JP6834767B2

JP6834767B2 - 模擬装置

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Publication number: JP6834767B2
Application number: JP2017097924A
Authority: JP
Inventors: 亮平鈴木; 伊藤　秀之; 秀之伊藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2037-05-17
Also published as: JP2018196233A

Description

本発明は、模擬装置に関する。

電力系統に連携する風力発電システムには、系統電圧の低下時に電力系統から解列せずに運転を継続する低電圧運転継続（ＬＶＲＴ（Low Voltage Ride-Through））機能が備えられる。例えば、二次励磁誘導発電機（ＤＦＩＧ（Doubly-Fed Induction Generator））を用いた風力発電システムには、コンバータを過電流から保護するためのクローバ回路が備えられる。クローバ回路は、系統電圧の低下時に発電機の回転子巻線に誘起された過電流を消費する消費用抵抗と、該消費用抵抗に流れる電流を制御するサイリスタとを含む。

風力発電システムのＬＶＲＴ性能は、電力系統及び風力発電システムのモデルを用いたシミュレーションにより解析される。例えば、非特許文献１に記載の技術では、サイリスタを含むクローバ回路をシミュレーションモデルに用いて、ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ（登録商標）によって二次励磁誘導発電機を用いた風力発電システムのＬＶＲＴ性能を検討している。

平綿諒也、甲斐隆章、"風力用巻線型誘導発電システムのＬＶＲＴ性能の検討"、２０１２年、電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌）Ｖｏｌ．１３２Ｎｏ．４ｐｐ．３０１−３０８

しかしながら、クローバ回路を構成するサイリスタの素子特性やその制御ロジックは、それらの演算量が多いため、リアルタイムシミュレーションに適さない。

本発明の一側面に係る目的は、リアルタイムシミュレーションに適した過電流保護回路を含む風力発電システムの動作を模擬する模擬装置を提供することである。

一実施形態に従った模擬装置は、過電流保護回路演算部、誘導発電機本体演算部、及びトルク演算部を備える。過電流保護回路演算部は、誘導発電機に対する二次電圧指令値と誘導発電機の二次電流とを用いてコンバータに印加される二次電圧修正指令値を演算する。誘導発電機本体演算部は、誘導発電機の一次電流、二次電流、及び風車の電気トルクを二次電圧修正指令値を用いて演算する。トルク演算部は、電気トルクと風車の機械トルクとを用いて風車の機械回転速度を演算する。

一実施形態に従った模擬装置によれば、リアルタイムシミュレーションに適した過電流保護回路を含む風力発電システムの動作を模擬することができる。

実施形態に従った模擬装置の構成例を示す図である。実施形態に従った模擬装置の模擬対象である風力発電システムの構成例を示す図である。実施形態に従った誘導発電機演算部の構成例を示す図である。誘導発電機及び過電流保護回路の等価回路を示す図である。可変電圧源として過電流保護回路を模擬した場合の誘導発電機及び過電流保護回路の等価回路を示す図である。実施形態に従った過電流保護回路の切替シナリオの一例を示す図である。低電圧運転継続時におけるシミュレーション結果の一例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態に従った模擬装置の構成例を示す図である。図１に示す構成例では、模擬装置１は、演算部１１、記憶部１２、入力部１３、出力部１４、記憶媒体駆動部１５、及び通信インタフェース部１６を備える。

記憶部１２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）である。記憶部１２は、演算部１１が演算に用いる各種パラメータの設定値や、演算部１１の演算結果等を記憶する。入力部１３は、例えば、キーボード、マウス、及びタッチパネルである。例えば、演算部１１の演算に用いられる各種パラメータは入力部１３を介して入力されてもよい。出力部１４は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイである。例えば、出力部１４は、演算部１１の演算結果を出力する。

記憶媒体駆動部１５は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又はフラッシュメモリ等の可搬型記憶媒体に記憶されたデータを読み取ったり、各種データを該可搬型記憶媒体に書き込む装置である。例えば、各種演算を命ずるプログラムに従って演算部１１が動作する構成例では、記憶媒体駆動部１５は、該プログラムを記憶する可搬型記憶媒体から該プログラムを読み取り、該プログラムを記憶部１２に記憶してもよい。通信インタフェース部１６は、模擬装置１の外部に存在する他の装置とデータを送受信する装置である。

