JP2897208B2 - Power supply for grid connection - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、風力エネルギーを受けて回転する風車によ
り駆動される発電機の発電出力を商用電力系統に回生す
る系統連系用電源装置に関する。
（従来技術）
自然エネルギー、中でも風力エネルギーの有効活用を
図ることを目的とした、かかる系統連系用電源装置とし
ては、一般に風力エネルギーを動力に変換する風車と、
この動力を電力に変換する発電機と、この発電機を風力
に応じて効果的に発電作用せしめるように制御する電力
変換装置としてのコンバータなどでなる風力発電部と、
上記風力発電部におけるコンバータの出力に接続され、
商用電力系統との同期を図り、該系統に電力を回生する
電力変換装置としてのインバータなどでなる系統連系部
とから構成されている。
ところで、風速は瞬時的にも、また時間的、季節的に
も変動することから各風速に対して常に有効にエネルギ
ーが取得できるように風力発電部におけるコンバータは
適正に制御される必要がある。また、系統連系部におけ
るインバータは、商用電力系統側の負荷の変動の影響を
受けることから、発電出力と商用電力系統との連系が適
正に図られるように制御されなければならない。このよ
うに風力発電部と系統連系部の両者の動的ならびに静的
動作特性が異なることから、両者の連系が適切になされ
ず、発生電力がそのまま商用電力系統側に供給されない
と両者の接続点の電圧が所定値よりも上昇したり、ある
いは下降したりする傾向にある。
しかるに、このような電圧変動が発生すると、変換装
置としてのコンバータやインバータが正常に機能しなく
なり、有効エネルギー取得が困難となる。
（発明の目的）
本発明は、上記技術課題を解消するためになされたも
ので、発電機の出力制御を行なうコンバータと発生電力
を商用電力系統に回生する系統連系インバータとの接続
点の電圧を検出して、この検出電圧が所定値に維持され
るよう補償することにより、常時安定して発生電力を商
用電力系統に回生することができ、エネルギーの有効取
得を図れる系統連系用電源装置を提供することを目的と
する。
（発明の構成）
本発明は、風車の回転により駆動される誘導発電機の
出力制御を行なうコンバータと、このコンバータの出力
電流を商用電力系統に回生する系統連系インバータを備
えた系統連系用電源装置において、上記コンバータに
は、風車の回転数を検出するとともに、予め定められた
回転数と出力電流との関数発生器に基き上記検出回転数
に応じた出力電流指令を得て、この指令に基づいて上記
誘導発電機がすべり周波数制御されるようにコンバータ
を電流制御する駆動回路と、上記系統連系インバータに
は、系統との同期をとるための信号と上記関数発生器の
出力電流指令が与えられ該インバータを制御する駆動回
路を備え、かつ上記コンバータと系統連系インバータと
の接続点の電圧を検出して、この検出電圧と設定電圧と
の誤差分に相当する信号を得るとともに、この信号を、
上記系統連系インバータに与えられる上記出力電流指令
に加える補償器を設けたものである。
この構成により、コンバータとインバータとの接続点
の電圧は、常に所定値に維持されるよう補償されるた
め、コンバータとインバータとは常に適正に機能し、し
たがって安定して効率的な電力エネルギーの回生が可能
となる。
（実施例）
以下、本発明の一実施例につき図面とともに説明す
る。
風力を受けて駆動される風車１の動力軸に誘導発電機
２が連結され、この誘導発電機２の出力にはこの発電機
２の出力制御を行なうAC-DCコンバータ３が接続され、
さらにこのコンバータ３の出力には直流出力ライン４を
介して系統連系インバータ５が接続され、さらにこのイ
ンバータ５の出力には交流出力ライン６、連系リアクト
ルＬを介して商用電力系統７が接続されている。また、
この交流出力ライン６には負荷８が接続されている。
上記風車１の回転数を検出する回転数検出器９により
検出された回転数信号は、設定回転数N0と比較器10にて
比較され、さらにこの比較器10の出力は、予め定められ
た回転数と出力電流との関数発生器11に入力され、この
関数発生器11より出力電流指令が出力される。また、上
記直流出力ライン４に設けられた電流検出器12によりコ
ンバータ３の出力電流を検出し、この検出電流と上記出
力電流指令とは比較器13にて比較され、この比較器13の
出力でもってコンバータ３が駆動制御されるようになっ
ている。
上記関数発生器11は風車１が最大効率で出力を取得し
うるような所定の特性を与えるものであり、これら比較
器10、関数発生器11、電流検出器12、比較器13等はコン
バータ３を電流制御する駆動回路14を構成し、この駆動
回路14によりコンバータ３を発電機２がすべり周波数制
御されるように機能せしめるものである。
一方、上記交流出力ライン６から同期信号出力ライン
15,16を介して同期信号が入力されるとともに、上記関
数発生器11からの出力電流指令が比較器19を介して入力
される乗算器17,18が備えられている。そして、交流出
力ライン６には電流検出器20,21が設けられ、この電流
検出器20,21よりフィードバックした電流瞬時値は上記
乗算器17,18の出力とそれぞれ比較器22,23にて比較さ
れ、また、乗算器17,18の出力は比較器24にて比較さ
れ、電流検出器20,21の出力は比較器25にて比較され、
また比較器24と比較器25の出力は、比較器26にて比較さ
れるように構成されている。さらに、これら比較器22,2
3および26の出力がそれぞれヒステリシスコンパレータ2
7,28,29に入力され、これらヒステリシスコンパレータ2
7,28,29の出力はパルスワイド変調回路を介して上記系
統連系インバータ５の駆動入力とされている。そしてこ
れら乗算器17,18、比較器22〜26、ヒステリシスコンパ
レータ27〜29等により系統連系インバータ５を制御する
駆動回路30を構成している。
また、上記コンバータ３とインバータ５の接続点に相
当する直流出力ライン４には電圧検出ライン31が設けら
れ、このライン31による検出電圧値と設定電圧VDOとが
比較器32により比較され、さらにこの比較器32の出力は
PID回路33に入力され、このPID回路33にてPID演算され
た出力信号が上記比較器19に入力されている。そしてこ
れら電圧検出ライン31、比較器32、PID回路33等は、上
記直流出力ライン４の検出電圧の設定電圧VDOとの誤差
分に相当する信号を得る補償器34を構成し、この補償器
34の信号が比較器19にて関数発生器11からの出力電流指
令に加えられ、さらに系統連系インバータ５の駆動回路
30に与えられるようになっている。
なお、上記直流出力ライン４の相間には平滑用のコン
デンサＣが接続され、また、商用電力系統７には商用電
