(57)【要約】      （修正有）【課題】同期発電機を模倣するように、電気グリッドに接続されるパワーコンバータを制御する方法を提供すること。【解決手段】設定周波数（ｆｓｅｔ）および電気グリッドの実周波数（ｆａｃｔ）の周波数制御偏差を決定し、同期発電機の慣性モデルへの入力電力を、周波数制御偏差に基づいて決定し、回転周波数（ｆ）を入力電力を用いて調整し、設定電圧（Ｕｓｅｔ）およびパワーコンバータ（１７）の実電圧（Ｕａｃｔ）の電圧制御偏差に基づいて同期発電機モデルの励磁機パラメータを決定し、同期発電機モデルの出力電圧（Ｕ）を励磁機パラメータを用いて調整し、回転周波数（ｆ）または回転周波数（ｆ）から得られる位相角（θ）、および出力電圧（Ｕ）を、同期発電機モデルの固定子の仮想インピーダンスに基づいて調節し、回転周波数または位相角（θ’）、および出力電圧（Ｕ’）に基づいて、パワーコンバータ（１７）を制御する。【選択図】図２
2018186695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期発電機を模倣するように、電気グリッドに接続されるパワーコンバータ（１７）を制御する方法であって、
設定周波数（ｆｓｅｔ）および前記パワーコンバータ（１７）の実周波数（ｆａｃｔ）に関する周波数制御偏差を決定することと、
同期発電機の慣性を模倣する同期発電機の慣性モデルへの入力電力を、前記周波数制御偏差に基づいて決定することと、
前記慣性モデルの回転周波数（ｆ）を前記入力電力を用いて調整することと、
設定電圧（Ｕｓｅｔ）および前記パワーコンバータ（１７）によって出力される実電圧（Ｕａｃｔ）に関する電圧制御偏差を決定することと、
前記電圧制御偏差に基づいて同期発電機モデルの励磁機パラメータを決定することと、
前記同期発電機モデルの出力電圧（Ｕ）を前記励磁機パラメータを用いて調整することと、
前記回転周波数（ｆ）または前記回転周波数（ｆ）から得られる位相角（θ）、および前記出力電圧（Ｕ）を、前記同期発電機モデルの固定子の仮想インピーダンスに基づいて調節することと、
前記調節した回転周波数または前記調節した位相角（θ’）、および前記調節した出力電圧（Ｕ’）に基づいて、前記パワーコンバータ（１７）を制御することとを含む方法。
【請求項２】
前記仮想インピーダンスが固定子漏れインダクタンスおよび固定子抵抗を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記励磁機パラメータが励磁機電流である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記制御することがパルス幅変調を利用することを伴う、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記パワーコンバータ（１７）が電圧形インバータである、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
制御システム（１）の処理回路網（３）によって実行されると、前記制御システム（１）に請求項１から５のいずれか一項に記載の方法の前記ステップを行わせるコンピュータ実行可能コンポーネントを備えるコンピュータプログラム。
【請求項７】
請求項６に記載のコンピュータプログラムを含む記憶媒体（５）を備えるコンピュータプログラム製品。
【請求項８】
同期発電機を模倣するように、電気グリッドに接続されるように構成されるパワーコンバータ（１７）を制御する制御システム（１）であって、
処理回路網（３）と、
前記処理回路網（３）上で実行されると、前記制御システム（１）に、
設定周波数（ｆｓｅｔ）および前記パワーコンバータ（１７）の実周波数（ｆａｃｔ）に関する周波数制御偏差を決定し、
同期発電機の慣性を模倣する同期発電機の慣性モデルへの入力電力を、前記周波数制御偏差に基づいて決定し、
前記慣性モデルの回転周波数（ｆ）を前記入力電力を用いて調整し、
設定電圧（Ｕｓｅｔ）および前記パワーコンバータ（１７）によって出力される実電圧（Ｕａｃｔ）に関する電圧制御偏差を決定し、
前記電圧制御偏差に基づいて同期発電機モデルの励磁機パラメータを決定し、
前記同期発電機モデルの出力電圧（Ｕ）を前記励磁機パラメータを用いて調整し、
前記回転周波数（ｆ）または前記回転周波数（ｆ）から得られる位相角（θ）、および前記出力電圧（Ｕ）を、前記同期発電機モデルの固定子の仮想インピーダンスに基づいて調節し、そして
