JP5693337B2 - Generator control device - Google Patents
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Description
本発明は、電力系統に接続した発電システムにおいて、特に、電力系統で電圧低下などの事故が起こったときでも出力電力を安定に電力指令等の制御量指令に追従させることが可能な発電機の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a power generation system connected to a power system, in particular, a generator capable of causing output power to stably follow a control amount command such as a power command even when an accident such as a voltage drop occurs in the power system. The present invention relates to a control device.
電力系統で地絡あるいは電圧や周波数などの異常が発生した場合、例えば、風力発電システムは、機器を保護するため発電運転の停止等の対応を行う。また、風力発電システムは、電力系統と電力変換器、発電機の間にある開閉器によって風力発電システムの主回路と電力系統を遮断する。しかし、軽微な事故や数秒程度の短時間の事故の場合には、完全に遮断せずに出力電力を抑制して発電運転の継続を行うことが要求されている。特に、欧米では、風力発電機を解列せずに継続運転を行うLVRT(Low Voltage Ride Through)、またはFRT(Fault Ride Through)機能が重要視されており、これに関する系統連系要件が定められている。
電力系統に事故が発生しても風力発電機を解列せずに継続運転を追求する風力発電システムとして、例えば、特許文献1や特許文献2が挙げられる。
When a ground fault or an abnormality such as voltage or frequency occurs in the power system, for example, the wind power generation system takes measures such as stopping the power generation operation to protect the device. Moreover, a wind power generation system interrupts | blocks the main circuit and power system of a wind power generation system with the switch provided between an electric power system, a power converter, and a generator. However, in the case of a minor accident or a short-time accident of several seconds, it is required to continue the power generation operation by suppressing the output power without completely shutting off. In particular, in Europe and the United States, LVRT (Low Voltage Ride Through) or FRT (Fault Ride Through) function, which performs continuous operation without disconnecting wind power generators, is regarded as important, and the grid interconnection requirements are defined. ing.
Examples of a wind power generation system that pursues continuous operation without disconnecting a wind power generator even if an accident occurs in the power system include
ところで、電力系統で事故が発生したときに風力発電システムを解列しないためには、発電機が供給する電力を速やかに抑制・処理する必要があり、発電運転を継続したまま電力指令ゼロに追従させる必要がある。また、電力系統に電力を供給できない期間に発電機から送られる電力を消費する処置も必要となる。このとき、発電システムが復帰するまでの間に発電機から送られる電力を消費するために、抵抗などの負荷回路を設置する場合があるが、その電力規模によっては大型の抵抗回路が必要となり、発熱の問題等が発生する。 By the way, in order not to disconnect the wind power generation system when an accident occurs in the power system, it is necessary to quickly suppress and process the power supplied by the generator and follow the power command zero while continuing the power generation operation. It is necessary to let In addition, it is necessary to take measures to consume the power sent from the generator during a period in which power cannot be supplied to the power system. At this time, in order to consume the electric power sent from the generator until the power generation system is restored, a load circuit such as a resistor may be installed, but depending on the power scale, a large resistance circuit is required. A problem of heat generation occurs.
しかしながら、上述の特許文献1に記載の構成では、ブレードのピッチ角を制御することによって風車の回転速度の上昇を抑制するが、ピッチ角制御の応答が遅いためにピッチ角制御が行われるまで電力が出力されるという課題がある。その期間、風力発電システムは電力変換器から電力を出力できないため、風車が高回転となったり、電力変換器の直流電圧が上昇するなどの恐れがある。
また、上述の特許文献2に記載の構成においては、異常検出装置が、回転速度あるいは電圧の異常を検出した際に、該誘導機型風力発電機に無効電力を注入して誘導機型風力発電機の回転速度および電圧の安定化制御を行うが、永久磁石を用いた大容量の風力発電システムでは、すべての電力が電力変換器に入力されるため、常に十分な効果が得られるというものではなかった。
However, in the configuration described in
In the configuration described in
この発明は、以上のような従来の課題を解決するためになされたもので、電力系統の事故発生に伴う電力指令等の急変に対して速やかに追従して発電機を解列させることなく、安定した制御動作を可能とする発電機の制御装置を得ることを目的とする。 This invention was made in order to solve the conventional problems as described above, without following up the generator promptly following a sudden change such as a power command accompanying the occurrence of a power system accident, It is an object of the present invention to obtain a generator control device that enables stable control operation.
