DE102020121906A1

DE102020121906A1 - Steuervorrichtung, steuerverfahren und programm

Info

Publication number: DE102020121906A1
Application number: DE102020121906.7A
Authority: DE
Inventors: Takaharu Hiroe; Kazunari Ide; Ryo Sase
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2021-03-04
Also published as: US20230083211A1; US11537158B2; CN112448385A; JP7201557B2; JP2021040418A; JP2023014124A; JP7373637B2; US20210064072A1; US11927978B2

Abstract

Eine Steuervorrichtung 20, die konfiguriert ist, um den Betrieb einer Energieerzeugungsvorrichtung einschließlich eines Motors und eines Stromgenerators zu steuern, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor 200 aufweist, ausführend: einen Prozess zur Berechnung eines ersten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert und einem Referenzwert einer Drehzahl des Stromgenerators verwendet wird; einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes zur Kompensation einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators; und einen Prozess zur Berechnung eines zweiten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, indem der erste Einstellkraft-Sollwert und der Korrekturwert addiert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, ein Steuerverfahren und ein Programm. Die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-160565 , die am 3. September 2019 eingereicht wurde, wird beansprucht und deren Inhalt hier durch Verweis aufgenommen.
Beschreibung des Standes der Technik
In einem Stromversorgungssystem führt ein Kraftwerk entsprechend einem Leistungsbedarf ein reglerfreies Steuern durch und passt eine Stromerzeugungsausgangsleistung so an, dass die Frequenz eines Stromübertragungs- und - verteilsystems beibehalten wird. Der Energiebedarf eines Büros, einer Fabrik, eines allgemeinen Hauses und dergleichen variiert zu jedem Zeitpunkt. Wenn der Leistungsbedarf eines Stromübertragungs- und -verteilsystems eine Stromversorgung übersteigt, wird die Frequenz des Stromübertragungs- und - verteilsystems niedriger als ein Referenzwert (z.B. 50 Hz oder 60 Hz). Wenn andererseits eine Stromversorgung eine Leistungsanforderung überschreitet, wird die Frequenz höher als der Referenzwert (z.B. 50 Hz oder 60 Hz). Ein Kraftwerk passt die erzeugte Leistung in Übereinstimmung mit einer Frequenz so an, dass eine Versorgung mit einem sich zu jedem Zeitpunkt ändernden Bedarf ausgeglichen wird, und in einem Fall, in dem die Anpassung ideal durchgeführt wird, fällt die Frequenz mit einem Referenzwert zusammen.
Es ist bekannt, dass in einem Stromversorgungssystem eine Langzeit-Leistungsoszillation über zwei Sekunden auftritt. Aus diesem Grund wird z.B. im Patentdokument 1 beschrieben, dass Langzeit-Oszillationen gedämpft werden, indem ein Schlupfstabilisator(engl.: Power System Stabilizer - PSS) installiert wird, um einen Spannungsbefehl für einen Stromgenerator zu korrigieren.
[Patentdokumente]
[Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. H11-206195
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Allerdings fallen bei der Installation des PSS Kosten an und daher sind Maßnahmen zur Kostensenkung weiterhin gefordert. Darüber hinaus gibt es als Leistungsoszillationen neben den Langzeit-Oszillationen eine Vielzahl von Oszillationsarten, wie z.B. Kurzzeit-Oszillationen, die von den spezifischen Eigenschaften des Stromgenerators abhängen. Daher muss das PSS für jeden Modus von Leistungsoszillationen einen Einstellwert haben und für seine Einführung und seinen Betrieb sind komplizierte Operationen erforderlich.
Die vorliegende Offenbarung trägt einem solchen Problem Rechnung und stellt eine Steuervorrichtung, ein Steuerverfahren und ein Programm zur Verfügung, das in der Lage ist, Langzeit-Oszillationen eines Stromversorgungssystems durch eine einfache Konfiguration zu unterbinden.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, handelt es sich gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung um eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um den Betrieb einer Energieerzeugungsvorrichtung einschließlich eines Motors und eines Stromgenerators zu steuern, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zur Berechnung eines ersten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert und einem Referenzwert einer Drehzahl des Stromgenerators verwendet wird; einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes zur Kompensation einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators; und einen Prozess zur Berechnung eines zweiten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, indem der erste Einstellkraft-Sollwert und der Korrekturwert addiert werden.
Darüber hinaus ist eine Steuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um den Betrieb einer Solarenergieerzeugungsvorrichtung zu steuern, die eine Energieerzeugung unter Verwendung einer Solarzelle durchführt, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zur Vorhersage einer Reaktion einer elektrischen Ausgangsleistung der Solarzelle auf der Grundlage von beobachteten Werten der elektrischen Ausgangsleistung und einer Winkelfrequenz der Solarzelle; und einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes, der zur Einstellung eines Spannungszielwertes der Solarzelle auf der Grundlage einer Abweichung zwischen dem beobachteten Wert der elektrischen Ausgangsleistung und der vorhergesagten Reaktion verwendet wird.
Zusätzlich ist eine Steuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um den Betrieb einer Lastvorrichtung zu steuern, der elektrische Energie von einem Stromversorgungssystem zugeführt wird, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zum Berechnen eines Korrekturwertes für die dem Lastgerät zugeführte elektrische Energie, die der vom Stromversorgungssystem angeforderten zusätzlichen elektrischen Energie entspricht; und einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes, der zur Einstellung eines Spannungszielwertes der zugeführten elektrischen Energie auf der Grundlage des Korrekturwertes für die zugeführte elektrische Energie verwendet wird.
Zusätzlich ist eine Steuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um das Ein-/Ausschalten der Zufuhr von elektrischer Energie von einem Stromversorgungssystem zu einer Vielzahl von Lastvorrichtungen zu steuern, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes für die jedem Lastgerät zugeführte elektrische Energie, die einer zusätzlichen, vom Stromversorgungssystem angeforderten, elektrischen Ausgangsleistung entspricht; einen Prozess zum Ein- oder Ausschalten der Zufuhr der elektrischen Energie zum Lastgerät auf der Grundlage des Korrekturwertes für die zugeführte elektrische Energie und eines Schwellenwertes; und einen Prozess, bei dem der Schwellenwert mit Hilfe einer Zufallszahl verändert wird.
Zusätzlich ist eine Steuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Steuervorrichtung, die eine Einstellkraft einer individuell in einer Vielzahl von Kraftwerken angeordneten Energieerzeugungsvorrichtung korrigiert, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zum Berechnen eines Korrekturwertes zum Kompensieren einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung eines Stromgenerators, der in jeder der Vielzahl von Energieerzeugungsvorrichtungen enthalten ist, und zum Einstellen einer Ausgangsleistung eines Motors, der in jeder der Vielzahl von Energieerzeugungsvorrichtungen enthalten ist; und einen Prozess zur Ausgabe des Korrekturwertes an jede der mehreren Energieerzeugungsvorrichtungen.
Zusätzlich ist ein Steuerverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Steuerverfahren zum Steuern des Betriebs einer Energieerzeugungsvorrichtung mit einem Motor und einem Stromgenerator, wobei das Steuerverfahren aufweist: Berechnen eines ersten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert und einem Referenzwert einer Drehzahl des Stromgenerators verwendet wird; Berechnen eines Korrekturwertes zur Kompensation einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators; und Berechnen eines zweiten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, durch Addition des ersten Einstellkraft-Sollwerts und des Korrekturwerts
Darüber hinaus ist ein Programm gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Programm, das einem Computer eines Steuergeräts ermöglicht, den Betrieb einer Energieerzeugungsvorrichtung einschließlich eines Motors und eines Stromgenerators zu steuern, wobei das Programm bewirkt, dass der Computer ausführt: einen Prozess zur Berechnung eines ersten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert und einem Referenzwert einer Drehzahl des Stromgenerators verwendet wird; einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes zur Kompensation einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators; und einen Prozess zur Berechnung eines zweiten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, indem der erste Einstellkraft-Sollwert und der Korrekturwert addiert werden.
Gemäß einer Steuervorrichtung nach einem beliebigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung können Langzeit-Oszillationen eines Stromversorgungssystems durch eine einfache Konfiguration unterbunden werden.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung, die die gesamte Konfiguration eines Leistungseinstellungssystems nach einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
2 ist eine Darstellung, das den funktionellen Aufbau einer Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
3 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Stromversorgungssystemmodell gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
4 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
5 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration einer Steuervorrichtung nach einer dritten Ausführungsform veranschaulicht;
6 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration einer Steuervorrichtung nach einer vierten Ausführungsform veranschaulicht;
7 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration einer Steuervorrichtung nach einer fünften Ausführungsform veranschaulicht;
8 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration einer Energieerzeugungsvorrichtung und einer Steuervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht;
9 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration eines Regelkreises der Energieerzeugungsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform veranschaulicht;
10 ist eine Darstellung, die den funktionellen Aufbau einer Last- und einer Steuervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform veranschaulicht;
11 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration eines Wassererhitzungssteuersystems und einer Steuervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform veranschaulicht;
12 ist eine Darstellung, die die gesamte Konfiguration eines Leistungseinstellungssystems gemäß einer neunten Ausführungsform veranschaulicht; und
13 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Hardwarekonfiguration einer Steuervorrichtung nach einer beliebigen Ausführungsform veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
<Erste Ausführungsform>
Nachfolgend wird eine Steuervorrichtung 20 eines Leistungseinstellungssystems 1 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
(Gesamte Konfiguration des Leistungseinstellungssystems)
1 ist eine Darstellung, die die gesamte Konfiguration des Leistungseinstellungssystems gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 1 dargestellt, stellt das Leistungseinstellungssystem 1 die einem Stromversorgungssystem zugeführte elektrische Leistung unter Verwendung einer Vielzahl von Energieerzeugungsvorrichtungen 2A, 2B, 2C, ... ein. In der folgenden Beschreibung wird die Mehrzahl der Energieerzeugungsvorrichtungen 2A, 2B, 2C, ... gemeinsam als Energieerzeugungsvorrichtung 2 bezeichnet. Die Energieerzeugungsvorrichtung 2 ist eine Energieerzeugungsvorrichtung, die in einem Kraftwerk angeordnet ist, das Wärmekraft, Atomkraft, Windkraft, Sonnenlicht oder ähnliches nutzt, und die eine Steuervorrichtung 20, einen Turbinenvorrichtung 21 (einen Motor), einen Stromgenerator 22 und einen automatischen Spannungsregler (AVR) 23 umfasst.
Die Turbinenvorrichtung 21 z.B. ist ein Motor wie eine Gasturbine, eine Dampfturbine, eine Wasserturbine oder ein Dieselmotor und erzeugt ein der Versorgungsmenge entsprechendes Drehmoment. Die Turbinenvorrichtung 21 dreht sich und treibt den Stromgenerator 22 über eine mit dem Stromgenerator 22 verbundene Drehwelle an.
Der Stromgenerator 22 erzeugt elektrische Energie durch Drehen eines Rotors unter Verwendung eines von der Turbinenvorrichtung 21 eingegebenen Drehmoments. Die vom Stromgenerator 22 erzeugte elektrische Leistung wird auf eine Stromübertragungsleitung N übertragen.
Der AVR 23 misst eine Ausgangsspannung des Stromgenerators 22 über einen Messwandler PT und passt einen dem Stromgenerator 22 zugeführten Feldstrom so an, dass eine Ausgangsspannung des Stromgenerators 22 konstant wird.
