專利名稱：電力供給裝置及方法
技術領域：
本發明涉及電力供給裝置及方法。
背景技術：
以往，已知有利用作為自然能量的風力進行發電的風力發電裝置。風力發電裝置例如設有在支柱上設置的機艙中安裝有風車旋轉葉片的旋翼頭；與該旋翼頭以一體旋轉的方式連結的主軸；將接受到風力而進行旋轉的主軸與風車旋轉葉片連結的增速機；被增速機的軸輸出驅動的發電機。在如此構成的風力發電裝置中，具備將風力轉換成旋轉力的風車旋轉葉片的旋翼頭及主軸進行旋轉而產生軸輸出，經由與主軸連結的增速機使轉速增加的軸輸出傳遞給發電機。因此，將風力轉換成旋轉力而得到的軸輸出作為發電機的驅動 源，能夠進行利用了風力作為發電機的動力的發電。專利文獻I :美國專利申請公開第2009/0230689號說明書為了使風力發電裝置動作，而需要控制油泵、潤滑油泵、換氣扇等輔機類，對此種輔機類的電力供給也成為重要的課題。例如，在專利文獻I中提出有一種在對發電機進行可變速控制的AC-DC-AC方式的風力發電裝置中，從DC環節(直流環節)向輔機供給電力的技術。
發明內容
然而，在上述專利文獻I的方法中，雖然從DC環節提供一個向輔機供給電力的路徑，但存在沒有冗余度的問題。本發明為了解決上述問題而作出，其目的在于提供一種能夠使輔機電源雙重化的電力供給裝置及方法。為了實現上述目的，本發明提供以下的方法。本發明的第一形態涉及一種電力供給裝置，適用于具備發電裝置和電力轉換部的發電系統，并向所述發電裝置的輔機供給電力，所述發電裝置利用自然能量進行發電，所述電力轉換部具有將從該發電裝置取得的交流電力轉換成直流電力的第一轉換器及將該直流電力轉換成與電力系統的頻率相適合的交流電力的第二轉換器，其中，所述電力供給裝置具備切換部，所述切換部分別與第一路徑、第二路徑和第三路徑連接，并且根據所述電力系統側的要求而對所述第三路徑與所述第一路徑之間的連接和所述第三路徑與所述第二路徑之間的連接進行切換，所述第一路徑是所述切換部經由將從該直流環節供給的直流電力轉換成交流電力的第三轉換器與所述第一轉換器和所述第二轉換器之間的直流環節連接的路徑，所述第二路徑是所述切換部與所述電力轉換部和所述電力系統之間連接的路徑，所述第三路徑是所述切換部與所述輔機側連接的路徑。根據該形態，利用自然能量而發電產生的交流電力通過第一轉換器轉換成直流電力，通過第二轉換器轉換成與電力系統的頻率相適合的交流電力。經由將從直流環節供給的直流電力轉換成交流電力的第三轉換器，通過將第一轉換器與第二轉換器之間的直流環節和切換部連接而形成第一路徑，通過將電力轉換器與電力系統之間和切換部連接而形成第二路徑，將切換部和輔機側連接而形成第三路徑。通過根據電力系統側的要求使切換部進行切換，而對第三路徑與第一路徑之間的連接和第三路徑與第二路徑之間的連接進行切換。如此，通過使切換部進行切換，而能夠從電力轉換器的直流環節或從電力轉換器與電力系統之間的線路供給向輔機供給的電力。由此，對于輔機的電力供給路徑成為多個，能夠使輔機電源具有冗余度。另外，例如，通過切換部的切換將第三路徑和第一路徑連接時，第二路徑不與第三路徑連接而不向輔機進行電力供給，因此能夠進行第二路徑上具備的斷路器、燈等的檢修作業。在上述形態中，也可以具備控制部，該控制部根據所述電力系統的狀況及所述直 流環節的狀況中的至少任一方來控制所述切換部。根據電力系統的狀況(例如系統頻率、電壓等)及直流環節的狀況(例如直流環節有無異常)中的至少任一種狀況來控制切換部，因此，例如在電力系統的頻率不穩定時，能夠使切換部進行切換以從直流環節側向輔機進行電力供給，而在直流環節側存在異常時，能夠進行使切換部進行切換等控制以從電力系統側向輔機進行電力供給，從而能夠使輔機持續運轉。在上述結構中，優選的是，當預測到所述電力系統側的頻率及電壓中的至少任一方發生規定值以上的變動時，所述控制部使所述切換部進行同步切換，而使第三路徑與第
