークから切断される。
【００１３】
この技術の適用例は、ＷＯ２００４０３０１９に開示されたシステムである。これはステータ内の巻線とこれが接続される電気ネットワークとの間に電子スイッチを設け、ステータまたはロータのいずれかに平行に消磁要素を接続することを提案している。この消磁要素は可変抵抗である。このシステムでは、電気ネットワークにおいて急激な電圧変化が検出された場合、発電機が電気ネットワークから切断され、消磁要素が接続される。この要素は、発電機の磁性ステータス（magnetization status）として知られる発電機コネクタの電圧が、電気ネットワークの新しい電圧と等しくなるように制御される。この制御により、ステータ磁束は短時間で電気ネットワークの真の電圧に相当する磁束値に設定され、磁束値と位相とにおいてステータの誘引電圧とネットワーク電圧との間に一致がみられてから、発電機が電気ネットワークに再接続される。この場合、これら２つの電圧が一旦等しくなると発電機が電気ネットワークに再接続され、消磁要素が切断される。この例は、発電機を電気ネットワークから切断することが求められる他に、単相及び／又は２相電圧低下の場合に、消磁要素を継続的に接続および切断することになる。
【００１４】
現在の技術によると、本発明の目的は、周知の風力発電機に対して、電圧低下が生じた場合の反応を制御するためのクローバに代わる解決方法を提供することである。この代替解決方法は、発電設備が備える風力発電機が、接続される電気ネットワークから切断されず、電圧低下が生じた場合に風力発電機を電気ネットワークから切断したり接続したりする欠点を克服することを保証するものでなければならない。
【００１５】
特に、本発明の目的は、電圧低下が随時発生しても、発電機のコンバータが、損傷されることも切断される必要もなく、耐えられることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の目的は、電圧降下が生じた場合の発電機のコンバータの制御方法であって、これは上記の欠点を克服するものであり、電気ネットワークに接続された、風力発電機等といった少なくとも１つの発電機を有する設備に適用可能であって、この発電機は２本の巻線によって形成されたダブル給電非同期型発電機であり、この２本の巻線は電気ネットワークに接続されたステータ内の巻線と、前記コンバータによって給電されるロータ内の巻線とであり、コンバータはロータ内の巻線に対してセットポイント電流と呼ばれる所定の電流を給電する制御方法である。
【００１７】
要するにこの方法は、電圧低下が生じた場合に、コンバータが、以前のセットポイント電流に、ロータ内の巻線において電圧低下中に生じる、ステータにおける電圧の直接的な成分によって生じたものではないフリー磁束と対抗する磁束を生じさせる新たな消磁電流を加算し、得られた新たなセットポイント電流をロータに給電し、その結果として電気ネットワークにおいて電圧低下が生じた場合の、コンバータにおける電圧を減圧することに特徴がある。
【００１８】
本発明の別の特徴によると、消磁電流は、発電機のステータのフリー磁束の値と比例し、フリー磁束は、発電機のステータにおける磁束の値と、ステータにおける電圧の直接成分と関連するステータにおける強制磁束ψsfの値との差異として推測される値である。
【００１９】
考えられた問題への解決方法を提供することを目的として、本発明に係る方法の実施形態のためのシステムも開示する。このシステムは、電気ネットワークに接続された少なくとも１つのダブル給電非同期型発電機を有し、ここでロータ内の巻線は、前記電気ネットワークにおいて電圧低下が生じていない場合には、発電機の給電を制御するコンバータによって給電され、コンバータは、制御部によって制御されて、ロータ内の巻線に対して、セットポイント電流を給電する。
【００２０】
要するに、このシステムは前記制御部が補助モジュールを有し、前記補助モジュールは、ステータにおける磁束の値を推断する第１の部分と、ステータにおける電圧の直接的な成分と関連する、ステータにおける強制磁束を、電気ネットワークに電圧降下が生じた場合に推断する第２の部分と、第１の部分により推断されたステータにおける磁束の値と、第２の部分により推断された強制磁束の値との差異を計算する第３の部分と、第３の部分により計算された差異の値に係数（Ｋ２）を乗算して消磁電流を生成する第４の部分である乗算器と、以前のセットポイント電流の値と、第４の乗算器により生成された消磁電流の値との合計を計算する第５の部分と、を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の別の特徴は、係数（Ｋ２）が１未満である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
電気ネットワークに接続された風力発電機の大部分はダブル給電非同期型発電機１１を有する。この発電機は２本の巻線を含む。電気ネットワーク８に直接接続された、ステータ内の巻線と、コンバータ２２が設けられたロータ１３内の巻線とであり、コンバータ２２は、通常発電機１の有効および無効電力の両方を調整できるようにする電流を、制御された形で、発電機１に供給する。
【００２３】
図１に概略的に示すように、コンバータ２２の制御は従来、制御部７によって行われる。この制御部７は、所望のロータに給電する電流、つまりセットポイント電流４ｂを、所望の有効電力Ｐsおよび無効電力Ｑsから、ロータ内の巻線１３（図２参照）に給電する。
【００２４】
この制御部７は更に制御ループとして知られるものを有する。具体的には、電流レギュレータが正確な電圧Ｖｒをコンバータ２２に適用して双方の電流間の差異を打ち消すために、セットポイント電流４ｂを真の電流４ａと継続的に比較する電流ループである。
【００２５】
この場合、図２に概略的に示す発明の方法によれば、電圧低下が生じた場合に、所望の有効電力および無効電力を得るために計算された、電力セットポイント電流（power setpoint current）とも呼ばれるセットポイント電流４ｂにターム（term）を追加し、コンバータコネクタ２２内の電圧を減圧する。以後、この新しいタームを消磁電流４ｃと呼ぶ。