Die Steuervorrichtung 20 führt die Ansteuerung der Energieerzeugungsvorrichtung 2 durch. Insbesondere überwacht die Steuervorrichtung 20 ständig eine Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit) des Stromgenerators 22 über eine ω Erfassungseinheit 24 und passt automatisch eine Eingangsmenge (Menge der Brennstoffzufuhr) für die Turbinenvorrichtung 21 so an, dass die Drehzahl konstant wird (regelfreier Antrieb). Genauer gesagt, die Steuervorrichtung 20 erfasst einen Beobachtungswert ωder Drehzahl des Stromgenerators 22 durch die ω Erfassungseinheit 24 und erfasst einen Beobachtungswert P_G der elektrischen Leistung (Wirkleistung), die vom Stromgenerator 22 an die Stromübertragungsleitung N durch eine P-Erfassungseinheit 25 ausgegeben wird. Dann berechnet die Steuervorrichtung 20 einen Ausgangswert (eine GF-Einstellkraft), der vom Stromgenerator 22 weiter zu erzeugen ist, auf der Grundlage des beobachteten Wertes ωder Drehzahl des Stromgenerators 22 und des beobachteten Wertes P_G einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators 22. Die Steuervorrichtung 20 gibt einen GF-Einstellkraftbefehl (einen Ventilöffnungsgradbefehl), der eine berechnete GF Einstellkraft darstellt, an einen Regler V (Brennstoff- oder Dampfzufuhrventil) aus.
Die Turbinenvorrichtung 21 realisiert eine zusätzliche Leistung unter Verwendung des Stromgenerators 22 durch Öffnen/Schließen des Reglers V, der eine Leistung der Turbinenvorrichtung 21 auf der Grundlage eines GF-Einstellkraftbefehls der Steuervorrichtung 20 einstellt.
(Funktionelle Konfiguration der Steuervorrichtung)
2 ist eine Darstellung, die den funktionellen Aufbau der Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 2 dargestellt, enthält die Steuervorrichtung 20 einen Prozessor 200. Der Prozessor 200 führt die Funktion jeder Funktionseinheit aus, indem er nach einem Programm arbeitet. In dieser Ausführungsform enthält die Steuervorrichtung 20 als Funktionseinheiten eine Ausgabeeinstelleinheit 201, eine Differenzausgleichseinheit 202 und eine Additionseinheit 203.
Die Ausgabeeinstelleinheit 201 berechnet eine Ausgabe (einen ersten Einstellkraft-Sollwert ΔP), die zusätzlich von der Energieerzeugungsvorrichtung 2 in Übereinstimmung mit einer Abweichung (einer Frequenzverschiebung Δω) zwischen einem beobachteten Wert der Drehzahl des Stromgenerators 22 und einem Referenzwert bei reglerloser Ansteuerung durch die Steuervorrichtung 20 erzeugt wird.
Die Differenzausgleichseinheit 202 berechnet einen Korrekturwert ΔP_dy, der zur Kompensation einer Verzögerung der elektrischen Leistung des Stromgenerators 22 verwendet wird. Genauer gesagt berechnet die Differenzausgleichseinheit 202 ein Differenzialsignal, das durch Differenzieren eines Beobachtungswertes der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators 22 (im folgenden auch einfach als „elektrische Ausgangsleistung P_G''bezeichnet), die durch die P-Erfassungseinheit 25 erfasst wird, als Korrekturwert ΔP_dy erhalten wird.
Die Additionseinheit 203 berechnet einen zweiten Einstellkraft-Sollwert ΔP_T, indem sie den ersten Einstellkraft-Sollwert ΔP, der von der Ausgabeeinstelleinheit 201 berechnet wird, und den Korrekturwert ΔP_dy, der von der Differenzausgleichseinheit 202 berechnet wird, addiert. Der zweite Einstellkraftsollwert ΔP_T wird als endgültiger GF Einstellkraftsollwert (ein Ventilöffnungsgradbefehl) der Steuervorrichtung 20 an den Regler V ausgegeben.
(Betrieb/Wirkung)
Jede Einheit des Prozessors 200 der Steuervorrichtung 20 verhindert Langzeit-Oszillationen in einem Stromversorgungssystem, indem die in 2 dargestellten Prozesse sie wiederholt ausführt werden. Hier werden Betriebsweise und Wirkung des Steuervorrichtung 20 speziell beschrieben.
Zunächst wird der erste Einstellkraft-Sollwert ΔP, der von der Ausgabeeinstelleinheit 201 berechnet wird, wie in Gleichung (1) unter Verwendung eines P-Bereichskoeffizienten 5 dargestellt. $Δ P = \frac{P_{G n}}{δ} \frac{Δω}{ω_{n}}$
In der oben dargestellten Gleichung (1) ist „ω_n“ eine Bezugswinkelgeschwindigkeit [rad/s] des Stromversorgungssystems und „P_Gn“ eine Nennleistung [W] der Energieerzeugungsvorrichtung 2. Darüber hinaus wird „Δω“ durch Subtrahieren einer Ist-Winkelgeschwindigkeit ω (ein beobachteter Wert der Drehzahl, der von der ω Erfassungseinheit 24 erfasst wird) von der Bezugswinkelgeschwindigkeit ω_n ermittelt. Wenn die Ist-Winkelgeschwindigkeit ω die Soll-Winkelgeschwindigkeit ω_n überschreitet, hat „Δω“ einen negativen Wert.
Wenn ein Trägheitsmoment [kgm²] des Stromgenerators 22 einschließlich der Turbinenvorrichtung 21 in Bezug auf die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω mit „J“ bezeichnet wird, eine elektrische Ausgangsleistung [W] des Stromgenerators 22 mit „P_G“ bezeichnet wird und eine Ausgabe [W] der Turbinenvorrichtung 21 einschließlich der GF Einstellkraft ΔP mit „P_T“ bezeichnet wird, wird die Drehbewegung des Stromgenerators 22 wie in der folgenden Gleichung (2) dargestellt.
$J \dot{ω} ω = (P_{T} + P_{G})$
Hier wird der elektrische Winkel [rad] des Stromgenerators 22 mit „q“ bezeichnet. Durch Neudefinition von „q“ als Abweichung von einem Stabilisierungspunkt unter Verwendung des Stabilisierungspunktes des elektrischen Winkels als Ursprung beim Nennbetrieb des Stromgenerators 22 und Durchführung einer linearen Approximation der oben dargestellten Gleichung (2) wird die folgende Gleichung (3) ermittelt.
$ω_{n} J \ddot{q} + D \dot{q} + K q = 0$
In der oben dargestellten Gleichung (3) ist „D“ die Dämpfung (ein Dämpfungskoeffizient) und kann mit Gleichung (4) dargestellt werden. Darüber hinaus ist „K“ eine Federkonstante eines Schwingungsmodells und kann mit Gleichung (5) dargestellt werden.
$D = P_{G n} δ^{- 1}$
$K = - \partial P_{G} / \partial q$
Da es sich bei dieser Bewegung um ein sekundäres Schwingungssystem handelt, kann durch geeignete Einstellung des Wertes „D“ eine Schwingung prinzipiell gedämpft werden. Es ist jedoch bekannt, dass in einem Stromversorgungssystem tatsächlich Langzeit-Oszillationen mit einer Periode von mehr als zwei Sekunden auftreten.
3 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Energiesystemmodell nach der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Beispielsweise bei einer Langzeit-Oszillation schwingt eine Frequenz eines Stromversorgungssystems wie eine Wippe mit entgegengesetzten Phasen auf beiden Seiten eines Bereichs A, dessen Referenzfrequenz 60 Hz beträgt. 3 veranschaulicht ein Modell, in dem zwei Stromgeneratoren 22A und 22B an beiden Enden des Bereichs A angeordnet sind. Obwohl eine große Anzahl von Stromgeneratoren 22 (mehr als zwei Stromgeneratoren) in einem Bereich A angeordnet sind, wird in dem in 3 dargestellten Modell eine wippenförmige Schwingung auf zwei Stromgeneratoren 22A und 22B vereinfacht. In 3 wird die Bewegung jedes der Stromgeneratoren 22A und 22B um einen Stabilisierungspunkt in der folgenden Gleichung (6) dargestellt. ${\begin{matrix} ω_{n} J {\ddot{q}}_{1} + D {\dot{q}}_{1} + K q_{1} = 0 \\ ω_{n} J {\ddot{q}}_{2} + D {\dot{q}}_{2} + K q_{2} = 0 \end{matrix}$
„q1“ und „q2“, die in der obigen Gleichung (6) repräsentiert sind, sind elektrische Winkel der Stromgeneratoren 22A und 22B, und wenn eine Phasendifferenz davon mit „q = q1 - q2“ bezeichnet wird, kann eine wippenförmige Oszillation in der folgenden Gleichung (7) dargestellt werden. $1 / 2 \cdot ω_{n} J \ddot{q} + D \dot{q} + K q = 0$
Auf diese Weise wird die Dämpfung einer Oszillation deutlich von „D“ dominiert. „D“ kann mit Hilfe eines Regeldifferenz-Koeffizienten 5 eingestellt werden, und somit kann eine Langzeit-Oszillation vermieden werden, wenn der Wert des Regeldifferenz-Koeffizienten δ geeignet ist. Wie oben beschrieben, ist jedoch bekannt, dass Langzeit-Oszillationen mit einer Periode von mehr als zwei Sekunden in einem Stromversorgungssystem tatsächlich auftreten. Wie weiter unten beschrieben wird, wird der Grund dafür als eine elektrische Reaktion der Stromübertragungsleitung N angesehen, die bei der Stromübertragung über große Entfernungen verzögert wird.
In dem in 3 dargestellten Modell des Energiesystems werden im Allgemeinen eine Wicklung jedes der Stromgeneratoren 22A und 22B und eine diese Wicklungen verbindende Stromübertragungsleitung N einfach als Impedanz für die Bezugswinkelgeschwindigkeit ω_n dargestellt, mit anderen Worten: „R + jω_nL“. Wenn komplexe Vektoren induzierter elektromotorischer Kräfte [V] der an beiden Enden des Bereichs A angeordneten Stromgeneratoren 22A und 22B mit „e1“ bzw. „e2“ bezeichnet werden, kann ein komplexer Vektor eines Stromes i [A] unter Verwendung der folgenden Gleichung (8) dargestellt werden.
$i = (e_{1} - e_{2}) {(R + j ω_{n} L)}^{- 1}$
Die komplexen Vektoren der induzierten elektromotorischen Kräfte der Stromgeneratoren 22 können den elektrischen Winkeln q1 und q2 zugeordnet werden, indem eine Konstante k_e, die die Größe der induzierten elektromotorischen Kräfte darstellt, wie in der folgenden Gleichung (9) verwendet wird.
$e_{1} = k_{e} e x p j q_{1}, e_{2} = k_{e} e x p {jq}_{2}$
Mit Hilfe dieser kann die elektrische Leistung PG₁ des Stromgenerators 22A wie in Gleichung (10) repräsentiert werden. Hier ist „i*“ ein Vektor, der aus einer komplexen Konjugation von „i“ gebildet wird. Darüber hinaus gilt dies in ähnlicher Weise für die elektrische Leistung PG₂ des Stromgenerators 22B.
$\begin{array}{l} P_{G 1} = R e [i * e_{1}] \\ = k_{e}^{2} \frac{R (c o s q - 1) + ω_{n} L sin q}{R^{2} + ω_{n}^{2} L^{2}} \end{array}$
Wenn die elektrischen Winkel der Stromgeneratoren 22A und 22B in einem stabilisierten Zustand mit „q_1n“ bzw. „q_2n“ bezeichnet werden, kann die Federkonstante K im Schwingungsmodell unter Verwendung der folgenden Gleichung (11) berechnet werden.
