(57)【要約】【課題】タービン発電機間の軸ねじれ振動を生じることなく、電動機を駆動することにある。【解決手段】発電機の回転速度変動を電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出する変動量演算器１１４と、電力変換装置の電力を演算する電力演算器１１５と、変動量に応じて、電力演算値が変化するように前記電力変換装置の電源変動に対する外乱応答を低減する電力調整器１１６を設置する。変動量演算器１１４からの変動量と電力演算器１１５からの電力演算値を電力調整器１１６に入力し、電力調整器１１６では、電力演算値が変動量に応じて変化するように、電力変換器の電流制御器の外乱応答を低減するための応答低減量を電動機ベクトル制御器１１２に入力する。ここで、電力調整器１１６において、電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率と同じ（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０）、または動作点での比率より大きくなるような応答低減量を出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を有する系統に接続された電力変換装置において、電気的な物理量である指令値を演算する指令値演算手段と、所定の応答で前記指令値に近づくように変換動作を制御する制御手段と、前記発電機の回転速度変動に応じた電力となるように前記応答を設定する応答設定手段を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記発電機の回転速度変動を入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、前記応答設定手段は、電気ダンピング係数が零以上に相当する電力となるように応答を設定することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電力変換装置において、前記応答設定手段は、電気系及び機械系で形成されるダンピング係数が零以上に相当となるように応答を設定することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電力変換装置において、前記指令値は電流指令値であり、前記応答は電流についての外乱応答であり、前記発電機の回転速度変動に応じて応答を低減させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載の電力変換装置において、速度変動量に対する電力変動量が所定の比率となるように、前記応答を低減することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置において、速度変動量に対する電力変動量の比率が、少なくとも、動作点での速度に対する電力の比率より大きくなるように、応答が設定されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置において、前記応答設定手段は、速度変動量と電力変動量とが関係づけられるように応答を演算し、電源側の機械定数により、前記の速度変動量と電力変動量との関係を可変にすることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１乃至８に記載の電力変換装置が、船舶，軌道を走行する電車、或いは車両の一部として搭載されているか、あるいは、無停電電源として用いられていることを特徴とする船舶，電車，車両或いは無停電電源装置。
【請求項１０】
発電機を有する系統に接続され、負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置において、電気的な物理量である指令値を演算する指令値演算手段と、所定の応答で前記指令値に近づくように変換動作を制御する制御手段と、前記発電機の回転速度変動に応じた電力となるように前記応答を設定する応答設定手段と、負荷側の振動現象等を検出する検出手段と、前記検出に応じて前記応答を補正する補正手段を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
発電機を有する系統に接続され、負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置が前記の系統に共通的に複数接続されている電力変換システムにおいて、電気的な物理量である各々の電力変換装置の指令値を演算する指令値演算手段と、所定の応答で前記指令値に近づくように各々の電力変換装置の変換動作を制御する制御手段と、前記発電機の回転速度変動に応じて、前記各々の応答を設定する応答設定手段を有することを特徴とする電力変換システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の電力変換装置において、各電力変換装置の負荷側の振動現象に応じて前記電力変換装置のうちの一部の電力変換装置の応答を制限する応答制限手段を有し、前記制限に応じて少なくとも他の電力変換器の一部の応答が決められることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の電力変換装置において、前記各々の応答により、前記電力変換装置の総合的な電力が制御されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
