JP5439039B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置，電力変換システム及び電力変換装置の制御方法に係り、特に電源側に発電機を有する系統に接続された場合において、タービンと発電機間に生じる軸ねじれ振動を抑制するのに最適な電力変換装置に関する。

タービン発電機間の軸ねじれ振動に関しては、直流送電系統において多数検討されており、例えば特開２０００−２２４８９６号公報に、タービン発電機が直流送電系統の直流変換所近辺に連系されている場合、直流変換所で行われる電力制御の条件によっては、直流送電系統とタービン発電機とが干渉して、タービン発電機の軸が振動することが示されている。また、軸ねじれ振動は発電機の回転子に作用するトルクの状態に関係し、振動現象を直流送電系統の直流変換所の母線電圧の周波数変動から検出し、制御角を変化させて軸ねじれ振動を抑制する技術が示されている。

また、直流送電系統以外でも、例えば特開平１１−２７９９３号公報に、エンジンと発電機の組合せ等で構成される発電装置を電源とする電力変換装置および電源システムにおいて、発電装置の共振周波数成分を検出し、共振周波数除去回路により発電装置の振動成分を打ち消すことで、発電装置の機械系の共振周波数と干渉して振動が持続・増加するのを抑制する電力変換装置の制御技術が示されている。

特開２０００−２２４８９６号公報 特開平１１−２７９９３号公報

上記目的を達成するために、本発明では、電力の変動量を前記回転速度変動量で除した値から、動作点における前記検出した電力を回転速度で除した値を減じた値と、電源側の機械定数に基づいて、機械ダンピング係数と電気ダンピング係数とで構成されるトータルダンピング係数が零以上に相当する電力となるような指令値を演算する構成とした。

この時、タービン発電機の軸ねじれ振動が発生する可能性がある。本発明の目的は、タービンと発電機の軸ねじれ振動を生じることを抑制可能な電力変換装置を提供することにある。

本発明によれば、電源設備として発電機を設置し、ここで得られた電気エネルギーを電力変換装置で機械エネルギー等として用いられるように調整可能に変換するものにおいて、タービンと発電機間の軸ねじれ振動を抑制して、電動機等の駆動エネルギーとして用いることが可能となる。

本発明の第１の実施形態を示す電力変換装置の構成図。 本発明の第２の実施形態を示す電力変換装置の構成図。 本発明の第３の実施形態を示す電力変換装置の構成図。 本発明の第４の実施形態を示す電力変換装置の構成図。 タービン発電機の振動系を示す２マスモデルブロック図。 トータルダンピング係数へのΔＰ／Δωの影響度を示す特性図。

以下図面を用いて発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の全体構成図である。１はガスタービン、２は前記ガスタービン１の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機でガスタービン１と発電機２は機械軸３で結合される。４は前記発電機２の出力電圧を系統電圧へ変換する変圧器、５は系統電圧を電力変換器の入力電圧に変換する変圧器で変圧器４と変圧器５は系統６を介して接続される。７は前記変圧器５から出力される電力を所望の電力に変換する電力変換器、８は前記電力変換器が出力する電力で駆動される電動機、９は前記電動機で駆動される被駆動装置で電動機８と被駆動装置９は機械軸１０で結合される。

そして、１１は前記電動機８の出力トルクや速度が所望の特性を満たすように前記電力変換器７を操作する電力変換器制御装置である。電力変換器制御装置１２の各構成要素を〜器として説明するが、電力変換器制御装置１２の全体又は一部を制御用計算器となして、これらの〜器として示された機能をプログラムとして実現できるのはもちろんである。１２は電力変換器出力電流検出器（以下、電流検出器と記す）で前記電力変換器７の出力電流を検出し出力する。１３は電力変換器出力電圧検出器（以下、電圧検出器と記す）で前記電力変換器７の出力電圧を検出する。前記電流検出器１２，電圧検出器１３の出力信号は、電力変換器制御装置１１に入力され、電力変換器制御装置１１は、各種演算処理を行い、前記電力変換器７を操作する信号を出力する。

