KR20200092993A - Hydro power system and control method - Google Patents

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KR20200092993A
KR20200092993A KR1020207018028A KR20207018028A KR20200092993A KR 20200092993 A KR20200092993 A KR 20200092993A KR 1020207018028 A KR1020207018028 A KR 1020207018028A KR 20207018028 A KR20207018028 A KR 20207018028A KR 20200092993 A KR20200092993 A KR 20200092993A
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다카시 이토
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엔티엔 가부시키가이샤
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Abstract

사전 측정을 행하지 않고 적절한 출력 전력의 제어가 행해지고, 또한 실속 상태로 되어도, 발전기의 부하를 경감 또는 개방함으로써 실속 상태로부터 정상인 발전 상태로 복귀시키고, 큰 발전 전력을 얻는 것이 가능해지고, 또한 전력 제어의 헌팅을 방지할 수 있는 수력 발전 시스템을 제공한다. 수력 발전 시스템은, 수차(1), 발전기(3), 및 제어 장치(4)를 구비한다. 제어 장치(4)는, MPPT 제어 등으로 기본 제어를 행한다. 제어 장치(4)는, 실속 판정 수단(22)과 수차(1)의 실속 상태를 판정하고, 실속 상태 시는, 부하 경감·개방 수단(23)에 의해 발전기(3)의 부하 전력을 경감 또는 개방한다. 실속 판정을 위해, 차이 전력이 상승했을 때 및/또는 차이 회전수가 저하되었을 때 실속 상태인 것으로 판정하는 실속 판정 곡선 a과, 차이 전력이 저하되었을 때 및/또는 차이 회전수가 상승했을 때 비실속 상태인 것으로 판정하는 복귀 판정 곡선 b를 설정하고, 곡선 a, b 간은 히스테리시스 영역을 구성하는 실속 경계 영역 C로 한다. Even if the output power is properly controlled without performing pre-measurement, and even in the stall state, the load of the generator can be reduced or opened to return to the normal power generation state from the stall state and obtain large power generation power. It provides a hydro power generation system that can prevent hunting. The hydroelectric power system includes a water turbine (1), a generator (3), and a control device (4). The control device 4 performs basic control by MPPT control or the like. The control device 4 determines the stall state of the stall determination means 22 and the aberration 1, and when stalled, reduces the load power of the generator 3 by the load reduction/opening means 23 or Open. For the stall determination, the stall determination curve a, which determines that the stall state is when the difference power is increased and/or when the difference rotation speed is lowered, and the stall state when the difference power is decreased and/or when the difference rotation speed is increased The return determination curve b determined as being set is set, and the curves a and b are defined as stall boundary regions C constituting the hysteresis region.

Description

수력 발전 시스템 및 제어 방법Hydro power system and control method

본 출원은, 2017년 11월 28일자 일본 특허출원 제2017-227737의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다. This application claims the priority of Japanese Patent Application No. 2017-227737 of November 28, 2017, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.

본 발명은, 수력 발전 장치의 실속(失速) 상태를 판정하여 정상(正常) 상태로 복귀시키는 기능을 구비한 수력 발전 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydro power generation system and a control method having a function of determining a stall state of a hydro power generation device and returning it to a normal state.

수력 발전 장치는, 유수(流水)가 가지는 운동 에너지를 발전에 이용하는 시스템이다. 수력 발전 장치는, 물의 흐름을 받아 회전하는 수차(水車; water wheel)와, 수차와 연결되고 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기와, 발전기의 출력 및 수차를 제어하는 제어 장치를, 주된 구성 요소로서 구비한다. The hydroelectric power generation device is a system that uses kinetic energy of running water for power generation. The hydroelectric power generation apparatus includes a water wheel that rotates under a flow of water, a generator that is connected to the water turbine and converts rotational energy into electrical energy, and a control device that controls the output and aberration of the generator. It is provided as.

발전기로부터 인출하는 전력은 유속(流速; flow rate)에 의해 변화되므로, 상기 제어 장치는, 유속, 수차의 회전 속도, 또는 발전기의 발전 전압을 계측하여, 발전기로부터 인출하는 최적의 전력을 결정하고, 발전기의 발전 전력과 최적값이 일치하도록 제어한다. Since the power drawn from the generator is changed by the flow rate, the control device determines the optimum power drawn from the generator by measuring the flow rate, the rotational speed of the aberration, or the generator voltage. The generator is controlled to match the generated power and the optimum value.

이를 위해서는, 사전에 수로(水路; waterway)에 수력 발전기를 설치하여, 유속, 발전 전력, 및 발전 특성을 계측하여 최적값을 설정하고, 제어 맵 등에 의해 테이블 특성을 작성할 필요가 있다. 그러므로, 수력 발전 시스템의 가동(稼動)까지, 계측 작업 등의 비용 상승의 요인이 생긴다. To this end, it is necessary to install a hydroelectric generator in a waterway in advance, measure flow velocity, power generation power, and power generation characteristics to set optimum values, and create table characteristics using a control map or the like. Therefore, there is a factor in cost increase, such as measurement work, until the operation of the hydroelectric power system.

사전의 계측, 및 최적값의 설정 작업을 없애기 위해, 탐색 알고리듬에 의한 MPPT 제어라는 최대 전력점 추종 제어로 수력 발전을 제어하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1). MPPT 제어는, 풍력 발전에서도 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2). In order to eliminate prior measurement and setting of an optimal value, a method of controlling hydroelectric power generation by a maximum power point tracking control called MPPT control by a search algorithm has been proposed (for example, Patent Document 1). MPPT control is also used in wind power generation (for example, Patent Document 2).

일본 공개특허 제2016-185006호 공보Japanese Patent Application Publication No. 2016-185006 일본 공개특허 제2010-200533호 공보Japanese Patent Application Publication No. 2010-200533

그러나, 수차의 회전수가 저하하여 발전 전력도 저하되는 실속 상태(stall state)에 빠지는 경우가 있으므로, MPPT 제어를 수력 발전 제어 장치에 적용하는 것은 곤란하다. However, it is difficult to apply the MPPT control to the hydro power generation control device because the number of revolutions of the aberration may fall and the power generation power may also fall into a stall state.

상기 특허문헌 2에서는, 풍력 발전에서의 MPPT 제어이지만, 실속에 대처하는 제어가 제안되어 있다. 즉, MPPT 제어에 의해 발전기의 최적인 동작점을 찾으러 갈 때마다, 출력 전압의 시간 미분(微分) 또는 출력 전류의 시간 미분을 산출하여, 상기 동작점에서의 출력 전력과 산출한 출력 전력의 시간 미분과의 관계가 실속 경계 조건을 만족시키는지의 여부에 따라 실속을 판정한다. 실속인 것으로 판정되었을 때는, 발전기의 부하(負荷)를 개방 또는 경감한다. In Patent Document 2, MPPT control in wind power generation, but control to cope with stall has been proposed. That is, whenever the optimum operating point of the generator is sought by MPPT control, the time derivative of the output voltage or the time derivative of the output current is calculated, and the output power at the operating point and the calculated output power time The stall is judged according to whether the relationship with the differential satisfies the stall boundary condition. When it is determined to be stalled, the load of the generator is opened or reduced.

그러나, 발전기의 부하를 개방 또는 경감함으로써, 상기 실속 경계 조건을 채우지 않게 되었을 때, 부하를 원래의 값으로 되돌리면, 다시 곧바로 실속 경계 조건을 만족시킴으로써, 전력 제한의 온(on) 또는 오프(off)의 반복 상태로 되는 헌팅(hunting)이 생기는 경우가 있다. However, by opening or reducing the load of the generator, when the stall boundary condition is not satisfied, when the load is returned to the original value, the stall limit condition is satisfied again immediately, thereby turning the power limit on or off. ) There may be cases where hunting occurs in a repetitive state.

