JP6431777B2

JP6431777B2 - 電力変換器

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Publication number: JP6431777B2
Application number: JP2015012771A
Authority: JP
Inventors: 光目黒; 良平宮川; 智浩藤井; 敏臣田山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2035-01-26
Also published as: JP2016140160A

Description

本発明は、電力変換器に関し、特に電力系統で停電などの電圧低下が発生した際、交流励磁型発電機等の発電機の回転子に発生する過大な電流を吸収し、回転子に接続される電力変換器を保護する技術に関する。

発電装置に用いられる交流励磁型発電機（「二次励磁型発電機」とも呼ばれる）は、電力変換器で回転子巻線をすべり周波数（系統周波数と回転周波数の差）で交流励磁することで、回転子の励磁により固定子側に発生する電圧を系統周波数と同じ周波数にすることができる。回転子の励磁周波数（すべり周波数）を可変にすることで、風車の回転数を可変にすることができるとともに、電力変換器の容量を発電機の容量に比べて小さくすることが出来るなどの利点がある。

しかしながら、電力系統で地絡事故などの電圧低下が発生すると、交流励磁型発電機は事故点に電流を供給しようと動作する。このとき、回転子巻線に過大な電流が誘起され、回転子側に接続した励磁用コンバータに過大な電流が流れるため、クローバー（Crow-bar）と呼ばれる回転子回路をサイリスタで短絡する装置を設置する等の方法が用いられている。

ところで、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、欧州などで定められている。そのため、短時間の電圧低下時に風力発電システムが電力系統から解列せずに、事故後に発電運転を再開することで、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。

例えば、風力発電システムの電力系統で停電などの電圧低下が発生した際、交流励磁型発電機の回転子に発生する過大な電流を吸収し、回転子に接続されるコンバータを保護する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された風力発電システムは、系統電圧低下と励磁用コンバータ直流電圧上昇を検出して系統事故時過電流消費装置を動作させるようにしている。この風力発電システムでは、系統事故時過電流消費装置の交流入力を発電機回転子と励磁用コンバータの間に接続し、系統電圧低下と励磁用コンバータ直流電圧上昇を検出して、系統事故時過電流消費装置を動作させる。

特開２００９−２７３２８１号公報

特許文献１に記載の系統事故時過電流消費装置は、直流電圧放電機能を持つ回路である。しかし、系統事故時過電流消費装置は、系統事故に対応する回路であって、系統事故時過電流消費装置を制御するための制御電源が喪失した場合には、半導体のスイッチング素子が制御不能となり、直流電圧を確実に放電することができない。直流電圧の放電が不十分であると感電の恐れがあるので、感電などを避けるためには、確実に放電する回路が必要である。

このように、発電システムに用いられる電力変換器において、電力変換器に異常が発生すると電力変換器に直流電圧が充電されたまま放電されないことがある。そのため、特許文献１に記載の系統事故時過電流消費装置とは別に、直流電圧を確実に放電する回路が求められている。

本発明は、上記の状況を考慮してなされたものであり、発電機と電力系統との間の電力変換器を制御するための制御電源が喪失した場合でも、発電機と電力系統との間の電力変換器において安全が確保されることを目的とする。

本発明の一態様の電力変換器は、発電機の回転子と接続され、該発電機から電力系統へ出力される電力を制御する回転子側コンバータと、回転子側コンバータの直流回路及び電力系統に接続された系統側コンバータとを備える。また、直流回路の直流電圧の放電を行う第１の直流電圧放電回路と、直流回路の直流電圧の放電を行う第２の直流電圧放電回路と、直流回路の直流電圧が上昇したときに第１の直流電圧放電回路に該直流電圧の放電を行わせる制御部と、を備える。第２の直流電圧放電回路は、一端が直流回路のプラス側に接続された第１の抵抗器と、一端が直流回路のマイナス側に接続された第２の抵抗器と、ｂ接点を有する電磁接触器とから構成され、第１の抵抗器及び第２の抵抗器の他端が電磁接触器のｂ接点の一端に接続されるとともに、電磁接触器のｂ接点の他端が接地される。

