(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重給電風力発電機の送電網側コンバータと回転子側コンバータとを制御対象とし、回転子回転数偏差eωr=ωr-ωr*、固定子無効電力出力偏差eQs=Qs-Qs*、コンバータコンデンサ電圧偏差eVdc=Vdc-Vdc*、送電網側コンバータ無効電力出力偏差eQg=Qg-Qg*の４つの入力信号、および、回転子側コンバータｑ軸制御電圧vqr*、回転子側コンバータｄ軸制御電圧vdr*、送電網側コンバータｄ軸制御電圧vdg*、送電網側コンバータｑ軸制御電圧vqg*の４つの出力信号がそれぞれ４つのフィードバック制御チャネルに対応する、論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムにおいて、
前記制御システムは、ベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路、二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路、ベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路、一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路、ベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、ベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、前記ベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路と前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路との間の切替動作を回転子回転数偏差に基づいて制御する回転子回転数制御回路切替制御手段、前記ベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路と前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路との間の切替動作を固定子無効電力出力偏差に基づいて制御する固定子無効電力制御回路切替手段、前記ベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路と前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路との間の切替動作をコンバータコンデンサ電圧偏差に基づいて制御するコンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段、前記ベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路と前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路との間の切替動作を送電網側コンバータ無効電力出力偏差に基づいて制御する送電網側無効電力制御回路切替手段を含み、
ここで、前記回転子回転数偏差eωr=ωr-ωr*信号が前記ベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路、前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路および前記回転子回転数制御回路切替制御手段を経て前記回転子側コンバータｑ軸制御電圧vqr*が出力され、
前記固定子無効電力出力偏差eQs=Qs-Qs*が前記ベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路、前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路および前記固定子無効電力制御回路切替手段を経て前記回転子側コンバータｄ軸制御電圧vdr*が出力され、
前記コンバータコンデンサ電圧偏差eVdc=Vdc-Vdc*が前記ベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路および前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段を経て前記送電網側コンバータｄ軸制御電圧vdg*が出力され、
前記送電網側コンバータ無効電力出力偏差eQg=Qg-Qg*が前記ベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路および前記送電網側無効電力制御回路切替手段を経て前記送電網側コンバータｑ軸制御電圧vqg*が出力されることを特徴とする二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【請求項２】
前記ベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路は、前記回転子回転数制御回路切替制御手段によって制御信号を前記ベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路に切り替えるときに、回転子回転数偏差に基づいて、対応する制御電圧vqr_VC*を提供し、
前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路は、前記回転子回転数制御回路切替制御手段によって制御信号を前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路に切り替えるときに、回転子回転数偏差に基づいて、対応する制御電圧vqr_LB*を提供し、
前記ベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路は、前記固定子無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記ベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路に切り替えるときに、固定子無効電力出力偏差に基づいて、対応する制御電圧vdr_VC*を提供し、
前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路は、前記固定子無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路に切り替えるときに、固定子無効電力出力偏差に基づいて、対応する制御電圧vdr_LB*を提供し、
前記ベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路は、前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段によって制御信号を前記ベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路に切り替えるときに、コンバータコンデンサ電圧偏差に基づいて、対応する制御電圧vdg_VC*を提供し、
前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路は、前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段によって制御信号を前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路に切り替えるときに、コンバータコンデンサ電圧偏差に基づいて、対応する制御電圧vdg_LB*を提供し、
前記ベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路は、前記送電網側無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記ベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路に切り替えるときに、送電網側コンバータ無効電力出力偏差に基づいて、対応する制御電圧vqg_VC*を提供し、
前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路は、前記送電網側無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路に切り替えると、送電網側コンバータ無効電力出力偏差に基づいて、対応する制御電圧vqg_LB*を提供することを特徴とする請求項１に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【請求項３】
前記一階論理的スイッチング制御器は、論理演算に基づいて制御信号を生成し、その制御論理が
q(t)=G(e(t),φ0+-ε0+,φ0-+ε0-,q(t-)),q(0-)=q0∈{true,false}
（ここで、q(t)：制御論理の出力。G(e,/e,e/,qold)=[e≧/e∨(e＞e/∧qold)]。e：システム出力の追跡誤差。/e：追跡誤差の上限境界。e/：追跡誤差の下限境界。qold：論理的変数の直前タイムステップに対応する論理値。∧：論理AND演算。∨：論理OR演算。φ0+、φ0-：出力変数追跡誤差の誤差区間、すなわちF0:={e∈R|φ0-≦e≦φ0+}（Rは実数の集合）を定義する。ε0+、ε0-：F0内の安全距離を定義する。q(t-)：q(t)の直前時刻の論理値）であることを特徴とする請求項１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【請求項４】
前記二階論理的スイッチング制御器は、論理演算に基づいて制御信号を生成し、その制御論理が
q1(t)=G(e(t),φ0+-ε0+,φ0-+ε0-,q1(t-))、q1(0-)=q10∈{true,false}
q1(t)=trueのときq(t)=G(e・(t),-λ1--ε1+,φ1-+ε1-,q(t-))
