JP2014150597A - Inverter device for wind generator system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電機用に適応されるインバータ装置に係り、特に発電機電力を直流電力に変換する装置に関する。 The present invention relates to an inverter device adapted for a wind power generator, and more particularly to a device for converting generator power into DC power.
図5は、従来の風車発電システムの構成を示す概略図である。風車コントローラ7は、風車1が受ける風速と風車1の回転速度に応じて風力発電システムの発電電力を決定し、これに応じて発電機2の必要トルクを演算する。このトルク値はインバータ装置3(インバータ制御部8)に送信される。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional wind turbine power generation system. The windmill controller 7 determines the generated power of the wind power generation system according to the wind speed received by the windmill 1 and the rotation speed of the windmill 1, and calculates the necessary torque of the generator 2 according to this. This torque value is transmitted to the inverter device 3 (inverter control unit 8).
インバータ装置3は、インバータ順変換機4と、インバータ逆変換機5と、インバータ制御部8と、を備える。そして、インバータ装置3は、風車コントローラ7より受信したトルク値を発電機2に発生させることにより風車コントローラ7の要求する電力を発電機2に発生させる。なお、インバータ逆変換機5への指令値はトルクで、インバータ順変換機部4への指令値は直流電圧と力率である。
The
風車コントローラ7は、現在の発電機回転速度と風速により、発電機2が出力するべきトルク量(トルク指令T*)を演算する。 The windmill controller 7 calculates the torque amount (torque command T * ) that the generator 2 should output based on the current generator rotational speed and wind speed.
インバータ装置3は、風車コントローラ7より受け取ったトルク指令T*をインバータ制御部8に入力し、電流指令I*を演算する。インバータ逆変換機5は電流指令I*どおりの電流を出力し発電機2にトルクを発生させる。
The
しかし、発電機2に発生する誘起電圧は温度に比例して減少することが多く、この現象により、インバータ装置3が発電機2に一定の電流を流した場合においても、発電機2の温度変化により発生するトルクが変化してしまう。
However, the induced voltage generated in the generator 2 often decreases in proportion to the temperature. Due to this phenomenon, even when the
このため、インバータ制御部8が風車コントローラ7より受信したトルク指令T*を電流指令I*に変換し、発電機2に出力させるだけでは、所望の電力と実発電電力との間に偏差が生じてしまう。 For this reason, if the inverter control unit 8 simply converts the torque command T * received from the wind turbine controller 7 into the current command I * and outputs it to the generator 2, a deviation occurs between the desired power and the actual generated power. End up.
図6に風力発電システムの風速−発電電力特性を示す。風力発電システムは実線で示した所望電力量どおりに発電を行うことが望ましいため、発電機2の影響により所望電力と実発電電力に差が生じることは望ましくないといえる。 FIG. 6 shows the wind speed-generated power characteristics of the wind power generation system. Since it is desirable for the wind power generation system to generate power according to the desired amount of power indicated by the solid line, it can be said that it is not desirable that a difference between the desired power and the actual generated power occurs due to the influence of the generator 2.
また、定格風速以上の風が吹いていた場合には、特に定格発電電力どおりに発電することが望まれる。 In addition, when a wind of a rated wind speed or higher is blowing, it is particularly desirable to generate power according to the rated generated power.
