JP2008172971A - Three-phase voltage ac-dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統と連系して運転するインバータに適用可能な三相電圧型交直変換装置に関する。 The present invention relates to a three-phase voltage type AC / DC converter that can be applied to an inverter that operates in conjunction with a power system.
従来より、単独運転及び交流電力系統への逆充電を防ぐことができる系統連系インバータの保護方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には「周波数シフト方式」、「バンドパスフィルタ方式」、「電力変動方式」及び「高調波電圧監視方式」が記載されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a method for protecting a grid-connected inverter that can prevent independent operation and reverse charging to an AC power system (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 describes a “frequency shift method”, a “bandpass filter method”, a “power fluctuation method”, and a “harmonic voltage monitoring method”.
ここで、図10に従来の三相電圧型交直変換装置の構成を示した概略図を示す。交流電力系統が遮断されたとき、系統連系インバータがインバータ出力電圧の周波数、周波数変化率及びゼロクロス付近の歪電圧に基づいて電流位相を変化させることでインバータ出力電圧の周波数が所定値に変化する。図10の三相電圧型交直変換装置は、これを検出して系統連系インバータを停止させている。
しかし、従来の系統連系インバータの保護方法は柱上変圧器の励磁電圧が歪むことを利用しているため、系統連系インバータの供給電力と負荷電力とが略等しい場合、励磁電圧の歪みはインバータ容量と柱上変圧器容量との関係等に依存すると考えられ、系統連系インバータが単独運転となったことの確実な検出が困難である。 However, since the conventional grid-connected inverter protection method uses the distortion of the excitation voltage of the pole transformer, when the supply power and load power of the grid-connected inverter are approximately equal, the distortion of the excitation voltage is It is considered that it depends on the relationship between the inverter capacity and the pole transformer capacity, and it is difficult to reliably detect that the grid-connected inverter has become an independent operation.
そこで、本発明では、交流電力系統が停電し、単独運転となったことを確実に検出できる三相電圧型交直変換装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a three-phase voltage type AC / DC converter capable of reliably detecting that the AC power system has been cut off and has become an independent operation.
上記目的を達成するため、本発明に係る三相電圧型交直変換装置は、三相電圧型交直変換装置の交流電圧を正帰還する制御を付加して系統連系運転を行い、交流電力系統が遮断され単独運転になった場合に、出力電圧の周波数又は/及び振幅を変化させ、その変化を検出して単独運転となったことを、判断することとした。 In order to achieve the above object, the three-phase voltage type AC / DC converter according to the present invention performs system interconnection operation by adding control for positive feedback of the AC voltage of the three-phase voltage type AC / DC converter, and the AC power system is When the operation was interrupted and the operation was performed independently, the frequency or / and amplitude of the output voltage was changed, and the change was detected to determine that the operation was performed independently.
具体的には、本発明は、交流端子から見て内部等価インピーダンスを持ち、PWM指令に基づいて発生させたゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して出力し、前記三相交流電力を前記交流端子から出力させる三相電圧型交直変換回路と、前記三相電圧型交直変換回路からの出力を当該出力電圧の振幅に関わる成分をd軸成分とし周波数差に関わる成分をq軸成分とするdq回転座標空間上に変換した出力電圧ベクトル及び前記交流端子の出力電圧の振幅に対する振幅指令値をd軸成分とし周波数に対する指令値をq軸成分とするdq回転座標空間上の上位指令ベクトルが入力され、入力された前記出力電圧ベクトル及び前記上位指令ベクトルに基づいて、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した電圧指令ベクトルを出力する上位電圧制御回路と、前記上位電圧制御回路に入力される前記上位指令ベクトルのうち少なくとも一方のdq回転座標軸の成分に、前記出力電圧ベクトルのdq回転座標軸の成分をそれぞれ正帰還させる正帰還回路と、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、前記三相電圧型交直変換回路の出力電圧に基づくベクトル並びに前記上位電圧制御回路からの前記電圧指令ベクトルに基づいて、前記三相出力電圧の振幅及び位相が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号を前記PWM指令として出力する下位電圧制御回路と、前記交流端子の三相出力電圧の周波数を規定する規準周波数に基づいて生成した生成値及び前記三相電圧型交直変換回路からの出力をdq回転座標空間上に変換した出力電圧ベクトルのq軸成分に基づいて生成した生成値を、前記三相電圧型交直変換回路からの出力をdq回転座標空間上に変換する変換行列の回転角度又は/及び前記上位電圧制御回路での変換行列の回転角度に同期させる周波数制御回路と、前記三相電圧型交直変換回路の出力電圧を監視し、監視する電圧が予め設定された範囲を逸脱したことを電圧異常として検出する電圧異常検出回路と、を備える三相電圧型交直変換装置であって、前記電圧異常検出回路が、前記出力の振幅値、前記出力の周波数又はそれらに相関のある量を監視することを特徴とする三相電圧型交直変換装置である。 Specifically, the present invention has an internal equivalent impedance when viewed from the AC terminal, and converts power from a DC voltage source into three-phase AC power according to the pulse width of the gate signal generated based on the PWM command. A three-phase voltage type AC / DC converter circuit that outputs the three-phase AC power from the AC terminal, and an output from the three-phase voltage type AC / DC converter circuit is a component related to the amplitude of the output voltage as a d-axis component. The output voltage vector converted into the dq rotation coordinate space having the component related to the frequency difference as the q-axis component and the amplitude command value for the amplitude of the output voltage of the AC terminal are the d-axis component and the command value for the frequency is the q-axis component. An upper command vector on the dq rotation coordinate space