JP2021016260A - Synchronous generator control device and power supply system including the same - Google Patents

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聡一郎 阪東
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直輝 山口
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良介 後藤
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敦盛 吉川
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Abstract

To provide a synchronous motor control device and a power supply system including the same, which can achieve load sharing of electric power between a synchronous generator and an electricity storage device with a simple and inexpensive configuration.SOLUTION: A power supply system includes a synchronous generator of a winding field magnet type, a diode rectifier that rectifies first AC power output from the synchronous generator into DC power, an inverter that converts the DC power into second AC power and supplies the second AC power to a power load connected to an AC side, a DC wiring that connects a DC side of the diode rectifier to a DC side of the inverter, and an electricity storage device that is directly connected to the DC wiring. A control device of the synchronous generator is configured to control the power supplied by the synchronous generator by manipulating a field voltage of the synchronous generator.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、同期発電機の制御装置およびこれを備えた電力供給システムに関する。 The present invention relates to a control device for a synchronous generator and a power supply system including the control device.

船舶または鉄道等に設けられる電力供給システムとして、効率の高さまたは制御自由度の高さ等から発電機と、バッテリ等の蓄電装置と、を含むシリーズハイブリッドシステムが多く採用されている(例えば、下記特許文献1参照)。 As a power supply system installed in a ship or a railroad, a series hybrid system including a generator and a power storage device such as a battery is often adopted due to its high efficiency or high degree of control freedom (for example). See Patent Document 1 below).

従来のハイブリッドシステムは、エンジン等の原動機に接続された発電機(同期発電機)から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換してモータ等の負荷に入力するインバータと、コンバータとインバータとの間の直流部に接続される蓄電装置と、発電機と蓄電装置との間で負荷分担を行うための制御装置と、を備えている。 Conventional hybrid systems include a converter that converts AC power output from a generator (synchronous generator) connected to a prime mover such as an engine to DC power, and a converter that converts DC power to AC power for loads such as motors. It is provided with an input inverter, a power storage device connected to a DC unit between the converter and the inverter, and a control device for sharing the load between the generator and the power storage device.

特開2008−99461号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-99461

上記従来の構成においては、発電機と蓄電装置との間で電力の負荷分担を行うために、コンバータが、例えばPWM制御が可能な複数のスイッチング素子で構成されたPWMコンバータ等として構成され、制御装置がコンバータをスイッチング制御する。あるいは、これに加えてまたはこれに代えて、蓄電装置と直流部との間にDC−DCコンバータを設け、制御装置が、DC−DCコンバータをスイッチング制御する。このようにして、エンジン等の動力を電力に変換し、その電力で負荷を駆動するとともに電力の過不足を蓄電装置の電力で補う構成となっている。 In the above-mentioned conventional configuration, in order to share the power load between the generator and the power storage device, the converter is configured as, for example, a PWM converter composed of a plurality of switching elements capable of PWM control, and is controlled. The device switches and controls the converter. Alternatively, in addition to or instead of this, a DC-DC converter is provided between the power storage device and the DC unit, and the control device switches and controls the DC-DC converter. In this way, the power of the engine or the like is converted into electric power, the load is driven by the electric power, and the excess or deficiency of the electric power is supplemented by the electric power of the power storage device.

このように、従来の構成では、PWMコンバータまたはDC−DCコンバータのような複雑かつ高価な機器が必要であるため、システムが複雑かつ高価になるという問題がある。 As described above, the conventional configuration requires complicated and expensive equipment such as a PWM converter or a DC-DC converter, which causes a problem that the system becomes complicated and expensive.

本発明は、上記課題を解決するものであり、簡単かつ安価な構成で、同期発電機と蓄電装置との間で電力の負荷分担を実現することができる同期電動機の制御装置およびこれを備えた電力供給システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and includes a synchronous motor control device capable of realizing power load sharing between the synchronous generator and the power storage device with a simple and inexpensive configuration, and a control device thereof. The purpose is to provide a power supply system.

本発明の一態様に係る同期発電機の制御装置は、電力供給システムにおける同期発電機の制御装置であって、前記電力供給システムは、巻線界磁型の前記同期発電機と、前記同期発電機から出力される第1交流電力を直流電力に整流するダイオード整流器と、前記直流電力を第2交流電力に変換し、交流側に接続される電力負荷に前記第2交流電力を供給するインバータと、前記ダイオード整流器の直流側と前記インバータの直流側とを接続する直流配線と、前記直流配線に直接的に接続される蓄電装置と、を備え、前記制御装置は、前記同期発電機が供給する電力を、前記同期発電機の界磁電圧を操作することにより、制御するように構成される。前記制御装置は、前記同期電動機が供給する電力を制御することにより、前記電力負荷に対する前記同期発電機と前記蓄電装置との間の負荷分担割合を調整する。 The control device of the synchronous generator according to one aspect of the present invention is a control device of the synchronous generator in the power supply system, and the power supply system is a winding field type synchronous generator and the synchronous power generation. A diode rectifier that rectifies the first AC power output from the machine into DC power, and an inverter that converts the DC power into second AC power and supplies the second AC power to the power load connected to the AC side. A DC wiring that connects the DC side of the diode rectifier and the DC side of the inverter, and a power storage device that is directly connected to the DC wiring are provided, and the control device is supplied by the synchronous generator. The power is configured to be controlled by manipulating the field voltage of the synchronous generator. The control device adjusts the load sharing ratio between the synchronous generator and the power storage device with respect to the electric power load by controlling the electric power supplied by the synchronous motor.

上記構成によれば、同期発電機と直流配線との間には比較的安価なダイオード整流器が設けられ、直流配線には蓄電装置が直接的に接続される。同期発電機が供給する電力は、同期発電機の界磁電圧を操作することにより、制御される。この結果、電力負荷に対する同期発電機と蓄電装置との間の負荷分担割合が調整される。したがって、複数のスイッチング素子を含む複雑な機器(PWMコンバータ、DC−DCコンバータ)を不要とすることができ、簡単かつ安価な構成を実現しつつ、同期発電機と蓄電装置との間で電力の負荷分担を実現することができる。 According to the above configuration, a relatively inexpensive diode rectifier is provided between the synchronous generator and the DC wiring, and the power storage device is directly connected to the DC wiring. The electric power supplied by the synchronous generator is controlled by manipulating the field voltage of the synchronous generator. As a result, the load sharing ratio between the synchronous generator and the power storage device with respect to the power load is adjusted. Therefore, it is possible to eliminate the need for complicated equipment (PWM converter, DC-DC converter) including a plurality of switching elements, and while realizing a simple and inexpensive configuration, power can be supplied between the synchronous generator and the power storage device. Load sharing can be realized.

前記制御装置は、前記蓄電装置の電圧または充電率が予め定めた基準範囲内にあるか否かを判定し、前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲内にある場合に、前記蓄電装置に流れる第1電流が定常的に0になるように、前記同期発電機の界磁電圧を操作するよう構成されてもよい。これによれば、蓄電装置の電圧または充電率が、蓄電装置への充電(電力吸収)および蓄電装置からの放電(電力供給)を十分に行い得る、予め定めた基準範囲内にあるときに、負荷変動が生じた場合、同期発電機より応答性の良い蓄電装置が負荷変動に応じてほとんどの電力変化分を電力負荷に供給または吸収する。この際、蓄電装置に流れる第1電流を定常的に0にするように同期発電機の界磁電圧が変更される。この結果、負荷変動後の定常状態において、電力負荷の変動分はすべて同期発電機から供給される電力(の変動分)により賄われる。したがって、同期発電機と蓄電装置との間に複雑な制御を要するスイッチング素子を含む機器がなくても、同期発電機と蓄電装置との間で電力の負荷分担を容易に実現することができる。 The control device determines whether or not the voltage or charge rate of the power storage device is within a predetermined reference range, and when the voltage or charge rate of the power storage device is within the reference range, the power storage device The field voltage of the synchronous generator may be manipulated so that the first current flowing through the synchronous generator becomes zero constantly. According to this, when the voltage or charge rate of the power storage device is within a predetermined reference range capable of sufficiently charging the power storage device (power absorption) and discharging from the power storage device (power supply). When a load fluctuation occurs, a power storage device that is more responsive than a synchronous generator supplies or absorbs most of the power change to the power load according to the load fluctuation. At this time, the field voltage of the synchronous generator is changed so that the first current flowing through the power storage device is constantly set to 0. As a result, in the steady state after the load fluctuation, all the fluctuation of the power load is covered by (the fluctuation) of the electric power supplied from the synchronous generator. Therefore, even if there is no device including a switching element that requires complicated control between the synchronous generator and the power storage device, it is possible to easily realize the power load sharing between the synchronous generator and the power storage device.

前記制御装置は、前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲の上限値を超えた場合に、前記第1電流として前記蓄電装置から放電する電流が流れるように、前記同期発電機の界磁電圧を操作するように構成されてもよい。また、前記制御装置は、前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲の下限値を下回った場合に、前記第1電流として前記蓄電装置を充電する電流が流れるように、前記同期発電機の界磁電圧を操作するように構成されてもよい。これによれば、蓄電装置の電圧または充電率が、基準範囲外となり、蓄電装置への充電または蓄電装置からの放電を要する場合に、充電または放電に応じた第1電流が蓄電装置に流れるように同期発電機の界磁電圧が変更される。この結果、電力負荷への電力供給を行いつつ蓄電装置を充電または放電して蓄電装置の電圧または充電率を、基準範囲内に戻すことができる。 The control device is a field of the synchronous generator so that a current discharged from the power storage device flows as the first current when the voltage or charge rate of the power storage device exceeds the upper limit value of the reference range. It may be configured to manipulate the voltage. Further, the control device of the synchronous generator causes the current for charging the power storage device to flow as the first current when the voltage or charge rate of the power storage device falls below the lower limit of the reference range. It may be configured to manipulate the field voltage. According to this, when the voltage or charge rate of the power storage device is out of the reference range and charging to the power storage device or discharge from the power storage device is required, the first current corresponding to the charge or discharge flows to the power storage device. The field voltage of the synchronous generator is changed to. As a result, the voltage or charge rate of the power storage device can be returned to the reference range by charging or discharging the power storage device while supplying power to the power load.

