CN113261171B - 电力变换系统以及电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

电力变换装置(50)具备：电力变换电路(550)，将分散电源输出的直流电力变换为交流电力而输出至配电系统；电压目标值生成部(520)，从由电压检测部(510)检测出的电压的有效值中去除高频波动而生成电压目标值(Vref)；校正部，当检测到自动电压调节器已工作时，对电压目标值(Vref)进行校正；以及指令部，在由电压检测部检测到的互连点的电压偏离了以电压目标值为基准的电压控制死区的情况下，指示电力变换电路以便输出与偏离的电压大小相应的无功功率。

Description

电力变换系统以及电力变换装置
技术领域
本发明涉及电力变换系统以及电力变换装置。
背景技术
在太阳能发电系统等利用自然能源的发电中，发电量根据天气等自然条件而随时波动。因此，抑制电力系统的电压波动很重要。
例如，专利文献1的电压控制装置通过由静态无功功率补偿装置进行的无功功率补偿来抑制电力系统的电压的短周期波动，利用步进式自动电压调节器的抽头切换来抑制电力系统的电压的长周期波动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2016/121014A1
发明内容
发明所要解决的技术课题
专利文献1的电压控制装置通过由无功功率补偿装置进行的无功功率补偿来抑制短周期波动，但是静态无功功率补偿装置存在成本高的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种能够不使用静态无功功率补偿装置而使与分散电源系统互连的配电系统的电压波动稳定的电力变换系统以及电力变换装置。
用于解决技术课题的技术方案
本发明是具备设置于配电系统的自动电压调节器和至少一个分散电源系统的电力变换系统，分散电源系统包括分散电源和电力变换装置。电力变换装置具备：电力变换电路，将分散电源输出的直流电力变换为交流电力而输出至配电系统；电压检测部，检测电力变换电路与配电系统的互连点的电压；电压目标值生成部，从由电压检测部检测出的电压的有效值中去除高频波动而生成电压目标值；校正部，当检测到自动电压调节器已工作时对电压目标值进行校正；以及指令部，在由电压检测部检测到的互连点的电压偏离了以电压目标值为基准的电压控制死区(deadband)的情况下，指示电力变换电路以便输出与偏离的电压大小相应的无功功率。
发明效果
根据本发明，当检测到自动电压调节器已工作时，对电压目标值进行校正，在互连点的电压偏离了以电压目标值为基准的电压控制死区的情况下，输出与偏离的电压大小相应的无功功率。据此，能够不使用静态无功功率补偿装置而使与分散电源系统互连的配电系统的电压波动稳定。
附图说明
图1为实施方式1的电力变换系统100的概略图。
图2为示出太阳能发电的日发电量的例子的图。
图3为实施方式1的电力变换装置50的结构图。
图4为实施方式1的控制电路540的框图。
图5为表示过电压输出部5430的结构的图。
图6为表示实施方式1的控制电路540生成无功功率指令值Qr的步骤的流程图。
图7的(a)为表示当SVR20工作时未校正电压目标值Vref的情况下的电系统的电压随时间变化的图。(b)为表示当SVR20工作时校正了电压目标值Vref的情况下的配电系统的电压随时间变化的图。
图8为实施方式2的电力变换系统100的概略图。
图9为实施方式2的电力变换装置50的结构图。
图10为实施方式2的控制电路540的框图。
图11为表示实施方式2的控制电路540生成无功功率指令值Qr的步骤的流程图。
图12的(a)为表示当SVR20工作时未校正电压目标值Vref的情况下配电系统的电压的仿真结果的一例的图。(b)为表示当SVR20工作时在未校正电压目标值Vref的情况下输出的无功功率的仿真结果的一例的图。(c)为表示当SVR20工作时在校正了电压目标值Vref的情况下配电系统的电压的仿真结果的一例的图。(d)为表示当SVR20工作时在校正了电压目标值Vref的情况下输出的无功功率的仿真结果的一例的图。
图13为示出使用软件实现电力变换装置50的功能时的电力控制器的结构的图。
附图标记
10：变电站；20：步进式自动电压调节器(SVR)；30：中央管理装置；：40：杆式变压器；50：电力变换装置；60：太阳能发电；70：蓄电池；80：负载；90：分散电源系统；100：电力变换系统；101-a、101-b、101：电压计；102-a、102-b、102：电流计；310：校正部；320：指令部；510：电压检测部；520：电压目标生成部；530：电流检测部；540：控制电路；550：电力变换电路；560：存储器；1000：处理器；2000：存储器；5410：SVR工作检测部；5420：电压目标值校正量计算部；5430：过电压输出部；5431：限幅器；5432、5492：减法器；5440：电压控制部；5491、5493：加法器；5550：无功功率控制部；5560：有功功率控制部；5470：电流控制部；5480：电压目标值决定部；5490：死区决定部；LA、LA2：配电系统。
具体实施方式
以下参照附图对实施方式进行详细说明。此外，对图中的相同或相当部分附加相同的附图标记，不重复其说明。
实施方式1.
