CN103262379A - 电力转换装置、电力转换装置的控制装置以及电力转换装置的控制方法 - Google Patents

电力转换装置、电力转换装置的控制装置以及电力转换装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

电力转换设备的指令装置接收在规划服务器中计算出的、分离系统的频率不发生陡峭变化那样的、由时刻和输出上限值构成的复原模式信息，并对电力转换装置的输出上限值进行指令。

Description

电力转换装置、电力转换装置的控制装置以及电力转换装置的控制方法
技术领域
本发明涉及电力转换装置、电力转换装置的控制装置以及电力转换装置的控制方法。
背景技术
在电力系统中被控制成：被供给至该电力系统的电力、和与该电力系统连接的负载的耗电相平衡。然而，在发生电力系统的系统故障、例如在电力系统中发生分离系统之时，会暂时打破供求平衡，因该影响而发生电力系统的频率偏离规定频率的现象。
为此，例如，如日本特开昭57-211940号公报所记载的那样考虑如下技术，即：通过在线(on line)控制进行电源、负载的切断，来调整分离系统内的供求不平衡，以维持频率。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭57-211940号公报
发明内容
发明概要
发明要解决的课题
另一方面，假定不断会导入大量的太阳能发电或风力发电等的借助电力转换装置的电源。与太阳能发电或风力发电连接的电力转换装置为了保护设备，会在发生系统故障时脱离，并在一定时间后进行复原。
该复原定时(timing)一般会处于自发生系统故障起的固定时间后。在导入大量的太阳能发电或风力发电等的借助电力转换装置的电源的情况下，在为了保护设备而脱离并在一定时间后进行复原之际，由于在规定的确定定时集中地进行复原，因此复原所带来的对电力系统的影响变大，因而存在分离系统的频率会发生急剧的变化从而越过上下限的顾虑。
本发明的目的在于提供一种关于与太阳能发电或风力发电等连接的电力转换装置，可以实现例如太阳能发电或风力发电等的投入而在发生系统故障时不会影响到频率等系统变动的、电力转换装置、电力转换装置的控制装置、电力转换装置的控制方法。
用于解决课题的技术方案
为了达成上述目的，在本发明中构成为，具有：基于电力系统的变动信息而使输出降低的输出抑制控制部、和在输出降低之后以规定的复原模式(patter)使输出增加的复原控制部，复原模式根据来自外部的指示信息而可变。
或者，构成为具有：复原模式生成部，其制成复原模式信息，以使在与电力系统的变动信息相伴的电力转换装置的输出降低之后，以规定的复原模式使电力转换装置的输出增加；和发送部，其发送所述复原模式信息。
发明效果
根据本发明，能够减小电力系统的供求不平衡所引起的变动量。
本发明的其他目的、特征以及优点根据与附图相关的下面的本发明的实施例的记载可明确。
附图说明
图1是从规划服务器接收复原模式信息、发送输出指令值、对电力转换装置进行控制的、本发明的第1实施例的电力转换装置中的复原模式指令装置。
图2是本发明的第1实施例的、对复原模式信息进行计算的规划服务器和电力系统的整体图。
图3是表示本发明的第1实施例中的、电力转换装置的复原模式信息制成以及发送算法的流程图。
图4是表示本发明的第1实施例中的、对电力转换装置的复原模式进行计算的算法的流程图。
图5A是由本发明的第1实施例所计算的频率偏差的时间序列波形的例子。
图5B是由本发明的第1实施例所计算的电力转换装置的输出的时间序列波形的例子。
图6是表示本发明的第1实施例中的、复原模式指令装置的输出控制处理算法的流程图。
图7A是本发明的第1实施例中的通常时输入数据的简单效果例、即显示画面例。
图7B是本发明的第1实施例中的通常时输入数据的简单效果例、即显示画面例。
图8A是本发明的第1实施例中的异常时输入数据的简单效果例、即显示画面例。
