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JP2010074920A - Controller for wind power generation system - Google Patents

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JP2010074920A
JP2010074920A JP2008238352A JP2008238352A JP2010074920A JP 2010074920 A JP2010074920 A JP 2010074920A JP 2008238352 A JP2008238352 A JP 2008238352A JP 2008238352 A JP2008238352 A JP 2008238352A JP 2010074920 A JP2010074920 A JP 2010074920A
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JP
Japan
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synchronous generator
command value
speed
current
active power
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Application number
JP2008238352A
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Japanese (ja)
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Kiyoshi Kusunoki
清志 楠
Tadahiro Yanagisawa
忠洋 柳澤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently take out effective electric power that a synchronous generator outputs without allowing the synchronous generator and a power converter to step out. <P>SOLUTION: The controller for a wind power generation system controls a power converter 3 the input terminal of which is connected to a synchronous generator 2 coupled to a wind mill 1, and the output terminal of which is connected to an electric system or to a load. The magnetic pole rotation angle of the synchronous generator 2 detected with a magnetic pole rotation angle detector 4 and the terminal voltage of the synchronous generator 2 detected by a voltage detector 9 are respectively inputted, and a terminal voltage command value of a phase corresponding to the magnetic pole rotation angle of the synchronous generator 2 is obtained so that the effective power of the synchronous generator 2 is equal to a pre-set effective power command value. The controller for the wind power generation system is equipped with a convertor controller 10 for controlling the input side voltage of the power converter 3 so that the terminal voltage of the synchronous generator 2 becomes the voltage command value. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、風車を原動機とする同期発電機の出力と同期をとりながら電力変換装置により電力変換して電力系統に給電する風力発電システムの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a wind power generation system that converts power by a power conversion device and supplies power to an electric power system while synchronizing with an output of a synchronous generator using a windmill as a prime mover.

風車を原動機とする風力発電は、風況によって風力エネルギーが変化するため、風車の回転速度も変化する。   In wind power generation using a windmill as a prime mover, wind energy changes depending on the wind conditions, so the rotation speed of the windmill also changes.

従って、風車を原動力とする発電機としては、回転速度が変化しても電力系統と連系して運転することができる誘導機が知られている(非特許文献1)。   Therefore, an induction machine that can be operated in conjunction with an electric power system is known as a power generator that uses a windmill as a driving force (Non-Patent Document 1).

しかし、風力発電システムにおいて、発電機として誘導機を用いた場合、誘導発電機は無効電力を必要とする、起動時に突入電流が発生して系統動揺につながるなど、系統にとって好ましくない点が多々あるため、系統に接続される発電システムの容量が制限されるという問題がある。   However, when an induction machine is used as a generator in a wind power generation system, the induction generator requires reactive power, and there are many unfavorable points for the system, such as an inrush current at start-up that leads to system oscillation. Therefore, there is a problem that the capacity of the power generation system connected to the system is limited.

そこで、最近の風力発電システムでは、誘導発電機に代る別の発電機として同期発電機を用い、この同期発電機の出力を電力変換装置により電力変換して電力系統に給電するようにしている(非特許文献2)。
2001年11月発行:新エネルギー・産業技術総合開発機構 風力発電導入ガイドブック第5版(30頁 図3.3−1参照) 2003年12月発行:電気学会論文誌B 123巻12号 永久磁石同期発電機を用いた可変速風力発電システムのセンサレス出力最大化制御
Therefore, in a recent wind power generation system, a synchronous generator is used as another generator in place of the induction generator, and the output of this synchronous generator is converted into electric power by a power conversion device to supply power to the power system. (Non-patent document 2).
Issued in November 2001: New Energy and Industrial Technology Development Organization Wind Power Introduction Guidebook 5th Edition (see Figure 3.3-1 on page 30) Published in December 2003: IEEJ Transaction B, Vol. 123, No. 12, Sensorless output maximization control of variable speed wind power generation system using permanent magnet synchronous generator

しかし、同期発電機を用いた風力発電システムにおいては、同期発電機の出力を電力変換装置により電力変換して電力系統に給電する場合、電力変換装置は同期発電機と同期をとって運転しないと、脱調して運転ができなくなるという問題がある。   However, in a wind power generation system using a synchronous generator, when the output of the synchronous generator is converted into electric power by the power converter and is supplied to the power system, the power converter must be operated in synchronization with the synchronous generator. There is a problem that it becomes impossible to drive out of step.

本発明は、上記のような問題を解消するためになされたもので、同期発電機と電力変換装置が脱調することなく、しかも同期発電機が出力できる有効電力を効率良く取り出すことができる風力発電システムの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to efficiently extract effective power that can be output from the synchronous generator without stepping out of the synchronous generator and the power converter. An object of the present invention is to provide a control device for a power generation system.

本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により風力発電システムの制御装置を構成するものである。   In order to achieve the above object, the present invention constitutes a control device for a wind power generation system by the following means.

(1)風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、磁極回転角検出器により検出される前記同期発電機の磁極回転角及び電圧検出器により検出される前記同期発電機の端子電圧がそれぞれ入力され、前記同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような前記同期発電機の磁極回転角に応じた位相の端子電圧指令値を求め、前記同期発電機の端子電圧が前記電圧指令値になるように前記電力変換器の入力側電圧を制御する変換器制御装置を備える。 (1) In a control device of a wind power generation system that controls a power converter in which an input end is connected to a synchronous generator coupled to a wind turbine and an output end is connected to a power system or a load, it is detected by a magnetic pole rotation angle detector. The synchronous generator's magnetic pole rotation angle and the terminal voltage of the synchronous generator detected by the voltage detector are respectively input so that the active power of the synchronous generator becomes equal to a preset active power command value. A converter that obtains a terminal voltage command value having a phase corresponding to the magnetic pole rotation angle of the synchronous generator and controls the input side voltage of the power converter so that the terminal voltage of the synchronous generator becomes the voltage command value. A control device is provided.

(2)風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、前記同期発電機の端子電圧及び前記同期発電機の電流または電流指令値を入力して前記同期発電機の内部誘起電圧位相推定値を求める位相推定手段と、前記同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような有効電力分電流指令値を出力する電力制御手段と、前記位相推定手段により推定される前記同期発電機の内部誘起電圧の位相推定値と前記同期発電機の電流から内部誘起電圧位相推定値と同相の電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段より出力される電流が前記電力制御手段より出力される有効電力分電流指令値と等しくなるように前記電力変換器の入力側電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧制御手段とからなる変換器制御装置を備える。 (2) In a control device for a wind power generation system in which an input end is connected to a synchronous generator coupled to a wind turbine and an output end is connected to a power system or a load, the terminal voltage of the synchronous generator is controlled. And a phase estimating means for obtaining an internal induced voltage phase estimated value of the synchronous generator by inputting a current or a current command value of the synchronous generator, and an active power command value in which the active power of the synchronous generator is preset. Power control means for outputting a current command value that is equal to the active power to be equal, phase estimation value of the internal induction voltage of the synchronous generator estimated by the phase estimation means and the internal induction voltage phase from the current of the synchronous generator Current detection means for detecting a current in phase with the estimated value; and the current output from the current detection means so that the current is equal to the current command value for active power output from the power control means. Comprising a transducer controller comprising a voltage control means for calculating a voltage command value for controlling the input voltage of the converter.

(3)風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、磁極回転角検出器により検出された前記同期発電機の磁極回転角、前記電流検出器により検出された前記同期発電機の電流が入力され、前記同期発電機の有効電流が有効電流指令値と等しくなるような前記同期発電機の磁極回転角に応じた位相の端子電圧指令値を求め、前記同期発電機の端子電圧が前記端子電圧指令値になるように前記電力変換器の入力側電圧を制御する変換器制御装置と、前記同期発電機の回転速度から求めた許容最大有効電流と前記電力変換器の定格電流の低値の方を有効電流指令値として前記変換器制御装置に与える電流指令値制御部とを備える。 (3) Detected by a magnetic pole rotation angle detector in a control device of a wind power generation system that controls a power converter in which an input end is connected to a synchronous generator coupled to a windmill and an output end is connected to a power system or a load. The synchronous generator in which the magnetic pole rotation angle of the synchronous generator and the current of the synchronous generator detected by the current detector are input, and the effective current of the synchronous generator becomes equal to the effective current command value A converter control device for determining a terminal voltage command value of a phase according to the magnetic pole rotation angle of the power generator, and controlling an input side voltage of the power converter so that a terminal voltage of the synchronous generator becomes the terminal voltage command value; A current command value control unit that provides the converter controller with the allowable maximum effective current obtained from the rotational speed of the synchronous generator and the lower value of the rated current of the power converter as an effective current command value;

本発明によれば、同期発電機と電力変換装置が脱調することなく、しかも同期発電機が出力できる有効電力を効率良く取り出すことができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the effective electric power which a synchronous generator can output can be taken out efficiently, without a synchronous generator and a power converter device stepping out.

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は本発明による風力発電システムの制御装置の第1の実施形態を示す構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a control device for a wind power generation system according to the present invention.

図1において、1は風車、2は風車1に軸直結された同期発電機、3は入力端が同期発電機2に接続されたコンバータで、このコンバータ3の出力端は直流コンデンサ4に接続されると共に、インバータ5の入力端に接続され、また、インバータ5の出力端は電力系統6に接続される。ここで、上記コンバータ及びインバータは、いずれも半導体スイッチング素子を三相各相に対応するアームにブリッジ接続して構成されている。   In FIG. 1, 1 is a wind turbine, 2 is a synchronous generator directly connected to the wind turbine 1, 3 is a converter having an input end connected to the synchronous generator 2, and an output end of the converter 3 is connected to a DC capacitor 4. The output terminal of the inverter 5 is connected to the power system 6. Here, each of the converter and the inverter is configured by connecting a semiconductor switching element to an arm corresponding to each of the three phases.

一方、10はコンバータ3を制御するコンバータ制御装置で、このコンバータ制御装置10には、同期発電機2に設けられた磁極回転角検出器7により検出される磁極回転角θ、同期発電機2の出力側に設けられた電流検出器8及び電圧検出器9により検出される電流i及び端子電圧v、外部で予め設定される有効電力指令値P *がそれぞれ入力され、コンバータ3を制御するゲートパルス信号gをコンバータ3に与えるものである。 On the other hand, reference numeral 10 denotes a converter control device that controls the converter 3. The converter control device 10 includes a magnetic pole rotation angle θ R detected by a magnetic pole rotation angle detector 7 provided in the synchronous generator 2, and the synchronous generator 2. Current i G and terminal voltage v G detected by a current detector 8 and a voltage detector 9 provided on the output side, and an active power command value P G * set in advance externally are input respectively. A gate pulse signal g C to be controlled is given to the converter 3.