以上示したようなことから、風力発電システムにおいて、発電機の状態によらず所望の発電電力を常に出力し続けることが課題となる。 As described above, in the wind power generation system, it is a problem to always output desired generated power regardless of the state of the generator.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、風を回転エネルギーに変換する風車と、風車の回転エネルギーを電力エネルギーに変換する発電機と、発電機の回転速度と風速により発電機に出力されるトルク指令を算出する風車コントローラと、前記トルク指令から電流指令を演算し、電流指令に基づいて発電機の発電電力を制御して発電機にトルクを発生させ、前記発電機と系統との連系を行うインバータ装置と、を備えた風力発電システムであって、前記インバータ装置は、速度検出値とトルク指令から電力指令値を演算し、発電機の出力電流検出値と出力電圧検出値から発電機から出力される実発電電力を演算し、前記電力指令値と前記実発電電力との差に基づいて補正トルクを演算し、この補正トルクをトルク指令に加算することを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and one aspect thereof is a wind turbine that converts wind into rotational energy, a generator that converts rotational energy of the wind turbine into electric energy, and a generator A wind turbine controller that calculates the torque command output to the generator based on the rotational speed and wind speed, and calculates the current command from the torque command, and controls the generated power of the generator based on the current command to generate torque in the generator An inverter device that interconnects the generator and the grid, wherein the inverter device calculates a power command value from the speed detection value and the torque command, and outputs the generator The actual generated power output from the generator is calculated from the detected current value and the detected output voltage, and the correction torque is calculated based on the difference between the power command value and the actual generated power. Characterized by adding to the command.
また、その一態様として、所望の電力に対し実発電電力が越えた場合には、越えた量をリミットトルクとし、トルク指令に補正トルクを加算した値からリミットトルクを差し引くことを特長とする。 Further, as one aspect, when the actual generated power exceeds the desired power, the amount exceeding the limit power is used as a limit torque, and the limit torque is subtracted from a value obtained by adding the correction torque to the torque command.
本発明によれば、風力発電システムにおいて、発電機の状態によらず所望の発電電力を常に出力し続けることが可能となる。 According to the present invention, in a wind power generation system, it is possible to always output desired generated power regardless of the state of the generator.
以下、本発明の実施形態における風力発電システムのインバータ装置を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the inverter apparatus of the wind power generation system in embodiment of this invention is demonstrated in detail based on drawing.
[実施形態]
図1は、本実施形態における風車発電システムの構成を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態における風車発電システムは、風を回転運動エネルギーに変換する風車(図示省略)と、風車の回転運動エネルギーを電力エネルギーに変換する発電機2と、発電機2の交流電力を直流電力に変換するインバータ逆変換機5と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ順変換機4と、インバータ(インバータ逆変換機5,インバータ順変換機4)の制御を行うインバータ制御部8と、風力発電システムの全体の制御を行う風車コントローラ7と、を備えている。
[Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a wind turbine power generation system in the present embodiment. As shown in FIG. 1, the wind turbine power generation system according to the present embodiment includes a wind turbine (not shown) that converts wind into rotational kinetic energy, a generator 2 that converts rotational kinetic energy of the wind turbine into electric energy, and a generator 2. Inverter converter 5 that converts the AC power into DC power, inverter forward converter 4 that converts the DC power into AC power, and inverters (inverter inverter 5 and inverter forward converter 4) are controlled. An inverter control unit 8 and a windmill controller 7 that controls the entire wind power generation system are provided.
なお、インバータ逆変換機部5、インバータ順変換機部4、インバータ制御部8を統合してインバータ装置3とする。インバータ装置3は発電機2の発電電力を制御すると共に、発電機2と系統6との連系を行う。
The inverter reverse converter unit 5, the inverter forward converter unit 4, and the inverter control unit 8 are integrated to form an
また、風車コントローラ7は、発電機2の回転速度ω,風速に基づいてトルク指令T*を演算するトルク指令演算器9を備え、演算されたトルク指令T*はインバータ制御部8へ出力される。 Further, the windmill controller 7 includes a torque command calculator 9 that calculates a torque command T * based on the rotational speed ω and wind speed of the generator 2, and the calculated torque command T * is output to the inverter control unit 8. .
インバータ制御部8は、後述する図2に示す制御ブロックでトルク指令T*を補正する。この補正されたトルク指令T*+Tc−Tlに基づいてインバータ電流指令演算器11により電流指令I*を演算し、インバータ逆変換機5に出力する。インバータ逆変換機5では電流指令I*どおりの電流を出力し、発電機2にトルクを発生させる。 The inverter control unit 8 corrects the torque command T * in a control block shown in FIG. Based on the corrected torque command T * + Tc−Tl, the inverter current command calculator 11 calculates the current command I * and outputs it to the inverter inverse converter 5. The inverter reverse converter 5 outputs a current according to the current command I * and causes the generator 2 to generate torque.