q1(t)=falseのときq(t)=G(e・(t),φ1+-ε1+,λ1++ε1-,q(t-))
q(0-)=q0∈{true,false}
（ここで、φ1+、φ1-：出力変数一階導関数の誤差区間、すなわちF1:={e・∈R|φ1-≦e・≦φ1+}（Rは実数の集合）を定義する。ε1+、ε1-：F1内の安全距離を定義する。λ1+、λ1-：F0内におけるeの理想的な増加、減少速度。q1(t-)：q1(t)の直前時刻の論理値）であることを特徴とする請求項１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【請求項５】
前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路における二階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=falseのときvqr(t)=vqr_max
q(t)=trueのときvqr(t)=vqr_min
（ここで、vqr：回転子側コンバータ電圧のｑ軸成分。vqr_max：回転子側コンバータ電圧ｑ軸成分の最大値。vqr_min：回転子側コンバータ電圧ｑ軸成分の最小値）であることを特徴とする請求項１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【請求項６】
前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路における一階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=trueのときvdr(t)=vdr_max
q(t)=falseのときvdr(t)=vdr_min
（ここで、vdr：回転子側コンバータ電圧のｄ軸成分。vdr_max：回転子側コンバータ電圧ｄ軸成分の最大値。vdr_min：回転子側コンバータ電圧ｄ軸成分の最小値）であることを特徴とする請求項１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【請求項７】
一階論理的スイッチング制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路における一階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=trueのときvqg(t)=vqg_min
q(t)=falseのときvqg(t)=vqg_max
（ここで、vqg：送電網側コンバータ電圧のｑ軸成分。vqg_max：送電網側コンバータ電圧ｑ軸成分の最大値。vqg_min：送電網側コンバータ電圧ｑ軸成分の最小値）であることを特徴とする請求項１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【請求項８】
前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路における二階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=trueのときvdg(t)=vdg_max
q(t)=falseのときvdg(t)=vdg_min
（ここで、vdg：送電網側コンバータ電圧のｄ軸成分。vdg_max：送電網側コンバータ電圧ｄ軸成分の最大値。vdg_min：送電網側コンバータ電圧ｄ軸成分の最小値）であることを特徴とする請求項１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【請求項９】
切替制御器をさらに含み、その切替則として、
電力システムに変動が生じると、二重給電風力発電機の出力変数の絶対値|e(t)|の振動軌跡における極値シーケンスは、Γ(t)={Γ1,Γ2,…,Γj}であり、ここでΓs(s∈{1,2,…,j})がシーケンスΓ(t)における最大値であり、前記制御システムの各回路の切替則として、切替条件１が満足すると、制御システムが通常ベクトル制御器からスイッチング制御器に切り替わり、切替条件２が満足すると、制御システムがスイッチング制御器から通常ベクトル制御器に切り替わることを特徴とする請求項１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
切替条件１：|e(t)|≧/ω。
切替条件２：｛励磁制御器を切り替える切替周波数が機器の負荷可能な最大値まで達する｝∨｛｛(Γs-Γj)/Γs≧τ｝∧｛e(t)が[2(φ0-+ε0-),2(φ0+-ε0+)]｝に収まる｝（ここで、/ω、τは、励磁制御器を切り替えるパラメータである。）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力システム自動化の技術分野に関し、特に二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能なエネルギーの大規模な発展に伴い、電力システムにおける風力発電の割合がますます高くなり、従来の電力システムの過渡安定性制御が新しい挑戦に直面している。とりわけ確率の小さい重大故障の発生によって、風力発電機の瞬低時運転継続性能がさらに高く要求される。二重給電誘導風力発電機は、現在の風力発電において相当に大きい比重を占めている。二重給電風力発電機の従来のベクトル制御アルゴリズムでは、固定子磁束鎖交または固定子電圧座標系に基づいて、有効／無効制御回路に対する減結合が行われ、ＰＩ制御を利用して二重給電風力発電機の最大電力追跡、有効無効協調制御が実現される。従来のＰＩ制御システムを設定するには、システム応答の迅速性と定常誤差を総合的に考慮し、さらに折衷的な制御パラメータを確定する必要がある。しかし、電力システムに大きな波動が生じると、二重給電風力発電機が元の稼動点からずれてしまい、従来のベクトル制御システムでは、風力発電機に対し、コンバータの最大制御エネルギーを発揮させて最大速度で元の平衡点に復帰させて引き続き稼動させることができない。したがって、電力システムに確率の小さい重大故障が発生すると、従来のベクトル制御システムは、二重給電風力発電機の安定稼動を保証することができない。
【０００３】
二重給電風力発電機のコンバータの最大制御ポテンシャルを発掘するために、二重給電風力発電機の制御システムをスイッチング制御システムに設計する試みが考えられる。従来のスイッチング制御方法は、極大値原理を利用してシステムのハミルトニアン方程式を解くことによって制御則を取得する。スイッチング制御システムは、制御対象システムに動的時間最適性が現れるように、制御システムの性能を最大限に発揮させることができる。しかし、大規模電力システムのハミルトニアン関数を確立するには、システム全体のパラメータおよび全ての状態変数を既知とする必要があり、しかも取得されるハミルトニアン関数が非常に複雑なものになる。これは、その正準方程式を解くには、大きな挑戦に直面する。最新の研究結果では、論理的演算に基づいたスイッチング制御方法は、従来のスイッチング制御方法でシステムのハミルトニアン方程式に頼って制御則を求めるという問題を回避する一方、従来のスイッチング制御方法の時間最適性という利点が維持される。したがって、論理的演算に基づいたスイッチング制御方法を二重給電風力発電機の制御に運用することによって、電力システムに大きな波動が生じた後の二重給電風力発電機のロバスト性を大きく高めることができる。同時に、論理的演算に基づいたスイッチング制御システムを設計するには、システムの精確なパラメータを必要とせず、システムの相対階数情報のみを必要とするため、スイッチング制御システムは、システム稼動条件変化に対し強いロバスト性を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、従来技術の欠陥や不足を克服することであり、二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムを提供する。当該制御システムは、大きな波動が生じた後の二重給電風力発電機の安定稼動維持を強化し、電力システムの過渡振動初期において、二重給電風力発電機のコンバータのポテンシャルを充分に発揮させ、二重給電風力発電機の各出力量、すなわち発電機回転子回転数、固定子無効電力出力、送電網側コンバータ無効電力出力、コンバータコンデンサ電圧を最大速度で平衡点近くに収め、それから従来のベクトル制御システムによって、システムを徐々に元の平衡点で安定化させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムにおいて、コンバータを制御対象とし、回転子回転数偏差eωr=ωr-ωr*、固定子無効電力出力偏差eQs=Qs-Qs*、コンバータコンデンサ電圧偏差eVdc=Vdc-Vdc*、送電網側コンバータ無効電力出力誤差eQg=Qg-Qg*の４つの入力信号、および、回転子側コンバータｑ軸制御電圧vqr*、回転子側コンバータｄ軸制御電圧vdr*、送電網側コンバータｄ軸制御電圧vdg*、送電網側コンバータｑ軸制御電圧vqg*の４つの出力信号がそれぞれ４つのフィードバック制御チャネルに対応する。前記制御システムは、従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路、二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路、従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路、一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路、従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、回転子回転数制御回路切替制御手段、固定子無効電力制御回路切替手段、コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段、送電網側無効電力制御回路切替手段を含む。