次に電力変換器制御装置の主要動作について説明する。先ず、電力変換器制御装置１１では、速度指令発生器１１１から出力される速度指令値と電流検出器１２から出力される電流検出値が電動機ベクトル制御器１１２に入力され、電動機ベクトル制御器１１２では電動機８の出力トルクや速度が所望の特性となるように電力変換器７の電圧指令値を演算し出力する。具体的には、速度指令発生器１１１から出力される速度指令値と速度推定演算器１５１から出力される速度推定値との偏差が速度制御器１５２に入力され、速度制御器１５２では速度推定値が速度指令値に一致するように電流指令値を演算し出力する。ここで、速度推定演算器１５１には速度指令値，電流検出値及び電圧指令値が入力され、速度推定演算器１５１では、速度指令値から演算される電動機の誘起電圧成分，電流制御器が演算する電圧指令値，電流検出値を用いて電動機８の回転速度の推定値を演算する。尚、速度推定値を用いず、電動機８の回転速度を速度検出器で直接検出する場合もある。次に、速度制御器１５２で演算された電流指令値と電流検出器１２から出力される電流検出値との偏差が電流制御器１５３に入力され、電流制御器１５３では電流検出値が電流指令値に一致するように電圧指令値を演算し出力する。そして、前記電圧指令値はパルス生成器１１３に入力され、パルス生成器１１３では、電力変換器７の出力電圧が出力電圧指令値に一致するように電力変換器７のスイッチング素子をオン・オフするパルス信号を演算し出力する。

ここで、電源側振動に関する関係式について説明する。図５はタービン発電機間の軸ねじり振動を２マス系で表現したものであり、Ｋはバネ定数、Ｄｍは機械系のダンピング係数、Ｊ１はタービンのイナーシャ、Ｊ２は発電機のイナーシャで、ＪはＪ１とＪ２の合算で表されるトータルイナーシャ、ｎはＪ１とＪ２のイナーシャ比である。Ｄｅは電気系のダンピング係数で、発電機に接続される負荷（制御装置含む）により、発電機の速度変動が減少するようなトルクが電気的に生じることを表している。図５から得られる２次振動系の状態方程式より、系の特性方程式は（１）式となる。

この時の振動特性は（１）式より、近似することで（２），（３）式となる。

ここで、ζは減衰係数、ωｎは固有振動数、ｎはイナーシャ比である。トータルのダンピング係数Ｄｓ、バネ定数Ｋｓは、（２），（３）式より（４），（５）式となり、電気系ダンピング係数によりシステムの振動特性（ζ，ωｎ）が変化する。

次に、電気系ダンピング係数について説明する。発電機の出力Ｐは発電機の回転速度ωと発電機のトルクτよりＰ＝ω・τで表され、動作点近傍での出力式Ｐ０＝ω０・τ０に変化分を考慮すると（６）式が得られる。（６）式より電気系ダンピング係数Ｄｅ（＝Δτ／Δω）を求めると（７）式となる。

（７）式より、電気系ダンピング係数Ｄｅは、定電力制御を行う場合（ΔＰ＝０）ではＤｅ＝−１／ω・Ｐ０／ω０とネガティブダンピングとなり、機械系のダンピング値によっては、トータルダンピング係数が負となり不安定現象が生じる。電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率と同じ場合（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０）ではＤｅ＝０とトータルダンピング係数は機械系のダンピング値のみとなり、振動現象は機械系のダンピング係数で減衰する。そして、電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率より大きい場合では、Ｄｅ＞０とトータルダンピング係数は機械系のダンピング値と電気系のダンピング係数の合計となり、より大きい減衰力が得られる。

