風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置、風力發(fā)電裝置以及風場的制作方法
【專利摘要】風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置（20）具備電力轉(zhuǎn)換部（21）和控制部（22）?？刂撇浚?2）控制電力轉(zhuǎn)換部（21），使其對發(fā)電機（15）通過風車（14）的旋轉(zhuǎn)力而發(fā)出的電力進行電力轉(zhuǎn)換，提供給電力系統(tǒng)（30），其中，該風車通過風力進行旋轉(zhuǎn)。此外，控制部（22）還控制電力轉(zhuǎn)換部（21）以將發(fā)電機（15）用作電動機而控制風車（14）的旋轉(zhuǎn)位置。
【專利說明】風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置、風力發(fā)電裝置以及風場
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置、風力發(fā)電裝置、風場以及風車的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風力發(fā)電裝置一般具備具有多個葉片從中央部向不同方向延伸的轉(zhuǎn)子的風車，其通過發(fā)電機將風車受到風力而旋轉(zhuǎn)的機械能向電能轉(zhuǎn)換。
[0003]在設(shè)置風力發(fā)電裝置的風車時，雖然有在對轉(zhuǎn)子進行地面組裝之后再安裝到塔體上的方法，但該方法需要用于對轉(zhuǎn)子進行地面組裝的作業(yè)空間，在轉(zhuǎn)子大的情況下，需要巨大的作業(yè)空間。
[0004]因此，提出了不需要巨大的作業(yè)空間的風車的設(shè)置方法(例如，專利文獻I)。在該方法中，首先將安裝有一個葉片的轉(zhuǎn)子輪轂安裝到塔體上。然后，通過起重機或油壓裝置使該轉(zhuǎn)子輪轂進行旋轉(zhuǎn)并停止到預定位置，再依次安裝剩余的葉片。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本專利第4547039號公報實用新型內(nèi)容
[0008]實用新型要解決的問題
[0009]但是，在現(xiàn)有的風車設(shè)置方法中，當向轉(zhuǎn)子輪轂安裝葉片時，需要通過起重機或油壓裝置使轉(zhuǎn)子輪轂進行旋轉(zhuǎn)，從而無法容易地進行風車的組裝作業(yè)。這種情況不僅僅是向轉(zhuǎn)子輪轂安裝葉片時，為了保養(yǎng)進行葉片的拆卸或檢修的保養(yǎng)作業(yè)時也是同樣。
[0010]公開的技術(shù)是鑒于上述情況而完成的，其目的是提供使葉片的安裝、拆卸或檢修變得容易的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置、風力發(fā)電裝置、風場以及風車的制造方法。
[0011]解決問題的手段
[0012]本申請所公開的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置的特征是具備:電力轉(zhuǎn)換部，其對發(fā)電機通過風車的旋轉(zhuǎn)力而發(fā)出的電力進行電力轉(zhuǎn)換，提供給電力系統(tǒng)，所述風車通過風力進行旋轉(zhuǎn)；以及控制部，其控制所述電力轉(zhuǎn)換部，所述控制部控制所述電力轉(zhuǎn)換部，以將所述發(fā)電機用作電動機而控制所述風車的旋轉(zhuǎn)位置。
[0013]另一方式的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述電力轉(zhuǎn)換部是對所述發(fā)電機與所述電力系統(tǒng)之間的電力進行雙向全轉(zhuǎn)換的矩陣轉(zhuǎn)換器。
[0014]另一方式的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述控制部控制所述矩陣轉(zhuǎn)換器具有的多個開關(guān)的通斷，以保持所述風車的旋轉(zhuǎn)位置。
[0015]另一方式的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述電力轉(zhuǎn)換部具備:按照所述發(fā)電機的各相串聯(lián)連接地設(shè)置有多個、并且各自進行雙向的電力轉(zhuǎn)換的單相電力轉(zhuǎn)換器；以及耦合部，其使從多個所述單相電力轉(zhuǎn)換器輸出的電力彼此絕緣地耦合，所述耦合部使耦合的所述電力的電壓通過所述電力系統(tǒng)側(cè)具有的繞組升壓至該電力系統(tǒng)的電壓。
[0016]另一方式的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述單相電力轉(zhuǎn)換器是單相矩陣轉(zhuǎn)換器。
[0017]另一方式的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述電力轉(zhuǎn)換部是并聯(lián)連接多個矩陣轉(zhuǎn)換器而得到的并聯(lián)多級電力轉(zhuǎn)換器。
[0018]另一方式的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述單相矩陣轉(zhuǎn)換器具備緩沖電路，該緩沖電路將浪涌電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓并進行蓄積，對該蓄積的直流電壓進行放電，所述控制部具備放電指令部，該放電指令部根據(jù)所述發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度或所述發(fā)電機的發(fā)電電壓，向所述緩沖電路輸出指示所述直流電壓的放電的放電指令。
[0019]另一方式的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，該風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置具備無停電電源，該無停電電源具有蓄電池，在滿足預定條件的情況下從所述蓄電池向所述控制部供電，所述蓄電池通過所述緩沖電路的直流電壓進行充電。
[0020]另一方式的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，該風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置具備:無停電電源；切換器，其根據(jù)切換信號切換從所述無停電電源輸出的電壓與從所述發(fā)電機輸出的電壓而作為用于使所述控制部進行動作的電壓輸出；以及電源切換指令部，其根據(jù)所述發(fā)電機的發(fā)電電壓，向所述切換器輸出所述切換信號。
[0021]另一方式的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述控制部具備:系統(tǒng)電壓波形存儲部，其存儲預定周期的所述電力系統(tǒng)的電壓波形；以及停電檢測部，其檢測所述電力系統(tǒng)的停電，在使所述電力轉(zhuǎn)換部進行從所述發(fā)電機向所述電力系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換的過程中由所述停電檢測部檢測到所述電力系統(tǒng)的停電的情況下，所述控制部根據(jù)所述系統(tǒng)電壓波形存儲部存儲的電壓波形控制所述電力轉(zhuǎn)換部，使所述電力轉(zhuǎn)換部繼續(xù)進行從所述發(fā)電機向所述電力系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換。
[0022]本申請公開的風力發(fā)電裝置的特征在于，該風力發(fā)電裝置具備:電力轉(zhuǎn)換部，其對發(fā)電機通過風車的旋轉(zhuǎn)力而發(fā)出的電力進行電力轉(zhuǎn)換，提供給電力系統(tǒng)，所述風車通過風力進行旋轉(zhuǎn)；以及控制部，其控制所述電力轉(zhuǎn)換部，所述控制部控制所述電力轉(zhuǎn)換部，以將所述發(fā)電機用作電動機而控制所述風車的旋轉(zhuǎn)位置。
[0023]本申請公開的風場具備多個風力發(fā)電裝置，其特征在于，所述風力發(fā)電裝置具備:電力轉(zhuǎn)換部，其對發(fā)電機通過風車的旋轉(zhuǎn)力而發(fā)出的電力進行電力轉(zhuǎn)換，提供給電力系統(tǒng)，所述風車通過風力進行旋轉(zhuǎn)；以及控制部，其控制所述電力轉(zhuǎn)換部，所述控制部控制所述電力轉(zhuǎn)換部，以將所述發(fā)電機用作電動機而控制所述風車的旋轉(zhuǎn)位置。
