JP5992342B2 - Generator system - Google Patents
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Description
本発明は、発電機の過負荷耐量の範囲で、最大の出力が得られるような発電機の運転を行うことができる発電機システムに関するものである。 The present invention relates to a generator system capable of operating a generator such that the maximum output can be obtained within the range of the overload capability of the generator.
発電機システムでは、発電機からの電力を電動機に供給し、当該電動機を駆動させる。発電機システムの一種として、界磁に電磁石を用いた電磁石同期発電機と電池群とから構成される分散型電源システムを構成することも考えられる。図5は、電磁石同期発電機と電池群とから構成される分散型電源システムの概略構成を示す図である。 In the generator system, the electric power from the generator is supplied to the electric motor to drive the electric motor. As a kind of generator system, it is conceivable to configure a distributed power supply system including an electromagnetic synchronous generator using an electromagnet as a field and a battery group. FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a distributed power supply system including an electromagnet synchronous generator and a battery group.
当該図5の構成例では、アナログの界磁励磁制御のための発電機運転装置(界磁制御装置)により、電磁石同期発電機における出力電圧を制御している。また、電磁石同期発電機で発生した電圧は、整流器において交流から直流に変換される。また、インバータにおいて、直流から交流に変換され、交流電力が電動機へと供給される。なお、電池は、充放電可能である。 In the configuration example of FIG. 5, the output voltage in the electromagnetic synchronous generator is controlled by a generator operating device (field control device) for analog field excitation control. Further, the voltage generated by the electromagnetic synchronous generator is converted from alternating current to direct current in the rectifier. Moreover, in an inverter, it converts from direct current | flow to alternating current and alternating current power is supplied to an electric motor. The battery can be charged and discharged.
なお、本発明に関連する従来技術として、たとえば特許文献1が存在する。当該特許文献1に係る技術では、過負荷が投入されたときでも、エンジンを停止させることなく大きな負荷に対応させることができる。 For example, Patent Document 1 exists as a related art related to the present invention. With the technology according to Patent Document 1, even when an overload is applied, a large load can be handled without stopping the engine.
さて、図5に示した分散型電源システムにおいても、急峻で大きな負荷変動が発生することが想定される。上記分散型電源システムにおいて、系統側(電動機側)での大きな負荷変動が発生した場合に、電磁石同期発電機の過負荷耐量を超えた発電を防止する対策が必要となる。当該対策として、たとえば、前記場合には回路保護機器をオフに制御し、電磁石同期発電機を系統から切離す方法が考えられる。 In the distributed power supply system shown in FIG. 5, it is assumed that a steep and large load fluctuation occurs. In the above distributed power supply system, when a large load fluctuation occurs on the system side (motor side), it is necessary to take measures to prevent power generation exceeding the overload capacity of the electromagnetic synchronous generator. As a countermeasure, for example, in the above case, a method of controlling the circuit protection device to be off and disconnecting the electromagnetic synchronous generator from the system is conceivable.
なお、図6は、図5にシステムにおける信号系統図である。図6では、発電機運転装置(界磁制御装置)から界磁電流信号により、電磁石同期発電機における出力電圧を制御している様子、発電機運転装置(界磁制御装置)からのON/OFF信号により、回路保護機器がオフ(トリップ)制御する様子等が示されている。 FIG. 6 is a signal system diagram in the system shown in FIG. In FIG. 6, the state in which the output voltage in the electromagnetic synchronous generator is controlled by the field current signal from the generator operating device (field control device), the circuit by the ON / OFF signal from the generator operating device (field control device) A state in which the protective device is turned off (trip) is shown.
また、図7は、負荷変動および発電機電流等の時系列的変化を示す図である。発電機の出力電圧は一定に保たれて制御されているところ、負荷変動により系統電圧が減少すると、これに応じて、発電機出力電流が上昇する。また、図7では、発電機出力電流の上昇により、回路保護機器がオフに制御される様子も図示している。 Moreover, FIG. 7 is a figure which shows time-sequential changes, such as a load fluctuation and a generator electric current. While the output voltage of the generator is controlled to be constant, when the system voltage decreases due to load fluctuations, the generator output current increases accordingly. FIG. 7 also shows how the circuit protection device is controlled to be turned off due to an increase in the generator output current.
しかしながら、上記の場合では、回路保護機器をオフにするまでには数十ms以上の時間がかかるため、電磁石同期発電機の過負荷耐量を超えてしまうことがある。また、回路保護機器を頻繁にオフにすることは好ましくない。 However, in the above case, since it takes several tens of ms or more to turn off the circuit protection device, the overload capacity of the electromagnetic synchronous generator may be exceeded. Further, it is not preferable to frequently turn off the circuit protection device.
よって、従来では、大きな負荷変動が想定される場合には、電磁石同期発電機を過負荷量の範囲で使用するために、発電機側において、予め出力電圧を限定又は絞った運転がなされていた。 Therefore, conventionally, when a large load fluctuation is assumed, in order to use the electromagnet synchronous generator in the range of the overload amount, an operation in which the output voltage is limited or reduced in advance is performed on the generator side. .
つまり従来では、大きな負荷変動に備えて、発電機の性能を減縮した活用が行われており、発電機の性能を最大限に活用することができなかった。 In other words, in the past, in order to prepare for large load fluctuations, the generator performance has been reduced and cannot be fully utilized.
そこで、発電機の出力を最大限にした状態で、当該発電機を運転することができる発電機システムを提供することを目的とする。 Then, it aims at providing the generator system which can drive the said generator in the state which maximized the output of the generator.