图1为实施方式1的电力变换系统100的概略图。
参照图1，电力变换系统100具备变电站10、步进式自动电压调节器(SVR)20、杆式变压器40及至少一个分散电源系统90。在配电系统LA设置有步进式自动电压调节器20及杆式变压器40。从变电站10传送来的电力经由步进式自动电压调节器20及杆式变压器40被供给到负载80。
在配电系统LA的交流有效电压偏离SVR20的运行电压的上限电压或下限电压有预定时间的情况下，步进式自动电压调节器(SVR)20实施抽头切换，变更初级侧与次级侧的变压比，将配电系统LA的电压自动调节为适当值。将由于SVR20进行1次抽头切换而次级侧发生波动的电压宽度称为SVR电压步幅(step width)ΔVsvr。SVR20的运行电压的上限电压VU及下限电压VL是根据基准电压VR和电压控制死区Vdead(SVR)而决定的。VU＝VR+Vdead(SVR)，VL＝VR－Vdead(SVR)。在此，预定时间能够设为例如大约45秒。
分散电源系统90具备分散电源。例如，分散电源为设置有太阳能发电装置及蓄电池的用户(Consumer)分散电源、使用了大量太阳能发电等自然能源的发电装置或由多个蓄电池构成的兆瓦太阳能等。
图2为示出太阳能发电的日发电量的例子的图。
如图2所示，太阳能发电机60的发电量随着日照波动而时刻发生变化，因此在大容量分散电源互连的配电系统中，电压波动在短周期发生。其结果是，SVR20的工作次数增加。SVR20由于进行机械式抽头切换，因此当工作次数变多时设备的寿命变短。不希望由于分散电源的电力波动而导致SVR20的工作次数增加。
分散电源系统90至少具备作为分散电源的太阳能发电机60、太阳能发电用的电力变换装置50-a、负载80、太阳能发电用的电压检测器101-a和太阳能发电用的电流检测器102-a。分散电源系统90可以还具备作为分散电源的蓄电池70、蓄电池用的电力变换装置50-b、蓄电池用的电压检测器101-b和蓄电池用的电流检测器102-b。
将太阳能发电用的电力变换装置50-a和蓄电池用的电力变换装置50-b总称记载为电力变换装置50。将太阳能发电用的电压检测器101-a和蓄电池用的电压检测器101-b总称记载为电压检测器101。将太阳能发电用的电流检测器102-a和蓄电池用的电流检测器102-b总称记载为电流检测器102。将太阳能发电机60和蓄电池70总称记载为分散电源。
电压检测器101测量电力变换装置50与配电系统LA的互连点的交流电压Vac。电流检测器102测量电力变换装置50与配电系统LA的互连点的交流电流Iac。
互连于配电系统LA的分散电源系统90的个数在图1中设为两个，但只要互连有至少1个即可。
中央管理装置30管理配电系统LA的状态。中央管理装置30监视电力系统的潮流。中央管理装置30具备与分散电源系统90的电力变换装置50双向地进行数据通信的功能。中央管理装置30定期地交换SVR20的信息、电力变换装置50的电压控制死区Vdead、电力变换装置50的互连点的电压及互连点的电流。中央管理装置30在小于SVR的电压控制死区Vdead(SVR)的范围内，基于配电系统LA的阻抗ZL和电压分布来决定电压控制死区Vdead。即，Vdead(SVR)＞Vdead。
图3为示出实施方式1的电力变换装置50的结构的图。
参照图3，电力变换装置50具备电压检测部510、电压目标值生成部520、电流检测部530、控制电路540以及电力变换电路550。
电压检测部510接收电压检测器101测量出的交流电压Vac，根据接收到的交流电压值Vac检测检测电压有效值Ve。
电压目标值生成部520通过计算电压检测部510输出的检测电压有效值Ve在一定时间(例如几分钟以上)的平均值来生成互连点的电压的去除了高频分量的电压目标值Vref。或者，电压目标值生成部520也可以通过利用低通滤波器去除检测电压有效值Ve的高频分量，来生成互连点的电压的去除了高频分量的电压目标值Vref。
电流检测部530接收电流检测器102测量出的交流电流Iac，根据接收到的交流电流Iac来检测检测电流有效值Ie。
控制电路540接收检测电压有效值Ve、电压目标值Vref、检测电流有效值Ie和从中央管理装置30发送的电压控制死区Vdead、有功功率指令值Pr、SVR第1整定条件(settledcondition)St1、SVR第2整定条件St2。SVR第1整定条件St1为SVR电压步幅ΔVsvr。SVR第2整定条件为抽头切换时间ΔTtap。控制电路540基于接收到的这些信息，计算电力变换电路550的互连点的电压及电流的控制量，根据计算出的控制量生成脉冲宽度调制信号PWM。脉冲宽度调制信号PWM被传送到电力变换电路550。
电力变换电路550将分散电源输出的直流电力变换为交流电力并输出至配电系统LA。电力变换电路550由逆变器构成。电力变换电路550具备自熄弧型半导体开关元件、二极管元件和平滑电容器。电力变换电路550通过改变自熄弧型半导体元件的栅极信号的接通/关断的占空比而将直流电力变换为交流电力。在本实施方式中，对于电力变换电路550的电路结构没有限定。
图4为实施方式1的控制电路540的框图。
参照图4，控制电路540具备校正部310和指令部320。