また、12はインバータ5を制御するインバータ制御装置で、このインバータ制御装置12には、インバータ5の入力側に設けられた電圧検出器11により検出される直流コンデンサ4の電圧VDC、インバータ5の出力側に設けられた電流検出器13及び電圧検出器14によりそれぞれ検出されるインバータの出力電流i及び出力電圧vが入力され、インバータ5を制御するゲートパルス信号gをインバータ5に与えるものである。 An inverter control device 12 controls the inverter 5. The inverter control device 12 includes the voltage V DC of the DC capacitor 4 detected by the voltage detector 11 provided on the input side of the inverter 5, and the inverter 5. The inverter output current i I and output voltage v I detected by the current detector 13 and the voltage detector 14 provided on the output side are input, respectively, and a gate pulse signal g I for controlling the inverter 5 is given to the inverter 5. Is.

図2はコンバータ制御装置10の具体的な構成例を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a specific configuration example of the converter control device 10.

図2において、10−1は電流検出器8及び電圧検出器9より入力される同期発電機2の出力電流i及び端子電圧vから発電機有効電力Pを演算する発電機有効電力演算部、10−2は発電機有効電力演算部10−1で求めた発電機有効電力Pを有効電力指令値P *と等しくなるように比例積分演算して有効電力分電流指令値(以下d軸電流指令値と称する)I *を出力する電力制御部である。 2, 10-1 generator active power calculation for calculating the generator active power P G from the output current i G and the terminal voltage v G of the synchronous generator 2 is input from the current detector 8 and the voltage detector 9 parts, 10-2 generator effective power computing unit 10-1 obtained generator active power P G active power command value P G * becomes equal manner proportional integral calculation to the active power current command value (hereinafter This is a power control unit that outputs I d * ( referred to as a d-axis current command value).

また、10−3は磁極回転角検出器7により検出される同期発電機1の磁極回転角θと電流検出器8により検出される電流iから発電機内部誘起電圧と同相の電流(以下d軸電流と称する)と90度進んだ電流(以下q軸電流と称する)を検出する電流検出部、10−4は電流検出部10―3で検出されたd軸電流が電力制御部10―2より出力されるd軸電流指令値I *と等しくなるように比例積分演算してd軸電圧指令値V *を出力するd軸電流制御部、10−5は電流検出器10―3で検出されたq軸電流が0になるように比例積分演算してq軸電圧指令値V *を出力するq軸電流制御部である。 10-3 is a current in phase with the generator internal induced voltage from the magnetic pole rotation angle θ R of the synchronous generator 1 detected by the magnetic pole rotation angle detector 7 and the current i G detected by the current detector 8 (hereinafter referred to as the generator internal induced voltage). a current detection unit for detecting a current advanced by 90 degrees (hereinafter referred to as a q-axis current) and a current detection unit for detecting the d-axis current detected by the current detection unit 10-3. 2 is a d-axis current control unit that outputs a d-axis voltage command value V d * by performing a proportional-integral calculation so as to be equal to the d-axis current command value I d * output from 2. A current detector 10-3 The q-axis current control unit outputs a q-axis voltage command value V q * by performing a proportional-integral calculation so that the q-axis current detected in step S becomes zero.

さらに、10−6は磁極回転角検出器7により検出される同期発電機1の磁極回転角θとd軸電流制御部10−4より出力されるd軸電圧指令値V *及びq軸電流制御部10−5より出力されるq軸電圧指令値V *とからコンバータ3の出力電圧指令値v *を求める演算部、10−7はこの演算部10−6により求められた出力電圧指令値v *に基づいてコンバータ3を制御するゲートパルスgを出力するゲートパルス発生回路である。 Further, 10-6 represents the magnetic pole rotation angle θ R of the synchronous generator 1 detected by the magnetic pole rotation angle detector 7, the d-axis voltage command value V d * output from the d-axis current control unit 10-4, and the q axis. An arithmetic unit 10-7 for obtaining the output voltage command value v C * of the converter 3 from the q-axis voltage command value V q * output from the current control unit 10-5 is an output obtained by the arithmetic unit 10-6. This is a gate pulse generation circuit that outputs a gate pulse g C for controlling the converter 3 based on the voltage command value v C * .

一方、インバータ制御装置12は、一般に行なわれているように直流電圧VDCが一定になるようにインバータ5を制御し、直流を交流に変換するものなので、ここではその具体的な構成の説明を省略する。 On the other hand, the inverter control device 12 controls the inverter 5 so that the DC voltage VDC becomes constant and converts direct current to alternating current as is generally done. Omitted.

次にこのように構成された風力発電システムの制御装置の作用を説明する。   Next, the operation of the control device of the wind power generation system configured as described above will be described.

風力エネルギーにより風車1が回転すると、その回転速度に応じて同期発電機2には内部誘起電圧vが発生する。このとき、コンバータ制御装置10は有効電力指令値P に基づいて同期発電機2の端子電圧vと同期発電機2の出力電流iが所望の値になるようにコンバータ3の入力電圧v、すなわち同期発電機2の端子電圧vを制御する。 When the wind turbine 1 is rotated by wind energy, the internal induced voltage v E is generated in the synchronous generator 2 in accordance with the rotational speed. At this time, the converter control device 10 inputs the input voltage of the converter 3 so that the terminal voltage v G of the synchronous generator 2 and the output current i G of the synchronous generator 2 become desired values based on the active power command value P G *. v C , that is, the terminal voltage v G of the synchronous generator 2 is controlled.

ここで、コンバータ制御装置10の作用を図2により詳細に説明する。   Here, the operation of the converter control device 10 will be described in detail with reference to FIG.

同期発電機2の端子電圧vと同期発電機2の出力電流iが発電機有効電力演算部10−1に入力されると、この発電機有効電力演算部10−1では発電機有効電力Pを演算する。一例として、三相電圧vGR,vGS,vGTと三相電流iGR,iGS,iGTから、
=vGR×iGR+vGS×iGS+vGT×iGT
としてPを求めることができる。
When the terminal voltage v G of the synchronous generator 2 and the output current i G of the synchronous generator 2 are input to the generator active power calculator 10-1, the generator active power calculator 10-1 generates the generator active power. to calculate the P G. As an example, from the three-phase voltages v GR , v GS , v GT and the three-phase currents i GR , i GS , i GT ,
P G = v GR × i GR + v GS × i GS + v GT × i GT
It can be determined P G as.

この発電機有効電力Pが電力制御部10−2に入力されると、電力制御部10−2では発電機有効電力Pが有効電力指令値P と等しくなるように比例積分演算して、d軸電流指令値I を得、これをd軸電流制御部10−4に与える。 When the generator active power P G is input to the power control unit 10-2, proportional integral and calculated as the generator active power P G in the power control unit 10-2 is equal to the active power command value P G * Then, the d-axis current command value I d * is obtained and given to the d-axis current control unit 10-4.

他方、電流検出部10―3では、同期発電機2の磁極回転角θと出力電流iから、磁極回転角θと同相のd軸電流Iとq軸電流Iとを検出し、d軸電流Iをd軸電流制御部10−4に与える。 On the other hand, the current detector 10-3 detects the d-axis current I d and the q-axis current I q in phase with the magnetic pole rotation angle θ R from the magnetic pole rotation angle θ R and the output current i G of the synchronous generator 2. The d-axis current I d is supplied to the d-axis current control unit 10-4.

このd軸電流制御部10−4では、d軸電流Iがd軸電流指令値I と等しくなるように比例積分演算して、d軸電圧指令値V を演算部10−6に出力する。また、電流検出部10―3で検出されたq軸電流Iがq軸電流制御部10−5に入力されると、このq軸電流制御部10−5ではq軸電流Iが0になるように比例積分演算して、q軸電圧指令値V を得、これを演算部10−6に与える。 In this d-axis current control unit 10-4, proportional-integral calculation is performed so that the d-axis current I d becomes equal to the d-axis current command value I d *, and the d-axis voltage command value V d * is calculated by the calculation unit 10-6. Output to. Further, when the q-axis current I q detected by the current detection unit 10-3 is input to the q-axis current control unit 10-5, the q-axis current I q is set to 0 in the q-axis current control unit 10-5. The proportional-integral calculation is performed to obtain the q-axis voltage command value V q * , which is given to the calculation unit 10-6.

演算部10−6では、磁極回転角θとd軸電圧指令値V 及びq軸電圧指令値V とから、コンバータ3の出力電圧指令値v を求めて、ゲートパルス発生回路10−7に出力する。一例として、三相電圧指令値の演算を次式に示す。 The arithmetic unit 10-6 obtains the output voltage command value v C * of the converter 3 from the magnetic pole rotation angle θ R , the d-axis voltage command value V d *, and the q-axis voltage command value V q *, and generates a gate pulse. Output to the circuit 10-7. As an example, the calculation of a three-phase voltage command value is shown in the following equation.

CR =(V *2+V *20.5cos{θ+tan−1(V /V )}
CS =(V *2+V *20.5cos{θ+tan−1(V /V )−2π/3}
CT =(V *2+V *20.5cos{θ+tan−1(V /V )−4π/3}
磁極回転角θは発電機回転子の回転速度に応じた角速度ωで変化するが、出力電圧指令値v もθに応じた値となるので、角速度ωの交流となる。即ち、コンバータ3は発電機と同期した運転をすることになる。
v CR * = (V d * 2 + V q * 2 ) 0.5 cos {θ R + tan −1 (V q * / V d * )}
v CS * = (V d * 2 + V q * 2 ) 0.5 cos {θ R + tan −1 (V q * / V d * ) − 2π / 3}
v CT * = (V d * 2 + V q * 2 ) 0.5 cos {θ R + tan −1 (V q * / V d * ) − 4π / 3}
The magnetic pole rotation angle θ R changes at an angular speed ω G corresponding to the rotational speed of the generator rotor, but the output voltage command value v C * also becomes a value corresponding to θ R , so that the angular speed ω G is an alternating current. That is, the converter 3 operates in synchronization with the generator.

ゲートパルス発生回路10−7は、出力電圧指令値v に応じたゲートパルスgをコンバータ3の半導体スイッチング素子のゲートに出力する。ゲートパルス発生回路の代表的な回路は三角波比較PWM回路であるが、この回路に限定するものではない。 Gate pulse generation circuit 10-7 outputs gate pulse g C corresponding to output voltage command value v C * to the gate of the semiconductor switching element of converter 3. A typical circuit of the gate pulse generation circuit is a triangular wave comparison PWM circuit, but is not limited to this circuit.

このように構成された制御系は、各制御部の制御偏差が零になるように、コンバータ3を制御するので、発電機有効電力Pは有効電力指令値P 通りの値となる。 Thus configured control system, the control deviation of the controller is such that the zero, and controls the converter 3, generator active power P G is the active power command value P G * values of the street.

このようにコンバータ3が制御され、同期発電機2の端子電圧vと出力電流iで決まる発電機有効電力Pに応じてコンバータ3から直流電流Iが流出すると、この直流電流によりコンデンサ4が充電され、コンデンサ4の電圧VDCは上昇するが、インバータ制御装置12はインバータ5の入力電流Iがコンデンサ4の電圧VDCの上昇を抑える値、すなわち直流電圧VDCが一定になるようにインバータ5の出力電流i、出力電圧vを制御する。 When the converter 3 is controlled in this way and the DC current I C flows out of the converter 3 in accordance with the generator active power P G determined by the terminal voltage v G and the output current i G of the synchronous generator 2, a capacitor is generated by this DC current. 4 is charged and the voltage V DC of the capacitor 4 rises, but the inverter control device 12 makes the input current I I of the inverter 5 a value that suppresses the rise of the voltage V DC of the capacitor 4, that is, the DC voltage V DC becomes constant. Thus, the output current i I and the output voltage v I of the inverter 5 are controlled.

