JP2012044863A - Wind power generator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the following problem: conventionally, excess or deficiency of reactive power occurs between a power supply that serves as a major part in a power system and a load of a system to which an electric power of the power system supplies electric power and, when the excess or deficiency exceeds the capability of existing voltage regulation equipment, it has become impossible to regulate the reactive power.SOLUTION: In the present invention, a voltage regulation device of a power system transmits a reactive power command corresponding to the power system to a wind power generator electrically connected with the power system. A wind power generator includes interface means that receives a reactive power command. Further, the wind power generator outputs reactive power according to a value obtained by adding, to the reactive power command, a reactive power command for suppressing voltage fluctuations caused by output power of the wind power generator.

Description

本発明は、電力系統に対し必要な無効電力を、電力系統に供給する風力発電装置(風力発電システムおよび電力系統制御装置)に関する。   The present invention relates to a wind power generator (wind power generation system and power system controller) that supplies reactive power necessary for the power system to the power system.

通常、風力発電装置は風のエネルギーを回転エネルギーに変換して発電機の回転子に回転トルクを発生させる。このとき発生したトルクから電力を取り出し、電力系統に出力することで、風のエネルギーを有効電力に変換し、電力系統に接続される家庭や工場などに有効電力を供給する構成となっている。   Usually, a wind power generator converts wind energy into rotational energy to generate rotational torque in the rotor of the generator. Electric power is extracted from the torque generated at this time and output to the power system, thereby converting wind energy into active power and supplying the active power to a home or factory connected to the power system.

また、電力系統には抵抗成分で消費される有効電力の他に、送電線や負荷の誘導成分や容量成分により消費される無効電力がある。負荷や線路の誘導成分が大きい場合は系統の負荷端で電圧が低下したり、負荷の容量成分が大きくなると電圧が上昇したりする。そのため、電圧を適正値に維持するためには、無効電力の調整が必要である。   In addition to the active power consumed by the resistance component, the power system includes reactive power consumed by the inductive component and capacitive component of the transmission line and load. When the inductive component of the load or line is large, the voltage decreases at the load end of the system, or the voltage increases when the capacity component of the load increases. Therefore, in order to maintain the voltage at an appropriate value, it is necessary to adjust the reactive power.

このとき通常、無効電力は系統の発電機の電圧調整や、変電所などのトランスのタップ切り替え,電力用コンデンサ,分路リアクトル,同期調相機などにより調整される。また、コンデンサやインダクタンスで無効電力の値を連続に制御するためには、様々な値のコンデンサまたはインダクタンス装置が必要になるため、無効電力を連続に制御できる装置が用いられることもある。   At this time, the reactive power is usually adjusted by adjusting the voltage of the generator of the system, switching taps of transformers such as substations, power capacitors, shunt reactors, and synchronous phase adjusters. Further, in order to continuously control the value of reactive power using a capacitor or an inductance, various values of capacitors or inductance devices are required, and thus a device capable of continuously controlling reactive power may be used.

以下の特許文献1及び特許文献2には無効電力を電力系統に出力する装置が記載されている。   The following Patent Document 1 and Patent Document 2 describe devices that output reactive power to a power system.

特開2000−333373号公報(以下、引例1)JP 2000-333373 A (hereinafter referred to as Reference 1) US20050046196(以下、引例2)US20050046196 (hereinafter referred to as Reference 2)

本発明で解決しようとする課題は、電力系統で主となる電源(大容量の電源、例えば火力発電所など)と、電力系統の負荷との間で、無効電力の過不足が生じ、既設の調整設備(発電機の電圧調整や、変電所などのトランスのタップ切り替え,電力用コンデンサ,分路リアクトル,同期調相機)の能力を超えた場合に、無効電力を調整することが出来なくなる点にある。   The problem to be solved by the present invention is that an excess or deficiency of reactive power occurs between a main power source (a large-capacity power source, for example, a thermal power plant) in a power system and a load of the power system. Reactive power cannot be adjusted when the capacity of the adjustment equipment (voltage adjustment of the generator, tap switching of transformers such as substations, power capacitors, shunt reactors, synchronous phase adjusters) is exceeded. is there.

また、風力発電装置は変動が大きい有効電力を出力するため、風力発電設備の連系点の電圧変動を発生しやすい。   In addition, since the wind power generator outputs active power with large fluctuations, voltage fluctuations at the interconnection point of the wind power generation equipment are likely to occur.

引例1では、需要家設備の受電点で、無効電力を零にすべく電圧指令値を作成、もしくは無効電力を調整して負荷および分散型電源を含む受電点電圧を一定に制御するための電圧指令値を作成しており、その電圧指令値を分散型電源の電圧制御の指令値として用いている。このため、系統全体で無効電力が過不足しているかどうかは、制御に考慮されていない。   In Reference 1, a voltage command value is created to reduce reactive power to zero at a power reception point of a customer facility, or a voltage for adjusting a reactive power to control a power reception point voltage including a load and a distributed power source to be constant. A command value is created, and the voltage command value is used as a command value for voltage control of the distributed power source. For this reason, whether the reactive power is excessive or insufficient in the entire system is not considered in the control.

また、引例2では、無効電力指令値はファームコントローラから与えられており、系統側の無効電力量の過不足は風力発電装置の無効電力制御に考慮されていない。本発明の目的は、電力系統の電圧を適正値に維持するために必要な無効電力を発電装置から電力系統へ供給することである。   In Reference 2, the reactive power command value is given from the farm controller, and excess or deficiency of the reactive power amount on the grid side is not considered in the reactive power control of the wind turbine generator. An object of the present invention is to supply reactive power necessary for maintaining the voltage of the power system to an appropriate value from the power generator to the power system.

電力系統に備えられた電圧検出器からの第一の無効電力指令値を受け取るインターフェース装置と、発電機の出力電力の変動を抑制する第二の無効電力指令値を作成する手段と、前記第一の無効電力指令値と前記第二の無効電力指令値とから第三の無効電力指令値を演算し、この第三の無効電力指令値に従って無効電力を出力する手段と、を備えることを特徴とする風力発電装置により上記課題を解決することができる。   An interface device for receiving a first reactive power command value from a voltage detector provided in the power system; means for creating a second reactive power command value for suppressing fluctuations in output power of the generator; Means for calculating a third reactive power command value from the reactive power command value and the second reactive power command value, and outputting reactive power according to the third reactive power command value, The above problem can be solved by the wind power generator.

もしくは、電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の電圧検出値より無効電力指令値を作成する無効電力指令値作成部と、前記無効電力指令値を前記風力発電装置に伝送する伝送部と、を備え、前記発電機の出力変動を抑制し、前記無効電力指令に応じた無効電力を前記風力発電機より受け取ることを特徴とする電力系統によって上記課題は解決することができる。   Alternatively, a voltage detector that detects the voltage of the power system, a reactive power command value creation unit that creates a reactive power command value from the voltage detection value of the voltage detector, and transmits the reactive power command value to the wind turbine generator A power transmission system that suppresses output fluctuations of the generator and receives reactive power from the wind power generator according to the reactive power command. .

もしくは、電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の電圧検出値から第一の無効電力指令値を作成する無効電力指令値作成部と、前記第一の無効電力指令値を前記風力発電装置に伝送する伝送部と、を備え、前記風力発電装置は前記第一の無効電力指令値を受け取るインターフェース装置と、前記発電機の出力電力の変動を抑制する第二の無効電力指令値を作成する手段と、前記第一の無効電力指令値と前記第二の無効電力指令値とにより第三の無効電力指令値を演算し、この第三の無効電力指令値に従って無効電力を出力する手段と、を備えることを特徴とする風力発電システムによっても上記課題は解決することができる。   Alternatively, a voltage detector that detects the voltage of the power system, a reactive power command value creation unit that creates a first reactive power command value from the voltage detection value of the voltage detector, and the first reactive power command value A transmission unit for transmitting to the wind power generator, wherein the wind power generator receives the first reactive power command value, and a second reactive power command for suppressing fluctuations in output power of the generator The third reactive power command value is calculated from the first reactive power command value and the second reactive power command value, and the reactive power is output according to the third reactive power command value. The above-mentioned problem can also be solved by a wind power generation system comprising:

風を受けて回転する風車と、前記風車の回転により発電する発電機と、
前記発電機が発電した電力を変換する電力変換器とを備えた風力発電装置において、
前記風力発電装置は電力系統と電気的に接続され、
前記電力系統に備えられた電圧検出器により検出される電圧検出値から作成される第一の無効電力指令値を受け取るインターフェース装置と、
前記発電機の出力電力の変動による電圧変動を抑制する第二の無効電力指令値を作成する手段と、
前記第一の無効電力指令値と前記第二の無効電力指令値とを加算する無効電力指令値加算手段と、
該無効電力指令値加算手段の出力する第三の無効電力指令値に従って無効電力を出力する手段と、を備えることを特徴とする風力発電装置とした(構成1)。
A windmill that rotates in response to the wind, and a generator that generates electricity by rotation of the windmill,
In the wind power generator comprising a power converter that converts the power generated by the generator,
The wind power generator is electrically connected to a power system;
An interface device that receives a first reactive power command value created from a voltage detection value detected by a voltage detector provided in the power system;
Means for creating a second reactive power command value for suppressing voltage fluctuations due to fluctuations in output power of the generator;
Reactive power command value addition means for adding the first reactive power command value and the second reactive power command value;
And a means for outputting reactive power in accordance with a third reactive power command value output from the reactive power command value adding means (configuration 1).

