JPS59181925A - 系統の周波数および電圧安定化方法 - Google Patents
系統の周波数および電圧安定化方法Info
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- JPS59181925A JPS59181925A JP59060508A JP6050884A JPS59181925A JP S59181925 A JPS59181925 A JP S59181925A JP 59060508 A JP59060508 A JP 59060508A JP 6050884 A JP6050884 A JP 6050884A JP S59181925 A JPS59181925 A JP S59181925A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、有効電力および無効電力の変動する負荷が接
続され、所定の静特性を有する原動機/発電機ユニット
から給電される系統の周波数および′改正を安定化する
方法ζ二関するものである。 〔従来技術とその問題点〕 第1図の中段部(二は抵抗負荷2および誘導[生または
容老性の負荷3(二給電する系統1が啓示されCいる。 系統工に1・よさらに環境条件によって発生電力の大き
く変動する種々の電力発生装置、たとえは風力発電機4
、太陽電池式発電機5、太陽熱エイ・ルギー又は廃:稟
熱(′l−よって駆動さiする熱発電機6などが接続さ
れている。こitらの発電機は、それから供給される有
効電力が環境条件に依存しており、系統に接続さitて
いる負荷2゜3の大きさにはほとんど無関係であるとい
う点で共通している。しかし、有効゛電力の発生には、
環境条件に従って変動する無効電力の授受も関係する。 発電機4. 5. 6が負荷の有効電力需要量を賄いき
れる状態になければ、制御可能な原動機/発電機ユニッ
ト7が付加的に設けら2tろ。このユニット7の原動機
はたとえば速度対電力特性n/Pに従って速度制帆され
るディーゼルエンジン8であり得る。このディーゼルエ
ンジン8は発電機9を介して系統1に連結されている。 発電機9の制御゛装置10によ
続され、所定の静特性を有する原動機/発電機ユニット
から給電される系統の周波数および′改正を安定化する
方法ζ二関するものである。 〔従来技術とその問題点〕 第1図の中段部(二は抵抗負荷2および誘導[生または
容老性の負荷3(二給電する系統1が啓示されCいる。 系統工に1・よさらに環境条件によって発生電力の大き
く変動する種々の電力発生装置、たとえは風力発電機4
、太陽電池式発電機5、太陽熱エイ・ルギー又は廃:稟
熱(′l−よって駆動さiする熱発電機6などが接続さ
れている。こitらの発電機は、それから供給される有
効電力が環境条件に依存しており、系統に接続さitて
いる負荷2゜3の大きさにはほとんど無関係であるとい
う点で共通している。しかし、有効゛電力の発生には、
環境条件に従って変動する無効電力の授受も関係する。 発電機4. 5. 6が負荷の有効電力需要量を賄いき
れる状態になければ、制御可能な原動機/発電機ユニッ
ト7が付加的に設けら2tろ。このユニット7の原動機
はたとえば速度対電力特性n/Pに従って速度制帆され
るディーゼルエンジン8であり得る。このディーゼルエ
ンジン8は発電機9を介して系統1に連結されている。 発電機9の制御゛装置10によ
【)、一定の制限範囲内
で無効電力Qを系統1に供給したり逆に系統1から吸収
したりすることができる。その場合、ユニット7の出力
電圧Uは発電機9のu/Q特性に従って変動する。この
ような装置においては、発電機4,5゜6の発生電力が
系@1の有効電力需要量とほぼ平衡しているにもかかわ
らず無効電力需要量の理由からディーゼルエンジン8を
投入しなけλtばならない場合がしばしば生ずる。その
場合、ディーゼルエンジン8はほぼ無負荷ではあるが、
高速で、ttxわちディーゼルエンジン8の燃焼過程が
最適動作してエンジン8および発電機9が高能率となる
範囲を外れたところで運転されることC二なる。 さらにその場合、系統1の周波数および電圧な所望の許
容限界値内で定格値に維持するのがしばしば困難になる
。 第2図は、ディーゼルエンジン8の回転速度nないしは
原動!/発電機ユニット7の出力周波数fを有効電力P
i−itして示すものである。なお、図C二台いてn
、f Nenn Nenn1 PNennはそれぞfL回
転速度、周波数。有効電力の定格値を表わすものである
。有効電力は系統の需要によって予め与えられている。 しかし、速度すなわち周波数はエンジンの駆動制御(二
より狭い限界値内でわずか(二変動し得る。一般に原動
機の「静# 性jと称さ几る速度対出力時1生は製造者
(二上って設定さ、!する。同一特性(=設定さ、!t
た複数台の原動機/発電慝ユニットを並列運転し、有効
電力を各ユニットに等分に分担させることがしばしばあ
る。 ユニット7の供給(正)無効電力または吸収(負)無効
電力Qに対する出力゛電圧Uの関係として大抵は$3図
に示すように直線の「静特性」カー設定さ、lする。図
中、uN8nnは出力電圧の定格値である。ユニットの
設計の際は、一般に定格速度nNeI□11でユニット
が系統の定格周波数fNennを発生し、無効電力Q−
0で系統の定格電1fuNennを発生するよう(一系
統に調和させる。それらの定格点でユニット運転の最適
条件が得らソtろ。しかし、系統の有効電力伝送部また
は厭効電力需要費の増大は回転速度ないし系統周波数お
