JP6609990B2 - Simulation apparatus and simulation system - Google Patents
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Description
本発明は、シミュレーション装置及びシミュレーションシステムに関する。 The present invention relates to a simulation apparatus and a simulation system.
風力を風車で受けて発電を行ういわゆる風力発電を行う発電機が知られている。この発電機を模擬装置によってシミュレーションする方法が知られている。さらに、発電機には、インバータ(inverter)等が接続され、インバータ等も模擬装置によってシミュレーションする方法が知られている。 2. Description of the Related Art A so-called wind power generator that generates power by receiving wind power with a windmill is known. A method of simulating this generator with a simulation device is known. Furthermore, there is known a method in which an inverter is connected to the generator, and the inverter is simulated by a simulation device.
PWMインバータで駆動する永久磁石式回転電機のシミュレーション方法において、特許文献1では、まず、基本周波数帯域における基本波モデルと、PWMインバータのキャリア周波数及びキャリア周波数の倍数の周波数帯域における高調波モデルとが構築される。次に、基本波モデルに入力される電圧が算出され、さらに、基本波モデルに入力される電圧が高調波モデルに入力される。基本波モデル及び高調波モデルによって算出される電流の周波数帯域の成分を組み合わせて、シミュレーション電流を算出する方法が開示されている。
In a simulation method of a permanent magnet type rotating electrical machine driven by a PWM inverter, in
また、非特許文献1では、大規模電力系統に組み込む可変速風力発電システムの定式化手法であって、電力系統解析のための永久磁石型可変速風力発電システムモデルにおいて、風車特性を模擬し、発電機を一定出力で運転させて、風速をステップ状に変化させた場合の応答を解析する方法が開示されている。
Non-Patent
しかしながら、特許文献1及び非特許文献1では、風力発電等で、いわゆる突入電流等の発電機を立ち上げる際等に出力される電流が考慮されておらず、永久磁石同期発電機等の発電機をシミュレーションする上で、発電機を立ち上げる際等に、突入電流等が出力されるおそれがある。
However,
本発明の1つの側面は、このような問題に鑑みてなされたものであり、発電機のシミュレーションにおいて、発電機を立ち上げる際等に出力される電流を抑制することを目的とする。 One aspect of the present invention is made in view of such a problem, and an object of the present invention is to suppress a current output when a generator is started up in a generator simulation.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一実施形態における電力系統に接続されるインバータと、前記インバータに接続される発電機を前記インバータ及び前記発電機の等価回路の回路方程式を演算することでシミュレーションするシミュレーション装置は、前記発電機が発電する発電電力と、前記発電電力による電流であって前記インバータに入力される電流とを演算する発電機演算部と、前記インバータと前記電力系統とを接続又は遮断して、前記インバータから出力される出力電流を前記電力系統に流れるようにするか否かを切り替える切替部と、前記切替部によって前記インバータと前記電力系統とが遮断されている場合、前記発電機に流れる電機子電流の電圧を前記発電機の回転速度及び磁束に基づいて、制御する第1制御部を有し、前記回路方程式を演算する演算部とを含み、
前記発電機の回路方程式は、下記(4)式であり、
「Ird」は、d軸回路における電機子電流を示し、
「ω」は、回転速度を示し、
「ω0」は、初期回転速度を示し、
「ra」は、抵抗値を示し、
「Vrd」は、d軸回路における発電機の電圧を示し、
「φrd」は、d軸回路における磁束を示し、
「Irq」は、q軸回路における電機子電流を示し、
「Vrq」は、q軸回路における発電機の電圧を示し、
「φrq」は、q軸回路における磁束を示し、
「Xd」及び「Xq」は、直軸同期リアクタンス及び横軸同期リアクタンスを示す。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, an inverter connected to an electric power system in one embodiment of the present invention, and a generator connected to the inverter are circuit equations of the inverter and an equivalent circuit of the generator. A simulation device that performs a simulation by calculating the generator includes: a generator calculation unit that calculates a generated power generated by the generator; a current that is generated by the generated power and that is input to the inverter; the inverter; A switching unit that switches between connecting or disconnecting the power system and allowing the output current output from the inverter to flow through the power system, and the switching unit interrupts the inverter and the power system. The voltage of the armature current flowing through the generator is controlled based on the rotational speed and magnetic flux of the generator. Has a first control unit, and a calculator for calculating the circuit equation,
The circuit equation of the generator is the following equation (4):
“I rd ” indicates an armature current in the d-axis circuit ,
“Ω” indicates the rotation speed,
“Ω 0 ” indicates the initial rotation speed,
“R a ” indicates a resistance value,
“V rd ” indicates the voltage of the generator in the d-axis circuit ,
“Φ rd ” indicates the magnetic flux in the d-axis circuit ,
“I rq ” indicates an armature current in the q-axis circuit ,
“V rq ” indicates the voltage of the generator in the q-axis circuit ,
“Φ rq ” indicates the magnetic flux in the q-axis circuit ,
“X d ” and “X q ” indicate the direct-axis synchronous reactance and the horizontal-axis synchronous reactance.
