JP2007006553A - 発電機制御装置と発電機システム。 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発電機3に接続される原動機の出力特性データ16から、発電機の発生電力により前記原動機の出力を演算するトルク指令演算手段11と、原動機の出力が最大となるように速度−トルクパターンを補正する最大出力追従手段15と、最大効率トルク指令を発生する手段Kと、速度制御トルク指令を演算する速度制御手段22と、負荷率判別手段21の出力信号により最大効率トルク指令と前記速度制御トルク指令とを切り換える制御切換手段24とを備え、最大効率トルク指令が規定値以下であればトルク指令として最大効率トルク指令を使用し、最大効率トルク指令が規定値を超えた場合に前記速度制御手段により得られる速度制御トルク指令を使う。
【選択図】図2
Description
また、発電量の調整方法として、水力発電では過大な入力となる場合には水車に入力される水量を調整する弁を設けて水車の発生出力を抑えるようにしている(例えば、特許文献1参照)。また、風力発電においては風力が大きくなった場合にブレーキやクラッチなどを利用して機械的に風車の出力を制御するようにしているものもある(例えば、特許文献2参照)。
前記発電機に接続される原動機の入力に対する出力量が最大となる速度−トルクパターンを備え、
前記発電機の発生電力から前記原動機の出力を演算する原動機出力演算手段と、
前記原動機の出力が最大となるように速度−トルクパターンを補正する補正手段と、前記発電機速度検出手段から得られた速度から前記補正手段により補正された速度―トルクパターンに従った最大効率トルク指令を計算するトルク指令演算手段と、
前記発電機速度検出手段か得られた速度とある設定された速度指令とを比較して前記発電機の速度が前記速度指令と一致するように速度制御トルク指令を演算する速度制御手段と、
前記第1の電力変換装置を制御して前記最大効率トルク指令または前記速度制御トルク指令と一致したトルクを前記発電機に発生させるトルク制御手段とを備え、
前記最大効率トルク指令が規定値以下であれば、トルク指令として前記最大効率トルク指令を使用し、前記最大効率トルク指令が規定値を超え且つある設定した時間経過した場合に前記速度制御手段により得られる速度制御トルク指令を使い、前記速度指令は定格速度よりも低い速度指令を用いて速度制御するという手順をとったのである。
前記発電機に接続される原動機の入力に対する出力量が最大となる速度−トルクパターンを備え、
前記発電機の発生電力を演算し、前記原動機の出力を推定する原動機出力演算手段と、
前記速度−トルクパターンを補正する補正手段と、
前記発電機速度検出手段から得られた速度から前記補正手段により補正された速度―トルクパターンに従ってトルク指令を計算するトルク指令演算手段と、前記第1の電力変換装置を制御して前記トルク指令通りのトルクを前記発電機に発生させるトルク制御手段とを備え、
前記補正手段は、前記入力量が規定値以下であれば、前記原動機出力が最大となるように速度−トルクパターンを補正して常に最大出力が得られるようにし、前記入力量が規定値を超え且つある設定した時間経過した場合には、発電機を減速させて前記トルク指令が前記発電機または前記第1の電力変換装置が連続的に発生可能なトルク以下となるように前記速度−トルクパターンを補正するようにしたのである。
また、請求項2に記載の発明によると、速度指令を最大の入力量の時でも発電機や電力変換装置の容量を越えないようにするため、確実に発電量を抑制することができる。
請求項3に記載の発明によると、原動機の特性に従って、発電機や電力変換装置の容量を越えない範囲で最大の電力を得ることができ、過大な入力でも極端に発電量を下げることなく保護をすることができる。
請求項4に記載の発明によると、入力量が過大な状態から通常運転可能な状態になった場合に最大効率の運転に移行することができる。
請求項5に記載の発明によると、発電方式を切り替えることなく減速することができ、切替によるショックなどを考慮する必要がなく発電量を抑制することができる。
請求項6に記載の発明によると、請求項1、2、5において、減速による回生電力を消費するための制動回路により、電力変換装置を保護しながら減速動作を確実に実行できる。
