JP4312584B2 - 発電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発電装置であり、特に発電機を用いる発電の技術に関する。
発電装置における最大電力追従制御については各種様々な方法が取られている。例えば、特許文献１に風力発電装置の最大電力取得制御について述べられているが、これは風速計により風量を測定し、最大効率回転数を該風量と理論式により計算して風車の回転数をチョッパー回路にて該最大効率回転数へ調整する方法であり、実電力を参照して制御しているわけではない。また、このような駆動力測定器を用いる場合、例えば水車の例を言えば、水量計は高価なものになるし、圧力計は、高圧力差で分解能が低くても良い場合は安価なものでできるが、低圧力差型の水車の場合は圧力計の分解能が高いものが必要となり高価なものが必要となる。
また、特許文献２にＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御のアルゴリズムに関する予測型高速最大電力追従制御について述べられているが、これは発電機と負荷との間に昇降チョッパー回路を設けて、該昇降チョッパー回路による発電機−負荷間の電圧制御より発電機にかかる負荷を変化させて最大電力点を探す方法であり、発電機の回転数を制御する発電装置には用いることができない。
特開２００３−７０２９６号公報
特開２００３−１６７６０３号公報
本発明の目的は、発電機の回転数を発電機へ周波数指令を与えることにより変更して発電する発電装置において、発電に寄与する駆動力（例えば水車の場合は水量と落差）が変動しても、その駆動力を測定する測定器を用いないで、現在の該駆動力に対する発電電力が最大となる発電機の回転数を確実に求めることである。
上記目的を達成するために、発電機と、発電機に与える周波数を計算する周波数指令器と、周波数指令器からの周波数指令に基づき周波数を生成して発電機回転数を制御する周波数生成器とからなる発電装置において、該発電機と該周波数生成器の間に電力測定器を設け、該電力測定器からの電力値を周波数指令器へフィードバックして発電電力が最大となるように制御を行う周波数指令器を備えた発電装置を構築する。
すなわち、本発明は、発電に寄与する駆動力によって回転して発電する発電機と、該発電機の回転数を制御して発電させる発電制御装置とからなる発電装置において、前記発電制御装置は、発電機が出力する電力量を計算する電力計算器又は測定する電力測定器と、計算し又は測定して得た電力値と前回の電力値とを比較して発電機の周波数を決定し指令する周波数指令器と、該周波数指令器からの周波数指令値の周波数を生成して前記発電機を運転させる周波数生成器と、前記発電機の周波数を測定する周波数測定手段とを備え、前記発電装置の発電開始時に前記周波数指令器は前記周波数測定手段により取得した周波数と同期させて発電機の周波数を決定し指令する発電装置である。
また、本発明は、前記の発電装置において、前記周波数指令器は、周波数ごとの最大電力点の周波数を予め定めた関数を有しており、該関数を用いて周波数指令値を決定することにより、前記発電機を最大電力点で運転させる発電装置である。
そして、本発明は、発電に寄与する駆動力によって回転して発電する発電機と、該発電機の回転数を制御して発電させる発電制御装置とからなる発電装置において、前記発電制御装置は、発電機が出力する電力量を計算する電力計算器又は測定する電力測定器と、計算し又は測定して得た電力値と前回の電力値との差分値とＰＩＤ補償を用いて発電機の周波数を決定し指令する周波数指令器と、該周波数指令器からの周波数指令値の周波数を生成して前記発電機を運転させる周波数生成器と、前記発電機の周波数を測定する周波数測定手段とを備え、前記発電装置の発電開始時に前記周波数指令器は前記周波数測定手段により取得した周波数と同期させて発電機の周波数を決定し指令する発電装置である。
更に、本発明は、上記の発電装置において、前記周波数指令器は、始動周波数ごとの最大電力点の周波数を予め定めた関数を有しており、該関数を用いて周波数指令値を決定し、発電開始時に決定された周波数まで運転を移行させる発電装置である。
本発明を用いれば、発電機の回転数を発電機へ周波数指令を与えることにより変更して発電する発電装置において、発電に寄与する駆動力が変動しても、その駆動力を測定する測定器を用いないで、現在の該駆動力に対する発電電力が最大となる発電機の回転数を確実に求めることができる発電装置を得ることが可能である。
また、本発明で用いている回路は、汎用インバータの回路と全く同一のもので構成されており、汎用インバータの回路をそのまま利用することにより発電制御装置が安価になる。
