JP6179586B2 - Resonance suppression device - Google Patents
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Description
本発明は、共振抑制装置に関する。 The present invention relates to a resonance suppression device.
近年、再生可能エネルギーの普及が進んでおり、多くの風力発電機を備えた大規模なウィンドファーム(wind farm:集合型風力発電所)も建設されている。 In recent years, the spread of renewable energy has progressed, and a large-scale wind farm (collective wind power plant) equipped with many wind power generators has also been constructed.
風力発電機は、発電した電力を一旦直流に変換する(AC−DC)コンバータ、およびその直流を交流に変換する(DC−AC)インバータを備えており、さらにインバータによって発生する高調波電流を除去する高調波フィルタも備えている。しかしながら、高調波フィルタを備えた風力発電機が電力系統に接続(連系)されると、高調波フィルタのキャパシタンス(capacitance:静電容量)と電力系統や変圧器のインダクタンス(inductance:誘導係数)とによる共振が発生し、出力電圧が不安定になる場合がある。 The wind power generator includes a converter (AC-DC) that converts the generated power into direct current (AC-DC) and an inverter that converts the direct current into alternating current (DC-AC), and further eliminates harmonic current generated by the inverter. A harmonic filter is also provided. However, when a wind power generator equipped with a harmonic filter is connected (connected) to the power grid, the capacitance of the harmonic filter (capacitance) and the inductance of the power grid or transformer (inductance) Resonance may occur and the output voltage may become unstable.
そこで、例えば特許文献1では、高調波フィルタのキャパシタンスに直列に抵抗を接続することによってこのような共振を抑制し、出力電圧に共振周波数成分が重畳されることなく、安定した運転の継続が可能な風力発電設備が開示されている。また、例えば非特許文献1では、パッシブノッチフィルタやC型バンドパスフィルタを用いて共振を抑制する技術が開示されている。
Thus, for example, in
しかしながら、特許文献1の風力発電設備では、抵抗の値Rhが風力発電設備の誘導機から見た系統リアクタンスX0に応じて与えられているため、電力系統の構成が変わると共振点が変化し、共振が再発する恐れがある。また、非特許文献1のフィルタを用いる方法でも、電力系統の構成が変わると共振点(共振周波数)が変化するため、それらの共振点をそれぞれ抑制する必要がある。
However, in the wind power generation facility of
さらに、電力系統の構成が変わらない場合であっても、複数台の風力発電機を備えた風力発電所においては、高調波フィルタのキャパシタンスが風力発電機の接続台数に応じて変化し、共振点も変化することとなる。すなわち、各風力発電機が備える高調波フィルタのキャパシタンスが並列に接続されるため、例えば図20に示すように、風力発電機の接続台数が増加するほど共振周波数が低下する。そのため、電力系統への風力発電機の接続台数が変化する風力発電所では、特許文献1や非特許文献1の共振抑制方法を用いることは困難である。
Furthermore, even if the configuration of the power system does not change, in a wind power plant equipped with a plurality of wind power generators, the capacitance of the harmonic filter changes according to the number of connected wind power generators, and the resonance point Will also change. That is, since the capacitances of the harmonic filters included in each wind power generator are connected in parallel, the resonance frequency decreases as the number of connected wind power generators increases, for example, as shown in FIG. Therefore, it is difficult to use the resonance suppression methods of
また、前述した課題を解決する主たる本発明は、高調波フィルタを備えた電力機器が電力系統に接続されることによって発生する共振を抑制する共振抑制装置であって、前記電力系統に前記電力機器と並列に交流電流を供給するインバータと、前記電力機器と前記電力系統との接続点の電圧が入力され、前記高調波フィルタの共振周波数を高周波側に移動させる電流指令値を生成する電流指令値生成部と、前記電流指令値に基づいて前記インバータから出力される前記交流電流を制御する電流制御部と、を有し、前記電流指令値生成部は、前記電力系統に接続されている前記電力機器の台数に基づいて前記電流指令値を生成することを特徴とする共振抑制装置である。 The main serving present invention that solve the problems described above, the power device having a harmonic filter is a suppressing resonance suppressing apparatus resonance generated by being connected to the power grid, the said power system An inverter that supplies an alternating current in parallel with a power device, and a current that generates a current command value that moves a resonance frequency of the harmonic filter to a high frequency side, by inputting a voltage at a connection point between the power device and the power system. a command value generating unit, based on the current command value to have a, a current control unit for controlling the alternating current output from the inverter, the current command value generating portion is connected to said electric power system The resonance suppression apparatus generates the current command value based on the number of the power devices .