본 발명은, 상기 문제점을 해소하기 위한 것이며, 그 목적은, 사전 측정을 행하지 않고 적절한 출력 전력의 제어가 행해지고, 또한 실속 상태로 되어도, 발전기의 부하를 경감 또는 개방함으로써 실속 상태로부터 정상인 발전 상태로 복귀시켜, 큰 발전 전력을 얻는 것이 가능해지고, 또한 전력 제어의 헌팅을 방지할 수 있는 수력 발전 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것이다. The present invention is intended to solve the above problems, and its purpose is to control the output power appropriately without performing pre-measurement, and even if it is in the stalled state, from the stalled state to a normal power generation state by reducing or opening the load of the generator. By returning, it is possible to obtain a large power generation power, and to provide a hydro power generation system and control method capable of preventing hunting of power control.

이하, 편의 상 이해를 용이하게 하기 위해, 실시형태의 부호를 참조하여 설명한다. Hereinafter, in order to facilitate understanding for convenience, it will be described with reference to the symbols of the embodiments.

본 발명의 수력 발전 시스템은, 수력으로 회전하는 수차(1)와, 이 수차(1)의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기(3)와, 이 발전기(3)의 부하 전력을 조정하여 수차(1)의 회전수를 제어하는 제어 장치(4)를 구비한 수력 발전 시스템으로서, The hydroelectric power generation system of the present invention includes an aberration (1) rotating by hydraulic power, a generator (3) that converts the rotational energy of the aberration (1) into electrical energy, and aberration by adjusting the load power of the generator (3) A hydro power system having a control device (4) for controlling the number of revolutions of (1),

상기 제어 장치(4)는, The control device (4),

상기 발전기(3)의 출력 전력 과거값 및 출력 전력 현재값을 검출하는 전력 과거 현재값 검출 수단(16)과, Power past present value detecting means (16) for detecting the output power past value and the output power present value of the generator (3);

검출된 상기 출력 전력 과거값 및 상기 출력 전력 현재값을 기억하는 전력 과거 현재값 기억 수단(17)과, Power past present value storage means (17) for storing the detected past value of output power and the present value of output power;

상기 발전기(3)의 회전수 과거값 및 회전수 현재값을 검출하는 회전수 과거 현재값 검출 수단(18)과, A rotation speed past current value detecting means (18) for detecting a rotation speed past value and a rotation speed present value of the generator (3);

검출된 상기 회전수 과거값 및 상기 회전수 현재값을 기억하는 회전수 과거 현재값 기억 수단(19)과, A rotation speed past current value storage means (19) for storing the detected rotation speed past value and the rotation speed present value;

상기 출력 전력 과거값과 상기 출력 전력 현재값과의 차이 전력을 연산하는 차이 전력 연산 수단(20)과, Difference power calculating means (20) for calculating the difference power between the output power past value and the output power present value;

상기 출력 회전수 과거값과 상기 출력 회전수 현재값과의 차이 회전수를 연산하는 차이 회전수 연산 수단(21)과, Difference rotation speed calculation means (21) for calculating a difference rotation speed between the output rotation speed past value and the output rotation speed present value;

상기 차이 전력 및 상기 차이 회전수로부터, 상기 수차의 실속 상태 또는 비실속(非失速) 상태를 판정하는 실속 판정 수단(stall determination means)(22)과, Stall determination means (22) for determining a stall state or a stall state of the aberration from the difference power and the difference rotation speed;

상기 실속 판정 수단(22)에 의해 실속 상태인 것으로 판정되면, 상기 발전기(3)의 부하를 경감 또는 개방하는 부하 경감·개방 수단(23)을 구비하고, If it is determined by the stall determination means 22 that it is in the stall state, a load reduction/opening means 23 for reducing or opening the load of the generator 3 is provided,

상기 실속 판정 수단(22)이 실속 상태인 것으로 판정하는 실속 판정 영역 A와 상기 실속 판정 수단(22)이 비실속 상태인 것으로 판정하는 비실속 판정 영역 B가, 상기 차이 전력과 상기 차이 회전수와의 관계를 나타내는 판정 곡선 a, b에 의해 구분되고, 상기 판정 곡선 a, b는, 차이 전력이 상승했을 때 및/또는 차이 회전수가 저하되었을 때 실속 상태인 것으로 판정하기 위한 실속 판정 곡선 a과 차이 전력이 저하되었을 때 및/또는 차이 회전수가 상승했을 때 비실속 상태인 것으로 판정하기 위한 복귀 판정 곡선 b를 포함하고, 이들 곡선 a, b 사이에는 히스테리시스(hysteresis) 영역으로서 실속 경계 영역(stall boundary region) C가 구성되어 있다. The stall determination area A for determining that the stall determination means 22 is in the stall state and the stall stall determination area B for determining that the stall determination means 22 is in the stall state are the difference power and the difference rotation speed. It is divided by the determination curves a and b indicating the relationship of, and the determination curves a and b are different from the stall determination curve a for determining that the stall state is in the case where the difference power is increased and/or the difference rotation speed is lowered. And a return determination curve b for determining that it is in a non-stalled state when the power is lowered and/or when the differential rotational speed is increased, and between these curves a and b is a stall boundary region as a hysteresis region. ) C is composed.

이 구성에 의하면, 상기 제어 장치(4)는, 기본적으로는 발전 전력 등을 감시하고, 정해진 제어 규칙에 따라 출력 전력을 제어함으로써 수차(1)의 회전수를 제어한다. 이 동안, 상기 실속 판정 수단(22)에 의해, 상기 차이 전력 및 상기 차이 회전수로부터, 수차(1)의 실속 상태 또는 비실속 상태를 판정하고, 실속 상태인 것으로 판정되면, 부하 경감·개방 수단(load reducing/releasing means)(23)에 의해, 상기 발전기(3)의 부하 전력을 경감 또는 개방한다. 이와 같이, 수차(1)의 실속이 생기면, 부하 전력을 경감하거나, 또는 개방하므로, 실속 상태로부터 정상인 발전 상태로 복귀시킬 수 있고, 큰 발전 전력을 얻는 것이 가능해진다. 실속 상태의 판정은, 현재와 과거의 차이 전력 및 차이 회전수에 의해 행하므로, 적절한 판정이 행해진다. 또한, 히스테리시스 영역으로서 실속 경계 영역 C를 설치하였으므로, 실속 판정에 의한 전력 제어의 헌팅이 방지된다. 상기 회전수는 단위 시간당의 회전수이며, 환언하면 회전 속도이다. According to this configuration, the control device 4 basically controls the number of revolutions of the aberration 1 by monitoring power generation power and the like, and controlling the output power according to a prescribed control rule. In the meantime, the stall determination means 22 determines the stall state or non-stall state of the aberration 1 from the difference power and the difference rotation speed, and if it is determined that the stall state, the load reduction/opening means The load power of the generator 3 is reduced or opened by (load reducing/releasing means) 23. Thus, when the stall of the aberration 1 occurs, the load power is reduced or opened, so that it can be returned from the stall state to a normal power generation state, and it becomes possible to obtain a large power generation power. Since the determination of the stall state is performed based on the difference power and the difference rotational speed between the present and the past, appropriate determination is made. In addition, since the stall boundary area C is provided as the hysteresis area, hunting of power control by stall determination is prevented. The rotation speed is the rotation speed per unit time, in other words, the rotation speed.

