(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単独運転する誘導発電機の電圧一定制御方法において、
誘導発電機にＰＷＭインバータを並列に設置し、
誘導発電機の電圧実効値を演算し、誘導発電機の電圧設定値と実効値の偏差をＰＩ演算し、この電圧偏差が無くなるように、電圧設定値が大きければ遅れ電流、低ければ進み電流をＰＷＭインバータが出力する制御を行うと共に、
発電機の負荷電流を３相２相正相座標変換回路でｄ，ｑ２軸の２相電流に変換し、そのｄ軸電流を、ローパスフィルタを通しｄ軸直流分として負荷無効電流を抽出し、この無効電流を補償するようにインバータをフィードフォワード制御する、
ことを特徴とする誘導発電機の電圧一定制御方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記３相２相正相座標変換回路で変換したｄ，ｑ２軸の電流をそれぞれハイパスフィルタを通し、ｄ，ｑ軸交流分として負荷高調波電流を検出し、この高調波電流を補償するようにインバータを制御すると共に、
発電機負荷電流を３相２相逆相変換し、ローパスフィルタを通してｄ，ｑ軸直流分として負荷逆相電流を検出し、この逆相電流を補償するようにインバータを制御する、
ことを特徴とする誘導発電機の電圧一定制御方法。
【請求項３】
単独運転する誘導発電機の電圧一定制御方法において、
誘導発電機にＰＷＭインバータを並列に設置し、
誘導発電機の電圧実効値と設定値との偏差をＰＩ演算して発電機の電圧一定制御するためのｄ軸電流を得、
発電機負荷電流を３相２相逆相座標変換回路で逆回転座標のｄ，ｑ軸電流に変換し、このｄ，ｑ軸電流からそれぞれローパスフィルタで２相の逆相成分を抽出し、抽出した逆相成分を逆相正相変換回路で正相回転座標のｄ，ｑ軸逆相電流を得、
発電機負荷電流を３相２相正相座標変換回路でｄ，ｑ軸電流に変換し、このｄ，ｑ軸電流からそれぞれ前記ローパスフィルタで抽出したｄ，ｑ軸逆相成分を引いて逆相分を含まないｄ，ｑ軸負荷電流を求め、
このｄ，ｑ軸負荷電流からそれぞれハイパスフィルタを通してｄ，ｑ軸高調波電流を抽出し、
前記逆相分を含まないｄ軸負荷電流からローパスフィルタでｄ軸無効電流を抽出し、
前記ＰＷＭインバータの直流電圧と直流電圧設定値との偏差をＰＩ演算して直流電圧一定制御するためのｑ軸電流を得、
前記ハイパスフィルタで得られたｄ軸高調波電流と、前記ローパスフィルタで抽出し逆相正相変換したｄ軸逆相電流と、前記ｄ軸無効電流と、前記発電機電圧一定制御するためのｄ軸電流とを加算し、前記ハイパスフィルタで得られたｑ軸高調波電流と、前記ローパスフィルタで抽出し逆相正相変換したｑ軸逆相電流と、直流電圧一定制御するためのｑ軸電流とを加算し、これら加算したｄ軸電流およびｑ軸電流を２相３相変換回路で３相に変換して電流指令とし、
この電流指令と前記ＰＷＭインバータ出力電流との偏差がなくなるように、前記電圧設定値が大きければ遅れ電流、低ければ進み電流をＰＷＭインバータが出力する制御を行うことで、誘導発電機の電圧を一定とすることを特徴とする誘導発電機の電圧一定制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、単独運転する誘導発電機の電圧一定制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導発電機は風車，水車，エンジン等の原動機で駆動され、誘導発電機の励磁電流の供給及び負荷の遅れ電流の供給は外部より行われる。このため誘導発電機は単独運転されることなく、同期発電機や電力系統と並列運転されることが多い。
【０００３】
誘導発電機の単独運転方法としては、誘導発電機の出力端にコンデンサを設置し、コンデンサに流れる進相電流で誘導発電機に自己励磁を起こし、電圧が確立した後、負荷を投入する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