本発明によれば、発電機のシミュレーションにおいて、発電機を立ち上げる際等に出力される電流を抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the simulation of a generator, the electric current output when starting a generator etc. can be suppressed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1.シミュレーションシステムのシステム構成及びハードウェア構成例
2.シミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成例
3.回路方程式例
4.制御例
5.まとめ
≪ 1.シミュレーションシステムのシステム構成及びハードウェア構成例≫
図1は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムの全体構成の一例を示すシステム図である。具体的には、シミュレーションシステム1は、例えば、シミュレーション装置2を有する。
1. 1. System configuration and hardware configuration example of
FIG. 1 is a system diagram showing an example of the overall configuration of a simulation system according to an embodiment of the present invention. Specifically, the
シミュレーション装置2は、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、DSP(Digital Signal Processor)、DRP(Dynamic Reconfigurable Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)又はこれらの組み合わせ等のハードウェアで実現される。なお、シミュレーション装置2が行う演算の一部又は全部は、プログラムに基づいて演算を行うCPU(Central Processing Unit)を有する情報処理装置によって実現されてもよい。また、シミュレーションシステム1は、複数のシミュレーション装置2を有してもよい。
The
シミュレーション装置2は、電流アンプ(Amplifier)等の電流源3に接続され、シミュレーション装置2が電流源3に対して指令すると、電流源3は、指令に基づく電流を電力系統4(以下、電力系統のことを単に「系統」という場合もある。)に出力する。一方、シミュレーションシステム1は、電流源3によって電力系統4に電流が出力されると発生する端子電圧を検出器等で計測し、電圧値を入力する。なお、シミュレーションシステム1は、電力計等の計測装置及び遮断器等を更に含んでもよい。
The
図2は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによるシミュレーションの一例を示す模式図である。図2に示す実系統は、シミュレーションシステム1に基づいてシミュレーションされる全体構成の一例である。図2に示すように、シミュレーションシステム1は、いわゆるPMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator、永久磁石同期発電機)方式による実系統をシミュレーションする。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of simulation by the simulation system in one embodiment of the present invention. The actual system shown in FIG. 2 is an example of the entire configuration that is simulated based on the
例えば、実系統では、風力によって発電を行うのに、風車21が設置され、風車21に風が吹き付けると、風車21は、回転し、機械トルクTmが発生する。また、機械トルクTmによる回転の回転速度は、回転速度ω(回転速度は、角速度、角周波数又は単位時間当たりの回転数でもよい。)とする。さらに、風車21に吹き付ける風の風速は、風速Wsであるとする。 For example, in a real system, when wind power is generated by wind power and the wind turbine 21 is installed and wind is blown onto the wind turbine 21, the wind turbine 21 rotates and mechanical torque Tm is generated. The rotation speed of the rotation by the machine torque T m is the rotational speed omega (rotational speed, angular velocity, may also be. In revolutions per angular frequency or unit time) to. In addition, the wind speed of the wind blowing in the wind turbine 21 is assumed to be a wind speed W s.
風車21には、永久磁石同期発電機22が接続され、永久磁石同期発電機22は、発電電力Pgを発電する。次に、発電電力Pgは、図示するように、インバータ23に入力される。 A permanent magnet synchronous generator 22 is connected to the windmill 21, and the permanent magnet synchronous generator 22 generates generated power Pg. Next, the generated power Pg is input to the inverter 23 as illustrated.
マグネットコンタクタMCは、インバータ23と、送電線等を含む電力系統25とを接続又は遮断するように切り替える。即ち、マグネットコンタクタMCがオン(on)となり、インバータ23と電力系統25とが接続されると、永久磁石同期発電機22が発電する発電電力Pgによる電流が、インバータ23を介して、電力系統25に流れる。以下、発電電力Pgによる電流であって、マグネットコンタクタMCがオンとなり、永久磁石同期発電機22からインバータに入力される電流を第1電流i1という。また、第1電流i1は、第1電流値i1(ira,irb,irc)であるとする。 The magnetic contactor MC switches so as to connect or disconnect the inverter 23 and the power system 25 including a power transmission line and the like. That is, when the magnet contactor MC is turned on and the inverter 23 and the power system 25 are connected, the current generated by the permanent magnet synchronous generator 22 is generated by the electric power system 25 via the inverter 23. Flowing into. Hereinafter, the current generated by the generated power Pg and the magnet contactor MC is turned on and the current input from the permanent magnet synchronous generator 22 to the inverter is referred to as a first current i 1 . The first current i 1 is assumed to be a first current value i 1 (i ra , i rb , i rc ).
さらに、マグネットコンタクタMCがオンとなると、インバータ23から出力電流ioutが出力される。また、出力電流ioutは、出力電流値(iga,igb,igc)であるとする。なお、出力電流ioutには、AC(Alternating Current、交流)フィルタによって、フィルタ処理が行われてもよい。 Further, when the magnet contactor MC is turned on, an output current i out is output from the inverter 23. The output current i out is assumed to be an output current value (i ga , i gb , i gc ). The output current i out may be filtered by an AC (Alternating Current, AC) filter.
