JP6981528B2 - Power generation system and plant controller - Google Patents
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Description
本出願は、発電システムおよびプラント制御装置に関するものである。 This application relates to a power generation system and a plant control device.
従来、例えば日本特開2014−168351号公報に開示されているように、VSG(仮想同期発電機)として動作するように構築された電力変換装置が知られている。 Conventionally, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-168351, a power conversion device constructed to operate as a VSG (virtual synchronous generator) is known.
上記従来の技術では、VSGを模擬するための制御を一つの電力変換装置で実施している。現実的に、一つの電力変換装置が持つ容量にはある程度の制限が存在する。この制限があるので、上記従来の技術では、大きな発電量のVSGを模擬することは困難であるという問題があった。 In the above-mentioned conventional technique, control for simulating VSG is performed by one power conversion device. In reality, there is a certain limit to the capacity of one power converter. Due to this limitation, there is a problem that it is difficult to simulate VSG with a large amount of power generation by the above-mentioned conventional technique.
本出願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数の電力変換装置でVSGを模擬することができるように改良された発電システムおよびプラント制御装置を提供することを目的とする。 The present application has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an improved power generation system and a plant control device so that VSG can be simulated by a plurality of power conversion devices. do.
本出願にかかる発電システムは、
直流電源からの直流電力を交流電力に変換し、共通の系統連系点を介して電力系統と連係する複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置を制御するプラント制御装置と、
を備え、
前記プラント制御装置は、同期発電機の回転子運動方程式とガバナとAVRとを模擬した制御モデルを用いることで前記複数の電力変換装置の出力側における前記系統連系点の電流値および電圧値に基づいて前記複数の電力変換装置に対して共通の電力指令値を出力する仮想同期発電機モデル部を含み、
前記複数の電力変換装置は前記電力指令値に従って前記交流電力を出力する。
The power generation system in this application is
Multiple power conversion devices that convert DC power from a DC power supply to AC power and link to the power system via a common grid interconnection point.
A plant control device that controls the plurality of power conversion devices, and
Equipped with
The plant control system, the current and voltage values of the system linkage point on the output side of the plurality of power conversion apparatus by using the control model simulating the rotor motion equation of the synchronous generator and the governor and the AVR A virtual synchronous generator model unit that outputs a common power command value to the plurality of power converters based on the above is included.
The plurality of power conversion devices output the AC power according to the power command value.
本出願にかかる発電システムおよびプラント制御装置は、
直流電源からの直流電力を交流電力に変換し、共通の系統連系点を介して電力系統と連係する複数の電力変換装置を制御するプラント制御装置であって、
前記プラント制御装置は、同期発電機の回転子運動方程式とガバナとAVRとを模擬した制御モデルを用いることで前記複数の電力変換装置の出力側における前記系統連系点の電流値および電圧値に基づいて前記複数の電力変換装置に対して共通の電力指令値を出力する仮想同期発電機モデル部を含み、前記電力指令値に従って前記複数の電力変換装置に前記交流電力を出力させるように構築されたものである。
The power generation system and plant control device according to this application are
A plant control device that converts DC power from a DC power supply into AC power and controls multiple power conversion devices that are linked to the power system via a common grid interconnection point.
The plant control system, the current and voltage values of the system linkage point on the output side of the plurality of power conversion apparatus by using the control model simulating the rotor motion equation of the synchronous generator and the governor and the AVR Based on this, it includes a virtual synchronous generator model unit that outputs a common power command value to the plurality of power conversion devices, and is constructed so as to output the AC power to the plurality of power conversion devices according to the power command value. It is a thing.
本出願によれば、プラント制御装置が仮想同期発電機モデル部を持つので、複数の電力変換装置それぞれの制御回路にモデルを搭載する必要がない。プラント制御装置が複数の電力変換装置を統合制御することができるので、複数の電力変換装置を含むシステム全体でVSG(仮想同期発電機)を模擬することができる。 According to the present application, since the plant control device has a virtual synchronous generator model unit, it is not necessary to mount the model in the control circuit of each of the plurality of power conversion devices. Since the plant control device can perform integrated control of a plurality of power conversion devices, it is possible to simulate a VSG (virtual synchronous generator) in the entire system including the plurality of power conversion devices.
