JP2007280358A - Self-excited reactive power compensation apparatus, capacitor voltage control method for self-excited reactive power compensation apparatus, power storage apparatus, and power storage apparatus control method - Google Patents

Self-excited reactive power compensation apparatus, capacitor voltage control method for self-excited reactive power compensation apparatus, power storage apparatus, and power storage apparatus control method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a self-excited reactive power compensation apparatus comprising a plurality of single phase power converters cascaded on an AC side, and a capacitor voltage control method therefor that can stably control DC voltage values of capacitors connected to a DC side of the single phase power converters, respectively. <P>SOLUTION: The self-excited reactive power compensation apparatus 1 comprises an arithmetic means 11 for calculating a DC voltage average of all the capacitors disposed on the DC side of the single phase power converters, a first DC capacitor voltage control means 12 for generating a first switching command value for matching the DC voltage average to a command value, and second DC capacitor voltage control means 13-1 to 13-3 each for generating a second switching command value for matching the respective DC voltage value to the DC voltage average. Switching control in each single phase power converter based on the first switching command value and second switching command value controls the respective capacitor voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の単相電力変換器の交流側が互いにカスケード接続されて構成され、各単相電力変換器の直流側にそれぞれ接続されたコンデンサを直流電圧源として用いて無効電力を生成する自励式無効電力補償装置、およびこの自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法、ならびに電力の短周期変動を平準化する電力蓄積装置および電力蓄積装置制御方法に関する。   The present invention is configured such that the AC sides of a plurality of single-phase power converters are cascade-connected to each other, and a capacitor connected to the DC side of each single-phase power converter is used as a DC voltage source to generate reactive power. The present invention relates to an excited reactive power compensator, a capacitor voltage control method in the self-excited reactive power compensator, and a power storage device and a power storage device control method for leveling short-period fluctuations in power.

誘導性負荷が多く接続された配電系統では遅れ力率となるので、配電系統には無効電力が流れ、系統電圧が不安定となる。また、将来的には様々な形で分散型電源の導入が積極的に進められていくことが予想され、これに伴う配電系統の電圧変動も大きな問題となり得る。これに対し、配電系統の安定度向上および力率改善の対策として、無効電力補償装置が提案されている。このうち、自励式無効電力補償装置(STATCOM)は、遅相から真相までの連続的な無効電力制御が可能であり、なおかつ高調波を発生しにくいという利点を有する。   In a distribution system connected with a lot of inductive loads, a delay power factor results, so that reactive power flows through the distribution system and the system voltage becomes unstable. In addition, it is expected that the introduction of distributed power sources will be actively promoted in various forms in the future, and voltage fluctuations in the distribution system accompanying this can be a major problem. On the other hand, a reactive power compensator has been proposed as a measure for improving the stability and power factor of the distribution system. Of these, the self-excited reactive power compensator (STATCOM) has the advantage that continuous reactive power control from the slow phase to the true phase is possible and that harmonics are not easily generated.

自励式無効電力補償装置は、その交流側に接続されるリアクトルと、例えば単相フルブリッジ(全波)電圧型PWMコンバータなどのような単相電力変換器と、を備えてなる。この単相電力変換器の直流側にはコンデンサが接続されており、自励式無効電力補償装置では、このコンデンサを直流電圧源として用いて無効電力を発生する。   The self-excited reactive power compensator includes a reactor connected to the AC side thereof and a single-phase power converter such as a single-phase full-bridge (full-wave) voltage type PWM converter. A capacitor is connected to the DC side of the single-phase power converter, and the self-excited reactive power compensator uses this capacitor as a DC voltage source to generate reactive power.

商用周波数変圧器(50/60Hz)を介して自励式無効電力補償装置を配電系統(例えば6.6kV系統)に接続する場合、自励式無効電力補償装置に接続される商用周波数変圧器の重量および体積は大きくならざるを得ない。特に、配電系統用の自励式無効電力補償装置は、柱上設置されることから小型軽量化が要求されている。このような事情から、商用周波数変圧器を使用する必要のない、トランスレスの自励式無効電力補償装置の開発が特に望まれている。   When the self-excited reactive power compensator is connected to a distribution system (for example, 6.6 kV system) via a commercial frequency transformer (50/60 Hz), the weight of the commercial frequency transformer connected to the self-excited reactive power compensator and The volume must be large. In particular, a self-excited reactive power compensator for a distribution system is required to be reduced in size and weight because it is installed on a pillar. Under such circumstances, development of a transformerless self-excited reactive power compensator that does not require the use of a commercial frequency transformer is particularly desired.

トランスレスの自励式無効電力補償装置として、単相電力変換器(例えば単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータ)を複数台カスケード接続(縦続接続)して構成されたもの(以下、単に「カスケード接続型の自励式無効電力補償装置」と称する。)がある(例えば、非特許文献1参照)。図15は、一般的なカスケード接続型(Y結線)の三相自励式無効電力補償装置を例示する回路構成図である。   As a transformerless self-excited reactive power compensator, a single-phase power converter (for example, a single-phase full-bridge voltage type PWM converter) is configured by cascading (cascading) a plurality of units (hereinafter simply referred to as “cascade connection type”). (Refer to non-patent document 1, for example). FIG. 15 is a circuit configuration diagram illustrating a general cascade connection type (Y connection) three-phase self-excited reactive power compensator.

カスケード接続型の自励式無効電力補償装置101は、1相あたりN台(ここで、Nは例えば2以上の自然数)の単相電力変換器(例えば単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータ)がその交流側において直列接続されるようにして構成されたものであり、多レベル電圧出力が可能である。三相交流系統にトランスレスで直結されるカスケード接続型の自励式無効電力補償装置101は、その交流側にリアクトルLacが接続され、合計N×3台の単相電力変換器を備えてなる。以下、単相電力変換器およびこれに接続されるコンデンサからなるユニットの「1相あたりの台数」を、「段数」と称する。単相電力変換器の段数が多いほど、自励式無効電力補償装置の交流側の相電圧および線間電圧のレベル数は多くなるので、高調波電流を抑制できる。 The cascade-connected self-excited reactive power compensator 101 includes N single-phase power converters (for example, a single-phase full-bridge voltage type PWM converter) of N units per phase (where N is a natural number of 2 or more, for example). It is configured to be connected in series on the side, and multi-level voltage output is possible. A cascade-connected self-excited reactive power compensator 101 that is directly connected to a three-phase AC system without a transformer is connected to a reactor L ac on the AC side and includes a total of N × 3 single-phase power converters. . Hereinafter, the “number of units per phase” of a unit including a single-phase power converter and a capacitor connected to the single-phase power converter is referred to as “the number of stages”. As the number of single-phase power converters increases, the number of levels of the phase voltage and the line voltage on the AC side of the self-excited reactive power compensator increases, so that harmonic current can be suppressed.

自励式無効電力補償装置は、接続された配電系統に対して、理想的には、有効電力ではなく無効電力のみを出し入れするので、コンデンサに蓄えられた有効電力が放電してしまうことはない。しかしながら、実際の自励式無効電力補償装置では、単相電力変換器内のスイッチング損失や導通損失等により、コンデンサに蓄えられた有効電力は徐々に減少し、直流コンデンサ電圧は低下する。コンデンサが充電電圧不足に陥ると、自励式無効電力補償装置は無効電力を安定して発生することができなくなる。   Since the self-excited reactive power compensator ideally inputs / outputs only reactive power, not active power, to / from the connected distribution system, the active power stored in the capacitor is not discharged. However, in an actual self-excited reactive power compensator, the active power stored in the capacitor gradually decreases and the DC capacitor voltage decreases due to switching loss and conduction loss in the single-phase power converter. If the capacitor falls short of the charging voltage, the self-excited reactive power compensator cannot stably generate reactive power.

そこで、実際の自励式無効電力補償装置では、単相電力変換器における損失分に相当する有効電力を交流系統側から適宜取り込んでコンデンサに充電することにより、コンデンサが所定の直流電圧値を維持できるようにしている。   Therefore, in the actual self-excited reactive power compensator, the capacitor can maintain a predetermined DC voltage value by appropriately taking in the active power corresponding to the loss in the single-phase power converter from the AC system side and charging the capacitor. I am doing so.

また、大容量のモータを駆動するモータドライブとして、直流側にバッテリを有する単相電力変換器(例えば単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータ)を複数台カスケード接続(縦続接続)して構成されたものがある(例えば、非特許文献2参照)。このモータドライブはモータにトランスレスで直結される。   In addition, a motor drive that drives a large-capacity motor is configured by cascading (cascading) a plurality of single-phase power converters (for example, a single-phase full-bridge voltage type PWM converter) having a battery on the DC side. (See, for example, Non-Patent Document 2). This motor drive is directly connected to the motor without a transformer.

J.S.ライ(J.S. Lai)、F.Z.ペン (F.Z. Peng)著、「マルチレベルコンバータ − 新しいタイプの電力変換器(Multilevel Converters − A New Breed of Power Converters)」、1996年、米国電気電子学会産業応用部門論文誌(IEEE Transactions on Industry Applications)、Vol.32、No.3、p.509−517J. et al. S. Lai, J.S. Z. FZ Peng, "Multilevel Converters-A New Type of Power Converters", 1996, Transactions of the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Transactions on (Industry Applications), Vol. 32, no. 3, p. 509-517 L.M.トルバート(L.M. Tolbert)、F.Z.ペン (F.Z. Peng)、T.G.ハベトラー(T.G. Habetler)著、「大容量電気ドライブのためのマルチレベルコンバータ(Multilevel Converters for Large Electric Drives)」、1999年、米国電気電子学会産業応用部門論文誌(IEEE Transactions on Industry Applications)、Vol.35、No.1、p.36−44L. M.M. LM Tolbert, F.M. Z. Pen (FZ Peng), T.W. G. TG Habettler, “Multilevel Converters for Large Electric Drives”, 1999, Transactions of Industrialization of the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Vol. 35, no. 1, p. 36-44

カスケード接続型の自励式無効電力補償装置もしくは電力蓄積装置においては、多数存在するコンデンサもしくは電力蓄積素子の全てについて均一の直流電圧値に維持するのは難しい。単相電力変換器におけるスイッチング損失や導通損失は、各単相電力変換器で異なることから、一括制御することもできない。また、配電系統に外乱が発生した際の過渡時においては、コンデンサもしくは電力蓄積素子の直流電圧値を安定に制御することは非常に困難である。各コンデンサもしくは電力蓄積素子の直流電圧値が不均一になると、自励式無効電力補償装置もしくは電力蓄積装置の交流側の電圧に歪みが発生し、当該自励式無効電力補償装置もしくは電力蓄積装置が接続された系統には高調波電流が増加してしまう。また、単相電力変換器内の半導体スイッチング素子に印加される電圧が変化するため、半導体スイッチング素子に絶縁破壊が生じやすくなる。   In a cascade-connected self-excited reactive power compensator or power storage device, it is difficult to maintain a uniform DC voltage value for all of a large number of capacitors or power storage elements. Since the switching loss and conduction loss in the single-phase power converter are different in each single-phase power converter, they cannot be controlled collectively. In addition, it is very difficult to stably control the DC voltage value of the capacitor or the power storage element in a transient state when a disturbance occurs in the distribution system. If the DC voltage value of each capacitor or power storage element becomes non-uniform, distortion occurs in the voltage on the AC side of the self-excited reactive power compensator or power storage device, and the self-excited reactive power compensator or power storage device is connected. Harmonic current increases in the connected system. In addition, since the voltage applied to the semiconductor switching element in the single-phase power converter changes, dielectric breakdown is likely to occur in the semiconductor switching element.