【００２６】
具体的には、図２の例に示すように、電圧低下が生じた場合にコンバータ２２がロータに給電する電流の値は、セットポイント電流４ｂに非同期型発電機１１に存在するいわゆるフリー磁束ψslと同相の消磁電流４ｃを加算した結果である。この時、フリー磁束ψslは非同期型発電機１１に存在し、ステータにおける電圧の直接的な成分によって生じたものではない。このように計算された消磁電流４ｃは、フリー磁束ψslに対抗する、ロータ内の巻線１３内の磁束を生じ、その結果、コンバータコネクタ２２内の電圧を減圧する。
【００２７】
電気ネットワーク８において電圧低下が生じている間、電流ループは真の電流４ａを新しいセットポイント電流４ｂ’と比較する。新しいセットポイント電流４ｂ’はフリー磁束ψslと同相である消磁電流４ｃを含む。この消磁電流４ｃにより、非同期型発電機１１のロータの一時的誘発に伴う電圧の全部または大部分を低下でき、コンバータ２２の最大値を超えないように、コンバータ２２における電圧を減圧できる。
【００２８】
同じ図２に示される図は、本発明の前述の実施形態の変形例を示す。この変形例は、制御部７において、補助モジュール７０を有する。補助モジュール７０は、ステータにおける磁束ψsの値を推断する第１の部分７１と、ステータにおける電圧の直接的な成分と関連する、ステータにおける強制磁束ψsfを推断する第２の部分７２と、第１および第２の部分においてそれぞれ以前に推断されたステータにおける磁束（ψs）の値と、ステータにおける強制磁束（ψsf）の値との差異を計算する第３の部分７３と、第３の部分７３により計算された差異の値に係数（Ｋ２）を乗算して消磁電流４ｃを生成する第４の部分、つまり乗算器と、セットポイント電流の値と、第４の部分により計算された消磁電流の値との合計を計算する第５の部分とを有する。
【００２９】
上記の磁束ψsおよび強制磁束ψsfの値に関して、前者は現在の技術において周知の方法を用いてステータ内およびロータ内の電流から求められ、一方、後者、つまり強制磁束は、ステータにおける電圧の直接的な成分に関連しており、３相電圧低下の場合に以下の式から推断できる。
【数１】
ここで、ｉsはステータにおける電流、ωsはネットワーク電圧の周波数、Ｒsはステータにおける抵抗、Ｖsはステータにおける電圧、ψsfは強制磁束である。
【００３０】
非対称電圧低下（単相および２相）の場合、電気ネットワーク８の電圧は逆成分（inverse component）を有する。この逆成分により、当該成分に関連する磁束が非同期型発電機１のステータにおいて出現する。コンバータコネクタ２２での電圧を減圧するために、消磁電流４ｃもこの磁束に対抗する必要がある。こうした状況では、部分７２に対して前に示された式はもはや有効ではない。ネットワーク電圧の逆成分を考慮していないためである。可能な選択肢としては、電気ネットワーク８の電圧を構成する、直接および逆の２つの成分を当業において周知のフィルタリング技術を用いて分離することである。
【００３１】
第３の部分７３は比較器を有する。この比較器は、以前に第１および第２の部分７１および７２がそれぞれ推断したステータにおける磁束の値と強制磁束の値との差異を求める役割を持つ。この差異により発電機１のステータのフリー磁束ψslの値が提供される。次にこの値を定数Ｋ１（Ｌｍ／Ｌｓ，ここでＬｍは発電機１の相互インダクタンスであり、Ｌｓは発電機１のステータのインダクタンスである）で乗算し、発電機のロータにおけるフリー磁束の値を得る。得られた値に、この目的のために乗算器が設けられた第４の部分７４によって、定数Ｋ２を乗算する。この結果得られた値は消磁電流４ｃの値であり、これはフリー磁束であって符号は変わったものと比例し、セットポイント電流４ｂに加えられて、セットポイント電流４ｂ’を決定する。この消磁電流４ｃは発電機１のフリー磁束によって誘発された電圧に対して９０度進んでいる。ロータ１３を通って循環する消磁電流４ｃに関連する成分は、前記フリー磁束に対抗する追加的な磁束をロータ１３内に誘発するので、コンバータコネクタ２２において誘発された電圧が減圧される。消磁電流４ｃの正しい値を導入することで、コンバータの最大許容電圧を超えることを回避できる。この場合、コンバータ２２は保護され、その稼働を止める必要はないので、発電機１を電気ネットワーク８から分離することは必要ない。
【００３２】
［適用例］
適用例として、次に、従来技術において典型的な技術の一つである可変抵抗を用いたクローバ９の場合と、本発明で提案された技術を使った場合の、１．５ＭＷの風力発電機の反応を説明する。電気ネットワークにおいて最も一般的な種類の電圧低下に対して分析された発電機の反応ネットワーク位相の２つの短絡に因る３相低下および２相低下の場合について説明する。この発電機１はロータ巻線非同期型発電機１１であって、以下の特徴を有する。
【表１】
【００３３】
以下で説明する全ての場合、発電機の整流変換回路のコンバータ２２は１２００ＶのＤＣバス電圧で動作する。
【００３４】
［可変抵抗を有するクローバによる保護］
電圧低下が生じた場合、ロータにおける電流またはＤＣバスの電圧があるレベル（本適用例の場合、それぞれ１，１３０Ａまたは１，３００Ｖ）を超えた場合、クローバが起動され、時間により変化する抵抗によりロータ１３は短絡される。
【００３５】
図３ａ〜図３ｇは、８０％の３相電圧低下が生じた場合の変数の時間変化を示す。図６ａは電気ネットワーク８の電圧の有効値を示し、時間ｔ＝０．２５秒において電圧低下が発生したことが分かる。次に図３ｂ，図３ｃ、図３ｄは、ステータ、ロータ、コンバータ２２のそれぞれにおける電流の有効値の時間変化を示す。電圧低下が生じた時点で３つの電流は急激に上昇する。ロータにおける電流が事前に設定された値を超えると制御部７がクローバを起動し、ロータにおける電流がクローバを通って循環し始める。一般的に、クローバの作動中コンバータは作動せず、その電流は図３ｄに示すように打ち消され、このようにしてロータ内で３，５００Ａまで上昇する過電流からコンバータを保護する。図３ｅは、クローバによって適用された抵抗の値を示す。従来、クローバに追随して、事前にプログラムされた抵抗が約１００ミリ秒間適用される。この時間が過ぎるとクローバは作動しなくなり、駆動を中止し、続いてロータにおける電流が再起動されたコンバータを通って再循環し始める。一方、図３ｆはコンバータのＤＣバスの電圧の時間変化を示し、図３ｇは発電機１トルクの時間変化を示す。ここでクローバが起動されるとき、ピークトルク（トルクサージ）が生じる。これは発電機１の通常のトルクの２．５倍である。
