專利名稱：風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及容易向電力系統(tǒng)同步投入的使用二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)用電力變換器按轉(zhuǎn)差頻率對(duì)轉(zhuǎn)子線圈勵(lì)磁，能夠把與系統(tǒng)頻率同頻的交流電壓輸出到定子側(cè)，并能夠改變轉(zhuǎn)速的同時(shí)可以減小電力變換器的容量，例如在專利文獻(xiàn)1中就記載了這種二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。這樣，由于二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)可以改變轉(zhuǎn)速，同時(shí)能夠減小電力變換的容量，所以如非專利文獻(xiàn)1所述的那樣，能夠?qū)⑵溆糜陲L(fēng)力發(fā)電裝置。
日本公開專利 特開2000-308398號(hào)公報(bào)[非專利文獻(xiàn)1]日本風(fēng)能協(xié)會(huì)發(fā)行“風(fēng)能”PP106-112，2001年，第25卷，第2號(hào)在使用上述現(xiàn)有技術(shù)的二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電裝置中，因?yàn)殡娏ψ儞Q器的容量大多比發(fā)電機(jī)容量小，因此在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速落入規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，因?yàn)楸仨毷拱l(fā)電機(jī)與系統(tǒng)同步并列，因此，因風(fēng)力強(qiáng)弱的影響就要頻繁地停止、啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電裝置。這樣，因?yàn)樵谙蛳到y(tǒng)同步投入時(shí)要花時(shí)間達(dá)到電壓同步，所以會(huì)出現(xiàn)即使有風(fēng)吹來也不能發(fā)電的時(shí)間，發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行率下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供容易向電力系統(tǒng)同步投入的使用二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電裝置。
為了縮短向二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)電壓的同步投入的時(shí)間，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置主動(dòng)調(diào)整振幅和相位，進(jìn)而自動(dòng)修正轉(zhuǎn)子位置傳感器的初始值。
本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置用定子電壓的1相電壓計(jì)算與系統(tǒng)電壓的相位差和電壓幅值，為縮小各偏差而主動(dòng)進(jìn)行修正，能夠縮短同步投入系統(tǒng)之前的啟動(dòng)時(shí)間。使用本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置可以減少定子側(cè)的電壓傳感器的數(shù)量。
另外，由于本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置把同步成功時(shí)的修正相位的積分值用作第二次以后的運(yùn)行初始值，所以能夠縮短第二次以后的運(yùn)行的啟動(dòng)時(shí)間，即使初始相位的位置因傳感器的維護(hù)而偏離，也能夠自動(dòng)修正。


圖1是第一實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電裝置的電路結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖2是第一實(shí)施例的同步控制器的說明圖。
圖3是第一實(shí)施例的控制裝置的說明圖。
圖4是用第一實(shí)施例的(式11)式求得的值和用(式12)式求得的近似值的關(guān)系的說明圖。
圖5是第一實(shí)施例的電壓相位同步的動(dòng)作說明圖。
