JP6609990B2 - シミュレーション装置及びシミュレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、シミュレーション装置及びシミュレーションシステムに関する。

風力を風車で受けて発電を行ういわゆる風力発電を行う発電機が知られている。この発電機を模擬装置によってシミュレーションする方法が知られている。さらに、発電機には、インバータ（ｉｎｖｅｒｔｅｒ）等が接続され、インバータ等も模擬装置によってシミュレーションする方法が知られている。

ＰＷＭインバータで駆動する永久磁石式回転電機のシミュレーション方法において、特許文献１では、まず、基本周波数帯域における基本波モデルと、ＰＷＭインバータのキャリア周波数及びキャリア周波数の倍数の周波数帯域における高調波モデルとが構築される。次に、基本波モデルに入力される電圧が算出され、さらに、基本波モデルに入力される電圧が高調波モデルに入力される。基本波モデル及び高調波モデルによって算出される電流の周波数帯域の成分を組み合わせて、シミュレーション電流を算出する方法が開示されている。

また、非特許文献１では、大規模電力系統に組み込む可変速風力発電システムの定式化手法であって、電力系統解析のための永久磁石型可変速風力発電システムモデルにおいて、風車特性を模擬し、発電機を一定出力で運転させて、風速をステップ状に変化させた場合の応答を解析する方法が開示されている。

特開２０１３−５５７９２号公報

高橋他"永久磁石形同期機を用いた可変速風力発電機モデルの構築"，平成１５年電気学会電力・エネルギー部門大会，Ｂ−９９乃至Ｂ−１０４．

しかしながら、特許文献１及び非特許文献１では、風力発電等で、いわゆる突入電流等の発電機を立ち上げる際等に出力される電流が考慮されておらず、永久磁石同期発電機等の発電機をシミュレーションする上で、発電機を立ち上げる際等に、突入電流等が出力されるおそれがある。

本発明の１つの側面は、このような問題に鑑みてなされたものであり、発電機のシミュレーションにおいて、発電機を立ち上げる際等に出力される電流を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一実施形態における電力系統に接続されるインバータと、前記インバータに接続される発電機を前記インバータ及び前記発電機の等価回路の回路方程式を演算することでシミュレーションするシミュレーション装置は、前記発電機が発電する発電電力と、前記発電電力による電流であって前記インバータに入力される電流とを演算する発電機演算部と、前記インバータと前記電力系統とを接続又は遮断して、前記インバータから出力される出力電流を前記電力系統に流れるようにするか否かを切り替える切替部と、前記切替部によって前記インバータと前記電力系統とが遮断されている場合、前記発電機に流れる電機子電流の電圧を前記発電機の回転速度及び磁束に基づいて、制御する第１制御部を有し、前記回路方程式を演算する演算部とを含み、
前記発電機の回路方程式は、下記（４）式であり、

前記第１制御部は、前記発電機の回路方程式の初期値を下記（６）式とし、

上記（４）式及び上記（６）式における、
「Ｉ_ｒｄ」は、ｄ軸回路における電機子電流を示し、
「ω」は、回転速度を示し、
「ω_０」は、初期回転速度を示し、
「ｒ_ａ」は、抵抗値を示し、
「Ｖ_ｒｄ」は、ｄ軸回路における発電機の電圧を示し、
「φ_ｒｄ」は、ｄ軸回路における磁束を示し、
「Ｉ_ｒｑ」は、ｑ軸回路における電機子電流を示し、
「Ｖ_ｒｑ」は、ｑ軸回路における発電機の電圧を示し、
「φ_ｒｑ」は、ｑ軸回路における磁束を示し、
「Ｘ_ｄ」及び「Ｘ_ｑ」は、直軸同期リアクタンス及び横軸同期リアクタンスを示す。

本発明によれば、発電機のシミュレーションにおいて、発電機を立ち上げる際等に出力される電流を抑制できる。

本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムの全体構成の一例を示すシステム図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによるシミュレーションの一例を示す模式図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成の一例を示す機能ブロック図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算される発電機の等価回路の一例を示す回路図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算されるシミュレーションモデルの一例を示す制御ブロック図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算されるシミュレーションモデルの立ち上げの際の制御の一例を示す制御ブロック図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算されるシミュレーションモデルの立ち上げの際以外の制御の一例を示す制御ブロック図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによる制御の一例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによる制御の制御結果の一例を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