前記調節した回転周波数または前記調節した位相角（θ’）、および前記調節した出力電圧（Ｕ’）に基づいて、前記パワーコンバータ（１７）を制御させるコンピュータ実行可能コンポーネントを備える記憶媒体（５）とを備える制御システム（１）。
【請求項９】
前記仮想インピーダンスが固定子漏れインダクタンスおよび固定子抵抗を含む、請求項８に記載の制御システム（１）。
【請求項１０】
前記励磁機パラメータが励磁機電流である、請求項８または９に記載の制御システム（１）。
【請求項１１】
前記制御システム（１）が、パルス幅変調を利用して前記パワーコンバータ（１７）を制御するように構成される、請求項８から１０のいずれか一項に記載の制御システム（１）。
【請求項１２】
パワーコンバータ（１７）と、
前記パワーコンバータ（１７）を制御するように構成される、請求項８から１１のいずれか一項に記載の制御システム（１）と
を備えるパワーコンバータシステム（１６）。
【請求項１３】
前記パワーコンバータ（１７）が電圧形インバータである、請求項１２に記載のパワーコンバータシステム（１６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概してパワーコンバータに関する。特に、本開示は、電気グリッドに接続されるときに同期発電機を模倣するようにパワーコンバータを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーコンバータは電力変換システム（ＰＣＳ）として使用されることができる。ＰＣＳは、整流器作用を行う場合には交流から直流に、またはインバータ作用を行う場合には直流から交流になど、電気エネルギーを１つの形態から別の形態に変換するために使用されることができる。双方向の流れが可能である場合、ＰＣＳは通例コンバータと称される。
【０００３】
ＰＣＳは電流制御されるか、または電圧制御されることができる。交流電流制御されると、コンバータの交流側の電流が特定の設定値で、またはその近くであるように制御される。交流電流が交流電流源に由来するものと類似しているので、交流電流制御ＰＣＳは電流形インバータ（ＣＳＩ）と称されることができる。同様に、交流電圧制御されると、コンバータの交流側の電圧が特定の設定値で、またはその近くであるように制御される。交流電圧が交流電圧源によって生成されるものと類似しているので、交流電圧制御ＰＣＳは電圧形インバータ（ＶＳＩ）と称されることができる。
【０００４】
ＶＳＩの１つの使用法は交流電気ネットワークまたはグリッドを構築することである。エネルギーは、バッテリもしくはフライホイールもしくはスーパーキャパシタなどのエネルギー蓄積装置、または発電機などのエネルギー生成装置に由来することができる。エネルギー蓄積装置が充電および放電されることができ、かつＶＳＩも双方向であるので、エネルギー蓄積／ＶＳＩの組合せからのエネルギーは、それらが発電機として作用する場合には負荷によって使用されるか、またはそれらが負荷として作用する場合には何らかの他の発電装置から消費されることができる。エネルギーを生成も消費もするこの能力は、蓄積／ＶＳＩの組合せがグリッドを構築し、そしてグリッド上のただ１つのグリッド形成装置として、すなわちスタンドアロンで動くことか、または他の装置によって形成されるグリッドの周波数もしくは電圧を安定化するために使用されることができることを意味する。
【０００５】
ＶＳＩが固定電圧および周波数設定値を与えられ、かつスタンドアロンで動く場合、問題はない。しかしながら、それが、他のＶＳＩまたは同期発電機などの他の電圧形装置と並列に動く場合、並列に動くこれらの装置に関して問題がある。
【０００６】
同期発電機は電力システムにおける主たる電力生成装置である。それは２つの部分を備える：原動機および同期機。原動機は、蒸気または天然ガスなどの何らかの形態のエネルギーを回転エネルギーに変換するエネルギー変換装置である。同期機は回転エネルギーを交流電気エネルギーに変換する。
【０００７】
同期発電機は柔軟である、すなわちそれは、それへの負荷変動に穏やかに初期反応する。この柔軟な挙動は真の負荷変動に対しても無効負荷変動に対しても起こる。真の電力変動の例は、同期発電機への負荷が増加して、周波数の初期降下という結果になるときである。速度もしくは周波数コントローラ、またはガバナーがこの速度低下を感知し、そして原動機の電力出力を増加させることによって応答する。これは通例、原動機への燃料または蒸気流量を増加させることによってなされる。原動機の増加した電力出力により、速度および周波数は設定値に戻される。無効電力負荷変動の場合には、同期発電機への無効負荷が増加するときに電圧の初期降下がある。自動電圧調整器（ＡＶＲ）がこの電圧低下を感知し、そして同期機への界磁電流を増加させることによって応答する。この界磁電流増加は静止またはブラシレス励磁システムを介してであることができる。増加した励磁により、同期機の電圧出力は設定値に戻される。