図1は、実施の形態にかかる発電システム1およびプラント制御装置10の構成を示す図である。発電システム1は、系統連系点Sを介して電力系統100と系統連系運転する。図1に示すように、発電システム1は、発電プラント2と、連系トランス3と、計器用変成器5と、変流器4と、を備える。発電プラント2は、複数の電力変換装置22と、複数の直流電源23、24と、複数の開閉器20と、プラント制御装置10と、を備える。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図1に示すように、発電プラント2と系統連系点との間には、連系トランス3が介在している。計器用変成器5および変流器4の信号出力はプラント制御装置10に伝達されている。これによりプラント制御装置10は系統連系点の系統電流Isの値および系統電圧Vsの値を計測することができる。図1に示すように、連系トランス3と複数の電力変換装置22それぞれとの間には、開閉器20および複数のトランス21とからなる直列回路がそれぞれ介在している。
As shown in FIG. 1, an
複数の電力変換装置22は、複数の直流電源23、24からの直流電力を交流電力に変換する。電力変換装置22は、具体的には、複数の半導体スイッチング素子で構築された三相交流インバータ回路である。
The plurality of
複数の電力変換装置22は、第一の電力変換装置22と第二の電力変換装置22とを含む。第一の電力変換装置22が接続する直流電源23は、再生可能エネルギー発電装置であり、一例として太陽光発電モジュールである。第二の電力変換装置22が接続する直流電源24は、蓄電池である。このようなシステムは、ACリンク方式とも呼ばれる。なお、第二の電力変換装置22および直流電源24は、蓄電システム(Energy Storage System:ESS)25として提供されている。また、電力変換装置は、パワーコンディショナシステム(PCS)とも称される。
The plurality of
プラント制御装置10は、複数の電力変換装置22を制御する。プラント制御装置10は、Power Plant Controller(PPC)とも称される。プラント制御装置10は、仮想同期発電機モデル部10aを含む。仮想同期発電機モデル部10aは、系統電流値Isおよび系統電圧値Vsに基づいて電力指令値P*、Q*を出力する。電力指令値P*、Q*は、有効電力指令値P*および無効電力指令値Q*を含む。複数の電力変換装置22は電力指令値P*、Q*に従って交流電力を出力する。これにより、プラントレベルでのVSG制御が実現される。仮想同期発電機は、Virtual Synchronous Generator(VSG)とも称される。The
仮想同期発電機モデル部10aは、回転子運動方程式モデルとガバナモデルとAVR制御モデルとを含む。これにより、同期発電機の回転子運動方程式とガバナとAVRとを模擬した制御モデルが、プラント制御装置10に組み込まれる。仮想同期発電機モデル部10aは、系統連系点Sの潮流が仮想的に同期発電機の出力となるように制御を行う。
The virtual synchronous
回転子運動方程式モデルとガバナモデルとAVR制御モデルとを含む仮想同期発電機のモデル構成は、例えば日本特開2014−168351号公報などに開示されているように、既に公知であり新規の事項ではない。従って、モデルの具体的構成についての説明は省略する。 The model configuration of the virtual synchronous generator including the rotor equation of motion model, the governor model, and the AVR control model is already known and new matters, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-168351. No. Therefore, the description of the specific configuration of the model will be omitted.