상기 제어 장치(4)는, 상기 발전기(3)의 출력 변동에 대하여 최대 전력 동작점을 추종 제어하는 MPPT 제어 수단(13)을 구비하고, 상기 최대 전력 동작점을 찾으러 갈 때마다, 상기 실속 판정 수단(22)이 상기 수차(1)의 실속 상태 또는 비실속 상태를 판정하고, 필요에 따라 상기 부하 경감·개방 수단(23)이 상기 발전기(3)의 부하를 경감 또는 개방해도 된다. The control device 4 is provided with MPPT control means 13 for tracking and controlling the maximum power operation point with respect to the output fluctuation of the generator 3, and every time it goes to find the maximum power operation point, the stall determination The means 22 determines the stall state or the stall state of the aberration 1, and if necessary, the load reduction/opening means 23 may reduce or open the load of the generator 3.

최대 전력 동작점을 추종 제어하는 MPPT 제어에 의하면, 수차(1)가 설치되는 현지에서의 유속이나 수차 회전수의 사전 계측 작업을 생략해도 양호한 효율의 발전이 행해진다. 그러나, 수력 발전 시스템에 MPPT 제어를 적용하면, 그 제어만으로는, 수차(1)의 회전수가 저하되어, 발전 전력도 저하되는 실속 상태로 되었던 경우에 정상 상태로 복귀시킬 수 없는 경우가 있다. 이에 대하여, 이 수력 발전 시스템에 의하면, 상기 실속 상태를 판정하고, 실속 상태 시는 부하 전력을 저감 또는 정지시키므로, 실속 상태로부터의 복귀가 행해지고, 실속에 의한 발전 전력 저감을 크고 생기게 하지 않아, MPPT 제어에 의한 효율적인 제어가 행해진다. According to the MPPT control that follows-controls the maximum power operating point, it is possible to generate good efficiency even if the pre-measurement of the flow velocity and aberration rotation speed in the field where the aberration 1 is installed is omitted. However, if the MPPT control is applied to the hydroelectric power generation system, it may not be possible to return to the normal state in the case where the rotation speed of the aberration 1 is reduced and the generated power is also reduced by the control alone. On the other hand, according to this hydroelectric power generation system, the stall state is determined and the load power is reduced or stopped in the stall state, so that the return from the stall state is performed, and the power generation reduction due to stall is not large, resulting in MPPT Efficient control by control is performed.

본 발명의 수력 발전 시스템의 제어 방법은, 수력으로 회전하는 수차(1)와, 이 수차(1)의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기(3)와, 이 발전기(3)의 부하 전력을 조정하여 수차(1)의 회전수를 제어하는 제어 장치(4)를 구비한 수력 발전 시스템을 제어하는 방법으로서, The control method of the hydroelectric power generation system of the present invention includes a water turbine (1) rotating by hydraulic power, a generator (3) converting the rotational energy of the water turbine (1) into electrical energy, and the load power of the generator (3). As a method of controlling a hydroelectric power generation system having a control device (4) to control the number of revolutions of the water turbine (1) by adjusting,

상기 발전기(3)의 출력 전력의 과거값과 현재값과의 차이 전력을 구하는 차이 전력 연산 단계(과정이라고도 함)(S6)와, A difference power calculating step (also referred to as a process) (S6) for calculating the difference power between the past value and the current value of the output power of the generator 3,

상기 발전기(1)의 회전수값의 과거값과 현재값과의 차이 회전수를 구하는 차이 회전수 연산 단계(S5)와, A difference rotation speed calculating step (S5) of obtaining a difference rotation speed between a past value and a current value of the rotation speed value of the generator 1;

상기 차이 전력과 차이 회전수와의 관계가, 미리 정해진 실속 경계 조건을 만족시키는지의 여부에 따라 실속 상태 또는 비실속 상태를 판정하는 실속 판정 단계(S6)와, A stall determination step (S6) of determining a stall state or a stall state according to whether the relationship between the difference power and the difference rotation speed satisfies a predetermined stall boundary condition;

상기 실속 판정 단계(S6)에 있어서 실속 상태인 것으로 판정되면, 상기 발전기(3)의 부하를 경감 또는 개방하는 부하 경감·개방 단계(S7)를 포함하고, In the stall determination step (S6), if it is determined that the stall state, includes a load reduction/opening step (S7) of reducing or opening the load of the generator (3),

이들 단계는, 상기 제어 장치(4)의 제어 사이클마다 반복되고, These steps are repeated every control cycle of the control device 4,

상기 실속 경계 조건은 상기 차이 전력과 상기 차이 회전수와의 관계를 나타내는 판정 곡선 a, b에 의해 정해져 있고, 실속 상태인 것으로 판정되는 실속 판정 영역 A와 비실속 상태인 것으로 판정되는 비실속 판정 영역 B가, 상기 판정 곡선 a, b에 의해 구분되고, 상기 판정 곡선은, 차이 전력이 상승했을 때 및/또는 차이 회전수가 저하되었을 때 실속 상태인 것으로 판정하는 실속 판정 곡선 a과 차이 전력이 저하되었을 때 및/또는 차이 회전수가 상승했을 때 비실속 상태인 것으로 판정하는 복귀 판정 곡선 b를 포함하고, 이들 곡선 a, b 사이에는 히스테리시스 영역으로서 실속 경계 영역 C가 구성되어 있다. The stall boundary condition is determined by the determination curves a and b showing the relationship between the difference power and the difference rotational speed, and the stall determination area A determined to be stalled and the stall stall determination area determined to be stalled B is divided by the determination curves a and b, and the determination curve has a difference power from the stall determination curve a which determines that it is in a stall state when the difference power rises and/or when the difference rotation speed decreases. The return determination curve b is determined to be in a stalled state when the time and/or the difference rotation speed rises, and the stall boundary area C is formed as a hysteresis area between the curves a and b.

이 제어 방법에 의하면, 상기 수력 발전 시스템에 대하여 전술한 바와 마찬가지로, 실속 상태가 생겨도 정상인 발전 상태로 복귀시킬 수 있어, 큰 발전 전력을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 히스테리시스 영역으로서 실속 경계 영역 C를 설치하였으므로, 실속 판정에 의한 전력 제어의 헌팅이 방지된다. According to this control method, it is possible to return to the normal power generation state even when a stall state occurs, as described above for the hydro power generation system, and it becomes possible to obtain large power generation power. In addition, since the stall boundary area C is provided as the hysteresis area, hunting of power control by stall determination is prevented.

상기 제어 장치(4)는, 상기 발전기(3)의 출력 변동에 대하여 최대 전력 동작점을 추종 제어하는 MPPT 제어 수단(13)을 구비하고, 상기 추종 제어로 상기 동작점을 찾으러 갈 때마다, 상기 차이 전력 연산 단계(S6), 상기 차이 회전수 연산 단계(S5), 상기 실속 판정 단계(S7), 및 필요에 따라 상기 부하 경감·개방 단계(S8)가 반복되어도 된다. The control device 4 is provided with MPPT control means 13 for tracking and controlling the maximum power operating point with respect to the output fluctuation of the generator 3, and whenever the tracking control seeks to find the operating point, the The difference power calculation step (S6), the difference rotation speed calculation step (S5), the stall determination step (S7), and the load reduction/opening step (S8) may be repeated as necessary.