$\begin{array}{l} K = - \frac{\partial P_{G 1}}{\partial q} \\ = k_{e}^{2} \frac{R s i n (q_{1n} - q_{2 n}) - ω_{n} L c o s (q_{1 n} - q_{2 n})}{R^{2} + ω_{n}^{2} L^{2}} \end{array}$
Nach solchen Gleichungen wird die Leistung des Stromgenerators zu jedem Zeitpunkt aus einem elektrischen Winkel der Zeit ohne jede Verzögerung bestimmt. Tatsächlich gibt es jedoch eine statische Kapazität mit einem kleinen Wert in einer Stromübertragungsleitung N. Aus diesem Grund wird, wenn sich eine induzierte Spannung in Übereinstimmung mit einer Änderung des elektrischen Winkels des Stromgenerators 22 ändert, ein Teil einer durch die Änderungen der induzierten Spannung verursachten Stromänderung zum Aufladen der statischen Kapazität verwendet. Aus diesem Grund dauert es eine gewisse Zeit, bis der Strom in Übereinstimmung mit einer Änderung der induzierten Spannung einen neuen stabilisierten Zustand erreicht. Wenn diese Verzögerungszeit mit „τ‟ bezeichnet wird, können die elektrischen Ausgänge P_G1,dy und P_G2,dy der Stromgeneratoren 22A und 22B unter Berücksichtigung der Verzögerung mit der folgenden Gleichung (12) dargestellt werden. In dieser Ausführungsform ist diese Verzögerungszeit τ ein Wert, der im Voraus auf der Grundlage der Bezugswinkelgeschwindigkeit ω_n des Stromerzeugungssystems, der Werte des Widerstands R und der Induktivität L der Energieübertragungsleitung N und dergleichen bestimmt wird.
$P_{G 1, d y} = \frac{1}{τ s + 1} P_{G 1}, P_{G 2},_{d y} = \frac{1}{τ s + 1} P_{G 2}$
Dementsprechend wird die Federkonstante von einer Konstanten in eine Übertragungsfunktion geändert, die in der folgenden Gleichung (13) dargestellt ist. Mit anderen Worten, diese Gleichung (13) stellt dar, dass sich der Wert der Federkonstante transient ändert.
$K_{d y} (s) = K \frac{1}{τ s + 1}$
Die Auswirkungen dieser Änderung werden beschrieben. Durch Annäherung der oben dargestellten Gleichung (13) für „τ = 0“ unter Verwendung der Taylorentwicklung wird die folgende Gleichung (14) erhalten.
$K_{d y} (s) \approx K (1 - τ s)$
Durch Ersetzen der oben dargestellten Gleichung (14) durch das in Gleichung (7) dargestellte Schwingungsmodell erhält man die folgende Gleichung (15).
$1 / 2 \cdot ω_{n} J \ddot{q} + (D - K τ) \dot{q} + K q = 0$
In dieser Gleichung (15) wird ein Term Kτ der Induktivität vom Dämpfungskoeffizienten D subtrahiert und so dargestellt, dass er als negative Dämpfungskraft wirkt. Um eine Stabilisierung zu erreichen, sollte die negative Dämpfungskraft durch Hinzufügen einer Dämpfungskraft ausgeglichen werden. In einem Fall, in dem keine Approximation unter Verwendung der Taylor-Dehnung durchgeführt wird, wird das Schwingungsmodell zur folgenden Gleichung (16).
$1 / 2 \cdot ω_{n} J \ddot{q} + D \dot{q} + K \frac{1}{τ s + 1} q = 0$
Durch Hinzufügen eines zusätzlichen Steuereingangs (d.h. eines Korrekturwertes ΔP_dy), der in der folgenden Gleichung (17) als Ausgang der Turbinenvorrichtung 21 dargestellt ist, wird eine Verzögerung des Ausgangs des Stromgenerators 22 ergänzt. Mit anderen Worten, die Differenzialausgleichseinheit 202 berechnet ein Differenzialsignal (den Korrekturwert ΔP_dy) unter Verwendung der folgenden Gleichung (17).
$Δ P_{d y} = \frac{τ s}{τ s + 1} Δ P_{G}$
Aus der Definition der Federkonstante K lässt sich der Korrekturwert ΔP_dy mit der folgenden Gleichung (18) darstellen.
$\begin{array}{l} Δ P_{d y} = \frac{τ s}{τ s + 1} Δ P_{G} \\ \approx - \frac{τ s}{τ s + 1} K q \end{array}$
Wenn der unter Verwendung der oben dargestellten Gleichung (18) ermittelte Korrekturwert ΔP_dy zur rechten Seite von Gleichung (16) als Steuereingabe hinzugefügt wird, wird das Oszillationsmodell zur folgenden Gleichung (19).
$1 / 2 \cdot ω_{n} J \ddot{q} + D \dot{q} + K \frac{1}{τ s + 1} q = - \frac{τ s}{τ s + 1} K q$
Wenn Begriffe, die sich auf „q“ beziehen, auf die linke Seite übergeleitet werden, wird die folgende Gleichung (20) gebildet.
$1 / 2 \cdot ω_{n} J \ddot{q} + D \dot{q} + K \frac{1}{τ s + 1} q + \frac{τ s}{τ s + 1} K q = 0$
Wenn die auf „q“ bezogenen Terme angeordnet werden, wird die oben dargestellte Gleichung (20) zu der folgenden Gleichung (21), und die Stabilität wird durch Ausgleich der Verzögerung wiederhergestellt.
$1 / 2 \cdot ω_{n} J \ddot{q} + D \dot{q} + K q = 0$
Die oben dargestellte Gleichung der Steuereingabe, mit anderen Worten Gleichung (17), ist eine Steuereingabe, die zur Wiederherstellung der Stabilität notwendig ist. Wenn ein Wert eingegeben wird, der mehr als ein notwendiger Wert ist, tritt kein Problem auf, und es gibt tatsächlich einen Effekt der zunehmenden Dämpfung des Stromversorgungssystems.
Die oben dargestellte Gleichung (17) wird wie in der folgenden Gleichung (22) eindeutig gelöst, und somit kann der gleiche Effekt auch dann erzielt werden, wenn bei der Berechnung eines Steuereingangs ein Pseudodifferenz in eine Differenz umgewandelt wird. Somit kann die Differenzausgleichseinheit 202 ein Differenzsignal (den Korrekturwert ΔP_dy) unter Verwendung von Gleichung (22) berechnen.
$\begin{array}{l} Δ P_{d y} = \frac{τ s}{τ s + 1} Δ P_{G} \\ \approx τ s P_{G} \end{array}$
Zusätzlich berechnet die Additionseinheit 203 der Steuervorrichtung 20 einen zweiten Einstellkraft-Sollwert ΔP_T, indem sie den ersten Einstellkraft-Sollwert ΔP und den Korrekturwert ΔP_dy addiert. Die Steuervorrichtung 20 gibt diesen zweiten Einstellkraftsollwert ΔP_T als endgültigen GF-Einstellkraftsollwert (einen Ventilöffnungsgradbefehl) an den Regler V aus.
Bei einer Technologie des Standes der Technik, wie sie in Patentdokument 1 offenbart ist, wird eine Langzeit-Oszillation verhindert, indem ein PSS vorgesehen wird, das einen Spannungsbefehlseingang von einem AVR an einen Stromgenerator anpasst, und eine Ausgabe des Stromgenerators korrigiert wird. Die Steuervorrichtung 20 berechnet jedoch gemäß dieser Ausführungsform, wie oben beschrieben, einen GF Einstellkraftbefehl einschließlich eines Korrekturwertes
ΔP_dy, der zur Ergänzung einer Ausgangsverzögerung des Stromgenerators 22 verwendet wird, und führt eine Ausgangssteuerung der Turbinenvorrichtung 21 durch. Dementsprechend kann die Steuervorrichtung 20 eine Langzeit-Oszillation eines Stromerzeugungssystems verhindern, indem eine einfache Konfiguration umgesetzt wird, die zur Durchführung der Leistungsregelung der Turbinenvorrichtung 21 ohne Verwendung des PSS verwendet wird. Somit kann die Steuervorrichtung 20 nach dieser Ausführungsform auf das PSS verzichten, und dementsprechend können die Kosten für den Energieerzeugungsvorrichtung 2 reduziert werden. Darüber hinaus wird im System gemäß dem Stand der Technik die Leistung der Turbinenvorrichtung 21 so beibehalten, wie sie ist, und die Leistung des Stromgenerators wird durch Änderung eines Spannungsbefehls korrigiert. Aus diesem Grund erfolgt die Korrektur der Leistung des Stromgenerators in Übereinstimmung mit den Schwankungen der Trägheitsenergien einer Turbine und eines Stromgenerators, d.h. mit den Schwankungen der Winkelgeschwindigkeiten. Sogar im System gemäß dem Stand der Technik ändert sich im Falle einer Kurzzeit-Oszillation der Korrekturbetrag der Leistung des Stromgenerators in kurzer Zeit zwischen einem positiven und einem negativen Wert, und dementsprechend ist die Amplitude der Winkelgeschwindigkeit klein, und es gibt kein Problem. Bei einer Langzeit-Oszillation hat der Korrekturbetrag der Ausgangsleistung des Stromgenerators jedoch kontinuierlich einen positiven oder negativen Wert. Infolgedessen nehmen die Winkelgeschwindigkeiten der Turbine und des Stromgenerators kontinuierlich zu oder ab, und die Amplituden der Winkelgeschwindigkeiten nehmen zu, und dementsprechend gibt es eine Grenze für den Korrekturbetrag. Im Gegensatz dazu wird bei dieser Ausführungsform die Ausgangsleistung der Turbine genutzt, und somit kann eine Langzeit-Oszillation stärker unterbunden werden.
<Zweite Ausführungsform>
Als nächstes wird eine Steuervorrichtung 20 eines Leistungseinstellungssystems 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Den konstitutiven Elementen, die der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, werden die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
4 ist eine Darstellung, die die funktionellen Konfiguration und den Prozessablauf der Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 4 dargestellt, wird die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform durch Hinzufügen einer Funktion einer Verzögerungsschätzeinheit 204 zu der Steuervorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform erhalten.
Die Verzögerungsschätzeinheit 204 schätzt eine Ansprechverzögerungszeit τ in Bezug auf den elektrischen Winkel q des Stromgenerators 22 auf der Grundlage eines beobachteten Wertes (Winkelgeschwindigkeit ω) der Drehzahl des Stromgenerators 22 und eines beobachteten Wertes (einer elektrischen Ausgangsleistung P_G) der Ausgangsleistung. Genauer gesagt schätzt die Verzögerungsschätzeinheit 204 die Ansprechverzögerungszeit τ z.B. mit Hilfe der Methode der kleinsten Quadrate.
In einem Fall, in dem es keine Verzögerung in der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators 22 gibt, wenn eine Änderung der elektrischen Ausgangsleistung von einem Referenzpunkt durch „ΔP_G“ und eine Änderung des elektrischen Winkels vom Referenzpunkt durch „Δq“ bezeichnet wird, wird die folgende Gleichung (23) unter Verwendung einer Federkonstante K eines Schwingungsmodells gebildet.
$Δ P_{G} = - K Δ q$
Da es eine Verzögerung in der tatsächlichen elektrischen Ausgangsleistung gibt, wird die folgende Gleichung (24) gebildet.
$Δ P_{G, d y} = - \frac{K}{τ s + 1} Δ q$
Durch die Umrechnung des elektrischen Winkels q in eine Winkelgeschwindigkeit ω, die leichter gemessen werden kann, indem beide Seiten der oben dargestellten Gleichung (24) in Bezug auf die Zeit differenziert werden, erhält man die folgende Gleichung (25).
