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JP6967995B2 - Engine generator system and its control method as well as cogeneration system - Google Patents

Engine generator system and its control method as well as cogeneration system Download PDF

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JP6967995B2 JP2018031991A JP2018031991A JP6967995B2 JP 6967995 B2 JP6967995 B2 JP 6967995B2 JP 2018031991 A JP2018031991 A JP 2018031991A JP 2018031991 A JP2018031991 A JP 2018031991A JP 6967995 B2 JP6967995 B2 JP 6967995B2
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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 in which electric power is simultaneously supplied by a variable speed engine generator, its control method, and a cogeneration system, and particularly in a system in which a frequency conversion converter is indispensable for increasing the variable speed of the generator. The present invention relates to an engine generator system, a control method thereof, and a cogeneration system that protect the converter against an excessive current generated at the time of an accident and continue the 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 also supplies heat by utilizing the waste heat thereof. Therefore, 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 total energy efficiency because the waste heat of the engine can be effectively used. However, since the cogeneration system generally operates at the rated output with good electric conversion efficiency of the engine, the amount of heat and electric power supplied is constant. If electricity is generated according to demand, the heat supply capacity will change, but the thermoelectric ratio cannot be changed, and there will be excess or deficiency in 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。 Therefore, as shown in Patent Document 1, a method has been proposed in which an AC excitation generator is used as an engine generator to achieve a variable speed. This utilizes the fact that the amount of exhaust heat of the engine changes by changing the ratio of the torque and the rotation speed of the engine even with the same electric 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 supplies AC to the rotor using a converter, and by changing the AC frequency, the rotation speed of the engine is made variable and the power generation frequency is kept constant so as to match the system. Such an AC excitation generator is described in, for example, Patent Document 2.

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 for protecting a converter 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 main power source in the past was a synchronous generator directly connected to the grid, and the speed of the prime mover was constant. Synchronous generators are designed so that they will not fail due to overcurrent caused by a momentary voltage drop that occurs during an abnormality such as a system accident.

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 make the prime mover variable speed, a frequency conversion converter is indispensable for the generator. However, converters are prone to overcurrent failure, so protection against them is essential. This is a common issue for asynchronous power generation devices that use converters such as solar power generation, wind power generation, and batteries, and early asynchronous power generation devices were disconnected from the grid and protected in the event of a grid accident.

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, due to the rapid spread of renewable energies 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 to the conventional main power source, synchronous generators. If all asynchronous power generators are disconnected for self-protection at the same time in the event of a system accident, the chain disconnection may spread the system accident and lead 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 is indispensable to have a function called FRT (Fault Ride Through) or LVRT (Low Voltage Ride Through) as a system interconnection requirement. Specifically, the rate of voltage drop and its duration are specified, and in the case of a system accident that is minor than the specified, it is obligatory to continue operation.

特許第5868170号Patent No. 5868170 特開2010−213563号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-21363

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 the conventional engine generator used for cogeneration used a synchronous generator, the FRT regulation was not applied, but when using a variable speed engine, a converter is indispensable, and for such an asynchronous power generator. The FRT function is indispensable. Patent Document 1 does not describe this measure.

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 technology relating to a wind power generation device. 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 continuous operation by the overcurrent consumption device installed in parallel there. How to do it 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 energy consumption, the larger the physique. That is, the overcurrent consuming device consumes a large amount of energy as it is used for a generator having a large output and the time required for withstanding a voltage drop is longer, so that the physique becomes larger. This is a cause that hinders the cost reduction and miniaturization of the entire converter. Moreover, in a society where renewable energy is increasing in the future, the time to withstand a voltage drop may be longer but not shortened as a grid interconnection requirement.

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。 Moreover, even if a system accident does not occur, the voltage of the system becomes unstable due to the variable output of renewable energy. At this time, the function of maintaining the voltage is required as a cogeneration power generation system. In the past, it was possible to control the power generation end voltage by controlling the exciting current of a synchronous generator, but in this system, a control method for stabilizing the voltage has not been 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 thereof is to reduce the protection circuit of the power converter in an engine generator system using a variable speed engine generator, and to make the converter compact and low cost. The purpose is to provide an engine generator system, a control method thereof, and a cogeneration system that realize the above.

