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JP2019149861A - Engine power generator system, control method of the same and co-generation system - Google Patents

Engine power generator system, control method of the same and co-generation system Download PDF

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JP2019149861A JP2018031991A JP2018031991A JP2019149861A JP 2019149861 A JP2019149861 A JP 2019149861A JP 2018031991 A JP2018031991 A JP 2018031991A JP 2018031991 A JP2018031991 A JP 2018031991A JP 2019149861 A JP2019149861 A JP 2019149861A
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守 木村
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Abstract

To provide an engine power generator system which uses a variable speed engine power generator, in which a protection circuit of a power converter is miniaturized and miniaturization and low cost of the converter are realized, and to provide a control method of the system and a co-generation system.SOLUTION: An engine power generator system comprises: an engine; a power generator driven by the engine; and a converter which comprises a DC circuit and performs AC/AC conversion. In the engine power generator system, one end of the converter is connected to one of a rotor or a stator of the power generator, and the other end is connected to a power system to be operated. The engine power generator system comprises first means which connects a resistor to a DC circuit of the converter in parallel upon a power system accident; and second means for reducing the amount of fuel supplied to the engine upon the power system accident.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は可変速のエンジン発電機により電力を併給するエンジン発電機システムとその制御方法並びにコジェネレーションシステムに係り、特に、発電機の可変速化のため周波数変換用コンバータが必須なシステムにおいて、系統事故時に発生する過大な電流に対してコンバータを保護し、かつ、発電機を系統から解列することなく運転を継続することを実現するエンジン発電機システムとその制御方法並びにコジェネレーションシステムに関する。   The present invention relates to an engine generator system that supplies electric power simultaneously with a variable speed engine generator, a control method thereof, and a cogeneration system, and more particularly, in a system in which a converter for frequency conversion is essential for a variable speed generator. The present invention relates to an engine generator system, a control method therefor, and a cogeneration system that protect a converter against an excessive current generated at the time of an accident and that can continue operation without disconnecting the generator from the system.

本発明に係るエンジン発電機システムは、さらにその排熱を利用して熱も供給するコジェネレーションシステムとして利用可能である。このため、本発明の以下の説明においてはコジェネレーションシステムを例にとり説明する。   The engine generator system according to the present invention can be used as a cogeneration system that further supplies heat using the exhaust heat. For this reason, in the following description of the present invention, a cogeneration system will be described as an example.

エンジン発電機を用いたコジェネレーションシステムは、エンジンの排熱を有効に利用できるため総合エネルギー効率が良い。ただし、コジェネレーションシステムは一般にエンジンの電気変換効率が良い定格出力で運転するため、熱と電力の供給量は一定である。電力を需要にあわせて発電させると熱の供給力も変わるが、熱電比率は変えることはできず、どちらかに対して過不足が生じる。   A cogeneration system using an engine generator has good overall energy efficiency because it can effectively use the exhaust heat of the engine. However, since the cogeneration system is generally operated at a rated output with good electrical conversion efficiency of the engine, the supply amount of heat and electric power is constant. When power is generated according to demand, the heat supply capacity also changes, but the thermoelectric ratio cannot be changed, and there is excess or deficiency for either.

このため、特許文献1に示すように、エンジン発電機に交流励磁発電機を用いて可変速にする方法が提案されている。これは、同じ電気出力でも、エンジンのトルクと回転速度の比率を変えることで、エンジンの排熱量が変わることを利用している。   For this reason, as shown in Patent Document 1, a method has been proposed in which an AC excitation generator is used as the engine generator to achieve variable speed. This utilizes the fact that the amount of exhaust heat of the engine changes by changing the ratio of engine torque and rotational speed even with the same electrical output.

交流励磁発電機はコンバータを用いて交流を回転子に供給し、その交流周波数を変えることで、エンジンの回転速度を可変にしつつ、発電周波数を系統に合わせるよう一定に保っている。このような交流励磁発電機は、たとえば特許文献2に記載されている。   The AC excitation generator uses a converter to supply alternating current to the rotor, and by changing the alternating frequency, the rotational speed of the engine is made variable and the power generation frequency is kept constant to match the system. Such an AC excitation generator is described in Patent Document 2, for example.

特許文献2は、交流励磁発電機を用いた風力発電システムにおいて、電力系統で停電などの電圧低下が発生した際のコンバータ保護に関する技術に関する。従来の主要な電源は系統に直結した同期発電機であり原動機の速度は一定であった。同期発電機は系統事故など異常時に生じる瞬時の電圧低下により発生する過電流で故障しないように設計されている。   Patent Document 2 relates to a technique related to converter protection when a voltage drop such as a power failure occurs in a power system in a wind power generation system using an AC excitation generator. The conventional main power source is a synchronous generator directly connected to the system, and the speed of the prime mover is constant. Synchronous generators are designed so that they do not break down due to overcurrent generated by an instantaneous voltage drop that occurs during an abnormality such as a grid fault.

一方、原動機を可変速にするには、発電機に周波数変換用コンバータが必須である。ただし、コンバータは過電流に対して故障しやすいため、それに対する保護が不可欠になる。これは太陽光発電、風力発電、電池などコンバータを利用した非同期発電装置に共通の課題であり、初期の非同期発電装置は系統事故時には系統から解列して保護していた。   On the other hand, in order to change the prime mover to a variable speed, a frequency conversion converter is essential for the generator. However, since converters are prone to failure against overcurrent, protection against them is essential. This is a problem common to asynchronous generators using converters such as solar power generation, wind power generation, and batteries, and the early asynchronous generators were disconnected from the system and protected in the event of a system failure.

近年、太陽光発電や風力発電など再生可能エネルギーの急速な普及により、これら非同期発電装置の占める割合が増え、従来の主要な電源である同期発電機に比べて無視できなくなっている。系統事故時に非同期発電装置すべてが一斉に自己保護のために解列すると、連鎖解列により系統事故が拡大し、大規模停電につながる恐れがある。   In recent years, with the rapid spread of renewable energy such as solar power generation and wind power generation, the proportion of these asynchronous power generation devices has increased, and it cannot be ignored compared with conventional synchronous generators that are main power sources. If all asynchronous power generators are disconnected for self-protection at the same time in the event of a system failure, the system failure may increase due to chain disconnection, leading to a large-scale power outage.

そこで系統の安定化のため、コンバータを利用した非同期発電機装置には、系統連系要件としてFRT(Fault Ride Through)、あるいは、LVRT(Low Voltage Ride Through)という機能が必須になっている。具体的には、電圧の低下率とその持続時間を規定し、規定よりも軽微な系統事故の場合には、運転を継続するよう義務付けるものである。   Therefore, in order to stabilize the system, an asynchronous generator device using a converter must have a function called FRT (Fault Ride Through) or LVRT (Low Voltage Ride Through) as a grid connection requirement. Specifically, the rate of voltage decrease and its duration are specified, and in the event of a system fault that is less than the specified, it is obliged to continue operation.

特許第5868170号Patent No. 5868170 特開2010−213563号公報JP 2010-213563 A

コジェネレーションに用いられる従来のエンジン発電機は同期発電機を用いていたため、FRT規定は適用されていなかったが、可変速エンジンを用いる場合、コンバータが必須となり、このような非同期発電装置に対してはFRT機能が不可欠となる。特許文献1にはこの対策に対してなんら記載がない。   Since conventional engine generators used for cogeneration used synchronous generators, the FRT regulations were not applied, but when using a variable speed engine, a converter is indispensable. The FRT function is indispensable. Patent Document 1 has no description for this countermeasure.

