JP2010541516A - エネルギー供給ネットワークのための調整デバイス - Google Patents

Abstract

３相電力供給ネットワークに接続できるネットワーク電圧測定ユニットと、ネットワーク電圧測定ユニットに接続され、調整電流値を決定するために使用される計算ユニットと、電力供給ネットワークに接続され、決定された調整電流値の関数として調整電流を供給するために使用されるインバータユニットとを有する、電力供給ネットワークのための調整デバイスを記述する。計算ユニットは、３相において測定された、電力供給ネットワークのネットワーク電圧を入力変数として使用して、自由に変更可能な同期機パラメータの関数として、調整電流値のうちの少なくとも１つの成分をシミュレートされる同期機の固定子電流として決定するために、同期機のモデル化されたシミュレーションに対して設計されている。さらに補償電流がインバータを介してネットワークに供給され、高調波電流補償および不平衡補償に対するアルゴリズムにより決定される。

Description

発明の分野

本発明は、３相電力供給ネットワークに接続できるネットワーク電圧測定ユニットを有し、ネットワーク電圧測定ユニットに接続され、調整電流値を発生させるために使用される計算ユニットを有し、電力供給ネットワークに接続され、調整電流値の関数として、電力供給ネットワークに調整電流を供給するために使用されるインバータユニットを有する、電力供給ネットワークのための調整デバイスに関する。

背景

低および中出力範囲において、分散される方法で設置されるエネルギー発生機の数は、再生式のエネルギー源の構築過程でこの数が増加するにつれて、それらが発生させる電力の変動量のために、既存の電力供給ネットワークに組み込むという点において問題を示す。連続性と品質とに基づいている、消費者の電力供給要求とともに供給される電力の確率的性質のために、矛盾が結果として生じ、これらの矛盾は、適切なネットワークノードにおいて調整の測定を必要とする。特に、電力供給ネットワークの給電構造の分散化が増加し、再生式の発電機が含まれることから、同期機により調節される、従来の大規模な発電所の発電機の技術の影響が減少するが、この影響は、ネットワークの安定性および消費者に対する電力供給の品質のために重要である。再生式の源を支持する発生の再分配は、それゆえに、振動減衰の障害をもたらし、同期機の影響を一定に保つ。さらに、消費者の使用の非線形の増加は、電力供給ネットワークにおいて調和荷重をもたらしており、それは、ネットワーク品質に悪影響を及ぼし、さらに、ネットワーク機器における熱の影響の結果として、損失とエージングとを生じさせている。他の問題は、電気機械の使用の増加による、電力供給ネットワークにおける振動の影響と、そのままでは短絡電力が非常に少ないことから生じる電圧ディップ、およびこれに関係付けられるものと、さらにネットワーク高調波に関する影響の増加とを含み、これらは、主として非線形負荷によりもたらされ、ネットワークの不平衡が、不平衡の負荷から生じる。

可変周波数インバータを使用する、コンバータの自動同期化のための制御方法は、Ｊ．Ｓｃｈｍｉｄ、Ｐ．Ｓｔｒａｕβ氏による、２００３年１２月の再生可能エネルギー第５３頁ないし第５５頁における“電気ネットワークを超越した電気学”に記載されている。周波数回転発電機と電力との間の関係のため、何らかの問題を伴うことなく、複合ネットワーク上で並列に回転発電機を動作できる。結果として生じる可変周波数動作は、追加の通信または同期化デバイスを必要とすることなく同期化を可能にする。定常状態において、周波数は同じである。可変周波数インバータの使用により、ネットワーク周波数の関数として、電力出力を限定できる。とぎれない電力供給およびネットワークの安定性は、バッテリーインバータとバッテリー蓄電器との組み合わせにより保証される。

電気ネットワークに電力を供給し、他の電圧源と共に動作できる自励式コンバータに対する制御概念は、Ｈａｕｃｋ、Ｍ．氏による、２００２年のカールスルーエ大学の論文“並列に動作する独立のインバータによる３相アイランドネットワークの形成”に開示されている。制御同期機によるバッテリーインバータの並列動作が通信を必要とすることなく可能であることと、電圧の品質をこの方法で向上できることが見出されている。

ネットワーク接続のためのバッテリーとコンバータとを有する、電力供給ネットワークのためのエネルギー調整装置は、Ｂｅｃｋ、Ｈ．−Ｐ．、Ｃｌｅｍｅｎｓ、Ｍ．氏による、２００４年５月発行の、ｅｔｚ第１６頁ないし第２５頁における“分散化ネットワークセクションにおける電力の調整”に記載されている。電力調整装置は３相電圧源であり、その基本振幅および位相角は調整できる。