is input, and based on the input output voltage vector and the upper command vector, the amplitude and frequency of the three-phase output voltage of the AC terminal An upper voltage control circuit that outputs a voltage command vector generated so as to approach a command value by the upper command vector, and at least one dq rotational coordinate axis component of the upper command vector input to the upper voltage control circuit, A positive feedback circuit that positively feeds back components of the dq rotation coordinate axis of the output voltage vector, a reference voltage vector that defines the amplitude and phase of the three-phase output voltage of the AC terminal, and the output voltage of the three-phase voltage type AC / DC converter circuit And a signal generated so that the amplitude and phase of the three-phase output voltage are close to the combined value of the reference voltage vector and the voltage command vector based on the vector based on the above and the voltage command vector from the upper voltage control circuit The lower voltage control circuit that outputs the PWM command and the frequency of the three-phase output voltage of the AC terminal are specified. The generated value generated based on the quasi-frequency and the generated value generated based on the q-axis component of the output voltage vector obtained by converting the output from the three-phase voltage type AC / DC converter circuit on the dq rotation coordinate space, the three-phase voltage A frequency control circuit that synchronizes with the rotation angle of the conversion matrix for converting the output from the type AC / DC conversion circuit into the dq rotation coordinate space and / or the rotation angle of the conversion matrix in the upper voltage control circuit, and the three-phase voltage type AC / DC A voltage abnormality detection circuit that monitors the output voltage of the conversion circuit and detects that the monitored voltage has deviated from a preset range as a voltage abnormality. The detection circuit monitors the amplitude value of the output, the frequency of the output, or an amount correlated therewith, and is a three-phase voltage type AC / DC converter.
本発明に係る三相電圧型交直変換装置は、電圧源として電力系統に接続しても運転可能なように内部等価インピーダンスを持つ。また、周波数制御回路により三相交流出力電圧の振幅に関わる成分をd軸成分とし周波数差に関わる成分をq軸成分とするdq回転座標空間上に変換する変換行列の回転角度に三相出力電圧の周波数差に関わる成分から生成した生成値を同期させる。これにより、当該回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。また、上位電圧制御回路及び周波数制御回路により、電力系統の電圧振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置の三相出力の電圧振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。よって、下位電圧制御回路において三相電圧型交直変換装置の振幅及び位相を制御して当該偏差分を補償することができる。さらに、正帰還回路により上位電圧制御回路に入力される上位指令ベクトルの少なくとも一方のdq回転座標軸成分に、上位電圧制御回路に入力される出力電圧ベクトルのdq回転座標軸成分をそれぞれ正帰還させる。これにより、電力系統から遮断されて単独運転となった場合に交流端子の電圧振幅又は周波数が変化する。 The three-phase voltage type AC / DC converter according to the present invention has an internal equivalent impedance so that it can be operated even when connected to a power system as a voltage source. In addition, the three-phase output voltage at the rotation angle of the conversion matrix that is converted into the dq rotation coordinate space with the frequency control circuit converting the component related to the amplitude of the three-phase AC output voltage as the d-axis component and the component related to the frequency difference as the q-axis component The generated values generated from the components related to the frequency difference are synchronized. Thereby, the said rotation angle can be made to follow the frequency of an electric power grid | system. Further, even if the voltage amplitude and frequency of the power system change by the upper voltage control circuit and the frequency control circuit, the respective deviations of the voltage amplitude and frequency of the three-phase output of the three-phase voltage type AC / DC converter with respect to the amplitude and frequency. Minutes can be detected. Therefore, the lower voltage control circuit can compensate for the deviation by controlling the amplitude and phase of the three-phase voltage type AC / DC converter. Further, the dq rotation coordinate axis component of the output voltage vector input to the upper voltage control circuit is positively fed back to at least one dq rotation coordinate axis component of the upper command vector input to the upper voltage control circuit by the positive feedback circuit. As a result, the voltage amplitude or frequency of the AC terminal changes when the power system is cut off and becomes a single operation.