图8B是本发明的第1实施例中的异常时输入数据的简单效果例、即显示画面例。
图9A是本发明的第1实施例中的装置的画面界面(interface)、即显示画面例。
图9B是本发明的第1实施例中的装置的画面界面、即显示画面例。
图9C是本发明的第1实施例中的装置的画面界面、即显示画面例。
图9D是本发明的第1实施例中的装置的画面界面、即显示画面例。
图10是本发明的第2实施例中的、复原模式指令装置。
图11A是本发明的第3实施例中的复原模式的例子、即显示画面例。
图11B是本发明的第3实施例中的复原模式的例子、即显示画面例。
具体实施方式
以下，对本发明的实施例进行说明。
图1是表示本发明的第1实施例的图。利用图1对复原模式指令装置200进行说明。图1是示出了规划服务器10、通信网络300、复原模式指令装置200、节点150以及分散型电源210的构成的图。该分散型电源210是利用了太阳能发电或风力发电等自然能源的发电装置，以后称作可再生能量。复原模式指令装置200由电力转换装置输出控制部34、和通过通信网络300与通信部30连接的电力转换装置50构成。电力转换装置50通过通信网络而与分散型电源(发电机)210、节点(母线)150、连接它们的线路、以及电力转换装置输出控制部34的通信部30连接。在复原模式指令装置200中，在节点150的近旁存在传感器190，传感器190经由通信网络300而与电力转换装置输出控制部34的通信部29连接。经由通信网络300而将由规划服务器10制成的复原模式信息340发送至复原模式指令装置200。
其次，对电力转换装置输出控制部34的构成进行说明。键盘或鼠标等输入部25、显示装置26、计算机或计算机服务器(CPU)27、存储器(RAM)28、通信部29、通信部30、各种数据库(通常时输入数据库31、紧急时输入数据库32、程序数据库33、日志(log)数据库35)与总线40连接。计算机或计算机服务器(CPU)27通过从程序数据库33读出至RAM28的计算程序的执行，来进行应显示的图像数据的指示、各种数据库内的数据的检索等。RAM28是暂时保存显示用的图像数据、复原模式信息、紧急时复原模式信息、复原模式信息日志数据等输入输出数据以及记录数据的存储器，由CPU27生成必要的图像数据并显示于显示装置26(例如显示用显示器画面)。
在电力转换装置输出控制部34之中的存储器中，大致分为保存5个数据库。在通常时输入数据库31中保存电力转换装置50的栅极封锁(gateblock)、栅极解锁时刻和输出限制器指令值的时间序列数据等输入数据。所述输入数据经由通信网络300、规划服务器10的通信部13(在图2中图示出)和电力转换装置输出控制部34的通信部29而被传输。在紧急时输入数据库32中，在由于通信障碍、假定外故障等而未获得到来自规划服务器10的复原模式信息之时，保存有电力转换装置50的默认的复原模式信息的电力转换装置的栅极封锁、栅极解锁时刻和输出限制器指令值的时间序列数据等输入数据。程序数据库33保存作为计算程序的电力转换装置输出控制程序和日志(log)数据记录程序。这些程序根据需要而读出至CPU27中，执行计算。在日志数据库35中，在执行了所述日志数据记录程序之时，保存有来自传感器190的信息(节点电压V)和复原模式信息。
其次，图2是表示出将由基干系统110和分离系统120构成的电力系统100、规划服务器10、断路器180、以及复原模式指令装置200连结的通信网络300的构成的图。电力系统100由发电机130、节点(母线)150、连接它们的线路170、经由复原模式指令装置200而与节点150连接的分散型电源210或负载160、连接在基干系统110与分离系统120的节点150之间的线路间的断路器180而构成。断路器180经由通信网络300而将开闭信息320送至规划服务器10。在复原模式指令装置200中，在自端的节点150存在传感器190，经由通信网络300而从规划服务器10接收复原模式信息340。传感器190测定节点电压V310，经由通信网络而将信息送至复原模式指令装置200。