この発明に係る発電機の制御装置は、制御量指令に検出制御量が追随するよう発電機を制御して電力系統に電力を供給するものであって、
発電機の電流を検出して検出電流を出力する電流検出回路、制御量指令と検出電力と一次周波数指令とを入力し制御量指令と検出制御量との制御量偏差を演算し当該制御量偏差に基づき周波数指令を演算する周波数指令演算回路、周波数指令と検出電流とを入力し周波数指令に必要な補正演算を施して一次周波数指令として出力する周波数指令補正回路、一次周波数指令と検出電流とに基づき電圧指令と検出電力とを演算する電圧指令演算回路、および電圧指令に基づき発電機の発電電力を変換して電力系統に出力する電力変換回路を備えた発電機の制御装置において、
電力系統の事故発生を検出したとき、制御量指令を抑制するとともに、所定時間、周波数指令演算回路または周波数指令補正回路を、周波数指令の一次周波数指令への追従性を高める高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備えたものである。
The generator control device according to the present invention supplies the power to the power system by controlling the generator so that the detection control amount follows the control amount command,
A current detection circuit that detects a generator current and outputs a detected current, inputs a controlled variable command, detected power, and primary frequency command, calculates a controlled variable deviation between the controlled variable command and the detected controlled variable, and controls the controlled variable deviation A frequency command calculation circuit that calculates a frequency command based on the frequency command correction circuit that inputs a frequency command and a detection current, performs a correction calculation necessary for the frequency command, and outputs it as a primary frequency command, a primary frequency command and a detection current In a generator control device including a voltage command calculation circuit that calculates a voltage command and detected power based on the voltage command, and a power conversion circuit that converts the generated power of the generator based on the voltage command and outputs it to the power system ,
When detecting the accident of the power system, it is possible to suppress the control amount command for a predetermined time, the frequency command calculation circuit or a frequency command correcting circuit, switching to the high follow-up circuit to enhance the followability to the primary frequency command frequency reference Control circuit switching means is provided .
この発明に係る発電機の制御装置は、以上のように、電力系統の事故発生を検出したとき、制御量指令を抑制するとともに、所定時間、周波数指令演算回路または周波数指令補正回路を、周波数指令の一次周波数指令への追従性を高める高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備えたので、電力系統の事故発生直後に生じ得る、周波数指令と一次周波数指令との間の不安定な現象が抑制され全体として制御量指令へ速やかに追従する安定した制御特性が得られる。 Generator control device according to the present invention, as described above, upon detection of the accident of the power system, it is possible to suppress the control amount command for a predetermined time, the frequency command calculation circuit or a frequency command correcting circuit, the frequency Control circuit switching means that switches to a high-following circuit that improves follow-up to the primary frequency command of the command, so there is an unstable phenomenon between the frequency command and the primary frequency command that can occur immediately after an accident in the power system Stable control characteristics that are suppressed and follow the control amount command promptly as a whole can be obtained.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1は、風力発電システムにおいて、電力系統における地絡事故、あるいは電圧、周波数などの異常を検出する機器を備え、異常検出時には発電機の出力電力を速やかに抑制し、風力発電機を解列させることなく安定に継続運転できるよう構成したものである。
ここで、特に、風力発電システムを取り上げるのは、原子力、火力や水力で代表される、タービンの回転エネルギーを利用する発電システムにおいては、系統の異常検出に応じて、動力源となる蒸気流や水流を調整弁によりある程度制御することが出来るが、風力発電システムでは、その動力源である風を制御することが出来ない。風力発電システムにおいて系統事故が発生すると、風から受けるトルク以上のパワーで風車が加速してオーバースピードで回転する危険性がある。
この意味で、本願発明は、風力発電システムに適用すると特にその有用性が高いと言えるが、この発明は、風力発電システム以外の発電システムにも適用可能なことは言うまでもない。
Here, in particular, the wind power generation system is taken up in the power generation system using the rotational energy of the turbine, which is represented by nuclear power, thermal power, and hydropower, in accordance with the detection of the system abnormality, Although the water flow can be controlled to some extent by the regulating valve, the wind power generation system cannot control the wind that is the power source. When a grid fault occurs in a wind power generation system, there is a risk that the windmill will accelerate with over-torque power and rotate at overspeed.
In this sense, the present invention is particularly useful when applied to a wind power generation system, but it goes without saying that the present invention can also be applied to power generation systems other than wind power generation systems.