前記制御装置は、前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲の上限値を超えた場合に、前記同期発電機を停止させてもよい。これによれば、蓄電装置の電圧または充電率が、基準範囲外となり、蓄電装置からの放電を要する場合に、同期発電機が停止されるため、蓄電装置が電力負荷への電力供給を行うことにより、蓄電装置の電圧または充電率を、基準範囲内に戻すことができる。さらに、同期発電機を駆動する原動機を停止することで、燃費低減を図ることができる。 The control device may stop the synchronous generator when the voltage or charge rate of the power storage device exceeds the upper limit value of the reference range. According to this, when the voltage or charge rate of the power storage device is out of the standard range and discharge from the power storage device is required, the synchronous generator is stopped, so that the power storage device supplies power to the power load. Therefore, the voltage or charge rate of the power storage device can be returned within the reference range. Furthermore, fuel consumption can be reduced by stopping the prime mover that drives the synchronous generator.

前記制御装置は、前記同期発電機の停止後、前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲の上限値より小さい予め定められた起動基準値以下になった場合に、前記同期発電機の運転を再開してもよい。これにより、蓄電装置の電圧または充電率が基準範囲の上限値付近で変動した場合に、同期発電機の運転および停止が頻繁に起きることを防止することができる。 After the synchronous generator is stopped, the control device operates the synchronous generator when the voltage or charge rate of the power storage device becomes equal to or less than a predetermined start reference value smaller than the upper limit value of the reference range. May be restarted. This makes it possible to prevent the synchronous generator from being frequently started and stopped when the voltage or charge rate of the power storage device fluctuates near the upper limit of the reference range.

前記制御装置は、前記蓄電装置の電圧または充電率を含む所定の蓄電装置パラメータから前記第1電流の電流目標値を生成する電流目標値生成部と、前記電流目標値から、計測した前記第1電流を差し引いた第1電流偏差を算出する第1電流偏差算出部と、前記第1電流偏差に基づいて前記同期発電機の界磁電圧目標値を生成する界磁電圧目標値生成部と、を含んでもよい。 The control device includes a current target value generator that generates a current target value of the first current from a predetermined power storage device parameter including a voltage or a charge rate of the power storage device, and the first measurement device measured from the current target value. A first current deviation calculation unit that calculates the first current deviation obtained by subtracting the current, and a field voltage target value generation unit that generates a field voltage target value of the synchronous generator based on the first current deviation. It may be included.

前記電流目標値生成部は、前記蓄電装置の電圧または充電率が予め定めた基準範囲内にあるか否かを判定し、前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲内にある場合に、前記電流目標値を0に設定するように構成されてもよい。 The current target value generation unit determines whether or not the voltage or charge rate of the power storage device is within a predetermined reference range, and when the voltage or charge rate of the power storage device is within the reference range, It may be configured to set the current target value to 0.

前記界磁電圧目標値生成部は、前記第1電流偏差から所定の第1係数を有する伝達関数に基づいて前記界磁電圧目標値を生成するよう構成され、前記第1係数は、前記第1電流偏差が所定値から0に収束するまでの収束時間が前記同期発電機を駆動する原動機の応答性能に合わせた収束時間となるように設定されてもよい。これによれば、界磁電圧の変化速度を、同期発電機を駆動する原動機の応答性能に合わせたものとすることができ、電力負荷の急変が生じても原動機が過負荷となることを防止することができる。 The field voltage target value generation unit is configured to generate the field voltage target value based on a transmission function having a predetermined first coefficient from the first current deviation, and the first coefficient is the first coefficient. The convergence time until the current deviation converges from a predetermined value to 0 may be set to be a convergence time that matches the response performance of the prime mover that drives the synchronous generator. According to this, the rate of change of the field voltage can be matched to the response performance of the prime mover that drives the synchronous generator, and even if a sudden change in the power load occurs, the prime mover is prevented from being overloaded. can do.

前記界磁電圧目標値生成部は、前記第1電流偏差から所定の第1係数を有する伝達関数に基づいて発電機電流目標値を生成する第1目標値生成部と、前記発電機電流目標値から、計測した発電機電流を差し引いた第2電流偏差を生成する第2電流偏差算出部と、前記第2電流偏差から所定の第2係数を有する伝達関数に基づいて前記界磁電圧目標値を生成する第2目標値生成部と、を含んでもよい。これによれば、第1電流偏差から同期発電機に流れる発電機電流の目標値が生成され、その発電機電流目標値と現在の発電機電流との偏差から界磁電圧目標値が生成される。これにより、発電機電流が制御パラメータの1つとして用いられるため、制御系をより安定化させることができる。また、この構成によれば、発電機電流が制御パラメータの1つとして用いられるため、発電機電流に制限を設けることが容易となる。したがって、負荷変動によって意図しない過電流が同期発電機に流れることを防止することができる。 The field voltage target value generation unit includes a first target value generation unit that generates a generator current target value based on a transmission function having a predetermined first coefficient from the first current deviation, and the generator current target value generation unit. The field voltage target value is set based on the second current deviation calculation unit that generates the second current deviation obtained by subtracting the measured generator current from the second current deviation, and the transmission function having a predetermined second coefficient from the second current deviation. The second target value generation unit to be generated may be included. According to this, the target value of the generator current flowing through the synchronous generator is generated from the first current deviation, and the field voltage target value is generated from the deviation between the generator current target value and the current generator current. .. As a result, the generator current is used as one of the control parameters, so that the control system can be further stabilized. Further, according to this configuration, since the generator current is used as one of the control parameters, it becomes easy to set a limit on the generator current. Therefore, it is possible to prevent an unintended overcurrent from flowing to the synchronous generator due to load fluctuation.

本発明の他の態様に係る、電力供給システムは、巻線界磁型の同期発電機と、前記同期発電機から出力される第1交流電力を直流電力に整流するダイオード整流器と、前記直流電力を第2交流電力に変換し、交流側に接続される電力負荷に前記第2交流電力を供給するインバータと、前記ダイオード整流器の直流側と前記インバータの直流側とを接続する直流配線と、前記直流配線に直接的に接続される蓄電装置と、前記同期発電機を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記同期発電機が供給する電力を、前記同期発電機の界磁電圧を操作することにより、制御するように構成される。 The power supply system according to another aspect of the present invention includes a winding field type synchronous generator, a diode rectifier that rectifies the first AC power output from the synchronous generator into DC power, and the DC power. To the second AC power and supply the second AC power to the power load connected to the AC side, the DC wiring connecting the DC side of the diode rectifier and the DC side of the inverter, and the above. A power storage device directly connected to a DC wiring and a control device for controlling the synchronous generator are provided, and the control device operates the power supplied by the synchronous generator and the field voltage of the synchronous generator. By doing so, it is configured to control.

上記構成によれば、同期発電機と直流配線との間には比較的安価なダイオード整流器が設けられ、直流配線には蓄電装置が直接的に接続される。同期発電機が供給する電力は、同期発電機の界磁電圧を操作することにより、制御される。この結果、電力負荷に対する同期発電機と蓄電装置との間の負荷分担割合が調整される。したがって、複数のスイッチング素子を含む複雑な機器(PWMコンバータ、DC−DCコンバータ)を不要とすることができ、簡単かつ安価な構成を実現しつつ、同期発電機と蓄電装置との間で電力の負荷分担を実現することができる。 According to the above configuration, a relatively inexpensive diode rectifier is provided between the synchronous generator and the DC wiring, and the power storage device is directly connected to the DC wiring. The electric power supplied by the synchronous generator is controlled by manipulating the field voltage of the synchronous generator. As a result, the load sharing ratio between the synchronous generator and the power storage device with respect to the power load is adjusted. Therefore, it is possible to eliminate the need for complicated equipment (PWM converter, DC-DC converter) including a plurality of switching elements, and while realizing a simple and inexpensive configuration, power can be supplied between the synchronous generator and the power storage device. Load sharing can be realized.

本発明によれば、簡単かつ安価な構成で、同期発電機と蓄電装置との間で電力の負荷分担を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize the power load sharing between the synchronous generator and the power storage device with a simple and inexpensive configuration.

図1は、本発明の一実施の形態に係る電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply system according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示すダイオード整流器を構成する複数のダイオード素子の配置例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an arrangement example of a plurality of diode elements constituting the diode rectifier shown in FIG. 図3は、図1に示すインバータを構成する複数のスイッチング素子の配置例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an arrangement example of a plurality of switching elements constituting the inverter shown in FIG. 図4は、図1に示す制御装置の制御ブロックの一例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing an example of a control block of the control device shown in FIG. 図5は、本実施の形態における同期発電機の制御シミュレーションの結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the result of the control simulation of the synchronous generator in the present embodiment. 図6は、本実施の形態における同期発電機の制御シミュレーションの結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the result of the control simulation of the synchronous generator in the present embodiment. 図7は、本実施の形態における同期発電機の制御シミュレーションの結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the result of the control simulation of the synchronous generator in the present embodiment.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または同じ機能を有する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the same reference numerals are given to elements having the same or the same function throughout all the figures, and duplicate description thereof will be omitted.

図1は、本発明の一実施の形態に係る電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態における電力供給システム1は、エンジン等の原動機2から発電を行う同期発電機3と、蓄電装置4と、を電力供給源として備えている。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply system according to an embodiment of the present invention. The electric power supply system 1 in the present embodiment includes a synchronous generator 3 that generates electric power from a prime mover 2 such as an engine, and a power storage device 4 as electric power supply sources.

同期発電機3は、巻線界磁型の同期発電機であり、励磁部3aに印加される界磁電圧Vによって同期発電機3から出力される交流電力が変化するように構成されている。蓄電装置4は、充電および放電が可能に構成されている。蓄電装置4は、例えば二次電池またはキャパシタ等である。 The synchronous generator 3 is a winding field type synchronous generator, and is configured so that the AC power output from the synchronous generator 3 changes depending on the field voltage Vf applied to the exciting portion 3a. .. The power storage device 4 is configured to be capable of charging and discharging. The power storage device 4 is, for example, a secondary battery or a capacitor.

電力供給システム1は、同期発電機3から出力される第1交流電力を直流電力に整流するダイオード整流器5と、直流電力を第2交流電力に変換するインバータ6と、を備えている。インバータ6の出力(交流側)にはモータ等の電力負荷7が接続される。これにより、電力負荷7には、第2交流電力が供給される。電力負荷7は、例えば複数の推進用モータを含んでいてもよい。 The power supply system 1 includes a diode rectifier 5 that rectifies the first AC power output from the synchronous generator 3 into DC power, and an inverter 6 that converts DC power into second AC power. A power load 7 such as a motor is connected to the output (AC side) of the inverter 6. As a result, the second AC power is supplied to the power load 7. The power load 7 may include, for example, a plurality of propulsion motors.

蓄電装置4は、ダイオード整流器5の直流側とインバータ6の直流側とを接続する直流配線8に直接的に接続される。 The power storage device 4 is directly connected to the DC wiring 8 that connects the DC side of the diode rectifier 5 and the DC side of the inverter 6.