電気的な物理量である指令値を演算し、電力を演算し、前記演算した電力が、前記発電機の回転速度変動に応じた電力となるように応答値を演算し、前記演算された応答値に基づいて発電機を有する系統に接続された電力変換装置を制御する電力変換装置の制御方法。
【請求項１５】
電気的な物理量である指令値を演算し、電力を演算し、前記演算した電力が、前記発電機の回転速度変動に応じた電力となるように応答値を演算し、負荷側の振動現象を検出し、前記検出された振動現象に応じて前記応答値を補正し、前記補正された応答値に基づいて発電機を有する系統に接続された電力変換装置を制御する電力変換装置の制御方法。
【請求項１６】
系統に共通的に接続されている複数の電力変換装置の各々に対して、電気的な物理量である各々の電力変換装置の指令値を演算し、前記発電機の回転速度変動に応じて、前記各々の応答値を演算し、前記所定の応答で前記指令値に近づくように、共通的な発電機に接続された各々の電力変換装置の変換動作を制御する電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置，電力変換システム及び電力変換装置の制御方法に係り、特に電源側に発電機を有する系統に接続された場合において、タービンと発電機間に生じる軸ねじれ振動を抑制するのに最適な電力変換装置，電力変換システム及び電力変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン発電機間の軸ねじれ振動に関しては、直流送電系統において多数検討されており、例えば特開２０００−２２４８９６号公報に、タービン発電機が直流送電系統の直流変換所近辺に連系されている場合、直流変換所で行われる電力制御の条件によっては、直流送電系統とタービン発電機とが干渉して、タービン発電機の軸が振動することが示されている。また、軸ねじれ振動は発電機の回転子に作用するトルクの状態に関係し、振動現象を直流送電系統の直流変換所の母線電圧の周波数変動から検出し、制御角を変化させて軸ねじれ振動を抑制する技術が示されている。
【０００３】
また、直流送電系統以外でも、例えば特開平１１−２７９９３号公報に、エンジンと発電機の組合せ等で構成される発電装置を電源とする電力変換装置および電源システムにおいて、発電装置の共振周波数成分を検出し、共振周波数除去回路により発電装置の振動成分を打ち消すことで、発電装置の機械系の共振周波数と干渉して振動が持続・増加するのを抑制する電力変換装置の制御技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２４８９６号公報
【特許文献２】特開平１１−２７９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、省エネルギーの観点から、タービン発電機の発電電力を電力変換器で可変周波数に変換して応用する技術が多く用いられるようになってきた。例えば、これまで機械で直接駆動していたシステムを電動機と電力変換装置で可変速する電動化が行われてきており、システムによっては、電源設備としてタービン発電機を設置し、ここで得られた電気エネルギーを電力変換装置と電動機で再び調整可能な機械エネルギーに変換して可変速駆動する場合がある。
【０００６】
この時、タービン発電機の軸ねじれ振動が発生する可能性がある。本発明の目的は、タービンと発電機の軸ねじれ振動を抑制可能な電力変換装置，電力変換システム及び電力変換装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、電気的な物理量である指令値を演算し、発電機の回転速度変動に応じた電力となるように応答値を演算し、演算された応答値に基づいて発電機を有する系統に接続された電力変換装置を制御するように構成した。
【０００８】
あるいは、電気的な物理量である指令値を演算し、発電機の回転速度変動に応じた電力となるように応答値を演算し、負荷側の振動現象等を検出して応答を補正し、補正された応答値に基づいて発電機を有する系統に接続された電力変換装置を制御するように構成した。
【０００９】