インバータ23は、ロータ側コンバータ231と、電力系統側コンバータ232と、中間回路233とを有する。ロータ側コンバータ231は、例えば、インバータ23に入力される第1電流i1を変換して第2電流値Irを演算する。また、図示するように、ロータ側コンバータ231とは異なる電力系統側コンバータ232を有する。また、中間回路233は、ロータ側コンバータ231又は電力系統側コンバータ232が計算する電圧等に基づいて、直流中間電圧Edcを調整する。
Inverter 23 includes a rotor-
インバータ23は、入力される第1電流i1をロータ側コンバータ231、電力系統側コンバータ232及び中間回路233等によって、調整して出力電流ioutを出力する。
The inverter 23 adjusts the input first current i 1 by the
これに対して、シミュレーションシステム1は、実系統における永久磁石同期発電機22及びインバータ23等をシミュレーションする。以下、シミュレーションシステム1を有する構成をシミュレーション系統という。シミュレーション系統は、実系統をシミュレーションし、試験又は調整等を行うのに用いられる。また、電力系統4は、実系統の電力系統25に代わる装置であり、電力系統25をモデルにしたアナログ電気回路等である。例えば、実系統では、送電される電力は、数kV(volt)の高圧電圧であるのに対して、シミュレーション系統では、電力は、50V程度の電圧でシミュレーションが行われる。
On the other hand, the
また、ロータ側コンバータ231は、永久磁石同期発電機22に流れる電流(以下、電機子電流という。)の電圧を制御する。
Further, the rotor-
≪ 2.シミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成例≫
図3は、本発明の一実施形態におけるシミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成の一例を示す機能ブロック図である。シミュレーションシステム1は、演算部100と、発電機演算部110とを含む。各部は、例えば、FPGA等のシミュレーション装置2による電子回路によって実現される。なお、各部は、異なるシミュレーション装置2によってそれぞれ実現されてもよい。例えば、演算部100がFPGAによって実現され、発電機演算部110がDSPによって実現される構成等でもよい。
≪ 2. Functional configuration example of simulation apparatus and simulation system >>
FIG. 3 is a functional block diagram illustrating an example of a functional configuration of the simulation apparatus and the simulation system according to the embodiment of the present invention. The
発電機演算部110は、図2に示す風車21及び永久磁石同期発電機22等をシミュレーションする演算を行う。
The
演算部100は、図2に示すインバータ23等をシミュレーションする演算を行う。なお、インバータ23等をシミュレーションする演算を行うため、演算部100は、例えば、フィルタ部101、切替部102、第1制御部103、第2制御部104及び中間回路部105を有する。
The calculation unit 100 performs a calculation for simulating the inverter 23 and the like shown in FIG. In addition, in order to perform the calculation which simulates the inverter 23 grade | etc., The calculating part 100 has the
また、演算部100は、切替部102によって、演算部100によって演算される出力電流ioutが電力系統4に流れるようにするか否かを切り替える。なお、出力電流ioutは、図2に示す実系統では、インバータ23が出力する電流に相当する。
In addition, the calculation unit 100 switches whether the output current i out calculated by the calculation unit 100 flows through the
さらに、演算部100は、フィルタ部101によって、インバータ23が出力する電流をACフィルタして出力電流ioutとする。演算部100は、例えば、フィルタ部101によって、電力系統の電圧に基づいて電流を計算したり、ACフィルタの回路特性等を模擬したりする。
Further, the calculation unit 100 AC filters the current output from the inverter 23 by the
また、演算部100は、回路方程式を演算し、電力系統4に電流が流れるように電流源3に指令を出す。この指令は、回路方程式から演算される出力電流値(iga,igb,igc)に基づく。さらに、演算部100は、電力系統4に電流が流れる際の端子電圧を計測する。
In addition, the calculation unit 100 calculates a circuit equation and issues a command to the
≪ 3.回路方程式例≫
図4は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算される発電機の等価回路の一例を示す回路図である。シミュレーションシステム1は、図4に示す等価回路の回路方程式を演算する。
≪ 3. Circuit equation example >>
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of an equivalent circuit of a generator that is calculated by the simulation system according to the embodiment of the present invention. The
図4に示す等価回路の回路方程式は、下記(1)式のように示せる。 The circuit equation of the equivalent circuit shown in FIG. 4 can be expressed as the following equation (1).
上記(1)式は、単位系として変形とすると、下記(2)式のように示せる。 When the above equation (1) is modified as a unit system, it can be expressed as the following equation (2).
上記(2)式において、下記(3)式のようにすると、回路方程式は、永久磁石同期発電機の磁束及び電流の渡過特性が無視されたいわゆる実効値モデルとなる。 In the above equation (2), when the following equation (3) is used, the circuit equation becomes a so-called effective value model in which the flux and current passing characteristics of the permanent magnet synchronous generator are ignored.
これに対して、上記(2)式は、1階の行列微分方程式、いわゆる状態変数法によって示すと、下記(4)式のようになる。 On the other hand, the above equation (2) is expressed by the following equation (4) when expressed by a first-order matrix differential equation, so-called state variable method.