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。 From the above, in the present invention, "an engine, a generator driven by the engine, and a converter having a DC circuit to perform AC-AC conversion are provided, and the converter is a rotor or a stator of the generator. An engine generator system in which one end is connected to either end and the other end is connected to the power system, and the first means for connecting a resistor in parallel to the DC circuit of the converter in the event of a power system accident. The engine generator system is characterized by being provided with a second means for reducing the amount of fuel supplied to the engine in the event of an accident in the power system. "

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。 Further, in the present invention, it is a "cogeneration system provided with an exhaust heat recovery device for recovering exhaust heat from an engine".

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, "an engine, a generator driven by the engine, and a converter having a DC circuit to perform AC-AC conversion are provided, and the converter is either a rotor or a stator of the generator. It is a control method of an engine generator system that is operated by connecting one end to the power system and connecting the other end to the power system. It is a control method of an engine generator system characterized by reducing the amount of fuel supplied to the engine.

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 machine, a short circuit circuit (overcurrent consuming device) for protecting the exciting power converter of the AC excitation generator from overcurrent is reduced in the event of a system abnormality. can do. Further, by controlling the voltage at the end of the generator, the system can be stabilized.

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 lapse of the voltage drop at the time of a power system accident. 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 surplus output and surplus energy at the time of a system 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 a resistor at the time of a system 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 during a normal FRT operation. 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 rotation speed and fuel after the occurrence of the electric power system accident in the flow of FIG. 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。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in all the drawings for explaining Examples, the same members are designated by the same reference numerals in principle, and overlapping description will be 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. Further, as a controller, it has an integrated control device 6, an engine control unit 601 (hereinafter referred to as an 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 given an active power command p * , an reactive power command q *, and a thermal command Q * as a command signal CMD, and also receives power of the power system (active power command p and the reactive power command q). Obtained from the power meter 21, the rotation speed command ω * of the engine is determined and sent to the ECU 601 along with these, and the power command (active power command p * and reactive power command q * ) is 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 air-fuel mixture 11 and the air 10 with the throttle valve 8. The ECU 601 receives feedback of the rotation speed ω of the engine from the speedometer 30 and controls the throttle valve 8 so as to set the rotation 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 exhaust 12 of the engine is heat-exchanged by the exhaust heat recovery device 5, and the water 13 is heated to the steam 14 to supply heat to the 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, but as described in Patent Document 1, the amount of heat supplied can be increased by increasing the rotation 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 electric output end of the stator 302 is connected to the power system 100 via the switch 50 and the 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 portion of the DC circuit 203 and a protection circuit 7 are further connected. The converter 2 having such a configuration performs AC-AC conversion as a whole of the converter 2. As described above, the converter 2 is a converter having a DC circuit 203 and having 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 is composed of a resistor 51 and a switching element 71. The rotor side converter 201 energizes the rotor 301 by energizing an alternating current. 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 input to / from 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 of the AC excitation generator at variable speed will be described. A rotating magnetic field is generated when the rotor side converter 201 energizes the three-phase winding of the rotor 301, but since the rotor 301 itself is also rotating, the rotational speed of the magnetic field is as seen from the stator 302. It will be the total.

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 direction of rotation of the shaft and the direction of the rotating magnetic field generated by the rotor 301 match, the AC frequency of the rotor 301 is set to rotor , the speed of the rotor is N (r / min), and the number of pole pairs is P / 2. The frequency fstator of the AC magnetic field received by the stator 302 can be expressed by the following equation (1).
[Number 1]
f stator = N / 60 * (P / 2) + rotor : ... (1)
If the AC frequency rotor is set to zero, that is, DC is supplied, the operation is the same as that of the synchronous generator. The rotor side converter 201 can apply alternating current of any voltage, phase, and alternating current frequency forward. As a result, even if the rotation speed N of the engine 1 changes, it is possible to generate power at the same frequency as the alternating current of the external power system 100 and in synchronization.