特許文献2には、風力発電装置に関するFRT対応技術が示されている。これによれば、コンバータは系統側コンバータと回転子側コンバータの間に直流回路を持つ構成で、直流回路の電圧上昇を検知し、そこに並列に設けられた過電流消費装置により運転継続を実現する方法が示されている。   Patent Document 2 discloses an FRT-compatible technique related to a wind power generator. According to this, the converter has a DC circuit between the system side converter and the rotor side converter, detects the voltage rise of the DC circuit, and realizes continuation of operation by the overcurrent consumption device provided in parallel there How to do is shown.

この過電流消費装置とは、具体的には抵抗器であるため、消費エネルギーが大きくなるほど体格が大きい。つまり過電流消費装置は、出力の大きな発電機向けほど、また、電圧低下に耐える時間を長く要求されるほど、消費させるエネルギーが大きくなるので、体格が大きくなる。これはコンバータ全体の低コスト化や小型化を阻む原因になっている。また、将来、再生可能エネルギーが増える社会において、系統連系要件として電圧低下に耐える時間が長くなることはあっても短くなることはない。   Since this overcurrent consuming device is specifically a resistor, the larger the consumed energy, the larger the physique. In other words, the overcurrent consuming device has a larger physique because it consumes more energy as the generator has a higher output and the longer the time required to withstand the voltage drop is required. This is a cause of hindering cost reduction and downsizing of the entire converter. Moreover, in a society where renewable energy will increase in the future, the time required to withstand a voltage drop as a grid connection requirement may be longer, but not shortened.

また、系統事故には至らなくとも、再生可能エネルギーの変動出力により系統の電圧が不安定になる。このとき、電圧を維持する機能がコジェネレーションの発電システムとして必要である。従来は同期発電機の励磁電流制御で発電端電圧を制御することが可能であったが、このシステムにおいて、電圧を安定化する制御方法は示されていない。   Even if a system failure does not occur, the system voltage becomes unstable due to the fluctuating output of renewable energy. At this time, the function of maintaining the voltage is necessary as a power generation system for cogeneration. Conventionally, it has been possible to control the power generation end voltage by exciting current control of the synchronous generator, but in this system, a control method for stabilizing the voltage is not shown.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、可変速エンジン発電機を用いたエンジン発電機システムにおいて、電力コンバータの保護回路を小さくし、コンバータの小型・低コストを実現するエンジン発電機システムとその制御方法並びにコジェネレーションシステムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the power converter protection circuit in an engine generator system using a variable speed engine generator, thereby reducing the size and cost of the converter. Is to provide an engine generator system, a control method thereof, and a cogeneration system.

以上のことから本発明においては「エンジンと、エンジンにより駆動される発電機と、直流回路を有して交流―交流変換を行うコンバータとを備え、コンバータは、発電機の回転子または固定子のいずれかに一方端が接続され、他方端が電力系統に接続されて運用されるエンジン発電機システムであって、電力系統の事故時にコンバータの直流回路に抵抗を並列接続する第1の手段と、電力系統の事故時にエンジンに供給する燃料量を低減する第2の手段とを備えることを特徴とするエンジン発電機システム」としたものである。   In view of the above, in the present invention, “the engine, a generator driven by the engine, and a converter that has a DC circuit and performs AC-AC conversion, the converter is a rotor or stator of the generator. An engine generator system that is operated with one end connected to either side and the other end connected to the power system, and a first means for connecting a resistor in parallel to the DC circuit of the converter in the event of a power system fault; And an engine generator system comprising a second means for reducing the amount of fuel supplied to the engine in the event of a power system accident.

また本発明においては「エンジンからの排熱を回収する排熱回収装置を備えたコジェネレーションシステム」としたものである。   In the present invention, a “cogeneration system including an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat from the engine” is used.

また本発明においては「エンジンと、エンジンにより駆動される発電機と、直流回路を有して交流―交流変換を行うコンバータとを備え、コンバータは、発電機の回転子または固定子のいずれかに一方端が接続され、他方端が電力系統に接続されて運用されるエンジン発電機システムの制御方法であって、電力系統の事故時に直流回路に抵抗を並列接続するとともに、電力系統の事故時にエンジンに供給する燃料量を低減することを特徴とするエンジン発電機システムの制御方法」としたものである。   Further, in the present invention, “the engine, a generator driven by the engine, and a converter having a DC circuit and performing AC-AC conversion, the converter is either a rotor or a stator of the generator. A control method for an engine generator system in which one end is connected and the other end is connected to a power system, and a resistor is connected in parallel to a DC circuit in the event of a power system fault and the engine in the event of a power system fault The engine generator system control method is characterized in that the amount of fuel supplied to the engine is reduced.

本発明によれば、可変速エンジン機を用いたエンジン発電機システムにおいて、系統異常時に、交流励磁発電機の励磁用電力コンバータを過電流から保護するための短絡回路(過電流消費装置)を小さくすることができる。また、発電機端の電圧を制御することで、系統を安定化させることができる。   According to the present invention, in an engine generator system using a variable speed engine, a short circuit (overcurrent consuming device) for protecting an excitation power converter of an AC excitation generator from an overcurrent is reduced when a system abnormality occurs. can do. Moreover, a system | strain can be stabilized by controlling the voltage of a generator end.

本発明の実施例1に係るコジェネレーションシステムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the cogeneration system which concerns on Example 1 of this invention. 電力系統事故時の電圧低下の時間経過を示す図。The figure which shows the time passage of the voltage drop at the time of an electric power system failure. 系統事故時の余剰出力と余剰エネルギーの時間変化を示す図。The figure which shows the time change of the surplus output and surplus energy at the time of a system | strain accident. 系統事故時の抵抗器の温度の時間変化を示す図。The figure which shows the time change of the temperature of the resistor at the time of a system | strain accident. 通常のFRT動作中の各部の状態を示す図。The figure which shows the state of each part in normal FRT operation | movement. 本発明の制御フローを示す図。The figure which shows the control flow of this invention. 図6のフローにおける電力系統事故発生後の回転速度と燃料の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the rotational speed after the electric power system failure generation | occurrence | production in the flow of FIG. 6, and a fuel. 図6の制御フローによる各部の状態を示す図。The figure which shows the state of each part by the control flow of FIG. 本発明の実施例2に係るコジェネレーションシステムの構成例を示す図The figure which shows the structural example of the cogeneration system which concerns on Example 2 of this invention.

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、重複する説明は、適宜、省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, the same reference numerals are given to the same members in principle, and the repeated explanation is omitted as appropriate.

本発明の実施例1に係るコジェネレーションシステムの構成例について図1を用いて説明する。   A configuration example of the cogeneration system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

コジェネレーションシステム4は、エンジン1と、交流励磁発電機3、コンバータ2および排熱回収装置5を主たる要素として構成されている。また制御器として、統合制御装置6、エンジンコントロールユニット601(以下、ECUという)とコンバータ制御装置602を持つ。   The cogeneration system 4 includes an engine 1, an AC excitation generator 3, a converter 2, and an exhaust heat recovery device 5 as main elements. The controller includes an integrated control device 6, an engine control unit 601 (hereinafter referred to as ECU), and a converter control device 602.

統合制御装置6は、指令信号CMDとして、有効電力指令pと無効電力指令qと熱指令Qを与えられており、また電力系統の電力(有効電力指令pと無効電力指令q)を電力計21から得て、これらに沿って、エンジンの回転速度指令ωを決定してECU601に送り、電力指令(有効電力指令pと無効電力指令q)をコンバータ制御装置602に与える。 The integrated control device 6 is provided with an active power command p * , a reactive power command q *, and a thermal command Q * as the command signal CMD, and also supplies the power of the power system (the active power command p and the reactive power command q). Obtained from the wattmeter 21, along with these, an engine speed command ω * is determined and sent to the ECU 601, and power commands (active power command p * and reactive power command q * ) are given to the converter control device 602.