【００３６】
図４ａ〜図４ｇは、８０％の２相電圧低下が生じた場合の別の電気変数の時間変化を示す。この場合、上記の例と同様に現れる過電流およびトルクサージに加えて、図４ｇでは、クローバが１回だけ起動された上記の場合とは異なり、クローバが電圧低下の間に連続的に接続および切断されて整流変換回路のコンバータを保護する様子が明確に分かる。これは、電圧低下の間、コンバータが作動せず発電機１の制御が失われたことを意味する。本発明の背景で説明した通り、この反応は電気ネットワーク８の安定化にとって望ましくない。
【００３７】
［消磁電流４ｃの導入による保護］
この場合、発電機１は、発電機１の磁束を減少するために導入された消磁電流４ｃと関連する成分を含む電流４ｂ'を、ロータを通して循環させることにより、整流変換回路のコンバータコネクタにおける電圧を減圧する。消磁電流４ｃは図２に示す方法によって計算される。ここでは、ステータにおける全ての磁束ψsが計算され、続いてあるいは同時に強制磁束ψsfがステータ内の電圧および電流を介して以下の式を用いて計算される。
【数２】
【００３８】
この式により、３相電圧低下および非対称電圧低下の場合に作用する保護技術を実施することができる。このように減算部７２において計算された強制磁束を導入してフリー磁束の合計を求め、電圧の逆の成分に関連する磁束の２倍の合計を求める。次にこの結果を、この例では０．９４と等しい定数Ｋ１＝Ｌｍ／Ｌｓで乗算してロータにおける磁束の値を求める。最後に、この磁束に、逆の成分に関連する磁束の全てとフリー磁束の半分とを補償するために計算された０．５と等しい係数Ｋ２を乗算することによって消磁電流４ｃを求める。
【００３９】
図５ａ〜図５ｇは、８０％の３相電圧低下が生じた場合の発電機１の別の電気変数の時間変化を示す。図５ａは電気ネットワーク８の電圧の有効値を示す。時間ｔ＝０．２５秒において３相電圧低下が生じ、これによって公称値の２０％に電圧降下が生じる。図５ｄおよび図５ｃはステータおよびロータ（この場合、コンバータ内と同じ）のそれぞれにおける電流の有効値の時間変化を示す。上記の場合において説明した図と同様に、電流は電圧降下が生じた時に急に増加し始める。
【００４０】
図５ｄおよび図５ｅはセットポイント電流４ｂおよび消磁電流４ｃを示す。これらを互いに加算すると新しいセットポイント電流４ｂ'となり、これは発電機１のロータを通って循環させられる。電流は軸ｄおよび軸ｑにおいて分解（decomposed）される。セットポイント電流は一瞬にして打ち消されて発電機１の制御が容易になる。消磁電流の周波数が約５０Ｈｚである様子を観察できる。これはこの電流が、３相電圧低下の場合、ロータによって、この図の場合には６０Ｈｚであるロータの回転の回転磁束として見られるフリー磁束と比例するということに因る。
【００４１】
コンバータのＤＣバスにおける電圧の時間変化を図５ｆに示す。図５ｇは電圧降下が発生した瞬間に上昇するトルク（トルクサージ）のピークが、クローバを用いた場合と比べて少なくなる様子を示す。この場合、公称トルクの１．５倍である。
【００４２】
図６ａ〜図６ｇは、前述の図と似ているが、８０％の２相電圧降下に相当する点が異なる。クローバ９を用いた場合とは異なり、本発明に基づく解決方法が２相電圧降下においても機能し、電流および電圧を別のシステムの構成要素に対して危険のない値に維持する様子を示す。また、図６ｅに示される、発電機のロータ１３を通して循環する消磁電流４ｃの周波数が３相電圧降下の場合よりも２相電圧降下の場合の方が大きいことも注目すべきである。この理由は、非対称電圧低下（単相または２相）において、ロータ１３によって、この例では１１０Ｈｚ＝６０Ｈｚ＋５０Ｈｚである、ロータ１３の回転周波数と電気ネットワーク８の周波数との合計に等しい周波数の回転磁束として見られる逆の磁束が現れるためである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
添付の図面はそれに限定されるものではないが、本発明の目的であるシステムおよび方法の好適な実施形態を示す。
【図１】従来の発電設備の制御を概略的に表す図である。
【図２】本発明に係る方法を実行するシステムのブロック図である。
【図３ａ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｂ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｃ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｄ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｅ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｆ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｇ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ａ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｂ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｃ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｄ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｅ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｆ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｇ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ａ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｂ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｃ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｄ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｅ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｆ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｇ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ａ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｂ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｃ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｄ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｅ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｆ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｇ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ネットワークに接続された、ダブル給電非同期型の風力発電機のコンバータを、当該電気ネットワークに電圧低下が生じた場合に制御する制御方法および制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電は継続的に成長しており、再生可能エネルギーの中でも、石油、ガス、または石炭等の化石燃料から得られる電力源等といった従来の、より汚染源になる電力源に対する真の代替物として最も適当な候補であると考えられている。
【０００３】
風力発電設備の数の増加、その結果として電気ネットワークに接続された風力発電機の数の増加により、この成長を鈍化させる総合的な問題（integration problem）が生じている。これらの問題の中で最も重要な問題は、電圧低下と呼ばれるネットワーク電圧の急激な変化があった場合の風力発電機の反応（behavior）に関する。
【０００４】
近年最も広く使用されている風力発電機は可変速風力発電機であり、これによって装置は機械的には突風に悩まされることが減り、生産される電気の変動は少なく、エネルギーはより利用されるようになった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に、この種類の既存の同期型または非同期型の発電機では、可変速を生じるために後者が選ばれている。同期型発電機は別の欠点があるためである。同期型発電機の欠点の一つは、生産された電力の全てが、電気ネットワークに供給される前に、コンバータによって変換されなくてはならないことである。したがってこのコンバータは風力発電機の全電力をサポートする寸法でなくてはならず、結果的に高価で大容量になる。その電力損失は風力発電機の総出力の減少ともなる。一方この欠点は非同期型発電機では改善されている。
【０００６】
最も広く使用される非同期型発電機はダブル給電非同期型発電機であり、ステータは電気ネットワークに直接接続される一方、ロータは電気ネットワークにコンバータを介して接続される。このコンバータにより発電機の有効電力および無効電力の両方を制御できる。ロータを通る電力はステータの電力のほんの一部に過ぎないため、コンバータは費用や寸法がより小さくなり、損失もより小さい。
【０００７】
風力発電機の欠点とされる特徴の多くはダブル給電非同期型発電機では改善されているが、発電機の丈夫さは劣っている。これはこのダブル給電非同期型発電機が電気ネットワークにおいて生じる電圧低下等の障害に対して敏感なためである。特に、発電機のロータに接続されたコンバータはシステムの非常に脆弱な部分である。これは電圧低下が１本またはいつくかのラインに生じた場合に当該コンバータに出現する電流が非常に高い値になり、コンバータを破壊し得るためである。
【０００８】
この高電流は電圧低下の間に生じ、電圧低下の間に存在する電圧に相当する磁性の新たな状態に到達するまで発電機が消磁状態にあることに因る。電圧低下中に発電機に生じるこの一時的な状態は過電圧を生じ、その結果過電流となり、これはロータ中に磁束を生じる。この磁束を今後フリー磁束と呼ぶ。
【０００９】
通常、発電機の消磁はステータの抵抗において行なわれ、磁気エネルギーが熱に変換される。この方法において、一時的な状態の継続時間はステータの自然時間（natural time）の定数と関連する。この定数は通常約１または数秒であって、電圧低下の際にコンバータを損傷あるいは破壊するために十分な時間である。
【００１０】
電圧低下の際に生じるこれらの高電流の影響を発電機のコンバータが受けないようにする一般的な解決方法は、この消磁処理を加速する処理と、フリー磁束によって誘発される関連する過電圧および過電流からコンバータを保護することとからなる。
【００１１】
この処理を加速するために、固定または可変の抵抗をステータまたはロータの中で直列または並列に接続することができる。これにより消磁時間を短くする。あるいはコンバータを使用する。
【００１２】