当检测到SVR20已工作时，校正部310将电压目标值Vref校正为与检测到的工作相对应。
校正部310具备SVR工作检测部5410、电压目标值校正量计算部5420以及加法器5491。
SVR工作检测部5410基于从中央管理装置30发送的SVR第1整定条件St1(ΔVsvr)、SVR第2整定条件St2(ΔTtap)、电力变换装置50的互连点的检测电流有效值Ie和检测电压有效值Ve，检测SVR是否已工作。具体而言，在由电压检测部510检测出的互连点的检测电压有效值Ve的变化率Vrate的绝对值超过基准值K1的状态持续规定期间且从电力变换电路550输出的有功功率的变化量ΔP的绝对值小于基准值K2的情况下，检测为SVR20已工作。基准值K1是根据SVR第1整定条件St1(ΔVsvr)及SVR第2整定条件St2(ΔTtap)而决定的。基准值K2是基于SVR电压步幅(ΔVsvr[％])和从电力变换电路550至SVR20的配电系统电压低压换算阻抗ZL而决定的。
当检测到SVR20已工作时，电压目标值校正量计算部5420以及加法器5491在互连点的检测电压有效值Ve的变化率Vrate为正的情况下，对电压目标值Vref加上SVR电压步幅ΔVsvr的绝对值，在互连点的检测电压有效值Ve的变化率Vrate为负的情况下，从电压目标值Vref中减去SVR电压步幅ΔVsvr的绝对值，由此对电压目标值Vref进行校正。
具体而言，在SVR工作检测部5410检测到SVR工作的情况下，电压目标值校正量计算部5420基于SVR第1整定条件St1来计算电压目标值校正量ΔVref。在未检测到SVR工作的情况下，电压目标值校正量计算部5420将电压目标值校正量ΔVref设为0。加法器5491将电压目标值Vref与电压目标值校正量ΔVref相加，输出新的电压目标值RVref。
在由电压检测部510检测出的互连点的检测电压有效值Ve偏离了以电压目标值RVref为基准的电压控制死区Vdead的情况下，指令部320指示电力变换电路550以便输出与偏离的电压大小相应的无功功率。
指令部320具备减法器5492、过电压输出部5430、电压控制部5440、无功功率控制部5450、有功功率控制部5460、加法器5493以及电流控制部5470。
减法器5492从电压目标值RVref中减去检测电压有效值Ve来计算偏差ΔVe(＝RVref－Ve)。
在偏差ΔVe的绝对值超过了电压控制死区Vdead的情况下，过电压输出部5430输出|ΔVe|－Vdead，在偏差ΔVe的绝对值为电压控制死区Vdead以下的情况下，过电压输出部5430输出0[V]。
图5为表示过电压输出部5430的结构的图。
过电压输出部5430具备限幅器5431和减法器5432。
当偏差ΔVe的绝对值超过电压控制死区Vdead时，限幅器5431输出Vdead。当偏差ΔVe的绝对值为电压控制死区Vdead以下时，限幅器5431输出偏差ΔVe的绝对值|ΔVe|。
减法器5432从偏差ΔVe的绝对值|ΔVe|中减去作为限幅器5431的输出的Vdead或|ΔVe|，输出|ΔVe|－Vdead或0[V]。
电压控制部5440通过对从过电压输出部5430输出的电压进行比例控制，输出将过电压输出部5430的输出放大后的控制量作为无功功率指令值Qr。电压控制部5440在过电压输出部5430的输出为|ΔVe|－Vdead的情况下、即偏差ΔVe的绝对值超过了电压控制死区Vdead的情况下，将对|ΔVe|－Vdead放大后的控制量作为无功功率指令值Qr输出到无功功率控制部5450。在偏差ΔVe的绝对值超过了电压控制死区Vdead的情况下，电压控制部5440开始电压控制。当偏差ΔVe的绝对值为电压控制死区Vdead以下时，电压控制部5440使无功功率指令值Qr逐渐减少，不久就停止电压控制。
无功功率控制部5450输出无功电流指令值Iqr，以使无功功率跟随无功功率指令值Qr。
有功功率控制部5460输出有功电流指令值Ipr，以使通过对检测电流有效值Ie及检测电压有效值Ve进行运算而得到的功率跟随有功功率指令值Pr。
有功功率指令值Pr为例如将分散电源系统视为虚拟发电站，从太阳能发电机或蓄电池或者双方电源向系统供给时的电量的指令值。
加法器5493将从有功功率控制部5460输出的有功电流指令值Ipr与从无功功率控制部5450输出的无功电流指令值Iqr相加来生成电流指令值Ir。
电流控制部5470输出脉冲宽度调制信号PWM以使交流电流Iac跟随电流指令值Ir而驱动电力变换电路550的栅极。
图6为表示实施方式1的控制电路540生成无功功率指令值Qr的步骤的流程图。
在步骤S1，控制电路540从中央管理装置30取得SVR第1整定条件St1及SVR第2整定条件St2并保持于存储器。SVR第1整定条件St1为SVR电压步幅(ΔVsvr[％])。SVR第2整定条件St2为抽头切换时间(ΔTtap)。中央管理装置30从电力公司取得并保持要管理的配电系统的SVR的整定条件及线路阻抗的信息。
在步骤S2，在电压控制死区Vdead有更新的情况下，处理前进至步骤S3。在电压控制死区Vdead没有更新的情况下，处理返回至步骤S2。中央管理装置30将各电力变换装置的电压控制死区Vdead定期分发至电力变换装置50。
在步骤S3，控制电路540取得电压控制死区Vdead。据此，能够使各分散电源系统的无功功率输出更均匀。
在步骤S4，控制电路540取得电力变换装置50的互连点在时刻T(n)时的检测电压有效值Ve(n)、检测电流有效值Ie(n)及电压目标值Vref，将取得的值保持于存储器。
在步骤S5，如下式所示，SVR工作检测部5410通过将时刻T(n)时的检测电压有效值Ve(n)与上次取得到的时刻T(n－1)时的检测电压有效值Ve(n－1)之差分除以时间差分Δt(Δt＝T(n)－T(n－1))，来计算检测电压有效值Ve的变化率Vrate。Δt为1个周期时间。1个周期为将抽头切换时间ΔTtap除以系统频率的周期得到的值。例如，在系统频率为50Hz且SVR的抽头切换时间ΔTtap为0.1秒的情况下，将0.1秒除以系统频率的周期0.02秒得到的值为1个周期。
Vrate＝(Ve(n)－Ve(n－1))/(T(n)－T(n－1))……(1)
在步骤S6，如下式所示，SVR工作检测部5410基于SVR电压步幅(ΔVsvr[％])和SVR抽头切换时间(ΔTtap)，求出针对配电系统的低电压200V的电压偏差的90％的基准值K1。
K1＝|ΔVsvr|*200*0.9/ΔTtap……(2)
SVR工作检测部5410对检测电压有效值Ve的变化率Vrate的绝对值与基准值K1的大小进行比较。当检测电压有效值Ve的变化率Vrate的绝对值大于基准值K1时，处理前进至步骤S7。当检测电压有效值Ve的变化率Vrate的绝对值为基准值K1以下时，处理前进至步骤S11。
在步骤S7，对检测电压有效值Ve的变化率Vrate的绝对值大于基准值K1的状态是否持续5个周期的时间进行判定。在判定为未持续的情况下，处理前进至步骤S11。在判定为持续的情况下，处理前进至步骤S8。
在步骤S8，SVR工作检测部5410根据下式计算时刻T(n)与时刻T(n－5)时的检测电力之差分ΔP。在此，当将T(n)设为当前时刻时，将时刻T(n－5)设为5个周期前的时刻。
ΔP＝Ve(n)×Ie(n)－Ve(n－5)×Ie(n－5)……(3)
在步骤S9，SVR工作检测部5410求出基准值K2，该基准值K2表示分散电源系统90的互连点的电压在SVR工作时产生与电压步幅相当的波动所需的电量。控制电路540基于针对配电系统的低电压200V的SVR电压步幅(ΔVsvr[％])、配电系统的低电压(200V)以及从分散电源系统90至SVR20的配电系统电压低压换算阻抗ZL，根据下式计算基准值K2。
K2＝(ΔVsvr×200)×200/ZL……(4)
在检测电力之差分ΔP的绝对值小于基准值K2的情况下(S9：是)，处理前进至步骤S10，在检测电力之差分ΔP的绝对值为基准值K2以上的情况下(S9：否)，处理前进至步骤S11。在步骤S9中为否的情况下，将差分ΔP视为与配电系统的电力波动相伴的电压的阶跃波动(step fluctuation)。在步骤S9中为是的情况下，将差分ΔP视为由SVR20进行的抽头切换导致的电压的阶跃波动。
在步骤S10，在检测电压有效值Ve的变化率Vrate为正的情况下，电压目标值校正量计算部5420根据下式(5)计算电压目标校正量ΔVref。在检测电压有效值Ve的变化率Vrate为负的情况下，控制电路540根据下式(6)计算电压目标校正量ΔVref。
ΔVref＝|ΔVsvr|……(5)
ΔVref＝－|ΔVsvr|……(6)
在步骤S11，电压目标值校正量计算部5420将电压目标校正量ΔVref设定为0。
在步骤S12，加法器5491使用步骤S10及步骤S11中求出的电压目标校正量ΔVref，将电压目标值Vref与电压目标校正量ΔVref相加，计算新的电压目标值RVref。
在步骤S13，减法器5492计算电压目标值RVref与检测电压有效值Ve(n)之差分ΔVe(n)。
在步骤S14，在偏差ΔVe的绝对值超过了电压控制死区Vdead的情况下，过电压输出部5430输出|ΔVe|－Vdead，在偏差ΔVe的绝对值为电压控制死区Vdead以下的情况下，过电压输出部5430输出0[V]。在过电压输出部5430的输出为|ΔVe|－Vdead的情况下、即偏差ΔVe的绝对值超过了电压控制死区Vdead的情况下，电压控制部5440将对|ΔVe|－Vdead放大后的控制量作为无功功率指令值Qr输出到无功功率控制部5450。
接下来，对当SVR20工作时校正了电压目标值Vref的情况下的效果进行说明。
图7的(a)为表示当SVR20工作时未校正电压目标值Vref的情况下的配电系统的电压随时间变化的图。
在配电系统的电压偏离了电压控制死区的情况下、即配电系统的电压超过Vref+Vdead或低于Vref－Vdead的情况下，电力变换装置50通过输出无功功率来控制配电系统的电压。
在此，在配电系统的电压为SVR20的工作电压阈值以上而SVR20工作并且超过了SVR的整定时间的情况下，SVR20在使配电系统的电压降低的方向上进行抽头切换。据此，使配电系统的电压大概减少1％～2％。通过SVR20的工作，配电系统的电压变得小于(Vref－Vdead)。其结果是输出了大量无功功率。