エンジン1は、燃料11と空気10の混合気の取込量をスロットルバルブ8で調整することで軸出力を制御する。ECU601は、速度計30からエンジンの回転速度ωのフィードバックを受け、統合制御装置6が与える回転速度目標値ωとすべく、スロットルバルブ8を制御する。 The engine 1 controls the shaft output by adjusting the intake amount of the mixture of the fuel 11 and the air 10 with the throttle valve 8. The ECU 601 receives feedback of the rotational speed ω of the engine from the speedometer 30 and controls the throttle valve 8 so as to obtain the rotational speed target value ω * given by the integrated control device 6.

エンジンの排気12は排熱回収装置5で熱交換され、水13を蒸気14に加熱して熱負荷(図示せず)に熱を供給する。   The engine exhaust 12 is heat-exchanged by the exhaust heat recovery device 5 to heat the water 13 to the steam 14 and supply heat to a heat load (not shown).

エンジン1の軸出力は交流励磁発電機3を通じて電力に変換される。通常、エンジン発電機は電力を制御すると、熱は独立に制御できないが、特許文献1にあるようにエンジンの回転速度を増やすことにより、供給熱量を増やすことができる。   The shaft output of the engine 1 is converted into electric power through the AC excitation generator 3. Normally, when an engine generator controls electric power, heat cannot be controlled independently. However, as disclosed in Patent Document 1, the amount of heat supplied can be increased by increasing the rotational speed of the engine.

交流励磁発電機3は、回転子301がエンジン1に駆動されることにより固定子302から電気を出力する。固定子302の電気出力端は開閉器50と遮断機52を介して、電力系統100に繋がれる。   The AC excitation generator 3 outputs electricity from the stator 302 when the rotor 301 is driven by the engine 1. The electrical output end of the stator 302 is connected to the power system 100 via the switch 50 and the circuit breaker 52.

コンバータ2は回転子側コンバータ201と系統側コンバータ202を直流回路203でつなぎ、直流回路203の部分の電圧変動を吸収するためのコンデンサ204と、さらに保護回路7がつながれている。係る構成のコンバータ2により、コンバータ2の全体として交流―交流変換を行う。このようにコンバータ2は、直流回路203を有して交流―交流変換を行う機能のコンバータである。   In the converter 2, the rotor-side converter 201 and the system-side converter 202 are connected by a DC circuit 203, and a capacitor 204 for absorbing voltage fluctuations in the DC circuit 203 and a protection circuit 7 are connected. The converter 2 having such a configuration performs AC-AC conversion as a whole of the converter 2. Thus, the converter 2 is a converter having a DC circuit 203 and a function of performing AC-AC conversion.

保護回路7は、抵抗器51とスイッチング素子71から構成される。回転子側コンバータ201は回転子301に交流を通電し励磁する。系統側コンバータはフィルタ回路53を介して系統に接続される。したがって、交流励磁発電機3の発生電力は、固定子302の出力と系統側コンバータ202に入出する電力との合計出力となる。   The protection circuit 7 includes a resistor 51 and a switching element 71. The rotor-side converter 201 energizes the rotor 301 by energizing AC. The system side converter is connected to the system via the filter circuit 53. Therefore, the generated power of the AC excitation generator 3 is the total output of the output of the stator 302 and the power that enters and exits the system side converter 202.

交流励磁発電機の可変速時の動作について説明する。回転子301の3相巻線に回転子側コンバータ201が交流を通電することで回転磁界が発生するが、回転子301自体も回転しているため、固定子302からみて、磁界の回転速度はその合計になる。   The operation at the variable speed of the AC excitation generator will be described. A rotating magnetic field is generated when the rotor-side converter 201 supplies alternating current to the three-phase winding of the rotor 301. However, since the rotor 301 itself is also rotating, the rotational speed of the magnetic field as seen from the stator 302 is That sums up.

軸の回転方向と回転子301が生成する回転磁界の方向が一致すると仮定すると、回転子301の交流周波数をfrotor、回転子の速度N(r/min)、極対数をP/2として、固定子302の受ける交流磁界の周波数fstatorは以下の(1)式であらわすことができる。
[数1]
stator=N/60*(P/2)+frotor:・・・・・(1)
仮に交流周波数frotorをゼロ、すなわち直流を供給すると、同期発電機と同じ動作になる。回転子側コンバータ201は任意の電圧、位相、交流周波数frotorの交流を与えることができる。これにより、エンジン1の回転速度Nが変わっても、外部電力系統100の交流と同じ周波数で、かつ、同期した発電が可能である。
Assuming that the rotation direction of the shaft and the direction of the rotating magnetic field generated by the rotor 301 coincide, the AC frequency of the rotor 301 is f rotor , the rotor speed N (r / min), and the number of pole pairs is P / 2. frequency f stator of the alternating magnetic field experienced by the stator 302 can be expressed by the following equation (1).
[Equation 1]
f stator = N / 60 * (P / 2) + f rotor : (1)
If the AC frequency front is zero, that is, if direct current is supplied, the operation is the same as that of the synchronous generator. The rotor-side converter 201 can give an alternating current having an arbitrary voltage, phase, and alternating current frequency f rotor . Thereby, even if the rotational speed N of the engine 1 changes, the same frequency as the alternating current of the external electric power system 100 and synchronous power generation are possible.

このような交流励磁発電機3は、回転子301への通電位相を変えることにより、トルク、すなわち交流励磁発電機3の有効電力pを制御することができる。また、回転子301の電流値を変えることで励磁磁束を変え、固定子302の電圧を変える、すなわち、無効電力qを制御することもできる。上記の回転子側コンバータ201は、交流側を任意の周波数と電圧に制御するが、その場合の直流回路部203の電圧は一定であることを前提にしている。   Such an AC excitation generator 3 can control the torque, that is, the effective power p of the AC excitation generator 3 by changing the energization phase to the rotor 301. Further, the exciting magnetic flux can be changed by changing the current value of the rotor 301, and the voltage of the stator 302 can be changed, that is, the reactive power q can be controlled. The rotor-side converter 201 controls the AC side to an arbitrary frequency and voltage, and the voltage of the DC circuit unit 203 in that case is assumed to be constant.

一方、系統側コンバータ202は、直流回路部203の電圧Vdcが一定になるようにスイッチングで系統側と電力を入出するよう制御する。このとき、系統側コンバータ202は単独で系統側の電圧を変える、すなわち無効電力qを制御することもできる。   On the other hand, the system side converter 202 performs control so that power is input to and output from the system side by switching so that the voltage Vdc of the DC circuit unit 203 is constant. At this time, the system side converter 202 can change the system side voltage independently, that is, can control the reactive power q.

このように、回転子側コンバータで発電機の無効電力qを、系統側コンバータでも無効電力qを調整できるため、この交流励磁発電機3を使ったシステムでは、従来よりも大きな無効電力qを供給することができる。   In this way, the reactive power q of the generator can be adjusted by the rotor side converter and the reactive power q can be adjusted by the system side converter. Therefore, the system using this AC excitation generator 3 supplies a larger reactive power q than before. can do.