能動ダンパー回路を有する電気同期機を使用する、電力供給ネットワークの電力調整は、Ｗｅｎｓｋｅ、Ｊ．氏による、１９９９年のＣｌａｕｓｔｈａｌ ＴＵの論文“電気供給システムにおける電力調整のための能動ダンパー回路を有する電気同期機”に記載されている。同期機の１次側、２次側、および３次側（能動ダンパー回路）が、電子動力コンポーネントによりシミュレートされて、ネットワーク上の電力および無効成分を予め設定し、調整することが可能になる。しかしながら、ネットワークサポート点の形をとる状態調整電圧および電源レギュレータは、電気機械式同期機と同じようにダイナミックにふるまわない。電力および無効成分のレギュレータに対して設定値を予め設定する機能だけが、より広い意味において、電気機械式同期機の静的挙動に匹敵する、４象限の電力／無効成分運転を導く。この目的のために、同期機は、制御可能電圧源および制御可能周波数電圧源と、結合リアクタンスと、接続ネットワークとを備える非常に簡単な等価回路を使用してシミュレートされる。電力供給ネットワークによる遠隔電源呼出しはサポートされず、それは、ことによると個々の通信リンクを介して、任意の所定の時間において必要な電力レベルをローカルの設定値として予め設定しなければならないことを意味する。電子同期機の回転子側は、平滑インダクタンスおよびデルタ接続された２次巻線とともに、パルス制御されるインバータにより形成される。出て行かれるスターポイントを有する高電圧側の１次巻線と、コンデンサーバンクは、同期機の１次側または固定子を形成する。同期機の能動ダンパー回路は、３次巻線により形成され、３次巻線は、同様に、フィルタインダクタンスと、高速でクロック制御されるコンバータとともにデルタで接続される。

この背景に対して、本発明の目的は、電気機械式同期機の、動的で定常状態の全挙動を、ネットワーク上での電気機械式同期機シミュレーションによって利用することを可能にする、電力供給ネットワークのためのより優れている調整デバイスを提供することである。

計算ユニットが、３相において測定された、電力供給ネットワークのネットワーク電圧を入力変数として使用して、自由に変更可能な同期機パラメータの関数として、調整電流値のうちの少なくとも１つの成分をシミュレートされる同期機の固定子電流として決定するために、電気機械式同期機のモデル化されたシミュレーションに対して設計されているという点で、最初に述べたタイプの調整デバイスにより本目的が達成される。

コンピュータを使った同期機のシミュレーションと、電子動力デバイスを使用して、このベースで計算される同期機電流のネットワーク給電との結果として、調整電流が、決定される調整電流値の関数として電力供給ネットワークに供給されるとき、目的の調整のためにこれらの要素を自由に設定し、全体的により優れているネットワーク状態を達成することが可能である。

計算ユニットの支援による同期機のシミュレーションは、ネットワーク上で従来の電気機械式同期機の、動的な特性および定常状態の特性の両方を利用することを可能にする。計算ユニットは、シミュレーションと補償アルゴリズムとを使用して、調整電流値信号を決定する。一例として、計算された調整電流の結果により、高度ダイナミック補償インバータを介して、調整電流値を電力供給ネットワークに供給できる。調整電流値は、シミュレートされる同期機の計算された固定子電流を少なくとも含み、計算ユニットにより付加的に決定される、高調波および不平衡の補償電流をオプション的に含んでいてもよい。

同期機のモデル化されたシミュレーションは、同期機シミュレーションのパラメータの自由な定義の利点を有し、このような方法により、例えば、減衰、および過渡的なプロセスに対する反応に関して、接続された電力供給ネットワーク中のそれぞれの状況に関して、および、電力供給ネットワーク中の負荷の挙動に関して、同期機の挙動を適合させることが可能である。

電力供給ネットワークにおけるネットワーク電圧を測定することにより、および、同期機のシミュレーションのために入力変数としてこれを使用することにより、さらなる通信リンクを必要とすることなく、調整プロセスを容易に実行できる。何らかの差を有することなく、実際の回転同期機のケースのように、計算によりシミュレートされている同期機のシミュレートされる回転速度が、定常状態のネットワーク周波数と厳密に関係があるが、振動が起こることがあり、それはシミュレートされる回転子に対応するという仮定を、シミュレーションは含んでいる。

計算ユニットは、機械のインピーダンスと、固定子、励磁器およびダンパー間の磁束結合と、シミュレートされる同期機の標準的な時定数とを記述するために、自由に設定可能な行列を有する線形微分方程式システムの支援により同期機をシミュレートするように設計されていることが好ましい。したがって、同期機の電気特性は、微分方程式の線形の係数により予め定められ、測定されるネットワーク電圧の関数として、これらの係数は、ネットワーク給電のための固定子電流を決定するために使用される。