ここで、前記回転子回転数偏差eωr=ωr-ωr*信号が前記従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路、前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路、前記回転子回転数制御回路切替制御手段を経て前記回転子側コンバータｑ軸制御電圧vqr*が出力される。前記固定子無効電力出力偏差eQs=Qs-Qs*が前記従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路、前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路および前記固定子無効電力制御回路切替手段を経て前記回転子側コンバータｄ軸制御電圧vdr*が出力される。前記コンバータコンデンサ電圧誤差eVdc=Vdc-Vdc*が前記従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路および前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段を経て前記送電網側コンバータｄ軸制御電圧vdg*が出力される。前記送電網側コンバータ出力無効電力誤差eQg=Qg-Qg*が前記従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路および前記送電網側無効電力制御回路切替手段を経て前記送電網側コンバータｑ軸制御電圧vqg*が出力される。
【０００６】
さらに、前記回転子回転数制御回路切替制御手段は、前記従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路と前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路との間の切替動作を制御する。前記従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路は、前記回転子回転数制御回路切替制御手段によって制御信号を前記従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路に切り替えるときに、回転子回転数偏差に基づいて、対応する制御電圧vqr_VC*を提供する。前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路は、前記回転子回転数制御回路切替制御手段によって制御信号を前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路に切り替えるときに、回転子回転数偏差に基づいて、対応する制御電圧vqr_LB*を提供する。前記固定子無効電力制御回路切替手段は、前記従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路と前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路との間の切替動作を制御する。前記従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路は、前記固定子無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路に切り替えるときに、固定子無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vdr_VC*を提供する。前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路は、前記固定子無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路に切り替えるときに、固定子無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vdr_LB*を提供する。前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段は、前記従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路と前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路との間の切替動作を制御する。前記従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路は、前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段によって制御信号を前記従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路に切り替えるときに、コンバータコンデンサ電圧偏差に基づいて、対応する制御電圧vdg_VC*を提供する。前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路は、前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段によって制御信号を前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路に切り替えるときに、コンバータコンデンサ電圧偏差に基づいて、対応する制御電圧vdg_LB*を提供する。送電網側コンバータ無効電力制御回路切替手段は、前記従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路と前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路との間の切替動作を制御する。前記従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路は、前記送電網側コンバータ無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路に切り替えるときに、送電網側コンバータ無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vqg_VC*を提供する。前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路は、前記送電網側コンバータ無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路に切り替えると、送電網側コンバータ無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vqg_LB*を提供する。
【０００７】
さらに、前記一階論理的スイッチング制御器は、論理演算に基づいて制御信号を生成し、その制御論理が
q(t)=G(e(t),φ0+-ε0+,φ0-+ε0-,q(t-)),q(0-)=q0∈{true,false}
（ここで、q(t)：制御論理の出力。G(e,/e,e/,qold)=[e≧/e∨(e＞e/∧qold)]。e：システム出力の追跡誤差。/e：追跡誤差の上限境界。e/：追跡誤差の下限境界。qold：論理的変数の直前タイムステップに対応する論理値。∧：論理AND演算。∨：論理OR演算。φ0+、φ0-：出力変数追跡誤差の誤差区間、すなわちF0:={e∈R|φ0-≦e≦φ0+}（Rは実数の集合）を定義する。ε0+、ε0-：F0内の安全距離を定義する。q(t-)：q(t)の直前時刻の論理値）である。
【０００８】
さらに、前記二階論理的スイッチング制御器は、論理演算に基づいて制御信号を生成し、その制御論理が
q1(t)=G(e(t),φ0+-ε0+,φ0-+ε0-,q1(t-))、q1(0-)=q10∈{true,false}
q1(t)=trueのときq(t)=G(e・(t),-λ1--ε1+,φ1-+ε1-,q(t-))
q1(t)=falseのときq(t)=G(e・(t),φ1+-ε1+,λ1++ε1-,q(t-))
q(0-)=q0∈{true,false}
（ここで、φ1+、φ1-：出力変数一階導関数の誤差区間、すなわちF1:={e・∈R|φ1-≦e・≦φ1+}（Rは実数の集合）を定義する。ε1+、ε1-：F1内の安全距離を定義する。λ1+、λ1-：F0内におけるeの理想的な増加、減少速度。q1(t-)：q1(t)の直前時刻の論理値）である。
【０００９】
さらに、前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路における二階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=falseのときvqr(t)=vqr_max
q(t)=trueのときvqr(t)=vqr_min
（ここで、vqr：回転子側コンバータ電圧のｑ軸成分。vqr_max：回転子側コンバータ電圧ｑ軸成分の最大値。vqr_min：回転子側コンバータ電圧ｑ軸成分の最小値）である。
【００１０】
さらに、前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路における一階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=trueのときvdr(t)=vdr_max
q(t)=falseのときvdr(t)=vdr_min
（ここで、vdr：回転子側コンバータ電圧のｄ軸成分。vdr_max：回転子側コンバータ電圧ｄ軸成分の最大値。vdr_min：回転子側コンバータ電圧ｄ軸成分の最小値）である。
【００１１】
さらに、一階論理的スイッチング制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路における一階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=trueのときvqg(t)=vqg_min