誘導発電機の単独運転において、負荷が投入，遮断されると、当然誘導発電機電圧が変化する。これを防止し電圧変動を抑制し一定に保つ方法として、自励式インバータを誘導発電機と並列に設置し、調相機能動作を行わせる方法がある。
【０００５】
この方法は誘導発電機電圧が下がったら進相電流を流し、電圧が上がったら遅相電流を流し、誘導発電機の自己励磁を調整して電圧制御を行うものであるが、現在このようなインバータによる誘導発電機の電圧一定制御方法は確立していない。
【０００６】
この発明は、コンデンサによる自己励磁で誘導発電機を起動した後、負荷の変動によって生じる電圧変動を抑制し、電圧を一定に保つと共に、システム全体の性能を高めることができる誘導発電機の電圧一定制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の誘導発電機の電圧一定制御方法は、単独運転する誘導発電機の電圧一定制御方法において、誘導発電機にＰＷＭインバータを並列に設置し、誘導発電機の電圧実効値を演算し、誘導発電機の電圧設定値と実効値の偏差をＰＩ演算し、この電圧偏差が無くなるように、電圧設定値が大きければ遅れ電流、低ければ進み電流をＰＷＭインバータが出力する制御を行うと共に、発電機の負荷電流を３相２相正相座標変換回路でｄ，ｑ２軸の２相電流に変換し、そのｄ軸電流をローパスフィルタを通しｄ軸直流分として負荷無効電流を抽出し、この無効電流を補償するようにインバータをフィードフォワード制御し、ＰＩ演算制御によるフィードバック制御の応答より速くフィードフォワード制御により無効電流を補償し、誘導電圧変動の過渡応答時間を短くし、電圧変動を小さくする。
【０００８】
または、前記３相２相正相座標変換回路で変換したｄ，ｑ２軸の電流をそれぞれハイパスフィルタを通し、ｄ，ｑ軸交流分として負荷高調波電流を検出し、この高調波電流を補償するようにインバータを制御すると共に、発電機負荷電流を３相２相逆相変換し、ローパスフィルタを通してｄ，ｑ軸直流分として負荷逆相電流を検出し、この逆相電流を補償するようにインバータを制御することで、誘導発電機の発熱を抑制し、誘導発電機の小形化と誘導発電機の自己励磁用コンデンサへの高調波電流の流入を防止する。
【０００９】
または、単独運転する誘導発電機の電圧一定制御方法において、誘導発電機にＰＷＭインバータを並列に設置し、誘導発電機の電圧実効値と設定値との偏差をＰＩ演算して発電機の電圧一定制御するためのｄ軸電流を得、発電機負荷電流を３相２相逆相座標変換回路で逆回転座標のｄ，ｑ軸電流に変換し、このｄ，ｑ軸電流からそれぞれローパスフィルタで２相の逆相成分を抽出し、抽出した逆相成分を逆相正相変換回路でｄ，ｑ軸正回転座標の逆相電流に変換してｄ，ｑ軸逆相電流を得、発電機負荷電流を３相２相正相座標変換回路でｄ，ｑ軸電流に変換し、このｄ，ｑ軸電流からそれぞれ前記ローパスフィルタで抽出したｄ，ｑ軸逆相成分を引いて逆相分を含まないｄ，ｑ軸負荷変流を求め、このｄ，ｑ軸負荷電流からそれぞれハイパスフィルタｄ，ｑ軸高調波電流を抽出し、前記ｄ軸負荷電流の直流分をローパスフィルタで抽出してｄ軸無効電流を得、前記ＰＷＭインバータの直流電圧と直流電圧設定値との偏差をＰＩ演算して直流電圧一定制御するためのｑ軸電流を得、前記各ｄ軸電流指令および各ｑ軸電流指令をそれぞれ加算し、２相３相変換回路で３相に変換して電流指令とし、この電流指令と前記ＰＷＭインバータ出力電流との偏差がなくなるように、前記電圧設定値が大きければ遅れ電流、低ければ進み電流をＰＷＭインバータが出力する制御を行うことで、誘導発電機の電圧を一定とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に単独運転する誘導発電機の電圧一定制御ブロック図を示す。図中、１は誘導発電機（以下、単に発電機という）、２は発電機を駆動する原動機、３は発電機１から負荷への給電線、４は発電機自己励磁用コンデンサ、５は発電機電圧を一定制御するためのＰＷＭインバータ、１０は補償電流を演算してインバータ５を制御する制御装置である。