図2は、図1に示すダイオード整流器を構成する複数のダイオード素子の配置例を示す図である。図2に示すように、ダイオード整流器5は、複数(6つ)のダイオード素子9を備えている。ダイオード整流器5は、2つダイオード素子9が直列接続された一対のダイオード素子列10が3対並列に接続されている。 FIG. 2 is a diagram showing an arrangement example of a plurality of diode elements constituting the diode rectifier shown in FIG. As shown in FIG. 2, the diode rectifier 5 includes a plurality of (six) diode elements 9. In the diode rectifier 5, a pair of diode element trains 10 in which two diode elements 9 are connected in series are connected in parallel in three pairs.

各ダイオード素子列10における2つのダイオード素子9の接続点のそれぞれに、同期発電機3からの三相交流配線11における各相の配線が接続される。ダイオード整流器5の一端部(カソード側端部)と他端部(アノード側端部)とが直流配線8に接続される。 The wiring of each phase in the three-phase AC wiring 11 from the synchronous generator 3 is connected to each of the connection points of the two diode elements 9 in each diode element row 10. One end (cathode side end) and the other end (anode side end) of the diode rectifier 5 are connected to the DC wiring 8.

図3は、図1に示すインバータを構成する複数のスイッチング素子の配置例を示す図である。図3に示すように、インバータ6は、複数(6つ)のスイッチ素子12と、各スイッチ素子12にそれぞれ並列に接続された複数(6つ)の還流ダイオード13とを備えている。 FIG. 3 is a diagram showing an arrangement example of a plurality of switching elements constituting the inverter shown in FIG. As shown in FIG. 3, the inverter 6 includes a plurality of (six) switch elements 12 and a plurality of (six) freewheeling diodes 13 connected in parallel to each switch element 12.

インバータ6は、2つのスイッチ素子12が直列接続された一対のスイッチ素子列14が3対並列に接続されている。各スイッチ素子列14における2つのスイッチ素子12の接続点のそれぞれに、電力負荷7に接続される三相交流配線15における各相の配線が接続される。インバータ6の一端部と他端部とが直流配線8に接続される。 In the inverter 6, a pair of switch element trains 14 in which two switch elements 12 are connected in series are connected in parallel in three pairs. The wiring of each phase in the three-phase AC wiring 15 connected to the power load 7 is connected to each of the connection points of the two switch elements 12 in each switch element row 14. One end and the other end of the inverter 6 are connected to the DC wiring 8.

電力供給システム1は、同期発電機3を制御する制御装置16を備えている。制御装置16は、後述する態様で界磁電圧目標値Vf0を設定し、同期発電機3に出力する。制御装置16は、例えばCPU等の演算部、ROM、RAM等を備えた、マイクロコントローラ等のコンピュータにより構成される。後述する制御態様を実現する制御装置16は、同期機の励磁装置内に設けられた自動電圧調整器(AVR)の一機能として構成されてもよいし、AVRとは別の制御装置として構成されてもよい。 The power supply system 1 includes a control device 16 that controls a synchronous generator 3. The control device 16 sets the field voltage target value V f0 in the manner described later and outputs the field voltage target value to the synchronous generator 3. The control device 16 is composed of, for example, a computer such as a microcontroller equipped with a calculation unit such as a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The control device 16 that realizes the control mode described later may be configured as one function of the automatic voltage regulator (AVR) provided in the exciter of the synchronous machine, or may be configured as a control device different from the AVR. You may.

制御装置16は、同期発電機3が供給する電力を、同期発電機3の界磁電圧Vを操作することにより、制御するように構成される。同期発電機3の界磁電圧Vを操作することにより、同期発電機3が電力負荷7に供給する電力が制御され、電力負荷7に対する同期発電機3と蓄電装置4との間の負荷分担割合が調整される。このために、制御装置16は、蓄電装置4に流れる第1電流Ibatを取得する。なお、本明細書において、第1電流Ibatは、蓄電装置4から出る方向(蓄電装置4から放電される電流が流れる向き)を正の方向としている。 The control device 16 is configured to control the electric power supplied by the synchronous generator 3 by operating the field voltage V f of the synchronous generator 3. By operating the field voltage V f of the synchronous generator 3, the electric power supplied by the synchronous generator 3 to the electric power load 7 is controlled, and the load is shared between the synchronous generator 3 and the power storage device 4 with respect to the electric power load 7. The proportion is adjusted. For this purpose, the control device 16 acquires the first current I bat flowing through the power storage device 4. In the present specification, the first current I bat is in the positive direction in the direction out of the power storage device 4 (the direction in which the current discharged from the power storage device 4 flows).

さらに、制御装置16は、蓄電装置4の電圧Vbatまたは充電率SOC(State Of Charge)と、温度Tbatとを含む所定の蓄電装置パラメータを計測により取得する。さらに、制御装置16は、同期発電機3に流れる発電機電流を計測により取得する。本実施の形態において、制御装置16は、発電機電流として、ダイオード整流器5によって直流に変換された後の発電機電流(直流配線8を流れる電流)Igen_dcを計測により取得する。なお、これに代えて、制御装置16は、発電機電流として、ダイオード整流器5によって直流に変換される前の交流電流を取得してもよい。 Further, the control device 16 acquires a predetermined power storage device parameter including the voltage V bat or charge rate SOC (State Of Charge) of the power storage device 4 and the temperature T bat by measurement. Further, the control device 16 acquires the generator current flowing through the synchronous generator 3 by measurement. In the present embodiment, the control device 16 measures and acquires the generator current (current flowing through the DC wiring 8) I gen_dc after being converted to direct current by the diode rectifier 5 as the generator current. Instead of this, the control device 16 may acquire an alternating current before being converted to direct current by the diode rectifier 5 as a generator current.

図4は、図1に示す制御装置の制御ブロックの一例を示す模式図である。図4に示すように、制御装置16は、制御ブロックとして電流目標値生成部17と、電流偏差算出部18と、界磁電圧目標値生成部19とを含んでいる。 FIG. 4 is a schematic view showing an example of a control block of the control device shown in FIG. As shown in FIG. 4, the control device 16 includes a current target value generation unit 17, a current deviation calculation unit 18, and a field voltage target value generation unit 19 as control blocks.

電流目標値生成部17は、上記蓄電装置パラメータVbat,SOC,Tbatから蓄電装置4に流れる第1電流Ibatの電流目標値Ibat0を生成する。電流偏差算出部18は、電流目標値Ibat0から、計測した第1電流Ibatを差し引いた第1電流偏差ΔIbatを算出する。電流偏差算出部18は、例えば減算器により構成される。界磁電圧目標値生成部19は、第1電流偏差ΔIbatに基づいて同期発電機3の界磁電圧目標値Vf0を生成する。 Current target value generating unit 17 generates a current target value I BAT0 of the first current I bat flowing the electric storage device parameter V bat, SOC, from T bat storage device 4. The current deviation calculation unit 18 calculates the first current deviation ΔI bat by subtracting the measured first current I bat from the current target value I bat0 . The current deviation calculation unit 18 is composed of, for example, a subtractor. The field voltage target value generation unit 19 generates the field voltage target value V f0 of the synchronous generator 3 based on the first current deviation ΔI bat .

例えば、制御装置16は、蓄電装置4の充電率SOCが予め定められた基準範囲A内にあるか否かを判定し、それに応じて第1電流Ibatの電流目標値Ibat0を生成する。制御装置16は、蓄電装置4の充電率SOCが基準範囲A内にある場合に、第1電流Ibatの電流目標値Ibat0を0に設定する。界磁電圧目標値生成部19は、第1電流Ibatを電流目標値Ibat0=0にするような界磁電圧目標値Vf0を生成する。 For example, the controller 16 determines whether or not within the reference range A that the SOC of power storage device 4 is predetermined, to generate a current target value I BAT0 of the first current I bat accordingly. Controller 16, when the charging rate SOC of power storage device 4 is within the reference range A, the current target value I BAT0 of the first current I bat is set to 0. Field voltage target value generating unit 19 generates a field voltage target value V f0 such that the first current I bat to the current target value I bat0 = 0.

この結果、同期発電機3には、界磁電圧Vとして、生成された界磁電圧目標値Vf0が印加され、同期発電機3は、それに応じた交流電力を出力する。このように、制御装置16は、蓄電装置4の充電率SOCが基準範囲A内にある場合に、蓄電装置4に流れる第1電流Ibatが定常的に0になるように、同期発電機の界磁電圧Vを操作するよう構成されている。 As a result, the generated field voltage target value V f0 is applied to the synchronous generator 3 as the field voltage V f , and the synchronous generator 3 outputs the corresponding AC power. In this way, the control device 16 is a synchronous generator so that the first current I bat flowing through the power storage device 4 is constantly set to 0 when the charge rate SOC of the power storage device 4 is within the reference range A. It is configured to operate the field voltage V f .

上記基準範囲Aは、蓄電装置4への充電(電力吸収)および蓄電装置4からの放電(電力供給)を十分に行い得る範囲として設定される。例えば、上記基準範囲Aは、充電率SOCが30%以上70%以下である範囲に設定される。これに代えて、蓄電装置4の電圧Vbatに基づいた基準範囲Aを用いる場合、上記充電率SOCの範囲に対応する電圧範囲が基準範囲Aとして設定され得る。すなわち、充電率SOCが30%であるときの蓄電装置4の電圧VbatをV30とし、充電率SOCが70%であるときの蓄電装置4の電圧VbatをV70とすると、基準範囲Aは、V30≦A≦V70に設定され得る。以下の説明においても蓄電装置4の充電率SOCは、蓄電装置4の電圧Vbatに適宜読み替えることが可能である。 The reference range A is set as a range in which the power storage device 4 can be sufficiently charged (power absorption) and the power storage device 4 can be sufficiently discharged (power supply). For example, the reference range A is set to a range in which the charge rate SOC is 30% or more and 70% or less. Instead of this, when the reference range A based on the voltage V bat of the power storage device 4 is used, the voltage range corresponding to the range of the charge rate SOC can be set as the reference range A. That is, when the voltage V bat of power storage device 4 when the SOC is 30% and V 30, and V 70 the voltage V bat of power storage device 4 when the SOC is 70%, reference range A Can be set to V 30 ≤ A ≤ V 70 . Also in the following description, the charge rate SOC of the power storage device 4 can be appropriately read as the voltage V bat of the power storage device 4.