$Δ {\dot{P}}_{G, d y} = - \frac{K}{τ s + 1} Δ ω$
Zur Vereinfachung der Benennung wird „ΔP_G,dy(-)“ als „y“, „Δω“ und „u“ bezeichnet, und durch die Durchführung einer Zeitdifferenzierung der oben dargestellten Gleichung (25) in einem Zeitraum Δt unter Verwendung eines Rückwärts-Euler-Verfahrens erhält man die folgende Differenzengleichung (26). In der vorliegenden Beschreibung stellt „ΔP_G,dy(-)“ eine Zeitdifferenzierung von „ΔP_G,dy“ dar.
$K^{- 1} (1 + τ Δ t) y_{t} - K^{- 1} τ Δ t y_{t - 1} = u_{t}$
Aus den gemessenen Signalen y und u werden Vektoren konfiguriert, die die folgende Gleichung (27) darstellen. Die Länge jedes Vektors wird z.B. auf etwa 100 gesetzt.
$\begin{array}{l} Y_{t} = [\begin{array}{l} y_{t} & y_{t - 1} & \dots & y_{t - 100} \\ y_{t - 1} & y_{t - 2} & \dots & y_{t - 101} \end{array} \\ U_{t} = [u_{t} u_{t - 1} \dots u_{t - 100}] \end{array}$
Wie in der folgenden Gleichung (28) dargestellt, wird aus diesen Vektoren ein Wert [a₁ a₂] gewonnen.
$[a_{1} a_{2}] = U_{t} Y_{t}^{T} {(Y_{t} Y_{t}^{T})}^{- 1}$
Für solche Werte wird die folgende Gleichung (29) gebildet [a₁ a₂]. $\begin{array}{l} a_{1} = K^{- 1} (1 + τ Δ t) \\ a_{2} = - K^{- 1} τ Δ t \end{array}$
Wenn man dies für „τ“ und „K“ löst, erhält man die folgende Gleichung (30). $\begin{array}{l} K = \frac{1}{a_{1} + a_{2}} \\ τ = - \frac{a_{2} Δ t}{a_{1} + a_{2}} \end{array}$
Die Differenzausgleichseinheit 202 korrigiert ein Differenzsignal auf der Grundlage der von der Verzögerungsschätzeinheit 204 geschätzten Ansprechverzögerungszeit τ. Genauer gesagt berechnet die Differenzausgleichseinheit 202 ein korrigiertes Differenzsignal (einen Korrekturwert ΔP_dy), indem sie die von der Verzögerungsschätzeinheit 204 geschätzte Ansprechverzögerungszeit τ auf Gleichung (17) oder Gleichung (22) gemäß der ersten Ausführungsform anwendet.
Indem das Differenzsignal (der Korrekturwert ΔP_dy) durch Abschätzung der Ansprechverzögerungszeit τ des Stromgenerators 22 auf diese Weise korrigiert wird, kann die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform auch dann eine angemessene Kompensation durchführen, wenn eine Verzögerungszeit der Ausgangsleistung des Stromgenerators entsprechend einem Betriebszustand oder einer transienten Änderung variiert. Dementsprechend kann die Steuervorrichtung 20 Oszillationen des Stromversorgungssystems wirksamer unterdrücken.
<Dritte Ausführungsform>
Als nächstes wird eine Steuervorrichtung 20 eines Leistungseinstellungssystems 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Den konstitutiven Elementen, die der ersten und der zweiten Ausführungsform gemeinsam sind, werden die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
5 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration der Steuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
Die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform wird durch Austausch eines Teils der Steuervorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform erhalten. Genauer gesagt, wie in 5 dargestellt, enthält die Steuervorrichtung 20 nach dieser Ausführungsform anstelle der Differenzausgleichseinheit 202 eine Winkelgeschwindigkeits-Rückkopplungskompensationseinheit 205.
In der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet die Steuervorrichtung 20 eine elektrische Ausgangsleistung PG des Stromgenerators für die Berechnung einer Steuereingabe (den Korrekturwert ΔP_dy), die eine Verzögerung der Ausgabe des Stromgenerators 22 in der Differenzausgleichseinheit 202 gewährleistet. Im Gegensatz dazu berechnet die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform ein Rückkopplungssignal (den Korrekturwert ΔP_dy) der Winkelgeschwindigkeit unter Verwendung der Winkelgeschwindigkeit ωdes Stromgenerators 22 durch die Winkelgeschwindigkeits-Rückkopplungskompensationseinheit 205.
Genauer gesagt berechnet die Winkelgeschwindigkeits-Rückkopplungskompensationseinheit 205 den Korrekturwert ΔP_dy unter Verwendung der folgenden Gleichung (31) auf der Grundlage der von der Verzögerungsschätzeinheit 204 geschätzten Ansprechverzögerungszeit τ und einem beobachteten Wert (einer 10 Winkelgeschwindigkeit ω) der Drehzahl des Stromgenerators 22.
$\begin{array}{l} Δ P_{d y} = \frac{τ s}{τ s + 1} Δ P_{G} \\ \approx - \frac{τ s}{τ s + 1} K Δ q \\ = - \frac{τ}{τ s + 1} K Δ ω \end{array}$
In der oben dargestellten Gleichung (31) ist „Δ“ ein Wert, der durch Subtraktion eines Referenzwertes ermittelt wird. Zum Beispiel ist „Δω“ ein Wert, der durch Subtrahieren einer Referenzwinkelgeschwindigkeit ωn von einer Winkelgeschwindigkeit ωermittelt wird.
Der von der Winkelgeschwindigkeits-Rückkopplungskompensationseinheit 205 berechnete Korrekturwert ΔP_dy wird in die Additionseinheit 203 eingegeben. Dann berechnet die Additionseinheit 203, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, einen zweiten Einstellkraft-Sollwert ΔP_T, indem sie einen ersten Einstellkraft-Sollwert ΔP und den Korrekturwert ΔP_dy addiert.
Die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform errechnet einen Korrekturwert ΔP_dy auf der Basis einer Winkelgeschwindigkeit ωdes Stromgenerators 22 und der Ansprechverzögerungszeit τ unter Verwendung der Winkelgeschwindigkeits-Rückkopplungskompensationseinheit 205, wodurch ähnliche Effekte wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform erzielt werden können. Zusätzlich wird ein GF-Einstellkraftbefehl (ein Ventilöffnungsgradbefehl) auf der Basis der Winkelgeschwindigkeit ωdes Stromgenerators 22 berechnet. Die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform hat eine praktische Verfügbarkeit, dass der Korrekturwert ΔP_dy auch auf der Basis der Winkelgeschwindigkeit ω berechnet werden kann.
<Vierte Verkörperung>
Als nächstes wird eine Steuervorrichtung 20 eines Leistungseinstellungssystems 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Den konstitutiven Elementen, die der ersten bis dritten Ausführungsform gemeinsam sind, werden die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
6 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration der Steuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
Die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform wird durch Austausch eines Teils der Steuervorrichtung 20 gemäß jeder der ersten bis dritten Ausführungsform erhalten. Genauer gesagt, wie in 6 dargestellt, enthält die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform ein P-Ansprechmodell 206 und eine P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit 207 anstelle der Differenzausgleichseinheit 202, der Verzögerungsschätzeinheit 204 und der Winkelgeschwindigkeits-Rückkopplungskompensationseinheit 205.
Das P-Ansprechmodell 206 sagt auf der Grundlage eines beobachteten Wertes (einer Winkelgeschwindigkeit ω) der Drehzahl des Stromgenerators 22 ein Ansprechen P_G-Modell der elektrischen Ausgangsleistung in einem idealen Zustand voraus, in dem keine Verzögerung eines Stromgenerators 22 auftritt.
Die P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit 207 berechnet einen Korrekturwert ΔP_dy aus einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert der elektrischen Ausgangsleistung (einer tatsächlichen elektrischen Ausgangsleistung P_G) des Stromgenerators 22 und dem vom P-Ansprechmodell 206 vorhergesagten Ansprechen P_G-Modell der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators 22.
Genauer gesagt, wenn eine Abweichung von einem Referenzwert des vom P-Ansprechmodell 206 vorhergesagten Ansprechens P_G-Modell z.B. mit P_G-Modell bezeichnet wird, kann die Abweichung wie in der folgenden Gleichung (32) dargestellt werden. $Δ P_{G m o d e l} = - K Δ q$
Um außerdem eine Phase (einen elektrischen Winkel) q durch eine Winkelgeschwindigkeit ωzu ersetzen, die leicht gemessen werden kann, erhält man durch Differenzieren beider Seiten dieser Gleichung (32) die folgende Gleichung (33). $Δ {\dot{P}}_{G m o d e l} = - K Δ ω$
Die P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit 207 berechnet einen Korrekturwert ΔP_dy, z.B. unter Verwendung der folgenden Gleichung (34).
$\begin{array}{l} Δ P_{d y} = \frac{k_{p}}{\frac{T_{L}}{2 π} s + 1} (Δ {\dot{P}}_{G m o d e l} - {\dot{P}}_{G}) \\ = \frac{k_{p}}{\frac{T_{L}}{2 π} s + 1} (- K Δ ω - {\dot{P}}_{G}) \end{array}$
In Gleichung (34) ist „kp“ ein Proportionalitätskoeffizient der Regelung, und „TL“ ist ein unterer Grenzwert einer Periode einer angestrebten Langzeit-Oszillation. Wenn der untere Grenzwert zum Beispiel zwei Sekunden beträgt, wird „2“ auf „TL“ gesetzt. „Δω“ ist ein Wert, der durch Subtraktion einer Bezugswinkelgeschwindigkeit ωn von der Winkelgeschwindigkeit ω ermittelt wird. Da der Bezugswert von „P_G(·)“ gleich Null ist, ist „PG(·) = ΔPG(·)“. In der hier vorgestellten Beschreibung stellt „ΔPG(·)“ ein Differential von „ΔPG“ dar.
Die Steuervorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet einen Wert, der im Voraus als die Verzögerungszeit τ bezeichnet wird. Zusätzlich schätzen die Steuervorrichtungen 20 nach der zweiten und dritten Ausführungsform eine Ansprechverzögerungszeit τ unter Verwendung der Verzögerungsschätzeinheit 204. Im Gegensatz dazu kann die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform die Kompensation ohne Einstellung der Verzögerungszeit τ durchführen. Aus diesem Grund kann die Konfiguration stärker vereinfacht werden als bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen.
<Fünfte Verkörperung>
Als nächstes wird eine Steuervorrichtung 20 eines Leistungseinstellungssystems 1 nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Den konstitutiven Elementen, die der ersten bis vierten Ausführungsform gemeinsam sind, werden die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
7 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration der Steuervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform veranschaulicht.
Die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform wird durch Veränderung eines Teils der Steuervorrichtung 20 gemäß der vierten Ausführungsform erhalten. Genauer gesagt enthält die Steuervorrichtung 20, wie in 7 dargestellt, außerdem eine Verteilereinheit 208.
Die Verteilereinheit 208 verteilt und gibt einen Korrekturwert ΔP_dy, der von der P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit 207 berechnet wird, an eine Additionseinheit 203 und einen AVR 23, der die Ausgangsspannung eines Stromgenerators 22 einstellt, aus.
Ein Regler V enthält ein mechanisches Element wie z.B. ein Durchflussregelventil. Im Gegensatz dazu ist der AVR 23 aus elektronischen Elementen aufgebaut und enthält keine mechanischen Elemente und hat daher ein schnelles Ansprechverhalten. Aus diesem Grund trennt die Verteilereinheit 208 eine Hochfrequenzkomponente von einem Steuereingang (einen Korrekturwert ΔP_dy), der von einer P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit 207 mit durch Filterung berechnet wird, verteilt die separierte Hochfrequenzkomponente an den AVR 23 als AVR-Korrekturwert und verteilt den Rest an eine Zusatzeinheit 203 als GF-Korrekturwert für den Regler V.
