JP6778647B2 - Power leveling device - Google Patents
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Description
本発明は、電源系統の電力を、フライホイール等を用いて平準化する電力平準化装置に関する。 The present invention relates to a power leveling device for leveling the power of a power supply system using a flywheel or the like.
従来、再生可能エネルギーによる発電技術の分野では、主に鉛蓄電池、リチウムイオン電池等の蓄電装置が用いられている。しかし、これらの化学作用による蓄電装置では、例えば環境温度、充放電回数等の使用環境に起因した劣化が発生することから、定期的なメンテナンスが必要となる。 Conventionally, in the field of power generation technology using renewable energy, power storage devices such as lead storage batteries and lithium ion batteries have been mainly used. However, since the power storage device due to these chemical actions deteriorates due to the usage environment such as the environmental temperature and the number of charge / discharge cycles, regular maintenance is required.
一方で、フライホイールを用いた蓄電装置が知られている。フライホイールを用いた蓄電装置は、化学作用によるものではなく、メンテナンス性のよいことが知られており、劣化寿命を長くすることができ、メンテナンスの回数を減らすことができる。この蓄電装置は、フライホイールに蓄積されたエネルギーにより、電源系統の瞬時停電時等の電力ロスを補償するＵＰＳ（無停電電源装置）として使用される。 On the other hand, a power storage device using a flywheel is known. A power storage device using a flywheel is known to have good maintainability, not by chemical action, and can extend the deterioration life and reduce the number of maintenances. This power storage device is used as a UPS (uninterruptible power supply) that compensates for power loss in the event of a momentary power failure of the power system by using the energy stored in the flywheel.
しかしながら、フライホイールを用いた蓄電装置では、大気中で使用されるフライホイール自体に風損があり、フライホイールを駆動するモータの損失もあり、改善すべき点がある。 However, in the power storage device using the flywheel, the flywheel itself used in the atmosphere has wind damage, and there is also a loss of the motor that drives the flywheel, so there is a point to be improved.
フライホイールを駆動するモータとしては、例えば誘導電動機が用いられる（例えば特許文献１を参照）。この特許文献１の技術は、誘導電動機及びフライホイールを用いた蓄電装置に対し、充放電電力を制御することで、電源系統の電力を平準化する。
As the motor for driving the flywheel, for example, an induction motor is used (see, for example, Patent Document 1). The technique of
しかしながら、フライホイールにエネルギーを蓄積するためには、フライホイールを継続的に高速で回転させる必要があり、誘導電動機では、モータの構造上、堅牢性の面で不十分であるという問題があった。例えば、誘導電動機には固定軸のジュール損があり、発電効率を低下させる原因となっている。 However, in order to store energy in the flywheel, it is necessary to continuously rotate the flywheel at high speed, and there is a problem that the induction motor is insufficient in terms of robustness due to the structure of the motor. .. For example, an induction motor has a joule loss on a fixed shaft, which causes a decrease in power generation efficiency.
また、フライホイールを駆動するモータとして、シンクロナスリラクタンスモータが用いられる場合もある（例えば特許文献２、非特許文献１を参照）。シンクロナスリラクタンスモータは固定子導体を有していないことから、誘導電動機を用いた場合の問題を解決することができる。この特許文献２の技術は、フライホイールが連結されたシンクロナスリラクタンスモータを制御することで、駆動モード時には、電源系統からエネルギーをフライホイールに蓄積し、回生モード時には、フライホイールに蓄積されたエネルギーを電源系統へ供給するものである。
Further, as the motor for driving the flywheel, a synchronous reluctance motor may be used (see, for example,
つまり、駆動モード時には、シンクロナスリラクタンスモータ及びフライホイールが一定速度で回転し、電源系統の電力がフライホイールへ供給され、フライホイールに機械エネルギーとして蓄積される。また、回生モード時には、フライホイールの回転により蓄積された機械エネルギーが電気エネルギーに変換され、電源系統へ供給される。 That is, in the drive mode, the synchronous reluctance motor and the flywheel rotate at a constant speed, the electric power of the power supply system is supplied to the flywheel, and the mechanical energy is stored in the flywheel. Further, in the regenerative mode, the mechanical energy accumulated by the rotation of the flywheel is converted into electric energy and supplied to the power supply system.
電源系統に接続された負荷が変動し、電源系統の電力が変動（脈動）した場合には、前述の蓄電装置に蓄積されたエネルギーが電源系統へ供給されることで、負荷変動を補償することができる。 When the load connected to the power supply system fluctuates and the power of the power supply system fluctuates (pulsates), the energy stored in the above-mentioned power storage device is supplied to the power supply system to compensate for the load fluctuation. Can be done.
一般に、電源系統に接続された負荷の変動には、低速な負荷変動と高速な負荷変動がある。低速な負荷変動は、低速であるが大容量の電力変動をもたらすものであり、高速な負荷変動は、高速であるが小容量の電力変動をもたらすものである。前述のフライホイールを用いた蓄電装置を用いた場合、フライホイールには所定のイナーシャが存在することから、低速な負荷変動を補償することはできるが、高速な負荷変動を補償することはできない。 Generally, the fluctuation of the load connected to the power supply system includes a low-speed load fluctuation and a high-speed load fluctuation. A low-speed load fluctuation causes a low-speed but large-capacity power fluctuation, and a high-speed load fluctuation causes a high-speed but small-capacity power fluctuation. When the power storage device using the flywheel described above is used, since the flywheel has a predetermined inertia, it is possible to compensate for low-speed load fluctuations, but it is not possible to compensate for high-speed load fluctuations.
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電源系統の電力を平準化する際に、低速な負荷変動及び高速な負荷変動を補償可能な電力平準化装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is a power leveling device capable of compensating for low-speed load fluctuations and high-speed load fluctuations when leveling the power of a power supply system. Is to provide.