其次，对规划服务器10的构成进行说明。显示装置11、键盘或鼠标等输入部12、通信部13、计算机或计算机服务器(CPU)14、存储器(RAM)15、各种数据库(系统数据库21、计算结果数据库22、电力转换装置复原模式数据库23、程序数据库24、测量数据库36)与总线41连接。计算机或计算机服务器(CPU)14执行从程序数据库24读出至RAM15的计算程序(过渡稳定性计算程序以及电力转换装置复原模式计算程序)，来进行应显示的图像数据的指示、各种数据库内的数据的检索等。RAM15是暂时保存显示用的图像数据、过渡稳定性计算结果、电力转换装置的复原模式信息等计算暂时数据以及计算结果数据的存储器，由CPU14生成必要的图像数据并显示于显示装置11(例如显示用显示器画面)。
在规划服务器10中，大致分为保存5个数据库。在系统数据库21中存储有：电力系统100所规划的每个时间断面的节点电压V、线路的电流I、有效功率P、无效功率Q、负载或发电等有效功率P、无效功率Q等信息、表示线路170的阻抗的线路常数Z(＝R+jX)、负载·发电量、表示系统的线路或节点的连接状况的系统构成数据、发电机模型·常数、控制系统模型·常数、假定故障条件。在测量数据库36中，保存由断路器180检测出的开闭信息320。所述开闭信息320经由通信网络300而被传输至规划服务器10的通信部13。在计算结果数据库22中，保存潮流计算或过渡稳定性计算的结果即节点电压V、线路的电流I、有效功率P、无效功率Q、负载的有效功率P、无效功率Q、线路常数或发电机的内部相位角δ、角速度偏差Δω、有效功率P、无效功率Q、节点的频率f、电力转换装置的输出P的时间序列数据等计算结果。在电力转换装置复原模式数据库23中，保存电力转换装置的复原模式信息(栅极封锁、栅极解锁时刻以及电力转换装置的输出时间序列波形数据)的计算结果。程序数据库24保存作为计算程序的潮流计算程序、状态推定计算程序、过渡稳定性计算程序、以及电力转换装置复原模式计算程序。这些程序根据需要而读出至CPU14，执行计算。
其次，对规划服务器10的计算处理内容进行说明。图3是表示电力转换装置的复原模式信息制成以及发送算法的流程图。在此，利用系统数据以及规划数据，进行潮流计算、状态推定，关于在数据库中设定的假定故障情形，进行过渡稳定性计算、电力转换装置的复原模式计算，在保存了计算结果数据的状态下，假定在某时刻发生了分离系统故障的情况，说明直到发送复原模式信息为止的处理流程。
首先，在步骤S2中进行系统条件的设定。根据系统数据21或输入部12的用户输入而向RAM15读出：潮流计算所需的线路阻抗Z(＝R+jX)、规划负载·发电量P、Q初始值和过渡稳定性计算所需的发电机模型·常数、控制系统模型·常数。在步骤S3中，利用由步骤S2设定的数据来进行潮流计算，计算各节点的电压、线路潮流(有效·无效功率潮流、线路电流等)，并将计算结果保存至RAM15。在步骤S4中，将系统数据21所保存的每个时间断面的数据读出至RAM15，利用由步骤S3计算出的潮流计算的结果来进行状态推定计算。该状态推定计算的前提是：伴有时刻tC下的故障发生，如图5B的点线所示，在系统中总合的各个电力转换装置输出在[p.u.]点下成为0.00，另外在时刻tA如点C那样进行复原之后，在时刻tB如点D那样输出[p.u.]变为0.10。
另外，成为状态推定计算的基础的数据采用的是故障发生检测时(图5A的tC)的各传感器输出值。
状态推定计算是指如下的计算功能，即：以变电站、发电站、送电线为首的电力送电配电设备的观测数据、以及连接数据作为基准，对观测数据中的异常数据的有无进行判定和去除，推定特定的时间断面中的更似然的系统状态。