あるいは、系統に共通的に接続されている複数の電力変換装置の各々に対して、電気的な物理量である各々の電力変換装置の指令値を演算し、発電機の回転速度変動に応じて、各々の応答値を演算し、所定の応答で指令値に近づくように各々の電力変換装置の変換動作を制御するように構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電源設備としてタービン発電機を設置し、ここで得られた電気エネルギーを電力変換装置で変換し、例えば、電動機で再び調整可能な機械エネルギーに変換するものにおいて、タービンと発電機間の軸ねじれ振動を抑制して、電動機等を駆動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す電力変換装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す電力変換装置の構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す電力変換装置の構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す電力変換装置の構成図。
【図５】タービン発電機の振動系を示す２マスモデルブロック図。
【図６】トータルダンピング係数へのΔＰ／Δωの影響度を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を用いて発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の全体構成図である。１はガスタービン、２は前記ガスタービン１の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機でガスタービン１と発電機２は機械軸３で結合される。４は前記発電機２の出力電圧を系統電圧へ変換する変圧器、５は系統電圧を電力変換器の入力電圧に変換する変圧器で変圧器４と変圧器５は系統６を介して接続される。７は前記変圧器５から出力される電力を所望の電力に変換する電力変換器、８は前記電力変換器が出力する電力で駆動される電動機、９は前記電動機で駆動される被駆動装置で電動機８と被駆動装置９は機械軸１０で結合される。ここで、電力変換器制御装置１１の構成として、速度指令発生器１１１，ベクトル制御器１１２のように、〜器と記載するが、これらの各構成は電子回路に限定されるものではなく、電力変換器制御装置１１の全体或いは一部を電子計算機で構成し、速度指令発生器１１１，ベクトル制御器１１２のように〜器と記載した構成要素の各機能をプログラムとして用いることができる。
【００１４】
そして、１１は前記電動機８の出力トルクや速度が所望の特性を満たすように前記電力変換器７を操作する電力変換器制御装置である。１２は電力変換器出力電流検出器（以下、電流検出器と記す）で前記電力変換器７の出力電流を検出し出力する。１３は電力変換器出力電圧検出器（以下、電圧検出器と記す）で前記電力変換器７の出力電圧を検出する。前記電流検出器１２，電圧検出器１３の出力信号は、電力変換器制御装置１１に入力され、電力変換器制御装置１１は、各種演算処理を行い、前記電力変換器７を操作する信号を出力する。
【００１５】
次に電力変換器制御装置の主要動作について説明する。先ず、電力変換器制御装置１１では、速度指令発生器１１１から出力される速度指令値と電流検出器１２から出力される電流検出値が電動機ベクトル制御器１１２に入力され、電動機ベクトル制御器１１２では電動機８の出力トルクや速度が所望の特性となるように電力変換器７の電圧指令値を演算し出力する。具体的には、速度指令発生器１１１から出力される速度指令値と速度推定演算器１５１から出力される速度推定値との偏差が速度制御器１５２に入力され、速度制御器１５２では速度推定値が速度指令値に一致するように電流指令値を演算し出力する。ここで、速度推定演算器１５１には速度指令値，電流検出値及び電圧指令値が入力され、速度推定演算器１５１では、速度指令値から演算される電動機の誘起電圧成分，電流制御器が演算する電圧指令値，電流検出値を用いて電動機８の回転速度の推定値を演算する。尚、速度推定値を用いず、電動機８の回転速度を速度検出器で直接検出する場合もある。次に、速度制御器１５２で演算された電流指令値と電流検出器１２から出力される電流検出値との偏差が電流制御器１５３に入力され、電流制御器１５３では電流検出値が電流指令値に一致するように電圧指令値を演算し出力する。そして、前記電圧指令値はパルス生成器１１３に入力され、パルス生成器１１３では、電力変換器７の出力電圧が出力電圧指令値に一致するように電力変換器７のスイッチング素子をオン・オフするパルス信号を演算し出力する。
【００１６】
ここで、電源側振動に関する関係式について説明する。図５はタービン発電機間の軸ねじり振動を２マス系で表現したものであり、Ｋはバネ定数、Ｄｍは機械系のダンピング係数、Ｊ１はタービンのイナーシャ、Ｊ２は発電機のイナーシャで、ＪはＪ１とＪ２の合算で表されるトータルイナーシャ、ｎはＪ１とＪ２のイナーシャ比である。Ｄｅは電気系のダンピング係数で、発電機に接続される負荷（制御装置含む）により、発電機の速度変動が減少するようなトルクが電気的に生じることを表している。図５から得られる２次振動系の状態方程式より、系の特性方程式は（１）式となる。
【００１７】
【数１】