【００１１】
制御装置１０について、１１は電圧検出器ＰＴ１で検出した発電機電圧からその基本波電圧を抽出するローパスフィルタ、１２はこの基本波電圧から発電機電圧の実効値を演算する実効値演算回路、１４は発電機電圧一定制御回路で、発電機電圧実効値と設定器１３からの発電機電圧設定値との偏差をＰＩ演算し、電圧一定制御のｄ軸電流指令を出力するＰＩ演算器１５とこの電流指令を制限するリミッタ１６で構成されている。
【００１２】
１７はフィルタ１１で抽出した基本波電圧から後記各座標変換回路用の電源角周波数ωを検出するＰＬＬ回路、１８は電流検出器ＣＴ１で検出した発電機の総負荷電流をｄ，ｑ軸座標の２相電流に変換する３相２相正相座標変換回路、１９は発電機の総負荷電流を２相の逆相電流に変換する３相２相逆相座標変換回路である。
【００１３】
２１は負荷電流の逆相分を打ち消すための逆相電流補償回路で、３相２相逆相座標変換回路１９で変換された２相逆相電流の直流分（基本波逆相成分）を抽出するローパスフィルタ２３，２４と、この抽出した逆相分電流を正相に変換し逆相電流補償の２相の電流指令を出力する逆相正相座標変換回路２５と、この電流指令を制限するリミッタ２６，２７で構成されている。
【００１４】
２９はローパスフィルタ２３，２４で抽出した逆相分電流を正相に変換する逆相正相座標変換回路、３１，３２は座標変換回路１８，２９の２相の電流差をとり逆相分を除去した２相の負荷電流を出力する減算器である。
【００１５】
３３は負荷電流の高調波を打ち消すための高調波電流補償回路で、減算器３１，３２からの２相電流の交流分（高調波成分）を抽出し、高調波電流補償の２相の電流指令を出力するハイパスフィルタ３５，３６と、この電流指令を制限するリミッタ３７，３８で構成されている。
【００１６】
４１は負荷電流の無効分を打ち消すための無効電流補償回路で、加算器３１からのｄ軸電流の直流分（無効成分）を抽出し無効電流補償のｄ軸電流指令を出力するローパスフィルタ４２と、この電流指令を制限するリミッタ４３で構成されている。
【００１７】
４６はインバータ５の直流電圧を一定とする直流電圧一定制御回路で、インバータ直流電圧Ｖdと設定器４５から直流電圧設定値の偏差をＰＩ演算し直流圧電制御のｑ軸電流指令を出力するＰＩ演算器４７で構成されている。
【００１８】
５１〜５３は高調波電流補償回路３３，無効電流補償回路４１，発電機電圧一定制御回路１４，逆相電流補償回路２１からの各ｄ軸電流指令を加算する加算器、５４，５５は高調波電流補償回路３３と直流電圧一定制御回路と逆相電流補償回路２１からの各ｑ軸電流指令を加算するための加算器、５６はこの加算されたｄ，ｑ軸の電流指令を３相に変換する２相３相座標変換回路、５７はこの３相電流指令と電流検出器ＣＴ２で検出したインバータ出力電流との偏差をＰＩ演算してインバータ５のＰＷＭ回路５1に電流制御指令を出力しインバータ５をＰＷＭ制御する電流制御回路である。
【００１９】
次に、制御装置１０の要部の動作について説明する。
【００２０】
（１）発電機電圧一定制御回路１４は、実効値演算回路１２で求めた発電機電圧実効値と電圧設定値との偏差を０にするようなＰＩ演算を行いｄ軸電流（無効分電流）として出力する。
【００２１】
したがって、インバータ５は上記電圧偏差が０になるように電圧設定値の方が大きければ遅れ電流（電源から見て）を出力し、低ければ、進み電流を出力して発電機出力電圧を一定に制御する。
【００２２】
（２）無効電流補償回路４１は、３相２相正相座標変換回路１８で変換した総負荷電流のｄ軸電流から減算器３１で逆相分を差し引いて逆相分を除去したｄ軸電流からローパスフィルタ４２で無効分電流を抽出し、これをフィードフォワード制御のｄ軸無効電流指令として出力する。
【００２３】
したがって、負荷電流に無効電流変動があった場合、インバータをフィードフォワード制御で、上記フィードバックループ制御の電圧一定制御応答より速く無効電流の補償を行うことができ、発電機１の電圧変動の過渡応答時間が短くなり、また変動幅も小さくなる。