[0024]實用新型效果
[0025]根據(jù)本實用新型，將發(fā)電機用作電動機而控制風車的旋轉(zhuǎn)位置，所以能夠使風車的組裝作業(yè)或保養(yǎng)作業(yè)變得容易，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的效率化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是示出實施例1的風力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0027]圖2A是示出實施例1的風力發(fā)電部的葉片安裝順序的圖。
[0028]圖2B是示出實施例1的風力發(fā)電部的葉片安裝順序的圖。
[0029]圖2C是示出實施例1的風力發(fā)電部的葉片安裝順序的圖。[0030]圖3是實施例1的風力發(fā)電裝置的框圖。
[0031]圖4是示出實施例1的電力轉(zhuǎn)換部的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0032]圖5是示出利用并聯(lián)連接使額定電流增加的串聯(lián)多級矩陣轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。
[0033]圖6是示出圖4所示的單相矩陣轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0034]圖7是示出功率因數(shù)控制部的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0035]圖8是說明控制信號產(chǎn)生部的電力轉(zhuǎn)換部的控制例的圖。
[0036]圖9是示出位置控制部的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0037]圖10是示出放電指令部的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0038]圖11是示出電源切換部的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0039]圖12是示出圖10所示的電壓切換指令部的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0040]圖13是示出系統(tǒng)電力停電時控制的順序的圖。
[0041]圖14是示出實施例2的風場的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實施方式】
[0042]以下，根據(jù)附圖詳細說明本申請公開的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置、風場以及風車的制造方法的實施例。此外，本實用新型不被這些實施例限定。
[0043]實施例1
[0044]圖1是示出實施例1的風力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，實施例1的風力發(fā)電裝置I具備風力發(fā)電部10和風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20，對電力系統(tǒng)30進行供電。此夕卜，為了便于理解說明，在圖1中未圖示一部分的結(jié)構(gòu)。參照圖2來說明該未圖示的結(jié)構(gòu)。
[0045]風力發(fā)電部10具備風車14，該風車14具有塔體11、機艙12以及轉(zhuǎn)子13。機艙12旋轉(zhuǎn)自如地支承在塔體11上。另外，轉(zhuǎn)子13具備轉(zhuǎn)子輪轂13a和安裝在轉(zhuǎn)子輪轂13a的不同位置上的多個葉片13b。
[0046]在該風車14的機艙12內(nèi)收納有經(jīng)由軸17與轉(zhuǎn)子13連接的發(fā)電機15。發(fā)電機15是還可以用作電動機的旋轉(zhuǎn)電機，例如是永磁型的旋轉(zhuǎn)電機。
[0047]另外，在機艙12內(nèi)收納有位置檢測器16，該位置檢測器16檢測通過風力進行旋轉(zhuǎn)的風車14的旋轉(zhuǎn)位置。該位置檢測器16例如通過檢測軸17的旋轉(zhuǎn)位置，來檢測風車14的旋轉(zhuǎn)位置。
[0048]另一方面，風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20具備電力轉(zhuǎn)換部21、控制部22、無停電電源(以下，記為UPS)23和操作部24。該風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20配置在塔體11內(nèi)。當電力系統(tǒng)30的電壓高于發(fā)電機15的電壓時,流過電力轉(zhuǎn)換部21與電力系統(tǒng)30之間的電力傳遞用電纜的電流小于流過發(fā)電機15與電力轉(zhuǎn)換部21之間的電力傳遞用電纜的電流，所以可減小向塔體11外引出的電纜的直徑。
[0049]電力轉(zhuǎn)換部21是在風力發(fā)電部10的發(fā)電機15與電力系統(tǒng)30之間使電力雙向全轉(zhuǎn)換(full convert)的電力轉(zhuǎn)換部。即，電力轉(zhuǎn)換部21不是僅調(diào)整如DFIG (雙饋感應(yīng)發(fā)電機)類型那樣與電力系統(tǒng)直接連接的發(fā)電機的輸出的頻率，而存在于發(fā)電機15與電力系統(tǒng)30之間，在發(fā)電機15與電力系統(tǒng)30之間雙向地進行電力轉(zhuǎn)換。
[0050]電力轉(zhuǎn)換部21由將交流電壓轉(zhuǎn)換為期望的交流電壓的矩陣轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。此外，電力轉(zhuǎn)換部21也可以是由進行交流-直流轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器與進行直流-交流轉(zhuǎn)換的逆變器的組合構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換部。
[0051]控制部22向電力轉(zhuǎn)換部21輸出控制信號，使其在發(fā)電機15與電力系統(tǒng)30之間進行雙向的電力轉(zhuǎn)換。例如，控制部22根據(jù)對操作部24的操作向電力轉(zhuǎn)換部21輸出控制信號，使電力轉(zhuǎn)換部21執(zhí)行發(fā)電控制處理、風車位置控制處理。
[0052]當通過對操作部24的操作選擇了發(fā)電控制處理時，控制部22執(zhí)行發(fā)電控制處理，當通過對操作部24的操作選擇了風車位置控制處理時，控制部22執(zhí)行風車位置控制處理。發(fā)電控制處理是將從發(fā)電機15輸出的電力轉(zhuǎn)換為與電力系統(tǒng)30相應(yīng)的電力而輸出到電力系統(tǒng)30的處理。另外，風車位置控制處理是轉(zhuǎn)換從電力系統(tǒng)30輸出的電力提供給發(fā)電機15而使發(fā)電機15作為電動機進行動作的處理。
[0053]風車位置控制處理是在將葉片13b安裝到轉(zhuǎn)子輪轂13a上、從轉(zhuǎn)子輪轂13a拆卸葉片13b、以及進行葉片13b的檢修或維護等情況下執(zhí)行的處理，使風車的旋轉(zhuǎn)位置與通過對操作部24的操作而指定的目標位置一致。
[0054]目標位置的信息作為容易進行葉片13b的安裝或拆卸的位置，針對每個葉片13b預先設(shè)定在控制部22內(nèi)，通過對操作部24的操作進行選擇。此外，還可以將通過對操作部24的操作而輸入的位置信息作為目標位置，由此設(shè)定任意的目標位置。
[0055]控制部22根據(jù)由位置檢測器16檢測出的風車14的旋轉(zhuǎn)位置的信息(以下，記為“位置檢測值”)和通過對操作部24的操作而指定的目標位置，向電力轉(zhuǎn)換部21輸出控制信號，使風車的旋轉(zhuǎn)位置與目標位置一致。
[0056]這里，對風力發(fā)電部10中的葉片13b的安裝方法進行說明。圖2是示出風力發(fā)電部10中的葉片13b的安裝順序的圖。此外，圖2示出在安裝了一個葉片13bl的轉(zhuǎn)子輪轂13a上安裝下一個葉片13b2時的順序，可以同樣地進行任意的葉片13b的安裝。
[0057]在圖2A所示的狀態(tài)下，作業(yè)者對操作部24進行操作，指定風車位置控制處理，選擇葉片13b2 (參照圖2B)作為安裝到轉(zhuǎn)子輪轂13a上的葉片。由此，在控制部22中指定用于進行葉片13b2的安裝的目標位置。位置檢測器16檢測風車14的旋轉(zhuǎn)位置，從位置檢測器16向控制部22輸入該檢測的結(jié)果。