前記課題を解決するために、請求項１の電力平準化装置は、電源系統の交流電力と直流バスの直流電力とを双方向に変換する連系インバータ、前記直流電力とＦＷ（フライホイール）が連結されたＳｙｎＲＭ（シンクロナスリラクタンスモータ）側の交流電力とを双方向に変換するＳｙｎＲＭ駆動インバータ、及び前記直流電力とキャパシタ側の直流電力とを双方向に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、前記電源系統の電力を平準化する電力平準化装置において、前記電源系統の所定の連系点にて検出された連系点電圧、前記電源系統に接続された負荷に流れる電流として検出された負荷電流、前記ＳｙｎＲＭの速度として検出または推定された回転速度、及び前記ＦＷの所定のイナーシャに基づいて、回転速度指令を生成し、当該回転速度指令を前記ＳｙｎＲＭ駆動インバータへ出力することで、前記電源系統のエネルギーを前記ＦＷに蓄積し、または前記ＦＷに蓄積した前記エネルギーを前記電源系統へ供給するＳｙｎＲＭ制御部と、予め設定されたバス電圧指令を前記連系インバータへ出力することで、前記直流バスの電圧を前記予め設定されたバス電圧指令に一致させるバス電圧指令出力部と、前記予め設定されたバス電圧指令と、前記直流バスの電圧として検出されたバス電圧との間の偏差に基づいて生成されたバス電流指令、前記バス電圧、及び前記キャパシタに流れる電流として検出されたキャパシタ電流に基づいて、キャパシタ電圧指令を生成し、当該キャパシタ電圧指令を前記ＤＣ／ＤＣコンバータへ出力することで、前記電源系統のエネルギーを前記キャパシタへ蓄積し、または前記キャパシタに蓄積した前記エネルギーを前記電源系統へ供給するキャパシタ制御部と、を備え、前記電源系統の電力の変動に伴って前記連系点電圧が低下し、前記バス電圧が低下した場合、前記ＳｙｎＲＭ制御部は、前記連系点電圧の低下分が反映された前記回転速度指令を生成し、前記キャパシタ制御部は、前記バス電圧の低下に伴い、前記バス電流指令に基づいて、前記電源系統における高周波成分の電力の変動を反映したキャパシタ電流指令を生成し、前記キャパシタ電流指令に基づいて、前記電源系統における高周波成分の電力の変動を反映した前記キャパシタ電圧指令を生成し、前記ＳｙｎＲＭ制御部により生成された前記回転速度指令に基づいて、前記ＦＷに蓄積した前記エネルギーを前記電源系統へ供給し、前記キャパシタ制御部により生成された前記キャパシタ電圧指令に基づいて、前記キャパシタに蓄積した前記エネルギーを前記電源系統へ供給する、ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the power leveling device according to
また、請求項２の電力平準化装置は、請求項１に記載の電力平準化装置において、前記ＳｙｎＲＭ制御部が、前記連系点電圧及び前記負荷電流に基づいて有効電力の変動量を求め、当該有効電力の変動量、前記回転速度、及び前記イナーシャに基づいて回転速度基本指令を生成する演算器と、前記演算器により生成された前記回転速度基本指令に当該回転速度基本指令の絶対値を乗算し、回転速度指令エネルギーを求める第１の乗算器と、前記回転速度に当該回転速度の絶対値を乗算し、回転速度フィードバックエネルギーを求める第２の乗算器と、前記第１の乗算器により求めた前記回転速度指令エネルギーから、前記第２の乗算器により求めた前記回転速度フィードバックエネルギーを減算し、エネルギー偏差を求める第１の減算器と、前記第１の減算器により求めた前記エネルギー偏差に所定の比例ゲインを乗算し、ドループ速度成分を生成するエネルギーレギュレータと、前記演算器により生成された前記回転速度基本指令に、前記エネルギーレギュレータにより生成された前記ドループ速度成分を加算し、前記回転速度指令を求める加算器と、を備えたことを特徴とする。
Further, in the power leveling device according to
また、請求項３の電力平準化装置は、請求項１または２に記載の電力平準化装置において、前記キャパシタ制御部が、前記バス電流指令に対しローパスフィルタ処理を行い、低周波バス電流指令を生成するＬＰＦ（ローパスフィルタ）と、前記バス電流指令から、前記ＬＰＦにより生成された前記低周波バス電流指令を減算し、前記キャパシタ電流指令を求める第２の減算器と、前記第２の減算器により求めた前記キャパシタ電流指令から前記キャパシタ電流を減算し、電流偏差を求める第３の減算器と、前記第３の減算器により求めた前記電流偏差が０となるように、キャパシタ指令を生成する電流制御器と、前記キャパシタの電圧として検出されたキャパシタ電圧から前記バス電圧を減算し、電圧差を求める第４の減算器と、前記電流制御器により生成された前記キャパシタ指令から、前記第４の減算器により求めた前記電圧差を減算し、前記キャパシタ電圧指令を生成する第５の減算器と、を備えたことを特徴とする。
Further, in the power leveling device according to
以上のように、本発明によれば、電源系統の電力を平準化する際に、低速な負荷変動はフライホイールにて対応し、高速な負荷変動はキャパシタにて対応することで、低速な負荷変動及び高速な負荷変動を補償することが可能となる。 As described above, according to the present invention, when leveling the power of the power supply system, low-speed load fluctuations are handled by the flywheel, and high-speed load fluctuations are handled by the capacitor, so that the low-speed load is handled. It is possible to compensate for fluctuations and high-speed load fluctuations.
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔全体システム〕
図１は、本発明の実施形態による電力平準化装置を含む全体システムの構成例を示す概略図である。このシステムは、電力平準化装置１、ＳｙｎＲＭ（シンクロナスリラクタンスモータ）駆動インバータ２、連系インバータ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、ＳｙｎＲＭ５、ＦＷ（フライホイール）６、キャパシタ７、電源８、負荷９、電圧検出器１１，１３，１５、電流検出器１２，１６及びレゾルバ（回転角センサ）１４を備えて構成される。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Overall system]
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of an entire system including a power leveling device according to an embodiment of the present invention. This system includes a
電力平準化装置１、ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２、連系インバータ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、ＳｙｎＲＭ５、ＦＷ６、キャパシタ７、電圧検出器１１，１３，１５、電流検出器１２，１６及びレゾルバ１４により蓄電装置が構成される。この蓄電装置は、電源８から電力が負荷９へ供給されている状態で、負荷９が変動して電源系統の電力が変動した場合に、ＦＷ６及びキャパシタ７に蓄積されたエネルギーを用いて、その負荷変動を補償する装置である。つまり、蓄電装置は、ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２、ＳｙｎＲＭ５及びＦＷ６からなるフライホイール型の充放電装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４及びキャパシタ７からなるキャパシタ型の充放電装置とを備えた構成となっている。
ここで、フライホイール型の充放電装置においては、質量及び回転半径に応じた高いイナーシャを有するＦＷ６を、継続的に高速で回転させておく必要があるため、ＦＷ６に用いるモータも堅牢性が要求される。このため、誘導電動機よりも構造が単純なＳｙｎＲＭ５を用いることにより、堅牢性を確保している。 Here, in the flywheel type charging / discharging device, since it is necessary to continuously rotate the FW6 having a high inertia according to the mass and the turning radius at a high speed, the motor used for the FW6 is also required to be robust. Will be done. For this reason, robustness is ensured by using SynRM5, which has a simpler structure than an induction motor.
電力平準化装置１は、電源系統の連系点における電圧及び電流に基づいて電力を算出し、電力の変動を検出する。電力平準化装置１は、電源系統に接続された負荷９の変動がなく、連系点の電力の変動がない状態において、所定のＦＷ回転速度指令Ｗfw_refをＳｙｎＲＭ駆動インバータ２へ出力することにより、ＳｙｎＲＭ５及びＦＷ６を一定速度で回転させ、ＦＷ６にエネルギーを蓄積する。また、電力平準化装置１は、所定の（定格電圧を与える）キャパシタ電圧指令Ｖcap_refをＤＣ／ＤＣコンバータ４へ出力することにより、キャパシタ７にエネルギーを蓄積する。
The
電力平準化装置１は、負荷９に変動があり、連系点の電力の変動を検出した場合、低速かつ大容量の電力変動に対応するためのＦＷ回転速度指令Ｗfw_refを生成してＳｙｎＲＭ駆動インバータ２へ出力する。これにより、ＦＷ６に蓄積されたエネルギーが電源系統へ供給され、その変動とは逆の位相を有する電力にて、低速かつ大容量の電力変動が抑制される。また、電力平準化装置１は、高速かつ小容量の電力変動に対応するためのキャパシタ電圧指令Ｖcap_refを生成してＤＣ／ＤＣコンバータ４へ出力する。これにより、キャパシタ７に蓄積されたエネルギーが電源系統へ供給され、その変動とは逆の位相を有する電力にて、高速かつ小容量の電力変動が抑制される。このようにして、連系点の電力が平準化される。高速かつ小容量の電力変動に対してキャパシタ７を用いるのは、瞬時のキャッシュパワーが必要となるからである。
When the load 9 fluctuates and the power fluctuation at the interconnection point is detected, the