上記の目的を達成するために、本発明に係る発電機システムは、永久磁石による界磁を利用している永久磁石発電機と、前記永久磁石発電機に配設され、スイッチング機能を有し、交流を直流に変換する整流機能を有するスイッチ式整流器とを備え、前記スイッチ式整流器の出力として発電機出力電圧が得られ、前記スイッチ式整流器の出力に発電機側回路保護器及び電力回路線を介して接続され、前記電力回路線上の電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電動機と、前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する制御装置とを、備えており、前記制御装置は、前記電動機に供給される電圧である前記電力回路線上の系統電圧の変化に応じて、前記系統電圧の低下に従い前記発電機出力電圧が低下するように前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する。 In order to achieve the above object, a generator system according to the present invention is provided with a permanent magnet generator using a field by a permanent magnet, the permanent magnet generator, and has a switching function. A switch type rectifier having a rectification function for converting alternating current into direct current, and a generator output voltage is obtained as an output of the switch type rectifier, and a generator side circuit protector and a power circuit line are provided at the output of the switch type rectifier. And an electric motor that converts electrical energy on the power circuit line into mechanical energy, and a control device that controls the switching function of the switch-type rectifier, and the control device supplies the electric motor in response to a change in the power circuit line of the system voltage is the voltage, the system voltage the switched the like generator output voltage is reduced in accordance with reduction in It controls the switching function of the flow device.
本発明に係る発電機システムは、永久磁石による界磁を利用している永久磁石発電機と、前記永久磁石発電機に配設され、スイッチング機能を有し、交流を直流に変換する整流機能を有するスイッチ式整流器とを備え、前記スイッチ式整流器の出力として発電機出力電圧が得られ、前記スイッチ式整流器の出力に発電機側回路保護器及び電力回路線を介して接続され、前記電力回路線上の電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電動機と、前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する制御装置とを、備えており、前記制御装置は、前記電動機に供給される電圧である前記電力回路線上の系統電圧の変化に応じて、前記系統電圧の低下に従い前記発電機出力電圧が低下するように前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する。 A generator system according to the present invention has a permanent magnet generator that uses a field by a permanent magnet, and a rectifying function that is disposed in the permanent magnet generator, has a switching function, and converts alternating current into direct current. A switch rectifier having a generator output voltage as an output of the switch rectifier, connected to the output of the switch rectifier via a generator side circuit protector and a power circuit line, on the power circuit line An electric motor that converts the electrical energy of the switch into mechanical energy, and a control device that controls the switching function of the switch-type rectifier, the control device on the power circuit line being a voltage supplied to the motor depending on the system voltage change of the switching function of the switch rectifier so that the generator output voltage in accordance with reduction of the system voltage drops Control to.
したがって、本発明に係る発電機システムでは、系統電圧の変化に応じて、永久磁石発電機からの出力電圧を調整することができる。つまり、本発明に係る発電機システムでは、負荷変動に応じて、発電機出力電圧を変化させることができる。よって、大きな負荷変動に備えて、永久磁石発電機の性能を減縮した活用を行う必要がなく、発電機側回路保護機器などのトリップをさせることなく、当該発電機の性能を最大限に活用することができる。 Therefore, in the generator system which concerns on this invention, the output voltage from a permanent magnet generator can be adjusted according to the change of a system voltage. That is, in the generator system according to the present invention, the generator output voltage can be changed according to the load fluctuation. Therefore, it is not necessary to reduce the performance of the permanent magnet generator in preparation for large load fluctuations, and to maximize the performance of the generator without tripping the circuit protection equipment on the generator side. be able to.
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
<実施の形態>
図1は、本実施の形態に係る発電機システムの構成を示すブロック図である。図1から分かるように、本実施の形態に係る発電機システムは、二重化(冗長化)された、電池群と発電機とからなる分散型電源システムである。
<Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a generator system according to the present embodiment. As can be seen from FIG. 1, the generator system according to the present embodiment is a distributed (redundant) distributed power supply system including a battery group and a generator.
当該発電機システムは、永久磁石同期発電機G1,G2、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2、制御装置DV1,DV2、発電機側回路保護機器CB1,CB2、電池側回路保護機器CB3,CB4、電池BT1,BT2、インバータINV1および電動機Mから構成されている。 The generator system includes permanent magnet synchronous generators G1 and G2, semiconductor switch type rectifiers THY1 and THY2, control devices DV1 and DV2, generator side circuit protection devices CB1 and CB2, battery side circuit protection devices CB3 and CB4, and battery BT1. , BT2, inverter INV1, and electric motor M.
なお、上記したように、電源系統は、第一の電源系統G1,THY1,DV1,CB1,CB3,BT1と、第二の電源系統G2,THY2,DV2,CB2,CB4,BT2とで、二重化されている。通常運転では、第一の電源系統G1,THY1,DV1,CB1,CB3,BT1と、第二の電源系統G2,THY2,DV2,CB2,CB4,BT2とは、同じ動作が行われることにより、両電源系統から電動機Mへの電源供給が行われている。一方、何れかの電源系統で不具合が生じた場合は、正常な電源系統のみから電動機Mへの電源供給が行われる。 As described above, the power supply system is duplicated by the first power supply system G1, THY1, DV1, CB1, CB3, BT1 and the second power supply system G2, THY2, DV2, CB2, CB4, BT2. ing. In normal operation, the first power supply system G1, THY1, DV1, CB1, CB3, BT1 and the second power supply system G2, THY2, DV2, CB2, CB4, BT2 perform the same operation. Power is supplied from the power supply system to the electric motor M. On the other hand, when a failure occurs in any of the power supply systems, power is supplied to the motor M from only the normal power supply system.