q(t)=falseのときvqg(t)=vqg_max
（ここで、vqg：送電網側コンバータ電圧のｑ軸成分。vqg_max：送電網側コンバータ電圧ｑ軸成分の最大値。vqg_min：送電網側コンバータ電圧ｑ軸成分の最小値）である。
【００１２】
さらに、前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路における二階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=trueのときvdg(t)=vdg_max
q(t)=falseのときvdg(t)=vdg_min
（ここで、vdg：送電網側コンバータ電圧のｄ軸成分。vdg_max：送電網側コンバータ電圧ｄ軸成分の最大値。vdg_min：送電網側コンバータ電圧ｄ軸成分の最小値）である。
【００１３】
さらに、切替制御器をさらに含み、その切替則として、電力システムに波動が生じると、二重給電風力発電機の出力変数の絶対値|e(t)|の振動軌跡における極値シーケンスは、Γ(t)={Γ1,Γ1,…,Γj}であり、ここでΓs=(s∈{1,2,…,j})がシーケンスΓ(t)における最大値であり、前記制御システムの各回路の切替則として、切替条件１が満足すると、制御システムが通常ベクトル制御器からスイッチング制御器に切り替わり、切替条件２が満足すると、制御システムがスイッチング制御器から通常ベクトル制御器に切り替わる。
切替条件１：|e(t)|≧/ω。
切替条件２：｛励磁制御器を切り替える切替周波数が機器の負荷可能な最大値まで達する｝∨｛｛(Γs-Γj)/Γs≧τ｝∧｛e(t)が[2(φ0-+ε0-),2(φ0+-ε0+)]｝に収まる｝（ここで、/ω、τは励磁制御器を切り替えるパラメータである。）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、従来技術に対し、以下の利点および効果を有する。
１．本発明は、二重給電風力発電機のコンバータの最大性能を充分に発揮させ、電力システム過渡振動初期において、スイッチング制御システムによって二重給電風力発電機の４つの出力変数を最大速度で平衡点近くにあるネイバーフッド内に収める。それから通常ベクトル制御システムに切り替わり、通常ベクトル制御システムの平衡点近くでの最適性を発揮させ、システムが徐々に元の平衡点で安定化する。
２．本発明によるスイッチング制御システムは論理的演算のみを含むため、その出力と入力との間の位相遅延が通常ベクトル制御システムより小さい。したがってスイッチング制御システムは、二重給電風力発電機の出力変数の振動に対しより速く応答することができる。同時にスイッチング制御システムの制御信号に２つの値しかないため、制御信号の伝送が容易に行われる。
３．本発明は、二重給電風力発電機の協調制御に応用することによって、大規模の風力発電を含む電力システム稼動の過渡安定性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの構造概略図である。
【図２】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの構成ブロック図である。
【図３】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路である。
【図４】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路である。
【図５】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路である。
【図６】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力スイッチング制御回路である。
【図７】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路である。
【図８】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧スイッチング制御回路である。
【図９】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路である。
【図１０】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力スイッチング制御回路である。
【図１１】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの外部送電網三相接地短絡故障発生後の回転数曲線である。
【図１２】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの外部送電網三相接地短絡故障発生後のコンバータコンデンサ電圧曲線である。
【図１３】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの外部送電網三相接地短絡故障発生後の有効電力出力曲線である。
【図１４】本発明による二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの外部送電網三相接地短絡故障発生後の無効電力曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の目的、技術手段および利点をより明確にして明らかにするために、以下、図面を参照しながら実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。なお、ここに記載される具体的な実施例は、単に本発明を解釈するためのものであり、本発明の限定することに用いられない。
【００１７】
（実施例）
図１と図２を参照する。図１は、二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの構造概略図であり、図２は、その構成ブロック図である。当該システムは、従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路、二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路、従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路、一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路、従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路の８つの制御回路のほかに、回転子回転数制御回路切替制御手段、固定子無効電力制御回路切替手段、コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段、送電網側無効電力制御回路切替手段の４つの切替手段を含む。
【００１８】
図１で各パラメータの定義は、回転子電流ｄ軸成分idr、回転子電流ｑ軸成分iqr、送電網側コンバータ電流ｄ軸成分idg、送電網側コンバータ電流ｑ軸成分iqg、コンバータコンデンサ電圧Vdc、固定子無効電力出力Qs、送電網側コンバータ無効電力出力Qg、発電機回転子回転数ωr、発電機回転子回転数参考値ωref、固定子無効電力出力の参考値Qsref、送電網側コンバータ無効電力出力参考値Qgref、コンバータコンデンサ電圧参考値Vdcref、回転子側巻線相互インダクタンスLm、発電機側電圧vs、固定子巻線のインダクタンス値Lsである。
【００１９】
ここで、回転子回転数制御回路切替制御手段は、従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路と二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路との間の切替動作を制御する。
【００２０】
ここで、従来のベクトル制御方法に基づいた二重給電回転子回転数制御回路は、回転子回転数制御回路切替制御手段によって制御信号を従来のベクトル制御方法に基づいた二重給電回転子回転数制御回路に切り替えるときに、回転子回転数偏差に基づいて、対応する制御電圧vqr_VC*を提供する。
【００２１】
ここで、二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路は、回転子回転数制御回路切替制御手段によって制御信号を二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路に切り替えるときに、回転子回転数偏差に基づいて、対応する制御電圧vqr_LB*を提供する。
【００２２】
ここで、固定子無効電力制御回路切替手段は、従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路と一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路との間の切替動作を制御する。
【００２３】
ここで、従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路は、固定子無効電力制御回路切替手段によって制御信号を従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路に切り替えるときに、固定子無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vdr_VC*を提供する。
【００２４】
ここで、一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路は、固定子無効電力制御回路切替手段によって制御信号を一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路に切り替えるときに、固定子無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vdr_LB*を提供する。