圖6是第二實(shí)施例的同步控制器的說明圖。
具體實(shí)施例方式
以下用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例的裝置構(gòu)成的單線接線圖。首先，說明輸出發(fā)電功率的電氣配線和裝置。本實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是二次勵(lì)磁型的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)Gen的定子側(cè)的3相輸出連接到可由外部信號(hào)開閉的例如電磁接觸器CTT1的次級(jí)側(cè)。電磁接觸器CTT1的初級(jí)側(cè)連接到電磁接觸器CTT2的初級(jí)側(cè)和斷路器BR的次級(jí)側(cè)，斷路器BR的初級(jí)側(cè)連接到電力系統(tǒng)。
斷路器BR例如具備電流過大使斷路器放開而切斷電流的功能，在投入該斷路器BR時(shí)，將電源供給風(fēng)力發(fā)電裝置的控制裝置CTRL。
電磁接觸器CTT2的次級(jí)側(cè)經(jīng)Δ接線的電容器Cn和電抗器Ln連接到耦聯(lián)用的電力變換器CNV的交流輸出端；另一方面，電力變換器CNV的直流輸出端經(jīng)直流平滑電容器Cd連接到勵(lì)磁用的電力變換器INV的直流輸出端。
耦聯(lián)用的電力變換器CNV和勵(lì)磁用的電力變換器INV具備功率半導(dǎo)體開關(guān)元件(晶閘管、GTO、IGBT、功率MOSFET、雙極晶體管)，分別將交流變換為直流或?qū)⒅绷髯儞Q為交流。
這里，勵(lì)磁用的電力變換器INV的交流輸出端經(jīng)電抗器Lr和電容器Cr連接到發(fā)電機(jī)Gen的次級(jí)線圈端子，發(fā)電機(jī)Gen的轉(zhuǎn)子經(jīng)齒輪等變速裝置連接到風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車101，受風(fēng)力的作用而旋轉(zhuǎn)。
下面來說明用來控制發(fā)電功率的布線和裝置。斷路器BR的初級(jí)側(cè)的3相電壓和3相電流分別由電壓傳感器PTs和電流傳感器CTs將其值變換為低電壓信號(hào)Vs、Is，并把這些信號(hào)輸入到控制裝置CTRL。電磁接觸器CTT1的次級(jí)側(cè)(電磁接觸器CTT1與發(fā)電機(jī)定子之間)的電壓由電壓傳感器PTg變換為低電壓信號(hào)Vg后輸入到控制裝置CTRL。電磁接觸器CTT2的次級(jí)側(cè)(電磁接觸器CTT2與電力變換器CNV之間)的3相電流由電流傳感器CTn將其值變換為低電壓信號(hào)In，并將所述低電壓信號(hào)輸入到控制裝置CTRL。另外，編碼器102檢測發(fā)電機(jī)Gen的轉(zhuǎn)速和位置，并將相位信號(hào)PLr(脈沖串)輸入到控制裝置CTRL。連接到電力變換器CNV、INV的直流部的電容器Cd的電壓由電壓傳感器變換為低電壓信號(hào)Vd后，將低電壓信號(hào)Vd輸入到控制裝置CTRL。
然后用圖2和圖3說明控制裝置CTRL的功能?？刂蒲b置CTRL輸出信號(hào)Sg1、Sg2、Pulse-inv、Pulse-cnv來控制電磁接觸器CTT1、CTT2或電力變換器INV、CNV。耦聯(lián)用的電力變換器CNV在風(fēng)力發(fā)電裝置運(yùn)轉(zhuǎn)中且從發(fā)電機(jī)Gen由電磁接觸器CTT1連接到電力系統(tǒng)之前到連接之后從控制裝置CTRL接受將平滑電容器Cd的直流電壓Edc控制為恒定的直流電壓的控制和系統(tǒng)無效功率零(功率因數(shù)1)控制。
因此，如果勵(lì)磁用的電力變換器INV使用直流電來降低直流電壓，則耦聯(lián)用的電力變換器CNV使用交流電使平滑電容器Cd充電，為將直流電壓Edc保持恒定而動(dòng)作，相反，電力變換器INV用直流電使平滑電容器Cd充電，并在直流電壓Edc上升的情況下，耦聯(lián)用的電力變換器CNV將直流電變換為交流電并使平滑電容器Cd放電，為將直流電壓Edc保持恒定而動(dòng)作。
首先用圖3來說明耦聯(lián)用的電力變換器CNV的控制。圖1所示的交流電壓檢測值Vs被輸入到相位檢測器THDET和3相2相變換器32trs，所述相位檢測器THDET按例如相位同步環(huán)(PLLPhase Locked Loop)方式計(jì)算跟隨系統(tǒng)電壓的相位信號(hào)THs，然后將所述相位信號(hào)THs輸出到3相2相坐標(biāo)變換器32dqtrs和所述2相3相坐標(biāo)變換器dq23trs。所述直流電壓指令值Eref和所述直流電壓檢測值Edc被輸入到例如由比例積分控制器構(gòu)成的直流電壓調(diào)節(jié)器DCAVR，所述直流電壓調(diào)節(jié)器DCAVR調(diào)節(jié)輸出的d軸電流指令值(有效分電流指令值)Idnstr以使所輸入的指令值與檢測值的偏差為零，并輸出到電流調(diào)節(jié)器1-ACR。