また、前述した課題を解決するさらにその他の主たる本発明は、高調波フィルタを備えた電力機器が電力系統に接続されることによって発生する共振を抑制する共振抑制装置であって、係数が互いに異なる複数のリアクトルと、前記複数のリアクトルから1つ以上のリアクトルを選択するリアクトル選択部と、前記複数のリアクトルのうち前記リアクトル選択部によって選択された前記1つ以上のリアクトルを前記高調波フィルタのキャパシタンスと並列に接続するスイッチ回路と、を有し、前記リアクトル選択部は、前記電力系統に接続されている前記電力機器の台数に基づいて、前記複数のリアクトルから前記1つ以上のリアクトルを選択することを特徴とする共振抑制装置である。
Also, still another primary aspect of the present invention to solve the aforementioned problems is a suppress resonance suppressing apparatus resonant power device having a harmonic filter is generated by being connected to an electric power system, coefficient together A plurality of different reactors, a reactor selection unit that selects one or more reactors from the plurality of reactors, and the one or more reactors selected by the reactor selection unit among the plurality of reactors A switching circuit connected in parallel with the capacitance, and the reactor selection unit selects the one or more reactors from the plurality of reactors based on the number of the power devices connected to the power system. This is a resonance suppression device.
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。 Other features of the present invention will become apparent from the accompanying drawings and the description of this specification.
本発明によれば、共振点が変化する場合であっても共振を抑制することができる。特に、複数台の風力発電機を備えた風力発電所において、電力系統への風力発電機の接続台数が変化する場合であっても共振を抑制することができる。 According to the present invention, resonance can be suppressed even when the resonance point changes. In particular, in a wind power plant including a plurality of wind power generators, resonance can be suppressed even when the number of connected wind power generators to the power system changes.
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。 At least the following matters will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
<第1実施形態>
===共振抑制装置の構成===
以下、図1を参照して、本発明の第1の実施形態における共振抑制装置の構成について説明する。<First Embodiment>
=== Configuration of Resonance Suppressor ===
Hereinafter, with reference to FIG. 1, the structure of the resonance suppression apparatus in the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
図1に示されている共振抑制装置1aは、例えば風力発電所内に設置されて、高調波フィルタ31を備えた風力発電機3が電力系統5に接続されることによって発生する共振を抑制するための装置である。また、共振抑制装置1aは、フィルタ11、加算部12、電流制御部13、並列インバータ14、直流電源15、共振検出部16、および係数設定部17を含んで構成されている。なお、本実施形態では、フィルタ11および係数設定部17が電流指令値生成部10に相当する。
The
図1において、風力発電機3は、電力系統5に接続されている台数分の風力発電機を代表している。また、C1は、電力系統5に接続されている風力発電機がそれぞれ備える高調波フィルタのキャパシタンスの合成キャパシタンスを示し、L1は、風力発電機をそれぞれ電力系統5に接続する変圧器のインダクタンスの合成インダクタンスを示している。さらに、L2は、電力系統5のインダクタンスを示している。なお、図1においては、1相分の構成を示しており、風力発電機3が3相系統に接続されている場合には、共振抑制装置1aは、各相に対して同様の構成を備えるものとする。
In FIG. 1, the wind power generator 3 represents the number of wind power generators connected to the
フィルタ11は、積分特性または一次遅れ特性を有するデジタルフィルタである。また、フィルタ11には、風力発電機3と電力系統5との接続点の電圧vが入力され、フィルタ11からは、並列インバータ14の出力電流iに対する電流指令値i*が出力されている。The
接続点電圧vは、共振検出部16にも入力され、共振検出部16からは、検出した共振周波数f1が出力されている。また、係数設定部17には、共振周波数f1が入力され、係数設定部17からフィルタ11には、フィルタ係数が入力されている。ここで、フィルタ11が積分フィルタの場合には、フィルタ係数としてインダクタンスLが入力され、フィルタ11が一次遅れフィルタの場合には、フィルタ係数としてレジスタンス(resistance:電気抵抗)RおよびインダクタンスLが入力される。
The connection point voltage v is also input to the
加算部12には、並列インバータ14の出力電流iとそれに対する電流指令値i*とが入力され、加算部12から電流制御部13には、電流指令値i*と出力電流iとの差(i*−i)が入力されている。また、電流制御部13からは、電圧指令値v*が出力されている。The
並列インバータ14には、直流電源15が接続されている。また、並列インバータ14には、電圧指令値v*が入力され、並列インバータ14からは、交流電流iが出力されている。そして、並列インバータ14は、変圧器(不図示)を介して電力系統5に並列に接続されており、並列インバータ14から出力される交流電流iは、風力発電機3の出力電流i1と並列に電力系統5に供給されている。このような並列インバータ14としては、UPFC(Unified Power Flow Controller:統合電力潮流制御装置)が備える並列補償部を用いることもできる(例えば特許文献2を参照)。A
===共振抑制装置の動作===
次に、本実施形態における共振抑制装置の動作について説明する。=== Operation of Resonance Suppressor ===
Next, the operation of the resonance suppression device in the present embodiment will be described.