記述する微分方程式システムはまた、計算される電気的効果が直接ネットワークに影響を及ぼす同期機の機械的挙動の正確なシミュレーションを考慮に入れることから、計算ユニットにおける同期機モデルのリアルタイムでの計算はまた、ネットワーク上で効力を生じる回転質量を導く。このケースにおけるインバータの直流電圧蓄電器は、エネルギーの点から、シミュレートされる仮想機械システムに対応する。電気機械式同期機の回転子の振動および定常状態の機械的エネルギーは、仮想同期機の直流電圧蓄電器上の振動および定常状態の電気的エネルギーに対応する。

電気機械式同期機のケースにおいて、シャフトが、それが応用されるモーターまたは発電機のトルクを有し、かつ、それに対応して、電力がネットワークに供給されるか、またはネットワークから取られる場合、本発明にしたがう同期機のシミュレーションにおいて、計算ユニットに対して、仮想モーメントを予め設定でき、それによって、モーターのトルクのケースにおいて、電力がネットワークから取られ、インバータの直流電圧源に供給され、一方、これに対して、発電機のトルクのケースにおいて、電力が直流電圧蓄電器から取られ、ネットワークに供給される。

電気機械式同期機のケースのように、上述した概念のネットワークにより、電力および無効成分をリモートに要求できる。この目的のためにネットワークがダイナミックにその周波数を変える場合、電力が要求され、一方、ネットワークが電圧を変える場合、無効成分が要求される。直流電圧蓄電器上の何らかの所定の直流電圧源とともに、ネットワーク上のインバータとともに同期機のシミュレーションは、従来の発電所のようにふるまい、それゆえに、ネットワーク統合およびネットワーク上での動作を簡単にする。

特に、本発明は、分散される方法で設置される再生式の低電力および中間電力の発電機がネットワーク上で従来の発電所のように動作し、同時にネットワークを安定させ、さらに、高調波補償および不平衡補償により、ネットワークの品質を改善することを可能にする。ネットワークの視点から、このようにして含まれる発電機は、同期機と同じ方法で現れ、それゆえに、確実で信頼できるネットワーク動作を可能にする。

従来の電気機械式同期機の完全なシミュレーションはまた、仮想回転質量の効果から生じる特性を電力供給ネットワークに提供できるように、その回転子の質量の慣性を考慮に入れる。

電気機械式同期機およびその機械のシミュレーションの、同一の動的応答は、例えば、望まれないネットワーク振動の結果として起こるダンパー電力が、ダンパー回路においてもはや使用不能な熱に変換されず、電気機械式同期機のケースと同様であるが、本発明にしたがう概念のケースにおいて、インバータの直流電圧蓄電器に提供されるという利点をさらに有する。ネットワークに悪影響を及ぼす振動のエネルギー物質は、それゆえにネットワークから除去され、蓄電により再度使用可能になり得る。

計算ユニットは、ネットワーク電圧高調波を補償するために、測定される電圧のネットワーク電圧高調波を決定し、高調波調整電流値を発生させるようにさらに設計されていることが好ましく、高調波調整電流値に対応する調整電流の成分が、電力供給ネットワークに再供給される。

対応する方法において、計算ユニットはまた、ネットワーク電圧不平衡を補償するために、測定されるネットワーク電圧のネットワーク電圧不平衡を決定し、不平衡調整電流値を発生させるように設計されており、不平衡調整電流値に対応する調整電流の成分が、電力供給ネットワークに再供給される。

電力供給ネットワークのネットワーク品質は、この追加の高調波および不平衡の補償によりさらに向上させることができる。特に、３相ネットワークにおける高調波と、電力供給ネットワークの３相における不平衡とを補償することが可能である。共通の調整電流を形成するために、同期機シミュレーションの計算された固定子電流を、高調波および不平衡の補償のための補償電流に重ね合わせることができることから、このことは可能である。

直流電圧源は、インバータに接続され、結合インダクタンスまたは結合変圧器を介して電力供給ネットワークに接続されるように設けられていることが好ましい。これにより、４象限電力運転が可能になる。電力供給ネットワークにおいて、高調波および不平衡の補償を含む電力調整を実行するために、インバータは、調整電流値により駆動される。

調整デバイスは、振動する傾向を低減させ、電力供給ネットワークの短絡電力を増加させることを可能にする。電力供給ネットワークのさらなる安定化は、シミュレートされる回転質量の支援により達成できる。

振動の減衰により、ネットワーク全体にわたって短絡電力を増加させることにより、および分散ネットワーク動作における、シミュレートされる同期機と複数の制御デバイスとの相互作用により、動作の信頼性を向上させることができる。