回路方程式を上記(4)式のように、1階の行列微分方程式とすると、伝達関数又は節点解析法等によって回路方程式を演算する場合と比較して、シミュレーションシステム1は、回路方程式を精度良く演算することができる。
When the circuit equation is a first-order matrix differential equation as in the above equation (4), the
また、節点解析法では、マグネットコンタクタMC(図2参照)の状態によって、回路方程式の演算は、それぞれの状態にあわせて行う必要がある。この演算には、除算が含まれるため、FPGA等によって演算を実現しようとすると、演算用の回路規模が大きくなる等の計算コストが多くなってしまう場合が多い。これに対して、上記(4)式のように、回路方程式を1階の行列微分方程式とすると、除算を少なくでき、計算コストを少なくすることができる。 In the nodal analysis method, the calculation of the circuit equation needs to be performed in accordance with each state depending on the state of the magnet contactor MC (see FIG. 2). Since this calculation includes division, when it is attempted to realize the calculation using an FPGA or the like, there are many cases where calculation costs such as an increase in the circuit scale for calculation increase. On the other hand, when the circuit equation is a first-order matrix differential equation as in the above equation (4), division can be reduced and calculation cost can be reduced.
また、上記(4)式では、下記(5)式のような条件とする。 Moreover, in said (4) Formula, it is set as conditions like the following (5) Formula.
上記(4)式によって、回路方程式が演算されると、シミュレーションにおいて、シミュレーションシステム1は、磁束及び電流の時間変化を考慮することができるいわゆる瞬時値モデルによって回路方程式を演算できる。
When the circuit equation is calculated by the above equation (4), in the simulation, the
さらに、電機子電流がゼロとなる電圧を求めると、Ird=0、Irq=0及び上記(2)式の連立方程式より、下記(6)式のように示せる。 Further, when the voltage at which the armature current becomes zero is obtained, it can be expressed as the following equation (6) from the simultaneous equations of I rd = 0, I rq = 0 and the above equation (2).
上記(6)式に示す電圧値を上記(4)式の初期値とすると、突入電流等の発電機を立ち上げる際等に出力される電流と、その出力される電流の元となる電気トルクの発生を少なくすることができる。 Assuming that the voltage value shown in the above equation (6) is the initial value in the above equation (4), the current output when starting the generator, such as an inrush current, and the electric torque that is the source of the output current Can be reduced.
≪ 4.制御例≫
図5は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算されるシミュレーションモデルの一例を示す制御ブロック図である。例えば、図5に示すシミュレーションモデルがシミュレーションシステムによってシミュレーションされるとする。
<< 4. Control example >>
FIG. 5 is a control block diagram illustrating an example of a simulation model calculated by the simulation system according to the embodiment of the present invention. For example, assume that the simulation model shown in FIG. 5 is simulated by the simulation system.
図2に示す実系統で、永久磁石同期発電機22(図2参照)が風力による機械トルクTmによって発電電力を発電する場合、シミュレーションシステムは、風速Wsから機械トルクTmを演算し、発電電力を演算する。 In the real system shown in FIG. 2, when the permanent magnet synchronous generator 22 (see FIG. 2) generates generated power by the mechanical torque T m generated by wind power, the simulation system calculates the mechanical torque T m from the wind speed W s , Calculate generated power.
風速Wsが所定の風速未満である場合、マグネットコンタクタMC(図2参照)は、オフ(off)であり、永久磁石同期発電機22及びインバータ23(図2参照)は、電力系統25(図2参照)と遮断された状態、いわゆる解列された状態である。この解列の状態をシミュレーションするため、シミュレーションシステムは、マグネットコンタクタMCを切替部102(図3参照)によってシミュレーションする。 If the wind speed W s is less than a predetermined wind velocity, magnetic contactor MC (see FIG. 2) is off (off), the permanent magnet synchronous generator 22 and the inverter 23 (see FIG. 2), the power system 25 (FIG. 2) and a disconnected state, so-called disconnected state. In order to simulate the state of this disconnection, the simulation system simulates the magnet contactor MC by the switching unit 102 (see FIG. 3).
一方、所定の風速以上の風が吹くと、図2に示す実系統では、風速Wsに基づいて発電された発電電力による電流を電力系統25に流し始める、いわゆるカットイン(cut in)が起こる。例えば、風速が3乃至4m/s(メートル毎秒)以上となると、カットインが起こる。なお、カットインが起こる風速(カットイン風速)は、風車21(図2参照)及び永久磁石同期発電機22の種類等によってそれぞれ異なり、それぞれの種類によって、あらかじめ設定される。即ち、カットイン風速となると、シミュレーションシステムは、永久磁石同期発電機22のシミュレーションモデルの立ち上げを行う。 On the other hand, blows a predetermined wind speed or wind, the actual system shown in FIG. 2, it begins to conduct current due to the generated power generated based on the wind speed W s to an electric power system 25, a so-called cut-in (cut in) occurs . For example, when the wind speed is 3 to 4 m / s (meters per second) or more, cut-in occurs. The wind speed at which cut-in occurs (cut-in wind speed) varies depending on the types of the windmill 21 (see FIG. 2) and the permanent magnet synchronous generator 22, and is set in advance depending on the type. That is, when the cut-in wind speed is reached, the simulation system starts up a simulation model of the permanent magnet synchronous generator 22.