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 active power p of the AC excitation generator 3 by changing the energization phase of the rotor 301. Further, it is also possible to change the exciting magnetic flux by changing the current value of the rotor 301 and change the voltage of the stator 302, that is, to control the reactive power q. The rotor side converter 201 controls the AC side to an arbitrary frequency and voltage, but it is premised that the voltage of the DC circuit unit 203 in that case is 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 controls to input / output power to / from the system side by switching so that the voltage Vdc of the DC circuit unit 203 becomes constant. At this time, the system-side converter 202 can independently change the system-side voltage, that is, 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 as well. Therefore, the system using the 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。 The converter control device 602 appropriately controls the rotor side converter 201 and the system side converter 202 in order to achieve the given power commands (active power command p * and reactive power command q *). In this case, the control target is the energization phase to the rotor 301, the current value of the rotor 301, the voltage on the system side in the system side converter 202, and the like.

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 accident 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 constituting the converter 2 are generally composed of semiconductor devices such as IGBTs, but since there is an upper limit to the amount of energization and the withstand voltage thereof, the limits set in normal operation are set. I'm driving below. This is to prevent the semiconductor device from having dielectric breakdown exceeding the withstand voltage and being damaged due to temperature rise due to overcurrent. The resistance of converters to overcurrent and overvoltage is extremely low compared to generators, which are the main players in conventional system power supplies. Therefore, it is essential to protect the converter in the event 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。 Therefore, the AC excitation generator 3 using the converter 2 is often designed so as to be easily disconnected in the event of a system accident. However, if the number of power sources that use converters, such as solar power generation, wind power generation, and storage batteries, increases in the future, there is a possibility that power outages will spread in a chain reaction if all of them are disconnected at the time of the accident. In order to avoid this, the system operator has come to set a stipulation for continuation of operation (Fault Ride Through: FRT) 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 passage of time (horizontal axis) of the voltage drop (vertical axis) at the time of a power system accident. This example shows an example in which the voltage 81 drops due to the occurrence of a power system accident at time t0, the accident is eliminated at time t10, and then the voltage is restored to the original voltage at time t20. The AC excitation generator 3 using the converter 2 shown in FIG. 1 is expected to continue the operation of the converter 2 until the voltage is recovered.

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 regulation for continuation of operation is shown by the dotted line 80. The FRT regulation of the dotted line 80 defines the minimum voltage 83 and its duration 82 after the system accident, the allowable range 84 of the voltage drop after the accident has converged, the convergence time of the system accident, and the like. If the voltage at the time of the actual system accident is, for example, the voltage waveform 81, it should be regarded as a system accident minorer than the FRT regulation shown by the dotted line 80, and the operation should be able to be continued for the voltage drop 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 system accident, the voltage at the accident point drops, but the voltage of the stator 302 is high, so an overcurrent flows in the power system. 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 is about to be converted into electric power, so that the current must increase as the voltage decreases, but the converter 2 cannot pass an 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 breaker 52 to eliminate an accident in the power system, the circuit of the electric system is cut off, so that the energy loses its place and the rotation speed ω of the rotor 301 is lost. Will rise and be converted into kinetic energy, or energy will be stored in the capacitor 204 of the DC circuit unit 203 and will explode if the capacity of the capacitor is exceeded. There is also a concern that the rotating machine will be damaged due to over-rotation. Further, there is a concern that the semiconductor element constituting the converter 2 may be destroyed.

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 alternating current on the system side so as to keep Vdc constant. However, since the converter has an upper limit of the current capacity, when the voltage drops, the power cannot be released to the system, and the voltage of the DC circuit 203 rises. 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 this voltage exceeds a predetermined voltage. The protection circuit 7 includes a resistor and a switching element 71. Normally, the switching element 71 is turned off, and in the case of overvoltage, 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, the temperature of the resistor 51 rises by the amount of energy consumed. Resistors also have a heat resistance limit. A short-time temperature rise of several seconds at the longest, such as FRT, can only be absorbed by the heat capacity of the device, which increases the size of the resistor. This is costly and has the problem that the equipment cannot be miniaturized. In the future, as the number of power supplies with converters connected to the grid increases, the requirements for FRT will become more stringent, and the resistors will increase as the voltage drop time during which operation can be continued increases.