コンバータ制御装置602は、与えられた電力指令(有効電力指令pと無効電力指令q)を達成すべく、回転子側コンバータ201と系統側コンバータ202を適宜制御している。この場合の制御対象となるのが、上記した回転子301への通電位相であり、回転子301の電流値であり、系統側コンバータ202における系統側の電圧などである。 Converter control device 602 appropriately controls rotor side converter 201 and system side converter 202 in order to achieve the given power command (active power command p * and reactive power command q * ). The control target in this case is the above-described energization phase to the rotor 301, the current value of the rotor 301, and the system side voltage in the system side converter 202.

次に図1の構成における系統事故時のFRT動作を説明する。   Next, the FRT operation at the time of a system fault in the configuration of FIG. 1 will be described.

コンバータ2を構成する回転子側コンバータ201と系統側コンバータ202は、一般にIGBTなどの半導体デバイスで構成されているが、その通電可能量と耐電圧に上限があるため、通常運転では定められた制限以下で運転している。これは、半導体デバイスが耐電圧を超えて絶縁破壊したり、過電流による温度上昇での破損を防ぐためである。コンバータの過電流・過電圧に対する耐性は、従来の系統電源の主役である発電機などに比べて非常に低い。そのため系統短絡などの異常時には、コンバータの保護が必須である。   The rotor-side converter 201 and the system-side converter 202 that constitute the converter 2 are generally configured by semiconductor devices such as IGBTs. However, since there are upper limits on the energizable amount and the withstand voltage, there are limits set in normal operation. I'm driving below. This is in order to prevent the semiconductor device from breaking down beyond its withstand voltage and from being damaged due to temperature rise due to overcurrent. The tolerance of the converter against overcurrent and overvoltage is very low compared to the generator that is the main role of the conventional system power supply. Therefore, it is essential to protect the converter in case of an abnormality such as a system short circuit.

このため、コンバータ2を利用する交流励磁発電機3は、系統事故時には解列しやすいように設計されている場合が多い。しかし、今後、太陽光発電、風力発電、蓄電池を始め、コンバータを利用する電源が増えていくと、事故時にそれらがすべて解列した場合に、連鎖的に停電が広がる可能性がある。これを避けるため、系統運用者は瞬時電圧低下に対しては、各発電機に対して運転継続(Fault Ride Through:FRT)規定を設けるようになっている。   For this reason, the AC excitation generator 3 using the converter 2 is often designed to be easily disconnected in the event of a system failure. However, if power sources that use converters, such as solar power generation, wind power generation, and storage batteries, increase in the future, if all of them are disconnected at the time of an accident, there is a possibility that power outages will spread in a chain. In order to avoid this, the system operator provides a continuation of operation (FRT) regulation for each generator against an instantaneous voltage drop.

図2は、電力系統事故時の電圧低下(縦軸)の時間経過(横軸)を示している。この例では、時刻t0における電力系統事故発生により電圧81が低下し、時刻t10において事故除去され、その後時刻t20において元の電圧に回復した例を示している。図1に示すコンバータ2を利用する交流励磁発電機3は、電圧回復までの期間、コンバータ2を運転継続することが期待されている。   FIG. 2 shows the time lapse (horizontal axis) of voltage drop (vertical axis) at the time of a power system failure. In this example, the voltage 81 is reduced due to the occurrence of a power system failure at time t0, the accident is removed at time t10, and then restored to the original voltage at time t20. The AC excitation generator 3 that uses the converter 2 shown in FIG. 1 is expected to continue the operation of the converter 2 until the voltage is restored.

図2には、運転継続のためのFRT規定が点線80で示されている。点線80のFRT規定では、系統事故後の最低電圧83とその持続時間82、事故収束後の電圧低下の許容範囲84、系統事故の収束時間などが定められている。実際の系統事故時の電圧が、たとえば電圧波形81であれば、点線80で示すFRT規定よりも軽微な系統事故とみなし、この範囲に収まる電圧低下に対しては運転を継続できなければならない。   In FIG. 2, the FRT rule for continuing operation is indicated by a dotted line 80. In the FRT rule of the dotted line 80, the minimum voltage 83 after the system fault and its duration 82, the allowable range 84 of the voltage drop after the fault convergence, the convergence time of the system fault, etc. are defined. If the voltage at the time of an actual system fault is, for example, the voltage waveform 81, it is regarded as a system fault that is lighter than the FRT rule indicated by the dotted line 80, and the operation must be continued for a voltage drop that falls within this range.

系統事故時には事故点の電圧が下がるが、固定子302の電圧は高いので電力系統に過電流が流れる。また、コンバータ2にも回転子301から過電流が流れようとする。どちらもエンジン1の軸から受取るエネルギーは電力に変換されようとするため、電圧が下がる分、電流が増えなければならないが、コンバータ2は過電流を流せない。   At the time of a grid fault, the voltage at the fault point decreases, but since the stator 302 voltage is high, an overcurrent flows through the power grid. Further, an overcurrent tends to flow from the rotor 301 to the converter 2. In both cases, the energy received from the shaft of the engine 1 tends to be converted into electric power. Therefore, the current must increase as the voltage decreases, but the converter 2 cannot pass overcurrent.

係る状態において電力系統の事故除去のために図示せぬ保護継電装置が遮断器52を開放すると、電気系の回路が遮断されたことにより、エネルギーは行き場を失い、回転子301の回転速度ωが上昇し運動エネルギーに変換される、あるいは、直流回路部203のコンデンサ204にエネルギーが蓄積され、コンデンサ容量を超えると破裂することになる。回転機にも過回転による損傷の懸念もある。またコンバータ2を構成する半導体素子の破壊が懸念される。   In such a state, when a protective relay device (not shown) opens the circuit breaker 52 in order to eliminate the power system accident, the electric circuit is cut off, so that the energy is lost and the rotation speed ω of the rotor 301 is reduced. Rises and is converted into kinetic energy, or energy is accumulated in the capacitor 204 of the DC circuit unit 203, and if the capacitor capacity is exceeded, it will burst. There is also concern about damage caused by over-rotation in rotating machines. Moreover, there is a concern about the destruction of the semiconductor elements constituting the converter 2.

通常運転では、系統側コンバータ202はVdcを一定に保つように系統側の交流電流を制御している。しかし、コンバータには電流容量の上限があるため、電圧が下がると電力を系統に逃がすことができず、直流回路203の電圧が上昇する。これを避けるため、保護回路7を直流回路部に並列に設置している。この保護回路7は直流回路の電圧を電圧計20Aで検出し、この電圧が所定の電圧を超える場合に、エネルギーを消費させる。保護回路7は抵抗器とスイッチング素子71からなり、通常はスイッチング素子71をOFF、過電圧の場合にはスイッチをONし、抵抗器51でエネルギーを消費する。   In normal operation, the system side converter 202 controls the AC current on the system side so as to keep Vdc constant. However, since the converter has an upper limit of current capacity, when the voltage decreases, power cannot be released to the system, and the voltage of the DC circuit 203 increases. In order to avoid this, the protection circuit 7 is installed in parallel with the DC circuit section. The protection circuit 7 detects the voltage of the DC circuit with the voltmeter 20A, and consumes energy when the voltage exceeds a predetermined voltage. The protection circuit 7 is composed of a resistor and a switching element 71. Normally, the switching element 71 is turned off. When an overvoltage is applied, the switch is turned on, and the resistor 51 consumes energy.