図6は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算されるシミュレーションモデルの立ち上げの際の制御の一例を示す制御ブロック図である。例えば、シミュレーションシステムは、立ち上げの際、図6に示すように、制御する。 FIG. 6 is a control block diagram illustrating an example of control at the time of starting a simulation model calculated by the simulation system according to the embodiment of the present invention. For example, the simulation system performs control as shown in FIG.
図7は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算されるシミュレーションモデルの立ち上げの際以外の制御の一例を示す制御ブロック図である。例えば、シミュレーションシステムは、立ち上げの際以外では、図7に示すように(以下、通常制御モードという。)、制御する。 FIG. 7 is a control block diagram illustrating an example of control other than the time of starting the simulation model calculated by the simulation system according to the embodiment of the present invention. For example, the simulation system performs control as shown in FIG. 7 (hereinafter, referred to as a normal control mode) except when starting up.
図8は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによる制御の一例を示すフローチャートである。図8に示すフローチャートは、図6及び図7に示す制御の手順の一例を示す。 FIG. 8 is a flowchart showing an example of control by the simulation system in one embodiment of the present invention. The flowchart shown in FIG. 8 shows an example of the control procedure shown in FIGS.
≪ 系統側コンバータ制御における同期制御の実施例(ステップS01)≫
ステップS01では、シミュレーションシステムは、第2制御部104(図3参照)によって、系統側コンバータ制御において、同期制御を実施する。具体的には、シミュレーションシステムは、電力系統の電圧(vga,vgb,vgc)の振幅Vgと、図2に示す実系統でマグネットコンタクタMCの手前部分に相当する箇所の電圧振幅Egとの差をPI制御によって、同期投入が可能な電圧(ega *,egb *,egc *)を計算する。即ち、シミュレーションシステムは、同期投入が可能な電圧(ega *,egb *,egc *)となるように、電圧を調整する。
<< Example of synchronous control in system side converter control (step S01) >>
In step S01, the simulation system performs synchronous control in the system side converter control by the second control unit 104 (see FIG. 3). Specifically, the simulation system includes the amplitude V g of the power system voltage (v ga, v gb, v gc ), and the voltage amplitude E of the location corresponding to the front part of the magnet contactor MC in the real system shown in FIG. The voltage (e ga * , e gb * , e gc * ) that can be synchronized is calculated by PI control using the difference from g . That is, the simulation system adjusts the voltage so that the voltages (eg, e ga * , e gb * , e gc * ) can be synchronized.
≪ ロータ側コンバータ制御における電機子電流をゼロにする制御の実施例(ステップS02)≫
ステップS02では、シミュレーションシステムは、第1制御部103(図3参照)によって、ロータ側コンバータ制御において、電機子電流をゼロにする制御を実施する。具体的には、シミュレーションシステムは、永久磁石同期発電機22の電圧を制御する指令値として、上記(6)式に示すVrd=0及びVrq=ω*×φrd、即ち、永久磁石同期発電機22の回転速度と内部の磁束を乗算した値を永久磁石同期発電機22の電圧とする。この制御によって、シミュレーションシステムは、電機子電流をゼロにすることができる。
≪ Example of control to make armature current zero in rotor side converter control (step S02) ≫
In step S02, the simulation system performs control to make the armature current zero in the rotor side converter control by the first control unit 103 (see FIG. 3). Specifically, the simulation system uses V rd = 0 and V rq = ω * × φ rd shown in the above equation (6) as command values for controlling the voltage of the permanent magnet synchronous generator 22, that is, permanent magnet synchronization. A value obtained by multiplying the rotational speed of the generator 22 by the internal magnetic flux is used as the voltage of the permanent magnet synchronous generator 22. By this control, the simulation system can make the armature current zero.
≪ マグネットコンタクタをオンにする例(ステップS03)≫
ステップS03では、シミュレーションシステムは、切替部102(図3参照)によって、マグネットコンタクタMCをオンにする。即ち、図2に示す実系統では、マグネットコンタクタMCがオンとなると、インバータ23と電力系統25とが接続される。
≪Example of turning on the magnetic contactor (step S03) ≫
In step S03, the simulation system turns on the magnet contactor MC by the switching unit 102 (see FIG. 3). That is, in the real system shown in FIG. 2, when the magnet contactor MC is turned on, the inverter 23 and the power system 25 are connected.
また、マグネットコンタクタMCがオンとなると、シミュレーションシステムは、通常制御モードに移行する。即ち、マグネットコンタクタMCによってインバータ23と電力系統25とが遮断されている状態は、ステップS03より前の状態等である。したがって、初期値は、例えば、ステップS03より前の状態において、演算及び設定等が行われる。 Further, when the magnet contactor MC is turned on, the simulation system shifts to the normal control mode. That is, the state where the inverter 23 and the power system 25 are cut off by the magnet contactor MC is a state before step S03. Therefore, for example, the initial value is calculated and set in a state before step S03.