従って、本発明は、交流端子の電圧振幅又は周波数を監視し、所定の閾値を越えることで、交流電力系統が遮断され、単独運転となったことを確実に検出できる三相電圧型交直変換装置を提供することができる。 Therefore, the present invention monitors the voltage amplitude or frequency of the AC terminal and exceeds the predetermined threshold value, so that the AC power system is cut off and can be reliably detected to be operated independently. Can be provided.
なお、本発明に係る三相電圧型交直変換装置では交流端子の電圧振幅又は周波数ではなく、三相電圧型交直変換回路の出力電圧の振幅値、出力電圧の周波数又はそれらに相関のある量を監視しても同様の効果を得ることができる。例えば、交流端子における三相出力電圧をdq回転座標空間へUM変換したときのd軸成分あるいはq軸成分、又は交流端子における三相出力電圧を三相出力電圧のうち1つを基準として互いに直交するα軸及びβ軸とするαβ静止座標空間へM変換したときのα軸成分あるいはβ軸成分を監視してもよい。 In the three-phase voltage type AC / DC converter according to the present invention, not the voltage amplitude or frequency of the AC terminal, but the amplitude value of the output voltage of the three-phase voltage type AC / DC converter circuit, the frequency of the output voltage, or an amount correlated therewith. Similar effects can be obtained by monitoring. For example, the d-axis component or the q-axis component when the three-phase output voltage at the AC terminal is UM-converted into the dq rotation coordinate space, or the three-phase output voltage at the AC terminal is orthogonal to each other based on one of the three-phase output voltages. The α-axis component or the β-axis component when M-transformed into the αβ static coordinate space that is the α axis and the β axis may be monitored.
さらに、三相電圧型交直変換回路の出力電圧の振幅値、出力電圧の周波数又はそれらに相関のある量の監視点は、交流端子ではなく、それらを監視できれば、三相電圧型交直変換装置のいずれの箇所を監視してもよい。例えば、上位指令ベクトルに出力電圧ベクトルを正帰還させる正帰還点からの出力、上位電圧制御回路からの出力又は下位電圧制御回路からの出力を監視してもよい。 Further, the monitoring point of the amplitude value of the output voltage of the three-phase voltage type AC / DC converter circuit, the frequency of the output voltage or the amount correlated therewith is not the AC terminal, but if they can be monitored, the three-phase voltage type AC / DC converter device Any location may be monitored. For example, the output from the positive feedback point where the output voltage vector is positively fed back to the upper command vector, the output from the upper voltage control circuit, or the output from the lower voltage control circuit may be monitored.
本発明に係る三相電圧型交直変換装置において、前記三相電圧型交直変換回路内において前記ゲート信号を停止させるゲート信号停止機能又は/及び前記三相電圧型交直変換回路と前記交流端子との間にある開閉器で前記三相電圧型交直変換回路からの三相交流電力を遮断する遮断機能を有するインバータ出力停止手段をさらに備え、前記インバータ出力停止手段は、前記電圧異常検出回路が電圧異常を検出した場合に前記交流端子からの三相交流電力の出力を停止させることができる。 In the three-phase voltage type AC / DC converter according to the present invention, a gate signal stop function for stopping the gate signal in the three-phase voltage type AC / DC converter circuit or / and the three-phase voltage type AC / DC converter circuit and the AC terminal An inverter output stop means having a shut-off function for shutting off the three-phase AC power from the three-phase voltage type AC / DC converter circuit with a switch in between, the inverter output stop means having a voltage abnormality detection circuit When detecting this, the output of the three-phase AC power from the AC terminal can be stopped.
上位指令ベクトルに出力電圧ベクトルを正帰還する正帰還回路を備えたことにより、三相電圧型交直変換装置が単独運転となった場合、三相電圧型交直変換回路の出力電圧は、不安定となる。そこで、インバータ出力停止手段を備えることで、単独運転となった場合に三相電圧型交直変換回路を停止させる又は三相電圧型交直変換回路からの出力を遮断することができる。 By providing a positive feedback circuit that positively feeds back the output voltage vector to the upper command vector, the output voltage of the three-phase voltage type AC / DC converter is Become. Therefore, by providing the inverter output stop means, the three-phase voltage type AC / DC converter circuit can be stopped or the output from the three-phase voltage type AC / DC converter circuit can be shut off when the operation is independent.
