JP2015171293A - Control device and control method - Google Patents

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宏昭 相馬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make power output from a power conditioner be close to a target power.SOLUTION: A control device according to an embodiment includes: a loss power determination unit for determining a loss power to be lost in transmitting power from a power generator to a converter on the basis of at least an impedance of a cable for transmitting power generated by the power generator to the converter; a rotation speed acquisition unit for acquiring a rotation speed of a rotor connected to the power generator, from the converter; and a torque command value determination unit that determines a torque command value on the basis of the rotation speed and the sum of the loss power and a target power value output by a power conditioner, and outputs the determined torque command value to the converter for controlling the power generator on the basis of the torque command value.

Description

本発明の実施形態は、制御装置及び制御方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a control device and a control method.

近年、再生可能エネルギーを用いた発電システムが注目を集めている。再生可能エネルギー発電システムには、流体と機械との間でエネルギー変換をする装置である流体機械を用いた発電システムがある。ここで流体機械には、例えば、水車または風車などのターボ機械がある。水車を用いた水力発電システムまたは風車を用いた風力発電システムは、系統と連系せず自立して運転する自立運転と、系統と連系して運転する系統連系運転の二つの運転が可能である。   In recent years, power generation systems using renewable energy have attracted attention. As a renewable energy power generation system, there is a power generation system using a fluid machine that is a device for converting energy between a fluid and a machine. Here, examples of the fluid machine include a turbo machine such as a water wheel or a windmill. A hydroelectric power generation system using a water turbine or a wind power generation system using a windmill can be operated in two ways: independent operation that operates independently without being connected to the grid, and grid-connected operation that operates while connected to the system. It is.

特開2007−6553号公報JP 2007-6553 A

回転体に連結した発電機と、入力端が発電機の出力端に接続されたコンバータと、入力端がコンバータの出力端に接続されたパワーコンデショナ(PCS)と、発電機を制御する制御装置と、を備える発電システムを想定する。この発電システムでは、発電機からコンバータまでをケーブルで接続しており、ケーブルのインピーダンスにより電力の損失が発生する。また、ケーブルの長さや太さによるインピーダンスの違いによって、この電力の損失は変化する。仮に、発電システムが、発電機の出力端の電力を目標の電力になるよう制御した場合、ケーブルのインピーダンスによる電力損失により、PCSから出力される電力が発電機の目標の電力から少し下がった電力になり、目標の電力を得ることができなかった。   A generator coupled to a rotating body, a converter having an input end connected to the output end of the generator, a power conditioner (PCS) having an input end connected to the output end of the converter, and a control device for controlling the generator Assuming a power generation system comprising: In this power generation system, a generator and a converter are connected by a cable, and power loss occurs due to the impedance of the cable. The power loss varies depending on the difference in impedance depending on the length and thickness of the cable. If the power generation system controls the power at the output end of the generator to be the target power, the power output from the PCS is slightly lower than the target power of the generator due to power loss due to the cable impedance. I could not get the target power.

また、仮に、この発電システムが系統連系運転時に系統側が瞬停した場合、負荷が減ることにより、発電機の出力電圧が急減に上昇するので、制御装置は、発電機の出力電圧を抑えるため、瞬停中に発電機の発電電力を低下させることになる。これにより、瞬停復帰直前まで発電機の発電電力を低下させることになるため、瞬停復帰後に、発電機の発電電力を瞬停前の発電電力まで戻すのに時間を要していた。   In addition, if this power generation system has an instantaneous power outage during grid connection operation, the load decreases and the output voltage of the generator suddenly increases. Therefore, the control device suppresses the output voltage of the generator. During the momentary power failure, the power generated by the generator is reduced. As a result, the generated power of the generator is reduced until immediately before the instantaneous power failure return, and thus it takes time to return the generated power of the generator to the power generated before the instantaneous power failure after the instantaneous power failure recovery.

本発明が解決しようとする課題は、パワーコンディショナから出力する電力を目標の電力に近づけること、あるいは発電機の発電電力を瞬停前の発電電力までに戻す時間を短縮することを可能とする制御装置及び制御方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention makes it possible to bring the power output from the power conditioner closer to the target power, or to shorten the time for returning the generated power of the generator to the generated power before the momentary power interruption. A control device and a control method are provided.

本実施形態に係る制御装置は、発電機が発電した電力をコンバータへ伝送するケーブルのインピーダンスに少なくとも基づいて、前記発電機から前記コンバータへ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定する損失電力決定部を備える。更に、制御装置は、前記発電機に接続された回転体の回転数を前記コンバータから取得する回転数取得部を備える。更に、制御装置は、前記損失電力と前記パワーコンディショナが出力する目標電力値の和と前記回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、前記トルク指令値に基づいて前記発電機を制御する前記コンバータへ、前記トルク指令値を出力するトルク指令値決定部を備える。   The control device according to the present embodiment determines the loss power that is lost when transmitting power from the generator to the converter based at least on the impedance of a cable that transmits power generated by the generator to the converter. A determination unit is provided. Furthermore, the control device includes a rotation speed acquisition unit that acquires the rotation speed of the rotating body connected to the generator from the converter. Further, the control device determines a torque command value based on the sum of the power loss, the target power value output by the power conditioner, and the rotation speed, and controls the generator based on the torque command value. A torque command value determination unit that outputs the torque command value to the converter is provided.

本実施形態に係る制御装置は、コンバータがパワーコンディショナへ出力する直流電圧の値を直流電圧値として、前記コンバータから取得する直流電圧値取得部を備える。更に、制御装置は、前記コンバータが出力する直流電圧の目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、比例項を決定する比例項決定部を備える。更に、制御装置は、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、積分値を決定する積分値決定部を備える。更に、制御装置は、前記比例項と前記積分値とに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値を該トルク指令値に基づいて発電電力の制御を行う前記コンバータへ出力する出力部を備える。更に、制御装置は、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記パワーコンディショナが電気的に接続する系統の瞬停を検出する瞬停検出部を備える。積分値算出部は、前記瞬停検出部が瞬停を検出した場合、前記積分値を瞬停前の前記積分値に維持する。   The control device according to the present embodiment includes a DC voltage value acquisition unit that acquires a DC voltage value output from the converter to the power conditioner as a DC voltage value. Furthermore, the control device includes a proportional term determining unit that determines a proportional term based on a difference between a target voltage value of the DC voltage output from the converter and the DC voltage value. Furthermore, the control device includes an integral value determining unit that determines an integral value based on a difference between the target voltage value and the DC voltage value. Further, the control device determines a torque command value based on the proportional term and the integral value, and outputs the determined torque command value to the converter that controls the generated power based on the torque command value. A part. Furthermore, the control device includes an instantaneous power failure detection unit that detects an instantaneous power failure of a system to which the power conditioner is electrically connected based on a difference between the target voltage value and the DC voltage value. When the instantaneous power failure detection unit detects an instantaneous power failure, the integral value calculation unit maintains the integral value at the integral value before the instantaneous power failure.

図1は、第1の実施形態における発電システム100の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power generation system 100 according to the first embodiment. 図2は、発電機2とコンバータ3の電気的な接続関係の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an electrical connection relationship between the generator 2 and the converter 3. 図3は、第1の実施形態における制御装置5の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the control device 5 according to the first embodiment. 図4は、水力発電システムにおいて、発電機2のトルクと回転体1の回転数の関係の一例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the torque of the generator 2 and the rotational speed of the rotating body 1 in the hydroelectric power generation system. 図5は、第2の実施形態における発電システム100bの構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a power generation system 100b according to the second embodiment. 図6は、第2の実施形態における制御装置5bの構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the control device 5b according to the second embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における発電システム100の構成を示す図である。発電システム100は、回転体1と、回転体1と連結した発電機2と、三つの入力が発電機の三つの出力とそれぞれ三つのケーブルで接続されたコンバータ3とを備える。更に、発電システム100は、二つの入力がコンバータ3の二つの出力とケーブルで接続されたパワーコンディショナ(PCS)と、コンバータと電気的に接続された制御装置5とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power generation system 100 according to the first embodiment. The power generation system 100 includes a rotating body 1, a generator 2 coupled to the rotating body 1, and a converter 3 having three inputs connected to three outputs of the generator by three cables. Furthermore, the power generation system 100 includes a power conditioner (PCS) in which two inputs are connected to two outputs of the converter 3 by cables, and a control device 5 electrically connected to the converter.

回転体1は、再生可能エネルギーを回転エネルギーに変換する。回転体1は、例えば、水車または風車であり、水流または気流を回転エネルギーに変換する。
発電機2は、回転体1が変換した回転エネルギーを電気エネルギー(交流電力)に変換する。
The rotating body 1 converts renewable energy into rotational energy. The rotating body 1 is, for example, a water wheel or a windmill, and converts a water flow or an air current into rotational energy.
The generator 2 converts the rotational energy converted by the rotating body 1 into electrical energy (AC power).

コンバータ3は、制御装置5からトルク指令値を取得し、取得したトルク指令値に基づいて、発電機2で発生する交流電力を調整し、調整後の交流電力を直流電力に変換する。コンバータ3は、変換後の直流電力を基に、直流電圧をPCS4へ出力する。また、コンバータ3は、自身が出力する直流電圧を計測し、計測して得た直流電圧値Vdcを制御装置5へ出力する。また、コンバータ3は、回転体1の回転数を決定する。例えば、センサレス制御を用いて、発電機2の出力電流と出力電圧から回転体1の回転数を決定する。そして、コンバータ3は、決定した回転数を制御装置5へ出力する。   Converter 3 acquires a torque command value from control device 5, adjusts the AC power generated by generator 2 based on the acquired torque command value, and converts the adjusted AC power into DC power. Converter 3 outputs a DC voltage to PCS 4 based on the converted DC power. Further, converter 3 measures the DC voltage output by itself and outputs a DC voltage value Vdc obtained by the measurement to control device 5. Converter 3 determines the number of rotations of rotating body 1. For example, the rotational speed of the rotating body 1 is determined from the output current and output voltage of the generator 2 using sensorless control. Converter 3 then outputs the determined rotational speed to control device 5.

PCS4は、直流電力を交流電力に変換し、系統または負荷に交流電力を出力する。
また、PCS4は、自立運転と系統連系運転を切り替える切替スイッチを備え、この切替スイッチのユーザによる操作に応じた自立/系統連系切替信号を生成し、生成した自立/系統連系切替信号を制御装置5へ出力する。例えば、PCS4は、切替スイッチにより自立運転に切り替えられた場合、自立/系統連系切替信号を0とし、切替スイッチにより系統連系運転に切り替えられた場合、自立/系統連系切替信号を1とする。
The PCS 4 converts DC power into AC power and outputs the AC power to a system or a load.
In addition, the PCS 4 includes a changeover switch for switching between independent operation and grid interconnection operation, generates an independent / system interconnection switching signal according to an operation by the user of the switch, and generates the generated independent / system interconnection switching signal. Output to the control device 5. For example, when the PCS 4 is switched to the independent operation by the changeover switch, the independent / system interconnection switching signal is set to 0, and when it is switched to the grid interconnection operation by the changeover switch, the independent / system interconnection switching signal is set to 1. To do.

制御装置5は、回転体1の回転数と直流電圧値Vdcとをコンバータ3から取得し、自立/系統連系切替信号をPCS4から取得する。そして制御装置5は、取得した回転数と直流電圧値Vdcと自立/系統連系切替信号とに基づいて、発電機2のトルクを指令するトルク指令値を決定する。そして、制御装置5は、決定したトルク指令値をこのトルク指令値に基づいて発電電力の制御を行うコンバータ3へ出力する。   The control device 5 acquires the rotational speed of the rotating body 1 and the DC voltage value Vdc from the converter 3 and acquires a self-sustained / system interconnection switching signal from the PCS 4. Then, the control device 5 determines a torque command value for commanding the torque of the generator 2 based on the acquired rotation speed, the DC voltage value Vdc, and the self-sustained / system interconnection switching signal. Then, control device 5 outputs the determined torque command value to converter 3 that controls the generated power based on this torque command value.