少なくとも本発明の一態様によれば、電力変換器を制御するための制御電源が喪失した場合に、第２の直流電圧の放電回路の電磁接触器のｂ接点が閉状態となる。そのため、直流回路のプラス側から接地点まで及びプラス側から接地点まで導通し、直流回路のプラス側の直流電圧が第１の抵抗器を通じて放電され、直流回路のマイナス側がの直流電圧が第２の抵抗器を通じて放電される。それゆえ、単純な構造の第２の直流電圧放電回路を設けるだけで、電力変換器を制御するための制御電源が喪失した場合でも、発電機と電力系統との間の電力変換器において安全が確保される。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係る電力変換器を適用した風力発電システムの回路構成を示す説明図である。Ｐ側抵抗器の抵抗値とＮ側抵抗器の抵抗値の組み合わせ例を示す表である。Ｐ側抵抗器の抵抗値とＮ側抵抗器の抵抗値との差分による検出電圧値の変化例を示すグラフである。Ｐ側抵抗器とＮ側抵抗器の組み合わせ毎の測定結果を示す表である。本発明の第２の実施の形態に係る電力変換器を適用した風力発電システムの回路構成を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。説明は下記の順序で行う。なお、各図において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

＜１．第１の実施の形態＞
［風力発電システムの概要］
本発明の第１の実施の形態に係る電力変換器について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換器を適用した風力発電システムの回路構成（単線結線図）を示す。図１に示す風力発電システム１は、発電機に交流励磁型発電機を適用した例であるが、この例に限られないことは勿論である。

風力発電システム１は、送電線を介して電力系統１０に接続される。風力発電システム１は主に、発電機１２０、翼１２１、電力変換器（励磁装置）３から構成される。

翼１２１は、発電機１２０の回転子に不図示のギアを介して機械的に接続される。

発電機１２０の回転子巻線は、回転子配線１２４を介して電力変換器３と電気的に接続される。また、発電機１２０の固定子は、固定子配線１２２を介して電力変換器３と電気的に接続される。そして、電力変換器３の固定子配線１２２は、遮断器１２３、系統配線１０４、遮断器１０２、システム配線１０１、及び系統連系用トランス４などを介して電力系統１０に電気的に接続される。

［電力変換器の構成］
次に、電力変換器３の構成について説明する。
発電機１２０の固定子側の３相出力は、外部信号によって開閉可能な例えば遮断器１２３と、遮断器１０２と、系統連系用トランス４を介して電力系統１０に接続される。システム配線１０１、固定子配線１２２、系統配線１０４、及び回転子配線１２４にはそれぞれ、電流センサ１０３，１１０，１１２，１２６が設置され、これらの電流センサは制御装置１１３に接続される。また、系統配線１０４と固定子配線１２２には、電圧センサ１０５，１１１が設置され、これらの電圧センサについても制御装置１１３に接続される。遮断器１０２の固定子側の回路は、系統配線１０４を介して、初充電回路１０６に接続される。そして、初充電回路１０６は、交流フィルタ回路１１４を介して、系統側コンバータ１１５（第１の電力変換器）に接続される。

系統側コンバータ１１５の交流出力端子に、リアクトルやコンデンサで構成された、高調波電流、高調波電圧を減衰させる交流フィルタ回路１１４が設置される。

初充電回路１０６は、例えばａ接点の電磁接触器１０７及び抵抗器１０８と、ａ接点の電磁接触器１０９との並列接続により構成される。発電開始直後は、発電機１２０を励磁するための電力が電力変換器３のコンデンサ１２８に充電されていない。また、発電機１２０に発電をさせるためには、電力系統１０側と発電機１２０側の電圧を同レベルに合わせる必要がある。そのため、電磁接触器１０７，１０９のオン／オフを制御し、電力変換器３に充電する。なお、抵抗器１０８は、大電流が流れることを防止するためのものである。

電力変換器３は、直流回路１１６を有しており、この直流回路１１６に系統側コンバータ１１５と、回転子側コンバータ１２７が接続されている。系統側コンバータ１１５は、３相出力の交流信号と直流信号の変換を行う。系統側コンバータ１１５の直流回路１１６は、回転子側コンバータ１２７の直流回路にも接続され、回転子側コンバータ１２７の交流出力側は、ｄＶ／ｄｔ抑制用のリアクトル１２５を介して、回転子配線１２４（発電機１２０の回転子巻線）に接続される。直流回路１１６には、例えば１．１ｋＶの直流電圧が印加される。

直流回路１１６のプラス側であるＰ相１３０とマイナス側であるＮ相１３１との間に、電圧センサ１１８が接続される。電圧センサ１１８は、例えばＰ相１３０とＮ相１３１との間に抵抗器１１８ａと抵抗器１１８ｂとが直列に接続され、その接続中点が接地されている。