図1に示す構成例では、永久磁石同期発電機G1の電力出力部は、半導体スイッチ式整流器THY1の入力側に接続されており、半導体スイッチ式整流器THY1の出力側は、発電機側回路保護機器CB1の一方側に接続されている。また、発電機側回路保護機器CB1の他方側は、系統側(母線側)において、ノードN1およびノードN3を介して、インバータINV1の入力側に接続される。また、電池BT1の電力出力部は、電池側回路保護機器CB3の一方側に接続されており、電池側回路保護機器CB3の他方側は、系統側(母線側)において、ノードN1およびノードN3を介して、インバータINV1の入力側に接続される。 In the configuration example shown in FIG. 1, the power output unit of the permanent magnet synchronous generator G1 is connected to the input side of the semiconductor switch type rectifier THY1, and the output side of the semiconductor switch type rectifier THY1 is the generator side circuit protection device. It is connected to one side of CB1. The other side of the generator-side circuit protection device CB1 is connected to the input side of the inverter INV1 via the node N1 and the node N3 on the system side (bus side). The power output unit of the battery BT1 is connected to one side of the battery side circuit protection device CB3, and the other side of the battery side circuit protection device CB3 is connected to the node N1 and the node N3 on the system side (bus side). To the input side of the inverter INV1.
同様に、永久磁石同期発電機G2の電力出力部は、半導体スイッチ式整流器THY2の入力側に接続されており、半導体スイッチ式整流器THY2の出力側は、発電機側回路保護機器CB2の一方側に接続されている。また、発電機側回路保護機器CB2の他方側は、系統側(母線側)において、ノードN2およびノードN3を介して、インバータINV1の入力側に接続される。また、電池BT2の電力出力部は、電池側回路保護機器CB4の一方側に接続されており、電池側回路保護機器CB4の他方側は、系統側(母線側)において、ノードN1およびノードN2を介して、インバータINV1の入力側に接続される。 Similarly, the power output section of the permanent magnet synchronous generator G2 is connected to the input side of the semiconductor switch type rectifier THY2, and the output side of the semiconductor switch type rectifier THY2 is connected to one side of the generator side circuit protection device CB2. It is connected. The other side of the generator-side circuit protection device CB2 is connected to the input side of the inverter INV1 via the node N2 and the node N3 on the system side (bus side). The power output unit of the battery BT2 is connected to one side of the battery side circuit protection device CB4, and the other side of the battery side circuit protection device CB4 is connected to the node N1 and the node N2 on the system side (bus side). To the input side of the inverter INV1.
また、系統側(母線側)において、インバータIN1の出力部は、電動機Mの電力入力側に接続されている。 Further, the output unit of the inverter IN1 is connected to the power input side of the electric motor M on the system side (bus side).
また、半導体スイッチ式整流器THY1のゲート端子は、制御装置DV1に接続されており、半導体スイッチ式整流器THY2のゲート端子は、制御装置DV2に接続されている。 The gate terminal of the semiconductor switch rectifier THY1 is connected to the control device DV1, and the gate terminal of the semiconductor switch rectifier THY2 is connected to the control device DV2.
永久磁石同期発電機G1,G2は、界磁に永久磁石を用いた同期発電機である。永久磁石同期発電機G1,G2は、電磁石同期発電機で必要であった、界磁励磁のための発電機運転装置が不要である。 The permanent magnet synchronous generators G1 and G2 are synchronous generators using a permanent magnet as a field. The permanent magnet synchronous generators G1 and G2 do not require a generator operating device for field excitation, which is necessary for an electromagnetic synchronous generator.
また、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2は、交流を直流に変換する整流機能を有している。また、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2は、ゲート端子から入力される制御信号に応じて、導通のオン・オフの切替えを行うスイッチ機能も有している。 Further, the semiconductor switch type rectifiers THY1, THY2 have a rectifying function for converting alternating current into direct current. Further, the semiconductor switch type rectifiers THY1 and THY2 also have a switch function for switching on / off of conduction in accordance with a control signal input from the gate terminal.
制御装置DV1,DV2は、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2のスイッチング機能を制御する。具体的に、制御装置DV1,DV2は、前記スイッチ機能を制御する制御信号を生成し、当該制御信号を、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2のゲート端子に対して出力する。制御装置DV1,DV2は、系統側の電圧(電動機Mに供給される電圧と把握できる)の変化に応じて、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2のスイッチング機能を制御する。 The control devices DV1 and DV2 control the switching function of the semiconductor switch rectifiers THY1 and THY2. Specifically, the control devices DV1 and DV2 generate a control signal for controlling the switch function, and output the control signal to the gate terminals of the semiconductor switch rectifiers THY1 and THY2. The control devices DV1 and DV2 control the switching function of the semiconductor switch type rectifiers THY1 and THY2 according to the change of the system side voltage (which can be grasped as the voltage supplied to the electric motor M).
上記から分かるように、電磁石同期発電機では、界磁励磁制御のための発電機運転装置により、発電・出力電圧を変化させるが、本実施の形態では、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2のスイッチング機能を制御することにより(PWM(Pulse Width Modulation)制御により)、永久磁石同期発電機G1,G2側から出力される電圧を変化させる。ここで、界磁制御による電磁石同期発電機に比べて、本実施の形態の永久磁石同期発電機G1,G2の方が、制御応答性が向上する。 As can be seen from the above, in the electromagnetic synchronous generator, the power generation / output voltage is changed by the generator operating device for field excitation control. In this embodiment, the switching function of the semiconductor switch type rectifiers THY1, THY2 Is controlled (by PWM (Pulse Width Modulation) control), the voltage output from the permanent magnet synchronous generators G1 and G2 is changed. Here, compared with the electromagnet synchronous generator by field control, the permanent magnet synchronous generators G1 and G2 of the present embodiment have improved control responsiveness.