一路徑連接。如此，當預測到規定值以上的電力系統側的頻率變動、電壓變動時，進行同步切換，將第三路徑和第一路徑連接。例如，從氣象信息預測到發生雷等情況，伴隨于此預測到產生電力系統側的頻率變動、電壓變動的情況時，通過從直流環節進行向輔機的電力供給，而能夠與電力系統的狀態變化無關地使輔機持續運轉。而且，通過預測，在氣象信息發生變化之前從容地預先進行切換，因此能夠選擇同步切換，由此能夠進行不會瞬停的切換。在上述結構中，優選的是，通常運轉時，將所述第二路徑和所述第三路徑連接，當所述電力系統的頻率為作為容許變動范圍的第一規定范圍以上時，所述控制部對所述切換部進行控制，以使所述第一路徑和所述第三路徑連接。通常運轉時，將第二路徑和第三路徑連接，當電力系統的頻率的變動成為第一規定范圍以上時，進行切換以從電力轉換部的直流線路供給向輔機的電力。由此，例如，在系統頻率中存在雖然能夠使發電裝置運轉但輔機停止(成為發電裝置的運轉存在障礙的輔機的狀態)這樣的變動時，使切換部進行切換，從電力轉換部供給向輔機的電力，從而能夠使發電裝置運轉，并能夠使向輔機的電源供給持續，從而能夠防止輔機的停止。在此，通常運轉時表示不發生電力系統的頻率變動的情況下的運轉時。在上述結構中，優選的是，通常運轉時，將所述第二路徑和所述第三路徑連接，所述電力系統的頻率為范圍比作為容許變動范圍的第一規定范圍小的第二規定范圍以下時，所述控制部對所述切換部進行控制，以使所述第二路徑和所述第三路徑連接。即使在電力系統的頻率發生變動的情況下，在處于比第一規定范圍小的范圍的第二規定范圍以下時，向輔機的電力也從電力轉換部與電力系統之間供給。而且，將第二規定范圍設定成比第一規定范圍小的范圍，并使其具有滯后作用，由此能夠使切換的控制穩定化。在此，通常運轉時表示不發生電力系統的頻率變動的情況下(第二規定范圍以下)的運轉時。在上述結構中，優選的是，所述控制部計測所述電力系統的頻率的變動期間，并根據該變動期間來控制所述切換部。由于根據電力系統的頻率的變動期間(成為第一規定范圍以上的期間及稱為第二規定范圍以下的期間)來控制切換部，因此，例如能夠進行如下控制即使在存在電力系統的頻率變動的情況下，在變動瞬間收斂時不進行切換部的切換，而在變動持續規定時間(例如10秒)時進行切換部的切換。由此，能夠防止發生頻率變動的誤檢測等時的頻繁的切換，從而能夠提高切換控制的精度。在上述結構中，優選的是，通常運轉時，將所述第二路徑和所述第三路徑連接，所述電力系統的電壓為作為容許變動范圍的第三規定范圍以上時，所述控制部控制所述切換部，以使所述第一路徑和所述第三路徑連接。 電力系統的電壓的變動成為第三規定范圍以上時，進行切換以從電力轉換部的直流線路供給向輔機的電力。由此，例如，在系統電壓中存在雖然能夠使發電裝置運轉但輔機停止(成為發電裝置的運轉存在障礙的輔機的狀態)的變動時，使切換部進行切換，從電力轉換部供給向輔機的電力，從而能夠使發電裝置運轉并使向輔機的電源供給持續，能夠防止輔機的停止。在此，通常運轉時是指未發生電力系統的電壓變動的情況下的運轉時。在上述結構中，優選的是，通常運轉時，所述第二路徑和所述第三路徑連接，所述電力系統的電壓為范圍比作為容許變動范圍的第三規定范圍小的第四規定范圍以下時，所述控制部控制所述切換部，以使所述第二路徑與所述第三路徑連接。即使在電力系統的電壓發生變動的情況下，當處于比第三規定范圍小的范圍的第四規定范圍以下時，對于向輔機的電力，取代來自電力轉換部的供給，而從電力轉換部與電力系統之間供給。而且，通過將第四規定范圍設定成小于第三規定范圍的范圍并使其具有滯后作用，能夠使切換的控制穩定化。在此，通常運轉時是指不產生電力系統的電壓變動的情況下(第四規定范圍以下)的運轉時。在上述結構中，優選的是，所述控制部計測所述電力系統的電壓的變動期間，并根據該變動期間來控制所述切換部。