１．シミュレーションシステムのシステム構成及びハードウェア構成例
２．シミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成例
３．回路方程式例
４．制御例
５．まとめ
≪ １．シミュレーションシステムのシステム構成及びハードウェア構成例≫
図１は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムの全体構成の一例を示すシステム図である。具体的には、シミュレーションシステム１は、例えば、シミュレーション装置２を有する。

シミュレーション装置２は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＤＲＰ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）又はこれらの組み合わせ等のハードウェアで実現される。なお、シミュレーション装置２が行う演算の一部又は全部は、プログラムに基づいて演算を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有する情報処理装置によって実現されてもよい。また、シミュレーションシステム１は、複数のシミュレーション装置２を有してもよい。

シミュレーション装置２は、電流アンプ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等の電流源３に接続され、シミュレーション装置２が電流源３に対して指令すると、電流源３は、指令に基づく電流を電力系統４（以下、電力系統のことを単に「系統」という場合もある。）に出力する。一方、シミュレーションシステム１は、電流源３によって電力系統４に電流が出力されると発生する端子電圧を検出器等で計測し、電圧値を入力する。なお、シミュレーションシステム１は、電力計等の計測装置及び遮断器等を更に含んでもよい。

図２は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによるシミュレーションの一例を示す模式図である。図２に示す実系統は、シミュレーションシステム１に基づいてシミュレーションされる全体構成の一例である。図２に示すように、シミュレーションシステム１は、いわゆるＰＭＳＧ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、永久磁石同期発電機）方式による実系統をシミュレーションする。

例えば、実系統では、風力によって発電を行うのに、風車２１が設置され、風車２１に風が吹き付けると、風車２１は、回転し、機械トルクＴ_ｍが発生する。また、機械トルクＴ_ｍによる回転の回転速度は、回転速度ω（回転速度は、角速度、角周波数又は単位時間当たりの回転数でもよい。）とする。さらに、風車２１に吹き付ける風の風速は、風速Ｗ_ｓであるとする。

風車２１には、永久磁石同期発電機２２が接続され、永久磁石同期発電機２２は、発電電力Ｐｇを発電する。次に、発電電力Ｐｇは、図示するように、インバータ２３に入力される。

マグネットコンタクタＭＣは、インバータ２３と、送電線等を含む電力系統２５とを接続又は遮断するように切り替える。即ち、マグネットコンタクタＭＣがオン（ｏｎ）となり、インバータ２３と電力系統２５とが接続されると、永久磁石同期発電機２２が発電する発電電力Ｐｇによる電流が、インバータ２３を介して、電力系統２５に流れる。以下、発電電力Ｐｇによる電流であって、マグネットコンタクタＭＣがオンとなり、永久磁石同期発電機２２からインバータに入力される電流を第１電流ｉ_１という。また、第１電流ｉ_１は、第１電流値ｉ_１（ｉ_ｒａ，ｉ_ｒｂ，ｉ_ｒｃ）であるとする。

さらに、マグネットコンタクタＭＣがオンとなると、インバータ２３から出力電流ｉ_ｏｕｔが出力される。また、出力電流ｉ_ｏｕｔは、出力電流値（ｉ_ｇａ，ｉ_ｇｂ，ｉ_ｇｃ）であるとする。なお、出力電流ｉ_ｏｕｔには、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ、交流）フィルタによって、フィルタ処理が行われてもよい。

インバータ２３は、ロータ側コンバータ２３１と、電力系統側コンバータ２３２と、中間回路２３３とを有する。ロータ側コンバータ２３１は、例えば、インバータ２３に入力される第１電流ｉ_１を変換して第２電流値Ｉ_ｒを演算する。また、図示するように、ロータ側コンバータ２３１とは異なる電力系統側コンバータ２３２を有する。また、中間回路２３３は、ロータ側コンバータ２３１又は電力系統側コンバータ２３２が計算する電圧等に基づいて、直流中間電圧Ｅ_ｄｃを調整する。