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 make the resistor of the protection circuit 7 smaller, the protection circuit 7 is also combined with the fuel control of the engine so as to reduce the energy input from the shaft of the engine to the generator 3 during the FRT operation. It reduces energy consumption in Japan. 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 the time change of the surplus output and the surplus energy at the time of the system accident. The surplus output 86 has a shape in which the power generation end voltage of FIG. 2 is substantially upside down. Normally, the mechanical input from the shaft is output as the product of the current and voltage of the generator and is in a steady state, but when the voltage of the generator drops, the current does not suddenly increase due to inductance etc. Cannot output. This will be called surplus power. The sum of the surplus output 86 over time is the surplus energy 87.

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。 The surplus energy 87 is directly converted into the heat of the resistor 51, the average temperature thereof is equal to the surplus energy curve in terms of short-time adiabatic approximation, and the temperature of the resistor is the 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 accident. The temperature rise curves 90B and 90C have these resistors in two parallels and three parallels, and the temperature decreases as the number of parallels increases. However, this increases the size of the protection circuit and hinders the miniaturization 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, it shows the 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 accident.

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 example, it is assumed that the output is not adjusted by the throttle valve 8 of the engine 1 at the time of a system accident and the air-fuel mixture amount 92A input to the engine is constant. In this case, when the AC end voltage waveform drops as 81 due to a system accident, the voltage Vdc of the DC circuit unit 203 rises as shown in 95A, and is a protection circuit so that it becomes constant when it rises to a threshold of 105%, for example. 7 operates the switching element 71. During that time, energy is consumed by the resistor 51 and the temperature rises like 90A. Since all the excess energy is consumed by the protection circuit 7, the rotation speed can be kept constant as shown in 93A. When the system accident is settled, the surplus energy disappears, so the DC voltage Vdc drops and returns to 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 accident and exceeds a threshold value of, for example, 105%, and when the threshold value is exceeded, the protection circuit 7 is started to be energized in the 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 of FIG. 1, and heat is generated due to the power consumption of the resistor. In the processing step S3, the temperature of the protection circuit 7 is monitored, and when the temperature exceeds the threshold value T7 of 60 ° C., the throttle valve 8 is once closed in the processing step S4 to make the fuel of the air-fuel mixture almost zero. Since the input from the engine shaft to the generator 3 is lost due to the fuel cut, the DC voltage drops, so that the energization to the protection circuit 7 is stopped in the processing step S5, and at the same time, the rotation speed starts to drop. 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 the processing step S6, the rotation speed is continuously observed, and in the determination of the processing steps S7 and S8, the control according to the magnitude of the rotation 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 the processing step S7, when the rotation speed does not drop to 100%, the process proceeds to the processing step S12, and thereafter, the fuel cut in the processing steps S4 and S5 and the stop processing of the protection circuit 7 are repeatedly executed. In this way, when the rotation speed exceeds 100%, the protection circuit 7 is operated, the fuel is cut, and the rotation 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。 When it is confirmed that the rotation speed is 100% or less in the processing step S7, it is further confirmed in the processing step S8 whether or not the rotation speed is 95% or more. If the rotation speed is in the range of 95 to 100%, the fuel is set to 50% in the processing step S9, and if the rotation speed is 95% or less, 100% of the fuel is instructed in the 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。 Further, in the processing step S11, the time ΔT after the energization of the protection circuit 7 is completed is measured, and if the protection circuit 7 does not operate for 2 seconds, for example, it is considered that the system accident has ended and the FRT mode is terminated. After that, as usual, the output of the engine is controlled to a constant rotation 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 rotation speed and the fuel after the occurrence of the power system accident in the flow of FIG. 6, for example, in the first stage st1 where the rotation speed is 100% or more, the fuel is 0% and the rotation speed is 100%. In the second stage st2 in the range of 95% to 95%, the fuel is 50%, and in the third stage st3 where the rotation speed is 95% or less, the fuel is 100%. Further, the decrease in the rotation speed after the control causes a delay depending on the case, but after the time ΔT after the energization to the protection circuit 7 is completed, the control shifts to the control determined by the ECU 601.