演算部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等）である。演算部１１は、模擬対象である風力発電システムに含まれる各部の動作を実時間で演算（模擬）する。例えば、演算部１１は、図２に示すような風力発電システムに含まれる各部の動作を実時間で演算する。

図２は、実施形態に従った模擬装置の模擬対象である風力発電システムの構成例を示す図である。図２に示す構成例では、模擬装置１の模擬対象である風力発電システム２は、二次励磁誘導発電機（ＤＦＩＧ）を用いた風力発電システムであり、電力系統３に連系する。風力発電システム２は、風車２１、ギアボックス２２、誘導発電機２３、コンバータ２４、及び過電流保護回路２５を含む。

風車２１は、誘導発電機２３の回転子にギアボックス２２を介して接続する。風速Ｗ_ｓの風が風車２１に当たると風車２１は回転し、機械トルクＴ_ｍが発生する。機械トルクＴ_ｍは誘導発電機２３に伝達され、誘導発電機２３の回転子は機械回転速度ω_ｍで回転する。

誘導発電機２３の固定子巻線は電力系統３に接続し、誘導発電機２３の回転子巻線は、コンバータ２４及び過電流保護回路２５に並列に接続する。誘導発電機２３の一次（固定子）側の３相交流電流、すなわち、一次電流ｉ_１ａ、ｉ_１ｂ、及びｉ_１ｃは電力系統３へ出力される。また、誘導発電機２３の二次（回転子）側の３相交流電流、すなわち、二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃはコンバータ２４及び／又は過電流保護回路２５に出力される。

コンバータ２４は、例えば、スイッチング素子から構成される二次側コンバータと、コンデンサから構成される直流中間回路と、スイッチング素子から構成される系統側コンバータと、これらの回路を制御する制御回路とから構成される。コンバータ２４は、風力発電システム２から電力系統３へ出力可能な有効電力Ｐ_ｓ及び無効電力Ｑ_ｓに応じて、入力した二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃを電力系統３へ出力する３相交流電流、すなわち、系統側電流ｉ_ｇａ、ｉ_ｇｂ、及びｉ_ｇｃに変換する。系統側電流ｉ_ｇａ、ｉ_ｇｂ、及びｉ_ｇｃは一次電流ｉ_１ａ、ｉ_１ｂ、及びｉ_１ｃと合成され、風力発電システム２の出力電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、及びｉ_ｃとして電力系統３へ出力される。

過電流保護回路２５は、過大な二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃがコンバータ２４に流入することを抑制することで、過電流に起因する故障からコンバータ２４を保護する回路である。過電流保護回路２５は、例えば、二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃが所定値を超えると該二次電流の給電線を短絡するクローバ回路である。クローバ回路は、二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃが所定値を超えると切り替わる双方向スイッチング素子と、二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃを消費する抵抗とを含み、双方向スイッチング素子及び抵抗は各二次電流の給電線に直列に接続する。双方向スイッチング素子は、例えば、２つのサイリスタにより構成される。

演算部１１は、風力発電システム２の構成に応じた演算を行う各部を含む。具体的には、図１に示す一例では、演算部１１は、風車演算部１１１、誘導発電機演算部１１２、コンバータ演算部１１３、及び合成部１１４を風力発電システム２のモデルとして含む。風車演算部１１１は、風車２１及びギアボックス２２のモデルであり、風車２１及びギアボックス２２の動作を演算（模擬）する。誘導発電機演算部１１２は、誘導発電機２３及び過電流保護回路２５のモデルであり、誘導発電機２３及び過電流保護回路２５の動作を演算（模擬）する。コンバータ演算部１１３は、コンバータ２４のモデルであり、コンバータ２４の動作を演算（模擬）する。

演算部１１が模擬する風力発電システム２のモデルは、通信インタフェース部１６を介して系統演算部４に接続する。系統演算部４は、電力系統３と同様の実時間で電力系統３の状態を模擬するアナログモデルであり、３相交流の系統電圧ｖ_ａ、ｖ_ｂ、及びｖ_ｃを演算する。なお、実施例によっては、系統演算部４は、演算部１１に含まれるデジタルモデルであってもよい。

風車演算部１１１は、所定の風力Ｗ_ｓと、誘導発電機演算部１１２から入力した機械回転速度ω_ｍとから機械トルクＴ_ｍを演算し、演算した機械トルクＴ_ｍを誘導発電機演算部１１２へ出力する。