以上の構成及び作用からも分かるように、本発明の第1の実施形態によれば、コンバータ3の出力電圧指令値v は、同期発電機2の磁極回転角θから決まる位相の電圧指令値となり、同期発電機2とコンバータ3は安定に同期して運転することができる。すなわち、同期発電機の回転速度が変化しても、コンバータ3は同期発電機2と同期運転することになる。勿論、同期発電機を使用しているので、誘導発電機のように無効電力を必要とする、起動時の突入電流が発生するなど、系統に好ましくない影響を与えることもない。 As understood from the above configuration and action, according to the first embodiment of the present invention, the output voltage command value v C * is of the converter 3, the phase of voltage determined from the synchronous pole rotation angle of the generator 2 theta R It becomes a command value, and the synchronous generator 2 and the converter 3 can be operated in synchronization with stability. That is, even if the rotational speed of the synchronous generator changes, the converter 3 operates synchronously with the synchronous generator 2. Of course, since a synchronous generator is used, there is no undesirable influence on the system, such as the need for reactive power as in the case of an induction generator, and the occurrence of an inrush current at startup.

なお、上記の例では、発電機有効電力Pを発電機の電圧と電流から求めたが、他の例として、コンバータ3の損失が小さい場合は、コンバータ3の直流側電力で近似することもできる。即ち、P=VDC×I
同様に他の例として、インバータ交流側の三相電圧vIR,vIS,vITと三相電流iIR,iIS,iITから、インバータ出力の有効電力としてPを求めることができる。
In the above example, to determine the generator active power P G from voltage and current of the generator, as another example, when the loss of the converter 3 is small, also be approximated by the DC side power of the converter 3 it can. That is, P G = V DC × I C
As another example in the same manner, the three-phase voltage v IR inverter AC side, v IS, v IT and three-phase currents i IR, i IS, from i IT, it is possible to determine the P G as the active power of the inverter output.

=vIR×iIR+vIS×iIS+vIT×iIT
このように本実施形態では、発電機有効電力Pの求め方によらず、その作用及び効果は同様である。また、図2の例では、d軸電流制御部10−4とq軸電流制御部10−5で、発電機電流を磁極回転角θと同相の電流に制御しているが、電流振幅制御部と電流位相制御部とで発電機電流を磁極回転角θと同相の電流に制御しても同様の作用及び効果が得られることは言うまでもない。
P G = v IR × i IR + v IS × i IS + v IT × i IT
As described above, in this embodiment, regardless of the method of obtaining the generator active power P G, its action and effects are the same. In the example of FIG. 2, with d-axis current control unit 10-4 and the q-axis current control unit 10-5, but the generator current is controlled to the magnetic pole rotation angle theta R in phase with the current, the current amplitude control parts and current similar action and effect to control the generator current to the magnetic pole rotation angle theta R in phase with the current in the phase control unit is of course obtained.

(第2の実施形態)
図3は本発明による風力発電システムの制御装置の第2の実施形態を示す構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the control device for a wind power generation system according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and different parts will be described here.

図1に示す第1の実施形態では、同期発電機2に設けられた磁極回転角検出器7により磁極回転角θを検出してコンバータ制御装置10に入力したが、第2の実施形態では、図3に示すように磁極回転角検出器を用いずに、コンバータ制御装置10に電流検出器8及び電圧検出器9により検出される同期発電機2の出力電流i及び端子電圧v、外部で予め設定される有効電力指令値P *をそれぞれ入力する構成として、コンバータ制御装置10に同期発電機2の内部誘起電圧位相推定値を求める機能を持たせたものである。 In the first embodiment shown in FIG. 1, the magnetic pole rotation angle θ R is detected by the magnetic pole rotation angle detector 7 provided in the synchronous generator 2 and is input to the converter control device 10. In the second embodiment, 3, the output current i G and the terminal voltage v G of the synchronous generator 2 detected by the current detector 8 and the voltage detector 9 in the converter control device 10 without using the magnetic pole rotation angle detector, as shown in FIG. As a configuration for inputting an active power command value P G * preset in advance, the converter control device 10 is provided with a function for obtaining an estimated value of the internal induced voltage of the synchronous generator 2.

図4はかかるコンバータ制御装置10の具体的な構成例を示すブロック図で、図2と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。   FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration example of the converter control device 10. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, the description thereof is omitted, and different parts are described here.

図4に示すように同期発電機2の端子電圧vとd軸電流指令値I を入力して同期発電機2の内部誘起電圧位相推定値θ’を求める位相推定部10−8を設け、この位相推定部10−8により求められた内部誘起電圧位相推定値θ’を電流検出部10−3に与え、また、演算部10−6に磁極回転角θに代えて内部誘起電圧位相推定値θ’を与える以外は図2の構成と同じである。 As shown in FIG. 4, a phase estimation unit 10-8 that inputs the terminal voltage v G of the synchronous generator 2 and the d-axis current command value I d * to obtain the internal induced voltage phase estimated value θ E ′ of the synchronous generator 2. interior is provided, giving the internal induced voltage phase estimate theta E 'obtained by the phase estimating unit 10-8 in the current detection unit 10-3, also, in place of the magnetic pole rotation angle theta R to the arithmetic unit 10-6 The configuration is the same as that of FIG. 2 except that the induced voltage phase estimation value θ E ′ is given.

ここで、上記位相推定部10−8の具体的な構成を図5により説明する。   Here, a specific configuration of the phase estimation unit 10-8 will be described with reference to FIG.

図5において、10−8aは同期発電機2の端子電圧vの位相θを求める発電機端子電圧位相検出部であり、10−8bは端子電圧vの位相θを微分して発電機端子電圧vの角速度ωを演算する角速度演算部である。また、10−8cは端子電圧vの角速度ωから同期発電機2の内部誘起電圧の振幅Vを推定する電圧振幅演算部であり、10−8dは端子電圧vの角速度ωとd軸電流指令値I と同期発電機2の内部誘起電圧の振幅Vから、内部誘起電圧の位相θに対する端子電圧の位相差Δθを推定する位相差推定部である。 In FIG. 5, 10-8a is a generator terminal voltage phase detector for obtaining the phase θ G of the terminal voltage v G of the synchronous generator 2, and 10-8b generates power by differentiating the phase θ G of the terminal voltage v G. it is the angular velocity calculator for calculating an angular velocity omega G of the machine terminal voltage v G. Further, 10-8C is a voltage amplitude calculator that estimates the amplitude V E of the internal induced voltage of the synchronous generator 2 from the angular velocity omega G terminal voltage v G, 10-8d is the angular velocity omega G terminal voltage v G This is a phase difference estimator that estimates the terminal voltage phase difference Δθ relative to the phase θ E of the internal induced voltage from the d-axis current command value I d * and the amplitude V E of the internal induced voltage of the synchronous generator 2.

また、10−8eはd軸電流指令値I と端子電圧vと内部誘起電圧の位相θに対する端子電圧の位相差Δθから発電機有効電力推定値P’を求める電力推定部である。10−8fは電力推定部10−8eで求めた発電機有効電力推定値P’から発電機有効電力Pを減算する減算部、10−8gは減算部10−8fの出力を積分する積分部であり、この積分部10−8gは電力推定部10−8eの出力P’と発電機有効電力演算部10−1の出力である発電機有効電力Pとの差から位相差推定値を修正する位相差修正信号θcを出力する。 Reference numeral 10-8e denotes a power estimation unit that obtains a generator active power estimated value P G 'from the d-axis current command value I d * , the terminal voltage v G, and the phase difference Δθ of the terminal voltage with respect to the phase θ E of the internal induced voltage. is there. 10-8f subtraction unit for subtracting the generator active power P G from the generator active power estimate P G 'obtained by the power estimation unit 10-8e, 10-8g integrates the output of the subtraction section 10-8f integration a part, the integrating section 10-8g phase difference estimates from the difference between the generator active power P G is the output of the power estimation section 10-8e output P G 'and the generator effective power computing unit 10 - Is output as a phase difference correction signal θc.

さらに、10−8hは加減算部で、この加減算部10−8hは発電機端子電圧位相検出部10−8aの出力θと位相差推定部10−8dの出力Δθと積分部10−8gの出力θから、θ−Δθ+θとして、内部誘起電圧位相推定値θ’を求める。 Furthermore, 10-8H in subtraction unit, the subtraction unit 10-8H is the generator terminal voltage phase detecting unit 10-8a outputs theta G and phase difference estimation unit outputs Δθ and the output of the integration section 10-8g of 10-8d from theta C, as θ G -Δθ + θ C, and calculates an internal induced voltage phase estimate theta E '.

図4に示す演算部10−6は、内部誘起電圧位相推定値θ’とd軸電圧指令値V とq軸電圧指令値V とから、コンバータ3の出力電圧指令値v を求めてゲートパルス発生回路10−7に出力する。 The arithmetic unit 10-6 shown in FIG. 4 calculates the output voltage command value v C of the converter 3 from the internal induced voltage phase estimated value θ E ′, the d-axis voltage command value V d *, and the q-axis voltage command value V q *. * Is obtained and output to the gate pulse generation circuit 10-7.

以上は、同期発電機2の端子電圧vとd軸電流指令値I *から同期発電機2の内部誘起電圧位相推定値θ’を求める例を説明したが、d軸電流指令値I *の代わりにd軸電流Iを用いても同様の作用となる。 The above has described an example in which the internal induced voltage phase estimation value θ E ′ of the synchronous generator 2 is obtained from the terminal voltage v G of the synchronous generator 2 and the d-axis current command value I d *. The same effect can be obtained by using d-axis current I d instead of d * .

次に上記のように構成された風力発電システムの制御装置の作用を図4乃至図6により説明する。   Next, the operation of the control device of the wind power generation system configured as described above will be described with reference to FIGS.

図5において、電圧振幅演算部10−8cは、発電機内部誘起電圧の振幅Vが角速度ωに比例することから、
=kω
として、Vを求める。但し、kは励磁の強さで決まる量で、同期発電機2が永久磁石同期発電機の場合はkが定数となり、励磁回路付き同期機の場合はkが励磁電流に比例する。いずれにしても、同期発電機2の定数または設定値からkを求めることができる。
In FIG. 5, the voltage amplitude calculation unit 10-8c is configured such that the amplitude V E of the generator internal induced voltage is proportional to the angular velocity ω G.
V E = kω G
VE is obtained as follows. However, k is an amount determined by the intensity of excitation. When the synchronous generator 2 is a permanent magnet synchronous generator, k is a constant. When the synchronous generator 2 is a synchronous machine with an excitation circuit, k is proportional to the excitation current. In any case, k can be obtained from the constant or set value of the synchronous generator 2.