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。 In the flow of FIG. 7, in short, in the event of an AC system accident, the converter 2 is continued to operate by connecting a resistor to the DC circuit 203 to consume heat, and the AC excitation generator is cut or reduced in fuel. The difference between the mechanical input and the electric output of No. 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。 FIG. 6 exemplifies an increase in the DC voltage Vdc of the DC circuit 203 as a condition for connecting a resistor to the DC circuit 203, but this can be appropriately selected from the events that occur in response to the occurrence of an accident in the power system. It is possible. For example, the voltage drop of the power system directly, the output of the protective relay for detecting 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, but in addition to this, the DC voltage rise of the DC circuit 203 and the protection circuit 7 are used. Events such as a temperature rise due to operation and a DC current rise in the DC circuit 203 can be used. It should be noted that the temperature is adopted in the embodiment of FIG. 6 because the temperature is information that can be detected inside the engine generator system and does not require an interlock to be taken in from the outside.

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 condition for connecting a resistor to the DC circuit 203 or the condition for reducing the fuel supply is appropriately selected from the events that occur incidentally when the voltage of the power system drops due to the occurrence of an accident in the power system. do it. In the present invention, the energy consumption by connecting a resistor to the DC circuit 203 at the time of an accident and the suppression of the mechanical input in order to reduce the difference between the mechanical input and the electric output in the engine and the generator are executed together. It enables stable operation continuation 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 accident are illustrated to show the 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 drops at time t0, the DC voltage Vdc 95B rises and the protection circuit 7 starts to be energized, so that the temperature of the protection circuit 7 rises like 90D. When the temperature of the protection circuit 7 reaches the threshold value of 60 ° C. at time t1, the fuel flow rate 92B is set to zero by the processing of the processing step S3 of FIG. As a result, since there is no shaft input to the generator, the DC voltage 95B and the rotation speed 93B decrease.

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。 According to the determination process in the process step S8 of FIG. 6, when the rotation speed is 95% or more and 100% or less, the process step S9 operates to set the fuel to 50% at time t2. As a result, the shaft input exceeds the electric output, so that 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。 According to the determination process in the process step S7 of FIG. 6, when the rotation speed exceeds 100% at time t3, the protection circuit 7 is started to be energized (process step S12), and the fuel is squeezed at the same time (process step S4). This reduces the rotation speed. 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 is restored, the energy that can be output to the system increases, so the engine output needs to be restored. This is because the time from the end of the last energization of the protection circuit 7 is measured in the processing step S11 of FIG. 6, and if the protection circuit does not operate even after 2 seconds have passed, the system accident has converged. It is regarded as, and the FRT mode is terminated. As a result, the engine performs droop control with respect to the frequency so that the normal rotation speed is controlled to be constant.

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, but it is easy to estimate the temperature by time integration of the current value of the circuit 7, and the same can be achieved by measuring this. The 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 the 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 as the maximum output of the engine, and since all the outputs of the generator pass through the converter 2, there is a drawback that the loss of the converter becomes large. However, also in this case, the overcurrent protection circuit 7 is also installed in the circuit that protects 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 the rotor 301 is driven by an engine, and either the rotor 301 or the stator 302 has a DC circuit 203 and is an alternating current. It is connected to the power system 100 via a converter 2 having a function of performing AC conversion. The converter 2 is a converter provided with a DC circuit 203 between the 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: Exhaust 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: Rotation speed meter 40: Integrated control device 50: Switch 51: Resistor 52: Breaker 53 : Filter circuit 71: Switching element 80: FRT regulation 81: Example of power generation end voltage at the time of system accident 82: Duration of FRT regulation minimum voltage 83: FRT regulation minimum voltage 84: Allowable range at FRT regulation voltage convergence 85: FRT regulation System accident convergence time 86: Surplus output 87: Surplus energy cumulative 90A: Resistor temperature rise curve, number of parallel circuits 1
90B: Resistor temperature rise curve, number of parallel circuits 2
90C: Resistor temperature rise curve, number of parallel circuits 1
90D: Temperature rise curve of resistor according to the present invention 92A: Fuel flow rate during FRT of conventional engine generator 92B: Fuel flow rate during FRT of engine according to the present invention 93A: Rotation speed of engine during conventional FRT 93B: This 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: Power system 201: Rotor side converter 202: System side converter 203: DC circuit 204 : DC condenser 301: AC excitation generator rotor 302: AC excitation generator stator 601: Engine control unit (ECU)
602: Converter controller