図2に、トルク指令T*を補正する制御ブロックを示す。前記制御ブロックはインバータ制御部8内に備えられているものとする。この制御ブロックは、発電電力を所望の値に制御するものである。図2に示すように、前記制御ブロックは、電力指令演算器14,発電電力演算器15,発電電力補正量演算器16,発電電力リミット量演算器17を備える。
FIG. 2 shows a control block for correcting the torque command T * . It is assumed that the control block is provided in the inverter control unit 8. This control block controls generated power to a desired value. As shown in FIG. 2, the control block includes a
電力指令演算器14において、風車コントローラ7から受信したトルク指令値T*と、速度検出値ωに基づいて、所望の電力量(電力指令値ωT*)を演算する。また、発電電力演算器15において、発電機2とインバータ逆変換機5の間の電流検出値Iと電圧検出値Vに基づいて、実発電電力IVを演算する。そして、発電電力補正量演算器16において、この電力指令値ωT*と実発電電力IVの2値から電力指令値ωT*と実発電電力IVの差分をなくす補正トルクTcが決定される。
The
発電電力補償演算器16は図3に示すとおり、減算器、比例演算器20、積分演算器21、定数乗算器22と、を備える。発電電力補償演算器16は、まず、減算器において、電力指令値ωT*から実発電電力IVを減算する。そして、この電力指令値ωT*と実発電電力の差分ωT*−IVを比例演算器20,積分演算器21に出力する。次に、比例演算器20で前記偏差ωT*−IVを比例演算し、積分演算器21で前記偏差ωT*−IVを積分演算し、この比例演算器20と積分演算器21の出力を足し合わせる。そして、この値に定数乗算器22で予め設定された定数を乗算して補正トルクTcとして出力する。
As shown in FIG. 3, the generated
この補正トルクTcをトルク指令T*に加算することにより、実発電電力IVを電力指令値ωT*どおり制御することができる。ここまでの制御方法を「発電電力一定制御」とする。 By adding the correction torque Tc to the torque command T * , the actual generated power IV can be controlled in accordance with the power command value ωT * . The control method so far is referred to as “generated power constant control”.
また、図2に示すように、定格電力値rPと実発電電力IVの差分rP―IVを演算し、この差分rP−IVが負であった場合には、定格電力値rP以上を発電していることとなり、実発電電力IVを低減する必要がある。このため、定格電力値rPと実発電電力IVを発電電力リミット量演算器17に入力し、発電電力リミットトルクTlを演算する。
Further, as shown in FIG. 2, the difference rP-IV between the rated power value rP and the actual generated power IV is calculated, and when the difference rP-IV is negative, the power is generated above the rated power value rP. Therefore, it is necessary to reduce the actual generated power IV. For this reason, the rated power value rP and the actual generated power IV are input to the generated power
発電電力リミット量演算器17は、図4に示すように、スイッチSW1,SW2,ゼロ出力器23,積分演算器24,比例演算器25を備える。そして、定格電力値rPと実発電電力IVの差分rP−IVを取り、この差分rP−IVが正(≧0)の場合はスイッチSW1,SW2を上側に切り換え、差分rP−IVが負(<0)の場合はスイッチSW1,SW2を下側に切り換える。偏差rP−IVが正(≧0)の場合は、実発電電力IVが定格電力値rPよりも小さいとして、ゼロ出力器23から0を出力し、リミットトルクTlとして0を出力する。
As shown in FIG. 4, the generated power
一方、差分rP−IVが負(<0)の場合は、実発電電力IVが定格電力rPよりも大きい。そこで、積分演算器24で偏差rP−IVを積分演算し、比例演算器25で偏差rP−IVを比例演算し、この積分演算器24と比例演算器25の出力を足し合わせて発電電力リミットトルクTlとして出力する。
On the other hand, when the difference rP-IV is negative (<0), the actual generated power IV is larger than the rated power rP. Therefore, the
この発電電力リミットトルクTlをトルク指令(T*−Tc)から減算することにより、実発電電力IVが定格電力rPを超えないように制御することができる。本機能を「発電電力リミット機能」とする。 By subtracting the generated power limit torque Tl from the torque command (T * −Tc), the actual generated power IV can be controlled so as not to exceed the rated power rP. This function is called “Generated power limit function”.