3相2相坐標(biāo)變換器32dqtrs用(式1)中表示的變換式從所輸入的電流In計(jì)算d軸電流檢測值Idn(有效分電流)和q軸電流檢測值Iqn(無效分電流)，并將d軸電流檢測值Idn輸出到電流調(diào)節(jié)器1-ACR，將q軸電流檢測值Iqn輸出到電流調(diào)節(jié)器2-ACR。
數(shù)學(xué)式1IdnIqn=Iu·cos(0)+Iv·cos(2π/3)+Iw·cos(4π/3)Iu·sin(0)+Iv·sin(2π/3)+Iw·sin(4π/3)cos(THs)sin(THs)-sin(THs)cos(THs)]]>……(式1)所述電流調(diào)節(jié)器1-ACR調(diào)節(jié)輸出的d軸電壓指令值Vdn0，以使所述d軸電流指令值Idnstr與所述d軸電流檢測值Idn的偏差為零，并輸出到加法器301；同樣，所述電流調(diào)節(jié)器2-ACR調(diào)節(jié)輸出的q軸電壓指令值Vqn0，以使所述q軸電流指令值(＝0)與所述q軸電流檢測值Iqn的偏差為零，并輸出到加法器302。這里，所述電流調(diào)節(jié)器1-ACR、2-ACR例如可以由比例積分控制器構(gòu)成。
所述3相2相變換器32trs用(式2)中表示的變換式從所輸入的電壓Vs計(jì)算d軸電壓檢測值(與系統(tǒng)電壓矢量一致的相位分量)Vds和q軸電壓檢測值(與所述d軸電壓檢測值Vds正交的分量)Vqs，并將各值輸出到所述加法器301、302。
所述加法器301將所述d軸電壓指令值Vdn0與所述d軸電壓檢測值Vds加起來輸出到2相3相坐標(biāo)變換器dq23trs；同樣，所述加法器302將所述q軸電壓指令值Vqn0與所述q軸電壓檢測值Vqs加起來輸出到2相3相坐標(biāo)變換器dq23trs。
所述2相3相坐標(biāo)變換器dq23trs輸入所述相位信號(hào)THs和所述各加法器的結(jié)果Vdn、Vqn，用(式2)和(式3)表示的變換式計(jì)算所述變換器輸出的電壓指令值Vun、Vvn、Vwn，并輸出到PWM運(yùn)算器PWMn。
數(shù)學(xué)式2VaVb=cos(THs)-sin(THs)sin(THs)cos(THs)VdnVqn]]>……(式2)數(shù)學(xué)式3VunVvnVwn=cos(0)sin(0)cos(2π/3)sin(2π/3)cos(4π/3)sin(4π/3)VaVb]]>……(式3)所述PWM運(yùn)算器PWMn按脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式從所輸入的電壓指令值Vun、Vvn、Vwn計(jì)算使構(gòu)成耦聯(lián)用的電力變換器CNV的n個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通·截止的門信號(hào)Pulse-cnv，并輸出到耦聯(lián)用的電力變換器CNV。
下面說明勵(lì)磁用的電力變換器INV的控制。表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置的相位信號(hào)PLr被輸入到旋轉(zhuǎn)相位檢測器ROTDET，旋轉(zhuǎn)相位檢測器ROTDET對(duì)相位信號(hào)的脈沖PLr進(jìn)行計(jì)數(shù)，并換算成相位信號(hào)，同時(shí)按轉(zhuǎn)1圈1個(gè)脈沖(例如用ABZ方式的編碼器的Z相脈沖)將相位信號(hào)復(fù)位至0，把從無溢出的0°到360°的相位信號(hào)RTH輸出到加法器303。
相位信號(hào)RTH和同步控制器SYNC的輸出相位信號(hào)LTH用加法器303加起來成為相位信號(hào)TH，然后將相位信號(hào)TH與所述相位信號(hào)THs一起輸入到勵(lì)磁相位運(yùn)算器SLDET。所述勵(lì)磁相位運(yùn)算器SLDET把所述相位信號(hào)TH和THs加起來，再乘以發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)倍之后，輸出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電氣角頻率的相位信號(hào)THr。
