JP2006033960A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電力系統1と負荷装置2の間に交流側で並列接続され、直流側でSMES3に並列接続され、系統に瞬低が発生した場合に、電力系統を遮断してSMESから負荷装置に電力を供給する電力変換装置であって、制御装置15は系統電圧検出器17の検出する系統電圧に基づいて電力系統の瞬低発生を判別し、瞬低発生時に単位変換器11と系統連系スイッチ14とを制御し、SMES3から負荷装置2に電力を供給する構成にした。
【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.630〜629。
前記瞬低検出装置が瞬低検出信号を出力しない場合には、前記コンデンサ電圧振幅制御部は、前記コンデンサ電圧振幅信号をコンデンサ電圧振幅指令信号として出力し、今回入力したコンデンサ電圧振幅信号により前回のコンデンサ電圧振幅信号を更新して保存し、前記1次遅れ要素は、前記コンデンサ電圧振幅指令信号を入力し、コンデンサ電圧振幅指令信号の一次遅れ出力を出力し、前記コンデンサ電圧位相検出部は、前記2相コンデンサ電圧信号を入力してコンデンサ電圧の位相を算出し、コンデンサ電圧位相信号として出力し、前記コンデンサ電圧位相制御部は、前記瞬低検出装置の出力信号とコンデンサ電圧位相信号と入力し、今回入力したコンデンサ電圧位相信号をコンデンサ電圧位相指令信号として出力し、かつ今回のコンデンサ電圧位相信号により前回のコンデンサ電圧位相信号を更新して保存し、
前記瞬低検出装置が瞬低検出信号を出力する場合には、前記コンデンサ電圧振幅制御部は保存しておいたコンデンサ電圧振幅信号を読み込み、コンデンサ電圧振幅指令信号として出力し、前記コンデンサ電圧位相制御部は、保存しておいたコンデンサ電圧位相信号を読み込み、これを位相の初期値として、所定の周波数に基づき制御位相を算出し、コンデンサ電圧位相指令信号として出力し、前記コンデンサ電圧指令生成部は、入力したコンデンサ電圧振幅指令信号の一次遅れ出力とコンデンサ電圧位相指令信号を入力し、互いに120°の位相差を有する3相コンデンサ電圧指令信号を算出して出力し、前記第2の3相/2相変換部は、前記3相コンデンサ電圧指令信号を入力し、3相/2相変換により2相コンデンサ電圧指令信号を算出して出力し、前記2相/DQ変換部は、前記2相コンデンサ電圧指令信号とコンデンサ電圧位相指令信号を入力し、2相/DQ変換によりDQコンデンサ電圧指令信号を算出して出力し、前記2相/DQ変換部は、前記2相コンデンサ電圧信号とコンデンサ電圧位相指令信号を入力し、DQコンデンサ電圧検出信号をフィードバック値として算出して出力し、前記減算部は、前記DQコンデンサ電圧指令信号からDQコンデンサ電圧検出信号を減算してDQコンデンサ電圧偏差信号として出力し、前記PI制御部は、前記DQコンデンサ電圧偏差信号がゼロになるようにコンデンサ電圧を制御する操作量として、PI制御出力DQ電流指令信号を出力することを特徴とするものである。
2 負荷装置
3 超電導コイル(SMES)
10 電力変換装置
11 単位変換器
12 フィルタ・コンデンサ
13 連系変圧器
14 系統連系スイッチ
15 制御装置
16 電圧検出器
17 電圧検出器
18 電流検出器
24 ダイオード
25 スイッチング素子
26 3相フィルタ・コンデンサ電圧算出部
27 コンデンサ電圧制御装置
28 フィードフォワード制御装置
29 電流指令制御装置
30 瞬低検出装置
31 交流サイリスタ制御回路
32 PWM制御装置(1段目単位変換器用)
33 PWM制御装置(2段目単位変換器用)
34 PWM制御装置(3段目単位変換器用)
47 3相/2相変換部
48 コンデンサ電圧振幅検出部
49 コンデンサ電圧振幅制御部
50 コンデンサ電圧位相検出部
51 コンデンサ電圧位相制御部
52 コンデンサ電圧指令生成部
53 3相/2相変換部
54 2相/DQ変換部
55 2相/DQ変換部
56 減算部
57 PI制御部
68 3相/2相変換部
69 2相/DQ変換部
70 ゲイン掛算部
75 加算部
76 リミッタ部
77 ベクトル・リミット部
78 最小ONパルス幅制御部
79 DQ/2相変換部
80 2相/3相変換部
86 3相/2相変換部
87 電流指令位相検出部
88 PWM制御部
89 のこぎり波発生部
90 パルス発生部
91 乗算部
97 スナバ回路
98 直流短絡回路
99 直流電流検出器
100 3相/2相変換部
101 系統電圧振幅算出部
102 瞬低検出部
106 直流電流状態検出部
111 直流短絡回路制御装置
113 一次遅れ要素
115 ダイオードブリッジ回路
116 平滑コンデンサ
117 オペアンプ
118 系統電圧検出値
119 瞬低検出レベル
Claims (11)
- 電力系統と負荷装置の間に交流側で並列接続され、直流側でSMESに並列接続され、系統に瞬低が発生した場合に、電力系統を遮断して前記SMESから負荷装置に電力を供給する電力変換装置であって、