Wenn ein Steuereingang (ein AVR-Korrekturwert), der an den AVR 23 verteilt wird, mit „ΔP_dy,AVR“ bezeichnet wird, wird die Filterung z.B. mit der folgenden Gleichung (35) durchgeführt.
$Δ P_{d y, A V R} = \frac{s}{s + ω A V R} Δ P_{d y}$
Wenn ein Steuereingang (ein GF-Korrekturwert), der für den Regler V verteilt ist, z.B. mit „ΔP_dy,GOV,“ bezeichnet wird, wird folgende Gleichung (36) gebildet.
$Δ P_{d y, G O V} = Δ P_{d y} - Δ P_{d y, A V R}$
Eine tatsächliche Form eines Sollwerts (ein Spannungskorrekturwert), der in den AVR 23 eingegeben wird, ist eine Spannung. Die Umrechnung von „ΔP_dy,AVR“ in „ΔV_dy,AVR“,
der ein Spannungskorrekturwert ist, erfolgt z.B. unter Verwendung der folgenden Gleichung (37).
$Δ V_{d y, A V R} = \frac{V_{n}}{P_{G n}} Δ P_{d y, A V R}$
In Gleichung (37), die oben dargestellt ist, ist „V_n“ ein Spannungssollwert in einem Nennausgangszustand. „P_Gn“ ist die Nennleistung [W] einer Energieerzeugungsvorrichtung 2. Darüber hinaus kann die Verteilereinheit 208 einen Korrekturwert ΔP_dy,AVR vor der Umwandlung in den AVR 23 als AVR-Korrekturwert und einen Spannungskorrekturwert ΔV_dy,AVR nach der Umwandlung in den AVR 23 als AVR-Korrekturwert ausgeben. In einem Fall, in dem die Verteilereinheit 208 den AVR-Korrekturwert ΔP_dy,AVR vor der Umwandlung in den AVR 23 ausgibt, wird die Umwandlung in den Spannungskorrekturwert ΔV_dy,AVR durch den AVR 23 durchgeführt.
Darüber hinaus berechnet der AVR 23 einen AVR-Befehl (einen Spannungssollwert) auf der Grundlage einer Abweichung zwischen einer über einen Messwandler PT gemessenen Ausgangsspannung des Stromgenerators 22 und einer vorab eingestellten Referenzspannung. Der AVR 23 stellt einen dem Stromgenerator 22 zugeführten Feldstrom auf der Grundlage eines Spannungssollwerts nach der Korrektur ein, die durch Addition dieses Spannungssollwerts und eines von der Steuervorrichtung 20 eingegebenen AVR-Korrekturwerts (Spannungskorrekturwert) ermittelt wird. Auf diese Weise führt der AVR 23 die Regelung so durch, dass eine Ausgangsspannung des Stromgenerators 22 mit der Referenzspannung übereinstimmt. Dieser Spannungssollwert kann von einem anderen Gerät als dem AVR 23 berechnet werden (z.B. einem PSS, das zur Unterdrückung einer Kurzzeit-Oszillation oder ähnlichem vorgesehen ist).
In der ersten bis vierten der oben beschriebenen Ausführungsformen kompensiert die Steuervorrichtung 20 eine Verzögerung der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators 22 über den GF-Verstellkraftbefehl der Turbinenvorrichtung 21. Im Gegensatz dazu kompensiert die Steuervorrichtung 20 nach dieser Ausführungsform eine Verzögerung der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators 22 durch eine induzierte Spannung des Stromgenerators 22. Genauer gesagt, die Regeleinrichtung 20 sagt aus der Winkelgeschwindigkeit ωdes Stromgenerators 22 unter Verwendung des P-Ansprechmodells 206 eine ideale Leistung des Stromgenerators 22 voraus und kompensiert den AVR-Befehl auf der Grundlage einer Abweichung zwischen dem vorausgesagten Wert (P_G-Modell) und einem tatsächlichen Wert (PG). Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung 20 eine Langzeit-Oszillation verhindern, indem es eine Verzögerung der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators 22 reduziert.
<Sechste Ausführungsform>
Als nächstes wird eine Steuervorrichtung 20 eines Leistungseinstellungssystems 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben.
Den konstitutiven Elementen, die der ersten bis fünften Ausführungsform gemeinsam sind, werden die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
8 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration einer Energieerzeugungsvorrichtung und einer Steuervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 8 dargestellt, reguliert das Leistungseinstellungssystem 1 gemäß dieser Ausführungsform die elektrische Leistung, die einem Stromversorgungssystem mit Hilfe einer Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 zugeführt wird. Die Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 umfasst eine Steuervorrichtung 20, eine Solarzelle (eine Gleichstromquelle) 30, eine Wechselrichterschaltung 31 und eine Steuerschaltung 32.
Die Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 ist eine Vorrichtung, die die Sonnenenergie mit Hilfe der Solarzelle 30 in elektrische Energie umwandelt und die umgewandelte elektrische Energie liefert. Die von der Solarzelle 30 erzeugte elektrische Energie ist Gleichstrom und daher wird die Solarzelle 30, wie in 8 dargestellt, auch als „Gleichstromquelle“ bezeichnet. In einem Fall, in dem die elektrische Energie der Solarzelle 30 in ein Stromversorgungssystem eingespeist wird, ist es notwendig, den Gleichstrom mit Hilfe der Wechselrichterschaltung 31 in Wechselstrom umzuwandeln. Der von der Solarzelle 30 erzeugte elektrische Strom hat die Eigenschaft, von einer Gleichspannung abhängig zu sein. Unter Ausnutzung einer solchen Eigenschaft führt die Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 mit Hilfe der Steuerschaltung 32 eine MPPT Steuerung (MPPT = Maximum Power Point Tracking) durch, so dass die Sonnenenergie effizient in elektrische Energie umgewandelt und die elektrische Energie entnommen wird.
9 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration des Steuerschaltung der Energieerzeugungsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
Die MPPT-Steuerung umfasst die Ausführung der Steuerung einer Gleichstromspannung, so dass die Ausgangswirkleistung ein Maximum erreicht. Genauer gesagt, wie in 9 dargestellt, ändert die Steuerschaltung 32 minütlich einen Gleichspannungs-Zielwert e* so, dass die von der Solarzelle 30 abgegebene Wirkleistung ein Maximum wird. Daher ist es schwierig, die von der Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 abgegebene Wirkleistung weiter zu erhöhen.
Die Steuerschaltung 32, wie in 9 dargestellt, umfasst eine Additionseinheit 320, eine Stromsteuereinheit 321, eine Stromsteuereinheit 322 und eine PWM-Signalerzeugungseinheit 323.
Die Additionseinheit 320 addiert zu dem Gleichspannungs-Sollwert e* einen Gleichspannungs-Korrekturwert Δe*, der von der unten beschriebenen Steuervorrichtung 20 ausgegeben wird, und gibt nach der Korrektur e*+Δe* einen Sollwert aus.
Die Gleichspannungs-Steuereinheit 321 steuert eine Eingangsspannung der Wechselrichterschaltung 31. Die Gleichspannungs-Steuereinheit 321 akzeptiert die Eingabe einer Abweichung Δe (=e*+Δe*-e) zwischen einem Gleichspannungssignal e, das von einer Gleichspannungs-Erfassungseinheit 36 ausgegeben wird, und einem Sollwert nach Korrektur e*+Δe*, der von der Additionseinheit 320 eingestellt wird. Die Gleichspannungs-Steuereinheit 321 führt z.B. eine proportionale Integralregelung (PI-Regelung) durch und gibt ein Gleichspannungskompensationssignal aus, das dazu dient, die Abweichung auf null zu bringen.
Die Stromsteuereinheit 322 erzeugt ein Kompensationssignal auf der Grundlage eines Stromsignals i, das von einer Stromerfassungseinheit 35 eingegeben wird, und gibt das erzeugte Kompensationssignal an die PWM-Signalerzeugungseinheit 323 aus. Auf diese Weise wird der Ausgangsstrom der Wechselrichterschaltung 31 gesteuert.
Die PWM-Signalerzeugungseinheit 323 erzeugt ein PWM-Signal, das zur Erzeugung einer Ausgangsspannungswellenform der Wechselrichterschaltung 31 auf der Grundlage eines von der Stromsteuereinheit 322 eingegebenen Kompensationssignals verwendet wird.
Die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform wird durch Veränderung eines Teils der Steuervorrichtung 20 gemäß der vierten Verkörperung erhalten. Genauer gesagt enthält die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform, wie in 8 dargestellt, ein P-Ansprech-Modell 206, eine P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit 207 und eine erste Korrekturwert-Berechnungseinheit 209. Das P-Ansprech-Modell 206 erfasst die Wirkleistung P_G Ausgangsleistung von der Wechselrichterschaltung 31 zu einer Stromübertragungsleitung N und deren Winkelgeschwindigkeit ω durch eine P Erfassungseinheit 33 und eine ω Erfassungseinheit 34 und sagt auf der Grundlage dieser ein Ansprech-P_G-Modell der elektrischen Ausgangsleistung in einem Idealzustand der Solarzelle 30 voraus. Die P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit 207 berechnet einen Korrekturwert ΔP_dy aus einer Abweichung zwischen der Wirkleistung P_G und dem Ansprech-P_G-Modell der elektrischen Ausgangsleistung der Solarzelle 30, die durch das P Ansprechmodell 206 vorhergesagt wird.
Die Berechnung des Gleichspannungskorrekturwertes Δ_e*, die von der ersten Korrekturwert-Berechnungseinheit 209 durchgeführt wird, wird hier beschrieben. Zunächst wird ein Korrekturwert ΔP_dy, der ein Steuereingang ist, von der P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit 207 in eine Recheneinheit 209A eingegeben. Die Recheneinheit 209A subtrahiert eine Amplitude A_ΔP des nachfolgend zu beschreibenden Korrekturwertes ΔP_dy vom Korrekturwert ΔP_dy eines GF-Einstellkraft-Sollwertes und setzt das Variationszentrum des Korrekturwertes ΔP_dy durch die Amplitude auf eine negative Seite. Aus diesem Grund hat „ΔP_dy - A_ΔP“ im Allgemeinen einen negativen Wert.
Als nächstes vergleicht eine Minimalwert-Auswahleinheit 209B „ΔP_dy - A_ΔP“ mit Null, so dass sie zuverlässig zu einem negativen Wert wird und einen Minimalwert ausgibt.
Wenn „ΔP_dy - A_ΔP“ gemäß einer in der folgenden Gleichung (38) dargestellten Übertragungsfunktion einen positiven Wert hat, integriert ein Integrator 209C diesen und schätzt als Ergebnis eine Amplitude A_ΔP des Korrekturwertes ΔP_dy.
$\frac{1}{s + ω_{c u t}}$
In der oben dargestellten Gleichung (38) ist „ω_cut“ ein Rückstellungsverhältnis der Integration. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass, wenn der Korrekturwert ΔP_dy auf null stabilisiert wird, auch die Amplitude A_ΔP auf null stabilisiert wird. Wenn „ω_cut“ null ist, wird, selbst wenn der Korrekturwert ΔP_dy auf null korrigiert wird, ein vorhergehender integrierter Wert im Integrator 209C beibehalten, und die Amplitude A_ΔP wird nicht zu null. „ω_cut“ wird verwendet, um einen solchen Zustand zu vermeiden. Eine Langzeit-Oszillation des Stromversorgungssystems hat eine längste Periode von etwa 6 Sekunden. Wenn sie in eine Winkelgeschwindigkeit umgewandelt wird, beträgt sie etwa 1
[rad/s] . In diesem Fall wird z.B. „ω_cut“ auf etwa 0,1 [rad/s] gesetzt, was dem 1/10-fachen einer Winkelgeschwindigkeit entspricht, die der längsten Periode entspricht. In der Steuervorrichtung 20 nach dieser Ausführungsform ist es wesentlich, den Korrekturwert ΔP_dy auf die von der Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 erzeugte elektrische Energie zu reflektieren, und der Effekt verschwindet auch dann nicht, wenn die Schätzung der Amplitude A_ΔP entfernt wird.