クローバと呼ばれる最も広く使用される技術は、短絡する程、非常に低い値の抵抗を用いることに基づく。この抵抗は、過電流がステータまたはロータ内で検出された場合、あるいはロータまたはＤＣバス内で過電圧が検出された場合、サイリスターブリッジを用いてロータと平行に接続される。しかしながらこの技術は別の欠点を有する。この欠点とは、使用される抵抗が非常に低い値である一方、消磁時間が継続して長くなるので、発電機が電気ネットワークと接続され続けると過電流が生じる等に因る欠点である。このことは、これらの過電流を回避するために、電気ネットワークから発電機を切断し、電圧が名目値に戻るまで再接続しないことを意味する。このように、コンバータはこの技術によって保護されるが、発電機は、短い時間とはいえ、電気ネットワークから切断される。
【００１３】
この技術の適用例は、ＷＯ２００４０３０１９に開示されたシステムである。これはステータ内の巻線とこれが接続される電気ネットワークとの間に電子スイッチを設け、ステータまたはロータのいずれかに平行に消磁要素を接続することを提案している。この消磁要素は可変抵抗である。このシステムでは、電気ネットワークにおいて急激な電圧変化が検出された場合、発電機が電気ネットワークから切断され、消磁要素が接続される。この要素は、発電機の磁性ステータス（magnetization status）として知られる発電機コネクタの電圧が、電気ネットワークの新しい電圧と等しくなるように制御される。この制御により、ステータ磁束は短時間で電気ネットワークの真の電圧に相当する磁束値に設定され、磁束値と位相とにおいてステータの誘引電圧とネットワーク電圧との間に一致がみられてから、発電機が電気ネットワークに再接続される。この場合、これら２つの電圧が一旦等しくなると発電機が電気ネットワークに再接続され、消磁要素が切断される。この例は、発電機を電気ネットワークから切断することが求められる他に、単相及び／又は２相電圧低下の場合に、消磁要素を継続的に接続および切断することになる。
【００１４】
現在の技術によると、本発明の目的は、周知の風力発電機に対して、電圧低下が生じた場合の反応を制御するためのクローバに代わる解決方法を提供することである。この代替解決方法は、発電設備が備える風力発電機が、接続される電気ネットワークから切断されず、電圧低下が生じた場合に風力発電機を電気ネットワークから切断したり接続したりする欠点を克服することを保証するものでなければならない。
【００１５】
特に、本発明の目的は、電圧低下が随時発生しても、発電機のコンバータが、損傷されることも切断される必要もなく、耐えられることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の目的は、電圧降下が生じた場合の発電機のコンバータの制御方法であって、これは上記の欠点を克服するものであり、電気ネットワークに接続された、風力発電機等といった少なくとも１つの発電機を有する設備に適用可能であって、この発電機は２本の巻線によって形成されたダブル給電非同期型発電機であり、この２本の巻線は電気ネットワークに接続されたステータ内の巻線と、前記コンバータによって給電されるロータ内の巻線とであり、コンバータはロータ内の巻線に対してセットポイント電流と呼ばれる所定の電流を給電する制御方法である。
【００１７】
要するにこの方法は、電圧低下が生じた場合に、コンバータが、以前のセットポイント電流に、ロータ内の巻線において電圧低下中に生じる、ステータにおける電圧の直接的な成分によって生じたものではないフリー磁束と対抗する磁束を生じさせる新たな消磁電流を加算し、得られた新たなセットポイント電流をロータに給電し、その結果として電気ネットワークにおいて電圧低下が生じた場合の、コンバータにおける電圧を減圧することに特徴がある。
【００１８】
本発明の別の特徴によると、消磁電流は、発電機のステータのフリー磁束の値と比例し、フリー磁束は、発電機のステータにおける磁束の値と、ステータにおける電圧の直接成分と関連するステータにおける強制磁束ψsfの値との差異として推測される値である。
【００１９】
考えられた問題への解決方法を提供することを目的として、本発明に係る方法の実施形態のためのシステムも開示する。このシステムは、電気ネットワークに接続された少なくとも１つのダブル給電非同期型発電機を有し、ここでロータ内の巻線は、前記電気ネットワークにおいて電圧低下が生じていない場合には、発電機の給電を制御するコンバータによって給電され、コンバータは、制御部によって制御されて、ロータ内の巻線に対して、セットポイント電流を給電する。
【００２０】
要するに、このシステムは前記制御部が補助モジュールを有し、前記補助モジュールは、ステータにおける磁束の値を推断する第１の部分と、ステータにおける電圧の直接的な成分と関連する、ステータにおける強制磁束を、電気ネットワークに電圧降下が生じた場合に推断する第２の部分と、第１の部分により推断されたステータにおける磁束の値と、第２の部分により推断された強制磁束の値との差異を計算する第３の部分と、第３の部分により計算された差異の値に係数（Ｋ２）を乗算して消磁電流を生成する第４の部分である乗算器と、以前のセットポイント電流の値と、第４の乗算器により生成された消磁電流の値との合計を計算する第５の部分と、を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の別の特徴は、係数（Ｋ２）が１未満である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
電気ネットワークに接続された風力発電機の大部分はダブル給電非同期型発電機１１を有する。この発電機は２本の巻線を含む。電気ネットワーク８に直接接続された、ステータ内の巻線と、コンバータ２２が設けられたロータ１３内の巻線とであり、コンバータ２２は、通常発電機１の有効および無効電力の両方を調整できるようにする電流を、制御された形で、発電機１に供給する。
【００２３】
図１に概略的に示すように、コンバータ２２の制御は従来、制御部７によって行われる。この制御部７は、所望のロータに給電する電流、つまりセットポイント電流４ｂを、所望の有効電力Ｐsおよび無効電力Ｑsから、ロータ内の巻線１３（図２参照）に給電する。