よび系統電圧の低下をひき起こす。 〔発明の目的〕 木登u11のf3 (Gj、−+ 、 、r5−シ、T
yq / ’ 発= I;L−一7 F r5よび系統
に接続さ几ている負荷や他の議力琴生装置が相互に且つ
系統の電力需要ζ二無関係(二そfLらの最適条件で・
ボ転できる運転状、態のもとで系1RIaの’4圧およ
び周波数を安定化すること(二あ6゜〔発明の構成〕 この目的は不発明により、原・紡機/発電気ユニットの
静特性を系統が定格電圧および定格周波数の状態にある
ときに当該原動機/発′屯機ユニットが最適i功作点で
運転されるようC二設定し、系統Cミ伝送部を有する工
A・ルギー伝送装置を介して風気的エイ・ルギー蓄積器
をト夛続し、系統周波数と系統の定格周波数どの間の制
御偏差から有効電力伝送部のための目標値を形成し、系
g4f電圧と系、統の定格゛5.シ圧との間の制御偏差
から無効電力伝送141(のヅこめの目標値を形成する
ことによって達成さ几る。 〔発明の実施例〕 見、下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する
。 原・1力機/発′屯機ユニット、例えば勇1図の例(二
#ケア1 テ4−ゼルエンジン8および発電機9から[
戊るユニット7、の静特性は、系統の定格電圧および定
洛周彼数C二ぢいてユニットが最適動作点で1亜転され
るようζ1予め与えられる。系71.l′C1には電気
的エイ、ルギー蓄積器11、たとえば11固または複数
個の蓄電池が制御可能な電気エイ・ルギー伝送装置たと
えばインバータ制御部13を介して制御される1つまた
は複数のインバータ12を介して接続されている。エイ
・ルギー伝送装置の制(北部13は、へイT入力がとし
て与えらfLる目標値PWRに従って系統にインバータ
12の三用交6ft出力端を介して供給する有効電力、
また第2の基準入力用として与えらハ、る目標値QWR
に従って無効″電力が、それぞれ別/2(二町]抹印で
きるよう(二よ芭1′i!2さ几′ている。系統周波数
fと定格周波数f −fNennとのmlの制御偏差
f−f からエイ、ルギー伝送装置の有効電力伝送部1
1]の目標値PWRが形成さit、系統゛電圧Uと定格
電圧u ””uNennとの間のi:r制御偏差u
−uから無効電力伝送部j−1:l C’)目標値QW
Rが形成さ才する。 そのため第1図では系統1の電圧′fなわち系統°電圧
Uが・甑圧検出器14によって取出さit、そオtから
周波数検出器】5により系統周波数f lJ:検j七さ
Jする。この系統周波数fは実際値として内液ツ友調節
器16に入力さ、lする。周波数調節器160)目標値
f はポテンショメータから成る設定装置17から系統
の定格周波数に応じて取り出さ几る。 同様にして系統電圧Uから、電圧振幅検出器整流器18
により系統゛ミ圧振幅の実際値Uが倹1(3さ几、設定
装置(ポテンショメータ19)から取り出さオを系統の
定格′重圧に対応する目標値U とともf二振幅調節器
20に入力される。周波数調節器16は有効電力目標値
P□を出力し、振ll@調節器20は・勲効電力目標埴
QWRを出力する。 原動機/発電機ユニット7の設定が行わノ1.乙と、こ
のユニットはその定格出力を系統周波数(たとえば6o
Hz)で出力する。系統の有効電力需要がP N et
z < (P N enn ) Ag−に小さくなって
ユニット7の負荷が軽くなると、本発明の装置がないと
ユニット7および♀梳1の周波倣は上列して]−昇し、
無負荷ではたとえば定格周波数の105係C二達する。 他方、ユニット7から取り出さ、Iする有効電力が定格
屯カー2越えると、系統周波数は有効電力の増大ととも
に低下する。 周波数調節器16は今や有効電力目標値を出力し、エイ
・ルギー蓄積器11からインノ々−夕12およびその制
御部J3を介して有効電力PAgが系統1に供給さiす
るように機能する。その場合、系= 締部波数が定格周波数(目標周波数f )に等しけ2”
Lば、系統1とエネルギー蓄積器11との間の有効電力
需要電は零である。調節器の1llAj節方向は、系統
周波数の上昇時(二1.ま有効電力か吸収きれ、したが
ってエイ・ルギー蓄私器11が充電される。系統周波数
の低下時(二・ま有効電力が系統に改出さ1”L、そj
ti二よりエイ−、’レギー蓄積器11が放電する。 第4図aは正弦波の形をした系統1の有効電力需要PN
etzの時間的変fヒを示すものである。時点t。では
有効電力需要Pr1tzは原動機/発電機ユニット7の
定格゛電力(P ) (二等しag Nenn い。すなわち時点t。では、第4図すに示す周波数/電
力ダイヤグラムから分るように、ユニット7または系統
1の因波数は定格周波数(′−等しい。 同ダイヤグラムの1黄C二はインバータ12の出力有効
電力PwRがプロットさ2tてぢり、それは当該時点を
示す点のPWR””0に属する垂直線からの第4図aの
ダイヤグラムに3ける系統の有効電力需要〕〕+qet
zの変化にようtは、この有効電力需要は特電tXまで
上昇するが、この上昇はインバータ12の出力有効電力
PWRの適当な制宿](二上ってカバーさ、!する。そ
の結果、時点tエ までは、系統部?皮数]は同一値(
=保たれるが、有効電力PWRはt着火する。 その場合、インバータ12がその出力限界まで刊a(l
ざ(tて1−まうことか起0得る。そλtは伝送゛電流
が最大値ζ:i土した場合である。このような場合のた
めに、電流測定値と′電流限界値との間の$’) i:
[+] ゛偏差から、インバータの出力電lK
が罹j−さiするべき震界値が形成さλt;6゜ 時点t1 とt3の間で、この電流制限作用が1動くと
、インバータ12はその一定の限界有効電力(PWR)
。を伝送することかできる。そオを故、系統の有効電力
需要がなお増大する間は(時点t2)系統周波数は低下
する。その変動の大きさは1B2図の静特性で与えられ
、第4図(二はその順向を分かり易くするために若干オ
ーバーに示されている。時点t2で有効電力需要P
が低下し始etZ め、時点t3で再びユニット7の定格″電力すなわちイ
ンバータの限界電力(二まで低下する。先読の有効電力
需要が再び完全にユニット7の定格成力で賄わλt、
したがってインバータ12が零出力で運転される時点t
4までは、再び系統の定格周波数が維持さλする。系統
の有効電力需要がユニット7の定格成力を下まわる時点
t、〜t8に対1.てば、インバータの制御が負極性で
行なわ1t、系統周波数は時点り、〜t7の期間(イン
バータの電流制限区間)でのみ定格周波数からす、ルで
いる。 以−1:要するに、正常運転(時点t。−1,,13〜
t3.t7〜t8間での運転)では原動機/発電機ユニ
ットが正常な最適動作点で動作tにとができ、この状態
では原動機/発電機ユニットや7FJ1図に示されてい
る他の発電機、負荷の、制御(二影響を与えることがな
い。 第4図+L y b 、Cでは、電流制限に関連して
、インバータの出力有効電力が過負荷を負うことができ
ないエイ・ルギー蓄積器のもとで制限び、lする場合も
考慮されている。 第5図a、 b、 cjは無効電力について第4図
a、b、cと同様の振舞を示すものである。時点t。 では系統の純抵歇負荷が存在し、原動機/発電機ユニッ
トはその動作点に従い無効゛遊方を発生せず、振幅調節
器20)は無@電力目標値QWR’出力する。系統電圧
は時点1.まで定格値uNennに維持さ:Iする。と
いうのは、無効電力需要量’QNetzの増大はそJt
i=r寸応して制御さ、!するインバータの有効電力出
力(二上って完全にカバーされるからである。無効電力
出力の大きさはインバータの電力部の転流能力(二よっ
て制限さ、!する。すてC=述べた電流制限により1.
最大電流のみがインバータを流れ得るようにすることが
できる。そオを故、この電流制限の間、系統′電圧は第
3図に示さitているU/Q特性曲線(二従う。時点t
3で再び系統の全無動電力需要はインバータを介してカ
バーされ、系統゛電圧はその定格(直に復帰する。 系統の電力需要が継続するとエイ・ルギー蓄積器の容量
が実質的に消耗しきってしまったり、系統の1力出力が
iai売するとエネルギー蓄積器の吸収能力に達してし
まうことも起こり得る。このような場合は、エイ・ルギ
ー蓄積器の出力電圧Udと、満杯のエイ・ルギー蓄積器
にメ1して予め与えらズする電圧制限[直IJdmax
または1哨粍状態のエネルギー蓄積器に対して設定され
る電圧下限値Udminとの間の制御偏差から有効′取
カ伝送(二対する目標値を制限するための制限値を形成
するのがよい。この場合が第6図a、b、cに示されて
いる。ここでは時点t、でエイ・ルギー蓄積器の消耗(
能力低下)のため出力電力がPwR−o(時点t2 )
という値にまで低下する。そ2を故系7胱のエネルギー
需要はユニット7からの容量増加でiJバーさ、4tな
ければならず、したがって、全体として時点t3まで系
、碗部波数は定格周波数を下まわる。同様の振舞は時点
t4でエイ・ルギー蓄積器の容量がすて(二完全に負荷
され、エイ・ルギー蓄積器が有効゛電力を系統から受は
取ることができ、その結果系統周波数が定格周波数以−
1:= i= 1昇する場合に生じる。 以上要するに、系統の電力需要の図示の経過C二対して
、対応する周波数/有効電力特性線または電圧/無効電
力特i生線は第4〜6図のダイヤグラムで与えられてい
る時点91]に嘔じて変化する。エネルギー蓄tl貴器
およびエイ・ルギー)云送装置の出力限昇ζ二達する場
合にのみ定格値からの偏差が生ずるが、このことはこれ
らのユニットをそ2を相尚に大きく設計すること(二よ
り十分回避することができる。 この種の装置においてはしばしば一定の電圧変動が許容
さ1を得る。それ故無効電力伝送に対して一定の許容限
界を予め与えることができる。その場合、無効電力伝送
に対する目標値は系統電圧の低下または上昇に際して系
tf、電圧とその下または上にある許容限界との間の制
御偏差から形成されろ。この場合は、第5図の時点区間
も。−七、。 t3〜”51 t7〜t8でそこでは考慮されていな
い一定の変動が生ずる。 事i青によっては、エイ・ルギー伝送装置の制御ユニッ
トは対応する電力に対する基準入力を受は取るのではな
く、有効電流もしくは無効電流に対する基準入力を得る
。そこで各目標値から、エイ・ルギー伝送装置を、先れ
る電流の測定値で割算すること(−よって、伝送すべき
有効電流も1.<は無効″五流C二対する必要な目標値
を形成することができる。 エイ・ルギー云送装置の制御が有@電流および無効電1
荒の調節制御を含んでいる吻合、電流の測定シまもとも
と必要なものである。 制御部を有する好適なエイ・ルギー伝送装置がドイツ迎
邦共和国特許出願公開第3236071号明細書(二記
載さ1tており、それが第7図に装置30として示さi
tている。ここではL記特許出願明細書で用いたものと
ほぼ同一のシンボルが用いられており、当該制御装置部
分(二ついての説明は省略する。本発明については、装
置30が有効電流目標蝕11.・cosψおよび無効電