≪ ロータ側コンバータ制御における有効電力及び無効電力を一定にする制御の実施例(ステップS04)≫
ステップS04では、マグネットコンタクタMCがオンとなると、シミュレーションシステムは、第1制御部103によって、有効電力及び無効電力を一定にする制御を実施する。具体的には、シミュレーションシステムは、入力される電圧値及び電機子電流からそれぞれ求まる有効電力Prと、無効電力Qrとを制御量とした有効電力及び無効電力を一定にする制御を行う。
<< Example of control for making active power and reactive power constant in rotor-side converter control (step S04) >>
In step S04, when the magnet contactor MC is turned on, the simulation system performs control for making the active power and the reactive power constant by the
また、有効電力Prの設定値Pr *と、無効電力Qrの設定値Qr *と、有効電力Pr及び無効電力Qrの差分とを制御入力としたPI制御の演算量が、永久磁石同期発電機22の電流、即ち、電機子電流Ird及び電機子電流Irqのそれぞれの設定値Ird *及び設定値Irq *となる。 The effective power P r of the set value P r *, invalid power Q r setting Q r *, the amount of calculation was PI control difference and the control input of the active power P r and the reactive power Q r, The current of the permanent magnet synchronous generator 22, that is, the set value I rd * and the set value I rq * of the armature current I rd and the armature current I rq , respectively.
さらに、電機子電流Ird及び設定値Ird *の差分と、電機子電流Irq及び設定値Irq *の差分とを制御入力としたPI制御の演算量が、(Vrd,Vrq)となる。また、(Vrd,Vrq)は、永久磁石同期発電機22の電圧指令値となる。 Further, the amount of calculation of PI control using the difference between the armature current I rd and the set value I rd * and the difference between the armature current I rq and the set value I rq * as control inputs is (V rd , V rq ). It becomes. Further, (V rd , V rq ) is a voltage command value for the permanent magnet synchronous generator 22.
≪ 系統側コンバータ制御における直流中間電圧及び無効電力を一定にする制御の実施例(ステップS05)≫
ステップS05では、マグネットコンタクタMCがオンとなると、シミュレーションシステムは、第2制御部104によって、直流中間回路等の中間回路で演算される直流中間電圧Edcと、電力系統に出力される無効電力Qsとを制御量とした直流中間電圧及び無効電力を一定にする制御を行う。具体的には、直流中間電圧Edcと、直流中間電圧Edcの設定値Edc *との差分を制御入力としたPI制御の演算量をACフィルタ回路の電流Igd及び電流Igqのそれぞれの設定値Igd *及び設定値Igq *とする。次に、設定値Igd *及び設定値Igq *の差分とを制御入力としたPI制御の演算量が、(ega *,egb *,egc *)となる。また、(ega *,egb *,egc *)は、ACフィルタ回路に対する電圧指令値となる。
<< Example of control for making DC intermediate voltage and reactive power constant in system side converter control (step S05) >>
In step S05, when the magnet contactor MC is turned on, the simulation system causes the
なお、制御における各手順の順序は、図8に示す順序に限られない。例えば、ステップS01及びステップS02は、それぞれの制御が平行又は図示する順序と逆の順序で、各制御が実施されてもよい。同様に、ステップS04及びステップS05は、それぞれの制御が平行又は図示する順序と逆の順序で、各制御が実施されてもよい。また、通常制御モードに係る制御は、図示した制御とは、異なる制御が行われてもよい。 In addition, the order of each procedure in control is not restricted to the order shown in FIG. For example, in step S01 and step S02, the respective controls may be executed in parallel or in the reverse order of the order shown. Similarly, in step S04 and step S05, each control may be performed in parallel or in the reverse order shown in the figure. Further, the control related to the normal control mode may be performed differently from the illustrated control.
≪ 5.まとめ≫
図9は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによる制御の制御結果の一例を示す図である。図9は、図6及び図8に示す制御が行われた結果、図2に示す実系統で流れる出力電流ioutの出力電流値(iga,igb,igc)を示す。また、図9は、電圧指令値(era,erb,erc)、直流中間電圧Edc、有効電力Pr及び無効電力Qrを同じ時間軸でそれぞれ示す制御結果の例である。
<< 5. Summary >>
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a control result of control by the simulation system in one embodiment of the present invention. FIG. 9 shows the output current values (i ga , i gb , i gc ) of the output current i out flowing in the actual system shown in FIG. 2 as a result of the control shown in FIGS. 6 and 8. FIG. 9 is an example of control results showing the voltage command values (e ra , e rb , e rc ), DC intermediate voltage E dc , active power P r, and reactive power Q r on the same time axis.