また、制御装置16は、蓄電装置4の充電率SOCが基準範囲Aの上限値(例えば充電率SOCが70%)を超えた場合に、第1電流Ibatの電流目標値Ibat0を所定の正の固定値C(>0)に設定する。界磁電圧目標値生成部19は、第1電流Ibatを電流目標値Ibat0=C(>0)にするような界磁電圧目標値Vf0を生成する。 Further, the control unit 16, when the upper limit value (e.g., the charging rate SOC of 70%) of the charging rate SOC is a reference range A of power storage device 4 exceeds a current target value I BAT0 of the first current I bat predetermined Set to a positive fixed value C (> 0). Field voltage target value generating unit 19 generates a field voltage target value V f0 such that the first current I bat to the current target value I bat0 = C (> 0) .

この結果、同期発電機3には、界磁電圧Vとして、生成された界磁電圧目標値Vf0が印加され、同期発電機3は、それに応じた交流電力を出力する。このように、制御装置16は、蓄電装置4の充電率SOCが基準範囲Aの上限値を超えた場合に、第1電流Ibatとして蓄電装置4から放電する電流が流れるように、同期発電機3の界磁電圧Vを操作するように構成されている。 As a result, the generated field voltage target value V f0 is applied to the synchronous generator 3 as the field voltage V f , and the synchronous generator 3 outputs the corresponding AC power. In this way, the control device 16 is a synchronous generator so that when the charge rate SOC of the power storage device 4 exceeds the upper limit value of the reference range A, the current discharged from the power storage device 4 flows as the first current I bat. It is configured to operate the field voltage V f of 3.

また、制御装置16は、蓄電装置4の電圧Vbatまたは充電率SOCが基準範囲Aの下限値(例えば充電率SOCが30%)を下回った場合に、第1電流Ibatの電流目標値Ibat0を所定の負の固定値−C(<0)に設定する。界磁電圧目標値生成部19は、第1電流Ibatを電流目標値Ibat0=−C(<0)にするような界磁電圧目標値Vf0を生成する。 Further, the control device 16 has a current target value I of the first current I bat when the voltage V bat or the charge rate SOC of the power storage device 4 falls below the lower limit value of the reference range A (for example, the charge rate SOC is 30%). bat0 is set to a predetermined negative fixed value −C (<0). Field voltage target value generating unit 19 generates a field voltage target value V f0 as to the first current I bat current target value I bat0 = -C (<0) .

この結果、同期発電機3には、界磁電圧Vとして、生成された界磁電圧目標値Vf0が印加され、同期発電機3は、それに応じた交流電力を出力する。このように、制御装置16は、蓄電装置4の電圧Vbatまたは充電率SOCが基準範囲Aの下限値を下回った場合に、第1電流Ibatとして蓄電装置4を充電する電流が流れるように、同期発電機3の界磁電圧Vを操作するように構成されている。 As a result, the generated field voltage target value V f0 is applied to the synchronous generator 3 as the field voltage V f , and the synchronous generator 3 outputs the corresponding AC power. As described above, when the voltage V bat or the charge rate SOC of the power storage device 4 falls below the lower limit of the reference range A, the control device 16 causes the current to charge the power storage device 4 to flow as the first current I bat. , It is configured to operate the field voltage V f of the synchronous generator 3.

なお、蓄電装置4の電圧Vbatまたは充電率SOCが基準範囲A外になった後、蓄電装置4の電圧または充電率が予め定められた復帰基準値になった場合、制御装置16は、蓄電装置4に流れる第1電流Ibatが定常的に0になるように、同期発電機の界磁電圧Vを操作する制御に復帰する。例えば、復帰基準値は、基準範囲Aの上限値より低い値かつ基準範囲Aの下限値より高い値に設定される。例えば、基準範囲Aの上限値が70%で、下限値が30%に設定される場合、復帰基準値は50%に設定される。蓄電装置4の電圧Vbatまたは充電率SOCが基準範囲Aの上限値を超えた場合の復帰基準値と、蓄電装置4の電圧Vbatまたは充電率SOCが基準範囲Aの下限値を下回った場合の復帰基準値とを異なる値としてもよい。 When the voltage V bat or charge rate SOC of the power storage device 4 falls outside the reference range A and then the voltage or charge rate of the power storage device 4 reaches a predetermined return reference value, the control device 16 stores power. The control returns to the control of operating the field voltage V f of the synchronous generator so that the first current I bat flowing through the device 4 is constantly set to 0. For example, the return reference value is set to a value lower than the upper limit value of the reference range A and a value higher than the lower limit value of the reference range A. For example, when the upper limit value of the reference range A is 70% and the lower limit value is set to 30%, the return reference value is set to 50%. When the voltage V bat or charge rate SOC of the power storage device 4 exceeds the upper limit value of the reference range A, the recovery reference value, and when the voltage V bat or charge rate SOC of the power storage device 4 falls below the lower limit value of the reference range A. The value may be different from the return reference value of.

さらに、制御装置16は、蓄電装置4の温度Tbatが予め定められた基準温度範囲B1内にあるか否かを判定し、それに応じて第1電流Ibatの電流目標値Ibat0を生成する。例えば、制御装置16は、蓄電装置4の温度Tbatが基準温度範囲B1外である場合、第1電流Ibatの電流目標値Ibat0の大きさに制限を加える。 Further, the control unit 16 determines whether or not within the reference temperature range B1 temperature T bat of power storage device 4 is predetermined, to generate a current target value I BAT0 of the first current I bat accordingly .. For example, the control unit 16, when the temperature T bat of power storage device 4 is the reference temperature range B1 outside, to limit the magnitude of the current target value I BAT0 of the first current I bat.

例えば、制御装置16は、蓄電装置4の温度Tbatが基準温度範囲B1外である場合、電流目標値Ibat0の大きさの最大値をD(<C)に設定する。これにより、蓄電装置4への充電または蓄電装置4からの放電を行う場合に、電流目標値Ibat0の大きさがCより小さい電流値Dに制限される(充電の場合、電流目標値Ibat0がCからDになり、放電の場合、電流目標値Ibat0が−Cから−Dになる)。なお、制御装置16は、蓄電装置4の温度Tbatが基準温度範囲B1内である場合、電流目標値Ibat0を制限しないでもよい。 For example, when the temperature T bat of the power storage device 4 is outside the reference temperature range B1, the control device 16 sets the maximum value of the current target value I bat 0 to D (<C). As a result, when charging the power storage device 4 or discharging from the power storage device 4, the magnitude of the current target value I bat0 is limited to the current value D smaller than C (in the case of charging, the current target value I bat0). Changes from C to D, and in the case of discharge, the current target value I bat0 changes from -C to -D). The control device 16, when the temperature T bat of power storage device 4 is within the reference temperature range B1, may not restrict the current target value I BAT0.

さらに、制御装置16は、蓄電装置4の温度Tbatが基準温度範囲B1より広い許容温度範囲B2外となったか否かを判定してもよい。例えば、制御装置16は、蓄電装置4の温度Tbatが許容温度範囲B2外である場合、第1電流Ibatの電流目標値Ibat0を、蓄電装置4の充電率SOCによらず0としてもよい。なお、蓄電装置パラメータには、蓄電装置4の温度Tbatは、含まれていなくてもよい(温度Tbatによる上記制限は行われなくてもよい)。 Further, the control device 16 may determine whether or not the temperature T bat of the power storage device 4 is outside the permissible temperature range B2 wider than the reference temperature range B1. For example, the control unit 16, when the temperature T bat of power storage device 4 is the allowable temperature range B2 outside, the current target value I BAT0 of the first current I bat, even 0 regardless of the SOC of power storage device 4 Good. The temperature T bat of the power storage device 4 may not be included in the power storage device parameter (the above limitation by the temperature T bat may not be applied).

上記構成によれば、同期発電機3と直流配線8との間には比較的安価なダイオード整流器5が設けられ、直流配線8には蓄電装置4が直接的に接続される。同期発電機3が供給する電力は、同期発電機3の界磁電圧Vを操作することにより、制御される。この結果、電力負荷7に対する同期発電機3と蓄電装置4との間の負荷分担割合が調整される。したがって、複数のスイッチング素子を含む複雑な機器(PWMコンバータ、DC−DCコンバータ)を不要とすることができ、簡単かつ安価な構成を実現しつつ、同期発電機3と蓄電装置4との間で電力の負荷分担を実現することができる。 According to the above configuration, a relatively inexpensive diode rectifier 5 is provided between the synchronous generator 3 and the DC wiring 8, and the power storage device 4 is directly connected to the DC wiring 8. The electric power supplied by the synchronous generator 3 is controlled by operating the field voltage V f of the synchronous generator 3. As a result, the load sharing ratio between the synchronous generator 3 and the power storage device 4 with respect to the power load 7 is adjusted. Therefore, it is possible to eliminate the need for complicated equipment (PWM converter, DC-DC converter) including a plurality of switching elements, and while realizing a simple and inexpensive configuration, between the synchronous generator 3 and the power storage device 4. It is possible to realize the load sharing of electric power.

さらに、上記構成によれば、蓄電装置4の電圧Vbatまたは充電率SOCが、蓄電装置4への充電(電力吸収)および蓄電装置4からの放電(電力供給)を十分に行い得る、予め定めた基準範囲A内にあるときに、負荷変動が生じた場合、同期発電機3より応答性の良い蓄電装置4が負荷変動に応じて余剰電力のほとんどを吸収したり、不足電力のほとんどを電力負荷7に供給したりする。これは、一般的に蓄電装置4の内部抵抗が同期発電機3の巻線インピーダンスより小さいためである。そして、このような負荷変動が生じた際には、蓄電装置4に流れる第1電流Ibatを定常的に0にするように同期発電機3の界磁電圧Vが変更される。 Further, according to the above configuration, the voltage V bat or the charge rate SOC of the power storage device 4 can sufficiently charge the power storage device 4 (power absorption) and discharge the power storage device 4 (power supply). If a load fluctuation occurs while the power is within the reference range A, the power storage device 4 having a better response than the synchronous generator 3 absorbs most of the surplus power or most of the insufficient power is powered according to the load fluctuation. It is supplied to the load 7. This is because the internal resistance of the power storage device 4 is generally smaller than the winding impedance of the synchronous generator 3. Then, when such a load fluctuation occurs, the field voltage V f of the synchronous generator 3 is changed so that the first current I bat flowing through the power storage device 4 is constantly set to 0.

この結果、負荷変動後の定常状態において、電力負荷7の変動分はすべて同期発電機3から供給される電力(の変動分)により賄われる。したがって、同期発電機3と蓄電装置4との間に複雑な制御を要するスイッチング素子を含む機器がなくても、同期発電機3と蓄電装置4との間で電力の負荷分担を容易に実現することができる。 As a result, in the steady state after the load fluctuation, all the fluctuations of the power load 7 are covered by (the fluctuations) of the electric power supplied from the synchronous generator 3. Therefore, even if there is no device including a switching element that requires complicated control between the synchronous generator 3 and the power storage device 4, the power load sharing between the synchronous generator 3 and the power storage device 4 can be easily realized. be able to.