構成1において、
複数の前記風力発電装置が、前記電力系統と電気的に接続されている場合において、
複数の前記風力発電装置のうち出力有効電力が小さい第1の風力発電装置は、出力有効電力が大きい第2の風力発電装置よりも大きい無効電力を出力することを特徴とする風力発電装置とした(構成2)。
In configuration 1,
In the case where the plurality of wind turbine generators are electrically connected to the power system,
The first wind turbine generator having a small output active power among the plurality of wind turbine generators outputs a reactive power larger than the second wind turbine generator having a large output active power. (Configuration 2).

構成1において、
複数の前記風力発電装置が、前記電力系統と電気的に接続されている場合に、
複数の前記風力発電装置のうち出力有効電力が大きい第1の風力発電装置は、出力有効電力が小さい第2の風力発電装置よりも小さい無効電力を出力することを特徴とする風力発電装置とした(構成3)。
In configuration 1,
When a plurality of the wind power generators are electrically connected to the power system,
The first wind turbine generator having a large output active power among the plurality of wind turbine generators outputs a reactive power smaller than the second wind turbine generator having a small output active power. (Configuration 3).

構成1において、
前記インターフェース装置は前記電圧検出器の電圧検出値が所定値より高いときに遅れ無効電力指令値を受け取り、
前記電圧検出値が所定値より低いときには進み無効電力指令値を受け取り、
前記電圧検出値が所定範囲になるように無効電力を電力系統に出力することを特徴とする風力発電装置とした(構成4)。
In configuration 1,
The interface device receives a delayed reactive power command value when a voltage detection value of the voltage detector is higher than a predetermined value,
When the voltage detection value is lower than a predetermined value, the advance reactive power command value is received,
A reactive power is output to the power system so that the voltage detection value falls within a predetermined range (configuration 4).

構成1において、
有効電力と無効電力を独立に制御できる発電電力制御手段を備えることを特徴とする風力発電装置とした(構成5)。
In configuration 1,
A wind power generator characterized in that it is provided with generated power control means capable of independently controlling active power and reactive power (Configuration 5).

風を受けて回転する風車と、前記風車の回転により発電する発電機と、前記発電機が発電した電力を変換する電力変換器と、を備えた風力発電装置と電力系統が電気的に接続された風力発電システムにおいて、
前記電力系統は該電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器の電圧検出値から第一の無効電力指令値を作成する無効電力指令値作成部と、
前記第一の無効電力指令値を前記風力発電装置に伝送する伝送部と、を備え、
前記風力発電装置は前記第一の無効電力指令値を受け取るインターフェース装置と、
前記発電機の出力電力の変動による電圧変動を抑制する第二の無効電力指令値を作成する手段と、
前記第一の無効電力指令値と前記第二の無効電力指令値とを加算する無効電力指令値加算手段と、
該無効電力指令値加算手段の出力する第三の無効電力指令値に従って無効電力を出力する手段と、を備えることを特徴とする風力発電システムとした(構成10)。
A wind turbine including a wind turbine that rotates in response to wind, a generator that generates power by rotation of the wind turbine, and a power converter that converts power generated by the generator is electrically connected to a power system. In the wind power generation system
The power system includes a voltage detector for detecting a voltage of the power system;
Reactive power command value creation unit for creating a first reactive power command value from the voltage detection value of the voltage detector;
A transmission unit for transmitting the first reactive power command value to the wind turbine generator,
The wind turbine generator is configured to receive the first reactive power command value;
Means for creating a second reactive power command value for suppressing voltage fluctuations due to fluctuations in output power of the generator;
Reactive power command value addition means for adding the first reactive power command value and the second reactive power command value;
And a means for outputting reactive power in accordance with a third reactive power command value output by the reactive power command value adding means (configuration 10).

構成10において、
複数の前記風力発電装置が、前記電力系統と電気的に接続されている場合に、
複数の前記風力発電装置のうち出力有効電力が小さい第1の風力発電装置は、出力有効電力が大きい第2の風力発電装置よりも大きい無効電力を出力することを特徴とする風力発電システムとした(構成11)。
In configuration 10,
When a plurality of the wind power generators are electrically connected to the power system,
The first wind turbine generator having a small output active power among the plurality of wind turbine generators outputs a reactive power larger than that of the second wind turbine generator having a large output active power. (Configuration 11).

構成10において、
複数の前記風力発電装置が、前記電力系統と電気的に接続されている場合に、
複数の前記風力発電装置のうち出力有効電力が大きい第1の風力発電装置は、出力有効電力が小さい第2の風力発電装置よりも小さい無効電力を出力することを特徴とする風力発電システムとした(構成12)。
In configuration 10,
When a plurality of the wind power generators are electrically connected to the power system,
The first wind turbine generator having a large output active power among the plurality of wind turbine generators outputs a reactive power smaller than that of the second wind turbine generator having a small output active power. (Configuration 12).

構成10において、
前記インターフェース装置は前記電圧検出器の電圧検出値が所定値より高いときに遅れ無効電力指令値を受け取り、
前記電圧検出値が所定値より低いときには進み無効電力指令値を受け取り、
前記電圧検出値が所定範囲になるように無効電力を電力系統に出力することを特徴とする風力発電システムとした(構成13)。
In configuration 10,
The interface device receives a delayed reactive power command value when a voltage detection value of the voltage detector is higher than a predetermined value,
When the voltage detection value is lower than a predetermined value, the advance reactive power command value is received,
The wind power generation system is characterized in that reactive power is output to the power system so that the voltage detection value falls within a predetermined range (Configuration 13).

構成10において、
前記風力発電装置は有効電力と無効電力を独立に制御できる発電電力制御手段を備えることを特徴とする風力発電システムとした(構成14)。
In configuration 10,
The wind power generator includes a generated power control unit that can control active power and reactive power independently (configuration 14).

電力系統で必要な無効電力を風力発電装置から供給し、かつ出力変動の大きな風力発電装置による連系点の電圧変動を抑制することで、電圧等の調整設備の能力を超えた場合にも、電力系統の電圧を調節することが可能となる。   Even when the reactive power necessary for the power system is supplied from the wind turbine generator and the voltage fluctuation at the interconnection point by the wind turbine generator with large output fluctuation is suppressed, even if the capacity of the adjustment equipment such as voltage is exceeded, It is possible to adjust the voltage of the power system.

電力系統および風力発電装置の回路構成を示した説明図。Explanatory drawing which showed the circuit structure of the electric power system and the wind power generator. 風力発電装置の構成を示した説明図。Explanatory drawing which showed the structure of the wind power generator. コンバータ制御の実施方法を示した説明図。Explanatory drawing which showed the implementation method of converter control. 系統電圧調整装置の無効電力作成を示した説明図。Explanatory drawing which showed the reactive power creation of a system voltage regulator. 複数台風力発電装置の回路構成を示した説明図。Explanatory drawing which showed the circuit structure of the multiple unit wind power generator. 複数台風力発電装置における無効電力指令と出力有効電力との関係図。The relationship diagram of the reactive power command and output active power in a plurality of wind turbine generators. 電力系統および風力発電装置に同期機型を用いた場合の、回路構成を示した説明図。Explanatory drawing which showed the circuit structure at the time of using a synchronous machine type | mold for an electric power system and a wind power generator. 風力発電装置の構成を示した説明図。Explanatory drawing which showed the structure of the wind power generator. コンバータ制御の実施方法を示した説明図。Explanatory drawing which showed the implementation method of converter control.