共振検出部16は、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)アルゴリズムなどを用いて接続点電圧vをフーリエ変換し、得られた周波数スペクトルのピークから共振を検出するとともに、共振周波数f1を求める。また、係数設定部17は、この共振周波数f1に基づいて、積分フィルタ11の係数L、または一次遅れフィルタ11の係数R,Lを設定する。そして、フィルタ11からは、設定されたフィルタ係数に応じた電流指令値i*が出力される。なお、フィルタ11の係数と共振抑制装置1aによる共振抑制効果との関係については後述する。The
電流制御部13は、電流指令値i*と並列インバータ14の出力電流iとの差(i*−i)に応じた電圧指令値v*を出力する。また、並列インバータ14は、電圧指令値v*に基づいてPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御やPAM(Pulse Amplitude Modulation:パルス振幅変調)制御を行い、直流電源15の電力を交流電力に変換して交流電流iを出力する。これにより、電流制御部13は、並列インバータ14の出力電流iが電流指令値i*に追従するように並列インバータ14を制御し、並列インバータ14は、電流指令値i*に追従する交流電流iを電力系統5に供給する。The
===共振抑制装置の作用===
次に、図2ないし図10を適宜参照して、本実施形態における共振抑制装置が共振を抑制する作用について説明する。=== Operation of Resonance Suppressor ===
Next, with reference to FIG. 2 to FIG. 10 as appropriate, the operation of the resonance suppression apparatus in the present embodiment to suppress resonance will be described.
図2は、共振抑制装置1aが設置されていない状態における風力発電機3の等価回路を示しており、風力発電機3を(高調波)電流源と見做すことができる。このとき、キャパシタンスC1と変圧器インダクタンスL1とによる共振周波数fr1は、
となる。FIG. 2 shows an equivalent circuit of the wind power generator 3 in a state where the
It becomes.
ここで、各風力発電機が備える高調波フィルタのキャパシタンスは、風力発電機の接続台数に応じて並列に接続されているため、接続台数が増加するほど合成キャパシタンスC1が大きくなり、共振周波数fr1が低下する。そして、共振周波数fr1が十分に高く、高周波領域(例えば数kHz程度)にある場合には、共振が発生しないものの、接続台数が増加して共振周波数fr1がある程度低い周波数領域(例えば数百Hz程度)まで低下すると、接続台数(共振周波数fr1)によっては共振が発生する恐れがある。 Here, since the capacitance of the harmonic filter included in each wind power generator is connected in parallel according to the number of connected wind power generators, the combined capacitance C1 increases as the number of connected wind power generators increases, and the resonance frequency fr1 becomes higher. descend. When the resonance frequency fr1 is sufficiently high and is in a high frequency region (for example, about several kHz), although resonance does not occur, the number of connected units increases and the resonance frequency fr1 is low to some extent (for example, about several hundred Hz). ), Resonance may occur depending on the number of connected units (resonance frequency fr1).
図3および図4は、それぞれ、高調波フィルタの(合成)キャパシタンスC1と並列に積分フィルタおよび一次遅れフィルタを接続した状態を示している。そして、これらの場合の共振周波数fr2は、
となる。ここで、L1’は、積分フィルタまたは一次遅れフィルタのインダクタンスLと変圧器インダクタンスL1との合成インダクタンスであり、
となるため、fr2>fr1となる。3 and 4 show a state in which an integral filter and a first-order lag filter are connected in parallel with the (combined) capacitance C1 of the harmonic filter, respectively. The resonance frequency fr2 in these cases is
It becomes. Here, L1 ′ is a combined inductance of the inductance L of the integral filter or the first-order lag filter and the transformer inductance L1,
Therefore, fr2> fr1.
したがって、共振検出部16が高調波フィルタの共振(共振周波数f1)を検出した場合に、キャパシタンスC1と並列に積分フィルタまたは一次遅れフィルタを接続すれば、例えば図5に示すように、共振周波数f1をより高周波側に移動させることができる。そして、この移動後の共振周波数f2が元の共振周波数f1に対して十分に高くなるようにフィルタ係数Lを設定することによって、共振周波数f1におけるゲインを小さくして共振を抑制することができる。例えば図5においては、共振周波数がf1からf2に移動(増加)することによって、共振周波数f1におけるゲインがg1からg2に低下している。好ましくは、共振周波数をf2に移動した場合の元の共振周波数f1におけるゲインg2を十分に小さい所定値以下とするため、移動後の共振周波数f2が元の共振周波数f1の少なくとも2倍以上となるようにフィルタ係数を設定する。さらに好ましくは、移動後の共振周波数f2が元の共振周波数f1の2〜3.5倍程度となるようにフィルタ係数を設定する。
Therefore, when the
ところで、図3において、接続点電圧vは、
と表され、これをラプラス変換すると、
となる。ここで、積分フィルタの伝達関数をH1とすると、
となるため、共振抑制装置1aが積分フィルタ11の出力(電流指令値i*)に追従する交流電流iを電力系統5に供給することは、図3のように積分フィルタを接続するのと等価である。By the way, in FIG.