2010283904.tif 000003
【００１８】
この時の振動特性は（１）式より、近似することで（２），（３）式となる。
【００１９】
【数２】
2010283904.tif 000004
【００２０】
【数３】
2010283904.tif 000005
【００２１】
ここで、ζは減衰係数、ωｎは固有振動数、ｎはイナーシャ比である。トータルのダンピング係数Ｄｓ，バネ定数Ｋｓは、（２），（３）式より（４），（５）式となり、電気系ダンピング係数によりシステムの振動特性（ζ，ωｎ）が変化する。
【００２２】
【数４】
2010283904.tif 000006
【００２３】
【数５】
2010283904.tif 000007
【００２４】
次に、電気系ダンピング係数について説明する。発電機の出力Ｐは発電機の回転速度ωと発電機のトルクτよりＰ＝ω・τで表され、動作点近傍での出力式Ｐ０＝ω０・τ０に変化分を考慮すると（６）式が得られる。（６）式より電気系ダンピング係数Ｄｅ（＝Δτ／Δω）を求めると（７）式となる。
【００２５】
【数６】
2010283904.tif 000008
【００２６】
【数７】
2010283904.tif 000009
【００２７】
（７）式より、電気系ダンピング係数Ｄｅは、定電力制御を行う場合（ΔＰ＝０）ではＤｅ＝−１／ω・Ｐ０／ω０とネガティブダンピングとなり、機械系のダンピング値によっては、トータルダンピング係数が負となり不安定現象が生じる。電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率と同じ場合（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０）ではＤｅ＝０とトータルダンピング係数は機械系のダンピング値のみとなり、振動現象は機械系のダンピング係数で減衰する。そして、電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率より大きい場合では、Ｄｅ＞０とトータルダンピング係数は機械系のダンピング値と電気系のダンピング係数の合計となり、より大きい減衰力が得られる。
【００２８】
以上の関係に着目し、次に本発明における制御動作について説明する。（７）式より電気系ダンピングＤｅを正にするには、電力を発電機回転速度の変動に応じて変化させればよい。ここで、発電機回転速度の変動分が、電力変換装置の入力電圧の振幅変動となる場合、電力変換装置の出力電流もこの電圧変動の影響を受け変動し、発電機側から見るとほぼ２乗の関係で電力が変動する負荷とみなせる。一方、電流制御器１５３は、負荷側が要求する電力を電力変換器７が出力するために、電流検出器１２で検出される電力変換器７の出力電流が電流指令に一致するように動作する。そして、前記電流制御器１５３の応答が高い場合は、前記電圧変動の影響を電流制御器が補正し、出力電流を指令に一致させる電圧指令が出力されるため、発電機側の変動に関係なく例えば一定電力に制御されると、電気系ダンピングが負になる。そこで、発電機回転速度の変動分は、電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として現れるため、電圧検出器１４で電圧を検出し、その検出値を変動量演算器１１４に入力する。変動量演算器１１４は変動量を演算し、出力する。また、電流検出器１２で検出される電力変換器の出力電流と電圧検出器１３で検出される電力変換器７の出力電圧が電力演算器１１５に入力され、電力演算器１１５では電力変換器７の出力電力を演算し出力する。そして、変動量演算器１１４からの変動量と電力演算器１１５からの電力演算値を電力調整器１１６に入力し、電力調整器１１６では、電力演算値が変動量に応じて変化するように、例えば入力電圧の変動周波数に対する応答ゲインが低下するまで電力変換装置の電流制御器１５３の応答（制御ゲイン）を低減するようにした。
【００２９】
ここで、電力調整器１１６において、電力変動ΔＰが発電機回転速度変動Δωに比例するよう、すなわち、電力変動ΔＰ／発電機回転速度変動Δω＝動作点の電力Ｐ０／動作点の発電機回転速度ω０の関係（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０：動作点での比と同じ）を満たすように外乱応答を低減すれば、電気系ダンピングは０となりタービン発電機の振動特性は機械系ダンピングのみの特性にできる。さらには、電力変動ΔＰと発電機回転速度変動Δωの関係を上記で規定した比例関係より大きくする（ΔＰ／Δω＞Ｐ０／ω０：動作点での比よりも大きい）ように、好ましくは２乗に比例するように、外乱応答を低減すれば、電気系ダンピングは正となり、タービン発電機の振動特性は機械系ダンピングと電気系ダンピングの合計の特性となり、振動現象に対してより大きな減衰力が得られ振動抑制ができる。
【００３０】
