特開 2024-42586 電力変換装置および発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024042586

(43)【公開日】2024-03-28

(54)【発明の名称】電力変換装置および発電システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/00 20060101AFI20240321BHJP

   H02M 7/06 20060101ALI20240321BHJP

   H02P 103/10 20150101ALN20240321BHJP

【ＦＩ】

H02P9/00 E

H02M7/06 Z

H02P103:10

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022147398

(22)【出願日】2022-09-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111121

【弁理士】

【氏名又は名称】原 拓実

(74)【代理人】

【識別番号】100118474

【弁理士】

【氏名又は名称】寺脇 秀▲徳▼

(74)【代理人】

【識別番号】100141911

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 譲

(72)【発明者】

【氏名】児山 裕史

(72)【発明者】

【氏名】金田 大成

(72)【発明者】

【氏名】石月 照之

(72)【発明者】

【氏名】森 淳二

【テーマコード（参考）】

5H006

5H590

【Ｆターム（参考）】

5H006AA03

5H006BB05

5H006CC02

5H006DB01

5H590AA21

5H590CA12

5H590CA14

5H590CC10

5H590CC18

5H590CD01

5H590CD03

5H590CE01

5H590DD43

5H590FA08

5H590FC27

5H590GA02

5H590GA07

5H590JA02

(57)【要約】

【課題】無効電力を出力するまでの時間を短縮し、無効電力の出力応答を向上させる電力変換装置および発電システムを提供することである。
【解決手段】実施形態の電力変換装置は、インバータの直流側端子が接続される直流リンク部に、直流側端子が接続される発電システムのコンバータと、前記コンバータの無効電力指令最大値が前記発電システムの無効電力指令値以上の場合には、前記発電システムの無効電力指令値を前記コンバータの無効電力指令値として与え、前記コンバータのみから無効電力を出力させる制御装置と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータの直流側端子が接続される直流リンク部に、直流側端子が接続される発電システムのコンバータと、
前記コンバータの無効電力指令最大値が前記発電システムの無効電力指令値以上の場合には、前記発電システムの無効電力指令値を前記コンバータの無効電力指令値として与え、前記コンバータのみから無効電力を出力させる制御装置と、
を備える電力変換装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記コンバータの出力電流最大値および前記コンバータの有効電流指令値に基づいて前記コンバータの無効電流指令最大値を算出し、前記無効電流指令最大値および前記コンバータの出力電圧に基づいて前記コンバータの無効電力指令最大値を算出し、前記コンバータの無効電力指令最大値が前記発電システムの無効電力指令値以上の場合、前記発電システムの無効電力指令値を前記コンバータの無効電力指令値として与える請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記無効電力を出力している期間に、前記インバータに接続される誘導発電動機の回転子を停止させる期間を設ける請求項１または２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記発電システムは回転体、前記インバータに接続される誘導発電動機、および変圧器と前記誘導発電機との間を遮断する遮断器を備え、
前記制御装置は、前記無効電力を出力している期間に、誘導発電動機から無効電力を出力するための準備として、前記誘導発電機の回転子および前記回転体の所定の速度での回転、前記遮断器の閉極、および前記回転体に流入する水量の調整の少なくとも一つを実行させるように制御する請求項１または２に記載の電力変換装置。

【請求項5】

誘導発電動機に接続されるインバータの直流側端子が接続される直流リンク部に、直流側端子が接続される発電システムのコンバータと、
前記発電システムの無効電力指令値が時間で変動する場合には、前記コンバータに時間で変動する前記コンバータの無効電力指令値を与えるとともに、前記インバータに時間で変動しない前記誘導発電動機の無効電力指令値を与えることで、前記発電システムの無効電流指令値を前記コンバータの無効電力指令値および前記誘導発電動機の無効電力指令値の合計として与える制御装置と、
を備える電力変換装置。