源ｅが設けられている。また、上記同期信号出力ライン
15,16からは正弦波信号が得られる。
次に上記構成の作用を説明する。
風車１は風力に応じて回転駆動され、それに伴い誘導
発電機２のロータは或る回転数で駆動される。ここに、
コンバータ３の励磁周波数を上記ロータの回転数よりも
すべり分だけ低くなるように駆動回路14により制御する
ことにより、発電機２より電力は直流側すなわち直流出
力ライン４に回生される。そして、関数発生器11にて予
め設定された各回転数に対する最大出力が得られる出力
電流指令を得るとともにコンバータ３の出力電流をフィ
ードバックし、コンバータ３をして発電機２をすべり周
波数制御による電流制御せしめる。これにより風車１は
風速に合った可変速制御となり、最大効率にて電力を直
流出力ライン４に回生することができる。
また、系統連系インバータ５の駆動回路30では交流出
力ライン６より同期信号出力ライン15,16を介して同期
信号を得て、また電流検出器20,21にて電流瞬時値をフ
ィードバックし、さらには関数発生器11の出力電流指令
が入力されることにより、インバータ５は電流瞬時値制
御がなされ、風力発電による出力との関連を取りつつ、
商用電力系統７と同期して該系統７に電力を回生する。
さらに、コンバータ３は発電機２側の影響を受ける一
方、系統連系インバータ５は商用電力系統７の影響を受
け、両者の電力変換特性が異なることから、コンバータ
３の電流とインバータ５の電流との動的および静的な誤
差による上記直流出力ライン４での直流電圧の上昇ある
いは低下が発生しようとしても、この直流出力ライン４
の電圧を電圧検出ライン31にて検出し、設定電圧VDOと
比較し、その差信号をPID回路33にてPID演算した信号を
インバータ５の駆動回路30に付与しているので、電圧上
昇あるいは低下は補償され、常に直流出力ライン４の電
圧は設定電圧に維持される。したがってコンバータ３お
よび系統連系インバータ５は常に正常に機能し得るもの
となる。
なお、上記実施例では、発電機２として誘導発電機を
用いたものを示したが、これに限られず、界磁電流制御
による同期発電機を用いてもよい。また風力エネルギー
から電力エネルギーを取得するものにおいて、商用電力
系統７を有さない独立型の電源装置の場合には、エネル
ギーの変動が大きいことから、通常バッファとしてのバ
ッテリを装備して、出力の安定化を図る必要があるのに
対して、本発明のごとく商用電力系統と連系して電力を
回生するようにしたものでは、そのようなバッファとし
てのバッテリは必要でなくなる。
（発明の効果）
以上のように本発明によれば、風車の回転により駆動
される誘導発電機の出力制御を行なうコンバータには、
予め定められた回転数と出力電流との関数発生器に基づ
き風車の回転数の検出値に応じた出力電流指令を得て誘
導発電機をすべり周波数制御による電流制御を行なう駆
動回路を備え、コンバータの出力電流を商用電力系統に
回生する系統連系インバータには、上記関数発生器の出
力電流指令が与えられ系統との同期をとって該インバー
タを制御する駆動回路を備えているので、常に風力エネ
ルギーを最大限有効に電力エネルギーとして取得でき、
かつ、商用電力系統に効率的に電力を回生することがで
きる。また、コンバータと系統連系インバータとの接続
点の電圧を検出し、この検出電圧と設定電圧との誤差に
相当する信号をインバータの駆動回路に付与しているの
で、コンバータとインバータとの動的および静的な動作
特性が異なってもこの両者の接続点の電圧の上昇もしく
は下降を防止することができ、したがってコンバータと
インバータとは常に安定して機能を発揮することがで
き、効率的な電力の回生に寄与することができる。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power supply device for system interconnection that regenerates a power output of a generator driven by a windmill that rotates by receiving wind energy to a commercial power system. (Prior art) As a power supply device for grid connection, aiming at effective utilization of natural energy, especially wind energy, a windmill that generally converts wind energy into power,
A power generator that converts this power into electric power, and a wind power generation unit including a converter or the like as a power conversion device that controls the generator to generate power effectively according to wind power.
Connected to the output of the converter in the wind turbine,
It is configured with a system interconnection unit such as an inverter as a power converter that synchronizes with the commercial power system and regenerates power to the system. By the way, since the wind speed fluctuates instantaneously, temporally and seasonally, the converter in the wind power generation unit needs to be appropriately controlled so that energy can always be obtained effectively for each wind speed. In addition, since the inverter in the system interconnection section is affected by fluctuations in the load on the commercial power system side, it must be controlled so that the power generation output and the commercial