外乱応答を低減の動作をより具体的に説明する。ここで、外乱応答、すなわち電流制御器１５３の応答（制御ゲイン）は、変動周波数に対して電流制御系が応答するゲインを指すものである。通常、電流制御が電源変動の周波数に対して反応できるように、いわゆる電流制御系のボード線図で、電流制御系の応答を設定した応答周波数まではゲインを０ｄＢとすると、電流が一定となるよう、電源変動を相殺するような電圧指令を電流制御系が演算し、電力変換器の出力電圧が一定となり、また、電流も一定になるように制御する。
【００３１】
一方、ガスタービン１と発電機２を結合する機械軸３の振動を抑制するためには、電流制御器１５３の応答（制御ゲイン）について、発電機の回転速度変動を入力電圧の変動周波数として検出し、変動周波数に対するゲインが低下するように、電流制御系の応答を低減（制御ゲインを低減）する。すなわち、電流制御系は反応を抑制し、電源変動を相殺する電圧指令も出さなくなり、出力電圧は電源変動に応じて変動し、電流も電圧変動に応じて変動する。位相がずれるため力率に影響されるが、実質的には電力＝電圧×電流なので、電力が電源に応じて変動する。このように外乱応答を低減するに従い、電源変動に応じて電力が変動するようになることから、電力変動ΔＰ／発電機回転速度変動Δω＝動作点の電力Ｐ０／動作点の発電機回転速度ω０の関係（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０：動作点での比と同じ）を満たすように応答を低減させる。応答低減で、応答による電力変動量が変えられるので比例の関係（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０：動作点での比と同じ）になるまで応答を低減するのである。
【００３２】
なお、応答低減でΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０とする場合を例に説明したが、この場合に限らず、電気系ダンピングを正とするようあるいは増加するよう、タービン発電機の機械系ダンピングと電気系ダンピングの合計を増加するような、振動現象に対してより大きな減衰力が得られるための他の実施例記載に代えらえるのはもちろんである。
【００３３】
また、図１では電流制御器１５３を用いて、電源変動に対する外乱応答を低減する実施例を示したが、電源変動の影響を直接電圧指令に反映する電圧変動補正機能を用いて電源変動に対する外乱応答を高めている場合がある。この場合は、電圧変動補正機能にフィルタ遅れ要素を付加し、このフィルタ時定数を長くすることで電源変動に対する外乱応答を低減でき、同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また、図１では電力調整器１１６により電流制御器１５３の応答を可変しているが、電源変動に対する外乱応答を高める必要がない場合は、電力演算値が変動量に応じて変化する低応答なゲインに固定してもよい。  
以上、制御ゲインの低減により振動抑制する例を記載したが、例えば、積極的に指令電流値を変更するなどによっても実現できる。制御対象を電流制御における制御ゲインとしたが、これらの電流制御のみならず、回路を工夫すれば、制御対象を電圧にしても同様な効果が得られる。
【実施例２】
【００３５】
図２は、本発明装置の他の実施例であって、トータルダンピング係数Ｄｓに対する電気系のダンピング係数Ｄｅの効果がタービン発電機の機械条件によって変化することに着目し、機械条件によって電力調整器１１６が出力する応答低減量を演算する際に用いる電力演算値と変動量（発電機の回転速度変動量）の関係（ΔＰ／Δω）を可変する点が図１と異なる。なお、実施例１と異なる部分のみ説明し、同様な部分は説明を省略する。なお、他の実施例においても同様である。先ず、（２）式よりＤｅ＝０の場合の関係式より機械系のダンピング係数は（８）式となる。ここでζ０，ωｎ０はタービン発電機の機械条件で決まる減衰係数と固有振動数である。（４）式と（７），（８）式からＤｓ／Ｄｍを導出すると（９）式となる。
【００３６】
【数８】
2010283904.tif 000010
【００３７】
【数９】
2010283904.tif 000011
【００３８】
（９）式より、ΔＰ／Δωをパラメータとし、例えば減衰係数ζ０と固有振動数ωｎ０をある数値に固定し、イナーシャ比ｎを横軸にΔＰ／Δω・Ｐ０／ω０を入力した時のＤｓ／Ｄｍの変化を計算したものを図６に示す。図６は、イナーシャ比が小さい場合にΔＰ／Δωにより振動特性が大きく変化することを示している。同様に（９）式が示すように減衰係数ζ０，固有振動数ωｎ０、トータルイナーシャが小さいほどΔＰ／Δωにより振動特性が大きく変化する。一方、電力変換装置は負荷側から要求される所望の電力を出力することが目的であるため、発電機側の軸ねじれ振動を抑制するための電力調整手段は外乱となり、そのための応答低減量は可能な限り小さいことが望ましい。そこで、タービン発電機の機械条件を設定するタービン発電機条件設定器１１７により、少なくともトータルダンピング係数が負とならない範囲で応答低減量を演算するためのΔＰ／Δωの関係を電力調整器１１６において可変できるようにした。
