JP2008160980A

JP2008160980A - 誘導発電機の起動方式

Info

Publication number: JP2008160980A
Application number: JP2006347415A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shinohara; 博篠原
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】誘導発電機を電力系統に連系するときに過大な突入電流が流れないようにするとともに、連系までの時間が長くならないようにする。
【解決手段】電力系統１と誘導発電機２との間にインバータ３および整流器１６を設け、誘導発電機２を電力系統１に連系させるときは、誘導発電機２を定格回転数以下で回転させた状態で、誘導発電機電圧を電力系統電圧に一致させるような電流をインバータ３から誘導発電機２に流した後に、電力系統１に連系させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、風力や火力またはエンジン等により誘導発電機を駆動することで、電力系統に電力を供給する分散型電源において、特に誘導発電機を電力系統に連系する場合に発生する突入電流を抑制し得る誘導発電機の起動方式に関する。

図４に、例えば特許文献１に開示された従来例を示す。
すなわち、図４では誘導発電機２の回転速度を定格速度（電力系統電圧の周波数相当）より高めにすると、有効電力を電力系統１に供給することができる。これとは逆に、定格回転速度より低めにすると、電力系統１から誘導発電機２へ有効電力を供給することになる。
このようなシステムでは、誘導発電機２を起動するために、電力系統１と誘導発電機２との間に遮断器４と、可変無効電力発生器３とを設けている。なお、可変無効電力発生器３としては、コンデンサとリアクトルを用いたものか、またはインバータが用いられる。

そして、誘導発電機２を起動するときは遮断器４を開放したまま、図示されないエンジン等の外部手段を用いて、誘導発電機２を同期速度まで回転数を上げ、誘導発電機２の電圧が電力系統１の電圧と等しくなるように、可変無効電力発生器３が発生する無効電力を調整し、誘導発電機２の位相角と電力系統１の電圧の位相角がほぼ一致したとき、遮断器４を投入することで突入電流の抑制を図るようにしている。
特開２００５−１１７８７９号公報

図４の例では、誘導発電機の突入電流を抑制するためには、電力系統に連系する前に電力系統の電圧と同一の周波数，大きさの電圧を発生させておく必要であり、周波数はエンジン等の外部手段で調整し、大きさは可変無効電力発生器からの無効電力発生器からの無効電力によって調整している。可変無効電力発生器３としては、インバータまたはコンデンサとリアクトルを使用しているので、その無効電力を制御することは容易であるが、エンジン等の外部手段で電力系統電圧と同一の周波数にする制御は困難である。

このため、従来は誘導発電機の電圧と電力系統の電圧の位相角がほぼ一致したときに、遮断器４を投入するようにしている。その結果、遮断器に投入指令を与えてから、実際に遮断器が投入されるまでの遅れ時間によって位相角がずれ、誘導発電機電圧と電力系統電圧との差から過大な電流が流れてしまい、機器の損傷を引き起こす可能性がある。また、位相角がほぼ一致するまで遮断器を投入することができないことから、運転指令が入力されてから、誘導発電機が電力系統と連系するまでに長大な時間が必要となる場合があり得る。

したがって、この発明の課題は、誘導発電機の電力系統連系時に過大な突入電流が流れないようにするとともに、連系に至るまでの時間を短縮することにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、電力系統に接続されている負荷に電力を供給する誘導発電機に対し、前記電力系統と前記誘導発電機との間の遮断器と並列に、電力系統側の交流電力を直流電力に変換する整流器と、その直流電力を誘導発電機側の交流電力に変換するインバータとを設け、誘導発電機を電力系統に連系する場合、誘導発電機を定格回転数以下で回転させた状態で、誘導発電機電圧を電力系統電圧と同一にするための電流量を電力系統電圧と誘導発電機電圧とに基づき演算し、演算された電流量を前記インバータから流した後に電力系統と連系することを特徴とする。

この発明によれば、誘導発電機を電力系統に連系させる場合、誘導発電機を定格回転数以下で回転させた状態で、電力系統電圧と誘導発電機電圧との差にもとづいて演算した電流を、インバータから誘導発電機に流すことで、誘導発電機電圧を電力系統電圧と同じにすることが可能となる。その結果、過大な突入電流を流すことなく、誘導発電機を安定に電力系統と連系させることができる。

図１はこの発明の実施の形態を示すブロック図である。図１において、５，６は電圧検出器、７，８，１１は座標変換器、９，１０は電圧調節器、１２は電流調節器、１３はランプ関数発生器、１４は発振器、１５は乗算器、１６は整流器で、その他は図４と同様である。以下、相違点を主に説明する。
すなわち、電力系統１と誘導発電機２との間に挿入された遮断器４と並列に、インバータ３と整流器１６を接続している。誘導発電機２を電力系統１に連系させる場合、整流器１６はインバータ３に直流電力を供給し、インバータ３はその直流電力を交流電力に変換する。

電圧検出器６は電力系統電圧Ｖｓａ，Ｖｓｂ，Ｖｓｃを検出する一方、電圧検出器５は誘導発電機電圧Ｖｇａ，Ｖｇｂ，Ｖｇｃを検出する。系統電圧Ｖｓａ，Ｖｓｂ，Ｖｓｃは乗算器１５において関数発生器１３からのランプ関数と乗算され、図２に示すような出力Ｖｓａ’，Ｖｓｂ’，Ｖｓｃ’となる。これは、インバータ３の出力電圧を急激に変化させないよう、電力系統電圧検出値を零電圧から定格電圧までゆっくりと変化させるためである。