power system are properly interconnected. Since the dynamic and static operation characteristics of both the wind power generation unit and the grid connection unit are different as described above, the connection between the two is not appropriate and if the generated power is not directly supplied to the commercial power grid side, The voltage at the connection point tends to rise or fall below a predetermined value. However, when such a voltage fluctuation occurs, a converter or an inverter as a conversion device does not function properly, and it becomes difficult to obtain effective energy. (Object of the Invention) The present invention has been made in order to solve the above technical problem, and a voltage at a connection point between a converter for controlling output of a generator and a grid-connected inverter for regenerating generated power to a commercial power system. , And by compensating the detected voltage to be maintained at a predetermined value, the generated power can be constantly and stably regenerated to the commercial power system, and the power supply device for system interconnection capable of effectively obtaining energy can be obtained. The purpose is to provide. (Constitution of the Invention) The present invention relates to a converter for controlling the output of an induction generator driven by the rotation of a wind turbine, and a system interconnection including a system interconnection inverter for regenerating the output current of the converter to a commercial power system. In the power supply device, the converter detects the rotation speed of the windmill and obtains an output current command corresponding to the detected rotation speed based on a function generator of a predetermined rotation speed and an output current. A drive circuit for controlling the current of the converter so that the induction generator is controlled in terms of the slip frequency, and a signal for synchronizing with a system and an output current command of the function generator. And a drive circuit for controlling the inverter, and detecting a voltage at a connection point between the converter and the grid-connected inverter, and detecting an error between the detected voltage and a set voltage. And obtain a signal equivalent to
A compensator for adding to the output current command given to the system interconnection inverter is provided. With this configuration, the voltage at the connection point between the converter and the inverter is compensated so as to be always maintained at a predetermined value, so that the converter and the inverter always function properly, and therefore, stable and efficient power energy regeneration. Becomes possible. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. An induction generator 2 is connected to a power shaft of a wind turbine 1 driven by wind power, and an output of the induction generator 2 is connected to an AC-DC converter 3 for controlling the output of the generator 2.