以下、本発明の実施の形態1における発電機の制御装置を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態1における発電機の制御装置を、発電機等の主回路機器を含めて示すブロック図である。
図1において、周波数指令演算回路2は、入力端子1を介して入力された、制御量指令としての電力指令P*に基づき周波数指令ωsを演算する。周波数指令補正回路3は、周波数指令ωsや負荷の急変による脱調を防止する等、動作安定化等の目的で周波数指令ωsに必要な補正演算を施して一次周波数指令ω1を出力する。電圧指令演算回路4は、一次周波数指令ω1から3相交流の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を演算して出力する。積分回路5は、一次周波数指令ω1を積分演算して制御位相θを出力する。座標変換回路6は、電流検出回路10、11、12で検出した3相交流電流iu,iv,iwを回転座標系の電流値id,iqに変換する。以上の、周波数指令演算回路2、周波数指令補正回路3、電圧指令演算回路4および積分回路5により、図中波線で囲んで示す制御ブロック14を構成する。
Hereinafter, a generator control apparatus according to
FIG. 1 is a block diagram showing a generator control apparatus according to
In FIG. 1, a frequency
発電機側変換器9は、回転子に永久磁石を用いて風力エネルギーを動力として回転する可変速同期発電機としての永久磁石型同期発電機13に接続され発電機からの交流電力を直流電力に変換する。系統側変換器8は、発電機側変換器9からの直流電力を交流電力に変換して電力系統7に出力する。系統側変換器8と発電機側変換器9とにより電力変換回路を構成する。
The generator-
次に、動作について説明する。本発明の各実施の形態では、回転センサや位置センサを用いずに電流検出回路10、11、12で検出した電流値から電圧指令値を計算して安定に風力発電機13のセンサレス制御を行う。
入力端子1には、上位システムより電力指令P*が入力される。周波数指令演算回路2は、電力指令P*、電圧指令演算回路4から入力される検出電力Pおよび周波数指令補正回路3から入力される一次周波数指令ω1を用いて周波数指令ωsを演算する。
Next, the operation will be described. In each embodiment of the present invention, the voltage command value is calculated from the current values detected by the
The power command P * is input to the
図2に、周波数指令演算回路2の内部構成を示す。図2において、減算器18は、入力端子15を介して入力された電力指令P*から、入力端子16を介して入力された、ここでは検出制御量となる検出電力Pを減算して制御量偏差としての電力偏差を演算する。除算器19は、減算器18の出力を、入力端子17を介して入力された回転周波数ωで除算する。
以上の演算は、以下の(1)式で表され、除算器19からは、トルク偏差ΔTが出力される。
FIG. 2 shows an internal configuration of the frequency
The above calculation is expressed by the following equation (1), and the
積分器20は、以下の(2)式に基づき、除算器19の出力ΔTを符号を反転して積分し、周波数指令ωsとして出力端子21に出力する。
The
なお、上記(1)式において、同期発電機の場合、発電機端子電圧の周波数と回転周波数とが一致しており、回転周波数ωとして一次周波数指令ω1を用いて演算することができる。このように回転周波数を用いて周波数指令演算を行うことにより出力電力が電力指令に安定に追従する。 In the above formula (1), in the case of a synchronous generator, the frequency of the generator terminal voltage and the rotation frequency are the same, and the rotation frequency ω can be calculated using the primary frequency command ω1. In this way, the output power stably follows the power command by performing the frequency command calculation using the rotation frequency.
制御ブロック22は、電力系統7において電圧低下などの事故が検出されたときに積分器20を制御するブロックであり、本願発明の要部となる。便宜上、その内容は、後段の回路の説明の後で詳細を説明するものとする。
The
周波数指令補正回路3では、例えば、動作安定化の目的で周波数指令ωsの補正を行う。同期発電機は、誘導発電機のようにすべりが発生しないため、周波数指令値や負荷の急変での脱調を防止するように周波数指令値を補正する。この補償方法については、例えば、電気学会論文誌D分冊122巻3号(平成14年)記載の公知の手法「永久磁石同期電動機のV/f制御の高性能化」に一例が示されている。検出された電流値iqをフィードバックしてハイパスフィルタなどの処理を行い、回転周波数偏差の発生を抑制して一次周波数指令ω1を演算して出力する。
For example, the frequency
電圧指令演算回路4では、一次周波数指令ω1から回転座標系のdq軸上の電圧指令Vd*、Vq*を計算し、さらに、この電圧指令Vd*、Vq*を変換して3相交流電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を計算する。dq軸上の電圧指令Vd*、Vq*は、dq軸上の電流値id,iqを用いて、例えば、(3)式により計算することができる。 The voltage command calculation circuit 4 calculates voltage commands Vd * and Vq * on the dq axis of the rotating coordinate system from the primary frequency command ω1, and further converts the voltage commands Vd * and Vq * to generate a three-phase AC voltage command. Vu *, Vv *, and Vw * are calculated. The voltage commands Vd * and Vq * on the dq axis can be calculated by, for example, equation (3) using the current values id and iq on the dq axis.