さらに、蓄電装置4の電圧Vbatまたは充電率SOCが、基準範囲A外となり、蓄電装置4への充電または蓄電装置4からの放電を要する場合に、充電または放電に応じた第1電流Ibatが蓄電装置4に流れるように同期発電機3の界磁電圧Vが変更される。この結果、電力負荷7への電力供給を行いつつ蓄電装置4を充電または放電して蓄電装置4の電圧または充電率を、基準範囲A内に戻すことができる。 Further, when the voltage V bat or the charge rate SOC of the power storage device 4 is out of the reference range A and the power storage device 4 needs to be charged or discharged from the power storage device 4, the first current I bat corresponding to the charge or discharge is required. The field voltage V f of the synchronous generator 3 is changed so that the current flows through the power storage device 4. As a result, the voltage or charge rate of the power storage device 4 can be returned to the reference range A by charging or discharging the power storage device 4 while supplying power to the power load 7.

以下、界磁電圧目標値生成部19のより具体的な構成について説明する。本実施の形態において、界磁電圧目標値生成部19は、第1目標値生成部20と、第2電流偏差算出部21と、第2目標値生成部22とを含んでいる。 Hereinafter, a more specific configuration of the field voltage target value generation unit 19 will be described. In the present embodiment, the field voltage target value generation unit 19 includes a first target value generation unit 20, a second current deviation calculation unit 21, and a second target value generation unit 22.

第1目標値生成部20は、第1電流偏差ΔIbatから所定の第1係数を有する伝達関数G(s)に基づいて発電機電流目標値Igen0を生成する。第1目標値生成部20は、第1電流Ibatに基づく発電機電流Igen_dc(界磁電圧V)の制御波形を決定するように構成されている。第1目標値生成部20は、例えばPI制御器として構成される。この場合、伝達関数G(s)は、G(s)=Kp1(1+1/Ti1s)と表される。ここで、Kp1は第1比例ゲインであり、Ti1は、第1積分時間である。 The first target value generation unit 20 generates the generator current target value I gen 0 from the first current deviation ΔI bat based on the transfer function G 1 (s) having a predetermined first coefficient. The first target value generation unit 20 is configured to determine the control waveform of the generator current I gen_dc (field voltage V f ) based on the first current I bat . The first target value generation unit 20 is configured as, for example, a PI controller. In this case, the transfer function G 1 (s) is expressed as G 1 (s) = K p1 (1 + 1 / Ti1 s). Here, K p1 is the first proportional gain, and Ti 1 is the first integration time.

第2電流偏差算出部21は、発電機電流目標値Igen0から、計測した発電機電流Igen_dcを差し引いた第2電流偏差ΔIgenを生成する。第2目標値生成部22は、第2電流偏差ΔIgenから所定の第2係数を有する伝達関数G(s)に基づいて界磁電圧目標値Vf0を生成する。第2目標値生成部22も、例えばPI制御器として構成される。この場合、伝達関数G(s)は、G(s)=Kp2(1+1/Ti2s)と表される。ここで、Kp2は第2比例ゲインであり、Ti2は、第2積分時間である。 The second current deviation calculation unit 21 generates a second current deviation ΔI gen by subtracting the measured generator current I gen_dc from the generator current target value I gen0 . The second target value generation unit 22 generates the field voltage target value V f0 from the second current deviation ΔI gen based on the transfer function G 2 (s) having a predetermined second coefficient. The second target value generation unit 22 is also configured as, for example, a PI controller. In this case, the transfer function G 2 (s) is expressed as G 2 (s) = K p2 (1 + 1 / Ti2 s). Here, K p2 is the second proportional gain, and Ti 2 is the second integration time.

これによれば、第1電流偏差ΔIbatから同期発電機3に流れる発電機電流Igen_dcの目標値として発電機電流目標値Igen0が生成され、その発電機電流目標値Igen0と現在の発電機電流Igen_dcとの偏差ΔIgenから界磁電圧目標値Vf0が生成される。これにより、発電機電流Igen_dcが制御パラメータの1つとして用いられるため、制御系をより安定化させることができる。 According to this, the generator current target value I gen0 is generated as the target value of the generator current I gen_dc flowing from the first current deviation ΔI bat to the synchronous generator 3, and the generator current target value I gen0 and the current power generation are generated. The field voltage target value V f0 is generated from the deviation ΔI gen from the machine current I gen_dc . As a result, the generator current I gen_dc is used as one of the control parameters, so that the control system can be further stabilized.

また、この構成によれば、発電機電流Igen_dcが制御パラメータの1つとして用いられるため、発電機電流Igen_dcに制限を設けることが容易となる。例えば、第1目標値生成部20は、伝達関数G(s)に基づいて生成された発電機電流目標値Igen0を所定の電流範囲に制限する制限器(リミッタ)を備えてもよい。これにより、負荷変動によって意図しない過電流が同期発電機3に流れることを防止することができる。 Further, according to this configuration, since the generator current I gen_dc is used as one of the control parameters, it becomes easy to set a limit on the generator current I gen_dc . For example, the first target value generation unit 20 may include a limiter (limiter) that limits the generator current target value I gen 0 generated based on the transfer function G 1 (s) to a predetermined current range. This makes it possible to prevent an unintended overcurrent from flowing to the synchronous generator 3 due to load fluctuations.

第1目標値生成部20における第1係数は、第1電流偏差ΔIbatが所定値から0に収束するまでの収束時間が同期発電機3を駆動する原動機2の応答性能に合わせた収束時間となるように設定され得る。伝達関数G(s)が収束時間に寄与する複数の係数を含む場合、そのうちの1つの係数が上記のように調整されてもよいし、複数の係数のうちの2以上の係数が上記のように調整されてもよい。 The first coefficient in the first target value generation unit 20 is the convergence time until the first current deviation ΔI bat converges from a predetermined value to 0, and the convergence time according to the response performance of the prime mover 2 driving the synchronous generator 3. Can be set to be. When the transfer function G 1 (s) contains a plurality of coefficients that contribute to the convergence time, one of the coefficients may be adjusted as described above, and two or more of the plurality of coefficients are described above. It may be adjusted as follows.

本実施の形態において、伝達関数G(s)は、第1係数として利用可能な係数として、第1比例ゲインKp1および第1積分時間Ti1を含んでいる。すなわち、第1目標値生成部20における第1比例ゲインKp1および/または第1積分時間Ti1は、第1電流偏差ΔIbatが所定値から0に収束するまでの収束時間が同期発電機3を駆動する原動機2の応答性能に合わせた収束時間となるように設定され得る。例えば、第1比例ゲインKp1を大きくすることで収束時間は短くなり、第1比例ゲインKp1を小さくすることで収束時間は長くなる。また、例えば、第1積分時間Ti1を小さくすることで収束時間は短くなり、第1積分時間Ti1を大きくすることで収束時間は長くなる。 In this embodiment, the transfer function G 1 (s) is, as an available coefficient as the first coefficient, and includes a first proportional gain K p1 and the first integration time T i1. That is, in the first proportional gain K p1 and / or the first integration time Ti1 in the first target value generation unit 20, the convergence time until the first current deviation ΔI bat converges from a predetermined value to 0 is the synchronous generator 3 The convergence time may be set to match the response performance of the prime mover 2 that drives the motor 2. For example, increasing the first proportional gain K p1 shortens the convergence time, and decreasing the first proportional gain K p1 increases the convergence time. Further, for example, the convergence time is shortened by reducing the first integration time T i1, convergence time becomes longer by increasing the first integration time T i1.

これによれば、負荷変動時における発電機電流Igen_dcの応答(速度変化)を、同期発電機3を駆動する原動機2の応答性能に合わせることができる。これにより、電力負荷の変動に対して同期発電機3に接続された原動機2への負荷変動が緩やかになる。このため、原動機2の燃費を向上し得る。また、原動機2がガスエンジン等である場合には、黒鉛の排出を抑制することもできる。また、発電機電流Igen_dcの速度変化が原動機2の出力変化の制限範囲内になるように収束時間を調整することにより、電力負荷7の急変が生じても原動機2がトリップすることを未然に防止することができる。 According to this, the response (speed change) of the generator current I gen_dc at the time of load fluctuation can be matched with the response performance of the prime mover 2 for driving the synchronous generator 3. As a result, the load fluctuation on the prime mover 2 connected to the synchronous generator 3 becomes gentle with respect to the fluctuation of the power load. Therefore, the fuel efficiency of the prime mover 2 can be improved. Further, when the prime mover 2 is a gas engine or the like, the emission of graphite can be suppressed. Further, by adjusting the convergence time so that the speed change of the generator current I gen_dc is within the limit range of the output change of the prime mover 2, the prime mover 2 can be prevented from tripping even if the power load 7 suddenly changes. Can be prevented.

なお、収束時間は、第2目標値生成部22における第2係数(第2比例ゲインKp2および/または第2積分時間Ti2)を変化させることによっても変化し得る。ただし、第1目標値生成部20における第1比例ゲインKp1および/または第1積分時間Ti1を用いて収束時間を設定することにより、第1電流Ibatの第1電流偏差ΔIbatに対する収束時間としてより直接的な設定を行うことができる。 The convergence time can also be changed by changing the second coefficient (second proportional gain K p2 and / or second integration time Ti 2) in the second target value generation unit 22. However, by setting the convergence time using the first proportional gain K p1 and / or the first integration time Ti1 in the first target value generation unit 20, the convergence of the first current I bat with respect to the first current deviation ΔI bat . You can set the time more directly.

[シミュレーション結果]
図5から図7は、本実施の形態における同期発電機の制御シミュレーションの結果を示すグラフである。図5は、蓄電装置4の充電率SOCが基準範囲A(30%〜70%)内にある場合の各種電流および電圧値の時間的変化を示すグラフである。図5において、グラフ(5a)は、直流配線8における直流電圧のグラフである。グラフ(5b)は、第1電流Ibatおよび電流目標値Ibat0のグラフである。グラフ(5c)は、発電機電流Igen_dcおよび発電機電流目標値Igen0のグラフである。グラフ(5d)は、界磁電圧Vのグラフである。グラフ(5e)は、電力負荷7に流れる負荷電流Iloadを発電機電流Igen_dcおよび第1電流Ibatとともに表したグラフである。
[simulation result]
5 to 7 are graphs showing the results of the control simulation of the synchronous generator according to the present embodiment. FIG. 5 is a graph showing changes over time in various currents and voltage values when the charge rate SOC of the power storage device 4 is within the reference range A (30% to 70%). In FIG. 5, the graph (5a) is a graph of the DC voltage in the DC wiring 8. Graph (5b) is a graph of the first current I bat and the current target value I BAT0. The graph (5c) is a graph of the generator current I gen_dc and the generator current target value I gen 0 . The graph (5d) is a graph of the field voltage V f . The graph (5e) is a graph showing the load current I load flowing through the power load 7 together with the generator current I gen_dc and the first current I bat .