流目標値1w・sinψ用の制御入力端子31および3
2を持っており、エネルギー蓄積器11として用いらi
tている蓄電池11(電池電圧Ud)から目標値によっ
て与えられる有効電流および無効電流を系統1に4JI
Tる構成(二なっていることが重要である。さらに述べ
るならば、装置30では系統電圧UNの振幅もが形成さ
it、そこから取出すことができる。 さらに装置30:ま制限回路33によって7in完さ2
tている。この制限回路33はインバータ12の出勾電
流1. uを最大(直■。いゆに制限する。整流器34
でインパーク12の出力電流’ Wの測定値を整流し、
さらにそλtを平滑回路35で平滑化して電流実際値エ
フを得ている。 第7図に示す装置においても、系統′電圧Uから対応す
る系統同波数fを形成する周波数発生器15が設けられ
ている。系:碗部波数fと目標値f として周波数設定
器17こより予め与えられている系統定格周波数との間
の割面偏差f −fが周波数調節器16(二人力され
る。この周波数調節器J6の出力側(=は電圧制限回路
40が設けられている。 電圧制限回″1840は有効電力間は値PWRとして周
波数調節器16の出力電圧を最高値および1及低値に制
限す6゜その場合、上限・11αは調節器41から供給
さ1する。調節器41にはエイ・ルギー蓄積器11の出
力電圧[Jdとエイ・ルギー蓄積器11の充ゼ 霧状態ζ′″一対応する上限Ill@U との間
の制御偏 max 差Udmax−Ud・か入力さオする。同様にして電圧
制限回路40の下1限値は、調節器42から、エイ・ル
ギー蓄積器11の出力′電圧〔Jdとエイ・ルギー蓄潰
器11の放電状態に対応する下限値Udn11nとの間
の制御偏差Udm1n−Udから形成される。さラニ周
波vi調節器16によって形成された有効電流目標値か
ら、外部から与えられる有効電力目標値に切換えられる
ように切換スイッチ43が設けられている。このような
切換回路は・無効°電力目標値(二対しても設けられて
いる(切換スイッチ60)。その場合、装置全体が種々
の発電機および発電機ユニットを負荷平衡方式で制御す
るコンピュータを用いて運転さ2するようにすると有利
である。 有効′取方目標値PWRから入力端子31に必要な有効
電流目標値■÷・cosψ を形成するため(二、ここ
では割算回路44が設けられている。割算回路44の除
数入力端子に?・ま系統電圧の絶対値Uが入力さ2tろ
。ここで得ら2’Lる商PwR/uは平滑回路45を介
して平滑され、さらに制限回路46を介して入力4子3
1に導かれる。制御恨lPl路46はエイ・ルギー伝送
装置を流−7する電流I、を予苦 め与えら1する最犬電流埴■ (=制限するものm
ax である。ここでも電圧制限値は制御偏差■wmax−I
y+が入力される調節器47から取出さ2する。 無効゛電流目標値IW・Slnψのための入力端子32
にも制限回路48が前置されている。制限回路48はそ
の制限値を調節器47の出力4(すから得る。無効電流
目標値は、場合によっては平滑回路49を介し1・商Q
甚R/uとして割算回路55の出力端子から取出さオす
る。なお、割算回路55の被除数入力端子に!・ま無効
電力目標値QWRが入力さ几る。この無効電力目標値は
2.第1図を参照してすでに述べたように、目・く票値
U として設定器19で設定さltた系統定格′壱圧と
実測系統電圧Uとの間の差から形成される。 第1図(Z示さ2tている振幅H,S節器20はヒステ
リンス特性を持っている。このことは、第7図の装置で
は、負の目標値がそJtに応じた極性で挿入されたダイ
オード56を介して個別調節器57から得ら1t1 こ
の調1市器57には制御偏差として差まわる場合のみ調
M6j器57が応動する構成とすること(二よって行な
われている。正の無効″順方目標値はそれ(′″一応じ
た極性で挿入さ、ltたダイオード58を介して第2の
個511調節器59から取出さ几る。 調節器59には氾11定された系統電圧と許容上限11
塚U +ΔU との間の制御偏差(U +ΔU )−U
が入力される。 〔発明の効果〕 この裟Vttによノtば、系統1に接続された負荷2.
3ならびにこれらの負荷に関連して設けられた発電機4
,5.6が系、絖1の無効′セカとは関係なくその都、
度の動作条件に応じた最適動作点で動作するようにする
ことがで、きる。原動!/発電機ユニット7の動作点も
常にほとんど不変に保たノt、系統の周波数および電圧
も変わらない。むしろ系統の無効1−抗力や短時間の有
効電力過剰または有効電力過剰がエイ・ルギー蓄積器1
1および自動制能]されるインバータ12によってカバ
ーされる。エイ・ルギー蓄債器11および/またはイン
バータ12の出力限界C二連した場合のみ、系統の周波
数、i−5よび電圧に変動を生ずるおそれかあるC二′
jぎない。
で無効電力Qを系統1に供給したり逆に系統1から吸収
したりすることができる。その場合、ユニット7の出力
電圧Uは発電機9のu/Q特性に従って変動する。この
ような装置においては、発電機4,5゜6の発生電力が
系@1の有効電力需要量とほぼ平衡しているにもかかわ
らず無効電力需要量の理由からディーゼルエンジン8を
投入しなけλtばならない場合がしばしば生ずる。その
場合、ディーゼルエンジン8はほぼ無負荷ではあるが、
高速で、ttxわちディーゼルエンジン8の燃焼過程が
最適動作してエンジン8および発電機9が高能率となる
範囲を外れたところで運転されることC二なる。 さらにその場合、系統1の周波数および電圧な所望の許