誘導発電機演算部１１２には、風車演算部１１１が出力した機械トルクＴ_ｍと、コンバータ演算部１１３が演算した二次電圧指令値ｖ_２ａ、ｖ_２ｂ、及びｖ_２ｃとが入力する。図３は、実施形態に従った誘導発電機演算部の構成例を示す図である。図３に示す構成例では、誘導発電機演算部１１２は、３相／ｄ軸ｑ軸電圧変換部１１２１、過電流保護回路演算部１１２２、及び誘導発電機本体演算部１１２３を含む。また、誘導発電機演算部１１２は、第１のｄ軸ｑ軸／３相交流電流変換部１１２４Ａ、第２のｄ軸ｑ軸／３相交流電流変換部１１２４Ｂ、トルク演算部１１２５、及び機械角度演算部１１２６を含む。

３相／ｄ軸ｑ軸電圧変換部１１２１には二次電圧指令値ｖ_２ａ、ｖ_２ｂ、及びｖ_２ｃが入力する。３相／ｄ軸ｑ軸電圧変換部１１２１は、入力した３相交流の二次電圧指令値ｖ_２ａ、ｖ_２ｂ、及びｖ_２ｃをｄ（direct）軸及びｑ（quadrature）軸の二次電圧指令値Ｖ_２ｄ ^＊、Ｖ_２ｑ ^＊に変換する。３相／ｄ軸ｑ軸電圧変換部１１２１は、ｄ軸及びｑ軸の二次電圧指令値Ｖ_２ｄ ^＊、Ｖ_２ｑ ^＊を過電流保護回路演算部１１２２へ出力する。

過電流保護回路演算部１１２２には、３相／ｄ軸ｑ軸電圧変換部１１２１が出力したｄ軸及びｑ軸の二次電圧指令値Ｖ_２ｄ ^＊、Ｖ_２ｑ ^＊と、誘導発電機本体演算部１１２３が出力したｄ軸及びｑ軸の二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑとが入力する。過電流保護回路演算部１１２２は、二次電圧指令値Ｖ_２ｄ ^＊、Ｖ_２ｑ ^＊と二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑとから過電流保護回路２５に印加される二次電圧修正指令値Ｖ_２ｄ´、Ｖ_２ｑ´を演算する。例えば、過電流保護回路演算部１１２２は、過電流保護回路２５に流れる電流に従って二次電圧修正指令値Ｖ_２ｄ´、Ｖ_２ｑ´が変更する可変電圧源として過電流保護回路２５の動作を模擬することで、二次電圧修正指令値Ｖ_２ｄ´、Ｖ_２ｑ´を演算する。過電流保護回路演算部１１２２の演算方法の具体例を図４及び図５を参照しながら以下で説明する。

図４は、誘導発電機及び過電流保護回路の等価回路を示す図である。シミュレーションモデルでは、誘導発電機２３は、図４に示すようなｄ軸及びｑ軸の等価回路として表すことが可能である。図４において、ｒ_１は一次抵抗、Ｌ_１は一次インダクタンス、ｒ_２は二次抵抗、Ｌ_２は二次インダクタンス、Ｌ_ｍは励磁インダクタンスである。ωは一次回転速度、ω_ｍは機械回転速度、ω−ω_ｍは二次回転速度、φ_１ｄは一次ｄ軸磁束、φ_１ｑは一次ｑ軸磁束、φ_２ｄは二次ｄ軸磁束、φ_２ｑは二次ｑ軸磁束、φ_ｍｄはｄ軸主磁束、φ_ｍｑはｑ軸主磁束である。Ｉ_１ｄは一次ｄ軸電流、Ｉ_１ｑは一次ｑ軸電流、Ｉ_２ｄは二次ｄ軸電流、Ｉ_２ｑは二次ｑ軸電流である。Ｖ_１ｄは一次ｄ軸電圧、Ｖ_１ｑは一次ｑ軸電圧、Ｖ_２ｄ ^＊は二次ｄ軸電圧指令値、Ｖ_２ｑ ^＊は二次ｑ軸電圧指令値である。二次電圧指令値Ｖ_２ｄ ^＊及びＶ_２ｑ ^＊は、コンバータ２４に印加される電圧に対応する。

また、図２及び図４に示すように、過電流保護回路２５は、誘導発電機２３の二次側に設置される。図４に示す一例では、過電流保護回路２５は、２つのサイリスタで構成される双方向スイッチＳＷと電力消費用抵抗ｒ_ｃｒｂとから構成されるクローバ回路である。