続いて、図2を用いて、発電機2とコンバータ3の電気的な接続関係について説明する。図2は、発電機2とコンバータ3の電気的な接続関係の概略図である。発電機2は、発電部GBと、発電部GBが発電した第1相の交流電力を出力する第1の発電端T1と、発電部GBが発電した第2相の交流電力を出力する第2の発電端T2と、発電部GBが発電した第3相の交流電力を出力する第3の発電端T3と、を備える。
更に、発電機2は、一端が第1の発電端T1と電気的に接続された巻線WW1と、一端が第2の発電端T2と電気的に接続された巻線WW2と、一端が第3の発電端T3と電気的に接続された巻線WW3とを備える。
Next, the electrical connection relationship between the generator 2 and the converter 3 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of an electrical connection relationship between the generator 2 and the converter 3. The generator 2 outputs a power generation unit GB, a first power generation end T1 that outputs first-phase AC power generated by the power generation unit GB, and a second phase that outputs second-phase AC power generated by the power generation unit GB. Power generation end T2 and a third power generation end T3 that outputs third-phase AC power generated by the power generation unit GB.
Furthermore, the generator 2 has a winding WW1 whose one end is electrically connected to the first power generation end T1, a winding WW2 whose one end is electrically connected to the second power generation end T2, and one end which is first. 3 power generation end T3 and a winding WW3 electrically connected.

ケーブルCB1は、一端が巻線WW1の他端と接続され、他端がコンバータの第1の入力に接続されている。
同様に、ケーブルCB2は、一端が巻線WW2の他端と接続され、他端がコンバータの第2の入力に接続されている。
同様に、ケーブルCB3は、一端が巻線WW3の他端と接続され、他端がコンバータの第3の入力に接続されている。
The cable CB1 has one end connected to the other end of the winding WW1 and the other end connected to the first input of the converter.
Similarly, one end of the cable CB2 is connected to the other end of the winding WW2, and the other end is connected to the second input of the converter.
Similarly, the cable CB3 has one end connected to the other end of the winding WW3 and the other end connected to the third input of the converter.

本実施形態では、一例として、巻線WW1、巻線WW2、及び巻線WW3の抵抗は、いずれも同じ抵抗値R1を示す。また、本実施形態では、一例として、ケーブルCB1、ケーブルCB2、及びケーブルCB3は、いずれも同じ抵抗値R2を示す。これにより、発電機2の各発電端から、コンバータの各入力端までの抵抗値は、R1+R2を示す。特に、発電機2とコンバータ3の距離が離れるほど、ケーブルケーブルCB1、ケーブルCB2、及びケーブルCB3の長さが長くなるので、ケーブルによる抵抗が大きくなり、ケーブルにおける電力損失が大きくなる。   In the present embodiment, as an example, the resistances of the winding WW1, the winding WW2, and the winding WW3 all have the same resistance value R1. In the present embodiment, as an example, the cable CB1, the cable CB2, and the cable CB3 all have the same resistance value R2. Thereby, the resistance value from each power generation end of the generator 2 to each input end of the converter indicates R1 + R2. In particular, as the distance between the generator 2 and the converter 3 increases, the lengths of the cable cable CB1, the cable CB2, and the cable CB3 become longer, so that the resistance by the cable increases and the power loss in the cable increases.

続いて、図3を用いて、本実施形態に係る制御装置5の構成を説明する。図3は、第1の実施形態における制御装置5の構成を示す図である。
制御装置5は、トルク指令値決定部50、回転数取得部51、直流電圧値取得部55、及び損失電力決定部52を備える。ここで、トルク指令値決定部50は、発電機最大トルク値決定部53、最適トルク値決定部54、及び制御部56を備える。
Then, the structure of the control apparatus 5 which concerns on this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the control device 5 according to the first embodiment.
The control device 5 includes a torque command value determination unit 50, a rotation speed acquisition unit 51, a DC voltage value acquisition unit 55, and a loss power determination unit 52. Here, the torque command value determination unit 50 includes a generator maximum torque value determination unit 53, an optimum torque value determination unit 54, and a control unit 56.

回転数取得部51は、発電機2に接続された回転体1の回転数をコンバータ3から取得する。そして回転数取得部51は、取得した回転数を損失電力決定部52、最適トルク値決定部54、及び制御部56へ出力する。   The rotation speed acquisition unit 51 acquires the rotation speed of the rotating body 1 connected to the generator 2 from the converter 3. Then, the rotation speed acquisition unit 51 outputs the acquired rotation speed to the power loss determination unit 52, the optimum torque value determination unit 54, and the control unit 56.

損失電力決定部52は、発電機2が発電した電力をコンバータ3へ伝送するケーブルCB1〜CB3のいずれかのインピーダンスR2に少なくとも基づいて、発電機2からコンバータ3へ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定する。本実施形態では、一例として、損失電力決定部52は、制御部56が決定したトルク指令値Tcと、回転数取得部51が取得した回転数と、発電機2の巻線WW1の抵抗値R1と、ケーブルCB1のインピーダンスR2とを用いて、損失電力を決定する。これにより、発電機2の巻線WW1の抵抗及びケーブルCB1のインピーダンスによる損失電力を決定することができる。   The loss power determining unit 52 loses when transmitting power from the generator 2 to the converter 3 based at least on the impedance R2 of any of the cables CB1 to CB3 that transmits the power generated by the generator 2 to the converter 3. Determine the power loss. In this embodiment, as an example, the power loss determination unit 52 includes the torque command value Tc determined by the control unit 56, the rotation speed acquired by the rotation speed acquisition unit 51, and the resistance value R1 of the winding WW1 of the generator 2. Then, the power loss is determined using the impedance R2 of the cable CB1. Thereby, the power loss due to the resistance of the winding WW1 of the generator 2 and the impedance of the cable CB1 can be determined.

なお、本実施形態では、一例として、損失電力決定部52は、巻線WW1の抵抗値R1と、ケーブルCB1のインピーダンスR2を用いるが、巻線WW2の抵抗値R1と、ケーブルCB2のインピーダンスR2を用いてもよいし、巻線WW3の抵抗値R1と、ケーブルCB3のインピーダンスR2を用いてもよい。   In the present embodiment, as an example, the power loss determination unit 52 uses the resistance value R1 of the winding WW1 and the impedance R2 of the cable CB1, but the resistance value R1 of the winding WW2 and the impedance R2 of the cable CB2 are used. Alternatively, the resistance value R1 of the winding WW3 and the impedance R2 of the cable CB3 may be used.

損失電力Plossは、発電機の発電電力をPとすると次の式(1)により表される。 The loss power P loss is expressed by the following equation (1), where P is the power generated by the generator.

loss = a1×P+a2(R1+R2)Tc+a0 …(1) P loss = a1 × P + a2 (R1 + R2) Tc 2 + a0 (1)

ここで、a0はシステム特性による第1の定数で、a1はシステム特性による第2の定数で、a2は、発電機特性による定数である。
発電機の発電電力Pは、発電機のトルクと角周波数ωを乗算したものであり、発電機のトルクは、トルク指令値Tcと等しくなるので、式(1)は次の式(2)のように表せる。
Here, a0 is a first constant based on the system characteristics, a1 is a second constant based on the system characteristics, and a2 is a constant based on the generator characteristics.
The generated power P of the generator is obtained by multiplying the torque of the generator and the angular frequency ω, and the torque of the generator is equal to the torque command value Tc. Therefore, the equation (1) is expressed by the following equation (2): It can be expressed as follows.

loss = a1×Tc×ω+a2(R1+R2)Tc+a0 …(2) P loss = a1 × Tc × ω + a2 (R1 + R2) Tc 2 + a0 (2)

損失電力決定部52は、この式(2)による計算を実行する。ここで、損失電力決定部52は、乗算器521、乗算器522、乗算器523、加算器524、乗算器525、乗算器526、乗算器527、及び加算器528を備える。   The loss power determination unit 52 executes the calculation according to the equation (2). Here, the power loss determination unit 52 includes a multiplier 521, a multiplier 522, a multiplier 523, an adder 524, a multiplier 525, a multiplier 526, a multiplier 527, and an adder 528.

乗算器521は、回転数取得部51から入力された回転数に2π/60を乗算して角周波数ωを算出し、この角周波数ωを乗算器522へ出力する。   Multiplier 521 calculates angular frequency ω by multiplying the rotational speed input from rotational speed acquisition unit 51 by 2π / 60, and outputs this angular frequency ω to multiplier 522.

乗算器522は、制御部56から入力されたトルク指令値Tcと乗算器522から入力された角周波数ωを乗算して発電電力Pを算出し、算出した発電電力Pを制御部56及び乗算器527へ出力する。   The multiplier 522 multiplies the torque command value Tc input from the control unit 56 and the angular frequency ω input from the multiplier 522 to calculate the generated power P, and uses the calculated generated power P for the control unit 56 and the multiplier. To 527.

乗算器523は、トルク指令値Tc同士を乗算し、乗算後の値t1を乗算器524へ出力する。   Multiplier 523 multiplies torque command values Tc with each other, and outputs a value t 1 after multiplication to multiplier 524.

加算器524は、発電機2の巻線WW1の抵抗値R1と、ケーブルCB1のインピーダンスR2を加算し、加算後の値t2を乗算器525へ出力する。   The adder 524 adds the resistance value R1 of the winding WW1 of the generator 2 and the impedance R2 of the cable CB1 and outputs the added value t2 to the multiplier 525.

乗算器525は、乗算器523から入力された値t1と加算器524から入力された値t2を乗算し、乗算後の値t3を乗算器526へ出力する。   Multiplier 525 multiplies value t 1 input from multiplier 523 and value t 2 input from adder 524, and outputs the multiplied value t 3 to multiplier 526.

乗算器526は、乗算器525から入力された値t3に定数a2を乗算し、乗算後の値t4を加算器528へ出力する。   The multiplier 526 multiplies the value t3 input from the multiplier 525 by the constant a2, and outputs the multiplied value t4 to the adder 528.

乗算器527は、乗算器522から入力された発電電力Pに定数a1を乗算し、乗算後の値t5を加算器528へ出力する。   The multiplier 527 multiplies the generated power P input from the multiplier 522 by a constant a1, and outputs the multiplied value t5 to the adder 528.

加算器528は、乗算器526から入力された値t4と乗算器527から入力された値t5を加算し、加算後の値を損失電力Plossとして、発電機最大トルク値決定部53へ出力する。 The adder 528 adds the value t4 input from the multiplier 526 and the value t5 input from the multiplier 527, and outputs the value after the addition to the generator maximum torque value determination unit 53 as the loss power P loss. .

なお、損失電力決定部52は、制御部56が決定したトルク指令値と、回転数取得部51が取得した回転数と、ケーブルCB1のインピーダンスR2とを用いて、損失電力を決定してもよい。これにより、ケーブルCB1のインピーダンスR2による損失電力を決定することができる。   The power loss determination unit 52 may determine power loss using the torque command value determined by the control unit 56, the rotation speed acquired by the rotation speed acquisition unit 51, and the impedance R2 of the cable CB1. . Thereby, the power loss due to the impedance R2 of the cable CB1 can be determined.

直流電圧値取得部55は、コンバータ3がPCS4へ出力する直流電圧の値を直流電圧値Vdcとして、コンバータ3から取得する。直流電圧値取得部55は、取得した直流電圧値Vdcを制御部56へ出力する。   The DC voltage value acquisition unit 55 acquires the value of the DC voltage output from the converter 3 to the PCS 4 as the DC voltage value Vdc from the converter 3. The DC voltage value acquisition unit 55 outputs the acquired DC voltage value Vdc to the control unit 56.