MPPT 제어에 의하면, 현지에서의 유속이나 수차 회전수의 사전 계측 작업을 생략해도 양호한 효율의 발전이 행해진다. 그러나, 그 제어만으로는, 실속 상태로 되었던 경우에 정상 상태로 복귀시킬 수 없는 경우가 있다. 이에 대하여, 이 방법에 의하면, 상기 실속 상태를 판정하고, 실속 상태에서는 부하 전력을 저감 또는 정지시키므로, 실속 상태의 복귀가 행해지고, 실속에 의한 발전 전력 저감을 크게 생기게 하지 않아, MPPT 제어에 의한 효율적인 제어가 행해진다. According to the MPPT control, even if the pre-measurement work of the flow velocity and aberration rotation speed in the field is omitted, good efficiency is developed. However, there are cases in which it is impossible to return to the normal state when the stall state is reached by the control alone. On the other hand, according to this method, the stall state is determined, and the load power is reduced or stopped in the stall state, so that the stall state is returned, and the generation power reduction due to stall is not significantly reduced, which is effective by MPPT control. Control is performed.

특허청구범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 2개 이상의 구성의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. 특히, 청구의 범위의 각 청구항의 2개 이상의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. Any combination of two or more configurations disclosed in the claims and/or specifications and/or drawings is included in the present invention. In particular, any combination of two or more of each claim in the claims is included in the present invention.

본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시형태의 설명으로부터, 보다 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에서의 동일한 부호는, 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 수력 발전 시스템의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 2는 도 1의 수력 발전 시스템의 개념 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3는 실속 판정 영역과 비실속 판정 영역의 참고예로 되는 실속 임계값 제어 그래프이다.
도 4는 도 1의 수력 발전 시스템에 의해 사용되는 실속 판정 영역, 비실속 판정 영역, 및 실속 경계 영역을 나타내는 실속 임계값 제어 그래프이다.
도 5는 도 1의 수력 발전 시스템이 실행하는 제어 방법의 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 도 1의 수력 발전 시스템에 의해 사용하는 수력 발전기의 다른 예의 개략 설명도이다.
The present invention will be understood more clearly from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments and drawings are for illustration and description only and are not used to define the scope of the present invention. The scope of the invention is defined by the appended claims. In the accompanying drawings, the same reference numbers in the plurality of drawings indicate the same or equivalent parts.
1 is an explanatory view showing an outline of a hydroelectric power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the conceptual configuration of the hydroelectric power generation system of FIG. 1.
3 is a stall threshold control graph serving as a reference example of the stall determination area and the non-stall determination area.
4 is a stall threshold control graph showing a stall determination area, a non-stall determination area, and a stall boundary area used by the hydroelectric power generation system of FIG. 1.
5 is a flowchart showing the procedure of a control method executed by the hydroelectric power generation system of FIG. 1.
6 is a schematic explanatory diagram of another example of the hydroelectric generator used by the hydroelectric power generation system of FIG. 1.

본 발명의 일 실시 형태를 도면과 함께 설명한다. 이 수력 발전 시스템은, 수평축형(프로펠러형) 수력 발전기의 예이다. 수로(도시하지 않음)를 흐르는 물의 운동 에너지에 의해 수차(1)가 회전하고, 수차(1)의 주축(主軸; main spindle)(2)이 발전기(3)를 회전시킨다. 발전기(3)는, 예를 들면, 영구 자석을 사용한 3상 동기(同期) 발전기여, 주축(2)에 커플링(도시하지 않음) 등으로 연결되어 있다. 주축(2)과 발전기(3)의 사이에, 도 6의 예와 같이 증속기(25)가 설치되어 있어도 된다. One embodiment of the present invention will be described together with the drawings. This hydroelectric power generation system is an example of a horizontal axis (propeller type) hydroelectric generator. The aberration 1 is rotated by the kinetic energy of water flowing through a water channel (not shown), and the main spindle 2 of the aberration 1 rotates the generator 3. The generator 3 is, for example, a three-phase synchronous generator using a permanent magnet, and is coupled to the main shaft 2 by coupling (not shown) or the like. Between the main shaft 2 and the generator 3, a speed increaser 25 may be provided as in the example of FIG.

발전기(3)에 부하를 접속하여 출력을 소비시키면, 수차(1)에 발전기(3)로부터 토크가 걸리고, 수차(1)의 회전이 제동된다. 부하 전력을 무겁게 하면 수차(1)의 회전 속도는 늦어지게 되고, 부하 전력을 가볍게 하면 수차(1)의 회전 속도는 빨라진다. 발전기(3)의 부하로서, 제어 장치(4)를 통해 부하 회로가 접속된다. 제어 장치(4)는, 유속에 따라, 발전기(3)의 토크를 증감시키고, 수차가 최적인 회전수로 회전하도록 제어하고 있다. 제어 장치(4)에는, DC/DC 컨버터나 인버터 등이 사용된다. 부하 회로(5)는 전기 기기(機器)나 부하 계통이다. When a load is connected to the generator 3 and consumes output, torque from the generator 3 is applied to the water turbine 1, and rotation of the water turbine 1 is braked. When the load power is made heavy, the rotational speed of the aberration 1 becomes slow, and when the load power is made light, the rotational speed of the aberration 1 increases. As a load of the generator 3, a load circuit is connected via the control device 4. The control device 4 increases or decreases the torque of the generator 3 according to the flow rate, and controls the aberration to rotate at an optimal rotation speed. For the control device 4, a DC/DC converter, an inverter, or the like is used. The load circuit 5 is an electric device or a load system.

도 2는, 제어 장치(4)의 구체예를 나타낸다. 제어 장치(4)는, 발전기(3)의 발전 전력을 부하 회로(5)에 공급하는 주회로부(6)와, 이 주회로부(6)를 제어하는 제어 회로부(7)를 구비하고, 또한 발전 전력을 저장하는 배터리(8)를 구비하고 있다. 주회로부(6)는, 배터리(8)와 발전기(3)와의 사이에 순차로 개재된, 정류기(整流器)(9), 컨버터(10), 전류계(11),전압계(24), 및 스위칭 수단(12)을 구비한다. 2 shows a specific example of the control device 4. The control device 4 includes a main circuit part 6 that supplies the power generated by the generator 3 to the load circuit 5, and a control circuit part 7 that controls the main circuit part 6, and further generates power. A battery 8 for storing electric power is provided. The main circuit part 6 includes a rectifier 9, a converter 10, an ammeter 11, a voltmeter 24, and switching means interposed between the battery 8 and the generator 3 in sequence. (12) is provided.

정류기(9)는, 발전기(3)가 발전한 3상 교류의 전력을 직류로 정류(整流)하는 기기이며, 반도체 스위칭 소자의 하프 브리지 회로로 구성되어 있다. 컨버터(10)는, 예를 들면, 승압(昇壓) 초퍼로 이루어진다. 대신에, 컨버터(10)는 강압(降壓) 초퍼로 해도 된다. 스위칭 수단(12)은, 상기 정류가 행해진 직류 전력을 온 또는 오프하여 배터리(8)에 공급할 것인지의 여부를 전환하는 수단이다. 스위칭 수단(12)은, 반도체 스위칭 소자라도, 유접점 스위치라도 된다. 스위칭 수단(12)은, 게이트 회로(15)가 출력하는 제어 신호에 의해 온 또는 오프의 전환이 가능하다. The rectifier 9 is a device that rectifies the power of the three-phase alternating current generated by the generator 3 into direct current, and is composed of a half-bridge circuit of a semiconductor switching element. The converter 10 is made of, for example, a step-up chopper. Instead, the converter 10 may be a step-down chopper. The switching means 12 is a means for switching whether or not the rectified DC power is supplied to the battery 8 by turning it on or off. The switching means 12 may be a semiconductor switching element or a contact switch. The switching means 12 can be switched on or off by a control signal output from the gate circuit 15.