図１に示すように、電力平準化装置１は、電圧検出器１１から連系点電圧Ｖを、電流検出器１２から負荷電流ＩLを、電圧検出器１３からバス電圧Ｖdcを、レゾルバ１４からＦＷ回転速度Ｗfwをそれぞれ入力する。また、電力平準化装置１は、電圧検出器１５からキャパシタ電圧Ｖcapを、電流検出器１６からキャパシタ電流Ｉcapを、連系インバータ３から制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtをそれぞれ入力する。
As shown in FIG. 1,
電力平準化装置１は、予め設定されたバス電圧指令Ｖdc_refを連系インバータ３へ出力する。また、電力平準化装置１は、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_ref及びキャパシタ電圧指令Ｖcap_refを生成し、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refをＳｙｎＲＭ駆動インバータ２へ出力し、キャパシタ電圧指令Ｖcap_refをＤＣ／ＤＣコンバータ４へ出力する。
The
ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２は、可変速制御により直流バス側の直流電力とＳｙｎＲＭ５側の交流電力とを双方向に変換する装置であり、電力平準化装置１からＦＷ回転速度指令Ｗfw_refを入力する。ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２は、ＦＷ６の駆動モードにおいて、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refに基づいて、電源系統から連系インバータ３を介して供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をＳｙｎＲＭ５へ供給する。これにより、ＳｙｎＲＭ５は、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refに基づいて可変速制御され一定速度で回転する。そして、ＦＷ６は慣性により回転し、ＦＷ６には機械エネルギーが蓄積される。
The
一方、ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２は、ＦＷ６の回生モードにおいて、ＳｙｎＲＭ５から供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を、連系インバータ３を介して電源系統へ供給する。これにより、ＦＷ６に蓄積された機械エネルギーが電気エネルギーに変換され、電気エネルギーが負荷９へ供給される。
On the other hand, the
連系インバータ３は、電力平準化装置１からバス電圧指令Ｖdc_refを入力すると共に、電圧検出器１３からバス電圧Ｖdcを入力する。そして、連系インバータ３は、バス電圧Ｖdcがバス電圧指令Ｖdc_refに一致するように制御し、直流バス側の直流電力と電源系統側の交流電力とを双方向に変換する。これにより、ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２及びＤＣ／ＤＣコンバータ４の直流バス側の電圧も、バス電圧指令Ｖdc_refに一致することとなる。
The
連系インバータ３は、バス電圧指令Ｖdc_ref及びバス電圧Ｖdcに基づいて、制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtを生成し、制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtを電力平準化装置１へ出力する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、直流バス側の直流電力とキャパシタ７側の直流電力とを双方向に変換する装置であり、電力平準化装置１からキャパシタ電圧指令Ｖcap_refを入力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、キャパシタ７にエネルギーを蓄積する場合、キャパシタ電圧指令Ｖcap_refに基づいて、電源系統から連系インバータ３を介して供給された直流電力を変換し、変換後の直流電力をキャパシタ７へ供給する。これにより、キャパシタ７は充電され、エネルギーが蓄積される。
The DC /
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、キャパシタ７のエネルギーを電源系統へ供給する場合、キャパシタ電圧指令Ｖcap_refに基づいて、キャパシタ７に蓄積されたエネルギーの直流電力を変換し、変換後の直流電力を、連系インバータ３を介して電源系統へ供給する。これにより、キャパシタ７は放電し、蓄積されたエネルギーが負荷９へ供給される。
On the other hand, when the DC /
ＳｙｎＲＭ５には、ＦＷ６が連結されており、当該ＳｙｎＲＭ５の回転に伴ってＦＷ６も回転する。電源８は、電源系統を介して負荷９へ電力を供給すると共に、連系インバータ３を介してＳｙｎＲＭ５及びキャパシタ７へ電力を供給する。
The FW6 is connected to the SynRM5, and the FW6 also rotates as the SynRM5 rotates. The
電圧検出器１１は、電源系統の連系点の電圧を検出し、連系点電圧Ｖとして電力平準化装置１へ出力する。電流検出器１２は、電源系統から負荷９へ供給される電流を検出し、負荷電流ＩLとして電力平準化装置１へ出力する。電圧検出器１３は、電力平準化装置１、ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２、連系インバータ３及びＤＣ／ＤＣコンバータ４の間の直流バスの電圧を検出し、バス電圧Ｖdcとして電力平準化装置１及び連系インバータ３へ出力する。
The voltage detector 11 detects the voltage at the interconnection point of the power supply system and outputs it as the interconnection point voltage V to the
レゾルバ１４は、ＳｙｎＲＭ５の回転に応じたパルス信号を発生する。このパルス信号のカウント値からＳｙｎＲＭ５の回転速度であるＦＷ回転速度Ｗfwが得られ、ＦＷ回転速度Ｗfwが電力平準化装置１へ入力される。尚、図１には、レゾルバ１４から電力平準化装置１へＦＷ回転速度Ｗfwが入力されるように略して示してある。
The
〔電力平準化装置１〕
次に、図１に示した電力平準化装置１について説明する。図２は、電力平準化装置１の構成例を示すブロック図である。この電力平準化装置１は、ＳｙｎＲＭ制御部２１、バス電圧指令出力部２２及びキャパシタ制御部２３を備えている。
[Power leveling device 1]
Next, the
前述のとおり、電力平準化装置１は、連系点の電力の変動がない状態において、所定のＦＷ回転速度指令Ｗfw_refをＳｙｎＲＭ駆動インバータ２へ出力すると共に、所定のキャパシタ電圧指令Ｖcap_refをＤＣ／ＤＣコンバータ４へ出力する。これにより、ＳｙｎＲＭ５及びＦＷ６は一定速度で回転し、ＦＷ６にはエネルギーが蓄積され、キャパシタ７にもエネルギーが蓄積される。
As described above, the
一方、電力平準化装置１は、連系点の電力の変動がある場合、低速かつ大容量の電力変動に対応するためのＦＷ回転速度指令Ｗfw_refを生成してＳｙｎＲＭ駆動インバータ２へ出力すると共に、高速かつ小容量の電力変動に対応するためのキャパシタ電圧指令Ｖcap_refを生成してＤＣ／ＤＣコンバータ４へ出力する。これにより、ＦＷ６に蓄積されたエネルギーが電源系統へ供給され、低速かつ大容量の電力変動が抑制される。また、キャパシタ７に蓄積されたエネルギーが電源系統へ供給され、高速かつ小容量の電力変動が抑制される。そして、連系点の電力変動がなくなり、その電力が平準化される。
On the other hand, when there is a fluctuation in the power at the interconnection point, the
図２を参照して、ＳｙｎＲＭ制御部２１は、電圧検出器１１から連系点電圧Ｖを、電流検出器１２から負荷電流ＩLを、レゾルバ１４からＦＷ回転速度Ｗfwをそれぞれ入力する。そして、ＳｙｎＲＭ制御部２１は、連系点電圧Ｖ、負荷電流ＩL、ＦＷ回転速度Ｗfw及びＦＷ６のイナーシャＪｗに基づいてＦＷ回転速度指令Ｗfw_refを生成し、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refをＳｙｎＲＭ駆動インバータ２へ出力する。ＳｙｎＲＭ制御部２１の詳細については後述する。
Referring to FIG. 2,
バス電圧指令出力部２２は、予め設定されたバス電圧指令Ｖdc_refを連系インバータ３へ出力する。バス電圧指令Ｖdc_refは、直流バスの電圧の指令値であり、連系インバータ３にて、バス電圧Ｖdcがバス電圧指令Ｖdc_refに一致するように制御される。
The bus voltage
キャパシタ制御部２３は、連系インバータ３から制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtを、電圧検出器１３からバス電圧Ｖdcを、電圧検出器１５からキャパシタ電圧Ｖcapを、電流検出器１６からキャパシタ電流Ｉcapをそれぞれ入力する。そして、キャパシタ制御部２３は、制限後バス電流指令Ｉdc_Lmt、バス電圧Ｖdc、キャパシタ電圧Ｖcap及びキャパシタ電流Ｉcapに基づいてキャパシタ電圧指令Ｖcap_refを生成し、キャパシタ電圧指令Ｖcap_refをＤＣ／ＤＣコンバータ４へ出力する。キャパシタ制御部２３の詳細については後述する。
The
〔ＳｙｎＲＭ制御部２１／電力平準化装置１〕
次に、図２に示した電力平準化装置１のＳｙｎＲＭ制御部２１について詳細に説明する。図３は、ＳｙｎＲＭ制御部２１、ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２及びＳｙｎＲＭ５の構成例を示すブロック図である。このＳｙｎＲＭ制御部２１は、演算器３１、ランプ器３２、絶対値演算器３３，３５、乗算器３４，３６、減算器３７、エネルギーレギュレータ３８及び加算器３９を備えている。
[
Next, the
演算器３１は、電圧検出器１１から連系点電圧Ｖを、電流検出器１２から負荷電流ＩLを、レゾルバ１４からＦＷ回転速度Ｗfwをそれぞれ入力する。そして、演算器３１は、連系点電圧Ｖ、負荷電流ＩL、ＦＷ回転速度Ｗfw及びイナーシャＪｗに基づいて、以下の数式にてＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbを算出し、ＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbをランプ器３２に出力する。
〔数式１〕
Ｗfw_refb＝√（Ｗfw 2＋２ΔＰ／Ｊｗ） ・・・（１）
ΔＰは、電力変動量であり、以下の数式（２）及び（３）にて表される。
[Formula 1]
W fw_refb = √ (W fw 2 + 2ΔP / Jw) ・ ・ ・ (1)
ΔP is the amount of power fluctuation and is represented by the following mathematical formulas (2) and (3).