功率運(yùn)算器PQCAL輸入與用所述(式1)所示的變換檢測到系統(tǒng)電流Is的系統(tǒng)電壓的U相矢量同向的d軸電流Ids、與系統(tǒng)電壓的U相矢量正交的q軸電流Iqs、所述d軸電壓檢測值Vds、q軸電壓檢測值Vqs，再用(式4)和(式5)計(jì)算系統(tǒng)的有效功率Ps和無效功率Qs。
數(shù)學(xué)式4

Ps＝3(Vds×Ids+Vqs×Iqs)……(式4)數(shù)學(xué)式5Qs＝3(-Vds×Iqs+Vqs×Ids) ……(式5)有效功率調(diào)節(jié)器APR輸入有效功率Ps和風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出功率指令Pre，然后輸出所輸出的轉(zhuǎn)矩電流指令值Iq0，以使所述功率指令值Pref與所述功率檢測值Ps的偏差為零。無效功率調(diào)節(jié)器AQR輸入無效功率Qs和風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出功率指令Qref，然后輸出所輸出的勵(lì)磁電流指令值Id0，以使所述功率指令值Qref與所述功率檢測值Qs的偏差為零。這里，所述功率調(diào)節(jié)器APR、AQR可以由例如比例積分器構(gòu)成。所述有效/無效功率調(diào)節(jié)器的各輸出的電流指令值Iq0和Id0被輸入到切換器SW。
切換器SW決定是使用所述功率調(diào)節(jié)器APR和AQR的輸出，還是使用轉(zhuǎn)矩電流指令值為零、勵(lì)磁電流指令值為電壓調(diào)節(jié)器的輸出，這里，切換器SW在投入電磁接觸器CTT1之前(即，使發(fā)電機(jī)定子電壓與系統(tǒng)電壓同步的電壓同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí))使用后者(轉(zhuǎn)矩電流指令值為零，勵(lì)磁電流指令值為電壓調(diào)節(jié)器的輸出)；從投入電磁接觸器CTT1開始選擇前者(各功率調(diào)節(jié)器的輸出)。
這里，說明電壓調(diào)節(jié)器AVR。電壓調(diào)節(jié)器AVR以發(fā)電機(jī)定子電壓Vg的幅值Vgpk作為反饋值，以系統(tǒng)電壓Vs的幅值中進(jìn)行篩選后的值Vsref作為指令值，并把使輸出發(fā)電機(jī)定子電壓Vg的幅值與所述指令值Vsref的偏差為零的輸出的勵(lì)磁電流指令值Id1輸出到所述切換器SW。這里，電壓調(diào)節(jié)器AVR例如可以由比例積分控制器構(gòu)成。該電壓調(diào)節(jié)器AVR在電磁接觸器CTT1打開的狀態(tài)下動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)Gen的定子電壓的幅值與系統(tǒng)電壓的幅值一致，所以該電壓調(diào)節(jié)器AVR起運(yùn)算從勵(lì)磁用的功率變換器INV流向發(fā)電機(jī)Gen的次級(jí)側(cè)的勵(lì)磁電流值的作用。
3相2相坐標(biāo)變換器32dqtrs用(式6)中示出的變換式從所輸入的電流Ir和轉(zhuǎn)子的相位THr計(jì)算d軸電流檢測值Idr(勵(lì)磁電流分量)和q軸電流檢測值Iqr(轉(zhuǎn)矩電流分量)，并將d軸電流檢測值Idr輸出到電流調(diào)節(jié)器4-ACR，將q軸電流檢測值Iqr輸出到電流調(diào)節(jié)器3-ACR。
數(shù)學(xué)式6

IdrIqr=Iu·cos(0)+Iv·cos(2π/3)+Iw·cos(4π/3)Iu·sin(0)+Iv·sin(2π/3)+Iw·sin(4π/3)cos(THr)sin(THr)-sin(THr)cos(THr)]]>……(式6)所述電流調(diào)節(jié)器4-ACR調(diào)節(jié)輸出的d軸電壓指令值Vdr，以使所述d軸電流指令值Id1或Id0與所述d軸電流檢測值Idr的偏差為零；同樣，所述電流調(diào)節(jié)器3-ACR調(diào)節(jié)輸出的q軸電壓指令值Vqr，以使所述q軸電流指令值Iq1或Iq0與所述q軸電流檢測值Iqr的偏差為零。這里，所述電流調(diào)節(jié)器例如可以由比例積分器構(gòu)成。
所述d軸電壓指令值Vdr和所述q軸電壓指令值Vqr被輸入到2相3相坐標(biāo)變換器dq23trs，所述2相3相坐標(biāo)變換器dq23trs用(式7)和(式8)中示出的變換式從所述相位信號(hào)THr和所述各輸入值計(jì)算所述變換器dq23trs輸出的電壓指令值Vur、Vvr、Vwr，然后輸出到PWM運(yùn)算器PWMr。