インバータ２３は、入力される第１電流ｉ_１をロータ側コンバータ２３１、電力系統側コンバータ２３２及び中間回路２３３等によって、調整して出力電流ｉ_ｏｕｔを出力する。

これに対して、シミュレーションシステム１は、実系統における永久磁石同期発電機２２及びインバータ２３等をシミュレーションする。以下、シミュレーションシステム１を有する構成をシミュレーション系統という。シミュレーション系統は、実系統をシミュレーションし、試験又は調整等を行うのに用いられる。また、電力系統４は、実系統の電力系統２５に代わる装置であり、電力系統２５をモデルにしたアナログ電気回路等である。例えば、実系統では、送電される電力は、数ｋＶ（ｖｏｌｔ）の高圧電圧であるのに対して、シミュレーション系統では、電力は、５０Ｖ程度の電圧でシミュレーションが行われる。

また、ロータ側コンバータ２３１は、永久磁石同期発電機２２に流れる電流（以下、電機子電流という。）の電圧を制御する。

≪ ２．シミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成例≫
図３は、本発明の一実施形態におけるシミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成の一例を示す機能ブロック図である。シミュレーションシステム１は、演算部１００と、発電機演算部１１０とを含む。各部は、例えば、ＦＰＧＡ等のシミュレーション装置２による電子回路によって実現される。なお、各部は、異なるシミュレーション装置２によってそれぞれ実現されてもよい。例えば、演算部１００がＦＰＧＡによって実現され、発電機演算部１１０がＤＳＰによって実現される構成等でもよい。

発電機演算部１１０は、図２に示す風車２１及び永久磁石同期発電機２２等をシミュレーションする演算を行う。

演算部１００は、図２に示すインバータ２３等をシミュレーションする演算を行う。なお、インバータ２３等をシミュレーションする演算を行うため、演算部１００は、例えば、フィルタ部１０１、切替部１０２、第１制御部１０３、第２制御部１０４及び中間回路部１０５を有する。

また、演算部１００は、切替部１０２によって、演算部１００によって演算される出力電流ｉ_ｏｕｔが電力系統４に流れるようにするか否かを切り替える。なお、出力電流ｉ_ｏｕｔは、図２に示す実系統では、インバータ２３が出力する電流に相当する。

さらに、演算部１００は、フィルタ部１０１によって、インバータ２３が出力する電流をＡＣフィルタして出力電流ｉ_ｏｕｔとする。演算部１００は、例えば、フィルタ部１０１によって、電力系統の電圧に基づいて電流を計算したり、ＡＣフィルタの回路特性等を模擬したりする。

また、演算部１００は、回路方程式を演算し、電力系統４に電流が流れるように電流源３に指令を出す。この指令は、回路方程式から演算される出力電流値（ｉ_ｇａ，ｉ_ｇｂ，ｉ_ｇｃ）に基づく。さらに、演算部１００は、電力系統４に電流が流れる際の端子電圧を計測する。

≪ ３．回路方程式例≫
図４は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算される発電機の等価回路の一例を示す回路図である。シミュレーションシステム１は、図４に示す等価回路の回路方程式を演算する。

図４に示す等価回路の回路方程式は、下記（１）式のように示せる。

上記（１）式は、単位系として変形とすると、下記（２）式のように示せる。

上記（２）式において、下記（３）式のようにすると、回路方程式は、永久磁石同期発電機の磁束及び電流の渡過特性が無視されたいわゆる実効値モデルとなる。

これに対して、上記（２）式は、１階の行列微分方程式、いわゆる状態変数法によって示すと、下記（４）式のようになる。

回路方程式を上記（４）式のように、１階の行列微分方程式とすると、伝達関数又は節点解析法等によって回路方程式を演算する場合と比較して、シミュレーションシステム１は、回路方程式を精度良く演算することができる。

また、節点解析法では、マグネットコンタクタＭＣ（図２参照）の状態によって、回路方程式の演算は、それぞれの状態にあわせて行う必要がある。この演算には、除算が含まれるため、ＦＰＧＡ等によって演算を実現しようとすると、演算用の回路規模が大きくなる等の計算コストが多くなってしまう場合が多い。これに対して、上記（４）式のように、回路方程式を１階の行列微分方程式とすると、除算を少なくでき、計算コストを少なくすることができる。