発電機電流がd軸電流Iと等しい場合のベクトルは、図6で示される。但し、発電機内部インピーダンスは抵抗値RとインダクタンスLの和で表される。そこで、発電機電流がd軸電流指令値I 通りに制御されるとして、位相差推定部10−8dは図6のベクトル図に基づいて、
Δθ=tan−1{ΔV/(V+ΔV)}
=tan−1{−ωL */(V−R *)}
として、Δθを求める。電圧位相検出部10−8aの出力θから位相差推定部10−8dの出力Δθを減算した値は、図6のベクトル図からも明らかなように、同期発電機2の内部誘起電圧の位相θと等しくなる。
The vector when the generator current is equal to the d-axis current I d is shown in FIG. However, the generator internal impedance is expressed by the sum of the resistance value R G and the inductance L G. Therefore, assuming that the generator current is controlled according to the d-axis current command value I d * , the phase difference estimation unit 10-8d is based on the vector diagram of FIG.
Δθ = tan −1 {ΔV L / (V E + ΔV R )}
= Tan −1 {−ωL G I d * / (V E −R G I d * )}
.DELTA..theta. The value obtained by subtracting the output Δθ of the phase difference estimation unit 10-8d the output theta G of the voltage phase detection unit 10 -8 A, as is apparent from the vector diagram of FIG. 6, the internal induced voltage of the synchronous generator 2 phases equal to the θ E.

電力推定部10−8eでは、三相電圧vGR、vGS、vGTと位相差推定部10−8dの出力Δθとd軸電流指令値I *とから、
’={(2/3)(vGR +vGS +vGT )}0.5 cos(Δθ)
として発電機有効電力推定値P’を求める。
In the power estimation unit 10-8e, from the three-phase voltages v GR , v GS , v GT , the output Δθ of the phase difference estimation unit 10-8d and the d-axis current command value I d * ,
P G ′ = {(2/3) (v GR 2 + v GS 2 + v GT 2 )} 0.5 I d * cos (Δθ)
As a result, a generator active power estimated value P G ′ is obtained.

位相差推定部10−8dでのΔθの推定が、発電機内部インピーダンスの変化などでずれた場合、電力推定部10−8eで求めたP’と発電機有効電力演算部10−1の出力である発電機有効電力Pとに差が生じる。その場合は、電力推定部10−8eで求めた発電機有効電力推定P’と発電機有効電力Pとの差を積分部10−8gで積分した出力θが変化して加減算部10−8hの出力を修正して、P’とPとの差がなくなった状態で整定する。 Estimation of Δθ in the phase difference estimation unit 10-8D, the output of the generator when shifted in such internal impedance changes, P G 'and the generator active power calculation unit 10-1 obtained by the power estimator 10-8e difference between the generator active power P G is occurs. In this case, the output θ C obtained by integrating the difference between the generator active power estimation P G ′ obtained by the power estimation unit 10-8e and the generator active power P G by the integration unit 10-8g changes, and the addition / subtraction unit 10 Correct the output-8H, settles in a state that is no longer a difference between the P G 'and P G.

従って、加減算部10−8hの出力である内部誘起電圧位相推定値θ’は、同期発電機2の磁極回転角θから求めた内部誘起電圧位相θと等しくなるので、第1の実施形態のように磁極回転角検出器により同期発電機2の磁極回転角θを検出しなくても、第1の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。 Accordingly, the internal induced voltage phase estimation value θ E ′, which is the output of the adder / subtractor 10-8h, is equal to the internal induced voltage phase θ E obtained from the magnetic pole rotation angle θ M of the synchronous generator 2, so that the first implementation without detecting the magnetic pole rotation angle theta E of the synchronous generator 2 by the magnetic pole rotation angle detector as the form, it is possible to obtain the same effects as the first embodiment.

以上は、同期発電機2の端子電圧vとd軸電流指令値I *から同期発電機2の内部誘起電圧位相推定値θ’を求める例を説明したが、d軸電流指令値I の代わりにd軸電流Iを用いても同様の作用となる。何故ならば、d軸電流Iはd軸電流指令値I *に等しくなるように制御されているからである。 The above has described an example in which the internal induced voltage phase estimation value θ E ′ of the synchronous generator 2 is obtained from the terminal voltage v G of the synchronous generator 2 and the d-axis current command value I d *. The same effect can be obtained by using d-axis current I d instead of d * . This is because the d-axis current I d is controlled to be equal to the d-axis current command value I d * .

このように本発明の第2の実施形態によれば、電圧検出器により検出される同期発電機の端子電圧及び電流検出器により検出される同期発電機の電流が入力され、同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるようにコンバータの入力電圧を制御することにより、磁極回転角検出器を用いて磁極回転角θを検出しなくても、第1の実施形態と同様に同期発電機2とコンバータ3は安定に同期運転することができる。すなわち、同期発電機2の回転速度が変化しても、コンバータ3は同期発電機2と同期運転することになる。 Thus, according to the second embodiment of the present invention, the terminal voltage of the synchronous generator detected by the voltage detector and the current of the synchronous generator detected by the current detector are input, and the synchronous generator is effective. By controlling the input voltage of the converter so that the electric power becomes equal to a preset active power command value, the magnetic pole rotation angle θ R is not detected by using the magnetic pole rotation angle detector, and the first embodiment Similarly, the synchronous generator 2 and the converter 3 can be stably operated synchronously. That is, even if the rotational speed of the synchronous generator 2 changes, the converter 3 operates synchronously with the synchronous generator 2.

(第3の実施形態)
図7は本発明による風力発電システムの制御装置の第3の実施形態を示す構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing a third embodiment of the control device for a wind power generation system according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and different parts will be described here.

第3の実施形態では、図7に示すように同期発電機2に設けられた磁極回転角検出器7により検出される磁極回転角θと有効電力指令値P *が入力され、修正後の有効電力指令値PG6 をコンバータ制御装置10に出力する有効電力指令値修正部15を設けるようにしたものである。 In the third embodiment, as shown in FIG. 7, the magnetic pole rotation angle θ R detected by the magnetic pole rotation angle detector 7 provided in the synchronous generator 2 and the active power command value P G * are input and corrected. The active power command value correction unit 15 for outputting the active power command value P G6 * to the converter control device 10 is provided.

図8は有効電力指令値修正部15の具体的な構成例を示すブロック図である。   FIG. 8 is a block diagram showing a specific configuration example of the active power command value correction unit 15.

図8において、15−1は有効電力指令値P と修正後の有効電力指令値PG6 との差ΔPG1 を求める減算部、15−2は減算部15―1より出力される差ΔPG1 から、修正後の有効電力指令値PG6 と有効電力指令値P のずれ量を制限するための制限量ΔPG2 を求める制限特性調整ゲインである。 In FIG. 8, 15-1 is a subtraction unit for obtaining a difference ΔP G1 * between the active power command value P G * and the corrected active power command value P G6 *, and 15-2 is output from the subtraction unit 15-1. the difference [Delta] P G1 *, a limiting characteristic adjustment gain determining the limit amount [Delta] P G2 * to limit the active power command value P G6 * and the active power command value P G * of the amount of deviation of the modified.

また、15−3は磁極回転角検出器7により検出される磁極回転角θから角速度ωを求める角速度検出部、15−4はこの角速度検出部15−3で求められた角速度ωに対して上限速度ωUL、下限速度ωLLから逸脱した角速度Δωを求める速度逸脱量検出部、15−5は制御特性調整ゲイン15−2より出力される差ΔPG2 と速度逸脱量検出部15−4より出力される逸脱した角速度ωとの加算値ΔPG5 を求める加算部、15−6はこの加算部15―5で求めた加算値ΔPG5 を積分して修正後の有効電力指令値PG6 を出力する積分部である。 Reference numeral 15-3 denotes an angular velocity detection unit that obtains an angular velocity ω G from the magnetic pole rotation angle θ R detected by the magnetic pole rotation angle detector 7, and reference numeral 15-4 denotes an angular velocity ω G obtained by the angular velocity detection unit 15-3. On the other hand, an upper limit speed ω UL and a speed deviation amount detection unit for obtaining an angular speed Δω G deviating from the lower limit speed ω LL , 15-5 is a difference ΔP G2 * output from the control characteristic adjustment gain 15-2 and a speed deviation amount detection unit. 15-4 is an adder for obtaining an added value ΔP G5 * with the deviated angular velocity ω G output from 15-4, and 15-6 is an effective after correction by integrating the added value ΔP G5 * obtained by the adder 15-5 It is an integration unit that outputs a power command value P G6 * .

なお、上記では磁極回転角検出器7で検出された磁極回転角θを角速度検出部15−3に入力したが、角速度検出部15−3の代わりに図5に示した発電機端子電圧位相検出部10−8a及び角速度演算部10−8bを用いて、同期発電機2の角速度ωを求めても良い。また、磁極回転角推定値θ’から同期発電機2の角速度ωを求めても良い。 In the above description, the magnetic pole rotation angle θ R detected by the magnetic pole rotation angle detector 7 is input to the angular velocity detection unit 15-3, but the generator terminal voltage phase shown in FIG. 5 is used instead of the angular velocity detection unit 15-3. You may obtain | require the angular velocity (omega) G of the synchronous generator 2 using the detection part 10-8a and the angular velocity calculating part 10-8b. Further, the angular velocity ω G of the synchronous generator 2 may be obtained from the magnetic pole rotation angle estimated value θ E ′.

次に上記のように構成された風力発電システムの制御装置の作用を説明する。   Next, the operation of the control device of the wind power generation system configured as described above will be described.

いま、同期発電機2の角速度ωが上限速度ωULと下限速度ωLLの範囲に入っている場合は、角速度逸脱量検出部15−4の出力Δωは0であり、積分部15−6の入力ΔPG5 は制限量差ΔPG2 と等しくなる。制限量ΔPG2 が零、即ち修正後の有効電力指令値PG6 が有効電力指令値P に等しくなる状態で整定する。 If the angular speed ω G of the synchronous generator 2 is within the range between the upper limit speed ω UL and the lower limit speed ω LL , the output Δω G of the angular speed deviation detecting unit 15-4 is 0, and the integrating unit 15− 6 input ΔP G5 * is equal to the limit amount difference ΔP G2 * . The limit amount ΔP G2 * is zero, that is, the corrected active power command value P G6 * is set equal to the active power command value P G * .

同期発電機2の角速度ωが上限速度ωULを超えた場合は、積分部15−6の入力は
ΔPG2 +Δω=ΔPG2 +(ω−ωUL
となるので、修正後の有効電力指令値PG6 は、積分部15−6の入力が零、即ち、角速度ωがωUL−ΔPG2 に等しくなる状態で整定する。制御特性調整ゲイン15−2の値を小さくすると制限量ΔPG2 は小さな値となるので、角速度ωは上限速度ωULにほぼ等しい値で安定する。同様に、角速度ωが下限速度ωLL未満になった場合は、角速度ωは下限速度ωLLにほぼ等しい。
When the angular speed ω G of the synchronous generator 2 exceeds the upper limit speed ω UL , the input of the integrating unit 15-6 is ΔP G2 * + Δω G = ΔP G2 * + (ω G −ω UL )
Therefore, the corrected active power command value P G6 * is set in a state where the input of the integrating unit 15-6 is zero, that is, the angular velocity ω G is equal to ω UL −ΔP G2 * . When the value of the control characteristic adjustment gain 15-2 is reduced, the limit amount ΔP G2 * becomes a small value, so that the angular velocity ω G is stabilized at a value substantially equal to the upper limit velocity ω UL . Similarly, when the angular speed ω G is less than the lower limit speed ω LL , the angular speed ω G is substantially equal to the lower limit speed ω LL .