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、複数の単相電力変換器の交流側が互いにカスケード接続されて構成される自励式無効電力補償装置もしくは電力蓄積装置の、各単相電力変換器の直流側にそれぞれ接続されたコンデンサもしくは電力蓄積素子の直流電圧値を、定常時のみならず過渡時においても安定にかつ確実に制御することができる自励式無効電力補償装置およびこの自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法ならびに電力蓄積装置および電力蓄積装置制御方法を提供することにある。   Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a direct current of each single-phase power converter of a self-excited reactive power compensator or a power storage device configured by cascading the AC sides of a plurality of single-phase power converters. Self-excited reactive power compensator capable of stably and reliably controlling the DC voltage value of a capacitor or a power storage element connected to each side in a steady state as well as a transient state, and this self-excited reactive power compensator A capacitor voltage control method, a power storage device, and a power storage device control method are provided.

上記目的を実現するために、本発明の第1の態様においては、複数の単相電力変換器の交流側が互いにカスケード接続されて構成される自励式無効電力補償装置の、無効電力を生成するのに用いられる直流電圧源として各単相電力変換器の直流側に設けられる全コンデンサの直流電圧値の総和をとって直流電圧平均値を算出し、この直流電圧平均値が所定の指令値と一致し、なおかつ各直流電圧値が直流電圧平均値と一致するよう、各単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することで、各コンデンサの直流電圧値を制御する。   In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, reactive power is generated in a self-excited reactive power compensator configured by cascading AC sides of a plurality of single-phase power converters. The DC voltage average value is calculated by taking the sum of the DC voltage values of all capacitors provided on the DC side of each single-phase power converter as the DC voltage source used for the DC power source, and this DC voltage average value is equal to the predetermined command value. In addition, the DC voltage value of each capacitor is controlled by switching the semiconductor switching element in each single-phase power converter so that each DC voltage value matches the DC voltage average value.

すなわち、本発明の第1の態様による自励式無効電力補償装置は、各単相電力変換器の直流側に設けられる全てのコンデンサの直流電圧値の総和をとって直流電圧平均値を算出する演算手段と、直流電圧平均値を所定の指令値に一致させるための第1のスイッチング指令値を生成する第1の直流コンデンサ電圧制御手段と、各直流電圧値を直流電圧平均値に一致させるための第2のスイッチング指令値を、各単相電力変換器別に生成する第2の直流コンデンサ電圧制御手段と、を備え、第1のスイッチング指令値と第2のスイッチング指令値とを用いて各単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、各コンデンサの直流電圧値を制御する。   That is, the self-excited reactive power compensator according to the first aspect of the present invention calculates the DC voltage average value by taking the sum of DC voltage values of all capacitors provided on the DC side of each single-phase power converter. Means, first DC capacitor voltage control means for generating a first switching command value for matching the DC voltage average value to a predetermined command value, and for matching each DC voltage value to the DC voltage average value Second DC capacitor voltage control means for generating a second switching command value for each single-phase power converter, and each single-phase using the first switching command value and the second switching command value The DC voltage value of each capacitor is controlled by switching control of the semiconductor switching element in the power converter.

特に、交流側がカスケード接続された単相電力変換器の組を三相分備えて三相交流系統にトランスレスで直結される自励式無効電力補償装置において、上記第1の直流コンデンサ電圧制御手段は、所定の指令値と演算手段が各相別に算出した直流電圧平均値との差と、自励式無効電力補償装置の交流側の三相電流値をdq座標変換して算出されるd軸電流値と、を用いて、各相別の第1のスイッチング指令値を生成するのが好ましい。   In particular, in the self-excited reactive power compensator provided with a three-phase set of single-phase power converters in which the AC side is cascade-connected and directly connected to a three-phase AC system without a transformer, the first DC capacitor voltage control means includes: The d-axis current value calculated by dq coordinate conversion of the difference between the predetermined command value and the DC voltage average value calculated for each phase by the calculation means and the three-phase current value on the AC side of the self-excited reactive power compensator The first switching command value for each phase is preferably generated using

また、本発明の第2の態様においては、複数の単相電力変換器の交流側が互いにカスケード接続されて構成される電力蓄積装置の、交流側に電力を供給するのに用いられる直流電圧源として各単相電力変換器の直流側にそれぞれ設けられる電力蓄積素子の直流電圧値の総和をとって直流電圧平均値を算出し、この直流電圧平均値が所定の指令値と一致し、なおかつ各直流電圧値が直流電圧平均値と一致するよう、各単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することで、各電力蓄積素子の直流電圧値を制御する。   Further, in the second aspect of the present invention, as a DC voltage source used to supply power to the AC side of a power storage device configured by cascade-connecting AC sides of a plurality of single-phase power converters. The DC voltage average value is calculated by taking the sum of the DC voltage values of the power storage elements provided on the DC side of each single-phase power converter, and this DC voltage average value matches the predetermined command value, and each DC The DC voltage value of each power storage element is controlled by switching the semiconductor switching element in each single-phase power converter so that the voltage value matches the DC voltage average value.

すなわち、本発明の第2の態様による電力蓄積装置は、各単相電力変換器の直流側にそれぞれ接続された全ての電力蓄積素子の直流電圧値の総和をとって直流電圧平均値を算出する演算手段と、直流電圧平均値を所定の指令値に一致させるための第1のスイッチング指令値を生成する第1の電力蓄積素子電圧制御手段と、各直流電圧値を直流電圧平均値に一致させるための第2のスイッチング指令値を、各単相電力変換器別に生成する第2の電力蓄積素子電圧制御手段と、を備え、第1のスイッチング指令値と第2のスイッチング指令値とを用いて各単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、各電力蓄積素子の直流電圧値を制御する。   That is, the power storage device according to the second aspect of the present invention calculates the DC voltage average value by taking the sum of the DC voltage values of all the power storage elements connected to the DC side of each single-phase power converter. Arithmetic means, first power storage element voltage control means for generating a first switching command value for making the DC voltage average value coincide with a predetermined command value, and making each DC voltage value coincide with the DC voltage average value Second power storage element voltage control means for generating a second switching command value for each single-phase power converter, and using the first switching command value and the second switching command value By switching control of the semiconductor switching element in each single-phase power converter, the DC voltage value of each power storage element is controlled.

特に、本発明の第2の態様による電力蓄積装置は、電力蓄積装置の交流側の各相電流と同位相を有する第3のスイッチング指令値を生成する有効電力制御手段をさらに備えるのが好ましく、第1のスイッチング指令値、第2のスイッチング指令値および第3のスイッチング指令値を用いて各単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、電力蓄積装置の交流側に供給すべき電力を制御しながら各電力蓄積素子の直流電圧値を制御する。   In particular, the power storage device according to the second aspect of the present invention preferably further includes active power control means for generating a third switching command value having the same phase as each phase current on the AC side of the power storage device, By supplying switching control to the semiconductor switching element in each single-phase power converter using the first switching command value, the second switching command value, and the third switching command value, the power is supplied to the AC side of the power storage device. The DC voltage value of each power storage element is controlled while controlling the power.

本発明によれば、複数の単相電力変換器の交流側が互いにカスケード接続されて構成される自励式無効電力補償装置もしくは電力蓄積装置の、各単相電力変換器の直流側にそれぞれ接続されたコンデンサもしくは電力蓄積素子の直流電圧値を、定常時のみならず過渡時においても安定かつ確実に制御することができ、無効電力出力もしくは有効電力出力についても安定に制御することができる。   According to the present invention, the AC sides of a plurality of single-phase power converters are connected to the DC side of each single-phase power converter of a self-excited reactive power compensator or power storage device configured by cascading each other. The DC voltage value of the capacitor or the power storage element can be stably and reliably controlled not only in the steady state but also in the transient state, and the reactive power output or the active power output can be stably controlled.

図1は、本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、直流コンデンサ電圧制御ブロックを示す原理ブロック図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。また、図2は、本発明の第1の実施例における自励式無効電力補償装置における、システム全体の概略ブロック図である。各コンデンサの直流電圧値VDu1,VDu2,VDu3,VDv1,VDv2,VDv3,VDw1,VDw2およびVDw3は、直流電圧検出器30によって検出される。また、図3は、本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、無効電力制御ブロックおよび直流コンデンサ制御ブロックからなる制御部を示すブロック図である。この図3に示す制御部は、図2において参照符号2で示されるDSPとして構成される。また、図4は、本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、単相電力変換器の回路構成を示す回路図である。この図4には、図2において参照符号4で示されるブロックである「単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータ、コンデンサおよびリアクトル」の具体的な回路構成が示されている。 FIG. 1 is a principle block diagram showing a DC capacitor voltage control block in a self-excited reactive power compensator according to a first embodiment of the present invention. Hereinafter, components having the same reference numerals in different drawings mean components having the same functions. FIG. 2 is a schematic block diagram of the entire system in the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention. The DC voltage values V Du1 , V Du2 , V Du3 , V Dv1 , V Dv2 , V Dv3 , V Dw1 , V Dw2 and V Dw3 of each capacitor are detected by the DC voltage detector 30. FIG. 3 is a block diagram showing a control unit including a reactive power control block and a DC capacitor control block in the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention. The control unit shown in FIG. 3 is configured as a DSP indicated by reference numeral 2 in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a single-phase power converter in the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a specific circuit configuration of “single-phase full-bridge voltage type PWM converter, capacitor and reactor” which is a block indicated by reference numeral 4 in FIG.

本発明の第1の実施例では、1相あたり3段の単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータで自励式無効電力補償装置1を構成する。本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置1は、交流側がカスケード接続された3段の単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータの組を三相分備えて三相交流系統にトランスレスで直結される。各単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータの直流側には、無効電力を生成するための直流電圧源となるコンデンサがそれぞれ接続される。自励式無効電力補償装置1の交流側にはリアクトルLacが設けられる。単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータ内の半導体スイッチング素子には、例えばIGBTが用いられる。なお、段数を3段としたこと、単相電力変換器を単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータとしたこと、および半導体スイッチング素子としてIGBTを用いたことはあくまでも一例であって本発明を限定するものではなく、その他の段数、その他のコンバータ、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。また、本発明の第1の実施例ではY結線としたが、Δ結線であってもよい。 In the first embodiment of the present invention, the self-excited reactive power compensator 1 is constituted by a single-phase full-bridge voltage type PWM converter having three stages per phase. The self-excited reactive power compensator 1 according to the first embodiment of the present invention includes three sets of three-phase single-phase full-bridge voltage type PWM converters in which the AC side is cascade-connected, and is transformerless in a three-phase AC system. Connected directly at. A capacitor serving as a DC voltage source for generating reactive power is connected to the DC side of each single-phase full-bridge voltage type PWM converter. A reactor Lac is provided on the AC side of the self-excited reactive power compensator 1. For example, an IGBT is used as the semiconductor switching element in the single-phase full-bridge voltage type PWM converter. It should be noted that the number of stages is three, the single-phase power converter is a single-phase full-bridge voltage type PWM converter, and the use of IGBTs as semiconductor switching elements is merely an example and limits the present invention. Instead, other stages, other converters, and other semiconductor switching elements may be used. In the first embodiment of the present invention, the Y connection is used, but a Δ connection may be used.