電力系統で必要な無効電力を補うという目的を、風力発電設備の活用されていない出力容量分で補うため、電力系統からの無効電力指令を受けるインターフェースを風力発電設備に備える方法で実現した。   In order to make up for the purpose of supplementing the reactive power necessary for the power system with the output capacity not used by the wind power generation facility, the interface for receiving the reactive power command from the power system was provided in the wind power generation facility.

(実施例1)
図1は、本発明の1実施例の装置構成を示す単線結線図である。
Example 1
FIG. 1 is a single-line diagram showing a device configuration of one embodiment of the present invention.

まず、電力系統の構成について説明する。電力系統の発電設備101は容量が大きく、単に電源と考えることが出来る。電力系統の発電設備101からの電力は、送電線を用いて送られるため、送電線のインピーダンス102が存在する。この送電線の電圧を低い電圧に変換するため、変電所などの変圧器が用いられ、家庭やビル,工場などの負荷103が接続される。また、風力発電装置104は、負荷103と同様、送電線に接続される。   First, the configuration of the power system will be described. The power generation facility 101 of the power system has a large capacity and can be considered as a power source. Since the electric power from the power generation facility 101 of the electric power system is sent using the transmission line, the impedance 102 of the transmission line exists. In order to convert the voltage of the transmission line to a low voltage, a transformer such as a substation is used, and a load 103 such as a home, a building, or a factory is connected. In addition, the wind power generator 104 is connected to a power transmission line in the same manner as the load 103.

前記変電所には、前記変圧器の巻数比を調整したり、コンデンサを接続したりして、負荷の電圧を所定範囲になるように調整する系統電圧調整装置105が用いられる。   The substation uses a system voltage regulator 105 that adjusts the voltage of the load to be within a predetermined range by adjusting the turns ratio of the transformer or connecting a capacitor.

系統電圧調整装置105は、電力系統の電圧を検出し、電圧を維持するために必要な無効電力指令値を風力発電装置104に伝送する。   The system voltage regulator 105 detects the voltage of the power system and transmits a reactive power command value necessary for maintaining the voltage to the wind power generator 104.

次に、風力発電装置の構成について説明する。風力発電装置104は主に、発電機(巻線形誘導発電機)104−01,羽104−02,風車制御装置104−03,コンバータ(励磁装置)104−04,コンバータ制御装置104−05から構成される。   Next, the configuration of the wind power generator will be described. The wind power generator 104 mainly includes a generator (winding induction generator) 104-01, a wing 104-02, a windmill controller 104-03, a converter (excitation device) 104-04, and a converter controller 104-05. Is done.

羽104−02は、発電機104−01の回転子に機械的に接続されており、発電機104−01の回転子巻線はコンバータ104−04と電気的に接続され、また、発電機104−01の固定子は遮断器104−06やトランス104−07などを介して電力系統に電気的に接続される。   The wing 104-02 is mechanically connected to the rotor of the generator 104-01, and the rotor winding of the generator 104-01 is electrically connected to the converter 104-04. The stator of −01 is electrically connected to the power system via the circuit breaker 104-06, the transformer 104-07, and the like.

風車制御装置104−03は、風速検出や羽104−02の角度制御,有効電力指令値Prefの演算および出力,運転/停止指令値Runの出力,系統電圧調整装置105からの無効電力指令値Qrefの受信,受信した無効電力指令値Qrefの伝送などを行う。   The windmill control device 104-03 detects the wind speed, controls the angle of the wing 104-02, calculates and outputs the active power command value Pref, outputs the operation / stop command value Run, and the reactive power command value Qref from the system voltage regulator 105. And transmission of the received reactive power command value Qref.

前記無効電力指令値Qrefや、前記有効電力指令値Pref、前記運転/停止指令値Runの各種指令値は、コンバータ制御装置104−05に送られる。コンバータ制御装置104−05は、指令値に従いコンバータ104−04を制御し、発電機104−01と系統との間の有効電力と無効電力を制御する。   Various command values such as the reactive power command value Qref, the active power command value Pref, and the operation / stop command value Run are sent to the converter control device 104-05. Converter control device 104-05 controls converter 104-04 according to the command value, and controls active power and reactive power between generator 104-01 and the system.

次に、図2を用いて、風力発電装置104について詳しく説明する。   Next, the wind power generator 104 will be described in detail with reference to FIG.

発電機104−01の固定子側の3相出力は、電磁接触器301の二次側に接続される。また、電磁接触器301の一次側は、電磁接触器302の一次側に接続される。電磁接触器302の二次側は、コンデンサCn,リアクトルLnで構成される交流フィルタ回路を介して、コンバータCNVに接続される。   The three-phase output on the stator side of the generator 104-01 is connected to the secondary side of the electromagnetic contactor 301. The primary side of the electromagnetic contactor 301 is connected to the primary side of the electromagnetic contactor 302. The secondary side of the magnetic contactor 302 is connected to the converter CNV via an AC filter circuit composed of a capacitor Cn and a reactor Ln.

コンバータCNVの直流回路303はコンバータINVの直流回路303に接続され、前記コンバータINVの交流出力は、リアクトルLr,コンデンサCrで構成される交流フィルタ回路を介して発電機104−01の回転子巻線に電気的に接続される。また、電磁接触器301の一次側は遮断器104−06やトランス104−07を介して電力系統にも接続される。   The DC circuit 303 of the converter CNV is connected to the DC circuit 303 of the converter INV, and the AC output of the converter INV is supplied to the rotor winding of the generator 104-01 through an AC filter circuit composed of a reactor Lr and a capacitor Cr. Is electrically connected. The primary side of the electromagnetic contactor 301 is also connected to the power system via the circuit breaker 104-06 and the transformer 104-07.

前記遮断器104−06は、例えば、風力発電装置104のシステムを保護するため、電流過大時に遮断器を開放し電流を遮断して、風力発電装置104のシステムを完全停止させて系統から電気的に切り離すための機能を具備する。   For example, in order to protect the system of the wind power generator 104, the circuit breaker 104-06 opens the circuit breaker when the current is excessive, interrupts the current, completely stops the system of the wind power generator 104, and is electrically connected to the system. It has a function for separating.

発電機側のコンバータINVおよび電力系統側のコンバータCNVは、例えば半導体のスイッチング素子(サイリスタ,GTO,IGBT,MOS,SiCなど)を用いて構成されており、コンバータINVおよびコンバータCNVはそれぞれ、交流を直流に変換または直流を交流に変換する機能を備える。   The converter INV on the generator side and the converter CNV on the power system side are configured using, for example, semiconductor switching elements (thyristors, GTO, IGBT, MOS, SiC, etc.), and the converter INV and the converter CNV each have an alternating current. It has a function of converting to direct current or converting direct current to alternating current.

また、電力系統側のコンバータCNVの交流出力端子には、リアクトルLnやコンデンサCnで構成された、高調波電流,高調波電圧を減衰させる交流フィルタが設置される。   In addition, an AC filter configured of a reactor Ln and a capacitor Cn that attenuates the harmonic current and the harmonic voltage is installed at the AC output terminal of the converter CNV on the power system side.

発電機104−01の回転子には、ギアなどを介して風力発電用の羽根が接続されており、風を受けて回転する。また、回転子には、回転位置を検出する位置検出器304が接続され、位置信号PLrが出力される。   A blade for wind power generation is connected to the rotor of the generator 104-01 via a gear or the like, and rotates by receiving wind. In addition, a position detector 304 that detects a rotational position is connected to the rotor, and a position signal PLr is output.

次に、発電電力を制御するための配線および装置について説明する。   Next, wiring and devices for controlling the generated power will be described.

遮断器104−06の二次側の三相電圧および三相電流は、それぞれ電圧センサPTs,電流センサCTsによりその値を低電圧の電圧検出信号Vs、低電圧の電流検出信号Isに変換され、前記低電圧の信号VsおよびIsがコンバータ制御装置104−05に入力される。また、電磁接触器301と発電機104−01の固定子との間の電圧は、電圧センサPTgによりその値を低電圧の信号Vgに変換されコンバータ制御装置104−05に入力される。   The three-phase voltage and the three-phase current on the secondary side of the circuit breaker 104-06 are converted into the low voltage detection signal Vs and the low voltage current detection signal Is by the voltage sensor PTs and the current sensor CTs, respectively. The low voltage signals Vs and Is are input to the converter controller 104-05. The voltage between the electromagnetic contactor 301 and the stator of the generator 104-01 is converted into a low voltage signal Vg by the voltage sensor PTg and input to the converter controller 104-05.