発電機側回路保護回路CB1,CB2は、発電機出力電流IG−fbkが、所定の値を超えたときに、トリップ(遮断)する。また、電池側回路保護回路CB3,CB4は、電池出力電流IBが、所定の値を超えたときに、トリップ(遮断)する。ここで、発電機出力電流IG−refは、ラインL1,L2(ラインL1,L2は、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2と発電機側回路保護機器CB1,CB2とを接続する電力線である)上を流れる電流値であり、電池出力電流IBは、ラインL3,L4(ラインL3,L4は、電池BT1,BT2と電池側回路保護機器CB3,CB4とを接続する電力線である))上を流れる電流値である。 The generator side circuit protection circuits CB1 and CB2 are tripped (cut off) when the generator output current I G-fbk exceeds a predetermined value. The battery-side circuit protection circuit CB3, CB4, the battery output current I B is, when it exceeds a predetermined value, a trip (cut-off). Here, the generator output current I G-ref is on lines L1 and L2 (the lines L1 and L2 are power lines connecting the semiconductor switch type rectifiers THY1 and THY2 and the generator side circuit protection devices CB1 and CB2). a current flowing through the battery output current I B, the line L3, L4 (line L3, L4 is battery BT1, BT2 and a battery-side circuit protection device CB3, power lines connecting the CB4)) flowing over Current value.
また、電池BT1,BT2は、充放電が可能な蓄電池群から成る。また、インバータINV1は、直流を交流に変換する。また、電動機Mは、モータ等であり、電力供給側(永久磁石同期発電機G1,G2および電池BT1,BT2)供給される電気エネルギーを、機械エネルギーに変換する。 The batteries BT1 and BT2 are composed of a storage battery group that can be charged and discharged. The inverter INV1 converts direct current into alternating current. The electric motor M is a motor or the like, and converts electric energy supplied to the power supply side (permanent magnet synchronous generators G1 and G2 and batteries BT1 and BT2) into mechanical energy.
図2は、本実施の形態に係る発電機システムにおける信号系統の様子を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a signal system in the generator system according to the present embodiment.
ここで、図2において、太い線は電力回路線であり、細い線は信号線である。なお、図2では、図面簡略化のために、各回路保護機器CB1〜CB4の図示は省略している。図2に示すように、制御装置DV1,DV2において、各種信号が入力されており、制御信号が出力されている。 Here, in FIG. 2, a thick line is a power circuit line, and a thin line is a signal line. In FIG. 2, the circuit protection devices CB1 to CB4 are not shown for the sake of simplification. As shown in FIG. 2, in the control devices DV1 and DV2, various signals are input and control signals are output.
具体的に、制御装置DV1,DV2には、系統電圧VLが入力されている。ここで、系統電圧VLは、母線側における電圧値であり、たとえば図1におけるラインL5(ラインL5は、系統側(母線側)の電力線であり、インバータINV1に接続される電力線である)上における電圧値である。 Specifically, the system voltage VL is input to the control devices DV1 and DV2. Here, system voltage V L is a voltage value on the bus side, for example, on line L5 in FIG. 1 (line L5 is a power line on the system side (bus side) and is a power line connected to inverter INV1). Is the voltage value at.
また、制御装置DV1,DV2には、発電機出力電圧VG−fbkおよび発電機出力電流IG−fbkが入力されている。ここで、発電機出力電圧VG−fbkおよび発電機出力電流IG−fbkは、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2の出力側の電圧値および当該出力側の電流値であり、たとえば図1におけるラインL1,L2上における電圧値および電流値である。 Moreover, the generator output voltage V G-fbk and the generator output current I G-fbk are input to the control devices DV1 and DV2. Here, the generator output voltage V G-fbk and the generator output current I G-fbk are the voltage value on the output side of the semiconductor switch type rectifiers THY1 and THY2, and the current value on the output side, for example, the line in FIG. The voltage value and the current value on L1 and L2.
また、制御装置DV1,DV2には、電池電圧VBおよび電池電流IBが入力されている。ここで、電池電圧VBおよび電池電流IBは、電池BT1,BT2の出力側の電圧値および電流値であり、たとえば図1におけるラインL3,L4上における電圧値および電流値である。 Further, the battery voltage V B and the battery current I B are input to the control devices DV1 and DV2. Here, battery voltage V B and battery current I B are voltage values and current values on the output side of batteries BT1 and BT2, for example, voltage values and current values on lines L3 and L4 in FIG.
また、制御装置DV1,DV2は、入力信号を用いた演算を行い、制御信号(PWM信号)を生成する。そして、当該制御信号は、制御装置DV1,DV2から、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2のゲート端子に対して出力される。 Further, the control devices DV1 and DV2 perform calculations using the input signal and generate a control signal (PWM signal). The control signal is output from the control devices DV1 and DV2 to the gate terminals of the semiconductor switch rectifiers THY1 and THY2.
次に、本実施の形態に係る発電機システムの動作について、図3および図4を用いて説明する。 Next, operation | movement of the generator system which concerns on this Embodiment is demonstrated using FIG. 3 and FIG.
ここで、図3は、本実施の形態に係る発電機システムにおける制御の様子を示すブロック図である。また、図4は、系統電圧VL、発電機出力電圧VG−fbk、発電機基準電圧VG−refおよび発電機出力電流IG−fbkの時系列的変化を例示した図である。 Here, FIG. 3 is a block diagram showing a state of control in the generator system according to the present embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating time-series changes of the system voltage V L , the generator output voltage V G-fbk , the generator reference voltage V G-ref and the generator output current I G-fbk .