このとき、Rは、発電機の一次巻線抵抗の値であり、R・idおよびR・iqの項は、電流が流れたときの電圧降下分を補正する。センサレス制御として一般的に知られているV/f一定制御方式では、一次周波数指令ω1と一次線間電圧値V1の振幅とを比例関係になるように制御するものであるが、(3)式におけるKは、V/f一定制御の係数と同じものを使うことが可能である。例えば、無負荷時のq軸電圧指令と同じ値などが用いられる。 At this time, R is the value of the primary winding resistance of the generator, and the terms R · id and R · iq correct the voltage drop when the current flows. In the V / f constant control method generally known as sensorless control, the primary frequency command ω1 and the amplitude of the primary line voltage value V1 are controlled to have a proportional relationship. It is possible to use the same K as the coefficient of V / f constant control. For example, the same value as the q-axis voltage command at no load is used.
図3に、電圧指令演算回路4の内部構成を示す。図3において、乗算回路27は、入力端子23を介して入力されたd軸電流idに抵抗値Rを乗算する。乗算回路28は、入力端子24を介して入力されたq軸電流iqに抵抗値Rを乗算する。乗算回路30は、入力端子25を介して入力された一次周波数指令ω1に係数Kを乗算する。加算器29は、乗算回路28の出力と乗算回路30の出力を加算する。座標変換回路31は、回転座標系の電圧指令値Vd*、Vq*を3相交流の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に変換して出力端子32、33、34に出力する。
FIG. 3 shows an internal configuration of the voltage command calculation circuit 4. In FIG. 3, the
電圧指令演算回路4では、電圧指令値Vd*、Vq*を三相交流のVu*、Vv*、Vw*に変換して出力するが、以下の(4)式を用いてdq軸上の電圧指令をU−V−Wの3相交流の電圧指令に変換する。 The voltage command calculation circuit 4 converts the voltage command values Vd * and Vq * into three-phase AC Vu *, Vv *, and Vw * and outputs them. The voltage on the dq axis is expressed using the following equation (4). The command is converted into a three-phase AC voltage command of U-V-W.
(4)式より、座標変換回路31では、(5)式の演算を行い、3相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を計算する。 From the equation (4), the coordinate conversion circuit 31 calculates the equation (5) to calculate the three-phase voltage commands Vu *, Vv *, and Vw *.
また、電圧指令演算回路4では、(6)式により、検出電流値id、iqと電圧指令値Vd*、Vq*とを用いて検出電力Pを計算して出力する。 Further, the voltage command calculation circuit 4 calculates and outputs the detected power P by using the detected current values id and iq and the voltage command values Vd * and Vq * by the equation (6).
図1に戻り、積分回路5は、制御位相θを計算する。制御位相θは、風力発電機の回転子の回転に同期しており、回転座標系における制御の位相を示す。制御位相θは、(7)式により、一次周波数指令ω1を積分演算することにより求めることができる。
Returning to FIG. 1, the integrating
座標変換回路6は、電流検出回路10、11、12で検出した3相交流の電流値をdq軸上の電流値に変換して出力する。3相交流座標系からdq軸上への変換式は(8)式で表される。
The coordinate conversion circuit 6 converts the current value of the three-phase alternating current detected by the
従って、電流値id、iqは、(9)式により求めることができる。 Therefore, the current values id and iq can be obtained from the equation (9).
このとき、iw=−iu−ivとすると、(10)式により簡略にして求めることができる。 At this time, if iw = −iu−iv, it can be obtained simply by equation (10).