배터리(8)와 부하 회로(5)는 병렬이며, 발전기(3)의 발전 전력을 배터리(8)에 충전하면서, 부하 회로(5)에 급전(給電)할 수 있다. 상기 주회로부(6)는, 발전기(3)의 출력측에 배터리(8)와 부하 회로(5)를 병렬로 접속하고 있으므로, 출력 전압은 대략 일정하게 된다. 따라서, 스위칭 수단(12)의 개폐로 컨버터(10)의 출력 전류의 듀티 비를 조정함으로써, 발전기(3)의 출력 전력을 조정할 수 있다. The battery 8 and the load circuit 5 are parallel, and can supply power to the load circuit 5 while charging the electric power of the generator 3 to the battery 8. Since the main circuit part 6 connects the battery 8 and the load circuit 5 in parallel to the output side of the generator 3, the output voltage is substantially constant. Therefore, the output power of the generator 3 can be adjusted by adjusting the duty ratio of the output current of the converter 10 by opening and closing of the switching means 12.

제어 회로부(7)는, 컴퓨터 등으로 이루어지고, 이 예에서는, 기본 제어 수단인 MPPT 제어 수단(13)으로 기본 제어를 행하여, 수차(1)의 실속에 대한 제어를 실속 대응 제어 수단(14)으로 행한다. MPPT 제어 수단(13) 및 실속 대응 제어 수단(14)은, 모두, 게이트 회로(15)의 제어에 의해 상기 스위칭 수단(12)을 개폐 제어함으로써, 출력 전력을 조정한다. 그리고, 제어 회로부(7)는, MPPT 제어 수단(13)은 다른 제어 방법을 채용하는 기본 제어 수단에 의해 기본 제어를 행하도록 해도 된다. The control circuit unit 7 is made of a computer or the like, and in this example, the basic control is performed by the MPPT control means 13 which is the basic control means to control the stall of the aberration 1 by the stall control means 14 To be done. The MPPT control means 13 and the stall corresponding control means 14 both regulate the output power by opening and closing the switching means 12 under the control of the gate circuit 15. In addition, the control circuit unit 7 may perform the basic control by the MPPT control means 13 by basic control means employing other control methods.

MPPT 제어 수단(13)은, 발전기(3)의 출력 전력의 변동에 대하여, 발전기(3)의 동작점이 항상 제어 상의 최대 출력 동작점을 추종하도록 변화시킴으로써, 발전기(3)로부터 최대의 출력을 인출하는 제어를 행하는 수단이다. 상기 최대 출력 동작점은, MPPT 제어 수단(13)에 의해 샘플링마다 얻어지는 동작점 중, 부하 회로(5)에 대한 출력이 최대가 되는 동작점이다. 동작점의 전력은, 전류계(11) 및 전압계(24)의 측정값으로부터 검출된다. The MPPT control means 13 withdraws the maximum output from the generator 3 by changing the operating point of the generator 3 to always follow the maximum output operating point on the control in response to the change in the output power of the generator 3 It is a means to perform control. The maximum output operating point is an operating point at which the output to the load circuit 5 becomes the maximum among the operating points obtained for each sampling by the MPPT control means 13. The power of the operating point is detected from the measured values of the ammeter 11 and the voltmeter 24.

실속 대응 제어 수단(14)은, 전력 과거 현재값 검출 수단(16), 전력 과거 현재값 기억 수단(17), 회전수 과거 현재값 검출 수단(18), 회전수 과거 현재값 기억 수단(19), 차이 전력 연산 수단(20), 차이 회전수 연산 수단(21), 실속 판정 수단(22), 및 부하 경감·개방 수단(23)을 구비한다. 실속 대응 제어 수단(14)은, 일련의 실속 판정의 처리를 반복하여 행한다. 이 실시형태에서는, MPPT 제어로 상기 동작점을 찾으러 갈 때마다, 실속 판정 수단(22)에 의한 실속의 판정, 및 필요에 따라 상기 부하 경감·개방 수단(23)에 의한 처리를 행한다. Stall-response control means 14 includes power past present value detection means 16, power past present value storage means 17, rotation speed past present value detection means 18, rotation past past value storage means 19 , Differential power calculation means 20, differential rotation speed calculation means 21, stall determination means 22, and load reduction/opening means 23. The stall-response control means 14 repeats a series of stall determination processes. In this embodiment, whenever the MPPT control goes to find the operating point, stall determination by the stall determination means 22 and processing by the load reduction/opening means 23 are performed as necessary.

전력 과거 현재값 검출 수단(16)은, 상기 발전기(3)의 출력 전력 과거값 및 출력 전력 현재값을 검출한다. 출력 전력 현재값은, 상기 일련의 실속 판정마다 샘플링 시, 즉 이 예에서는 상기 MPPT 제어로 동작점을 찾으러 갈 때마다 샘플링을 행한 중 바로 옆의 샘플링 시의 출력 전력이다. 출력 전력 과거값은, 예를 들면, 바로 옆의 샘플링의 1회전방의 샘플링 시에서의 출력 전력이다. 출력 전력 과거값은, 최근의 복수 회의 샘플링의 출력 전력의 평균값이라도 된다. 상기 샘플링되는 출력 전력은, 예를 들면, 상기 전류계(11)에 의해 얻어진 전류에, 전압계(24)에 의해 얻어진 전압을 곱한 값으로 된다. 상기 출력 전압은, 상기 전류계(11)에 의해 얻어진 전류에, 배터리(8)의 전압으로 되는 일정한 전압을 곱한 값으로 해도 된다. 상기 출력 전압은, 전력계(도시하지 않음)를 설정하여 검출해도 된다, 전력 과거 현재값 기억 수단(16)은, 검출된 상기 발전기(3)의 출력 전력 과거값 및 출력 전력 현재값을 기억하는 수단이다. The power past present value detecting means 16 detects the output power past value and the output power present value of the generator 3. The output power present value is the output power at the time of sampling immediately after sampling during each of the series of stall determinations, that is, in this example, every time the MPPT control goes to find the operating point. The output power past value is, for example, output power at the time of sampling in one rotation room of the next sampling. The output power past value may be the average value of the output power of recent multiple samplings. The sampled output power is, for example, a value obtained by multiplying the current obtained by the ammeter 11 by the voltage obtained by the voltmeter 24. The output voltage may be a value obtained by multiplying the current obtained by the ammeter 11 by a constant voltage serving as the voltage of the battery 8. The output voltage may be detected by setting a power meter (not shown). The power past current value storage means 16 is means for storing the detected output power past value and output power present value of the generator 3 to be.

회전수 과거 현재값 검출 수단(18)은, 발전기(3)에 구비된 회전 검출기(도시하지 않음)로부터, 발전기(3)의 회전수 과거값 및 회전수 현재값을 검출하는 수단이다. 회전수 과거값 및 회전수 현재값은, 출력 전압 과거값, 출력 전압 현재값과 같이, 바로 옆의 샘플링 및 그 1회 전의 샘플링 시에서의 회전수라도 된다. 회전수 과거 현재값 기억 수단(19)은, 검출된 상기 발전기(3)의 회전수 과거값 및 회전수 현재값을 기억하는 수단이다. The rotation speed past present value detection means 18 is means for detecting the rotation speed past value and the rotation speed present value of the generator 3 from a rotation detector (not shown) provided in the generator 3. The past number of revolutions and the present number of revolutions may be the number of revolutions at the time of sampling immediately next to the previous sampling and the previous sampling, such as the output voltage past and output voltage present. The rotation speed past current value storage means 19 is a means for storing the detected rotation speed past value and the rotation speed present value of the generator 3.