なお、上述したように、本実施の形態に係る発電機システムは、二重化(冗長化)されており、通常運転では、第一の電源系統G1,THY1,DV1,CB1,CB3,BT1と、第二の電源系統G2,THY2,DV2,CB2,CB4,BT2とは、同じ動作が行われる(何れかの電源系統で不具合が生じた場合は、正常な電源系統のみでの電源供給が実施される)。 As described above, the generator system according to the present embodiment is duplicated (redundant), and in normal operation, the first power supply system G1, THY1, DV1, CB1, CB3, BT1, The same operation is performed with the second power supply system G2, THY2, DV2, CB2, CB4, and BT2 (if a failure occurs in any of the power supply systems, power supply is performed only with the normal power supply system. ).
よって、説明簡略化ために、以下では、第一の電源系統G1,THY1,DV1,CB1,CB3,BT1のみに着目して、動作の説明を行う。なお、上記のように、第二の電源系統G2,THY2,DV2,CB2,CB4,BT2においても同様の動作が適用される。 Therefore, in order to simplify the description, the operation will be described below focusing on only the first power supply system G1, THY1, DV1, CB1, CB3, and BT1. As described above, the same operation is applied to the second power supply system G2, THY2, DV2, CB2, CB4, and BT2.
図3において、過電流検出ブロックB10には、閾値変化率が予め設定されており、半導体スイッチ式整流器THY1から出力される電流の変化率(つまり、発電機出力電流IG−fbkの変化率)が、当該閾値変化率以上となったか否かを判断している。また、電圧検出ブロックB20では、永久磁石同期発電機G1から出力された電圧(つまり、発電機出力電圧VG−fbk)を検出する。また、電流値検出ブロックB30では、永久磁石同期発電機G1から出力された電流(つまり、発電機出力電流IG−fbk)を検出する。 In FIG. 3, a threshold change rate is set in advance in the overcurrent detection block B10, and the change rate of the current output from the semiconductor switch type rectifier THY1 (that is, the change rate of the generator output current I G-fbk ). Is determined to be equal to or greater than the threshold change rate. The voltage detection block B20 detects the voltage output from the permanent magnet synchronous generator G1 (that is, the generator output voltage V G-fbk ). Further, the current value detection block B30 detects the current output from the permanent magnet synchronous generator G1 (that is, the generator output current I G-fbk ).
なお、図3における、過電流検出ブロックB10、発電機出力制御ブロックB40、発電機出力電流制限による発電機基準電圧の補正ブロック(以下、補正ブロックと称する)B50および発電機電圧制御ブロックB60は、制御装置DV1内の機能ブロックである。 In FIG. 3, an overcurrent detection block B10, a generator output control block B40, a generator reference voltage correction block (hereinafter referred to as a correction block) B50 and a generator voltage control block B60 due to the generator output current limitation are: It is a functional block in the control device DV1.
ここで、制御装置DV1には、発電機基準出力KWG−refが予め設定されている。発電機基準出力KWG−refは、永久磁石同期発電機G1の最大限出力である。また、発電機基準出力KWG−refは、発電機基準電圧VG−ref×発電機基準電流IG−refで、固定値である(発電機基準電圧VG−refおよび発電機基準電流IG−refは、変動値である)。 Here, the generator reference output KW G-ref is preset in the control device DV1. The generator reference output KW G-ref is the maximum output of the permanent magnet synchronous generator G1. The generator reference output KW G-ref is a generator reference voltage V G-ref × generator reference current I G-ref and is a fixed value (the generator reference voltage V G-ref and the generator reference current I G-ref is a variation value).
図4を参照して、0〜時間t1までの間は、系統電圧VLは定常であり、図3に示したフィードバック制御により、発電機基準電圧VG−refおよび発電機出力電圧VG−fbkは、同じ値で一定である。なお、図4に示すように、0〜時間t1までの期間は、発電機出力電流IG−fbkも一定である。 Referring to FIG. 4, system voltage VL is steady from 0 to time t1, and generator reference voltage V G-ref and generator output voltage V G- are controlled by feedback control shown in FIG. fbk is constant at the same value. As shown in FIG. 4, the generator output current I G-fbk is also constant during the period from 0 to time t1.
さて、時間t1において、負荷変動により、系統電圧VLが減少し始めたとする。ここで、系統電圧VLが減少し始めたとしても、その時点では、発電機出力電圧VG−fbkは、図3に示したフィードバック制御により直ぐには変化しない。したがって、図4に示すように、時間t1において、系統電圧VLの減少に応じて、発電機出力電流IG−fbkが上昇し始める。 Now, at time t1, it is assumed that the system voltage VL starts to decrease due to load fluctuation. Here, even if the system voltage VL starts to decrease, at that time, the generator output voltage V G-fbk does not change immediately by the feedback control shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 4, at time t <b> 1, the generator output current I G-fbk starts to increase in accordance with the decrease in the system voltage V L.
さらに、時間t1では、図3に示すフィードバック制御により、発電機基準電圧VG−refも変化し始める(減少し始める)。具体的なフィードバック制御の動作は、以下の通りである。 Further, at time t1, the generator reference voltage V G-ref also starts to change (begin to decrease) by the feedback control shown in FIG. The specific feedback control operation is as follows.
制御装置DV1において、予め設定されている発電機基準出力KWG−refと、フィードバック発電機出力KWG−fbkとの差分をとる。ここで、フィードバック発電機出力KWG−fbkは、発電機出力電圧VG−fbk×発電機出力電流IG−fbkであり、図3に示すように、発電機出力電圧VG−fbkは、電圧検出ブロックB20で検出された、ラインL1における発電機出力電圧値であり、発電機出力電流IG−fbkは、電流検出ブロックB30で検出された、ラインL1上を流れる発電機出力電流値である。 In the control device DV1, the difference between the preset generator reference output KW G-ref and the feedback generator output KW G-fbk is taken. Here, the feedback generator output KW G-fbk is the generator output voltage V G-fbk × the generator output current I G-fbk , and as shown in FIG. 3, the generator output voltage V G-fbk is The generator output voltage value detected in the voltage detection block B20 in the line L1, and the generator output current I G-fbk is the value of the generator output current flowing in the line L1 detected in the current detection block B30. is there.