トルク指令値決定部50は、損失電力とPCS4が出力する目標電力値の和と回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、この決定したトルク指令値を、このトルク指令値に基づいて発電機2を制御するコンバータ3へ出力する。本実施形態において、この目標電力値は、一例として、発電機2がPCS4を介して出力できる最大電力であるシステム最大出力値である。本実施形態では、一例として、PCS4及びコンバータ3の定格電力が発電機2の定格電力よりも大きいことを想定しているので、このシステム最大出力値は、一例として、発電機2の定格電力(以下、発電機最大出力値という)である。   The torque command value determination unit 50 determines a torque command value based on the power loss and the sum of the target power value output from the PCS 4 and the rotation speed, and generates the determined torque command value based on the torque command value. To the converter 3 that controls the machine 2. In the present embodiment, this target power value is, for example, a system maximum output value that is the maximum power that the generator 2 can output via the PCS 4. In the present embodiment, as an example, it is assumed that the rated power of the PCS 4 and the converter 3 is larger than the rated power of the generator 2. Therefore, the system maximum output value is, as an example, the rated power of the generator 2 ( Hereinafter, the maximum output value of the generator).

発電機最大トルク値決定部53は、損失電力決定部52が決定した損失電力と、システム最大出力値の一例である発電機最大出力値とを加算する。そして、発電機最大トルク値決定部53は、加算後の値と回転数取得部51が取得した回転数とに基づいて、発電機最大トルク値を決定する。この加算後の値は、発電機最大出力値に、巻線WW1とケーブルCB1による損失電力を足したものであるので、発電機最大トルク値は、この損失電力の分だけ大きなトルク値である。これにより、トルク指令値Tcが、発電機最大トルク値である間は、巻線WW1とケーブルCB1で電力が損失しても、PCSの出力電力を目標とする目標電力にすることができる。   The generator maximum torque value determination unit 53 adds the loss power determined by the loss power determination unit 52 and the generator maximum output value that is an example of the system maximum output value. Then, the generator maximum torque value determination unit 53 determines the generator maximum torque value based on the value after addition and the rotation number acquired by the rotation number acquisition unit 51. Since the value after the addition is obtained by adding the power loss due to the winding WW1 and the cable CB1 to the power generator maximum output value, the power generator maximum torque value is a torque value that is larger by this power loss. Thus, while the torque command value Tc is the generator maximum torque value, even if power is lost in the winding WW1 and the cable CB1, the output power of the PCS can be set as the target power.

ここで、発電機最大トルク値決定部53内のブロックは、上述した処理をブロック図で表したものである。発電機最大トルク値決定部53は、加算器531、除算器532、及び出力調整部533を備える。   Here, the block in the generator maximum torque value determination part 53 represents the process mentioned above with the block diagram. The generator maximum torque value determination unit 53 includes an adder 531, a divider 532, and an output adjustment unit 533.

加算器531は、損失電力とシステム最大出力値を加算し、加算後の値を補正発電機最大出力値として、除算器532へ出力する。   The adder 531 adds the loss power and the system maximum output value, and outputs the value after the addition to the divider 532 as a corrected generator maximum output value.

除算器532は、加算器531から入力された補正発電機最大出力値を乗算器521から入力された角周波数ωで割り、割った値を発電機最大出力制限トルク値として、出力調整部533へ出力する。   The divider 532 divides the corrected generator maximum output value input from the adder 531 by the angular frequency ω input from the multiplier 521, and uses the divided value as the generator maximum output limit torque value to the output adjustment unit 533. Output.

出力調整部533は、発電機最大出力制限トルク値を、予め設定された下限値0から上限値である発電機許容最大トルクTq_limまでの範囲で制限して出力する。具体的には、出力調整部533は、発電機最大出力制限トルク値が下限値0より小さい場合0を発電機最大トルク値として出力し、発電機許容最大トルクTq_limを超える場合、発電機許容最大トルクTq_limを発電機最大トルク値として出力し、下限値0以上発電機許容最大トルクTq_lim以下の場合、発電機最大出力制限トルク値を発電機最大トルク値として出力する。ここで、発電機許容最大トルクTq_limは、発電機2が許容する最大の電流が発電機2に流れるときの発電機2のトルク値である。   The output adjustment unit 533 limits and outputs the generator maximum output limit torque value in a range from a preset lower limit value 0 to a generator allowable maximum torque Tq_lim that is an upper limit value. Specifically, the output adjustment unit 533 outputs 0 as the generator maximum torque value when the generator maximum output limit torque value is smaller than the lower limit value 0, and when it exceeds the generator allowable maximum torque Tq_lim, Torque Tq_lim is output as the generator maximum torque value, and when the lower limit value is 0 or more and the generator allowable maximum torque Tq_lim or less, the generator maximum output limit torque value is output as the generator maximum torque value. Here, the generator allowable maximum torque Tq_lim is a torque value of the generator 2 when the maximum current allowed by the generator 2 flows to the generator 2.

最適トルク値決定部54は、回転数取得部51が取得した回転数nに応じて、発電機最大トルク値を上限とする最大トルク制限最適トルク値を決定する。ここで、最適トルク値決定部54は、第1の関数算出部541、及び出力調整部542を備える。   The optimum torque value determination unit 54 determines a maximum torque limit optimum torque value whose upper limit is the generator maximum torque value, according to the rotation speed n acquired by the rotation speed acquisition unit 51. Here, the optimum torque value determination unit 54 includes a first function calculation unit 541 and an output adjustment unit 542.

第1の関数算出部541は、回転数nの関数である第1の関数f1(n)により回転数最適トルク値を算出する。ここで、回転数最適トルク値は、回転数に応じた最適なトルク値であり、例えば、後述する図4に示す破線W2の直線で表される一次関数である。   The first function calculation unit 541 calculates the rotation speed optimum torque value by using a first function f1 (n) that is a function of the rotation speed n. Here, the rotation speed optimum torque value is an optimum torque value according to the rotation speed, and is, for example, a linear function represented by a broken line W2 shown in FIG.

出力調整部542は、第1の関数算出部541から入力された回転数最適トルク値を、
下限値0から上限値である発電機最大トルク値までの範囲で制限して出力する。具体的には、出力調整部542は、回転数最適トルク値が予め設定した下限値0より小さい場合、0を最大トルク制限最適トルク値として出力し、出力調整部533から入力された発電機最大トルク値を超える場合、発電機最大トルク値を最大トルク制限最適トルク値として出力する。出力調整部542は、回転数最適トルク値が0から発電機最大トルク値までの範囲の場合、回転数最適トルク値をそのまま最大トルク制限最適トルク値として出力する。
The output adjustment unit 542 calculates the rotation speed optimum torque value input from the first function calculation unit 541.
The output is limited within the range from the lower limit value 0 to the generator maximum torque value which is the upper limit value. Specifically, the output adjustment unit 542 outputs 0 as the maximum torque limit optimum torque value when the rotation speed optimum torque value is smaller than the preset lower limit value 0, and the generator maximum value input from the output adjustment unit 533 is output. When the torque value is exceeded, the generator maximum torque value is output as the maximum torque limit optimum torque value. When the rotation speed optimum torque value is in the range from 0 to the generator maximum torque value, the output adjustment unit 542 outputs the rotation speed optimum torque value as it is as the maximum torque limit optimum torque value.

ここで、最大トルク制限最適トルク値は、例えば、図4に示す曲線W1のように、回転数に応じて変化する。   Here, the maximum torque limit optimum torque value changes according to the rotational speed, for example, as a curve W1 shown in FIG.

図4は、水力発電システムにおいて、発電機2のトルクと回転体1の回転数の関係の一例を示すグラフである。曲線W1は、回転数nに応じて変化する最大トルク制限最適トルク値を示す曲線である。曲線L1〜L16は、水の流速が1m/sから順に0.2m/s刻みで増える毎の発電機2のトルクと回転体1の回転数の関係を示す。図4の曲線L1〜L16に示すように、水の流速に応じて、発電機2のトルクと回転体1の回転数の関係は変わってくる。すなわち、各流速に応じて、最大のトルクは変わってくる。破線W2の直線で表される第1の関数f1(n)は、各流速におけるトルクの最大値をとる回転数とトルクの座標を用いて最小二乗法で近似した一次関数である。   FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the torque of the generator 2 and the rotational speed of the rotating body 1 in the hydroelectric power generation system. A curve W1 is a curve showing the maximum torque limit optimum torque value that changes according to the rotation speed n. Curves L1 to L16 indicate the relationship between the torque of the generator 2 and the rotational speed of the rotating body 1 each time the flow rate of water increases from 1 m / s in increments of 0.2 m / s. As shown by the curves L1 to L16 in FIG. That is, the maximum torque changes according to each flow velocity. The first function f1 (n) represented by the straight line of the broken line W2 is a linear function approximated by the least square method using the rotation speed and the torque coordinates that take the maximum value of torque at each flow velocity.

本実施形態において、図4の回転数n1からn2までの区間の曲線W1が示すように、破線W2の直線で表される第1の関数f1(n)に従って、発電機のトルク指令値が決定される。
図4の回転数n2からn3までの区間の曲線W1が示すように、発電機のトルク指令値は、出力調整部533により、発電機許容最大トルクTq_limに固定される。
In the present embodiment, the torque command value of the generator is determined according to the first function f1 (n) represented by the straight line of the broken line W2, as indicated by the curve W1 in the section from the rotational speed n1 to n2 in FIG. Is done.
As indicated by the curve W1 in the section from the rotation speed n2 to n3 in FIG. 4, the generator torque command value is fixed to the generator allowable maximum torque Tq_lim by the output adjustment unit 533.

図4の回転数n3からn4までの区間の曲線W1が示すように、発電機のトルク指令値Tcは、次の式(3)で表される。   As indicated by the curve W1 in the section from the rotational speed n3 to n4 in FIG. 4, the torque command value Tc of the generator is expressed by the following equation (3).

Tc=(Pm+Ploss)/(2πn/60)=(Pm+Ploss)/ω …(3) Tc = (Pm + Ploss ) / (2πn / 60) = (Pm + Ploss ) / ω (3)

このように、図4の回転数n3からn4までの区間では、発電機のトルク指令値Tcは、発電機の定格電力(発電機最大出力値)Pmと損失電力の和を、現在の回転数nから算出される現在の角周波数ωで割った値で表される。   As described above, in the section from the rotational speed n3 to n4 in FIG. 4, the torque command value Tc of the generator is the sum of the rated power (generator maximum output value) Pm of the generator and the loss power, and the current rotational speed. It is expressed by a value divided by the current angular frequency ω calculated from n.

発電機最大トルク値決定部53は、式(3)の示すように、発電機最大出力制限トルク値を、発電機最大出力値Pmと巻線WW1及びケーブルCB1における損失電力との和を角周波数ωで割った値にする。このようにすることで、発電機2は、発電機最大出力値Pmに巻線WW1及びケーブルCB1における損失電力を加算した電力値で交流電力を出力する。これにより、コンバータ3は、巻線WW1及びケーブルCB1において電力を消費しても、発電機最大出力値Pmの交流電力を受けることができ、発電機最大出力値Pmの直流電力をPCS4へ出力することができる。このため、PCS4は、発電機最大出力値Pmの交流電力を系統へ出力することができる。   The generator maximum torque value determining unit 53, as shown in the equation (3), sets the generator maximum output limit torque value as the sum of the generator maximum output value Pm and the power loss in the winding WW1 and the cable CB1 as an angular frequency. Divide by ω. By doing in this way, the generator 2 outputs alternating current power with the electric power value which added the loss electric power in winding WW1 and cable CB1 to the generator maximum output value Pm. Thereby, even if power is consumed in winding WW1 and cable CB1, converter 3 can receive AC power of generator maximum output value Pm, and outputs DC power of generator maximum output value Pm to PCS4. be able to. For this reason, the PCS 4 can output AC power of the generator maximum output value Pm to the system.

制御部56は、コンバータ3が出力する直流電圧の目標電圧値Vdc_refと直流電圧値Vdcとの差分に基づいて、最大トルク制限最適トルク値を上限とするトルク指令値を決定し、決定したトルク指令値をこのトルク指令値に基づいて発電機2を制御するコンバータ3へ出力する。   Based on the difference between the target voltage value Vdc_ref of the DC voltage output from converter 3 and DC voltage value Vdc, control unit 56 determines a torque command value whose upper limit is the maximum torque limit optimum torque value, and determines the determined torque command The value is output to the converter 3 that controls the generator 2 based on the torque command value.