【０００８】
標準のＶＳＩは上記の柔軟性を有せず、そのためそれは非常に剛性であるはずである。
【０００９】
標準のＶＳＩが、同期発電機、別のＶＳＩまたは通常のグリッドのような別の電圧源装置と並列に動作するときに問題がある。これらの問題は定常状態でも過渡状態の間でも起こる。
【００１０】
並列に動作しており、かつ同じ周波数設定値を有する、同期発電機およびＶＳＩなどの電圧源装置は本質的に負荷を分担せず、別々の分担アルゴリズムが必要とされる。同様に、並列に動作しており、かつ同じ電圧設定値を有する同期発電機およびＶＳＩは本質的に無効負荷を分担せず、別々の無効分担アルゴリズムが必要とされる。
【００１１】
負荷段階の間、ＶＳＩと発電機との間の分担は途絶される。発電機が慣性を有し、そしてＶＳＩが従来型である場合、ＶＳＩは負荷の変動の大部分を取り込むことになる。総負荷が組み合わせたＶＳＩおよび発電機の負荷能力内である場合であっても、これはＶＳＩに多くの応力をかけ、そしてそれを過負荷状態にすることがある。
【００１２】
故障がなく、そしてシステムが定常状態であるとき、発電機およびＶＳＩは発電機の内部起電力とＶＳＩ電圧との間に静止角度をもって互いと同期して動作している。電力線に短絡または故障があるとき、ネットワーク上の線路電圧はより低い値に抑制され、そしてその線路に接続される発電機およびＶＳＩは通例、故障電流を供給する。電圧が抑制される時間の間、システムに接続される発電機によって生成される有効電力はそれらの故障前の値から変化するが、発電機は、有効電力が低くなれば速度を増し、または有効電力が高くなれば速度を落とす。通常のＶＳＩはその周波数を変化させても、またはさせなくてもよく、そのため発電機とＶＳＩとの間の同期は喪失されてもよい。
【００１３】
この同期の喪失により起こり得る２つの問題がある。第１に、この同期の喪失はＶＳＩおよび発電機に異なる位相角で故障電流を提供させ得、そのため故障に対する正味電流は合計から減少されるか、またはゼロになりさえすることがある、すなわちＶＳＩおよび発電機故障電流は等しいが、位相を異にする。第２の問題は、故障が取り除かれるときに、発電機とＶＳＩとの間の大電力流、および／または大電流が流れるようにし得る、ＶＳＩと発電機との間の大きい角度差があることがあるということである。これは過電流装置および／または電源保護装置に作動させ得る。
【００１４】
ＶＳＩに対して使用される標準の従来の制御方法は、上記の問題点を防止するいかなる機構も有しない。
【００１５】
論文「Ａ  ｖｉｒｔｕａｌ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｍａｃｈｉｎｅ  ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ  ｉｎ  ＳｍａｒｔＧｒｉｄｓ」、Ｄ’Ａｒｃｏ他による、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  １２２（２０１５）、１８０〜１９７頁は、仮想同期機（ＶＳＭ）の実装を開示している。その実装は、電圧形コンバータを動作させるための縦続型電圧および電流コントローラとともに、同期機慣性および減衰挙動の内部表現に基づいている。仮想同期機は有効負荷変動を扱うことが可能であるが、負荷段階の場合の回復機構がないので、不十分な電圧制御を提供することになり、したがって、それはグリッド形成装置としてではなく、グリッド追従装置としてのみ作用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記に鑑みて、本開示の目的は、先行技術の問題を解決する、または少なくとも軽減するパワーコンバータを制御する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