Further, an output of the converter 3 is connected to a system interconnection inverter 5 via a DC output line 4, and an output of the inverter 5 is connected to an AC output line 6 and a commercial power system 7 via an interconnection reactor L. Have been. Also,
A load 8 is connected to the AC output line 6. The rotation speed signal detected by the rotation speed detector 9 for detecting the rotation speed of the wind turbine 1 is compared with a set rotation speed N 0 by a comparator 10, and the output of the comparator 10 is determined in advance. The number of revolutions and the output current are input to a function generator 11, which outputs an output current command. The output current of the converter 3 is detected by a current detector 12 provided on the DC output line 4, and the detected current is compared with the output current command by a comparator 13. Thus, the drive of the converter 3 is controlled. The function generator 11 provides predetermined characteristics such that the wind turbine 1 can obtain an output with the maximum efficiency. The comparator 10, the function generator 11, the current detector 12, the comparator 13 and the like include the converter 3 And a drive circuit 14 for controlling the current of the converter 2 so that the converter 3 functions to control the slip frequency of the generator 2. On the other hand, from the AC output line 6 to the synchronization signal output line
There are provided multipliers 17 and 18 to which a synchronization signal is input via 15 and 16 and an output current command from the function generator 11 is input via a comparator 19. The AC output line 6 is provided with current detectors 20 and 21. The instantaneous current values fed back from the current detectors 20 and 21 are compared with the outputs of the multipliers 17 and 18 by comparators 22 and 23, respectively. The outputs of the multipliers 17 and 18 are compared by a comparator 24, and the outputs of the current detectors 20 and 21 are compared by a comparator 25.
The outputs of the comparator 24 and the comparator 25 are configured to be compared by the comparator 26. Furthermore, these comparators 22 and 2
Hysteresis comparator 2 outputs 3 and 26, respectively.
7, 28 and 29, and these hysteresis comparators 2
Outputs of 7, 28, and 29 are used as drive inputs of the system interconnection inverter 5 via a pulse width modulation circuit. The multipliers 17 and 18, the comparators 22 to 26, the hysteresis comparators 27 to 29, and the like constitute a drive circuit 30 for controlling the system interconnection inverter 5. The DC output line 4 corresponding to the connection point between the converter 3 and the inverter 5 is provided with a voltage detection line 31. The voltage detected by the line 31 and the set voltage VDO are compared by a comparator 32. The output of this comparator 32 is
The output signal that is input to the PID circuit 33 and the PID operation is performed by the PID circuit 33 is input to the comparator 19. And these voltage detection line 31, is such as comparator 32, PID circuit 33, constitute the compensator 34 to obtain a signal corresponding to the error of the set voltage V DO of the detection voltage of the DC output line 4, the compensator
The signal of 34 is added to the output current command from the function generator 11 by the comparator 19, and the drive circuit of the grid-connected inverter 5 is further added.
30 to be given. Note that a smoothing capacitor C is connected between the phases of the DC output line 4, and a commercial power supply e is provided in the commercial power system 7. In addition, the synchronization signal output line
Sine wave signals are obtained from 15,16. Next, the operation of the above configuration will be described. The wind turbine 1 is driven to rotate according to the wind power, and accordingly, the rotor of the induction generator 2 is driven at a certain rotation speed. here,
By controlling the excitation frequency of the converter 3 by the drive circuit 14 so as to be lower than the rotation speed of the rotor by the slip, the power is regenerated from the generator 2 to the DC side, that is, to the DC output line 4. The function generator 11 obtains an output current command for obtaining a maximum output for each preset rotation speed, feeds back the output current of the converter 3, and causes the converter 3 to operate the generator 2 by controlling the slip frequency. Let me control. As a result, the wind turbine 1 performs variable speed control according to the wind speed, and can regenerate electric power to the DC output line 4 with maximum efficiency. Further, the drive circuit 30 of the system interconnection inverter 5 obtains a synchronization signal from the AC output line 6 via the synchronization signal output lines 15 and 16, and feeds back instantaneous current values at the current detectors 20 and 21. When the output current command of the function generator 11 is input, the instantaneous current value control of the inverter 5 is performed, while associating with the output by the wind power generation,
The power is regenerated to the system 7 in synchronization with the commercial power system 7. Further, while converter 3 is affected by generator 2 side, grid-connected inverter 5 is affected by commercial power system 7 and their power conversion characteristics are different, so that the current of converter 3 and the current of inverter 5 are different. If the DC voltage rises or falls on the DC output line 4 due to the dynamic and static errors of the DC output line 4,