しかし、抵抗器51はエネルギーを消費する分、温度が上昇する。抵抗器にも耐熱の限界がある。FRTのように長くとも数秒の短時間の温度上昇は、機器の熱容量で吸収するしかないため、抵抗器を大きくすることになる。これはコストもかさみ、機器の小型化もできない問題があった。今後、系統に連系するコンバータ付き電源が増えると、ますますFRTの要件は厳しくなると考えられ、運転継続可能な電圧低下の時間が長くなるに従い抵抗器が大きくなる。   However, as the resistor 51 consumes energy, the temperature rises. Resistors also have heat resistance limitations. A short-time temperature rise of a few seconds at most, such as FRT, can only be absorbed by the heat capacity of the device, and therefore the resistor is enlarged. This has a problem that the cost is high and the device cannot be downsized. In the future, as the number of power supplies with converters connected to the system increases, the requirements for FRT will become stricter, and the resistor becomes larger as the voltage drop time that can continue operation becomes longer.

そこで、本発明では、この保護回路7の抵抗器を小さくするため、FRT動作中に、エンジンの軸から発電機3へのエネルギー入力を減らすよう、エンジンの燃料制御も合わせることで、保護回路7でのエネルギー消費を少なくするものである。具体的な動作例を以下に説明する。   Therefore, in the present invention, in order to reduce the resistor of the protection circuit 7, the fuel control of the engine is also adjusted so as to reduce the energy input from the engine shaft to the generator 3 during the FRT operation. Energy consumption is reduced. A specific operation example will be described below.

図3は系統事故時の余剰出力と余剰エネルギーの時間変化を示している。余剰出力86は、図2の発電端電圧をほぼ上下反転した形になる。正常時には、軸からの機械入力は発電機の電流と電圧の積として出力され定常状態になっているが、発電機の電圧が下がると、電流はインダクタンスなどで急には増えないため、電力を出力できない。これを余剰電力と呼ぶことにする。余剰出力86を時間で累計したものが余剰エネルギー87となる。   FIG. 3 shows temporal changes in surplus output and surplus energy at the time of a system fault. The surplus output 86 has a shape obtained by inverting the power generation end voltage of FIG. Under normal conditions, the mechanical input from the shaft is output as the product of the generator current and voltage and is in a steady state, but when the generator voltage drops, the current does not increase suddenly due to inductance, etc. Cannot output. This is called surplus power. The surplus energy 86 is obtained by accumulating the surplus output 86 over time.

この余剰エネルギー87はそのまま抵抗器51の熱に変換され、その平均温度は、短時間の断熱近似で考えると余剰エネルギーカーブと等しく、抵抗器の温度は、図4に示す温度上昇カーブ90Aとなる。図4は、系統事故時の抵抗器の温度の時間変化を示している。この抵抗器を2並列、3並列にしたのが温度上昇カーブ90Bと90Cであり、並列数を増やすほど温度が低くなる。ただし、これは保護回路が大きくなり、変換器自体の小型化の妨げになる。   This surplus energy 87 is converted as it is into the heat of the resistor 51, and its average temperature is equal to the surplus energy curve when considered by a short time adiabatic approximation, and the temperature of the resistor becomes a temperature rise curve 90A shown in FIG. . FIG. 4 shows the time change of the temperature of the resistor at the time of a system fault. The temperature rise curves 90B and 90C are two parallel and three parallel resistors, and the temperature decreases as the number of parallel increases. However, this increases the protection circuit and hinders downsizing of the converter itself.

図5には通常のFRT動作中の各部の状態をしめす。具体的には、抵抗器の温度上昇カーブ90A、直流電圧95A、回転速度93A、混合器流92A、系統事故時の発電端電圧81についての時間変化を示している。   FIG. 5 shows the state of each part during normal FRT operation. Specifically, a time change of the temperature rise curve 90A of the resistor, the DC voltage 95A, the rotation speed 93A, the mixer flow 92A, and the power generation end voltage 81 at the time of a system fault is shown.

この事例では、系統事故時にエンジン1のスロットルバルブ8で出力を調整しておらず、エンジンに入力される混合気量92Aは一定である場合を想定している。このケースでは、系統事故により交流端電圧波形が81のように低下したとき、直流回路部203の電圧Vdcは95Aに示すように上がり、たとえば105%の閾値まで上がると一定になるように保護回路7がスイッチング素子71を動作させる。その間、抵抗器51でエネルギーが消費され温度は90Aのように上昇する。余剰のエネルギーはすべて保護回路7で消費されているので、回転速度は93Aに示すように一定に保つことができる。系統事故が収まると余剰エネルギーがなくなるので、直流電圧Vdcが下がり、定常運転に戻る。   In this case, it is assumed that the output is not adjusted by the throttle valve 8 of the engine 1 at the time of a system failure, and the air-fuel mixture amount 92A input to the engine is constant. In this case, when the AC terminal voltage waveform drops as shown by 81 due to a system fault, the voltage Vdc of the DC circuit unit 203 rises as shown at 95A, for example, a protection circuit so as to be constant when it rises to a threshold of 105%. 7 operates the switching element 71. Meanwhile, energy is consumed by the resistor 51 and the temperature rises to 90A. Since all excess energy is consumed by the protection circuit 7, the rotation speed can be kept constant as shown by 93A. When the system fault is settled, the surplus energy disappears, so the DC voltage Vdc decreases and the operation returns to the steady operation.

これに対し、本発明の制御フローを図6に示す。図6の最初の処理ステップS1では系統事故時に直流電圧Vdcが上昇し、閾値である例えば105%を越えることを確認し、閾値を超えたときに処理ステップS2において保護回路7に通電を始める。なお保護回路7の通電とは、図1のスイッチング素子71により抵抗51が直流回路203に接続されることであり、抵抗での電力消費による発熱を生じる。処理ステップS3では保護回路7の温度を監視しており、温度が閾値T7である60℃を超えたら、処理ステップS4においていったんスロットルバルブ8を閉じて混合気の燃料をほぼゼロにする。燃料カットにより、エンジン軸から発電機3への入力が無くなることから直流電圧は下がるので、処理ステップS5において保護回路7への通電は止まり、同時に回転速度も下がりはじめる。なお保護回路7の通電停止とは、図1のスイッチング素子71により抵抗51を直流回路203から解列することである。   On the other hand, the control flow of the present invention is shown in FIG. In the first processing step S1 of FIG. 6, it is confirmed that the DC voltage Vdc rises at the time of a system fault and exceeds a threshold value of, for example, 105%. When the threshold value is exceeded, energization of the protection circuit 7 is started in processing step S2. The energization of the protection circuit 7 means that the resistor 51 is connected to the DC circuit 203 by the switching element 71 in FIG. 1, and heat is generated due to power consumption at the resistor. In the process step S3, the temperature of the protection circuit 7 is monitored. When the temperature exceeds the threshold value T7 of 60 ° C., the throttle valve 8 is once closed in the process step S4 to make the fuel of the air-fuel mixture almost zero. Since the fuel cut causes no input to the generator 3 from the engine shaft, the DC voltage is lowered, so that the energization to the protection circuit 7 is stopped in the processing step S5, and at the same time, the rotational speed starts to decrease. Note that the energization stop of the protection circuit 7 means that the resistor 51 is disconnected from the DC circuit 203 by the switching element 71 of FIG.

処理ステップS6では継続して回転速度を観測しておき、処理ステップS7、S8の判断では回転速度の大きさに応じた制御を実行する。   In processing step S6, the rotational speed is continuously observed, and in the determination of processing steps S7 and S8, control according to the magnitude of the rotational speed is executed.