プラント制御装置10が仮想同期発電機モデル部10aを持つので、複数の電力変換装置22それぞれの制御回路にモデルを搭載する必要がない。プラント制御装置10が複数の電力変換装置22を統合制御することができるので、複数の電力変換装置22を含むシステム全体でVSG(仮想同期発電機)を模擬することができる。これにより、スケールメリットが得られるので、単位容量あたりのシステム価格が安価になるという利点がある。
Since the
実施の形態では、プラント制御装置10が発電プラント2内の複数の電力変換装置22を最適制御することで、電力系統100の周波数安定化および電圧安定化が実現される。系統周波数および系統電圧Vsが維持され、系統安定化効果が得られる。
In the embodiment, the
また、仮想同期発電機モデル部10aが、複数のインバータ制御回路22bそれぞれではなく、プラント制御装置10に実装されている。従って、多数の電力変換装置22それぞれのインバータ制御回路22bについて、ハードウェアおよびソフトウェアの変更を加えなくともよい利点がある。
Further, the virtual synchronous
しかも、実施の形態によれば、ACリンク方式で接続された複数の電力変換装置22を含むシステム全体で、仮想同期発電機を模擬することができる。ACリンク方式によれば、蓄電池をまとめて第二の電力変換装置22に接続することができるので、DCリンク方式のように個々の電力変換装置22に蓄電池を接続する必要がない利点がある。図1に示すACリンク方式のシステム構成によれば、発電プラント2内に蓄電池を分散配置させることなく一箇所に集約して設置することができるので、蓄電池構成に関するコストカットも期待される。
Moreover, according to the embodiment, the virtual synchronous generator can be simulated in the entire system including the plurality of
図2は、実施の形態にかかる発電システム1が備えるインバータ制御回路の構成を示す図である。複数の電力変換装置22それぞれが、電力変換回路22aと、インバータ制御回路22bとを含む。インバータ制御回路22bは、電力指令値P*、Q*に従って電力変換回路22aを制御する電力変換制御回路である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an inverter control circuit included in the
インバータ制御回路22bは、PLL回路22cを含むことが好ましい。PLL回路22cは、位相同期回路である。PLL回路22cで位相同期制御を実施することができるので、複数の電力変換装置22の制御タイミングを揃えることができる。なお、日本特開2014−168351号公報にかかる技術はPLL回路を用いずに制御を実現することを特徴としたものであり、この点はPLL回路22cを積極的に用いる本実施の形態と明確に異なっている。
The
プラント制御装置10がインバータ制御回路22bに伝達する電力指令値P*、Q*は、アナログ信号であることが好ましい。アナログ信号であれば、デジタル信号のようにデジタル演算処理を行わなくてもよい。アナログ信号で電力指令値P*、Q*を伝達することで、インバータ制御回路22bの内部での演算処理を簡素化あるいは省略することができる。その結果、フィードバック制御速度を高めることができる。 The power command values P * and Q * transmitted by the
また、実施の形態では、マルチメータと呼ばれる計測器を用いずに、変流器4と計器用変成器5とを介して系統電流Isと系統電圧Vsとをプラント制御装置10が直接取得している。これにより、マルチメータを介するよりも高速に信号伝達を行うことができ、制御速度を高めることができる利点がある。
Further, in the embodiment, the
プラント制御装置10が系統電圧Vsおよび系統電流Isに基づいて実施するフィードバック制御の制御周期が10msec以下であることが好ましい。フィードバック制御周期を10msec以下とすれば、実用上、十分な応答速度で、電力系統100の側の系統電圧変化あるいは系統周波数変化などをVSGモデル10a内の電力指令値P*,Q*に反映させるような高速フィードバック制御を実施することができる。It is preferable that the control cycle of the feedback control performed by the
図3は、実施の形態の変形例にかかる発電システム1およびプラント制御装置10の構成を示す図である。図3に示すように、発電システム1において、複数の電力変換装置22それぞれが接続する複数の直流電源23、24は、第一の直流電源23である再生可能エネルギー発電装置と第二の直流電源24である蓄電池とが並列接続したものであってもよい。DCリンク方式で接続された複数の電力変換装置22を含むシステム全体で、VSG(仮想同期発電機)を模擬することができる。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a
実施の形態にかかる発電システム1およびプラント制御装置10は、実施の形態にかかる発電方法およびプラント制御方法として提供されても良い。既存の発電システムおよびプラント制御装置に事後的に実施の形態にかかるプラント制御装置10を追加することによって、実施の形態にかかる発電方法およびプラント制御方法が実施されてもよい。
The
1 発電システム、2 発電プラント、3 連系トランス、4 変流器、5 計器用変成器、10 プラント制御装置、10a 仮想同期発電機モデル部(VSGモデル部)、20 開閉器、21 トランス、22 電力変換装置(PCS)、22a 電力変換回路、22b インバータ制御回路、22c PLL回路、23 直流電源(太陽光発電モジュール)、24 直流電源(蓄電池)、25 蓄電システム、100 電力系統、Is 系統電流、P*、Q* 電力指令値、S 系統連系点、Vs 系統電圧1 power generation system, 2 power generation plant, 3 interconnection transformer, 4 transformer, 5 instrument transformer, 10 plant controller, 10a virtual synchronous generator model part (VSG model part), 20 switch, 21 transformer, 22 Power converter (PCS), 22a power conversion circuit, 22b inverter control circuit, 22c PLL circuit, 23 DC power supply (solar power generation module), 24 DC power supply (storage battery), 25 power storage system, 100 power system, Is system current, P * , Q * power command value, S system interconnection point, Vs system voltage