【００２４】
この制御部７は更に制御ループとして知られるものを有する。具体的には、電流レギュレータが正確な電圧Ｖｒをコンバータ２２に適用して双方の電流間の差異を打ち消すために、セットポイント電流４ｂを真の電流４ａと継続的に比較する電流ループである。
【００２５】
この場合、図２に概略的に示す発明の方法によれば、電圧低下が生じた場合に、所望の有効電力および無効電力を得るために計算された、電力セットポイント電流（power setpoint current）とも呼ばれるセットポイント電流４ｂにターム（term）を追加し、コンバータコネクタ２２内の電圧を減圧する。以後、この新しいタームを消磁電流４ｃと呼ぶ。
【００２６】
具体的には、図２の例に示すように、電圧低下が生じた場合にコンバータ２２がロータに給電する電流の値は、セットポイント電流４ｂに非同期型発電機１１に存在するいわゆるフリー磁束ψslと同相の消磁電流４ｃを加算した結果である。この時、フリー磁束ψslは非同期型発電機１１に存在し、ステータにおける電圧の直接的な成分によって生じたものではない。このように計算された消磁電流４ｃは、フリー磁束ψslに対抗する、ロータ内の巻線１３内の磁束を生じ、その結果、コンバータコネクタ２２内の電圧を減圧する。
【００２７】
電気ネットワーク８において電圧低下が生じている間、電流ループは真の電流４ａを新しいセットポイント電流４ｂ’と比較する。新しいセットポイント電流４ｂ’はフリー磁束ψslと同相である消磁電流４ｃを含む。この消磁電流４ｃにより、非同期型発電機１１のロータの一時的誘発に伴う電圧の全部または大部分を低下でき、コンバータ２２の最大値を超えないように、コンバータ２２における電圧を減圧できる。
【００２８】
同じ図２に示される図は、本発明の前述の実施形態の変形例を示す。この変形例は、制御部７において、補助モジュール７０を有する。補助モジュール７０は、ステータにおける磁束ψsの値を推断する第１の部分７１と、ステータにおける電圧の直接的な成分と関連する、ステータにおける強制磁束ψsfを推断する第２の部分７２と、第１および第２の部分においてそれぞれ以前に推断されたステータにおける磁束（ψs）の値と、ステータにおける強制磁束（ψsf）の値との差異を計算する第３の部分７３と、第３の部分７３により計算された差異の値に係数（Ｋ２）を乗算して消磁電流４ｃを生成する第４の部分、つまり乗算器と、セットポイント電流の値と、第４の部分により計算された消磁電流の値との合計を計算する第５の部分とを有する。
【００２９】
上記の磁束ψsおよび強制磁束ψsfの値に関して、前者は現在の技術において周知の方法を用いてステータ内およびロータ内の電流から求められ、一方、後者、つまり強制磁束は、ステータにおける電圧の直接的な成分に関連しており、３相電圧低下の場合に以下の式から推断できる。
【数１】
ここで、ｉsはステータにおける電流、ωsはネットワーク電圧の周波数、Ｒsはステータにおける抵抗、Ｖsはステータにおける電圧、ψsfは強制磁束である。
【００３０】
非対称電圧低下（単相および２相）の場合、電気ネットワーク８の電圧は逆成分（inverse component）を有する。この逆成分により、当該成分に関連する磁束が非同期型発電機１のステータにおいて出現する。コンバータコネクタ２２での電圧を減圧するために、消磁電流４ｃもこの磁束に対抗する必要がある。こうした状況では、部分７２に対して前に示された式はもはや有効ではない。ネットワーク電圧の逆成分を考慮していないためである。可能な選択肢としては、電気ネットワーク８の電圧を構成する、直接および逆の２つの成分を当業において周知のフィルタリング技術を用いて分離することである。
【００３１】
第３の部分７３は比較器を有する。この比較器は、以前に第１および第２の部分７１および７２がそれぞれ推断したステータにおける磁束の値と強制磁束の値との差異を求める役割を持つ。この差異により発電機１のステータのフリー磁束ψslの値が提供される。次にこの値を定数Ｋ１（Ｌｍ／Ｌｓ，ここでＬｍは発電機１の相互インダクタンスであり、Ｌｓは発電機１のステータのインダクタンスである）で乗算し、発電機のロータにおけるフリー磁束の値を得る。得られた値に、この目的のために乗算器が設けられた第４の部分７４によって、定数Ｋ２を乗算する。この結果得られた値は消磁電流４ｃの値であり、これはフリー磁束であって符号は変わったものと比例し、セットポイント電流４ｂに加えられて、セットポイント電流４ｂ’を決定する。この消磁電流４ｃは発電機１のフリー磁束によって誘発された電圧に対して９０度進んでいる。ロータ１３を通って循環する消磁電流４ｃに関連する成分は、前記フリー磁束に対抗する追加的な磁束をロータ１３内に誘発するので、コンバータコネクタ２２において誘発された電圧が減圧される。消磁電流４ｃの正しい値を導入することで、コンバータの最大許容電圧を超えることを回避できる。この場合、コンバータ２２は保護され、その稼働を止める必要はないので、発電機１を電気ネットワーク８から分離することは必要ない。
【００３２】
［適用例］
適用例として、次に、従来技術において典型的な技術の一つである可変抵抗を用いたクローバ９の場合と、本発明で提案された技術を使った場合の、１．５ＭＷの風力発電機の反応を説明する。電気ネットワークにおいて最も一般的な種類の電圧低下に対して分析された発電機の反応ネットワーク位相の２つの短絡に因る３相低下および２相低下の場合について説明する。この発電機１はロータ巻線非同期型発電機１１であって、以下の特徴を有する。
【表１】
【００３３】
以下で説明する全ての場合、発電機の整流変換回路のコンバータ２２は１２００ＶのＤＣバス電圧で動作する。
【００３４】
［可変抵抗を有するクローバによる保護］
電圧低下が生じた場合、ロータにおける電流またはＤＣバスの電圧があるレベル（本適用例の場合、それぞれ１，１３０Ａまたは１，３００Ｖ）を超えた場合、クローバが起動され、時間により変化する抵抗によりロータ１３は短絡される。
【００３５】