And when this is Laplace transformed,
It becomes. Here, when the transfer function of the integral filter is H1,
Therefore, supplying the alternating current i that follows the output (current command value i * ) of the
したがって、積分フィルタ11を備えた共振抑制装置1aにより、検出された共振周波数を高周波側に移動させて共振を抑制することができる。一例として、図6は、共振が発生して、接続点電圧vや電力系統5への供給電流i2(=i1)に共振周波数成分が重畳された状態を示し、図7は、積分フィルタ11を備えた共振抑制装置1aによってその共振が抑制された状態を示している。図6および図7に示すように、積分フィルタ11を備えた共振抑制装置1aにより共振が抑制され、図6最上段の電圧vの波形が図7最上段のように改善されている。また、積分フィルタ11の係数Lと共振抑制効果との関係の一例を図8に示す。図8に示すように、インダクタンスLを小さくするほど共振抑制効果が大きくなるものの、式(6)から、並列インバータ14の出力電流iが大きくなり、並列インバータ14として、より大型のものを用いる必要がある。
Therefore, resonance can be suppressed by moving the detected resonance frequency to the high frequency side by the
一方、図4において、接続点電圧vは、
と表され、これをラプラス変換すると、
となる。ここで、一次遅れフィルタの伝達関数をH2とすると、
となるため、共振抑制装置1aが一次遅れフィルタ11の出力(電流指令値i*)に追従する交流電流iを電力系統5に供給することは、図4のように一次遅れフィルタを接続するのと等価である。On the other hand, in FIG.
And when this is Laplace transformed,
It becomes. Here, when the transfer function of the first-order lag filter is H2,
Therefore, supplying the alternating current i that follows the output (current command value i * ) of the first-
したがって、一次遅れフィルタ11を備えた共振抑制装置1aにより、検出された共振周波数を高周波側に移動させて共振を抑制することができる。一例として、図9は、一次遅れフィルタ11を備えた共振抑制装置1aによって、図6に示した共振が抑制された状態を示している。図6および図9に示すように、一次遅れフィルタ11を備えた共振抑制装置1aにより共振が抑制され、図6最上段の電圧vの波形が図9最上段のように改善されている。また、一次遅れフィルタ11の係数R,Lと共振抑制効果との関係の一例を図10に示す。図10に示すように、フィルタ11として一次遅れフィルタを用いることによって、レジスタンスRによる電力消費があるものの、積分フィルタよりも共振抑制効果が大きくなる。
Therefore, resonance can be suppressed by moving the detected resonance frequency to the high frequency side by the
<第2実施形態>
===共振抑制装置の構成および動作===
以下、図11を参照して、本発明の第2の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。Second Embodiment
=== Configuration and Operation of Resonance Suppressor ===
Hereinafter, the configuration and operation of the resonance suppression device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図11に示されている共振抑制装置1bは、第1実施形態の共振抑制装置1aに対して、共振検出部16および係数設定部17の代わりに、係数設定部18を含んで構成されている。なお、本実施形態では、フィルタ11および係数設定部18が電流指令値生成部10に相当する。そして、係数設定部18は、オンラインで、現在の風力発電機の接続台数G#を取得し、この接続台数G#に基づいて、積分フィルタ11の係数L、または一次遅れフィルタ11の係数R,Lを設定する。
The resonance suppression device 1b shown in FIG. 11 includes a
ここで、図12に示すように、n台の風力発電機3が電力系統5に接続している場合、各高調波フィルタ31のキャパシタンスC1と、系統インダクタンスL2および各変圧器インダクタンスL1とによる共振周波数fr1は、
と表すことができる。Here, as shown in FIG. 12, when n wind power generators 3 are connected to the
It can be expressed as.
したがって、このような風力発電機の接続台数G#=nと共振周波数fr1との関係から、係数設定部18は、オンラインで取得した現在の接続台数G#に基づいて、現在の共振周波数fr1を求めることができる。そして、係数設定部18は、現在の共振周波数fr1に対して、各高調波フィルタ31のキャパシタンスC1と並列に積分フィルタまたは一次遅れフィルタを接続した場合の共振周波数fr2が十分に高くなるようにフィルタ11の係数を設定する。好ましくは、共振周波数fr1に対して、共振周波数fr2が少なくとも2倍以上となるようにフィルタ11の係数を設定する。さらに好ましくは、共振周波数fr1に対して、共振周波数fr2が2〜3.5倍程度となるようにフィルタ11の係数を設定する。
Therefore, from the relationship between the number of connected wind power generators G # = n and the resonance frequency fr1, the
ここで、本実施形態の共振抑制装置1bは、共振検出部を備えていないため、現実に共振が発生しているか否かに関わらず、フィルタ11の出力(電流指令値i*)に追従する交流電流iを電力系統5に供給している。したがって、共振抑制装置1bにより、共振が発生していると仮定した場合の共振周波数fr1を求め、この共振周波数fr1をfr2に移動させて共振を抑制することができる。なお、風力発電機の接続台数G#に基づいて共振周波数fr1をその都度求める代わりに、接続台数G#と設定すべきフィルタ11の係数とを対応付けた係数設定テーブルを事前に作成しておき、これを参照してフィルタ11の係数を設定してもよい。Here, since the resonance suppression device 1b of the present embodiment does not include the resonance detection unit, the resonance suppression device 1b follows the output (current command value i * ) of the