【請求項6】

誘導発電動機に接続されるインバータの直流側端子が接続される直流リンク部に、直流側端子が接続される発電システムのコンバータと、
前記発電システムの無効電力指令値を所定の割合で前記コンバータの無効電流指令値および前記誘導発電動機の無効電力指令値に割り当てて与えることで、前記発電システムの無効電流指令値を前記コンバータの無効電力指令値および前記誘導発電動機の無効電力指令値の合計として与える制御装置と、
を備える電力変換装置。

【請求項7】

前記制御装置は、前記発電システムの無効電力指令値のうち所定よりも高い周波数の成分を前記コンバータの無効電力指令値として与え、前記発電システムの無効電力指令値のうち所定よりも低い周波数の成分を前記誘導発電動機の無効電力指令値として与える請求項６に記載の電力変換装置。

【請求項8】

請求項１、５、または６いずれかに記載の電力変換装置を備える発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換装置および発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

誘導発電動機の二次励磁変換器として使用される一般的な電力変換装置は、インバータおよびコンバータを備える。このような電力変換装置では、無効電力を電力系統に出力することで系統電圧を調整することができる。無効電力を電力系統に出力する際は、インバータは誘導発電動機に励磁電流を供給し、誘導発電動機の回転子は回転し、コンバータはインバータの直流電圧を維持するように動作する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１８７１５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したように構成された電力変換装置において、電力系統へ無効電力を供給する場合、誘導発電動機の回転子を所定の速度まで回転させるのに時間がかかり、系統電圧を調整するための無効電力の出力応答が低下する可能性がある。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、無効電力を出力するまでの時間を短縮し、無効電力の出力応答を向上させる電力変換装置および発電システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、実施形態の電力変換装置は、インバータの直流側端子が接続される直流リンク部に、直流側端子が接続される発電システムのコンバータと、前記コンバータの無効電力指令最大値が前記発電システムの無効電力指令値以上の場合には、前記発電システムの無効電力指令値を前記コンバータの無効電力指令値として与え、前記コンバータのみから無効電力を出力させる制御装置と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態に係る発電システムの構成を示す図。

【図2】第１実施形態に係る発電システムからの無効電力出力の概略を示す図。

【図3】第１実施形態に係る発電システムのコンバータからの無効電力出力の概略を示す図。

【図4】第１実施形態に係る制御装置による制御フローを示すフローチャート。

【図5】第１実施形態の変形例に係る制御装置による制御フローを示すフローチャート。

【図6】第１実施形態の変形例に係る制御装置による制御フローを示すフローチャート。

【図7】第１実施形態の変形例に係る制御装置による制御フローを示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。

【0009】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る発電システム１の構成を示す図である。発電システム１は、電力変換装置１０と、制御装置２０と、誘導発電動機３０と、第１変圧器４０と、第１遮断器５０と、第２遮断器６０と、を備える。

【0010】

電力変換装置１０は、誘導発電動機３０の二次励磁変換装置であり、コンバータ１２と、インバータ１４と、コンデンサ１６と、第２変圧器１８とを備える。

【0011】

コンバータ１２は、交流側端子が後述の第２変圧器１８に、直流側端子が後述のコンデンサ１６にそれぞれ接続され、この交流側端子は第２変圧器１８および後述の第１変圧器４０を介して電力系統に接続されている。コンバータ１２には、第１変圧器４０および第２変圧器１８を介して電力系統から電力が供給される。コンバータ１２は、コンデンサ１６の電圧を所定の値に保つよう動作する。

【0012】

インバータ１４は、交流側端子が後述の誘導発電動機３０の回転子巻線である二次励磁巻線に、直流側端子が後述のコンデンサ１６にそれぞれ接続されているインバータ１４である。インバータ１４は、誘導発電動機３０の二次励磁巻線に電力を供給して誘導発電動機３０を励磁する。

【0013】

コンデンサ１６は、インバータ１４の直流側端子とコンバータ１２の直流側端子とに接続されており、これらコンバータ１２とインバータ１４との共通の直流リンク部である。

【0014】

第２変圧器１８は、コンバータ１２と後述の第１変圧器４０との間に設けられる。電力系統とコンバータ１２との間は、これら第２変圧器１８および第１変圧器４０を介して電流が流れる。