具体的には、演算器３１は、連系点電圧Ｖ、負荷電流ＩL及び所定時間長ΔＴを乗算して有効電力Ｐを求め、有効電力Ｐから電力変動量ΔＰを求めることで、前記数式（１）にて、ＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbを算出する。有効電力Ｐ及び電力変動量ΔＰは以下の数式に表される。
〔数式２〕
Ｐ＝Ｖ×ＩL×ΔＴ ・・・（２）
〔数式３〕
ΔＰ＝（−１／２）×Ｊｗ×（Ｗfw_refb 2−Ｗfw 2） ・・・（３）
Specifically, the
[Formula 2]
P = V × I L × ΔT ··· (2)
[Formula 3]
ΔP = (-1 / 2) × Jw × (W fw_refb 2 −W fw 2 ) ・ ・ ・ (3)
ここで、負荷９が変動して連系点電圧Ｖが低下した場合、ＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbは、連系点電圧Ｖが低下する前に比べ小さい値となり、連系点電圧Ｖの低下分が反映された値となる。 Here, when the load 9 fluctuates and the interconnection point voltage V decreases, the FW rotation speed basic command W fw_refb becomes a smaller value than before the interconnection point voltage V decreases, and the interconnection point voltage V decreases. The value reflects the minute.
ランプ器３２は、演算器３１からＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbを入力し、ＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbに対し、所定のレートによるランプ処理を行い、所定範囲のランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refを生成する。ランプ器３２は、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refを絶対値演算器３３及び乗算器３４に出力する。所定のレートは、例えばＦＷ６のイナーシャＪｗの値が用いられる。
具体的には、ランプ器３２は、ＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbの値がステップ状に変化した場合、その傾きが所定のレートに一致するように、ＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbの値を徐々に変化させるランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refを生成する。これにより、ＦＷ６のイナーシャＪｗによる慣性を考慮したランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refが生成される。
Specifically, when the value of the FW rotation speed basic command W fw_refb changes in steps, the
絶対値演算器３３は、ランプ器３２からランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refを入力し、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refの絶対値を演算し、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refの絶対値を乗算器３４に出力する。
The
乗算器３４は、ランプ器３２からランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refを入力すると共に、絶対値演算器３３からランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refの絶対値を入力し、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refにランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refの絶対値を乗算し、ＦＷ回転速度指令エネルギーＷ_ref 2を求める。そして、乗算器３４は、ＦＷ回転速度指令エネルギーＷ_ref 2を減算器３７に出力する。ＦＷ回転速度指令エネルギーＷ_ref 2は、極性を有する値となる。
The
絶対値演算器３５は、レゾルバ１４からＦＷ回転速度Ｗfwを入力し、ＦＷ回転速度Ｗfwの絶対値を演算し、ＦＷ回転速度Ｗfwの絶対値を乗算器３６に出力する。乗算器３６は、レゾルバ１４からＦＷ回転速度Ｗfwを入力すると共に、絶対値演算器３５からＦＷ回転速度Ｗfwの絶対値を入力し、ＦＷ回転速度ＷfwにＦＷ回転速度Ｗfwの絶対値を乗算し、ＦＷ回転速度フィードバックエネルギーＷfw 2を求める。そして、乗算器３６は、ＦＷ回転速度フィードバックエネルギーＷfw 2を減算器３７に出力する。ＦＷ回転速度フィードバックエネルギーＷfw 2は、極性を有する値となる。
減算器３７は、乗算器３４からＦＷ回転速度指令エネルギーＷ_ref 2を入力すると共に、乗算器３６からＦＷ回転速度フィードバックエネルギーＷfw 2を入力する。そして、減算器３７は、ＦＷ回転速度指令エネルギーＷ_ref 2からＦＷ回転速度フィードバックエネルギーＷfw 2を減算し、減算結果をエネルギー偏差としてエネルギーレギュレータ３８に出力する。
The subtractor 37 inputs the FW rotation speed command energy W _ref 2 from the
エネルギーレギュレータ３８は、減算器３７からエネルギー偏差を入力し、エネルギー偏差に予め設定された比例ゲインＫPを乗算し、乗算結果をドループ速度成分Δωとして加算器３９に出力する。
The
ここで、負荷９が変動して連系点電圧Ｖが低下した場合、ＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbは以前に比べ小さい値となるから、減算器３７が出力するエネルギー偏差はマイナスの値となり、エネルギーレギュレータ３８が出力するドループ速度成分Δωもマイナスの値となる。
Here, when the load 9 fluctuates and the interconnection point voltage V drops, the FW rotation speed basic command W fw_refb becomes a smaller value than before, so the energy deviation output by the subtractor 37 becomes a negative value. The droop velocity component Δω output by the
加算器３９は、ランプ器３２からランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refを入力すると共に、エネルギーレギュレータ３８からドループ速度成分Δωを入力し、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refにドループ速度成分Δωを加算し、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refを生成する。そして、加算器３９は、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refをＳｙｎＲＭ駆動インバータ２へ出力する。
The
ここで、負荷９が変動して連系点電圧Ｖが低下した場合、ドループ速度成分Δωはマイナスの値となるから、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refは、以前よりも小さい値となる。 Here, when the load 9 fluctuates and the interconnection point voltage V drops, the droop speed component Δω becomes a negative value, so that the FW rotation speed command W fw_ref becomes a smaller value than before.