數(shù)學(xué)式7VaVb=cos(THr)-sin(THr)sin(THr)cos(THr)VdnVqn]]>……(式7)數(shù)學(xué)式8VurVvrVwr=cos(0)sin(0)cos(2π/3)sin(2π/3)cos(4π/3)sin(4π/3)VaVb]]>……(式8)所述PWM運(yùn)算器PWMr按脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式從所輸入的電壓指令值Vur、Vvr、Vwr計(jì)算使構(gòu)成勵(lì)磁用的電力變換器INV的m個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通·截止的門信號(hào)Pulse-inv，并輸出到勵(lì)磁用的電力變換器INV。
下面用圖2來說明同步控制器的細(xì)節(jié)。圖2所示的同步控制器SYNC輸入將系統(tǒng)電壓Vs進(jìn)行3相2相變換得到的Vα和Vβ、發(fā)電機(jī)Gen的一相定子電壓(圖2中的U相電壓Vgu)。
所述同步控制器SYNC具有大致不同的兩種功能，一種功能是計(jì)算用來使定子電壓的幅值與系統(tǒng)電壓的幅值相一致的電壓指令值，另一種功能是計(jì)算用來使定子電壓的相位與系統(tǒng)電壓的相位相一致的相位修正值LTH。圖2所示的同步控制器SYNC首先使電壓幅值一致，然后調(diào)節(jié)電壓相位。
首先，為了使電壓幅值同步，從所述Vα和Vβ的平方和的平方根計(jì)算系統(tǒng)電壓的幅值Vspk，用1次滯后濾波器FIL等除掉脈動(dòng)分量之后用作所述電壓調(diào)節(jié)器的電壓指令值Vsref。這里的實(shí)施例中，由于僅檢測1相，為了求出定子電壓Vgu的幅值，例如，以系統(tǒng)頻率(50/60Hz)把一周期的期間的最大值作為幅值，并用于所述電壓調(diào)節(jié)器的反饋值Vgpk，同時(shí)還用于振幅同步判定CMPPK。
振幅同步判定器CMPPK將電壓振幅Vgpk與所述電壓指令值Vsref進(jìn)行比較，其差值在規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，把振幅同步標(biāo)記FLG-VG設(shè)為“1”，除此之外，輸出“0”。在振幅同步標(biāo)記FLG-VG為“1”期間即電壓振幅大體一致時(shí)，相位同步功能動(dòng)作。因?yàn)樗鱿到y(tǒng)電壓的α項(xiàng)Vα與系統(tǒng)電壓的U項(xiàng)一致，所以為使所述Vα與定子電壓U相Vgu的相位一致，而利用該差分。
現(xiàn)在，設(shè)系統(tǒng)電壓和定子電壓的振幅與Vgpk一致，并設(shè)系統(tǒng)電壓的角頻率為ω0，定子電壓的角頻率為ω1，相位差為dTH，時(shí)間為t，用絕對(duì)值運(yùn)算器abs根據(jù)(式9)來計(jì)算其差分的絕對(duì)值A(chǔ)BSDV。
數(shù)學(xué)式9ABSDV＝Vα-Vgu＝Vgpk×sin(ω0·t)-Vgpk×sin(ω1·t+dTH)……(式9)這里，從系統(tǒng)電壓相位THs減去旋轉(zhuǎn)相位TH來求得所述勵(lì)磁相位THr，叫做所謂的轉(zhuǎn)差頻率。因此，電力變換器INV按相位信號(hào)THr的相位勵(lì)磁時(shí)，定子的角頻率ω1就成為系統(tǒng)電壓的角頻率ω0，勵(lì)磁相位運(yùn)算自動(dòng)地使頻率一致(ω0＝ω1)。因此，如果先使電壓振幅一致，則所不同的就成為相位。
這里，如果電壓振幅一致，(式9)就可以用(式10)來改寫。
數(shù)學(xué)式10ABSDV＝Vgpk×sin(dTH)……(式10)(但是，電壓振幅同步后)這里，角度變換器僅側(cè)出系統(tǒng)頻率的1周期間(式10)的最大值，再除以Vgpk來進(jìn)行歸一化，用(式11)計(jì)算相位差運(yùn)算值DTH，然后輸出。
數(shù)學(xué)式11DTH＝ABSDV/Vgpk＝sin(dTH)……(式11)(但是，電壓振幅同步后)在相位差dTH很小時(shí)，(式11)可以用(式12)來近似。
數(shù)學(xué)式12DTHdTH……(式12)圖4示出的是縱軸為用(式11)求出來的檢測相位差DTH、橫軸為按照(式12)求出來的值所描繪結(jié)果。如圖4所示，在相位差小的情況下，例如橫軸小于45°的情況下，用(式11)求得的值與用(式12)求得的值大體一致，如果相位差大，雖然(式12)的誤差大，但是相位差的符號(hào)不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。