【0015】

誘導発電動機３０は、三相誘導発電動機であり、回転子が可変速揚水発電用の水車３２に接続されている。誘導発電動機３０の固定子巻線は後述の第１変圧器４０を介して電力系統に、二次励磁巻線はインバータ１４にそれぞれ接続されている。なお、誘導発電動機３０は、水車３２ではなく例えば風力発電用の風車等に接続されても良く、回転体に接続されていれば良い。以降の説明では、誘導発電動機３０の回転子を回転させることを、単に誘導発電動機３０を回転させるとも記載する。

【0016】

制御装置２０は、例えばＣＰＵ、記憶装置等からなるコンピュータ装置により実現される。制御装置２０は、発電システム１に接続され、指令を出力することで発電システム１の各種機器を制御する。制御装置２０による制御の詳細な説明は後述する。

【0017】

第１変圧器４０は、電力系統と誘導発電動機３０との間、かつ電力系統と第２変圧器１８との間に設けられる。

【0018】

第１遮断器５０は、電力系統と第１変圧器４０との間に設けられ、開極して電力系統と第１変圧器４０との間の電流を止めることができる。第２遮断器６０は、第１変圧器４０と誘導発電動機３０との間に設けられ、開極して第１変圧器４０と誘導発電動機３０との間の電流を止めることができる。

【0019】

次に、電力系統に発電システム１が無効電力Ｑを出力する場合について説明する。本実施形態では、図２に示すように、コンバータ１２が無効電力Ｑｃを電力系統に出力し、誘導発電動機３０が無効電力Ｑｓを電力系統に出力し、発電システム１としてそれらの合計である無効電力Ｑを電力系統に出力している。つまり、以下の式（１）が成り立つ。

【0020】

Ｑ＝Ｑｃ＋Ｑｓ …（１）

【0021】

ここで、制御装置２０による演算と制御について説明する。制御装置２０は、無効電力指令値Ｑｃｒをコンバータ１２に与えることにより、コンバータ１２から無効電力Ｑｃを出力させる。同様に、制御装置２０は、誘導発電動機３０が無効電力Ｑｓを出力するような無効電力指令値Ｑｓｒをインバータ１４に与えることにより、誘導発電動機３０から無効電力Ｑｓを出力させる。

【0022】

コンバータ１２が出力できる電力の範囲は、ｄ軸とｑ軸（ｄ軸に直交する軸）を用いた回転座標系で表される。コンバータ１２の出力電流Ｉｃは、出力電流最大値Ｉｃｍの範囲で出力する。直流電圧維持に必要な有効電流Ｉｃｄがｄ軸上のベクトルＩｃｄで表される場合、出力可能な無効電流Ｉｃｑはｑ軸に平行なベクトルＩｃｑで表される。このとき、コンバータ１２の無効電流指令最大値Ｉｃｑｒｍは以下の式（２）で算出される。

【0023】

（Ｉｃｑｒｍ）^２＝（Ｉｃｍ）^２―（Ｉｃｄｒ）^２ …式（２）

【0024】

また、コンバータ１２の有効電流指令値Ｉｃｄｒ、コンバータ１２の無効電流指令最大値Ｉｃｑｒｍ、コンバータ１２の有効電圧指令値Ｖｃｄｒ、およびコンバータ１２の無効電圧指令値Ｖｃｑｒから、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが以下の式（３）のように算出される。

【0025】

Ｑｃｒｍ＝Ｖｃｑｒ×Ｉｃｄｒ―Ｖｃｄｒ×Ｉｃｑｒｍ …式（３）

【0026】

コンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒは、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒを超えてはならない。したがって、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが無効電力指令値Ｑｒを超える場合、制御装置２０はコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒを－Ｑｒ以上Ｑｒ以下の範囲に入るように算出する。このとき、コンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒを発電システム１の無効電力指令値Ｑｒと等しくすることで、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒをコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒとしても良い。