由于根據成為第三規定范圍以上的期間及成為第四規定范圍以下的期間來控制切換部，因此例如能夠進行如下控制即使在存在電力系統的電壓變動的情況下，在變動瞬間收斂時也不進行切換部的切換，而是在變動持續規定時間(例如，10秒)時，進行切換部的切換。由此，能夠防止電壓變動的誤檢測等發生時的頻繁的切換，從而能夠提高切換控制的精度。在上述結構中，優選的是，通常運轉時，將所述第一路徑和所述第三路徑連接，所述控制部檢測到所述電力轉換部的直流環節存在異常時，控制所述切換部以將所述第二路徑和所述第三路徑連接。當電力轉換部的直流環節存在異常時，從電力系統側向輔機進行電力供給，因此能夠與直流環節的異常無關地進行向輔機的電力供給。在上述結構中，優選的是，由于檢測出所述電力轉換部的直流環節的異常而通過所述切換部使所述第二路徑和所述第三路徑連接后，如果檢測出所述直流環節沒有異常，則所述控制部控制所述切換部以使所述第一路徑和所述第三路徑連接。當檢測出電力轉換部的直流環節沒有異常時，能夠利用同步切換可靠地返回到從直流環節進行電力供給的連接，因此能夠與有無電力系統側的頻率、電壓變動無關地穩定地向輔機進行電力供給。在上述結構中，優選的是，所述輔機包含從所述切換部連接的第一輔機組和從所述電力轉換部與所述電力系統之間不經由所述切換部而連接的第二輔機組，所述第二輔機組中包含的所述輔機為即使在停止的情況下也不對所述發電裝置的運轉造成障礙的所述輔機，所述第一輔機組中包含的所述輔機為所述第二 輔機組以外的所述輔機。如此，將從直流環節進行電力供給的輔機限定為第一輔機組，將即使不進行電力供給也不對發電裝置的運轉造成障礙的第二輔機組從從直流環節進行電力供給的對象中排除，由此能夠減小第三轉換器。由此，與對全部的輔機從直流環節進行電力供給的情況相t匕，能夠以廉價的第三轉換器進行應對。在此，第一輔機組例如是控制油泵、潤滑油泵等需要常時運轉的輔機，第二輔機組是換氣扇、發電機用冷卻扇等進行間歇運轉的輔機。本發明的第二形態涉及一種電力供給方法，適用于具備發電裝置和電力轉換部的發電系統，并向所述發電裝置的輔機供給電力，所述發電裝置利用自然能量進行發電，所述電力轉換部具有將從該發電裝置取得的交流電力轉換成直流電力的第一轉換器及將該直流電力轉換成與電力系統的頻率相適合的交流電力的第二轉換器，其中，通過經由第三轉換器與所述直流環節連接而形成第一路徑，通過與所述電力轉換部和所述電力系統之間連接而形成第二路徑，通過與所述輔機側連接而形成第三路徑，并且根據所述電力系統側的要求而對所述第三路徑與所述第一路徑之間的連接和所述第三路徑與所述第二路徑之間的連接進行切換，其中，所述第三轉換器將從所述第一轉換器和所述第二轉換器之間的直流環節供給的直流電力轉換成交流電力。根據該形態，利用自然能量而發電產生的交流電力通過第一轉換器轉換成直流電力，通過第二轉換器轉換成適合電力系統的頻率的交流電力。經由將從直流環節供給的直流電力轉換成交流電力的第三轉換器，通過與第一轉換器和第二轉換器之間的直流環節連接而形成第一路徑，通過將電力轉換器和電力系統之間與切換部連接而形成第二路徑，將切換部和輔機連接而形成第三路徑。根據電力系統側的要求，對第三路徑與第一路徑之間的連接和第三路徑與第二路徑之間的連接進行切換。如此，通過對與輔機側的連接路徑進行切換，能夠從電力轉換器的直流環節或從電力轉換器與電力系統之間的線路供給向輔機供給的電力，因此對輔機的電力供給路徑成為多條，能夠使輔機電源具有冗余度。另外，例如將第三路徑和第一路徑連接時，第二路徑不與第三路徑連接而不進行向輔機的電力供給，因此能夠進行第二路徑上具備的斷路器、燈等的檢修作業。發明效果根據本發明，會起到能夠使輔機電源雙重化的效果。
圖I是表示本發明的第一實施方式的風力發電系統的簡要結構的圖。