<第3実施形態>
===共振抑制装置の構成および動作===
以下、図13を参照して、本発明の第3の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。<Third Embodiment>
=== Configuration and Operation of Resonance Suppressor ===
Hereinafter, the configuration and operation of the resonance suppression device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図13に示されている共振抑制装置1cは、第1実施形態の共振抑制装置1aに対して、係数設定部17の代わりに、スイッチ19を含んで構成されている。なお、本実施形態では、フィルタ11が電流指令値生成部10に相当する。そして、スイッチ19は、共振検出部16が共振を検出した場合には、フィルタ11の出力を電流指令値i*として加算部12に入力し、共振検出部16が共振を検出しない場合には、電流指令値i*=0を加算部12に入力する。これにより、共振検出部16が共振を検出した場合にのみ、並列インバータ14から電力系統5に交流電流iが供給される。A
ここで、本実施形態の共振抑制装置1cは、係数設定部を備えていないため、フィルタ11の係数は、予め設定された固定値となる。例えば、風力発電所のすべての風力発電機が電力系統5に接続されている状態における共振周波数fr1を求め、この共振周波数fr1が、影響の小さい(共振が発生しない)高周波領域に移動するようにフィルタ11の係数を設定する。この場合、フィルタ11の係数は、共振周波数fr1が最も低い場合を基準として設定されており、共振抑制装置1cは、風力発電機の接続台数によらず共振を抑制することができる。なお、本実施形態では、フィルタ11の係数が固定値であるため、フィルタ11をアナログフィルタとして構成してもよい。
Here, since the
<第4実施形態>
===共振抑制装置の構成および動作===
以下、図14を参照して、本発明の第4の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。<Fourth embodiment>
=== Configuration and Operation of Resonance Suppressor ===
Hereinafter, the configuration and operation of the resonance suppression device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図14に示されている共振抑制装置1dは、第2実施形態の共振抑制装置1bと第3実施形態の共振抑制装置1cとを組み合わせたものであり、共振抑制装置1bに対して、共振抑制装置1cの共振検出部16およびスイッチ19をさらに含んで構成されている。なお、本実施形態では、フィルタ11および係数設定部18が電流指令値生成部10に相当する。したがって、第2実施形態の共振抑制装置1bでは、共振の有無によらず、常に交流電流iを電力系統5に供給しているのに対して、本実施形態の共振抑制装置1dでは、現実に共振が発生している場合にのみ、交流電流iを電力系統5に供給することができる。
The resonance suppression device 1d shown in FIG. 14 is a combination of the resonance suppression device 1b of the second embodiment and the
<第5実施形態>
===共振抑制装置の構成および動作===
以下、図15を参照して、本発明の第5の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。<Fifth Embodiment>
=== Configuration and Operation of Resonance Suppressor ===
Hereinafter, the configuration and operation of the resonance suppression apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図15に示されている共振抑制装置1eは、フィルタ11、加算部12、電流制御部13、並列インバータ14、および直流電源15を含んで構成されている。なお、本実施形態では、フィルタ11が電流指令値生成部10に相当する。そして、共振抑制装置1eは、第2実施形態の共振抑制装置1bと同様に、現実に共振が発生しているか否かに関わらず、フィルタ11の出力(電流指令値i*)に追従する交流電流iを電力系統5に供給する。また、第3実施形態と同様に、フィルタ11の係数は、例えば、共振周波数fr1が最も低い場合を基準として設定され、共振抑制装置1cは、風力発電機の接続台数によらず共振を抑制することができる。A
<第6実施形態>
===共振抑制装置の構成および動作===
以下、図16を参照して、本発明の第6の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。<Sixth Embodiment>
=== Configuration and Operation of Resonance Suppressor ===
Hereinafter, the configuration and operation of the resonance suppression device according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
上記第1ないし第5実施形態では、フィルタ11(電流指令値生成部10)の出力(電流指令値i*)に追従する交流電流iを並列インバータ14から出力して、電力系統5に風力発電機3と並列に供給している。これに対して、本実施形態では、交流電流iを出力可能な電力変換装置が電力系統に接続されている場合に、この電力変換装置に対して電流指令値i*を出力することによって、共振を抑制する。In the said 1st thru | or 5th embodiment, the alternating current i which follows the output (current command value i * ) of the filter 11 (current command value generation part 10) is output from the