本発明による直流コンデンサ電圧制御ブロック10は、図3に示すように、無効電力制御ブロック20とともに、DSP2内にディジタル制御システムとして構成される。ここで、直流コンデンサ電圧制御ブロック10について図1を参照して説明すると次の通りである。   The DC capacitor voltage control block 10 according to the present invention is configured as a digital control system in the DSP 2 together with the reactive power control block 20, as shown in FIG. Here, the DC capacitor voltage control block 10 will be described with reference to FIG.

図1に示す演算手段11は、各相別に、各単相電力変換器の直流側に設けられる全コンデンサの総和から直流電圧平均値を算出するものである。例えばu相について言えば、演算手段11は、各段のコンデンサの直流電圧値VDU1、VDU2、およびVDU3の総和(VDU1+VDU2+VDU3)から、直流電圧平均値VDUave(=(VDU1+VDU2+VDU3)/3)を算出する。 The calculation means 11 shown in FIG. 1 calculates a DC voltage average value from the sum of all capacitors provided on the DC side of each single-phase power converter for each phase. For example As for the u-phase, the calculating means 11, the DC voltage value V DU1 capacitor of each stage, V DU2, and V DU3 sum of (V DU1 + V DU2 + V DU3), the DC voltage average value V DUave (= ( V DU1 + V DU2 + V DU3 ) / 3) is calculated.

図1に示す第1の直流コンデンサ電圧制御手段12は、演算手段11が各相別に算出した直流電圧平均値を所定の指令値VDrefに一致させるための第1のスイッチング指令値SAu、SAv、およびSAwを生成する「相別直流コンデンサ電圧制御」を行う。このとき、自励式無効電力補償装置の交流側の三相電流値をdq座標変換して算出されるd軸電流値をさらに用いて第1のスイッチング指令値SAu、SAv、およびSAwを生成するのが好ましい。例えばu相について言えば、第1の直流コンデンサ電圧制御手段12は、所定の指令値VDrefと直流電圧平均値VDUaveとの差と、自励式無効電力補償装置1の交流側の三相電流値をdq座標変換して算出されるd軸電流値idとを用いて、第1のスイッチング指令値SAを生成する。なお、自励式無効電力補償装置1が設置される配電系統の相電圧の位相基準をsinωtとしたとき、第1のスイッチング指令値SAは、sinωtの位相成分を有するように作成される。なお、第1のスイッチング指令値については、電力蓄積装置の交流側の各相電流を検出してこれに適切なゲインをかけることによって生成してもよい。 The first DC capacitor voltage control means 12 shown in FIG. 1 has first switching command values S Au and S for matching the DC voltage average value calculated by the calculation means 11 for each phase with a predetermined command value V Dref. “Phase-specific DC capacitor voltage control” for generating Av and S Aw is performed. At this time, the first switching command values S Au , S Av , and S Aw are obtained by further using the d-axis current value calculated by dq coordinate conversion of the three-phase current value on the AC side of the self-excited reactive power compensator. Preferably it is produced. For example, for the u phase, the first DC capacitor voltage control means 12 determines the difference between the predetermined command value V Dref and the DC voltage average value V DUave and the three-phase current on the AC side of the self-excited reactive power compensator 1. by using the d-axis current value i d, which is calculated by dq coordinate conversion value, they generate a first switching command values S a. When the phase reference of the phase voltage of the distribution system in which the self-excited reactive power compensator 1 is installed is sin ωt, the first switching command value S A is created so as to have a phase component of sin ωt. Note that the first switching command value may be generated by detecting each phase current on the AC side of the power storage device and applying an appropriate gain thereto.

図1に示す第2の直流コンデンサ電圧制御手段13−1、13−2および13−3は、各直流電圧値を直流電圧平均値に一致させるための第2のスイッチング指令値を、各単相電力変換器別に生成する「段間直流コンデンサ電圧制御」を行う。すなわち、段間直流コンデンサ電圧制御は、段ごとにバラバラであったコンデンサの電圧値を、同一の直流電圧値(特に直流電圧平均値)に一致させようとする制御である。例えばu相について言えば、次の通りである。すなわち、第2の直流コンデンサ電圧制御手段13−1は、直流電圧値VDU1と直流電圧平均値VDUaveとの差を用いて、第2のスイッチング指令値SBu1を生成する。また、第2の直流コンデンサ電圧制御手段13−2は、直流電圧値VDU2と直流電圧平均値VDUaveとの差を用いて、第2のスイッチング指令値SBu2を生成する。また、第2の直流コンデンサ電圧制御手段13−3は、直流電圧値VDU3と、演算手段11がこの直流電圧値VDU3を平均演算処理に用いることで得られた直流電圧平均値VDUaveとの差を用いて、第2のスイッチング指令値SBu3を生成する。なお、自励式無効電力補償装置1が設置される配電系統の相電圧の位相基準をsinωtとしたとき、第2のスイッチング指令値SBu1、SBu2およびSBu3は、cosωtの位相成分を有するように作成される。 The second DC capacitor voltage control means 13-1, 13-2 and 13-3 shown in FIG. 1 set the second switching command value for making each DC voltage value coincide with the DC voltage average value. “Interstage DC capacitor voltage control” is generated for each power converter. In other words, the interstage DC capacitor voltage control is a control in which the voltage value of the capacitor, which is different for each stage, is made to coincide with the same DC voltage value (particularly the DC voltage average value). For example, the u phase is as follows. That is, the second DC capacitor voltage control means 13-1 generates the second switching command value S Bu1 using the difference between the DC voltage value V DU1 and the DC voltage average value V DUave . Further, the second DC capacitor voltage control means 13-2 generates the second switching command value S Bu2 using the difference between the DC voltage value V DU2 and the DC voltage average value V DUave . The second DC capacitor voltage control means 13-3 includes a DC voltage value V DU3 and a DC voltage average value V DUave obtained by the calculation means 11 using the DC voltage value V DU3 for the average calculation process. A second switching command value S Bu3 is generated using the difference between the two. Note that when the phase reference of the phase voltage of the distribution system in which the self-excited reactive power compensator 1 is installed is sin ωt, the second switching command values S Bu1 , S Bu2 and S Bu3 have a phase component of cos ωt. To be created.

図3のDSP2内の直流コンデンサ電圧制御ブロック10では、上述のようにして生成された第1のスイッチング指令値と第2のスイッチング指令値とを加算することにより、各段のコンデンサの直流電圧値を制御するための単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータに対するスイッチング指令値が生成される。例えばu相について言えば、3段の直流コンデンサ電圧制御のために、スイッチング指令値Su1、Su2およびSu3が生成されることになる。 In the DC capacitor voltage control block 10 in the DSP 2 of FIG. 3, the DC voltage value of the capacitor at each stage is obtained by adding the first switching command value and the second switching command value generated as described above. A switching command value for the single-phase full-bridge voltage type PWM converter for controlling the output is generated. For example, for the u phase, switching command values S u1 , S u2 and S u3 are generated for three-stage DC capacitor voltage control.

一方、無効電力制御のための単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータに対するスイッチング指令値については、図3のDSP2内の無効電力制御ブロック20において、A/D変換器8から入力される三相電流値および三相電圧値と、PLL(Phase Locked Loop)(参照符号7)から入力される電源同期情報と、から公知の方法によって生成すればよい。   On the other hand, regarding the switching command value for the single-phase full-bridge voltage type PWM converter for reactive power control, the three-phase current value input from the A / D converter 8 in the reactive power control block 20 in the DSP 2 of FIG. Further, it may be generated by a known method from the three-phase voltage value and the power supply synchronization information input from the PLL (Phase Locked Loop) (reference numeral 7).

図2に示すように、DSP2において、直流コンデンサ電圧制御のためのスイッチング指令値と無効電力制御のためのスイッチング指令値とが重畳されて、フルブリッジ電圧型PWMコンバータ内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御するための最終的なスイッチング指令値が生成される。本発明の第1の実施例では1相あたり3段の単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータで自励式無効電力補償装置1が構成されるので、単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータが9台存在し、したがってDSP2は、最終的なスイッチング指令値を9種類生成する。   As shown in FIG. 2, in the DSP 2, the switching command value for direct current capacitor voltage control and the switching command value for reactive power control are superimposed to control the semiconductor switching element in the full bridge voltage type PWM converter. A final switching command value is generated for this purpose. In the first embodiment of the present invention, since the self-excited reactive power compensator 1 is composed of three single-phase full-bridge voltage type PWM converters per phase, there are nine single-phase full-bridge voltage type PWM converters. Therefore, the DSP 2 generates nine types of final switching command values.

DSP2で生成された上記スイッチング指令値は、PWM発生器3へ入力される。PWM発生器3は例えばFPGAで構成される。9台の単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータ内には半導体スイッチング素子が合計36個が存在することから、PWM発生器3は、これら36個の半導体スイッチング素子をスイッチング制御するための、合計36種類のPWM信号を生成する。   The switching command value generated by the DSP 2 is input to the PWM generator 3. The PWM generator 3 is composed of, for example, an FPGA. Since there are a total of 36 semiconductor switching elements in the nine single-phase full-bridge voltage type PWM converters, the PWM generator 3 has a total of 36 types for switching control of these 36 semiconductor switching elements. PWM signal is generated.

図5は、本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置の始動方法について説明する回路図である。上述のように、本発明の第1の実施例では、IGBTをスイッチング素子とする単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータで自励式無効電力補償装置1を構成している。単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータの全ゲートを開放状態にすると、交流側から見れば、単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータは単相フルブリッジダイオード整流器とみなせる。本発明の第1の実施例では、自励式無効電力補償装置1の始動前において、各単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータの全ゲートを開放状態にして該単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータを単相フルブリッジダイオード整流器として動作させて交流系統電圧を整流し、これによって得られた直流電圧を用いて各コンデンサを初期充電する。カスケード接続型の自励式無効電力補償装置は必然的にコンデンサの数が多くなるので、各コンデンサの初期充電のための独立電源を別途設けるとコストおよび装置の体積の点で好ましくないが、本発明の第1の実施例では、このような独立電源は必要ない。   FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a starting method of the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention. As described above, in the first embodiment of the present invention, the self-excited reactive power compensator 1 is configured by a single-phase full-bridge voltage type PWM converter using an IGBT as a switching element. When all the gates of the single-phase full-bridge voltage type PWM converter are opened, the single-phase full-bridge voltage type PWM converter can be regarded as a single-phase full-bridge diode rectifier from the AC side. In the first embodiment of the present invention, before starting the self-excited reactive power compensator 1, all the gates of each single-phase full-bridge voltage type PWM converter are opened, and the single-phase full-bridge voltage type PWM converter is single-ended. The AC system voltage is rectified by operating as a phase full-bridge diode rectifier, and each capacitor is initially charged using the DC voltage obtained thereby. Since the cascade-connected self-excited reactive power compensator inevitably has a large number of capacitors, it is not preferable in terms of cost and device volume to provide an independent power source for initial charging of each capacitor. In the first embodiment, such an independent power source is not necessary.