차이 전력 연산 수단(20)은, 전력 과거 현재값 기억 수단(17)에 기억된 발전기(3)의 출력 전력 과거값과 출력 전력 현재값의 차이 전력 ΔP을 연산하는 수단이다. 차이 회전수 연산 수단(13)은, 회전수 과거 현재값 기억 수단(19)에 기억된 발전기(3)의 출력 회전수 과거값과 출력 회전수 현재값의 차이 회전수 ΔN을 연산하는 수단이다. The difference power calculating means 20 is means for calculating the difference power ΔP between the output power past value and the output power present value of the generator 3 stored in the power past present value storage means 17. The difference rotational speed calculating means 13 is a means for calculating the difference rotational speed ΔN between the output rotational speed past value and the output rotational current value of the generator 3 stored in the rotational past current value storage means 19.

실속 판정 수단(22)은, 상기 차이 전력 ΔP 및 차이 회전수 ΔN로부터 정해진 실속 경계 조건을 만족시키는지의 여부에 따라, 실속 상태인지의 여부를 판정하는 수단이다. 구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 실속인 것으로 판정하는 실속 판정 영역 A와 비실속인 것으로 판정하는 비실속 판정 영역 B가, 차이 전력 ΔP과 차이 회전수 ΔN과의 관계를 나타내는 판정 곡선 a, b에 의해 구분되어 있다. 판정 곡선 a, b는, 도 3의 예의 같은 1개의 판정 곡선 d는 아니다. 실속 판정 곡선 a는, 차이 전력 ΔP이 상승했을 때 및/또는 차이 회전수 ΔN가 저하되었을 때 실속인 것으로 판정하기 위해 정해진 곡선이다. 복귀 판정 곡선 b는, 차이 전력 ΔP이 저하되었을 때 및/또는 차이 회전수 ΔN가 상승했을 때 비실속인 것으로 판정하기 위해 정해진 곡선이다. 양 곡선 a, b 간이 히스테리시스 영역의 실속 경계 영역 C으로 된다. The stall determination means 22 is means for determining whether or not the stall state is satisfied according to whether or not the stall boundary condition determined from the difference power ΔP and the difference rotation speed ΔN is satisfied. Specifically, as shown in FIG. 4, the determination curve a showing the relationship between the difference power ΔP and the difference rotational speed ΔN between the stall determination area A determined to be stalled and the stall stall determination area B determined to be stalled , b. The determination curves a and b are not the same determination curve d in the example of FIG. 3. The stall determination curve a is a curve determined to determine that the stall is stalled when the difference power ΔP rises and/or when the difference rotation speed ΔN decreases. The return determination curve b is a curve determined to determine that the difference is not stalled when the difference power ΔP decreases and/or when the difference rotational speed ΔN rises. Both curves a and b are stalled boundary regions C of the simple hysteresis region.

부하 경감·개방 수단(23)은, 실속 판정 수단(22)에 의해 실속인 것으로 판정되었을 때, 발전기(3)의 부하 전력을 경감 또는 개방하는 수단이다. 부하 경감·개방 수단(23)은, 구체적으로는, 게이트 회로(15)를 통해 스위칭 수단(12)의 개폐에 의해 컨버터(10)의 듀티를 저감하거나, 또는 스위칭 수단(12)을 계속 개방함으로써, 부하 전력의 경감 또는 개방을 행한다. The load reduction/opening means 23 is means for reducing or opening the load power of the generator 3 when it is determined that the stall is determined by the stall determination means 22. The load reduction/opening means 23 specifically reduces the duty of the converter 10 by opening and closing the switching means 12 through the gate circuit 15, or by continuously opening the switching means 12 , Reduce or open the load power.

도 5를 참조하여, 상기 구성의 수력 발전 시스템에서의 실속 대응 제어의 흐름을 설명한다. 동 도면은, 도 2의 실속 대응 제어 수단(14)이 행하는 제어 처리의 흐름을 나타낸다. 동 도면의 제어 처리는, MPPT 제어로 동작점을 찾으러 갈 때마다 반복된다. Referring to Fig. 5, the flow of stall-response control in the hydroelectric power generation system of the above configuration will be described. The figure shows the flow of the control process performed by the stall corresponding control means 14 in FIG. 2. The control process in the figure is repeated every time the MPPT control goes to find the operating point.

먼저, 회전수 검출 단계(S1)에서 발전기(3)의 회전수 과거값 및 회전수 현재값의 검출을 행하여, 전력 검출 단계(S2)에서 발전기(3)의 출력 전력 과거값 및 출력 전력 현재값의 검출을 행한다. 이들 검출된 회전수 과거값(전회값 N0) 및 회전수 현재값 N1, 및 출력 전력 과거값(전회값 P0) 및 출력 전력 현재값(P1)은, 각각, 회전수 기억 단계(S3) 및 전력 기억 단계(S4)에서, 회전수 과거 현재값 기억 수단(19) 및 전력 과거 현재값 기억 수단(17)에 기억된다. 기억 내용은, 제어 사이클마다 갱신된다. First, in the speed detection step (S1), the past speed and the current speed of the generator 3 are detected, and in the power detection step (S2), the output power past value and the output power present value of the generator 3 are detected. Detection is performed. The detected rotation speed past value (previous value N0) and rotation speed present value N1, and output power past value (previous value P0) and output power present value P1 are rotation speed storage step S3 and power, respectively. In the storage step S4, the rotation speed past present value storage means 19 and the power past present value storage means 17 are stored. The memory contents are updated for each control cycle.

기억된 회전수 과거값(전회값 N0)과 회전수 현재값 N1의 차이 회전수 ΔN을, 차이 회전수 연산 단계(S5)가 연산한다. 즉, ΔN=N0-N1을 연산한다. 기억된 출력 전력 과거값(전회값 P0)과 출력 전력 현재값 P1과의 차이 전력 ΔP를, 차이 전력 연산 단계(S6)가 연산한다. 즉, ΔP=P0-P1을 연산한다. The difference rotational speed ΔN between the stored rotational speed past value (previous value N0) and the rotational speed current value N1 is calculated by the difference rotational speed calculation step S5. That is, ΔN=N0-N1 is calculated. The difference power calculation step (S6) calculates the difference power ΔP between the stored output power past value (previous value P0) and the output power present value P1. That is, ΔP=P0-P1 is calculated.

실속 판정 단계(S7)에서는, 연산된 차이 회전수 ΔN와 차이 전력Δ이, 미리 정해진 실속 경계 조건을 만족시키는지의 여부에 따라 실속인지의 여부를, 실속 판정 수단(22)에 의해 판정한다. In the stall determination step S7, the stall determination means 22 determines whether the calculated difference rotational speed ΔN and the difference power Δ are stalled according to whether or not a predetermined stall boundary condition is satisfied.

실속하고 있지 않는 것으로 판정된 경우에는, 제어 처리를 종료한다. 실속인 것으로 판정된 경우에는, 부하 경감·개방 단계(S8)에서, 부하 경감·개방 수단(23)에 의해, 게이트 회로(15)를 통해 스위칭 수단(12)을 개방하는 시간을 길게 하거나, 또는 계속 개방함으로써, 발전기(3)의 부하 전력을 저감하거나 또는 개방한다. When it is determined that there is no stall, the control process is ended. When it is determined to be stalled, in the load reducing/opening step (S8), the time for opening the switching means 12 through the gate circuit 15 by the load reducing/opening means 23 is lengthened, or By continuing to open, the load power of the generator 3 is reduced or opened.