Darüber hinaus wird ein von der Minimalwert-Auswahleinheit 209B ausgegebener Minimalwert von einer Recheneinheit 209D in einen Gleichspannungskorrekturwert Δe* umgewandelt und der Gleichspannungskorrekturwert wird in die Steuerschaltung 32 eingegeben.
Wie oben beschrieben, wird bei der MPPT-Steuerung des Standes der Technik eine Gleichspannung so gesteuert, dass die Ausgangswirkleistung ein Maximum erreicht. Aus diesem Grund ist es z.B. beim Stand der Technik schwierig, die Wirkleistung der Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 so weiter zu erhöhen, dass sie einen durch eine Langzeit-Oszillation verursachten Mangel an elektrischer Energie ergänzt. Mit anderen Worten, die Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 trägt nicht zur Stabilisierung einer Langzeit-Oszillation des Stromversorgungssystems bei.
Die Steuervorrichtung 20 nach dieser Ausführungsform kann jedoch einen Spielraum für die Anpassung (Erhöhung oder Verminderung) der elektrischen Energie der Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 durch Korrektur des Gleichspannungszielwerts e* einhalten. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung 20 auch die Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 so steuern, dass ein Langzeit-Oszillieren des Stromversorgungssystems unterbunden wird und das Stromversorgungssystems entsprechend weiter stabilisiert werden kann.
<Siebente Ausführungsform>
Als nächstes wird eine Steuervorrichtung 20 eines Leistungseinstellungssystems 1 gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Den konstitutiven Elementen, die der ersten bis sechsten Ausführungsform gemeinsam sind, werden die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
10 ist eine Darstellung, die den funktionellen Aufbau einer Last- und einer Steuervorrichtung nach einer siebten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 10 dargestellt, steuert das Leistungseinstellungssystem 1 gemäß dieser Ausführungsform die der Lastvorrichtung 4 zugeführte elektrische Energie. Die Lastvorrichtung 4 enthält eine Steuervorrichtung 20, eine Gleichstromlast 40, eine Konverter-Schaltung 41 und eine Steuerschaltung 32.
Die Gleichstromlast 40 ist zum Beispiel eine Speicherbatterie oder ähnliches. In einem Fall, in dem die Gleichstromlast 40 mit elektrischer Energie versorgt wird (die Speicherbatterie wird geladen), wandelt die Konverter-Schaltung 41 den von einem Stromversorgungssystem empfangenen Wechselstrom in Gleichstrom um und gibt den umgewandelte Gleichstrom in die Gleichstromlast 40 ein.
Die Steuerschaltung 32 erzeugt verschiedene Signale, die zum Einstellen der elektrischen Leistungseinspeisung an die Gleichstromlast 40 auf der Grundlage eines Zielwerts nach der Korrektur e* + Δe* verwendet werden, der durch einen Gleichspannungskorrekturwert Δe* eingestellt wurde, der von der Steuervorrichtung 20 ausgegeben wird. Eine spezifische Funktionskonfiguration der Steuerschaltung 32 ist ähnlich der der sechsten Ausführungsform.
Die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform wird durch Veränderung eines Teils der Steuervorrichtung 20 gemäß der sechsten Ausführungsform erhalten. Genauer gesagt enthält die Steuervorrichtung 20 nach dieser Ausführungsform, wie in 10 dargestellt, eine zweite Korrekturwert-Berechnungseinheit 210 anstelle der ersten Korrekturwert-Berechnungseinheit 209.
Die Berechnung eines Gleichspannungskorrekturwertes Δe*, die von der zweiten Korrekturwert-Berechnungseinheit 210 durchgeführt wird, wird hier beschrieben. Zuerst wird ein Korrekturwert ΔP_dy, der ein Steuereingang ist, von einer P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit 207 in eine Berechnungseinheit 210A eingegeben. Die Berechnungseinheit 210A multipliziert einen Korrekturwert ΔP_dy eines GF-Einstellkraft-Sollwerts mit -1. Mit anderen Worten, die Berechnungseinheit 210A berechnet einen Korrekturwert der der Last zugeführten elektrischen Energie, der einer zusätzlichen, vom Stromversorgungssystem angeforderten elektrischen Energie entspricht. In einem Fall, in dem beispielsweise eine zusätzliche elektrische Energie vom Stromversorgungssystem angefordert wird, berechnet die Recheneinheit 210A einen Korrekturwert, so dass sie die der Gleichstromlast 40 zugeführte elektrische Energie entsprechend einem Korrekturwert P_dy reduziert.
Zusätzlich wird der von der Berechnungseinheit 210A berechnete Korrekturwert von einer Berechnungseinheit 210B in einen Gleichspannungskorrekturwert Δe* umgewandelt und der umgewandelte Gleichspannungskorrekturwert wird in die Steuerschaltung 32 eingegeben.
Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung 20 nach dieser Ausführungsform auch die in den letzten Jahren rasch verbreitete Lastvorrichtung 4, wie z.B. eine Speicherbatterie, zur Stabilisierung einer Langzeit-Oszillation des Stromversorgungssystems nutzen. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung 20 das Stromversorgungssystem weiter stabilisieren.
<Achte Ausführungsform>
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 11 eine Steuervorrichtung 20 eines Leistungseinstellungssystems 1 nach einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Den konstitutiven Elementen, die der ersten bis siebten Ausführungsform gemeinsam sind, werden die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
11 ist eine Darstellung, die die funktionelle Konfiguration eines Wassererhitzungssteuersystems und einer Steuervorrichtung gemäß der achten Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 11 dargestellt, stellt das Leistungseinstellungssystem 1 gemäß dieser Ausführungsform die elektrische Energie, die dem Wassererhitzer-Steuersystem 5 zugeführt wird, ein. Das Wassererhitzer-Steuersystem 5 umfasst eine Steuervorrichtung 20, eine Vielzahl von elektrischen Wassererhitzern 50 (Lastvorrichtungen) und Schalter 51 entsprechend der Vielzahl von elektrischen Wassererhitzern 50. In 11 sind zur Vereinfachung der Beschreibung nur ein elektrischer Wassererhitzer 50 aus der Vielzahl der elektrischen Wassererhitzer und ein Schalter 51 dargestellt.
Die Steuervorrichtung 20 nach der oben beschriebenen siebten Ausführungsform hat als Steuerziel die Lastvorrichtung 4, die die zugeführte elektrische Energie einstellen kann. Im Gegensatz dazu kann der elektrische Wassererhitzer 50 nach dieser Ausführungsform nur entweder ein- oder ausgeschaltet sein und somit keine Feineinstellung einer Zwischenleistung vornehmen. Dies gilt jedoch nur für einzelne elektrische Wassererhitzer 50 und wenn die elektrischen Wassererhitzer als eine Gruppe von mehreren elektrischen Wassererhitzern betrieben werden, kann die Ausgangsleistung stufenlos fein gesteuert werden.
Wenn z.B. alle Einstellwerte, die die Ein-/AusschaltZeitpunkte der Gruppe der elektrischen Wassererhitzer bezeichnen, gleich sind, wird die Mehrzahl der elektrischen Wassererhitzer 50 zur gleichen Zeit diskontinuierlich wie das gesamte System ein- oder ausgeschaltet. In einem solchen Fall kommt es zu einer großen Störung im Stromversorgungssystem. Im Gegensatz dazu, wenn die Ein-/Aus-Einstellwerte der elektrischen Wassererhitzer 50 allmählich auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, ändert sich die Anzahl der elektrischen Wassererhitzer 50, die kontinuierlich angetrieben werden, und somit wird eine Oszillation im Stromversorgungssystem klein, um vernachlässigbar zu sein.
Die Steuervorrichtung 20 nach dieser Ausführungsform führt auf diese Weise diskontinuierlich die ein/aus Steuerung der Vielzahl von elektrischen Wassererhitzern 50 aus. Genauer gesagt führt die Steuervorrichtung 20 eine Steuerung durch, die im Folgenden beschrieben wird.
Die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform wird durch Veränderung eines Teils der Steuervorrichtung 20 gemäß der siebten Ausführungsform erhalten. Genauer gesagt enthält die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform, wie in 11 dargestellt, anstelle der zweiten Korrekturwert-Berechnungseinheit 210 eine Öffnungs-/Schließbefehl-Erzeugungseinheit 211.
Die Funktion der Öffnungs-/Schließbefehl-Erzeugungseinheit 211 wird hier beschrieben. „ΔP_dy“, der von der P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit 207 ausgegeben wird, ist ein Befehl für eine Energiequelle, eine Leistungsausgabe hinzuzugeben. Die Steuervorrichtung 20 nach dieser Ausführungsform gibt Befehle an die elektrischen Wassererhitzer 50, die als Verbraucher dienen, und somit kehrt die Recheneinheit 211A das positive/negative Vorzeichen um, indem sie den Korrekturwert ΔP_dy mit -1 multipliziert. Ein negativer Wert, der nach der Umkehrung als Absolutwert ansteigt, bedeutet, dass die Last abgesenkt wird. Mit anderen Worten, die Recheneinheit 211A berechnet einen Korrekturwert für die der Last zugeführte elektrische Energie, die einer zusätzlichen elektrischen Energie entspricht, die vom Stromversorgungssystem angefordert wird. Wenn die Last abgesenkt wird, ist es notwendig, den Schalter 51 für den elektrischen Wassererhitzer 50 zu öffnen. Der Befehl für den Schalter 51 wird schließend, wenn eine Ausgabe eines Komparators 211C und ein Schließbefehl von einer Steuereinheit 211E, wie z.B. einem Zeitgeber, in eine UND-Operationseinheit 211D eingegeben werden und eine „UND“-Bedingung erfüllt ist.
Ein von der Recheneinheit 211A ausgegebener Wert A wird in den Komparator 211C eingegeben. Zusätzlich wird ein Wert B, der durch Addition eines vorgegebenen Schwellenwertes und einer von einem Zufallszahlengenerator 211B erzeugten Zufallszahl ermittelt wird, in den Komparator 211C eingegeben. In einem Fall, in dem der Wert A größer als der Wert B ist, gibt der Komparator 211C einen Schließbefehl (z.B. „1“) aus. Andererseits gibt der Komparator 211C in einem Fall, in dem der Wert A gleich oder kleiner als der Wert B ist, einen Öffnungsbefehl aus (z.B. „0“). Der Schwellenwert ist z.B. ein negativer Wert, der zu einer normalen Zeit nicht auftritt. Der Zufallszahlengenerator 211B z.B. aktualisiert die Zufallszahl unregelmäßig etwa einmal alle 10 Minuten. Durch die hochfrequente Aktualisierung der Zufallszahl werden die Antriebszeiten der Mehrzahl der elektrischen Wassererhitzer 50 gemittelt, und somit wird das Risiko verringert, während einer durch eine Zeitschaltuhr festgelegten Antriebszeit nicht genügend erwärmtes Wasser zu erhalten.