スイッチMC1は、自励式無効電力補償装置1と配電系統とを接続するスイッチであり、各相に設けられる。スイッチMC1とリアクトルLacとの間には、互いに並列接続されたスイッチMC2と電流制限抵抗Rとが設けられる。 The switch MC1 is a switch that connects the self-excited reactive power compensator 1 and the power distribution system, and is provided in each phase. A switch MC2 and a current limiting resistor R connected in parallel to each other are provided between the switch MC1 and the reactor Lac .

ここで、各コンデンサが全く充電されていない場合において、コンデンサを初期充電し、自励式無効電力補償装置を始動させる具体的動作について説明する。まず、各単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータの全ゲートを開放状態にしておいて、スイッチMC2を開放にし、スイッチMC1を閉じる。これにより、各単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータは単相フルブリッジダイオード整流器として動作し、交流電圧が整流される。得られた直流電圧により、各コンデンサが徐々に充電されていく。各コンデンサが所定の直流電圧値に達したときすなわち充電が完了したときに、MC2を閉じる。これにより、配電系統と自励式無効電力補償装置1は直結される。そして、各単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータ内のIGBTのスイッチング制御を開始すると、自励式無効電力補償装置1は無効電力補償動作を開始する。   Here, a specific operation for initial charging the capacitors and starting the self-excited reactive power compensator when each capacitor is not charged at all will be described. First, all the gates of each single-phase full bridge voltage type PWM converter are opened, the switch MC2 is opened, and the switch MC1 is closed. Thereby, each single phase full bridge voltage type PWM converter operates as a single phase full bridge diode rectifier, and an AC voltage is rectified. Each capacitor is gradually charged by the obtained DC voltage. MC2 is closed when each capacitor reaches a predetermined DC voltage value, that is, when charging is completed. Thereby, the power distribution system and the self-excited reactive power compensator 1 are directly connected. When the IGBT switching control in each single-phase full bridge voltage type PWM converter is started, the self-excited reactive power compensator 1 starts the reactive power compensation operation.

なお、上述のように単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータを単相フルブリッジダイオード整流器として動作させて得られた直流電圧を、自励式無効電力補償装置内の各制御回路の始動用電源として用いてもよく、このための直流電圧を蓄電するための蓄電手段を設けてもよい。   As described above, the DC voltage obtained by operating the single-phase full-bridge voltage type PWM converter as a single-phase full-bridge diode rectifier is used as a starting power source for each control circuit in the self-excited reactive power compensator. Alternatively, a storage means for storing a DC voltage for this purpose may be provided.

次に、本発明の第1の実施例による三相自励式無効電力補償装置のミニモデルを用いた実験結果を示す。本実験では、三相自励式無効電力補償装置を一相あたり単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータを3段カスケード接続して構成し、その無効電力補償量を10kVA(var)、交流側に設けられるリアクトルを1.2mH、各コンデンサの容量を16400μF、直流コンデンサ電圧を60〜70Vとした。また、単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータ内の半導体スイッチング素子として定格600V、150AのIGBTを用いた。また、PWM発生器のキャリア周波数を1kHzとした。このような自励式無効電力補償装置を、50Hz、三相200V配電系統に設置した実験結果を図6〜9に示す。   Next, experimental results using a mini-model of the three-phase self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention will be shown. In this experiment, a three-phase self-excited reactive power compensator is configured by cascading single-phase full-bridge voltage type PWM converters per phase in three stages, and the reactive power compensation amount is 10 kVA (var), provided on the AC side. The reactor was 1.2 mH, the capacity of each capacitor was 16400 μF, and the DC capacitor voltage was 60 to 70V. Further, an IGBT having a rating of 600 V and 150 A was used as a semiconductor switching element in the single-phase full-bridge voltage type PWM converter. The carrier frequency of the PWM generator was 1 kHz. Experimental results of installing such a self-excited reactive power compensator in a 50 Hz, three-phase 200 V distribution system are shown in FIGS.

図6は、本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、初期充電動作についての実験結果を示す図である。この図では、自励式無効電力補償装置が設置された配電系統のu相電圧vu[V]、自励式無効電力補償装置に流れ込む電流i[A]、および、各コンデンサの直流電圧VD[V]が示されている。時刻0秒の時点で上述の初期充電動作を開始すると、時刻300ミリ秒過ぎにはコンデンサの充電が完了していることがわかる。 FIG. 6 is a diagram showing an experimental result of the initial charging operation in the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention. In this figure, the u-phase voltage v u [V] of the distribution system in which the self-excited reactive power compensator is installed, the current i [A] flowing into the self-excited reactive power compensator, and the DC voltage V D [ V] is shown. When the initial charging operation described above is started at time 0 second, it can be seen that charging of the capacitor is completed after time 300 milliseconds.

図7は、本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、初期充電完了後の運転開始についての実験結果を示す図である。この図では、自励式無効電力補償装置が設置された配電系統のu相電圧vu[V]、自励式無効電力補償装置に流れ込む電流i[A]、無効電力量q[kVA]および、各コンデンサの直流電圧VD[V]が示されている。本実験では、無効電力指令値qrefを1kVAに設定して時刻50ミリ秒の時点で自励式無効電力補償装置の運転を開始したとき、時刻100ミリ秒過ぎには正常な無効電力補償動作ができていることがわかる。 FIG. 7 is a diagram showing an experimental result on the start of operation after completion of initial charging in the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention. In this figure, the u-phase voltage v u [V] of the distribution system in which the self-excited reactive power compensator is installed, the current i [A] flowing into the self-excited reactive power compensator, the reactive power q [kVA], The DC voltage V D [V] of the capacitor is shown. In this experiment, when the reactive power command value q ref is set to 1 kVA and the operation of the self-excited reactive power compensator is started at the time of 50 milliseconds, a normal reactive power compensation operation is performed after the time of 100 milliseconds. You can see that it is made.

図8は、本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置を、リアクトル動作からコンデンサ動作に変化させたときの実験結果を示す図である。この図では、自励式無効電力補償装置が設置された配電系統のu相電圧vu[V]、自励式無効電力補償装置に流れ込む電流i[A]、無効電力量q[kVA]および、各コンデンサの直流電圧VD[V]が示されている。本実験では、無効電力指令値qrefを、リアクトル動作を指令する−10kVAから、コンデンサ動作を指令する10kVAに変化させた。リアクトル動作時およびコンデンサ動作時ともに無効電力量qは、無効電力指令値qrefに対して定常偏差なく良好に追従していることがわかる。なお、各コンデンサの直流電圧値に100Hzのリプルが存在するのは、単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータの直流側に流れ込む有効電力が、商用周波数の2倍の高調波成分を有するためである。また、図8に示すように、各コンデンサの直流電圧指令値は無効電力指令値qrefに応じて60Vから70Vへ直線的に制御されている。 FIG. 8 is a diagram showing experimental results when the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention is changed from the reactor operation to the capacitor operation. In this figure, the u-phase voltage v u [V] of the distribution system in which the self-excited reactive power compensator is installed, the current i [A] flowing into the self-excited reactive power compensator, the reactive power q [kVA], The DC voltage V D [V] of the capacitor is shown. In this experiment, the reactive power command value q ref was changed from −10 kVA for instructing reactor operation to 10 kVA for instructing capacitor operation. It can be seen that the reactive energy q follows the reactive power command value q ref satisfactorily with no steady-state deviation during both the reactor operation and the capacitor operation. The reason why the ripple of 100 Hz exists in the DC voltage value of each capacitor is that the active power flowing into the DC side of the single-phase full-bridge voltage type PWM converter has a harmonic component that is twice the commercial frequency. As shown in FIG. 8, the DC voltage command value of each capacitor is linearly controlled from 60 V to 70 V in accordance with the reactive power command value q ref .

図9は、本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、直流コンデンサ電圧制御の特性についての実験結果を示す図である。この図では、各コンデンサの直流電圧VD[V]が示されている。本実験では、上述の第2の直流コンデンサ電圧制御を停止させて第1の直流コンデンサ電圧制御のみ動作させてコンデンサの直流電圧値を不均一にさせた状態において、時刻100ミリ秒の時点で上述の第2の直流コンデンサ制御の動作を開始した。時刻350ミリ秒過ぎには各コンデンサの直流電圧値が均一に制御できていることがわかる。 FIG. 9 is a diagram showing experimental results on the characteristics of DC capacitor voltage control in the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention. In this figure, the DC voltage V D [V] of each capacitor is shown. In this experiment, in the state where the second DC capacitor voltage control is stopped and only the first DC capacitor voltage control is operated to make the DC voltage value of the capacitor non-uniform, the above-described operation is performed at the time of 100 milliseconds. The second DC capacitor control operation was started. It can be seen that the DC voltage value of each capacitor can be uniformly controlled after the time of 350 milliseconds.

上述の図6〜9の実験結果から、本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置の直流コンデンサ電圧制御方法は有効であることがわかる。   From the experimental results of FIGS. 6 to 9 described above, it can be seen that the DC capacitor voltage control method of the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention is effective.

図10は、本発明の第2の実施例による電力蓄積装置における、電力蓄積素子電圧制御ブロックを示す原理ブロック図である。また、図11は、本発明の第2の実施例における電力蓄積装置における、システム全体の概略ブロック図である。各電力蓄積装置の直流電圧値VDu1,VDu2,VDu3,VDv1,VDv2,VDv3,VDw1,VDw2およびVDw3は、直流電圧検出器30によって検出される。また、図12は、本発明の第2の実施例による電力蓄積装置における、有効電力・無効電力制御ブロックおよび直流コンデンサ/バッテリ制御ブロックからなる制御部を示すブロック図である。この図12に示す制御部は、図11において参照符号2で示されるDSPとして構成される。 FIG. 10 is a principle block diagram showing a power storage element voltage control block in the power storage device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a schematic block diagram of the entire system in the power storage device according to the second embodiment of the present invention. DC voltage values V Du1 , V Du2 , V Du3 , V Dv1 , V Dv2 , V Dv3 , V Dw1 , V Dw2 and V Dw3 of each power storage device are detected by a DC voltage detector 30. FIG. 12 is a block diagram showing a control unit including an active power / reactive power control block and a DC capacitor / battery control block in the power storage device according to the second embodiment of the present invention. The control unit shown in FIG. 12 is configured as a DSP indicated by reference numeral 2 in FIG.