圖2是表示本發明的第一實施方式的變形例I的風力發電系統的簡要結構的圖。圖3A是用于說明能夠應對無停電切換的切換部的圖。圖3B是用于說明能夠應對無停電切換的切換部的圖。圖3C是用于說明能夠應對無停電切換的切換部的圖。圖4是表示本發明的第二實施方式的風力發電系統的簡要結構的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發明的載荷測定裝置及方法的實施方式進行說明。〔第一實施方式〕在本實施方式中，將利用自然能量進行發電的發電裝置作為風力發電裝置進行說明。圖I是表示適用了本實施方式的電力供給裝置的風力發電系統10的簡要結構的框圖。如圖I所示，本實施方式的風力發電系統10具備風力發電裝置I及電力供給裝置9。風力發電裝置I具備風車葉片2、增速機3、發電機4、電力轉換部5、系統頻率傳感器6及輔機8。 在圖I中，風車葉片2安裝在未圖示的風車轉子上。在風車轉子的主軸上經由具有規定的變速比的增速機3連接有發電機4。發電機4經由電力轉換部5與電力系統7連接。從風車轉子的旋轉軸線方向吹到風車葉片2上的風的力被轉換成使風車轉子繞旋轉軸線旋轉的動力，該動力通過發電機4轉換成電氣能量。電力轉換部5具備發電機側逆變器(第一轉換器)11、直流環節12及電力系統側逆變器(第二轉換器)13，將從發電機側接受到的交流電力轉換成適合電力系統7的頻率的交流電力。發電機側逆變器11將發電機產生的交流電力轉換成直流電力，并將該直流電力向直流環節12輸出。電力系統側逆變器13將從直流環節12接受到的直流電力轉換成與電力系統7相同的頻率的交流電力，并將該交流電力輸出。
電力轉換部5還具有將從電力系統7接受到的交流電力轉換成適合發電機4的頻率的交流電力的功能。這種情況下，電力系統側逆變器13將交流電力轉換成直流電力，并將該直流電力向直流環節12輸出。發電機側逆變器11將從直流環節12接受到的直流電力轉換成適合發電機4的頻率的交流電力，并將該交流電力向發電機4供給。另外，將發電機4的輸出暫時轉換成直流而再次通過逆變器轉換成交流的電力轉換部5 (AC-DC-AC環節)與發電機4的定子側連接，進行速度控制等。系統頻率傳感器6計測電力系統7側的頻率，并將計測到的系統頻率的信息向電力供給裝置9輸出。輔機8是風力發電裝置I的運轉所需的設備，取得從電力供給裝置9供給的電力。電力供給裝置9具備輔機電力用逆變器(第三轉換器)14、切換部15及控制部16。輔機電力用逆變器14將從發電機側逆變器11與電力系統側逆變器13之間的直流環節12供給的直流電力轉換成交流電力。而且，輔機電力用逆變器14總是動作，使電力系統7側的電壓和相位同步。切換部15經由輔機電力用逆變器14，通過與直流環節12連接而形成第一路徑A，通過將電力轉換部5和電力系統7之間(例如，圖I的連接點X)連接而形成第二路徑B，通過與輔機8(或向輔機供給電力的輔機電源)連接而形成第三路徑C，根據電力系統7側的要求，對第三路徑C和第一路徑A之間的連接和第三路徑C與第二路徑B之間的連接進行切換。而且，在第二路徑B上設有斷路器或燈等。在本實施方式中，說明通常運轉時第二路徑B和第三路徑C連接的情況。在此，通常運轉時表示系統頻率、系統電壓為預定的范圍內的變動的情況。
另外，切換部15在使第一路徑A與第三路徑C連接時，將第二路徑B和第三路徑C切斷，在使第二路徑B和第三路徑C連接時，將第一路徑A和第三路徑切斷。由此，例如，通過切換部15的切換將第三路徑C和第一路徑A連接時，第二路徑B不與第三路徑C連接而不進行向輔機的電力供給，因此能夠進行第二路徑B上具備的斷路器或燈等的檢修作業。另外，將本實施方式的切換部15作為伴隨瞬停的切換裝置進行說明，但并不局限于此。將伴隨瞬停的切換裝置使用于切換部15時，優選在切換部15的下游側(即，輔機8偵D設置線路濾波器(噪聲濾波器)。由此，在對切換部15的連接進行切換時，能夠減少在輔機8側產生的噪聲。