コンバータINVとコンバータCNVの直流部303に接続されたコンデンサCdの電圧は、電圧センサにより低電圧の直流電圧信号Edcに変換され、直流電圧信号Edcはコンバータ制御装置104−05に入力される。   The voltage of the capacitor Cd connected to the converter INV and the DC section 303 of the converter CNV is converted into a low voltage DC voltage signal Edc by a voltage sensor, and the DC voltage signal Edc is input to the converter control device 104-05.

また、電流センサCTrにより検出されたコンバータINVの出力電流の検出値Irと、電流センサCTnにより検出されたコンバータCNVの出力電流の検出値Inはコンバータ制御装置104−05に伝送される。   Further, the detected value Ir of the output current of the converter INV detected by the current sensor CTr and the detected value In of the output current of the converter CNV detected by the current sensor CTn are transmitted to the converter control device 104-05.

風車制御装置104−03は、起動/停止指令Run,有効電力指令Pref,無効電力指令Qrefの各種指令をコンバータ制御装置104−05に送り、風車やシステムの状態量を検出して外部との通信機能を備える。   The windmill control device 104-03 sends various commands such as a start / stop command Run, an active power command Pref, and a reactive power command Qref to the converter control device 104-05, detects the state quantity of the windmill and the system, and communicates with the outside. It has a function.

コンバータ制御装置104−05は、風力発電装置の出力電流の検出信号と、出力電圧の検出信号と、系統電圧調節装置からの無効電力指令を受け取り、有効電力指令と無効電力指令を演算する。   Converter control device 104-05 receives the detection signal of the output current of the wind turbine generator, the detection signal of the output voltage, and the reactive power command from the system voltage regulator, and calculates the active power command and the reactive power command.

コンバータ制御装置104−05は、演算した有効電力指令と無効電力指令に従って、電磁接触器301,302を信号Sg1,Sg2で制御する。また、半導体スイッチング素子で構成される各コンバータINV,CNVを駆動制御するパルス信号Pulse_inv,Pulse_cnvを出力する。このとき、コンバータINV,CNVに入力されるパルス信号Pulse_inv,Pulse_cnvは、電力系統で必要な無効電力を風力発電装置から出力し、かつ風力発電装置の出力無効電力の変動を抑制するように作成される。   Converter control device 104-05 controls electromagnetic contactors 301 and 302 with signals Sg1 and Sg2 in accordance with the calculated active power command and reactive power command. Further, pulse signals Pulse_inv and Pulse_cnv for driving and controlling the respective converters INV and CNV constituted by semiconductor switching elements are output. At this time, the pulse signals Pulse_inv and Pulse_cnv input to the converters INV and CNV are generated so as to output reactive power necessary for the power system from the wind turbine generator and to suppress fluctuations in the output reactive power of the wind turbine generator. The

コンバータCNVは、平滑コンデンサCdの直流電圧Edcを一定に制御する。このため、コンバータCNVは、電圧検出値Vsの位相を検出し、検出した電圧位相と同相の電流指令値を制御することで系統と有効電力をやり取りし、直流電圧を制御する。   The converter CNV controls the DC voltage Edc of the smoothing capacitor Cd to be constant. For this reason, converter CNV detects the phase of voltage detection value Vs, controls the current command value in phase with the detected voltage phase, exchanges active power with the system, and controls the DC voltage.

発電機側コンバータが直流電力を使用して平滑コンデンサのエネルギーを消費して直流電圧が低下すれば、系統側コンバータの直流電圧制御は交流電力を使用して平滑コンデンサCdを充電して直流電圧検出値Edcを一定に保つように動作し、逆に電力変換器INVが直流電力を充電して直流電圧検出値Edcが上昇する場合には電力変換器CNVの直流電圧制御は直流電力を交流電力に変換して放電し、直流電圧検出値Edcを一定に保つように動作する。   If the generator side converter uses DC power to consume the energy of the smoothing capacitor and the DC voltage drops, the DC voltage control of the system side converter uses AC power to charge the smoothing capacitor Cd and detect the DC voltage. When the power converter INV charges the DC power and the DC voltage detection value Edc rises, the DC voltage control of the power converter CNV converts the DC power to AC power. It converts and discharges, and operates so as to keep the DC voltage detection value Edc constant.

次に、図3を用いてコンバータ制御装置104−05の詳細な機能について説明する。   Next, detailed functions of converter control device 104-05 will be described with reference to FIG.

前記電圧検出値Vsは、位相検出器THDETと3相2相変換器32trsに入力される。前記位相検出器THDETは、電力系統の電圧に追従する位相信号THsを{例えば位相同期ループ(PLL:Phase Locked Loop)方式で}演算し、位相信号THs(THs:電力系統U相電圧を正弦波としたときの位相信号)を3相2相座標変換器32dqtrs−01,32dqtrs−02,回転座標変換器dqtrs,励磁位相演算器SLDET,2相3相座標変換器dq23trs−01に出力する。直流電圧指令値Erefと直流電圧検出値Edcは直流電圧調整器DCAVRに入力される。直流電圧調整器DCAVRは入力された直流電圧指令値Erefと直流電圧検出値Edcの偏差が零になるように出力のp軸電流指令値(有効分電流指令値)Ipnstrを調整し、電流調整器1−ACRに出力する。ここで、直流電圧調整器DCAVRは例えば比例積分制御器により構成できる。   The voltage detection value Vs is input to the phase detector THDET and the three-phase / two-phase converter 32trs. The phase detector THDET calculates a phase signal THs that follows the voltage of the power system {for example, in a phase locked loop (PLL) system} and outputs the phase signal THs (THs: power system U-phase voltage as a sine wave). Are output to the three-phase two-phase coordinate converters 32dqtrs-01 and 32dqtrs-02, the rotary coordinate converter dqtrs, the excitation phase calculator SLDET, and the two-phase three-phase coordinate converter dq23trs-01. The DC voltage command value Eref and the DC voltage detection value Edc are input to the DC voltage regulator DCAVR. The DC voltage regulator DCAVR adjusts the output p-axis current command value (effective current command value) Ipnstr so that the deviation between the input DC voltage command value Eref and the DC voltage detection value Edc becomes zero. 1-Output to ACR. Here, the DC voltage regulator DCAVR can be configured by, for example, a proportional-integral controller.

3相2相座標変換器32dqtrs−01は入力された電流Inから数1および数2に示した変換式を用いて、p軸電流検出値Ipn(有効分電流)とq軸電流検出値Iqn(無効分電流)を演算し、p軸電流検出値Ipnを電流調整器1−ACRに、q軸電流検出値Iqnを電流調整器2−ACRに出力する。   The three-phase / two-phase coordinate converter 32dqtrs-01 uses the conversion formulas shown in Equations 1 and 2 from the input current In, and detects the p-axis current detection value Ipn (effective current) and the q-axis current detection value Iqn ( The reactive current is calculated, and the p-axis current detection value Ipn is output to the current regulator 1-ACR, and the q-axis current detection value Iqn is output to the current regulator 2-ACR.

ここで、添え字u,v,wは相を表し、例えば、InのU相電流はInuと表記する。
以降電圧なども同様である。
Here, the subscripts u, v, and w represent phases. For example, the U phase current of In is represented as Inu.
The same applies to the voltage thereafter.

Figure 2012044863
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Figure 2012044863
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電流調整器1−ACRは、p軸電流指令値Ipnstrとp軸電流検出値Ipnの偏差を零にするように出力のp軸電圧指令値Vpn0を調整し、加算器401に出力する。同様に、電流調整器2−ACRは、q軸電流指令値(図中では零)とq軸電流検出値Iqnの偏差を零にするように出力のq軸電圧指令値Vqn0を調整し、加算器402に出力する。ここで各電流調整器(1−ACR,2−ACR)は例えば比例積分制御器により構成できる。   The current adjuster 1-ACR adjusts the output p-axis voltage command value Vpn0 so that the deviation between the p-axis current command value Ipnstr and the p-axis current detection value Ipn is zero, and outputs it to the adder 401. Similarly, the current regulator 2-ACR adjusts and adds the output q-axis voltage command value Vqn0 so that the deviation between the q-axis current command value (zero in the figure) and the q-axis current detection value Iqn becomes zero. Output to the unit 402. Here, each current regulator (1-ACR, 2-ACR) can be constituted by, for example, a proportional integral controller.