容限界値内で定格値に維持するのがしばしば困難になる
。 第2図は、ディーゼルエンジン8の回転速度nないしは
原動!/発電機ユニット7の出力周波数fを有効電力P
i−itして示すものである。なお、図C二台いてn
、f Nenn Nenn1 PNennはそれぞfL回
転速度、周波数。有効電力の定格値を表わすものである
。有効電力は系統の需要によって予め与えられている。 しかし、速度すなわち周波数はエンジンの駆動制御(二
より狭い限界値内でわずか(二変動し得る。一般に原動
機の「静# 性jと称さ几る速度対出力時1生は製造者
(二上って設定さ、!する。同一特性(=設定さ、!t
た複数台の原動機/発電慝ユニットを並列運転し、有効
電力を各ユニットに等分に分担させることがしばしばあ
る。 ユニット7の供給(正)無効電力または吸収(負)無効
電力Qに対する出力゛電圧Uの関係として大抵は$3図
に示すように直線の「静特性」カー設定さ、lする。図
中、uN8nnは出力電圧の定格値である。ユニットの
設計の際は、一般に定格速度nNeI□11でユニット
が系統の定格周波数fNennを発生し、無効電力Q−
0で系統の定格電1fuNennを発生するよう(一系
統に調和させる。それらの定格点でユニット運転の最適
条件が得らソtろ。しかし、系統の有効電力伝送部また
は厭効電力需要費の増大は回転速度ないし系統周波数お
よび系統電圧の低下をひき起こす。 〔発明の目的〕 木登u11のf3 (Gj、−+ 、 、r5−シ、T
yq / ’ 発= I;L−一7 F r5よび系統
に接続さ几ている負荷や他の議力琴生装置が相互に且つ
系統の電力需要ζ二無関係(二そfLらの最適条件で・
ボ転できる運転状、態のもとで系1RIaの’4圧およ
び周波数を安定化すること(二あ6゜〔発明の構成〕 この目的は不発明により、原・紡機/発電気ユニットの
静特性を系統が定格電圧および定格周波数の状態にある
ときに当該原動機/発′屯機ユニットが最適i功作点で
運転されるようC二設定し、系統Cミ伝送部を有する工
A・ルギー伝送装置を介して風気的エイ・ルギー蓄積器
をト夛続し、系統周波数と系統の定格周波数どの間の制
御偏差から有効電力伝送部のための目標値を形成し、系
g4f電圧と系、統の定格゛5.シ圧との間の制御偏差
から無効電力伝送141(のヅこめの目標値を形成する
ことによって達成さ几る。 〔発明の実施例〕 見、下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する
。 原・1力機/発′屯機ユニット、例えば勇1図の例(二
#ケア1 テ4−ゼルエンジン8および発電機9から[
戊るユニット7、の静特性は、系統の定格電圧および定
洛周彼数C二ぢいてユニットが最適動作点で1亜転され
るようζ1予め与えられる。系71.l′C1には電気
的エイ、ルギー蓄積器11、たとえば11固または複数
個の蓄電池が制御可能な電気エイ・ルギー伝送装置たと
えばインバータ制御部13を介して制御される1つまた
は複数のインバータ12を介して接続されている。エイ
・ルギー伝送装置の制(北部13は、へイT入力がとし
て与えらfLる目標値PWRに従って系統にインバータ
12の三用交6ft出力端を介して供給する有効電力、
また第2の基準入力用として与えらハ、る目標値QWR
に従って無効″電力が、それぞれ別/2(二町]抹印で
きるよう(二よ芭1′i!2さ几′ている。系統周波数
fと定格周波数f −fNennとのmlの制御偏差
f−f からエイ、ルギー伝送装置の有効電力伝送部1
1]の目標値PWRが形成さit、系統゛電圧Uと定格
電圧u ””uNennとの間のi:r制御偏差u
−uから無効電力伝送部j−1:l C’)目標値QW
Rが形成さ才する。 そのため第1図では系統1の電圧′fなわち系統°電圧
Uが・甑圧検出器14によって取出さit、そオtから
周波数検出器】5により系統周波数f lJ:検j七さ
Jする。この系統周波数fは実際値として内液ツ友調節
器16に入力さ、lする。周波数調節器160)目標値
f はポテンショメータから成る設定装置17から系統
の定格周波数に応じて取り出さ几る。 同様にして系統電圧Uから、電圧振幅検出器整流器18
により系統゛ミ圧振幅の実際値Uが倹1(3さ几、設定
装置(ポテンショメータ19)から取り出さオを系統の
定格′重圧に対応する目標値U とともf二振幅調節器
20に入力される。周波数調節器16は有効電力目標値
P□を出力し、振ll@調節器20は・勲効電力目標埴
QWRを出力する。 原動機/発電機ユニット7の設定が行わノ1.乙と、こ
のユニットはその定格出力を系統周波数(たとえば6o
Hz)で出力する。系統の有効電力需要がP N et
z < (P N enn ) Ag−に小さくなって
ユニット7の負荷が軽くなると、本発明の装置がないと
ユニット7および♀梳1の周波倣は上列して]−昇し、
無負荷ではたとえば定格周波数の105係C二達する。 他方、ユニット7から取り出さ、Iする有効電力が定格
屯カー2越えると、系統周波数は有効電力の増大ととも
に低下する。 周波数調節器16は今や有効電力目標値を出力し、エイ
・ルギー蓄積器11からインノ々−夕12およびその制
御部J3を介して有効電力PAgが系統1に供給さiす
るように機能する。その場合、系= 締部波数が定格周波数(目標周波数f )に等しけ2”
Lば、系統1とエネルギー蓄積器11との間の有効電力
需要電は零である。調節器の1llAj節方向は、系統
周波数の上昇時(二1.ま有効電力か吸収きれ、したが