図5に示すシミュレーションでは、グラフ(5d)に示されるように、シミュレーション開始時に同期発電機3(原動機2)を始動し、開始から2秒後に負荷電流Iloadが0から200Aにステップ的に(階段状に)増加し、開始から6秒後に負荷電流Iloadが元の0にステップ的に戻る場合をシミュレートしている。 In the simulation shown in FIG. 5, as shown in the graph (5d), the synchronous generator 3 (motor 2) is started at the start of the simulation, and the load current I load gradually changes from 0 to 200 A 2 seconds after the start ( It is simulating the case where the load current I load gradually returns to the original 0 6 seconds after the start (stepwise).

開始から2秒後に負荷電流が増加すると、グラフ(5b)に示すように、同期発電機3より応答性の良い蓄電装置4が負荷変動に応じて不足電力を電力負荷7に供給するべく、第1電流Ibatが瞬時に放電側(正の方向)に立ち上がる。これにより、グラフ(5d)に示すように、制御装置16は、第1電流Ibatを定常的に0にする(戻す)ように同期発電機3の界磁電圧Vを増大させる。この結果、グラフ(5c)に示すように、発電機電流Igen_dcが第1電流Ibatの立ち上がりに遅れて増加し始める。この際、発電機電流Igen_dcは、PI制御に基づいて増加する。 When the load current increases 2 seconds after the start, as shown in the graph (5b), the power storage device 4 having a better response than the synchronous generator 3 supplies the power load 7 with insufficient power according to the load fluctuation. 1 current I bat instantly rises to the discharge side (positive direction). As a result, as shown in the graph (5d), the control device 16 increases the field voltage V f of the synchronous generator 3 so that the first current I bat is constantly set to 0 (returned). As a result, as shown in the graph (5c), the generator current I gen_dc starts to increase later than the rise of the first current I bat . At this time, the generator current I gen_dc increases based on PI control.

発電機電流Igen_dcが増加し始めることにより、第1電流Ibatは減少し、第1電流Ibatが0になったところで静定する。この結果、グラフ(5e)に示すように、電力負荷7に供給される電力は、すべて同期発電機3から供給される電力で賄われる。 As the generator current I gen_dc starts to increase, the first current I bat decreases, and when the first current I bat becomes 0, it is settled. As a result, as shown in the graph (5e), all the electric power supplied to the electric power load 7 is covered by the electric power supplied from the synchronous generator 3.

開始から6秒後に負荷電流が減少すると、グラフ(5b)に示すように、同期発電機3より応答性の良い蓄電装置4が負荷変動に応じて余剰電力を吸収するべく、第1電流Ibatが瞬時に充電側(負の方向)に立ち上がる。これにより、グラフ(5d)に示すように、制御装置16は、第1電流Ibatを定常的に0にする(戻す)ように同期発電機3の界磁電圧Vを減少させる。この結果、グラフ(5c)に示すように、発電機電流Igen_dcが第1電流Ibatの負の方向の立ち上がりに遅れて減少し始める。この際、発電機電流Igen_dcは、PI制御に基づいて減少する。 When the load current decreases 6 seconds after the start, as shown in the graph (5b), the first current I bat so that the power storage device 4 having a better response than the synchronous generator 3 absorbs the surplus power according to the load fluctuation. Instantly rises to the charging side (negative direction). As a result, as shown in the graph (5d), the control device 16 reduces the field voltage V f of the synchronous generator 3 so that the first current I bat is constantly set to 0 (returned). As a result, as shown in the graph (5c), the generator current I gen_dc starts to decrease behind the rising of the first current I bat in the negative direction. At this time, the generator current I gen_dc decreases based on PI control.

発電機電流Igen_dcが減少し始めることにより、第1電流Ibatは減少(0に近づき)し、第1電流Ibatが0になったところで静定する。この結果、グラフ(5e)に示すように、電力負荷7に供給される電力は、すべて同期発電機3から供給される電力で賄われる。 As the generator current I gen_dc starts to decrease, the first current I bat decreases (approaches 0), and when the first current I bat becomes 0, it is settled. As a result, as shown in the graph (5e), all the electric power supplied to the electric power load 7 is covered by the electric power supplied from the synchronous generator 3.

このように、図5のグラフによれば、本シミュレーションによって、蓄電装置4の充電率SOCが基準範囲A内にあるときに、負荷変動が生じた場合、同期発電機3より応答性の良い蓄電装置4が負荷変動に応答し、その後、同期発電機3の界磁電圧Vの変化により、その負荷変動後の電力が同期発電機3により賄われることが、本実施の形態における電力供給システム1によって実現されることが示されている。 As described above, according to the graph of FIG. 5, when the load fluctuation occurs when the charge rate SOC of the power storage device 4 is within the reference range A by this simulation, the power storage is more responsive than the synchronous generator 3. The power supply system according to the present embodiment is that the apparatus 4 responds to the load fluctuation, and then the power after the load fluctuation is covered by the synchronous generator 3 due to the change in the field voltage V f of the synchronous generator 3. It is shown to be realized by 1.

図6は、蓄電装置4の充電率SOCが基準範囲Aの下限値(30%)未満になる場合の各種電流値、電圧値および充電率の時間的変化を示すグラフである。図6において、グラフ(6a)は、直流配線8における直流電圧のグラフである。グラフ(6b)は、蓄電装置4の充電率SOCのグラフである。グラフ(6c)は、第1電流Ibatおよび電流目標値Ibat0のグラフである。グラフ(6d)は、電力負荷7に流れる負荷電流Iloadを発電機電流Igen_dcとともに表したグラフである。 FIG. 6 is a graph showing changes over time in various current values, voltage values, and charge rates when the charge rate SOC of the power storage device 4 is less than the lower limit value (30%) of the reference range A. In FIG. 6, the graph (6a) is a graph of the DC voltage in the DC wiring 8. The graph (6b) is a graph of the charge rate SOC of the power storage device 4. Graph (6c) is a graph of the first current I bat and the current target value I BAT0. The graph (6d) is a graph showing the load current I load flowing through the power load 7 together with the generator current I gen_dc .

図6に示すシミュレーションでは、グラフ(6d)に示されるように、シミュレーション開始時に同期発電機3(原動機2)を始動し、開始から2秒後から徐々に(ランプ関数的に)負荷電流が増加する場合をシミュレートしている。 In the simulation shown in FIG. 6, as shown in the graph (6d), the synchronous generator 3 (motor 2) is started at the start of the simulation, and the load current gradually increases (ramp function) from 2 seconds after the start. Simulates the case.

開始時において、蓄電装置4の充電率SOCは、基準範囲A内(30%以上70%以下)である。開始から2秒後から徐々に負荷電流Iloadが増加すると、図5に示すシミュレーションと同様に、蓄電装置4が負荷変動に応答し、第1電流Ibatが立ち上がる(グラフ(6c))。これに伴い、制御装置16は、第1電流Ibatを定常的に0にする(戻す)ように同期発電機3の界磁電圧Vを増加させる。 At the start, the charge rate SOC of the power storage device 4 is within the reference range A (30% or more and 70% or less). When the load current I load gradually increases from 2 seconds after the start, the power storage device 4 responds to the load fluctuation and the first current I bat rises as in the simulation shown in FIG. 5 (graph (6c)). Along with this, the control device 16 increases the field voltage V f of the synchronous generator 3 so that the first current I bat is constantly set to 0 (returned).

しかし、負荷電流は増大し続けるため、蓄電装置4から放電される電流(第1電流)Ibatは減少に転じることなく増加し続け、この結果、グラフ(6b)に示すように、蓄電装置4の充電率SOCは低下し続ける。このとき、グラフ(6d)に示すように、発電機電流Igen_dcも増加し続けるが、応答遅れの分だけ、負荷電流より第1電流Ibatの負担分だけ少ない電流値で推移(増加)する。 However, since the load current continues to increase, the current (first current) I bat discharged from the power storage device 4 continues to increase without turning to decrease, and as a result, as shown in the graph (6b), the power storage device 4 Charge rate SOC continues to decline. At this time, as shown in the graph (6d), the generator current I gen_dc also continues to increase, but changes (increases) with a current value that is less than the load current by the burden of the first current I bat due to the response delay. ..

開始から5.4秒あたりで充電率SOCが基準範囲Aの下限値である30%に達すると、制御装置16は、第1電流Ibatの電流目標値Ibat0を所定の負の固定値−C(<0)に設定する(グラフ(6c))。本シミュレーションにおいて、所定の負の固定値−Cは、−50Aである。 When the charge rate SOC reaches 30%, which is the lower limit of the reference range A, within 5.4 seconds from the start, the control device 16 sets the current target value I bat 0 of the first current I bat to a predetermined negative fixed value-. Set to C (<0) (graph (6c)). In this simulation, the predetermined negative fixed value −C is −50A.

これに伴い、制御装置16は、蓄電装置4を充電するように同期発電機3の界磁電圧Vを増加させる。このとき、グラフ(6d)に示すように、発電機電流Igen_dcは、負荷電流Iloadより大きくなり、その差分が蓄電装置4を充電する電流(グラフ(6c))となる。これによって、グラフ(6b)に示すように、蓄電装置4の充電率SOCは上昇に転じる。なお、本シミュレーションにおいては、復帰基準値が50%に設定されている。したがって、蓄電装置4の充電率SOCが基準範囲Aの下限値(30%)以上となっても充電率SOCの上昇が継続される。 Along with this, the control device 16 increases the field voltage V f of the synchronous generator 3 so as to charge the power storage device 4. At this time, as shown in the graph (6d), the generator current I gen_dc becomes larger than the load current I load , and the difference becomes the current (graph (6c)) for charging the power storage device 4. As a result, as shown in the graph (6b), the charge rate SOC of the power storage device 4 starts to increase. In this simulation, the return reference value is set to 50%. Therefore, even if the charge rate SOC of the power storage device 4 becomes equal to or higher than the lower limit value (30%) of the reference range A, the charge rate SOC continues to increase.