【００２５】
ここで、コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段は、従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路と二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路との間の切替動作を制御する。
【００２６】
ここで、従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路は、コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段によって制御信号を従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路に切り替えるときに、コンバータコンデンサ電圧偏差に基づいて、対応する制御電圧vdg_VC*を提供する。
【００２７】
ここで、二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路は、コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段によって制御信号を二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路に切り替えるときに、コンバータコンデンサ電圧偏差に基づいて、対応する制御電圧vdg_LB*を提供する。
【００２８】
ここで、送電網側無効電力制御回路切替手段は、従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路と一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路との間の切替動作を制御する。
【００２９】
ここで、従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路は、送電網側無効電力制御回路切替手段によって制御信号を従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路に切り替えるときに、送電網側コンバータ無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vqg_VC*を提供する。
【００３０】
ここで、一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路は、送電網側無効電力制御回路切替手段によって制御信号を一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路に切り替えるときに、送電網側コンバータ無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vqg_LB*を提供する。
【００３１】
二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムの制御対象は、二重給電風力発電機のコンバータである。前記二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムは、回転子回転数偏差eωr=ωr-ωr*、固定子無効電力出力偏差eQs=Qs-Qs*、コンバータコンデンサ電圧偏差eVdc=Vdc-Vdc*、送電網側コンバータ無効電力出力誤差eQg=Qg-Qg*の４つの入力信号を有する。前記４つの入力信号は、それぞれ４つの制御回路に対応する。前記二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムは、回転子側コンバータｑ軸制御電圧vqr*、回転子側コンバータｄ軸制御電圧vdr*、送電網側コンバータｄ軸制御電圧vdg*、送電網側コンバータｑ軸制御電圧vqg*の４つの出力信号を有する。前記４つの出力信号は、それぞれ４つの制御回路に対応する。前記回転子回転数偏差eωr=ωr-ωr*信号が従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路、二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路、回転子回転数制御回路切替制御手段を経て回転子側コンバータｑ軸制御電圧vqr*が出力される。前記固定子無効電力出力偏差eQs=Qs-Qs*が従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路、一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路、固定子無効電力制御回路切替手段を経て回転子側コンバータｄ軸制御電圧vdr*が出力される。前記コンバータコンデンサ電圧誤差eVdc=Vdc-Vdc*が従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段を経て送電網側コンバータｄ軸制御電圧vdg*が出力される。前記送電網側コンバータ出力無効電力誤差eQg=Qg-Qg*が従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、送電網側無効電力制御回路切替手段を経て送電網側コンバータｑ軸制御電圧vqg*が出力される。最終的に４つの制御回路が形成される。
【００３２】
ここで、従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路の構造は、図３に示される。ここで、ωrが発電機回転子回転数であり、ωrefが発電機回転子回転数参考値であり、iqrが回転子電流ｑ軸成分であり、iqrrefが回転子電流ｑ軸成分の参考値であり、s=(ωs-ωr)/ωsが誘導発電機のズレであり、ωs=2πfが同期回転数であり、f（Ｈｚ）がシステムの周波数であり、Lrが回転子巻線のインダクタンス値であり、Lmが誘導発電機巻線相互インダクタンスであり、idrが回転子電流ｄ軸成分であり、ims=(vs-Rsiqs)/ωsLmが誘導発電機の磁化電流である。ここでvsが二重給電風力発電機固定子巻線電圧であり、Rsが固定子巻線の抵抗である。iqs=-Lmiqr/Lsが固定子電流のｑ軸成分であり、Lsが固定子巻線のインダクタンス値である。σ=1-Lm2/LsLr。ＰＩ１、ＰＩ２は、２つの比例積分制御システムであり、その制御パラメータがそれぞれＰ１＝５、Ｉ１＝０．１、Ｐ２＝１０、Ｉ２＝７０に設定される。
【００３３】
ここで、二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路の構造は、図４に示される。ここにvqr_minが回転子側コンバータｑ軸制御電圧の最小値であり、vqr_maxが回転子側コンバータｑ軸制御電圧の最大値であり、vqr_LB*が二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路から生成される制御信号であり、しかも以下の式が成立する。
q(t)=trueのときvqr(t)=vqr_min
q(t)=falseのときvqr(t)=vqr_max
ここでq(t)は二階論理的スイッチング制御器システムの出力である。q(t)は、下記式から算出される。
q1(t)=G(e(t),φ0+-ε0+,φ0-+ε0-,q1(t-))、q1(0-)=q10∈{true,false}
q1(t)=trueのときq(t)=G(e・(t),-λ1--ε1+,φ1-+ε1-,q(t-))
q1(t)=falseのときq(t)=G(e・(t),φ1+-ε1+,λ1++ε1-,q(t-))
q(0-)=q0∈{true,false}
【数１】
0006449520.tif 000002
ここで、e(t)=eωr(t)、G(e,/e,e/,qold)=[e≧/e∨(e＞e/∧qold)]、/eが出力追跡誤差の上限境界であり、e/が出力追跡誤差の下限境界であり、q(t-)が対応する論理変数の直前のタイムステップの論理値であり、∧が論理AND演算であり、∨が論理OR演算であり、φ0+、φ0-が出力変数追跡誤差の誤差区間、すなわちF0:={e∈R|φ0-≦e≦φ0+}（Rは実数の集合）を定義し、ε0+、ε0-がF0内の安全距離を定義し、q1(t-)がq1(t)の直前の時刻の論理値であり、q10がq1(t)のt=0の時の初期値であり、φ1+、φ1-が出力変数一階導関数の誤差区間、すなわちF1:={e・∈R|φ1-≦e・≦φ1+}（Rは実数の集合）を定義し、ε1+、ε1-がF1内の安全距離を定義し、λ1+、λ1-がF0内におけるeの理想的な増加、減少速度であり、q(t-)がq(t)の直前の時刻の論理値であり、q0がq(t)のt=0のときの初期値である。上記制御システムのパラメータとして、φ0+=4、φ0-=-4、ε0+=3.9、ε0-=3.9、φ1+=50、φ1-=-50、ε1+=0.4、ε1-=0.4、λ1+=49、λ1-=49、q10=q0=true、vqr_min=-5、vqr_max=5が設定される。
【００３４】
ここで、回転子回転数制御回路切替制御手段は、vqr*=γ(t)vqr_LB*+(1-γ(t))vqr_VC*である。ここで、vqr_LB*は、回転子回転数偏差eωr=ωr-ωr*が二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路を経て得た制御信号であり、vqr_VC*は、回転子回転数偏差eωr=ωr-ωr*が従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路を経て得た制御信号であり、γωr(t)は、回転子回転数制御回路切替制御則である。
T1=trueのときγωr(t)=1
T2=trueのときγωr(t)=0
ここで、
T1:={eωr(t)＞φ0+またはeωr(t)＜φ0-}。