控制部16在電力系統7的頻率成為作為容許變動范圍的第一規定范圍以上時，控制切換部15以將第一路徑A和第三路徑C連接。控制部16也可以在電力系統7的頻率成為比作為容許變動范圍的第一規定范圍小的范圍的第二規定范圍以下時，控制切換部15以將第二路徑B和第三路徑C連接。如此，通過使上述第一規定范圍和第二規定范圍具有滯后作用，能夠防止頻繁地進行基于切換部15的切換，從而能夠使控制穩定。需要說明的是，上述頻率的第一規定范圍及第二規定范圍的變動范圍分別優選相對于額定值為+3%及-5%、或±2%以內。另外，控制部16也可以計測電力系統7的頻率的變動期間，并根據變動期間來控制切換部15。例如，設第一規定范圍為從0. 95pu至I. 03pu，系統頻率成為第一規定范圍以外的0. 95pu以下及I. 03pu以上的期間持續10秒時，控制部16控制切換部15以將第一路徑A和第三路徑C連接。或者，設第二規定范圍為從0. 95pu至I. 03pu,系統頻率成為第二規定范圍內的期間持續3秒以上時，控制部16控制切換部15以將第二路徑B和第三路徑C連接。需要說明的是，雖然省略了圖示，但在輔機電力用逆變器14與直流環節12之間插入有設備，該設備以控制雙向斷路器等輔機電力逆變器14與直流環節12之間的電流或電壓為目的。接下來，參照圖I說明本實施方式的風力發電系統10的作用。通常運轉時，切換部15將第二路徑B和第三路徑C連接，從電力轉換部5與電力系統7側之間的連接點X向輔機8供給交流電力。通過系統頻率傳感器6檢測出電力系統7側的頻率時，系統頻率的信息向電力供給裝置9輸出。在電力供給裝置9的控制部16中，判定電力系統7的頻率是否在作為容許變動范圍的第一規定范圍內，判定為在第一規定范圍外時，對切換部15輸出切換指令。切換部15取得切換指令時，將第一路徑A和第三路徑C連接。由此，來自發電機4側的電力經由直流環節12及輔機電力用逆變器14向輔機8供給。如此，在電力系統7側的系統頻率的變動成為容許范圍外時，將從電力系統7側向輔機8的電力供給切換成從電力轉換部5的直流環節12向輔機8的電力供給。由此，即使在電力系統7側發生異常而存在對輔機8的運轉造成異常的頻率的變動時，也能夠與電力系統7側的頻率變動無關地使輔機8持續運轉。另外，在控制部16中，判定電力系統7的頻率是否在作為容許變動范圍的第一規定范圍內(或第二規定范圍內)，判定為在第一規定范圍內(或第二規定范圍內)時，對切換部15輸出切換指令。切換部15取得切換指令時，將第二路徑B和第三路徑C連接。如以上說明可知，根據本實施方式的電力供給裝置9及方法，利用自然能量而發電產生的交流電力通過發電機側逆變器11轉換成直流電力，通過電力系統側逆變器13轉換成適合電力系統7的頻率的交流電力。經由將從直流環節供給的直流電力轉換成交流電 力的輔機電力用逆變器14，通過將發電機側逆變器11與電力系統側逆變器13之間的直流環節12和切換部15連接而形成第一路徑A，通過將電力轉換部5和電力系統7之間與切換部15連接而形成第二路徑B，將切換部15和輔機連接而形成第三路徑C。通過根據電力系統7側的要求使切換部15進行切換，而將第三路徑C與第一路徑A之間的連接和第三路徑C與第二路徑B之間的連接進行切換。如此，通過使切換部15進行切換，而能夠從電力轉換部5的直流環節12或電力轉換部5與電力系統7之間的線路供給向輔機8供給的電力。由此，對輔機8的電力供給路徑成為多條，能夠使輔機電源具有冗余度。而且，例如，通過切換部15的切換而將第三路徑C和第一路徑A連接時，由于第二路徑B未與第三路徑C連接而無法進行向輔機8的電力供給，因此能夠進行第二路徑B上具備的斷路器或燈等的檢修作業。〔變形例I〕需要說明的是，在本實施方式中，如圖I所示，說明了輔機8經由切換部15(詳細情況后面說明)將其全部連接的情況，但并不局限于此。