図16に示されている共振抑制装置1fは、第1,2,4実施形態におけるフィルタ(11)および係数設定部(17,18)や、第3,5実施形態におけるフィルタ(11)に相当する電流指令値生成部10を含んで構成されている。なお、共振抑制装置1fは、適宜第1,3,4実施形態における共振検出部(16)を含む構成としてもよい。
The
電流指令値生成部10には、電力系統5の電圧(風力発電機3と電力系統5との接続点電圧)vが入力されている。そして、電流指令値生成部10は、電流指令値i*を生成し、電力系統5に接続された電力変換装置7に対して出力する。これにより、電力変換装置7から電力系統5に交流電流iが供給され、第1ないし第5実施形態と同様に、共振周波数を高周波側に移動させて共振を抑制することができる。なお、このような交流電流iを出力可能な電力変換装置としては、インバータやUPFCのほか、例えば無効電力補償装置などを用いることができる。The current command
<第7実施形態>
===共振抑制装置の構成および動作===
以下、図17を参照して、本発明の第7の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。<Seventh embodiment>
=== Configuration and Operation of Resonance Suppressor ===
Hereinafter, the configuration and operation of the resonance suppression device according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
上記第1ないし第6実施形態では、高調波フィルタ31のキャパシタンスC1と並列に積分フィルタまたは一次遅れフィルタを接続したのと等価となるように、電流指令値生成部10の出力(電流指令値i*)に追従する交流電流iを電力系統5に供給している。これに対して、本実施形態では、図3または図4に示したように、実際に高調波フィルタ31のキャパシタンスC1と並列に積分フィルタや一次遅れフィルタに相当するリアクトルを接続することによって、共振を抑制する。In the first to sixth embodiments, the output (current command value i) of the current command
図17に示されている共振抑制装置2aは、リアクトル群21、スイッチ回路22、共振検出部26、およびリアクトル選択部27を含んで構成されている。
The
リアクトル群21は、係数が互いに異なる複数のリアクトルからなる。また、一例として、各リアクトルの係数(インダクタンス)は、L0,L0/2,…,L0/2n−1のように、順次1/2倍ずつ小さくなっている。
共振検出部26は、共振抑制装置1aの共振検出部16と同様に、接続点電圧vをフーリエ変換して、共振を検出するとともに共振周波数f1を求める。そして、リアクトル選択部27は、この共振周波数f1に基づいて、リアクトル群21から1つのリアクトルを選択し、スイッチ回路22は、当該選択された1つのリアクトルを高調波フィルタ31のキャパシタンスC1と並列に接続する。なお、リアクトル選択部27がリアクトル群21から2つ以上のリアクトルを選択し、それらの合成リアクトル(合成インダクタンス)がキャパシタンスC1と並列に接続されるようにしてもよい。
Similar to the
例えば、リアクトル群21が3つのリアクトルからなり、それらのインダクタンスをL0,L0/2,L0/4とすると、インダクタンスL0,L0/2の2つのリアクトルを選択することによって、その合成インダクタンスはL0/3となる。同様に、インダクタンスL0,L0/4の2つのリアクトルを選択することによって、その合成インダクタンスはL0/5となり、インダクタンスL0/2,L0/4の2つのリアクトルを選択することによって、その合成インダクタンスはL0/6となる。さらに、3つのリアクトルをすべて選択することによって、その合成インダクタンスはL0/7となるため、L0,L0/2,L0/3,L0/4,L0/5,L0/6,L0/7の7通りのインダクタンスが選択可能となる。より一般的に、リアクトル群21がインダクタンスL0,L0/2,…,L0/2n−1のn個のリアクトルからなる場合、L0/1〜L0/(2n−1)の(2n−1)通りのインダクタンスが選択可能となる。For example, if the
これにより、共振周波数f1をより高周波側に移動させることができるため、この移動後の共振周波数f2が十分に高くなるように(1つ以上の)リアクトルを選択することによって、共振周波数f1におけるゲインを小さくして共振を抑制することができる。好ましくは、共振周波数をf2に移動した場合の元の共振周波数f1におけるゲインを十分に小さい所定値以下とするため、移動後の共振周波数f2が元の共振周波数f1の少なくとも2倍以上となるようにリアクトルを選択する。なお、リアクトル群21のすべてのリアクトルを選択することによって、元の共振周波数f1におけるゲインは最小となるが、それらのリアクトルを介して流れる電流が大きくなる。そのため、さらに好ましくは、移動後の共振周波数f2が元の共振周波数f1の2〜3.5倍程度となるようにリアクトルを選択する。
Accordingly, since the resonance frequency f1 can be moved to a higher frequency side, the gain at the resonance frequency f1 is selected by selecting the reactor (one or more) so that the resonance frequency f2 after the movement becomes sufficiently high. The resonance can be suppressed by reducing the value. Preferably, in order to set the gain at the original resonance frequency f1 when the resonance frequency is moved to f2 to a sufficiently small predetermined value or less, the moved resonance frequency f2 is at least twice or more than the original resonance frequency f1. Select the reactor. Note that, by selecting all the reactors in the
<第8実施形態>
===共振抑制装置の構成および動作===
以下、図18を参照して、本発明の第8の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。<Eighth Embodiment>
=== Configuration and Operation of Resonance Suppressor ===