T2:={{(Γs-Γj)/Γs≧τ}∧{eωr(t)が区間[2(φ0-+ε0-),2(φ0+-ε0+)]内に収まる}}。
ここで、Γ(t)={Γ1,Γ2,…,Γj}は、|eωr(t)|の極値シーケンスであり、Γs(s∈{1,2,…,j})がシーケンスΓ(t)の最大値であり、τ=0.5がΓsに対するΓjの減少比例である。
【００３５】
ここで、従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路の構造は、図５に示される。ここでQsが固定子無効電力出力であり、Qsrefが固定子無効電力出力参考値であり、ＰＩ３、ＰＩ４は、２つの比例積分制御システムであり、その制御パラメータがＰ３＝５、Ｉ３＝０．５、Ｐ４＝１０、Ｐ５＝５である。
【００３６】
ここで、一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力スイッチング制御回路の構造は、図６に示される。ここでvdr_minが回転子側コンバータｄ軸制御電圧の最小値であり、vdr_maxが回転子側コンバータｄ軸制御電圧の最大値であり、vdr_LB*が二階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力スイッチング制御回路から生成される制御信号であり、しかも以下の式が成立する。
q(t)=trueのときvdr(t)=vdr_max
q(t)=falseのときvdr(t)=vdr_min
ここでq(t)は、一階論理的スイッチング制御器システムの出力である。q(t)は、下記式から算出される。
q(t)=G(e(t),φ0+-ε0+,φ0-+ε0-,q(t-)),q(0-)=q0∈{true,false}
ここで、e(t)=eQs(t)、制御システムのパラメータは、vdr_max=1.5、vdr_min=-1.5、φ0+=4、φ0-=-4、ε0+=3.9、ε0-=3.9、q0=trueに設定される。
【００３７】
ここで、固定子無効電力制御回路切替制御手段は、vdr*=γQs(t)vdr_LB*+(1-γQs(t))vdr_VC*である。ここで、vdr_LB*は、固定子無効電力偏差eQs=Qs-Qs*が一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力スイッチング制御回路を経て得た制御信号であり、vdr_VC*は、固定子無効電力偏差eQs=Qs-Qs*が従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路を経て得た制御信号であり、γQs(t)は、固定子無効電力制御回路切替制御則である。
T1=trueのときγQs(t)=1
T2=trueのときγQs(t)=0
ここで
T1:={eQs(t)＞φ0+またはeQs(t)＜φ0-}。
T2:={{(Γs-Γj)/Γs≧τ}∧{eQs(t)が区間[2(φ0-+ε0-),2(φ0+-ε0+)]内に収まる}}。
ここでΓ(t)={Γ1,Γ2,…,Γj}が|eQs(t)|の極値シーケンスであり、ここでΓs(s∈{1,2,…,j})がシーケンスΓ(t)の最大値であり、τ=0.5がΓsに対するΓjの減少比例である。
【００３８】
ここで、従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路の構造は、図７に示される。ここでVdcがコンバータコンデンサ電圧であり、Vdcrefがコンバータコンデンサ電圧参考値であり、idgが送電網側コンバータ電流ｄ軸成分であり、iqgが送電網側コンバータ電流ｑ軸成分であり、Lgが送電網側フィルタインダクタンスのインダクタンスであり、ＰＩ６、ＰＩ７は、二つの比例積分制御システムであり、そのパラメータがＰ６＝１０、Ｉ６＝０．５、Ｐ７＝１１、Ｉ７＝５に設定される。
【００３９】
ここで、二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧スイッチング制御回路の構造は、図８に示される。ここで、vdg_minは、送電網側コンバータｄ軸制御電圧の最小値であり、vdg_maxは、送電網側コンバータｄ軸制御電圧の最大値であり、vdg_LB*は、二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路から生成される制御信号であり、しかも下記式が成立する。
q(t)=trueのときvdg(t)=vdg_max
q(t)=falseのときvdg(t)=vdg_min
ここでq(t)は、二階論理的スイッチング制御器システムの出力である。q(t)は、下記式から算出される。
q1(t)=G(e(t),φ0+-ε0+,φ0-+ε0-,q1(t-))、q1(0-)=q10∈{true,false}
q1(t)=trueのときq(t)=G(e・(t),-λ1--ε1+,φ1-+ε1-,q(t-))
q1(t)=falseのときq(t)=G(e・(t),φ1+-ε1+,λ1++ε1-,q(t-))
q(0-)=q0∈{true,false}
ここでe(t)=eVdc(t)、制御システムのパラメータは、φ0+=4、φ0-=-4、ε0+=3.9、ε0-=3.9、φ1+=50、φ1-=-50、ε1+=0.4、ε1-=0.4、λ1+=49、λ1-=49、q10=q0=true、vdg_min=-1.5、vdg_max=1.5として選択される。
【００４０】
ここで、コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段は、vdg*=γVdc(t)vdg_LB*+(1-γVdc(t))vdg_VC*である。ここで、vdg_LB*は、コンバータコンデンサ電圧偏差eVdc=Vdc-Vdc*が二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧スイッチング制御回路を経て得た制御信号であり、vdg_VC*は、コンバータコンデンサ電圧偏差eVdc=Vdc-Vdc*が従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路を経て得た制御信号であり、γVdc(t)は、コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御則である。
T1=trueのときγVdc(t)=1
T2=trueのときγVdc(t)=0
ここで，
T1:={eVdc(t)＞φ0+またはeVdc(t)＜φ0-}。
T2:={{(Γs-Γj)/Γs≧τ}∧{eVdc(t)が区間[2(φ0-+ε0-),2(φ0+-ε0+)]内に収まる}}。
ここで、Γ(t)={Γ1,Γ2,…,Γj}が|eVdc(t)|の極値シーケンスであり、ここでΓs(s∈{1,2,…,j})がシーケンスΓ(t)の最大値であり、τ=0.5がΓsに対するΓjの減少比例である。
【００４１】
ここで、従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路の構造は、図９に示される。ここで、Qgrefが送電網側コンバータ無効電力出力であり、Vsが固定子発電機側電圧の幅値であり、ＰＩ５が比例積分制御システムでありiqgが送電網側コンバータフィルタ電流のｑ軸成分であり、Lgが送電網側コンバータフィルタのフィルタインダクタンスであり、iqgrefが送電網側コンバータフィルタ電流ｑ軸成分の参考値であり、ＰＩ５が比例積分制御システムであり、そのパラメータがＰ５＝１０、Ｉ５＝５に設定される。
【００４２】
ここで、一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力スイッチング制御回路の構造は、図１０に示される。ここでvqg_minは、送電網側コンバータｑ軸制御電圧の最小値であり、vqg_maxは、送電網側コンバータｑ軸制御電圧の最大値であり、vqg_LB*は、一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力スイッチング制御回路から生成される制御信号であり、しかも下記式が成立する。
q(t)=trueのときvqg(t)=vqg_min
q(t)=falseのときvqg(t)=vqg_max
ここでq(t)は、一階論理的スイッチング制御器システムの出力である。q(t)は、下記式から算出される。
q(t)=G(e(t),φ0+-ε0+,φ0-+ε0-,q(t-)),q(0-)=q0∈{true,false}
ここでe(t)=eQg(t)、制御システムのパラメータは、vqg_max=1.5、vqg_min=-1.5、φ0+=4、φ0-=-4、ε0+=3.9、ε0-=3.9、q0=trueに設定される。
【００４３】
ここで、送電網側コンバータ無効電力制御回路切替制御手段は、vqg*=γQg(t)vqg_LB*+(1-γQg(t))vqg_VC*である。ここで、vqg_LB*は、送電網側コンバータ無効電力偏差eQg=Qg-Qg*が一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力スイッチング制御回路を経て得た制御信号であり、vqg_VC*は、固定子無効電力偏差eQg=Qg-Qg*が従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路を経て得た制御信号であり、γQg(t)は、固定子無効電力制御回路切替制御則である。
T1=trueのときγQg(t)=1
T2=trueのときγQg(t)=0
ここで
T1:={eQg(t)＞φ0+またはeQg(t)＜φ0-}。
T2:={{(Γs-Γj)/Γs≧τ}∧{eQg(t)が区間[2(φ0-+ε0-),2(φ0+-ε0+)]内に収まる}}。
ここで，Γ(t)={Γ1,Γ2,…,Γj}が|eQg(t)|の極値シーケンスであり、ここでΓs(s∈{1,2,…,j})がシーケンスΓ(t)の最大値であり、τ=0.5がΓsに対するΓjの減少比例である。
【００４４】