【0027】

ここで、誘導発電動機３０の無効電力指令値Ｑｓｒは、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒからコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒを差し引いた値とすれば良く、以下の式（４）が成り立つ。

【0028】

Ｑｓｒ＝Ｑｒ－Ｑｃｒ …式（４）

【0029】

制御装置２０は、算出したコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒをコンバータ１２に与え、誘導発電動機３０の無効電力指令値Ｑｓｒをインバータ１４に与えることで、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒをそれらの合計として与える。発電システム１は、図２に示すように、制御装置２０からの指令に従って無効電力Ｑを電力系統に出力する。

【0030】

なお、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒとコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒとが等しい場合は、式（４）の演算によって誘導発電動機３０の無効電力指令値Ｑｓｒはゼロとなる。このとき、制御装置２０は、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒをコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒとして与える。つまり、発電システム１は、図３に示すようにコンバータ１２からの無効電力Ｑｃのみで発電システム１としての無効電力Ｑを電力系統に供給する。

【0031】

なお、制御装置２０の演算において、コンバータ１２の有効電圧指令値Ｖｃｄｒと無効電圧指令値Ｖｃｑｒに変えて、コンバータ１２の有効電圧出力値Ｖｃｄと無効電圧出力値Ｖｃｑを用いても良い。

【0032】

次に、図４を参照して、発電システム１から電力系統に無効電力を供給する際の制御装置２０による制御フローについて説明する。

【0033】

まず、管理者が制御装置２０に、発電システム１から電力系統へ無効電力Ｑを出力する無効電力指令値Ｑｒを入力する（ステップＳ１００）。

【0034】

次に、制御装置２０が、コンバータ１２の出力電流最大値Ｉｃｍの二乗から有効電流指令値Ｉｃｄｒの二乗を減算した偏差を算出し、この偏差の平方根をコンバータ１２の無効電流指令最大値Ｉｃｑｒｍとして算出する（ステップＳ１０２）。コンバータ１２の出力電流最大値Ｉｃｍは、設計上の任意の値である。ステップＳ１０２における演算は、式（２）に対応する。

【0035】

次に、制御装置２０が、コンバータ１２の無効電流指令値Ｉｃｑｒｍにコンバータ１２の有効電圧指令値Ｖｃｄｒを乗じた値から、コンバータ１２の有効電流指令値Ｉｃｄｒにコンバータ１２の無効電圧指令値Ｖｃｑｒを乗じた値を減算した偏差を、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍとして算出する（ステップＳ１０４）。このステップＳ１０４における演算は、式（３）に対応する。

【0036】

次に、制御装置２０が、ステップＳ１０４で出力したコンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍと発電システム１の無効電力指令値Ｑｒとを比較する（ステップＳ１０６）。コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが発電システム１の無効電力指令値Ｑｒ以上の場合（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、無効電力指令値Ｑｒをコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒとして算出する（ステップＳ１０８）。

【0037】

ステップＳ１０８の後、制御装置２０が、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒをコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒとしてコンバータ１２に与え、コンバータ１２から無効電力Ｑｃを出力させる（ステップＳ１１０）。

【0038】

一方、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが発電システム１の無効電力指令値Ｑｒ未満の場合（ステップＳ１０６のＮＯ）、この無効電力指令最大値Ｑｃｒｍをコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒとして算出する（ステップＳ１１２）。

【0039】

ステップＳ１１２の後、制御装置２０が、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒから、コンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒを減算した偏差を誘導発電動機３０の無効電力指令値Ｑｓｒとして算出する（ステップＳ１１４）。このステップにおける演算は、式（４）に対応する。

【0040】

ステップＳ１１４の後、制御装置２０が、コンバータ１２に無効電力指令値Ｑｃｒを、インバータ１４に無効電力指令値Ｑｓｒをそれぞれ与えることで、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒをこれらの合計として与える。そして、制御装置２０は、これら指令に従ってコンバータ１２から無効電力Ｑｃを、誘導発電動機３０から無効電力Ｑｓを出力させることで、これらの合計を発電システム１から電力系統への無効電力Ｑとして出力させる（ステップＳ１１６）。