3相2相変換器32trsは入力された電圧Vsから数3に示した変換式を用いて、α成分Vsαとβ成分Vsβを演算し、回転座標変換器dqtrsに出力する。回転座標変換器dqtrsは数4を用いてp軸電圧検出値(系統電圧ベクトルに一致する位相成分)Vpsとq軸電圧検出値(前記p軸電圧検出値Vpsと直交する成分)Vqsを演算し、それぞれを前記加算器401,402に出力する。   The three-phase / two-phase converter 32trs calculates the α component Vsα and the β component Vsβ from the input voltage Vs using the conversion equation shown in Equation 3, and outputs the result to the rotary coordinate converter dqtrs. The rotary coordinate converter dqtrs calculates the p-axis voltage detection value (phase component matching the system voltage vector) Vps and the q-axis voltage detection value (component orthogonal to the p-axis voltage detection value Vps) Vqs using Equation 4. Are output to the adders 401 and 402, respectively.

Figure 2012044863
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Figure 2012044863
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加算器401は、p軸電圧指令値Vpn0とp軸電圧検出値Vpsを加算して2相3相座標変換器dq23trs−01に出力する。同様に加算器402は、q軸電圧指令値Vqn0とq軸電圧検出値Vqsを加算して2相3相座標変換器dq23trs−01に出力する。   The adder 401 adds the p-axis voltage command value Vpn0 and the p-axis voltage detection value Vps and outputs the result to the two-phase / three-phase coordinate converter dq23trs-01. Similarly, the adder 402 adds the q-axis voltage command value Vqn0 and the q-axis voltage detection value Vqs and outputs the result to the two-phase / three-phase coordinate converter dq23trs-01.

2相3相座標変換器dq23trs−01は、位相信号THsと各加算器の出力Vpn,Vqnを入力し、数5および数6に示した変換式により電圧指令値Vun,Vvn,Vwnを演算し、PWM演算器PWMnに出力する。   The two-phase / three-phase coordinate converter dq23trs-01 receives the phase signal THs and the outputs Vpn and Vqn of each adder, and calculates the voltage command values Vun, Vvn, and Vwn according to the conversion equations shown in Equations 5 and 6. , Output to the PWM calculator PWMn.

Figure 2012044863
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Figure 2012044863
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PWM演算器PWMnはパルス幅変調方式を用いて、入力された電圧指令Vun,Vvn,VwnからコンバータCNVを構成するn個の半導体素子をオン・オフするゲート信号Pulse_cnvを演算し、コンバータCNVに出力する。   The PWM calculator PWMn calculates a gate signal Pulse_cnv for turning on / off n semiconductor elements constituting the converter CNV from the input voltage commands Vun, Vvn, Vwn by using a pulse width modulation method, and outputs it to the converter CNV. To do.

発電機104−01の回転数および位置を示す位相信号PLrは、回転位相検出器ROTDETに入力される。回転位相検出器ROTDETは、位相信号のパルスPLrを計数して位相信号に換算するとともに、位相信号を一回転に一回のパルス(例えばABZ方式のエンコーダではZ相パルス)で零にリセットし、オーバーフローしない0〜360度の位相信号RTHを加算器403に出力する。   A phase signal PLr indicating the rotational speed and position of the generator 104-01 is input to the rotational phase detector ROTETET. The rotational phase detector ROTDET counts the phase signal pulse PLr and converts it to a phase signal, and resets the phase signal to zero with one pulse per rotation (for example, a Z-phase pulse in an ABZ encoder). A phase signal RTH of 0 to 360 degrees that does not overflow is output to the adder 403.

位相信号RTHと同期制御器SYNCの出力位相信号LTHは加算器403で加算されて位相信号THとなり、位相信号THは位相信号THsとともに励磁位相演算器SLDETに入力される。   The phase signal RTH and the output phase signal LTH of the synchronous controller SYNC are added by the adder 403 to become the phase signal TH, and the phase signal TH is input to the excitation phase calculator SLDET together with the phase signal THs.

励磁位相演算器SLDETは、位相信号THとTHsを減算(THr=THs−TH)し、さらに発電機の極対数倍して発電機の回転子の電気角周波数の位相信号THrを出力する。   The excitation phase calculator SLDET subtracts the phase signals TH and THs (THr = THs−TH), further multiplies the number of pole pairs of the generator, and outputs a phase signal THr of the electrical angular frequency of the generator rotor.

電力演算器PQCALは、システム電流Isを数1および数2に示す変換行列により変換されて得られたp軸電流Ips(系統電圧のU相ベクトルと同じ向き)と、系統電圧のU相ベクトルと直行するq軸電流Iqsと、p軸電圧検出値Vpsと、q軸電圧検出値Vqsとを入力し、数7および数8によりシステムの有効電力Psと無効電力Qsを演算する。   The power calculator PQCAL includes the p-axis current Ips (the same direction as the U-phase vector of the system voltage) obtained by converting the system current Is by the conversion matrix shown in Equations 1 and 2, and the U-phase vector of the system voltage. The orthogonal q-axis current Iqs, the p-axis voltage detection value Vps, and the q-axis voltage detection value Vqs are input, and the active power Ps and reactive power Qs of the system are calculated by Equations 7 and 8.

Figure 2012044863
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Figure 2012044863
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有効電力調整器APRは、有効電力Psと風力発電装置の有効電力指令Prefを入力し、電力指令値Prefと電力検出値Psの偏差を零にするように出力の有効分電流指令値Ip0を出力する。ここでは、有効電力指令の例で説明するが、トルク指令の場合は、トルク指令に発電機の回転数を乗じて有効電力指令に変換して制御することが可能である。有効電力制御はトルク制御と異なり、回転数が変化してもその影響を受けずに出力電力を一定に制御できる。   The active power adjuster APR receives the active power Ps and the active power command Pref of the wind turbine generator, and outputs the output effective current command value Ip0 so that the deviation between the power command value Pref and the detected power value Ps becomes zero. To do. Here, an example of the active power command will be described. However, in the case of a torque command, it is possible to control the torque command by multiplying it by the number of revolutions of the generator to convert it to an active power command. Unlike the torque control, the active power control can control the output power to be constant without being affected by the change in the rotational speed.

また、系統電圧調整装置105からの無効電力指令値Qrefと、風力発電装置の有効電力Psに起因する電圧変動を抑制するための無効電力指令値dQは加算される。例えば、dQはα×Ps(α:比例係数)で作成される。各無効電力指令値の加算結果Qref1と無効電力Qsは無効電力調整器AQRに入力され、電力指令値Qref1と無効電力Qsの偏差を零にするように出力の励磁電流指令値Iq0を出力する。ここで前記電力調整器APR,AQRは例えば比例積分器により構成できる。   Moreover, the reactive power command value Qref from the system voltage regulator 105 and the reactive power command value dQ for suppressing the voltage fluctuation caused by the active power Ps of the wind turbine generator are added. For example, dQ is created by α × Ps (α: proportional coefficient). The addition result Qref1 and reactive power Qs of each reactive power command value are input to the reactive power adjuster AQR, and an output excitation current command value Iq0 is output so that the deviation between the power command value Qref1 and the reactive power Qs becomes zero. Here, the power regulators APR and AQR can be constituted by, for example, proportional integrators.

この演算方法により、系統で不足する無効電力を補償しながら、風力発電装置が出力する有効電力変動に起因する電圧変動も、補償できる。有効・無効電力調整器の各出力の電流指令値Ip0およびIq0は切換器SWに入力される。   With this calculation method, it is possible to compensate for voltage fluctuations due to fluctuations in active power output by the wind turbine generator while compensating for reactive power that is insufficient in the system. The current command values Ip0 and Iq0 of each output of the active / reactive power regulator are input to the switch SW.

切換器SWは電力調整器APRおよびAQRの出力を使用するか、または有効分電流指令値に零を、励磁電流指令値に電圧調整器AVRの出力Iq1を使用するかを決定する。SWは電磁接触器301が投入される前には、有効分電流指令値に零を、励磁電流指令値に電圧調整器の出力を使用し、電磁接触器301を投入してからは各電力調整器の出力を選択する。ここで、電磁接触器301が投入される前とは発電機固定子電圧を系統電圧に同期させる電圧同期運転時である。   The switch SW determines whether to use the outputs of the power regulators APR and AQR, or to use zero for the effective current command value and to use the output Iq1 of the voltage regulator AVR for the excitation current command value. SW uses zero for the effective current command value and the output of the voltage regulator for the excitation current command value before the electromagnetic contactor 301 is turned on, and each power adjustment after the electromagnetic contactor 301 is turned on Select the output of the instrument. Here, the time before the electromagnetic contactor 301 is turned on is the time of voltage synchronous operation in which the generator stator voltage is synchronized with the system voltage.