Hereinafter, the configuration and operation of the resonance suppression device according to the eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図18に示されている共振抑制装置2bは、第7実施形態の共振抑制装置2aに対して、共振検出部26およびリアクトル選択部27の代わりに、リアクトル選択部28を含んで構成されている。そして、リアクトル選択部28は、オンラインで、現在の風力発電機の接続台数G#を取得し、この接続台数G#に基づいて、リアクトル群21から1つ以上のリアクトルを選択する。
The resonance suppression device 2b shown in FIG. 18 includes a
ここで、リアクトル選択部28は、共振抑制装置1bの係数設定部18と同様に、オンラインで取得した現在の接続台数G#に基づいて、現在の共振周波数fr1を求めることができる。そして、リアクトル群21から、高調波フィルタ31のキャパシタンスC1と並列に接続した場合の共振周波数fr2が十分に高くなるように(1つ以上の)リアクトルを選択することによって、共振周波数f1におけるゲインを小さくして共振を抑制することができる。好ましくは、共振周波数fr1に対して、共振周波数fr2が少なくとも2倍以上となるようにリアクトルを選択する。さらに好ましくは、共振周波数fr1に対して、共振周波数fr2が2〜3.5倍程度となるようにリアクトルを選択する。
Here, similarly to the
<第9実施形態>
===共振抑制装置の構成および動作===
以下、図19を参照して、本発明の第9の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。<Ninth Embodiment>
=== Configuration and Operation of Resonance Suppressor ===
Hereinafter, the configuration and operation of the resonance suppression device according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図19に示されている共振抑制装置2cは、第8実施形態の共振抑制装置2bに対して、共振検出部26をさらに含んで構成されている。そして、スイッチ回路22は、共振検出部26が共振を検出した場合にのみ、リアクトル選択部28によって選択された(1つ以上の)リアクトルを高調波フィルタ31のキャパシタンスC1と並列に接続する。したがって、第8実施形態の共振抑制装置2bでは、共振の有無によらず、常に共振周波数を移動させているのに対して、本実施形態の共振抑制装置2cでは、現実に共振が発生している場合にのみ、共振周波数を高周波側に移動させることができる。
The
前述したように、共振抑制装置1fにおいて、電流指令値生成部10に電力系統5の電圧vを入力し、生成した電流指令値i*を電力系統5に接続された電力変換装置7に対して出力することによって、電力変換装置7から電力系統5に交流電流iが供給され、共振周波数を高周波側に移動させて共振を抑制することができる。As described above, in the
また、前述したように、共振抑制装置1aないし1eにおいて、電流指令値生成部10に風力発電機3と電力系統5との接続点電圧vを入力し、電流指令値生成部10の出力(電流指令値i*)に追従する交流電流iを並列インバータ14から出力して、電力系統5に風力発電機3と並列に供給することによって、電力系統への風力発電機の接続台数が変化して共振点が変化する場合であっても、共振周波数を高周波側に移動させて共振を抑制することができる。Further, as described above, in the
また、共振抑制装置1aにおいて、接続点電圧vをフーリエ変換して、共振を検出するとともに共振周波数f1を求め、この共振周波数f1におけるゲインが所定値以下となるように積分フィルタ11の係数L、または一次遅れフィルタ11の係数R,Lを設定し、電流指令値i*を生成することによって、検出された共振周波数を高周波側に移動させて共振を抑制することができる。Further, in the
また、共振抑制装置1bにおいて、現在の風力発電機の接続台数G#を取得し、この接続台数G#に基づいてフィルタ11の係数を設定し、電流指令値i*を生成することによって、共振が発生していると仮定した場合の共振周波数fr1を求め、この共振周波数fr1をfr2に移動させて共振を抑制することができる。Further, in the resonance suppression device 1b, the current number of connected wind turbine generators G # is acquired, the coefficient of the
また、共振抑制装置1cにおいて、フィルタ11の係数を固定値として予め設定しておき、共振を検出した場合にのみ、並列インバータ14から電力系統5に交流電流iを供給することによって、共振周波数を高周波領域に移動させ、風力発電機の接続台数によらず共振を抑制することができる。
In the
また、前述したように、共振抑制装置2aないし2cにおいて、係数が互いに異なる複数のリアクトルからなるリアクトル群21から1つ以上のリアクトルを選択して、実際に高調波フィルタ31のキャパシタンスC1と並列に接続することによって、電力系統への風力発電機の接続台数が変化して共振点が変化する場合であっても、共振周波数を高周波側に移動させて共振を抑制することができる。
Further, as described above, in the
また、共振抑制装置2aにおいて、接続点電圧vをフーリエ変換して、共振を検出するとともに共振周波数f1を求め、この共振周波数f1に基づいて、リアクトル群21から(1つ以上の)リアクトルを選択することによって、検出された共振周波数を高周波側に移動させて共振を抑制することができる。
Further, in the
また、共振抑制装置2bにおいて、現在の風力発電機の接続台数G#を取得し、この接続台数G#に基づいて(1つ以上の)リアクトルを選択することによって、共振が発生していると仮定した場合の共振周波数fr1を求め、この共振周波数fr1をfr2に移動させて共振を抑制することができる。 Further, in the resonance suppression device 2b, when the current number of connected wind turbine generators G # is acquired, and (one or more) reactors are selected based on the number of connected G #, resonance has occurred. The assumed resonance frequency fr1 can be obtained, and the resonance frequency fr1 can be moved to fr2 to suppress resonance.