图7的(b)为表示当SVR20工作时校正了电压目标值Vref的情况下的配电系统的电压随时间变化的图。
在检测到SVR20的工作后，通过将电压目标值Vref校正为RVref，配电系统的电压沿着电压目标值RVref变化，因此配电系统的电压在(RVref－Vdead)与(RVref+Vdead)之间转变。其结果是没有输出无功功率。
此外，在上述的例子中，根据电力变换装置50的互连点的电压的变化率和电力波动量来检测SVR的工作。在SVR已工作的情况下没有电力波动，因此在互连点的电流有效值的变化率超过基准值且没有电力波动的情况下，也能够判定为SVR已工作。但是电压目标值将互连点的电流有效值变化的极性校正为相反极性。
另外还可以设为如下：中央管理装置30观测SVR的观测地点的电压，在观测地点的电压超过SVR的电压控制死区的时间超过了SVR的整定时间的情况下，中央管理装置30检测到SVR的工作，向电力变换装置50发送“当前的电压控制死区+SVR电压步幅”作为电压控制死区。据此，能够防止在SVR工作时输出不需要的无功功率。在该情况下，在检测到SVR工作时电压控制死区暂时变大，因此虽然电压控制为关断，但是在电压目标值与互连点的电压的测量值之差变得小于SVR工作前的电压控制死区的时间点，电力变换装置50自主地返回至SVR工作前的电压控制死区。据此，由于返回至原本的电压控制，因此能够使配电系统的电压稳定。
如以上那样，根据本实施方式，在包括SVR和分散电源系统的电力变换系统中，中央管理装置与分散电源系统的电力变换装置协作，通过输出无功功率而能够使配电系统的电压稳定。在SVR已工作的情况下能够不输出不需要的无功功率而防止配电系统的电压波动。
通过将电力变换装置的电压控制死区Vdead设定得小于SVR的电压控制死区Vdead(SVR)，从而在配电系统的电压波动了的情况下，分散电源的互连点的电压比SVR测量点更早偏离电压控制死区。据此，分散电源系统的电力变换装置50立即输出无功功率，能够抑制短周期的电压波动，并且能够实现减少SVR的工作次数。
实施方式2.
在实施方式2中，对分散电源系统互连于高压系统的电力变换系统的配电系统的电压的稳定化控制方法进行说明。实施方式2的电力变换系统不具备实施方式1的中央管理装置30。
图8为实施方式2的电力变换系统100的概略图。参照图8，在电力变换系统100中，步进式自动电压调节器SVR20、负载80和电力变换装置50经由变电站10互连于高压的配电系统LA2。
在图8中，蓄电池70及太阳能发电机60各示出为1个，但也可以分散地配置多个。
图9为实施方式2的电力变换装置50的结构图。
参照图9，在实施方式2中，由于未设置中央管理装置30，因此电力变换装置50无法接收在实施方式1中从中央管理装置30发送来的SVR的第1整定条件St1、St2、电压控制死区Vdead。
电力变换装置50将由电力公司出示的配电系统LA2的线路阻抗ZH保持于存储器560。电力变换装置50将SVR第1整定条件St1保持于存储器560。SVR第1整定条件St1包括通常的SVR电压步幅的下限值ΔVsvrMin、上限值ΔVsvrMax、SVR电压步幅的暂定值ΔVsvr。例如，能够设为ΔVsvrMin＝1％、ΔVsvrMax＝2％。ΔVsvr为ΔVsvrMin以上且ΔVsvrMax以下的值。电力变换装置50将SVR第2整定条件St2(ΔTtap)保持于存储器560。
关于图9的其它结构，与图3所示相同，在实施方式1中进行了说明，因此不重复其说明。控制电路540的框图结构与图4所示的框图结构相同，在实施方式1中进行了说明，因此不重复其说明。
图10为实施方式2的控制电路540的框图。
参照图10，控制电路540具备校正部310和指令部320。
校正部310与实施方式1同样地，当检测到SVR20已工作时，将电压目标值Vref校正为与检测到的工作相对应。
校正部310具备SVR工作检测部5410和电压目标值决定部5480。
SVR工作检测部5410基于保持于存储器560的SVR第1整定条件St1(ΔVsvrMin、ΔVsvrMax、ΔVsvr)及SVR第2整定条件St2(ΔTtap)、电力变换装置50的互连点的检测电流有效值Ie和检测电压有效值Ve，检测SVR是否已工作。具体而言，在由电压检测部510检测出的互连点的检测电压有效值Ve的变化率Vrate的绝对值超过基准值K3且小于基准值K4的状态持续规定期间、且从电力变换电路550输出的有功功率的变化量ΔP的绝对值小于基准值K5的情况下，检测为SVR20已工作。基准值K3是基于SVR电压步幅的下限值(ΔVsvrMin[％])和SVR抽头切换时间(ΔTtap)而决定的。基准值K4是基于SVR电压步幅的上限值(ΔVsvrMax[％])和SVR抽头切换时间(ΔTtap)而决定的。基准值K5是基于SVR电压步幅(ΔVsvr[％])和从电力变换电路550至SVR20的配电系统电压高压换算阻抗ZH而决定的。
电压目标值决定部5480基于从电压目标值生成部520输出的电压目标值Vref、存储器560内的SVR电压步幅的暂定值ΔVsvr和SVR工作检测部5410的输出结果，输出新的电压目标值RVref。