発電機側変換器9は、風力発電機13に接続され、発電機13が発生する交流電力を直流電力に変換して直流リンクに出力する。直流リンクでは、一般的にコンデンサなどによって平滑化が行われる。系統側変換器8は、電力系統7側に接続され、直流リンクからの直流電力をPWM処理等により電力系統7側の周波数に同期した交流電力に変換して出力する。電力系統7と系統側変換器8との間には遮断器(図1では図示を省略している)が設置される。
The
次に、図2に戻って、周波数指令演算回路2の、特に、この発明の要部となる制御ブロック22の構成および動作について説明する。
電力系統で電圧低下などの事故が起こった場合、風力発電システムの出力する電力を早急に抑制する必要がある。もっとも、一般的に風力発電システムの制御応答は、制御の安定化を重視する観点からそれほど速く設定されていないため、短時間で出力電力を制御することができない。
Next, returning to FIG. 2, the configuration and operation of the frequency
When an accident such as a voltage drop occurs in the power system, it is necessary to quickly suppress the power output from the wind power generation system. However, in general, the control response of the wind power generation system is not set so fast from the viewpoint of emphasizing the stabilization of the control, and thus the output power cannot be controlled in a short time.
電力系統の事故発生が検出されると、電力指令P*が、急速に、例えば、0に抑制されるが、上述したように、周波数指令演算回路2や周波数指令補正回路3の制御時定数は比較的大きな値に設定されているので、特に、周波数指令演算回路2から出力される周波数指令ωsと周波数指令補正回路3から出力される一次周波数指令ω1との間に不要な振動等の不安定な動作が発生し、これが原因で、全体として電力指令へ速やかに追従する安定した制御特性が得られないということが考えられる。
そこで、本発明においては、系統事故検出時に積分器20の出力を直接的に制御する制御ブロック22を備え、周波数指令ωsを一次周波数指令ω1に速やかに追従させる。
When the occurrence of an accident in the power system is detected, the power command P * is rapidly suppressed to, for example, 0, but as described above, the control time constants of the frequency
Therefore, in the present invention, the
図4は、この制御ブロック22の内部構成を示すブロック図である。周波数指令ωsの一次周波数指令ω1への追従性を高めるため、高追従回路に切り替える制御回路切替手段としてのセレクタ51およびセレクタ52を設けている。そして、図2では図示を省略していたが、電力系統7の事故発生検出センサからの異常検出信号が、このセレクタ51およびセレクタ52に入力される。
FIG. 4 is a block diagram showing the internal configuration of the
次に、セレクタ51、52により、周波数指令ωsの一次周波数指令ω1への追従性を高める高追従回路に切り替える動作について説明する。
異常検出信号が入力されると、マイコン等での演算の1周期の期間、セレクタ51は、それまで積分器20に送出していた、除算器19からのトルク指令ΔTに替わって周波数指令補正回路3からの一次周波数指令ω1に切り替える。セレクタ52は、それまでの積分器20からの出力に替わって周波数指令補正回路3からの一次周波数指令ω1を周波数指令ωsとして出力する。即ち、電力指令が急変するときに一次周波数指令ω1に基づいて動作する上述の高追従回路が形成される。演算の1周期が過ぎると、セレクタ51、52は、その切替位置を元の位置に戻す。
Next, the operation of switching to the high follower circuit that improves the followability of the frequency command ωs to the primary frequency command ω1 by the
When an abnormality detection signal is input, the
以上の両セレクタ51、52の切替動作により、系統事故発生と同時に、積分器20における積分動作の初期値が一次周波数指令ω1で一旦リセットされこの初期値から積分動作が再開されるので、周波数指令ωsと一次周波数指令ω1との間に、不要な振動等の不安定な現象が抑制され、周波数指令ωsを一次周波数指令ω1に速やかに追従させることができる。この結果、全体として電力指令へ速やかに追従する安定した制御特性が得られる。
By the switching operation of both the
既述したように、通常の、即ち、電力系統7が正常な状態を前提に設定される、周波数指令演算回路2の制御時定数は、制御特性の安定を考慮して、通常、タービン・風力発電機のイナーシャ相当の時定数(第1の制御時定数)とする必要がある。
従って、制御回路切替手段の他の変形例として、この周波数指令演算回路2の制御時定数を切り替えることで、周波数指令ωsを一次周波数指令ω1に速やかに追従させる方式が考えられる。即ち、特に図示はしないが、電力系統7の事故を検出したときに、積分器20を含む周波数指令演算回路2の第1の制御時定数を、この第1の制御時定数より小さい第2の制御時定数の高追従回路に切り替えて、出力電力を抑制する期間だけ応答が速くなるように設定する。
As described above, the control time constant of the frequency
Therefore, as another modification of the control circuit switching means, a method of causing the frequency command ωs to quickly follow the primary frequency command ω1 by switching the control time constant of the frequency
また、周波数指令補正回路3についても、周波数指令演算回路2と同様、制御回路切替手段として、電力系統7の事故を検出したときに、通常設定される第3の制御時定数を、この第3の制御時定数より小さい第4の制御時定数の高追従回路に切り替える制御時定数切替手段を備え、出力電力を抑制する期間だけ応答が速くなるように設定する方式を更なる変形例として採用しても良い。
Similarly to the frequency