また、上記（４）式では、下記（５）式のような条件とする。

上記（４）式によって、回路方程式が演算されると、シミュレーションにおいて、シミュレーションシステム１は、磁束及び電流の時間変化を考慮することができるいわゆる瞬時値モデルによって回路方程式を演算できる。

さらに、電機子電流がゼロとなる電圧を求めると、Ｉ_ｒｄ＝０、Ｉ_ｒｑ＝０及び上記（２）式の連立方程式より、下記（６）式のように示せる。

上記（６）式に示す電圧値を上記（４）式の初期値とすると、突入電流等の発電機を立ち上げる際等に出力される電流と、その出力される電流の元となる電気トルクの発生を少なくすることができる。

≪ ４．制御例≫
図５は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算されるシミュレーションモデルの一例を示す制御ブロック図である。例えば、図５に示すシミュレーションモデルがシミュレーションシステムによってシミュレーションされるとする。

図２に示す実系統で、永久磁石同期発電機２２（図２参照）が風力による機械トルクＴ_ｍによって発電電力を発電する場合、シミュレーションシステムは、風速Ｗ_ｓから機械トルクＴ_ｍを演算し、発電電力を演算する。

風速Ｗ_ｓが所定の風速未満である場合、マグネットコンタクタＭＣ（図２参照）は、オフ（ｏｆｆ）であり、永久磁石同期発電機２２及びインバータ２３（図２参照）は、電力系統２５（図２参照）と遮断された状態、いわゆる解列された状態である。この解列の状態をシミュレーションするため、シミュレーションシステムは、マグネットコンタクタＭＣを切替部１０２（図３参照）によってシミュレーションする。

一方、所定の風速以上の風が吹くと、図２に示す実系統では、風速Ｗ_ｓに基づいて発電された発電電力による電流を電力系統２５に流し始める、いわゆるカットイン（ｃｕｔ ｉｎ）が起こる。例えば、風速が３乃至４ｍ／ｓ（メートル毎秒）以上となると、カットインが起こる。なお、カットインが起こる風速（カットイン風速）は、風車２１（図２参照）及び永久磁石同期発電機２２の種類等によってそれぞれ異なり、それぞれの種類によって、あらかじめ設定される。即ち、カットイン風速となると、シミュレーションシステムは、永久磁石同期発電機２２のシミュレーションモデルの立ち上げを行う。

図６は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算されるシミュレーションモデルの立ち上げの際の制御の一例を示す制御ブロック図である。例えば、シミュレーションシステムは、立ち上げの際、図６に示すように、制御する。

図７は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによって演算されるシミュレーションモデルの立ち上げの際以外の制御の一例を示す制御ブロック図である。例えば、シミュレーションシステムは、立ち上げの際以外では、図７に示すように（以下、通常制御モードという。）、制御する。

図８は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによる制御の一例を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、図６及び図７に示す制御の手順の一例を示す。

≪ 系統側コンバータ制御における同期制御の実施例（ステップＳ０１）≫
ステップＳ０１では、シミュレーションシステムは、第２制御部１０４（図３参照）によって、系統側コンバータ制御において、同期制御を実施する。具体的には、シミュレーションシステムは、電力系統の電圧（ｖ_ｇａ，ｖ_ｇｂ，ｖ_ｇｃ）の振幅Ｖ_ｇと、図２に示す実系統でマグネットコンタクタＭＣの手前部分に相当する箇所の電圧振幅Ｅ_ｇとの差をＰＩ制御によって、同期投入が可能な電圧（ｅ_ｇａ ^＊，ｅ_ｇｂ ^＊，ｅ_ｇｃ ^＊）を計算する。即ち、シミュレーションシステムは、同期投入が可能な電圧（ｅ_ｇａ ^＊，ｅ_ｇｂ ^＊，ｅ_ｇｃ ^＊）となるように、電圧を調整する。

≪ ロータ側コンバータ制御における電機子電流をゼロにする制御の実施例（ステップＳ０２）≫
ステップＳ０２では、シミュレーションシステムは、第１制御部１０３（図３参照）によって、ロータ側コンバータ制御において、電機子電流をゼロにする制御を実施する。具体的には、シミュレーションシステムは、永久磁石同期発電機２２の電圧を制御する指令値として、上記（６）式に示すＶ_ｒｄ＝０及びＶ_ｒｑ＝ω^＊×φ_ｒｄ、即ち、永久磁石同期発電機２２の回転速度と内部の磁束を乗算した値を永久磁石同期発電機２２の電圧とする。この制御によって、シミュレーションシステムは、電機子電流をゼロにすることができる。