1組又は互いに直列多重接続された複数組の単位変換器と、各単位変換器の3相出力端子に接続されるフィルタ・コンデンサと、各単位変換器の3相出力端子を接続し系統に連系する系統連系変圧器と、前記電力系統に前記負荷装置と当該電力変換装置を接続するための系統連系スイッチと、前記電力系統の系統電圧を検出する系統電圧検出器と、前記電力系統の系統電流を検出する系統電流検出器と、前記系統電圧検出器の検出する系統電圧に基づいて前記電力系統の瞬低発生を判別し、瞬低発生時に前記単位変換器と系統連系スイッチとを制御し、前記SMESから負荷装置に電力を供給させる制御装置とを備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 前記単位変換器は、ダイオードと逆導通形スイッチング素子を直列接続したアームを用いて構成した3相ブリッジ型であることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記系統連系変圧器は、前記単位変換器1台当たり3組の単相変圧器を用いて3相変圧器を構成し、前記単位変換器側ではY結線し、配電系統側では次段の単位変換器用連系変圧器と直列多重接続して配電系統側全体をY結線の構成としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。
- 前記制御装置は、前記フィルタ・コンデンサの電圧を算出する3相フィルタ・コンデンサ電圧算出部と、当該算出された3相フィルタ・コンデンサ電圧に基づいて前記フィルタ・コンデンサの電圧を制御するコンデンサ電圧制御装置と、前記系統電流検出器の検出する系統電流に基づきフィードフォワード制御信号を算出するフィードフォワード制御装置と、当該フィードフォワード制御信号に基づいて出力電流指令を算出する電流指令制御装置と、前記系統電圧検出器の検出する系統電圧に基づいて瞬低を判定する瞬低検出装置と、当該瞬低検出装置の瞬低検出信号を入力し、前記系統連系スイッチをオフさせる交流サイリスタ制御回路と、前記単位変換器をPWM制御するPWM制御装置とを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記瞬低検出装置は、前記系統電圧検出器により検出した3相の系統電圧信号を入力し、3相/2相変換により2相系統電圧信号を出力する3相/2相変換部と、当該3相/2相変換部の出力する2相系統電圧信号に基づいて系統電圧振幅信号を出力する系統電圧振幅算出部と、前記系統電圧振幅算出部の出力する系統電圧振幅信号を瞬低検出しきい値と比較し、系統電圧振幅信号が瞬低検出しきい値より大きい場合は瞬低が発生していないと判断する瞬低信号を出力し、前記系統電圧振幅信号が瞬低検出しきい値以下の場合は電力系統に瞬低が発生したと判断する瞬低信号を出力する瞬低検出部とを有することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。
- 前記コンデンサ電圧制御装置は、3相/2相変換によって2相コンデンサ電圧信号を出力する第1の3相/2相変換部と、この2相コンデンサ電圧信号を入力してコンデンサ電圧振幅を算出し、コンデンサ電圧振幅信号を出力するコンデンサ電圧振幅検出部と、前記瞬低検出装置の出力信号とコンデンサ電圧振幅信号を入力し、当該コンデンサ電圧振幅信号をコンデンサ電圧振幅指令信号として出力するコンデンサ電圧振幅制御部と、前記コンデンサ電圧振幅指令信号を入力し、コンデンサ電圧振幅指令信号の一次遅れ出力を出力する一次遅れ要素と、前記2相コンデンサ電圧信号を入力してコンデンサ電圧の位相を算出し、コンデンサ電圧位相信号として出力するコンデンサ電圧位相検出部と、前記瞬低検出装置の出力信号とコンデンサ電圧位相信号と入力するコンデンサ電圧位相制御部と、コンデンサ電圧指令生成部と、第2の3相/2相変換部と、2相/DQ変換部と、2相/DQ変換部と、減算部と、PI制御部とを備え、
前記瞬低検出装置が瞬低検出信号を出力しない場合、
前記コンデンサ電圧振幅制御部は、前記コンデンサ電圧振幅信号をコンデンサ電圧振幅指令信号として出力し、今回入力したコンデンサ電圧振幅信号により前回のコンデンサ電圧振幅信号を更新して保存し、
前記1次遅れ要素は、前記コンデンサ電圧振幅指令信号を入力し、コンデンサ電圧振幅指令信号の一次遅れ出力を出力し、
前記コンデンサ電圧位相検出部は、前記2相コンデンサ電圧信号を入力してコンデンサ電圧の位相を算出し、コンデンサ電圧位相信号として出力し、
前記コンデンサ電圧位相制御部は、前記瞬低検出装置の出力信号とコンデンサ電圧位相信号と入力し、今回入力したコンデンサ電圧位相信号をコンデンサ電圧位相指令信号として出力し、かつ今回のコンデンサ電圧位相信号により前回のコンデンサ電圧位相信号を更新して保存し、
前記瞬低検出装置が瞬低検出信号を出力する場合、
前記コンデンサ電圧振幅制御部は保存しておいたコンデンサ電圧振幅信号を読み込み、コンデンサ電圧振幅指令信号として出力し、
前記コンデンサ電圧位相制御部は、保存しておいたコンデンサ電圧位相信号を読み込み、これを位相の初期値として、所定の周波数に基づき制御位相を算出し、コンデンサ電圧位相指令信号として出力し、