[0058]控制部22檢測由位置檢測器16檢測出的風車14的旋轉(zhuǎn)位置與由操作部24指定的目標位置之差。然后，根據(jù)風車14的旋轉(zhuǎn)位置與目標位置之差，生成使風車14的旋轉(zhuǎn)位置與目標位置一致的控制信號，向電力轉(zhuǎn)換部21輸入。由此，如圖2B所示，風車14的旋轉(zhuǎn)位置向目標位置進行變化，最后，風車14停止在目標位置上。
[0059]如果不再變更目標位置，則電力轉(zhuǎn)換部21繼續(xù)輸出使風車14的旋轉(zhuǎn)位置與目標位置一致的控制信號，結(jié)果，風車14繼續(xù)停止在旋轉(zhuǎn)位置上。然后，如圖2C所示，在已停止的風車14上安裝葉片13b2。因為風車14繼續(xù)停止在目標位置上保持靜止，所以容易將葉片13b2安裝到轉(zhuǎn)子輪轂13a上。
[0060]此外，以上說明了將葉片13b安裝到風車14上的順序，關(guān)于從風車14上拆卸葉片13b,也可以通過使風車14的旋轉(zhuǎn)位置與目標位置一致,使風車14停止在目標位置上，由此能夠與葉片13b的安裝同樣地容易地進行拆卸。
[0061 ] 這樣，在實施例1的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20中，可通過風車位置控制處理，使風車14的旋轉(zhuǎn)位置與目標位置一致，所以能夠容易地進行風車14的組裝作業(yè)、保養(yǎng)作業(yè)等，其中，風車位置控制處理是控制電力轉(zhuǎn)換部21以將發(fā)電機15用作電動機而控制風車14的旋轉(zhuǎn)位置的處理。
[0062]此外，以上是通過位置檢測器16檢測風車14的旋轉(zhuǎn)位置，但風車14的旋轉(zhuǎn)位置的檢測不限于位置檢測器16。例如，也可以檢測對從檢測發(fā)電機15的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)編碼器等速度檢測器輸出的速度檢測值進行積分而得的旋轉(zhuǎn)檢測值，作為風車14的旋轉(zhuǎn)位置。
[0063][風力發(fā)電裝置I的具體結(jié)構(gòu)]
[0064]以下，采用附圖來進一步具體說明實施例1的風力發(fā)電裝置I的結(jié)構(gòu)。圖3是實施例I的風力發(fā)電裝置I的框圖。
[0065]如圖3所示,風力發(fā)電裝置I具備風力發(fā)電部10和風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20。風力發(fā)電部10除了上述發(fā)電機15以及位置檢測器16之外，還具備速度檢測器18和風檢測器19。
[0066]速度檢測器18檢測發(fā)電機15的旋轉(zhuǎn)速度，將檢測到的旋轉(zhuǎn)速度的值作為速度檢測值輸出到風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20。另外，風檢測器19檢測風車14周邊的風量、風向以及氣溫，將檢測到的風量、風向以及氣溫作為風量檢測值、風向檢測值以及氣溫檢測值輸出到風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20。
[0067]風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20具備上述的電力轉(zhuǎn)換部21、控制部22、UPS23以及操作部24。該風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20的控制部22利用由風力發(fā)電部10的發(fā)電機15發(fā)出的電力進行動作，但在無法利用發(fā)電機15獲得電力的情況下，如后所述，從UPS23接受電力供給進行動作。
[0068]電力轉(zhuǎn)換部21構(gòu)成為可在發(fā)電機15與電力系統(tǒng)30之間進行雙向的電力轉(zhuǎn)換。這里，采用由將交流電壓轉(zhuǎn)換為期望的交流電壓的矩陣轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換部，作為電力轉(zhuǎn)換部21。圖4是示出電力轉(zhuǎn)換部21的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0069]如圖4所示，電力轉(zhuǎn)換部21是具備R相單元41a、S相單元41b、T相單元41c和三相變壓器42的串聯(lián)多級矩陣轉(zhuǎn)換器。R相單元41a連接在發(fā)電機15的R相與中性點N之間，S相單元41b連接在發(fā)電機15的S相與中性點N之間，T相單元41c連接在發(fā)電機15的T相與中性點N之間。
[0070]各個單元41a?41c分別是將多個單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c串聯(lián)連接的連接體。具體地說，單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a的端子a與發(fā)電機15連接，單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a的端子b與單相矩陣轉(zhuǎn)換器43b的端子a連接。另外，單相矩陣轉(zhuǎn)換器43b的端子b與單相矩陣轉(zhuǎn)換器43c的端子a連接，單相矩陣轉(zhuǎn)換器43c的端子b與中性點N連接。
[0071]另一方面，各單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c的3個端子U、V、w與分別獨立的三相變壓器42的二次繞組44連接。另一方面，三相變壓器42的一次繞組45與電力系統(tǒng)30連接。該三相變壓器42作為耦合部，使從作為單相電力轉(zhuǎn)換器的單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c輸出的電力彼此絕緣地耦合，利用電力系統(tǒng)30側(cè)具有的一次繞組45，將該耦合的電力的電壓升壓至電力系統(tǒng)30的電壓。
[0072]這樣，在風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20中，將串聯(lián)多級矩陣轉(zhuǎn)換器作為電力轉(zhuǎn)換部21。因此，可降低流過發(fā)電機15側(cè)與電力系統(tǒng)30側(cè)雙方的電流的高次諧波。
[0073]另外，在各單元41a?41c中串聯(lián)連接3個單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c，各單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c輸出將發(fā)電機15的發(fā)電電壓大致除以3而得的電壓。因此，從各個單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c向發(fā)電機15輸出的浪涌電壓與各單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c的輸出電壓成比例，所以與不將單相矩陣轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接的情況相比，浪涌電壓相對于發(fā)電機15的發(fā)電電壓的比例較小。其結(jié)果，能夠降低浪涌電壓對發(fā)電機15的影響。此外，單相矩陣轉(zhuǎn)換器的串聯(lián)連接數(shù)越大，則越能夠降低浪涌電壓對發(fā)電機15的影響。
[0074]另外，可通過提高三相變壓器42的一次側(cè)電壓，來減小三相變壓器42中的一次繞組45的線徑，由此，能夠提高維護性。此外，將各個單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c的端子U、V、w與分別獨立的二次繞組44連接，以使在各個二次繞組44所輸出的電壓之間產(chǎn)生一定的相位差的方式構(gòu)成三相變壓器42，由此例如能夠去除在各個單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c中產(chǎn)生的噪聲等。
[0075]此外，以上說明了由串聯(lián)多級矩陣轉(zhuǎn)換器構(gòu)成電力轉(zhuǎn)換部21的例子，但串聯(lián)多級電力轉(zhuǎn)換器可以不是串聯(lián)多級矩陣轉(zhuǎn)換器。例如，可取代單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c，由包含進行直流-交流轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器和進行直流-交流轉(zhuǎn)換的逆變器的單相電力轉(zhuǎn)換器構(gòu)成各個單兀41a?41c。