本発明に係る三相電圧型交直変換装置において、前記正帰還回路を遮断するスイッチ又は/及び前記正帰還回路のゲインを0とする正帰還回路停止手段をさらに備え、前記正帰還回路停止手段は、前記インバータ出力停止手段が前記交流端子からの三相交流電力の出力を停止させた後に前記電圧出力ベクトルを前記上位指令ベクトルへ正帰還することを停止させることができる。 The three-phase voltage type AC / DC converter according to the present invention further includes a switch for cutting off the positive feedback circuit and / or a positive feedback circuit stopping unit for setting the gain of the positive feedback circuit to 0, and the positive feedback circuit stopping unit includes: The inverter output stop means can stop positive feedback of the voltage output vector to the higher order command vector after stopping the output of the three-phase AC power from the AC terminal.
前述のように、三相電圧型交直変換装置が単独運転となった場合、正帰還回路を備えたことにより三相電圧型交直変換回路からの出力は、交流電力系統の電圧及び周波数とは独立して変動することになる。そこで、正帰還回路停止手段を備え、単独運転となってインバータの出力を停止した後に正帰還を停止させることとした。 As described above, when the three-phase voltage type AC / DC converter is operated independently, the output from the three-phase voltage type AC / DC converter circuit is independent of the voltage and frequency of the AC power system due to the provision of the positive feedback circuit. Will fluctuate. Therefore, the positive feedback circuit stopping means is provided, and the positive feedback is stopped after the output of the inverter is stopped by the independent operation.
従って、本発明は、前述のような効果の他に、単独運転の検出によってインバータ出力を停止した後に再度系統連系運転をする際に、三相電圧型交直変換装置の電圧及び周波数と交流電力系統の電圧及び周波数とが不一致となることを回避することができる。 Therefore, in addition to the effects as described above, the present invention provides the voltage and frequency of the three-phase voltage type AC / DC converter and the AC power when the grid connection operation is performed again after the inverter output is stopped by detecting the isolated operation. It is possible to avoid a mismatch between the system voltage and frequency.
(三相電圧型交直変換装置の正確な内部等価インピーダンス)
三相電圧型交直変換装置の内部等価インピーダンスは以下のように計算できる。本発明に係る三相電圧型交直変換装置のα軸、β軸の等価回路は図8のようになる。図8のR1、R2及びCは数式(1)のようになる。
(Accurate internal equivalent impedance of three-phase voltage type AC / DC converter)
The internal equivalent impedance of the three-phase voltage type AC / DC converter can be calculated as follows. FIG. 8 shows an equivalent circuit of the α axis and the β axis of the three-phase voltage type AC / DC converter according to the present invention. R 1 , R 2, and C in FIG. 8 are expressed by Equation (1).
本発明は、交流電力系統が遮断されて、単独運転となった場合に単独運転であることを確実に検出できる三相電圧型交直変換装置を提供することができる。 The present invention can provide a three-phase voltage type AC / DC converter that can reliably detect that an AC power system is shut off and becomes an independent operation.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。また、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below. In addition, in the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.
(第1実施形態)
図1に、本実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図を示す。
(First embodiment)
In FIG. 1, the schematic block diagram of the three-phase voltage type | mold AC / DC converter which concerns on this embodiment is shown.
