JP2014236534A - Power converter for wind power generation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同期発電機を用いた風力発電用電力変換装置において、系統事故等の影響により系統電圧が低下した時に、故障停止することなく運転動作を継続させる制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for continuing a driving operation without stopping a failure when a system voltage is reduced due to a system fault or the like in a wind power generation power converter using a synchronous generator.
図6は風力発電用電力変換装置の主回路を示し、同期発電機2で発電した電力を電力変換部1において交直変換、直交変換して系統3に供給している。
FIG. 6 shows the main circuit of the wind power generation power converter, and the power generated by the synchronous generator 2 is AC / DC / DC converted and orthogonal converted by the
図7は風力発電用電力変換装置の制御回路である。風力発電用電力変換装置の制御回路では、図7に示すように、直流電圧制御部6において直流電圧指令値Vdc*と直流電圧検出値VdcとをPI演算し、この演算結果をリミッタ7でリミッタ処理し、電流指令値I*を算出する。 FIG. 7 shows a control circuit of the power converter for wind power generation. In the control circuit of the wind power generation power converter, as shown in FIG. 7, the DC voltage control unit 6 performs PI calculation on the DC voltage command value Vdc * and the DC voltage detection value Vdc, and the limiter 7 calculates the calculation result. The current command value I * is calculated.
この電流指令値I*と電流検出値Iとを電流制御器8に入力し、PI演算して電圧指令値V*を算出する。この電圧指令値V*により電力変換部1のインバータ1cを駆動し、系統3に電力を供給する。また、インバータ1cと系統3との間に電流検出器10を設け、この電流検出器10で検出された電流検出値Iを電流制御器8に出力している。
The current command value I * and the current detection value I are input to the
同期発電機2で100%発電している場合、系統3の事故等の影響により系統電圧が低下すると、電力変換部1には電流制限があるため、おおよそ系統電圧が低下した割合で系統3に送電できる電力が低減する。
When 100% power is generated by the synchronous generator 2, if the system voltage decreases due to an accident such as the
このとき電力変換部1は電力変換部1の最大出力電流まで系統3に電力を送電できるが、系統3に送電できる有効電力が、同期発電機2が生成する有効電力よりも小さくなったとき、この同期電動機2が生成する有効電力と系統3に送電できる有効電力との差分が直流部4に蓄積されることになる。
At this time, the
したがって、上記のような場合、図6に示すような風力発電用電力変換装置の制御回路では、直流電圧一定制御ができなくなり、直流部4の電圧が上昇する。図8に示すように、系統電圧が低下する時間が長い場合、直流部4の電圧が上昇し続けて過電圧故障レベル以上となり、電力変換部1は停止することとなる。
Therefore, in the case as described above, the control circuit of the wind power generation power converter as shown in FIG. 6 does not allow constant DC voltage control, and the voltage of the
系統電圧の低下に起因する直流部4の過電圧故障による電力変換部1の停止は即座に復旧ができない場合が多く、電力安定供給の妨げとなる。風力発電用電力変換装置の使用において、多数の電力変換部1が系統3につながれた場合、同時に系統3への電力供給を止めると他の機器が遮断されたエネルギーを補おうとし、系統電源が不安定となるか、最悪の場合は停電となってしまう恐れがある。
The stoppage of the
以上示したようなことから、風力発電用電力変化装置において、系統電圧低下中でも、電力を供給しながら運転を継続させることが課題となる。 As described above, in the power generation apparatus for wind power generation, it is a problem to continue the operation while supplying power even when the system voltage is lowered.
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、発電に寄与する駆動力によって電力を発電する同期発電機と、同期発電機の出力を交直変換および直交変換する電力変換部と、電力変換部から電力が供給される系統と、を備えた風力発電用電力変換装置において、電力変換部の直流電圧検出値が直流電圧指令値を超えた場合、同期発電機を力行動作させることを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems. One aspect of the present invention is a synchronous generator that generates electric power using a driving force that contributes to power generation, and an AC / DC and orthogonal conversion of the output of the synchronous generator. In a wind power generation power conversion device comprising a power conversion unit that performs power and a system to which power is supplied from the power conversion unit, a synchronous generator when a DC voltage detection value of the power conversion unit exceeds a DC voltage command value The power running operation is performed.