図３ａ〜図３ｇは、８０％の３相電圧低下が生じた場合の変数の時間変化を示す。図６ａは電気ネットワーク８の電圧の有効値を示し、時間ｔ＝０．２５秒において電圧低下が発生したことが分かる。次に図３ｂ，図３ｃ、図３ｄは、ステータ、ロータ、コンバータ２２のそれぞれにおける電流の有効値の時間変化を示す。電圧低下が生じた時点で３つの電流は急激に上昇する。ロータにおける電流が事前に設定された値を超えると制御部７がクローバを起動し、ロータにおける電流がクローバを通って循環し始める。一般的に、クローバの作動中コンバータは作動せず、その電流は図３ｄに示すように打ち消され、このようにしてロータ内で３，５００Ａまで上昇する過電流からコンバータを保護する。図３ｅは、クローバによって適用された抵抗の値を示す。従来、クローバに追随して、事前にプログラムされた抵抗が約１００ミリ秒間適用される。この時間が過ぎるとクローバは作動しなくなり、駆動を中止し、続いてロータにおける電流が再起動されたコンバータを通って再循環し始める。一方、図３ｆはコンバータのＤＣバスの電圧の時間変化を示し、図３ｇは発電機１トルクの時間変化を示す。ここでクローバが起動されるとき、ピークトルク（トルクサージ）が生じる。これは発電機１の通常のトルクの２．５倍である。
【００３６】
図４ａ〜図４ｇは、８０％の２相電圧低下が生じた場合の別の電気変数の時間変化を示す。この場合、上記の例と同様に現れる過電流およびトルクサージに加えて、図４ｇでは、クローバが１回だけ起動された上記の場合とは異なり、クローバが電圧低下の間に連続的に接続および切断されて整流変換回路のコンバータを保護する様子が明確に分かる。これは、電圧低下の間、コンバータが作動せず発電機１の制御が失われたことを意味する。本発明の背景で説明した通り、この反応は電気ネットワーク８の安定化にとって望ましくない。
【００３７】
［消磁電流４ｃの導入による保護］
この場合、発電機１は、発電機１の磁束を減少するために導入された消磁電流４ｃと関連する成分を含む電流４ｂ'を、ロータを通して循環させることにより、整流変換回路のコンバータコネクタにおける電圧を減圧する。消磁電流４ｃは図２に示す方法によって計算される。ここでは、ステータにおける全ての磁束ψsが計算され、続いてあるいは同時に強制磁束ψsfがステータ内の電圧および電流を介して以下の式を用いて計算される。
【数２】
【００３８】
この式により、３相電圧低下および非対称電圧低下の場合に作用する保護技術を実施することができる。このように減算部７２において計算された強制磁束を導入してフリー磁束の合計を求め、電圧の逆の成分に関連する磁束の２倍の合計を求める。次にこの結果を、この例では０．９４と等しい定数Ｋ１＝Ｌｍ／Ｌｓで乗算してロータにおける磁束の値を求める。最後に、この磁束に、逆の成分に関連する磁束の全てとフリー磁束の半分とを補償するために計算された０．５と等しい係数Ｋ２を乗算することによって消磁電流４ｃを求める。
【００３９】
図５ａ〜図５ｇは、８０％の３相電圧低下が生じた場合の発電機１の別の電気変数の時間変化を示す。図５ａは電気ネットワーク８の電圧の有効値を示す。時間ｔ＝０．２５秒において３相電圧低下が生じ、これによって公称値の２０％に電圧降下が生じる。図５ｄおよび図５ｃはステータおよびロータ（この場合、コンバータ内と同じ）のそれぞれにおける電流の有効値の時間変化を示す。上記の場合において説明した図と同様に、電流は電圧降下が生じた時に急に増加し始める。
【００４０】
図５ｄおよび図５ｅはセットポイント電流４ｂおよび消磁電流４ｃを示す。これらを互いに加算すると新しいセットポイント電流４ｂ'となり、これは発電機１のロータを通って循環させられる。電流は軸ｄおよび軸ｑにおいて分解（decomposed）される。セットポイント電流は一瞬にして打ち消されて発電機１の制御が容易になる。消磁電流の周波数が約５０Ｈｚである様子を観察できる。これはこの電流が、３相電圧低下の場合、ロータによって、この図の場合には６０Ｈｚであるロータの回転の回転磁束として見られるフリー磁束と比例するということに因る。
【００４１】
コンバータのＤＣバスにおける電圧の時間変化を図５ｆに示す。図５ｇは電圧降下が発生した瞬間に上昇するトルク（トルクサージ）のピークが、クローバを用いた場合と比べて少なくなる様子を示す。この場合、公称トルクの１．５倍である。
【００４２】
図６ａ〜図６ｇは、前述の図と似ているが、８０％の２相電圧降下に相当する点が異なる。クローバ９を用いた場合とは異なり、本発明に基づく解決方法が２相電圧降下においても機能し、電流および電圧を別のシステムの構成要素に対して危険のない値に維持する様子を示す。また、図６ｅに示される、発電機のロータ１３を通して循環する消磁電流４ｃの周波数が３相電圧降下の場合よりも２相電圧降下の場合の方が大きいことも注目すべきである。この理由は、非対称電圧低下（単相または２相）において、ロータ１３によって、この例では１１０Ｈｚ＝６０Ｈｚ＋５０Ｈｚである、ロータ１３の回転周波数と電気ネットワーク８の周波数との合計に等しい周波数の回転磁束として見られる逆の磁束が現れるためである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
添付の図面はそれに限定されるものではないが、本発明の目的であるシステムおよび方法の好適な実施形態を示す。
【図１】従来の発電設備の制御を概略的に表す図である。
【図２】本発明に係る方法を実行するシステムのブロック図である。