以上の関係に着目し、次に本発明における制御動作について説明する。（７）式より電気系ダンピングＤｅを正にするには、電力を発電機回転速度の変動に応じて動作点での比率より大きく変化させればよい。発電機回転速度の変動分は、電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として現れるため、電圧検出器１４で電圧を検出し、その検出値を変動量演算器１１４に入力する。変動量演算器１１４は変動量を演算し、出力する。また、電流検出器１２で検出される電力変換器の出力電流と電圧検出器１３で検出される電力変換器７の出力電圧が電力演算器１１５に入力され、電力演算器１１５では、電力変換器（あるいは電力変換装置とも称する）７の出力電力Ｐを電圧Ｖと電流Ｉと力率cosθよりＰ＝Ｖ・Ｉ・cosθで演算し、また電力Ｐ，電流Ｉをフィルタリングすることで動作点（定常値）としての電力Ｐ０，電流Ｉ０を演算し、また電力Ｐから動作点としての電力Ｐ０を差し引くことで得られる電力変動分ΔＰを演算し、出力する。そして、変動量演算器１１４からの変動量と電力演算器１１５からの動作点としての電力Ｐ０，電流Ｉ０，ΔＰを電力調整器１１６に入力し、電力調整器１１６では、所定の比率で電力演算値の変動量ΔＰが発電機回転速度の変動量Δωに応じて変化するように、例えば電力変換器の出力電流を可変するための補正信号ΔＩを電動機ベクトル制御器１１２に入力し、速度制御器１５２から出力される電流指令値に加算する。ここで、電力調整器１１６における補正電流値は、例えば次のように演算する。電力Ｐは電圧Ｖと電流Ｉと力率cosθよりＰ＝Ｖ・Ｉ・cosθとなるため、動作点近傍での電力変動量ΔＰを近似して求めると（８）式となる。所定のΔＰ／Δωを電力演算器１１５からの動作点としてのＰ０と発電機定格回転数ω０と係数αを用いて、ΔＰ／Δω＝α・Ｐ０／ω０とすると、（８）式より所定の比率でΔＰを変化させるための補正電流値ΔＩは（９）式となる。

ここで、例えば係数αを１とし、（９）式により演算された補正電流値ΔＩを速度制御器１５２から出力される電流指令値に加算することで、電気系ダンピングは０となりタービン発電機の振動特性は機械系ダンピングのみの特性とできる。さらには、係数αを１より大きくすることで、電気系ダンピングは正となり、タービン発電機の振動特性は機械系ダンピングと電気系ダンピングの合計の特性となり、振動現象に対してより大きな減衰力が得られ振動抑制ができる。尚、発電機回転速度の変動分を、電力変換装置の入力電圧の振幅変動として検出する場合でも、振幅ΔＶとΔωとの関係（Δω＝β・ΔＶ）を（９）式に代入することで同様の効果を得ることができる。

また、電力演算器１１５から出力されるΔＰを用いて、ΔＰ／Δωを演算することで、所定の比率となることを確認でき、所定の比率に対して偏差がある場合には、さらにその偏差量を用いて（９）式で演算される補正電流値ΔＩを増減することで所定の比率に一致させることもできる。

なお、本実施例では、積極的に補正電流値ΔＩを変化させているが、その他にも、制御ゲイン（応答）を低下させたり、あるいは、演算回路の組み方によっては電圧指令を変化させることによっても実現可能である。

図２は、本発明装置の他の実施例であって、トータルダンピング係数Ｄｓに対する電気系ダンピング係数Ｄｅの効果がタービン発電機の機械条件によって変化することに着目し、機械条件によって電力調整器１１６が出力する補正信号を演算する際に用いる電力演算値と変動量（発電機の回転速度変動量）の関係（ΔＰ／Δω）を可変する点が図１と異なる。なお、実施例１と異なる部分のみ説明し、同様な部分は説明を省略する。なお、他の実施例においても同様である。