ここで、制御部56は、減算器561、比例項決定部PT、積分値決定部IT、及び出力部OTを備える。
減算器561は、目標電圧値Vdc_refから、直流電圧値取得部が取得した直流電圧値Vdcを減算し、減算して得た差分ΔV(=Vdc_ref−Vdc)を比例項決定部PTと積分値決定部ITへ出力する。
Here, the control unit 56 includes a subtractor 561, a proportional term determination unit PT, an integral value determination unit IT, and an output unit OT.
The subtractor 561 subtracts the DC voltage value Vdc acquired by the DC voltage value acquisition unit from the target voltage value Vdc_ref, and subtracts the difference ΔV (= Vdc_ref−Vdc) obtained by the proportional term determination unit PT and the integral value determination. Output to the section IT.

比例項決定部PTは、予め設定された目標電圧値Vdc_refと直流電圧値取得部55が取得した直流電圧値Vdcとの差分ΔVに基づいて、比例項を決定する。   The proportional term determining unit PT determines the proportional term based on the difference ΔV between the preset target voltage value Vdc_ref and the DC voltage value Vdc acquired by the DC voltage value acquiring unit 55.

積分値決定部ITは、上記目標電圧値Vdc_refと上記直流電圧値Vdcとの差分に基づいて、積分値を決定する。   The integral value determining unit IT determines an integral value based on the difference between the target voltage value Vdc_ref and the DC voltage value Vdc.

出力部OTは、この比例項とこの積分値とに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値をこのトルク指令値に基づいて発電電力の制御を行うコンバータ3へ出力する。   The output unit OT determines a torque command value based on the proportional term and the integral value, and outputs the determined torque command value to the converter 3 that controls the generated power based on the torque command value.

以下、制御部56を構成する各部の構成について説明する。
比例項決定部PTは、乗算器PT1、乗算器PT2、及び乗算器PT3を備える。
乗算器PT1は、減算器561から入力された差分ΔVに、比例ゲインKpを乗算して比例演算出力値を算出し、算出した比例演算出力値を乗算器PT3へ出力する。
乗算器PT2は、回転数取得部51から入力された回転数nに比例補正ゲインを乗算して比例ゲイン補正出力値を算出し、算出した比例ゲイン補正出力値を乗算器PT3へ出力する。
乗算器PT3は、乗算器PT1から入力された比例演算出力値と、乗算器PT2から入力された比例ゲイン補正出力値を乗算して上記比例項を算出し、算出した比例項を比例演算補正出力値として出力部OTへ出力する。
Hereinafter, the structure of each part which comprises the control part 56 is demonstrated.
The proportional term determining unit PT includes a multiplier PT1, a multiplier PT2, and a multiplier PT3.
The multiplier PT1 multiplies the difference ΔV input from the subtractor 561 by a proportional gain Kp to calculate a proportional calculation output value, and outputs the calculated proportional calculation output value to the multiplier PT3.
The multiplier PT2 calculates a proportional gain correction output value by multiplying the rotation speed n input from the rotation speed acquisition unit 51 by the proportional correction gain, and outputs the calculated proportional gain correction output value to the multiplier PT3.
The multiplier PT3 multiplies the proportional calculation output value input from the multiplier PT1 and the proportional gain correction output value input from the multiplier PT2 to calculate the proportional term, and the calculated proportional term is output to the proportional calculation correction output. The value is output to the output unit OT.

積分値決定部ITは、積分ゲイン補正部IT1、積分入力値決定部IT12、減算器IT3、積分部IT4、及び減算器IT6を備える。   The integral value determining unit IT includes an integral gain correcting unit IT1, an integral input value determining unit IT12, a subtractor IT3, an integrating unit IT4, and a subtractor IT6.

積分ゲイン補正部IT1は、PCS4から入力された自立/系統連系切替信号が1のとき、すなわち系統連系運転のとき、乗算器522から入力された発電電力Pを引数とする第2の関数f2(P)の値を積分ゲイン補正値Kirとして、積分入力値決定部IT12へ出力する。一方、積分ゲイン補正部IT1は、PCS4から入力された自立/系統連系切替信号が0のとき、すなわち自立運転のとき、0を積分ゲイン補正値Kirとして、積分入力値決定部IT12へ出力する。   The integral gain correction unit IT1 uses the generated power P input from the multiplier 522 as an argument when the self-sustained / system interconnection switching signal input from the PCS 4 is 1, that is, in the system interconnection operation. The value of f2 (P) is output to the integral input value determining unit IT12 as the integral gain correction value Kir. On the other hand, the integral gain correction unit IT1 outputs 0 as the integral gain correction value Kir to the integral input value determination unit IT12 when the independent / system interconnection switching signal input from the PCS 4 is 0, that is, in the independent operation. .

積分入力値決定部IT12は、減算器561から入力された差分ΔV及び積分ゲイン補正部IT1から入力された積分ゲイン補正値Kirを引数とする第3の関数f3(ΔV,Kir)の値を算出し、算出した値を積分入力値として減算器IT3へ出力する。ここで、例えば、積分ゲインをKiとすると、第3の関数f3(ΔV,Kir)=ΔV×Ki×Kirで表される。   The integral input value determination unit IT12 calculates the value of the third function f3 (ΔV, Kir) using the difference ΔV input from the subtractor 561 and the integral gain correction value Kir input from the integral gain correction unit IT1 as arguments. The calculated value is output to the subtractor IT3 as an integral input value. Here, for example, when the integral gain is Ki, the third function f3 (ΔV, Kir) = ΔV × Ki × Kir is represented.

減算器IT3は、積分入力値決定部IT12から入力された積分入力値から、減算器IT6から入力された積分トルク制限超過値を減算し、減算後の値を積分部IT4へ出力する。この積分トルク制限超過値は、積分値が最大トルク制限最適トルク値を超えた分の値である。減算器IT3で積分入力値からこの積分トルク制限超過値を減算することにより、積分値が最大トルク制限最適トルク値を超えた場合に、その超えた分だけ、積分部IT4へ入力される積分入力値を小さくする。これにより、積分値が大きくなりすぎた場合に、短時間で積分値を下げることができる。   The subtractor IT3 subtracts the integrated torque limit excess value input from the subtractor IT6 from the integrated input value input from the integral input value determining unit IT12, and outputs the value after the subtraction to the integrating unit IT4. The integral torque limit excess value is a value obtained when the integral value exceeds the maximum torque limit optimum torque value. If the integral value exceeds the maximum torque limit optimum torque value by subtracting this integral torque limit excess value from the integral input value by the subtractor IT3, the integral input that is input to the integration unit IT4 by the excess amount. Decrease the value. Thereby, when the integral value becomes too large, the integral value can be lowered in a short time.

積分部IT4は、積分入力値を時間的に積分し、積分後の値を上記積分値として出力する。その一例として、積分部IT4は、前回自らが出力した積分値である積分前回値を保持し、減算器IT3から入力された値に、積分前回値を加算して積分値を算出する。積分部IT4は、算出した積分値を出力部OTの後述する出力調整部OT1及び減算器IT6へ出力する。この積分部IT4による処理は、例えば、減算器IT3から入力された値に、伝達関数1/Ts(Tは積分期間、sは複素数)を乗算する処理である。   The integration unit IT4 integrates the integration input value with respect to time, and outputs the value after integration as the integration value. As an example, the integration unit IT4 holds the previous integration value, which is the integration value output by itself, and calculates the integration value by adding the previous integration value to the value input from the subtractor IT3. The integration unit IT4 outputs the calculated integration value to an output adjustment unit OT1 and a subtractor IT6 described later of the output unit OT. The processing by the integration unit IT4 is, for example, processing for multiplying a value input from the subtractor IT3 by a transfer function 1 / Ts (T is an integration period, s is a complex number).

減算器IT6は、積分部IT4から入力された積分値から、出力調整部OT1から入力された積分演算出力値を減算して積分トルク制限超過値を算出し、積分トルク制限超過値を減算器IT3へ出力する。   The subtractor IT6 subtracts the integral calculation output value input from the output adjustment unit OT1 from the integral value input from the integration unit IT4 to calculate an integral torque limit excess value, and subtracts the integral torque limit excess value from the subtractor IT3. Output to.

出力部OTは、出力調整部OT1、加算器OT2、及び出力調整部OT3を備える。   The output unit OT includes an output adjustment unit OT1, an adder OT2, and an output adjustment unit OT3.

出力調整部OT1は、積分値を、予め設定された下限値0から上限値である最大トルク制限最適トルク値までの範囲で制限して、積分演算出力値として減算器IT6及び出力部OTへ出力する。具体的には、出力調整部OT1は、積分値が下限値0より小さい場合0を出力し、積分値が最大トルク制限最適トルク値を超える場合、最大トルク制限最適トルク値を出力し、積分値が下限値0以上、且つ最大トルク制限最適トルク値以下の場合、積分値をそのまま出力する。   The output adjustment unit OT1 limits the integral value within a range from a preset lower limit value 0 to a maximum torque limit optimum torque value that is an upper limit value, and outputs the integral value to the subtractor IT6 and the output unit OT as an integral calculation output value. To do. Specifically, the output adjustment unit OT1 outputs 0 when the integral value is smaller than the lower limit value 0, and outputs the maximum torque limit optimum torque value when the integral value exceeds the maximum torque limit optimum torque value. Is less than the lower limit value 0 and less than the maximum torque limit optimum torque value, the integral value is output as it is.

加算器OT2は、乗算器PT3から入力された比例ゲイン補正出力値と、出力調整部OT1から入力された積分演算出力値とを加算してトルク値を算出し、算出したトルク値を出力調整部OT3へ出力する。   The adder OT2 calculates a torque value by adding the proportional gain correction output value input from the multiplier PT3 and the integral calculation output value input from the output adjustment unit OT1, and outputs the calculated torque value to the output adjustment unit. Output to OT3.

出力調整部OT3は、加算器OT2から入力されたトルク値を、予め設定された下限値0から上限値である最大トルク制限最適トルク値までの範囲で制限して、トルク指令値として乗算器522及びコンバータ3へ出力する。具体的には、出力調整部OT3は、トルク値が下限値0より小さい場合0を出力し、トルク値が最大トルク制限最適トルク値を超える場合、最大トルク制限最適トルク値を出力し、トルク値が下限値0以上、且つ最大トルク制限最適トルク値以下の場合、トルク値をそのまま出力する。   The output adjustment unit OT3 limits the torque value input from the adder OT2 within a range from a preset lower limit value 0 to a maximum torque limit optimum torque value that is an upper limit value, and a multiplier 522 as a torque command value. And output to the converter 3. Specifically, the output adjustment unit OT3 outputs 0 when the torque value is smaller than the lower limit value 0, and outputs the maximum torque limit optimum torque value when the torque value exceeds the maximum torque limit optimum torque value. Is less than the lower limit value 0 and less than the maximum torque limit optimum torque value, the torque value is output as it is.

(動作の説明)
続いて、発電システム100及び制御装置5の動作について説明する。
図1に示す発電システム100において、水流や空気の流れ等の再生可能エネルギーにより回転体1が回転する。この回転により、発電機2が交流電圧を発生する。コンバータ3は、この交流電圧を直流電圧に変換してPCS4へ出力する。
(Description of operation)
Next, operations of the power generation system 100 and the control device 5 will be described.
In the power generation system 100 illustrated in FIG. 1, the rotating body 1 is rotated by renewable energy such as a water flow or an air flow. Due to this rotation, the generator 2 generates an alternating voltage. Converter 3 converts this AC voltage into a DC voltage and outputs it to PCS 4.

また、コンバータ3は、所定の周期で、発電機2の回転数と、コンバータ3が出力する直流電圧の値である直流電圧値Vdcとを制御装置5へ出力する。制御装置5は、この回転数と直流電圧値Vdcに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値をコンバータ3へ出力する。コンバータ3は、このトルク指令値に基づいて発電機2を制御する。具体的には、コンバータ3は、発電機2のトルクがこのトルク指令値になるように発電機2が出力する電流を制御する。   In addition, converter 3 outputs the rotational speed of generator 2 and DC voltage value Vdc, which is the value of the DC voltage output by converter 3, to control device 5 at a predetermined cycle. Control device 5 determines a torque command value based on the rotational speed and DC voltage value Vdc, and outputs the determined torque command value to converter 3. Converter 3 controls generator 2 based on this torque command value. Specifically, the converter 3 controls the current output from the generator 2 so that the torque of the generator 2 becomes this torque command value.