例如，也可以如圖2所示，區分成從切換部15連接的第一輔機組8a、和從電力轉換部5與電力系統7之間不經由切換部15連接的第二輔機組8b，使向各輔機組8a、8b的電力供給源不同。將輔機8區分成第一輔機組8a和第二輔機組Sb時，第二輔機組Sb所包含的輔機成為即使在停止的情況下也不會對風力發電裝置I的運轉造成障礙的輔機，第一輔機組8a所包含的輔機成為第二輔機組8b以外的輔機。例如，在第一輔機組8a中包含控制油泵、潤滑油泵等需要常時運轉的輔機。在第二輔機組8b中包含換氣扇、發電機用冷卻扇等進行間歇運轉的輔機。如此，通過將從直流環節12進行電力供給的輔機限定為第一輔機組8a，并將即使不進行電力供給也不會對風力發電裝置I的運轉造成障礙的第二輔機組8b從來自直流環節12的電力供給的對象中排除，而能夠減小電力供給所需的電力供給裝置9的輔機電力用逆變器14。由此，與經由電力供給裝置9的輔機電力用逆變器14向全部的輔機8進行電力供給的情況相比，電力供給裝置9的輔機電力用逆變器14能夠通過廉價的逆變器進行應對。〔變形例2〕另外，在本實施方式中，說明了在電力系統7側設置系統頻率傳感器6，且控制部16根據電力系統7側的系統頻率對切換部15進行控制的情況，但控制方法并不局限于此。例如，也可以取代系統頻率傳感器6，設置系統電壓傳感器6’，且控制部16通過系統電壓傳感器6’根據電力系統7側的系統電壓對切換部15進行控制。這種情況下，控制部16在電力系統7的電壓為作為容許變動范圍的第三規定范圍以上時，控制切換部15以將第一路徑A和第三路徑C連接。而且，控制部16在電力系統7的電壓為比作為容許變動范圍的第三規定范圍小的范圍的第四規定范圍以下時，控制切換部15，以將第二路徑B和第三路徑C連接。由此，例如，在系統電壓7中存在雖然能夠使風力發電裝置I運轉但輔機8停止(或成為風力發電裝置I的運轉存在障礙的輔機的狀態)這樣的電壓變動時，使切換部15進行切換，從電力轉換部5的直流環節12供給向輔機8的電力，從而能夠使風力發電裝置I運轉并使向輔機8的電力供給持續，能夠防止輔機8的停止。〔變形例3〕另外，在本實施方式中，說明了在對向輔機8供給的電力的路徑進行切換時，使用伴隨瞬停的切換部15的情況，但也可以取代伴隨瞬停的切換部15，使用進行在切換時沒有瞬停的同步切換(無停電切換)的切換部15’。無停電切換例如從圖3A至圖3C所示，在切 換部15’使用并聯開關，從將第一路徑A和第三路徑C連接的狀態(圖3A)進行切換時，在將第一路徑A和第三路徑C連接的狀態下將第二路徑B和第三路徑C連接(圖3B)，在第二路徑B與第三路徑C的連接后，切斷第一路徑A與第三路徑C之間的連接(圖3C)。如此，通過逐級進行路徑的切換，能夠防止瞬停，并且能夠不需要線路濾波器(噪聲濾波器)。另外，當從氣象信息預測到產生雷等、且預測到伴隨于此產生電力系統7側的頻率變動及電壓變動時，從直流環節12進行向輔機8的電力供給。如此，預測變動，預先進行切換部15的切換時，通過進行上述的無停電切換，而能夠無瞬停地使輔機8持續運轉。〔第二實施方式〕接下來，使用圖4說明本發明的第二實施方式的電力供給裝置9’。在上述的第一實施方式中，通過電力系統7側的狀態的變動(例如，頻率變動、電壓變動等)，對向輔機8供給的電力的路徑進行了切換，但在本實施方式中，在對應于輔機電力用逆變器14的狀況來控制切換部的切換時機這一點上與上述第一實施方式不同。以下，對于本實施方式的風力發電系統10’，省略與第一實施方式共通的點的說明，主要說明不同點。而且，在本實施方式中，說明利用繞組形感應發電機作為發電機的結構即DoubleFed (二次勵磁方式)方式的風力發電系統10’。另外，在本實施方式中，說明通常運轉時將第一路徑A和第三路徑C連接的情況。在此，通常運轉時表示輔機電力用逆變器14沒有異常的情況。輔機電力用逆變器14具有自我診斷功能，并將其檢測結果通知給控制部16’。