≪ マグネットコンタクタをオンにする例（ステップＳ０３）≫
ステップＳ０３では、シミュレーションシステムは、切替部１０２（図３参照）によって、マグネットコンタクタＭＣをオンにする。即ち、図２に示す実系統では、マグネットコンタクタＭＣがオンとなると、インバータ２３と電力系統２５とが接続される。

また、マグネットコンタクタＭＣがオンとなると、シミュレーションシステムは、通常制御モードに移行する。即ち、マグネットコンタクタＭＣによってインバータ２３と電力系統２５とが遮断されている状態は、ステップＳ０３より前の状態等である。したがって、初期値は、例えば、ステップＳ０３より前の状態において、演算及び設定等が行われる。

≪ ロータ側コンバータ制御における有効電力及び無効電力を一定にする制御の実施例（ステップＳ０４）≫
ステップＳ０４では、マグネットコンタクタＭＣがオンとなると、シミュレーションシステムは、第１制御部１０３によって、有効電力及び無効電力を一定にする制御を実施する。具体的には、シミュレーションシステムは、入力される電圧値及び電機子電流からそれぞれ求まる有効電力Ｐ_ｒと、無効電力Ｑ_ｒとを制御量とした有効電力及び無効電力を一定にする制御を行う。

また、有効電力Ｐ_ｒの設定値Ｐ_ｒ ^＊と、無効電力Ｑ_ｒの設定値Ｑ_ｒ ^＊と、有効電力Ｐ_ｒ及び無効電力Ｑ_ｒの差分とを制御入力としたＰＩ制御の演算量が、永久磁石同期発電機２２の電流、即ち、電機子電流Ｉ_ｒｄ及び電機子電流Ｉ_ｒｑのそれぞれの設定値Ｉ_ｒｄ ^＊及び設定値Ｉ_ｒｑ ^＊となる。

さらに、電機子電流Ｉ_ｒｄ及び設定値Ｉ_ｒｄ ^＊の差分と、電機子電流Ｉ_ｒｑ及び設定値Ｉ_ｒｑ ^＊の差分とを制御入力としたＰＩ制御の演算量が、（Ｖ_ｒｄ，Ｖ_ｒｑ）となる。また、（Ｖ_ｒｄ，Ｖ_ｒｑ）は、永久磁石同期発電機２２の電圧指令値となる。

≪ 系統側コンバータ制御における直流中間電圧及び無効電力を一定にする制御の実施例（ステップＳ０５）≫
ステップＳ０５では、マグネットコンタクタＭＣがオンとなると、シミュレーションシステムは、第２制御部１０４によって、直流中間回路等の中間回路で演算される直流中間電圧Ｅ_ｄｃと、電力系統に出力される無効電力Ｑ_ｓとを制御量とした直流中間電圧及び無効電力を一定にする制御を行う。具体的には、直流中間電圧Ｅ_ｄｃと、直流中間電圧Ｅ_ｄｃの設定値Ｅ_ｄｃ ^＊との差分を制御入力としたＰＩ制御の演算量をＡＣフィルタ回路の電流Ｉ_ｇｄ及び電流Ｉ_ｇｑのそれぞれの設定値Ｉ_ｇｄ ^＊及び設定値Ｉ_ｇｑ ^＊とする。次に、設定値Ｉ_ｇｄ ^＊及び設定値Ｉ_ｇｑ ^＊の差分とを制御入力としたＰＩ制御の演算量が、（ｅ_ｇａ ^＊，ｅ_ｇｂ ^＊，ｅ_ｇｃ ^＊）となる。また、（ｅ_ｇａ ^＊，ｅ_ｇｂ ^＊，ｅ_ｇｃ ^＊）は、ＡＣフィルタ回路に対する電圧指令値となる。