[0076]另外，電力轉(zhuǎn)換部21在利用矩陣轉(zhuǎn)換器進行電力轉(zhuǎn)換的情況下，即使發(fā)電機15的旋轉(zhuǎn)速度變慢、例如從發(fā)電機15輸出的發(fā)電電壓的頻率是零，也能夠進行針對電力系統(tǒng)30的運轉(zhuǎn)。這是因為，即使發(fā)電機15的頻率為零，單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c也根據(jù)電力系統(tǒng)30的電壓相位來切換后述的雙向開關(guān)53a?53f (參照圖6)導通斷開的時機，所以能夠防止負載集中于特定的雙向開關(guān)。因此，既能夠防止負載集中于特定的雙向開關(guān)，又能夠使風車14的旋轉(zhuǎn)位置靜止。
[0077]另外，可通過將單相矩陣轉(zhuǎn)換器與各單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c分別并聯(lián)連接，使各個單元41a?41c的電流額定值倍增，而且還能夠節(jié)省電流平衡用的電抗器。
[0078]例如，如圖5所示，在各單元41a?41c中，能夠分別使單相矩陣轉(zhuǎn)換器46a?46c與各單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c并聯(lián)連接。在圖5中，沒有圖示S相單元41b與T相單元41c的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與R相單元41a相同。此外，越增加并聯(lián)連接的單相矩陣轉(zhuǎn)換器，越能夠增加各個單元41a?41c的電流額定值。
[0079]另外，可以不將電力轉(zhuǎn)換部21設(shè)為串聯(lián)多級電力轉(zhuǎn)換器，而是例如采用將電力轉(zhuǎn)換部21設(shè)為并聯(lián)連接多個矩陣轉(zhuǎn)換器而成的并聯(lián)多級電力轉(zhuǎn)換器從而節(jié)省電流平衡用電抗器的結(jié)構(gòu)。
[0080]這里，說明單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c的結(jié)構(gòu)。各個單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c是相同的結(jié)構(gòu)，所以在此說明單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a的結(jié)構(gòu)。圖6是示出圖4所示的單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0081]如圖6所示，單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a具備單相矩陣轉(zhuǎn)換器主體50、濾波器51和緩沖電路52。
[0082]單相矩陣轉(zhuǎn)換器主體50具備雙向開關(guān)53a?53f。雙向開關(guān)53a?53c的一端連接單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a的端子a,雙向開關(guān)53d?53f的一端連接單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a的端子bo
[0083]并且，雙向開關(guān)53a的另一端與雙向開關(guān)53d的另一端連接，經(jīng)由濾波器51與端子w連接。同樣，雙向開關(guān)53b的另一端與雙向開關(guān)53e的另一端連接,經(jīng)由濾波器51與端子V連接。另外，雙向開關(guān)53c的另一端與雙向開關(guān)53f的另一端連接,經(jīng)由濾波器51與端子u連接。[0084]雙向開關(guān)53a?53f例如可由反向并聯(lián)連接單一方向的開關(guān)元件后的2個元件構(gòu)成。作為開關(guān)元件例如可采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極晶體管)等半導體開關(guān)。并且，通過向該半導體開關(guān)的柵極輸入信號使各個半導體開關(guān)導通/關(guān)斷，從而控制通電方向。
[0085]濾波器51是用于降低由于單相矩陣轉(zhuǎn)換器主體50的開關(guān)動作而產(chǎn)生的高次諧波電流的濾波器，具備電容器Cla?Clc和電感器Lla?Lie。電感器Lla?Llc連接在單相矩陣轉(zhuǎn)換器主體50與端子U、V、w之間，電容器Cla?Clc各自的一端與端子U、V、w連接，另一端公共連接。
[0086]這里，如圖4所示，單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a的端子u、v、w與三相變壓器42連接。即，端子U、v、w與電感成分連接。因此，可利用三相變壓器42來承擔電感器Lla?Llc的一部分或全部的功能，可實現(xiàn)濾波器51的小型化、成本降低。這樣，串聯(lián)多級矩陣轉(zhuǎn)換器具有能夠?qū)崿F(xiàn)單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a的小型化、成本降低的優(yōu)點。
[0087]緩沖電路52具備發(fā)電機側(cè)全波整流電路54、電力系統(tǒng)側(cè)全波整流電路55、電容器C2和放電電路56。該緩沖電路52利用發(fā)電機側(cè)全波整流電路54以及電力系統(tǒng)側(cè)全波整流電路55將在單相矩陣轉(zhuǎn)換器主體50的端子間產(chǎn)生的浪涌電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓而蓄積在電容器C2中，利用放電電路56釋放該蓄積的直流電壓。
[0088]此外，在電容C2的電壓為預定值以上的電壓時進行放電電路56的放電。另外，放電電路56是根據(jù)在發(fā)電機15的發(fā)電電壓的變化率為預定值以上時、或者發(fā)電機15的旋轉(zhuǎn)速度的變化率為預定值以上時從控制部22輸出的放電指令進行動作的電路。放電電路56構(gòu)成為串聯(lián)連接IGBT等開關(guān)元件和電阻，并與電容器C2并聯(lián)連接。
[0089]返回圖3說明控制部22的結(jié)構(gòu)?？刂撇?2具備轉(zhuǎn)矩指令生成部61、電壓指令生成部62、系統(tǒng)電壓檢測部63、參照電壓輸出部64、PLL (Phase Locked Loop:鎖相環(huán))65、功率因數(shù)控制部66、控制信號產(chǎn)生部67和功率因數(shù)設(shè)定部78。
[0090]轉(zhuǎn)矩指令生成部61生成并輸出決定發(fā)電機15的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩指令。具體地說，轉(zhuǎn)矩指令生成部61從速度檢測器18取得作為發(fā)電機15的旋轉(zhuǎn)速度信息的速度檢測值，輸出與發(fā)電機15的旋轉(zhuǎn)速度對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩指令。由此，能夠根據(jù)風車14的旋轉(zhuǎn)速度有效地進行發(fā)電。
[0091]電壓指令生成部62生成與輸入的轉(zhuǎn)矩指令對應(yīng)的電壓指令，輸出到控制信號產(chǎn)生部67。例如，在從轉(zhuǎn)矩指令生成部61取得轉(zhuǎn)矩指令的情況下，根據(jù)該轉(zhuǎn)矩指令生成電壓指令，輸出到控制信號產(chǎn)生部67。另外，在電力系統(tǒng)30側(cè)發(fā)生停電的情況下，功率因數(shù)設(shè)定部78變更設(shè)定的功率因數(shù)，電壓指令生成部62根據(jù)功率因數(shù)的變更而檢測停電，發(fā)電機15側(cè)的功率因數(shù)也發(fā)生變更。
[0092]系統(tǒng)電壓檢測部63監(jiān)視電力轉(zhuǎn)換部21與電力系統(tǒng)30之間的連接點，檢測電力系統(tǒng)30的電壓值，將檢測到的電力系統(tǒng)30的電壓值輸出到參照電壓輸出部64。由此，從系統(tǒng)電壓檢測部63向參照電壓輸出部64輸出電力系統(tǒng)30的電壓值。參照電壓輸出部64在電力系統(tǒng)30不停電的情況下，將從系統(tǒng)電壓檢測部63取得的電力系統(tǒng)30的電壓值輸出到PLL65。