また、直流回路１１６のＰ相１３０とＮ相１３１との間に、平滑用のコンデンサ１２８が接続される。

また、直流回路１１６のＰ相１３０とＮ相１３１との間に、系統事故時過電流消費装置１１９（第１の直流電圧放電回路）が接続される。系統事故時過電流消費装置１１９は、抵抗器１１９ａと、半導体のスイッチング素子１１９ｂ（サイリスタ，ＧＴＯ，ＩＧＢＴ，ＭＯＳ，Ｓｉｃなど）を用いて構成されている。

半導体のスイッチング素子１１９ｂは高速に動作する。そのため、系統事故時過電流消費装置１１９は、系統事故などの異常発生時（直流電圧上昇時）に、瞬時にスイッチング素子１１９ｂをオンして電力変換器３の直流電圧の放電を行うことができる。これにより、系統事故時に、短時間で放電が行われ、風力発電システムを系統から解列せずに、運転を継続することができる。この系統事故時過電流消費装置１１９として、周知の回路（例えば特開２００９−２７３２８１号公報に記載の系統故障対応装置）を適用できる。

また、直流回路１１６のＰ相１３０及びＮ相１３１に、直流電圧放電回路１４０（第２の直流電圧放電回路）が接続される。この直流電圧放電回路１４０は、Ｐ側抵抗器１４１（第１の抵抗器）と、Ｎ側抵抗器１４２（第２の抵抗器）と、２つのｂ接点を有する電磁接触器１４３とから構成される。ｂ接点は、電磁接触器に制御電源が供給されているときは開状態であり、制御電源が喪失すると閉状態となる。ａ接点はその逆の動作である。Ｐ側抵抗器１４１の一端が直流回路１１６のＰ相１３０に接続され、Ｎ側抵抗器１４２の一端が直流回路１１６のＮ相１３１に接続される。そして、Ｐ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２の他端が電磁接触器１４３のｂ接点の一端に接続されるとともに、電磁接触器１４３のｂ接点の他端が接地される。

電磁接触器１４３の動作速度は、数１０ｍｓ〜１００ｍｓ程度である。したがって、瞬時的な事故には対応しない。また、Ｐ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２は、系統事故時過電流消費装置１１９の抵抗器１１９ａの抵抗値よりも大きな抵抗値が選定されている。したがって、直流電圧放電回路１４０は、系統事故などの異常（直流電圧上昇）が比較的長い時間継続している時（例えば制御電源が喪失したとき）に、系統事故時過電流消費装置１１９よりも時間をかけて、電力変換器３の直流電圧の放電を行う。なお、Ｐ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２の抵抗値の組み合わせの選定については、後に図２〜図４を用いて詳述する。

系統事故時過電流消費装置１１９及び直流電圧放電回路１４０は、電源装置６から電力の供給を受ける。電源装置６には、制御電源用トランス５によって電力系統１０の電圧を低電圧に変換した電圧が供給される。

風力発電システム１は、発電機１２０と接続する不図示の風車制御装置を備える。風車制御装置は、風速検出や翼１２１の角度制御、発電電力指令値の作成や、運転／停止などの指令値の出力、無効電力指令値の作成などの運転指令信号を演算する。風車制御装置で作成された無効電力指令値や、発電電力指令値、運転／停止指令値、翼角度指令値などの各種運転信号は、電力変換器３の制御装置１１３等に伝送される。

電力変換器３の制御装置１１３は、制御部の一例であり、上記指令値に従うように電力変換器３が出力する電圧を調整し、発電機１２０と電力系統１０との間の電力（発電電力、無効電力）を制御する。制御装置１１３は、例えばプロセッサとメモリを有するマイクロコンピュータにより構成される。

また、制御装置１１３は、系統側コンバータ１１５及び回転子側コンバータ１２７と接続しており、系統側コンバータ１１５及び回転子側コンバータ１２７の制御を行う。制御装置１１３には、電流センサ１０３，１１０，１１２、電圧センサ１０５，１１１が接続され、電力変換器３内の固定子配線１２２、系統配線１０４及び直流回路１１６の各部の電流及び電圧を監視し、系統側コンバータ１１５及び回転子側コンバータ１２７へ指令値を出力する。