电压目标值决定部5480基于电压目标值Vref和SVR电压步幅的暂定值ΔVsvr，计算电压目标值下限VrefMin及电压目标值上限VrefMax。在检测到SVR20已工作的情况下，在互连点的检测电压有效值Ve的变化率Vrate为负的情况下，电压目标值决定部5480将电压目标值RVref设定为电压目标值下限VrefMin，在变化率Vrate为正的情况下，电压目标值决定部5480将电压目标值RVref设定为电压目标值上限VrefMax。
与实施方式1同样地，在由电压检测部510检测出的互连点的检测电压有效值Ve偏离了以电压目标值Vref为基准的电压控制死区Vdead的情况下，指令部320指示电力变换电路550以便输出与偏离的电压大小相应的无功功率。
指令部320具备减法器5492、过电压输出部5430、电压控制部5440、无功功率控制部5450、有功功率控制部5460、加法器5493、电流控制部5470以及死区决定部5490。
过电压输出部5430、电压控制部5440、无功功率控制部5450、有功功率控制部5460、电流控制部5470、减法器5492以及加法器5493与实施方式1相同，因此不重复说明。
死区决定部5490基于配电系统LA2的线路阻抗ZH和互连点的检测电压有效值Ve来决定电压控制死区Vdead，以使互连点的电压不超过配电系统LA2的上限值并且不低于下限值。与SVR20的距离越短，死区决定部5490将电压控制死区Vdead设定得越小。
图11为表示实施方式2的控制电路540生成无功功率指令值Qr的步骤的流程图。
在步骤S101，电力变换装置50将SVR电压步幅的暂定值ΔVsvr和从变电站10至电力变换装置50的线路阻抗ZH保持于内部的存储器560。
在步骤S102，电力变换装置50取得电力变换装置50的互连点在时刻T(n)的检测电压有效值Ve(n)、检测电流有效值Ie(n)、电压目标值Vref，并保持于内部的存储器560。
在步骤S103，死区决定部5490基于连接有电力变换装置50的互连点的电压和线路阻抗ZH，通过以下方式决定电压控制死区Vdead，以使互连点的电压不偏离配电系统的电压的上限值及下限值。
通过将电力变换装置50的电压控制死区Vdead设定得小于SVR20的电压控制死区Vdead(SVR)，电力变换装置50能够在SVR20之前开始电压控制，因此能够利用电力变换装置50来抑制短周期的电压波动。
通常，SVR的电压控制死区Vdead(SVR)为基准电压VR的1％～2％，因此可以说优选为将电力变换装置的电压控制死区Vdead设定为Vdead(SVR)的0.9％以下。电压控制死区Vdead可以为固定值。可以在配电系统的电压为上限值附近或下限值附近时将电力变换装置50的电压控制死区Vdead动态变小到当前值的50％。据此，在配电系统的电压接近上限值或下限值的情况下，针对短周期的电压波动，输出更多的无功功率输出，得到使SVR工作间隔变长的效果。来自SVR20的线路阻抗ZH越大则由逆潮流功率导致的电力变换装置50的互连点的电压上升率越大，因此，优选为对于与SVR20的距离越长的电力变换装置50，将电压控制死区Vdead设定得越大。
因此，死区决定部5490将距SVR20最远的电力变换装置50的电压控制死区Vdead(R)设定为SVR20的电压控制死区Vdead(SVR)的90％。与SVR20的距离越短，则死区决定部5490将电力变换装置50的电压控制死区Vdead设定得越小。死区决定部5490将与SVR20最近的电力变换装置的电压控制死区Vdead(N)设定为最远的电力变换装置50的电压控制死区Vdead(R)的50％。
在步骤S104，电压目标值决定部5480基于电压目标值Vref和SVR电压步幅的暂定值ΔVsvr，计算电压目标值下限VrefMin及电压目标值上限VrefMax并保持于内部的存储器560。6600表示配电系统高电压。
VrefMin＝Vref－|ΔVsvr|*6600……(7)
VrefMax＝Vref+|ΔVsvr|*6600……(8)
在步骤S105，如下式所示，SVR工作检测部5410通过将时刻T(n)时的检测电压有效值Ve(n)与上次取得的时刻T(n－1)时的检测电压有效值Ve(n－1)之差分除以时间差分Δt(Δt＝T(n)－T(n－1))，来计算检测电压有效值Ve的变化率Vrate。
Vrate＝Ve(n)－Ve(n－1)/(T(n)－T(n－1))……(9)
在步骤S106，如下式所示，SVR工作检测部5410基于SVR电压步幅的下限值(ΔVsvrMin[％])和SVR抽头切换时间(ΔTtap)，求出针对配电系统的高电压6600V的电压偏差的基准值K3。如下式所示，SVR工作检测部5410基于SVR电压步幅的上限值(ΔVsvrMax[％])和SVR抽头切换时间(ΔTtap)，求出针对配电系统的高电压6600V的电压偏差的基准值K4。
K3＝|ΔVsvrMin|*6600/ΔTtap……(10)
K4＝|ΔVsvrMax|*6600/ΔTtap……(11)
SVR工作检测部5410对检测电压有效值Ve的变化率Vrate的绝对值与基准值K3及K4的大小进行比较。当K4＞|Vrate|＞K3时，处理前进至步骤S7。当不是K4＞|Vrate|＞K3时，处理前进至步骤S11。