図1に示す三相電圧型交直変換装置11は、交流端子29から見て内部等価インピーダンスを持ち、PWM指令に基づいて直流電圧源(不図示)からの電力を直流端子21で受けて三相交流電力に変換して交流端子29から出力する三相電圧型交直変換回路40と、交流端子29の三相出力電圧をdq回転座標空間上に変換して出力するUM変換回路31と、上位指令ベクトル120及びUM変換回路31からの出力電圧ベクトルに基づいて生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する第一上位電圧制御回路70と、規準電圧ベクトル、UM変換回路31からの出力電圧ベクトル及び第一上位電圧制御回路70からの電圧指令ベクトルに基づいて生成した信号をPWM指令として出力する第一下位電圧制御回路60と、規準周波数、及びUM変換回路31からの出力電圧ベクトルのq軸成分に基づいて生成した生成値をUM変換回路31での回転座標変換行列52の回転角度に同期させる周波数制御回路50と、を備える。さらに、三相電圧型交直変換装置11は、上位指令ベクトル120の少なくとも一方のdq回転座標軸成分に、UM変換回路31からの出力電圧ベクトルのdq回転座標軸成分をそれぞれ正帰還させる正帰還回路200と、三相電圧型交直変換回路40の出力電圧を監視し、監視する電圧が予め設定された範囲を逸脱したことを電圧異常として検出する電圧異常検出回路220と、インバータ出力停止手段として三相電圧型交直変換回路40と交流端子22との間で三相電圧型交直変換回路40からの三相交流電力を遮断する開閉器230と、を備える。
A three-phase voltage type AC /
三相電圧型交直変換回路40は、PWM指令に基づいてゲート信号発生器41により発生させたゲート信号のパルス幅に応じて不図示の直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換する。直流電圧源は、バッテリ等の単独で直流電圧を出力する電圧源、風力発電等の発電方法で発電し整流して直流電圧を出力する電圧源、又は直流コンデンサの電圧を制御して直流電圧を出力する電圧源などを例示することができる。この場合、三相電圧型交直変換回路40の交流端子29と三相電圧型交直変換装置11の交流端子22との間にさらにブロッキングインダクタを備え、三相出力電圧をブロッキングインダクタを介して交流端子22から出力することとしてもよい。三相電圧型交直変換回路40でのPWM成分を三相電圧型交直変換装置11の交流端子22への流出を防止することができる。
The three-phase voltage type AC /
図1のUM変換回路31は、以下の数式(2)から数式(4)により、交流端子29の三相出力電圧を当該電圧の振幅に関わる成分をd軸成分とし周波数差に関わる成分をq軸成分とするdq回転座標空間上に変換して出力する。数式(4)では、UM変換回路31に入力される三相出力電圧を(Va,Vb,Vc)とし、UM変換回路31からの出力電圧ベクトル(d軸成分,q軸成分)を(Vd,Vq)とした。図1では、UM変換回路31は、周波数制御回路50、第一下位電圧制御回路60及び第一上位電圧制御回路70にそれぞれ出力する。ここで、数式(2)〜数式(4)によりUM変換の演算を行うにあたり交流端子29の三相出力電圧を検出することになる。この場合、三相出力電圧のうち三相とも検出することとしてもよいが、三相出力電圧はいずれか2つの電圧が定まれば残りの1つの電圧が定まるため、UM変換回路31は、三相出力電圧のうちいずれか2つを検出することとしてもよい。
The
周波数制御回路50は、交流端子22の三相出力電圧の周波数を規定する規準周波数、及びUM変換回路31からの出力電圧ベクトルのq軸成分に基づいて生成した生成値をUM変換回路31での回転座標変換行列52の回転角度に同期させる。具体的には、図5に示すように、ループフィルタ53において三相出力電圧の周波数差に関わる成分であるq軸成分に低域濾過要素を付加し第二時間積分器55で時間積分して出力する。ループフィルタ53において付加する低域濾過要素は、一次遅れ要素等の遅れ要素を例示できる。これにより、フィードバックループを安定化させることができる。
The
また、規準周波数設定器51から出力される規準周波数を第一時間積分器54において時間積分した積分値に第二時間積分器55からの積分値を加算器56において加算して生成した生成値57をUM変換回路31での回転座標変換行列52の回転角度に同期させる。これにより、当該回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。同期させるには、第一時間積分器54からの積分値と第二時間積分器55からの積分値とを加算した生成値57を数式(4)のθdqとする。
Further, a generated
ここで、UM変換回路31では、前述したように三相出力電圧の周波数差に関わる成分(q軸成分)を出力する。そのため、UM変換回路31での信号処理は、三相出力電圧と第一時間積分器54からの積分値と第二時間積分器55からの積分値とを加算した生成値57との位相を比較する位相比較処理に相当すると考えられる。また、第一時間積分器54からの積分値と第二時間積分器55からの積分値とを加算することによる信号処理は、ループフィルタ53からの出力電圧に応じて生成値の値を可変するVCO(Voltage Controlled Oscillator)の信号処理に相当すると考えられる。そのため、UM変換回路31及び周波数制御回路50は、全体として、第一時間積分器54からの積分値と第二時間積分器55からの積分値とを加算した生成値57が交流端子22の三相出力電圧の周波数に同期するPLLとしての動作を行っていると考えられる。そのため、同期を維持する周波数範囲(同期保持範囲(ロックレンジ))と周波数引込み範囲(キャプチャレンジ)は、PLLの場合と同様にして求めることができる。
Here, the