例えば、低電圧運転継続（ＬＶＲＴ）時には、コンバータ２４に過大な二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが流れることを抑制するために、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑは過電流保護回路２５が消費する。具体的には、双方向スイッチＳＷが切り替わることによって電力消費用抵抗ｒ_ｃｒｂに流れる電流や該電力消費用抵抗ｒ_ｃｒｂに印加される電圧は制御される。こうした過電流保護回路２５による電圧制御は、誘導発電機２３の二次電圧、すなわち、二次電圧指令値Ｖ_２ｄ ^＊、Ｖ_２ｑ ^＊が誘導発電機２３の二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑに従って変更される動作と見なすことが可能である。そこで、図５に示すように、過電流保護回路２５は可変電圧源として近似的に模擬することが可能である。図５は、可変電圧源として過電流保護回路を模擬した場合の誘導発電機及び過電流保護回路の等価回路を示す図である。過電流保護回路２５を図５に示すような可変電圧源として近似的に模擬した場合、該可変電圧源の電圧は、二次電圧修正指令値Ｖ_２ｄ´、Ｖ_２ｑ´として次の式(1)のように表される。

式(1)において、αは、過電流保護回路２５の切替シナリオ、具体的には、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑを電力消費用抵抗ｒ_ｃｒｂに流れるように双方向スイッチＳＷが切り替わるシナリオを規定する動作指令パラメータである。動作指令パラメータαは、例えば、図６に示すように設定されてもよい。図６は、実施形態に従った過電流保護回路の切替シナリオの一例を示す図である。

図６（Ａ）は、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値を超える所定期間Ｔ_ｃｒｂ内に過電流保護回路２５が１回動作するものと見なす切替シナリオの第１例を示す。切替シナリオの第１例では、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値を超えると、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが電力消費用抵抗ｒ_ｃｒｂに流れるように双方向スイッチＳＷが切り替わる。そこで、過電流保護回路演算部１１２２は、式(1)において動作指令パラメータαの値を０から１に変更することで、過電流保護回路２５の動作を模擬する。また、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値以下になると、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが電力消費用抵抗ｒ_ｃｒｂに流れるように双方向スイッチＳＷが切り替わる。そこで、過電流保護回路演算部１１２２は、式(1)において動作指令パラメータαの値を１から０に変更することで、過電流保護回路２５の停止を模擬する。

二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値を超えた場合には、過電流がコンデンサ２４に流れることを抑制するために、過電流保護回路２５は、速やかに動作することが望ましい。そこで、過電流保護回路演算部１１２２は、動作指令パラメータαの値が０から１に変更される時間Ｔ_０が短時間である場合の過電流保護回路２５の切替を模擬してもよい。また、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値を下回った場合には、過電流保護回路２５は、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値を再び超えないように、緩やかに停止してもよい。そこで、過電流保護回路演算部１１２２は、動作指令パラメータαの値が１から０に変更される時間Ｔ_１が時間Ｔ_０よりも長時間である場合の過電流保護回路２５の切替を模擬してもよい。

過電流保護回路演算部１１２２が切替シナリオの第１例に従って過電流保護回路２５の動作を模擬する場合には、過電流保護回路２５の１回の動作を模擬すれば足りるため、少ない演算量で過電流保護回路２５の動作を模擬できる。したがって、実施形態に従った模擬装置によれば、リアルタイムシミュレーションに適した過電流保護回路を含む風力発電システムの動作を模擬できる。

図６（Ｂ）は、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値を超えた場合に、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値を超えなくなるまで過電流保護回路２５が複数回動作するものと見なす切替シナリオの第２例を示す。切替シナリオの第２例では、過電流保護回路２５は、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値Ｉ_ｍａｘを超えると動作し、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の下限値Ｉ_ｍｉｎを下回ると停止する。過電流保護回路２５は、こうした動作と停止とを、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値Ｉ_ｍａｘを超えなくなるまで繰り返す。そこで、過電流保護回路演算部１１２２は、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の上限値Ｉ_ｍａｘを超えると動作指令パラメータαの値を０から１に変更し、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑが所定の下限値Ｉ_ｍｉｎを下回ると動作指令パラメータαの値を１から０に変更する。こうした図６（Ｂ）に示すようなヒステリシス特性に従って動作指令パラメータαの変更を繰り返すことで、過電流保護回路演算部１１２２は、過電流保護回路２５の複数回の動作を模擬する。