電圧調整器AVRについて説明する。電圧調整器AVRは、発電機固定子電圧Vgの振幅値Vgpkをフィードバック値とし、系統電圧Vsの振幅値にフィルタを通した値Vsrefを指令値として入力し、発電機固定子電圧Vgの振幅値Vgpkと前記指令値Vsrefの偏差を零にするような励磁電流指令値Iq1を切換器SWに出力する。ここで前記電圧調整器AVRは例えば比例積分制御器により構成できる。この電圧調整器AVRは、電磁接触器301が開状態で動作させ、系統電圧の振幅値に発電機Genの固定子電圧の振幅値を一致させるために必要な、コンバータINVから発電機104−01の二次側に流す励磁電流指令値を調整する。   The voltage regulator AVR will be described. The voltage regulator AVR receives the amplitude value Vgpk of the generator stator voltage Vg as a feedback value, and inputs a value Vsref obtained by filtering the amplitude value of the system voltage Vs as a command value, and the amplitude value of the generator stator voltage Vg. An exciting current command value Iq1 that makes the deviation between Vgpk and the command value Vsref zero is output to the switch SW. Here, the voltage regulator AVR can be constituted by, for example, a proportional integration controller. This voltage regulator AVR is operated from the converter INV to the generator 104-01, which is necessary for operating the electromagnetic contactor 301 in the open state and matching the amplitude value of the stator voltage of the generator Gen with the amplitude value of the system voltage. Adjust the excitation current command value that flows to the secondary side.

また、同期制御器SYNCは、前記指令値Vsrefと発電機固定子電圧の振幅値Vgpkから、発電機の電圧振幅が同期しているか判定する機能と、系統電圧と固定子電圧の位相が異なる場合は、それを補正するための位相補正信号LTHを出力する機能と、系統電圧と固定子電圧の位相が所定の範囲に入り、同期しているかを判定する機能を備え、遮断器の動作信号Sg1と制御切替信号Sg0を出力する。   The synchronous controller SYNC has a function for determining whether the generator voltage amplitude is synchronized from the command value Vsref and the generator stator voltage amplitude value Vgpk, and the phase of the system voltage and the stator voltage is different. Has a function of outputting a phase correction signal LTH for correcting it, and a function of determining whether the phase of the system voltage and the stator voltage are in a predetermined range and are synchronized, and the operation signal Sg1 of the circuit breaker And a control switching signal Sg0.

これにより、発電機104−01が電力系統に接続する前に、系統電圧と同期することができ、また電力系統に接続された後は、速やかに電力制御へ制御を切り替えることができる。   Thus, the generator 104-01 can be synchronized with the system voltage before being connected to the power system, and can be quickly switched to the power control after being connected to the power system.

3相2相座標変換器32dqtrs−03は入力された電流Irおよびロータの位相THrから数9および数10に示した変換式を用いて、q軸電流検出値Iqr(励磁電流成分)とp軸電流検出値Ipr(有効分電流成分)を演算し、q軸電流検出値Iqrを電流調整器4−ACRに、p軸電流検出値Iprを電流調整器3−ACRに出力する。   The three-phase two-phase coordinate converter 32dqtrs-03 uses the conversion formulas shown in Equations 9 and 10 from the input current Ir and the rotor phase THr to calculate the q-axis current detection value Iqr (excitation current component) and the p-axis. The current detection value Ipr (effective component current component) is calculated, and the q-axis current detection value Iqr is output to the current regulator 4-ACR, and the p-axis current detection value Ipr is output to the current regulator 3-ACR.

Figure 2012044863
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Figure 2012044863
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前記電流調整器4−ACRは、前記q軸電流指令値Iq1またはIq0と前記q軸電流検出値Iqrの偏差を零にするように出力のq軸電圧指令値Vqrを調整する。同様に、前記電流調整器3−ACRは、前記p軸電流指令値Ip1またはIp0と前記p軸電流検出値Iprの偏差を零にするように出力のp軸電圧指令値Vprを調整する。ここで前記電流調整器はたとえば比例積分器により構成できる。   The current regulator 4-ACR adjusts the output q-axis voltage command value Vqr so that the deviation between the q-axis current command value Iq1 or Iq0 and the q-axis current detection value Iqr becomes zero. Similarly, the current regulator 3-ACR adjusts the output p-axis voltage command value Vpr so that the deviation between the p-axis current command value Ip1 or Ip0 and the p-axis current detection value Ipr is zero. Here, the current regulator can be constituted by a proportional integrator, for example.

p軸電圧指令値Vprとq軸電圧検出値Vqrは2相3相座標変換器dq23trs−02に入力され、2相3相座標変換器dq23trs−02は、位相信号THrと、各入力値から、数11および数12に示した変換式により2相3相座標変換器dq23trs−02の出力する電圧指令値Vur,Vvr,Vwrを演算し、PWM演算器PWMrに出力する。   The p-axis voltage command value Vpr and the q-axis voltage detection value Vqr are input to the two-phase / three-phase coordinate converter dq23trs-02, and the two-phase / three-phase coordinate converter dq23trs-02 receives the phase signal THr and each input value from The voltage command values Vur, Vvr, and Vwr output from the two-phase / three-phase coordinate converter dq23trs-02 are calculated by the conversion equations shown in Equations 11 and 12, and are output to the PWM calculator PWMr.

Figure 2012044863
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PWM演算器PWMrは、入力された電圧指令Vur,Vvr,Vwrからパルス幅変調方式によりコンバータINVを構成するm個の半導体素子をオン・オフするゲート信号Pulse_invを演算し、前記コンバータINVに出力する。   The PWM calculator PWMr calculates a gate signal Pulse_inv for turning on / off m semiconductor elements constituting the converter INV by the pulse width modulation method from the input voltage commands Vur, Vvr, Vwr, and outputs the gate signal Pulse_inv to the converter INV. .

次に、図4を用いて、系統電圧調整装置105のアルゴリズムについて説明する。系統電圧調整装置105のアルゴリズムとしては、まず制御を開始すると(S450)、系統電圧調整装置105は、例えば家庭などの負荷側の系統電圧値VLを検出し、この系統電圧値VLが上限の規定値よりも大きいか比較する(S452)。そして、系統電圧値VLが上限の規定値よりも大きい場合は、定数Aの値を加算する(S454)。   Next, the algorithm of the system voltage regulator 105 will be described with reference to FIG. As an algorithm of the system voltage regulator 105, when control is first started (S450), the system voltage regulator 105 detects a system voltage value VL on the load side of a home, for example, and the system voltage value VL is defined as an upper limit. It is compared whether it is larger than the value (S452). When the system voltage value VL is larger than the upper limit specified value, the value of the constant A is added (S454).

また、この系統電圧値VLが上限の規定値よりも小さい場合は、系統電圧値VLが下限の規定値よりも小さいか比較する(S456)。そして、系統電圧値VLが下限の規定値よりも小さい場合は、定数Aの値を減算する(S458)。また、系統電圧値VLが下限の規定値よりも大きい場合は定数Aの値には加減算は行わない(S460)。   If the system voltage value VL is smaller than the upper limit specified value, it is compared whether the system voltage value VL is smaller than the lower limit specified value (S456). When the system voltage value VL is smaller than the lower limit specified value, the value of the constant A is subtracted (S458). Further, when the system voltage value VL is larger than the lower limit specified value, the value of the constant A is not added or subtracted (S460).

そして、無効電力指令値Qrefの値を、所定の値Qに対して定数Aと変化幅の値Qstepを乗算したものを加算して算出する(S462)。   Then, the value of the reactive power command value Qref is calculated by adding the predetermined value Q multiplied by the constant A and the change width value Qstep (S462).

図4に示すように、系統電圧調整装置105は、例えば家庭などの負荷側の系統電圧VLを検出し、電圧が低下した際には無効電力指令値を進み方向に、電圧が上昇した際には遅れ無効電力を出力するように無効電力指令値Qrefを変化させ、系統電圧が所定の範囲内になるように無効電力指令値を作成する。   As shown in FIG. 4, the system voltage regulator 105 detects a system voltage VL on the load side of, for example, a home, and when the voltage decreases, the reactive power command value is advanced in the forward direction. Changes the reactive power command value Qref so as to output delayed reactive power, and creates a reactive power command value so that the system voltage is within a predetermined range.

