Title
風力駆動かご形誘導発電機起動時の突入電流抑制法
Author(s)
山下, 勝己; 漢那, 長武; 半場, 滋; 安里, 貞夫
Citation
琉球大学工学部紀要(52): 103-106
Issue Date
1996-09
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12000/13808
Rights
琉球大学工学部紀要 第52号.1996年
風力駆動かご形誘導発電機起動時の突入電流抑制法
山 下 勝 己 *
漢 郡 長武 *
*
半 場 滋 *
安 里 貞 夫 *
*
*
A M ethod ofDam plng TransientRush CurrentofW ind Driven Squirrel-Cage lnduction Generators
Katsumi YAMASIIITA
*
,
Osamu KANNAH
, Shigeru HANBA'
,and SadaoAsATO…Abstract
lnrecentyears,Windenergyhasbeenactivelyusedasasubstituteoffossilenergy.Then,squirreレ cageinductiongeneratorsarewldelyusedasgeneratorsinwindmillgeneratorsystem,becauseoftheir robustnessaridcoste仔ectiveness,an dcapabilityofasynchronusoperationwithpowergrid However
,
theinduct10ngeneratorshavethediasadvantageouspointthatthetransientrushcurrentamounts toseveraltimesaslargea5theratedvaluewhentheyareconnectedtopowersystems,andcauses thevoltagevariatlOnOfthesystem･Also,aswindenergyisinfluencedbygeographicandweather condit10nS,Start-StopOPerationlnVeryfrequent,isunavoidableinthissystem.Therefore,itisvery importanttoinvestlgatetheelectricaltransientphenomenacausedbystart-stopoperation.Inthis paper,theauthersinvestlgatetheelectricaltransientphenomenausingCOmlMterSimulations,and proposeamethodofdamplngthetranslentrushcurrentorsqulrreトcageinductiongenerators･ KeyW ords:Windmillgeneratorsystem,Squirreトcageinductiongenerators,Transientcurrent.
1.まえが き 風力エネルギーは地球環境 に対 し汚損 を与えない クリー ンなエネルギー源であることか ら,また,化石エネルギーの 乏 しい我国においては,風力 エ ネルギーの有効利用が将来 のエ ネルギー源確保 につ なが ることか ら,同エ ネルギー を 利用する風力発電 システムの導入は非常 に重要な課題 とな る.その際,風力発電 システムにおける発電機 としては種 々 の タイプの発電機が考 えられるが,一般 には,構造が簡単で 堅牢であ る上安価 であ り,かつ系統並列時 に位相調整の必 要がない,か ご形誘導発電機 が多 く使用 されている.しか しなが ら,同発電機 を風力発電 システムに使用す る場合 に は,系統並列起動時 に定格電流の
6-7
倍 に も及ぶ励磁突 入電流 を流 し,特 に大形の風力発電 システムでは,電力系統 における電圧 を過渡的に大幅 に変動 させ るなどの欠点 を有 する.この ことか ら,風力駆動か ご形誘導発電機 を電力系統 に並列投入 した際 に生 じる,励磁突入電流 を調査 す ること は非常 に重要な課題 となる川 ･[21 本論文では,プロペ ラ形風車,か ご形誘導発電機お よび電 力系統か らなる風力発電 システムを表 わす動特性式 に基づ き,系統並列時の線路電圧位相角の励磁突入電流への影響 を調べる 次 に,励磁突入電流 を抑制するための一手法 とし 受理 :1996年5月 20日 +工学部怒気馬子工学 科(Dept･ofElectricalandElectrorJcEngineerngi,FactofEng･)
**大学 院工学研 究科 電気 ･情 報工 学専攻 (GraduateStudent,ElectricalandIrLformationEng･) **事沖電設計株 式会社 (OkidenDesignCompany,hc.) 103 て限流 リアク トルを用い る方法 を提案す る と共 に,本手法 の有効性 を計算機 シ ミュ レーシ ョンによ り検証す る. 2. 風 力発電 システム 図
1
にプロペ ラ形風車,か ご形誘導発 電機 お よび電力系 統か らなる風力発電 システムを示す.ここでは,か ご形誘導 発電機 を電力系統 に投入 した際の,突入電流お よび瞬時電 圧 などを求め得 る数式モデル を導 出す る と共 に,系統並列 する際の動作原理 を説明す る.-