一例として添付図面を参照する以下の詳細な説明において、本発明をより詳細に説明する。

図１は、電力供給ネットワークのための調整デバイスのブロック図を示す。 図２は、接続された調整デバイスおよびネットワーク電圧プロフィルおよび調整電流プロファイルの、適用範囲と、それゆえに、保護されるネットワーク領域との略図を示す。 図３は、同期機のシミュレーションと、高調波および不平衡の補償とに対するコンポーネントを有する調整デバイスの１つの実施形態の詳細な設計図を示す。 図４は、同期機のシミュレーションのための機能ユニットのブロック図を示す。 図５は、高調波に対する補償のための機能ユニットのブロック図を示す。 図６は、不平衡に対する補償のための機能ユニットのブロック図を示す。

発明の詳細な説明

図１は、電力供給ネットワーク２に対する本発明にしたがう調整デバイスのブロック図を示す。ネットワーク電圧測定ユニット３は、電力供給ネットワーク２におけるネットワーク電圧Ｕ_Nを測定するために使用される。このケースにおいて、３相電力供給ネットワーク２の３相すべてのネットワーク電圧Ｕ_Na、Ｕ_Nb、Ｕ_Ncは、継続的に決定され、計算ユニット１に対して入力変数として供給される。測定されるネットワーク電圧Ｕ_Nの関数として、計算ユニット１は、調整電流値Ｋを決定する。３つのすべての相に対する調整電流Ｉ_Ka、Ｉ_Kb、Ｉ_Kcを発生させるために、調整電流値Ｋは、計算された、同期機の固定子電流と、高調波および不平衡の補償電流とを含んでいる。調整電流Ｉ_Ka、Ｉ_Kb、Ｉ_Kcは、高度ダイナミックインバータ４の支援により、結合変圧器５または結合インダクタンスにより電力供給ネットワーク２に供給される。ネットワーク電圧測定ユニット３、計算ユニット１、およびインバータ４のコンポーネントは共同で、電力供給ネットワーク２に対して従来の電気機械式同期機のようにふるまう。インバータの直流電圧側は、電源または蓄電器９を含んでいる。

調整デバイスは本質的に、自由に設定可能なモデルの支援により同期機をシミュレートし、測定されるネットワーク電圧Ｕ_Nの関数として調整電流値Ｋを決定するために、計算ユニット１を有する。調整電流値Ｋは、同期機において選択されたパラメータの状態を生じさせる。計算ユニット１は、この目的のために同期機シミュレーションアルゴリズム６を有する。

さらに、計算ユニット１は、高調波補償のためのモジュールの機能ユニット７と、不平衡補償のためのモジュールの機能ユニット８とを有する。調整電流値信号Ｋは、同期機のシミュレーションと、高調波および不平衡の補償と、に対するアルゴリズムの支援により、ネットワーク供給電流設定値信号として決定され、計算された同期機の固定子電流および補償電流であるＩ_Ksetを電力供給ネットワーク２に供給するために高度ダイナミックインバータ４に供給される。同期機シミュレーション６におけるパラメータの自由な定義により、例えば、減衰、および過渡的なプロセスに対する反応に関して同期機の応答を、接続された電力供給ネットワーク２中のそれぞれの状況に対して、および／または電力供給ネットワーク２中の負荷の挙動に対して整合させることができる。

高調波および不平衡の補償に対して決定される調整電流Ｉ_QおよびＩ_Uのそれらの成分を、同期機のシミュレーションにより決定される調整電流Ｉ_Ksetの成分に重ね合わせることができる。

同期機の完全なシミュレーションにより、Ｐ−ｆ（電力／周波数）およびＱ−Ｕ（無効成分／電圧）のドループ機能に基づいて、ネットワークシステムにおける従来の電力伝達および無効成分の伝達において、調整デバイスを含めることが可能になる。同期機シミュレーションアルゴリズム６に影響を及ぼすことにより、ネットワーク支援のための容量性の無効成分は、ネットワーク電圧Ｕ_Nの低減により引き出すことができる。これに対して、ネットワーク周波数が、ネットワークの制限荷重のインジケータとして下がる場合、電力が調整システムから電力供給ネットワーク２に自動的に伝送される。同期機シミュレーションアルゴリズム６が、自由な機械モードにあるとき、線形Ｐ−ｆ／Ｑ−Ｕのドループ機能に基づいて、第１の制御（調整機械モード）の重ね合わせにより、電力が固有の特性に基づいて伝達される。必要な電力は、インバータ４に接続されている直流電圧源９において、利用できるように保持されている。電力供給ネットワーク２中で必要とされる電力および無効成分は、仮想の回転子角を予め設定することにより、および／または仮想の励磁を変えることにより、同期機シミュレーションアルゴリズム６においてローカルに取得できる。回転子角が予め設定されるとき、ネットワークに供給される、またはネットワークから取られる電力は、従来の電気機械式同期機のケースのようにシャフトに供給されず、またはシャフトから取られず、インバータ４を介して直流電圧蓄電器９に供給され、または、直流電圧蓄電器９から取られる。