系統側コンバータ１１５は、制御装置１１３により制御され、直流回路１１６の電圧が一定となるように動作する。

回転子側コンバータ１２７は、制御装置１１３により制御され、発電機１２０の回転数に応じて、固定子配線１２２に出力される出力電圧周波数が系統周波数と一致するように、回転子配線１２４へ電流を流す。

系統配線１０４もしくは回転子配線１２４から過電流が流れ込み、直流回路１１６の電圧が動作可能な範囲を超える場合、制御装置１１３は、系統事故時過電流消費装置１１９を動作させ放電を行うことで、電力変換器の保護を行う。

なお、制御装置１１３は、不図示の無停電電源装置の機能を備えた電源装置によりバックアップされており、系統電圧が低下した際には無停電電源装置に蓄積されている電力が供給される。また、系統事故時過電流消費装置１１９及び直流電圧放電回路１４０も、無停電電源装置によりバックアップされており、系統電圧が低下した際には無停電電源装置に蓄積されている電力が供給される。電源装置６が無停電電源装置の機能を有していてもよい。

遮断器１０２は、例えば、風力発電システム１を保護するため、電流過大が継続する時に接点部を開放して電流を遮断したり、風力発電システム１を完全停止させて電力系統１０から電力変換器３を電気的に切り離したりするために使用される。

系統側コンバータ１１５及び回転子側コンバータ１２７は、例えば半導体のスイッチング素子（サイリスタ，ＧＴＯ，ＩＧＢＴ，ＭＯＳ，ＳｉＣなど）を用いて構成されており、交流を直流に変換又は直流を交流に変換する機能を備える。

次に、発電電力を制御するための配線および装置について説明する。
遮断器１０２の二次側の三相電圧および三相電流は、それぞれ電圧センサ１０５、電流センサ２１９ａによりその値を低電圧の電圧検出信号、低電圧の電流検出信号に変換され、低電圧の電圧検出信号および電流検出信号は制御装置１１３に入力される。

系統側コンバータ１１５及び回転子側コンバータ１２７の直流回路１１６に接続されたコンデンサ１２８の電圧は、電圧センサにより低電圧の直流電圧信号に変換され、直流電圧信号は制御装置１１３に入力される。

また、回転子側コンバータ１２７の出力電流は電流センサ１２６により検出され、系統側コンバータ１１５の出力電流は電流センサ１１２により検出され、各電流検出値は制御装置１１３に伝送される。

また、制御装置１１３は、遮断器１０２，１２３をそれぞれ制御する。また、半導体のスイッチング素子で構成される系統側コンバータ１１５と回転子側コンバータ１２７のそれぞれを駆動制御するパルス信号を出力する。また、制御装置１１３は、系統事故時過電流消費装置１１９に動作指令を伝送する。

［過電流発生時の電力変換器の動作］
上述したとおり、電力系統で電圧低下や電圧の揺らぎ等が発生すると、発電機１２０は事故点に電流を供給しようと動作する。このとき、回転子巻線（回転子配線１２４）に過大な電流が誘起され、回転子側に接続した回転子側コンバータ１２７に過大な電流が流れる。
制御装置１１３は、電流センサ及び電圧センサの監視結果を元に、直流回路１１６に過電流が流れていることを検出すると、まず下記の（１）、もしくは（１）及び（２）の制御を行う。
（１）系統事故時過電流消費装置１１９を動作させて直流電圧の放電
（２）系統側コンバータ１１５及び回転子側コンバータ１２７の停止

そして、電源装置６の故障により、制御装置１１３や系統事故時過電流消費装置１１９、直流電圧放電回路１４０に供給されている制御電源が喪失した場合には、
（３）直流電圧放電回路１４０による直流電圧の放電
が行われる。

直流電圧放電回路１４０の制御電源が喪失した場合には、電磁接触器１４３の励磁が停止し、ｂ接点が閉状態となる。そのため、直流回路１１６のＰ相１３０から接地点まで及びＮ相１３１から接地点まで導通し、直流回路１１６のＰ相１３０の直流電圧がＰ側抵抗器１４１を通じて放電され、直流回路１１６のＮ相１３１の直流電圧がＮ側抵抗器１４２を通じて放電される。