以上のように、この発明の実施の形態1では、周波数指令ωsの一次周波数指令ω1への追従性を高めるため、高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備えたので、周波数指令ωsと一次周波数指令ω1との間に、不要な振動等の不安定な現象が抑制され、周波数指令ωsを一次周波数指令ω1に速やかに追従させることができ、全体として電力指令へ速やかに追従する安定した制御特性が得られる。 As described above, in the first embodiment of the present invention, since the control circuit switching means for switching to the high tracking circuit is provided in order to improve the tracking performance of the frequency command ωs to the primary frequency command ω1, the frequency command ωs and the primary frequency Unstable phenomena such as unnecessary vibrations are suppressed between the command ω1 and the frequency command ωs can quickly follow the primary frequency command ω1, and the stable control characteristic can quickly follow the power command as a whole. Is obtained.
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2における発電機の制御装置を示すブロック図である。実施の形態1との違いは、交流側スイッチ回路35と負荷回路36とを発電機側変換器9と風力発電機13との間に配置している点であり、本実施の形態では、系統事故発生時に負荷回路36に電流を流すように制御して電力を消費するように構成している。図5において、図1と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。
FIG. 5 is a block diagram showing a generator control apparatus according to
交流側スイッチ回路35は、電力系統の異常を検出したときにONされる。負荷回路36は、電力消費可能な抵抗等で構成され、U−V−W3相電流を熱として消費する。本実施の形態2においては、先の実施の形態1と同じように制御を行い、電力系統異常検出時には、電力指令をゼロとして出力電力を抑制するのと並行して、負荷回路36を投入して、発電機側変換器9に入力される電力を抑える。
The AC side switch circuit 35 is turned on when an abnormality in the power system is detected. The
以上のように、この発明の実施の形態2では、電力系統が復帰するまでの間の電力消費を負荷回路36を主体に行う構成においても、制御応答性を向上させて速やかに電力指令をゼロに追従させることができ、直流電圧の上昇を抑制可能となる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, even in a configuration in which power consumption is mainly performed by the
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3における発電機の制御装置を示すブロック図である。実施の形態1との違いは、直流側スイッチ回路37と負荷回路38とが系統側変換器8と発電機側変換器9との間の直流リンクに配置されている点であり、本実施の形態では、系統事故発生時に直流リンクから負荷回路38に電流を流すように制御して電力を消費するように構成している。図6において、図1と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。
FIG. 6 is a block diagram showing a generator control apparatus according to
直流側スイッチ回路37は、電力系統の異常を検出したときにONされる。負荷回路38は、電力消費可能な抵抗等で構成され、直流リンク電流を熱として消費する。本実施の形態3においては、先の実施の形態1と同じように制御を行い、電力系統異常検出時には、電力指令をゼロとして出力電力を抑制するのと並行して、負荷回路38を投入して、系統側電力変換器8に入力される電力を抑える。
The DC
以上のように、この発明の実施の形態3では、先の実施の形態2と同様に、電力系統が復帰するまでの間の電力消費を負荷回路38を主体に行う構成においても、制御応答性を向上させて速やかに電力指令をゼロに追従させることができ、従来よりも負荷回路を小さな容量のもので構成することができ電力消費も低減可能となる。
As described above, in the third embodiment of the present invention, similarly to the second embodiment, the control responsiveness can be achieved even in the configuration in which the power consumption is performed mainly by the
実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4における発電機の制御装置を示すブロック図である。実施の形態1との違いは、トルク指令によって制御する点であり、本実施の形態では、上位からトルク指令T*を与えられて運転している状況においても、実施の形態1で説明したと同様の効果が得られる。図7において、図1と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a generator control apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. The difference from the first embodiment is that it is controlled by a torque command. In this embodiment, the first embodiment has been described even in a situation where the torque command T * is given from the host. Similar effects can be obtained. 7, components that perform the same operations as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted, and the other portions will be described.