수력 발전 시스템에 의해 제어 장치(4)에 의한 MPPT 제어로 최대 전력점에 추종하고 있으므로, 수차(1)가 실속 상태에 빠지는 경우가 있어, 발전 전력의 대폭적인 저하를 초래하게 된다. 이에 대하여, 상기한 바와 같이, 실속 상태를 제어 장치(4)에 의해 판정하고, 부하 전력을 저감 또는 개방함으로써, 정상인 발전 상태로 할 수 있다. 이로써, 큰 발전 전력을 얻는 것이 가능해진다. Since the MPPT control by the control device 4 is followed by the hydroelectric power generation system to follow the maximum power point, the aberration 1 may fall into a stalled state, resulting in a significant decrease in power generation. On the other hand, as described above, the stall state is determined by the control device 4, and the load power is reduced or opened, whereby a normal power generation state can be achieved. Thereby, it becomes possible to obtain large electric power generation.

상기한 바와 같이 실속 상태를 판정하는 경우에, 도 3와 같이 실속 판정 영역 A와 비실속인 것으로 판정하는 비실속 판정 영역 B가 1개의 판정 곡선 d과 구분되어 있으면, 실속인 것으로 판정하여 부하 전력을 저감 또는 개방하고, 비실속 상태로 된 후, 수류의 유속 등은 큰 변화가 없기 때문에, 다시 실속하여, 실속 판정의 온 또는 오프의 반복 상태로 되는 헌팅이 생기는 경우가 있다. When determining the stall state as described above, if the stall determination area A and the stall determination area B, which is determined to be stalled, are separated from one determination curve d, as shown in Fig. 3, it is determined to be stall and load power is determined. After reducing or opening the valve, and after being brought into a non-stalled state, the flow rate of the water flow and the like do not change significantly, and there is a case where the stalling occurs again, and there may be a hunting in which the stall determination is turned on or off.

이에 대하여, 이 실시형태에서는, 상기 실속 경계 조건으로서, 도 4와 같이, 실속인 것으로 판정하는 실속 판정 영역 A와 비실속인 것으로 판정하는 비실속 판정 영역 B가, 차이 전력과 차이 회전수와의 관계를 나타내는 2개의 판정 곡선 a, b에 의해 구분되어 있다. 즉, 상기 판정 곡선은, 차이 전력이 상승했을 때 및/또는 차이 회전수가 저하되었을 때 실속 상태인 것으로 판정하는 실속 판정 곡선 a과 차이 전력이 저하되었을 때 및/또는 차이 회전수가 상승했을 때 비실속 상태인 것으로 판정하는 복귀 판정 곡선 b를 포함한다. 이들 곡선 사이에는 히스테리시스 영역으로서 실속 경계 영역 C가 구성되어 있다. On the other hand, in this embodiment, as the stall boundary condition, as shown in Fig. 4, the stall determination area A determined to be stalled and the stall stall determination area B determined to be stalled differ from the difference power and the difference rotational speed. It is divided by two judgment curves a and b showing the relationship. That is, the determination curve is not stalled when the difference power is lowered and/or when the difference power is increased and the stall determination curve a that is determined to be stalled when the difference power is increased and/or when the difference rotation number is lowered. And a return determination curve b for determining that it is in a state. Between these curves, a stall boundary region C is formed as a hysteresis region.

실속 판정 곡선 a에 의해 판정하거나, 복귀 판정 곡선 b에 의해 판정할 것인지는, 전회의 판정(전회의 제어 사이클)에 있어서, 비실속 상태와 실속 상태 중 어느 하나에 있었는지를 플래그(flag) 등을 사용하여 기억해 두고, 전회가 비실속 상태였던 때는 실속 판정 곡선 a를 사용하여 판정하고, 전회가 실속 상태였던 때는 복귀 판정 곡선 b를 사용하여 판정한다. Whether it is determined by the stall determination curve a or by the return determination curve b, a flag or the like is used to determine whether it was in a stalled state or a stalled state in the previous determination (last control cycle). It is memorized using it, and when the previous time was in the non-stalled state, it is determined using the stall determination curve a, and when the previous time was in the stalled state, it is determined using the return determination curve b.

실속 판정 곡선 a를 초과하여 실속 판정 영역 A에 들어가 일단 실속인 것으로 판정된 경우, 상기 부하 전력의 저감 또는 개방으로 상기 실속 판정 곡선 a를 다시 초과하여 실속 경계 영역 C에 들어가도, 실속 판정 상태를 유지하고, 복귀 판정 곡선 b를 초과하여 비실속 판정 영역 B에 들어가면, 비실속 상태인 것으로 판정한다. 그러므로, 실속 판정의 헌팅이 방지되어, 제어가 안정된다. If it enters the stall determination area A in excess of the stall determination curve a and is judged to be stalled once, the stall determination state is maintained even if the stall power is reduced or opened again to enter the stall boundary area C again exceeding the stall determination curve a Then, if it exceeds the return determination curve b and enters the non-stall determination area B, it is determined that it is in the non-stall state. Therefore, hunting of stall determination is prevented, and control is stable.

전술한 바와 같이, 도면을 참조하면서 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서, 각종 추가, 변경 또는 삭제가 가능하다. 따라서, 그와 같은 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다. As described above, preferred embodiments have been described with reference to the drawings, but various additions, changes or deletions are possible without departing from the spirit of the present invention. Therefore, such things are also included within the scope of the present invention.

1: 수차
3: 발전기
4: 제어 장치
16: 전력 과거 현재값 검출 수단
17: 전력 과거 현재값 기억 수단
18: 회전수 과거 현재값 검출 수단
19: 회전수 과거 현재값 기억 수단
20: 차이 전력 연산 수단
21: 차이 회전수 연산 수단
22: 실속 판정 수단
23: 부하 경감·개방 수단
1: aberration
3: generator
4: control device
16: Power past present value detection means
17: Means for storing the past power present value
18: means for detecting the present value of the past speed
19: Revolution speed past present value storage means
20: difference power calculation means
21: difference rotation speed calculation means
22: stall determination means
23: Load reduction/opening means

Claims (4)