PCS4は、直流電圧値Vdcが、予め設定された発電出力可能電圧値Vdc_pcsを超えたら、系統または自立負荷に交流電力を出力する。
PCS4は、コンバータ3から入力される直流電圧の値が、発電出力可能電圧値Vdc_pcsになるまでは待機状態である。このため、制御装置5は、直流電圧が発電出力可能電圧値Vdc_pcsになるまで、トルク指令値を上昇させる。ここで、Vdc_ref>Vdc_pcsとなるように、すなわち目標電圧値Vdc_refが発電出力可能電圧値Vdc_pcsを超えるように、目標電圧値Vdc_refが設定されている。
When the DC voltage value Vdc exceeds a preset power generation output possible voltage value Vdc_pcs, the PCS 4 outputs AC power to the system or a self-supporting load.
PCS 4 is in a standby state until the value of the DC voltage input from converter 3 reaches power generation output possible voltage value Vdc_pcs. Therefore, the control device 5 increases the torque command value until the DC voltage reaches the power generation output possible voltage value Vdc_pcs. Here, the target voltage value Vdc_ref is set so that Vdc_ref> Vdc_pcs, that is, the target voltage value Vdc_ref exceeds the power generation output possible voltage value Vdc_pcs.

本実施形態に係る発電システム100では、発電した電力を系統へ供給する系統連系運転モードと、PCS4に接続した負荷に対して直接電力を供給する自立運転モードの二つの運転モードを有しており、PCS4にて、モードの切り替えが可能である。以下、各運転モードにおける動作について説明する。   The power generation system 100 according to the present embodiment has two operation modes: a grid connection operation mode for supplying generated power to the system, and a self-sustaining operation mode for directly supplying power to a load connected to the PCS 4. The PCS 4 can switch modes. Hereinafter, the operation in each operation mode will be described.

まず、系統連系運転モード時の動作について説明する。直流電圧値Vdcが発電出力可能電圧値Vdc_pcsを超えると、PCS4は、系統への交流電力の出力を開始する。その際、PCS4は、直流電圧値Vdcを発電出力可能電圧値Vdc_pcsになるよう制御する。   First, the operation in the grid interconnection operation mode will be described. When the DC voltage value Vdc exceeds the power generation output possible voltage value Vdc_pcs, the PCS 4 starts outputting AC power to the system. At that time, the PCS 4 controls the DC voltage value Vdc to be the power generation output possible voltage value Vdc_pcs.

一方、制御装置5は、直流電圧値Vdcが目標電圧値Vdc_refとなるよう発電機2を制御しようとするが、安定した系統に連系しているPCS4の電圧制御により、直流電圧値Vdcは、発電出力可能電圧値Vdc_pcsとなる。このため、Vdc_ref>Vdc_pcsに設定されていることから、系統連系運転中において、目標電圧値Vdc_refから直流電圧値Vdcを引いた差分ΔV(=Vdc_ref−Vdc)は、常に一定の正の値となる。この一定の正の値により、出力調整部OT3へ入力されるトルク値は、常に最大トルク制限最適トルク値を超える。このため、系統連系運転中は、トルク指令値は常に最大トルク制限最適トルク値となる。   On the other hand, the control device 5 tries to control the generator 2 so that the DC voltage value Vdc becomes the target voltage value Vdc_ref, but the DC voltage value Vdc is obtained by the voltage control of the PCS 4 connected to a stable system. The power generation output possible voltage value Vdc_pcs. For this reason, since Vdc_ref> Vdc_pcs is set, the difference ΔV (= Vdc_ref−Vdc) obtained by subtracting the DC voltage value Vdc from the target voltage value Vdc_ref is always a constant positive value during the grid connection operation. Become. Due to this constant positive value, the torque value input to the output adjustment unit OT3 always exceeds the maximum torque limit optimum torque value. For this reason, during the grid interconnection operation, the torque command value is always the maximum torque limit optimum torque value.

これにより、系統連系運転モード時は、PCS4が待機状態から系統連系運転へ移行した際に、制御装置5は、PI制御によるトルク指令値の制御から、図4の曲線W1に示すトルクと回転数の関係を有する最大トルク制限最適トルク値がトルク指令値になる制御へ移行する。   Thus, in the grid interconnection operation mode, when the PCS 4 shifts from the standby state to the grid interconnection operation, the control device 5 determines the torque indicated by the curve W1 in FIG. 4 from the control of the torque command value by the PI control. The control shifts to a control in which the maximum torque limit optimum torque value having the rotational speed relationship becomes the torque command value.

続いて、自立運転モード時の動作について説明する。直流電圧値Vdcが発電出力可能電圧値Vdc_pcsを超えると、PCS4は、自立負荷への交流電力の出力を開始する。その際、系統連系運転モードと違い、PCS4は系統に電力を供給しないことから、制御装置5が、制御を行うことにより、直流電圧値Vdcを目標電圧値Vdc_refで一定に保つ。   Subsequently, the operation in the self-sustaining operation mode will be described. When the DC voltage value Vdc exceeds the power generation output possible voltage value Vdc_pcs, the PCS 4 starts outputting AC power to the self-supporting load. At this time, unlike the grid-connected operation mode, the PCS 4 does not supply power to the system, so that the control device 5 performs control to keep the DC voltage value Vdc constant at the target voltage value Vdc_ref.

これにより、自立運転モード時は、接続された負荷に変動があった場合にも、制御装置5が直流電圧値を発電出力可能電圧値Vdc_pcsより大きな目標電圧値Vdc_refになるよう制御することで、安定した自立運転が可能となる。   Thereby, in the self-sustained operation mode, even when the connected load varies, the control device 5 controls the DC voltage value to be the target voltage value Vdc_ref larger than the power generation output possible voltage value Vdc_pcs. Stable autonomous operation is possible.

以上、第1の実施形態において、制御装置5は、発電機2が発電した電力をコンバータ3へ伝送するケーブルCB1〜CB3のいずれかのインピーダンスに少なくとも基づいて、発電機2から前記コンバータへ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定する損失電力決定部52を備える。更に、制御装置5は、発電機2に接続された回転体の回転数をコンバータ3から取得する回転数取得部51を備える。更に、制御装置5は、上記損失電力とPCS4が出力する目標電力値の和と上記回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、このトルク指令値に基づいて発電機2を制御するコンバータ3へ、このトルク指令値を出力するトルク指令値決定部50を備える。   As described above, in the first embodiment, the control device 5 generates power from the generator 2 to the converter based on at least the impedance of any of the cables CB1 to CB3 that transmits the power generated by the generator 2 to the converter 3. A loss power determining unit 52 that determines a loss power that is lost during transmission is provided. Furthermore, the control device 5 includes a rotation speed acquisition unit 51 that acquires the rotation speed of the rotating body connected to the generator 2 from the converter 3. Further, the control device 5 determines a torque command value based on the sum of the power loss and the target power value output by the PCS 4 and the rotational speed, and the converter 3 controls the generator 2 based on the torque command value. Further, a torque command value determining unit 50 for outputting the torque command value is provided.

これにより、トルク指令値決定部50は、トルク指令値を、目標電力値にケーブルCB1における損失電力を加算した値にすることで、発電機2は、目標電力値にケーブルCB1における損失電力を加算した値を出力する。これにより、コンバータ3は、ケーブルCB1において電力を消費しても、目標電力値の交流電力を受けることができ、目標電力値の直流電力をPCS4へ出力することができる。このため、PCS4が目標電力値の交流電力を出力することができる。その結果、PCS4から出力する電力の値を目標電力値に近づけることができる。   Thereby, the torque command value determination unit 50 sets the torque command value to a value obtained by adding the loss power in the cable CB1 to the target power value, so that the generator 2 adds the loss power in the cable CB1 to the target power value. The value is output. Thereby, even if power is consumed in the cable CB1, the converter 3 can receive the AC power having the target power value, and can output the DC power having the target power value to the PCS 4. For this reason, PCS4 can output the alternating current power of a target electric power value. As a result, the value of power output from the PCS 4 can be brought close to the target power value.

例えば、損失電力決定部52は、トルク指令値決定部50が決定したトルク指令値と、回転数取得部51が取得した回転数と、ケーブルCB1のインピーダンスとを用いて、上記損失電力を決定する。これにより、発電機2は、目標電力値よりもケーブルCB1における損失電力分だけ大きな電力を出力するので、ケーブルCB1で電力を損失しても、コンバータ3からは目標電力値に近い電力を出力することができる。このため、PCS4から目標電力値に近い電力を出力することができる。   For example, the power loss determination unit 52 determines the power loss using the torque command value determined by the torque command value determination unit 50, the rotation speed acquired by the rotation speed acquisition unit 51, and the impedance of the cable CB1. . As a result, the generator 2 outputs power that is larger than the target power value by the loss power in the cable CB1, so even if power is lost in the cable CB1, the converter 3 outputs power that is close to the target power value. be able to. For this reason, the power close to the target power value can be output from the PCS 4.

本実施形態では、損失電力決定部52は、更に、発電機2の巻線WW1の抵抗値も用いて、損失電力を決定する。これにより、発電機2は、目標電力値よりも巻線WW1及びケーブルCB1における損失電力分だけ大きな電力を出力するので、巻線WW1及びケーブルWW1で電力を損失しても、コンバータ3からは目標電力値に更に近い電力を出力することができる。このため、PCS4から目標電力値に更に近い電力を出力することができる。   In the present embodiment, the power loss determining unit 52 further determines power loss using the resistance value of the winding WW1 of the generator 2. As a result, the generator 2 outputs power larger than the target power value by the loss power in the winding WW1 and the cable CB1, so even if power is lost in the winding WW1 and the cable WW1, the converter 3 outputs the target power. Electric power that is closer to the electric power value can be output. For this reason, the power further closer to the target power value can be output from the PCS 4.

なお、本実施形態に係る損失電力決定部52は、トルク指令値決定部50が決定したトルク指令値と、回転数取得部51が取得した回転数と、ケーブルCB1のインピーダンスとを用いて、上記損失電力を決定したが、これに限ったものではない。その代わりに、損失電力決定部52は、発電機2が出力する電流の電流値と、ケーブルCB1のインピーダンスR2とを用いて、損失電力を決定してもよい。その際、損失電力算出部は、更に、発電機2の巻線の抵抗値R1も用いて、損失電力を決定してもよい。具体的には、損失電力決定部52は、発電機2が出力する電流の電流値をIとすると、I×(R1+R2)を損失電力として決定してもよい。   The power loss determination unit 52 according to the present embodiment uses the torque command value determined by the torque command value determination unit 50, the rotation speed acquired by the rotation speed acquisition unit 51, and the impedance of the cable CB1. Although the power loss was determined, it is not limited to this. Instead, the lost power determination unit 52 may determine the lost power using the current value of the current output from the generator 2 and the impedance R2 of the cable CB1. At that time, the loss power calculation unit may further determine the loss power using the resistance value R1 of the winding of the generator 2. Specifically, the loss power determination unit 52 may determine I × (R1 + R2) as the loss power, where I is the current value of the current output from the generator 2.

(第2の実施形態)
続いて、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係る制御装置は、瞬停が検出された場合、積分値算出部は、積分値を瞬停前の積分値に維持する。これにより、瞬停中のトルク指令値の低下を防ぐので、瞬停中の発電機2からの発電出力低下を防ぐことができ、瞬停復帰後に、発電出力を瞬停前の状態まで速やかに復帰させることができる。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. In the control device according to the second embodiment, when an instantaneous power failure is detected, the integral value calculation unit maintains the integral value at the integral value before the instantaneous power failure. This prevents a decrease in the torque command value during a momentary power failure, thus preventing a decrease in the power generation output from the generator 2 during the momentary power failure. Can be restored.