電力を送る側である永久磁石同期発電機等と、受ける側である電力系統との間に電圧差又は周波数の位相ずれ等がある場合、永久磁石同期発電機の立ち上げ等で、解列されている永久磁石同期発電機等が電力系統に接続されると、電圧差又は周波数の位相ずれ等による差分をなくそうと、大きな電流、いわゆる突入電流ICが流れる場合が多い。突入電流ICは、例えば、定格の8.0倍等の大きな電流であることが多いため、突入電流ICが流れると、大きな電流が流れていることを検出して遮断器等が動作して、実系統全体が停止する等が起きる場合がある。 If there is a voltage difference or a phase shift in frequency between the permanent magnet synchronous generator etc. that is the power sending side and the power system that is the receiving side, it is disconnected by starting up the permanent magnet synchronous generator, etc. When a permanent magnet synchronous generator or the like is connected to an electric power system, a large current, so-called inrush current IC, often flows to eliminate a difference due to a voltage difference or a frequency phase shift. The inrush current IC is often a large current such as 8.0 times the rating, for example. Therefore, when the inrush current IC flows, the circuit breaker or the like operates by detecting that a large current flows. The whole real system may stop.
そこで、シミュレーションシステムは、マグネットコンタクタがオフであることによってインバータと電力系統とが遮断されている場合、電機子電流の電圧を制御する。具体的には、回路方程式で、上記(4)式の回路方程式の初期値として、上記(6)式が入力されるように制御する。 Therefore, the simulation system controls the voltage of the armature current when the inverter and the power system are shut off due to the magnet contactor being off. Specifically, the circuit equation is controlled so that the equation (6) is input as the initial value of the equation (4).
カットイン風速となった場合等に、シミュレーションシステムは、マグネットコンタクタをオンにして、解列されている永久磁石同期発電機等を電力系統に接続する。上記(6)式が入力された状態で、電力系統と永久磁石同期発電機とを接続させるため、永久磁石同期発電機が発電する発電電力の電圧、周波数及び位相は、電力系統の電圧、周波数及び位相と同期させやすくできる。したがって、シミュレーションシステムは、上記(4)式の回路方程式の初期値として、上記(6)式が入力されるように制御することで、発電機のシミュレーションにおいて、図示する突入電流IC等のように、発電機を立ち上げる際等に出力される電流を抑制できる。図9は、突入電流ICが定格の0.2倍程度に抑制された場合の例である。 When the cut-in wind speed is reached, the simulation system turns on the magnet contactor and connects the disconnected permanent magnet synchronous generator and the like to the power system. In order to connect the power system and the permanent magnet synchronous generator in the state where the above equation (6) is input, the voltage, frequency and phase of the generated power generated by the permanent magnet synchronous generator are the voltage and frequency of the power system. And can be easily synchronized with the phase. Therefore, the simulation system controls the input of the above equation (6) as the initial value of the circuit equation of the above equation (4), so that in the simulation of the generator, the inrush current IC shown in the figure or the like The current output when starting up the generator can be suppressed. FIG. 9 is an example when the inrush current IC is suppressed to about 0.2 times the rating.
なお、本発明の一実施形態に係る各演算の全部又は一部は、機械語、アセンブラ等の低水準言語、C言語、Java(登録商標)、オブジェクト指向プログラミング言語等の高水準言語又はこれらを組み合わせて記述されるコンピュータに実行させるためのプログラムによって実現されてもよい。即ち、プログラムは、情報処理装置等のコンピュータに各演算の全部又は一部を実行させるためのコンピュータプログラムである。 Note that all or part of each operation according to an embodiment of the present invention may be a low-level language such as a machine language or an assembler, a high-level language such as a C language, Java (registered trademark), or an object-oriented programming language. It may be realized by a program for causing a computer described in combination to be executed. That is, the program is a computer program for causing a computer such as an information processing apparatus to execute all or part of each calculation.
また、プログラムは、ROM又はEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納して頒布することができる。さらに、記録媒体は、EPROM(Erasable Programmable ROM)、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、CD−ROM、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、ブルーレイディスク、SD(登録商標)カード又はMO等でもよい。さらにまた、プログラムは、電気通信回線を通じて頒布することができる。 The program can be stored and distributed in a computer-readable recording medium such as ROM or EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM). Further, the recording medium is EPROM (Erasable Programmable ROM), flash memory, flexible disk, CD-ROM, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, Blu-ray disc, SD (registered trademark) card or MO. Etc. Furthermore, the program can be distributed through a telecommunication line.
さらに、本発明の一実施形態に係る各演算の全部又は一部は、複数のシミュレーション装置を有するシミュレーションシステムによって実現されてもよい。 Furthermore, all or part of each calculation according to an embodiment of the present invention may be realized by a simulation system having a plurality of simulation apparatuses.
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications or changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Is possible.