【0041】

次に、ステップＳ１１０またはステップＳ１１６の後、制御装置２０が、管理者からの無効電力指令値Ｑｒの入力がないかどうかを判定する（ステップＳ１１８）。出力指令がない場合（ステップＳ１１８のＹＥＳ）は、制御装置２０がコンバータ１２および誘導発電動機３０に無効電力の出力を停止する指令を送信し、コンバータ１２および誘導発電動機３０は無効電力の出力を停止する（ステップＳ１２０）。出力指令があった場合（ステップＳ１１８のＮＯ）は、ステップＳ１０２に戻りその出力指令に従った制御を行う。ここで、出力指令とは、ステップＳ１００で入力された無効電力Ｑを継続して出力する指令でも良く、無効電力Ｑとは違う値の無効電力を出力する指令でも良い。

【0042】

なお、ステップＳ１１０において、コンバータ１２の無効電力Ｑｃのみで発電システム１としての無効電力Ｑを出力するように制御装置２０からコンバータ１２へ指令を与えた場合は、このステップＳ１１０で、第２遮断器６０を開極する指令を制御装置２０から第１遮断器５０に与えて第２遮断器６０を開極しても良い。つまり、ステップＳ１１０において、第２遮断器６０を開極した状態でコンバータ１２から無効電力Ｑｃを電力系統に供給しても良い。

【0043】

なお、ステップＳ１００において、時間によって変化する無効電力Ｑを出力する指令が制御装置２０に入力された場合、無効電力Ｑの時間変化を考慮してステップＳ１０２以降の処理をしても良い。例えば、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが発電システム１の無効電力指令値Ｑｒ以上の期間（ステップＳ１０６のＹＥＳ）と、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが発電システム１の無効電力指令値Ｑｒ未満の期間（ステップＳ１０６のＮＯ）とが含まれている場合がある。この場合、コンバータ１２の無効電力Ｑｃのみで出力する期間（ステップＳ１１０）に、誘導発電動機３０から無効電力Ｑｓを出力させる（ステップＳ１１６）ための準備として、例えば制御装置２０が、誘導発電動機３０の回転子および水車３２を所定の速度まで回転させる、第２遮断器６０を閉極させる、または水車３２内に流入する水量を調整する等の制御を実行しても良い。これにより、コンバータ１２の無効電力Ｑｃを出力しながら誘導発電動機３０の無効電力Ｑｓを出力する準備を完了させるので、無効電力Ｑをコンバータ１２から早く出力し始めることができる。また、誘導発電動機３０から無効電力Ｑｓを出力する場合、無効電力指令値Ｑｒを受けてから無効電力Ｑｓを出力するまでの時間を短縮することができる。したがって、無効電力Ｑの出力応答を向上させることができる。

【0044】

なお、コンバータ１２の無効電力Ｑｃのみで無効電力Ｑを出力する場合（ステップＳ１１０）で、誘導発電動機３０から無効電力Ｑｓを出力する準備が不要の場合は、制御装置２０が水車３２および誘導発電動機３０を停止させる期間を設けても良い。これにより、水車３２および誘導発電動機３０を回転させることによる機械損失を無くすことができる。

【0045】

なお、ステップＳ１０６の変形例として、ステップＳ１００において時間によって変化する無効電力Ｑを出力する指令が制御装置２０に入力された場合に、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが発電システム１の無効電力指令値Ｑｒ以上の期間のみを含む場合をステップＳ１０６のＹＥＳとし、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが発電システム１の無効電力指令値Ｑｒ以上の期間と、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが発電システム１の無効電力指令値Ｑｒ未満の期間とを含む場合をステップＳ１０６のＮＯとしても良い。これにより、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが発電システム１の無効電力指令値Ｑｒ以上の期間に誘導発電動機３０から無効電力Ｑｓを出力し始めるので、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが発電システム１の無効電力指令値Ｑｒ未満になる期間に誘導発電動機３０からの無効電力Ｑｓの出力に失敗し、無効電力Ｑを出力できなくなることを防ぐことができる。したがって、無効電力指令値Ｑｒの変動に対する無効電力Ｑの出力応答を向上できる。