ここで、風車の特性例を示す図9を用いて、修正後の有効電力指令値PG1 と運転点の関係を説明する。 Here, the relationship between the corrected active power command value P G1 * and the operating point will be described with reference to FIG. 9 showing a characteristic example of the windmill.

図9において、曲線c〜cは風車の回転速度と風車出力特性の例を示している。但し、5種類の風速に対する特性例であり、曲線cは運転可能最低風速に対する特性,曲線cは運転可能最高風速に対する特性である。 In FIG. 9, curves c 1 to c 5 show examples of the rotational speed of the windmill and the windmill output characteristics. However, a characteristic example for the five wind speed, the curve c 1 is characteristic for operable minimum wind speed, the curve c 5 is a characteristic for the driver can best wind speed.

一例として、風速が曲線c、有効電力指令値P がpである場合を例に説明する。 As an example, a case where the wind speed is a curve c 4 and the active power command value P G * is p 1 will be described as an example.

なお、便宜上、発電機、変換器の効率は100%として説明する。   For convenience, the efficiency of the generator and converter will be described as 100%.

発電機有効電力Pはpに制御されるので、曲線c上の点P(即ち、角速度がω1、出力がp)で運転することになる。何故ならば、角速度がωよりも遅い場合は、風車出力Pが発電機有効電力pよりも大きいので、(P−p)の電力で加速され、角速度がωよりも速い場合は、風車出力Pが発電機有効電力pよりも小さいので、(p−P)の電力で減速され、結局風車出力Pがpとなる曲線c上の点Pで運転することになる。 Since the generator active power P G is controlled to p 1, P 1 (i.e., 1 angular velocity omega, the output p 1) point on the curve c 4 will be operating at. This is because when the angular velocity is slower than ω 1 , since the windmill output P W is larger than the generator active power p 1, it is accelerated by the power of (P W −p 1 ), and the angular velocity is faster than ω 1. case, the windmill output P W is smaller than the generator active power p 1, (p 1 -P W) is reduced at the power, eventually wind turbine output P W points P 1 on the curve c 4 which becomes p 1 Will drive in.

次に風速が急変したときの作用を図9により説明する。   Next, the operation when the wind speed changes suddenly will be described with reference to FIG.

いま、曲線c上の点Pで運転しているときに風速が強まり、曲線cの特性に変化した場合は、曲線c上の点P(即ち、角速度がω、出力がp)に運転点が移ろうとする。 Now, intensified wind speed when driving at a point P 1 on the curve c 4, if you change the characteristics of the curve c 5, point P 2 on the curve c 5 (i.e., 2 angular velocity omega, the output is The operating point is about to move to p 1 ).

しかし、角速度ωが上限速度ωULを超えるので、図8の角速度逸脱量検出部15−4の出力Δωは正の値となり、積分部15−6の入力も正の値となる。そして、修正後の有効電力指令値PG6 は増加し、曲線c上の点P(即ち、角速度がωUL、出力がp)に運転点が移る。そのため、角速度ωが上限速度ωULを超えて運転し続けることを避けることができる。 However, since the angular velocity ω G exceeds the upper limit velocity ω UL , the output Δω G of the angular velocity deviation detecting unit 15-4 in FIG. Then, the corrected active power command value P G6 * increases and the operating point moves to a point P 3 on the curve c 5 (that is, the angular velocity is ω UL and the output is p 3 ). Therefore, it can be avoided that the angular speed ω G exceeds the upper limit speed ω UL and the operation is continued.

上述の例とは逆に、曲線c上の点Pで運転している時に風速が弱まり、例えば曲線cの特性に変化した場合、曲線cの特性では、風車出力は有効電力pより小さいので減速が続く。 Contrary to the above example, weakened wind speed when operating at a point P 1 on the curve c 4, for example if the changes to the characteristics of curve c 3, the characteristic curve c 3, the wind turbine output active power p Since it is less than 1 , deceleration continues.

しかし、角速度ωが下限速度ωLL未満となるので、図8の角速度逸脱量検出部15−4の出力Δωは、負の値となり、積分部15−6の入力も負の値となる。そして、修正後の有効電力指令値PG6 は減少し、曲線c上の点P(即ち、角速度ωがωLL、出力がp)に運転点が移る。そのため、角速度ωが下限速度ωLL未満で運転し続けることを避けることができる。 However, since the angular velocity ω G is less than the lower limit velocity ω LL, the output Δω G of the angular velocity deviation detecting unit 15-4 in FIG. 8 is a negative value, and the input of the integrating unit 15-6 is also a negative value. . Then, the corrected active power command value P G6 * decreases and the operating point moves to a point P 4 on the curve c 3 (that is, the angular velocity ω G is ω LL and the output is p 4 ). Therefore, it is possible to avoid continuing the operation at the angular speed ω G less than the lower limit speed ω LL .

従って、風速が変動した場合でも運転する回転速度(角速度)を下限速度から上限速度の範囲に制限できるので、失速したり、過速度になったりすることなく、安定に運転できる。   Therefore, even when the wind speed fluctuates, the rotational speed (angular speed) to be operated can be limited to the range from the lower limit speed to the upper limit speed, so that stable operation can be achieved without stalling or overspeed.

このように本発明の第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、風速の変動が激しい場所に設置しても安定に運転することができる。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, in addition to obtaining the same operational effects as those of the first embodiment, it is possible to stably operate even when installed in a place where the fluctuation of the wind speed is severe. it can.

(第4の実施形態)
図10は本発明の第4の実施形態として図7に示す有効電力指令値修正部15の他の構成例を示すブロック図で、図8と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a block diagram showing another configuration example of the active power command value correction unit 15 shown in FIG. 7 as the fourth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. Omitted and only the differences are described here.

第4の実施形態では、図8の速度逸脱量検出部15−4に代えて、ヒステリシス特性を有する速度逸脱量検出部15−7を設けたものであり、それ以外は図8と同一である。   In the fourth embodiment, a speed deviation amount detection unit 15-7 having hysteresis characteristics is provided in place of the speed deviation amount detection unit 15-4 in FIG. 8, and the other configuration is the same as that in FIG. .

このような構成の有効電力指令値修正部15において、速度逸脱量検出部15−7の特性は図11に示すように速度逸脱量にヒステリシス特性を持たせてある。即ち、速度検出部15−3から入力される角速度ωが一度上限速度ωULを超えるか、下限速度ωLL未満になると、速度制限が予め定められたヒステリシス幅だけ狭くなるようにしたものである。 In the active power command value correction unit 15 having such a configuration, the speed deviation amount detection unit 15-7 has a hysteresis characteristic as shown in FIG. That is, once the angular speed ω G input from the speed detector 15-3 exceeds the upper limit speed ω UL or less than the lower limit speed ω LL , the speed limit is narrowed by a predetermined hysteresis width. is there.

従って、このような速度逸脱量検出部15−7を設ければ、瞬間的な風速変化で速度逸脱が生じても、速度上下限よりも内側でヒステリシス幅だけ狭い角速度ωとしたときの出力、即ちΔωが大きい状態で運転できるので、前述した実施形態の作用効果に加えて、風速の急激な変動に対しても安定に運転することができる。 Accordingly, when such a speed deviation amount detection unit 15-7 is provided, even when a speed deviation occurs due to an instantaneous wind speed change, an output when the angular speed ω G is narrower by the hysteresis width inside the speed upper and lower limits. , that is, [Delta] [omega G can be operated in a large state, in addition to the operational effect of the above-described embodiments, also a stable operation against a sudden change in wind speed.

(第5の実施形態)
図12は本発明による風力発電システムの制御装置の第5の実施形態を示す構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
(Fifth embodiment)
FIG. 12 is a block diagram showing a fifth embodiment of the control apparatus for a wind power generation system according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and different parts will be described here.

第5の実施形態では、図12に示すように同期発電機2に設けられた磁極回転角検出器7により検出される磁極回転角θが入力され、修正された有効電力指令値PG6 をコンバータ制御装置10に出力する有効電力指令値修正部16を設けるようにしたものである。 In the fifth embodiment, as shown in FIG. 12, the magnetic pole rotation angle θ R detected by the magnetic pole rotation angle detector 7 provided in the synchronous generator 2 is input, and the corrected active power command value P G6 * is corrected . Is provided with an active power command value correction unit 16 that outputs the power to the converter control device 10.

図13は有効電力指令値修正部16の構成例を示すブロック図である。   FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of the active power command value correction unit 16.

図13において、16−3は磁極回転角検出器7により検出される磁極回転角θから角速度ωを求める速度検出部、16−4はこの速度検出部16−3で求められた角速度ωに対して上限速度ωUL、下限速度ωLLから逸脱した角速度Δωを求める速度逸脱量検出部である。 In FIG. 13, 16-3 is a speed detection unit for obtaining an angular velocity ω G from the magnetic pole rotation angle θ R detected by the magnetic pole rotation angle detector 7, and 16-4 is an angular velocity ω obtained by the speed detection unit 16-3. It is a speed deviation amount detection unit for obtaining an angular speed Δω G deviating from the upper limit speed ω UL and the lower limit speed ω LL with respect to G.

また、16−7は速度検出部16−3より入力される角速度ωから最大電力Pを求める最大電力演算部、16−1は最大電力演算部16―7で求められた最大電力Pと修正後の有効電力指令値PG6 との差ΔPG1 を求める減算部、16−2は減算部16―1より出力される差ΔPG1 から、修正後の有効電力指令値PG6 と有効電力指令値P のずれ量を制限するための制限量ΔPG2 を求める制限特性調整ゲインである。 Reference numeral 16-7 denotes a maximum power calculation unit for obtaining the maximum power P M from the angular velocity ω G input from the speed detection unit 16-3, and 16-1 denotes a maximum power P M obtained by the maximum power calculation unit 16-7. subtracting unit for obtaining a difference [Delta] P G1 * of the active power command value P G6 * after correction and, 16-2 from the difference [Delta] P G1 * output from the subtraction unit 16-1, the active power command value after correction P G6 This is a limiting characteristic adjustment gain for obtaining a limit amount ΔP G2 * for limiting a deviation amount between * and the active power command value P G * .

さらに、16−5は制限特性調整ゲイン15−2より出力される差ΔPG2 と速度逸脱量検出部16−4より出力される逸脱した角速度ωとを加算して加算値ΔPG5 を求める加算部、16−6はこの加算部16―5で求めた加算値ΔPG5 を積分して修正後の有効電力指令値PG6 を出力する積分部である。 Further, 16-5 adds the difference ΔP G2 * output from the limiting characteristic adjustment gain 15-2 and the angular velocity ω G deviated from the speed deviation detection unit 16-4 to obtain an added value ΔP G5 * . An addition unit 16-6 to be obtained is an integration unit that integrates the addition value ΔP G5 * obtained by the addition unit 16-5 and outputs a corrected active power command value P G6 * .