なお、制御における各手順の順序は、図８に示す順序に限られない。例えば、ステップＳ０１及びステップＳ０２は、それぞれの制御が平行又は図示する順序と逆の順序で、各制御が実施されてもよい。同様に、ステップＳ０４及びステップＳ０５は、それぞれの制御が平行又は図示する順序と逆の順序で、各制御が実施されてもよい。また、通常制御モードに係る制御は、図示した制御とは、異なる制御が行われてもよい。

≪ ５．まとめ≫
図９は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによる制御の制御結果の一例を示す図である。図９は、図６及び図８に示す制御が行われた結果、図２に示す実系統で流れる出力電流ｉ_ｏｕｔの出力電流値（ｉ_ｇａ，ｉ_ｇｂ，ｉ_ｇｃ）を示す。また、図９は、電圧指令値（ｅ_ｒａ，ｅ_ｒｂ，ｅ_ｒｃ）、直流中間電圧Ｅ_ｄｃ、有効電力Ｐ_ｒ及び無効電力Ｑ_ｒを同じ時間軸でそれぞれ示す制御結果の例である。

電力を送る側である永久磁石同期発電機等と、受ける側である電力系統との間に電圧差又は周波数の位相ずれ等がある場合、永久磁石同期発電機の立ち上げ等で、解列されている永久磁石同期発電機等が電力系統に接続されると、電圧差又は周波数の位相ずれ等による差分をなくそうと、大きな電流、いわゆる突入電流ＩＣが流れる場合が多い。突入電流ＩＣは、例えば、定格の８．０倍等の大きな電流であることが多いため、突入電流ＩＣが流れると、大きな電流が流れていることを検出して遮断器等が動作して、実系統全体が停止する等が起きる場合がある。

そこで、シミュレーションシステムは、マグネットコンタクタがオフであることによってインバータと電力系統とが遮断されている場合、電機子電流の電圧を制御する。具体的には、回路方程式で、上記（４）式の回路方程式の初期値として、上記（６）式が入力されるように制御する。

カットイン風速となった場合等に、シミュレーションシステムは、マグネットコンタクタをオンにして、解列されている永久磁石同期発電機等を電力系統に接続する。上記（６）式が入力された状態で、電力系統と永久磁石同期発電機とを接続させるため、永久磁石同期発電機が発電する発電電力の電圧、周波数及び位相は、電力系統の電圧、周波数及び位相と同期させやすくできる。したがって、シミュレーションシステムは、上記（４）式の回路方程式の初期値として、上記（６）式が入力されるように制御することで、発電機のシミュレーションにおいて、図示する突入電流ＩＣ等のように、発電機を立ち上げる際等に出力される電流を抑制できる。図９は、突入電流ＩＣが定格の０．２倍程度に抑制された場合の例である。

なお、本発明の一実施形態に係る各演算の全部又は一部は、機械語、アセンブラ等の低水準言語、Ｃ言語、Ｊａｖａ（登録商標）、オブジェクト指向プログラミング言語等の高水準言語又はこれらを組み合わせて記述されるコンピュータに実行させるためのプログラムによって実現されてもよい。即ち、プログラムは、情報処理装置等のコンピュータに各演算の全部又は一部を実行させるためのコンピュータプログラムである。

また、プログラムは、ＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納して頒布することができる。さらに、記録媒体は、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ブルーレイディスク、ＳＤ（登録商標）カード又はＭＯ等でもよい。さらにまた、プログラムは、電気通信回線を通じて頒布することができる。

さらに、本発明の一実施形態に係る各演算の全部又は一部は、複数のシミュレーション装置を有するシミュレーションシステムによって実現されてもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

１ シミュレーションシステム
２ シミュレーション装置
３ 電流源
４、２５ 電力系統
Ｔ_ｍ 機械トルク
ＭＣ マグネットコンタクタ

Claims (10)

1. 電力系統に接続されるインバータと、前記インバータに接続される発電機を前記インバータ及び前記発電機の等価回路の回路方程式を演算することでシミュレーションするシミュレーション装置であって、
   前記発電機が発電する発電電力と、前記発電電力による電流であって前記インバータに入力される電流とを演算する発電機演算部と、
   前記インバータと前記電力系統とを接続又は遮断して、前記インバータから出力される出力電流を前記電力系統に流れるようにするか否かを切り替える切替部と、
   前記切替部によって前記インバータと前記電力系統とが遮断されている場合、前記発電機に流れる電機子電流の電圧を前記発電機の回転速度及び磁束に基づいて、制御する第１制御部を有し、前記回路方程式を演算する演算部と
   を含み、
   前記発電機の回路方程式は、下記（４）式であり、
   