【００２４】
（３）高調波電流補償回路３３は、３相２相正相座標変換回路１８で変換した２相の負荷電流から逆相正相座標変換回路２９からの２相の逆相分電流を減算器３１，３２で除去した２相の電流からハイパスフィルタ３５，３６で高調波分を抽出して、これを高調波電流補償の２相の電流指令として出力する。したがって、インバータ５は高調波電流をアクティブフィルタ機能により補償する。
【００２５】
この高調波補償は、発電機１の出力電圧を制御するわけではないが、負荷電流に含まれる高調波電流を補償することで発電機１に流れる高調波電流は低減し、発熱等を低減でき結果として発電機１の小型化が可能となる。また自己励磁用コンデンサ４への高調波電流の流入も防止できる。
【００２６】
（４）逆相電流補償回路２１は、総負荷電流を３相２相逆相座標変換回路で変換したｄ，ｑ２軸の逆相電流の基本波成分をローパスフィルタで抽出し、逆相正相変換回路２５で正相に変換して正相の逆相電流補償の電流指令として出力する。したがって、インバータ５は負荷電流の逆相分を打ち消して逆相補償する。
【００２７】
逆相電流についても高調波電流と同様、除去することが必要である。このために逆相補償回路２１を独自に設けている。これは高調波補償のハイパスフィルタ３５，３６ではカットオフ周波数が高いため完全に逆相分を検出できないことによる。このため、逆相電流補償回路２１で逆相補償の電流指令を求めて出力すると共に、予め高調波電流補償回路３３に入力する逆相分をキャンセルしておくための逆相正相変換回路２９と減算器３１，３２を設けている。
【００２８】
（５）発電機一定制御回路１４と各電流補償回路２１，３３，４１及び直流電圧一定制御回路４６からの電流指令は２相３相座標変換回路５６で３相に変換される。電流制御回路５７は３相に変換された電流指令とインバータ出力電流との偏差をＰＩ演算してインバータ５の制御指令としてインバータのＰＷＭ回路へ出力し、発電機電圧一定制御を行う。
【００２９】
このシステムによれば、誘導発電機の単独運転、電圧一定制御が行えるだけでなく、高調波、逆相分の影響も除去され、システム全体の性能が向上する。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。
【００３１】
（１）誘導発電機出力電圧を検出し、電圧偏差をＰＩ演算した電流指令でインバータを制御しているので、発電機電圧一定制御ができる。
【００３２】
（２）負荷の無効電流を検出してフィードフォワード補償を行っているので、発電機電圧一定制御の速応性が向上する。
【００３３】
（３）高調波，逆相電流の補償をしているので、誘導発電機の発熱が抑制され、誘導発電機を小型軽量化することが可能となる。
【００３４】
（４）上記（１）〜（３）の機能を１台のインバータ装置で行うことができ、コストパフォーマンスが非常に高い。
【００３５】
（５）誘導発電機が単独運転できるので、同期発電機も電力系統も不要で、設備工事が著しく安価となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態にかかる誘導発電機電圧一定制御ブロック図。
【符号の説明】
１…誘導発電機
２…原動機
３…給電線
４…自己励磁用コンデンサ
５…誘導発電機電圧一定制御用インバータ
１０…インバータの制御装置
１２…発電機出力電圧実効値演算回路
１４…誘導発電機一定制御回路
１５…ＰＩ演算器
１８…３相２相正相座標変換回路
１９…３相２相逆相座標変換回路
２１…逆相電流補償回路
２３，２４…ローパスフィルタ
２５，２９…逆相正相座標変換回路
３３…高調波電流補償回路
３５，３６…ハイパスフィルタ
４１…無効電流補償回路
４２…ローパスフィルタ
４６…インバータ直流電圧一定制御回路
４７…ＰＩ演算器
５６…２相３相座標変換回路
５７…電流制御回路。
【図１】
0003793788.tif 000002