【0046】

なお、ステップＳ１０６は、ステップＳ１００における発電システム１の無効電力指令値Ｑｒの値によらず、常にＮＯに進んでも良い。

【0047】

以上説明した本実施形態によれば、発電システム１から電力系統に無効電力Ｑを出力する際に、コンバータ１２の無効電力Ｑｃのみで電力システムの無効電力Ｑを出力できる場合は、コンバータ１２のみから無効電力Ｑｃを無効電力Ｑとして出力する。また、このとき誘導発電動機３０および水車３２の回転を停止する。これにより、誘導発電動機３０および水車３２の回転による機械損失を無くすことができる。また、コンバータ１２のみから無効電力Ｑｃを出力するので、無効電力Ｑを出力するために誘導発電動機３０および水車３２を所定の速度まで回転させる等の準備が必要なく、無効電力Ｑを出力するまでの時間を短縮して無効電力Ｑの出力応答を向上させることができる。

【0048】

コンバータ１２および誘導発電動機３０から無効電力Ｑを出力する場合は、コンバータ１２のみで無効電力Ｑを出力している期間に、誘導発電動機３０から無効電力Ｑｓを出力するための準備をする。これにより、誘導発電動機３０の準備期間にも無効電力Ｑを出力でき、無効電力Ｑを出力するまでの時間を短縮して無効電力Ｑの出力応答を向上させることができる。

【0049】

ここで、コンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍが発電システム１の無効電力指令値Ｑｒ未満の場合（ステップＳ１０６のＮＯ）のステップＳ１１２からステップＳ１１４の変形例について説明する。なお、ステップＳ１００からステップＳ１１０、およびステップＳ１１４からステップＳ１２０は上述の説明と同様なため、詳細な説明を省略する。

【0050】

本実施形態の変形例として、図５に示すように、制御装置２０は、時間で変動する発電システム１の無効電力指令値Ｑｒのうち、誘導発電動機３０の無効電力指令値Ｑｓｒを一定の値とし、コンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒを時間で変動させるように制御しても良い。この変形例では、制御装置２０はステップＳ１０６の後、無効電力指令値Ｑｒのうち、時間で変動する成分をコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒとして算出する（ステップＳ２１２）。なお、制御装置２０は、コンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒを、無効電力指令最大値Ｑｃｒｍを超えない範囲で算出する。次に、制御装置２０は、式（４）に基づいて、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒのうち、時間に限らず出力される一定値の成分を、誘導発電動機３０の無効電力指令値Ｑｓｒとして算出する（ステップＳ２１４）。ステップＳ２１４の後、ステップＳ１１６に進む。なお、このステップＳ２１２およびＳ２１４はこの順でなくても良く、ステップＳ２１４を先に処理しても良いし、同時に処理しても良い。この変形例により、本実施形態と同様の効果に加えて、早い出力応答に対応できるコンバータ１２が無効電力指令値Ｑｒの時間変動に対応するので、無効電力Ｑの応答を向上させることができる。

【0051】

本実施形態の別の変形例として、図６に示すように、制御装置２０は、発電システムの無効電力指令値Ｑｒを、所定の割合でコンバータ１２および誘導発電動機３０に割り当てて無効電力Ｑを出力しても良い。この変形例では、制御装置２０はステップＳ１０６の後、無効電力指令値Ｑｒに任意の定数Ｋ（０＜Ｋ＜１）を乗算した値をコンバータ１２の無効電流指令値Ｑｃｒとして算出する（ステップＳ３１２）。このとき、制御装置２０は、算出したＫＱｃｒとコンバータ１２の無効電力指令最大値Ｑｃｒｍとを比較し、ＫＱｒが無効電力指令最大値Ｑｃｒｍを超えないように、係数Ｋを決定する。つまり、制御装置２０は、コンバータ１２がＫＱｒを出力できる範囲内でＫを決定し、このＫＱｃｒをコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒとして算出するので、式（５）が成立する。