また、その一態様として、風車の回転速度が、過速度よりも低い値に予め設定されたプレ過速度よりも大きくなった場合、力行動作している風車の回転速度を抑制することを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, when the rotational speed of the windmill is larger than a pre-overspeed preset to a value lower than the overspeed, the rotational speed of the windmill that is performing a power running operation is suppressed. To do.
本発明によれば、風力発電用電力変化装置において、系統電圧低下中でも、電力を供給しながら運転を継続することが可能となる。 According to the present invention, in a power generation apparatus for wind power generation, it is possible to continue operation while supplying power even when the system voltage is lowered.
以下、本願発明に係る風力発電用電力変換装置における実施形態1,2を図1〜図6に基づいて詳述する。
Hereinafter,
[実施形態1]
本実施形態1における風力発電用電力変化装置の主回路は、図6と同様に構成されている。図6に示すように、同期発電機2には電力変換部1が接続されている。同期電動機2は、発電に寄与する駆動力によって電力を発電する。電力変換部1は、同期発電機2から出力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ1aと、コンバータ1aで直流に変換されたエネルギーを充電するコンデンサ1bと、コンデンサ1bに充電されたエネルギーを交流電圧に変換するインバータ1cと、を有している。インバータ1cから出力された交流電圧は変圧器5を介して系統3に供給される。
[Embodiment 1]
The main circuit of the wind power generation power changing apparatus according to the first embodiment is configured in the same manner as in FIG. As shown in FIG. 6, the
制御回路は、図1に示すように、トルク指令値T*から後述する補正トルク指令値Tc1*を減算する。ここで、トルク指令値T*は発電のためのトルク指令値であり、補正トルク指令値Tc1*は風車の回転速度を増速させるためのトルク指令値である。 As shown in FIG. 1, the control circuit subtracts a corrected torque command value Tc1 *, which will be described later, from the torque command value T * . Here, the torque command value T * is a torque command value for power generation, and the corrected torque command value Tc1 * is a torque command value for increasing the rotational speed of the windmill.
この減算結果をリミッタ11でリミッタ処理し、電流指令演算部12に出力する。電流指令演算部12では、リミッタ11の出力値に基づいて電流指令値I*を演算し、電流制御部8に出力する。電流制御部8では、電流指令値I*と電流検出値IとをPI演算し、この演算結果を電圧指令値V*として出力する。
This subtraction result is subjected to limiter processing by the
この電圧指令値V*によりインバータ1cを駆動し、系統3に電力を供給する。また、電力変換器1cと系統3との間に電流検出器10を介挿し、この電流検出器10で検出された電流検出値Iを電流制御器8に出力する。
The
直流電圧抑制部13では、風車速度を増速させる補正トルク指令Tc1*を算出する。まず、直流電圧指令値Vdc*と直流部4から検出された直流電圧検出値Vdcを直流電圧制御部14に入力してPI演算し、この演算結果をリミッタ15でリミッタ処理し、補正トルク指令値Tc1*を算出する。
The DC
系統電圧が低下した場合、系統3に送電できる電力が少なくなるため、同期発電機2からのエネルギーが直流部4に余剰電力として蓄積される。
When the system voltage decreases, the amount of power that can be transmitted to the
この時、同期発電機2を加速させる補正トルク指令値Tc1*を与えることにより、同期発電機2を電動機として運転させるモードとし、風車の回転速度を増加させる。その結果、風車の慣性エネルギーを増大させることで直流部4に蓄積されたエネルギーを消費させて、直流部4の電圧を低下させる。この後、直流電圧を安定させて系統3に電力供給する。
At this time, by giving a correction torque command value Tc1 * for accelerating the synchronous generator 2, the synchronous generator 2 is set in a mode for operating as an electric motor, and the rotational speed of the windmill is increased. As a result, the energy accumulated in the
図2は系統電圧が低下した場合の各波形を示すタイムチャートであり、図3は風車の回転数とトルクおよび出力電力の関係を示す特性図である。図3に示すWT1〜WT4は風速のパラメータである。図示していないが、風速をパラメータにした系統電圧に対するトルク指令値T*は上位コントローラから出力される。 FIG. 2 is a time chart showing each waveform when the system voltage is lowered, and FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotational speed of the windmill, torque and output power. WT1 to WT4 shown in FIG. 3 are wind speed parameters. Although not shown, the torque command value T * for the system voltage with the wind speed as a parameter is output from the host controller.