まず処理ステップS7では、回転速度が100%まで下がってこないことをもって処理ステップS12に移り、以降処理ステップS4、S5の燃料カット、保護回路7の停止処理を繰り返し実行させる。このように、回転速度が100%を超えた場合には、保護回路7を動作させ、且つ燃料をカットし、回転速度を制御する。   First, in process step S7, when the rotational speed has not decreased to 100%, the process proceeds to process step S12, and thereafter, the fuel cut in process steps S4 and S5 and the stop process of the protection circuit 7 are repeatedly executed. Thus, when the rotational speed exceeds 100%, the protection circuit 7 is operated, the fuel is cut, and the rotational speed is controlled.

処理ステップS7で回転速度が100%以下になったことが確認できた場合には、さらに処理ステップS8において回転速度が95%以上か、否かを確認する。回転速度が95〜100%の範囲ならば、処理ステップS9において燃料を50%とし、回転速度が95%以下ならば処理ステップS10において燃料100%を指令する。   If it can be confirmed in processing step S7 that the rotational speed is 100% or less, it is further confirmed in processing step S8 whether the rotational speed is 95% or more. If the rotation speed is in the range of 95 to 100%, the fuel is set to 50% in processing step S9, and if the rotation speed is 95% or less, 100% fuel is commanded in processing step S10.

また処理ステップS11において、保護回路7への通電が終わってからの時間ΔTを計測しておき、たとえば2秒間保護回路7が働かなければ、系統事故が終了したとみて、FRTモードを終了する。その後は通常通り、エンジンの出力をドループ制御により回転速度一定に制御する。   In processing step S11, the time ΔT after the energization of the protection circuit 7 is measured, and if the protection circuit 7 does not work for 2 seconds, for example, it is assumed that the system fault has ended and the FRT mode is ended. Thereafter, as usual, the engine output is controlled at a constant rotational speed by droop control.

図7は、図6のフローにおける電力系統事故発生後の回転速度と燃料の関係を示したものであり、例えば回転速度が100%以上の第1ステージst1では燃料0%、回転速度が100%から95%の範囲の第2ステージst2では燃料50%、回転速度が95%以下の第3ステージst3では燃料100%とする、つまり回転速度が低いほど燃料量を増やす関係としている。また制御後の回転速度の低下はケースにより遅延が生じるが、保護回路7への通電が終わってからの時間ΔTが経過後は、ECU601により定まる制御に移行する。   FIG. 7 shows the relationship between the rotational speed and the fuel after the occurrence of a power system accident in the flow of FIG. 6, for example, in the first stage st1 where the rotational speed is 100% or more, the fuel is 0% and the rotational speed is 100%. To 95% of the second stage st2, the fuel is 50%, and the third stage st3 of which the rotation speed is 95% or less is 100% fuel. That is, the lower the rotation speed, the more the fuel amount is increased. In addition, although the reduction in the rotational speed after the control is delayed depending on the case, the control shifts to the control determined by the ECU 601 after the time ΔT has elapsed since the energization of the protection circuit 7 has ended.

なお図7のフローは、要するに交流系統の事故時に直流回路203に抵抗を接続して熱消費を行わせることでコンバータ2を運転継続させるとともに、燃料をカットしあるいは低減することにより交流励磁発電機3の機械入力と電気出力の差分を抑制したものである。   Note that the flow of FIG. 7 is basically an AC excitation generator by connecting a resistor to the DC circuit 203 to cause heat consumption in the event of an AC system failure to continue operation of the converter 2 and by cutting or reducing fuel. The difference between the machine input 3 and the electrical output 3 is suppressed.

図6では直流回路203に抵抗を接続する条件として、直流回路203の直流電圧Vdcの上昇を例示しているが、これは電力系統の事故発生に応じて生じる事象の中から適宜選択することが可能である。例えば、直接的には電力系統の電圧低下、事故検出する保護継電器の出力などである。また燃料の供給を停止あるいは低減する条件として、保護回路7の温度が閾値T7である60℃を超えたことを利用しているが、これ以外にも直流回路203の直流電圧上昇、保護回路7作動に伴う温度上昇、直流回路203の直流電流上昇などの事象が利用可能である。なお図6の実施例において温度を採用したのは、温度がエンジン発電機システムの内部で検知可能な情報であり、外部から取り込むためのインタロックが不要であることによる。   In FIG. 6, as an example of a condition for connecting a resistor to the DC circuit 203, an increase in the DC voltage Vdc of the DC circuit 203 is illustrated, but this can be selected as appropriate from events that occur in response to the occurrence of an accident in the power system. Is possible. For example, it is directly the voltage drop of the power system, the output of a protective relay that detects an accident, and the like. Further, as a condition for stopping or reducing the supply of fuel, the fact that the temperature of the protection circuit 7 exceeds the threshold value T7 of 60 ° C. is used. Events such as temperature rise due to operation and DC current rise in the DC circuit 203 can be used. The reason why the temperature is adopted in the embodiment of FIG. 6 is that the temperature is information that can be detected inside the engine generator system, and an interlock for taking in from the outside is unnecessary.

以上要するに直流回路203に抵抗を接続する条件、あるいは燃料の供給を低減する条件は、電力系統の事故発生により電力系統の電圧低下したことに伴って付随的に発生する事象の中から適宜に選択すればよい。本発明では、事故発生時に直流回路203に抵抗を接続することによるエネルギー消費と、エンジン及び発電機における機械入力と電気出力の差分を減少すべく機械入力を抑制することを共に実行することで、事故後の安定的な運転継続を可能にしている。   In short, the conditions for connecting a resistor to the DC circuit 203 or the conditions for reducing the supply of fuel are appropriately selected from incidental events that occur when the power system voltage drops due to the occurrence of a power system accident. do it. In the present invention, by performing both energy consumption by connecting a resistor to the DC circuit 203 in the event of an accident and suppressing machine input to reduce the difference between machine input and electrical output in the engine and generator, It enables stable operation after an accident.

図8には図6の制御フローによる各部の状態をしめしている。ここでは直流電圧95B、回転速度93B、保護回路温度90D、燃料流量92B、系統事故時の発電端電圧81を例示して時間変化を示している。   FIG. 8 shows the state of each part according to the control flow of FIG. Here, the DC voltage 95B, the rotation speed 93B, the protection circuit temperature 90D, the fuel flow rate 92B, and the power generation end voltage 81 at the time of a system fault are illustrated as a time change.

まず、時刻t0で系統の電圧81が下がると、直流電圧Vdcである95Bが上昇し、保護回路7の通電が始まるため、保護回路7の温度が90Dのように上がる。保護回路7の温度が時刻t1で閾値60℃に達すると、図6の処理ステップS3の処理により燃料流量92Bをゼロにする。この結果、発電機への軸入力がなくなるので、直流電圧95Bと回転速度93Bが下がる。   First, when the system voltage 81 decreases at time t0, the DC voltage Vdc 95B increases and the energization of the protection circuit 7 starts, so that the temperature of the protection circuit 7 increases as 90D. When the temperature of the protection circuit 7 reaches the threshold value 60 ° C. at time t1, the fuel flow rate 92B is set to zero by the process of process step S3 of FIG. As a result, there is no shaft input to the generator, so the DC voltage 95B and the rotation speed 93B are reduced.

図6の処理ステップS8での判断処理により、回転速度が95%以上100%以下の時には、処理ステップS9が作用して時刻t2において燃料を50%とする。それにより、軸入力が電気出力を上回るため、回転速度が上昇する。   When the rotational speed is not less than 95% and not more than 100% according to the determination process in the process step S8 of FIG. 6, the process step S9 acts to set the fuel to 50% at the time t2. Thereby, since the shaft input exceeds the electrical output, the rotation speed increases.