控制部16’從輔機電力用逆變器14取得有無異常的檢測結果，根據該結果，控制切換部15。具體來說，檢測到輔機電力用逆變器14存在異常時，控制部16’控制切換部15，以將第二路徑B和第三路徑C連接。另外，當檢測到輔機電力用逆變器14沒有異常時，控制部16’對切換部15進行控制，以將第一路徑A和第三路徑C連接。如此，控制部16’監視輔機電力用逆變器14的狀態(例如，通過有無自我診斷功能的通知而進行判斷)，在輔機電力用逆變器14發生故障時，對切換部15進行控制，以將第二路徑B和第三路徑C連接。接下來，參照圖4說明本實施方式的風力發電系統10’的作用。通常運轉時，切換部15將第一路徑A和第三路徑C連接，通過輔機電力用逆變器14將從直流環節12供給的直流電力轉換成交流電力，并將該交流電力向輔機8供給。檢測到輔機電力用逆變器14的異常時，將該異常信息向控制部16’輸出。在控制部16’中，在取得輔機電力用逆變器14的異常信息時，對切換部15輸出控制切換部15以將第二路徑B和第三路徑C連接的切換指令。由此，使切換部切換，將第二路徑B和第三路徑C連接，來自電力轉換部5與電力系統7側之間的連接點X的交流電力經由第二路徑B和第三路徑C向輔機8供給。如此，當檢測到輔機電力用逆變器14存在異常時，取代來自直流環節12的電力供給，切換成來自電力系統7側的電力供給，因此輔機8能夠持續運轉。另一方面，當檢測到輔機電力用逆變器14返回正常狀態時，將該正常信息向控制部16’輸出。控制部16’基于正常信息，向切換部15輸出將第一路徑A和第三路徑C連接以從直流環節12進行向輔機8的電力供給的切換指令。切換部15基于取得的切換指令對路徑進行切換，將第一路徑A和第三路徑C連接。如此，控制部16’在檢測到輔機電力用逆變器14的故障時，對切換部15進行控制，以將第二路徑B和第三路徑C連接。并且，也可以在第二路徑B上設置斷路器、燈等，進行斷路器、燈等的檢修時，控制部16’進行控制以將第一路徑A和第三路徑C連接。 如以上說明可知，根據本實施方式的電力供給裝置9’及方法，在輔機電力用逆變器14存在異常時，從電力系統7側向輔機8進行電力供給，因此能夠與輔機電力用逆變器14的異常無關地進行向輔機8的電力供給。而且，當檢測到輔機電力用逆變器14無異常時，能夠從直流環節12進行電力供給，因此能夠與有無電力系統7側的頻率、電壓變動無關地穩定地向輔機8進行電力供給。標號說明I風力發電裝置4發電機5電力轉換部6系統頻率傳感器8 輔機9電力供給裝置10風力發電系統11發電機側逆變器12直流環節13電力系統側逆變器14輔機電力用逆變器15切換部16控制部
權利要求
1.一種電力供給裝置，適用于具備發電裝置和電力轉換部的發電系統，并向所述發電裝置的輔機供給電力，所述發電裝置利用自然能量進行發電，所述電力轉換部具有將從該發電裝置取得的交流電力轉換成直流電力的第一轉換器及將該直流電力轉換成與電力系統的頻率相適合的交流電力的第二轉換器，其中， 所述電力供給裝置具備切換部，所述切換部通過經由第三轉換器與所述直流環節連接而形成第一路徑，通過與所述電力轉換部和所述電力系統之間連接而形成第二路徑，通過與所述輔機側連接而形成第三路徑，并且根據所述電力系統側的要求而對所述第三路徑與所述第一路徑之間的連接和所述第三路徑與所述第二路徑之間的連接進行切換，其中，所述第三轉換器將從所述第一轉換器和所述第二轉換器之間的直流環節供給的直流電力轉換成交流電力。
2.根據權利要求I所述的電力供給裝置，其中， 具備控制部，該控制部根據所述電力系統的狀況及所述直流環節的狀況中的至少任一 方來控制所述切換部。
3.根據權利要求2所述的電力供給裝置，其中， 當預測到所述電力系統側的頻率及電壓中的至少任一方發生規定值以上的變動時，所述控制部使所述切換部進行同步切換，而使第三路徑與第一路徑連接。