前記コンデンサ電圧指令生成部は、入力したコンデンサ電圧振幅指令信号の一次遅れ出力とコンデンサ電圧位相指令信号を入力し、互いに120°の位相差を有する3相コンデンサ電圧指令信号を算出して出力し、
前記第2の3相/2相変換部は、前記3相コンデンサ電圧指令信号を入力し、3相/2相変換により2相コンデンサ電圧指令信号を算出して出力し、
前記2相/DQ変換部は、前記2相コンデンサ電圧指令信号とコンデンサ電圧位相指令信号を入力し、2相/DQ変換によりDQコンデンサ電圧指令信号を算出して出力し、
前記2相/DQ変換部は、前記2相コンデンサ電圧信号とコンデンサ電圧位相指令信号を入力し、DQコンデンサ電圧検出信号をフィードバック値として算出して出力し、
前記減算部は、前記DQコンデンサ電圧指令信号からDQコンデンサ電圧検出信号を減算してDQコンデンサ電圧偏差信号として出力し、
前記PI制御部は、前記DQコンデンサ電圧偏差信号がゼロになるようにコンデンサ電圧を制御する操作量として、PI制御出力DQ電流指令信号を出力することを特徴とする請求項4又は5に記載の電力変換装置。 - 前記フィードフォワード制御装置は、前記系統電流検出器により検出した系統電流検出信号を入力し、3相/2相変換により、2相系統電流信号を算出して出力する3相/2相変換部と、前記コンデンサ電圧位相指令信号と2相系統電流信号を入力し、2相/DQ変換を行ってDQ系統電流信号を出力する2相/DQ変換部と、前記DQ系統電流信号のD軸信号を前記コンデンサ電流補償信号と加算してD軸電流信号に変換する加算部と、前記D軸電流信号と前記DQ系統電流信号のQ軸信号とに対して所定のゲインを掛けフィードフォワード制御信号を出力するゲイン掛算部とを有することを特徴とする請求項6に記載の電力変換装置。
- 前記電流指令制御装置は、前記PI制御出力DQ電流指令信号とフィードフォワード制御信号を加算してDQ電流指令信号を出力する加算部と、前記DQ電流指令信号を入力してリミット値と比較し、当該入力がリミット値を超えた場合はリミット値を、そうでなければ入力値をDQ電流指令リミット信号として出力するリミッタ部と、前記DQ電流指令リミット信号を入力し、入力に基づいて算出される電流指令値の振幅がベクトル・リミット値を越えた場合はベクトル・リミット値で入力を除算した値を出力とし、そうでない場合は当該入力をDQ電流指令ベクトル・リミット信号として出力するベクトル・リミット部と、前記DQ電流指令ベクトル・リミット信号を入力し、PWM制御によりスイッチング素子の最小ONパルス幅以下のPWMパルスを発生させないように、入力したDQ電流指令ベクトル・リミット信号に対して所定の数値を乗算してDQ電流指令最小ONパルス幅制御信号を出力する最小ONパルス幅制御部と、前記コンデンサ電圧位相指令信号とDQ電流指令最小ONパルス幅制御信号を入力し、DQ/2相変換により2相電流指令信号を算出して出力するDQ/2相変換部と、前記2相電流指令信号を2相/3相変換して3相電流指令信号を算出し出力する2相/3相変換部とを有することを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記単位変換器は、抵抗とコンデンサを並列接続し、この回路とダイオードを直列接続したスナバ回路を各アームに並列接続したことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記SMESの直流端子間にダイオードとスイッチング素子を直列接続した構成の直流短絡回路と、前記SMESの直流電流を検出する直流電流検出器とを備え、
前記制御装置は、待機中は前記直流電流検出器により検出した直流電流検出値が直流電流の最小値以下の場合は、全単位変換器のスイッチング素子をON状態に制御し、所定の時間の後に前記直流短絡回路のスイッチング素子をOFF状態に制御することによって前記SMESを充電し、前記直流電流検出値が直流電流の最大値以上になった場合は前記直流短絡回路のスイッチング素子をON状態に制御し、所定の時間の後に全単位変換器の全スイッチング素子をOFF状態に制御することによって前記直流短絡回路により直流電流を保持するパルス充電制御を行なうことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記瞬低検出装置は、前記系統電圧検出信号を入力して整流し、直流電圧を出力するダイオードブリッジ回路と、整流出力された直流電圧を平滑し、系統電圧検出値として出力するする平滑コンデンサと、非反転入力から系統電圧検出値を入力し、反転入力から瞬低検出レベルを入力し、非反転入力の値が反転入力の値より大きい場合は瞬低検出信号として正の電圧を出力し、非反転入力の値が反転入力の値より小さい場合は瞬低なしとしてゼロ電圧を出力するオペアンプとを有することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の電力変換装置。
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