1 シミュレーションシステム
2 シミュレーション装置
3 電流源
4、25 電力系統
Tm 機械トルク
MC マグネットコンタクタ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記発電機が発電する発電電力と、前記発電電力による電流であって前記インバータに入力される電流とを演算する発電機演算部と、
前記インバータと前記電力系統とを接続又は遮断して、前記インバータから出力される出力電流を前記電力系統に流れるようにするか否かを切り替える切替部と、
前記切替部によって前記インバータと前記電力系統とが遮断されている場合、前記発電機に流れる電機子電流の電圧を前記発電機の回転速度及び磁束に基づいて、制御する第1制御部を有し、前記回路方程式を演算する演算部と
を含み、
前記発電機の回路方程式は、下記(4)式であり、
前記第1制御部は、前記発電機の回路方程式の初期値を下記(6)式とし、
「Ird」は、d軸回路における電機子電流を示し、
「ω」は、回転速度を示し、
「ω0」は、初期回転速度を示し、
「ra」は、抵抗値を示し、
「Vrd」は、d軸回路における発電機の電圧を示し、
「φrd」は、d軸回路における磁束を示し、
「Irq」は、q軸回路における電機子電流を示し、
「Vrq」は、q軸回路における発電機の電圧を示し、
「φrq」は、q軸回路における磁束を示し、
「Xd」及び「Xq」は、直軸同期リアクタンス及び横軸同期リアクタンスを示す
シミュレーション装置。 A simulation device for simulating an inverter connected to a power system and a generator connected to the inverter by calculating a circuit equation of an equivalent circuit of the inverter and the generator,
A generator calculation unit that calculates the generated power generated by the generator and the current generated by the generated power and input to the inverter;
A switching unit that connects or disconnects the inverter and the power system, and switches whether or not the output current output from the inverter flows through the power system;
A first control unit configured to control a voltage of an armature current flowing through the generator based on a rotation speed and a magnetic flux of the generator when the inverter and the power system are interrupted by the switching unit; And an arithmetic unit for calculating the circuit equation,
The circuit equation of the generator is the following equation (4):
The first control unit sets the initial value of the circuit equation of the generator to the following equation (6):
“I rd ” indicates an armature current in the d-axis circuit ,
“Ω” indicates the rotational speed,
“Ω 0 ” indicates the initial rotation speed,
“R a ” indicates a resistance value,
“V rd ” indicates the voltage of the generator in the d-axis circuit ,
“Φ rd ” indicates the magnetic flux in the d-axis circuit ,
“I rq ” indicates an armature current in the q-axis circuit ,
“V rq ” indicates the voltage of the generator in the q-axis circuit ,
“Φ rq ” indicates the magnetic flux in the q-axis circuit ,
“X d ” and “X q ” are simulation apparatuses that indicate a direct-axis synchronous reactance and a horizontal-axis synchronous reactance.
前記インバータにおいて、前記発電機側に前記第1制御部を有し、
前記インバータにおいて、前記電力系統側で電圧を調整する第2制御部を更に有する請求項3に記載のシミュレーション装置。 The computing unit is
The inverter has the first control unit on the generator side,
The simulation apparatus according to claim 3, further comprising a second control unit that adjusts a voltage on the power system side in the inverter.
前記発電機が発電する発電電力と、前記発電電力による電流であって前記インバータに入力される電流とを演算する発電機演算部と、
前記インバータと前記電力系統とを接続又は遮断して、前記インバータから出力される出力電流を前記電力系統に流れるようにするか否かを切り替える切替部と、
前記切替部によって前記インバータと前記電力系統とが遮断されている場合、前記発電機に流れる電機子電流の電圧を前記発電機の回転速度及び磁束に基づいて、制御する第1制御部を有し、前記回路方程式を演算する演算部と
を含み、
前記発電機の回路方程式は、下記(4)式であり、
「Ird」は、d軸回路における電機子電流を示し、
「ω」は、回転速度を示し、
「ω0」は、初期回転速度を示し、
「ra」は、抵抗値を示し、
「Vrd」は、d軸回路における発電機の電圧を示し、
「φrd」は、d軸回路における磁束を示し、
「Irq」は、q軸回路における電機子電流を示し、
「Vrq」は、q軸回路における発電機の電圧を示し、
「φrq」は、q軸回路における磁束を示し、
「Xd」及び「Xq」は、直軸同期リアクタンス及び横軸同期リアクタンスを示す
シミュレーションシステム。 A simulation system having a plurality of simulation devices for simulating an inverter connected to an electric power system, and calculating a circuit equation of an equivalent circuit of the inverter and the generator for a generator connected to the inverter,
A generator calculation unit that calculates the generated power generated by the generator and the current generated by the generated power and input to the inverter;
A switching unit that connects or disconnects the inverter and the power system, and switches whether or not the output current output from the inverter flows through the power system;
A first control unit configured to control a voltage of an armature current flowing through the generator based on a rotation speed and a magnetic flux of the generator when the inverter and the power system are interrupted by the switching unit; And an arithmetic unit for calculating the circuit equation,
The circuit equation of the generator is the following equation (4):
“I rd ” indicates an armature current in the d-axis circuit ,
“Ω” indicates the rotational speed,
“Ω 0 ” indicates the initial rotation speed,
“R a ” indicates a resistance value,
“V rd ” indicates the voltage of the generator in the d-axis circuit ,
“Φ rd ” indicates the magnetic flux in the d-axis circuit ,
“I rq ” indicates an armature current in the q-axis circuit ,
“V rq ” indicates the voltage of the generator in the q-axis circuit ,
“Φ rq ” indicates the magnetic flux in the q-axis circuit ,
“X d ” and “X q ” are simulation systems indicating a straight axis synchronous reactance and a horizontal axis synchronous reactance.
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