4.根據權利要求2或3所述的電力供給裝置，其中， 通常運轉時，將所述第二路徑和所述第三路徑連接， 所述電力系統的頻率為作為容許變動范圍的第一規定范圍以上時，所述控制部對所述切換部進行控制，以使所述第一路徑和所述第三路徑連接。
5.根據權利要求2或3所述的電力供給裝置，其中， 通常運轉時，將所述第二路徑和所述第三路徑連接， 所述電力系統的頻率為范圍比作為容許變動范圍的第一規定范圍小的第二規定范圍以下時，所述控制部對所述切換部進行控制，以使所述第二路徑和所述第三路徑連接。
6.根據權利要求2或3所述的電力供給裝置，其中， 所述控制部計測所述電力系統的頻率的變動期間，并根據該變動期間來控制所述切換部。
7.根據權利要求2或3所述的電力供給裝置，其中， 通常運轉時，將所述第二路徑和所述第三路徑連接， 所述電力系統的電壓為作為容許變動范圍的第三規定范圍以上時，所述控制部控制所述切換部，以使所述第一路徑和所述第三路徑連接。
8.根據權利要求2或3所述的電力供給裝置，其中， 通常運轉時，將所述第二路徑和所述第三路徑連接， 所述電力系統的電壓為范圍比作為容許變動范圍的第三規定范圍小的第四規定范圍以下時，所述控制部控制所述切換部，以使所述第二路徑與所述第三路徑連接。
9.根據權利要求2或3所述的電力供給裝置，其中， 所述控制部計測所述電力系統的電壓的變動期間，并根據該變動期間來控制所述切換部。
10.根據權利要求2所述的電力供給裝置，其中，通常運轉時，將所述第一路徑和所述第三路徑連接， 所述控制部檢測到所述第三轉換器存在異常時，控制所述切換部以將所述第二路徑和所述第三路徑連接。
11.根據權利要求2或10所述的電力供給裝置，其中， 由于檢測出所述第三轉換器的異常而通過所述切換部使所述第二路徑和所述第三路徑連接后，如果檢測出所述第三轉換器沒有異常，則所述控制部控制所述切換部以使所述第一路徑和所述第三路徑連接。
12.根據權利要求I 3或10中任一項所述的電力供給裝置，其中， 所述輔機包含從所述切換部連接的第一輔機組及從所述電力轉換部和所述電力系統之間不經由所述切換部而連接的第二輔機組， 所述第二輔機組中包含的所述輔機為即使在停止的情況下也不對所述發電裝置的運轉造成障礙的所述輔機， 所述第一輔機組中包含的所述輔機為所述第二輔機組以外的所述輔機。
13.一種電力供給方法，適用于具備發電裝置和電力轉換部的發電系統，并向所述發電裝置的輔機供給電力，所述發電裝置利用自然能量進行發電，所述電力轉換部具有將從該發電裝置取得的交流電力轉換成直流電力的第一轉換器及將該直流電力轉換成與電力系統的頻率相適合的交流電力的第二轉換器，其中， 通過經由第三轉換器與所述直流環節連接而形成第一路徑，通過與所述電力轉換部和所述電力系統之間連接而形成第二路徑，通過與所述輔機側連接而形成第三路徑，并且根據所述電力系統側的要求而對所述第三路徑與所述第一路徑之間的連接和所述第三路徑與所述第二路徑之間的連接進行切換，其中，所述第三轉換器將從所述第一轉換器和所述第二轉換器之間的直流環節供給的直流電力轉換成交流電力。
全文摘要
本發明的目的在于使輔機的電源雙重化。電力供給裝置具備切換部(15)，該切換部(15)通過經由將從發電機側逆變器(11)和電力系統側逆變器(13)之間的直流環節(12)供給的直流電力轉換成交流電力的輔機電力用逆變器(14)與直流環節(12)連接而形成第一路徑(A)，通過與電力轉換部(5)和電力系統(7)之間連接而形成第二路徑(B)，通過與輔機(8)側連接而形成第三路徑(C)，并且根據電力系統(7)側的要求而對第三路徑(C)與第一路徑(A)之間的連接和第三路徑(C)與第二路徑(B)之間的連接進行切換。
文檔編號H02J3/38GK102754298SQ20108000280
公開日2012年10月24日 申請日期2010年5月28日 優先權日2010年5月28日
發明者八杉明 申請人:三菱重工業株式會社