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。
It comprises an engine, a generator driven by the engine, and a converter having a DC circuit to perform AC-AC conversion, the converter having one end connected to either the rotor or the stator of the generator. It is an engine generator system that is operated by connecting the other end to the power system.
It is characterized by including a first means for connecting a resistor in parallel to the DC circuit of the converter in the event of a power system accident, and a second means for reducing the amount of fuel supplied to the engine in the event of a power system accident. 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 accident, or / or the condition for reducing the amount of fuel supplied to the engine in the event of a power system accident, is that the voltage of the power system drops due to the occurrence of a power system accident. An engine generator system characterized in that it is selected from the events that accompany it.
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 2.
The conditions for connecting a resistor in parallel to the DC circuit in the event of an accident in the power system are an increase in the DC voltage of the DC circuit, a decrease in the voltage of the power system, and the output of a protective relay that detects the 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 2.
The conditions for reducing the amount of fuel supplied to the engine in the event of a power system accident are an increase in the DC voltage of the DC circuit, a temperature increase due to parallel connection of resistors, and an increase in the 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.
The converter is an engine generator system, characterized in that one end is connected to the rotor of the generator, and the other end of the converter and the stator of the generator are connected to the 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 is an engine generator system, characterized in that one end is connected to the stator of the generator and the other end of the converter is connected to the 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 second means is an engine generator system characterized in that when the amount of fuel supplied to the engine in the event of an accident in the power system is reduced, the amount is reduced according to the rotation 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 rotation speed command of the engine and the amount of fuel supplied to the engine from the rotation speed of the engine is provided.
The first means disconnects the resistance connected in parallel to the DC circuit after the fuel amount is reduced by the second means, and further controls the fuel amount by the third means after a predetermined time elapses. An engine generator system characterized by the transition to.
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.
In the converter, the DC circuit is connected between the converter on the generator side and the converter on the power system side, and the converter on the generator side changes the power factor of the stator end of the generator, and the converter on the power system side. An engine generator system characterized in that the voltage at the output end of the generator is controlled by controlling the reactive power on the power system side.
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 in the event of a power system accident is a voltage rise in the DC circuit, and the condition for reducing the amount of fuel supplied to the engine in the event of a power system accident 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 in which the engine generator system according to any one of claims 1 to 10 is provided with an exhaust heat recovery device for recovering waste 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。
It comprises an engine, a generator driven by the engine, and a converter having a DC circuit to perform AC-AC conversion, the converter having one end connected to either the rotor or the stator of the generator. It is a control method of an engine generator system that is operated by connecting the other end to the power system.
A control method for an engine generator system, which comprises connecting a resistor in parallel to the DC circuit in the event of an electric power system accident and reducing the amount of fuel supplied to the engine in the event of an electric power system accident.
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。
The control method for the 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 an accident in the power system is reduced, the amount is reduced according to the rotation 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。
The control method for the engine generator system according to claim 12 or 13.
A third means for controlling the rotation speed command of the engine and the amount of fuel supplied to the engine from the rotation speed of the engine is provided.
After the fuel amount is reduced, the resistance connected in parallel to the DC circuit is disconnected, and after a predetermined time elapses, the fuel amount is controlled according to the difference between the engine rotation speed command and the engine rotation speed. A control method for an engine generator system, characterized in that it does.
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