それゆえ本開示の第１の態様によれば、同期発電機を模倣するように、電気グリッドに接続されるパワーコンバータを制御する方法であって、設定周波数および電気グリッドの実周波数に関する周波数制御偏差を決定することと、同期発電機の慣性を模倣する同期発電機の慣性モデルへの入力電力を、周波数制御偏差に基づいて決定することと、慣性モデルの回転周波数を入力電力を用いて調整することと、設定電圧およびパワーコンバータによって出力される実電圧に関する電圧制御偏差を決定することと、電圧制御偏差に基づいて同期発電機モデルの励磁機パラメータを決定することと、同期発電機モデルの出力電圧を励磁機パラメータを用いて調整することと、回転周波数（ｆ）または回転周波数（ｆ）から得られる位相角（θ）、および出力電圧（Ｕ）を、同期発電機モデルの固定子の仮想インピーダンスに基づいて調節することと、調節した回転周波数または調節した位相角（θ’）、および調節した出力電圧（Ｕ’）に基づいて、パワーコンバータを制御することとを含む方法が提供される。
【００１８】
閉ループフィードバックを使用した回転周波数制御および出力電圧制御を用いて有効電力および無効電力変動を制御することが可能であることによって得られる効果は、各々本方法を用いて別々に制御される複数のパワーコンバータが、定常状態の間に、ならびに過渡状態の間に、および故障中に並列に動作し、かつ都合よく分担することができるということである。それは、同期発電機に、および／または、太陽、風力、潮力などといった再生可能エネルギー発生器に並列することも可能にする。
【００１９】
さらには、パワーコンバータを制御する「仮想発電機」は従来の発電と同じ特性を有するように加減されることができ、そのためそれらは線路故障の間に同期を喪失しない。その上、「仮想発電機」は所望されるとおり柔軟または剛性であるように加減されることができ、これは、それがその電力定格より大きいまたは小さい同期発電機を模倣することができることを意味する。
【００２０】
パワーコンバータはさらには、グリッドにおける唯一の電圧源として動作し、そして再生可能エネルギー源がインバータ接続されても、例えば太陽、機械接続されても、例えば風力タービン発電機、どちらでも使用されることを可能にする電圧および周波数基準でもよい。
【００２１】
本方法を用いて制御されるパワーコンバータは正相電圧源を構築し、そして線路故障の間の良好な基準であるが、パワーコンバータは故障電流を送出し、そして回転正相電圧源を維持することができる。
【００２２】
一実施形態によれば、仮想インピーダンスは固定子漏れインダクタンスおよび固定子抵抗を含む。
【００２３】
一実施形態によれば、励磁機パラメータは励磁機電流である。
【００２４】
一実施形態によれば、制御することはパルス幅変調を利用することを伴う。
【００２５】
一実施形態によれば、パワーコンバータは電圧形インバータである。
【００２６】
本開示の第２の態様によれば、制御システムの処理回路網によって実行されると、制御システムに第１の態様に係る方法のステップを行わせるコンピュータ実行可能コンポーネントを備えるコンピュータプログラムが提供される。
【００２７】
本開示の第３の態様によれば、第２の態様に係るコンピュータプログラムを含む記憶媒体を備えるコンピュータプログラム製品が提供される。
【００２８】
本開示の第４の態様によれば、同期発電機を模倣するように、電気グリッドに接続されるように構成されるパワーコンバータを制御する制御システムであって、処理回路網と、処理回路網上で実行されると、制御システムに、設定周波数およびパワーコンバータの実周波数に関する周波数制御偏差を決定し、同期発電機の慣性を模倣する同期発電機の慣性モデルへの入力電力を、周波数制御偏差に基づいて決定し、慣性モデルの回転周波数を入力電力を用いて調整し、設定電圧およびパワーコンバータによって出力される実電圧に関する電圧制御偏差を決定し、電圧制御偏差に基づいて同期発電機モデルの励磁機パラメータを決定し、同期発電機モデルの出力電圧を励磁機パラメータを用いて調整し、回転周波数または回転周波数から得られる位相角、および出力電圧を、同期発電機モデルの固定子の仮想インピーダンスに基づいて調節し、そして調節した回転周波数または調節した位相角、および調節した出力電圧に基づいて、パワーコンバータを制御させるコンピュータ実行可能コンポーネントを備える記憶媒体とを備える制御システムが提供される。
【００２９】
一実施形態によれば、仮想インピーダンスは固定子漏れインダクタンスおよび固定子抵抗を含む。
【００３０】
一実施形態によれば、励磁機パラメータは励磁機電流である。
【００３１】
一実施形態によれば、制御システムは、パルス幅変調を利用してパワーコンバータを制御するように構成される。
【００３２】