【００３９】
すなわち、電力調整器１１６では、少なくともトータルダンピング係数が負とならない範囲となるΔＰ／Δωを演算し、変動周波数Δωに対して電力変動ΔＰを求め、この電力変動ΔＰを実現する応答を演算するのである。
【００４０】
このようにすることで、電源側の機械条件より、負荷側の制御性能への影響を最小限に抑え、可能な限り小さい応答低減量で電源側の振動抑制を行うことができる。
【実施例３】
【００４１】
図３は、本発明装置の他の実施例であって、負荷側の振動抑制または瞬停などによる電源急変の条件により、電力調整器１１６が出力する応答低減量を増減する点が図１と異なる。負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置においては、電動機と被駆動装置の軸共振周波数で軸ねじり振動が発生する場合があり、電動機と被駆動装置間の軸ねじれ振動を抑制する軸振動抑制機能が付加されることがある。例えば、負荷側の軸ねじれ振動を電動機８の速度変動として、速度推定演算器１５１から出力される速度推定値の変動量より検出し、その振動を抑制するような電流指令値を出力する負荷側振動抑制器１５４を設置し、負荷側振動抑制器１５４の出力を速度制御器１５２の出力に加算する。この時、負荷側の共振振動周波数の電流指令値に電流検出値が一致するために電流制御応答が必要となる。また、瞬停などによる電源急変により電流が大きく変動することを防止するには電源変動に対する外乱応答を高める必要がある。
【００４２】
そこで、電力調整器１１６が出力する応答低減量を増減する、例えば可変ゲインなどの機能による応答低減量調整器１１８と、負荷側振動抑制器１５４の出力電流指令に含まれる振動成分から得られる負荷側の振動現象（大きさ，周波数）と電圧検出器１４により検出される電源側の変動現象（大きさ，周波数）に応じて、前記応答低減量調整器１１８への制限量を演算する応答低減制限演算器１１９を設置し、負荷側と電源側の状況に応じて応答低減量調整器１１８により電力調整器１１６による応答低減量を増減できるようにした。尚、発電機側の共振周波数、負荷側の共振周波数は機械定数より把握できることが多いので、発電機側の振動現象と負荷側の振動現象や瞬停などの非周期的な変動を判別することは可能であり、負荷側の振動抑制動作や瞬停などの非周期的な変動が生じた場合は、少なくともトータルダンピング係数が負とならない範囲で応答低減量に制限を加える。
【００４３】
例えば、応答低減量調整器１１８は、予め負荷側の振動現象（大きさ，周波数）と電源側の変動現象（大きさ，周波数）に対応した応答低減量マップを記憶しておき、検出された振動現象と電源側変動現象に応じて該マップから応答低減量を読み出し、電力調整器１１６で決定される制御ゲインを補正することにより、応答を演算する。この場合、少なくともトータルダンピング係数が負とならない範囲となるように応答低減量は制限される。
【００４４】
このようにすることで、負荷側の振動抑制や瞬停などの電源急変時は外乱応答を高くでき、電源側の振動抑制を可能な範囲内で同時併用できる。
【００４５】
また、図３では軸ねじれ振動を電動機８の速度変動として検出しているが、負荷側の軸ねじれ振動を電流検出器１２が出力する電流検出値の変動量として検出し、その振動を抑制するような電圧指令値を出力し負荷側振動抑制を行う場合がある。この場合でも負荷側振動抑制による電圧指令に含まれる振動成分から得られる負荷側の振動現象（大きさ，周波数）に応じて応答低減量を増減することで同等の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００４６】
図４は、本発明装置の他の実施例であって、複数の電力変換装置でタービン発電機の振動抑制を行う点が図３と異なる。図４において５から１３をサフィックスａ，ｂで区別しているが同じ機能を持つものである。同じ系統に複数の電力変換装置が接続されている場合、複数の電力調整手段の合計で電源側の振動抑制を行うことができる。そこで、電源側振動抑制条件配分器２０を設置し、電力変換器の入力電圧を検出する電圧検出器１４からの電圧検出値と各々の電力変換装置１１ａ，１１ｂ，・・・から、応答低減制限演算器１１９からの制限値と電力演算器１１５からの電力演算値を、電源側振動抑制条件配分器２０に入力し、電源側振動抑制条件配分器２０からは、各電力変換装置における電源側振動抑制条件（応答低減配分値）が出力される。次に、電源側振動抑制条件配分器２０の制御動作について説明する。（７）式より電気系ダンピングＤｅを正にするには、電力を発電機回転速度の変動に応じて変化させればよい。発電機回転速度の変動分は、電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として現れるため、電圧検出器１４で電圧を検出し、その検出値を変動量演算器２０１に入力する。変動量演算器２０１は変動量を演算し、出力する。また、各電力変換器制御装置１１ａ，１１ｂ，・・・からの電力演算値は総合電力演算器２０２に入力され、総合電力演算器２０２では複数の電力変換器の出力電力の合計を演算し出力する。そして、変動量演算器２０１からの変動量と総合電力演算器１１５からの電力演算値を総合電力調整器２０３に入力し、総合電力調整器２０３では、総合電力演算値が変動量に応じて変化するように、電力変換器の電源変動に対する外乱応答を低減するための応答低減量を応答低減量配分器２０４に出力する。