在步骤S107，SVR工作检测部5410对K4＞|Vrate|＞|Vrate＞K3的状态是否持续5个周期的时间进行判定。在此，1个周期为将抽头切换时间除以系统频率的周期得到的值。例如，在系统频率为50Hz且SVR的抽头切换时间ΔTtap为0.1秒的情况下，将0.1秒除以系统频率的周期0.02秒得到的值为1个周期。在判定为未持续的情况下，处理前进至步骤S111。在判定为持续的情况下，处理前进至步骤S108。
在步骤S108，SVR工作检测部5410根据下式计算时刻T(n)与时刻T(n－5)时的检测电力之差分ΔP。在此，当将T(n)设为当前时刻时，将时刻T(n－5)设为5个周期前的时刻。
ΔP＝Ve(n)×Ie(n)－Ve(n－5)×Ie(n－5)……(12)
在步骤S109，SVR工作检测部5410求出基准值K5，该基准值K5表示互连点的电压产生与SVR工作时的电压步幅相当的波动所需的电量。控制电路540基于针对配电系统的高电压6600V的SVR电压步幅(ΔVsvr[％])和配电系统的高电压(6600V)以及从电力变换电路550至SVR20的配电系统电压高压换算阻抗ZH，根据下式计算基准值K5。
K5＝(ΔVsvr×6600)×6600/ZH……(13)
在检测电力之差分ΔP的绝对值小于基准值K5的情况下(S109：是)，处理前进至步骤S110，在检测电力之差分ΔP的绝对值为基准值K5以上的情况下(S109：否)，处理前进至步骤S111。在步骤S109中为否的情况下，差分ΔP被视为与配电系统的电力波动相伴的电压的阶跃波动。在步骤S109中为是的情况下，差分ΔP被视为由SVR20进行的抽头切换导致的电压的阶跃波动。
在步骤S110，在检测电压有效值Ve的变化率Vrate为负的情况下，处理前进至步骤S112，在检测电压有效值Ve的变化率Vrate为0或正的情况下，处理前进至步骤S113。
在步骤S112，电压目标值决定部5480将电压目标值下限VrefMin设定为新的电压目标值RVref。
在步骤S113，电压目标值决定部5480将电压目标值上限VrefMax设定为新的电压目标值RVref。
在步骤S111，对检测电压有效值Ve的变化率Vrate的绝对值与基准值K4的大小进行比较。在K4＞|Vrate|的情况下，处理前进至步骤S114。在K4≤|Vrate|的情况下，处理前进至步骤S117。
在步骤S114，电压目标值决定部5480维持电压目标值Vref。即，设定为RVref＝Vref。
在步骤S115，减法器5492计算电压目标值RVref与检测电压有效值Ve(n)之差分ΔVe(n)。
在步骤S116，在偏差ΔVe的绝对值超过了电压控制死区Vdead的情况下，过电压输出部5430输出|ΔVe|－Vdead，在偏差ΔVe的绝对值为电压控制死区Vdead以下的情况下，过电压输出部5430输出0[V]。在过电压输出部5430的输出为|ΔVe|－Vdead的情况下、即偏差ΔVe的绝对值超过了电压控制死区Vdead的情况下，电压控制部5440将对|ΔVe|－Vdead放大后的控制量作为无功功率指令值Qr输出到无功功率控制部5450。
在步骤S117，由于有大于SVR工作的电压波动和电力波动，无法排除系统事故的可能性，期望不输出无功功率，因此电压控制部5440将无功功率指令值Qr设定为0。
如以上那样，根据本实施方式，保持SVR工作后的电压目标值上限VrefMax、电压目标值下限VrefMin，在自主地检测到SVR已工作的情况下，基于电压目标值Vref和SVR电压步幅的暂定值ΔVsvr，快速校正SVR工作后的电压目标值。据此，能够抑制无功功率的输出。
图12的(a)为表示当在SVR20工作时未校正电压目标值Vref的情况下的配电系统的电压的仿真结果的一例的图。图12的(b)为表示当在SVR20工作时未校正电压目标值Vref的情况下输出的无功功率的仿真结果的一例的图。
如图12的(a)所示，可知在SVR20刚工作后，配电系统的电压低于Vref－Vdead。如图12的(b)所示，可知在SVR20刚工作后，输出大量无功功率。
图12的(c)为表示当在SVR20工作时校正了电压目标值Vref的情况下的配电系统的电压的仿真结果的一例的图。图12的(d)为表示当在SVR20工作时校正了电压目标值Vref的情况下输出的无功功率的仿真结果的一例的图。
如图12的(c)所示，可知在SVR20刚工作后，配电系统的电压收敛至RVref－Vdead与RVref+Vdead之间。如图12的(d)所示，SVR20刚工作后的无功功率为未校正时的1/14。
如以上那样，根据本实施方式，未接收来自中央管理装置的信息的电力变换装置通过自主地决定电压控制死区，来校正无功功率控制的电压目标值。据此，能够不输出不需要的无功功率而使配电系统的电压稳定。另外，使用通常设想的步进电压变化率的上下限值，自主地判定步进式自动电压调节器的工作。针对有可能因系统事故导致的电压波动，将无功功率指令值设为0，停止输出无功功率。据此，能够抑制由不需要的电压控制导致的配电系统的电压波动。