計算ユニット１はさらに、電力供給ネットワーク２における電圧高調波と電圧不平衡とを分析し、調整電流値Ｋ_setの成分として、適切な補償電流値Ｋ_OおよびＫ_Uを提供する。これらは、同期機のシミュレーションの第１の設定値電流上に、第２および第３の設定値電流として重ね合わされ、それらの結果は互い違いに配置され、インバータ４に対して全設定値Ｉ_Ksetとして供給される。

インバータの変調は、極めてダイナミックなヒステリシス方法を使用して実行され、その方法は、構成された補償電流設定値信号Ｋ_setを直接処理し、したがって、それを供給することにより、電力供給ネットワーク２上で補償電流設定値信号Ｋ_setが直接作用することが可能になる。

図２は、ネットワーク電圧プロファイルと、補償電流プロファイルとを有する調整デバイスの図を示す。悪影響を及ぼされるネットワーク電圧Ｕ_Nが測定され、計算ユニット１により供給される。ある期間にわたって、調整電流値Ｋ_sが、同期機シミュレーション６の支援により提供され、高調波補償のための高調波補償電流値Ｋ_Oと、ネットワーク電圧を平衡させるための不平衡補償電流値Ｋ_Uとが提供される。相電流レギュレータと高度ダイナミックインバータ４とを介して、これらの調整電流値Ｋが調整すべきネットワーク領域に供給されるという点で、外乱事象が、これらの調整電流値Ｋの関数として、ある期間にわたって補償される。

図３は、負荷がかかった電力供給ネットワーク２に接続されている調整デバイスの詳細な設計図を示す。一例として、ネットワーク品質に負荷を与える負荷１０ａ、１０ｂが、調整デバイスの動作領域において接続されている。計算される調整電流値Ｋが、対応する調整電流値Ｉ_Kとして、インバータ４を介して電力供給ネットワーク２に供給される点で、電力供給ネットワーク２の電力品質は、調整デバイスの動作領域において改善される。

同期機シミュレーション６に対する構成要素は、ネットワーク電圧のフォワード変換１１を含み、測定された３相ネットワーク電圧Ｕ_Nから、モデルの支援により、電気的励起およびかご形ダンパー巻線を有する仮想電気機械式同期機の固定子電流を計算するために、ネットワーク電圧のフォワード変換１１は、固定子電圧として同期機シミュレーションにより、後に解釈される。最適化アルゴリズムおよび機械パラメータ再調整の支援により、瞬時のネットワーク負荷状況を考慮に入れるために、３相ネットワーク電圧Ｕ_Nはまた、ネットワーク観測のためのユニット１１に供給される。この目的のために、同期機の微分方程式システムの自由に定義可能な線形の係数が、２、３分の時間間隔で継続的に適合される。同期機シミュレーションの微分方程式システムは、磁気的に線形であり、電気的に励起された同期機の２軸モデルを記述し、ｄ−ｑ座標系に基づいて、図中の固定子、励磁器、およびダンパーのすべての電気的および磁気的変数を考慮に入れる。磁束結合行列を含む、固定子、励磁器、およびダンパーの自由に設定可能なインピーダンスに加えて、モデルは機械系を含み、ｄ−ｑ形式のネットワーク電圧を表すために必要な変換だけでなく機械回転子の回転質量のシミュレーションに対して、および、電力供給ネットワーク２に供給するための、機械の固定子電流値をインバータ４に転送するために、２軸モデルを使用して計算されるｄ−ｑ固定子電流を３相固定子電流に再供給することに対して、機械系は同様に設定可能である。

さらに、理解できるように、高調波補償に対するアルゴリズム７および不平衡補償に対するアルゴリズム８はそれぞれ、測定される３相ネットワーク電圧Ｕ_Nの関数として、時間ｔにわたって＊補償電流値信号Ｋ₀（ｔ）およびＫ_U（ｔ）を生成する。時間ｔにわたって合成調整電流信号Ｋ（ｔ）を生成するために、補償電流値信号は、機械シミュレーションからの計算された、機械の固定子電流信号とともに、加算器１２において互いに重ね合わされる。設定値として全調整電流プロファイルＩ_K（ｔ）を生成するために、合成調整電流信号Ｋ（ｔ）は、インバータ４に対して設定値として供給される。