【0052】

Ｑｃｒ＝ＫＱｒ …式（５）

【0053】

この場合、式（４）および式（５）から、誘導発電動機３０の無効電力指令値Ｑｓｒを表す式（６）が成立する。

【0054】

Ｑｓｒ＝（１－Ｋ）Ｑｒ …式（６）

【0055】

次に、制御装置２０は、式（６）に基づいて誘導発電動機３０の無効電力指令値Ｑｓｒを算出する（ステップＳ３１４）。ステップＳ３１４の後、ステップＳ１１６に進む。この変形例によって、発電システム１の無効電力指令値Ｑｒから、コンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒを先に決定することができる。したがって、コンバータ１２の無効電力Ｑｃを任意に量に調整しつつ無効電力Ｑを出力でき、本実施形態と同様の効果が得られる。

【0056】

本実施形態の別の変形例として、図７に示すように、制御装置２０は、無効電力Ｑのうち高い周波数成分をコンバータ１２から、低い周波数成分を誘導発電動機３０から出力させるように、無効電流指令値Ｑｒの周波数成分に基づいて制御しても良い。この変形例では、制御装置２０はステップＳ１０６の後、発電システム１の無効電流指令値Ｑｒのうち所定の周波数よりも高い成分をコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒとして算出する（ステップＳ４１２）。次に、制御装置２０は、発電システム１の無効電流指令値Ｑｒのうち所定の周波数よりも低い成分を誘導発電動機３０の無効電流指令値Ｑｓｒとして算出する（ステップＳ４１４）。ステップＳ４１４の後、ステップＳ１１６に進む。なお、この変形例における発電システム１は、無効電流指令値Ｑｒのうち所定よりも低い周波数成分を抽出して出力するローパスフィルタ（図示省略）を備えても良い。なお、これらステップＳ４１２およびＳ４１４では、上述したステップＳ３１２およびＳ３１４と同様に、式（５）および式（６）を用いてコンバータ１２の無効電力指令値Ｑｃｒおよび誘導発電動機３０の無効電力指令値Ｑｓｒを算出して良い。無効電流指令値Ｑｒの高周波成分は、無効電力指令値Ｑｒのうち早い変動応答成分である。コンバータ１２は誘導発電動機３０よりも早い出力応答に対応できるので、本実施形態と同様の効果に加えて、無効電力Ｑの出力応答を向上させることができる。

【0057】

なお、これら変形例は、本実施形態と同様の効果に加えて、コンバータ１２および誘導発電動機３０から発電システム１の無効電力Ｑを出力するので、誘導発電動機３０の無効電力Ｑｓは、誘導発電動機３０単独で出力する場合と比較してコンバータ１２の無効電力Ｑｃだけ低くなり、誘導発電動機３０の力率を向上させることができる。また、誘導発電動機３０から無効電力Ｑｓを出力する場合は、無効電力Ｑｓはインバータ１４を介して誘導発電動機３０から出力する。したがって、発電システム１の無効電力Ｑをコンバータ１２の無効電力Ｑｃおよび誘導発電動機３０の無効電力Ｑｓとして出力することにより、コンバータ１２およびインバータ１４に電流を分散して流すことができる。これにより、無効電力Ｑを誘導発電動機３０単独で出力する場合と比較して、電流によるインバータ１４の半導体素子の温度上昇を抑制することができ、この温度上昇に起因するインバータ１４の劣化・損傷を防ぐことができる。

【0058】

上述した種々の変形例は、任意に組み合わせても良いものとする。

【0059】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0060】

１…発電システム、１０…電力変換装置、１２…コンバータ、１４…インバータ、１６…コンデンサ、１８…第２変圧器、２０…制御装置、３０…誘導発電動機、３２…水車、４０…第１変圧器、５０…第１遮断器、６０…第２遮断器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】