先ず、（２）式よりＤｅ＝０の場合の関係式より機械系のダンピング係数Ｄｍは（１０）式となる。ここでζ０，ωｎ０はタービン発電機の機械条件で決まる減衰係数と固有振動数である。（４）式と（７），（１０）式からＤｓ／Ｄｍを導出すると（１１）式となる。

（１１）式より、ΔＰ／Δωをパラメータとし、例えば減衰係数ζ０と固有振動数ωｎ０をある数値に固定し、イナーシャ比ｎを横軸にΔＰ／Δω・Ｐ０／ω０を入力した時のＤｓ／Ｄｍの変化を計算したものを図６に示す。図６は、イナーシャ比が小さい場合にΔＰ／Δωにより振動特性が大きく変化することを示している。同様に（１１）式が示すように減衰係数ζ０，固有振動数ωｎ０，トータルイナーシャが小さいほどΔＰ／Δωにより振動特性が大きく変化する。一方、電力変換装置は負荷側から要求される所望の電力を出力することが目的であるため、発電機側の軸ねじれ振動を抑制するための電力調整手段は外乱となり、その補正量は可能な限り小さいことが望ましい。そこで、タービン発電機の機械条件を設定するタービン発電機条件設定器１１７により、少なくともトータルダンピング係数が負とならない範囲で補正量を演算するためのΔＰ／Δωの関係を電力調整器１１６において可変できるようにした。

すなわち、電力調整器１１６において、タービン発電機条件設定器１１７からの条件設定情報に基づいて、トータルのダンピング係数Ｄｓが少なくとも零以上となるΔＰ／Δωの関係を求め、前記関係が成立するような補正電流値ΔＩを（９）式より求め、出力するのである。

このようにすることで、電源側の機械条件より、負荷側の制御性能への影響を最小限に抑え、可能な限り小さい補正量で電源側の振動抑制を行うことができる。

図３は、本発明装置の他の実施例であって、負荷側の振動抑制機能の出力信号により電力調整器１１６が出力する補正信号を増減する点が図１と異なる。負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置においては、電動機と被駆動装置の軸共振周波数で軸ねじり振動が発生する場合があり、電動機と被駆動装置間の軸ねじれ振動を抑制する軸振動抑制機能が付加されることがある。例えば、負荷側の軸ねじれ振動を電動機８の速度変動として、速度推定演算器１５１から出力される速度推定値の変動量より検出し、その振動を抑制するような電流指令値を出力する負荷側振動抑制器１５４を設置し、負荷側振動抑制器１５４の出力を速度制御器１５２の出力に加算する。ここで、発電機側の軸ねじれ振動を抑制するための電力調整手段による補正量の周波数が、電動機と被駆動装置間の共振周波数と近い場合、負荷側の軸振動抑制機能による補正信号との位相関係によっては、相殺することで抑制効果がなくなったり、逆に振動を助長する可能性がある。そこで、電力調整器１１６が出力する補正量を増減する、例えば可変ゲインなどの機能による補正量調整器１１８と負荷側振動抑制器１５４の出力信号から得られる負荷側の振動現象（大きさ，位相または極性）に応じて、前記補正量調整器への制限量を演算する補正制限演算器１１９を設置し、負荷側の振動現象に応じて補正量調整器１１８により電力調整器１１６による補正出力を、少なくともトータルダンピング係数が負とならない範囲で増減できるようにした。

すなわち、負荷側の振動を検出する振動センサを間接的に設け、補正制限演算器１１９は、振動センサの出力する振動値（大きさ，位相または極性）が予め定められた振動値よりも大きくなった場合には、振動値が大きくなるにつれて、補正電流値ΔＩの許容量を小さくするように、補正電流値を制限する比率γ（１以下の可変ゲイン値）を出力するのである。もっとも、この補正電流値ΔＩの許容量は、少なくともトータルダンピング係数が負とならない範囲で増減される。