作成された無効電力指令値Qrefは、線路や、無線などの通信方法により、風力発電装置104に伝送される。風力発電装置104では、受信した無効電力指令値に従って無効電力を出力する。本実施例では、系統電圧調整装置105で算出した無効電力指令値を風力発電装置104に伝送する構成としたが、系統電圧調整装置105で検出した電圧検出値を風力発電装置104に伝送し、風力発電装置にて無効電力指令値を算出する構成としてもよい。   The generated reactive power command value Qref is transmitted to the wind power generator 104 by a communication method such as a line or wireless. The wind power generator 104 outputs reactive power according to the received reactive power command value. In the present embodiment, the reactive power command value calculated by the grid voltage regulator 105 is transmitted to the wind power generator 104, but the voltage detection value detected by the grid voltage regulator 105 is transmitted to the wind turbine 104, The reactive power command value may be calculated by the wind power generator.

このように、電力系統側の機器からの無効電力指令値に従い、風力発電装置が無効電力を出力することで、系統電圧を調整できるとともに、同期調相機や電力用コンデンサなどの設置を削減できる。   Thus, the wind power generator outputs reactive power according to the reactive power command value from the equipment on the power system side, so that the system voltage can be adjusted and the installation of a synchronous phase adjuster, a power capacitor, and the like can be reduced.

また図5のように、複数台の風力発電装置が設置されて集中管理されるウィンドファームのような場合、ファーム全体を集中管理・制御しているコントローラで無効電力指令値Qrefを受信し、ファーム内で動作している風力発電システムに無効電力指令値Qrefを分配することも出来る。例えば、運転している台数がN台であるときは1台に指令する無効電力指令値を1/Nにするか、もしくは発電量が小さい風力発電装置は無効電力を多く出力するように分配する。   Also, as shown in FIG. 5, in the case of a wind farm in which a plurality of wind power generators are installed and centrally managed, the reactive power command value Qref is received by a controller that centrally manages and controls the entire farm, and the farm It is also possible to distribute the reactive power command value Qref to the wind power generation system operating within. For example, when the number of operating units is N, the reactive power command value commanded to one unit is set to 1 / N, or a wind power generator with a small power generation amount is distributed so as to output a large amount of reactive power .

図6は複数台の風力発電装置が設置されて集中管理されるウィンドファーム内で動作している風力発電システムに無効電力指令値Qrefを分配するような場合の、各風力発電装置に分配された無効電力指令値Qrefと各風力発電装置の出力する有効電力との関係の一実施例を示す。   FIG. 6 shows a case where the reactive power command value Qref is distributed to each wind power generator when the wind power generator operating in a wind farm that is centrally managed with a plurality of wind power generators installed. An example of the relationship between the reactive power command value Qref and the active power output by each wind turbine generator is shown.

図6に示すように、ファーム内で比較的に出力する有効電力の大きい風力発電装置には他の風力発電装置よりも小さな無効電力指令値が分配される。反対に、ファーム内で比較的に出力する有効電力の小さい風力発電装置には他の風力発電装置よりも大きい無効電力指令値が分配される。   As shown in FIG. 6, a reactive power command value smaller than that of other wind power generators is distributed to a wind power generator having a relatively large active power output within the farm. On the other hand, a reactive power command value larger than that of other wind turbine generators is distributed to the wind turbine generator with a relatively small active power output in the farm.

有効電力出力の少ない風力発電装置の無効電力出力が大きくなるように指令値を送ることで、風力発電装置の有効電力を減らすことなく発電できる。   By sending the command value so that the reactive power output of the wind turbine generator with low active power output is increased, it is possible to generate power without reducing the active power of the wind turbine generator.

これは、有効電力の出力が大きい風力発電装置では、無効電力の出力を大きくする余裕が無くなる為であり、有効電力の出力が少ない風力発電装置では、無効電力の出力を大きくする余裕が有る為である。   This is because a wind power generator with a large active power output has no room for increasing the reactive power output, and a wind power generator with a low active power output has a room for increasing the reactive power output. It is.

このように、巻線形誘導発電機を用いた風力発電装置では、発電機側で有効電力と無効電力を独立制御できるが、無効電力出力が不足した場合には、系統に直接接続されるコンバータCNVにより不足分を補っても良い。   Thus, in the wind turbine generator using the winding induction generator, the active power and the reactive power can be independently controlled on the generator side, but when the reactive power output is insufficient, the converter CNV directly connected to the system You may make up for the shortage.

(実施例2)
実施例1では、巻線型誘導発電機をコンバータによって系統に接続する風力発電装置について説明してきたが、誘導発電機や図6に示すような同期発電機を用いた場合にも適用できる。本実施例では発電機に同期発電機を用いた実施形態を説明する。
(Example 2)
In the first embodiment, the wind power generation apparatus in which the winding induction generator is connected to the system by the converter has been described. However, the present invention can also be applied to the case where an induction generator or a synchronous generator as shown in FIG. 6 is used. In this embodiment, an embodiment in which a synchronous generator is used as a generator will be described.

図7では、発電機に例えば永久磁石発電機を用い、発電機から取り出す電力をコンバータによりAC−DC−AC変換して電力系統に出力する。   In FIG. 7, for example, a permanent magnet generator is used as a generator, and electric power extracted from the generator is AC-DC-AC converted by a converter and output to an electric power system.

図8及び図9を用いてコンバータ制御装置604−05の機能について説明する。なお、同じ制御機能を持つものは同様な符号にて表している。   Functions of converter control device 604-05 will be described with reference to FIGS. In addition, what has the same control function is represented with the same code | symbol.

コンバータ制御装置604−05の系統側コンバータCNVの制御との違いは、無効電流調整器2−ACRに入力される指令値が、コンバータ制御装置604−05では無効電力指令値となっている点である。   The difference from the control of system side converter CNV of converter control device 604-05 is that the command value input to reactive current regulator 2-ACR is the reactive power command value in converter control device 604-05. is there.

また、発電機604−01の回転数および位置を示す位相信号PLrは、回転位相検出器ROTDETに入力される。図3で示したコンバータ制御装置104−05との大きな違いは、発電機604−01の位相検出方法で、回転位相RTHがそのまま位相信号となる点である。   The phase signal PLr indicating the rotational speed and position of the generator 604-01 is input to the rotational phase detector ROTETET. A major difference from the converter control device 104-05 shown in FIG. 3 is that the rotational phase RTH is directly used as a phase signal in the phase detection method of the generator 604-01.

電力演算器PQCALは、電流センサCTrにより検出された電流検出値Irを前記数1および数2に示す変換行列により変換し、得られたp軸電流Ipr(発電機電圧のU相ベクトルと同じ向き)と、系統電圧のU相ベクトルと直行するq軸電流Iqrと、発電機電圧Vrを数3および数4と同じ変換式に用いて得られるp軸電圧Vprとq軸電圧Vqrとを入力し、数7および数8の式と同様に、発電機の有効電力検出値Prと無効電力検出値Qrを演算する。   The power calculator PQCAL converts the current detection value Ir detected by the current sensor CTr by the conversion matrix shown in the equations 1 and 2, and the obtained p-axis current Ipr (the same direction as the U-phase vector of the generator voltage) ), The q-axis current Iqr orthogonal to the U-phase vector of the system voltage, and the p-axis voltage Vpr and the q-axis voltage Vqr obtained by using the generator voltage Vr in the same conversion equation as in equations 3 and 4. The active power detection value Pr and the reactive power detection value Qr of the generator are calculated in the same manner as the equations (7) and (8).

有効電力調整器APRは、有効電力検出値Prと風力発電装置の出力電力指令Prefを入力し、前記電力指令値Prefと前記有効電力検出値Prの偏差を零にするように出力の有効分電流指令値Ip0を出力する。   The active power adjuster APR receives the active power detection value Pr and the output power command Pref of the wind turbine generator, and outputs the effective divided current so that the deviation between the power command value Pref and the active power detection value Pr is zero. Command value Ip0 is output.

また、無効電力調整器AQRは、発電機の力率を調整するために用いられる。力率を1に保つために指令値には零が入力される。前記無効電力検出値Qrと風力発電装置の無効電力指令として零を入力し、制御するため励磁電流指令値Ip0を出力する。   The reactive power adjuster AQR is used to adjust the power factor of the generator. In order to keep the power factor at 1, zero is input to the command value. Zero is input as the reactive power detection value Qr and the reactive power command of the wind turbine generator, and an excitation current command value Ip0 is output for control.