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明の発電装置は、発電機と、発電制御装置の間に電流測定器（ＣＴ）を設け、発電制御装置は電流測定値を用いて発電量を計算して発電量が最大となるように発電機に出力する周波数を制御する。以下、本発明の発電装置の実施例について、図１〜図３により説明する。図１は、実施例１の発電装置の構成図である。図２は、実施例１の発電制御装置で行われる周波数指令器のアルゴリズムの一例の説明図である。図３は、駆動力における発電機回転数に対する発電機出力電力の一例の説明図である。
本発明の発電装置は、発電機と、発電制御装置の間に電流測定器（ＣＴ）を設け、発電制御装置は電流測定値を用いて発電量を計算して発電量が最大となるように発電機に出力する周波数を制御する。以下、本発明の発電装置の実施例について、図１〜図３により説明する。図１は、実施例１の発電装置の構成図である。図２は、実施例１の発電制御装置で行われる周波数指令器のアルゴリズムの一例の説明図である。図３は、駆動力における発電機回転数に対する発電機出力電力の一例の説明図である。
図１に、実施例１の発電装置の構成図を示す。３は発電機で、２はエネルギー源１からのエネルギーを回転運動へ変える為の変換器であり、例えば風車や水車などである。４は発電制御装置で、発電機の回転数を制御することにより回生度合いの強弱を制御して発電量を調整するものである。
発電制御装置４内の電力変換器１１は、直流出力を得るために、発電機３からの交流出力を直流に変換して平滑コンデンサ１２に与える還流ダイオードと、平滑コンデンサ１２の直流電圧を交流に変換して発電機３の電機子に与え、発電機３を駆動するための回転磁界を発生させる半導体スイッチで構成されるモジュールである。発生した電力は、電力変換器１１により直流出力に変換された後、平滑コンデンサ１２により平滑され、系統連携装置または負荷５へ出力される。
発電機３の回転数は、周波数指令器９によりｆ＊と決定される。決定された回転数ｆ＊に基づいて周波数生成器１０がＰＷＭ波形を電力変換器１１の半導体スイッチに出力して発電機３の回転数をｆ＊に制御する。
電力変換器１１と発電機３の間には電流検出器６を設けて、発電機３から流れてくる電流を測定する。電流測定値Ｉを用い、座標変換器７を介して有効電流Ｉｑが計算され、有効電流値Ｉｑと周波数生成器１０より出力される電圧指令値Ｖ＊とを用いて、電力計算器８が発電量Ｗを計算する。
周波数指令器９は、発電量Ｗをもとに指令周波数ｆ＊を決定する。図２に周波数指令器９のアルゴリズムの一例を示す。以下、説明する。まず、制御を開始する（ステップ２０００）。次に、現在電力値Ｗを電力計算器８より取得し（ステップ２０１０）、前回電力値Ｗｐｒｅとの差分ΔＷ（ΔＷ＝Ｗ−Ｗｐｒｅ）を計算し（ステップ２０２０）、ΔＷの値がある規定値以上のため、周波数を更新するかを判断する（ステップ２０３０）。周波数の更新は、ΔＷとＰＩＤ（比例積分微分）補償により周波数増分値Δｆを計算し（ステップ２０４０）、指令周波数ｆ＊にΔｆを加算して新しいｆ＊を求める（ステップ２０５０）。周波数指令後は、周波数生成器１０から出力する実周波数ｆがｆ＊になるまで待機し（ステップ２０６０）、Ｗｐｒｅを現在電力値Ｗに更新し（ステップ２０７０）、さらに、周波数の変更が電力に応答されるまでの時間だけ待機したのち（ステップ２０８０）、始めに戻る。上記、ステップ２０００からステップ２０８０までを常時繰り返すことにより発電量が最大となるように制御を行う。なお、現在電力量Ｗについて、計算する代りに電力測定器により測定して求めることは可能である。
次に、実施例２を説明する。実施例１の発電装置のような発電機周波数を制御する方式では、発電開始時の指令周波数が問題となる。発電していない状態での発電機の回転数と違う周波数で回転させようとすると突入電流が発生するからである。実施例２では、この問題を解消するため、発電機に周波数計を設け、発電開始時には周波数計の計測値を指令周波数ｆ＊に代入して発電機と同期させて開始させる。
また、上記のような最大電力探索制御を行う場合、発電開始時の立ち上がりの遅さが問題となる。ある駆動力に対する周波数と発電量の関係は、図３に示すようなカーブになる。発電開始前の状態では、発電機は周波数ｆ０で回転しており、そこから発電を始めて周波数がｆｏｐｔになるまで最大電力探索制御を行っていたのでは時間がかかる。そこで、発電機回転数を検知する周波数計により、発電前の周波数から駆動力を予測し、予め周波数指令器９に設けておいた駆動力と最大電力周波数ｆｏｐｔの、例えばテーブルや関数を用い、駆動力に対するｆｏｐｔを決定し、この決定値を指令周波数ｆ＊にセットする。この方法を用いれば、すぐに発電機が最大電力となる回転数に制御することができ、発電機起動時の立ち上がりの遅さを解消できる。