這樣得到的相位差DTH在電壓振幅一致時(shí)誤差小，但是由于不一致時(shí)有誤差，所以為了在產(chǎn)生了誤差也使相位同步，就判定系統(tǒng)電壓的α項(xiàng)Vα跨零時(shí)的定子電壓Vgu的符號(hào)，再用乘法器202將該符號(hào)乘相位差DTH。
雖然所述乘法器202的輸出是相位差，但是由于原樣將該相位差作為相位修正值LTH輸出的話，發(fā)電機(jī)Gen的定子電壓的相位急劇變化，所以將相位差檢測值DTH輸入帶限幅器的積分器201，而把積分器201的輸出作為相位修正值LTH進(jìn)行輸出。
所述帶限幅器的積分器201的輸入首先由限幅器LMT限幅，再由積分器201將其值積分起來，所以，能夠防止定子電壓的相位急劇變化。另外，將同步成功時(shí)的積分值用作第二次以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的初始值。
在所述檢測相位差DTH處于以0為中心的規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，相位同步判定器把FLG-TH輸出為“1”，除此之外，輸出為“0”。時(shí)限附加器DLY等待相位同步判定器CMPTH的輸出FLG-TH的“1”連續(xù)起來經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間之后，將同步信號(hào)SYN送到圖3中的系統(tǒng)控制器SYS。所述系統(tǒng)控制器SYS一旦接收到同步信號(hào)SYN，就輸出使所述切換器SW和電磁接觸器CTT1動(dòng)作的信號(hào)Sg0、Sg1。
圖5表示的是圖2和圖3的直到電壓同步為止的動(dòng)作波形。圖5中，運(yùn)轉(zhuǎn)開始時(shí)(時(shí)間t＝0)，電磁接觸器CTT1打開，為僅耦聯(lián)用的電力變換器CNV動(dòng)作的狀態(tài)。此后，為了使系統(tǒng)電壓的振幅一致，在相位同步之前先使定子電壓一致。一旦定子電壓的幅值與系統(tǒng)電壓的幅值大體一致，接下來就改變定子電壓的相位來減小相位差。一旦相位大體一致并輸出同步判定標(biāo)志SYN，系統(tǒng)控制器SYS就把控制切換信號(hào)Sg0送到切換器SW，同時(shí)把關(guān)閉指令輸出到電磁接觸器CTT1。
實(shí)施例2本實(shí)施例除實(shí)施例1的同步控制器SYNC是圖6的構(gòu)成之外，其他與實(shí)施例1一樣。如圖6所示，本實(shí)施例中，為了求出電壓的振幅和相位，用離散時(shí)間的傅立葉變換601a、601b將系統(tǒng)頻率(50/60Hz)作為基波分量，計(jì)算基波分量，僅對(duì)于基波分量把相位和幅值用于判定。因此，由于用本實(shí)施例可以個(gè)別地檢測出電壓振幅和相位，所以能夠與電壓的振幅調(diào)節(jié)并行地調(diào)整電壓相位。
這樣，由于使系統(tǒng)電壓與定子電壓同步，所以能夠?qū)Χㄗ与妷旱?相電壓短時(shí)間與系統(tǒng)電壓的振幅和相位同步。因此，按照本實(shí)施例，也能夠削減定子側(cè)的電壓傳感器，同時(shí)由于主動(dòng)地使電壓同步而能夠縮短同步投入到系統(tǒng)之前的啟動(dòng)時(shí)間。
與實(shí)施例1一樣，由于對(duì)相位修正值設(shè)置有限幅器，所以能夠防止定子電壓的相位急劇變化，另外由于把同步成功時(shí)的積分值用作第二次以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的初始值，所以，能夠自動(dòng)修正轉(zhuǎn)子位置傳感器的初始值，且能夠在第二次以后把規(guī)定值用作初始值，從而縮短了啟動(dòng)時(shí)間，同時(shí)即使因傳感器的維護(hù)使初始相位偏離，也能夠自動(dòng)進(jìn)行修正，所以容易進(jìn)行保養(yǎng)管理；能夠從二次勵(lì)磁開始1秒鐘內(nèi)就完成系統(tǒng)電壓與定子側(cè)的電壓的同步以上，按照本發(fā)明，由于能夠容易地將二次勵(lì)磁型的發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)耦聯(lián)到系統(tǒng)中，所以除風(fēng)力發(fā)電之外，即使在各種動(dòng)力源的發(fā)電機(jī)(水力發(fā)電機(jī)、汽論發(fā)電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)等)耦聯(lián)的情況下同樣都能適用。