請求項7に記載の発明によると、請求項1乃至6記載の発電機制御装置を風力発電または水力発電システムに適用し、入力が過大となった場合に定格速度よりも低い速度で運転するために発電機システム全体の発電量を抑制し、発電システムを保護することができる。
ここで原動機の特性について説明する。
発電機電力Pgenは,発電機速度Wgenと発電機トルクTgenを用いて(1)式に示すように表することができる。
原動機の出力は発電機電力から損失分を加算して求める。損失分Plossは電気損失と機械損失で構成さ、電気損失は発電機の等価抵抗と発電機を制御しているインバータの電力半導体のスイチィング周波数によって決まる電気損失定数 に発電機電力を掛けてを求める。機械損失は機械摩擦定数 に発電機速度の2乗を掛けて求める。発電システムの損失分Plossは電気損失に機械損失を足して(2)式に示すように求める。
一般的に風車のトルクTturは(6)式のように表すことが出来る。
また図7より、ある入力に対して最大出力となる点と同じトルクとなる回転数が存在する。過大な発電を防止するための速度指令は、定格よりも低い速度である必要があり、図7の速度−トルク特性データから、想定される最大の入力時に発電機あるいは電力変換装置が連続出力可能なトルクとなる速度のうち低い方を求めておき、前記速度指令演算手段23に設定することにより、過大な発電を確実に防止することができる。
実施例1において、図7の速度−トルク特性に使用する原動機の設計値と実際の原動機の特性には誤差が含まれる場合があるため保護動作として十分でない場合がある。このため、速度指令と発電機の検出速度が一致した時のトルク指令を元にして速度指令を補正する機能を加え、常に発電機3または電力変換回路が連続出力可能なトルク(トルク制限値)となるようにすることにより、確実に保護を行うようにしている。
また、最大トルク点が前記トルク以下となる入力の場合は、速度の修正をしても前記トルクとならない。負荷率判別手段21はこの状態を判別して切替手段24を操作して最大効率で運転するように切り替えるようにする。
負荷率が予め設定した規定値よりも少ない場合は、最大出力追従手段による特性の修正を行い、負荷率が規定値よりも大きくなった場合は、図7に示したトルク制限直線と原動機トルク特性曲線との交点を通るようにトルク指令を修正する。
また、本発明の発電機制御装置を原動機(風車、水車)、原動機出力を減速し発電機へ動力伝達する減速機並びに発電機を備えた発電システムに適用し、入力が過大となった場合に発電機システム全体の発電量を抑制し、保護することができる。
2 第2の電力変換回路
3 発電機
4 速度検出手段
5 発電機制御手段
6 出力電圧制御手段
7 電流検出手段
11 トルク指令演算手段
12 電流制御手段
13 電圧変換手段
14 電流変換手段
15 最大出力追従手段
16 原動機の出力特性データ
21 負荷率判別手段
22 速度制御手段
23 速度指令演算手段
24 制御切替手段
25 速度補正手段
26 トルク指令修正手段
27 制動回路
28 コンデンサ
Claims (7)
- 回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機の速度を検出または推定する発電機速度検出手段と、発電機の電力を直流に変換する第1の電力変換装置と、前記第1の電力変換装置に電圧指令を出力し前記発電機を制御する発電機制御手段と、前記第1の電力変換装置により変換された電圧を適切な電圧波形に変換して出力する第2の電力変換装置とを備えた発電機制御装置において、
前記発電機に接続される原動機の入力に対する出力量が最大となる速度−トルクパターンを備え、
前記発電機の発生電力から前記原動機の出力を演算する原動機出力演算手段と、
前記原動機の出力が最大となるように速度−トルクパターンを補正する補正手段と、前記発電機速度検出手段から得られた速度から前記補正手段により補正された速度―トルクパターンに従った最大効率トルク指令を計算するトルク指令演算手段と、
前記発電機速度検出手段か得られた速度とある設定された速度指令とを比較して前記発電機の速度が前記速度指令と一致するように速度制御トルク指令を演算する速度制御手段と、
前記第1の電力変換装置を制御して前記最大効率トルク指令または前記速度制御トルク指令と一致したトルクを前記発電機に発生させるトルク制御手段とを備え、