【００４７】
ここで、応答低減により電力変換装置の出力電流も電圧変動の影響を受け変動し、発電機側から見るとほぼ２乗の関係で電力が変動する負荷とみなせるため、電気系ダンピングが正となり振動現象に対してより大きな減衰力が得られ振動抑制ができる。応答低減量配分器２０４には、総合電力調整器２０３からの応答低減量と各電力変換器制御装置１１ａ，１１ｂ，・・・からの応答低減制限演算器１１９からの制限値と総合電力演算器２０２で演算された各電力変換器出力の総合電力に対する電力比率が入力され、応答低減量配分器２０４では、入力された電力比率と制限値から各電力変換装置に配分される応答低減量を演算する。例えば、制限値が大きい電力変換器による応答低減量の不足分を他の電力変換器の低減量の比率を増加することで補充し、総合電力として調整ができるようにした。
応答低減量配分器２０４で演算された各電力変換装置の応答低減量は、各電力変換器制御装置１１ａ，１１ｂ，・・・に送られ、各電力変換器制御装置では、送られた応答低減量に従って、応答低減量調整器１１８で調整する。
【００４８】
すなわち、電力変換器制御装置が２台（電力変換器制御装置１１ａ，１１ｂ）の場合を仮定すると、動作点における各々の電力はＰａ，Ｐｂであり、各々の電力変動ΔＰ０ａ，ΔＰ０ｂであるので、各々の電力Ｐ０ａ，Ｐ０ｂの和（Ｐ０ａ＋Ｐ０ｂ）が系全体の電力Ｐになり、各々の電力変動ΔＰａ，ΔＰｂの和（ΔＰａ＋ΔＰｂ）が系全体の電力変動量ΔＰになる。よって、振動現象に対してより減衰力が得られように系全体の電気ダンピング係数を低減するためには、電力変動（ΔＰａ＋ΔＰｂ）／発電機回転速度変動Δω＝動作点の電力（Ｐ０ａ＋Ｐ０ｂ）／動作点の発電機回転速度ω０の関係（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０：動作点での比と同じ）となるように、各々の電力変換器制御装置１１ａ，１１ｂの応答を低減させるのである。
【００４９】
ここで、一方の電力変換器制御装置１１ａの応答低減量が抑制され、その低減量に応じた電力変動がΔＰａであれば、他方の電力変換器制御装置１１ｂの応答低減量は、系全体の電力低減量から電力変動ΔＰａを除した値（ΔＰ−ΔＰａ）を実現できる値として演算される。
【００５０】
もちろん、電力変換器制御装置が３台（電力変換器制御装置１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）の場合、或いは、それ以上の場合にも上記に準じて、応答低減量が求められることはもちろんであり、また、（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０：動作点での比と同じ）以外の電気ダンピング係数を増加、あるいは、トータルダンピング係数の増加を実現する関係を用いて、応答（制御ゲイン）を演算しても良いことはもちろんである。
【００５１】
このようにすることで、負荷側の振動抑制や瞬停などの電源急変時は外乱応答を高くでき、複数の電力変換装置の応答低減量の配分を行い、総合電力として調整を行うことで電源側の振動抑制を行うことができる。
【００５２】
また、負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置における、電動機と被駆動装置の軸共振周波数で生じる軸ねじり振動は特定の速度で発生する場合がある。そこで、電源側振動抑制条件配分器２０から出力される電源側振動抑制条件に応答低減量配分値だけでなく各電力変換装置の速度指令値を追加し、制限量が大きい電力変換装置の速度指令値を操作することで制限量を緩和し、電源側の振動抑制を行うこともできる。
【００５３】
また、図４に示す実施例においては、総合電力演算手段への入力電力演算値が電力変換装置からとなっているが、同じ系統に接続されている電力変換装置以外の負荷電力も加えた総合電力で調整することも可能であり、この場合、各電力変換装置への応答低減量配分比が抑えられる効果がある。
【００５４】