本開示の第５の態様によれば、パワーコンバータと、パワーコンバータを制御するように構成される、第４の態様に係る制御システムとを備えるパワーコンバータシステムが提供される。
【００３３】
一実施形態によれば、パワーコンバータは電圧形インバータである。
【００３４】
全般的に、請求項で使用される全ての用語は、本明細書に別途明示的に定義されない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されることになる。「ある／その（ａ／ａｎ／ｔｈｅ）」要素、装置、部品、手段などへの全ての言及は、別途明示的に述べられない限り、率直にその要素、装置、部品、手段などの少なくとも１つの例を指すと解釈されることになる。
【００３５】
発明概念の具体的な実施形態がここで添付図面を参照しつつ例として記載されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】同期発電機を模倣するようにパワーコンバータを制御する制御システムの例を概略的に図示する。
【図２】同期発電機を模倣するようにパワーコンバータを制御する図１における制御システムによって実装されるモジュールを伴うブロック図を概略的に描く。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
発明概念はここで、例証的な実施形態が図示される添付図面を参照しつつ以下により完全に記載されることになる。発明概念は、しかしながら、多くの異なる形態で具象化されてもよく、かつ本明細書に記述される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が十分で完結したものとなり、かつ当業者に発明概念の範囲を完全に伝えることになるように、例として提供される。同様の数字は記載の全体を通して同様の要素を指す。
【００３８】
同期発電機の動作および挙動を模倣する方法および制御システムが本明細書に提示される。したがって「仮想発電機」機能性が提供され、これは、従来の同期発電機と以外に他のパワーコンバータとも並列に電気グリッドに接続され、かつそれら両方と電力を分担するように構成されるパワーコンバータを可能にする。パワーコンバータも従来の発電機も類似した性質を有するので、定常状態でも過渡状態でも分担が起こり、後者の場合は全ての発電資産の完全な能力を利用する。その上、「仮想発電機」は、パワーコンバータが電気グリッド内でただ１つのグリッド形成部品として動作して、電気グリッド周波数および電圧マスタとなり、かつ周波数および電圧調整を提供することを可能にする。
【００３９】
図１は、同期発電機を模倣するようにパワーコンバータを制御する制御システム１の例を図示する。パワーコンバータは特に電圧形インバータでもよい。
【００４０】
制御システム１は、処理回路網３、および処理回路網３によって実行されると、制御システム１に同期発電機を模倣するために以下に開示されることになる方法を行わせるコンピュータ実行可能コンポーネントを備える記憶媒体５を備える。
【００４１】
処理回路網３は、パワーコンバータ制御に関する任意の本明細書に開示される動作を実行することが可能な、適切な中央処理装置（ＣＰＵ）、マルチプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つまたは複数の任意の組合せを使用する。
【００４２】
記憶媒体５は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ）または電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などのメモリとして、より詳細にはＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）メモリまたは、コンパクトフラッシュメモリなどのフラッシュメモリといった外部メモリにおけるデバイスの不揮発性記憶媒体として具象化されてもよい。
【００４３】
図２は、制御システム１、および制御システム１によって制御されるように、かつ電気グリッドに接続されるように構成されるパワーコンバータ１７を含む電力制御システム１６を図示する。図２において、記憶媒体５に含まれ、かつ処理回路網３によって実行されるように構成されるコンピュータ実行可能コンポーネントまたはソフトウェアによって典型的に実装される複数の機能ブロックが図示される。
【００４４】