Is detected by the voltage detection line 31 and compared with the set voltage VDO, and a signal obtained by performing a PID operation on the difference signal by the PID circuit 33 is given to the drive circuit 30 of the inverter 5. The drop is compensated, and the voltage of the DC output line 4 is always maintained at the set voltage. Therefore, converter 3 and system interconnection inverter 5 can always function normally. In the above embodiment, an induction generator is used as the generator 2. However, the present invention is not limited to this, and a synchronous generator based on field current control may be used. In the case of acquiring power energy from wind energy, in the case of a stand-alone power supply device having no commercial power system 7, energy fluctuation is large. In contrast to the need for stabilization, a battery connected to a commercial power system to regenerate power as in the present invention does not require such a battery as a buffer. (Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a converter for controlling the output of an induction generator driven by the rotation of a windmill includes:
A drive circuit that obtains an output current command corresponding to a detected value of the rotation speed of the wind turbine based on a function generator of a predetermined rotation speed and an output current and performs current control by slip frequency control of the induction generator, Since the system-interconnected inverter that regenerates the output current of the system to the commercial power system is provided with a drive circuit that receives the output current command of the function generator and controls the inverter in synchronization with the system, the system always has a Energy can be acquired as effectively as electric power energy,
In addition, power can be efficiently regenerated in the commercial power system. Also, since the voltage at the connection point between the converter and the grid-connected inverter is detected and a signal corresponding to the error between the detected voltage and the set voltage is given to the drive circuit of the inverter, the dynamics between the converter and the inverter Also, even if the static operating characteristics are different, it is possible to prevent the voltage at the connection point between the two from rising or falling, so that the converter and the inverter can always exhibit their functions stably and efficiently use the power. It can contribute to regeneration.
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の系統連系用電源装置の一実施例による構
成図である。
１……風車、２……誘導発電機、３……コンバータ、４
……直流出力ライン（接続点）、５……系統連系インバ
ータ、６……交流出力ライン、７……商用電力系統、９
……回転数検出器、11……関数発生器、12……電流検出
器、14……駆動回路、15,16……同期信号出力ライン、1
9……比較器、30……駆動回路、31……電圧検出ライ
ン、32……比較器、34……補償器、VDO……設定電圧。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply device for system interconnection according to an embodiment of the present invention. 1 ... windmill, 2 ... induction generator, 3 ... converter, 4
... DC output line (connection point), 5 ... grid-connected inverter, 6 ... AC output line, 7 ... commercial power system, 9
… Rotation speed detector, 11… Function generator, 12… Current detector, 14… Drive circuit, 15,16 …… Sync signal output line, 1
9… Comparator, 30… Drive circuit, 31… Voltage detection line, 32… Comparator, 34… Compensator, V DO … Set voltage.
Claims (1)
を行なうコンバータと、このコンバータの出力電流を商
用電力系統に回生する系統連系インバータを備えた系統
連系用電源装置において、風車の回転数を検出するとと
もに、予め定められた回転数と出力電流との関数発生器
に基づき上記検出回転数に応じた出力電流指令を得て、
この指令に基づいて上記誘導発電機がすべり周波数制御
されるように上記コンバータを電流制御するコンバータ
駆動回路と、上記系統連系インバータを制御するインバ
ータ駆動回路と、上記コンバータと系統連系インバータ
との接続点の電圧を検出して、この検出電圧と設定電圧
との誤差分に相当する信号を得る補償器と、この補償器
からの信号と上記出力電流指令とを加算して出力する比
較器とを備え、上記インバータ駆動回路は、上記商用電
力系統との同期をとるための信号と上記比較器の出力信
号とが入力される乗算器を備え、この乗算器からの信号
に基づいて上記系統連系インバータを制御するものであ
ることを特徴とする系統連系用電源装置。(57) [Claims] In a converter for controlling the output of an induction generator driven by the rotation of a wind turbine, and a system interconnection power supply device including a system interconnection inverter for regenerating the output current of the converter to a commercial power system, the number of rotations of the wind turbine is reduced. Detecting and obtaining an output current command corresponding to the detected rotation speed based on a function generator of a predetermined rotation speed and output current,
A converter drive circuit that controls the current of the converter so that the induction generator is controlled in terms of the slip frequency based on the command; an inverter drive circuit that controls the grid-connected inverter; A compensator that detects the voltage at the connection point and obtains a signal corresponding to an error between the detected voltage and the set voltage; and a comparator that adds a signal from the compensator and the output current command and outputs the result. The inverter drive circuit includes a multiplier to which a signal for synchronizing with the commercial power system and an output signal of the comparator are input, and the system connection is performed based on a signal from the multiplier. A power supply device for system interconnection characterized by controlling a system inverter.
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1986
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Also Published As
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| JPS62285633A (en) | 1987-12-11 |
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