図7において、周波数指令演算回路40は、入力端子39を介して入力された、制御量指令としてのトルク指令T*に基づき周波数指令ωsを演算する。以上の、周波数指令演算回路40、周波数指令補正回路3、電圧指令演算回路4および積分回路5により、図中波線で囲んで示す制御ブロック41を構成する。
In FIG. 7, a frequency
次に、動作について説明する。本発明の実施の形態では、図1の実施の形態と同様に、回転センサや位置センサを用いずに電流検出回路10、11、12で検出した電流値から電圧指令値を演算して安定に風力発電機のセンサレス制御を行う。入力端子39には上位システムよりトルク指令T*が入力される。周波数指令演算回路40は、トルク指令T*、電圧指令演算回路4から入力される検出電力Pおよび周波数指令補正回路3から入力される一次周波数指令ω1を用いて周波数指令ωsを演算する。
Next, the operation will be described. In the embodiment of the present invention, as in the embodiment of FIG. 1, the voltage command value is calculated from the current value detected by the
次に、周波数指令演算回路40の詳細について図8を参照して説明する。図8において、図2と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。
除算器43は、入力端子16を介して入力される検出電力Pを一次周波数指令ω1で除算することにより、検出制御量としての検出トルクを演算する。減算器44は、トルク指令T*から除算器43の出力を減算する。
以上の演算は、以下の(11)式で表され、減算器44からは、制御量偏差としてのトルク偏差ΔTが出力される。
Next, details of the frequency
The
The above calculation is expressed by the following equation (11), and the
積分器45は、以下の(12)式に基づき、減算器44の出力ΔTを積分し、周波数指令ωsとして出力端子46に出力する。上記(11)式において、同期発電機の場合、発電機端子電圧の周波数と回転周波数が一致しており、回転周波数として一次周波数指令ω1を用いて演算することができる。このように回転周波数を用いて周波数指令演算を行うことにより出力電力が電力指令に安定に追従する。
The
制御ブロック47は、電力系統において電圧低下などの事故が検出されたときに積分器45を制御するブロックであり、本実施の形態4においても、先の実施の形態1の図4で説明した制御ブロック22と同様に、系統事故検出時に積分器45の出力を直接的に制御するよう構成する。即ち、周波数指令ωsの一次周波数指令ω1への追従性を高めるため、高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備える。具体的には、実施の形態1で説明したと同様、セレクタを用いて積分器の初期値を一旦リセットする方式や周波数指令演算回路または周波数指令補正回路の制御時定数を切り替える方式が同様に採用可能であり、同等の効果を奏する。
The
以上のように、この発明の実施の形態4では、周波数指令ωsの一次周波数指令ω1への追従性を高めるため、高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備えたので、周波数指令ωsと一次周波数指令ω1との間に、不要な振動等の不安定な現象が抑制され、周波数指令ωsを一次周波数指令ω1に速やかに追従させることができ、全体としてトルク指令へ速やかに追従する安定した制御特性が得られる。 As described above, in the fourth embodiment of the present invention, since the control circuit switching means for switching to the high tracking circuit is provided in order to improve the tracking performance of the frequency command ωs to the primary frequency command ω1, the frequency command ωs and the primary frequency Unstable phenomena such as unnecessary vibration are suppressed between the command ω1 and the frequency command ωs can quickly follow the primary frequency command ω1, and the stable control characteristic that quickly follows the torque command as a whole. Is obtained.
なお、本発明の各実施の形態例では、永久磁石型同期発電機へ適用した場合を一例として説明したが、同じように電力系統側に電力変換器を持つ構成の場合、二次励磁型発電機や直流励磁型同期発電機などの風力発電システムやその他の発電システムにも同様に適用可能であり同等の効果を奏する。また、各実施の形態例に示す構成を適宜組み合わせて実現することも可能である。 In each embodiment of the present invention, the case where it is applied to a permanent magnet type synchronous generator has been described as an example. Similarly, in the case of a configuration having a power converter on the power system side, secondary excitation type power generation The present invention can be similarly applied to wind power generation systems such as a power generator and a DC excitation type synchronous generator, and other power generation systems, and has the same effect. In addition, it is possible to realize the configuration shown in each embodiment by appropriately combining the configurations.