前記制御システムは、切替励磁制御器をさらに含み、その切替則として、仮に電力システムに変動が生じると、二重給電風力発電機の出力変数（ここで誘導発電機回転数、固定子側無効電力出力、送電網側コンバータ無効電力、コンバータコンデンサ電圧が選択される）の絶対値|e(t)|の振動軌跡における極値シーケンスは、Γ(t)={Γ1,Γ2,…,Γj}であり、ここでΓs(s∈{1,2,…,j})がシーケンスΓ(t)における最大値であり、多重切換制御器の各回路の切替則として、切替条件１が満足すると、切換制御器が通常ベクトル制御器からスイッチング制御器に切り替わり、切替条件２が満足すると、切換制御器がスイッチング制御器から通常ベクトル制御器に切り替わる。
切替条件１：|e(t)|≧/ω。
切替条件２：｛励磁制御器を切り替える切替周波数が機器の負荷可能な最大値まで達する｝∨｛｛(Γs-Γj)/Γs≧τ｝∧｛e(t)が[2(φ0-+ε0-),2(φ0+-ε0+)]｝に収まる｝（ここで、/ω、τは、設計されるべき励磁制御器を切り替えるパラメータである。）。
【００４５】
ここで、図１１は、前記の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムが二重給電風力発電機に応用され、外部電力システムの三相接地短絡故障発生後の回転数曲線である。図示により、同様の変動では、従来のベクトル制御算法に基づいて制御される二重給電風力発電機が既に安定を失っているのに対して、論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムによって制御される二重給電風力発電機は、システムが変動を受けた後でも元の平衡点に復帰して引き続き稼動できることが分かる。
【００４６】
図１２は、前記の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムが二重給電風力発電機に応用され、外部電力システムの三相接地短絡故障発生後のコンバータコンデンサ電圧曲線である。
【００４７】
図１３は、前記の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムが二重給電風力発電機に応用され、外部電力システムの三相接地短絡故障発生後の有効電力出力曲線である。
【００４８】
図１４は、前記の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムが二重給電風力発電機に応用され、外部電力システムの三相接地短絡故障発生後の無効電力出力曲線である。
【００４９】
以上の記載をまとめると、本実施例による二重給電風力発電機のスイッチング制御に基づいた多重切替制御器は、その出力変数として、発電機回転子回転数、固定子側無効電力出力、送電網側コンバータ無効電力出力、バックツーバックコンバータ直流コンデンサ電圧が選択される。４つの入力および４つの出力変数を利用して４つのフィードバック制御チャネルを形成し、各制御チャネルが１つのスイッチング制御器と１つの通常ベクトル制御器の間で切り替わり、さらに４回路切替制御器を形成する。その切替則として、所属する電力システムが大きな外部変動を受けると、風力発電機の状態変数および出力変数が元の平衡点からずれてしまうが、このとき二重給電風力発電機の４つの制御回路が通常ベクトル制御器からスイッチング制御器に切り替わり、スイッチング制御器の作用で風力発電機の状態変数と出力変数が元の平衡点近くに復帰し、このとき風力発電機の４つの制御回路がスイッチング制御器から通常ベクトル制御器に切り替わる。本発明による多重制御システムの特徴として、スイッチング制御器の設計は、システムの精確なモデルに頼らず、システムモデルの相対階数のみが分かればよい。また、スイッチング制御器の制御器信号は、対応する制御変数の最大値と最小値の２つの値しかないため、スイッチング制御器は、コンバータの最大エネルギーを発揮させることができ、システムが最大速度で元の平衡点に復帰して引き続き稼動する。スイッチング制御器の作用により、多重切替制御器は、外部波動に対し強いロバスト性を有する。
【００５０】
上記の実施例は、本発明の好適な実施形態であるが、本発明の実施形式は、上記実施例から限定を受けない。それ以外の本発明の趣旨と原理を逸脱することなく為した変更、修飾、代替、組み合わせ、簡略化は、いずれも均等な置換方式として、本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
【００５１】
（付記）
（付記１）
二重給電風力発電機で、コンバータを制御対象とし、回転子回転数偏差eωr=ωr-ωr*、固定子無効電力出力偏差eQs=Qs-Qs*、コンバータコンデンサ電圧偏差eVdc=Vdc-Vdc*、送電網側コンバータ無効電力出力誤差eQg=Qg-Qg*の４つの入力信号、および、回転子側コンバータｑ軸制御電圧vqr*、回転子側コンバータｄ軸制御電圧vdr*、送電網側コンバータｄ軸制御電圧vdg*、送電網側コンバータｑ軸制御電圧vqg*の４つの出力信号がそれぞれ４つのフィードバック制御チャネルに対応する、論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システムにおいて、
前記制御システムは、従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路、二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路、従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路、一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路、従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、回転子回転数制御回路切替制御手段、固定子無効電力制御回路切替手段、コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段、送電網側無効電力制御回路切替手段を含み、
ここで、前記回転子回転数偏差eωr=ωr-ωr*信号が前記従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路、前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路、前記回転子回転数制御回路切替制御手段を経て前記回転子側コンバータｑ軸制御電圧vqr*が出力され、
前記固定子無効電力出力偏差eQs=Qs-Qs*が前記従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路、前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路および前記固定子無効電力制御回路切替手段を経て前記回転子側コンバータｄ軸制御電圧vdr*が出力され、
前記コンバータコンデンサ電圧誤差eVdc=Vdc-Vdc*が前記従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路、前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路および前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段を経て前記送電網側コンバータｄ軸制御電圧vdg*が出力され、
前記送電網側コンバータ出力無効電力誤差eQg=Qg-Qg*が前記従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路、前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路および前記送電網側無効電力制御回路切替手段を経て前記送電網側コンバータｑ軸制御電圧vqg*が出力されることを特徴とする二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【００５２】
（付記２）
前記回転子回転数制御回路切替制御手段は、前記従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路と前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路との間の切替動作を制御し、
前記従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路は、前記回転子回転数制御回路切替制御手段によって制御信号を前記従来のベクトル制御方法に基づいた回転子回転数制御回路に切り替えるときに、回転子回転数偏差に基づいて、対応する制御電圧vqr_VC*を提供し、
前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路は、前記回転子回転数制御回路切替制御手段によって制御信号を前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路に切り替えるときに、回転子回転数偏差に基づいて、対応する制御電圧vqr_LB*を提供し、
前記固定子無効電力制御回路切替手段は、前記従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路と前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路との間の切替動作を制御し、
前記従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路は、前記固定子無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記従来のベクトル制御方法に基づいた固定子無効電力制御回路に切り替えるときに、固定子無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vdr_VC*を提供し、