次に、上記差分の結果は、制御装置DV1内の発電機出力制御ブロックB40に送られる。発電機出力制御ブロックB40では、比例積分制御等の演算を行い、発電機基準出力KWG−refとフィードバック発電機出力KWG−fbkとの差分に応じた、発電機基準電圧VG−refを生成し、出力する。そして、当該発電機基準電圧VG−refは、制御装置DV1内の補正ブロックB50に送られる。 Next, the result of the difference is sent to the generator output control block B40 in the control device DV1. In the generator output control block B40, calculation such as proportional integral control is performed, and the generator reference voltage V G-ref corresponding to the difference between the generator reference output KW G-ref and the feedback generator output KW G-fbk is obtained. Generate and output. Then, the generator reference voltage V G-ref is sent to the correction block B50 in the control device DV1.
当該補正ブロックB50では、発電機出力電流IG−fbkが急激に上昇し、発電機側回路保護機器CB1がトリップしないように、発電機基準電圧VG−refを補正する。つまり、補正ブロックB50では、予め定められている発電機出力電流の上限を超えないように、発電機基準電圧VG−refを補正する。 In the correction block B50, the generator reference voltage V G-ref is corrected so that the generator output current I G-fbk rises rapidly and the generator-side circuit protection device CB1 does not trip. That is, in the correction block B50, the generator reference voltage V G-ref is corrected so as not to exceed a predetermined upper limit of the generator output current.
具体的に、補正ブロックB50では、ラインL3上における電池電圧VB、系統電圧VLおよび発電機出力電流IG−fbkをも取得し、これらの値を用いて、発電機基準電圧VG−refを補正する演算を行う。当該演算の結果、補正ブロックB50は、発電機補正基準電圧V’G−refを生成し、発電機補正基準電圧V’G−refを出力する。 Specifically, the correction block B50 also acquires the battery voltage V B , the system voltage VL, and the generator output current I G-fbk on the line L3, and uses these values to generate the generator reference voltage V G−. An operation for correcting ref is performed. Result of the computation, the correction block B50 is 'generates a G-ref, the generator correction reference voltage V' generator corrected reference voltage V and outputs a G-ref.
次に、制御装置DV1内において、発電機補正基準電圧V’G−refと発電機出力電圧VG−fbkとの差分をとる。当該差分の結果は、制御装置DV1内の発電機電圧制御ブロックB60に送られる。 Next, in the control device DV1, a difference between the generator correction reference voltage V ′ G-ref and the generator output voltage V G-fbk is obtained. The result of the difference is sent to the generator voltage control block B60 in the control device DV1.
発電機電圧制御ブロックB60では、比例積分制御等の演算を行い、発電機補正基準電圧V’G−refと発電機出力電圧VG−fbkとの差分に応じた、制御信号(PWM信号)を生成し、出力する。そして、当該制御信号は、半導体スイッチ式整流器THY1のゲート端子に送られる。 In the generator voltage control block B60, calculation such as proportional integral control is performed, and a control signal (PWM signal) corresponding to the difference between the generator correction reference voltage V ′ G-ref and the generator output voltage V G-fbk is generated. Generate and output. Then, the control signal is sent to the gate terminal of the semiconductor switch type rectifier THY1.
半導体スイッチ式整流器THY1では、制御信号に基づきスイッチングを行い、永久磁石同期発電機G1からの発電機出力電圧VG−fbkが調整される。 In the semiconductor switch type rectifier THY1, switching is performed based on the control signal, and the generator output voltage V G-fbk from the permanent magnet synchronous generator G1 is adjusted.
図3のフィードバック制御により、図4に示すように、系統電圧VLの減少に応じて、発電機基準電圧VG−refが減少し始める。具体的に、電動機M等の大きな負荷変動により、系統電圧VLが低下すると、即座(時間t1から数ms程度)に、電機基準電圧VG−refが減少し始める。そして、発電機基準電圧VG−refに応じて、発電機出力電圧VG−fbkは、時間差をおいて、減少し始める。そして、図3のフィードバック制御により、発電機基準電圧VG−refと発電機基準電圧VG−refとは同じ値となり、その後、系統電圧VLの減少に応じて、発電機基準電圧VG−refと発電機基準電圧VG−refとは同じ値で、減少する(図4参照)。 With the feedback control of FIG. 3, the generator reference voltage V G-ref starts to decrease according to the decrease of the system voltage V L as shown in FIG. 4. Specifically, when the system voltage VL decreases due to a large load fluctuation of the electric motor M or the like, the electrical machine reference voltage V G-ref starts to decrease immediately (about several ms from the time t1). And according to the generator reference voltage V G-ref , the generator output voltage V G-fbk starts to decrease with a time difference. Then, by the feedback control of FIG. 3, the generator reference voltage V G-ref and the generator reference voltage V G-ref become the same value, and then the generator reference voltage V G according to the decrease in the system voltage V L. -Ref and the generator reference voltage V G-ref are the same value and decrease (see FIG. 4).
なお、発電機出力電圧VG−fbkが発電機基準電圧VG−refと一致するように減少する変化に応じて、発電機出力電流IG−fbkは減少する(図4参照)。発電機基準電圧VG−refと発電機基準電圧VG−refとは同じ値となった後において、発電機出力電流IG−fbkは定常状態に戻る(図4参照)。 It should be noted that the generator output current I G-fbk decreases in accordance with a change in which the generator output voltage V G-fbk decreases to coincide with the generator reference voltage V G-ref (see FIG. 4). After the generator reference voltage V G-ref and the generator reference voltage V G-ref have the same value, the generator output current I G-fbk returns to a steady state (see FIG. 4).