In einem Fall, in dem Schließbefehle („1“) sowohl von der Steuereinheit 211E als auch vom Komparator 211C eingegeben werden, gibt die UND-Operationseinheit 211D einen Schließbefehl an den Schalter 51 aus. Darüber hinaus gibt die UND-Operationseinheit 211D selbst in einem Fall, in dem ein Schließbefehl („1“) von der Steuereinheit 211E eingegeben wird, einen Öffnungsbefehl („0“) an den Schalter 51 aus, wenn ein Öffnungsbefehl („0“) vom Komparator 211C eingegeben wird. Aus diesem Grund wird es für den Schalter 51 schwierig, in einen geschlossenen Zustand zu kommen, wenn in einem Stromversorgungssystem eine zusätzlicher elektrischer Ausgangsleistung angefordert wird.
Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung 20 verhindern, dass mehrere elektrische Wassererhitzer 50 gleichzeitig ein- oder ausgeschaltet werden, und dementsprechend kann das Stromversorgungssystem stabilisiert werden.
< Neunte Ausführungsform>
Als nächstes wird ein Leistungseinstellungssystem 1 gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Den konstitutiven Elementen, die der ersten bis achten Ausführungsform gemeinsam sind, werden die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
12 ist eine Darstellung, die die gesamte Konfiguration des Leistungseinstellungssystems gemäß der neunten Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 12 dargestellt, umfasst das Leistungseinstellungssystem 1 nach dieser Ausführungsform eine Vielzahl von Kraftwerken G1, G2 und G3 sowie eine Stromversorgungskontrollstation C.
In der ersten bis sechsten der oben beschriebenen Ausführungsformen wurde eine Form beschrieben, bei der die Energieerzeugungsvorrichtung 2 (1) oder die Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 (8) die Steuervorrichtung 20 enthält. Im Gegensatz dazu ist in dieser Ausführungsform, wie in 12 dargestellt, eine Steuervorrichtung 20 in der Stromversorgungskontrollstation C angeordnet. Diese Steuervorrichtung 20 gibt einen Korrekturwert ΔP_dy zur Kompensation einer Verzögerung der elektrischen Energie eines Stromgenerators 22 als Korrektursollwert an die Energieerzeugungsvorrichtung 2 jedes der Kraftwerke G1 bis G3 aus.
Beispielsweise ist, wie in 12 dargestellt, in jedem der Kraftwerke G1 bis G3 eine Energieerzeugungsvorrichtung 2 mit einer Turbinenvorrichtung 21 und einem Stromgenerator 22 vorgesehen. Die Steuervorrichtung 20 erfasst über ein Kommunikationsnetz die von der Energieerzeugungsvorrichtung 2 jedes der Kraftwerke G1 bis G3 an die Stromübertragungsleitung N übertragene Wirkleistung P_G und eine Winkelgeschwindigkeit ωdes Stromgenerators 22. Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung 20 zusätzlich eine Ausgangsspannung, einen Ausgangsstrom, eine Frequenz und dergleichen der Energieerzeugungsvorrichtung 2 erfassen. Zusätzlich berechnet die Steuervorrichtung 20 Korrekturwerte {ΔP_dy}_G1, {ΔP_dy}_G2 und {ΔP_dy}_G3 zur Kompensation der Verzögerung der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators 22 auf der Grundlage der von jedem der Kraftwerke G1 bis G3 erfassten Wirkleistung P_G und der Winkelgeschwindigkeit ω und gibt die berechneten Korrekturwerte als Korrektursollwerte an die Kraftwerke G1 bis G3 aus. Dann berechnet die Energieerzeugungsvorrichtung 2 jedes der Kraftwerke G1 bis G3 einen zweiten Einstellkraft-Sollwert ΔP_T, der durch Addieren des von der Steuervorrichtung 20 der Stromversorgungskontrollstation C eingegebenen Korrektur-Sollwertes mit einem ersten Einstellkraft-Sollwert ΔP ermittelt wird, der anhand der oben beschriebenen Gleichung (1) berechnet wird. Die Steuervorrichtung 20 der Stromversorgungskontrollstation C berechnet die Korrekturwerte {ΔP_dy}_G1, {ΔP_dy}_G2 und {ΔP_dy}_G3 unter Verwendung des Verfahrens, das in einer der oben beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsformen beschrieben ist.
In jedem der Kraftwerke G1 bis G3 kann eine Solarstromerzeugungsvorrichtung 3 vorgesehen sein. In einem solchen Fall berechnet die Steuervorrichtung 20 der Stromversorgungskontrollstation C die Korrekturwerte {ΔP_dy}_G1, {ΔP_dy}_G2 und {ΔP_dy}_G3 nach der in der sechsten Ausführungsform oben beschriebenen Methode.
Die Steuervorrichtung 20 der Stromversorgungskontrollstation C kann so konfiguriert werden, dass es Korrektursollwerte an Kunden wie Fabriken anstelle der Kraftwerke G1 bis G3 ausgibt. In einem solchen Fall gibt die Steuervorrichtung 20 z.B. den nach dem in der siebten Ausführungsform beschriebenen Verfahren berechneten Gleichspannungskorrekturwert Δe* als Korrektursollwert an jeden Kunden aus.
Auf diese Weise können Bedarf- und Versorgungsbilanzen für die Mehrzahl der Kraftwerke G1 bis G3 durch die Stromversorgungskontrollstation C effizient eingestellt werden. Darüber hinaus kann z.B. bei einer Einstellungsänderung o.ä. nur die Steuervorrichtung 20 der Stromversorgungskontrollstation C korrigiert und damit die Montageflexibilität verbessert werden.
(Hardware-Konfiguration der Steuervorrichtung)
13 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Hardwarekonfiguration einer Steuervorrichtung nach einer beliebigen Ausführungsform darstellt.
Im Folgenden wird ein Beispiel für die Hardwarekonfiguration der Steuervorrichtung unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
Wie in 13 dargestellt, enthält ein Computer 900 einen Prozessor 901, eine Hauptspeichervorrichtung 902, eine Zusatzspeichervorrichtung 903 und eine Schnittstelle 904.
Die Steuervorrichtung 20 nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen wird in den Computer 900 eingebaut. Der Betrieb jeder oben beschriebenen Operationseinheit wird in der Zusatzspeichervorrichtung 903 in Form eines Programms gespeichert. Der Prozessor 901 liest das Programm aus der Zusatzspeichervorrichtung 903, rechnet das Programm in der Hauptspeichervorrichtung 902 hoch und führt den oben beschriebenen Vorgang entsprechend dem Programm aus. Zusätzlich sichert der Prozessor 901 einen von der Steuervorrichtung 20 für verschiedene Prozesse genutzten Speicherbereich in der Hauptspeichervorrichtung 902 programmgemäß ab. Darüber hinaus sichert der Prozessor 901 in Übereinstimmung mit dem Programm einen Speicherbereich zur Speicherung von Daten während der Verarbeitung in der Zusatzspeichervorrichtung 903.
Das Programm kann zur Realisierung einiger Funktionen des Computers 900 verwendet werden. Beispielsweise kann das Programm Funktionen realisieren, indem es mit einem anderen Programm kombiniert wird, das zuvor in der Zusatzspeichervorrichtung 903 gespeichert wurde, oder indem es mit einem anderen Programm kombiniert wird, das in einer anderen Vorrichtung eingebunden ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Computer 900 zusätzlich zu der oben beschriebenen Konfiguration oder anstelle der oben beschriebenen Konfiguration einen kundenspezifischen hochintegrierten Schaltkreis (engl.: Large Scale Integrated Circuit (LSI)) wie z.B. ein programmierbare Logikschaltung (engl.: Programmable Logic Device (PLD)) enthalten. Beispiele für das PLD sind eine programmierbare Logikanordnung (engl.: Programmable Array Logic (PAL)), eine generische Logikanordnung (engl.: Generic Array Logic (GAL)), eine komplexe programmierbare Logikvorrichtung (engl.: Complex Programmable Logic Device (CPLD)) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (engl.: Field Programmable Gate Array (FPGA)). In einem solchen Fall können einige oder alle der durch den Prozessor 901 realisierten Funktionen durch die integrierte Schaltung realisiert werden.
Als Beispiele für die Zusatzspeichervorrichtung 903 gibt es ein Festplattenlaufwerk (engl.: Hard Disk Drive (HDD)), ein Festkörperspeicher (engl.: Solid State Drive (SSD)), einen Magnetplattenspeicher, eine magneto-optische Platte (engl.: magneto-optical disk), einen Compact-Disk-Lesespeicher (engl.: compact disc read only memory (CD-ROM)), einen DVD-Lesespeicher (engl.: digital versatile disc read only memory (DVD-ROM)), einen Halbleiterspeicher und ähnliches. Die Zusatzspeichervorrichtung 903 kann ein internes Medium sein, das direkt mit einem Bus des Computers 900 verbunden ist, oder ein externes Medium, das über die Schnittstelle 904 oder eine Kommunikationsleitung mit dem Computer 900 verbunden ist. Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem dieses Programm über eine Kommunikationsleitung an den Computer 900 verteilt wird, der Computer 900, der die Verteilung erhalten hat, das Programm in die Hauptspeichervorrichtung 902 hochladen und den oben beschriebenen Prozess ausführen. In mindestens einer Ausführungsform ist das Zusatzspeichergerät 903 ein nichtflüchtiges Speichermedium.
Wie oben beschrieben, sind zwar mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, doch werden alle diese Ausführungsformen als Beispiele vorgestellt und sollen den Anwendungsbereich der Erfindung nicht einschränken. Solche Ausführungsformen können in anderen verschiedenen Formen ausgeführt werden, und es können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in einem Umfang vorgenommen werden, der nicht vom Konzept der Erfindung abweicht. Solche Ausführungsformen und ihre Änderungen sind in den Anwendungsbereich und das Konzept der Erfindung eingeschlossen und ebenso sind sie in den Anwendungsbereich der Erfindung eingeschlossen, der in den Ansprüchen und deren Äquivalenten beschrieben ist.