以下、第2の実施形態に係る発電システム100bの構成について説明する。第2の実施形態に係る発電システム100bの構成は、図1に示された第1の実施形態に係る発電システム100の構成に比べて、制御装置5が制御装置5bに変更されたものになっている。なお、図1と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。   Hereinafter, the configuration of the power generation system 100b according to the second embodiment will be described. The configuration of the power generation system 100b according to the second embodiment is a configuration in which the control device 5 is changed to the control device 5b as compared with the configuration of the power generation system 100 according to the first embodiment shown in FIG. ing. Elements common to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

続いて、第2の実施形態に係る制御装置5bの構成について説明する。図6は、第2の実施形態における発電システム100の構成を示す図である。
第2の実施形態に係る制御装置5bは、回転数取得部51、乗算器521、発電機最大トルク値決定部53b、最適トルク値決定部54、直流電圧値取得部55、制御部56b、及び切替信号生成部57を備える。なお、図3と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。
Next, the configuration of the control device 5b according to the second embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the power generation system 100 according to the second embodiment.
The control device 5b according to the second embodiment includes a rotation speed acquisition unit 51, a multiplier 521, a generator maximum torque value determination unit 53b, an optimum torque value determination unit 54, a DC voltage value acquisition unit 55, a control unit 56b, and A switching signal generator 57 is provided. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in FIG. 3, and the specific description is abbreviate | omitted.

乗算器521は、回転数取得部51が取得した回転数に2π/60を乗算して角周波数ωを算出し、算出した角周波数ωを発電機最大トルク値決定部53b及び積分値決定部ITbへ出力する。
発電機最大トルク値決定部53bは、除算器532及び出力調整部533を備える。
第1の実施形態に係る除算器532は、システム最大出力値と損失電力の和を、乗算器521から入力された角周波数ωで割り算してシステム最大出力制限トルク値を算出した。それに対し、第2の実施形態に係る除算器532は、システム最大出力値を、乗算器521から入力された角周波数ωで割り算してシステム最大出力制限トルク値を算出する点が異なっている。
The multiplier 521 calculates the angular frequency ω by multiplying the rotational speed acquired by the rotational speed acquisition unit 51 by 2π / 60, and uses the calculated angular frequency ω as the generator maximum torque value determination unit 53b and the integral value determination unit ITb. Output to.
The generator maximum torque value determination unit 53 b includes a divider 532 and an output adjustment unit 533.
The divider 532 according to the first embodiment calculates the system maximum output limit torque value by dividing the sum of the system maximum output value and the loss power by the angular frequency ω input from the multiplier 521. On the other hand, the divider 532 according to the second embodiment is different in that the system maximum output limit torque value is calculated by dividing the system maximum output value by the angular frequency ω input from the multiplier 521.

切替信号生成部57は、積分値決定部ITbの減算器IT3へ入力される積分入力値を切り替えるために用いる積分入力値切替信号を生成する。
ここで、切替信号生成部57は、瞬停検出部571、瞬停復帰検出部572、タイマー部573、OR演算部574、及び切替信号生成部575を備える。
瞬停検出部571は、予め設定された目標電圧値と直流電圧値との差分に基づいて、PCS4が電気的に接続する系統の瞬停を検出する。具体的には例えば、瞬停検出部571は、目標電圧値と直流電圧値との差分が、第1閾値未満になった場合、瞬停を検出する。瞬停検出部571は、瞬停を検出した場合、切替信号生成部575へ出力する出力信号を所定期間だけハイレベルにする。それ以外の場合、瞬停検出部571は、この出力信号をローレベルにする。
The switching signal generator 57 generates an integral input value switching signal used for switching the integral input value input to the subtractor IT3 of the integral value determiner ITb.
Here, the switching signal generation unit 57 includes an instantaneous power failure detection unit 571, an instantaneous power failure recovery detection unit 572, a timer unit 573, an OR operation unit 574, and a switching signal generation unit 575.
The instantaneous power failure detection unit 571 detects an instantaneous power failure of the system to which the PCS 4 is electrically connected based on a difference between a preset target voltage value and a DC voltage value. Specifically, for example, the instantaneous power failure detection unit 571 detects an instantaneous power failure when the difference between the target voltage value and the DC voltage value is less than the first threshold value. When the instantaneous power failure detection unit 571 detects an instantaneous power failure, the output signal output to the switching signal generation unit 575 is set to a high level only for a predetermined period. In other cases, the instantaneous power failure detection unit 571 sets the output signal to a low level.

瞬停復帰検出部572は、目標電圧値と直流電圧値との差分に基づいて、瞬停からの復帰を検出する。具体的には例えば、瞬停復帰検出部572は、目標電圧値と直流電圧値との差分が、第1閾値(例えば、−400V)より大きい第2の閾値(例えば、−350V)を超えた場合、瞬停からの復帰を検出する。
瞬停復帰検出部572は、瞬停からの復帰を検出した場合、OR演算部574へ出力する出力信号を所定期間だけハイレベルにする。それ以外の場合、瞬停復帰検出部572は、この出力信号をローレベルにする。
The instantaneous power failure recovery detection unit 572 detects the recovery from the instantaneous power failure based on the difference between the target voltage value and the DC voltage value. Specifically, for example, the instantaneous power failure recovery detection unit 572 has a difference between the target voltage value and the DC voltage value that exceeds a second threshold value (for example, −350 V) that is greater than the first threshold value (for example, −400 V). In the case, the return from the instantaneous power failure is detected.
When the instantaneous power failure return detection unit 572 detects the return from the instantaneous power failure, the output signal output to the OR operation unit 574 is set to the high level for a predetermined period. In other cases, the instantaneous power failure return detection unit 572 sets the output signal to a low level.

タイマー部573は、切替信号生成部575が出力した積分入力値切替信号がハイレベルになった場合、すなわち瞬停発生時から所定時間が経過した場合、OR演算部574へ出力する出力信号を所定期間だけハイレベルにする。それ以外の場合、タイマー部573はこの出力信号をローレベルにする。   The timer unit 573 outputs an output signal to be output to the OR operation unit 574 when the integral input value switching signal output from the switching signal generation unit 575 becomes a high level, that is, when a predetermined time has elapsed since the momentary power failure occurred. Keep it high for the period. In other cases, the timer unit 573 sets the output signal to a low level.

OR演算部574は、瞬停復帰検出部572から入力された出力信号またはタイマー部573から入力された出力信号の少なくともいずれか一つがハイレベルの場合、切替信号生成部575へ出力する出力信号を所定期間だけハイレベルにする。それ以外の場合、OR演算部574はこの出力信号をローレベルにする。   The OR operation unit 574 outputs an output signal to be output to the switching signal generation unit 575 when at least one of the output signal input from the instantaneous power failure recovery detection unit 572 or the output signal input from the timer unit 573 is high level. Set to high level for a predetermined period. In other cases, the OR operation unit 574 sets the output signal to a low level.

切替信号生成部575は、瞬停検出部571からの出力信号とOR演算部574からの出力信号とに基づいて、積分入力値切替信号を生成し、生成した積分入力値切替信号を積分値決定部ITの後述する切替部IT8へ出力する。ここで、切替信号生成部575は、例えば、入力ポートS、入力ポートR、出力ポートQを有するSRラッチである。ここで、Sは「Set」、Rは「Reset」を意味する。入力ポートSには、瞬停検出部571からの出力信号が入力され、入力ポートRには、OR演算部574からの出力信号が入力され、出力ポートQから積分入力値切替信号が出力される。   The switching signal generation unit 575 generates an integral input value switching signal based on the output signal from the instantaneous power failure detection unit 571 and the output signal from the OR operation unit 574, and determines the integrated input value switching signal thus generated as an integral value. The data is output to the switching unit IT8 (to be described later) of the unit IT. Here, the switching signal generation unit 575 is, for example, an SR latch having an input port S, an input port R, and an output port Q. Here, S means “Set” and R means “Reset”. An output signal from the instantaneous power failure detection unit 571 is input to the input port S, an output signal from the OR operation unit 574 is input to the input port R, and an integral input value switching signal is output from the output port Q. .

瞬停検出部571からの出力信号すなわち入力ポートSがハイレベルで且つOR演算部574からの出力信号すなわち入力ポートRがローレベルの場合、積分入力値切替信号をハイレベルにする。一方、切替信号生成部575は、瞬停検出部571からの出力信号すなわち入力ポートSがローレベルで且つOR演算部574からの出力信号すなわち入力ポートRがハイレベルの場合、積分入力値切替信号をローレベルにする。また、瞬停検出部571からの出力信号すなわち入力ポートSがローレベルで且つOR演算部574からの出力信号すなわち入力ポートRがローレベルの場合、積分入力値切替信号をそれ以前のレベルに維持する。   When the output signal from the instantaneous power failure detection unit 571, that is, the input port S is high level, and the output signal from the OR operation unit 574, that is, the input port R is low level, the integral input value switching signal is set to high level. On the other hand, when the output signal from the instantaneous power failure detection unit 571, that is, the input port S is at a low level and the output signal from the OR operation unit 574, that is, the input port R is at a high level, the switching signal generation unit 575 Set to low level. Further, when the output signal from the instantaneous power failure detection unit 571, that is, the input port S is low level, and the output signal from the OR operation unit 574, that is, the input port R is low level, the integral input value switching signal is maintained at the previous level. To do.

第2の実施形態に係る制御部56bの構成は、第1の実施形態に係る制御部56の構成に比べて、積分値決定部ITが積分値決定部ITbに変更されたものになっている。
積分値決定決定部ITbは、瞬停検出部571が瞬停を検出した場合、積分値を瞬停前の積分値に維持する。ここで、第2の実施形態に係る積分値決定部ITbは、第1の実施形態に係る積分値決定部ITに比べて、乗算器IT7、切替部IT8が追加されたものになっている。
The configuration of the control unit 56b according to the second embodiment is such that the integral value determining unit IT is changed to an integral value determining unit ITb as compared with the configuration of the control unit 56 according to the first embodiment. .
When the instantaneous power failure detection unit 571 detects an instantaneous power failure, the integral value determination determining unit ITb maintains the integrated value at the integral value before the instantaneous power failure. Here, the integral value determining unit ITb according to the second embodiment is different from the integral value determining unit IT according to the first embodiment in that a multiplier IT7 and a switching unit IT8 are added.

乗算器IT7は、乗算器521から入力された角周波数ωに、出力調整部OT3から入力されたトルク指令値を乗算して発電電力を算出し、算出した発電電力を積分ゲイン補正部IT1へ出力する。   The multiplier IT7 calculates the generated power by multiplying the angular frequency ω input from the multiplier 521 by the torque command value input from the output adjustment unit OT3, and outputs the calculated generated power to the integral gain correction unit IT1. To do.

切替部IT8は、出力する積分入力値を、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔVに基づく値と0との間で切り替える。
具体的には、切替部IT8は、切替信号生成部575から入力された積分入力値切替信号がローレベルからハイレベルになった場合、瞬停が検出されたので、出力する積分入力値を0に切り替える。そして、積分入力値切替信号がハイレベルの間、切替部IT8は、出力する積分入力値を0のままにする。これにより、積分部IT4が出力する積分値が、前回のクロックにおける積分値に固定されるので、積分値が瞬停直前の積分値に維持される。
The switching unit IT8 switches the integral input value to be output between a value based on the difference ΔV between the target voltage value and the DC voltage value and 0.
Specifically, when the integral input value switching signal input from the switching signal generation unit 575 changes from the low level to the high level, the switching unit IT8 detects the instantaneous power failure, and therefore sets the output integral input value to 0. Switch to. While the integral input value switching signal is at the high level, the switching unit IT8 keeps the integral input value to be output as 0. As a result, the integral value output by the integration unit IT4 is fixed to the integral value in the previous clock, and thus the integral value is maintained at the integral value immediately before the instantaneous power failure.