尚、演算器３１、絶対値演算器３５及び乗算器３６は、レゾルバ１４からＦＷ回転速度Ｗfwを入力し、これをＦＷ６の回転速度として扱うようにした。これに対し、図示しない演算部は、センサレスにより所定の演算にてＦＷ回転速度推定値Ｗfw_Hatを求め、演算器３１、絶対値演算器３５及び乗算器３６は、演算部からＦＷ回転速度推定値Ｗfw_Hatを入力し、これをＦＷ６の回転速度として扱うようにしてもよい。図示しない演算部は、電力平準化装置１に備えるようにしてもよいし、ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２に備えるようにしてもよい。
The
図３に示すように、ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２は、減算器４０及び速度制御器４１を備えている。尚、ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２の構成図には、本発明に直接関連する構成部のみを示しており、直接関連しない構成部は省略してある。
As shown in FIG. 3, the
減算器４０は、電力平準化装置１のＳｙｎＲＭ制御部２１からＦＷ回転速度指令Ｗfw_refを入力すると共に、レゾルバ１４からＦＷ回転速度Ｗfwを入力し、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refからＦＷ回転速度Ｗfwを減算し、速度偏差を求める。そして、減算器４０は、速度偏差を速度制御器４１に出力する。
The
速度制御器４１は、減算器４０から速度偏差を入力し、この速度偏差が０となるように、予め設定された比例ゲインＫvのＰ制御器による速度制御を行い、電流指令を生成する。ＳｙｎＲＭ５は、速度制御器４１により生成された電流指令に従い、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refの速度で回転する。また、ＦＷ回転速度Ｗfwは、レゾルバ１４により検出され、ＳｙｎＲＭ駆動インバータ２及びＳｙｎＲＭ制御部２１へ入力される。
〔連系インバータ３〕
次に、図１に示した連系インバータ３について説明する。図４は、連系インバータ３の構成例を示すブロック図である。この連系インバータ３は、減算器５１、電圧制御器５２、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）５３及びリミッタ５４を備えている。尚、図４には、本発明に直接関連する構成部のみを示しており、直接関連しない構成部は省略してある。
[Connected inverter 3]
Next, the
前述のとおり、連系インバータ３は、バス電圧Ｖdcが、電力平準化装置１から入力したバス電圧指令Ｖdc_refに一致するように制御を行い、直流バス側の直流電力と電源系統側の交流電力とを双方向に変換する。また、連系インバータ３は、バス電圧指令Ｖdc_ref及びバス電圧Ｖdcに基づいて、制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtを生成し、制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtを電力平準化装置１へ出力する。
As described above, the
減算器５１は、電力平準化装置１からバス電圧指令Ｖdc_refを入力すると共に、電圧検出器１３からバス電圧Ｖdcを入力し、バス電圧指令Ｖdc_refからバス電圧Ｖdcを減算し、バス電圧偏差を求める。そして、減算器５１は、バス電圧偏差を電圧制御器５２に出力する。
The
電圧制御器５２は、減算器５１からバス電圧偏差を入力し、このバス電圧偏差が０となるように、予め設定された比例ゲインＫp及び積分ゲインＫiのＰＩ制御器による電圧制御を行い、バス電流指令Ｉdcを生成し、バス電流指令ＩdcをＬＰＦ５３に出力する。
The
ＬＰＦ５３は、電圧制御器５２からバス電流指令Ｉdcを入力し、バス電流指令Ｉdcに対し、所定のローパスフィルタ処理を行い、フィルタ処理後のバス電流指令Ｉdcをリミッタ５４に出力する。所定のローパスフィルタ処理は、バス電流指令Ｉdcに対し、所定の遮断周波数より低い周波数の成分を減衰させず、所定の遮断周波数より高い周波数の成分を減衰させる処理である。
LPF53 is to enter the bus current command I dc from
リミッタ５４は、ＬＰＦ５３からフィルタ処理後のバス電流指令Ｉdcを入力し、フィルタ処理後のバス電流指令Ｉdcに対し、所定範囲で制限を加える。そして、リミッタ５４は、リミッタ後のバス電流指令Ｉdcを制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtとして電力平準化装置１に出力する。
The
〔キャパシタ制御部２３／電力平準化装置１〕
次に、図２に示した電力平準化装置１のキャパシタ制御部２３について説明する。図５は、キャパシタ制御部２３、ＤＣ／ＤＣコンバータ４及びキャパシタ７の構成例を示すブロック図である。このキャパシタ制御部２３は、ＬＰＦ６１、リミッタ６２、減算器６３，６４，６６，６７及び電流制御器６５を備えている。
[
Next, the
ＬＰＦ６１は、連系インバータ３から制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtを入力し、制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtに対し、所定のローパスフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtを低周波バス電流指令としてリミッタ６２に出力する。
The LPF 61 inputs the restricted bus current command I dc_Lmt from the
ここで、負荷９が変動して連系点電圧Ｖが低下した場合、連系インバータ３から入力する制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtには、連系点の電力変動に伴う低周波成分及び高周波成分が含まれる。ＬＰＦ６１により、この制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtから、連系点の電力変動に伴う高周波成分が除去され、フィルタ処理後の制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtは、連系点の電力変動に伴う低周波成分のみの指令、すなわち低周波バス電流指令となる。
Here, when the load 9 fluctuates and the interconnection point voltage V drops, the restricted bus current command I dc_Lmt input from the
リミッタ６２は、ＬＰＦ６１から低周波バス電流指令を入力し、低周波バス電流指令に対し、所定範囲で制限を加える。そして、リミッタ６２は、リミッタ後の低周波バス電流指令を減算器６３に出力する。 The limiter 62 inputs a low-frequency bus current command from the LPF 61, and limits the low-frequency bus current command within a predetermined range. Then, the limiter 62 outputs the low-frequency bus current command after the limiter to the subtractor 63.
減算器６３は、リミッタ６２からリミッタ後の低周波バス電流指令を入力すると共に、連系インバータ３から制限後バス電流指令Ｉdc_Lmt、すなわち高周波及び低周波バス電流指令を入力する。そして、減算器６３は、制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtからリミッタ後の低周波バス電流指令を減算し、減算結果を、高周波成分のみが反映されたキャパシタ電流指令Ｉcap_refとして減算器６４に出力する。
The subtractor 63 inputs the low-frequency bus current command after the limiter from the limiter 62, and also inputs the restricted bus current command I dc_Lmt , that is, the high-frequency and low-frequency bus current commands from the
ここで、負荷９が変動して連系点電圧Ｖが低下した場合、連系インバータ３から入力する制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtには、連系点の電力変動に伴う低周波成分及び高周波成分が含まれる。また、リミッタ６２から入力するリミッタ後の低周波バス電流指令には、連系点の電力変動に伴う低周波成分のみが含まれており、高周波成分は含まれていない。減算器６３により、低周波成分及び高周波成分を含む制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtから低周波成分のみを含む低周波バス電流指令が減算されるから、減算結果のキャパシタ電流指令Ｉcap_refは、連系点の電力変動に伴う高周波成分のみの指令となる。
Here, when the load 9 fluctuates and the interconnection point voltage V drops, the restricted bus current command I dc_Lmt input from the
減算器６４は、減算器６３からキャパシタ電流指令Ｉcap_refを入力すると共に、電流検出器１６からキャパシタ電流Ｉcapを入力し、キャパシタ電流指令Ｉcap_refからキャパシタ電流Ｉcapを減算し、キャパシタ電流偏差を求める。そして、減算器６４は、キャパシタ電流偏差を電流制御器６５に出力する。
The subtractor 64 inputs the capacitor current command I cap_ref from the subtractor 63, inputs the capacitor current I cap from the
電流制御器６５は、減算器６４からキャパシタ電流偏差を入力し、このキャパシタ電流偏差が０となるように、予め設定された比例ゲインＫp及び積分ゲインＫiのＰＩ制御器による電流制御を行い、キャパシタ指令を生成し、キャパシタ指令を減算器６７に出力する。このキャパシタ指令により、キャパシタ７に流れるキャパシタ電流Ｉcapが制御され、キャパシタ電流Ｉcapはキャパシタ電流指令Ｉcap_refに一致するようになる。 The current controller 65 inputs the capacitor current deviation from the subtractor 64, and performs current control by the PI controller of the proportional gain K p and the integrated gain K i set in advance so that the capacitor current deviation becomes 0. , Generates a capacitor command and outputs the capacitor command to the subtractor 67. By this capacitor command, the capacitor current I cap flowing through the capacitor 7 is controlled, and the capacitor current I cap coincides with the capacitor current command I cap_ref .
