JP2005341754A - 電力変換装置および超電導電力貯蔵装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】相互に直列接続され電流源に接続される複数の単位変換器の出力端に接続されたコンデンサと、前記コンデンサと電源系統とを接続する変圧器と、電源系統の線間電圧を検出する電圧検出装置と、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出装置と、電源系統の電流を検出する電流検出装置と、電源系統に瞬低が発生した場合に系統電流の検出値によるフィードフォワード制御と瞬低直前のコンデンサ電圧ベクトル振幅および系統相電圧ベクトル位相をそれぞれコンデンサ電圧振幅指令値および電圧位相指令値とするコンデンサ電圧フィードバック制御を行う制御装置とを備え、電源系統の瞬低中に所要の電力を負荷に対して安定に供給する瞬低補償制御機能を有する構成とする。
【選択図】図1
Description
永井他、「多重空間ベクトル制御を適用した多重電流形変換器の開発」、平成10年、電学論D,118巻5号、pp.630〜636
(構成)
図1に本発明の第1の実施の形態の電力変換装置101の構成を示す。
負荷112は系統連系装置109を介して電源系統111に接続され、系統連系装置109と負荷112の間に電力変換装置101が接続されている。
制御装置105は、電圧検出装置106を介して電源系統111の線間電圧を検出すると共に、電圧検出装置107を介して各単位変換器102の出力端のコンデンサ103の電圧を検出する。
この結果、電力変換装置101は、電源系統111に瞬低が発生した場合、所定の時間の間、負荷112に対して安定に電力供給を継続し、瞬低補償制御を行う。
本実施の形態の電力変換装置によれば、大容量化のため複数の単位変換器102を互いに直列接続することにより、SMESコイルの直流電圧を大きく直流電流を小さくすることが可能となる。これにより従来の並列方式のSMES用電力変換器で必要であった横流抑制リアクトルと制御が不要となり、電力変換装置の寸法、重量、コストを低減することができる。また直流電流容量が低減するためSMESコイルと冷却装置の電流容量とコストを低減することができる。
本発明の第2の実施の形態を図2と図3を参照して説明する。
(構成)
図2は本実施の形態の電力変換装置201の構成を示す。
単位変換器202は、単相ブリッジの構成である。各アームは、逆阻止用のダイオード301とスイッチング素子302からなる。この単位変換器202は、一般的な単相ブリッジと汎用の素子を使用することにより低コストな電力変換器となっている。
(系統電圧、コンデンサ電圧、系統電流の検出)
制御装置205は、電圧検出装置206を介して系統電圧を検出すると共に、電圧検出装置207を介して各単位変換器202の出力端のコンデンサ203の電圧を検出する。また制御装置205は、電流検出装置208を介して、3相の系統電流を検出する。
制御装置205は、電圧検出装置206を介して検出した3相系統電圧を1次遅れフィルタに入力する。
制御装置205は、1次遅れフィルタによって得られた1次遅れ出力信号を3相2相変換し、位相が90度遅れた2相系統線間電圧信号を生成する。制御装置205はこの2相系統線間電圧信号から系統線間電圧ベクトルの位相を算出する。制御装置205は、この系統線間電圧ベクトル位相信号にπ/3[rad]を加算することにより、系統相電圧ベクトルの位相信号を生成する。そして制御装置205は、この系統相電圧ベクトルの位相信号をコンデンサ電圧ベクトル位相指令信号として使用する。
制御装置205は、検出した1段目と2段目のコンデンサ203の電圧を加算して3相の1相であるU相のコンデンサ電圧を生成する。
制御装置205は、検出した3相系統電流を1次遅れフィルタに入力し、1次遅れフィルタ出力の3相系統電流信号を用いて、3相2相変換する。
制御装置205は、3相2相変換した2相系統電流をコンデンサ電圧ベクトル位相指令信号を用いてDQ変換を行ない、DQ系統電流信号を出力する。
制御装置205は、2相系統線間電圧信号の各成分の2乗和の正の平方根を計算し、系統線間電圧ベクトル振幅信号として出力する。そして、この系統線間電圧ベクトル振幅信号がしいき値以下であれば、系統に瞬低が発生したと判断し、瞬低検出信号を出力する。
制御装置205は、電源系統111が健全な場合は各単位変換器202の上下アームを導通することにより、電流源110(SMESコイル)の電流を保持し、待機する。
もし電源系統111に瞬低が発生した場合は、制御装置205は、瞬低直前の3相コンデンサ電圧振幅指令信号とコンデンサ電圧ベクトル位相指令信号を保持し、系統電源周波数によりコンデンサ電圧ベクトル位相指令信号の位相を進める。
制御装置205は、3相コンデンサ電圧指令信号を3相2相変換し、コンデンサ電圧ベクトル位相指令信号によりDQ変換し、DQコンデンサ電圧指令信号を生成する。
制御装置205は、DQコンデンサ電圧指令信号とDQコンデンサ電圧検出信号を用いてPI制御により、コンデンサ電圧制御出力信号を生成する。
制御装置205は、系統電流のフィードフォワード制御であるDQ系統電流信号を加算することにより、高速に系統連系装置209をOFFし、電源系統111を遮断する。
この第2の実施の形態によれば、複数の単相ブリッジ回路を使用することにより、容易にSMES用電力変換装置を構成できる。この結果、低コストな電力変換装置を構築できると共に、システムの信頼性を改善することができる。また直流電流容量が低減するためSMESコイルと冷却装置の電流容量とコストを低減することができる。
本発明の第3の実施の形態を図4から図7を参照して説明する。本実施の形態は、図2に示した制御装置205に関する。
本実施の形態における制御装置205は、図4に示すように、コンデンサ電圧制御装置401と、電流指令制御装置402と、PWM制御装置403とから構成されている。