一方、切替部IT8は、切替信号生成部575から入力された積分入力値切替信号がハイレベルからローレベルになった場合、すなわち瞬停から復帰したかまたは瞬停時から所定時間が経過した場合、出力する積分入力値を積分入力値決定部IT2が出力する値に切り替える。すなわち、切替部IT8は、出力する積分入力値を、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔVに基づく値に切り替える。そして、積分入力値切替信号がローレベルの間、切替部IT8は、出力する積分入力値を目標電圧値と直流電圧値との差分ΔVに基づく値のままにする。
このようにすることで、積分値決定部ITbは、瞬停復帰検出部572が瞬停からの復帰を検出した場合、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔV、及び維持していた瞬停前の積分値に基づいて積分値を決定する。
On the other hand, when the integral input value switching signal input from the switching signal generation unit 575 changes from the high level to the low level, that is, the switching unit IT8 returns from the momentary power interruption or when a predetermined time has elapsed since the momentary power interruption. The integral input value to be output is switched to the value output by the integral input value determining unit IT2. That is, the switching unit IT8 switches the output integral input value to a value based on the difference ΔV between the target voltage value and the DC voltage value. While the integral input value switching signal is at the low level, the switching unit IT8 keeps the output integral input value based on the difference ΔV between the target voltage value and the DC voltage value.
In this way, the integral value determining unit ITb allows the difference ΔV between the target voltage value and the DC voltage value and the instantaneous power failure that has been maintained when the instantaneous power failure recovery detection unit 572 detects the recovery from the instantaneous power failure. The integral value is determined based on the previous integral value.

積分部IT4は、切替部IT8が出力した積分入力値を時間的に積分し、積分後の値を上記積分値として出力する。その一例として、積分部IT4は、前回自らが出力した積分値である積分前回値を保持し、切替部IT8から入力された積分入力値に、積分前回値を加算して積分値を算出する。   The integration unit IT4 integrates the integration input value output from the switching unit IT8 over time, and outputs the value after integration as the integration value. As an example, the integration unit IT4 holds the previous integration value that is the integration value output by itself last time, and calculates the integration value by adding the previous integration value to the integration input value input from the switching unit IT8.

(制御装置5bの動作)
以下、第2の実施形態に係る制御装置5bの動作について説明する。瞬停が発生した場合、瞬停検出部571は、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔVの変化により瞬停を検出し、切替信号生成部575は、ハイレベルの積分入力値切替信号を出力する。これにより、切替部IT8は、出力する積分値を0に固定し、積分部IT4は瞬停直前の積分値を出力し続ける。
(Operation of the control device 5b)
Hereinafter, the operation of the control device 5b according to the second embodiment will be described. When an instantaneous power failure occurs, the instantaneous power failure detection unit 571 detects the instantaneous power failure by a change in the difference ΔV between the target voltage value and the DC voltage value, and the switching signal generation unit 575 generates a high-level integral input value switching signal. Output. Thereby, the switching unit IT8 fixes the output integral value to 0, and the integrating unit IT4 continues to output the integral value immediately before the momentary power interruption.

瞬停復帰検出部572が、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔVの変化により瞬停から復帰を検出するか、タイマー部573が、瞬停発生時から所定時間の経過を計測した場合、切替信号生成部575は、ローレベルの積分入力値切替信号を出力する。これにより、切替部IT8は、出力する積分値を積分入力値決定部IT2の出力値に切り替え、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔVによる通常の積分動作を再開させる。   When the instantaneous power failure recovery detection unit 572 detects the recovery from the instantaneous power failure due to the change in the difference ΔV between the target voltage value and the DC voltage value, or when the timer unit 573 measures the elapse of a predetermined time from the time of the instantaneous power failure occurrence, The switching signal generator 575 outputs a low-level integral input value switching signal. Thereby, the switching unit IT8 switches the output integral value to the output value of the integral input value determining unit IT2, and resumes the normal integration operation based on the difference ΔV between the target voltage value and the DC voltage value.

以上、第2の実施形態に係る制御装置5bは、コンバータ3がPCS4へ出力する直流電圧の値を直流電圧値として、コンバータ3から取得する直流電圧値取得部55を備える。更に、制御装置5bは、コンバータ3が出力する直流電圧の目標電圧値と直流電圧値との差分ΔVに基づいて、比例項を決定する比例項決定部PTを備える。更に、制御装置5bは、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔVに基づいて、積分値を決定する積分値決定部ITbを備える。更に、制御装置5bは、上記比例項と上記積分値とに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値を該トルク指令値に基づいて発電電力の制御を行うコンバータ3へ出力する出力部OTを備える。更に、制御装置5bは、目標電圧値と直流電圧値との差分に基づいて、PCS4が電気的に接続する系統の瞬停を検出する瞬停検出部571を備える。積分値決定決定部ITbは、瞬停検出部571が瞬停を検出した場合、上記積分値を瞬停前の積分値に維持する。   As described above, the control device 5b according to the second embodiment includes the DC voltage value acquisition unit 55 that acquires the DC voltage value output from the converter 3 to the PCS 4 as the DC voltage value. Furthermore, control device 5b includes a proportional term determining unit PT that determines a proportional term based on a difference ΔV between the target voltage value of the DC voltage output from converter 3 and the DC voltage value. Furthermore, the control device 5b includes an integral value determining unit ITb that determines an integral value based on the difference ΔV between the target voltage value and the DC voltage value. Furthermore, control device 5b determines a torque command value based on the proportional term and the integral value, and outputs the determined torque command value to converter 3 that controls the generated power based on the torque command value. An output unit OT is provided. Furthermore, the control device 5b includes an instantaneous power failure detection unit 571 that detects an instantaneous power failure of the system to which the PCS 4 is electrically connected based on the difference between the target voltage value and the DC voltage value. When the instantaneous power failure detection unit 571 detects an instantaneous power failure, the integral value determination determination unit ITb maintains the integrated value at the integral value before the instantaneous power failure.

これにより、瞬停が発生した場合、積分値を瞬停前の積分値に維持することで、トルク指令値が瞬停前のトルク指令値に維持される。このため、瞬停中の発電機2の発電出力の低下を防ぎ、瞬停から復帰後に発電機2の発電出力を、瞬停前の発電出力まで速やかに復帰させることができる。   Thereby, when a momentary power failure occurs, the torque command value is maintained at the torque command value before the power failure by maintaining the integral value at the integral value before the power failure. For this reason, the fall of the power generation output of the generator 2 during a momentary power failure can be prevented, and the power generation output of the power generator 2 can be quickly returned to the power generation output before the momentary power failure after returning from the power failure.

更に、制御装置5bは、瞬停検出部571が瞬停を検出した時から、所定時間が経過したか否か判定するタイマー部573を備える。そして、積分値決定部ITbは、タイマー部573により所定時間が経過したと判定された場合、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔV、及び維持していた瞬停前の積分値に基づいて上記積分値を決定する。   Furthermore, the control device 5b includes a timer unit 573 that determines whether or not a predetermined time has elapsed since the instantaneous power failure detection unit 571 detected the instantaneous power failure. Then, when it is determined that the predetermined time has elapsed by the timer unit 573, the integral value determining unit ITb is based on the difference ΔV between the target voltage value and the DC voltage value and the integral value that was maintained before the instantaneous interruption. The integral value is determined.

これにより、瞬停が発生した時から所定時間が経過するまで、積分値を瞬停前の積分値に維持することができる。このため、例えば、コンバータ3の出力がPCS4だけでなく負荷にも接続されていた場合、瞬停が発生した時から所定時間が経過するまで、負荷へ供給する電力の低下を防ぐことができる。   As a result, the integral value can be maintained at the integral value before the momentary interruption until a predetermined time has elapsed since the momentary interruption occurred. For this reason, for example, when the output of the converter 3 is connected not only to the PCS 4 but also to the load, it is possible to prevent a reduction in the power supplied to the load until a predetermined time has elapsed since the momentary power failure occurred.

なお、積分値決定部ITは、目標電圧値と直流電圧値との差分ΔVに基づく値を積分した積分値を決定し、瞬停検出部571が瞬停を検出した場合、この瞬停の前に決定された積分値を記憶し、瞬停復帰検出部572が瞬停からの復帰を検出した場合、記憶した積分値で現在の積分値を更新する。
これにより、瞬停復帰時に、積分値を瞬停の前に決定された積分値で更新することで、瞬停復帰時に瞬停前のトルク指令値に設定される。このため、瞬停から復帰後に発電機2の発電出力を、瞬停前の発電出力まで速やかに復帰させることができる。
The integral value determination unit IT determines an integral value obtained by integrating a value based on the difference ΔV between the target voltage value and the DC voltage value, and when the instantaneous power failure detection unit 571 detects an instantaneous power failure, Is stored, and when the instantaneous power failure recovery detection unit 572 detects the recovery from the instantaneous power failure, the current integrated value is updated with the stored integral value.
Thereby, at the time of instantaneous power failure recovery, the integrated value is updated with the integral value determined before the instantaneous power failure, so that the torque command value before the instantaneous power failure is set at the time of instantaneous power failure recovery. For this reason, the power generation output of the generator 2 can be promptly returned to the power generation output before the instantaneous power failure after returning from the instantaneous power failure.

なお、各実施形態の制御装置の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、プロセッサが実行することにより、各実施形態の制御装置に係る上述した種々の処理を行ってもよい。   A program for executing each process of the control device of each embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, the program recorded on the recording medium is read into a computer system, and executed by a processor. The various processes described above according to the control device of each embodiment may be performed.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

100、100b 発電システム
1 回転体
2 発電機
3 コンバータ
4 PCS
5、5b 制御装置
GB 発電部
T1 第1の発電端
T2 第2の発電端
T3 第3の発電端
WW1、WW2、WW3 巻線
CB1、CB2、CB3 ケーブル
50 トルク指令値決定部
51 回転数取得部
52 損失電力決定部
521 乗算器
522 乗算器
523 乗算器
524 加算器
525 乗算器
526 乗算器
527 乗算器
528 加算器
53、53b 発電機最大トルク値決定部
531 加算器
532 除算器
533 出力調整部
54 最適トルク値決定部
541 第1の関数算出部
542 出力調整部
55 直流電圧値取得部
56、56b 制御部
PT 比例項決定部
PT1 乗算器
PT2 乗算器
PT3 乗算器
IT、ITb 積分値決定部
IT1 積分ゲイン補正部
IT2 積分入力値決定部
IT3 減算器
IT4 積分部
IT6 減算器
IT7 乗算器
IT8 切替部
OT 出力部
OT1 出力調整部
OT2 加算器
OT3 出力調整部
57 切替信号生成部
571 瞬停検出部
572 瞬停復帰検出部
573 タイマー部
574 OR演算部
575 切替信号生成部
100, 100b Power generation system 1 Rotating body 2 Generator 3 Converter 4 PCS
5, 5b Control device GB Power generation unit T1 First power generation end T2 Second power generation end T3 Third power generation end WW1, WW2, WW3 Winding CB1, CB2, CB3 Cable 50 Torque command value determination unit 51 Rotation speed acquisition unit 52 Power Loss Determination Unit 521 Multiplier 522 Multiplier 523 Multiplier 524 Adder 525 Multiplier 526 Multiplier 527 Multiplier 528 Adder 53, 53b Generator Maximum Torque Value Determining Unit 531 Adder 532 Divider 533 Output Adjusting Unit 54 Optimal torque value determination unit 541 First function calculation unit 542 Output adjustment unit 55 DC voltage value acquisition unit 56, 56b Control unit PT proportional term determination unit PT1 multiplier PT2 multiplier PT3 multiplier IT, ITb integration value determination unit IT1 integration Gain correction unit IT2 Integration input value determination unit IT3 Subtractor IT4 Integration unit IT6 Subtractor IT Multiplier IT8 switching unit OT output unit OT1 output adjusting unit OT2 adder OT3 output adjusting section 57 switching signal generator 571 the instantaneous blackout detecting section 572 instantaneous blackout restoration detection unit 573 the timer unit 574 OR arithmetic unit 575 the switching signal generating unit

Claims (14)