3相2相座標変換器32dqtrs−03は入力された電流検出値Irおよびロータの位相RTHから数9および数10に示した変換式を用いて、p軸電流検出値Ipr(有効分電流成分)とq軸電流検出値Iqr(励磁分電流成分)を演算し、q軸電流検出値Iqrを電流調整器4−ACRに、p軸電流検出値Iprを電流調整器3−ACRに出力する。   The three-phase two-phase coordinate converter 32dqtrs-03 uses the input current detection value Ir and the rotor phase RTH to convert the p-axis current detection value Ipr (effective component current component) using the conversion formulas shown in equations 9 and 10. The q-axis current detection value Iqr (excitation current component) is calculated, and the q-axis current detection value Iqr is output to the current regulator 4-ACR and the p-axis current detection value Ipr is output to the current regulator 3-ACR.

電流調整器4−ACRは、q軸電流指令値Iq1またはIq0とq軸電流検出値Iqrの偏差を零にするように出力のq軸電圧指令値Vqrを調整し、電流調整器3−ACRは、p軸電流指令値Ip0と前記p軸電流検出値Iprの偏差を零にするように出力のp軸電圧指令値Vprを調整する。   The current regulator 4-ACR adjusts the output q-axis voltage command value Vqr so that the deviation between the q-axis current command value Iq1 or Iq0 and the q-axis current detection value Iqr becomes zero, and the current regulator 3-ACR The output p-axis voltage command value Vpr is adjusted so that the deviation between the p-axis current command value Ip0 and the detected p-axis current value Ipr is zero.

p軸電圧指令値Vprと前記q軸電圧検出値Vqrは2相3相座標変換器dq23trs−02に入力され、前記2相3相座標変換器dq23trs−02は、前記位相信号RTHと、前記各入力値から、数10および数11に示した変換式により前記変換器dq23trs−02の出力する電圧指令値Vur,Vvr,Vwrを演算し、PWM演算器PWMrに出力する。   The p-axis voltage command value Vpr and the q-axis voltage detection value Vqr are input to a two-phase / three-phase coordinate converter dq23trs-02, and the two-phase / three-phase coordinate converter dq23trs-02 receives the phase signal RTH, From the input values, the voltage command values Vur, Vvr, Vwr output from the converter dq23trs-02 are calculated by the conversion formulas shown in Expression 10 and Expression 11, and output to the PWM calculator PWMr.

PWM演算器PWMrは、入力された電圧指令Vur,Vvr,Vwrからパルス幅変調方式により前記コンバータINVを構成するm個の半導体素子をオン・オフするゲート信号Pulse_invを演算し、前記コンバータINVに出力する。   The PWM calculator PWMr calculates a gate signal Pulse_inv for turning on / off m semiconductor elements constituting the converter INV by a pulse width modulation method from the input voltage commands Vur, Vvr, Vwr, and outputs the gate signal Pulse_inv to the converter INV. To do.

本実施例では系統に直接接続したコンバータCNVが出力する有効電力は、発電機側からの入力有効電力に合うように調整され、無効電力は系統の状況に応じて有効電力と独立に制御できる。従って、発電機として誘導発電機を用いても同様の制御が可能である。   In this embodiment, the active power output from the converter CNV directly connected to the system is adjusted to match the input active power from the generator side, and the reactive power can be controlled independently of the active power according to the system status. Therefore, the same control is possible even if an induction generator is used as the generator.

このように、系統側の機器からの無効電力指令値に従い、風力発電装置が無効電力を出力することで、系統電圧を調整できるとともに、同期調相機や電力用コンデンサなどの設置を削減できる。   As described above, the wind power generator outputs reactive power according to the reactive power command value from the system side device, so that the system voltage can be adjusted and the installation of a synchronous phase adjuster, a power capacitor, and the like can be reduced.

また、複数の風力発電装置が電力系統に接続されている場合には、有効電力出力の少ない風力発電装置が大きな無効電力を出力するように電力指令値を分配することで、風力発電装置の有効電力を減らすことなく効率的に無効電力を供給できる。   In addition, when multiple wind turbine generators are connected to the power grid, the wind power generator is effectively distributed by distributing the power command value so that the wind turbine generator with a low active power output outputs a large reactive power. Reactive power can be supplied efficiently without reducing power.

本発明によれば、風力発電装置は電力系統に必要な無効電力を供給し、かつ系統の電圧変動を抑制することができる。また、風力発電以外にも入力エネルギーが制御できないために出力電力が変動する電源、例えば自然エネルギーを利用する太陽光発電などにも適用できる。   According to the present invention, the wind turbine generator can supply reactive power necessary for the power system and suppress voltage fluctuations in the system. In addition to wind power generation, the present invention can be applied to a power source whose output power fluctuates because input energy cannot be controlled, for example, solar power generation using natural energy.

101 系統の発電設備
102 送電線インピーダンス
103 負荷
104 風力発電装置
104−01 巻線形誘導発電機
104−02 羽
104−03 風車制御装置
104−04 コンバータ
104−05 コンバータ制御装置
104−06 遮断器
104−07 連系用トランス
105 系統電圧調整装置
Qref 無効電力指令値
Pref 有効電力指令値
Run 運転/停止指令値
Pitch* 羽角度指令
PTL 電圧検出器
VL 系統電圧検出値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Power generation equipment 102 Transmission line impedance 103 Load 104 Wind power generator 104-01 Winding induction generator 104-02 Wing 104-03 Windmill controller 104-04 Converter 104-05 Converter controller 104-06 Circuit breaker 104- 07 Interconnection transformer 105 System voltage regulator Qref Reactive power command value Pref Active power command value Run Operation / stop command value Pitch * Wing angle command PTL Voltage detector VL System voltage detection value

Claims (4)

風を受けて回転する風車と、前記風車の回転により発電する発電機と、前記発電機が発電した電力を変換する電力変換器と、を備えた風力発電装置と電気的に接続された電力系統を制御する電力系統制御装置において、
前記電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器の電圧検出値より無効電力指令値を作成する無効電力指令値作成部と、 前記無効電力指令値を前記風力発電装置に伝送する伝送部と、を備え、
前記発電機の出力変動を抑制し、前記無効電力指令に応じた無効電力を前記風力発電機より電力系統に送電することを特徴とする電力系統制御装置。
A power system electrically connected to a wind power generator comprising: a windmill that rotates by receiving wind; a power generator that generates power by rotation of the windmill; and a power converter that converts power generated by the power generator. In the power system control device for controlling
A voltage detector for detecting the voltage of the power system;
A reactive power command value creating unit that creates a reactive power command value from a voltage detection value of the voltage detector, and a transmission unit that transmits the reactive power command value to the wind turbine generator,
A power system control device that suppresses output fluctuations of the generator and transmits reactive power according to the reactive power command to the power system from the wind power generator.
請求項1において、
複数の前記風力発電装置が前記電力系統と電気的に接続されている場合に、
前記無効電力指令値作成部は、複数の前記風力発電装置のうち出力有効電力が小さい第1の風力発電装置に、出力有効電力が大きい第2の風力発電装置よりも大きな無効電力指令値を伝送する手段を備えることを特徴とする電力系統制御装置。
In claim 1,
When a plurality of the wind power generators are electrically connected to the power system,
The reactive power command value creation unit transmits a reactive power command value larger than that of the second wind power generator having a large output active power to the first wind power generator having a small output active power among the plurality of wind power generators. A power system control apparatus comprising: means for performing the operation.
請求項1において、
複数の前記風力発電装置が前記電力系統と電気的に接続されている場合に、
前記無効電力指令値作成部は、複数の前記風力発電装置のうち出力有効電力が大きい第1の風力発電装置に、出力有効電力が小さい第2の風力発電装置よりも小さい無効電力指令値を伝送する手段を備えることを特徴とする電力系統制御装置。
In claim 1,
When a plurality of the wind power generators are electrically connected to the power system,
The reactive power command value creation unit transmits a reactive power command value smaller than that of the second wind power generator having a small output active power to the first wind power generator having a large output active power among the plurality of wind power generators. A power system control apparatus comprising: means for performing the operation.
請求項1において、
前記無効電力指令値作成部は前記電圧検出値が所定値より高いときに遅れ無効電力指令を作成し、
前記電圧検出値が所定値より低いときには進み無効電力指令を作成し、
前記電圧検出値が所定範囲になるように第一の無効電力指令値を変化させることを特徴とする電力系統制御装置。
In claim 1,
The reactive power command value creating unit creates a delayed reactive power command when the voltage detection value is higher than a predetermined value,
When the voltage detection value is lower than a predetermined value, the advance reactive power command is created,
A power system control apparatus, wherein the first reactive power command value is changed so that the voltage detection value falls within a predetermined range.
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