補正量調整器１１８は、補正制限演算器１１９の出力信号に基づいて、所定の電流値を超えないように補正出力する。

このようにすることで、負荷側の振動抑制と電源側の振動抑制を可能な範囲内で同時併用できる。

また、図３では軸ねじれ振動を電動機８の速度変動として検出しているが、負荷側の軸ねじれ振動を電流検出器１２が出力する電流検出値の変動量として検出し、その振動を抑制するような電圧指令値を出力し負荷側振動抑制を行う場合がある。この場合でも負荷側振動抑制による電圧指令に含まれる振動成分から得られる負荷側の振動現象（大きさ，位相または極性）に応じて補正量を増減することで同等の効果を得ることができる。

図４は、本発明装置の他の実施例であって、複数の電力変換装置でタービン発電機の振動抑制を行う点が図３と異なる。図４において５から１３をサフィックスａ，ｂで区別しているが同じ機能を持つものである。同じ系統に複数の電力変換装置が接続されている場合、複数の電力調整手段の合計で電源側の振動抑制を行うことができる。そこで、電源側振動抑制条件配分器２０を設置し、電力変換器の入力電圧を検出する電圧検出器１４からの電圧検出値と各々の電力変換装置１１ａ，１１ｂ，…から、補正制限演算器１１９からの制限値γと電力調整器１１６からの補正電流値ΔＩ，電力演算器１１５からの動作点としての電力Ｐ０，電圧Ｉ０と電力変動量ΔＰを、電源側振動抑制条件配分器２０に入力し、電源側振動抑制条件配分器２０からは、各電力変換装置における電源側振動抑制条件（補正配分値）が出力される。次に、電源側振動抑制条件配分器２０の制御動作について説明する。各電力変換装置の電力を発電機回転速度の変動に応じて変化させるための補正電流値に、一部の電力変換装置において制限がある場合は、その影響を他の電力変換装置の補正電流値の比率を増加させることで補充し、総合電力として調整ができるようにした。具体的には、補正量配分器２０４には、各電力変換器制御装置１１ａ，１１ｂ，…からの補正制限演算器１１９からの制限値と電力調整器１１６からの補正電流値ΔＩ，電力演算器１１５からの動作点としての電力Ｉ０が入力され、補正量配分器２０４から出力される各電力変換装置の補正配分値は、例えば２台の電力変換装置にて片側で制限が加えられた場合、次のように演算する。各電力変換器制御装置１１ａ，１１ｂからの補正制限量をγとし、制限なしの場合に１で制限量に応じて１以下の比率で出力され、１台目をγ１、２台目をγ２とする。一方、電力変換装置の補正電流値は（９）式で演算されており、この時、補正電流値と動作点としての電流Ｉ０の比は、同様に１台目をΔＩ１，Ｉ０１、２台目をΔＩ２，Ｉ０２とすると（１２）式のように同じ値となる（各電力変換装置のα設定値が共通の場合）。従って、同じ比率で演算されたΔＩの総和で総合電力の変動量を制御していることに着目し、配分比を調整することで総合電力変動量を次のように維持する。制限がない状態での総和と配分比を調整した状態（配分値をｋ１，ｋ２とする）での総和を同じとすることより（１３）式が得られ、γ２が制限され（ｋ２＝γ２）、γ１が非制限でｋ１で調整するとき、（１３）式よりｋ１を求めると（１４）式となる。

従って、ｋ１はγ２（＝ｋ２）の制限量に応じて、１＜ｋ１＜２の範囲で配分される。尚、台数がさらに増えた場合でも、（１３）式と同様の関係が成立するように、制限されない電力変換装置の配分比を調整（増加）することで総合電力の変動量を維持できる。