以上の各実施例のエッセンスを纏めると以下のとおりとなる。すなわち、タービン発電機間の軸ねじれ振動へのダンピング特性が負荷側の電力変化に依存することに着目し、電源側に発電機を有する系統に接続された電力変換装置において、前記発電機の回転速度変動を前記電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出する変動量演算手段と、前記電力変換装置の電力を演算する電力演算手段と、前記変動量に応じて、前記電力演算値が変化するように前記電力変換装置の電源変動に対する外乱応答を低減する電力調整手段を設置するようにした。例えば、この調整においては、電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率と同じ（ΔＰ／Δω＝Ｐ０／ω０）、または、電力変動の発電機回転速度変動に対する比率が動作点での比率より大きくなるように電力変換装置の電源変動に対する外乱応答を低減するようにした。また、ダンピング特性がタービン発電機のイナーシャ比，減衰係数，固有振動数などに依存することに着目し、電力調整を行うための電力と変動量との関係式をタービン発電機の機械条件により可変できるようにした。
【００５５】
また、電源側に発電機を有する系統に接続され、負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置において、前記発電機の回転速度変動を前記電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出する変動量演算手段と、前記電力変換装置の電力を演算する電力演算手段と、前記変動量に応じて、前記電力演算値が変化するように前記電力変換装置の電源変動に対する外乱応答を低減する電力調整手段と、前記電力調整手段が出力する応答低減量を増減する応答低減量調整手段と負荷側の振動現象に応じて前記応答低減量調整手段の制限量を演算する応答低減制限演算手段を設置し、負荷側の振動現象に応じて電力調整手段による応答低減量を前記応答低減量調整手段で増減するようにした。
【００５６】
また、電源側に発電機を有する系統に接続され、負荷側に電動機により駆動される被駆動装置が接続された電力変換装置が共通の系統に複数接続されているシステムにおいて、前記発電機の回転速度変動を前記電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出する変動量演算手段と、前記電力変換装置の電力を演算する電力演算手段と、前記変動量に応じて、前記電力演算値が変化するように前記電力変換装置の電源変動に対する外乱応答を低減する電力調整手段と、前記電力調整手段が出力する応答低減量を増減する応答低減量調整手段と負荷側の振動現象に応じて前記応答低減量調整手段の制限量を演算する応答低減制限演算手段を複数の電力変換装置の各々に設置し、各電力変換装置の電力演算手段の電力値を合計する総合電力演算手段と前記発電機の回転速度変動を前記電力変換装置の入力電圧の周波数変動または振幅変動として検出する変動量演算手段と、前記変動量に応じて、前記総合電力演算値が変化するように前記電力変換装置の電源変動に対する外乱応答を低減する総合電力調整手段と、各電力変換装置の応答低減制限演算手段の制限値と総合電力演算手段からの各電力変換器出力の総合電力に対する電力比率から各電力変換装置に配分される応答低減量を演算する応答低減量配分手段を設置し、前記応答低減量配分手段からの応答低減量配分により各電力変換装置の前記応答低減量調整手段で応答低減量の増減を行い、総合電力として調整するようにした。
【００５７】
以上の実施例では電動機８で被駆動装置９（例えば液化天然ガス製造用のコンプレッサ）を駆動する例を説明したが、これに限定されるものではなく、船舶に適用しても良い、この場合は、発電機＆モータ駆動システムを船舶に積載できるように構成し、モータ駆動システムで船舶のスクリューを駆動する。また、エコ電車に適用しても良い。この場合は、発電機を電車用のディーゼル発電機とし、ディーゼル発電機＆モータ駆動システムを用いて車輪を駆動する。また、非常用発電機＋ＵＰＳとして適用しても良い、この場合、変換器としてＵＰＳ（無停電電源装置）が構成されることとなる。さらに、電動ダンプシステムに適用しても良い、この場合、発電機＆モータ駆動システムを車両に積載できるように構成し、モータ駆動システムで車両の駆動輪を回転させる。しかしながら、これらの例は、適用例を示したに過ぎず、発電機＋モータ駆動システムのどのようなシステムにも適用が可能なのは言うまでも無い。
【符号の説明】
【００５８】
１  ガスタービン
２  発電機
３  ガスタービンと発電機間の機械軸
４  発電機電圧から系統電圧への変圧器
５  系統電圧から電力変換器入力電圧への変圧器
６  系統
７  電力変換器
８  電動機
９  被駆動装置
１０  電動機と被駆動装置間の機械軸
１１  電力変換器制御装置
１２  電力変換器出力電流検出器
１３  電力変換器出力電圧検出器
１４  電力変換器入力電圧検出器
１１１  速度指令発生器
１１２  電動機ベクトル制御器
１１３  パルス生成器
１１４  変動量演算器
１１５  電力演算器
１１６  電力調整器
１１７  タービン発電機条件設定器
１１８  応答低減量調整器
１１９  応答低減制限演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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