<Ergänzende Anmerkung>
Die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschriebenen Steuervorrichtungen 20, Verfahren zur Steuerung der Energieerzeugungsvorrichtung 2 und ein Programm der Steuervorrichtung 20 werden z.B. wie folgt verstanden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die so konfiguriert ist, um den Betrieb einer Energieerzeugungsvorrichtung einschließlich eines Motors und eines Stromgenerators zu steuern, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zur Berechnung eines ersten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert und einem Referenzwert einer Drehzahl des Stromgenerators verwendet wird; einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes zur Kompensation einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators; und einen Prozess zur Berechnung eines zweiten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, indem der erste Einstellkraft-Sollwert und der Korrekturwert addiert werden.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Prozessor in der Steuervorrichtung nach dem ersten Aspekt konfiguriert, um ein Differenzsignal zu berechnen, das durch Differenzieren eines beobachteten Wertes der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators als Korrekturwert im Prozess der Berechnung des Korrekturwertes erfasst wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, in der Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt, ist der Prozessor konfiguriert, um ferner einen Prozess der Schätzung einer Ansprechverzögerungszeit des Stromgenerators auf der Grundlage des beobachteten Wertes der Drehzahl und des beobachteten Wertes der elektrischen Ausgangsleistung auszuführen, und ist konfiguriert, um das Differenzsignal auf der Grundlage der Ansprechverzögerungszeit im Prozess der Berechnung des Korrekturwertes zu korrigieren.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Prozessor in der Steuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt konfiguriert, um ferner einen Prozess der Schätzung einer Ansprechverzögerungszeit des Stromgenerators auf der Grundlage des beobachteten Wertes der Drehzahl und eines beobachteten Wertes der elektrischen Ausgangsleistung auszuführen, und ist konfiguriert, um den Korrekturwert auf der Grundlage des beobachteten Wertes der Drehzahl und der Ansprechverzögerungszeit in dem Prozess der Berechnung des Korrekturwertes zu berechnen.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Prozessor in der Steuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt so konfiguriert, um ferner einen Prozess der Vorhersage einer Reaktion der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators auf der Grundlage des beobachteten Wertes der Drehgeschwindigkeit auszuführen, und ist konfiguriert, um den Korrekturwert auf der Grundlage einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert der elektrischen Ausgangsleistung und der vorhergesagten Reaktion im Prozess der Berechnung des Korrekturwertes zu berechnen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Prozessor in der Steuervorrichtung gemäß dem fünften Aspekt konfiguriert, um ferner einen Prozess der Ausgabe des berechneten Korrekturwertes an einen automatischen Spannungsregler auszuführen, der konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung des Stromgenerators einzustellen.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die konfiguriert ist, um den Betrieb einer Solarenergieerzeugungsvorrichtung zu steuern, die eine Energieerzeugung unter Verwendung einer Solarzelle durchführt, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zur Vorhersage einer Reaktion einer elektrischen Ausgangsleistung der Solarzelle auf der Grundlage von beobachteten Werten der elektrischen Ausgangsleistung und einer Winkelfrequenz der Solarzelle; und einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes, der zur Einstellung eines Spannungszielwertes der Solarzelle auf der Grundlage einer Abweichung zwischen dem beobachteten Wert der elektrischen Ausgangsleistung und der vorhergesagten Reaktion verwendet wird.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die konfiguriert ist, um den Betrieb einer Lastvorrichtung zu steuern, der elektrische Energie von einem Stromversorgungssystem zugeführt wird, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zum Berechnen eines Korrekturwertes für die dem Lastgerät zugeführte elektrische Energie, die der vom Stromversorgungssystem angeforderten zusätzlichen elektrischen Energie entspricht; und einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes, der zur Einstellung eines Spannungszielwertes der zugeführten elektrischen Energie auf der Grundlage des Korrekturwertes für die zugeführte elektrische Energie verwendet wird.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die konfiguriert ist, um das Ein-/Ausschalten der Zufuhr von elektrischer Energie von einem Stromversorgungssystem zu einer Vielzahl von Lastvorrichtungen zu steuern, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes für die jedem Lastgerät zugeführte elektrische Energie, die einer zusätzlichen, vom Stromversorgungssystem angeforderten, elektrischen Ausgangsleistung entspricht; einen Prozess zum Ein- oder Ausschalten der Zufuhr der elektrischen Energie zum Lastgerät auf der Grundlage des Korrekturwertes für die zugeführte elektrische Energie und eines Schwellenwertes; und einen Prozess, bei dem der Schwellenwert mit Hilfe einer Zufallszahl verändert wird.
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die eine Einstellkraft einer individuell in einer Vielzahl von Kraftwerken angeordneten Energieerzeugungsvorrichtung korrigiert, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zum Berechnen eines Korrekturwertes zum Kompensieren einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung eines Stromgenerators, der in jeder der Vielzahl von Energieerzeugungsvorrichtungen enthalten ist, und zum Einstellen einer Ausgangsleistung eines Motors, der in jeder der Vielzahl von Energieerzeugungsvorrichtungen enthalten ist; und einen Prozess zur Ausgabe des Korrekturwertes an jede der mehreren Energieerzeugungsvorrichtungen.
Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Steuerverfahren zum Steuern der Ansteuerung einer Energieerzeugungsvorrichtung mit einem Motor und einem Stromgenerator bereitgestellt, wobei das Steuerverfahren aufweist: Berechnen eines ersten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert und einem Referenzwert einer Drehzahl des Stromgenerators verwendet wird; Berechnen eines Korrekturwertes zur Kompensation einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators; und Berechnen eines zweiten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, durch Addition des ersten Einstellkraft-Sollwerts und des Korrekturwerts.
Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Programm bereitgestellt, das einem Computer eines Steuergeräts ermöglicht, die Ansteuerung einer Energieerzeugungsvorrichtung einschließlich eines Motors und eines Stromgenerators zu steuern, wobei das Programm bewirkt, dass der Computer ausführt: einen Prozess zur Berechnung eines ersten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert und einem Referenzwert einer Drehzahl des Stromgenerators verwendet wird; einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes zur Kompensation einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators; und einen Prozess zur Berechnung eines zweiten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, indem der erste Einstellkraft-Sollwert und der Korrekturwert addiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Energieeinstellungssystem
2, 2A, 2B, 2C: Energieerzeugungsvorrichtung
20: Steuervorrichtung
200: Prozessor
201: Ausgabeeinstelleinheit
202: Differenzausgleichseinheit
203: Additionseinheit
204: Schätzeinheit
205: WinkelgeschwindigkeitsRückkopplungskompensationseinheit
206: P-Ansprech-Modell
207: P-Ansprechrückkopplungs-Kompensationseinheit
208: Verteilereinheit
209: Erste Korrekturwert-Berechnungseinheit
210: Zweite Korrekturwert-Berechnungseinheit
211: Öffnungs-/Schließbefehl-Erzeugungseinheit
21: Turbinenvorrichtung
22, 22A, 22B: Stromgenerator
23: Automatischer Spannungsregler
24: ω-Erfassungseinheit
25: P-Erfassungseinheit
3: Solarstromerzeugungsvorrichtung (Energieerzeugungsvorrichtung)
30: Solarzelle (Gleichstromquelle)
31: Wechselrichterschaltung
32: Steuerschaltung
320: Additionseinheit
321: Gleichspannungs-Steuereinheit
322: Stromsteuereinheit
323: PWM-Signalerzeugungseinheit
33: P-Erfassungseinheit
34: ω-Erfassungseinheit
35: Stromerfassungseinheit

36: Gleichspannungs-Erfassungseinheit
4: Lastvorrichtung
40: Gleichstromlast
41: Konverter-Schaltung
5: Wassererhitzer-Steuersystem
50: Elektrischer Wassererhitzer
51: Schalter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019160565 [0001]

Claims

Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um den Betrieb einer Energieerzeugungsvorrichtung einschließlich eines Motors und eines Stromgenerators zu steuern, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zur Berechnung eines ersten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert und einem Referenzwert einer Drehzahl des Stromgenerators verwendet wird; einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes zur Kompensation einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators; und einen Prozess zur Berechnung eines zweiten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, indem der erste Einstellkraft-Sollwert und der Korrekturwert addiert werden.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um ein Differenzsignal zu berechnen, das durch Differenzieren eines beobachteten Wertes der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators als Korrekturwert im Prozess der Berechnung des Korrekturwertes erfasst wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um ferner einen Prozess der Schätzung einer Ansprechverzögerungszeit des Stromgenerators auf der Grundlage des beobachteten Wertes der Drehzahl und des beobachteten Wertes der elektrischen Ausgangsleistung auszuführen, und konfiguriert ist, um das Differenzsignal auf der Grundlage der Ansprechverzögerungszeit im Prozess der Berechnung des Korrekturwertes zu korrigieren.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um ferner einen Prozess der Schätzung einer Ansprechverzögerungszeit des Stromgenerators auf der Grundlage des beobachteten Wertes der Drehzahl und eines beobachteten Wertes der elektrischen Ausgangsleistung auszuführen, und konfiguriert ist, um den Korrekturwert auf der Grundlage des beobachteten Wertes der Drehzahl und der Ansprechverzögerungszeit in dem Prozess der Berechnung des Korrekturwertes zu berechnen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um ferner einen Prozess der Vorhersage einer Reaktion der elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators auf der Grundlage des beobachteten Wertes der Drehgeschwindigkeit auszuführen, und konfiguriert ist, um den Korrekturwert auf der Grundlage einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert der elektrischen Ausgangsleistung und der vorhergesagten Reaktion im Prozess der Berechnung des Korrekturwertes zu berechnen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um ferner einen Prozess der Ausgabe des berechneten Korrekturwertes an einen automatischen Spannungsregler auszuführen, der konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung des Stromgenerators einzustellen.
Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um den Betrieb einer Solarenergieerzeugungsvorrichtung zu steuern, die eine Energieerzeugung unter Verwendung einer Solarzelle durchführt, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zur Vorhersage einer Reaktion einer elektrischen Ausgangsleistung der Solarzelle auf der Grundlage von beobachteten Werten der elektrischen Ausgangsleistung und einer Winkelfrequenz der Solarzelle; und einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes, der zur Einstellung eines Spannungszielwertes der Solarzelle auf der Grundlage einer Abweichung zwischen dem beobachteten Wert der elektrischen Ausgangsleistung und der vorhergesagten Reaktion verwendet wird.
Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um den Betrieb einer Lastvorrichtung zu steuern, der elektrische Energie von einem Stromversorgungssystem zugeführt wird, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zum Berechnen eines Korrekturwertes für die dem Lastgerät zugeführte elektrische Energie, die der vom Stromversorgungssystem angeforderten zusätzlichen elektrischen Energie entspricht; und einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes, der zur Einstellung eines Spannungszielwertes der zugeführten elektrischen Energie auf der Grundlage des Korrekturwertes für die zugeführte elektrische Energie verwendet wird.
Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um das Ein-/Ausschalten der Zufuhr von elektrischer Energie von einem Stromversorgungssystem zu einer Vielzahl von Lastvorrichtungen zu steuern, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes für die jedem Lastgerät zugeführte elektrische Energie, die einer zusätzlichen, vom Stromversorgungssystem angeforderten, elektrischen Ausgangsleistung entspricht; einen Prozess zum Ein- oder Ausschalten der Zufuhr der elektrischen Energie zum Lastgerät auf der Grundlage des Korrekturwertes für die zugeführte elektrische Energie und eines Schwellenwertes; und einen Prozess, bei dem der Schwellenwert mit Hilfe einer Zufallszahl verändert wird.
Steuervorrichtung, die eine Einstellkraft einer individuell in einer Vielzahl von Kraftwerken angeordneten Energieerzeugungsvorrichtung korrigiert, wobei die Steuervorrichtung einen Prozessor aufweist, ausführend: einen Prozess zum Berechnen eines Korrekturwertes zum Kompensieren einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung eines Stromgenerators, der in jeder der Vielzahl von Energieerzeugungsvorrichtungen enthalten ist, und zum Einstellen einer Ausgangsleistung eines Motors, der in jeder der Vielzahl von Energieerzeugungsvorrichtungen enthalten ist; und einen Prozess zur Ausgabe des Korrekturwertes an jede der mehreren Energieerzeugungsvorrichtungen.
Steuerverfahren zum Steuern der Ansteuerung einer Energieerzeugungsvorrichtung mit einem Motor und einem Stromgenerator, wobei das Steuerverfahren aufweist: Berechnen eines ersten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert und einem Referenzwert einer Drehzahl des Stromgenerators verwendet wird; Berechnen eines Korrekturwertes zur Kompensation einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators; und Berechnen eines zweiten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, durch Addition des ersten Einstellkraft-Sollwerts und des Korrekturwerts.
Programm, das einem Computer eines Steuergeräts ermöglicht, die Ansteuerung einer Energieerzeugungsvorrichtung einschließlich eines Motors und eines Stromgenerators zu steuern, wobei das Programm bewirkt, dass der Computer ausführt: einen Prozess zur Berechnung eines ersten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen einem beobachteten Wert und einem Referenzwert einer Drehzahl des Stromgenerators verwendet wird; einen Prozess zur Berechnung eines Korrekturwertes zur Kompensation einer Verzögerung einer elektrischen Ausgangsleistung des Stromgenerators; und einen Prozess zur Berechnung eines zweiten Einstellkraft-Sollwerts, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, indem der erste Einstellkraft-Sollwert und der Korrekturwert addiert werden.