PWM制御装置403は、1段目変換器PWM制御装置701と、2段目変換器PWM制御装置702とから構成されている。1段目変換器PWM制御装置701は、PWM制御装置703と、NOT回路704と、極性反転回路705とを備えている。2段目変換器PWM制御装置702は、1段目変換器PWM制御装置701と同じ構成であるが、キャリヤ信号711の位相が1段目変換器PWM制御装置701のキャリヤ信号706に対して90度遅れている。
図4に示すように、制御装置205を構成するコンデンサ電圧制御装置401は、3相コンデンサ電圧検出値404と系統線間電圧検出信号210を入力し、コンデンサ電圧制御の結果としてコンデンサ電圧制御DQ電流指令値405を出力する。ここで、3相コンデンサ電圧検出値404は、各相を構成する2段の単位変換器202の出力端コンデンサ203の電圧を加算し算出される3相電圧である。
PWM制御装置403は、3相出力電流指令407を入力し、U相1段目単位変換器ゲート信号408、U相2段目単位変換器ゲート信号409、V相1段目単位変換器ゲート信号410、V相2段目単位変換器ゲート信号411、W相1段目単位変換器ゲート信号412、W相2段目単位変換器ゲート信号413を各単位変換器202に対して出力する。
コンデンサ電圧指令生成手段506は、コンデンサ電圧振幅指令値513とコンデンサ電圧位相指令信号515とを入力し、3相コンデンサ電圧指令値516を出力する。
2相DQ変換手段507aは2相コンデンサ電圧指令値517とコンデンサ電圧位相指令信号515とを入力しDQコンデンサ電圧指令値518を出力する。
PI制御手段509はDQコンデンサ電圧偏差520を入力し、PI(積算および積分)制御の結果として、コンデンサ電圧制御DQ電流指令値405を出力する。
2相DQ変換手段507cは、2相の系統電流検出信号を入力し、DQ変換により系統電流フィードフォワード制御DQ電流指令値406を出力する。
2相3相変換手段605は、2相電流指令610を入力し、2相3相変換を行ない瞬低補償制御用3相出力電流指令612を出力する。
上記の制御の結果、各単位変換器の出力端フィルタコンデンサ電圧を系統が瞬低する直前の電圧に制御することができる。
本制御により系統瞬低時に負荷に対して所要の電力補償を実現することが可能となる。
この第3の実施の形態の電力変換装置によれば、従来の三角波比較PWM制御を使用することができる。この結果、制御系のコストを抑制することができ、低コストな電力変換装置を提供することができる。また直流電流容量が低減するためSMESコイルと冷却装置の電流容量とコストを低減することができる。
本発明の第4の実施の形態を図8から図10を参照して説明する。本実施の形態も第3の実施の形態と同様に図2に示した制御装置205に関する。
本実施の形態における制御装置205は、図8に示すように、模擬系統電流制御装置801と、電流指令制御装置802と、PWM制御装置403から構成されている。
図8に示すように、制御装置205の模擬系統電流制御装置801は、3相コンデンサ電圧検出値404を入力し、模擬系統電流制御の結果としてPI制御出力DQ電流指令値805を出力する。ここで、3相コンデンサ電圧検出値404は、各単位変換器の出力コンデンサ電圧のうち、同種の相間のコンデンサ電圧を互いに加算した値である。
3相2相変換手段902cは、系統線間電圧検出信号210の1次遅れフィルタ出力値を入力し、2相系統線間電圧位相信号912を出力する。
加算器905は系統線間電圧位相信号913にπ/3[rad]を加算してコンデンサ電圧位相信号918を出力する。
3相2相変換手段902bは、模擬系統電源3相電圧指令値920を入力し、静止2相成分の模擬系統電源2相電圧指令値921を出力する。
減算手段909は、模擬系統電源DQ電圧922から、コンデンサDQ電圧検出値923を減算することにより、模擬系統DQ電圧924を算出する。
PI制御手段911は、模擬系統電流偏差925を入力し、PI制御の結果として、PI制御出力DQ電流指令値805を出力する。
この実施の形態の電力変換装置によれば、複数の単相ブリッジ回路を使用することにより、容易にSMES用電力変換装置を構成できる。この結果、低コストな電力変換装置を構築できると共に、システムの信頼性を改善することができる。また直流電流容量が低減するためSMESコイルと冷却装置の電流容量とコストを低減することができる。
Claims (5)
- 相互に直列接続され電流源に接続される複数の単位変換器と、前記単位変換器の出力端に接続されたコンデンサと、前記コンデンサと電源系統とを接続する変圧器と、電源系統の線間電圧を検出する電圧検出装置と、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出装置と、電源系統の電流を検出する電流検出装置と、電源系統に瞬低が発生したことを検出した場合に系統電流の検出値によるフィードフォワード制御と瞬低直前のコンデンサ電圧ベクトル振幅および系統相電圧ベクトル位相をそれぞれコンデンサ電圧振幅指令値およびコンデンサ電圧位相指令値とするコンデンサ電圧フィードバック制御を行う制御装置とを備え、電源系統の瞬低中に所定の時間の間、前記電流源の直流を交流に変換して所要の電力を負荷に対して安定に供給する瞬低補償制御機能を有することを特徴とする電力変換装置。
- 前記単位変換器は単相ブリッジ回路により構成されていることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
- 前記制御装置はコンデンサ電圧制御と三角波比較PWM制御を行うことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。
- 前記制御装置は模擬系統電流制御と三角波比較PWM制御を行うことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。
- 請求項1記載の電力変換装置と、前記電流源としてのSMESコイルとを備えていることを特徴とする超電導電力貯蔵装置。
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