なお、上記では磁極回転角検出器7で検出された磁極回転角θを角速度検出部16−3に入力したが、角速度検出部16−3の代わりに図5に示した発電機端子電圧位相検出部10−8a及び角速度演算部10−8bを用いて、同期発電機2の角速度ωを求めても良い。また、磁極回転角推定値θ´から同期発電機2の角速度ωを求めても良い。 In the above description, the magnetic pole rotation angle θ R detected by the magnetic pole rotation angle detector 7 is input to the angular velocity detection unit 16-3, but the generator terminal voltage phase shown in FIG. 5 is used instead of the angular velocity detection unit 16-3. You may obtain | require the angular velocity (omega) G of the synchronous generator 2 using the detection part 10-8a and the angular velocity calculating part 10-8b. Further, the angular velocity ω G of the synchronous generator 2 may be obtained from the magnetic pole rotation angle estimated value θ E ′.

図14は最大電力演算部16−7の具体的な構成例を示すブロック図である。   FIG. 14 is a block diagram illustrating a specific configuration example of the maximum power calculation unit 16-7.

16−7aは、角速度ωから同期発電機2の内部誘起電圧の振幅Vを求める演算部、16−7bは、内部誘起電圧の振幅Vからコンバータ3の最大入力PM1を求める演算部であり、16−7cは、内部誘起電圧の振幅値Vから同期発電機2の最大出力PM2を求める演算部、16−7dは、演算部16−7bの出力PM1と演算部16−7cの出力PM2とから、小さい方の値を選択して最大電力Pを出力する低値選択器である。 16-7a, the arithmetic unit for determining the amplitude V E of the internal induced voltage of the synchronous generator 2 from the angular velocity ω G, 16-7b, the arithmetic unit for obtaining the maximum input P M1 of the converter 3 from the amplitude V E of the internal induced voltage and a, 16-7C, the arithmetic unit for obtaining the maximum output P M2 of the synchronous generator 2 from the amplitude value V E of the internal induced voltage, 16-7D includes an output P M1 of the arithmetic unit 16-7b calculation unit 16 from 7c output P M2 Prefecture of a low value selector for outputting a maximum power P M by selecting the smaller value.

次にこのように構成された風力発電システムの制御装置の作用を説明する。最大電力演算部16−7を除いては図8で述べた作用と同様なので、ここでは最大電力演算部16−7の作用について図15を用いて説明する。   Next, the operation of the control device of the wind power generation system configured as described above will be described. Since the operation is the same as that described with reference to FIG. 8 except for the maximum power calculation unit 16-7, the operation of the maximum power calculation unit 16-7 will be described with reference to FIG.

コンバータ制御装置10によって、発電機電流が、発電機内部誘起電圧と同相成分電流であるd軸電流Iとなるように制御されるので、演算部16−7bでは、
M1=V
として、PM1を求める。但し、Iはコンバータ3の最大電流である。
The converter control device 10 controls the generator current so as to be the d-axis current I d that is the in-phase component current of the generator internal induced voltage. Therefore, in the arithmetic unit 16-7b,
P M1 = V E I M
Then, P M1 is obtained. However, I M is the maximum current of the converter 3.

また、発電機巻線の抵抗値をRとすると、同期発電機の有効電力Pは、
=V−R =V /4R−R(I−V/2R
となる。有効電力Pの最大値は、この式の第2項が0の時で、V /4Rであるので、演算部16−7cは、
M2=V /4R
として、PM2を求める。
Further, if the resistance value of the generator windings and R G, the active power P G of the synchronous generator,
P G = V E I d -R G I d 2 = V E 2 / 4R G -R G (I d -V E / 2R G) 2
It becomes. The maximum value of active power P G is when the second term of this expression is 0, because it is V E 2 / 4R G, calculation unit 16-7c is,
P M2 = V E 2 / 4R G
P M2 is obtained as follows.

コンバータ制御装置10への有効電力指令値PG6 は最大電力演算部16−7によって、演算されたP、すなわち、コンバータ3で取り出せる最大電力PM1または同期発電機2が出力できる最大電力PM2のうち小さい方の値に等しくなった状態で整定する。 The maximum power P by the maximum power calculation section 16-7 converter control device active power command value to the 10 P G6 * is computed P M, i.e., the maximum power P M1 or synchronous generator 2 which can be extracted by the converter 3 can output Settling in a state where it is equal to the smaller value of M2 .

ここで、同期発電機2として永久磁石同期発電機を使用した場合を想定すると、図9の風車特性曲線に最大電力PM1とPM2を重ね描きすると、図15に示すようになり、各風速における運転点は最大電力PM1とPM2の交点P、P、P、P、Pとなる。 Here, assuming a case where a permanent magnet synchronous generator is used as the synchronous generator 2, when the maximum powers P M1 and P M2 are overlaid on the wind turbine characteristic curve of FIG. 9, it becomes as shown in FIG. The operating points at are the intersections P 5 , P 6 , P 7 , P 8 , P 9 of the maximum powers P M1 and P M2 .

図15から明らかなように、風速によらず、同期発電機2、コンバータ3が共に許容できる最大の出力で運転できることが分かる。   As is apparent from FIG. 15, it can be seen that both the synchronous generator 2 and the converter 3 can be operated at the maximum allowable output regardless of the wind speed.

風速が大きく変動する場合、長時間の平均から電力変換装置の定格を決めるのが一般的である。従って、風速が速い時は、風車出力に対して、電力変換装置の容量が不足することになるが、本発明の第5の実施形態によれば、同期発電機と電力変換装置が脱調することなく、しかも同期発電機が出力できる有効電力を効率良く取り出すことができると共に、風車出力に対して、電力変換装置の容量が小さい場合でも最適なシステムとして運用できる。   When the wind speed fluctuates greatly, it is common to determine the rating of the power converter from an average over a long period of time. Therefore, when the wind speed is high, the capacity of the power converter is insufficient with respect to the wind turbine output. However, according to the fifth embodiment of the present invention, the synchronous generator and the power converter are stepped out. In addition, effective power that can be output from the synchronous generator can be efficiently extracted, and the system can be operated as an optimum system even when the capacity of the power converter is small with respect to the wind turbine output.

(第6の実施形態)
図16は本発明による風力発電システムの制御装置の第6の実施形態を示す構成図で、図12と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
(Sixth embodiment)
FIG. 16 is a block diagram showing a sixth embodiment of the control apparatus for a wind power generation system according to the present invention. The same parts as those in FIG. 12 are assigned the same reference numerals and explanations thereof are omitted, and different parts will be described here.

第6の実施形態では、図16に示すように図12の有効電力指令値修正部16に代えてd軸電流指令値修正部18を設け、また図12のコンバータ制御装置10に代えて磁極回転角検出器7により検出される同期発電機1の磁極回転角θと電流検出器8により検出される電流i及びd軸電流指令値修正部18の出力Id1 が入力されるコンバータ制御装置17を設ける以外は図12の構成と同じである。 In the sixth embodiment, as shown in FIG. 16, a d-axis current command value correction unit 18 is provided in place of the active power command value correction unit 16 in FIG. 12, and magnetic pole rotation is performed in place of the converter control device 10 in FIG. Converter control in which the magnetic pole rotation angle θ R of the synchronous generator 1 detected by the angle detector 7, the current i G detected by the current detector 8, and the output I d1 * of the d-axis current command value correction unit 18 are input. The configuration is the same as that of FIG. 12 except that the device 17 is provided.

図17はコンバータ制御装置17の具体的な構成例を示すブロック図である。   FIG. 17 is a block diagram illustrating a specific configuration example of the converter control device 17.

図17において、17−3は磁極回転角検出器7により検出される同期発電機1の磁極回転角θと電流検出器8により検出される電流iから発電機内部誘起電圧と同相のd軸電流Iと90度進んだq軸電流Iとを検出する電流検出部、17−4は電流検出部17―3で検出されたd軸電流Iがd軸電流指令値修正部18より出力されるd軸電流指令値Id1 と等しくなるように比例積分演算してd軸電圧指令値V *を出力するd軸電流制御部、17−5は電流検出部17―3で検出されたq軸電流Iが0になるように比例積分演算してq軸電圧指令値V *を出力するq軸電流制御部である。 In FIG. 17, reference numeral 17-3 denotes d in phase with the generator internal induced voltage from the magnetic pole rotation angle θ R of the synchronous generator 1 detected by the magnetic pole rotation angle detector 7 and the current i G detected by the current detector 8. axis current I d and the current detector for detecting the 90-degree advanced q-axis current I q, 17-4 current detection unit 17-3 detected d-axis current I d at the d-axis current command value correction section 18 The d-axis current control unit 17-5 outputs a d-axis voltage command value V d * by performing a proportional-integral calculation so as to be equal to the d-axis current command value I d1 * output by the current detector 17-3. The q-axis current control unit outputs a q-axis voltage command value V q * by performing a proportional integral calculation so that the detected q-axis current I q becomes zero.

さらに、17−6は磁極回転角検出器7により検出される同期発電機1の磁極回転角θとd軸電流制御部17−4より出力されるd軸電圧指令値V *及びq軸電流制御部17−5より出力されるq軸電圧指令値V *とからコンバータ3の出力電圧指令値v *を求める演算部、17−7はこの演算部17−6により求められた出力電圧指令値v *に基づいてコンバータ3を制御するゲートパルス信号gを出力するゲートパルス発生回路である。 Furthermore, 17-6 d-axis voltage command value V d * and the q-axis output from the magnetic pole rotation angle theta R and d-axis current control unit 17-4 of the synchronous generator 1 detected by the magnetic pole rotation angle detector 7 An arithmetic unit 17-7 for obtaining the output voltage command value v C * of the converter 3 from the q-axis voltage command value V q * output from the current control unit 17-5, and an output obtained by the arithmetic unit 17-6 This is a gate pulse generation circuit that outputs a gate pulse signal g C for controlling the converter 3 based on the voltage command value v C * .

図18はd軸電流指令値修正部18の構成例を示すブロック図である。   FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration example of the d-axis current command value correction unit 18.

図18において、18−3は磁極回転角検出器7により検出される磁極回転角θから角速度ωを求める角速度検出部、18−4はこの角速度検出部18−3で求められた角速度ωに対して上限速度ωUL、下限速度ωLLから逸脱した速度Δωを求める速度逸脱量検出部である。 In FIG. 18, 18-3 is an angular velocity detector that obtains an angular velocity ω G from the magnetic pole rotation angle θ R detected by the magnetic pole rotation angle detector 7, and 18-4 is an angular velocity ω obtained by this angular velocity detector 18-3. This is a speed deviation amount detection unit for obtaining a speed Δω G deviating from the upper limit speed ω UL and the lower limit speed ω LL with respect to G.