ってエイ・ルギー蓄私器11が充電される。系統周波数
の低下時(二・ま有効電力が系統に改出さ1”L、そj
ti二よりエイ−、’レギー蓄積器11が放電する。 第4図aは正弦波の形をした系統1の有効電力需要PN
etzの時間的変fヒを示すものである。時点t。では
有効電力需要Pr1tzは原動機/発電機ユニット7の
定格゛電力(P ) (二等しag Nenn い。すなわち時点t。では、第4図すに示す周波数/電
力ダイヤグラムから分るように、ユニット7または系統
1の因波数は定格周波数(′−等しい。 同ダイヤグラムの1黄C二はインバータ12の出力有効
電力PwRがプロットさ2tてぢり、それは当該時点を
示す点のPWR””0に属する垂直線からの第4図aの
ダイヤグラムに3ける系統の有効電力需要〕〕+qet
zの変化にようtは、この有効電力需要は特電tXまで
上昇するが、この上昇はインバータ12の出力有効電力
PWRの適当な制宿](二上ってカバーさ、!する。そ
の結果、時点tエ までは、系統部?皮数]は同一値(
=保たれるが、有効電力PWRはt着火する。 その場合、インバータ12がその出力限界まで刊a(l
ざ(tて1−まうことか起0得る。そλtは伝送゛電流
が最大値ζ:i土した場合である。このような場合のた
めに、電流測定値と′電流限界値との間の$’) i:
[+] ゛偏差から、インバータの出力電lK
が罹j−さiするべき震界値が形成さλt;6゜ 時点t1 とt3の間で、この電流制限作用が1動くと
、インバータ12はその一定の限界有効電力(PWR)
。を伝送することかできる。そオを故、系統の有効電力
需要がなお増大する間は(時点t2)系統周波数は低下
する。その変動の大きさは1B2図の静特性で与えられ
、第4図(二はその順向を分かり易くするために若干オ
ーバーに示されている。時点t2で有効電力需要P
が低下し始etZ め、時点t3で再びユニット7の定格″電力すなわちイ
ンバータの限界電力(二まで低下する。先読の有効電力
需要が再び完全にユニット7の定格成力で賄わλt、
したがってインバータ12が零出力で運転される時点t
4までは、再び系統の定格周波数が維持さλする。系統
の有効電力需要がユニット7の定格成力を下まわる時点
t、〜t8に対1.てば、インバータの制御が負極性で
行なわ1t、系統周波数は時点り、〜t7の期間(イン
バータの電流制限区間)でのみ定格周波数からす、ルで
いる。 以−1:要するに、正常運転(時点t。−1,,13〜
t3.t7〜t8間での運転)では原動機/発電機ユニ
ットが正常な最適動作点で動作tにとができ、この状態
では原動機/発電機ユニットや7FJ1図に示されてい
る他の発電機、負荷の、制御(二影響を与えることがな
い。 第4図+L y b 、Cでは、電流制限に関連して
、インバータの出力有効電力が過負荷を負うことができ
ないエイ・ルギー蓄積器のもとで制限び、lする場合も
考慮されている。 第5図a、 b、 cjは無効電力について第4図
a、b、cと同様の振舞を示すものである。時点t。 では系統の純抵歇負荷が存在し、原動機/発電機ユニッ
トはその動作点に従い無効゛遊方を発生せず、振幅調節
器20)は無@電力目標値QWR’出力する。系統電圧
は時点1.まで定格値uNennに維持さ:Iする。と
いうのは、無効電力需要量’QNetzの増大はそJt
i=r寸応して制御さ、!するインバータの有効電力出
力(二上って完全にカバーされるからである。無効電力
出力の大きさはインバータの電力部の転流能力(二よっ
て制限さ、!する。すてC=述べた電流制限により1.
最大電流のみがインバータを流れ得るようにすることが
できる。そオを故、この電流制限の間、系統′電圧は第
3図に示さitているU/Q特性曲線(二従う。時点t
3で再び系統の全無動電力需要はインバータを介してカ
バーされ、系統゛電圧はその定格(直に復帰する。 系統の電力需要が継続するとエイ・ルギー蓄積器の容量
が実質的に消耗しきってしまったり、系統の1力出力が
iai売するとエネルギー蓄積器の吸収能力に達してし
まうことも起こり得る。このような場合は、エイ・ルギ
ー蓄積器の出力電圧Udと、満杯のエイ・ルギー蓄積器
にメ1して予め与えらズする電圧制限[直IJdmax
または1哨粍状態のエネルギー蓄積器に対して設定され
る電圧下限値Udminとの間の制御偏差から有効′取
カ伝送(二対する目標値を制限するための制限値を形成
するのがよい。この場合が第6図a、b、cに示されて
いる。ここでは時点t、でエイ・ルギー蓄積器の消耗(
能力低下)のため出力電力がPwR−o(時点t2 )
という値にまで低下する。そ2を故系7胱のエネルギー
需要はユニット7からの容量増加でiJバーさ、4tな
ければならず、したがって、全体として時点t3まで系
、碗部波数は定格周波数を下まわる。同様の振舞は時点
t4でエイ・ルギー蓄積器の容量がすて(二完全に負荷
され、エイ・ルギー蓄積器が有効゛電力を系統から受は
取ることができ、その結果系統周波数が定格周波数以−
1:= i= 1昇する場合に生じる。 以上要するに、系統の電力需要の図示の経過C二対して
、対応する周波数/有効電力特性線または電圧/無効電
力特i生線は第4〜6図のダイヤグラムで与えられてい
る時点91]に嘔じて変化する。エネルギー蓄tl貴器
およびエイ・ルギー)云送装置の出力限昇ζ二達する場
合にのみ定格値からの偏差が生ずるが、このことはこれ
らのユニットをそ2を相尚に大きく設計すること(二よ
り十分回避することができる。 この種の装置においてはしばしば一定の電圧変動が許容