（＊ Ｋ_Sは同期機シミュレーションの電流信号（機械電流）であり、Ｋ_oは高調波補償デバイスの電流信号（高調波補償電流）であり、Ｋ_Uは不平衡補償デバイスの電流信号（不平衡補償電流）であり、機械電流＋高調波補償電流＋不平衡補償電流＝調整電流である。）
図４は、同期機シミュレーションに対するアルゴリズム６の詳細な設計のブロック図を示す。アルゴリズムは微分方程式システムを含み、微分方程式システムは、２軸モデルに基づいて同期機の挙動を記述するために、計算ユニット中でリアルタイムに動作する。固定子電流は、電気的励起およびかご形ダンパー巻線を有する仮想電気機械式同期機のｄ−ｑ座標におけるネットワーク電圧Ｕ_Nから計算される。同期機の２軸モデルは、このような機械の固定子、励磁器、およびダンパーの、すべてのインピーダンスおよび磁束鎖交数を含み、リアルタイムで、その電気的、磁気的、および機械的変数のすべてを決定する。

微分方程式システムの自由に設定可能な線形の係数に加えて、ｄ−ｑ形式のネットワーク電圧を表すために必要な変換だけでなく機械回転子の回転質量のシミュレーションに対して、および、電力供給ネットワーク２に供給するために、２軸モデルにより計算されるｄ−ｑ固定子電流を、インバータ４に対する設定値の転送のために３相固定子電流に再供給することに対して、同様に設定可能な機械系をモデルは含む。

電気機械式同期機に対応する微分方程式システムにおいて、計算ユニット１は、３相Ｕ_Na、Ｕ_Nb、およびＵ_Ncを含むネットワーク電圧Ｕ_Nを処理する。この目的のために、固定子電圧Ｕ_Nのフォワード変換が、変換角φの支援により、成分Ｕ_NdおよびＵ_Nqに対して第１に実行される。変換角φは、微分方程式システムにおいて計算される、仮想回転子の回転から導出される。

微分方程式システムは、電気機械式同期機に特有のものである磁気結合と、固定子、励磁器、およびダンパーにおけるインピーダンスとを考慮にいれ、ｄ−ｑ座標におけるネットワーク電圧からｄ−ｑ座標における機械の固定子電流を計算するために使用される。固定子、励磁器、およびダンパーは、ｄ軸上で互いに磁気的結合される。励磁器はｄ軸上のみで作動することから、固定子とダンパーだけが、ｑ軸上で互いに結合される。ｄ軸およびｑ軸は互いに垂直であることから、ｄ軸およびｑ軸は互いから磁気的に分離されている。

インバータを介して、計算された固定子電流を電力供給ネットワーク２に供給することを可能にするために、固定子電流は前もって、ｄ−ｑ表示からａｂｃ表示に再変換されていなければならない。もう一度、変換角φの支援により、変換が実施される。

同期機の微分方程式システムはまた、トルク形成、回転子のシミュレーション、機械の回転速度、および電気的機械の変数の座標変換のための回転角の決定を考慮に入れる。

ネットワーク観測１３ａと、最適化１３ｂと、機械パラメータ再調整１３ｃとに対するユニット１３の支援により、ネットワークの負荷状況が考慮に入れられる。この目的のために、ネットワーク電圧Ｕ_Nが調整デバイスのネットワーク接続点で評価され、電力供給ネットワーク２の過渡的な短絡電力を増加させるために、同期機のシミュレーションの設定は、電力供給ネットワーク２における振動の最適減衰と、あるネットワーク荷重に対する同期機のシミュレーションの最適反応とを目的とする動作中に変更される。同期機のシミュレーションのパラメータ継続的な適合により、切り換えプロセスから結果として生じる、ネットワーク特性値における変化に対して、または、支配的な負荷の影響に対して反応することが可能になる。過渡ｄリアクタンスと、副過渡ｄおよびｑリアクタンスと、それゆえに、突然のネットワーク負荷に対する同期機シミュレーションの反応が後に続く固定子電流における異なる減衰時定数は、磁束結合行列の要素と、同期機シミュレーションの固定子、励磁器、およびダンパー回路のｄ−ｑインピーダンスとにより調整できる。さらに、同期機シミュレーションの機械系は、自由に設定可能であり、そのことは、仮想機械の固有の機械振動数を回転子の慣性質量モーメントにより変更できることを意味する。