また、本発明の第2の実施例による電力蓄積装置における単相電力変換器の回路構成は、図4の回路図の各単相電力変換器のコンデンサを電力蓄積素子に置き換えたものであり、これ以外の回路構成要素およびその変形例は本発明の第1の実施例の場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。電力蓄積素子の例としては、直流コンデンサ、電気二重層キャパシタもしくはバッテリなどがある。本発明の第2の実施例によれば、本発明の第1の実施例と同様に、1相あたり3段の単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータで電力蓄積装置が構成される。   The circuit configuration of the single-phase power converter in the power storage device according to the second embodiment of the present invention is obtained by replacing the capacitors of the single-phase power converters in the circuit diagram of FIG. 4 with power storage elements. Other circuit components and modifications thereof are the same as those in the first embodiment of the present invention, and detailed description thereof will be omitted. Examples of the power storage element include a DC capacitor, an electric double layer capacitor, or a battery. According to the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment of the present invention, the power storage device is configured by a single-phase full-bridge voltage type PWM converter having three stages per phase.

図10に示す演算手段11は、上述の第1の実施例の場合と同様に、各相別に、各単相電力変換器の直流側に設けられる全コンデンサの総和から直流電圧平均値を算出するものである。例えばu相について言えば、演算手段11は、各段のコンデンサの直流電圧値VDU1、VDU2、およびVDU3の総和(VDU1+VDU2+VDU3)から、直流電圧平均値VDUave(=(VDU1+VDU2+VDU3)/3)を算出する。 The calculation means 11 shown in FIG. 10 calculates the DC voltage average value from the sum of all capacitors provided on the DC side of each single-phase power converter for each phase, as in the case of the first embodiment described above. Is. For example As for the u-phase, the calculating means 11, the DC voltage value V DU1 capacitor of each stage, V DU2, and V DU3 sum of (V DU1 + V DU2 + V DU3), the DC voltage average value V DUave (= ( V DU1 + V DU2 + V DU3 ) / 3) is calculated.

図10に示す第1の直流コンデンサ/バッテリ電圧制御手段12’は、演算手段11が各相別に算出した直流電圧平均値を所定の指令値VDrefに一致させるための第1のスイッチング指令値SAu、SAv、およびSAwを生成する「相別直流コンデンサ/バッテリ電圧制御」を行う。このとき、電力蓄積装置の交流側の三相電流値をdq座標変換して算出されるd軸電流値をさらに用いて第1のスイッチング指令値SAu、SAv、およびSAwを生成するのが好ましい。例えばu相について言えば、第1の直流コンデンサ/バッテリ電圧制御手段12’は、所定の指令値Pref/VDrefと直流電圧平均値VDUaveとの差と、電力蓄積装置の交流側の三相電流値をdq座標変換して算出されるd軸電流値idとを用いて、第1のスイッチング指令値SAを生成する。なお、電力蓄積装置が設置される配電系統の相電圧の位相基準をsinωtとしたとき、第1のスイッチング指令値SAは、sinωtの位相成分を有するように作成される。なお、第1のスイッチング指令値については、電力蓄積装置の交流側の各相電流を検出してこれに適切なゲインをかけることによって生成してもよい。 The first DC capacitor / battery voltage control means 12 ′ shown in FIG. 10 has a first switching command value S for matching the DC voltage average value calculated by the calculation means 11 for each phase with a predetermined command value V Dref. “Phase-specific DC capacitor / battery voltage control” for generating Au , S Av , and S Aw is performed. At this time, the first switching command values S Au , S Av , and S Aw are generated by further using the d-axis current value calculated by dq coordinate conversion of the three-phase current value on the AC side of the power storage device. Is preferred. For example, with respect to the u phase, the first DC capacitor / battery voltage control means 12 ′ determines the difference between the predetermined command value P ref / V Dref and the DC voltage average value V DUave, and the three on the AC side of the power storage device. A first switching command value S A is generated using a d-axis current value i d calculated by dq coordinate conversion of the phase current value. In addition, when the phase reference of the phase voltage of the distribution system in which the power storage device is installed is sin ωt, the first switching command value S A is created so as to have a phase component of sin ωt. Note that the first switching command value may be generated by detecting each phase current on the AC side of the power storage device and applying an appropriate gain thereto.

図10に示す第2の直流コンデンサ/バッテリ電圧制御手段13−1’、13−2’および13−3’は、まず上述の第1の実施例の場合と同様に、各直流電圧値を直流電圧平均値に一致させるための第2のスイッチング指令値を、各単相電力変換器別に生成する「段間直流コンデンサ/バッテリ電圧制御」を行う。すなわち、段間直流コンデンサ/バッテリ電圧制御は、段ごとにバラバラであったコンデンサの電圧値を、同一の直流電圧値(特に直流電圧平均値)に一致させようとする制御である。そしてさらに、第2の直流コンデンサ/バッテリ電圧制御手段13−1’、13−2’および13−3’は、電力蓄積装置の交流側の系統電流と同位相を有する第3のスイッチング指令値を生成する。例えばu相について言えば、次の通りである。すなわち、第2の直流コンデンサ/バッテリ電圧制御手段13−1’は、直流電圧値VDU1と直流電圧平均値VDUaveとを用いて、第2のスイッチング指令値および第3のスイッチング指令値SBu1を生成する。また、第2の直流コンデンサ/バッテリ電圧制御手段13−2’は、直流電圧値VDU2と直流電圧平均値VDUaveとを用いて、第2のスイッチング指令値および第3のスイッチング指令値SBu2を生成する。また、第2の直流コンデンサ/バッテリ電圧制御手段13−3’は、直流電圧値VDU3と直流電圧平均値VDUaveとを用いて、第2のスイッチング指令値および第3のスイッチング指令値SBu3を生成する。なお、電力蓄積装置が設置される配電系統(すなわち交流側)の相電圧の位相基準をsinωtとしたとき、第2のスイッチング指令値はcosωtの位相成分を有するように作成され、第3のスイッチング指令値はsinωtの位相成分を有するように作成される。なお、第3のスイッチング指令値については、電力蓄積装置の交流側の各相電流を検出してこれに適切なゲインをかけることによって生成してもよい。 The second DC capacitor / battery voltage control means 13-1 ′, 13-2 ′ and 13-3 ′ shown in FIG. 10 first converts each DC voltage value to DC as in the case of the first embodiment. “Inter-stage DC capacitor / battery voltage control” is performed for generating a second switching command value for matching with the voltage average value for each single-phase power converter. In other words, the interstage DC capacitor / battery voltage control is a control that attempts to make the voltage value of the capacitor, which is different for each stage, coincide with the same DC voltage value (particularly the DC voltage average value). Further, the second DC capacitor / battery voltage control means 13-1 ′, 13-2 ′ and 13-3 ′ provide a third switching command value having the same phase as the system current on the AC side of the power storage device. Generate. For example, the u phase is as follows. That is, the second DC capacitor / battery voltage control means 13-1 ′ uses the DC voltage value V DU1 and the DC voltage average value V DUave to generate the second switching command value and the third switching command value S Bu1. Is generated. Further, the second DC capacitor / battery voltage control means 13-2 ′ uses the DC voltage value V DU2 and the DC voltage average value V DUave to generate the second switching command value and the third switching command value S Bu2. Is generated. Further, the second DC capacitor / battery voltage control means 13-3 ′ uses the DC voltage value V DU3 and the DC voltage average value V DUave to generate the second switching command value and the third switching command value S Bu3. Is generated. When the phase reference of the phase voltage of the distribution system (that is, the AC side) in which the power storage device is installed is sin ωt, the second switching command value is created so as to have a phase component of cos ωt, and the third switching The command value is created so as to have a phase component of sin ωt. Note that the third switching command value may be generated by detecting each phase current on the AC side of the power storage device and applying an appropriate gain thereto.

図12のDSP2内の直流コンデンサ/バッテリ電圧/電力制御ブロック10’では、上述のようにして生成された第1のスイッチング指令値、第2のスイッチング指令値および第3のスイッチング指令値を加算することにより、電力蓄積装置の交流側に供給すべき電力を制御しながら各段のコンデンサの直流電圧値を制御するための単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータに対するスイッチング指令値が生成される。例えばu相について言えば、3段の直流コンデンサ/バッテリ電圧/電力制御のために、スイッチング指令値Su1、Su2およびSu3が生成されることになる。 In the DC capacitor / battery voltage / power control block 10 ′ in the DSP 2 of FIG. 12, the first switching command value, the second switching command value, and the third switching command value generated as described above are added. Thus, a switching command value for the single-phase full-bridge voltage type PWM converter for controlling the DC voltage value of the capacitor at each stage is generated while controlling the power to be supplied to the AC side of the power storage device. For example, for the u phase, switching command values S u1 , S u2 and S u3 are generated for three-stage DC capacitor / battery voltage / power control.

一方、有効電力制御および無効電力制御のための単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータに対するスイッチング指令値については、図12のDSP2内の有効電力・無効電力制御ブロック20’において、A/D変換器8から入力される三相電流値および三相電圧値と、PLL(Phase Locked Loop)(参照符号7)から入力される電源同期情報と、から公知の方法によって生成すればよい。例えば、無効電力出力をゼロ(0)とするようなスイッチング指令値を作成すれば有効電力制御のみが実現されることになる。   On the other hand, regarding the switching command value for the single-phase full-bridge voltage type PWM converter for active power control and reactive power control, the A / D converter 8 in the active power / reactive power control block 20 ′ in the DSP 2 of FIG. May be generated by a known method from the three-phase current value and the three-phase voltage value input from, and the power supply synchronization information input from the PLL (Phase Locked Loop) (reference numeral 7). For example, if a switching command value that makes the reactive power output zero (0) is created, only active power control is realized.

図11に示すように、DSP2において、直流コンデンサ/バッテリ電圧制御のためのスイッチング指令値と有効電力・無効電力制御のためのスイッチング指令値とが重畳されて、フルブリッジ電圧型PWMコンバータ内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御するための最終的なスイッチング指令値が生成される。本発明の第2の実施例では1相あたり3段の単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータで電力地区製装置が構成されるので、単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータが9台存在し、したがってDSP2は、最終的なスイッチング指令値を9種類生成する。   As shown in FIG. 11, in the DSP 2, the switching command value for DC capacitor / battery voltage control and the switching command value for active power / reactive power control are superimposed, and the semiconductor in the full bridge voltage type PWM converter A final switching command value for switching control of the switching element is generated. In the second embodiment of the present invention, the power region device is constituted by three single-phase full-bridge voltage type PWM converters per phase, so there are nine single-phase full-bridge voltage type PWM converters, and therefore DSP2 Generates nine types of final switching command values.