１ 水力、風力などのエネルギー源
２ 水車、風車などのエネルギー源を回転運動に変換する変換器
３ 発電機
４ 発電制御装置
５ 発電した電力を商用に返す系統連携装置または消費させる負荷
６ 発電制御装置と発電機間の電流を測定する電流測定器
７ 電流値を有効電流と無効電流に座標変換する座標変換器
８ 発電制御装置と発電期間の電流値および電圧値より電力を計算する電力計算器
９ 発電機に与える周波数を決定する周波数指令器
１０ 周波数指令に基づき周波数を生成する周波数生成器
１１ 周波数を生成するスイッチング素子と発電機からの交流電圧を直流に変換する電力変換器
１２ 発電機からの交流出力を平滑するための平滑コンデンサ
Ｉ 発電機と発電制御装置間の電流値
Ｉｑ 座標変換後の有効電流値
Ｖ＊ 周波数生成器の指令電圧値
Ｗ 電力計算値
ｆ＊ 周波数指令値
ｆ 周波数生成器の現在出力周波数
２ 水車、風車などのエネルギー源を回転運動に変換する変換器
３ 発電機
４ 発電制御装置
５ 発電した電力を商用に返す系統連携装置または消費させる負荷
６ 発電制御装置と発電機間の電流を測定する電流測定器
７ 電流値を有効電流と無効電流に座標変換する座標変換器
８ 発電制御装置と発電期間の電流値および電圧値より電力を計算する電力計算器
９ 発電機に与える周波数を決定する周波数指令器
１０ 周波数指令に基づき周波数を生成する周波数生成器
１１ 周波数を生成するスイッチング素子と発電機からの交流電圧を直流に変換する電力変換器
１２ 発電機からの交流出力を平滑するための平滑コンデンサ
Ｉ 発電機と発電制御装置間の電流値
Ｉｑ 座標変換後の有効電流値
Ｖ＊ 周波数生成器の指令電圧値
Ｗ 電力計算値
ｆ＊ 周波数指令値
ｆ 周波数生成器の現在出力周波数
Claims (4)
- 発電に寄与する駆動力によって回転して発電する発電機と、該発電機の回転数を制御して発電させる発電制御装置とからなる発電装置において、
前記発電制御装置は、発電機が出力する電力量を計算する電力計算器又は測定する電力測定器と、
計算し又は測定して得た電力値と前回の電力値とを比較して発電機の周波数を決定し指令する周波数指令器と、
該周波数指令器からの周波数指令値の周波数を生成して前記発電機を運転させる周波数生成器と、
前記発電機の周波数を測定する周波数測定手段とを備え、
前記発電装置の発電開始時に前記周波数指令器は前記周波数測定手段により取得した周波数と同期させて発電機の周波数を決定し指令することを特徴とする発電装置。 - 請求項１記載の発電装置において、
前記周波数指令器は、周波数ごとの最大電力点の周波数を予め定めた関数を有しており、該関数を用いて周波数指令値を決定することにより、前記発電機を最大電力点で運転させることを特徴とする発電装置。 - 発電に寄与する駆動力によって回転して発電する発電機と、該発電機の回転数を制御して発電させる発電制御装置とからなる発電装置において、
前記発電制御装置は、発電機が出力する電力量を計算する電力計算器又は測定する電力測定器と、
計算し又は測定して得た電力値と前回の電力値との差分値とＰＩＤ補償を用いて発電機の周波数を決定し指令する周波数指令器と、
該周波数指令器からの周波数指令値の周波数を生成して前記発電機を運転させる周波数生成器と、
前記発電機の周波数を測定する周波数測定手段とを備え、
前記発電装置の発電開始時に前記周波数指令器は前記周波数測定手段により取得した周波数と同期させて発電機の周波数を決定し指令することを特徴とする発電装置。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の発電装置において、
前記周波数指令器は、始動周波数ごとの最大電力点の周波数を予め定めた関数を有しており、該関数を用いて周波数指令値を決定し、発電開始時に決定された周波数まで運転を移行させることを特徴とする発電装置。
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| JP2003413106A JP4312584B2 (ja) | 2003-12-11 | 2003-12-11 | 発電装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2003413106A JP4312584B2 (ja) | 2003-12-11 | 2003-12-11 | 発電装置 |
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2003
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