機能ブロックはパワーコンバータの周波数制御にも電圧制御にも閉ループフィードバックを提供し、それによってパワーコンバータはグリッド形成装置として作用することが可能である。したがってパワーコンバータはグリッド上の負荷に追従し、そして実無効負荷および有効負荷条件に基づいて出力電圧および出力周波数を適合させることが可能である。
【００４５】
機能ブロックの中には、自動電圧調整器ブロック７および同期発電機モデルブロック９がある。同期発電機モデルブロック９は同期発電機の励磁システムの数理モデルを含む。同期発電機の出力電圧は界磁電流、すなわち回転体の界磁巻線における磁化電流の、および無効電力の関数である。
【００４６】
制御システム１は、パワーコンバータ１７によって出力される実電圧Ｕａｃｔを受けるように構成される。コンバータによって出力される実電圧Ｕａｃｔは例えばパワーコンバータ１７の端子で測定によって得られることができる。
【００４７】
制御システム１は、加算器ブロック６に図示されるように、パワーコンバータ１７によって出力される実電圧Ｕａｃｔおよび設定電圧Ｕｓｅｔに関する電圧制御偏差を決定するように構成される。
【００４８】
任意選択で、一変形例によれば、図２に図示されるように、加算器ブロック６で電圧制御偏差を決定するために、電圧垂下Ｕｄｒｏｏｐが使用されてもよい。
【００４９】
電圧制御偏差は自動電圧調整器ブロック７に入力される。自動電圧調整器ブロック７は閉ループコントローラである。自動電圧調整器ブロック７は例えばＰＩ調整器を備えてもよい。
【００５０】
自動電圧調整器ブロック７のＰＩ調整器には最大および最小極限無効電力ならびに組込み積分器アンチワインドアップが提供されてもよい。ＰＩ調整器の動特性が設定されてもよく、そして任意選択の線形電圧垂下が使用されることができる。
【００５１】
電圧制御偏差に基づいて、自動電圧調整器ブロック７は励磁機パラメータを決定し、そして励磁機パラメータを用いて同期発電機モデルブロック９の出力電圧Ｕを調整する。励磁機パラメータは例えば励磁機電流または界磁電流、すなわち回転体の界磁巻線の磁化電流であることができる。
【００５２】
このように、パワーコンバータは出力電圧Ｕに基づいて制御されてもよい。特に、パワーコンバータ１７によって出力される実電圧Ｕａｃｔが制御されてもよく、それによって電気グリッドにおける無効電力変動への適合性を提供する。
【００５３】
機能ブロックの中には、速度ガバナーまたは周波数ガバナーブロック１１および慣性モデルブロック１３もある。慣性モデルブロック１３は、同期発電機の慣性の数理モデルである慣性モデルを含み、したがって同期発電機の慣性を模倣することができる。慣性モデルは慣性定数Ｈを有し、これは、それが表している回転質量の量を示し、かつ秒の単位を有する。慣性モデルは、一変形例によれば、同期発電機に存在する減衰部品も含んでもよい。減衰部品は同期発電機に存在する減衰を模倣する。慣性モデルの回転周波数は電力バランス、すなわち、入力電力である、慣性に入っていく電力と、実有効電力である、それから出ていく電力との間の差に関連している。慣性モデルに入っていく入力電力がパワーコンバータによって送出される電力より少ないとき、周波数は低下する。逆に、入力電力がそれから出ていく電力より高い場合、周波数は増加する。これは、原動機が電力を提供し、そして出力電力が同期発電機によって送出されるものである従来の同期発電機と同一である。
【００５４】
制御システム１は、パワーコンバータの実周波数ｆａｃｔを受けるように構成される。実周波数ｆａｃｔは例えばパワーコンバータの出力で測定されてもよい。代替的に、図２に図示されるように、慣性モデルブロック１３によって出力される回転周波数ｆが実周波数ｆａｃｔとして使用されてもよい。
【００５５】
制御システム１は、加算器ブロック１０に図示されるように、実周波数ｆａｃｔおよび設定周波数ｆｓｅｔに関する周波数制御偏差を決定するように構成される。
【００５６】
任意選択で、一変形例によれば、図２に図示されるように、加算器ブロック１０で周波数制御偏差を決定するために、周波数垂下ｆｄｒｏｏｐが使用されてもよい。
【００５７】
周波数制御偏差は速度ガバナーブロック１１に入力される。速度ガバナーブロック１１は閉ループコントローラである。速度ガバナーブロック１１は例えばＰＩ調整器を備えてもよい。
【００５８】
速度ガバナーブロック１１のＰＩ調整器には最大および最小極限電力ならびに組込み積分器アンチワインドアップが提供されてもよい。典型的に、極限電力はパワーコンバータ１７のエネルギー蓄積限界に設定され、かつ非対称であることができる。
【００５９】