DSP2で生成された上記スイッチング指令値は、PWM発生器3へ入力される。PWM発生器3は例えばFPGAで構成される。9台の単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータ内には半導体スイッチング素子が合計36個が存在することから、PWM発生器3は、これら36個の半導体スイッチング素子をスイッチング制御するための、合計36種類のPWM信号を生成する。   The switching command value generated by the DSP 2 is input to the PWM generator 3. The PWM generator 3 is composed of, for example, an FPGA. Since there are a total of 36 semiconductor switching elements in the nine single-phase full-bridge voltage type PWM converters, the PWM generator 3 has a total of 36 types for switching control of these 36 semiconductor switching elements. PWM signal is generated.

次に、本発明の第2の実施例による三相電力蓄積装置のミニモデルを用いた実験結果を示す。本実験では、三相電力蓄積装置を一相あたり単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータを3段カスケード接続して構成し、その有効電力出力量を10kW、交流側に設けられるリアクトルを1.2mH、電気蓄積素子としての各直流コンデンサの容量を0.9F、コンデンサ電圧を60〜70Vとした。また、単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータ内の半導体スイッチング素子として定格600V、150AのIGBTを用いた。また、PWM発生器のキャリア周波数を1kHzとした。このような電力蓄積装置を、50Hz、三相200V配電系統に設置した実験結果を図13および14に示す。   Next, experimental results using a mini-model of the three-phase power storage device according to the second embodiment of the present invention will be shown. In this experiment, the three-phase power storage device is configured by cascading three-phase single-phase full-bridge voltage type PWM converters per phase, the effective power output amount is 10 kW, the reactor provided on the AC side is 1.2 mH, The capacity of each DC capacitor as an electrical storage element was 0.9 F, and the capacitor voltage was 60 to 70V. Further, an IGBT having a rating of 600 V and 150 A was used as a semiconductor switching element in the single-phase full-bridge voltage type PWM converter. The carrier frequency of the PWM generator was 1 kHz. Experimental results of installing such a power storage device in a 50 Hz, three-phase 200 V distribution system are shown in FIGS.

図13は、本発明の第2の実施例による電力蓄積装置を、放電動作から充電動作に変化させたときの実験結果を示す図である。この図では、電力蓄積装置が設置された配電系統のu相電圧vu[V]、電力蓄積装置に流れ込む電流i[A]、有効電力量p[kW]および、各コンデンサの直流電圧VD[V]が示されている。本実験では、直流電圧指令値VDrefを、20ミリ秒(1周期)で65Vから80Vにランプ状に変化させた。過渡時においても有効電力量pは良好に制御されていることがわかる。 FIG. 13 is a diagram showing experimental results when the power storage device according to the second example of the present invention is changed from the discharging operation to the charging operation. In this figure, the u-phase voltage v u [V] of the distribution system in which the power storage device is installed, the current i [A] flowing into the power storage device, the active power p [kW], and the DC voltage V D of each capacitor. [V] is shown. In this experiment, the DC voltage command value V Dref was changed from 65 V to 80 V in a ramp shape in 20 milliseconds (one cycle). It can be seen that the active power amount p is well controlled even during the transition.

図14は、本発明の第2の実施例による電力蓄積装置における、直流コンデンサ/バッテリ電圧制御の特性についての実験結果を示す図である。各コンデンサの直流電圧VD[V]が示されている。本実験では、1相分の単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータのコンデンサの容量を1.1F、のこりの2相分の単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータのコンデンサの容量を0.9Fとし、意図的に容量不均一を発生させて起動した状態において、時刻2ミリ秒の時点で上述の第2の直流コンデンサ/バッテリ電圧制御の動作を開始した。およそ時刻20ミリ秒過ぎには各コンデンサの直流電圧値が均一に制御できていることがわかる。 FIG. 14 is a diagram showing experimental results on the characteristics of the DC capacitor / battery voltage control in the power storage device according to the second example of the present invention. The DC voltage V D [V] of each capacitor is shown. In this experiment, the capacity of the capacitor of the single-phase full-bridge voltage type PWM converter for one phase is 1.1F, the capacity of the capacitor of the single-phase full-bridge voltage type PWM converter for the remaining two phases is 0.9F, In the state where the capacity was unevenly generated and started up, the above-described second DC capacitor / battery voltage control operation was started at the time of 2 milliseconds. It can be seen that the DC voltage value of each capacitor can be controlled uniformly after about 20 milliseconds.

上述の図13および14の実験結果から、本発明の第2の実施例による電力蓄積装置制御方法は有効であることがわかる。   From the experimental results shown in FIGS. 13 and 14, it can be seen that the power storage device control method according to the second embodiment of the present invention is effective.

本発明によれば、複数の単相電力変換器の交流側が互いにカスケード接続されて構成される自励式無効電力補償装置もしくは電力蓄積装置(カスケード接続型の自励式無効電力補償装置もしくは電力蓄積装置)の、各単相電力変換器の直流側にそれぞれ接続されたコンデンサもしくは電力蓄積素子の直流電圧値を、定常時のみならず過渡時においても安定に制御することができる。また、定常状態および過渡状態の両方において、無効電力および有効電力についても良好に制御することができる。本発明による自励式無効電力補償装置および電力蓄積装置の有効性については実験結果に示すとおりである。   According to the present invention, a self-excited reactive power compensator or a power storage device (cascade-connected self-excited reactive power compensator or power storage device) configured by cascade-connecting AC sides of a plurality of single-phase power converters. Thus, the DC voltage value of the capacitor or power storage element respectively connected to the DC side of each single-phase power converter can be stably controlled not only in the steady state but also in the transient state. Further, it is possible to satisfactorily control the reactive power and the active power in both the steady state and the transient state. The effectiveness of the self-excited reactive power compensator and the power storage device according to the present invention is as shown in the experimental results.

本発明による自励式無効電力補償装置および電力蓄積装置は、商用周波数変圧器を使用することなくすなわちトランスレスに配電系統に設置することができるので、重量、体積およびコストの面で非常に有利である。また、本発明による自励式無効電力補償装置については、始動前のコンデンサの初期充電も、電圧安定化用の独立電源も必要なく低コストかつ容易に実現可能である。   The self-excited reactive power compensator and the power storage device according to the present invention can be installed in a distribution system without using a commercial frequency transformer, that is, without a transformer, and thus are very advantageous in terms of weight, volume, and cost. is there. In addition, the self-excited reactive power compensator according to the present invention can be easily realized at low cost without the need for initial charging of the capacitor before starting and an independent power source for stabilizing the voltage.

本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、直流コンデンサ電圧制御ブロックを示す原理ブロック図である。FIG. 3 is a principle block diagram showing a DC capacitor voltage control block in the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例における自励式無効電力補償装置における、システム全体の概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of the entire system in a self-excited reactive power compensator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、無効電力制御ブロックおよび直流コンデンサ制御ブロックからなる制御部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control part which consists of a reactive power control block and a direct-current capacitor control block in the self-excitation reactive power compensator by the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、単相電力変換器の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the single phase power converter in the self-excited reactive power compensator by the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置の始動方法について説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the starting method of the self-excited reactive power compensator according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、初期充電動作についての実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result about the initial stage charge operation | movement in the self-excited reactive power compensation apparatus by 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、初期充電完了後の運転開始についての実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result about the driving | operation start after completion | finish of initial stage charge in the self-excited reactive power compensation apparatus by 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置を、リアクトル動作からコンデンサ動作に変化させたときの実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result when changing the self-excited reactive power compensation apparatus by 1st Example of this invention from a reactor operation to a capacitor | condenser operation | movement. 本発明の第1の実施例による自励式無効電力補償装置における、直流コンデンサ電圧制御の特性についての実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result about the characteristic of DC capacitor voltage control in the self-excited reactive power compensator by the 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例による電力蓄積装置における、電力蓄積素子電圧制御ブロックを示す原理ブロック図である。It is a principle block diagram which shows the power storage element voltage control block in the electric power storage apparatus by 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例における電力蓄積装置における、システム全体の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the whole system in the electric power storage apparatus in 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例による電力蓄積装置における、有効電力・無効電力制御ブロックおよび直流コンデンサ/バッテリ制御ブロックからなる制御部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control part which consists of an active power / reactive power control block and a DC capacitor / battery control block in the electric power storage apparatus by 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例による電力蓄積装置を、放電動作から充電動作に変化させたときの実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result when changing the electric power storage apparatus by the 2nd Example of this invention from discharge operation to charge operation. 本発明の第2の実施例による電力蓄積装置における、直流コンデンサ/バッテリ電圧制御の特性についての実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result about the characteristic of DC capacitor / battery voltage control in the electric power storage apparatus by the 2nd Example of this invention. 一般的なカスケード接続型(Y結線)の三相自励式無効電力補償装置を例示する回路構成図である。It is a circuit block diagram which illustrates a general cascade connection type (Y connection) three-phase self-excited reactive power compensator.

符号の説明Explanation of symbols

1 自励式無効電力補償装置
2 DSP
3 PWM発生器
10 直流コンデンサ電圧制御ブロック
10’ 直流コンデンサ/バッテリ電圧制御ブロック
11 演算手段
12 第1の直流コンデンサ電圧制御手段
12’ 第1の直流コンデンサ/バッテリ電圧制御手段
13−1、13−2、13−3 第2の直流コンデンサ電圧制御手段
13−1’、13−2’、13−3’ 第2の直流コンデンサ/バッテリ電圧制御手段
20 無効電力制御ブロック
20’ 有効電力・無効電力制御ブロック
1 Self-excited reactive power compensator 2 DSP
3 PWM generator 10 DC capacitor voltage control block 10 'DC capacitor / battery voltage control block 11 arithmetic means 12 first DC capacitor voltage control means 12' first DC capacitor / battery voltage control means 13-1, 13-2 , 13-3 Second DC capacitor voltage control means 13-1 ′, 13-2 ′, 13-3 ′ Second DC capacitor / battery voltage control means 20 Reactive power control block 20 ′ Active power / reactive power control block

Claims (24)