[0093]PLL65根據(jù)電力系統(tǒng)30的三相電壓值生成電力系統(tǒng)30的電壓相位的信息,輸出到功率因數(shù)控制部66。功率因數(shù)控制部66根據(jù)所輸入的電力系統(tǒng)30的電壓相位的信息，生成電流相位的信息。此外，PLL65是電壓相位生成部的一例。圖7是示出功率因數(shù)控制部66的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0094]如圖7所示，功率因數(shù)控制部66具備加法器80，該加法器80使功率因數(shù)角指令β與從PLL65輸入的電壓相位的信息相加而生成電力系統(tǒng)30的電流相位。功率因數(shù)控制部66向控制信號產(chǎn)生部67 (參照圖3)輸出所輸入的電力系統(tǒng)30的電壓相位的信息和已生成的電流相位的信息。由此，設(shè)定電力系統(tǒng)30側(cè)的功率因數(shù)。
[0095]功率因數(shù)角指令β是由功率因數(shù)設(shè)定部78設(shè)定的指令。功率因數(shù)設(shè)定部78例如根據(jù)從電力系統(tǒng)30側(cè)的系統(tǒng)設(shè)定的信息來決定功率因數(shù)角指令β。此外，功率因數(shù)設(shè)定部78也可根據(jù)電力系統(tǒng)30側(cè)的狀態(tài)等決定功率因數(shù)角指令β。
[0096]圖3所示的控制信號產(chǎn)生部67根據(jù)從電壓指令生成部62取得的電壓指令、從功率因數(shù)控制部66取得的電壓相位的信息以及電流相位的信息等，生成使電力轉(zhuǎn)換部21進行電力轉(zhuǎn)換的PWM脈沖圖形的控制信號，將所生成的控制信號輸出到電力轉(zhuǎn)換部21。
[0097]電力轉(zhuǎn)換部21根據(jù)從控制信號產(chǎn)生部67輸出的PWM脈沖圖形的控制信號，使雙向開關(guān)53a?53f導通/斷開，進行電力轉(zhuǎn)換。該電力轉(zhuǎn)換部21可利用雙向開關(guān)53a?53f直接對所輸入的電壓進行開關(guān)，由此能夠分別進行發(fā)電機15側(cè)的控制和電力系統(tǒng)30側(cè)的控制，使發(fā)電機15的發(fā)電電力對應(yīng)于電力系統(tǒng)30側(cè)的電壓值以及頻率而進行電力轉(zhuǎn)換并輸出。
[0098]圖8是說明控制信號產(chǎn)生部67的電力轉(zhuǎn)換部21的控制例的圖。如圖8所示，利用PWM脈沖圖形的控制信號來選擇從發(fā)電機15輸出的三相交流電壓(R相電壓ER、S相電壓ES、T相電壓ET)，輸出脈沖形狀的輸出電壓。
[0099]這里，在利用從控制信號產(chǎn)生部67輸出的控制信號選擇了作為基準的最小電壓相和中間電壓相之后，選擇最小電壓相和最大電壓相，然后，選擇最小電壓相和中間電壓相。因此，與一般的逆變器相比，I次的電壓變動減小，結(jié)果，能夠抑制浪涌電壓、漏電流。
[0100]在圖8所示的例子中，在圖中的區(qū)間I內(nèi)，選擇作為基準的T相電壓ET和作為中間電壓相的S相電壓ES，將第I脈沖95作為輸出電壓輸出，然后選擇T相電壓ET和作為最大電壓相的R相電壓ER，將第2脈沖96、96作為輸出電壓輸出，然后選擇T相電壓ET和S相電壓ES,將第I脈沖95作為輸出電壓輸出。
[0101]這樣，控制信號產(chǎn)生部67生成與從電壓指令生成部62輸入的電壓指令相應(yīng)的PWM脈沖，通過PWM脈沖的面積控制輸出電壓之間的電壓值，通過PWM脈沖的比率使輸入電流接近于正弦波。這里，PWM脈沖的比率是由最小電壓相和中間電壓相或最大電壓相和中間電壓相形成的第I脈沖的時間幅度與由最小電壓相和最大電壓相形成的第2脈沖的時間幅度之比。
[0102]例如，圖8所示的PWM脈沖94由第I脈沖95和第2脈沖96形成，通過使第I脈沖95的期間Tl與第2脈沖96的期間T2之比α進行變化，輸入電流的波形形狀進行變換。例如，使期間Tl與期間Τ2之比(PWM脈寬之比)即α根據(jù)輸入電壓的相位進行變化，而且作為輸入電壓相位中的最大電壓相或最小電壓相的電壓值與中間電壓相的電壓值之比。此夕卜，通過決定是使最大電壓相根據(jù)輸入電壓的相位在控制周期T的期間持續(xù)流過電流、還是使最小電壓相根據(jù)輸入電壓的相位在控制周期T的期間持續(xù)流過電流，能夠使輸入電流的波形成為相位與輸入電壓相等的正弦波，使功率因數(shù)成為I。[0103]另外，控制信號產(chǎn)生部67根據(jù)從功率因數(shù)控制部66輸出的電流相位，決定PWM脈沖之比α，進而決定是使最大電壓相在控制周期T的期間持續(xù)流過電流、還是使最小電壓相在控制周期T的期間持續(xù)流過電流。由此，向電力轉(zhuǎn)換部21輸出控制信號，該控制信號使電力系統(tǒng)30側(cè)的功率因數(shù)成為由功率因數(shù)設(shè)定部78設(shè)定的功率因數(shù)。
[0104]返回圖3，繼續(xù)進行控制部22的說明?？刂撇?2還具備位置指令部68、位置控制部69、切換器70、發(fā)電電壓檢測部71、放電指令部72、電源切換部73、停電檢測部74、系統(tǒng)電壓波形存儲部75、風況預測部76和加法器77。并且，控制部22進行風車旋轉(zhuǎn)位置控制、剩余電力放電控制、電源切換控制、系統(tǒng)電力停電時控制、考慮了風況的發(fā)電控制等各種控制。以下，對這些控制具體地進行說明。
[0105](風車旋轉(zhuǎn)位置控制)
[0106]首先，說明控制部22進行的風車旋轉(zhuǎn)位置控制。為了進行該風車旋轉(zhuǎn)位置控制，如圖3所示，控制部22具備位置指令部68以及位置控制部69。
[0107]位置指令部68在內(nèi)部的存儲部中存儲有多個規(guī)定目標位置的位置指令的信息，從內(nèi)部的存儲部中讀出與由操作部24指定的風車14的旋轉(zhuǎn)位置相應(yīng)的位置指令，然后向位置控制部69輸出。位置指令部68所存儲的位置指令是這樣的信息:將在安裝或拆卸各個葉片13b (參照圖1)時最佳的轉(zhuǎn)子輪轂13a的位置作為目標位置?；蛘哌€可以構(gòu)成為由操作部24直接指定目標位置，使風車停止在任意的位置，而不僅僅是最適于葉片13b的安裝或拆卸的位置。
[0108]例如，轉(zhuǎn)子輪轂13a的O度旋轉(zhuǎn)位置是最適于葉片13bl (參照圖2A)的安裝等的位置，轉(zhuǎn)子輪轂13a的120度旋轉(zhuǎn)位置是最適于葉片13b2 (參照圖2B)的安裝等的位置，轉(zhuǎn)子輪轂13a的240度旋轉(zhuǎn)位置是最適于剩余的葉片13b的安裝等的位置。
[0109]在此情況下，位置指令部68在內(nèi)部的存儲部中存儲將轉(zhuǎn)子輪轂13a的O度旋轉(zhuǎn)位置、120度旋轉(zhuǎn)位置、240度旋轉(zhuǎn)位置分別作為目標位置的位置指令。并且，例如在由操作部24指定了葉片13b2 (參照圖2)時，位置指令部68從內(nèi)部的存儲部讀出將轉(zhuǎn)子輪轂13a的240度旋轉(zhuǎn)位置作為目標位置的位置指令并向位置控制部69輸出。
[0110]此外，位置指令部68還可以生成與由操作部24指定的轉(zhuǎn)子輪轂13a的旋轉(zhuǎn)位置對應(yīng)的位置指令，向位置控制部69輸出。另外，在位置指令部68內(nèi)，例如也可在內(nèi)部的存儲部中存儲將轉(zhuǎn)子輪轂13a的大于等于O度小于360度的各個旋轉(zhuǎn)位置(例如，每I度的旋轉(zhuǎn)位置)作為目標位置的位置指令。在此情況下，當從操作部24指定了轉(zhuǎn)子輪轂13a的旋轉(zhuǎn)位置時，從內(nèi)部的存儲部中讀出將指定的旋轉(zhuǎn)位置作為目標位置的位置指令，向位置控制部69輸出。
[0111]另外，位置指令部68在由操作部24指定了轉(zhuǎn)子輪轂13a的旋轉(zhuǎn)位置時，向切換器70輸出切換信號。通過該切換信號，將向電壓指令生成部62輸入的轉(zhuǎn)矩指令從轉(zhuǎn)矩指令生成部61的轉(zhuǎn)矩指令切換為位置控制部69的轉(zhuǎn)矩指令。
[0112]位置控制部69取得從位置指令部68輸出的位置指令，取得從位置檢測器16輸出的位置檢測值，還取得從速度檢測器18輸出的速度檢測值。然后，位置控制部69根據(jù)位置指令、位置檢測值以及速度檢測值，輸出使風車14的旋轉(zhuǎn)位置與位置指令規(guī)定的目標位置一致的轉(zhuǎn)矩指令。圖9是示出位置控制部69的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0113]如圖9所示，位置控制部69具備減法器81、83和PI放大器82、84。減法器81向PI放大器82輸入從位置指令減去位置檢測值而生成的位置差分信號。即，減法器81對位置指令規(guī)定的目標值與風車14的當前旋轉(zhuǎn)位置進行比較，將目標值與風車14的旋轉(zhuǎn)位置的差分作為位置差分信號進行輸出。