在此，在状态推定计算和潮流计算中，潮流计算之中的输入数据的误差是以无误差为前提的，冗余度为1.0，没有去除异常数据，输入数据为设备常数(r、x、y/2、tap比)、发电机P、V、负载P、Q，计算算法为牛顿-拉弗森法，而状态推定之中的输入数据的误差是以存在观测数据的误差(测量器的误差、通信延迟所引起的误差)为前提(PQ：±3％以下、V：±1％以下)的，冗余度期望为1.2以上，有去除异常数据，输入数据为设备常数(r、x、y/2、tap比)、发电机P、V、负载P、Q、观测值的权重系数，计算算法为最小二乘法。
关于输入数据的误差，例如在模型系统中针对所求的变量，由于在潮流计算之中数据中没有带来“误差”，在状态推定之中数据为“测量出的值”，因此立足的前提在于：在测量值中包含“测定误差”(测量出的值→以后“观测值”)。
状态推定计算例如按照Lars Holten，Anders Gjelsvlk，Sverre Adam，F.F.Wu，and Wen-Hs Iung E.Liu，Comparison of Defferent Methods for StateEstimation.IEEE Trans.Power Syst.，3(1988)，1798-1806的各种方法等进行。在此，状态推定计算的结果如图5A的点线所示那样，作为频率偏差〔Hz〕，例如求出从时间0.0sec至时间10.0sec为止的每100msec的各时间断面。在步骤S5中，将由步骤S4计算出的状态推定结果、发电机模型·常数、控制系统模型·常数读出至RAM15，进行过渡稳定性计算。在步骤S6中，将由步骤S5计算出的过渡稳定性计算结果读出至RAM15，进行电力转换装置复原模式计算。计算方法的详细内容将在后面叙述。在步骤S7中，将由步骤S5以及步骤S6计算出的过渡稳定性计算结果保存至计算结果数据22，将电力转换装置的复原模式计算结果保存至电力转换装置复原模式数据库23。在步骤S8中，利用断路器180的切断信息来判定是否已发生了分离系统故障，在没有发生分离系统故障的情况下，返回到步骤1，在发生了分离系统故障的情况下，进入步骤S9。在步骤S9中，经由通信部13和通信网络300而向通信部29发送在电力转换装置复原模式数据库23中保存的栅极封锁、栅极解锁时刻以及输出限制器指令值的时间序列数据，并结束处理。
其次，利用图4以及图5A、5B，对步骤S6进行说明。图4是表示对电力转换装置的复原模式进行计算的算法的流程图。
首先，在步骤S10中，对由步骤S5求出的过渡稳定性计算结果当中的频率f的时间序列波形通过低通滤波器，除掉短周期振动噪声，并将频率时间序列波形读出至RAM15。在步骤S11中，计算由步骤S10求出的所述频率时间序列波形的频率变化率。在步骤S12中，搜索所述频率变化率成为0的点，并保存时刻。例如，保存图5A的A点的时刻tA和B点的时刻tB。在步骤S13中，制成使电力转换装置的输出以一次直线的方式从复原开始时刻增加至复原结束时刻的复原模式信息。例如，根据图5B的A点的时刻tA和B点的时刻tB，制成使电力转换装置的输出以一次直线的方式从C点增加至D点的复原模式信息(图5B的实线)。
其次，对电力转换装置输出控制部34的计算处理内容进行说明。图6是表示复原模式指令装置的输出控制处理算法的流程图。在此，接收电力转换装置50的(自端)节点150的电压V310和从规划服务器经由通信网络300而发送的复原模式信息340，进行电力转换装置脱离判定以及接收信息异常判定，说明直到根据接收异常的有无来变更复原模式为止的处理流程。
首先，在步骤S50中，收集电力转换装置的节点150的信息。在此，发生了故障的结果，利用传感器190来测量为了判定在电力转换装置的节点150发生了电压降低所需的节点150的电压V310，经由通信网络而由通信部29进行收集，并保存至RAM28。在步骤S51中，进行电力转换装置50的故障脱离判定。在此，根据在步骤S50中保持于RAM28的节点150的电压V310，判定为了进行电力转换装置50的设备保护是否已进行了脱离。在此，如果检测出节点150的电压V310相对于通常的电压100V(或200V)低于30％即30V(60V)，则电力转换装置输出控制部34向电力转换装置50输出停止动作的(将电力转换装置输出[p.u.]设为0.00的)指令。