このように、図6のグラフによれば、本シミュレーションによって、蓄電装置4の充電率SOCが基準範囲Aから外れた場合に、蓄電装置4を充電(または放電)するような第1電流Ibatが流れるように同期発電機3の界磁電圧Vが調整されることが示されている。 As described above, according to the graph of FIG. 6, when the charge rate SOC of the power storage device 4 deviates from the reference range A by this simulation, the first current I bat that charges (or discharges) the power storage device 4 It is shown that the field voltage V f of the synchronous generator 3 is adjusted so that the current flows.

図7は、図5に示すシミュレーションを、界磁電圧目標値生成部19(第1目標値生成部20)の第1ゲインKp1を小さくすることで収束時間を長くした場合(Tc1からTc2(<Tc1)にした場合)の各種電流および電圧値の時間的変化を示すグラフである。図7において、グラフ(7a)は、直流配線8における直流電圧のグラフである。グラフ(7b)は、第1電流Ibatおよび電流目標値Ibat0のグラフである。グラフ(7c)は、発電機電流Igen_dcおよび発電機電流目標値Igen0のグラフである。グラフ(7d)は、界磁電圧Vのグラフである。グラフ(7e)は、電力負荷7に流れる負荷電流を発電機電流Igen_dcおよび第1電流Ibatとともに表したグラフである。 FIG. 7 shows the simulation shown in FIG. 5 when the convergence time is lengthened by reducing the first gain K p1 of the field voltage target value generation unit 19 (first target value generation unit 20) (T c1 to T). It is a graph which shows the time change of various current and voltage values of c2 (when <T c1 ) is set). In FIG. 7, the graph (7a) is a graph of the DC voltage in the DC wiring 8. Graph (7b) is a graph of the first current I bat and the current target value I BAT0. The graph (7c) is a graph of the generator current I gen_dc and the generator current target value I gen 0 . The graph (7d) is a graph of the field voltage V f . The graph (7e) is a graph showing the load current flowing through the power load 7 together with the generator current I gen_dc and the first current I bat .

図7に示すシミュレーションでは、グラフ(7d)に示されるように、シミュレーション開始時に同期発電機3(原動機2)を始動し、開始から2秒後に負荷電流が0から150Aにステップ的に(階段状に)増加する場合をシミュレートしている。 In the simulation shown in FIG. 7, as shown in the graph (7d), the synchronous generator 3 (motor 2) is started at the start of the simulation, and the load current is stepped from 0 to 150 A 2 seconds after the start (stepped). (To) Simulates the case of increase.

図7に示すシミュレーションにおいても、図5に示すシミュレーションと同様に、開始から2秒後の負荷変動によって、同期発電機3より応答性の良い蓄電装置4が負荷変動に応答し、その後、同期発電機3の界磁電圧Vの変化により、その負荷変動後の電力が同期発電機3により賄われる。 In the simulation shown in FIG. 7, similarly to the simulation shown in FIG. 5, the power storage device 4 having a better response than the synchronous generator 3 responds to the load fluctuation due to the load fluctuation 2 seconds after the start, and then the synchronous power generation. Due to the change in the field voltage V f of the machine 3, the electric power after the load change is supplied by the synchronous generator 3.

ただし、本シミュレーションにおいては、収束時間Tc2が図5のシミュレーションにおける収束時間Tc1より長く設定されているため、立ち上がった第1電流Ibatが再び0に戻るまでの時間が図5に示すシミュレーションより2秒程度長くなっている。このように、図7のグラフによれば、本シミュレーションによって、図5に示すシミュレーションに比べて同期発電機3ひいては原動機2の負荷変動を緩やかにすることが示されている。 However, in this simulation, since the convergence time T c2 is set longer than the convergence time T c1 in the simulation of FIG. 5, the time until the rising first current I bat returns to 0 again is the simulation shown in FIG. It is about 2 seconds longer than that. As described above, according to the graph of FIG. 7, it is shown that the load fluctuation of the synchronous generator 3 and thus the prime mover 2 is made gentler by this simulation as compared with the simulation shown in FIG.

[他の実施の形態]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
[Other embodiments]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements, changes, and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施の形態においては、発電機電流Igen_dcを制御パラメータの1つとして用いて界磁電圧目標値Vf0を生成する態様を説明したが、これに限られない。例えば、界磁電圧目標値生成部19は、電流偏差算出部18から出力される第1電流偏差ΔIbatをそのまま界磁電圧目標値Vf0として出力してもよいし、第1電流偏差ΔIbatに所定の係数を掛けた値を界磁電圧目標値Vf0として出力してもよい。また、界磁電圧目標値生成部19は、電流偏差算出部18から出力される第1電流偏差ΔIbatに対して所定のフィルタ処理等を適用して界磁電圧目標値Vf0を生成してもよい。 For example, in the above embodiment, the mode of generating the field voltage target value V f0 by using the generator current I gen_dc as one of the control parameters has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the field voltage target value generation unit 19 may output the first current deviation ΔI bat output from the current deviation calculation unit 18 as it is as the field voltage target value V f0 , or the first current deviation ΔI bat. May be output as the field voltage target value V f0 by multiplying by a predetermined coefficient. Further, the field voltage target value generation unit 19 generates a field voltage target value V f0 by applying a predetermined filter process or the like to the first current deviation ΔI bat output from the current deviation calculation unit 18. May be good.

また、制御装置16が同期発電機3(励磁部3a)に出力する信号は、界磁電圧目標値Vf0に代えて、界磁電圧Vを生成するために励磁部3aに設けられたPWM電源の通流率(デューティ比)を直接示す信号であってもよい。 Further, the signal output by the control device 16 to the synchronous generator 3 (excitation unit 3a) is a PWM provided in the excitation unit 3a to generate the field voltage V f instead of the field voltage target value V f0. It may be a signal that directly indicates the flow rate (duty ratio) of the power supply.

また、上記実施の形態においては、制御装置16が、蓄電装置4の電圧または充電率が予め定めた基準範囲Aの上限値を超えた場合に、第1電流Ibatとして蓄電装置4から放電する電流が流れるように、同期発電機3の界磁電圧Vを操作する態様を例示したが、これに代えて、蓄電装置4の電圧または充電率が基準範囲Aの上限値を超えた場合に、同期発電機3を停止させてもよい。 Further, in the above embodiment, when the voltage or charge rate of the power storage device 4 exceeds the upper limit value of the predetermined reference range A, the control device 16 discharges from the power storage device 4 as the first current I bat. An embodiment in which the field voltage V f of the synchronous generator 3 is operated so that a current flows is illustrated, but instead, when the voltage or charge rate of the power storage device 4 exceeds the upper limit of the reference range A, , The synchronous generator 3 may be stopped.

例えば、制御装置16は、原動機2を停止させることにより、同期発電機3を停止させる。これにより、電力負荷7における負荷上昇分は、すべて蓄電装置4が負担することになるため、蓄電装置4から電力が電力負荷7に供給される。この結果、蓄電装置4の電圧または充電率は、低減し、蓄電装置4の電圧または充電率を、基準範囲A内に戻すことができる。さらに、同期発電機3を駆動する原動機2を停止することで、燃費低減を図ることができる。 For example, the control device 16 stops the synchronous generator 3 by stopping the prime mover 2. As a result, the power storage device 4 bears all the load increase in the power load 7, so that power is supplied from the power storage device 4 to the power load 7. As a result, the voltage or charge rate of the power storage device 4 can be reduced, and the voltage or charge rate of the power storage device 4 can be returned to within the reference range A. Further, the fuel consumption can be reduced by stopping the prime mover 2 that drives the synchronous generator 3.

さらに、制御装置16は、蓄電装置4の電圧または充電率が基準範囲Aの上限値を超えた場合に、第1電流Ibatとして蓄電装置4から放電する電流が流れるように、同期発電機3の界磁電圧Vを操作し、さらに、その上限値より大きい許容値を超えた場合に、同期発電機3を停止させてもよい。すなわち、蓄電装置4の電圧または充電率が基準範囲Aの上限値より大きく許容値以下の場合に、上記実施の形態と同様の制御を行い、許容値を超えた場合に、同期発電機3を停止させてもよい。 Further, the control device 16 controls the synchronous generator 3 so that when the voltage or charge rate of the power storage device 4 exceeds the upper limit value of the reference range A, the current discharged from the power storage device 4 flows as the first current I bat. The field voltage V f of the above may be operated, and the synchronous generator 3 may be stopped when the allowable value larger than the upper limit value thereof is exceeded. That is, when the voltage or charge rate of the power storage device 4 is larger than the upper limit value of the reference range A and is equal to or less than the allowable value, the same control as in the above embodiment is performed, and when the allowable value is exceeded, the synchronous generator 3 is operated. You may stop it.

なお、同期発電機3を停止させるためには、必ずしも原動機2を停止させなくてもよい。例えば、原動機2と同期発電機3との間に、両者の接続を解除可能なクラッチ機構を備え、基準範囲Aの上限値を超えた場合または許容値を超えた場合に、当該クラッチ機構により同期発電機3を原動機2から切り離し、同期発電機3を停止させてもよい。また、同期発電機3の停止時に同期発電機3とダイオード整流器5との接続を解除してもよい。例えば、同期発電機3とダイオード整流器5との間に遮断器を設け、同期発電機3の停止時にその遮断器を開くようにしてもよい。 In addition, in order to stop the synchronous generator 3, it is not always necessary to stop the prime mover 2. For example, a clutch mechanism capable of disengaging the connection between the prime mover 2 and the synchronous generator 3 is provided, and when the upper limit value of the reference range A or the allowable value is exceeded, the clutch mechanism synchronizes with the clutch mechanism. The generator 3 may be disconnected from the prime mover 2 and the synchronous generator 3 may be stopped. Further, the connection between the synchronous generator 3 and the diode rectifier 5 may be disconnected when the synchronous generator 3 is stopped. For example, a circuit breaker may be provided between the synchronous generator 3 and the diode rectifier 5, and the circuit breaker may be opened when the synchronous generator 3 is stopped.

