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公開番号2024081994
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-19
出願番号2022195649
出願日2022-12-07
発明の名称発電システムおよび制御装置
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/487 20070101AFI20240612BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】中性点電位の変動を抑制してより広い運転領域で運転することが可能な発電システムを提供する。
【解決手段】一実施形態に係る発電システムは、電力系統から供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータから供給された直流電力を交流電力に変換するインバータと、を有する中性点クランプ型の電力変換器と、インバータに接続される誘導発電機と、少なくとも誘導発電機のすべりに応じて、電力変換器の制御モードを、第1制御モードと、電力変換器の変調方式と電力系統への無効電力の出力方法との少なくとも一方が第1制御モードと異なる第2制御モードとの間で切り替える制御装置と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電力系統から供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータから供給された直流電力を交流電力に変換するインバータと、を有する中性点クランプ型の電力変換器と、
前記インバータに接続される誘導発電機と、
少なくとも前記誘導発電機のすべりに応じて、前記電力変換器の制御モードを、第１制御モードと、前記電力変換器の変調方式と前記電力系統への無効電力の出力方法との少なくとも一方が前記第１制御モードと異なる第２制御モードとの間で切り替える制御装置と、
を備える、発電システム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記誘導発電機が、三相誘導発電機であり、
前記コンバータおよび前記インバータが、前記誘導発電機の相毎に設けられた複数の半導体スイッチング素子を含み、
前記制御装置は、前記第１制御モードでは前記複数の半導体スイッチング素子を１つの電圧指令値で制御し、前記第２制御モードでは前記複数の半導体スイッチング素子のうち前記電力変換器の中性点の上側に配置された上アーム半導体スイッチング素子と前記中性点の下側に配置された下アーム半導体スイッチング素子とを互いに異なる電圧指令値で制御する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第１制御モードでは前記コンバータに前記電力系統から供給された有効電力を前記インバータに供給する直流電力に変換させ、前記第２制御モードでは前記コンバータから無効電力を出力させる、請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記すべりが許容範囲内であるときに、前記制御装置は前記第１制御モードで前記電力変換器を制御し、前記すべりが許容範囲外であるときに、前記制御装置は前記第２制御モードで前記電力変換器を制御する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項５】
前記電力系統の系統電圧および前記すべりが許容範囲内であるときに、前記制御装置は前記第１制御モードで前記電力変換器を制御し、前記系統電圧および前記すべりが許容範囲外であるときに、前記制御装置は前記第２制御モードで前記電力変換器を制御する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項６】
前記発電システムの運転モードが、無効電力を前記電力系統に出力する調相運転であるときに、前記制御装置は、前記電力変換器の制御モードを前記第１制御モードと前記第２制御モードとの間で切り替える、請求項１に記載の発電システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記第１制御モードの電圧指令値に、前記電力変換器の零相電圧を重畳する、請求項２に記載の発電システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記電力変換器の各相の電圧指令値の最小値に基づいて前記上アーム半導体スイッチング素子の電力指令値を計算するとともに、前記電力変換器の各相の電圧指令値の最大値に基づいて前記下アーム半導体スイッチング素子の電力指令値を計算する、請求項２に記載の発電システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記第２制御モードで前記電力系統に出力する無効電力を、前記インバータの制御によって前記誘導発電機から出力される無効電力と、前記コンバータから出力される無効電力との合計として出力するよう制御する、請求項３に記載の発電システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記コンバータから出力される無効電力を、前記誘導発電機から出力される無効電力よりも優先的に割り振る、請求項９に記載の発電システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発電システムおよび制御装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
高速な出力制御で電力系統の安定化に寄与する可変速揚水発電システムが、世界的に開発されて導入されている。可変速揚水発電システムには、誘導発電機の二次（回転子）巻線に二次励磁変換器を接続する二次励磁変換器方式が知られている。
【０００３】
二次励磁変換器には、インバータおよびコンバータ等の電力変換器が設けられている。インバータは、誘導発電機の固定子巻線に励磁電流を供給する。一方、コンバータは、インバータの直流電圧を維持するよう動作する。
【０００４】
電力変換器の回路構成として中性点クランプ型（ＮＰＣ：Neutral Point Clamped）が採用される場合がある。中性点クランプ型では、誘導発電機３０の相毎に６つの半導体スイッチング素子が設けられるとともに、電源電圧を分圧する２つのコンデンサが設けられる。中性点クランプ型の電力変換器では、２つのコンデンサ間における中性点の電位が変動する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第７０６８０１５号公報
特許第７００５４１７号公報
特許第７００２９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
中性点の電位変動が大きいと、電力変換器を構成する半導体スイッチング素子に定格を超える電圧が印加される場合がある。この場合、半導体スイッチング素子が破壊する恐れがある。その結果、中性点電位変動が小さくなる条件でしか運転できず、運転領域が限られてしまう。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、中性点の電位変動を抑制してより広い運転領域で運転することが可能な発電システムおよび制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態に係る発電システムは、電力系統から供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータから供給された直流電力を交流電力に変換するインバータと、を有する中性点クランプ型の電力変換器と、インバータに接続される誘導発電機と、少なくとも誘導発電機のすべりに応じて、電力変換器の制御モードを、第１制御モードと、電力変換器の変調方式と電力系統への無効電力の出力方法との少なくとも一方が第１制御モードと異なる第２制御モードとの間で切り替える制御装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本実施形態によれば、中性点電位の変動を抑制してより広い運転領域で運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態に係る発電システムの構成の一例を示すブロック図である。
二次励磁変換器の回路構成の一例を示す図である。
第１実施形態に係る発電システム１の動作手順を示すフローチャートである。
中性点ＮＰの電位変動を説明するための図である。
系統電圧およびすべりの許容範囲の一例を示す図である。
（ａ）は、第１実施形態の第１制御モードにおける変調方式を示し、（ｂ）は、第１実施形態の第２制御モードにおける変調方式を示す。
第２制御モードで二次励磁変換器を変調したときの中性点の電位変動の一例を示す図である。
（ａ）は、第２実施形態の第１制御モードにおける有効電力の供給経路を示し、（ｂ）は、第２実施形態の第２制御モードにおける無効電力の出力経路を示す。
すべりの許容範囲の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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