[0114]PI放大器82對從減法器81輸出的位置差分信號進行PI (比例積分)放大，轉(zhuǎn)換為速度信號，向減法器83輸出。減法器83取得從PI放大器82輸出的速度信號，還取得從速度檢測器18輸出的速度檢測值。然后，減法器83向PI放大器84輸入從速度信號減去速度檢測值而生成的速度差分信號。
[0115]PI放大器84取得從減法器83輸出的速度差分信號，對速度差分信號進行PI (比例積分)放大，轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩指令并向切換器70 (參照圖3)輸出。
[0116]如圖3所示，從位置控制部69輸出的轉(zhuǎn)矩指令被輸入到切換器70，經(jīng)由切換器70輸出至電壓指令生成部62。電壓指令生成部62向控制信號產(chǎn)生部67輸出與從位置控制部69輸入的轉(zhuǎn)矩指令相應(yīng)的電壓指令。由此，進行從電力系統(tǒng)30向發(fā)電機15的電力轉(zhuǎn)換，風車14移動至由操作部24指定的目標位置后停止。
[0117]這樣，在風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20中，通過設(shè)置位置指令部68和位置控制部69，能夠在不使用起重機或油壓裝置等的情況下，使風車14的旋轉(zhuǎn)位置與通過來自操作部24的操作指定的目標位置一致，能夠使風車14停止，所以可容易地進行葉片13b的安裝或拆卸。因此，能夠提高風力發(fā)電部10的設(shè)置作業(yè)或保養(yǎng)作業(yè)的作業(yè)性。
[0118]另外，位置控制部69在風車14的旋轉(zhuǎn)位置到達目標位置之后，從控制信號產(chǎn)生部67繼續(xù)向電力轉(zhuǎn)換部21輸出基于風車14的旋轉(zhuǎn)位置和目標位置的控制信號。由此，能夠在風車14的旋轉(zhuǎn)位置到達目標位置之后使風車14的旋轉(zhuǎn)位置靜止在目標位置，此外，為了在強風等的情況下使風車14更穩(wěn)定地靜止，風力發(fā)電部10設(shè)置有用于固定葉片13b的位置的固定機構(gòu)。這里，作為固定機構(gòu)，設(shè)置有用于固定轉(zhuǎn)子輪轂13a的鎖定銷(未圖示)。因此，能夠更容易地進行葉片13b的安裝或拆卸，能夠進一步提高風力發(fā)電部10的設(shè)置作業(yè)或保養(yǎng)作業(yè)的作業(yè)性。此外，在電力轉(zhuǎn)換部21是矩陣轉(zhuǎn)換器時，即使在保持風車14的旋轉(zhuǎn)位置的靜止狀態(tài)下，也不會引起電流集中于內(nèi)部的特定雙向開關(guān)的情況，所以能夠?qū)崿F(xiàn)不會超過雙向開關(guān)的容許溫度的穩(wěn)定靜止動作。
[0119]此外，在出現(xiàn)對操作部24的預定操作時，風車位置控制結(jié)束，例如可以設(shè)置檢測葉片13b的安裝或拆卸的檢測器，在該檢測器檢測到葉片13b的安裝或拆卸時，可結(jié)束風車旋轉(zhuǎn)位置控制。
[0120]此外，在上述說明中，位置控制部69生成基于從位置檢測器16輸出的位置檢測值和從速度檢測器18輸出的速度檢測值的轉(zhuǎn)矩指令，但位置控制部69還可以根據(jù)風檢測器19檢測到的風量或風向等調(diào)整轉(zhuǎn)矩指令。另外，位置控制部69還可以根據(jù)從風況預測部76輸出的轉(zhuǎn)矩預測值調(diào)整轉(zhuǎn)矩指令。
[0121]另外，在位置控制部69中，也可以根據(jù)安裝到轉(zhuǎn)子輪轂13a上的葉片13b的片數(shù)、葉片13b的間距(角度)來調(diào)整轉(zhuǎn)矩指令。在此情況下，設(shè)置檢測葉片13b的安裝片數(shù)的葉片片數(shù)檢測器或變更葉片13b的間距的間距變更機構(gòu)，位置控制部69根據(jù)從葉片片數(shù)檢測器或間距變更機構(gòu)輸出的葉片片數(shù)的信息或間距的信息，調(diào)整轉(zhuǎn)矩指令。
[0122]這樣，除了位置檢測值、速度檢測值以外，還考慮了風量、風向、葉片13b的安裝片數(shù)、葉片13b的間距等生成轉(zhuǎn)矩指令，由此能夠使風車14的旋轉(zhuǎn)位置更迅速地變化至目標位置，另外，能夠更穩(wěn)定地使風車14的旋轉(zhuǎn)位置靜止。
[0123]另外，當使風車14向目標位置移動時，如果使風車14的轉(zhuǎn)子13急劇旋轉(zhuǎn)，則對發(fā)電機15產(chǎn)生應(yīng)力?？赏ㄟ^限制風車14的旋轉(zhuǎn)速度來抑制該應(yīng)力。例如，可通過設(shè)置限制器電路，來抑制風車14的旋轉(zhuǎn)速度，該限制器電路以使從位置控制部69輸出的轉(zhuǎn)矩指令不會成為預定值以上的方式進行限制。此外，也可以使得能夠通過對操作部24的操作來調(diào)整PI放大器82或PI放大器84的增益。
[0124]另外，在組裝風車14的情況下，控制部22還可以進行以下的控制:在使風車14的旋轉(zhuǎn)位置與由操作部24指定的目標位置一致之后，當判定為已安裝葉片13b時，將風車14的旋轉(zhuǎn)位置變更為用于安裝剩余葉片13b的目標位置。由此，可更迅速地進行風車14的組裝作業(yè)。另外，在此情況下，例如，在風車14上設(shè)置檢測葉片13b的安裝的檢測部等，根據(jù)該檢測部的檢測結(jié)果，判定為已安裝葉片13b。
[0125](剩余電力放電控制)
[0126]接著，說明控制部22進行的剩余電力放電控制。剩余電力放電控制是在已產(chǎn)生剩余電力的情況下釋放該剩余電力的控制。剩余發(fā)電電力是在吹過突然的暴風而使風車14的旋轉(zhuǎn)增加的情況或電力系統(tǒng)30停電的情況等情況下產(chǎn)生的。為了進行該剩余電力放電控制，如圖3所示，控制部22具備發(fā)電電壓檢測部71以及放電指令部72。
[0127]發(fā)電電壓檢測部71檢測發(fā)電機15的輸出電壓(發(fā)電電壓)的電壓值，向放電指令部72輸出檢測到的電壓值(以下，記為“發(fā)電電壓檢測值”)。
[0128]放電指令部72根據(jù)從速度檢測器18輸出的速度檢測值或從發(fā)電電壓檢測部71輸出的發(fā)電電壓檢測值，來判定是否已產(chǎn)生剩余發(fā)電電力。放電指令部72在判定為已產(chǎn)生剩余發(fā)電電力時，向電力轉(zhuǎn)換部21輸出放電指令。圖10是示出放電指令部72的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0129]如圖10所示，放電指令部72具備微分電路85、86、比較器87、88和邏輯“或”電路(0R電路)89。從速度檢測器18輸出的速度檢測值由微分電路85進行微分后作為速度變化率值輸出。從微分電路85輸出的速度變化率值輸入至比較器87，由比較器87與預先設(shè)定的速度變化率異常檢測電平進行比較。在從微分電路85輸出的速度變化率值高于速度變化率異常檢測電平的情況下，比較器87輸出高電平的信號。
[0130]另外，從發(fā)電電壓檢測部71輸出的發(fā)電電壓檢測值由微分電路86進行微分后作為發(fā)電電壓變化率值輸出。從微分電路86輸出的發(fā)電電壓變化率值輸入至比較器88,由比較器88與預先設(shè)定的發(fā)電電壓變化率異常檢測電平進行比較。在從微分電路86輸出的發(fā)電電壓變化率值高于發(fā)電電壓變化率異常檢測電平時，比較器88輸出高電平信號。
[0131]然后，在從比較器87與比較器88的任意一個輸出了高電平信號時，邏輯“或”電路89輸出作為高電平信號的放電指令。例如，在由于吹過突然的暴風而使風車14的旋轉(zhuǎn)增加、以及由未圖示的開閉器等切斷電力轉(zhuǎn)換部21和電力系統(tǒng)30而產(chǎn)生剩余發(fā)電電力時，放電指令部72向電力轉(zhuǎn)換部21輸出放電指令。
[0132]放電指令被輸入到構(gòu)成電力轉(zhuǎn)換部21的單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c。具體地說，放電指令被輸入到單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c所包含的緩沖電路52的放電電路56。由此，各放電電路56成為接通狀態(tài)，由各放電電路56消耗剩余發(fā)電電壓。尤其，直流多級轉(zhuǎn)換器具有多個單相矩陣轉(zhuǎn)換器，所以可利用單相矩陣轉(zhuǎn)換器43a?43c各自的緩沖電路52分散地消耗剩余發(fā)電電壓。