複数の単相電力変換器の交流側が互いにカスケード接続されて構成され、各前記単相電力変換器の直流側にそれぞれ接続されたコンデンサを直流電圧源として用いて無効電力を生成する自励式無効電力補償装置であって、
全ての前記コンデンサの直流電圧値の総和をとって直流電圧平均値を算出する演算手段と、
前記直流電圧平均値を所定の指令値に一致させるための第1のスイッチング指令値を生成する第1の直流コンデンサ電圧制御手段と、
各前記直流電圧値を前記直流電圧平均値に一致させるための第2のスイッチング指令値を、各前記単相電力変換器別に生成する第2の直流コンデンサ電圧制御手段と、
を備え、
前記第1のスイッチング指令値と前記第2のスイッチング指令値とを用いて各前記単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、各前記コンデンサの直流電圧値を制御することを特徴とする自励式無効電力補償装置。
Self-excited reactive power that is configured by cascade-connecting AC sides of a plurality of single-phase power converters and generating reactive power using a capacitor connected to the DC side of each single-phase power converter as a DC voltage source A compensation device,
An arithmetic means for calculating the DC voltage average value by taking the sum of the DC voltage values of all the capacitors;
First DC capacitor voltage control means for generating a first switching command value for making the DC voltage average value coincide with a predetermined command value;
Second DC capacitor voltage control means for generating a second switching command value for matching each DC voltage value with the DC voltage average value for each single-phase power converter;
With
Controlling the DC voltage value of each of the capacitors by performing switching control of the semiconductor switching element in each of the single-phase power converters using the first switching command value and the second switching command value. A self-excited reactive power compensator characterized.
交流側がカスケード接続された前記単相電力変換器の組を三相分備えて三相交流系統にトランスレスで直結される請求項1に記載の自励式無効電力補償装置であって、
前記第1の直流コンデンサ電圧制御手段は、前記所定の指令値と、前記演算手段が各相別に算出した前記直流電圧平均値との差を用いて、各相別の前記第1のスイッチング指令値を生成し、
前記第2の直流コンデンサ電圧制御手段は、各前記直流電圧値と、この直流電圧値を前記演算手段が平均演算処理に用いることにより得られた前記直流電圧平均値との差を用いて、各前記単相電力変換器別の前記第2のスイッチング指令値を生成する自励式無効電力補償装置。
The self-excited reactive power compensator according to claim 1, comprising a set of single-phase power converters that are cascade-connected on an AC side and having three phases, and is directly connected to a three-phase AC system without a transformer.
The first DC capacitor voltage control means uses the difference between the predetermined command value and the DC voltage average value calculated for each phase by the calculation means, and the first switching command value for each phase. Produces
The second DC capacitor voltage control means uses the difference between each DC voltage value and the DC voltage average value obtained by using the DC voltage value for the average calculation processing by the calculation means. A self-excited reactive power compensator that generates the second switching command value for each single-phase power converter.
交流側がカスケード接続された前記単相電力変換器の組を三相分備えて三相交流系統にトランスレスで直結される請求項1に記載の自励式無効電力補償装置であって、
前記第1の直流コンデンサ電圧制御手段は、前記所定の指令値と前記演算手段が各相別に算出した前記直流電圧平均値との差と、前記自励式無効電力補償装置の交流側の三相電流値をdq座標変換して算出されるd軸電流値とを用いて、各相別の前記第1のスイッチング指令値を生成し、
前記第2の直流コンデンサ電圧制御手段は、各前記直流電圧値と、この直流電圧値を前記演算手段が平均演算処理に用いることにより得られた前記直流電圧平均値との差を用いて、各前記単相電力変換器別の前記第2のスイッチング指令値を生成する自励式無効電力補償装置。
The self-excited reactive power compensator according to claim 1, comprising a set of single-phase power converters that are cascade-connected on an AC side and having three phases, and is directly connected to a three-phase AC system without a transformer.
The first DC capacitor voltage control means includes a difference between the predetermined command value and the DC voltage average value calculated for each phase by the calculation means, and a three-phase current on the AC side of the self-excited reactive power compensator. The first switching command value for each phase is generated using a d-axis current value calculated by converting the value by dq coordinate,
The second DC capacitor voltage control means uses the difference between each DC voltage value and the DC voltage average value obtained by using the DC voltage value for the average calculation processing by the calculation means. A self-excited reactive power compensator that generates the second switching command value for each single-phase power converter.
前記単相電力変換器は、単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータである請求項1〜3のいずれか一項に記載の自励式無効電力補償装置。   The self-excited reactive power compensator according to claim 1, wherein the single-phase power converter is a single-phase full-bridge voltage type PWM converter. 前記自励式無効電力補償装置の始動前において、前記単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータの全ゲートを開放状態にして該単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータを単相フルブリッジダイオード整流器として動作させることにより交流系統電圧を整流し、得られた直流電圧により前記コンデンサが初期充電される請求項4に記載の自励式無効電力補償装置。   Before starting the self-excited reactive power compensator, by opening all the gates of the single-phase full bridge voltage type PWM converter and operating the single phase full bridge voltage type PWM converter as a single phase full bridge diode rectifier The self-excited reactive power compensator according to claim 4, wherein the capacitor is initially charged by rectifying an AC system voltage and the obtained DC voltage. 前記自励式無効電力補償装置の始動前において、前記単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータの全ゲートを開放状態にして該単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータを単相フルブリッジダイオード整流器として動作させることにより交流系統電圧を整流し、得られた直流電圧を、前記自励式無効電力補償装置の始動用電源として蓄電する蓄電手段をさらに備える請求項4に記載の自励式無効電力補償装置。   Before starting the self-excited reactive power compensator, by opening all the gates of the single-phase full bridge voltage type PWM converter and operating the single phase full bridge voltage type PWM converter as a single phase full bridge diode rectifier 5. The self-excited reactive power compensator according to claim 4, further comprising power storage means for rectifying an AC system voltage and storing the obtained DC voltage as a starting power source for the self-excited reactive power compensator. 複数の単相電力変換器の交流側が互いにカスケード接続されて構成される自励式無効電力補償装置の、無効電力を生成するのに用いられる直流電圧源として各前記単相電力変換器の直流側にそれぞれ設けられるコンデンサの直流電圧値を制御する、自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法であって、
全ての前記コンデンサの直流電圧値の総和をとって算出された直流電圧平均値が所定の指令値と一致し、なおかつ各前記直流電圧値が前記直流電圧平均値と一致するよう、各前記単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することを特徴とする自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法。
In the self-excited reactive power compensator configured by cascading the AC sides of a plurality of single-phase power converters, the DC side of each single-phase power converter as a DC voltage source used to generate reactive power A capacitor voltage control method in a self-excited reactive power compensator that controls the DC voltage value of each capacitor provided,
Each single phase so that the DC voltage average value calculated by taking the sum of the DC voltage values of all the capacitors matches a predetermined command value, and each DC voltage value matches the DC voltage average value. A capacitor voltage control method in a self-excited reactive power compensator characterized by switching control of a semiconductor switching element in a power converter.
交流側がカスケード接続された前記単相電力変換器の組を三相分備える前記自励式無効電力補償装置が、三相交流系統にトランスレスで直結される請求項7に記載の自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法であって、
前記所定の指令値と各相別に算出された前記直流電圧平均値との差を用いて、各相別に第1のスイッチング指令値を生成する第1の直流コンデンサ電圧制御ステップと、
各前記直流電圧値と、この直流電圧値を前記演算手段が平均演算処理に用いることにより得られた前記直流電圧平均値との差を用いて、各前記単相電力変換器別の第2のスイッチング指令値を生成する第2の直流コンデンサ電圧制御ステップと、
を備え、
前記第1のスイッチング指令値と前記第2のスイッチング指令値とを用いて各前記単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、各前記コンデンサの直流電圧値を制御する自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法。
The self-excited reactive power compensation device according to claim 7, wherein the self-excited reactive power compensator comprising three phases of the single-phase power converters cascaded on the AC side is directly connected to a three-phase AC system without a transformer. A capacitor voltage control method in an apparatus, comprising:
A first DC capacitor voltage control step for generating a first switching command value for each phase using a difference between the predetermined command value and the DC voltage average value calculated for each phase;
Using the difference between each DC voltage value and the DC voltage average value obtained by using the DC voltage value for the average calculation processing by the calculation means, the second voltage for each single-phase power converter is determined. A second DC capacitor voltage control step for generating a switching command value;
With
A self-excited type that controls the DC voltage value of each capacitor by switching control of the semiconductor switching element in each single-phase power converter using the first switching command value and the second switching command value. Capacitor voltage control method in reactive power compensator.
交流側がカスケード接続された前記単相電力変換器のグループを三相分備える前記自励式無効電力補償装置が、三相交流系統にトランスレスで直結される請求項7に記載の自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法であって、
前記所定の指令値と各相別に算出された前記直流電圧平均値との差と、前記自励式無効電力補償装置の交流側の三相電流値をdq座標変換して算出されるd軸電流値と、を用いて、各相別に第1のスイッチング指令値を生成する第1の直流コンデンサ電圧制御ステップと、
各前記直流電圧値と、この直流電圧値を前記演算手段が平均演算処理に用いることにより得られた前記直流電圧平均値との差を用いて、各前記単相電力変換器別の第2のスイッチング指令値を生成する第2の直流コンデンサ電圧制御ステップと、
を備え、
前記第1のスイッチング指令値と前記第2のスイッチング指令値とを用いて各前記単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、各前記コンデンサの直流電圧値を制御する自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法。
The self-excited reactive power compensation device according to claim 7, wherein the self-excited reactive power compensator including three phases of the single-phase power converters cascaded on the AC side is directly connected to a three-phase AC system without a transformer. A capacitor voltage control method in an apparatus, comprising:
D-axis current value calculated by dq coordinate conversion of the difference between the predetermined command value and the DC voltage average value calculated for each phase and the three-phase current value on the AC side of the self-excited reactive power compensator. And a first DC capacitor voltage control step for generating a first switching command value for each phase using:
Using the difference between each DC voltage value and the DC voltage average value obtained by using the DC voltage value for the average calculation processing by the calculation means, the second voltage for each single-phase power converter is determined. A second DC capacitor voltage control step for generating a switching command value;
With
A self-excited type that controls the DC voltage value of each capacitor by switching control of the semiconductor switching element in each single-phase power converter using the first switching command value and the second switching command value. Capacitor voltage control method in reactive power compensator.
前記単相電力変換器は、単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータである請求項7〜9のいずれか一項に記載の自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法。   The method for controlling a capacitor voltage in a self-excited reactive power compensator according to any one of claims 7 to 9, wherein the single-phase power converter is a single-phase full-bridge voltage type PWM converter. 前記自励式無効電力補償装置の始動前において、前記単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータの全ゲートを開放状態にして該単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータを単相フルブリッジダイオード整流器として動作させることにより交流系統電圧を整流し、得られた直流電圧により前記コンデンサを初期充電する初期充電ステップをさらに備える請求項10に記載の自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法。   Before starting the self-excited reactive power compensator, by opening all the gates of the single-phase full bridge voltage type PWM converter and operating the single phase full bridge voltage type PWM converter as a single phase full bridge diode rectifier 11. The capacitor voltage control method in a self-excited reactive power compensator according to claim 10, further comprising an initial charging step of rectifying an AC system voltage and initially charging the capacitor with the obtained DC voltage. 前記自励式無効電力補償装置の始動前において、前記単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータの全ゲートを開放状態にして該単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータを単相フルブリッジダイオード整流器として動作させることにより交流系統電圧を整流し、得られた直流電圧を、前記自励式無効電力補償装置の始動用電源として蓄電する蓄電ステップをさらに備える請求項10に記載の自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法。   Before starting the self-excited reactive power compensator, by opening all the gates of the single-phase full bridge voltage type PWM converter and operating the single phase full bridge voltage type PWM converter as a single phase full bridge diode rectifier The capacitor voltage control method in the self-excited reactive power compensator according to claim 10, further comprising a power storage step of rectifying an AC system voltage and storing the obtained DC voltage as a starting power source for the self-excited reactive power compensator. . 複数の単相電力変換器の交流側が互いにカスケード接続されて構成され、各前記単相電力変換器の直流側にそれぞれ接続された電力蓄積素子を直流電圧源として用いて交流側に電力を供給する電力蓄積装置であって、