可以用数字电路的硬件或软件来构成实施方式1及2中说明的电力变换装置50的相应的工作。在使用软件来实现电力变换装置50的功能的情况下，电力控制器例如如图13所示具备处理器1000和存储器2000，能够设为处理器1000执行存储于存储器2000的程序。
应该认为，此次公开的实施方式在所有方面都为举例而非限制性的。本发明的范围不是通过上述说明而是通过权利要求书来示出，意图包含与权利要求书等同的意义及范围内的所有变更。

Claims (14)

1.一种电力变换系统，具备配置于配电系统的自动电压调节器和至少一个分散电源系统，其中，
所述分散电源系统包括：
分散电源；以及
电力变换装置，
所述电力变换装置具备：
电力变换电路，将所述分散电源输出的直流电力变换为交流电力而输出至所述配电系统，
电压检测部，检测所述电力变换电路与所述配电系统的互连点的电压；
电压目标值生成部，从由所述电压检测部检测出的电压的有效值中去除高频波动而生成电压目标值；
校正部，当检测到所述自动电压调节器已工作时对所述电压目标值进行校正；以及
指令部，在由所述电压检测部检测到的所述互连点的电压偏离了以所述电压目标值为基准的电压控制死区的情况下，指示所述电力变换电路以便输出与偏离的电压大小相应的无功功率。
2.根据权利要求1所述的电力变换系统，其中，
在由所述电压检测部检测到的互连点的电压的变化率的绝对值超过第1基准值且从所述电力变换电路输出的有功功率的变化量的绝对值小于第2基准值的情况下，所述校正部检测为所述自动电压调节器已工作。
3.根据权利要求2所述的电力变换系统，其中，
在由所述电压检测部检测到的互连点的电压的变化率的绝对值超过了第1基准值的状态持续规定期间且从所述电力变换电路输出的有功功率的变化量的绝对值小于第2基准值的情况下，所述校正部检测为所述自动电压调节器已工作。
4.根据权利要求2所述的电力变换系统，其中，
当检测到所述自动电压调节器已工作时，所述校正部基于所述自动电压调节器的电压步幅来校正所述电压目标值。
5.根据权利要求4所述的电力变换系统，其中，
当检测到所述自动电压调节器已工作时，所述校正部在所述互连点的电压的变化率为正的情况下，对所述电压目标值加上所述自动电压调节器的电压步幅的绝对值，在所述互连点的电压的变化率为负的情况下，从所述电压目标值中减去所述自动电压调节器的电压步幅的绝对值，由此校正所述电压目标值。
6.根据权利要求1所述的电力变换系统，其中，
所述指令部包括：
减法器，输出所述互连点的电压与所述电压目标值之偏差；
过电压输出部，在所述偏差的绝对值超过了所述电压控制死区的情况下，输出所述偏差的绝对值与所述电压控制死区之差分，在所述偏差的绝对值为所述电压控制死区以下的情况下输出零；以及
电压控制部，输出将所述过电压输出部的输出放大后的控制量作为无功功率指令值。
7.根据权利要求6所述的电力变换系统，其中，
所述电压控制死区小于所述自动电压调节器的电压控制死区宽度。
8.根据权利要求7所述的电力变换系统，其中，
具备中央管理装置，该中央管理装置管理所述配电系统的状态，
所述电力变换装置接收从所述中央管理装置传送的表示所述电压控制死区的信息。
9.根据权利要求1所述的电力变换系统，其中，
在由所述电压检测部检测到的互连点的电压的变化率的绝对值超过第1基准值且小于第2基准值、从所述电力变换电路输出的有功功率的变化量的绝对值小于第3基准值的情况下，所述校正部检测为所述自动电压调节器已工作。
10.根据权利要求9所述的电力变换系统，其中，
在由所述电压检测部检测到的互连点的电压的变化率的绝对值超过第1基准值且小于第2基准值的状态持续规定期间、从所述电力变换电路输出的有功功率的变化量的绝对值小于第3基准值的情况下，所述校正部检测为所述自动电压调节器已工作。
11.根据权利要求9所述的电力变换系统，其中，
当检测到所述自动电压调节器已工作时，所述校正部在所述互连点的电压的变化率为正的情况下，将所述电压目标值校正为电压目标值上限，在所述互连点的电压的变化率为负的情况下，将所述电压目标值校正为电压目标值下限。
12.根据权利要求11所述的电力变换系统，其中，
所述校正部基于所述电压目标值和所述自动电压调节器的电压步幅来设定所述电压目标值上限及所述电压目标值下限。
13.根据权利要求7所述的电力变换系统，其中，
所述指令部根据所述电力变换电路与所述自动电压调节器的距离来设定所述电压控制死区。
14.一种电力变换装置，为具备配置于配电系统的自动电压调节器和分散电源的电力变换系统中的电力变换装置，该电力变换装置具备：
电力变换电路，将所述分散电源输出的直流电力变换为交流电力而输出至所述配电系统；
电压检测部，检测所述电力变换电路与所述配电系统的互连点的电压；
电压目标值生成部，从由所述电压检测部检测出的电压的有效值中去除高频波动而生成电压目标值；
校正部，当检测到所述自动电压调节器已工作时，对所述电压目标值进行校正；以及
指令部，在由所述电压检测部检测到的所述互连点的电压偏离了以所述电压目标值为基准的电压控制死区的情况下，指示所述电力变换电路以便输出与偏离的电压大小相应的无功功率。
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