図1の第一上位電圧制御回路70には、交流端子22の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトル120が入力される。そして、入力された上位指令ベクトル120及びUM変換回路31からの出力電圧ベクトルに基づいて、交流端子22の三相出力電圧の振幅及び周波数が上位指令ベクトル120による指令値に近づくように生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する。具体的には、図5に示すように、減算器72においてUM変換回路31からの出力ベクトルと上位指令ベクトル120とを減算し、電力系統の電圧振幅及び周波数が上位指令ベクトル120による指令値に近づくように第一上位制御増幅器71で増幅して電圧指令ベクトルを生成して出力する。これにより、電力系統の電圧振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置11の三相出力の電圧振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。
A first upper
図1の第一下位電圧制御回路60は、交流端子22の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、UM変換回路31からの出力電圧ベクトル並びに第一上位電圧制御回路70からの電圧指令ベクトルに基づいて、三相出力電圧の振幅及び位相が規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号をPWM指令として出力する。また、規準電圧ベクトルは、第一規準電圧ベクトル設定器61により予め設定する。この規準電圧ベクトルは二相で交流端子22の三相出力電圧の振幅と位相の規準となる。
The first lower
具体的には、図5に示すように、第一規準電圧ベクトル設定器61において予め設定された規準電圧ベクトルに第一上位電圧制御回路70からの電圧指令ベクトルを加算器62において加算して電力系統の電圧振幅及び位相の偏差の補償分を追加する。また、UM変換回路31からの出力電圧ベクトルを減算器63において減算し、電力系統の電圧振幅及び位相との差分を第一電圧制御器64で規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように変換して出力する。さらに、第一電圧制御器64からのdq空間上の出力ベクトルを第一逆U変換器65においてαβ空間上に変換し三相電圧型交直変換回路40へのPWM指令として出力する。これにより、第一上位電圧制御回路70で検出した偏差分を補償すると共に、三相電圧型交直変換装置11の三相出力電圧の振幅及び位相を電力系統の電圧振幅及び位相に一致させるように三相電圧型交直変換装置11の振幅及び位相を制御することができる。
Specifically, as shown in FIG. 5, the voltage command vector from the first higher
正帰還回路200により、第一上位電圧制御回路70は電力系統が停電し、単独運転となった時に交流端子29に出力される三相交流電圧が不安定となるように、電圧指令ベクトルを出力することになる。具体的には以下のように動作する。
The
ここで、V* FILqは三相電圧型交直変換装置のq軸フィルタ電圧指令値、VFILqは実測したq軸フィルタ電圧、V* FILdは三相電圧型交直変換装置のd軸フィルタ電圧指令値、VFILdは実測したd軸フィルタ電圧である。 Here, V * FILq is a q-axis filter voltage command value of the three-phase voltage type AC / DC converter, V FILq is an actually measured q-axis filter voltage, and V * FILd is a d-axis filter voltage command value of the three-phase voltage type AC / DC converter. , V FILd is an actually measured d-axis filter voltage.
(UM変換回路31からの出力電圧ベクトルのq軸成分を正帰還させる場合)
V* FILqを数式(5)とする。
Let V * FILq be Equation (5).
系統連系運転中はインバータの出力周波数と出力電圧振幅とは電力系統の値に等しいため、VFILqは固定される。 During grid interconnection operation, V FILq is fixed because the output frequency and output voltage amplitude of the inverter are equal to the value of the power system.
単独運転となった場合、図1の正帰還回路200のゲインkq>0により、V* FILqに正帰還がかかるので、VFILqは系統連系運転中の値よりも大きくなる。具体的には、図5に示すように、加算器210において正帰還回路200の出力と上位指令ベクトル120とを加算した値を減算器72においてUM変換回路31からの出力ベクトルを減算するので、正帰還回路200のゲインkqは数式(6)を満たす値にする。このため、V* FILqに正帰還がかかるので、VFILqは、系統連系運転中の値よりも大きくなる。ここで、kvqは、第一上位電圧制御回路70のq軸ゲインとする。
インバータの出力周波数Fiは数式(7)で決まるので、VFILqが大きくなれば、Fiはインバータ規準周波数FCOから大きく変化する。そのため、出力周波数Fiを電圧異常検出回路220の周波数リレー等で監視することで単独運転を検出することができる。ここで、Kfは周波数制御回路50内の電圧周波数変換ゲインである。
(UM変換回路31からの出力電圧ベクトルのd軸成分を正帰還させる場合)
V* FILdを数式(8)とする。
Let V * FILd be Equation (8).