例えば、図3における風車が風速WT2で、トルクA1,出力電力B1で運転していることを想定する。時刻t1までは補正トルク指令値Tc1*は0であり、電流指令演算部12に入力されるトルク指令値は発電のためのトルク指令値T*のみである。この時刻t1までは直流電圧指令値Vdc*≒直流電圧検出値Vdcである。時刻t1で系統電圧の低下により、系統3への出力電力B1の供給ができず直流電圧Vdcが上昇し始める。
For example, it is assumed that the windmill in FIG. 3 is operating at the wind speed WT2 and at the torque A1 and the output power B1. Until time t1, the corrected torque command value Tc1 * is 0, and the torque command value input to the current
時刻t1以降、直流電圧検出値Vdcが直流電圧指令値Vdc*以上になり、直流電圧制御部14では、その直流電圧検出値Vdcと直流電圧指令値Vdc*との差分から比例制御と積分制御を用いて風車を加速する補正トルク指令値Tc1*を生成する。トルク指令値T*から当該補正トルク指令値Tc1*を減算することにより、電流指令演算部12に出力されるトルク指令値T*−Tc1*は、風車の回転速度を加速させるトルク指令となり時刻t2で風車が増速し始める。ここで、時刻t1〜t2までは制御遅れである。トルク指令値T*は風速・系統電圧に依存するため時刻t1前後で変化がある。
After time t1, the DC voltage detection value Vdc becomes equal to or greater than the DC voltage command value Vdc * , and the DC
時刻t2〜t3では、直流部4に蓄積されたエネルギーを、同期発電機2を電動機として運転することにより放出し直流電圧を抑制する。時刻t3において、直流電圧検出値Vdcが直流電圧指令値Vdc*以下になると、補正トルク指令値Tc1*がゼロになり、トルクおよび出力電力は図3に示すように、A2,B2の動作点となる。以降時刻t4で系統電圧が復帰した後、時刻t1になる前の状態に戻る。
At times t2 to t3, the energy accumulated in the
以上示したように、本実施形態1における風力発電用電力変化装置によれば、同期発電機2の制御に直流電圧制御を取り入れてトルク指令値を減少させトルク指令値を力行領域とすることで、回生エネルギーによる直流電圧Vdcの上昇を抑えることができ、直流部4が過電圧故障レベル以上となり、電力変換部1が停止することを抑制することが可能となる。その結果、系統電圧低下時の運転継続時間を延ばすことができる。
As described above, according to the power generator for wind power generation in the first embodiment, the DC voltage control is incorporated in the control of the synchronous generator 2 to reduce the torque command value and make the torque command value a power running region. Therefore, it is possible to suppress an increase in the DC voltage Vdc due to regenerative energy, and it is possible to suppress the
[実施形態2]
実施形態1では直流電圧抑制部13の機能により風車の回転速度が加速し、時刻t3で直流部4の直流電圧Vdcが直流電圧指令値Vdc*付近まで戻されるが、トルク指令値T*が不適切であると、風車の回転速度が過速することがある。本実施形態2では、この風車の回転速度における過速対策を行ったものである。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the rotational speed of the wind turbine is accelerated by the function of the DC
図4は、本実施形態2における風力発電用電力変化装置の制御装置を示すブロック図である。本実施形態2における風力発電用電力変換装置の制御回路は、実施形態1の電力変換装置の制御装置に対し、速度抑制部16を追加したものである。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a control device for the wind power generation power changing device according to the second embodiment. The control circuit of the power converter for wind power generation according to the second embodiment is obtained by adding a
図4に示すように、速度抑制部16では、速度制御部17においてプレ過速度ωと速度推定値ωを入力してPI演算し、この演算結果をリミッタ18でリミッタ処理し、過速抑制トルク指令値Tc2*を算出する。
As shown in FIG. 4, in the
前記直流電圧抑制部13におけるリミッタ15の出力である補正トルク指令Tc1*から、前記過速抑制トルク指令値Tc2*を減算し、トルク指令値T*から減算する値をTc1*−Tc2*とする。以降は実施形態1と同様であるため、説明を省略する。