수력으로 회전하는 수차(水車; water wheel);
상기 수차의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기; 및
상기 발전기의 부하(負荷) 전력을 조정하여 상기 수차의 회전수를 제어하는 제어 장치;
를 포함하는 수력 발전 시스템으로서,
상기 제어 장치는,
상기 발전기의 출력 전력 과거값 및 출력 전력 현재값을 검출하는 전력 과거 현재값 검출 수단;
검출된 상기 출력 전력 과거값 및 상기 출력 전력 현재값을 기억하는 전력 과거 현재값 기억 수단;
상기 발전기의 회전수 과거값 및 회전수 현재값을 검출하는 회전수 과거 현재값 검출 수단;
검출된 상기 회전수 과거값 및 상기 회전수 현재값을 기억하는 회전수 과거 현재값 기억 수단;
상기 출력 전력 과거값과 상기 출력 전력 현재값과의 차이 전력을 연산하는 차이 전력 연산 수단;
상기 출력 회전수 과거값과 상기 출력 회전수 현재값과의 차이 회전수를 연산하는 차이 회전수 연산 수단;
상기 차이 전력 및 상기 차이 회전수로부터, 상기 수차의 실속(失速; stall) 상태 또는 비실속(非失速) 상태를 판정하는 실속 판정 수단(stall determination means); 및
상기 실속 판정 수단에 의해 실속 상태인 것으로 판정되면, 상기 발전기의 부하를 경감 또는 개방하는 부하 경감·개방 수단(load reducing/releasing means);을 구비하고,
상기 실속 판정 수단이 실속 상태인 것으로 판정하는 실속 판정 영역과 상기 실속 판정 수단이 비실속 상태인 것으로 판정하는 비실속 판정 영역이, 상기 차이 전력과 상기 차이 회전수와의 관계를 나타내는 판정 곡선에 의해 구분되고, 상기 판정 곡선은, 차이 전력이 상승했을 때 실속 상태인 것으로 판정하기 위한 실속 판정 곡선(stalling determination curve)과 차이 전력이 저하되었을 때 비실속 상태인 것으로 판정하기 위한 복귀 판정 곡선(recovery determination curve)을 포함하고, 이들 곡선 사이에는 히스테리시스(hysteresis) 영역으로서 실속 경계 영역(stall boundary region)이 구성되어 있는,
수력 발전 시스템.
A water wheel rotating by hydraulic power;
A generator that converts the rotational energy of the aberration into electrical energy; And
A control device that controls the number of revolutions of the aberration by adjusting the load power of the generator;
A hydro power generation system comprising:
The control device,
Power past present value detecting means for detecting an output power past value and an output power present value of the generator;
Power past present value storage means for storing the detected past output power value and the present output power present value;
A rotation speed past current value detecting means for detecting a rotation speed past value and a rotation speed present value of the generator;
A rotation speed past current value storage means for storing the detected rotation speed past value and the rotation speed present value;
Difference power calculation means for calculating a difference power between the output power past value and the output power present value;
Difference rotation speed calculation means for calculating a difference rotation speed between the output rotation speed past value and the output rotation speed present value;
Stall determination means for determining a stall state or a stall state of the aberration from the difference power and the difference rotation speed; And
And a load reducing/releasing means for reducing or opening the load of the generator when it is determined that the stalling state is performed by the stall determining means.
The stall determination area for determining that the stall determination means is in a stall state and the stall stall determination area for determining that the stall determination means is in the stall state are determined by a determination curve showing the relationship between the difference power and the difference rotational speed. Separated, the determination curve includes a stalling determination curve for determining that the difference is in a stalled state when the power rises and a recovery determination curve for determining that the difference power is in a stalled state when the difference power is decreased. curve, and between these curves, a stall boundary region is formed as a hysteresis region.
Hydro power system.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 발전기의 출력 변동 대하여 최대 전력 동작점을 추종 제어하는 MPPT 제어 수단을 구비하고, 상기 최대 전력 동작점을 찾으러 갈 때마다, 상기 실속 판정 수단이 상기 수차의 실속 상태 또는 비실속 상태를 판정하고, 필요에 따라 상기 부하 경감·개방 수단이 상기 발전기의 부하를 경감 또는 개방하는, 수력 발전 시스템.
According to claim 1,
The control device includes MPPT control means for tracking and controlling the maximum power operating point with respect to the output fluctuation of the generator, and each time the going to find the maximum power operating point, the stall determining means stalls or stalls the aberration. A hydroelectric power generation system that determines a condition and, if necessary, the load reduction/opening means reduces or opens the load of the generator.
수력으로 회전하는 수차;
상기 수차의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기; 및
상기 발전기의 부하 전력을 조정하여 수차의 회전수를 제어하는 제어 장치;
를 포함하는 수력 발전 시스템을 제어하는 방법으로서,
상기 발전기의 출력 전력의 과거값과 현재값과의 차이 전력을 구하는 차이 전력 연산 단계(과정);
상기 발전기의 회전수값의 과거값과 현재값과의 차이 회전수를 구하는 차이 회전수 연산 단계;
상기 차이 전력과 차이 회전수와의 관계가, 미리 정해진 실속 경계 조건을 만족시키는지의 여부에 따라 실속 상태 또는 비실속 상태를 판정하는 실속 판정 단계; 및
상기 실속 판정 단계에 있어서 실속 상태인 것으로 판정되면, 상기 발전기의 부하를 경감 또는 개방하는 부하 경감·개방 단계;
를 포함하고,
이들 단계는, 상기 제어 장치의 제어 사이클마다 반복되고,
상기 실속 경계 조건은 상기 차이 전력과 상기 차이 회전수와의 관계를 나타내는 판정 곡선에 의해 정해져 있고, 실속 상태인 것으로 판정되는 실속 판정 영역과 비실속 상태인 것으로 판정되는 비실속 판정 영역이, 상기 판정 곡선에 의해 구분되고, 상기 판정 곡선은, 차이 전력이 상승했을 때 실속 상태인 것으로 판정하는 실속 판정 곡선과 차이 전력이 저하되었을 때 비실속 상태인 것으로 판정하는 복귀 판정 곡선을 포함하고, 이들 곡선 사이에는 히스테리시스 영역으로서 실속 경계 영역이 구성되어 있는,
수력 발전 시스템의 제어 방법.
Aberration rotating by hydraulic force;
A generator that converts the rotational energy of the aberration into electrical energy; And
A control device for controlling the number of revolutions of the aberration by adjusting the load power of the generator;
A method of controlling a hydro power generation system comprising:
A difference power calculation step (process) of obtaining a difference power between a past value and a current value of the output power of the generator;
A difference rotation speed calculating step of obtaining a difference rotation speed between a past value and a current value of the rotation speed value of the generator;
A stall determination step of determining whether the relationship between the difference power and the difference rotational speed satisfies a predetermined stall boundary condition or a stall state; And
A load reduction/opening step of reducing or opening the load of the generator if it is determined in the stalling step in the stalling state;
Including,
These steps are repeated every control cycle of the control device,
The stall boundary condition is determined by a determination curve indicating the relationship between the difference power and the difference rotational speed, and the stall determination area determined to be stalled and the stall stall determination area determined to be stalled are the determination Separated by a curve, the determination curve includes a stall determination curve that determines that it is in a stall state when the difference power rises and a return determination curve that determines that it is in a non- stall state when the difference power decreases, and between these curves The stall boundary area is formed as a hysteresis area.
Method of control of a hydroelectric power system.
제3항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 발전기의 출력 변동에 대하여 최대 전력 동작점을 추종 제어하는 MPPT 제어 수단을 구비하고, 상기 추종 제어로 상기 동작점을 찾으러 갈 때마다, 상기 차이 전력 연산 단계, 상기 차이 회전수 연산 단계, 상기 실속 판정 단계, 및 필요에 따라 상기 부하 경감·개방 단계가 반복되는, 수력 발전 시스템의 제어 방법.
According to claim 3,
The control device includes MPPT control means for tracking and controlling the maximum power operating point with respect to the output variation of the generator, and whenever the tracking control seeks the operating point, the difference power calculation step and the difference rotation number A control method of a hydro-electric power generation system wherein the calculation step, the stall determination step, and the load reduction/opening step are repeated as necessary.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010200533A (en) 2009-02-26 2010-09-09 Sinfonia Technology Co Ltd Wind power generation system and method for controlling stall of the same
KR101213002B1 (en) * 2010-06-16 2012-12-18 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 Control device of wind turbine generator and control method thereof
JP2016185006A (en) 2015-03-26 2016-10-20 株式会社明電舎 Changeover device of hydraulic power generating system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002062942A (en) * 2000-08-22 2002-02-28 Sanyo Electric Industries Co Ltd Control device for independent power source by wind power generator
JP2003239843A (en) * 2002-02-20 2003-08-27 Toyo Electric Mfg Co Ltd Maximum output control method of generator driven by wind mill
JP4601348B2 (en) * 2004-07-20 2010-12-22 東洋電機製造株式会社 Power generator for distributed power supply

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010200533A (en) 2009-02-26 2010-09-09 Sinfonia Technology Co Ltd Wind power generation system and method for controlling stall of the same
KR101213002B1 (en) * 2010-06-16 2012-12-18 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 Control device of wind turbine generator and control method thereof
JP2016185006A (en) 2015-03-26 2016-10-20 株式会社明電舎 Changeover device of hydraulic power generating system

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