また、18−7は角速度検出部18−3より入力される角速度ωから最大電流Iを求める最大電流演算部、18−1は最大電流演算部18―7で求められた最大電流Iと修正後のd軸電流指令値Id6 との差ΔI を求める減算部、18−2はこの減算部18−1の出力から修正後の有効電流指令値IG6 と最大電流Iとのずれ量を制限するための制限量ΔIG2 を求める制限特性調整ゲインである。 Reference numeral 18-7 denotes a maximum current calculation unit for obtaining the maximum current I M from the angular velocity ω G inputted from the angular velocity detection unit 18-3, and 18-1 denotes a maximum current I M obtained by the maximum current calculation unit 18-7. The subtractor 18-2 calculates a difference ΔI G * between the corrected d-axis current command value I d6 * and the corrected effective current command value I G6 * and the maximum current I from the output of the subtractor 18-1. This is a limiting characteristic adjustment gain for obtaining a limiting amount ΔI G2 * for limiting the amount of deviation from M.

さらに、18−5は制限特性調整ゲイン18−2より出力される差ΔIG2 と速度逸脱量検出部18−4より出力される角周波数Δωとを加算して加算値ΔIG5 を求める加算部、18−6はこの加算部18―5で求めた加算値ΔIG5 を積分して修正後の有効電流指令値IG6 を出力する積分部である。 Further, 18-5 adds the difference ΔI G2 * output from the limiting characteristic adjustment gain 18-2 and the angular frequency Δω G output from the speed deviation detection unit 18-4 to obtain the added value ΔI G5 * . An adding unit 18-6 is an integrating unit that integrates the added value ΔI G5 * obtained by the adding unit 18-5 and outputs a corrected effective current command value I G6 * .

図19は最大電流演算部18−7の具体的な構成例を示すブロック図である。   FIG. 19 is a block diagram illustrating a specific configuration example of the maximum current calculation unit 18-7.

図19において、18−7aは角速度ωから同期発電機2の内部誘起電圧の振幅Vを求める演算部、18−7cは内部誘起電圧の振幅Vから同期発電機2の有効電力が最大となるd軸電流IM2を求める演算部である。また、18−7dは同期発電機2の有効電力が最大となるd軸電流IM2とコンバータ3の最大電流値IM1が入力され、d軸電流指令値Id1 を出力する低値選択部である。 Up In FIG. 19, 18-7a arithmetic unit for determining the amplitude V E of the internal induced voltage of the synchronous generator 2 from the angular velocity ω G, 18-7c the active power of the synchronous generator 2 from the amplitude V E of the internal induced voltage It is a calculating part which calculates | requires d-axis current I M2 which becomes. Reference numeral 18-7d is a low-value selector that receives the d-axis current I M2 that maximizes the active power of the synchronous generator 2 and the maximum current value I M1 of the converter 3, and outputs a d-axis current command value I d1 *. It is.

次にこのように構成された風力発電システムの制御装置の作用を説明する。   Next, the operation of the control device of the wind power generation system configured as described above will be described.

第6の実施形態において、第5の実施形態との違いは、発電機有効電力の代わりに発電機電流を用いた点である。   In the sixth embodiment, the difference from the fifth embodiment is that a generator current is used instead of the generator active power.

=V−R =V /4R−R(I−V/2R
であり、Pが最大となるのは、第2項が0の時、すなわち、I=V/2Rの時である。したがって、演算部18−7cでは、
M2=V/2R
として、d軸電流IM2を求める。
P G = V E I d -R G I d 2 = V E 2 / 4R G -R G (I d -V E / 2R G) 2
, And the the P G is maximum, when the second term is zero, that is, when I d = V E / 2R G . Therefore, in the calculation unit 18-7c,
I M2 = V E / 2R G
Then, the d-axis current I M2 is obtained.

従って、コンバータ制御装置17へのd軸電流指令値Id1 は最大電流演算部18−7によって、コンバータ3の定格電流IM1または同期発電機の有効電力が最大となるd軸電流IM2のうち小さい方の値となる。 Therefore, the d-axis current command value I d1 * to the converter control device 17 is calculated by the maximum current calculation unit 18-7 from the rated current I M1 of the converter 3 or the d-axis current I M2 that maximizes the effective power of the synchronous generator. The smaller value is used.

発電機電流が内部誘起電圧と同相に制御されていることから、同期発電機の有効電力Pは、P=V×Id1 −R(Id1 となる。有効電力Pで表現すると、第5の実施形態と同様に各風速における運転点は図15で表される。 Since the generator current is controlled within the induced voltage in phase, active power P G of the synchronous generator is a P G = V E × I d1 * -R G (I d1 *) 2. Expressed in active power P G, the operating point of each wind speed as in the fifth embodiment is represented in Figure 15.

このように本発明の第6の実施形態によれば、有効電力指令値を与えない場合でも、第5の実施形態と同様の作用効果が得られることに加え、風速によらず、同期発電機2、コンバータ3が共に許容できる最大の出力で運転することができ、しかも制御構成は第5の実施形態と比べて簡素化できる。   As described above, according to the sixth embodiment of the present invention, the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained even when the active power command value is not given, and the synchronous generator can be used regardless of the wind speed. 2 and the converter 3 can be operated at the maximum allowable output, and the control configuration can be simplified as compared with the fifth embodiment.

本発明による風力発電システムの第1の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows 1st Embodiment of the wind power generation system by this invention. 同実施形態におけるコンバータ制御装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the converter control apparatus in the same embodiment. 本発明による風力発電システムの第2の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows 2nd Embodiment of the wind power generation system by this invention. 同実施形態におけるコンバータ制御装置の具体的な構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the specific structural example of the converter control apparatus in the embodiment. 図4に示す位相検出部の具体的な構成例を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram illustrating a specific configuration example of a phase detection unit illustrated in FIG. 4. 同実施形態における位相推定部の作用を説明するためのベクトル図。The vector diagram for demonstrating the effect | action of the phase estimation part in the embodiment. 本発明による風力発電システムによる第3の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows 3rd Embodiment by the wind power generation system by this invention. 同実施形態における有効電力指令値修正部の具体的な構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the specific structural example of the active power command value correction | amendment part in the embodiment. 同実施形態において、風車速度対風車出力との関係の一例を示す特性図。The characteristic view which shows an example of the relationship between windmill speed versus windmill output in the same embodiment. 本発明の第4の実施形態として図7に示す有効電力指令値修正部の他の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the other structural example of the active power command value correction | amendment part shown in FIG. 7 as the 4th Embodiment of this invention. 同実施形態における速度逸脱量検出部の速度逸脱量に持たせたヒステリシス特性図。The hysteresis characteristic figure given to the speed deviation of the speed deviation detection part in the same embodiment. 本発明による風力発電システムによる第5の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows 5th Embodiment by the wind power generation system by this invention. 同実施形態における有効電力指令値修正部の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the active power command value correction | amendment part in the embodiment. 図13の最大電力演算部の具体的な構成例を示すブロック図。FIG. 14 is a block diagram illustrating a specific configuration example of a maximum power calculation unit in FIG. 13. 同じく最大電力演算部の作用を説明するための風車速度対風車出力との関係の一例を示す特性図。The characteristic view which shows an example of the relationship with the windmill speed with respect to a windmill output for demonstrating the effect | action of a maximum electric power calculating part similarly. 本発明による風力発電システムの第6の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows 6th Embodiment of the wind power generation system by this invention. 同実施形態におけるコンバータ制御装置の具体的な構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the specific structural example of the converter control apparatus in the embodiment. 同実施形態におけるd軸電流指令値修正部の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the d-axis current command value correction part in the embodiment. 図18の最大電流演算部の具体的な構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the specific structural example of the maximum electric current calculating part of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1……風車、2……同期発電機、3……コンバータ、4……直流コンデンサ、5……インバータ、6……電力系統、7……磁極回転角検出器、8,13……電流検出器、9,11,14……電圧検出器、10,17……コンバータ制御装置、12……インバータ制御装置、15,16……有効電力指令値修正部、18……電流指令値修正部、10−1……発電機有効電力演算部、10−2……電力制御部、10−3,17−3……電流検出部、10−4,17−4……d軸電流制御部、10−5,17−5……q軸電流制御部、10−6,17−6……演算部、10−7,17−7……ゲートパルス発生回路、10−8……位相推定部、10−8a……位相検出部、10−8b……角速度演算部、10−8c……電圧振幅演算部、10−8d……位相差推定部、10−8e……電力推定部、10−8f……減算部、10−8g……積分部、10−8h……加減算部、15−1,16−1,18−1……減算部、15−2,16−2,18−2……制限特性調整ゲイン、15−3,16−3,18−3……速度検出部、15−4,16−4,18−4……速度逸脱量検出部、15−5,16−5,18−5……加算部、15−6,16−6,18−6……積分部、15−7……速度逸脱量検出部、16−7……最大電力演算部、18−7……最大電流演算部、16−7a,16−7b,16−7c,18−7a,18−7c……演算部、16−7d,18−7d……低値選択部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Windmill, 2 ... Synchronous generator, 3 ... Converter, 4 ... DC capacitor, 5 ... Inverter, 6 ... Electric power system, 7 ... Magnetic pole rotation angle detector, 8, 13 ... Current detection , 9, 11, 14 ... voltage detector, 10, 17 ... converter control device, 12 ... inverter control device, 15, 16 ... active power command value correction unit, 18 ... current command value correction unit, 10-1: Generator active power calculation unit, 10-2: Power control unit, 10-3, 17-3 ... Current detection unit, 10-4, 17-4 ... d-axis current control unit, 10 -5, 17-5: q-axis current control unit, 10-6, 17-6: calculation unit, 10-7, 17-7: gate pulse generation circuit, 10-8: phase estimation unit, 10 -8a: phase detector, 10-8b: angular velocity calculator, 10-8c: voltage amplitude calculator, 10-8d ... Phase difference estimation unit, 10-8e ... Power estimation unit, 10-8f ... Subtraction unit, 10-8g ... Integration unit, 10-8h ... Addition / subtraction unit, 15-1, 16-1, 18-1 ...... Subtracting unit, 15-2, 16-2, 18-2 ... Limiting characteristic adjustment gain, 15-3, 16-3, 18-3 ... Speed detecting unit, 15-4, 16-4, 18- 4. Speed deviation amount detection unit, 15-5, 16-5, 18-5 ... Addition unit, 15-6, 16-6, 18-6 ... Integration unit, 15-7 ... Speed deviation amount detection , 16-7... Maximum power calculation unit, 18-7... Maximum current calculation unit, 16-7a, 16-7b, 16-7c, 18-7a, 18-7c ... Calculation unit, 16-7d, 18-7d ...... Low value selection part

Claims (10)