[0133]這樣，在風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20中，即使在由于突然的風暴或與電力系統(tǒng)30切斷而產(chǎn)生剩余發(fā)電電力的情況下，也向緩沖電路52輸出指示直流電壓放電的放電指令，所以能夠利用緩沖電路52消耗剩余發(fā)電電力。由此，可繼續(xù)風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20的運轉(zhuǎn)或者實現(xiàn)保護。
[0134]此外，在上述說明中，是利用緩沖電路52消耗剩余發(fā)電電力，但也可以將剩余發(fā)電電力充入UPS23的蓄電池。在此情況下，設(shè)置充電部，該充電部在放電指令被輸入時，將發(fā)電機15的輸出交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓而輸入至UPS23的蓄電池。此外，也可以不設(shè)置充電部，而是并聯(lián)連接緩沖電路52的電容器C2 (參照圖6)和UPS23的蓄電池。
[0135]另外，放電指令部72也可以利用緩沖電路52消耗剩余發(fā)電電力，并且對UPS23的蓄電池進行充電。例如，放電指令部72在剩余發(fā)電電力小于閾值的情況下，向緩沖電路52和上述充電部中的一方輸出放電指令，利用緩沖電路52以及UPS23消耗剩余發(fā)電電力。另夕卜，放電指令部72在剩余發(fā)電電力是預定值以上時，向緩沖電路52和充電部雙方輸出放電指令，利用緩沖電路52以及UPS23消耗剩余發(fā)電電力。
[0136]另外，也可以根據(jù)剩余發(fā)電電力的大小變更由緩沖電路52消耗的電量和由USP23消耗的電量之比。此外，在USP23的蓄電池處于滿充電狀態(tài)的情況下，還可以不執(zhí)行UPS23中的功耗。
[0137]另外，在上述說明中示出了利用放電電路56消耗剩余發(fā)電電力的例子，但也可以與放電電路56不同地設(shè)置用于消耗剩余發(fā)電電力的放電電路。另外，也可以為了消耗剩余發(fā)電電力而預先準備2個以上的放電電路，根據(jù)剩余發(fā)電電力的大小選擇輸入放電指令的放電電路。另外，放電指令部72在速度變化率或發(fā)電電壓變化率為閾值以上時檢測剩余電力,但也可以在風車14的旋轉(zhuǎn)速度或發(fā)電機15的發(fā)電電壓為閾值以上時檢測剩余電力。
[0138](電源切換控制)
[0139]接著，說明控制部22進行的電源切換控制。為了進行該電源切換控制，如圖3所示，控制部22具備發(fā)電電壓檢測部71以及電源切換部73。
[0140]如上所述，發(fā)電電壓檢測部71檢測發(fā)電機15的發(fā)電電壓的電壓值，將檢測到的電壓值作為發(fā)電電壓檢測值輸出到電源切換部73。電源切換部73取得從發(fā)電電壓檢測部71輸出的發(fā)電電壓檢測值，根據(jù)該發(fā)電電壓檢測值判定是否需要電源切換。圖11是示出電源切換部73的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0141]如圖11所示，電源切換部73具備電壓切換指令部90和切換器91。電壓切換指令部90根據(jù)從發(fā)電電壓檢測部71輸出的發(fā)電電壓檢測值來控制切換器91。圖12是示出圖11所示的電壓切換指令部90的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0142]如圖12所示，電壓切換指令部90具有比較器92，由該比較器92對發(fā)電電壓檢測值與發(fā)電低電壓檢測電平進行比較。并且，當發(fā)電電壓檢測值低于發(fā)電低電壓檢測電平時，從比較器92向切換器91輸出切換指令信號(高電平的信號)。另一方面，在發(fā)電電壓檢測值是發(fā)電低電壓檢測電平以上時，從比較器92向切換器91輸出低電平的信號，不輸出切換指令信號。
[0143]在電源切換部73不輸出切換指令信號時，圖11所示的切換器91將發(fā)電機15的發(fā)電電壓作為用于使控制部22動作的控制電壓進行輸出。另一方面，在電源切換部73輸出切換指令信號時，切換器91將UPS23的輸出電壓作為用于使控制部22動作的控制電壓輸出。
[0144]這里，在無法確保使控制部22動作的控制電壓時，發(fā)電低電壓檢測電平被設(shè)定為將UPS23的輸出電壓選擇為控制電壓的值。因此，在風力較強而發(fā)電機15的發(fā)電電壓能夠確?？刂齐妷簳r，提供發(fā)電機15的發(fā)電電壓作為控制電壓,在風力較弱而發(fā)電機15的發(fā)電電壓無法確?？刂齐妷簳r，提供UPS23的電壓作為控制電壓。
[0145]控制部22這樣根據(jù)發(fā)電機15的發(fā)電電壓進行電源切換控制，所以與發(fā)電機15的發(fā)電狀態(tài)無關(guān)地向控制部22提供控制電壓，從而能夠使風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20穩(wěn)定地工作。
[0146]此外，在風力較強而發(fā)電機15的發(fā)電電壓是能夠充分確?？刂齐妷旱碾妷簳r，也可以將發(fā)電機15的發(fā)電電壓輸出到UPS23。由此，可利用發(fā)電機15的發(fā)電電壓對UPS23的蓄電池進行充電，使風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置20更穩(wěn)定地工作。
[0147]另外，在上述說明中，電源切換部73根據(jù)發(fā)電機15的發(fā)電電壓向切換器91輸出切換信號，但也可以根據(jù)發(fā)電機15的旋轉(zhuǎn)速度向切換器91輸出切換信號。在此情況下，電源切換部73例如對從速度檢測器18輸出的旋轉(zhuǎn)速度值與低旋轉(zhuǎn)速度檢測電平進行比較，輸出切換信號。
[0148](系統(tǒng)電力停電時控制)
[0149]接著，說明控制部22進行的系統(tǒng)電力停電時控制。為了進行該系統(tǒng)電力停電時控制，如圖3所示，控制部22具備停電檢測部74、系統(tǒng)電壓波形存儲部75以及參照電壓輸出部64。
[0150]停電檢測部74根據(jù)由系統(tǒng)電壓檢測部63檢測出的電壓來檢測電力系統(tǒng)30停電的情況。這里，根據(jù)電力系統(tǒng)30的電壓值來檢測電力系統(tǒng)30的停電，但也可以根據(jù)流過電力轉(zhuǎn)換部21與電力系統(tǒng)30之間的電流的值，檢測電力系統(tǒng)30的停電。
[0151]此外，根據(jù)電力系統(tǒng)30的電壓值或電力系統(tǒng)30的電流值檢測電力系統(tǒng)30的停電的方法可采用公知的方法。例如，在電力轉(zhuǎn)換部21中設(shè)置停電檢測用信號產(chǎn)生部(未圖示)，使停電檢測用信號與從電力轉(zhuǎn)換部21向電力系統(tǒng)30輸出的電壓疊加。然后,在由系統(tǒng)電壓檢測部63檢測到停電檢測用信號時，停電檢測部74檢測出電力系統(tǒng)30停電的情況。另外，例如，通過比較電力轉(zhuǎn)換部21所輸出的電壓或電流的相位與電力系統(tǒng)30中的電壓或電流的相位來檢測電力系統(tǒng)30停電的情況。
[0152]另外，停電檢測部74也可以在從電力系統(tǒng)30取得停電信息時檢測電力系統(tǒng)30的停電，從而取代通過檢測電力系統(tǒng)30的電壓或流過電力系統(tǒng)30的電流來檢測電力系統(tǒng)30的停電。
[0153]系統(tǒng)電壓波形存儲部75是存儲最新的預定周期(例如，5個周期)的由系統(tǒng)電壓檢測部63檢測出的電力系統(tǒng)30的電壓波形的環(huán)狀緩存器。即，系統(tǒng)電壓波形存儲部75執(zhí)行這樣的存儲處理:一邊刪除最先存儲的電力系統(tǒng)30的電壓值一邊依次存儲由系統(tǒng)電壓檢測部63檢測出的電力系統(tǒng)30的電壓值。此外，在系統(tǒng)電壓波形存儲部75中，也可以存儲最新的指定時間的電壓波形，而不是最新的預定周期的電壓波形。
[0154]另外，在系統(tǒng)電壓波形存儲部75存儲有電力系統(tǒng)30的電壓波形的狀態(tài)下，當從停電檢測部74輸出停電檢測信號時，系統(tǒng)電壓波形存儲部75停止存儲處理，保持存儲狀態(tài)。當在向PLL65輸出了從系統(tǒng)電壓檢測部63取得的電力系統(tǒng)30的電壓值的狀態(tài)下從停電檢測部74輸出停電檢測信號時，參照電壓輸出部64從系統(tǒng)電壓波形存儲部75讀出電壓值的信息，輸出到PLL65。
[0155]圖13是示出系統(tǒng)電力停電時控制的順序的圖。在由電力轉(zhuǎn)換部21進行從發(fā)電機15向電力系統(tǒng)30的電力轉(zhuǎn)換的過程中，如圖13所示，當在電力系統(tǒng)30中產(chǎn)生停電時，從停電檢測部74輸出停電檢測信號(高電平的信號)。由此，停止系統(tǒng)電壓波形存儲部75的存儲處理，參照電壓輸出部64從指定周期之前的電壓值起依次讀出系統(tǒng)電壓波形存儲部75中存儲的電壓值，輸出到PLL65。由此，繼續(xù)進行從發(fā)電機15向電力系統(tǒng)30的電力轉(zhuǎn)換。