座標変換器７は、乗算器１５の出力Ｖｓａ’，Ｖｓｂ’，Ｖｓｃ’を数１で示す下記（１）式により３相−２相変換する。

次いで、得られた２相量から、数２で示す下記（２）式により座標軸変換をしてＶｓｄ，Ｖｓｑを求める。

座標変換器８も同様に、検出器５の出力電圧検出値Ｖｇａ，Ｖｇｂ，Ｖｇｃを３相−２相変換し、得られた２相量から数２で示す上記（２）式により座標軸変換をしてＶｇｄ，Ｖｇｑを求める。
その後、ＶｓｄとＶｇｄとの差、およびＶｓｑとＶｇｑとの差をそれぞれ求め、これをゲインおよび積分要素などからなる電圧調節器９，１０にそれぞれ入力することで、インバータ３の電流指令Ｉｄ，Ｉｑを得る。

座標変換器１１は、数３で示す下記（３）式の座標変換を行なう。

次に、座標変換器１１は数４で示す下記（４）式によって２相−３相変換し、３相電流指令値Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを得る。

そして、別途変流器を介して検出される３相電流検出値を、座標変換器１１からの出力である３相電流指令値に一致させるよう、電流調節器１２で調節演算することにより、インバータ３の出力すべき電圧を求め、誘導発電機２に３相電流指令値通りの電流を流すようにする。なお、上記（２），（３）式のｃｏｓθ，ｓｉｎθは、発振器１４で電力系統電圧を基準として演算される位相角で、ｃｏｓθは電力系統電圧と同位相の成分、ｓｉｎθは電力系統電圧から９０°位相が遅れた成分をそれぞれ示している。

電力系統電圧検出器６と座標変換器７との間に設けられた関数発生器１３は、インバータ３が急激な電圧を出力しないよう、乗算器１５にて検出器６の出力である電力系統電圧検出値にランプ関数を乗じることで、例えば図２に示すような、０から１００％までを一定のレートで上昇する電圧を得るために設けられる。
以上のような構成で、誘導発電機２を電力系統１に連系させる場合、遮断器４を「開」の状態で、図示されないエンジン等の外部手段によって、誘導発電機２の回転速度を電力系統１の周波数以下となるように制御する。

誘導発電機２の回転速度は、例えば図３（ａ）に示すように、定格速度を目標に制御されるが、エンジン等の外部手段は高速な制御ができないため、速度変動が生じる。ここで、定格速度以上になると誘導発電機２からインバータ３に有効電力が流入することで、インバータ３の直流電圧が上昇することになる。整流器１６は電力系統１へ有効電力を戻すことができないため、図３（ｂ）に示すように、誘導発電機２の回転速度を、変動分を含めて定格回転数以下にしておく。

次に、インバータ３を運転させ、上記のように電力系統電圧と誘導発電機電圧との差が零となるよう、誘導発電機２に対して電流を出力させる。そして、乗算器１５から電力系統電圧が１００％出力されると、誘導発電機電圧は電力系統電圧と同一となる。その後、遮断器４を「閉」にすることで、系統に連系できることになる。ここで、誘導発電機の回転速度が電力系統電圧周波数より低いため、整流器１６を介してインバータ３から誘導発電機２へ有効電力を供給することになる。この有効電力量は、誘導発電機の回転速度と電力系統電圧周波数との差に関係して決まるが、誘導発電機の回転数制御誤差は１％程度であるため、インバータ３の容量を著しく大きくする量とはならない。

以上のようにして、誘導発電機の電圧の大きさ、周波数とも電力系統電圧と同一となるように制御することが可能となり、その後、遮断器４を投入することで突入電流を抑制することが可能となる。なお、図１では整流器１６をダイオードまたはサイリスタ整流器とすることができるので、ＩＧＢＴ等を用いたインバータよりも安価に構成することができる。つまり、誘導発電機の回転速度の変動により、誘導発電機から電力系統へ電力回生がある場合を考慮して、本出願人は、図１の整流器の代わりにインバータを用いるものを先に出願した（特願２００６−２２４００４号：提案方式）が、この提案方式のものに比べてより低コストな起動方式を提供できることになる。

この発明の実施の形態を示すブロック図図１に示す乗算器出力の一例を示す波形図この発明の動作を説明する波形図従来例を示すブロック図

符号の説明

１…電力系統、２…誘導発電機、３…インバータ、４…遮断器、５，６…電圧検出器、７，８，１１…座標変換器、９，１０…電圧調節器、１２…電流調節器、１３…ランプ関数発生器、１４…発振器、１５…乗算器、１６…整流器。

Claims

電力系統に接続されている負荷に電力を供給する誘導発電機に対し、前記電力系統と前記誘導発電機との間の遮断器と並列に、電力系統側の交流電力を直流電力に変換する整流器と、その直流電力を誘導発電機側の交流電力に変換するインバータとを設け、誘導発電機を電力系統に連系する場合、誘導発電機を定格回転数以下で回転させた状態で、誘導発電機電圧を電力系統電圧と同一にするための電流量を電力系統電圧と誘導発電機電圧とに基づき演算し、演算された電流量を前記インバータから流した後に電力系統と連系することを特徴とする誘導発電機の起動方式。