減算器６６は、電圧検出器１５からキャパシタ電圧Ｖcapを入力すると共に、電圧検出器１３からバス電圧Ｖdcを入力し、キャパシタ電圧Ｖcapからバス電圧Ｖdcを減算し、電圧差を減算器６７に出力する。
The subtractor 66 inputs the capacitor voltage V cap from the
ここで、キャパシタ電圧Ｖcapがバス電圧Ｖdcよりも小さい場合（Ｖcap＜Ｖdc）、キャパシタ７は充電し、電源系統のエネルギーがキャパシタ７に蓄積される。キャパシタ電圧Ｖcapとバス電圧Ｖdcとが同一である場合（Ｖcap＝Ｖdc）、キャパシタ７は満充電状態となる。キャパシタ電圧Ｖcapがバス電圧Ｖdcよりも大きい場合（Ｖcap＞Ｖdc）、キャパシタ７は放電し、キャパシタ７のエネルギーが電源系統へ供給される。 Here, when the capacitor voltage V cap is smaller than the bus voltage V dc (V cap <V dc ), the capacitor 7 is charged and the energy of the power supply system is stored in the capacitor 7. When the capacitor voltage V cap and the bus voltage V dc are the same (V cap = V dc ), the capacitor 7 is in a fully charged state. When the capacitor voltage V cap is larger than the bus voltage V dc (V cap > V dc ), the capacitor 7 is discharged and the energy of the capacitor 7 is supplied to the power supply system.
減算器６７は、電流制御器６５からキャパシタ指令を入力すると共に、減算器６６から電圧差を入力し、キャパシタ指令から電圧差を減算し、減算結果をキャパシタ電圧指令Ｖcap_refとしてＤＣ／ＤＣコンバータ４へ出力する。
The subtractor 67 inputs a capacitor command from the current controller 65, inputs a voltage difference from the subtractor 66, subtracts the voltage difference from the capacitor command, and uses the subtraction result as the capacitor voltage command V cap_ref as the DC /
図５に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、ＰＷＭ（パルス幅変調）器７１を備えている。尚、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の構成図には、本発明に直接関連する構成部のみを示しており、直接関連しない構成部は省略してある。
As shown in FIG. 5, the DC /
ＰＷＭ器７１は、電力平準化装置１のキャパシタ制御部２３からキャパシタ電圧指令Ｖcap_refを入力し、キャパシタ電圧指令Ｖcap_refに対し、パルス幅変調を行う。キャパシタ７は、ＰＷＭ器７１のパルス幅変調に応じた充放電を行う。また、キャパシタ電流Ｉcapは、電流検出器１６により検出され、キャパシタ制御部２３へ入力される。図５に示すキャパシタ７において、１／ＬＳはインピーダンスを示す。
The PWM device 71 inputs the capacitor voltage command V cap_ref from the
〔動作〕
次に、図１に示した全体システムの動作について説明する。
（蓄電）
図３に示したとおり、電力平準化装置１のＳｙｎＲＭ制御部２１は、加算器３９において、演算器３１及びランプ器３２にて生成したランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refに、エネルギー偏差に基づいて生成したドループ速度成分Δω（蓄電時にはプラスまたは０の値）を加算してＦＷ回転速度指令Ｗfw_refを生成する。
〔motion〕
Next, the operation of the entire system shown in FIG. 1 will be described.
(Storage)
As shown in FIG. 3, the
ここで、ＦＷ６が電源系統のエネルギーを蓄積する場合には、ＦＷ回転速度ＷfwがＦＷ回転速度指令Ｗfw_refよりも小さい、またはこれらが同じ値であるから、ドループ速度成分Δωはプラスまたは０の値となる。これにより、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refに基づいて、ＳｙｎＲＭ５及びＦＷ６は一定速度で回転し、電源系統のエネルギーがＦＷ６に蓄積されるようになる。
Here, when the
また、図５に示したとおり、電力平準化装置１のキャパシタ制御部２３は、減算器６７において、電流制御器６５にて生成したキャパシタ指令から、キャパシタ電圧Ｖcapからバス電圧Ｖdcを減算した電圧差を減算し、キャパシタ電圧指令Ｖcap_refを生成する。
Further, as shown in FIG. 5, the
ここで、キャパシタ７の蓄電時には、キャパシタ電圧Ｖcapがバス電圧Ｖdcよりも小さいから（Ｖcap＜Ｖdc）、減算器６６の減算結果はマイナスの値となる。この場合、電流制御器６５にて生成されるキャパシタ指令は電流制御のために用いられる。これにより、減算器６７にて、プラスの値のキャパシタ電圧指令Ｖcap_refが生成され、キャパシタ７は充電し、電源系統のエネルギーがキャパシタ７に蓄積されるようになる。 Here, when the capacitor 7 is charged, the capacitor voltage V cap is smaller than the bus voltage V dc (V cap <V dc ), so that the subtraction result of the subtractor 66 is a negative value. In this case, the capacitor command generated by the current controller 65 is used for current control. As a result, the subtractor 67 generates a positive value capacitor voltage command V cap_ref , charges the capacitor 7, and stores the energy of the power supply system in the capacitor 7.
（放電）
ＦＷ６が一定速度で回転し、かつキャパシタ７の充電が完了した状態において、負荷９が変動して連系点電圧Ｖが低下し、バス電圧Ｖdcも低下した場合を想定する。この場合、ＦＷ６からエネルギーが出力され、キャパシタ７の放電が行われる。具体的には、以下の動作にて、低速かつ大容量の電力変動に対し、ＦＷ６に蓄積されたエネルギーが電源系統へ供給され、高速かつ小容量の電力変動に対し、キャパシタ７に蓄積されたエネルギーが電源系統へ供給される。
(Discharge)
It is assumed that the load 9 fluctuates, the interconnection point voltage V decreases, and the bus voltage V dc also decreases in a state where the
図３に示したとおり、電力平準化装置１のＳｙｎＲＭ制御部２１は、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refにドループ速度成分Δωを加算した結果を、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refとして生成する。
As shown in FIG. 3, the
ここで、負荷９が変動して連系点電圧Ｖが低下すると、図３に示した演算器３１により生成されるＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbが小さくなり、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refも小さくなり、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refがＦＷ回転速度Ｗfwよりも小さくなり、ドループ速度成分Δωはマイナスの値となる。これにより、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refが小さくなるから、ＦＷ６のエネルギーが電源系統へ供給されるようになる。したがって、連系点の電力を平準化させるためのＦＷ６の回転数を調整することができる。
Here, when the load 9 fluctuates and the interconnection point voltage V decreases, the FW rotation speed basic command W fw_refb generated by the
また、図５に示したとおり、電力平準化装置１のキャパシタ制御部２３は、キャパシタ指令から、キャパシタ電圧Ｖcapからバス電圧Ｖdcを減算した電圧差を減算し、キャパシタ電圧指令Ｖcap_refを生成する。
Further, as shown in FIG. 5, the
ここで、負荷９が変動して連系点電圧Ｖが低下すると、バス電圧Ｖdcがバス電圧指令Ｖdc_refよりも小さくなる。そして、キャパシタ制御部２３から出力されるキャパシタ電圧指令Ｖcap_refにより、Ｅcap＝（１／２）×Ｃ×Ｖcap_ref 2のエネルギーがキャパシタ７から放出される。Ｃはキャパシタ７の容量を示す。
Here, when the load 9 fluctuates and the interconnection point voltage V decreases, the bus voltage V dc becomes smaller than the bus voltage command V dc_ref . Then, the energy of Ecap = (1/2) × C × V cap_ref 2 is released from the capacitor 7 by the capacitor voltage command V cap_ref output from the
また、連系点電圧Ｖの低下に伴いバス電圧Ｖdcが低下すると、キャパシタ電圧Ｖcapがバス電圧Ｖdcよりも大きくなるから（Ｖcap＞Ｖdc）、減算器６６の減算結果はプラスの値となる。この場合、電流制御器６５にて生成されるキャパシタ指令は電流制御のために用いられる。これにより、減算器６７にて、マイナスの値のキャパシタ電圧指令Ｖcap_refが生成され、キャパシタ７は放電し、キャパシタ７のエネルギーが電源系統へ供給されるようになる。 Further, when the bus voltage V dc decreases as the interconnection point voltage V decreases, the capacitor voltage V cap becomes larger than the bus voltage V dc (V cap > V dc ), so the subtraction result of the subtractor 66 is positive. It becomes a value. In this case, the capacitor command generated by the current controller 65 is used for current control. As a result, the subtractor 67 generates a negative value capacitor voltage command V cap_ref , the capacitor 7 is discharged, and the energy of the capacitor 7 is supplied to the power supply system.