次に、総合電力調整器２０３の制御動作について説明する。（７）式より電気系ダンピングＤｅを正にするには、電力を発電機回転速度の変動に応じて変化させればよい。発電機回転速度の変動分は、電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として現れるため、電圧検出器１４で電圧を検出し、その検出値を変動量演算器２０１に入力する。変動量演算器２０１は変動量を演算し、出力する。また、各電力変換器制御装置１１ａ，１１ｂ，…からの電力演算値Ｐと電力変動量ΔＰは総合電力演算器２０２に入力され、総合電力演算器２０２では複数の電力変換器の出力電力と変動量の合計を演算し出力する。ここで、総合電力調整器２０３において、総合電力演算値の電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率と同じ場合（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０）ではＤｅ＝０とトータルダンピング係数は機械系のダンピング値のみとなり、振動現象は機械系のダンピング係数で減衰する。そして、電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率より大きい場合では、Ｄｅ＞０とトータルダンピング係数は機械系のダンピング値と電気系のダンピング係数の合計となり、より大きい減衰力が得られる。すなわち、総合電力演算器２０２から出力されるΔＰを用いて、ΔＰ／Δωを演算することで、所定の比率となることを確認でき、所定の比率に対して偏差がある場合には、さらにその偏差量を用いて補正量配分器２０４で演算される配分比を増減することで所定の比率に一致させることもできる。

以上のように、制限値が大きい電力変換装置の補正量の不足分を他の電力変換装置の補正量の比率を増加することで補充し、総合電力として調整ができるようにした。補正量配分器２０４で演算された各電力変換装置の補正配分比ｋ１，ｋ２は、各電力変換器制御装置１１ａ，１１ｂ，…に送られ、各電力変換器制御装置では、送られた配分比に従って、補正量調整器１１８で調整する。

このようにすることで、負荷側の振動抑制がある場合でも、複数の電力変換装置で補正量の配分を行い、総合電力として調整を行うことで電源側の振動抑制を行うことができる。

また、負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置における、電動機と被駆動装置の軸共振周波数で生じる軸ねじり振動は特定の速度で発生する場合がある。そこで、電源側振動抑制条件配分器２０から出力される電源側振動抑制条件に補正配分比だけでなく各電力変換装置の速度指令値を追加し、制限量が大きい電力変換装置の速度指令値を操作することで制限量を緩和し、電源側の振動抑制を行うこともできる。

また、図４に示す実施例においては、総合電力演算手段への入力電力演算値が電力変換装置からとなっているが、同じ系統に接続されている電力変換装置以外の負荷電力も加えた総合電力で調整することも可能であり、この場合、各電力変換装置への補正量配分比が抑えられる効果がある。

各実施例のエッセンスを纏めると、タービン発電機間の軸ねじれ振動へのダンピング特性が負荷側の電力変化に依存することに着目し、電源側に発電機を有する系統に接続された電力変換装置において、前記発電機の回転速度変動を前記電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出する変動量演算手段と、前記電力変換装置の電力を演算する電力演算手段と、前記変動量に応じて、前記電力演算値が変化するように前記電力変換装置の動作を補正する電力調整手段を設置するようにした。例えば、この調整においては、電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率と同じ（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０）、または、電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率より大きくなるように電力変換装置の動作を補正するようにした。また、ダンピング特性がタービン発電機のイナーシャ比，減衰係数，固有振動数などに依存することに着目し、電力調整を行うための電力と変動量との関係式をタービン発電機の機械条件により可変できるようにした。

また、電源側に発電機を有する系統に接続され、負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置において、前記発電機の回転速度変動を前記電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出する変動量演算手段と、前記電力変換装置の電力を演算する電力演算手段と、前記変動量に応じて、前記電力演算値が変化するように前記電力変換装置の動作を補正する電力調整手段と、前記電力調整手段が出力する補正量を増減する補正量調整手段と負荷側の振動現象に応じて前記補正量調整手段の制限量を演算する補正制限演算手段を設置し、負荷側の振動現象に応じて電力調整手段による補正出力を前記補正量調整手段で増減するようにした。