一
一
一 一
一
一
十
Fig･1･ 風 力発 電 システ ム 2.1 数式モデルの導出 風力発電 システムの動特性式 は,電圧方程式お よび トル ク平衡式 に より記述す ることがで きる.ここでは,文献[
3
]
に基づ き,固定子のA相 を基準軸 とす るd-q座標軸上への 三相二相変換 を実施 した,次式の電圧方程式 お よび トル平 衡式 を用 いる. vsd-(
R
s･L
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Sd+ M慧
1
0
4
山下 ･湊那 ･半場 ･安里 :風力駆動か ご形誘導発電機起動時の突入電流抑制法v
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(1) 但 し, LJ= OPG
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2
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- C
IK tV2C
t= C
lA2+C
2人+C
3 V こ こ に, vsd,
V
s
q
:固定子 のd
軸,q軸電圧i
Sd
,i
s
q
:固定子 のd
軸,q軸電流i
r
d,
i
,
q
:珂転子 のd
軸,q軸電流Ⅳ
叫
刃
R,:固定子巻線 の抵抗【
0]
R,:回転子巻線 の抵抗[
n]
L,:固定子巻線 の 自己 インダクタンス[
H]
エr:回転子巻線 の 自己 イ ンダクタンス[
H]
〟 :固定子 と回転子巻線 間の相互 イ ンダクタンス[
H]
〕:
電気角速度[
r
ad/
s
e
c
]
0:
機械 角速度[
r
ad/
s
e
c
〕
J:
風車の慣性モーメ ン ト[
kg
一
m
2] γ〟:風車発生 トル ク[
J
]
T :発電機負荷 トル ク[
J
]
P :発電機 の極対数G
:増速機 のギヤ比C
i:トル ク係数C
1,
C
2,
C
3:風 車の種類お よび ピッチ角 による定数 入:風車周速比【
r
adJ
P:
空気密度[
kg/m
3】 R :風車半径【
m]
V:
風速[
m/
s
e
c
]
2.2 動作原理 風力発電装置 の電力系統への投 入は,風車 の回転角速度 0が基準回転角速度 Ooに達す る ときに実施す るもの とす る なお,この動作 を示 したものが図2
のシステム構成図で ある. まず,風速が1
0
分 間平均5[
m/
s
e
c
】以上 にな り起動条件 が整 うと,ピッチ角β をβ,-10度 に設定す る.この とき, 風車の回転角速度 が上昇 Ln がOo
になった とき,風力発 電装置 を電力系統 に投入す る.実際には系統並列後,発電機 出力が定格 出力 になる よ うにβ を1
0
度 か ら90
度 の範 囲 で制御 を行 なうが,ここでは,系統並列の際の突入電流お よ び瞬時電圧の特性 を解析す ることに重点 をおいていること か ら,ピッチ角 を1
0
度 に固定 している. Fjg･2 システ ム構 成 凶 3. シミュレーション結果 本章では,か ご形誘導発電機 を風力駆動発電機 として使 用 した場合の,系統並列時における A相電流,A相電圧およ び誘導発電機の電気角速度 の過渡現象 を計算機 シ ミュレー シ ョンにより解析す る.なお,図2には本 シ ミュ レーシ ョン に用いたシステム構成図 を,また表1
には風力発電 システ ムの諸定数 を示 している. TABLEl 風 力発'Etiシステムの詣定数 定格電圧 :400[
V]
定格電流 :5
.
2
[
A]
定格 出力 :1.
2[
KW]
定格周波数 :60
[
Hz
]
相数 :三相 極対数 :2R,,
R
,:
1
.
3 【
0]
Lr,L,:
0.
1
2[
I
I
]
M :0.11[H】J:2
4【
kg-
m
2] V :5.
0l
m/
s
e
c
]
R :2l
m]
G:34
p:1.
2
25l
kg/m
3] 風車 ピッチ角 :10.0[度]C
1:0.
1
22
3
対 象 モ デ ルで あ る風 力発 電 システ ムの系統 イ ンピー ダンスお よび電圧 は,発電機 側,す なわ ち,1次側 の抵抗 が0･
0
03[
0],系統 電圧 が400[
V
],また,2
次側 の抵抗値 が1･
65[
0],インダクタンスが6･
6P
],系統電圧が66
00l
V]
で ある 図3か ら図6は,同 システムにおいて電源電圧位相がO
o,
900,
1
80
0,
27
00
の ときの発電機側 ノー ドのA
相電動 A 相電圧お よび誘導機 の電気角速度の計算機 シ ミュ レーシ ョ ン結果 を示 した ものである.同図か ら明 らかなように,突入 電流 の大 きさは印加電源電圧 の位相 に大 き く影響 を受 け, 特 に,電源電圧位相がO
oお よび1
80
0
の ときに最大の影響 を受 け,その値 は定常電流の約5
倍程度 になることが分か る 一方,印加電源電圧位相 に対する電圧への影響 は突入電 流が受 ける影響 に比べ少 な く,各電圧位相 に対す る電圧 の 変動 は一様 に,定常電圧 の約300
/.の落 ち込み になることが 分かる.なお,参考のために誘導電動機の電気角速度の動特 性 も図示 している. 次 に,図7には印加電源電圧の位相がO
oの ときに 1次側 の系統 イ ンピー ダンスに00
5[
H]
の限流 リアク トルを直列琉球大学工学部紀要 第52号.1996年 105