また、共振抑制装置2cにおいて、共振を検出した場合にのみ、選択された(1つ以上の)リアクトルを高調波フィルタ31のキャパシタンスC1と並列に接続することによって、現実に共振が発生している場合にのみ、共振周波数を高周波側に移動させて共振を抑制することができる。
Further, in the
なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。 In addition, the said embodiment is for making an understanding of this invention easy, and is not for limiting and interpreting this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
上記実施形態では、風力発電機3の高調波フィルタ31が電力系統5に接続されることによって発生する共振を抑制しているが、これに限定されるものではない。上記実施形態の共振抑制装置は、風力発電機と同様に電力系統に接続される(高調波)電流源と見做すことができ、高調波電流を除去するためのキャパシタンスを含む高調波フィルタを備えた他の電力設備にも適用することができる。例えば、太陽光発電、地熱発電、波力発電などの他の発電施設にも適用可能である。さらに、発電施設に限らず、電力系統に接続される電力機器が高調波フィルタを備える場合に広く適用することができる。
In the above embodiment, the resonance generated by the
また、上記実施形態において、高調波フィルタ31は、例えば交流フィルタ(ACフィルタ)であるが、これに限定されるものではなく、電力系統5への接続用にリアクトルやキャパシタンス(例えば電力コンデンサ)を備えた構成であればよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
1a〜1f、2a〜2c 共振抑制装置
3 風力発電機
5 電力系統
7 電力変換装置
10 電流指令値生成部
11 フィルタ
12 加算部
13 電流制御部
14 並列インバータ
15 直流電源
16、26 共振検出部
17、18 係数設定部
19 スイッチ
21 リアクトル群
22 スイッチ回路
27、28 リアクトル選択部
31 高調波フィルタDESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電力系統に前記電力機器と並列に交流電流を供給するインバータと、
前記電力機器と前記電力系統との接続点の電圧が入力され、前記高調波フィルタの共振周波数を高周波側に移動させる電流指令値を生成する電流指令値生成部と、
前記電流指令値に基づいて前記インバータから出力される前記交流電流を制御する電流制御部と、
を有し、
前記電流指令値生成部は、前記電力系統に接続されている前記電力機器の台数に基づいて前記電流指令値を生成する
ことを特徴とする共振抑制装置。 A resonance suppression device that suppresses resonance that occurs when a power device including a harmonic filter is connected to a power system,
An inverter that supplies an alternating current in parallel with the power device to the power system;
A voltage at a connection point between the power device and the power system is input, and a current command value generation unit that generates a current command value that moves a resonance frequency of the harmonic filter to a high frequency side,
A current controller for controlling the alternating current output from the inverter based on the current command value;
I have a,
The said current command value production | generation part produces | generates the said current command value based on the number of the said electric power devices connected to the said electric power grid | system, The resonance suppression apparatus characterized by the above-mentioned .
前記共振を検出する共振検出部をさらに有し、
前記共振検出部が前記共振を検出した場合にのみ、前記インバータから前記電力系統に前記交流電流を供給することを特徴とする共振抑制装置。 The resonance suppression device according to claim 1 ,
A resonance detector for detecting the resonance;
The resonance suppression apparatus, wherein the alternating current is supplied from the inverter to the power system only when the resonance detection unit detects the resonance.
係数が互いに異なる複数のリアクトルと、
前記複数のリアクトルから1つ以上のリアクトルを選択するリアクトル選択部と、
前記複数のリアクトルのうち前記リアクトル選択部によって選択された前記1つ以上のリアクトルを前記高調波フィルタのキャパシタンスと並列に接続するスイッチ回路と、
を有し、
前記リアクトル選択部は、前記電力系統に接続されている前記電力機器の台数に基づいて、前記複数のリアクトルから前記1つ以上のリアクトルを選択することを特徴とする共振抑制装置。 A resonance suppression device that suppresses resonance that occurs when a power device including a harmonic filter is connected to a power system,
A plurality of reactors having different coefficients,
A reactor selection unit that selects one or more reactors from the plurality of reactors;
A switch circuit for connecting the one or more reactors selected by the reactor selection unit among the plurality of reactors in parallel with a capacitance of the harmonic filter;
Have
The said reactor selection part selects the said 1 or more reactor from these reactors based on the number of the said electric power devices connected to the said electric power grid | system, The resonance suppression apparatus characterized by the above-mentioned.
前記共振を検出する共振検出部をさらに有し、
前記スイッチ回路は、前記共振検出部が前記共振を検出した場合にのみ、前記リアクトル選択部によって選択された前記1つ以上のリアクトルを前記高調波フィルタのキャパシタンスと並列に接続することを特徴とする共振抑制装置。 The resonance suppression device according to claim 3 ,
A resonance detector for detecting the resonance;
The switch circuit connects the one or more reactors selected by the reactor selection unit in parallel with the capacitance of the harmonic filter only when the resonance detection unit detects the resonance. Resonance suppression device.
前記電力機器は、風力発電機であることを特徴とする共振抑制装置。 The resonance suppression device according to any one of claims 1 to 4 ,
The power suppression device is a wind power generator.
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