以上のように、本発明の実施形態による電力平準化装置１によれば、ＳｙｎＲＭ制御部２１の演算器３１は、連系点電圧Ｖ、負荷電流ＩL、ＦＷ回転速度Ｗfw及びイナーシャＪｗに基づいてＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbを算出し、ランプ器３２は、ＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbに対してランプ処理を行い、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refを生成する。減算器３７は、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refに基づいて算出したＦＷ回転速度指令エネルギーＷ_ref 2から、ＦＷ回転速度Ｗfwに基づいて算出したＦＷ回転速度フィードバックエネルギーＷfw 2を減算し、エネルギー偏差を求め、エネルギーレギュレータ３８は、エネルギー偏差に予め設定された比例ゲインＫPを乗算し、ドループ速度成分Δωを求める。加算器３９は、ランプ後ＦＷ回転速度基本指令Ｗ_refにドループ速度成分Δωを加算し、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refを生成する。このＦＷ回転速度指令Ｗfw_refはＳｙｎＲＭ駆動インバータ２へ出力される。
As described above, according to the
これにより、ＦＷ６に電源系統のエネルギーを蓄積する際には、ＦＷ回転速度指令Ｗfw_refに基づいて、ＦＷ６が一定速度で回転し、その状態を維持するようになる。一方、負荷９が変動して連系点電圧Ｖが低下すると、ＦＷ回転速度基本指令Ｗfw_refbが小さくなり、結果としてＦＷ回転速度指令Ｗfw_refも小さくなるから、連系点電圧Ｖの低下分が反映されたＦＷ回転速度指令Ｗfw_refに基づいて、ＦＷ６のエネルギーが電源系統へ供給されるようになる。
As a result, when the energy of the power supply system is stored in the
また、キャパシタ制御部２３のＬＰＦ６１は、制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtに対し、所定のローパスフィルタ処理を行い、低周波バス電流指令を出力し、リミッタ６２は、低周波バス電流指令に対して所定範囲で制限を加え、減算器６３は、制限後バス電流指令Ｉdc_Lmtからリミッタ後の低周波バス電流指令を減算し、高周波成分が反映されたキャパシタ電流指令Ｉcap_refを生成する。減算器６４は、キャパシタ電流指令Ｉcap_refからキャパシタ電流Ｉcapを減算してキャパシタ電流偏差を求め、電流制御器６５は、キャパシタ電流偏差が０となるように電流制御を行ってキャパシタ指令を生成する。減算器６７は、キャパシタ指令から、キャパシタ電圧Ｖcapからバス電圧Ｖdcを減算した電圧差を減算し、キャパシタ電圧指令Ｖcap_refを生成する。このキャパシタ電圧指令Ｖcap_refはＤＣ／ＤＣコンバータ４へ出力される。
Further, the LPF 61 of the
これにより、キャパシタ７の充電時には、キャパシタ電圧Ｖcapがバス電圧Ｖdcよりも小さいから（Ｖcap＜Ｖdc）、キャパシタ電圧指令Ｖcap_refに基づいて、電源系統のエネルギーがキャパシタ７に蓄積されるようになる。一方、負荷９が変動して連系点電圧Ｖが低下すると、バス電圧Ｖdcが低下してキャパシタ電圧Ｖcapがバス電圧Ｖdcよりも大きくなるから（Ｖcap＞Ｖdc）、連系点電圧Ｖの低下分が反映されたキャパシタ電圧指令Ｖcap_refに基づいて、キャパシタ７は放電し、キャパシタ７のエネルギーが電源系統へ供給されるようになる。 As a result, when the capacitor 7 is charged, the capacitor voltage V cap is smaller than the bus voltage V dc (V cap <V dc ), so that the energy of the power supply system is stored in the capacitor 7 based on the capacitor voltage command V cap_ref. Will be. On the other hand, when the load 9 fluctuates and the interconnection point voltage V decreases, the bus voltage V dc decreases and the capacitor voltage V cap becomes larger than the bus voltage V dc (V cap > V dc ). Based on the capacitor voltage command V cap_ref that reflects the decrease in voltage V, the capacitor 7 is discharged, and the energy of the capacitor 7 is supplied to the power supply system.
したがって、低速な負荷変動についてはＦＷ６にて対応し、高速な負荷変動についてはキャパシタ７にて対応することで、これらの負荷変動を補償することができ、連系点の電力を平準化することができる。
Therefore, by handling low-speed load fluctuations with the
１ 電力平準化装置
２ ＳｙｎＲＭ（シンクロナスリラクタンスモータ）駆動インバータ
３ 連系インバータ
４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ ＳｙｎＲＭ
６ ＦＷ（フライホイール）
７ キャパシタ
８ 電源
９ 負荷
１１，１３，１５ 電圧検出器
１２，１６ 電流検出器
１４ レゾルバ（回転角センサ）
２１ ＳｙｎＲＭ制御部
２２ バス電圧指令出力部
２３ キャパシタ制御部
３１ 演算器
３２ ランプ器
３３，３５ 絶対値演算器
３４，３６ 乗算器
３７，４０，５１，６３，６４，６６，６７ 減算器
３８ エネルギーレギュレータ
３９ 加算器
４１ 速度制御器
５２ 電圧制御器
５３，６１ ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
５４，６２ リミッタ
６５ 電流制御器
７１ ＰＷＭ（パルス幅変調）器
Ｖdc_ref バス電圧指令
Ｗfw_ref ＦＷ回転速度指令
Ｉdc_Lmt 制限後バス電流指令
Ｖcap_ref キャパシタ電圧指令
Ｗfw_refb ＦＷ回転速度基本指令
Ｗ_ref ランプ後ＦＷ回転速度基本指令
Ｗ_ref 2 ＦＷ回転速度指令エネルギー
Ｗfw 2 ＦＷ回転速度フィードバックエネルギー
Δω ドループ速度成分
Ｉdc バス電流指令
Ｉcap_ref キャパシタ電流指令
Ｖ 連系点電圧
ＩL 負荷電流
Ｖdc バス電圧
Ｗfw ＦＷ回転速度
Ｗfw_Hat ＦＷ回転速度推定値
Ｖcap キャパシタ電圧
Ｉcap キャパシタ電流
1
6 FW (flywheel)
7
21
54, 62 Limiter 65 Current controller 71 PWM (pulse width modulator) V dc_ref Bus voltage command W fw_ref FW Rotation speed command I dc_Lmt After limit Bus current command V cap_ref Capsule voltage command W fw_refb FW Rotation speed basic command W _ref After lamp FW rotation speed basic command W _ref 2 FW rotation speed command energy W fw 2 FW rotation speed feedback energy Δω droop speed component I dc bus current command I cap_ref capacitor current command V interconnection point voltage I L load current V dc bus voltage W fw FW rotation speed W fw_Hat FW rotation speed estimate V cap capacitor voltage I cap capacitor current
Claims (3)
前記電源系統の所定の連系点にて検出された連系点電圧、前記電源系統に接続された負荷に流れる電流として検出された負荷電流、前記ＳｙｎＲＭの速度として検出または推定された回転速度、及び前記ＦＷの所定のイナーシャに基づいて、回転速度指令を生成し、当該回転速度指令を前記ＳｙｎＲＭ駆動インバータへ出力することで、前記電源系統のエネルギーを前記ＦＷに蓄積し、または前記ＦＷに蓄積した前記エネルギーを前記電源系統へ供給するＳｙｎＲＭ制御部と、
予め設定されたバス電圧指令を前記連系インバータへ出力することで、前記直流バスの電圧を前記予め設定されたバス電圧指令に一致させるバス電圧指令出力部と、
前記予め設定されたバス電圧指令と、前記直流バスの電圧として検出されたバス電圧との間の偏差に基づいて生成されたバス電流指令、前記バス電圧、及び前記キャパシタに流れる電流として検出されたキャパシタ電流に基づいて、キャパシタ電圧指令を生成し、当該キャパシタ電圧指令を前記ＤＣ／ＤＣコンバータへ出力することで、前記電源系統のエネルギーを前記キャパシタへ蓄積し、または前記キャパシタに蓄積した前記エネルギーを前記電源系統へ供給するキャパシタ制御部と、を備え、
前記電源系統の電力の変動に伴って前記連系点電圧が低下し、前記バス電圧が低下した場合、前記ＳｙｎＲＭ制御部は、前記連系点電圧の低下分が反映された前記回転速度指令を生成し、前記キャパシタ制御部は、前記バス電圧の低下に伴い、前記バス電流指令に基づいて、前記電源系統における高周波成分の電力の変動を反映したキャパシタ電流指令を生成し、前記キャパシタ電流指令に基づいて、前記電源系統における高周波成分の電力の変動を反映した前記キャパシタ電圧指令を生成し、
前記ＳｙｎＲＭ制御部により生成された前記回転速度指令に基づいて、前記ＦＷに蓄積した前記エネルギーを前記電源系統へ供給し、前記キャパシタ制御部により生成された前記キャパシタ電圧指令に基づいて、前記キャパシタに蓄積した前記エネルギーを前記電源系統へ供給する、ことを特徴とする電力平準化装置。 An interconnection inverter that converts the AC power of the power supply system and the DC power of the DC bus in both directions, and the AC power on the SynRM (synchronous reluctance motor) side to which the DC power and FW (fly wheel) are connected. In a power leveling device that leveles the power of the power supply system by using a SynRM drive inverter that converts the DC power to DC and a DC / DC converter that bidirectionally converts the DC power and the DC power on the capacitor side.