風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、
磁極回転角検出器により検出される前記同期発電機の磁極回転角及び電圧検出器により検出される前記同期発電機の端子電圧がそれぞれ入力され、前記同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような前記同期発電機の磁極回転角に応じた位相の端子電圧指令値を求め、前記同期発電機の端子電圧が前記電圧指令値になるように前記電力変換器の入力側電圧を制御する変換器制御装置を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
In a control device of a wind power generation system that controls a power converter in which an input end is connected to a synchronous generator coupled to a windmill and an output end is connected to a power system or a load,
A magnetic pole rotation angle of the synchronous generator detected by the magnetic pole rotation angle detector and a terminal voltage of the synchronous generator detected by the voltage detector are respectively input, and the effective power of the synchronous generator is set in advance. A terminal voltage command value having a phase corresponding to the magnetic pole rotation angle of the synchronous generator so as to be equal to the power command value is obtained, and the input of the power converter is set so that the terminal voltage of the synchronous generator becomes the voltage command value. A control device for a wind power generation system comprising a converter control device for controlling a side voltage.
請求項1記載の風力発電システムの制御装置において、
前記変換器制御装置は、
前記同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような有効電力分電流指令値を出力する電力制御手段と、
前記磁極回転角検出器により検出される前記同期発電機の磁極回転角と前記同期発電機の電流から磁極回転角と同相の電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段より出力された電流が前記電力制御手段より出力される有効電力分電流指令値と等しくなるように前記電力変換器の入力電圧を制御するための電圧指令値を求める演算手段と、
からなることを特徴とする風力発電システムの制御装置。
In the control apparatus of the wind power generation system according to claim 1,
The converter controller is
Power control means for outputting an active power divided current command value such that the active power of the synchronous generator is equal to a preset active power command value;
Current detection means for detecting a current in phase with the magnetic pole rotation angle from the magnetic pole rotation angle of the synchronous generator and the current of the synchronous generator detected by the magnetic pole rotation angle detector;
Calculation means for obtaining a voltage command value for controlling the input voltage of the power converter so that the current output from the current detection means is equal to the active power component current command value output from the power control means;
The control apparatus of the wind power generation system characterized by comprising.
風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、
前記同期発電機の端子電圧及び前記同期発電機の電流または電流指令値を入力して前記同期発電機の内部誘起電圧位相推定値を求める位相推定手段と、
前記同期発電機の有効電力が予め設定された有効電力指令値と等しくなるような有効電力分電流指令値を出力する電力制御手段と、
前記位相推定手段により推定される前記同期発電機の内部誘起電圧の位相推定値と前記同期発電機の電流から内部誘起電圧位相推定値と同相の電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段より出力される電流が前記電力制御手段より出力される有効電力分電流指令値と等しくなるように前記電力変換器の入力側電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧制御手段と
からなる変換器制御装置を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
In a control device of a wind power generation system that controls a power converter in which an input end is connected to a synchronous generator coupled to a windmill and an output end is connected to a power system or a load,
Phase estimation means for obtaining an internal induced voltage phase estimation value of the synchronous generator by inputting a terminal voltage of the synchronous generator and a current or a current command value of the synchronous generator;
Power control means for outputting an active power divided current command value such that the active power of the synchronous generator is equal to a preset active power command value;
Current detection means for detecting a current in phase with the internal induction voltage phase estimation value from the phase estimation value of the internal induction voltage of the synchronous generator estimated by the phase estimation means and the current of the synchronous generator;
Voltage control for calculating a voltage command value for controlling the input side voltage of the power converter so that the current output from the current detection unit is equal to the active power component current command value output from the power control unit And a converter control device comprising: means for controlling a wind power generation system.
請求項3記載の風力発電システムの制御装置において、
前記位相推定手段は、
前記同期発電機の端子電圧と電流又は電流指令値とを入力して前記同期発電機の内部誘起電圧に対する端子電圧の位相差を推定する位相差推定手段と、
前記同期発電機の端子電圧と前記位相差推定手段により推定された前記同期発電機の内部誘起電圧に対する端子電圧の位相差から同期発電機の有効電力推定値を求める有効電力推定手段と、
この有効電力推定手段により求められた同期発電機の有効電力推定値から同期発電機の有効電力を減算した値から位相差推定手段により推定された位相差推定値を修正する位相差修正手段と
から構成されたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
In the control apparatus of the wind power generation system according to claim 3,
The phase estimation means includes
A phase difference estimating means for inputting a terminal voltage of the synchronous generator and a current or a current command value and estimating a phase difference of the terminal voltage with respect to an internal induced voltage of the synchronous generator;
Active power estimation means for obtaining an estimated value of the active power of the synchronous generator from the phase difference of the terminal voltage with respect to the internal induced voltage of the synchronous generator estimated by the terminal voltage of the synchronous generator and the phase difference estimation means;
A phase difference correcting means for correcting the phase difference estimated value estimated by the phase difference estimating means from a value obtained by subtracting the active power of the synchronous generator from the active power estimated value of the synchronous generator determined by the active power estimating means; A control device for a wind power generation system, characterized by being configured.
請求項1又は請求項2記載の風力発電システムの制御装置において、
有効電力指令値を風車又は同期発電機の速度に応じて修正し、修正後の有効電力指令値を前記変換器制御装置に与える有効電力指令値修正部を設け、
この有効電力指令値修正部は、
有効電力指令値と修正後の有効電力指令値とのずれ量を制限するための制限量を求める制限特性調整手段と、
前記同期発電機の速度を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段より出力される速度に対して予め設定された上限速度及び下限速度を逸脱しているかを検出し、逸脱している場合には速度と上限速度又は下限速度との差分を出力する速度逸脱量検出手段と、
この速度逸脱量検出手段より出力される逸脱している速度と前記制限特性調整手段より出力される制限量との加算値を積分して修正後の有効電力指令値として出力する積分手段と
を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
In the control apparatus of the wind power generation system of Claim 1 or Claim 2,
An active power command value is corrected according to the speed of the wind turbine or the synchronous generator, and an active power command value correcting unit that provides the corrected active power command value to the converter control device is provided,
This active power command value correction unit
Limiting characteristic adjusting means for obtaining a limiting amount for limiting a deviation amount between the active power command value and the corrected active power command value;
Speed detecting means for detecting the speed of the synchronous generator;
It is detected whether or not the upper limit speed and the lower limit speed set in advance are deviated from the speed output from the speed detection means, and when the speed deviates, the difference between the speed and the upper limit speed or the lower limit speed is output. Speed deviation detection means;
Integrating means for integrating an added value of the deviating speed output from the speed deviation amount detecting means and the limit amount output from the limit characteristic adjusting means, and outputting the result as a corrected active power command value. A control device for a wind power generation system.
請求項3又は請求項4記載の風力発電システムの制御装置において、
風車又は同期発電機の速度に応じて有効電力指令値を修正し、修正後の有効電力指令値を前記変換器制御装置に与える有効電力指令値修正部を設け、
この有効電力指令値修正部は、
有効電力指令値と修正後の有効電力指令値とのずれ量を制限するための制限量を求める制限特性調整手段と、
風車又は同期発電機の速度を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段より出力される同期発電機の速度に対して予め設定された上限速度及び下限速度を逸脱しているかを検出し、逸脱している場合には速度と上限速度又は下限速度との差分を出力する速度逸脱量検出手段と、
この速度逸脱量検出手段より出力される逸脱している速度と前記制限特性調整手段より出力される制限量との加算値を積分して修正後の有効電力指令値として出力する積分手段と
を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
In the control apparatus of the wind power generation system of Claim 3 or Claim 4,
Correcting the active power command value according to the speed of the wind turbine or the synchronous generator, and providing an active power command value correction unit that gives the corrected active power command value to the converter control device,
This active power command value correction unit
Limiting characteristic adjusting means for obtaining a limiting amount for limiting a deviation amount between the active power command value and the corrected active power command value;
Speed detecting means for detecting the speed of the wind turbine or the synchronous generator;
It is detected whether or not the upper limit speed and lower limit speed set in advance are deviated from the speed of the synchronous generator output from the speed detection means. A speed deviation detecting means for outputting a difference;
Integrating means for integrating an added value of the deviating speed output from the speed deviation amount detecting means and the limit amount output from the limit characteristic adjusting means, and outputting the result as a corrected active power command value. A control device for a wind power generation system.
請求項5又は請求項6記載の風力発電システムの制御装置において、
前記速度逸脱量検出手段は、前記速度検出手段から入力される速度が上限速度又は下限速度から逸脱すると速度制限が予め定められた幅だけ狭くなるように速度逸脱量にヒステリシス特性を持たせたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
In the control apparatus of the wind power generation system according to claim 5 or 6,
The speed deviation amount detection means has a hysteresis characteristic in the speed deviation amount so that the speed limit is narrowed by a predetermined width when the speed input from the speed detection means deviates from the upper limit speed or the lower limit speed. A control device for a wind power generation system.
請求項5又は請求項6記載の風力発電システムの制御装置において、
前記速度検出手段により検出された風車又は同期発電機の速度を入力して前記同期発電機の許容最大有効電力を求める許容最大有効電力演算手段を設け、この許容最大有効電力演算手段で求められた許容最大有効電力を有効電力指令値として用いることを特徴とする風力発電システムの制御装置。
In the control apparatus of the wind power generation system according to claim 5 or 6,
An allowable maximum active power calculating means for obtaining the allowable maximum active power of the synchronous generator by inputting the speed of the wind turbine or the synchronous generator detected by the speed detecting means is provided, and the allowable maximum active power calculating means is obtained. A control device for a wind power generation system, wherein an allowable maximum active power is used as an active power command value.
風車に結合された同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器を制御する風力発電システムの制御装置において、
磁極回転角検出器により検出された前記同期発電機の磁極回転角、前記電流検出器により検出された前記同期発電機の電流が入力され、前記同期発電機の有効電流が有効電流指令値と等しくなるような前記同期発電機の磁極回転角に応じた位相の端子電圧指令値を求め、前記同期発電機の端子電圧が前記端子電圧指令値になるように前記電力変換器の入力側電圧を制御する変換器制御装置と、
前記同期発電機の回転速度から求めた許容最大有効電流と前記電力変換器の定格電流の低値の方を有効電流指令値として前記変換器制御装置に与える電流指令値制御部と
を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
In a control device of a wind power generation system that controls a power converter in which an input end is connected to a synchronous generator coupled to a windmill and an output end is connected to a power system or a load,
The magnetic pole rotation angle of the synchronous generator detected by the magnetic pole rotation angle detector, the current of the synchronous generator detected by the current detector are input, and the effective current of the synchronous generator is equal to the effective current command value The terminal voltage command value having a phase corresponding to the magnetic pole rotation angle of the synchronous generator is obtained, and the input voltage of the power converter is controlled so that the terminal voltage of the synchronous generator becomes the terminal voltage command value. A converter control device,
A current command value control unit that provides the converter controller with the allowable maximum active current obtained from the rotational speed of the synchronous generator and the lower value of the rated current of the power converter as an active current command value. A control device for a wind power generation system.
風車と、この風車に結合された同期発電機と、この同期発電機に入力端が接続され、出力端が電力系統又は負荷に接続される電力変換器と、この電力変換器を制御する請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の制御装置とを備えた風力発電システム。   A wind turbine, a synchronous generator coupled to the wind turbine, a power converter having an input end connected to the synchronous generator and an output end connected to an electric power system or a load, and controlling the power converter A wind power generation system comprising the control device according to any one of claims 1 to 9.
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