[0156]參照電壓輸出部64在依次讀出系統(tǒng)電壓波形存儲部75存儲的電壓值直到讀出最新的電壓值的情況下，如果仍然從停電檢測部74輸出停電檢測信號，則再次從指定周期之前的電壓值起依次讀出系統(tǒng)電壓波形存儲部75所存儲的電壓值。參照電壓輸出部64反復進行該讀出處理直到停電檢測部74不再輸出停電檢測信號為止。
[0157]然后，在電力系統(tǒng)30恢復的情況下，停電檢測部74停止輸出停電檢測信號。由此，參照電壓輸出部64停止讀出系統(tǒng)電壓波形存儲部75中存儲的電壓值，向PLL65輸出由系統(tǒng)電壓檢測部63檢測出的電壓。另外，系統(tǒng)電壓波形存儲部75重新開始電力系統(tǒng)30的電壓波形的存儲處理。
[0158]這樣，參照電壓輸出部64在電力系統(tǒng)30正常的情況下輸出電力系統(tǒng)30的電壓值，在電力系統(tǒng)30停電的情況下輸出系統(tǒng)電壓波形存儲部75所存儲的電壓值。因此，即使在電力系統(tǒng)30停電時，也能夠進行電力系統(tǒng)30的電壓相位的估計，能夠繼續(xù)進行電力轉(zhuǎn)換部21的控制。
[0159]另外，停電檢測部74向功率因數(shù)控制部66、控制信號產(chǎn)生部67輸出停電檢測信號，由此，變更發(fā)電機15側(cè)的功率因數(shù)或電力系統(tǒng)30側(cè)的功率因數(shù)。例如，功率因數(shù)控制部66在電力系統(tǒng)30停電 的情況下，變更功率因數(shù)角指令β的值，使功率因數(shù)角指令β與從PLL65輸入的電壓相位相加而生成電流相位的信息?？刂菩盘柈a(chǎn)生部67根據(jù)從功率因數(shù)控制部66輸出的信息變更電力系統(tǒng)30側(cè)的功率因數(shù)，電壓指令生成部62通過變更根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令生成電壓指令的運算方法，變更發(fā)電機15側(cè)的功率因數(shù)。由此，即使在產(chǎn)生瞬間停電的情況下，也能夠不使風力發(fā)電部10停止而維持系統(tǒng)互連，并且提供電力系統(tǒng)30所需的無功功率。
[0160](考慮了風況的發(fā)電控制)
[0161]接著，說明控制部22所進行的發(fā)電控制。為了進行該風車旋轉(zhuǎn)位置控制，如圖3所示，控制部22具備風況預測部76以及加法器77。加法器77是轉(zhuǎn)矩指令變更部的一例。
[0162]風況預測部76從風檢測器19取得風量檢測值、風向檢測值以及氣溫檢測值，根據(jù)這些信息預測風況，根據(jù)預測到的風況計算轉(zhuǎn)矩預測值。該轉(zhuǎn)矩預測值可利用自回歸模型來計算。例如，可采用下式進行計算。此外，還可以采用不考慮氣溫的自回歸模型。
[0163][式I]
[0164]
【權(quán)利要求】
1.一種風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置具備: 電力轉(zhuǎn)換部，其對發(fā)電機通過風車的旋轉(zhuǎn)力而發(fā)出的電力進行電力轉(zhuǎn)換，提供給電力系統(tǒng)，所述風車通過風力進行旋轉(zhuǎn)；以及控制部，其控制所述電力轉(zhuǎn)換部， 所述控制部控制所述電力轉(zhuǎn)換部，以將所述發(fā)電機用作電動機而控制所述風車的旋轉(zhuǎn)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述電力轉(zhuǎn)換部是對所述發(fā)電機與所述電力系統(tǒng)之間的電力進行雙向全轉(zhuǎn)換的矩陣轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制部控制所述矩陣轉(zhuǎn)換器具有的多個開關(guān)的通斷，以保持所述風車的旋轉(zhuǎn)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述電力轉(zhuǎn)換部具備: 按照所述發(fā)電機的各相串聯(lián)連接地設(shè)置有多個、并且各自進行雙向的電力轉(zhuǎn)換的單相電力轉(zhuǎn)換器；以及 耦合部，其使從多個所述單相電力轉(zhuǎn)換器輸出的電力彼此絕緣地耦合， 所述耦合部使耦合的所述電力的電壓通過所述電力系統(tǒng)側(cè)具有的繞組升壓至該電力系統(tǒng)的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述單相電力轉(zhuǎn)換器是單相矩陣轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述電力轉(zhuǎn)換部是并聯(lián)連接多個矩陣轉(zhuǎn)換器而得到的并聯(lián)多級電力轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述單相矩陣轉(zhuǎn)換器具備緩沖電路，該緩沖電路將浪涌電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓并進行蓄積，對該蓄積的直流電壓進行放電， 所述控制部具備放電指令部，該放電指令部根據(jù)所述發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度或所述發(fā)電機的發(fā)電電壓，向所述緩沖電路輸出指示所述直流電壓的放電的放電指令。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 該風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置具備無停電電源，該無停電電源具有蓄電池，在滿足預定條件的情況下從所述蓄電池向所述控制部供電， 所述蓄電池通過所述緩沖電路的直流電壓進行充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置具備: 無停電電源； 切換器，其根據(jù)切換信號切換從所述無停電電源輸出的電壓與從所述發(fā)電機輸出的電壓而作為用于使所述控制部進行動作的電壓輸出；以及 電源切換指令部，其根 據(jù)所述發(fā)電機的發(fā)電電壓，向所述切換器輸出所述切換信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的風力發(fā)電用電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述控制部具備: 系統(tǒng)電壓波形存儲部，其存儲預定周期的所述電力系統(tǒng)的電壓波形；以及 停電檢測部，其檢測所述電力系統(tǒng)的停電， 在使所述電力轉(zhuǎn)換部進行從所述發(fā)電機向所述電力系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換的過程中由所述停電檢測部檢測到所述電力系統(tǒng)的停電的情況下，所述控制部根據(jù)所述系統(tǒng)電壓波形存儲部存儲的電壓波形控制所述電力轉(zhuǎn)換部，使所述電力轉(zhuǎn)換部繼續(xù)進行從所述發(fā)電機向所述電力系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換。
11.一種風力發(fā)電裝置，其特征在于，該風力發(fā)電裝置具備: 電力轉(zhuǎn)換部，其對發(fā)電機通過風車的旋轉(zhuǎn)力而發(fā)出的電力進行電力轉(zhuǎn)換，提供給電力系統(tǒng)，所述風車通過風力進行旋轉(zhuǎn)；以及控制部，其控制所述電力轉(zhuǎn)換部， 所述控制部控制所述電力轉(zhuǎn)換部，以將所述發(fā)電機用作電動機而控制所述風車的旋轉(zhuǎn)位置。
12.—種風場，其具備多個風力發(fā)電裝置，其特征在于， 所述風力發(fā)電裝置具備: 電力轉(zhuǎn)換部，其對發(fā)電機通過風車的旋轉(zhuǎn)力而發(fā)出的電力進行電力轉(zhuǎn)換，提供給電力系統(tǒng)，所述風車通過風 力進行旋轉(zhuǎn)；以及控制部，其控制所述電力轉(zhuǎn)換部， 所述控制部控制所述電力轉(zhuǎn)換部，以將所述發(fā)電機用作電動機而控制所述風車的旋轉(zhuǎn)位置。
【文檔編號】F03D9/00GK203670098SQ201190001028
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月16日
【發(fā)明者】藤井順二, 山本均, 大山哲生, 田中貴志 申請人:株式會社安川電機