系統連系運転中は、インバータの出力周波数と出力電圧振幅とは電力系統の値に等しいため、VFILqは、固定される。 During grid interconnection operation, V FILq is fixed because the output frequency and output voltage amplitude of the inverter are equal to the value of the power system.
単独運転となった場合、図1の正帰還回路200のゲインkd>0により、V* FILdに正帰還がかかるので、VFILdは系統連系運転中の値よりも大きくなる。具体的には、図5に示すように、加算器210において正帰還回路200の出力と上位指令ベクトル120とを加算した値を減算器72においてUM変換回路31からの出力ベクトルを減算するので、正帰還回路200のゲインkdは数式(9)を満たす値にする。このため、V* FILdに正帰還がかかるので、VFILdは、系統連系運転中の値よりも大きくなる。ここで、kvdは、第一上位電圧制御回路70のd軸ゲインとする。
VFILdはインバータの出力電圧の振幅であるので、VFILdが大きくなれば、インバータ出力電圧は規準電圧VCOから大きく変化する。そのため、電圧振幅を電圧異常検出回路220の電圧リレー等で監視することで単独運転を検出することができる。
Since V FILD is the amplitude of the inverter output voltage, the larger the V FILD, the inverter output voltage changes significantly from the reference voltage V CO. Therefore, the isolated operation can be detected by monitoring the voltage amplitude with a voltage relay or the like of the voltage
図1の電圧異常検出回路220は、電圧検出回路、電圧リレー及び異常検出回路を有する。また、電圧異常検出回路220は電圧検出回路、周波数リレー及び異常検出回路を有してもよい。電圧異常検出回路220は三相電圧型交直変換回路40と交流端子22との間を監視点とし、三相電圧型交直変換回路40と交流端子22との間の三相交流の電圧又は周波数を監視する。また、電圧異常検出回路220は三相電圧型交直変換回路40の出力をUM変換したベクトルのq軸成分又は/及びd軸成分の電圧を監視してもよい。また、電圧異常検出回路220は三相電圧型交直変換回路40の出力を、三相交流電圧のうちのひとつを基準として互いに直交するα軸及びβ軸のαβ静止座標空間上にU変換したベクトルのα軸成分又は/及びβ軸成分の電圧を監視してもよい。三相電圧型交直変換装置11は電圧異常検出回路220が電圧異常を検出することで単独運転になったことを判断することができる。図1及び図5の電圧異常検出回路220は開閉器230と交流端子22との間を監視しているが、三相電圧型交直変換回路40と開閉器230との間を監視してもよい。
The voltage
図1の電圧異常検出回路220は、三相電圧型交直変換回路40の出力を監視しているが、正帰還回路200からの出力電圧ベクトルが上位指令ベクトル120に正帰還される正帰還点としての加算器210からの出力、第一上位電圧制御回路70からの出力又は第一下位電圧制御回路60からの出力を監視してもよい。正帰還点としての加算器210からの出力、第一上位電圧制御回路70からの出力又は第一下位電圧制御回路60からの出力の電圧異常検出回路220による監視は、dq回転座標空間上のベクトルのq軸成分あるいは/並びにd軸成分の電圧、αβ静止座標空間上のベクトルのα軸成分あるいは/並びにβ軸成分の電圧又は逆UM変換あるいは逆U変換をした値でもよい。
The voltage
(実施例1)
図6は、三相電圧型交直変換装置11において、UM変換回路31からの出力電圧ベクトルのq軸成分を正帰還させる場合の動作例である。三相電圧型交直変換装置11は2kW、力率1.0の負荷をもって、200V、50Hzの電力系統と連系運転をしている。三相電圧型交直変換装置11の出力はP=2kW、Q=0kvarなので連系潮流はゼロである。
(Example 1)
FIG. 6 shows an operation example when the q-axis component of the output voltage vector from the
時刻t=100msで連系遮断器を解放すると、三相電圧型交直変換装置11の出力周波数は徐々に高くなっている。連系遮断器の解放後60msでおよそ5Hz上昇している。
When the interconnection breaker is released at time t = 100 ms, the output frequency of the three-phase voltage type AC /
図7は、三相電圧型交直変換装置11において、UM変換回路31からの出力電圧ベクトルのd軸成分を正帰還させる場合の動作例である。三相電圧型交直変換装置11は2kW、力率1.0の負荷をもって、200V、50Hzの電力系統と連系運転をしている。三相電圧型交直変換装置11の出力はP=2kW、Q=0kvarなので連系潮流はゼロである。