The interconnection point voltage detected at a predetermined interconnection point of the power system, the load current detected as the current flowing through the load connected to the power system, the rotation speed detected or estimated as the speed of the SynRM, And, by generating a rotation speed command based on a predetermined inertia of the FW and outputting the rotation speed command to the SynRM drive inverter, the energy of the power supply system is stored in the FW or stored in the FW. The SynRM control unit that supplies the energy to the power supply system,
A bus voltage command output unit that matches the voltage of the DC bus with the preset bus voltage command by outputting a preset bus voltage command to the interconnection inverter.
It was detected as a bus current command generated based on the deviation between the preset bus voltage command and the bus voltage detected as the voltage of the DC bus, the bus voltage, and the current flowing through the capacitor. By generating a capacitor voltage command based on the capacitor current and outputting the capacitor voltage command to the DC / DC converter, the energy of the power supply system is stored in the capacitor, or the energy stored in the capacitor is stored. A capacitor control unit that supplies power to the power supply system is provided.
When the interconnection point voltage decreases due to fluctuations in the power of the power supply system and the bus voltage decreases, the SynRM control unit issues the rotation speed command reflecting the decrease in the interconnection point voltage. The capacitor control unit generates a capacitor current command that reflects fluctuations in the power of high-frequency components in the power supply system based on the bus current command as the bus voltage drops, and the capacitor current command is used. Based on this, the capacitor voltage command that reflects the fluctuation of the power of the high frequency component in the power supply system is generated.
The energy stored in the FW is supplied to the power supply system based on the rotation speed command generated by the SynRM control unit, and the capacitor is supplied to the capacitor based on the capacitor voltage command generated by the capacitor control unit. A power leveling device characterized in that the stored energy is supplied to the power supply system.
前記ＳｙｎＲＭ制御部は、
前記連系点電圧及び前記負荷電流に基づいて有効電力の変動量を求め、当該有効電力の変動量、前記回転速度、及び前記イナーシャに基づいて回転速度基本指令を生成する演算器と、
前記演算器により生成された前記回転速度基本指令に当該回転速度基本指令の絶対値を乗算し、回転速度指令エネルギーを求める第１の乗算器と、
前記回転速度に当該回転速度の絶対値を乗算し、回転速度フィードバックエネルギーを求める第２の乗算器と、
前記第１の乗算器により求めた前記回転速度指令エネルギーから、前記第２の乗算器により求めた前記回転速度フィードバックエネルギーを減算し、エネルギー偏差を求める第１の減算器と、
前記第１の減算器により求めた前記エネルギー偏差に所定の比例ゲインを乗算し、ドループ速度成分を生成するエネルギーレギュレータと、
前記演算器により生成された前記回転速度基本指令に、前記エネルギーレギュレータにより生成された前記ドループ速度成分を加算し、前記回転速度指令を求める加算器と、
を備えたことを特徴とする電力平準化装置。 In the power leveling device according to claim 1,
The SynRM control unit
An arithmetic unit that obtains the fluctuation amount of active power based on the interconnection point voltage and the load current and generates a rotation speed basic command based on the fluctuation amount of the active power, the rotation speed, and the inertia.
A first multiplier for obtaining the rotational speed command energy by multiplying the rotational speed basic command generated by the arithmetic unit by the absolute value of the rotational speed basic command.
A second multiplier that multiplies the rotation speed by the absolute value of the rotation speed to obtain the rotation speed feedback energy.
A first subtractor for obtaining an energy deviation by subtracting the rotation speed feedback energy obtained by the second multiplier from the rotation speed command energy obtained by the first multiplier.
An energy regulator that produces a droop velocity component by multiplying the energy deviation obtained by the first subtractor by a predetermined proportional gain.
An adder that adds the droop speed component generated by the energy regulator to the rotation speed basic command generated by the arithmetic unit to obtain the rotation speed command.
A power leveling device characterized by being equipped with.
前記キャパシタ制御部は、
前記バス電流指令に対しローパスフィルタ処理を行い、低周波バス電流指令を生成するＬＰＦ（ローパスフィルタ）と、
前記バス電流指令から、前記ＬＰＦにより生成された前記低周波バス電流指令を減算し、前記キャパシタ電流指令を求める第２の減算器と、
前記第２の減算器により求めた前記キャパシタ電流指令から前記キャパシタ電流を減算し、電流偏差を求める第３の減算器と、
前記第３の減算器により求めた前記電流偏差が０となるように、キャパシタ指令を生成する電流制御器と、
前記キャパシタの電圧として検出されたキャパシタ電圧から前記バス電圧を減算し、電圧差を求める第４の減算器と、
前記電流制御器により生成された前記キャパシタ指令から、前記第４の減算器により求めた前記電圧差を減算し、前記キャパシタ電圧指令を生成する第５の減算器と、
を備えたことを特徴とする電力平準化装置。 In the power leveling device according to claim 1 or 2.
The capacitor control unit
An LPF (low-pass filter) that performs low-pass filter processing on the bus current command and generates a low-frequency bus current command,
A second subtractor that subtracts the low-frequency bus current command generated by the LPF from the bus current command to obtain the capacitor current command, and
A third subtractor that subtracts the capacitor current from the capacitor current command obtained by the second subtractor to obtain a current deviation, and a third subtractor.
A current controller that generates a capacitor command so that the current deviation obtained by the third subtractor becomes 0.
A fourth subtractor that subtracts the bus voltage from the capacitor voltage detected as the voltage of the capacitor to obtain the voltage difference, and
A fifth subtractor that generates the capacitor voltage command by subtracting the voltage difference obtained by the fourth subtractor from the capacitor command generated by the current controller.
A power leveling device characterized by being equipped with.
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