［直流回路の地絡等の検出］
電力変換器３では、直流回路１１６の地絡を、電圧センサ１１８と電流センサ１２６を用いて検出する。電圧センサ１１８は、電力変換器３の接地点Ｇ−Ｐ相１３０間と、接地点Ｇ−Ｎ相１３１間の電圧バランスを監視し、この電圧バランスが崩れることにより地絡や直流電圧の揺らぎを検出する。
電流センサ１２６は、回転子配線１２４もしくは系統配線１０４に零相電流を監視し、零相電流が流れることにより地絡や直流電圧の揺らぎを検出する。

ここで、電圧センサ１１８を用いた地絡検出についてさらに説明する。
Ｐ相とＮ相間に接続した抵抗器１１８ａと抵抗器１１８ｂの抵抗値が同じであるとき、Ｐ相−Ｎ相間の電圧をＶ_ＰＮ、Ｐ相−接地点Ｇ間の電圧をＶ_ＰＧとすると、地絡が発生していない電圧バランスがとれた状態のとき次式（１）の関係を満たす。逆に式（１）の関係を満たさない場合には、地絡が発生していると判定できる。

｜Ｖ_ＰＮ−２＊Ｖ_ＰＧ｜≦しきい値・・・・（１）

従来のように抵抗器１１８ａと抵抗器１１８ｂの抵抗値が等しい場合には、Ｐ相−Ｎ相間とＰ相−接地点Ｇ間に、通常時も地絡発生時も同じ直流電流の流れ方をする。そのため、少しずつ放電が行われ、地絡が検出されにくい。仮に、しきい値を小さくした場合には、直流電圧の放電中の揺らぎにより地絡と誤検出する。この対策として、従来は、直流電圧の放電中には、地絡検出を停止していた。

しかしながら、後述するように直流電圧放電回路１４０のＰ側抵抗器１４１とＮ側抵抗器１４２の抵抗値を異なる値とすることにより、揺らぎの影響を受けにくく、従来の地絡検出よりも小さいしきい値で地絡を検出することが可能である。また、直流電圧の放電中における地絡検出が可能となる。

本実施の形態では、直流電圧放電回路１４０のＰ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２の保護は、電圧センサ１１８を使用した地絡検出によって行う。ここで、本実施の形態では、Ｐ側抵抗器１４１とＮ側抵抗器１４２の抵抗値を異なる値としている。Ｐ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２の抵抗値を適切に選定することで、系統事故や直流電圧の揺らぎにより発生する過電流から、Ｐ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２を的確に保護することができる。また、直流電圧放電回路１４０による直流回路１１６の直流電圧の放電時間を調整することができる。以下、系統事故の例として地絡検出の測定結果について説明する。

［Ｐ側抵抗器とＮ側抵抗器の抵抗値の差分を利用した地絡検出の測定結果］
図２は、Ｐ側抵抗器１４１の抵抗値とＮ側抵抗器１４２の抵抗値の組み合わせ例を示す表である。
本測定では、図２に示すように、Ｐ側抵抗器１４１の抵抗値を１００Ωに固定し、複数のＰ側抵抗器１４１の抵抗値を組み合わせて測定を行った。

図３は、Ｐ側抵抗器１４１の抵抗値とＮ側抵抗器１４２の抵抗値との差分による検出電圧値の変化例を示すグラフである。図３の横軸は時間［ｓ］、縦軸は検出電圧値（２＊Ｖ_ＰＧ）［Ｖ］である。
図４は、Ｐ側抵抗器１４１とＮ側抵抗器１４２の組み合わせ毎の測定結果を示す表である。検出電圧値（ＭＡＸ）［Ｖ］は、２＊Ｖ_ＰＧの最大値（飽和電圧値）である。また検出時間［ｓ］は、検出電圧値が図３の地絡検出しきい値を超えるまでの時間である。

図３に示すように、Ｎ側抵抗器１４２の抵抗値が２５Ω以上である場合に、検出電圧値（２＊Ｖ_ＰＧ）［Ｖ］が地絡検出しきい値を超えている。Ｐ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２の抵抗値は、電力系統１０に地絡が発生した場合に、｜Ｖ_ＰＮ−２＊Ｖ_ＰＧ｜の値が所定のしきい値を超えるような値を選定することが望ましい。したがって、本測定結果では、Ｐ側抵抗器１４１が１００［Ω］のときには、２５Ω以上のＮ側抵抗器１４２を選定する。