ここで、図3に示すフィードバック制御において、発電機側回路保護機器CB1のトリップ抑制の観点から、補正ブロックB50が設けられているが、当該補正ブロックB50は省略可能である。 Here, in the feedback control shown in FIG. 3, the correction block B50 is provided from the viewpoint of trip suppression of the generator-side circuit protection device CB1, but the correction block B50 can be omitted.
また、図3に示す一連のフィードバック制御は、時間t1だけなく、全ての時間において常に実施されている。 Further, the series of feedback control shown in FIG. 3 is always performed not only at time t1 but at all times.
また、図3に示すフィードバック制御によっても、負荷変動があまりに急峻な場合等には、発電機出力電流IG−fbkは、系統電圧VLの急激な減少に応じて、急激に増加することもある。その場合に備えて、本実施の形態に係る発電機システムは、図3に示すように、制御装置DV1内において過電流検出ブロックB10を備えている。 In addition, even when the load fluctuation is too steep by the feedback control shown in FIG. 3, the generator output current I G-fbk may increase rapidly in response to a rapid decrease in the system voltage V L. is there. In preparation for this case, the generator system according to the present embodiment includes an overcurrent detection block B10 in the control device DV1, as shown in FIG.
過電流検出ブロックB10は、上記したように、閾値変化率が予め設定されており、発電機出力電流IG−fbkの変化率を常に監視している。また、過電流検出ブロックB10では、発電機出力電流IG−fbkの変化率が、上記閾値変化率以上となったか否かを判断している。 As described above, the overcurrent detection block B10 has a threshold change rate set in advance, and constantly monitors the change rate of the generator output current I G-fbk . Further, the overcurrent detection block B10 determines whether or not the change rate of the generator output current I G-fbk is equal to or higher than the threshold change rate.
発電機出力電流IG−fbkの変化率が上記閾値変化率以上となったとき、制御装置DV1(より具体的には、過電流検出ブロックB10)は、半導体スイッチ式整流器THY1に対して、ゲートオフの制御信号を送信し、半導体スイッチ式整流器THY1をゲートオフにする。 When the change rate of the generator output current I G-fbk becomes equal to or higher than the threshold change rate, the control device DV1 (more specifically, the overcurrent detection block B10) performs gate-off with respect to the semiconductor switch rectifier THY1. Is transmitted to turn off the semiconductor switch type rectifier THY1.
以上のように、本実施の形態に係る発電機システムでは、制御装置DV1,DV2は、電動機Mに供給される電圧(系統電圧VL)の変化に応じて、永久磁石同期発電機G1,G2と電動機Mとの間に配設されている半導体スイッチ式整流器THY1,THY2のスイッチ機能を制御している。 As described above, in the generator system according to the present embodiment, the control devices DV1 and DV2 cause the permanent magnet synchronous generators G1 and G2 according to the change in the voltage (system voltage V L ) supplied to the electric motor M. The switch function of semiconductor switch type rectifiers THY1 and THY2 disposed between the motor M and the motor M is controlled.
したがって、本実施の形態に係る発電機システムでは、系統電圧VLの変化に応じて、永久磁石同期発電機G1,G2からの出力電圧(発電機出力電圧VG−fbk)を調整することができる。このように、本実施の形態に係る発電機システムでは、負荷変動に応じて発電機出力電圧VG−fbkを変化させることができる。よって、大きな負荷変動に備えて、永久磁石同期発電機G1,G2の性能を減縮した活用を行う必要がなく、発電機側回路保護機器CB1,CB2のトリップをさせることなく、当該発電機G1,G2の性能を最大限に活用することができる。 Therefore, in the generator system according to the present embodiment, the output voltage (generator output voltage V G-fbk ) from the permanent magnet synchronous generators G1 and G2 can be adjusted in accordance with the change in the system voltage VL. it can. Thus, in the generator system according to the present embodiment, the generator output voltage V G-fbk can be changed according to the load fluctuation. Therefore, in preparation for a large load fluctuation, it is not necessary to reduce the performance of the permanent magnet synchronous generators G1 and G2, and the generator G1, without causing the generator-side circuit protection devices CB1 and CB2 to trip. The performance of G2 can be utilized to the maximum.
また、本実施の形態に係る発電機システムでは、発電機として、永久磁石による界磁を利用している永久磁石同期発電機G1,G2を採用し、電磁石同期発電機に対する界磁励磁制御でなく、永久磁石同期発電機G1,G2と電動機Mとの間に配設されている半導体スイッチ式整流器THY1,THY2のスイッチ機能を制御することにより、発電機出力電圧の調整を行っている。 Further, in the generator system according to the present embodiment, permanent magnet synchronous generators G1 and G2 that use a permanent magnet field are adopted as the generator, and field excitation control for the electromagnetic synchronous generator is not used. The generator output voltage is adjusted by controlling the switch function of the semiconductor switch type rectifiers THY1 and THY2 disposed between the permanent magnet synchronous generators G1 and G2 and the motor M.
したがって、本実施の形態に係る発電機システムでは、電磁石同期発電機を採用したときと比べて、出力電圧の制御応答性の向上を図ることができる。 Therefore, in the generator system according to the present embodiment, the control responsiveness of the output voltage can be improved as compared with the case where the electromagnetic synchronous generator is employed.