所定の下限値Ｉ_ｍｉｎは、過電流保護回路２５の停止を決定する二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑの値であり、過電流保護回路２５の動作と停止の繰り返し回数を多くするか少なくするかに応じて予め設定されてもよい。例えば、少ない演算量で過電流保護回路２５の動作を模擬するためには、繰り返し回数は少ないことが望ましい。そこで、繰り返し回数を少なくするために下限値Ｉ_ｍｉｎは小さな値に予め設定されてもよい。一方、過電流保護回路２５の動作継続中は、誘導発電機２３に対する制御が不安定になる可能性がある。このため、過電流保護回路２５の動作継続時間を短くするために、繰り返し回数はある程度多いことが望ましい。そこで、繰り返し回数を多くするために下限値Ｉ_ｍｉｎは大きな値に予め設定されてもよい。このように、過電流保護回路演算部１１２２が切替シナリオの第２例に従って過電流保護回路２５の動作を模擬する場合には、誘導発電機２３に対する制御を安定させつつ、少ない演算量で過電流保護回路２５の動作を模擬できる。

過電流保護回路演算部１１２２は、上述のように演算した二次電圧修正指令値Ｖ_２ｄ´、Ｖ_２ｑ´を誘導発電機本体演算部１１２３へ出力する。誘導発電機本体演算部１１２３は、誘導発電機２３の一次電流Ｉ_１ｄ、Ｉ_１ｑと、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑと、風車２１の電気トルクＴ_ｅとを二次電圧修正指令値Ｖ_２ｄ´、Ｖ_２ｑ´を用いて演算する。誘導発電機本体演算部１１２３は、一次電流Ｉ_１ｄ、Ｉ_１ｑを第１のｄ軸ｑ軸／３相交流電流変換部１１２４Ａへ出力し、二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑを第２のｄ軸ｑ軸／３相交流電流変換部１１２４Ｂへ出力する。また、誘導発電機本体演算部１１２３は、ｑ軸一次電流Ｉ_１ｑと電気トルクＴ_ｅとをトルク演算部１１２５へ出力する。

第１のｄ軸ｑ軸／３相交流電流変換部１１２４Ａは、入力したｄ軸及びｑ軸の一次電流Ｉ_１ｄ、Ｉ_１ｑを３相交流の一次電流ｉ_１ａ、ｉ_１ｂ、及びｉ_１ｃに変換する。第１のｄ軸ｑ軸／３相交流電流変換部１１２４Ａは、３相交流の一次電流ｉ_１ａ、ｉ_１ｂ、及びｉ_１ｃを合成部１１４へ出力する。

第２のｄ軸ｑ軸／３相交流電流変換部１１２４Ｂは、入力したｄ軸及びｑ軸の二次電流Ｉ_２ｄ、Ｉ_２ｑを３相交流の二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃに変換する。第２のｄ軸ｑ軸／３相交流電流変換部１１２４Ｂは、３相交流の二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃをコンバータ演算部１１３へ出力する。

トルク演算部１１２５には、風車演算部１１１から入力した機械トルクＴ_ｍが入力する。トルク演算部１１２５は、入力した電気トルクＴ_ｅと機械トルクＴ_ｍとを用いて風車２１の機械回転速度ω_ｍを演算し、機械回転速度ω_ｍを風車演算部１１１へ出力する。また、トルク演算部１１２５は、入力したｑ軸一次電流Ｉ_１ｑを用いてすべり速度ω_ｓｔを演算し、演算したすべり速度ω_ｓｔと機械回転速度ω_ｍとを機械角度演算部１１２６へ出力する。

機械角度演算部１１２６は、入力したすべり速度ω_ｓｔと機械回転速度ω_ｍとを用いて機械角度θ_ｍを演算する。機械角度演算部１１２６は、演算した機械角度θ_ｍをコンバータ演算部１１３へ出力する。

コンバータ演算部１１３には、３相交流の二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃと、機械角度θ_ｍとが入力する。また、コンバータ演算部１１３には、系統演算部４が出力した３相交流の系統電圧Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、及びＶ_ｃが通信インタフェース部１６を介して入力する。コンバータ演算部１１３は、３相交流の系統電圧Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、及びＶ_ｃと機械角度θ_ｍとに従って、３相交流の二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃから系統側電流ｉ_ｇａ、ｉ_ｇｂ、及びｉ_ｇｃを演算する。コンバータ演算部１１３は、系統側電流ｉ_ｇａ、ｉ_ｇｂ、及びｉ_ｇｃを合成部１１４へ出力する。