前記「発電電力一定制御」において、発電電力保障演算器16内の定数乗算器に1以上の値を設定して、補正トルクTcを高めの値となるようにし、さらに、積極的に「発電電力リミット機能」を働かせることにより、定格風速以上の風が吹いている場合、確実に定格発電電力を出力することが可能となる。
In the “generated power constant control”, the constant multiplier in the generated power
以上示したように、本実施形態における風力発電システムによれば、「発電電力一定制御」より、実発電電力IVを電力指令ωT*どおりに制御するため、発電機の状態によらず所望の発電電力を常に出力し続けることが可能となる。 As described above, according to the wind power generation system in the present embodiment, since the actual generated power IV is controlled according to the power command ωT * from the “generated power constant control”, a desired power generation is possible regardless of the state of the generator. It becomes possible to continuously output power.
また、「発電電力リミット機能」により、実発電電力IVが定格発電電力を上回らないように制御することが可能となる。 Further, the “generated power limit function” enables control so that the actual generated power IV does not exceed the rated generated power.
さらに、「発電電力一定制御」と「発電リミット機能」を併用することにより、所望の電力を出力し続ける事、定格風速以上の時には確実に定格発電電力を出力することが可能となる。 Furthermore, by using the “generated power constant control” and the “power generation limit function” in combination, it is possible to continue outputting desired power and to reliably output rated generated power when the wind speed is higher than the rated wind speed.
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.
なお、実施形態において、「発電電力リミット機能」として定格風速以上の時に定格発電電力を出力できるように、発電電力リミット量演算器17の入力を定格電力値rPとしたが、定格電力値rPの代わりに所望の電力値を入力してもよい。
In the embodiment, the input of the generated power
1…風車
2…発電機
3…インバータ装置
6…系統
7…風車コントローラ
T*…トルク指令
I*…電流指令
ω…速度検出値
ωT*…電力指令値
I…出力電流検出値
V…出力電圧検出値
IV…実発電電力
Tc…補正トルク
Tl…リミットトルク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Windmill 2 ...
Claims (2)
風車の回転エネルギーを電力エネルギーに変換する発電機と、
発電機の回転速度と風速により発電機に出力されるトルク指令を算出する風車コントローラと、
前記トルク指令から電流指令を演算し、電流指令に基づいて発電機の発電電力を制御して発電機にトルクを発生させ、前記発電機と系統との連系を行うインバータ装置と、
を備えた風力発電システムであって、
前記インバータ装置は、
速度検出値とトルク指令から電力指令値を演算し、発電機の出力電流検出値と出力電圧検出値から発電機から出力される実発電電力を演算し、前記電力指令値と前記実発電電力との差に基づいて補正トルクを演算し、この補正トルクをトルク指令に加算することを特徴とする風力発電システムのインバータ装置。 A windmill that converts wind into rotational energy;
A generator that converts the rotational energy of the windmill into electric energy;
A windmill controller that calculates a torque command output to the generator based on the rotational speed and wind speed of the generator;
An inverter device that calculates a current command from the torque command, controls the generated power of the generator based on the current command to generate torque in the generator, and interconnects the generator and the system;
A wind power generation system comprising:
The inverter device is
The power command value is calculated from the speed detection value and the torque command, the actual power output from the generator is calculated from the output current detection value and the output voltage detection value of the generator, and the power command value and the actual power generation An inverter device for a wind power generation system that calculates a correction torque based on the difference between the two and adds the correction torque to a torque command.
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