周波数制御偏差に基づいて、速度ガバナーブロック１１は入力電力を決定し、そして入力電力を用いて慣性モデルブロック１３に含まれる慣性モデルの回転周波数ｆを調整する。
【００６０】
位相角θも得られる。位相角θは回転周波数ｆに密接に関連しており、慣性モデルにおける減衰部品が存在する場合には、それは何らかの修正を伴う回転周波数ｆの積分である。それゆえ、入力電力は位相角θも調整する。回転周波数ｆおよび位相角θは慣性モデルブロック１３からの出力として提供される。
【００６１】
このように、パワーコンバータは回転周波数ｆに基づいて制御されてもよい。本例では、パワーコンバータを制御するために使用されるのは回転周波数ｆから導出される位相角θである。パワーコンバータは、したがって電気グリッドにおける有効電力変動への適合性を提供するように制御されることができる。
【００６２】
制御システム１は、慣性モデルブロック１３から得られる回転周波数ｆ、本例では回転周波数ｆから導出される位相角θに基づいて、および同期発電機モデルブロック９から得られる出力電圧Ｕに基づいてパワーコンバータ１７を制御するように構成される。この制御は例えばＰＷＭを用いて、すなわち、スイッチ、例えばパワーコンバータ１７の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＢＧＴ）を切替えるためのＰＷＭを使用することによってであってもよい。
【００６３】
パワーコンバータの出力は正弦波フィルタによってフィルタリングされて、従来の同期発電機のものに全体的に相当する低調波正弦波出力を作成してもよい。
【００６４】
パワーコンバータ１７によって提供される出力は真の電圧源である。制御システム１によって制御されるパワーコンバータ１７によって送出される実かつ無効電力は、隔離されて動作される場合、それに接続される負荷に、またはグリッド接続される場合、マクログリッドに対するその周波数設定値および電圧設定値に関連している。
【００６５】
上記した制御ループで使用するため、パワーコンバータ１７から出力される実電圧Ｕａｃｔ、実有効電力Ｐａｃｔおよび実無効電力Ｑａｃｔ、ならびに一定の例では実周波数ｆａｃｔも測定して取り込むために、電力メータ１９が提供されてもよい。
【００６６】
前述した機能ブロックに加えて、仮想インピーダンスブロック１５も提供されてもよい。仮想インピーダンスブロック１５は同期発電機モデルの固定子の仮想インピーダンスを含む。特に、仮想インピーダンスは固定子漏れインダクタンスおよび固定子抵抗を含んでもよい。
【００６７】
仮想インピーダンスブロック１５を含む変形例では、同期発電機モデルブロック９からの出力、すなわち出力電圧Ｕ、および慣性モデルブロック１３からの出力、本例では位相角θは仮想インピーダンスブロック１５に提供される。代替的に、回転周波数ｆが仮想インピーダンスブロック１５への入力として提供され得る。このように、出力電圧Ｕは仮想インピーダンスに基づいて調節した出力電圧Ｕ’を得るために調節され、そして位相角θも仮想インピーダンスに基づいて調節した位相角θ’を得るために調節される。パワーコンバータ１７を制御することは、したがってこの場合には、調節した位相角θ’に、および調節した出力電圧Ｕ’に基づく。その代わりに回転周波数ｆが仮想インピーダンスブロックに入力される場合、回転周波数ｆは仮想インピーダンスに基づいて調節され、そして調節した回転周波数および調節した出力電圧Ｕ’がパワーコンバータ１７を制御するために使用される。
【００６８】
本明細書に開示される任意の変形例によれば、機能ブロックの特性をリアルタイムに適応的に変化させて、すなわち慣性定数Ｈ、速度ガバナーブロックの利得ＫｐおよびＫｉ、ならびに速度ガバナーブロックの最大および最小限度などのパラメータを調節して、制御システム１に制御されたパワーコンバータに従来の発電機の特性を模倣させて線路故障の間に同期を維持する能力を強化することが可能であろう。
【００６９】
発明概念は主にいくつかの例を参照しつつ上記された。しかしながら、当業者によって直ちに認識されるように、上記の開示したもの以外の他の実施形態が、添付の請求項によって定められる発明概念の範囲内で等しく可能である。
【図１】
2018186695.tif 000003
【図２】
2018186695.tif 000004
【外国語明細書】
2018186695000001.pdf
2018186695000002.pdf
2018186695000003.pdf
2018186695000004.pdf