図6の処理ステップS7での判断処理により、時刻t3で回転速度が100%を超えると保護回路7に通電(処理ステップS12)し始め、同時に燃料を絞る(処理ステップS4)。これにより、回転速度が下がる。この動作を繰り返す。   When the rotational speed exceeds 100% at the time t3 by the determination process in the process step S7 of FIG. 6, the protection circuit 7 starts to be energized (process step S12) and simultaneously the fuel is throttled (process step S4). Thereby, a rotational speed falls. This operation is repeated.

時刻t3以降、系統電圧81が回復すると系統に出力できるエネルギーがふえるので、エンジンの出力は元に戻す必要がある。これは、保護回路7の最後の通電が終了してからの時間を図6の処理ステップS11において計測しておき、たとえば2秒経過しても保護回路が動作しなければ、系統事故は収束したとみなし、FRTモードを終了する。これによりエンジンは通常の回転速度一定制御となるよう、周波数に対してドループ制御を行う。   After time t3, when the system voltage 81 recovers, the energy that can be output to the system is increased, so the engine output must be restored. This is because the time after the last energization of the protection circuit 7 is completed is measured in the processing step S11 in FIG. 6, and for example, if the protection circuit does not operate even after 2 seconds, the system fault has converged. The FRT mode is terminated. As a result, the engine performs a droop control on the frequency so as to achieve a normal constant rotation speed control.

なお、上記例では保護回路7の温度を判断してスロットルバルブを制御しているが、回路7の電流値の時間積分により温度を推測することも容易であり、これを計測することでも同様の効果を得ることができる。   In the above example, the temperature of the protection circuit 7 is determined to control the throttle valve. However, it is also easy to estimate the temperature by time integration of the current value of the circuit 7, and the same can be obtained by measuring this. An effect can be obtained.

図9に本発明の実施例2に係るコジェネレーションシステムの構成例を示す。図1との違いは、エンジンにつながれた発電機3Bが交流励磁発電機ではなく、磁石界磁発電機であることである。この場合、コンバータ2の変換器容量は、エンジンの最大出力と同じ容量である必要があり、また、発電機の出力すべてがコンバータ2を通すため、コンバータのロスが大きくなる欠点がある。しかし、この場合にも、コンバータ2を保護する回路は同じく過電流保護回路7が設置される。動作については、実施例1で示したものと同様である。   FIG. 9 shows a configuration example of a cogeneration system according to the second embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that the generator 3B connected to the engine is not an AC excitation generator but a magnet field generator. In this case, the converter capacity of the converter 2 needs to be the same capacity as the maximum output of the engine, and since all the output of the generator passes through the converter 2, there is a disadvantage that the loss of the converter becomes large. However, in this case as well, the overcurrent protection circuit 7 is similarly installed as a circuit for protecting the converter 2. The operation is the same as that shown in the first embodiment.

なお実施例1、実施例2の発電機3は回転子301がエンジンにより駆動される発電機3であって、回転子301または固定子302のいずれかが、直流回路203を有して交流―交流変換を行う機能のコンバータ2を介して電力系統100に接続されているものである。なおコンバータ2は、2組のコンバータ201,202の間に直流回路203を備えたコンバータである。   The generator 3 of the first and second embodiments is a generator 3 in which a rotor 301 is driven by an engine, and either the rotor 301 or the stator 302 has a DC circuit 203 and is AC- It is connected to the electric power system 100 via the converter 2 having a function of performing AC conversion. Converter 2 is a converter provided with DC circuit 203 between two sets of converters 201 and 202.

1:エンジン
2:コンバータ
3:交流励磁発電機
3B:磁石界磁発電機
4:コジェネレーションシステム
5:排熱回収装置
6:統合制御装置
7:保護回路
8:スロットルバルブ
9:開閉器:
10:空気
11:燃料
12:排気
13:水
14:蒸気
20A:電圧計
20B:電圧計
21:電力計
30:回転速度計
40:統合制御装置
50:開閉器
51:抵抗器
52:遮断器
53:フィルタ回路
71:スイッチング素子
80:FRT規定
81:系統事故時発電端電圧の例
82:FRT規定最低電圧の持続時間
83:FRT規定最低電圧
84:FRT規定電圧収束時の許容範囲
85:FRT規定系統事故収束時間
86:余剰出力
87:余剰エネルギー累計
90A:抵抗器の温度上昇カーブ、並列回路数1
90B:抵抗器の温度上昇カーブ、並列回路数2
90C:抵抗器の温度上昇カーブ、並列回路数1
90D:本発明による抵抗器の温度上昇カーブ
92A:従来のエンジン発電機のFRT時の燃料流量
92B:本発明によるエンジンのFRT時の燃料流量
93A:従来のFRT時のエンジンの回転速度
93B:本発明のFRT時のエンジンの回転速度
95A:従来のFRT時のVdc電圧曲線
95B:本発明のFRT時のVdc電圧曲線
100:電力系統
201:回転子側コンバータ
202:系統側コンバータ
203:直流回路
204:直流コンデンサ
301:交流励磁発電機回転子
302:交流励磁発電機固定子
601:エンジンコントロールユニット(ECU)
602:コンバータ制御装置
1: Engine 2: Converter 3: AC excitation generator 3B: Magnet field generator 4: Cogeneration system 5: Waste heat recovery device 6: Integrated control device 7: Protection circuit 8: Throttle valve 9: Switch:
10: Air 11: Fuel 12: Exhaust 13: Water 14: Steam 20A: Voltmeter 20B: Voltmeter 21: Power meter 30: Tachometer 40: Integrated controller 50: Switch 51: Resistor 52: Circuit breaker 53 : Filter circuit 71: Switching element 80: FRT regulation 81: Example of power generation end voltage at the time of system fault 82: FRT regulation minimum voltage duration 83: FRT regulation minimum voltage 84: FRT regulation voltage convergence tolerance 85: FRT regulation System failure convergence time 86: surplus output 87: accumulated surplus energy 90A: temperature rise curve of resistor, number of parallel circuits 1
90B: Resistor temperature rise curve, number of parallel circuits 2
90C: Resistor temperature rise curve, 1 parallel circuit
90D: Temperature rise curve 92A of the resistor according to the present invention 92A: Fuel flow rate 92B during FRT of the conventional engine generator: Fuel flow rate 93A during FRT of the engine according to the present invention: Engine rotational speed 93B during conventional FRT Engine rotation speed 95A during FRT of the present invention: Vdc voltage curve 95B during conventional FRT: Vdc voltage curve 100 during FRT of the present invention 100: Power system 201: Rotor side converter 202: System side converter 203: DC circuit 204 : DC capacitor 301: AC excitation generator rotor 302: AC excitation generator stator 601: Engine control unit (ECU)
602: Converter control device

Claims (14)