前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路は、前記固定子無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路に切り替えるときに、固定子無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vdr_LB*を提供し、
前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段は、前記従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路と前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路との間の切替動作を制御し、
前記従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路は、前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段によって制御信号を前記従来のベクトル制御方法に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路に切り替えるときに、コンバータコンデンサ電圧偏差に基づいて、対応する制御電圧vdg_VC*を提供し、
前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路は、前記コンバータコンデンサ電圧制御回路切替制御手段によって制御信号を前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路に切り替えるときに、コンバータコンデンサ電圧偏差に基づいて、対応する制御電圧vdg_LB*を提供し、
送電網側コンバータ無効電力制御回路切替手段は、前記従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路と前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路との間の切替動作を制御し、
前記従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路は、前記送電網側コンバータ無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記従来のベクトル制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路に切り替えるときに、送電網側コンバータ無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vqg_VC*を提供し、
前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路は、前記送電網側コンバータ無効電力制御回路切替手段によって制御信号を前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路に切り替えると、送電網側コンバータ無効電力出力誤差に基づいて、対応する制御電圧vqg_LB*を提供することを特徴とする付記１に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【００５３】
（付記３）
前記一階論理的スイッチング制御器は、論理演算に基づいて制御信号を生成し、その制御論理が
q(t)=G(e(t),φ0+-ε0+,φ0-+ε0-,q(t-)),q(0-)=q0∈{true,false}
（ここで、q(t)：制御論理の出力。G(e,/e,e/,qold)=[e≧/e∨(e＞e/∧qold)]。e：システム出力の追跡誤差。/e：追跡誤差の上限境界。e/：追跡誤差の下限境界。qold：論理的変数の直前タイムステップに対応する論理値。∧：論理AND演算。∨：論理OR演算。φ0+、φ0-：出力変数追跡誤差の誤差区間、すなわちF0:={e∈□|φ0-≦e≦φ0+}を定義する。ε0+、ε0-：F0内の安全距離を定義する。q(t-)：q(t)の直前時刻の論理値）であることを特徴とする付記１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【００５４】
（付記４）
前記二階論理的スイッチング制御器は、論理演算に基づいて制御信号を生成し、その制御論理が
q1(t)=G(e(t),φ0+-ε0+,φ0-+ε0-,q1(t-))、q1(0-)=q10∈{true,false}
q1(t)=trueのときq(t)=G(e・(t),-λ1--ε1+,φ1-+ε1-,q(t-))
q1(t)=falseのときq(t)=G(e・(t),φ1+-ε1+,λ1++ε1-,q(t-))
q(0-)=q0∈{true,false}
（ここで、φ1+、φ1-：出力変数一階導関数の誤差区間、すなわちF1:={e・∈□|φ1-≦e・≦φ1+}を定義する。ε1+、ε1-：F1内の安全距離を定義する。λ1+、λ1-：F0内におけるeの理想的な増加、減少速度。q1(t-)：q1(t)の直前時刻の論理値）であることを特徴とする付記１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【００５５】
（付記５）
前記二階論理的スイッチング制御器に基づいた回転子回転数スイッチング制御回路における二階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=falseのときvqr(t)=vqr_max
q(t)=trueのときvqr(t)=vqr_min
（ここで、vqr：回転子側コンバータ電圧のｑ軸成分。vqr_max：回転子側コンバータ電圧ｑ軸成分の最大値。vqr_min：回転子側コンバータ電圧ｑ軸成分の最小値）であることを特徴とする付記１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【００５６】
（付記６）
前記一階論理的スイッチング制御器に基づいた固定子無効電力制御回路における一階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=trueのときvdr(t)=vdr_max
q(t)=falseのときvdr(t)=vdr_min
（ここで、vdr：回転子側コンバータ電圧のｄ軸成分。vdr_max：回転子側コンバータ電圧ｄ軸成分の最大値。vdr_min：回転子側コンバータ電圧ｄ軸成分の最小値）であることを特徴とする付記１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【００５７】
（付記７）
一階論理的スイッチング制御方法に基づいた送電網側コンバータ無効電力制御回路における一階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=trueのときvqg(t)=vqg_min
q(t)=falseのときvqg(t)=vqg_max
（ここで、vqg：送電網側コンバータ電圧のｑ軸成分。vqg_max：送電網側コンバータ電圧ｑ軸成分の最大値。vqg_min：送電網側コンバータ電圧ｑ軸成分の最小値）であることを特徴とする付記１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【００５８】
（付記８）
前記二階論理的スイッチング制御器に基づいたコンバータコンデンサ電圧制御回路における二階論理的スイッチング制御器の制御則は、
q(t)=trueのときvdg(t)=vdg_max
q(t)=falseのときvdg(t)=vdg_min
（ここで、vdg：送電網側コンバータ電圧のｄ軸成分。vdg_max：送電網側コンバータ電圧ｄ軸成分の最大値。vdg_min：送電網側コンバータ電圧ｄ軸成分の最小値）であることを特徴とする付記１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
【００５９】
（付記９）
切替制御器をさらに含み、その切替則として、
電力システムに変動が生じると、二重給電風力発電機の出力変数の絶対値|e(t)|の振動軌跡における極値シーケンスは、Γ(t)={Γ1,Γ2,…,Γj}であり、ここでΓs(s∈{1,2,…,j})がシーケンスΓ(t)における最大値であり、前記制御システムの各回路の切替則として、切替条件１が満足すると、制御システムが通常ベクトル制御器からスイッチング制御器に切り替わり、切替条件２が満足すると、制御システムがスイッチング制御器から通常ベクトル制御器に切り替わることを特徴とする付記１または２に記載の二重給電風力発電機の論理的スイッチング制御に基づいた多重切替制御システム。
切替条件１：|e(t)|≧/ω。
切替条件２：｛励磁制御器を切り替える切替周波数が機器の負荷可能な最大値まで達する｝∨｛｛(Γs-Γj)/Γs≧τ｝∧｛e(t)が[2(φ0-+ε0-),2(φ0+-ε0+)]｝に収まる｝（ここで、/ω、τは、励磁制御器を切り替えるパラメータである。）。
【図１】
0006449520.tif 000003
【図２】
0006449520.tif 000004
【図３】
0006449520.tif 000005
【図４】
0006449520.tif 000006
【図５】
0006449520.tif 000007
【図６】
0006449520.tif 000008
【図７】
0006449520.tif 000009
【図８】
0006449520.tif 000010
【図９】
0006449520.tif 000011
【図１０】
0006449520.tif 000012
【図１１】
0006449520.tif 000013
【図１２】
0006449520.tif 000014
【図１３】
0006449520.tif 000015
【図１４】
0006449520.tif 000016