Claims (7)
前記複数の電力変換装置を制御するプラント制御装置と、
を備え、
前記プラント制御装置は、同期発電機の回転子運動方程式とガバナとAVRとを模擬した制御モデルを用いることで前記複数の電力変換装置の出力側における前記系統連系点の電流値および電圧値に基づいて前記複数の電力変換装置に対して共通の電力指令値を出力する仮想同期発電機モデル部を含み、
前記複数の電力変換装置は前記電力指令値に従って前記交流電力を出力する発電システム。 Multiple power conversion devices that convert DC power from a DC power supply to AC power and link to the power system via a common grid interconnection point.
A plant control device that controls the plurality of power conversion devices, and
Equipped with
The plant control system, the current and voltage values of the system linkage point on the output side of the plurality of power conversion apparatus by using the control model simulating the rotor motion equation of the synchronous generator and the governor and the AVR A virtual synchronous generator model unit that outputs a common power command value to the plurality of power converters based on the above is included.
The plurality of power conversion devices are power generation systems that output the AC power according to the power command value.
前記第一電力変換装置が接続する直流電源は、再生可能エネルギー発電装置であり、
前記第二電力変換装置が接続する直流電源は、蓄電池である請求項1に記載の発電システム。 The plurality of power conversion devices include a first power conversion device and a second power conversion device.
The DC power source to which the first power conversion device is connected is a renewable energy power generation device.
The power generation system according to claim 1, wherein the DC power source to which the second power conversion device is connected is a storage battery.
前記電力変換制御回路は、PLL回路を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の発電システム。 Each of the plurality of power conversion devices includes a power conversion circuit and a power conversion control circuit that controls the power conversion circuit according to the power command value.
The power generation system according to any one of claims 1 to 5, wherein the power conversion control circuit includes a PLL circuit.
前記プラント制御装置は、同期発電機の回転子運動方程式とガバナとAVRとを模擬した制御モデルを用いることで前記複数の電力変換装置の出力側における前記系統連系点の電流値および電圧値に基づいて前記複数の電力変換装置に対して共通の電力指令値を出力する仮想同期発電機モデル部を含み、前記電力指令値に従って前記複数の電力変換装置に前記交流電力を出力させるように構築されたプラント制御装置。 A plant control device that converts DC power from a DC power supply into AC power and controls multiple power conversion devices that are linked to the power system via a common grid interconnection point.
The plant control system, the current and voltage values of the system linkage point on the output side of the plurality of power conversion apparatus by using the control model simulating the rotor motion equation of the synchronous generator and the governor and the AVR Based on this, it includes a virtual synchronous generator model unit that outputs a common power command value to the plurality of power conversion devices, and is constructed so as to output the AC power to the plurality of power conversion devices according to the power command value. Plant control device.
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