前記最大効率トルク指令が規定値以下であれば、トルク指令として前記最大効率トルク指令を使用し、前記最大効率トルク指令が規定値を超え且つある設定した時間経過した場合に前記速度制御手段により得られる速度制御トルク指令を使い、前記速度指令は定格速度よりも低い速度にすることを特徴とする発電機制御装置。 - 前記速度指令は前記原動機の入力が最大となるときの特性から前記発電機または前記第1の電力変換装置が連続出力可能なトルクと一致する速度の内の低い速度を設定することを特徴とする請求項1記載の発電機の発電機制御装置。
- 前記速度制御手段により前記速度指令と前記速度検出手段により検出された速度が一致した時の前記速度制御トルク指令が、前記発電機または前記第1の電力変換装置が連続出力可能なトルクを超える場合に前記速度指令を下げ、前記トルクよりも低い場合には前記速度指令を上げ、常に前記トルクと一致するように速度指令を変化させることを特徴とする請求項1または請求項2記載の発電機制御装置。
- 前記速度指令を上げても前記速度制御トルク指令が、前記発電機または前記第1の電力変換装置が連続出力可能なトルクよりも低くなった場合に、前記トルク指令として前記最大効率トルク指令に切り替えることを特徴とする請求項1または2記載の発電機制御装置。
- 回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機の速度を検出または推定する発電機速度検出手段と、発電機の電力を直流に変換する第1の電力変換装置と、前記第1の電力変換装置に電圧指令を出力し前記発電機を制御する発電機制御手段と、前記第1の電力変換装置により変換された電圧を適切な電圧波形に変換して出力する第2の電力変換装置とを備えた発電機制御装置において、
前記発電機に接続される原動機の入力に対する出力量が最大となる速度−トルクパターンを備え、
前記発電機の発生電力を演算し、前記原動機の出力を推定する原動機出力演算手段と、
前記速度−トルクパターンを補正する補正手段と、
前記発電機速度検出手段から得られた速度から前記補正手段により補正された速度―トルクパターンに従ってトルク指令を計算するトルク指令演算手段と、
前記第1の電力変換装置を制御して前記トルク指令通りのトルクを前記発電機に発生させるトルク制御手段とを備え、
前記補正手段は、前記入力量が規定値以下であれば、前記原動機出力が最大となるように速度−トルクパターンを補正して常に最大出力が得られるようにし、前記入力量が規定値を超え且つある設定した時間経過した場合には、発電機を減速させて前記トルク指令が前記発電機または前記第1の電力変換装置が連続的に発生可能なトルク以下となるように前記速度−トルクパターンを補正することを特徴とする発電機制御装置。 - 抵抗器とスイッチング素子との直列接続回路から構成される制動回路を平滑用のコンデンサと並列接続となるように設け、前記コンデンサ電圧の上昇を検知し、検知した電圧が設定値を超えた場合は、前記制動回路中の前記スイッチング素子を導通し、前記抵抗器で回生電力を消費するようにしたことを特徴とする請求項1、2、5記載の発電機制御装置。
- 請求項1乃至6記載の発電機制御装置を風力発電または水力発電システムに適用したことを特徴とする発電機システム。
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JP2011041392A (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-24 | Tdk Corp | スイッチング電源装置、発電機および電力供給装置 |
KR20210003771A (ko) | 2018-04-27 | 2021-01-12 | 엔티엔 가부시키가이샤 | 수력 발전 계통 연계 시스템 |
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JPS5967898A (ja) * | 1982-10-12 | 1984-04-17 | Komatsu Ltd | 風力発電方法 |
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JP2005006409A (ja) * | 2003-06-12 | 2005-01-06 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Pwmコンバータによる過負荷防止トルク指令回路 |
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