2,40 周波数指令演算回路、3 周波数指令補正回路、4 電圧指令演算回路、
5 積分回路、6 座標変換回路、7 電力系統、8 系統側変換器、
9 発電機側変換器、10,11,12 電流検出回路、13 永久磁石型同期発電機、20,45 積分器、22,47 制御ブロック。
2,40 Frequency command calculation circuit, 3 Frequency command correction circuit, 4 Voltage command calculation circuit,
5 integration circuit, 6 coordinate conversion circuit, 7 power system, 8 system side converter,
9 Generator side converter, 10, 11, 12 Current detection circuit, 13 Permanent magnet type synchronous generator, 20, 45 Integrator, 22, 47 Control block.
Claims (11)
前記発電機の電流を検出して検出電流を出力する電流検出回路、前記制御量指令と検出電力と一次周波数指令とを入力し前記制御量指令と前記検出制御量との制御量偏差を演算し当該制御量偏差に基づき周波数指令を演算する周波数指令演算回路、前記周波数指令と前記検出電流とを入力し前記周波数指令に必要な補正演算を施して一次周波数指令として出力する周波数指令補正回路、前記一次周波数指令と前記検出電流とに基づき電圧指令と前記検出電力とを演算する電圧指令演算回路、および前記電圧指令に基づき前記発電機の発電電力を変換して前記電力系統に出力する電力変換回路を備えた発電機の制御装置において、
前記電力系統の事故発生を検出したとき、前記制御量指令を抑制するとともに、所定時間、前記周波数指令演算回路または前記周波数指令補正回路を、前記周波数指令の前記一次周波数指令への追従性を高める高追従回路に切り替える制御回路切替手段を備えたことを特徴とする発電機の制御装置。 The generator is controlled so that the detected control amount follows the control amount command and power is supplied to the power system,
A current detection circuit that detects a current of the generator and outputs a detected current, inputs the control amount command, the detected power, and a primary frequency command, and calculates a control amount deviation between the control amount command and the detected control amount A frequency command calculation circuit that calculates a frequency command based on the control amount deviation, a frequency command correction circuit that inputs the frequency command and the detected current, performs a correction calculation necessary for the frequency command, and outputs a primary frequency command; A voltage command calculation circuit that calculates a voltage command and the detected power based on a primary frequency command and the detected current, and a power conversion circuit that converts the generated power of the generator based on the voltage command and outputs it to the power system In the generator control device comprising :
Upon detection of the accident before Symbol power system, it is possible to suppress the control amount command, a predetermined time, the frequency command calculation circuit or the frequency command correcting circuit, the follow-up of the primary frequency command of the frequency instruction A generator control device comprising control circuit switching means for switching to a high tracking circuit to be enhanced .
前記制御回路切替手段は、前記所定時間として演算の1周期の期間、前記積分器の入力を前記トルク偏差から前記一次周波数指令に切り替え、前記周波数指令演算回路の出力を前記積分器の出力から前記一次周波数指令に切り替えることにより前記周波数指令演算回路を前記高追従回路に切り替えるものであることを特徴とする請求項1記載の発電機の制御装置。 The frequency command calculation circuit converts the control amount deviation into torque deviation, and uses the output of an integrator that operates with the torque deviation as input as the frequency command,
The control circuit switching means switches the input of the integrator from the torque deviation to the primary frequency command for one period of calculation as the predetermined time, and outputs the frequency command calculation circuit from the output of the integrator to the primary frequency command. The generator control device according to claim 1, wherein the frequency command calculation circuit is switched to the high tracking circuit by switching to a primary frequency command.
前記電力系統の事故発生を検出したとき、前記交流側スイッチ回路を開から閉に切り替えるようにしたことを特徴とする請求項5記載の発電機の制御装置。 Comprising an AC side load circuit connectable to a connecting portion between the generator and the generator side converter via an AC side switch circuit;
6. The generator control device according to claim 5, wherein when the occurrence of an accident in the power system is detected, the AC side switch circuit is switched from open to closed.
前記電力系統の事故発生を検出したとき、前記直流側スイッチ回路を開から閉に切り替えるようにしたことを特徴とする請求項5記載の発電機の制御装置。 A DC side load circuit that can be connected to a connection part between the generator side converter and the system side converter via a DC side switch circuit,
6. The generator control device according to claim 5, wherein when the occurrence of an accident in the power system is detected, the DC side switch circuit is switched from open to closed.
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