エンジンと、エンジンにより駆動される発電機と、直流回路を有して交流―交流変換を行うコンバータとを備え、前記コンバータは、前記発電機の回転子または固定子のいずれかに一方端が接続され、他方端が電力系統に接続されて運用されるエンジン発電機システムであって、
電力系統の事故時に前記コンバータの前記直流回路に抵抗を並列接続する第1の手段と、電力系統の事故時に前記エンジンに供給する燃料量を低減する第2の手段とを備えることを特徴とするエンジン発電機システム。
An engine, a generator driven by the engine, and a converter that has a DC circuit and performs AC-AC conversion, and one end of the converter is connected to either the rotor or the stator of the generator An engine generator system operated with the other end connected to the power system,
A first means for connecting a resistor in parallel to the DC circuit of the converter in the event of a power system fault, and a second means for reducing the amount of fuel supplied to the engine in the event of a power system fault. Engine generator system.
請求項1に記載のエンジン発電機システムであって、
電力系統の事故時に前記直流回路に抵抗を並列接続する条件、あるいは/または電力系統の事故時に前記エンジンに供給する燃料量を低減する条件は、電力系統の事故発生により電力系統の電圧低下したことに伴って付随的に発生する事象の中から選択されることを特徴とするエンジン発電機システム。
The engine generator system according to claim 1,
The condition for connecting a resistor in parallel to the DC circuit in the event of a power system failure and / or the condition for reducing the amount of fuel supplied to the engine in the event of a power system failure is that the voltage of the power system has dropped due to the occurrence of a power system accident. An engine generator system characterized by being selected from incidental incidental events.
請求項1、または請求項2に記載のエンジン発電機システムであって、
電力系統の事故時に前記直流回路に抵抗を並列接続する条件は、前記直流回路の直流電圧の上昇、電力系統の電圧低下、事故検出する保護継電器の出力であることを特徴とするエンジン発電機システム。
The engine generator system according to claim 1 or claim 2,
An engine generator system characterized in that the conditions for connecting a resistor in parallel to the DC circuit in the event of a power system fault are an increase in DC voltage of the DC circuit, a voltage drop in the power system, and an output of a protective relay that detects an accident. .
請求項1、または請求項2に記載のエンジン発電機システムであって、
電力系統の事故時に前記エンジンに供給する燃料量を低減する条件は、前記直流回路の直流電圧上昇、抵抗の並列接続に伴う温度上昇、前記直流回路の直流電流上昇であることを特徴とするエンジン発電機システム。
The engine generator system according to claim 1 or claim 2,
The engine for reducing the amount of fuel supplied to the engine in the event of a power system failure is an increase in DC voltage of the DC circuit, a temperature increase due to parallel connection of resistors, and an increase in DC current of the DC circuit. Generator system.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のエンジン発電機システムであって、
前記コンバータは、前記発電機の回転子に一方端が接続され、前記コンバータの他方端と前記発電機の固定子が電力系統に接続されていることを特徴とするエンジン発電機システム。
The engine generator system according to any one of claims 1 to 4,
One end of the converter is connected to a rotor of the generator, and the other end of the converter and a stator of the generator are connected to an electric power system.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のエンジン発電機システムであって、
前記コンバータは、前記発電機の固定子に一方端が接続され、前記コンバータの他方端が電力系統に接続されていることを特徴とするエンジン発電機システム。
The engine generator system according to any one of claims 1 to 4,
The converter has one end connected to a stator of the generator, and the other end of the converter is connected to an electric power system.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のエンジン発電機システムであって、
前記第2の手段は、電力系統の事故時に前記エンジンに供給する燃料量を低減する際に、前記エンジンの回転速度に応じた低減量とすることを特徴とするエンジン発電機システム。
The engine generator system according to any one of claims 1 to 6,
The engine generator system according to claim 2, wherein the second means reduces the amount of fuel supplied to the engine in the event of a power system accident according to the rotational speed of the engine.
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のエンジン発電機システムであって、
前記エンジンの回転速度指令と前記エンジンの回転速度から前記エンジンに供給する燃料量を制御する第3の手段を備え、
前記第1の手段は、前記第2の手段により燃料量が低減された後に前記直流回路に並列接続されていた抵抗を解列し、さらに所定時間経過後に前記第3の手段による燃料量の制御に移行することを特徴とするエンジン発電機システム。
The engine generator system according to any one of claims 1 to 7,
A third means for controlling the amount of fuel supplied to the engine from the rotational speed command of the engine and the rotational speed of the engine;
The first means disconnects the resistance connected in parallel to the DC circuit after the fuel quantity is reduced by the second means, and further controls the fuel quantity by the third means after a predetermined time has elapsed. The engine generator system, characterized in that
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のエンジン発電機システムであって、
前記コンバータは、発電機側コンバータと電力系統側コンバータの間に前記直流回路を接続しており、前記発電機側コンバータにより前記発電機の固定子端の力率を変え、前記電力系統側のコンバータにより電力系統側の無効電力を制御することにより、前記発電機の出力端の電圧を制御することを特徴とするエンジン発電機システム。
The engine generator system according to any one of claims 1 to 8,
The converter has the DC circuit connected between a generator-side converter and a power system-side converter, and changes the power factor of the stator end of the generator by the generator-side converter to convert the power system-side converter. By controlling the reactive power on the power system side, the voltage at the output end of the generator is controlled.
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のエンジン発電機システムであって、
電力系統の事故時に前記直流回路に抵抗を並列接続する条件は前記直流回路の電圧上昇であり、電力系統の事故時に前記エンジンに供給する燃料量を低減する条件は前記直流回路に並列接続された抵抗による発熱であることを特徴とするエンジン発電機システム。
The engine generator system according to any one of claims 1 to 9,
The condition for connecting a resistor in parallel to the DC circuit at the time of a power system fault is a voltage rise in the DC circuit, and the condition for reducing the amount of fuel supplied to the engine at the time of a power system fault is connected in parallel to the DC circuit. An engine generator system characterized by heat generated by resistance.
請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のエンジン発電機システムに、前記エンジンからの排熱を回収する排熱回収装置を備えたコジェネレーションシステム。   A cogeneration system comprising the engine generator system according to any one of claims 1 to 10 and an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat from the engine. エンジンと、エンジンにより駆動される発電機と、直流回路を有して交流―交流変換を行うコンバータとを備え、前記コンバータは、前記発電機の回転子または固定子のいずれかに一方端が接続され、他方端が電力系統に接続されて運用されるエンジン発電機システムの制御方法であって、
電力系統の事故時に前記直流回路に抵抗を並列接続するとともに、電力系統の事故時に前記エンジンに供給する燃料量を低減することを特徴とするエンジン発電機システムの制御方法。
An engine, a generator driven by the engine, and a converter that has a DC circuit and performs AC-AC conversion, and one end of the converter is connected to either the rotor or the stator of the generator And a control method of an engine generator system operated with the other end connected to the power system,
A control method for an engine generator system, wherein a resistance is connected in parallel to the DC circuit in the event of a power system failure, and the amount of fuel supplied to the engine is reduced in the event of a power system failure.
請求項12に記載のエンジン発電機システムの制御方法であって、
電力系統の事故時に前記エンジンに供給する燃料量を低減する際に、前記エンジンの回転速度に応じた低減量とすることを特徴とするエンジン発電機システムの制御方法。
A method for controlling an engine generator system according to claim 12,
A control method for an engine generator system, characterized in that when the amount of fuel supplied to the engine in the event of a power system failure is reduced, the amount is reduced in accordance with the rotational speed of the engine.
請求項12または請求項13に記載のエンジン発電機システムの制御方法であって、
前記エンジンの回転速度指令と前記エンジンの回転速度から前記エンジンに供給する燃料量を制御する第3の手段を備え、
燃料量が低減された後に前記直流回路に並列接続されていた抵抗を解列し、さらに所定時間経過後に前記エンジンの回転速度指令と前記エンジンの回転速度の差分に応じた燃料量の制御に移行することを特徴とするエンジン発電機システムの制御方法。
A control method for an engine generator system according to claim 12 or claim 13,
A third means for controlling the amount of fuel supplied to the engine from the rotational speed command of the engine and the rotational speed of the engine;
After the amount of fuel is reduced, the resistance connected in parallel to the DC circuit is disconnected, and after a predetermined time has passed, the control proceeds to control of the amount of fuel according to the difference between the engine speed command and the engine speed. A control method for an engine generator system.
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