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電裝置，具備配置在二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的定子側(cè)的系統(tǒng)耦聯(lián)用的開閉裝置和使該二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的次級(jí)線圈勵(lì)磁的電力變換器，將該二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與風(fēng)車連接起來發(fā)電；其特征在于，具有檢測該開閉裝置的所述發(fā)電機(jī)的定子側(cè)的電壓的裝置、檢測所述開閉裝置的系統(tǒng)側(cè)的電壓的裝置、檢測所述二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)相位的裝置、從該系統(tǒng)電壓和該旋轉(zhuǎn)相位求出所述電力變換器從次級(jí)側(cè)進(jìn)行勵(lì)磁的轉(zhuǎn)差頻率的裝置、在所述開閉裝置打開時(shí)用來使從次級(jí)側(cè)勵(lì)磁產(chǎn)生的所述定子側(cè)電壓與所述系統(tǒng)電壓同步的、將所述系統(tǒng)電壓與所述定子電壓的振幅差調(diào)整小的裝置、和減小所述系統(tǒng)電壓與所述定子電壓的相位差的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)是3相交流電力發(fā)電機(jī)，所述檢測開閉裝置的所述發(fā)電機(jī)的定子側(cè)的電壓的裝置是檢測定子側(cè)電壓的1相的裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述減小系統(tǒng)電壓與定子電壓的相位差的裝置具有將計(jì)算出來的修正相位值用作第二次以后的同步時(shí)的初始值的裝置。
4.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，具有先使所述系統(tǒng)電壓與定子側(cè)電壓的振幅同步然后使其相位同步的裝置。
5.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，具有使所述系統(tǒng)電壓與定子側(cè)電壓的振幅和相位并行同步的裝置。
6.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述減小系統(tǒng)電壓與定子電壓的相位差的裝置具有將計(jì)算出來的修正相位值用作第二次以后的同步時(shí)的初始值的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，具有先使所述系統(tǒng)電壓與定子側(cè)的電壓的振幅同步然后使其相位同步的裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，具有使所述系統(tǒng)電壓與定子側(cè)電壓的振幅和相位并行同步的裝置。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供容易向電力系統(tǒng)同步投入的使用二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電裝置。為了縮短向二次勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)電壓的同步投入之前的時(shí)間，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置用定子電壓的1相電壓計(jì)算與系統(tǒng)電壓的相位差和電壓幅值，為縮小各偏差，而使系統(tǒng)電壓與定子電壓的振幅和相位都同步，先使振幅同步然后使相位同步或者使振幅和相位并行同步，進(jìn)而在第二次以后的同步時(shí)把同步時(shí)計(jì)算出來的修正相位值用作初始值。
文檔編號(hào)H02P9/00GK1638261SQ20051000051
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月8日
發(fā)明者一瀨雅哉, 二見基生, 酒井洋滿 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所