即、如果图9D所示的端子电压[％]由于故障发生而降低，则如图5A、5B的时刻tC下的点E以及F所示那样，电力转换装置50停止动作(电力转换装置输出[p.u.]＝0.00)，直到有复原的指令为止维持该停止状态。在有脱离的情况下，进入步骤S52，在无脱离的情况下，返回到步骤S50。在步骤S52中，接收从规划服务器10由通信部29而经由通信网络300发送出的复原模式信息340，并保存至通常时输入数据库31。在步骤S53中，判定在由步骤S52接收到的信息中是否没有异常。在此，接收信息异常是指，在步骤S51中判定出电力转换装置已脱离，相对于此由于传输延迟等理由导致无法接收复原模式信息的情况、或复原模式信息的栅极封锁时刻与电力转换装置的脱离时刻不一致的情况。在无异常的情况下，进入步骤S54，根据由步骤S52接收到的复原模式信息340来制成电力转换装置的栅极封锁限制器指令值，并保持在RAM28中。在步骤S55中，通过电力转换装置输出控制程序，利用通信部30将RAM28所保持的电力转换装置的栅极封锁限制器指令值发送至电力转换装置50。此外，在有异常的情况下，进入步骤S56，根据预先由用户利用输入部25对紧急时输入数据32进行保存的紧急时复原模式信息，来制成电力转换装置的栅极封锁限制器指令值，并保持在RAM28中。在步骤S57中，通过电力转换装置输出控制程序，利用通信部30将RAM28所保持的电力转换装置的栅极封锁限制器指令值发送至电力转换装置50。在步骤S58中，将保持于RAM28且发送至电力转换装置50的复原模式信息日志数据保存到日志数据库35中，结束处理。
其次，利用图7A、7B、图8A、8B以及图9A-9D，对电力转换装置的复原模式显示的一例进行说明。图9A-9D是表示电力转换装置的复原模式计算结果向显示装置11显示的显示例的说明图。在此，考虑向显示器画面的显示。对比电力转换装置的复原模式计算前后的分离系统内的频率偏差和电力转换装置输出的时间序列波形，并显示于画面。此外，关于节点电压V也显示时间序列波形，使电力转换装置的复原动作状况与各时刻一并进行显示。通过这样进行显示，从而能够向用户清楚地传达何时发生故障、电力转换装置的复原模式计算结果。
在此，虽然示出了向画面的输出例，但是也可作为可印刷于文件等的格式的数据而向用户提供。此外，图7A、7B为通常时的复原模式信息的显示画面的一例(频率偏差、电力转换装置的输出)，图8A、8B为异常时复原模式信息的显示画面的一例(频率偏差、电力转换装置的输出)。
其次，图10是表示本发明的第2实施例的图。与第1实施例不同之处在于，复原模式指令装置和电力转换装置分离开。即、在图1中，在复原模式指令装置200中包含电力转换装置输出控制部34和电力转换装置50，但是在图10中，在复原模式指令装置200中仅包含电力转换装置输出控制部34。其优点在于，如果通过电力转换装置输出控制部34的通信部30向电力转换装置50传达电力转换装置输出指令值350，则能发挥本发明的效果，不选场所也能设置复原模式指令装置200。
其次，对第3实施例进行说明。复原模式的运算存在特征。因为其他构成以及运算的步骤同样，所以省略说明。
因为电压在事故排除后振动，所以采用通过滤波器并去除了振动成分后的电压，来进行下述的判定·计算。
即、根据电压V的变化量ΔV、时间t来制成复原模式。图11A、11B表示本实施例中的电力转换装置的复原模式的计算例的显示画面例(频率偏差、电力转换装置的输出)。如图11A、11B所示，为了复原电压，需要排除事故。因此，在该事故排除后，电压恢复为阈值VC(例如70％)，在经过了tA(例如2.1)秒之时开始电力转换装置输出，从此时到tB(例如4.1)秒恢复到输出100％(在图中是指0.1p.u.)，由此形成复原模式。