また、電源側に発電機を有する系統に接続され、負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置が共通の系統に複数接続されているシステムにおいて、ある電力変換装置の補正量が制限された場合に、他の電力変換装置の補正量を変化させる補正量配分手段を設置し、総合電力として調整するようにした。

また、電源側に発電機を有する系統に接続され、負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置が共通の系統に複数接続されているシステムにおいて、前記発電機の回転速度変動を前記電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出する変動量演算手段と、前記電力変換装置の電力を演算する電力演算手段と、前記変動量に応じて、前記電力演算値が変化するように前記電力変換装置の動作を補正する電力調整手段と、前記電力調整手段が出力する補正量を増減する補正量調整手段と負荷側の振動現象に応じて前記補正量調整手段の制限量を演算する補正制限演算手段を複数の電力変換装置の各々に設置し、各電力変換装置の電力演算手段の電力値を合計する総合電力演算手段と前記発電機の回転速度変動を前記電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出する変動量演算手段と、前記変動量に応じて、前記総合電力演算値が変化するように、前記電力変換装置のいずれかの補正量を変化させて総合電力として調整するようにした。

以上の実施例では電動機８で被駆動装置９（例えば液化天然ガス製造用のコンプレッサ）を駆動する例を説明したが、これに限定されるものではなく、船舶に適用しても良い、この場合は、発電機＆モータ駆動システムを船舶に積載できるように構成し、モータ駆動システムで船舶のスクリューを駆動する。また、エコ電車に適用しても良い。この場合は、発電機を電車用のディーゼル発電機とし、ディーゼル発電機＆モータ駆動システムを用いて車輪を駆動する。また、非常用発電機＋ＵＰＳとして適用しても良い、この場合、変換器としてＵＰＳ（無停電電源装置）が構成されることとなる。さらに、電動ダンプシステムに適用しても良い、この場合、発電機＆モータ駆動システムを車両に積載できるように構成し、モータ駆動システムで車両の駆動輪を回転させる。しかしながら、これらの例は、適用例を示したに過ぎず、発電機＋モータ駆動システムのどのようなシステムにも適用が可能なのは言うまでも無い。

１ ガスタービン
２ 発電機
３ ガスタービンと発電機間の機械軸
４ 発電機電圧から系統電圧への変圧器
５ 系統電圧から電力変換器入力電圧への変圧器
６ 系統
７ 電力変換器
８ 電動機
９ 被駆動装置
１０ 電動機と被駆動装置間の機械軸
１１ 電力変換器制御装置
１２ 電力変換器出力電流検出器
１３ 電力変換器出力電圧検出器
１４ 電力変換器入力電圧検出器
１１１ 速度指令発生器
１１２ 電動機ベクトル制御器
１１３ パルス生成器
１１４ 変動量演算器
１１５ 電力演算器
１１６ 電力調整器
１１７ タービン発電機条件設定器
１１８ 補正量調整器
１１９ 補正制限演算器

Claims (15)

1. 発電機を有する系統に接続され、前記発電機の出力する電力を所定の周波数の交流に電力変換して電動機を駆動する電力変換装置において、電気的な物理量である指令値を演算する指令値演算手段と、前記指令値に近づくように変換動作を制御する制御手段と、前記発電機の回転速度変動に相当する速度変動量を検出する速度変動量演算手段と、前記電力変換されて前記電動機に対して供給される交流電力の電力量を検出する電力量検出手段を有し、
   前記速度変動量演算手段は、前記発電機の回転速度変動を入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出し、
   前記指令値演算手段は、電力の変動量を前記回転速度変動量で除した値から、動作点における前記検出した電力を回転速度で除した値を減じた値と、電源側の機械定数に基づいて、機械ダンピング係数と電気ダンピング係数とで構成されるトータルダンピング係数が零以上に相当する電力となるような指令値を演算することを特徴とする電力変換装置。
   
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記機械定数は、減衰係数、固有振動数及び
   イナーシャ比であることを特徴とする電力変換装置。
   
3. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記指令値を補正する補正値を演算する補正値演算手段を有し、前記補正値演算手段は、前記演算された電力が、電気ダンピング係数が零以上となるような電力となるように補正値を演算することを特徴とする電力変換装置。
   
4. 請求項３記載の電力変換装置において、速度変動量に対する電力変動量が所定の比率となるように、前記補正値が演算されることを特徴とする電力変換装置。
   
5. 請求項４に記載の電力変換装置において、速度変動量に対する電力変動量の比が動作点での速度に対する電力の比の１倍以上となるように、前記補正値が演算されることを特徴とする電力変換装置。
   
6. 請求項３乃至５のいずれかに記載の電力変換装置において、前記指令値或いは補正値で補正された指令値を制限する制限手段を有することを特徴とする電力変換装置。
   
7. 請求項１記載の電力変換装置において、負荷側の振動現象を検出する振動現象検出手段と、前記検出された振動現象に基づいて前記指令値を制限する制限手段を有することを特徴とする電力変換装置。
   
8. 請求項７に記載の電力変換装置において、振動現象の検出は、振動センサ或いは前記電動機への出力に基づいて検出することを特徴とする電力変換装置。
   
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の電力変換装置が、船舶，電車或いは電動車両の一部として搭載されているか、あるいは、無停電電源として用いられていることを特徴とする電力変換装置。
   
10. 発電機を有する系統に接続され、前記発電機の出力する共通の電力を複数の交流に電力変換して対応する電動機を駆動する電力変換装置において、電気的な物理量である指令値を演算して各々の電力変換に対応して指令する指令値演算手段と、前記発電機の回転速度変動に相当する速度変動量を検出する速度変動量演算手段と、前記電力変換されて前記各々電動機に対して供給される交流電力の合計電力量を検出する電力量検出手段を有し、
    前記速度変動量演算手段は、前記発電機の回転速度変動を入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出し、
    補正値を演算する補正値演算手段と、前記補正値により補正された指令値に近づくように前記各々の電力変換を制御する制御手段とを有し、
    前記補正値演算手段は、合計電力の変動量を前記回転速度変動量で除した値から、動作点における前記検出した合計電力を回転速度で除した値を減じた値と、電源側の機械定数に基づいて、機械ダンピング係数と電気ダンピング係数とで構成されるトータルダンピング係数が零以上に相当する電力となるように補正値を前記各々の電力変換に対して演算することを特徴とする電力変換装置。
    
11. 請求項１０に記載の電力変換システムにおいて、前記複数の電力変換器のいずれかの補正値あるいは補正された指令値を制限する制限手段と、前記制限に基づいて前記複数の電力変換器の他方の指令値の補正値あるいは補正された指令値を変化させることを特徴とする電力変換装置。
    
12. 請求項１０に記載の電力変換システムにおいて、前記指令値を制限する制限手段と、前記各々の電力変換の電気的な物理量を前記各々の指令値を制限した値に近づくように電気的な物理量を制御する制御手段とを有することを特徴とする電力変換装置。
    
13. 請求項１０に記載の電力変換システムにおいて、補正値を増減する補正値調整手段と、負荷側の振動現象に応じて前記補正値調整手段の制限量を演算する補正制限演算手段を複数の電力変換の各々に対して設け、前記変動量に応じて、前記合計電力が変化するように、前記電力変換装置のいずれかの補正値を変化させて総合電力として調整する総合電力調整手段を有することを特徴とする電力変換装置。
    
14. 請求項１３記載の電力変換システムにおいて、各電力変換の負荷側の振動現象に応じて補正量調整手段の制限量を演算する補正制限演算手段からの制限量の大きさにより、各電力変換の指令値を操作することを特徴とする電力変換装置。
    
15. 請求項１３記載の電力変換システムにおいて、同じ系統に接続されている負荷電力も加え、総合電力として調整することを特徴とする電力変換装置。

Images