さ1を得る。それ故無効電力伝送に対して一定の許容限
界を予め与えることができる。その場合、無効電力伝送
に対する目標値は系統電圧の低下または上昇に際して系
tf、電圧とその下または上にある許容限界との間の制
御偏差から形成されろ。この場合は、第5図の時点区間
も。−七、。 t3〜”51 t7〜t8でそこでは考慮されていな
い一定の変動が生ずる。 事i青によっては、エイ・ルギー伝送装置の制御ユニッ
トは対応する電力に対する基準入力を受は取るのではな
く、有効電流もしくは無効電流に対する基準入力を得る
。そこで各目標値から、エイ・ルギー伝送装置を、先れ
る電流の測定値で割算すること(−よって、伝送すべき
有効電流も1.<は無効″五流C二対する必要な目標値
を形成することができる。 エイ・ルギー云送装置の制御が有@電流および無効電1
荒の調節制御を含んでいる吻合、電流の測定シまもとも
と必要なものである。 制御部を有する好適なエイ・ルギー伝送装置がドイツ迎
邦共和国特許出願公開第3236071号明細書(二記
載さ1tており、それが第7図に装置30として示さi
tている。ここではL記特許出願明細書で用いたものと
ほぼ同一のシンボルが用いられており、当該制御装置部
分(二ついての説明は省略する。本発明については、装
置30が有効電流目標蝕11.・cosψおよび無効電
流目標値1w・sinψ用の制御入力端子31および3
2を持っており、エネルギー蓄積器11として用いらi
tている蓄電池11(電池電圧Ud)から目標値によっ
て与えられる有効電流および無効電流を系統1に4JI
Tる構成(二なっていることが重要である。さらに述べ
るならば、装置30では系統電圧UNの振幅もが形成さ
it、そこから取出すことができる。 さらに装置30:ま制限回路33によって7in完さ2
tている。この制限回路33はインバータ12の出勾電
流1. uを最大(直■。いゆに制限する。整流器34
でインパーク12の出力電流’ Wの測定値を整流し、
さらにそλtを平滑回路35で平滑化して電流実際値エ
フを得ている。 第7図に示す装置においても、系統′電圧Uから対応す
る系統同波数fを形成する周波数発生器15が設けられ
ている。系:碗部波数fと目標値f として周波数設定
器17こより予め与えられている系統定格周波数との間
の割面偏差f −fが周波数調節器16(二人力され
る。この周波数調節器J6の出力側(=は電圧制限回路
40が設けられている。 電圧制限回″1840は有効電力間は値PWRとして周
波数調節器16の出力電圧を最高値および1及低値に制
限す6゜その場合、上限・11αは調節器41から供給
さ1する。調節器41にはエイ・ルギー蓄積器11の出
力電圧[Jdとエイ・ルギー蓄積器11の充ゼ 霧状態ζ′″一対応する上限Ill@U との間
の制御偏 max 差Udmax−Ud・か入力さオする。同様にして電圧
制限回路40の下1限値は、調節器42から、エイ・ル
ギー蓄積器11の出力′電圧〔Jdとエイ・ルギー蓄潰
器11の放電状態に対応する下限値Udn11nとの間
の制御偏差Udm1n−Udから形成される。さラニ周
波vi調節器16によって形成された有効電流目標値か
ら、外部から与えられる有効電力目標値に切換えられる
ように切換スイッチ43が設けられている。このような
切換回路は・無効°電力目標値(二対しても設けられて
いる(切換スイッチ60)。その場合、装置全体が種々
の発電機および発電機ユニットを負荷平衡方式で制御す
るコンピュータを用いて運転さ2するようにすると有利
である。 有効′取方目標値PWRから入力端子31に必要な有効
電流目標値■÷・cosψ を形成するため(二、ここ
では割算回路44が設けられている。割算回路44の除
数入力端子に?・ま系統電圧の絶対値Uが入力さ2tろ
。ここで得ら2’Lる商PwR/uは平滑回路45を介
して平滑され、さらに制限回路46を介して入力4子3
1に導かれる。制御恨lPl路46はエイ・ルギー伝送
装置を流−7する電流I、を予苦 め与えら1する最犬電流埴■ (=制限するものm
ax である。ここでも電圧制限値は制御偏差■wmax−I
y+が入力される調節器47から取出さ2する。 無効゛電流目標値IW・Slnψのための入力端子32
にも制限回路48が前置されている。制限回路48はそ
の制限値を調節器47の出力4(すから得る。無効電流
目標値は、場合によっては平滑回路49を介し1・商Q
甚R/uとして割算回路55の出力端子から取出さオす
る。なお、割算回路55の被除数入力端子に!・ま無効
電力目標値QWRが入力さ几る。この無効電力目標値は
2.第1図を参照してすでに述べたように、目・く票値
U として設定器19で設定さltた系統定格′壱圧と
実測系統電圧Uとの間の差から形成される。 第1図(Z示さ2tている振幅H,S節器20はヒステ
リンス特性を持っている。このことは、第7図の装置で
は、負の目標値がそJtに応じた極性で挿入されたダイ
オード56を介して個別調節器57から得ら1t1 こ
の調1市器57には制御偏差として差まわる場合のみ調
M6j器57が応動する構成とすること(二よって行な
われている。正の無効″順方目標値はそれ(′″一応じ
た極性で挿入さ、ltたダイオード58を介して第2の
個511調節器59から取出さ几る。 調節器59には氾11定された系統電圧と許容上限11
塚U +ΔU との間の制御偏差(U +ΔU )−U
が入力される。 〔発明の効果〕 この裟Vttによノtば、系統1に接続された負荷2.