また、地絡等の系統事故時に、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時間が、例えば５秒である場合には、少なくともＰ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２は過電流に５秒間耐えられるものが選定される。逆に、直流電圧の放電が完了するまでに５秒以上かかる場合には、抵抗器が損傷する可能性がある。したがって、放電完了までの時間、即ち検出電圧値が地絡検出しきい値に到達するまでの時間が、規格で定められた時間（例えば５秒）であることが望ましい。すなわち、Ｐ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２の抵抗値は、電力系統１０に地絡が発生した場合に、｜Ｖ_ＰＮ−２＊Ｖ_ＰＧ｜の値が地絡検出しきい値を超える時間が、放電時間を考慮した所定の放電時間内となるような値であることが望ましい。したがって、本測定結果では、Ｐ側抵抗器１４１が１００［Ω］のときには、２５Ω以上のＮ側抵抗器１４２を選定する。

以上述べた本実施の形態では、第２の直流電圧放電回路１４０を、ｂ接点の電磁接触器１４０と、Ｐ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２で構成している。このような単純な構造の第２の直流電圧放電回路１４０を設けるだけで、電力変換器３を制御するための制御電源が喪失した場合でも、発電機１２０と電力系統１０との間の電力変換器３が確実に放電され、安全が確保される。

また、電力変換器３の故障を防止するため、電圧センサ１１８による地絡検出により、第２の直流電圧放電回路１４０のＰ側抵抗器１４１及びＮ側抵抗器１４２を保護できるようにしている。
これにより、新たに第２の直流電圧放電回路１４０の誤動作を検出する保護回路を追加することなく、第２の直流電圧放電回路１４０のＰ側抵抗器１４１とＮ側抵抗器１４２の保護を行うことができる。

従来は、直流回路の電力を放電中には、主回路部分（固定子配線１２２、系統配線１０４及び直流回路１１６）又は直流回路１１６の地絡検出を停止する運用も行われていた。本実施の形態によれば、直流電圧放電回路１４０のＰ側抵抗器１４１とＮ側抵抗器１４２の抵抗値を異なる値とすることにより、揺らぎの影響を受けにくく、従来の地絡検出よりも小さいしきい値で地絡を検出することが可能である。また、揺らぎの影響を受けにくいことから、直流電圧の放電中における地絡検出が可能となる。

＜２．第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る電力変換器について、図５を参照して説明する。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る電力変換器を適用した風力発電システムの回路構成を示す説明図である。
図５に示す電力変換器３Ａが第１の実施の形態に係る電力変換器３（図１参照）と異なるところは、直流電圧放電回路１４０（図１参照）に代えて、半導体のスイッチング素子を有する直流電圧放電回路１５０を設けた点である。直流電圧放電回路１５０は、図１の系統事故時過電流消費装置１１９と直流電圧放電回路１４０の機能を併せ持ったような回路である。図５について、図１と異なる箇所を中心に説明する。

図５に示すように、直流電圧放電回路１５０においては、直流回路１１６のＰ相１３０が、Ｐ側抵抗器１５１、半導体のスイッチング素子１５５、及びＮ側抵抗器１５２を介して、Ｎ相１３１に接続している。そして、Ｐ側抵抗器１５１とスイッチング素子１５５の接続中点と、スイッチング素子１５５とＮ側抵抗器１５２の接続中点がそれぞれ、電磁接触器１５３のｂ接点を介して接地される。

直流電圧放電回路１５０の動作を簡単に説明する。
まず、電磁接触器１５３に制御電源が供給されている場合を想定する。この場合には、地絡等の系統事故が発生すると、制御装置１１３はスイッチング素子１５５をオンし、Ｐ相１３０が、Ｐ側抵抗器１５１、半導体のスイッチング素子１５５、及びＮ側抵抗器１５２を介してＮ相１３１に導通し、瞬時に直流電圧が放電される。

一方、電磁接触器１５３に制御電源が喪失した場合には、スイッチング素子１５５がオフし、電磁接触器１５３のｂ接点が閉状態となる。そのため、直流回路１１６のＰ相１３０から接地点まで及びＮ相１３１から接地点まで導通し、直流回路１１６のＰ相１３０の直流電圧がＰ側抵抗器１５１を通じて放電され、直流回路１１６のＮ相１３１の直流電圧がＮ側抵抗器１５２を通じて放電される。