遠隔の電力および無効成分の要求をサポートするために使用される電力供給ネットワークとともに、調整デバイスは、Ｐ−ｆおよびＵ−Ｑのドループ機能を使用することにより、従来の同期発電機に取って代わることができる。Ｐ−ｆおよびＵ−Ｑのドループファクタは、電力Ｐおよび周波数ｆの間の関係と、無効成分Ｑおよび電圧Ｕの間の関係とを記述する特性である。遠隔の電力要求が起こるとき、調整デバイスが固有の特性または線形化特性により選択的に作動する結果として、同期機モデル上に重ね合わせるべき主な調整をレギュレータが提供することが可能である。

シミュレートされる同期機に対応する数の調整デバイスが物理的にネットワークに分散されるとき、ダンパーの特性とともに、このような可能性のある調整は、ネットワーク上にプラスの影響をモーターらし、従来の発電所から知られているように、小さいスケールで、その効果がネットワーク全体にわたる。

最適アルゴリズム１３ｂを使用して、結合点におけるネットワーク挙動の分析と、機械モデルのパラメータの決定とにより、いずれかの振動の傾向または電圧ディップを抑制できる。

図５は、調整デバイスに対する、高調波補償のための機能ユニット７のブロック図を示す。３相ネットワーク電圧Ｕ_N（Ｕ_Na、Ｕ_Nb、Ｕ_Nc）の関数として、上限電圧補償設定値Ｋ_oが生成されて、インバータ４における調整電流Ｉ_Kの対応する成分を発生させる。

ネットワーク電圧の１つの位相は、ネットワーク電圧Ｕ_Nの位相１に対する角の基準を生成するために、２つの再調整電圧制御発振器１５ａ、１５ｂを有する位相同期ループ（ＰＬＬ）１４に供給される。直交アルファ―ベータシステムが、２つの付加的な電圧制御発振器（ＶＣＯ₁、ＶＣＯ₂）１５ａ、１５ｂの再調整により形成され、電圧制御発振器１５ａ、１５ｂは、それらの間にΦ＝−π／２の基本角のずれを有している。ネットワーク電圧Ｕ_Nに対する正しい位相における、正規化３相補助システムは、その後の、α−βとａ−ｂ−ｃとの間の変換１７により利用可能になり、ネットワーク電圧Ｕ_Nの振幅において、２乗平均平方根値機能７により再調整される。摺動するネットワーク電圧の２乗平均平方根値は、２乗平均平方根値機能７を使用して各位相に対して別々に形成され、位相同期ループＰＬＬにより以前に生成された３相補助システムは、乗算により振幅が重み付けされる。

ネットワーク電圧の別々の位相ひずみ成分を決定するために、乗算器１９の後に取り出すことができる、正しい振幅および正しい位相の補助信号が、減算２０によりネットワーク電圧の瞬時信号から取り去られる。ネットワーク電圧中のひずみ成分を表す信号は、減算点２０から下流に取り出すことができる。

フィルタ２１を使用して基本周波数成分を除去した後に、ネットワーク電圧の各位相のひずみ成分の、摺動する２乗平均平方根値は、２乗平均平方根値機能２２を使用して決定される。これらの実際のひずみ信号は、ひずみレギュレータ２５ａに供給され、各位相に対して別々に調整が実行される。

高域フィルタリングの後に、位相インバータ２４において、信号が各位相に対して別々に反転される。位相反転により取得される補償信号は、乗算器２５を介して電流重ね合わせデバイス１２に供給され、電流重ね合わせデバイス１２は、機械シミュレーションおよび不平衡補償の電流の設定値を含む。位相インバータ２４から下流に生成される高調波補償信号は、ひずみレギュレータ２５ａからの出力信号により、乗算２５によって前もって振幅が重み付けされる。設定値ブロック２３により予め定められる、ネットワーク電圧の残留ひずみ値が調整されるまで、ひずみレギュレータ２５ａによる振幅の重み付けは、位相インバータ２４から下流に生成される補償信号を増幅または減衰させる。

ネットワーク電圧に対して正しい振幅および位相を有する補助信号は、図５中の乗算器１９から下流に取り出すことができ、さらなる使用のために、図６中の不平衡補償ステージに伝えられる。

図６は、不平衡補償のための機能ユニット８のブロック図を示す。２乗平均平方根値機能ユニット２６を使用して、摺動するネットワーク電圧の２乗平均平方根値を各位相に対して別々に決定した後に、ネットワーク電圧の２乗平均平方根値の算術平均が平均化ユニット２７により決定される。不平衡の程度が、次に、共通のネットワーク電圧平均値と、各位相に対して決定された摺動するネットワーク電圧の２乗平均平方根値との間の差として計算され、各ケースにおいて、不平衡レギュレータ２８に供給される。減算器２９が減算プロセスのために設けられている。