虽然关于实施例进行了上述描述，但是本发明并不限定于此，对于本领域技术人员而言可明确：在本发明的主旨和要求权利保护的范围内能进行各种变更以及修改。
产业上的可利用性
本发明作为在与太阳能发电或风力发电等连接的电力转换装置中可以实现例如太阳能发电或风力发电等的投入而在系统故障时不会影响到频率等系统变动的、电力转换装置、电力转换装置的控制装置、电力转换装置的控制方法是有益的。

Claims (11)

1.一种电力转换装置，对基于可再生能量的发电电力进行电力转换并供给至电力系统，
所述电力转换装置构成为具备：
输出抑制控制部，其基于所述电力系统的变动信息而使输出降低；和
复原控制部，其在所述输出降低之后以规定的复原模式使输出增加，
所述复原模式根据来自外部的指示信息而可变。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具备接收部，该接收部接收所述复原模式作为所述指示信息，所述复原控制部按照所述接收到的复原模式而使所述输出增加。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中，
基于频率变动仿真的频率时间序列波形的推定来求出所述复原模式。
4.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中，
在没有获得所述指示信息的情况下，所述复原控制部根据预先规定的复原模式而使输出增加。
5.根据权利要求3所述的电力转换装置，其中，
在没有获得所述指示信息的情况下，所述复原控制部根据预先规定的复原模式而使输出增加。
6.根据权利要求5所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置具有对复原模式信息进行蓄积的数据库，所述预先规定的复原模式基于所述数据库的信息而形成。
7.一种电力转换装置的控制装置，该电力转换装置的控制装置对电力转换装置进行控制，所述电力转换装置对基于可再生能量的发电电力进行电力转换并供给至电力系统，
该电力转换装置的控制装置具备：
复原模式生成部，其作成复原模式信息，以使在与所述电力系统的变动信息相伴的所述电力转换装置的输出降低之后，以规定的复原模式使所述电力转换装置的输出增加；和
发送部，其发送所述复原模式信息。
8.根据权利要求7所述的电力转换装置的控制装置，其中，
通过由于系统故障而发生了分离系统之际的分离系统内的频率变动仿真来推定频率时间序列波形，并基于所述推定来发送所述复原模式信息。
9.根据权利要求8所述的电力转换装置的控制装置，其中，
在算出所述复原模式信息的过程中，求出所述频率时间序列波形的多个拐点，算出所述拐点中的最初的2点的时刻，
按照将第1点的时刻下的电力转换装置输出条件设为0、将第2点的时刻下的电力转换装置输出条件设为最大输出的方式，算出使所述2点之间的时刻下的输出单调增加的复原模式信息。
10.一种电力转换装置的控制方法，基于电力系统的变动信息而使由电力转换装置对基于可再生能量的发电电力进行电力转换后的输出降低，接受来自外部的指示信息，在所述输出降低之后，以基于所述指示信息而成为可变的复原模式使所述电力转换装置的输出增加，将由所述电力转换装置转换后的电力供给至电力系统。
11.一种电力转换装置的控制方法，该电力转换装置的控制方法对电力转换装置进行控制，所述电力转换装置对基于可再生能量的发电电力进行转换并供给至电力系统，
在该电力转换装置的控制方法中，作成复原模式信息，以使在与所述电力系统的变动信息相伴的所述电力转换装置的输出降低之后，以规定的复原模式使所述电力转换装置的所述输出增加，并将所述复原模式发送至所述电力转换装置。
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