このように、直流回路１１６に直流電圧放電回路１５０を設けることにより、第１の実施の形態と同様に、比較的簡単な構造で第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、系統事故が発生したときに、まず制御装置１１３がスイッチング素子１５５をオンして瞬時に直流電圧の放電動作を行い、その後、制御装置１１３が電磁接触器１５３のｂ接点を閉状態としてもよい。このようにすることで、時間の経過に応じて放電の経路が切り替えられ、より確実に直流電圧の放電を行うことができる。

＜３．変形例＞
上述した第１及び第２の実施の形態では、電力変換器３を交流励磁型発電機（二次励磁型発電機）を用いた風力発電システム１に適用した例を示したが、永久磁石同期発電機を用いた発電システムに適用可能である。

さらに、本発明は上述した各実施の形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。

例えば、上述した実施の形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態例の構成の一部を他の実施の形態例の構成に置き換えることは可能である。また、ある実施の形態例の構成に他の実施の形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等の記録装置、又はＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１・・・風力発電システム、３，３Ａ・・・電力変換器、４・・・系統連系用トランス、５・・・制御電源用トランス、６・・・電源装置、１０・・・電力系統、１０１・・・システム配線、１０２・・・遮断器、１０３・・・電流センサ、１０４・・・系統配線、１０５・・・電圧センサ、１０６・・・初充電回路、１０７，１０９・・・電磁接触器、１０８・・・抵抗器、１１０・・・電流センサ、１１１・・・電圧センサ、１１２・・・電流センサ、１１３・・・制御装置、１１４・・・フィルタ回路、１１５・・・系統側コンバータ（第２の電力変換器）、１１６・・・直流回路、１１８・・・電圧センサ、１１８ａ，１１８ｂ・・・抵抗器、１１９・・・系統事故時過電流消費装置、１１９ａ・・・抵抗器、１１９ｂ・・・スイッチング素子、１２０・・・発電機、１２１・・・翼、１２２・・・固定子配線、１２３・・・電磁接触器、１２４・・・回転子配線、１２５・・・リアクトル、１２６・・・電流センサ、１２７・・・回転子側コンバータ（第１の電力変換器）、１２８・・・コンデンサ、１３０・・・Ｐ相、１３１・・・Ｎ相、１３２・・・接地、１４０・・・直流電圧放電回路（第１の直流電圧放電回路）、１４１・・・Ｐ側抵抗器、１４２・・・Ｎ側抵抗器、１４３・・・電磁接触器、１５０・・・直流電圧放電回路（第２の直流電圧放電回路）

Claims

発電機の回転子と接続され、該発電機から電力系統へ出力される電力を制御する回転子側コンバータと、
前記回転子側コンバータの直流回路及び前記電力系統に接続された系統側コンバータと、
前記直流回路の直流電圧の放電を行う第１の直流電圧放電回路と、
前記直流回路の直流電圧の放電を行う第２の直流電圧放電回路と、
前記直流回路の直流電圧が上昇したときに前記第１の直流電圧放電回路に該直流電圧の放電を行わせる制御部と、を備え、
前記第２の直流電圧放電回路は、一端が前記直流回路のプラス側に接続された第１の抵抗器と、一端が前記直流回路のマイナス側に接続された第２の抵抗器と、ｂ接点を有する電磁接触器とから構成され、前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の他端が前記電磁接触器のｂ接点の一端に接続されるとともに、前記電磁接触器のｂ接点の他端が接地される
電力変換器。
前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の抵抗値が異なっている
請求項１に記載の電力変換器。
前記直流回路のプラス側とマイナス側との間に、２つの抵抗器が直列に接続され、その接続中点が接地されている電圧センサ、を更に備え、
前記制御部は、前記電圧センサで検出される前記プラス側とマイナス側間の電圧をＶ_ＰＮ、プラス側と接地点間の電圧をＶ_ＰＧとしたとき、｜Ｖ_ＰＮ−２＊Ｖ_ＰＧ｜の計算結果が所定のしきい値を超える場合には、前記電力系統に地絡が発生していると判定する
請求項２に記載の電力変換器。
前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の抵抗値は、前記電力系統に地絡が発生した場合に、｜Ｖ_ＰＮ−２＊Ｖ_ＰＧ｜の計算結果が前記所定のしきい値を超えるような値である
請求項３に記載の電力変換器。
前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の抵抗値は、前記電力系統に地絡が発生した場合に、｜Ｖ_ＰＮ−２＊Ｖ_ＰＧ｜の計算結果が前記所定のしきい値を超えるまでの時間が、所定の放電時間内となるような値である
請求項４に記載の電力変換器。