全ての前記電力蓄積素子の直流電圧値の総和をとって直流電圧平均値を算出する演算手段と、
前記直流電圧平均値を所定の指令値に一致させるための第1のスイッチング指令値を生成する第1の電力蓄積素子電圧制御手段と、
各前記直流電圧値を前記直流電圧平均値に一致させるための第2のスイッチング指令値を、各前記単相電力変換器別に生成する第2の電力蓄積素子電圧制御手段と、
を備え、
前記第1のスイッチング指令値と前記第2のスイッチング指令値とを用いて各前記単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、各前記電力蓄積素子の直流電圧値を制御することを特徴とする電力蓄積装置。
The AC sides of a plurality of single-phase power converters are cascade-connected to each other, and power is supplied to the AC side using a power storage element connected to the DC side of each single-phase power converter as a DC voltage source. A power storage device,
An arithmetic means for calculating a DC voltage average value by taking a sum of DC voltage values of all the power storage elements;
First power storage element voltage control means for generating a first switching command value for making the DC voltage average value coincide with a predetermined command value;
Second power storage element voltage control means for generating a second switching command value for matching each DC voltage value with the DC voltage average value for each single-phase power converter;
With
The DC voltage value of each power storage element is controlled by switching the semiconductor switching element in each single-phase power converter using the first switching command value and the second switching command value. A power storage device characterized by that.
前記電力蓄積装置の交流側の各相電流と同位相を有する第3のスイッチング指令値を生成する有効電力制御手段をさらに備え、
前記第1のスイッチング指令値、前記第2のスイッチング指令値および前記第3のスイッチング指令値を用いて各前記単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、前記電力蓄積装置の交流側に供給すべき電力を制御しながら各前記電力蓄積素子の直流電圧値を制御する請求項13に記載の電力蓄積装置。
Active power control means for generating a third switching command value having the same phase as each phase current on the AC side of the power storage device,
By switching control of the semiconductor switching element in each single-phase power converter using the first switching command value, the second switching command value, and the third switching command value, the power storage device The power storage device according to claim 13, wherein a DC voltage value of each of the power storage elements is controlled while controlling power to be supplied to the AC side.
交流側がカスケード接続された前記単相電力変換器の組を三相分備えて三相交流系統にトランスレスで直結される請求項13に記載の電力蓄積装置であって、
前記第1の電力蓄積素子電圧制御手段は、前記所定の指令値と、前記演算手段が各相別に算出した前記直流電圧平均値との差を用いて、各相別の前記第1のスイッチング指令値を生成し、
前記第2の電力蓄積素子電圧制御手段は、各前記直流電圧値と、この直流電圧値を前記演算手段が平均演算処理に用いることにより得られた前記直流電圧平均値との差を用いて、各前記単相電力変換器別の前記第2のスイッチング指令値を生成する電力蓄積装置。
The power storage device according to claim 13, wherein a set of the single-phase power converters in which the AC side is cascade-connected is provided for three phases and is directly connected to a three-phase AC system without a transformer,
The first power storage element voltage control means uses the difference between the predetermined command value and the DC voltage average value calculated by the calculation means for each phase, and uses the first switching command for each phase. Generate a value,
The second power storage element voltage control means uses a difference between each DC voltage value and the DC voltage average value obtained by using the DC voltage value for the average calculation processing by the calculation means, A power storage device that generates the second switching command value for each single-phase power converter.
交流側がカスケード接続された前記単相電力変換器の組を三相分備えて三相交流系統にトランスレスで直結される請求項13に記載の電力蓄積装置であって、
前記第1の電力蓄積素子電圧制御手段は、前記所定の指令値と前記演算手段が各相別に算出した前記直流電圧平均値との差と、前記電力蓄積装置の交流側の三相電流値をdq座標変換して算出されるd軸電流値とを用いて、各相別の前記第1のスイッチング指令値を生成し、
前記第2の電力蓄積素子電圧制御手段は、各前記直流電圧値と、この直流電圧値を前記演算手段が平均演算処理に用いることにより得られた前記直流電圧平均値との差を用いて、各前記単相電力変換器別の前記第2のスイッチング指令値を生成する電力蓄積装置。
The power storage device according to claim 13, wherein a set of the single-phase power converters in which the AC side is cascade-connected is provided for three phases and is directly connected to a three-phase AC system without a transformer,
The first power storage element voltage control means calculates a difference between the predetermined command value and the DC voltage average value calculated for each phase by the calculation means, and a three-phase current value on the AC side of the power storage device. Using the d-axis current value calculated by dq coordinate conversion, the first switching command value for each phase is generated,
The second power storage element voltage control means uses a difference between each DC voltage value and the DC voltage average value obtained by using the DC voltage value for the average calculation processing by the calculation means, A power storage device that generates the second switching command value for each single-phase power converter.
前記単相電力変換器は、単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータである請求項13〜16のいずれか一項に記載の電力蓄積装置。   The power storage device according to any one of claims 13 to 16, wherein the single-phase power converter is a single-phase full-bridge voltage type PWM converter. 前記電力蓄積素子は、直流コンデンサ、電気二重層キャパシタもしくはバッテリである請求項13〜16のいずれか一項に記載の電力蓄積装置。   The power storage device according to any one of claims 13 to 16, wherein the power storage element is a DC capacitor, an electric double layer capacitor, or a battery. 複数の単相電力変換器の交流側が互いにカスケード接続されて構成される電力蓄積装置の、交流側に電力を供給するのに用いられる直流電圧源として各前記単相電力変換器の直流側にそれぞれ設けられる電力蓄積素子の直流電圧値を制御する電力蓄積装置制御方法であって、
全ての前記電力蓄積素子の直流電圧値の総和をとって算出された直流電圧平均値が所定の指令値と一致し、なおかつ各前記直流電圧値が前記直流電圧平均値と一致するよう、各前記単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することを特徴とする電力蓄積装置制御方法。
Each of the single-phase power converters has a DC voltage source used to supply power to the AC side of a power storage device configured by cascading the AC sides of a plurality of single-phase power converters. A power storage device control method for controlling a DC voltage value of a power storage element provided,
The DC voltage average value calculated by taking the sum of the DC voltage values of all the power storage elements matches a predetermined command value, and each DC voltage value matches the DC voltage average value. A method of controlling a power storage device, comprising switching control of a semiconductor switching element in a single-phase power converter.
交流側がカスケード接続された前記単相電力変換器の組を三相分備える前記電力蓄積装置が、三相交流系統にトランスレスで直結される請求項19に記載の電力蓄積装置制御方法であって、
前記所定の指令値と各相別に算出された前記直流電圧平均値との差を用いて、各相別に第1のスイッチング指令値を生成する第1の電力蓄積素子電圧制御ステップと、
各前記直流電圧値と、この直流電圧値を前記演算手段が平均演算処理に用いることにより得られた前記直流電圧平均値との差を用いて、各前記単相電力変換器別の第2のスイッチング指令値を生成する第2の電力蓄積素子電圧制御ステップと、
を備え、
前記第1のスイッチング指令値と前記第2のスイッチング指令値とを用いて各前記単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、各前記電力蓄積素子の直流電圧値を制御する電力蓄積装置制御方法。
20. The power storage device control method according to claim 19, wherein the power storage device including the three-phase set of single-phase power converters whose AC side is cascade-connected is directly connected to a three-phase AC system without a transformer. ,
A first power storage element voltage control step for generating a first switching command value for each phase using a difference between the predetermined command value and the DC voltage average value calculated for each phase;
Using the difference between each DC voltage value and the DC voltage average value obtained by using the DC voltage value for the average calculation processing by the calculation means, the second voltage for each single-phase power converter is determined. A second power storage element voltage control step for generating a switching command value;
With
The DC voltage value of each power storage element is controlled by switching the semiconductor switching element in each single-phase power converter using the first switching command value and the second switching command value. Power storage device control method.
交流側がカスケード接続された前記単相電力変換器のグループを三相分備える前記電力蓄積装置が、三相交流系統にトランスレスで直結される請求項19に記載の電力蓄積装置制御方法であって、
前記所定の指令値と各相別に算出された前記直流電圧平均値との差と、前記電力蓄積装置の交流側の三相電流値をdq座標変換して算出されるd軸電流値と、を用いて、各相別に第1のスイッチング指令値を生成する第1の電力蓄積素子電圧制御ステップと、
各前記直流電圧値と、この直流電圧値を前記演算手段が平均演算処理に用いることにより得られた前記直流電圧平均値との差を用いて、各前記単相電力変換器別の第2のスイッチング指令値を生成する第2の電力蓄積素子電圧制御ステップと、
を備え、
前記第1のスイッチング指令値と前記第2のスイッチング指令値とを用いて各前記単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、各前記電力蓄積素子の直流電圧値を制御する電力蓄積装置制御方法。
The power storage device control method according to claim 19, wherein the power storage device including three phases of the single-phase power converter groups cascaded on the AC side is directly connected to a three-phase AC system without a transformer. ,
The difference between the predetermined command value and the DC voltage average value calculated for each phase, and the d-axis current value calculated by dq coordinate conversion of the three-phase current value on the AC side of the power storage device, A first power storage element voltage control step for generating a first switching command value for each phase,
Using the difference between each DC voltage value and the DC voltage average value obtained by using the DC voltage value for the average calculation processing by the calculation means, the second voltage for each single-phase power converter is determined. A second power storage element voltage control step for generating a switching command value;
With
The DC voltage value of each power storage element is controlled by switching the semiconductor switching element in each single-phase power converter using the first switching command value and the second switching command value. Power storage device control method.
前記電力蓄積装置の交流側の各相電流と同位相を有する第3のスイッチング指令値を生成する有効電力制御ステップをさらに備え、
前記第1のスイッチング指令値、前記第2のスイッチング指令値および前記第3のスイッチング指令値を用いて各前記単相電力変換器内の半導体スイッチング素子をスイッチング制御することにより、前記電力蓄積装置の交流側に供給すべき電力を制御しながら各前記電力蓄積素子の直流電圧値を制御する請求項20または21に記載の電力蓄積装置制御方法。
An active power control step of generating a third switching command value having the same phase as each phase current on the AC side of the power storage device;
By switching control of the semiconductor switching element in each single-phase power converter using the first switching command value, the second switching command value, and the third switching command value, the power storage device The power storage device control method according to claim 20 or 21, wherein the DC voltage value of each of the power storage elements is controlled while controlling the power to be supplied to the AC side.
前記単相電力変換器は、単相フルブリッジ電圧型PWMコンバータである請求項19〜22のいずれか一項に記載の電力蓄積装置制御方法。   The power storage device control method according to any one of claims 19 to 22, wherein the single-phase power converter is a single-phase full-bridge voltage type PWM converter. 前記電力蓄積素子は、直流コンデンサ、電気二重層キャパシタもしくはバッテリである請求項19〜22のいずれか一項に記載の電力蓄積装置制御方法。   The power storage device control method according to any one of claims 19 to 22, wherein the power storage element is a DC capacitor, an electric double layer capacitor, or a battery.
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