合成部１１４は、一次電流ｉ_１ａ、ｉ_１ｂ、及びｉ_１ｃと系統側電流ｉ_ｇａ、ｉ_ｇｂ、及びｉ_ｇｃと合成することで、出力電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、及びｉ_ｃを演算する。合成部１１４は、出力電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、及びｉ_ｃを、通信インタフェース部１６を介して系統演算部４へ出力する。

例えば、模擬装置１を用いることで、風力発電システム２の低電圧運転継続時において、図７に示すようなシミュレーション結果を得ることができる。図７は、低電圧運転継続時におけるシミュレーション結果の一例を示す図である。図７には、過電流保護回路２５に対して切替シナリオの第２例が適用された場合のシミュレーション結果が示されている。図７に示した一例では、系統演算部４が演算した系統電圧ｖ_ａ、ｖ_ｂ、及びｖ_ｃは、始点から１０秒の時点で１００％から５０％に低下する。系統電圧ｖ_ａ、ｖ_ｂ、及びｖ_ｃの低下に応じて、過電流保護回路演算部１１２２は、動作指令パラメータαを０から１に及び１から０に変更して、二次電圧修正指令値Ｖ_２ｄ´、Ｖ_２ｑ´を演算する。この結果、二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃは、所定の上限値以下になるように制御される。二次電流ｉ_２ａ、ｉ_２ｂ、及びｉ_２ｃが所定の上限値以下になると、過電流保護回路演算部１１２２は、動作指令パラメータαを１から０に変更して、二次電圧修正指令値Ｖ_２ｄ´、Ｖ_２ｑ´を演算する。動作指令パラメータαが１から０に変更された後、コンバータ演算部１１３が演算する系統側電流ｉ_ｇａ、ｉ_ｇｂ、及びｉ_ｇｃは増加し、合成部１１４が系統演算部４へ出力する出力電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、及びｉ_ｃも増加する。

このように、実施形態に従った模擬装置によれば、リアルタイムシミュレーションに適した過電流保護回路を含む風力発電システムの動作を模擬することができる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１模擬装置
２風力発電システム
３電力系統
４系統演算部
１１演算部
１２記憶部
１３入力部
１４出力部
１５記憶媒体駆動部
１６通信インタフェース部
２１風車
２２ギアボックス
２３誘導発電機
２４コンバータ
２５過電流保護回路
１１１風車演算部
１１２誘導発電機演算部
１１３コンバータ演算部
１１４合成部
１１２１３相／ｄ軸ｑ軸電圧変換部
１１２２過電流保護回路演算部
１１２３誘導発電機本体演算部
１１２４Ａ第１のｄ軸ｑ軸／３相交流電流変換部
１１２４Ｂ第２のｄ軸ｑ軸／３相交流電流変換部
１１２５トルク演算部
１１２６機械角度演算部

Claims

誘導発電機に対する二次電圧指令値と前記誘導発電機の二次電流とを用いて過電流保護回路に印加される二次電圧修正指令値を演算する過電流保護回路演算部と、
前記誘導発電機の一次電流、前記二次電流、及び風車の電気トルクを前記二次電圧修正指令値を用いて演算する誘導発電機本体演算部と、
前記電気トルクと前記風車の機械トルクとを用いて前記風車の機械回転速度を演算するトルク演算部と
を備える模擬装置。
過電流保護回路演算部は、前記過電流保護回路に流れる電流に従って前記二次電圧修正指令値が変更する可変電圧源として前記過電流保護回路の動作を模擬する、
請求項１に記載の模擬装置。
過電流保護回路演算部は、前記二次電流が所定の上限値を超える所定期間内に前記過電流保護回路が１回動作することを模擬する、
請求項２に記載の模擬装置。
動作した前記過電流保護回路が停止するまでの時間は、停止している前記過電流保護回路が動作するまでの時間よりも長い、
請求項３に記載の模擬装置。
過電流保護回路演算部は、前記二次電流が所定の上限値を超える場合に、前記二次電流が前記上限値以下になるまで前記過電流保護回路が複数回動作することを模擬する、
請求項２に記載の模擬装置。
過電流保護回路演算部は、前記二次電流が所定の下限値を下回る場合に前記過電流保護回路が停止することを模擬する、
請求項５に記載の模擬装置。