3ならびにこれらの負荷に関連して設けられた発電機4
,5.6が系、絖1の無効′セカとは関係なくその都、
度の動作条件に応じた最適動作点で動作するようにする
ことがで、きる。原動!/発電機ユニット7の動作点も
常にほとんど不変に保たノt、系統の周波数および電圧
も変わらない。むしろ系統の無効1−抗力や短時間の有
効電力過剰または有効電力過剰がエイ・ルギー蓄積器1
1および自動制能]されるインバータ12によってカバ
ーされる。エイ・ルギー蓄債器11および/またはイン
バータ12の出力限界C二連した場合のみ、系統の周波
数、i−5よび電圧に変動を生ずるおそれかあるC二′
jぎない。
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
原動機/発電機ユニットの有効電九〇静特性を示す特性
線図、第3図は同、ユニットの無効電力の静特性を示す
特性線図、第4図aは系統の有効電力需要と原動機/発
電機ユニットの出力有効電力のダイヤグラム、第4図1
)、Cは糸5洸゛市圧および本発明によって用いらat
、るエイ・ルギー蓄積器の出力有効電力ζ二ついて一制
領特性を示すダイヤグラム、第5図a、 b、 c
は無効電力についての化4図a 1 b + Cど
同様のダイヤグラム、刀6図a、b、cは第4図a、
b、 cに示されている諸量の他の制御特性を示す
ダイヤグラム、第7図は本発明の装置の詳細構成の一例
を示すブロック図である。 1・・・系統、 2.3・・・負荷、 4.5.6
・・・発゛賀機、 7・・・原動機/発屯機ユニット
、8・・・ディーゼルエンジン、 9・・・発電〆蔦、
11・・・エネルギー蓄積器、 12・・・インバー
タ(エイ・ルギー伝送装置)、 13・・・インバー
タ制御部、 】5・・・周波数検出器、 16・・
・周波数調節器、 18・・・電圧振幅検出器、20・
・・振幅調節器。
原動機/発電機ユニットの有効電九〇静特性を示す特性
線図、第3図は同、ユニットの無効電力の静特性を示す
特性線図、第4図aは系統の有効電力需要と原動機/発
電機ユニットの出力有効電力のダイヤグラム、第4図1
)、Cは糸5洸゛市圧および本発明によって用いらat
、るエイ・ルギー蓄積器の出力有効電力ζ二ついて一制
領特性を示すダイヤグラム、第5図a、 b、 c
は無効電力についての化4図a 1 b + Cど
同様のダイヤグラム、刀6図a、b、cは第4図a、
b、 cに示されている諸量の他の制御特性を示す
ダイヤグラム、第7図は本発明の装置の詳細構成の一例
を示すブロック図である。 1・・・系統、 2.3・・・負荷、 4.5.6
・・・発゛賀機、 7・・・原動機/発屯機ユニット
、8・・・ディーゼルエンジン、 9・・・発電〆蔦、
11・・・エネルギー蓄積器、 12・・・インバー
タ(エイ・ルギー伝送装置)、 13・・・インバー
タ制御部、 】5・・・周波数検出器、 16・・
・周波数調節器、 18・・・電圧振幅検出器、20・
・・振幅調節器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 l)有効電力(P4、。t2)および無効電力(Q N
etZ )の需要の変動する負荷が接続され、所定の静
特性を有する原動機/発電機ユニットから給゛雀さオす
る系統の周波数および電圧を安定化する方法において、
前記原動機/発電機ユニットの静時1生を、前記系統の
定格;E圧および定格周波数において当該原動機/発電
機ユニットが最適動作点で運転さ、Iするよう(二設定
し、前記系統(二、別々に制御可能な有効電力伝送部お
よび無効電力伝送部を有するエイ、ルギー伝送装置を介
して電気的エイ・ルギー蓄積器を接続し、系統周波数(
f)と系統の定格周波数(f )との間の制御偏差(
f−f)から前記有効電力伝送部のための目標値(P、
R)を形成し、系統電圧(u)と系統の定格電圧との間
の制御偏差(u −u)から前記無効電力伝送部のた
めの目標値(QWR)を形成することを特徴とする系統
の周波数および電圧な走化方法。 2、特許請求の範囲第1項記載の方法において、エイ・
ルギー蓄積器の出力電圧(Ud)と全充電状態のエネル
ギー蓄積器に対して設定さ几た′電圧上3艮値(U+)
および放電後の工max 、イ・ルギー蓄積器(二対して設定された電圧下限値(
U”dmin)との間の各制御偏差から有効電力伝送部
のqこめの目標値を制限するための制限値を形成するこ
とを特徴とする系統の周波数および電圧安定化方法。 3)特許請求の範囲ボ1項または第2項記戦の方法にお
いて、系統電圧(u)が低下もしくは上昇したときの無
効電力伝送部の目標値(QWR)を許容下限値(U −
ΔU )もしくは許容上限値(U +ΔU )と系統電
圧(u)との間の制御偏差から形成することな特徴とす
る系統の周波数および電圧安定化方法。 4)特許請求の範囲第1〜3項のうちのいずれかに記載
の方法において、エイ・ルギー伝送装置として、有効′
電流および無効電流の調節部を有する電力変換装置を用
い、有効電流および無効電流の目標値を、有効電力およ
び無効電力の目標値から゛電力変換装置を流れる電流の
測定値による割算によって形成することを特徴とする系
統の周波数および電圧安定化方法。 5)特許請求の範囲第4項記載の方法において、電力変
換装置を流れる電流の測定値と予め与えられた電流制限
値との間の制御偏差から電流目標値の上限値を形成する
ことを特f1次とする系統の周波数および電圧安定化方
法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE33112991 | 1983-03-28 | ||
DE19833311299 DE3311299A1 (de) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | Verfahren und vorrichtung zum stabilisieren von frequenz und spannung eines aus einem antriebsaggregat gespeisten netzes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59181925A true JPS59181925A (ja) | 1984-10-16 |
Family
ID=6194914
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP59060508A Pending JPS59181925A (ja) | 1983-03-28 | 1984-03-28 | 系統の周波数および電圧安定化方法 |
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Country | Link |
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DE (1) | DE3311299A1 (ja) |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3311299A1 (de) | 1984-10-04 |
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