The overspeed suppression torque command value Tc2 * is subtracted from the correction torque command Tc1 * , which is the output of the
速度推定値ωと過速度となる前の速度であり予め設定された値のプレ過速度ω*との差分から比例制御と積分制御を用いて速度制御を行うことで過速抑制トルク指令値Tc2*を生成し、過速度故障がおきないように風車速度を増速させる補正トルク指令値を調整する。 An overspeed suppression torque command value Tc2 is obtained by performing speed control using proportional control and integral control from the difference between the estimated speed value ω and the speed before the overspeed, and a pre-overspeed ω * of a preset value. * Is generated, and the correction torque command value that increases the wind turbine speed is adjusted so that an overspeed failure does not occur.
そのため、図5に示すように図3より系統電圧低下期間が時刻t5まで延びても、風車の回転速度推定値ωが上昇してプレ過速度ω*を超えることで、直流電圧抑制部13の補正トルク指令値Tc1*から過速抑制トルク指令値Tc2*を減算する。その結果、発電機が過速度とならないようにトルク指令を抑制できる。 Therefore, as shown in FIG. 5, even if the system voltage drop period extends to time t <b> 5 from FIG. 3, the estimated rotational speed ω of the windmill rises and exceeds the pre-overspeed ω * . The overspeed suppression torque command value Tc2 * is subtracted from the corrected torque command value Tc1 * . As a result, the torque command can be suppressed so that the generator does not become overspeed.
また、直流電圧Vdcが上昇して系統電圧低下期間が延びても電力変換装置は故障停止せずに運転継続させることができる期間を延ばすことができる。 Moreover, even if the DC voltage Vdc rises and the system voltage drop period extends, the period in which the power converter can be continuously operated without stopping the failure can be extended.
1…電力変換部
2…同期電動機
3…系統
Vdc…直流電圧検出値
Vdc*…直流電圧指令値
ω…風車の回転速度
ω*…プレ過速度
DESCRIPTION OF
Claims (2)
同期発電機の出力を交直変換および直交変換する電力変換部と、
電力変換部から電力が供給される系統と、を備えた風力発電用電力変換装置において、
電力変換部の直流電圧検出値が直流電圧指令値を超えた場合、同期発電機を力行動作させることを特徴とする風力発電用電力変換装置。 A synchronous generator that generates electric power with a driving force that contributes to power generation;
A power converter for AC / DC and orthogonal conversion of the output of the synchronous generator;
In a power conversion device for wind power generation comprising a system to which power is supplied from a power conversion unit,
A power converter for wind power generation, characterized in that when the detected DC voltage value of the power converter exceeds the DC voltage command value, the synchronous generator is powered.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2013114848A JP2014236534A (en) | 2013-05-31 | 2013-05-31 | Power converter for wind power generation |
Applications Claiming Priority (1)
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2013
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