また、同期発電機3を停止させた後、蓄電装置4の電圧または充電率が予め定められた再開基準値以下になった場合、制御装置16は、同期発電機3の運転を再開する。例えば、再開基準値は、蓄電装置4の電圧または充電率が基準範囲Aの上限値より低い値に設定される。例えば蓄電装置4の充電率における基準範囲Aの上限値が70%である場合、再開基準値は、50%に設定されてもよい。これにより、蓄電装置4の電圧または充電率が基準範囲Aの上限値付近で変動した場合に、同期発電機3の運転および停止が頻繁に起きることを防止することができる。 Further, after the synchronous generator 3 is stopped, when the voltage or the charging rate of the power storage device 4 becomes equal to or less than a predetermined restart reference value, the control device 16 restarts the operation of the synchronous generator 3. For example, the restart reference value is set to a value at which the voltage or charge rate of the power storage device 4 is lower than the upper limit value of the reference range A. For example, when the upper limit value of the reference range A in the charge rate of the power storage device 4 is 70%, the restart reference value may be set to 50%. Thereby, when the voltage or the charging rate of the power storage device 4 fluctuates near the upper limit value of the reference range A, it is possible to prevent the synchronous generator 3 from being frequently started and stopped.

また、上記実施の形態において、基準範囲Aの上限値を超えた場合に設定される第1電流Ibatの電流目標値Ibat0の大きさと基準範囲Aの下限値を下回った場合に設定される第1電流Ibatの電流目標値Ibat0の大きさとは同じ値(C)としたが、これに限られず、符号が異なるだけでなく、互いに異なる大きさに設定されてもよい。 Further, in the above embodiment, is set when the lower limit value of the first current I bat current target value I BAT0 measurement and reference range A that is set when it exceeds the upper limit of the reference range A the magnitude of the current target value I BAT0 of the first current I bat has been the same value (C), is not limited to this, the code is not only different, it may be set to different sizes.

また、上記実施の形態で説明した電力供給システム1は、例えば、船舶、鉄道、航空機等の移動体の電源装置、または、マイクログリッド等の分散型電源システムにおける電源装置等、同期発電機を用いた種々の電源装置に適用可能である。 Further, the power supply system 1 described in the above embodiment uses a synchronous generator such as a power supply device for a moving body such as a ship, a railroad, or an aircraft, or a power supply device in a distributed power supply system such as a microgrid. It can be applied to various power supply devices.

本発明は、簡単かつ安価な構成で、同期発電機と蓄電装置との間で電力の負荷分担を実現するために有用である。 The present invention is useful for realizing power load sharing between a synchronous generator and a power storage device with a simple and inexpensive configuration.

1 電力供給システム
3 同期発電機
4 蓄電装置
5 ダイオード整流器
6 インバータ
7 電力負荷
8 直流配線
16 制御装置
17 電流目標値生成部
18 第1電流偏差算出部
19 界磁電圧目標値生成部
20 第1目標値生成部
21 第2電流偏差算出部
22 第2目標値生成部
1 Power supply system 3 Synchronous generator 4 Power storage device 5 Diode rectifier 6 Inverter 7 Power load 8 DC wiring 16 Control device 17 Current target value generation unit 18 1st current deviation calculation unit 19 Field voltage target value generation unit 20 1st target Value generation unit 21 Second current deviation calculation unit 22 Second target value generation unit

Claims (12)

電力供給システムにおける同期発電機の制御装置であって、
前記電力供給システムは、
巻線界磁型の前記同期発電機と、
前記同期発電機から出力される第1交流電力を直流電力に整流するダイオード整流器と、
前記直流電力を第2交流電力に変換し、交流側に接続される電力負荷に前記第2交流電力を供給するインバータと、
前記ダイオード整流器の直流側と前記インバータの直流側とを接続する直流配線と、
前記直流配線に直接的に接続される蓄電装置と、を備え、
前記制御装置は、前記同期電動機が供給する電力を、前記同期発電機の界磁電圧を操作することにより、制御するように構成される、同期発電機の制御装置。
It is a control device for a synchronous generator in a power supply system.
The power supply system
With the winding field type synchronous generator,
A diode rectifier that rectifies the first AC power output from the synchronous generator into DC power, and
An inverter that converts the DC power into a second AC power and supplies the second AC power to a power load connected to the AC side.
The DC wiring that connects the DC side of the diode rectifier and the DC side of the inverter,
A power storage device that is directly connected to the DC wiring is provided.
The control device is a control device for a synchronous generator, which is configured to control the electric power supplied by the synchronous motor by manipulating the field voltage of the synchronous generator.
前記制御装置は、前記同期電動機が供給する電力を制御することにより、前記電力負荷に対する前記同期発電機と前記蓄電装置との間の負荷分担割合を調整する、請求項1に記載の同期発電機の制御装置。 The synchronous generator according to claim 1, wherein the control device adjusts the load sharing ratio between the synchronous generator and the power storage device with respect to the electric power load by controlling the electric power supplied by the synchronous motor. Control device. 前記蓄電装置の電圧または充電率が予め定めた基準範囲内にあるか否かを判定し、
前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲内にある場合に、前記蓄電装置に流れる第1電流が定常的に0になるように、前記同期発電機の界磁電圧を操作する、請求項1または2に記載の同期発電機の制御装置。
It is determined whether or not the voltage or charge rate of the power storage device is within a predetermined reference range.
The field voltage of the synchronous generator is operated so that the first current flowing through the power storage device is constantly set to 0 when the voltage or charge rate of the power storage device is within the reference range. The control device for the synchronous generator according to 1 or 2.
前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲の上限値を超えた場合に、前記第1電流として前記蓄電装置から放電する電流が流れるように、前記同期発電機の界磁電圧を操作する、請求項3に記載の同期発電機の制御装置。 When the voltage or charge rate of the power storage device exceeds the upper limit of the reference range, the field voltage of the synchronous generator is operated so that the current discharged from the power storage device flows as the first current. The control device for the synchronous generator according to claim 3. 前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲の上限値を超えた場合に、前記同期発電機を停止させる、請求項3に記載の同期発電機の制御装置。 The control device for a synchronous generator according to claim 3, wherein the synchronous generator is stopped when the voltage or charge rate of the power storage device exceeds the upper limit value of the reference range. 前記制御装置は、前記同期発電機の停止後、前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲の上限値より小さい予め定められた起動基準値以下になった場合に、前記同期発電機の運転を再開する、請求項5に記載の同期発電機の制御装置。 After the synchronous generator is stopped, the control device operates the synchronous generator when the voltage or charge rate of the power storage device becomes equal to or less than a predetermined start reference value smaller than the upper limit value of the reference range. The control device for the synchronous generator according to claim 5, wherein the second operation is resumed. 前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲の下限値を下回った場合に、前記第1電流として前記蓄電装置を充電する電流が流れるように、前記同期発電機の界磁電圧を操作する、請求項3から6の何れかに記載の同期発電機の制御装置。 When the voltage or charge rate of the power storage device falls below the lower limit of the reference range, the field voltage of the synchronous generator is operated so that the current for charging the power storage device flows as the first current. The control device for a synchronous generator according to any one of claims 3 to 6. 前記蓄電装置の電圧または充電率を含む所定の蓄電装置パラメータから前記第1電流の電流目標値を生成する電流目標値生成部と、
前記電流目標値から、計測した前記第1電流を差し引いた第1電流偏差を算出する第1電流偏差算出部と、
前記第1電流偏差に基づいて前記同期発電機の界磁電圧目標値を生成する界磁電圧目標値生成部と、を含む、請求項1から7の何れかに記載の同期発電機の制御装置。
A current target value generation unit that generates a current target value of the first current from a predetermined power storage device parameter including a voltage or a charge rate of the power storage device.
A first current deviation calculation unit that calculates a first current deviation obtained by subtracting the measured first current from the current target value,
The control device for a synchronous generator according to any one of claims 1 to 7, further comprising a field voltage target value generation unit that generates a field voltage target value of the synchronous generator based on the first current deviation. ..
前記電流目標値生成部は、前記蓄電装置の電圧または充電率が予め定めた基準範囲内にあるか否かを判定し、前記蓄電装置の電圧または充電率が前記基準範囲内にある場合に、前記電流目標値を0に設定するように構成される、請求項8に記載の同期発電機の制御装置。 The current target value generator determines whether or not the voltage or charge rate of the power storage device is within a predetermined reference range, and when the voltage or charge rate of the power storage device is within the reference range, The control device for a synchronous generator according to claim 8, wherein the current target value is set to 0. 前記界磁電圧目標値生成部は、
前記第1電流偏差から所定の第1係数を有する伝達関数に基づいて前記界磁電圧目標値を生成するよう構成され、
前記第1係数は、前記第1電流偏差が所定値から0に収束するまでの収束時間が前記同期発電機を駆動する原動機の応答性能に合わせた収束時間となるように設定される、請求項8または9に記載の同期発電機の制御装置。
The field voltage target value generator is
It is configured to generate the field voltage target value from the first current deviation based on a transfer function having a predetermined first coefficient.
The first coefficient is set so that the convergence time until the first current deviation converges from a predetermined value to 0 is a convergence time that matches the response performance of the prime mover that drives the synchronous generator. The control device for the synchronous generator according to 8 or 9.
前記界磁電圧目標値生成部は、
前記第1電流偏差から所定の第1係数を有する伝達関数に基づいて発電機電流目標値を生成する第1目標値生成部と、
前記発電機電流目標値から、計測した発電機電流を差し引いた第2電流偏差を生成する第2電流偏差算出部と、
前記第2電流偏差から所定の第2係数を有する伝達関数に基づいて前記界磁電圧目標値を生成する第2目標値生成部と、を含む、請求項8から10の何れかに記載の同期発電機の制御装置。
The field voltage target value generator is
A first target value generator that generates a generator current target value based on a transfer function having a predetermined first coefficient from the first current deviation,
A second current deviation calculation unit that generates a second current deviation obtained by subtracting the measured generator current from the generator current target value.
The synchronization according to any one of claims 8 to 10, further comprising a second target value generator that generates the field voltage target value based on a transfer function having a predetermined second coefficient from the second current deviation. Generator control device.
巻線界磁型の同期発電機と、
前記同期発電機から出力される第1交流電力を直流電力に整流するダイオード整流器と、
前記直流電力を第2交流電力に変換し、交流側に接続される電力負荷に前記第2交流電力を供給するインバータと、
前記ダイオード整流器の直流側と前記インバータの直流側とを接続する直流配線と、
前記直流配線に直接的に接続される蓄電装置と、
前記同期発電機を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記同期電動機が供給する電力を、前記同期発電機の界磁電圧を操作することにより、制御するように構成される、電力供給システム。
Winding field type synchronous generator and
A diode rectifier that rectifies the first AC power output from the synchronous generator into DC power, and
An inverter that converts the DC power into a second AC power and supplies the second AC power to a power load connected to the AC side.
The DC wiring that connects the DC side of the diode rectifier and the DC side of the inverter,
A power storage device that is directly connected to the DC wiring,
A control device for controlling the synchronous generator is provided.
The control device is a power supply system configured to control the electric power supplied by the synchronous motor by operating the field voltage of the synchronous generator.
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