また、本実施の形態に係る発電機システムでは、発電機出力電流の上限を超えないように、発電機基準電圧VG−refを補正する補正ブロックB50を備えている。よって、発電機出力電流IG−fbkが急激に上昇し、発電機側回路保護機器CB1,CB2がトリップすることを抑制することが可能となる。 Further, the generator system according to the present embodiment includes a correction block B50 for correcting the generator reference voltage V G-ref so as not to exceed the upper limit of the generator output current. Therefore, it is possible to suppress the generator output current I G-fbk from rising sharply and causing the generator-side circuit protection devices CB1 and CB2 to trip.
また、本実施の形態に係る発電機システムでは、制御装置DV1,DV2は、発電機出力電流IG−fbkの変化率が閾値変化率以上となったとき、半導体スイッチ式整流器THY1,THY2をゲートオフにする。 In the generator system according to the present embodiment, the control devices DV1 and DV2 gate off the semiconductor switch rectifiers THY1 and THY2 when the change rate of the generator output current IG-fbk is equal to or higher than the threshold change rate. To.
したがって、永久磁石同期発電機G1,G2の出力電圧(発電機出力電圧VG−fbk)が追従できないような急峻な系統の負荷変動が発生したとしても、発電機G1,G2の過負荷トリップや発電機側回路保護機器CB1,CB2のトリップ等を防止することができ、急峻な負荷変動から永久磁石同期発電機G1,G2を保護することができる。 Therefore, even if a steep system load fluctuation occurs such that the output voltage (generator output voltage V G-fbk ) of the permanent magnet synchronous generators G1 and G2 cannot follow, an overload trip of the generators G1 and G2 Trips of the generator side circuit protection devices CB1 and CB2 can be prevented, and the permanent magnet synchronous generators G1 and G2 can be protected from steep load fluctuations.
なお、上記では、二重化(冗長化)された、電池群と発電機とからなる分散型電源システム(図1)を例に挙げて、本発明について説明した。しかしながら、本発明に係る発電機システムは、当該図1の構成例に限定されない。たとえば、図1の構成例において、電池BT1,BT2を省略することも可能であり、二重化を採用しない構成(第一の電源系統または第二の電源系統のみから成る構成)も採用可能である。 In the above description, the present invention has been described by taking as an example a redundant (redundant) distributed power supply system (FIG. 1) including a battery group and a generator. However, the generator system according to the present invention is not limited to the configuration example of FIG. For example, in the configuration example of FIG. 1, the batteries BT1 and BT2 can be omitted, and a configuration that does not employ duplexing (a configuration that includes only the first power supply system or the second power supply system) can also be used.
G1,G2 永久磁石同期発電機
THY1,THY2 半導体スイッチ式整流器
DV1,DV2 制御装置
CB1,DB2 発電機側回路保護機器
CB3,CB4 電池側回路保護機器
BT1,BT2 電池
INV1 インバータ
M 電動機
B10 過電流検出ブロック
B20 電圧検出ブロック
B30 電流検出ブロック
B40 発電機出力制御ブロック
B50 発電機出力電流制限による発電機基準電圧の補正ブロック(補正ブロック)
B60 発電機電圧制御ブロック
KWG−ref 発電機基準出力
VG−ref 発電機基準電圧
V’G−ref 発電機補正基準電圧
IG−ref 発電機基準電流
KWG−fbk フィードバック発電機出力
VG−fbk 発電機出力電圧
IG−fbk 発電機出力電流
VL 系統電圧
VB 電池電圧
IB 電池電流
G1, G2 Permanent magnet synchronous generator THY1, THY2 Semiconductor switch type rectifier DV1, DV2 Control device CB1, DB2 Generator side circuit protection device CB3, CB4 Battery side circuit protection device BT1, BT2 Battery INV1 Inverter M Electric motor B10 Overcurrent detection block B20 Voltage detection block B30 Current detection block B40 Generator output control block B50 Generator reference voltage correction block due to generator output current limitation (correction block)
B60 Generator voltage control block KW G-ref generator reference output V G-ref generator reference voltage V ' G-ref generator correction reference voltage I G-ref generator reference current KW G-fbk feedback generator output V G -fbk generator output voltage I G-fbk generator output current V L system voltage V B cell voltage I B cell current
Claims (2)
前記永久磁石発電機に配設され、スイッチング機能を有し、交流を直流に変換する整流機能を有するスイッチ式整流器とを備え、前記スイッチ式整流器の出力として発電機出力電圧が得られ、
前記スイッチ式整流器の出力に発電機側回路保護器及び電力回路線を介して接続され、前記電力回路線上の電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電動機と、
前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する制御装置とを、備えており、
前記制御装置は、
前記電動機に供給される電圧である前記電力回路線上の系統電圧の変化に応じて、前記系統電圧の低下に従い前記発電機出力電圧が低下するように前記スイッチ式整流器の前記スイッチング機能を制御する、
ことを特徴とする発電機システム。 A permanent magnet generator using a permanent magnet field;
The permanent magnet generator has a switching function and a switch type rectifier having a rectification function for converting alternating current into direct current, and a generator output voltage is obtained as an output of the switch type rectifier,
An electric motor connected to the output of the switch-type rectifier via a generator-side circuit protector and a power circuit line, and converting electrical energy on the power circuit line into mechanical energy ;
A control device for controlling the switching function of the switch-type rectifier,
The control device includes:
In accordance with the change of the system voltage of said power circuit line is a voltage supplied to the electric motor, the generator output voltage in accordance with reduction of the system voltage for controlling the switching function of the switch rectifier to decrease ,
A generator system characterized by that.
前記スイッチ式整流器から出力される電流の変化率が、予め設定されている閾値変化率以上となったとき、前記スイッチ式整流器をオフにする、
ことを特徴とする請求項1に記載の発電機システム。 The control device includes:
When the rate of change of the current output from the switch type rectifier is equal to or higher than a preset threshold rate of change, the switch type rectifier is turned off.
The generator system according to claim 1.
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