   

   
   前記第１制御部は、前記発電機の回路方程式の初期値を下記（６）式とし、
   

   

   上記（４）式及び上記（６）式における、
   「Ｉ_ｒｄ」は、ｄ軸回路における電機子電流を示し、
   「ω」は、回転速度を示し、
   「ω_０」は、初期回転速度を示し、
   「ｒ_ａ」は、抵抗値を示し、
   「Ｖ_ｒｄ」は、ｄ軸回路における発電機の電圧を示し、
   「φ_ｒｄ」は、ｄ軸回路における磁束を示し、
   「Ｉ_ｒｑ」は、ｑ軸回路における電機子電流を示し、
   「Ｖ_ｒｑ」は、ｑ軸回路における発電機の電圧を示し、
   「φ_ｒｑ」は、ｑ軸回路における磁束を示し、
   「Ｘ_ｄ」及び「Ｘ_ｑ」は、直軸同期リアクタンス及び横軸同期リアクタンスを示す
   シミュレーション装置。
2. 前記発電機は、永久磁石同期発電機である請求項１に記載のシミュレーション装置。
3. 前記出力電流に基づいて、前記電力系統に交流電流を供給する電流源を介して前記電力系統に接続される請求項１又は２に記載のシミュレーション装置。
4. 前記演算部は、
   前記インバータにおいて、前記発電機側に前記第１制御部を有し、
   前記インバータにおいて、前記電力系統側で電圧を調整する第２制御部を更に有する請求項３に記載のシミュレーション装置。
5. 前記発電機は、風力による機械トルクから前記発電電力を発電する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
6. 所定の風速以上の風が吹くと、前記発電機を立ち上げる請求項５に記載のシミュレーション装置。
7. 前記所定の風速以上の風が吹くと、前記切替部によって前記インバータと前記電力系統とを接続する請求項６に記載のシミュレーション装置。
8. 前記発電機の回路方程式は、１階の行列微分方程式で示される方程式である請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
9. 前記出力電流をフィルタするフィルタ部を更に含む請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
10. 電力系統に接続されるインバータと、前記インバータに接続される発電機を前記インバータ及び前記発電機の等価回路の回路方程式を演算することでシミュレーションする複数のシミュレーション装置を有するシミュレーションシステムであって、
    前記発電機が発電する発電電力と、前記発電電力による電流であって前記インバータに入力される電流とを演算する発電機演算部と、
    前記インバータと前記電力系統とを接続又は遮断して、前記インバータから出力される出力電流を前記電力系統に流れるようにするか否かを切り替える切替部と、
    前記切替部によって前記インバータと前記電力系統とが遮断されている場合、前記発電機に流れる電機子電流の電圧を前記発電機の回転速度及び磁束に基づいて、制御する第１制御部を有し、前記回路方程式を演算する演算部と
    を含み、
    前記発電機の回路方程式は、下記（４）式であり、
    

    

    前記第１制御部は、前記発電機の回路方程式の初期値を下記（６）式とし、
    

    

    上記（４）式及び上記（６）式における、
    「Ｉ_ｒｄ」は、ｄ軸回路における電機子電流を示し、
    「ω」は、回転速度を示し、
    「ω_０」は、初期回転速度を示し、
    「ｒ_ａ」は、抵抗値を示し、
    「Ｖ_ｒｄ」は、ｄ軸回路における発電機の電圧を示し、
    「φ_ｒｄ」は、ｄ軸回路における磁束を示し、
    「Ｉ_ｒｑ」は、ｑ軸回路における電機子電流を示し、
    「Ｖ_ｒｑ」は、ｑ軸回路における発電機の電圧を示し、
    「φ_ｒｑ」は、ｑ軸回路における磁束を示し、
    「Ｘ_ｄ」及び「Ｘ_ｑ」は、直軸同期リアクタンス及び横軸同期リアクタンスを示す
    シミュレーションシステム。

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