高調波補償のためのデバイス７中で取得され、ａ−ｂ−ｃ座標系において、ネットワーク電圧に対して正しい振幅および位相を有する補助信号が、平衡を再現する補償信号として使用される。各位相に対して、これらの信号は、それぞれの位相インバータ３１により、それぞれ位相反転される。不平衡レギュレータ２８のそれぞれの出力により、この位相反転された補助信号は、乗算器３１によって、各位相に対して別々に振幅が重み付けされる。

それゆえに、不平衡補償信号は、インバータ４の設定値の成分として、操作変数に比例する対応する方法で利用可能であり、高調波補償および同期機シミュレーションに対するさらなる電流設定値信号上に重ね合わされる。

外乱の発生後の、高調波および不平衡の補償機能の動作における変化は、異なる時間間隔が経過した後に、ネットワーク電圧プロファイルと理想的なシヌソイド形状との間の矛盾の形態で起こることから、調整装置の３つの機能ユニットの電流設定値信号の重ね合わせが可能である。設定次第で、ゼロから数百ミリ秒までの領域における最初の時間窓が、同期機シミュレーションの影響に対して確保される。これは、同期機シミュレーションの過渡および副過渡反応が、直ちにネットワーク上で作用することを意味する。高調波および不平衡の補償機能における、２乗平均平方根値の測定点の遅延効果のために、ネットワーク電圧プロファイルにおける外乱または不平衡の発生後のこれらのサブシステムのレギュレータの動作は、同期機シミュレーションの反応後に時間オフセットで生じる。

Claims (6)

1. ３相電力供給ネットワーク（２）に接続できるネットワーク電圧測定ユニット（３）を有し、前記ネットワーク電圧測定ユニット（３）に接続され、調整電流値（Ｋ）を決定するために使用される計算ユニット（１）を有し、前記電力供給ネットワーク（２）に接続され、前記決定された調整電流値（Ｋ）の関数として、調整電流（Ｉ_K）を供給するために使用されるインバータユニットを有する、電力供給ネットワーク（２）のための調整デバイスにおいて、
   前記計算ユニット（１）は、３相において測定された、前記電力供給ネットワーク（２）のネットワーク電圧（Ｕ_N）を入力変数として使用して、自由に変更可能な同期機パラメータの関数として、前記調整電流値（Ｋ）のうちの少なくとも１つの成分（Ｋ_S）をシミュレートされる同期機の固定子電流として提供するために、同期機のモデル化されたシミュレーションに対して設計されていることを特徴とする調整デバイス。
2. 前記計算ユニット（１）は、固定子、励磁器、およびダンパーの、インピーダンスと、前記シミュレートされる同期機の前記固定子、励磁器、およびダンパー間の磁束結合とを記述するために、完全な微分方程式システムの線形の係数の、設定可能な行列を含む、前記微分方程式システムの支援により、前記固定子、励磁器、およびダンパーを有する、磁気的に線形で、電気的に励起された同期機をシミュレートするように設計されていることを特徴とする請求項１記載の調整デバイス。
3. 前記計算ユニット（１）は、前記同期機モデルの支援により、前記同期機をシミュレートするように設計され、また、機械系を考慮に入れ、前記シミュレートされる同期機の回転子の回転質量をシミュレートするように設計されていることを特徴とする請求項１または２記載の調整デバイス。
4. 前記計算ユニット（１）は、前記測定されたネットワーク電圧のネットワーク電圧高調波を決定し、前記決定された電圧高調波の補償のために、前記調整電流値（Ｋ）の成分として高調波補償電流値（Ｋ_o）を発生させるように設計され、
   前記高調波補償電流値（Ｋ_o）に対応する補償電流（Ｉ_K）が、前記電力供給ネットワーク（２）に再供給されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の調整デバイス。
5. 前記計算ユニット（１）は、前記測定されたネットワーク電圧（Ｕ_N）のネットワーク電圧不平衡を決定し、前記決定されたネットワーク電圧不平衡を補償するために前記調整電流値（Ｋ）の成分として不平衡補償電流値（Ｋ_U）を発生させるように設計され、
   前記不平衡補償電流値（Ｋ_U）に対応する補償電流（Ｉ_K）が、前記電力供給ネットワーク（２）に再供給されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の調整デバイス。
6. 結合インダクタンスまたは結合変圧器（５）を介して、前記電力供給ネットワーク（２）に接続されるインバータ（４）と、
   前記インバータ（４）に接続される直流電圧源（９）と、
   前記インバータ（４）は、前記電力供給ネットワーク（２）において電力調整を実行するために前記調整電流値（Ｋ）により駆動されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の調整デバイス。

Images