発電機が発電した電力をコンバータへ伝送するケーブルのインピーダンスに少なくとも基づいて、前記発電機から前記コンバータへ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定する損失電力決定部と、
前記発電機に接続された回転体の回転数を前記コンバータから取得する回転数取得部と、
前記損失電力と前記パワーコンディショナが出力する目標電力値の和と前記回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、前記トルク指令値に基づいて前記発電機を制御する前記コンバータへ、前記トルク指令値を出力するトルク指令値決定部と、
を備える制御装置。
A loss power determination unit that determines a loss power to be lost when transmitting power from the generator to the converter based at least on an impedance of a cable that transmits power generated by the generator to the converter;
A rotational speed acquisition unit that acquires the rotational speed of the rotating body connected to the generator from the converter;
A torque command value is determined based on the sum of the power loss and the target power value output by the power conditioner and the rotational speed, and the torque is controlled by the converter that controls the generator based on the torque command value. A torque command value determination unit for outputting a command value;
A control device comprising:
前記損失電力決定部は、前記トルク指令値決定部が決定したトルク指令値と、前記回転数取得部が取得した回転数と、前記ケーブルのインピーダンスとを用いて、前記損失電力を決定する
請求項1に記載の制御装置。
The power loss determination unit determines the power loss using the torque command value determined by the torque command value determination unit, the rotation speed acquired by the rotation speed acquisition unit, and the impedance of the cable. The control apparatus according to 1.
前記損失電力決定部は、前記発電機が出力する電流の電流値と、前記ケーブルのインピーダンスとを用いて、前記損失電力を決定する
請求項1に記載の制御装置。
The control device according to claim 1, wherein the loss power determination unit determines the loss power using a current value of a current output from the generator and an impedance of the cable.
前記損失電力算出部は更に、前記発電機の巻線の抵抗値も用いて、前記損失電力を決定する
請求項2または3に記載の制御装置。
The control device according to claim 2, wherein the loss power calculation unit further determines the loss power using a resistance value of a winding of the generator.
前記目標電力値は、前記発電機が前記パワーコンディショナを介して出力できる最大電力であるシステム最大出力値である
請求項1から4のいずれか一項に記載の制御装置。
The control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the target power value is a system maximum output value that is a maximum power that the generator can output via the power conditioner.
コンバータがパワーコンディショナへ出力する直流電圧の値を直流電圧値として、前記コンバータから取得する直流電圧値取得部を更に備え、
前記トルク指令値決定部は、
前記損失電力決定部が決定した損失電力と、前記目標電力値とを加算し、加算後の値と前記回転数取得部が取得した回転数とに基づいて、発電機最大トルク値を決定する発電機最大トルク値決定部と、
前記回転数取得部が取得した回転数に応じて、前記発電機最大トルク値を上限とする最大トルク制限最適トルク値を決定する最適トルク値決定部と、
前記コンバータが出力する直流電圧の目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記最大トルク制限最適トルク値を上限とする前記トルク指令値を決定する制御部と、
を備え、
前記目標電圧値は、系統連系時に前記パワーコンディショナが前記直流電圧を制御する際の目標電圧である発電出力可能電圧値より大きくなるように設定されている
請求項1から5のいずれか一項に記載の制御装置。
The converter further includes a DC voltage value acquisition unit that acquires the DC voltage value output from the converter as a DC voltage value to the power conditioner,
The torque command value determination unit
The power generation for determining the generator maximum torque value based on the value after the addition and the rotation speed acquired by the rotation speed acquisition section by adding the power loss determined by the power loss determination section and the target power value A machine maximum torque value determination unit;
An optimum torque value determination unit that determines a maximum torque limit optimum torque value with the generator maximum torque value as an upper limit according to the rotation number acquired by the rotation number acquisition unit;
A control unit that determines the torque command value with the maximum torque limit optimum torque value as an upper limit based on a difference between a target voltage value of the DC voltage output by the converter and the DC voltage value;
With
The target voltage value is set to be larger than a power generation output possible voltage value that is a target voltage when the power conditioner controls the DC voltage during grid connection. The control device according to item.
損失電力決定部が、発電機が発電した電力をコンバータへ伝送するケーブルのインピーダンスに少なくとも基づいて、前記発電機から前記コンバータへ電力を伝送する際に損失する損失電力を決定するステップと、
回転数取得部が、前記発電機に接続された回転体の回転数を前記コンバータから取得するステップと、
トルク指令値決定部が、前記損失電力と前記パワーコンディショナが出力する目標電力値の和と前記回転数とに基づいてトルク指令値を決定し、前記トルク指令値に基づいて前記発電機を制御する前記コンバータへ、前記トルク指令値を出力するステップと、
を有する制御方法。
A step of determining a loss power lost when transmitting power from the generator to the converter based on at least an impedance of a cable that transmits power generated by the generator to the converter;
A step of acquiring a rotational speed of a rotating body connected to the generator from the converter;
A torque command value determining unit determines a torque command value based on the sum of the power loss and the target power value output by the power conditioner and the rotation speed, and controls the generator based on the torque command value. Outputting the torque command value to the converter;
A control method.
コンバータがパワーコンディショナへ出力する直流電圧の値を直流電圧値として、前記コンバータから取得する直流電圧値取得部と、
前記コンバータが出力する直流電圧の目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、比例項を決定する比例項決定部と、
前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、積分値を決定する積分値決定部と、
前記比例項と前記積分値とに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値を該トルク指令値に基づいて発電電力の制御を行う前記コンバータへ出力する出力部と、
前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記パワーコンディショナが電気的に接続する系統の瞬停を検出する瞬停検出部と、
を備え、
前記積分値算出部は、前記瞬停検出部が瞬停を検出した場合、前記積分値を瞬停前の前記積分値に維持する
制御装置。
A DC voltage value acquisition unit that acquires the value of the DC voltage that the converter outputs to the power conditioner as a DC voltage value from the converter;
A proportional term determining unit that determines a proportional term based on a difference between a target voltage value of the DC voltage output by the converter and the DC voltage value;
Based on the difference between the target voltage value and the DC voltage value, an integral value determining unit that determines an integral value;
An output unit that determines a torque command value based on the proportional term and the integral value, and outputs the determined torque command value to the converter that controls generated power based on the torque command value;
Based on the difference between the target voltage value and the DC voltage value, an instantaneous power failure detection unit that detects an instantaneous power failure of a system to which the power conditioner is electrically connected;
With
The said integral value calculation part maintains the said integral value in the said integral value before a momentary stop, when the said momentary stop detection part detects a momentary stop Control apparatus.
前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記瞬停からの復帰を検出する瞬停復帰検出部を更に備え、
前記積分値決定部は、前記瞬停復帰検出部が瞬停からの復帰を検出した場合、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分、及び前記維持していた瞬停前の前記積分値に基づいて前記積分値を決定する
請求項8に記載の制御装置。
Based on the difference between the target voltage value and the DC voltage value, further comprising an instantaneous blackout return detection unit for detecting return from the instantaneous blackout,
The integral value determining unit, when the instantaneous power failure recovery detecting unit detects a recovery from the instantaneous power failure, the difference between the target voltage value and the DC voltage value, and the integrated value before the instantaneous power failure that has been maintained. The control device according to claim 8, wherein the integral value is determined based on the control value.
前記瞬停検出部は、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分が、第1閾値未満になった場合、前記瞬停を検出し、
前記瞬停復帰検出部は、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分が、前記第1閾値より大きい第2の閾値を超えた場合、前記瞬停からの復帰を検出する
請求項9に記載の制御装置。
When the difference between the target voltage value and the DC voltage value is less than a first threshold, the instantaneous power failure detection unit detects the instantaneous power failure,
The instantaneous power failure recovery detection unit detects recovery from the instantaneous power failure when a difference between the target voltage value and the DC voltage value exceeds a second threshold value that is greater than the first threshold value. The control device described.
前記瞬停検出部が瞬停を検出した時から、所定時間が経過したか否か判定するタイマー部を更に備え、
前記積分値決定部は、前記タイマー部により所定時間が経過したと判定された場合、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分、及び前記維持していた瞬停前の前記積分値に基づいて前記積分値を決定する
請求項8から10のいずれか一項に記載の制御装置。
A timer unit for determining whether a predetermined time has elapsed since the momentary power failure detection unit detected a momentary power failure;
The integral value determining unit, based on the difference between the target voltage value and the DC voltage value, and the maintained integral value before the instantaneous power failure when the timer unit determines that a predetermined time has elapsed. The control device according to claim 8, wherein the integral value is determined.
前記積分値決定部は、
出力する積分入力値を、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づく値と0との間で切り替える切替部と、
前記切替部が出力した積分入力値を時間的に積分し、積分後の値を前記積分値として出力する積分部と、
を備え、
前記瞬停検出部が瞬停を検出した場合、前記切替部は前記出力する積分入力値を0に切り替え、前記瞬停復帰検出部が瞬停からの復帰を検出した場合、前記切替部は前記出力する積分入力値を前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づく値に切り替える
請求項9または10に記載の制御装置。
The integral value determination unit includes:
A switching unit that switches an integral input value to be output between a value based on a difference between the target voltage value and the DC voltage value and 0;
Integrating the integration input value output by the switching unit over time, an integration unit outputting the value after integration as the integration value;
With
When the instantaneous power failure detection unit detects an instantaneous power failure, the switching unit switches the output integral input value to 0, and when the instantaneous power failure recovery detection unit detects a return from the instantaneous power failure, the switching unit The control device according to claim 9 or 10, wherein an integral input value to be output is switched to a value based on a difference between the target voltage value and the DC voltage value.
前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記瞬停からの復帰を検出する瞬停復帰検出部を更に備え、
前記積分値決定部は、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づく値を積分した積分値を決定し、
前記積分値決定部は、前記瞬停検出部が瞬停を検出した場合、前記瞬停の前に決定された積分値を記憶し、前記瞬停復帰検出部が瞬停からの復帰を検出した場合、前記記憶した積分値で現在の積分値を更新する
請求項8に記載の制御装置。
Based on the difference between the target voltage value and the DC voltage value, further comprising an instantaneous blackout return detection unit for detecting return from the instantaneous blackout,
The integral value determining unit determines an integral value obtained by integrating a value based on a difference between the target voltage value and the DC voltage value;
The integral value determination unit stores the integral value determined before the instantaneous power failure when the instantaneous power failure detection unit detects a momentary power failure, and the instantaneous power failure return detection unit detects a return from the instantaneous power failure. The control device according to claim 8, wherein the current integrated value is updated with the stored integrated value.
直流電圧値取得部が、コンバータがパワーコンディショナへ出力する直流電圧の値を直流電圧値として、前記コンバータから取得するステップと、
比例項決定部が、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、比例項を決定するステップと、
積分値決定部が、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、積分値を決定するステップと、
出力部が、前記比例項と前記積分値とに基づいて、トルク指令値を決定し、決定したトルク指令値を該トルク指令値に基づいて発電電力の制御を行う前記コンバータへ出力するステップと、
瞬停検出部が、前記目標電圧値と前記直流電圧値との差分に基づいて、前記パワーコンディショナが電気的に接続する系統の瞬停を検出するステップと、
前記積分値算出部が、前記瞬停検出部が瞬停を検出した場合、前記積分値を瞬停前の前記積分値に維持するステップと、
を有する制御方法。
A DC voltage value acquisition unit acquires from the converter a DC voltage value output from the converter to the power conditioner as a DC voltage value;
A proportional term determining unit determining a proportional term based on a difference between the target voltage value and the DC voltage value;
An integral value determining unit determining an integral value based on a difference between the target voltage value and the DC voltage value;
An output unit determines a torque command value based on the proportional term and the integral value, and outputs the determined torque command value to the converter that controls the generated power based on the torque command value;
A step of detecting a momentary power failure of a system to which the power conditioner is electrically connected based on a difference between the target voltage value and the DC voltage value;
When the integral value calculation unit detects the instantaneous power failure when the instantaneous power failure detection unit detects the instantaneous power failure, maintaining the integral value at the integral value before the instantaneous power failure; and
A control method.
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