【図３ａ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｂ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｃ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｄ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｅ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｆ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図３ｇ】３相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ａ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｂ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｃ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｄ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｅ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｆ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図４ｇ】２相電圧低下が生じた場合に、現在の技術にしたがって、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ａ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｂ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｃ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｄ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｅ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｆ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図５ｇ】３相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ａ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｂ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｃ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｄ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｅ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｆ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
【図６ｇ】２相電圧低下が生じた場合に、本発明に係る制御方法を適用した際に、例である風力発電機において生じる主な電気変数の時間変化を示すグラフである。
Claims (4)
- 電気ネットワーク（８）に接続された発電機（１）の給電を制御するコンバータ（２２）の制御方法であって、
前記発電機は２本の巻線によって形成されたダブル給電非同期型発電機（１１）であり、
前記２本の巻線は、前記電気ネットワークに接続されたステータ内の巻線と、前記電気ネットワークにおいて電圧低下が生じていない場合には、制御された形で、前記コンバータによって給電されるロータ（１３）内の巻線とであり、
前記コンバータは、前記ロータ内の巻線に対して、セットポイント電流（４ｂ）を給電し、
前記電気ネットワークにおいて電圧低下が生じた場合には、前記コンバータは、前記セットポイント電流に、前記ロータ内の巻線において電圧低下中に生じる、前記ステータにおける電圧の直接的な成分によって生じたものではないフリー磁束と対抗する磁束を生じさせる新たな消磁電流（４ｃ）を加算し、得られた新たなセットポイント電流（４ｂ’）を前記ロータに給電し、
前記電気ネットワークにおいて電圧低下が生じた場合の、前記コンバータにおける電圧を減圧することを特徴とする、制御方法。 - 請求項１に記載の制御方法であって、
前記消磁電流（４ｃ）は、前記発電機のステータにおけるフリー磁束（ψsl）の値と比例し、
前記フリー磁束（ψsl）は、前記発電機のステータにおける磁束（ψs）の値と、前記ステータにおける電圧の直接成分と関連するステータにおける強制磁束（ψsf）の値との差異として推測される値であることを特徴とする、制御方法。 - 請求項１に記載の制御方法を実施する制御システムであって、
前記制御システムは、電気ネットワーク（８）に接続された少なくとも１つのダブル給電非同期型発電機（１１）を有し、
前記ダブル給電非同期型発電機のロータ（１３）内の巻線は、前記電気ネットワークにおいて電圧低下が生じていない場合には、制御された形で、発電機の給電を制御するコンバータによって給電され、
前記コンバータは、制御部（７）によって制御されて、前記ロータ内の巻線に対して、セットポイント電流（４ｂ）を給電し、
前記制御部は、補助モジュール（７０）を有し、
前記補助モジュール（７０）は、
ステータにおける磁束（ψs）の値を推断する第１の部分（７１）と、
ステータにおける電圧の直接的な成分と関連するステータにおける強制磁束（ψsf）を、前記電気ネットワークにおいて電圧降下が生じた場合に推断する第２の部分（７２）と、
前記第１の部分により推断された前記ステータにおける磁束（ψs）の値と、前記第２の部分により推断された前記強制磁束（ψsf）の値との差異を計算する第３の部分（７３）と、
前記第３の部分により計算された前記差異の値に係数（Ｋ２）を乗算して消磁電流（４ｃ）を生成する第４の乗算器（７４）と、
前記セットポイント電流（４ｂ）の値と、前記第４の乗算器により生成された前記消磁電流（４ｃ）の値との合計を計算する第５の部分（７５）と、
を有することを特徴とする、制御システム。 - 請求項３に記載の制御システムであって、
前記係数（Ｋ２）は１未満であることを特徴とする、制御システム。
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