FIG. 7 is an operation example when the d-axis component of the output voltage vector from the
時刻t=100msで連系遮断器を解放すると、三相電圧型交直変換装置11の電圧の絶対値が大きくなる。最大で三相電圧型交直変換装置11の直流側電圧である360Vまで高くなっている。
When the interconnection breaker is released at time t = 100 ms, the absolute value of the voltage of the three-phase voltage type AC /
三相電圧型交直変換装置11はさらにインバータ出力停止手段を備える。図1のインバータ出力停止手段はゲート信号停止部又は/及び三相電圧型交直変換回路40と交流端子22との間にある開閉器230である。ゲート信号停止部は、電圧異常検出回路220が電圧異常を検出した場合に、三相電圧型交直変換回路40内のゲート信号発生器41からのゲート信号を停止させ、三相電圧型交直変換回路40からの三相交流電力の出力を停止させる。一方、開閉器230は、電圧異常検出回路220が電圧異常を検出した場合に、三相電圧型交直変換回路40からの三相交流電力を遮断し、交流端子22からの三相交流電力の出力を停止させる。図1及び図5の三相電圧型交直変換装置11は、インバータ出力停止手段としてゲート信号発生器41を停止させるゲート信号停止部及び開閉器230を有している。
The three-phase voltage type AC /
三相電圧型交直変換装置11はインバータ出力停止手段を備えるにより、電圧異常検出回路220が電圧異常を検出した場合、すなわち単独運転時に三相交流電圧の外部への出力を遮断することができる。
The three-phase voltage type AC /
三相電圧型交直変換装置11はさらに正帰還回路停止手段を備える。正帰還回路停止手段は正帰還回路200を開閉するスイッチ又は/及び正帰還回路200のゲインを0とする指示回路である。図4は正帰還回路停止手段としてスイッチ240を採用した場合の三相電圧型交直変換装置11である。正帰還回路停止手段は、電圧異常検出回路220が電圧異常を検出した場合に正帰還回路200が行う電圧出力ベクトルの上位指令ベクトル120への正帰還を停止させる。三相電圧型交直変換装置11は正帰還回路停止手段を備えるにより、電圧異常検出回路220が電圧異常を検出した場合、すなわち単独運転時に三相電圧型交直変換回路40からの三相交流の周波数、電圧振幅が大幅に変動することを防止できる。
The three-phase voltage type AC /
図5に、三相電圧型交直変換装置11の他の形態の概略構成図を示す。図5の三相電圧型交直変換装置11は、図1に示す三相電圧型交直変換装置11に交流端子22の三相出力電流を検出する電流検出回路80と、電流検出回路80の検出電流信号をdq回転座標空間上に変換して出力するUM変換回路81と、をさらに備え、第一電圧制御器64からの出力ベクトルにさらにフィルタ電流補償器66、PWM電流偏差補償器67及びフィードフォワード増幅器68からの出力ベクトルを加算器69において加算した形態である。また、UM変換回路81でのdq変換は、数式(2)から数式(4)で説明した座標変換と同様である。つまり、UM変換回路81は、電流検出回路80の検出電流信号を当該検出電流信号の有効電力に関わる成分をd軸成分とし無効電力に関わる成分をq軸成分として出力する。
In FIG. 5, the schematic block diagram of the other form of the three-phase voltage type | mold AC /
フィルタ電流補償器66は、三相電圧型交直変換回路40内の三相交流フィルタ回路における電流損失分を補償するように規定された電流補償ベクトルを出力する。これにより、三相電圧型交直変換装置11では、三相交流フィルタ回路における電流損失分を予めフィルタ電流補償器66において設定し、第一電圧制御器64からの出力ベクトルに加算することで当該損失を補償することができる。また、PWM電流偏差補償器67は、三相電圧型交直変換回路40からの三相出力電流の電流偏差を補償するように規定された電流偏差補償ベクトルを出力する。これにより、三相電圧型交直変換装置11では、PWM指令をゼロ指令としたときの三相電圧型交直変換回路40における電流偏差分を予めPWM電流偏差補償器67において設定し、第一電圧制御器64からの出力ベクトルに加算することで当該損失を補償することができる。また、フィードフォワード増幅器68は、UM変換回路81からの出力電流ベクトルを交流端子22を流れる電流を補償するように所定のフィードフォワードゲインで増幅して出力する。これにより、三相電圧型交直変換装置11では、電流検出回路80において交流端子22の三相出力電流を検出しdq変換することで三相出力電流の有効・無効成分を検出し、それらの値をフィードフォワード増幅器68をとおして、第一電圧制御器64からの出力ベクトルに加算することで負荷電流が変化しても安定した出力電圧を発生することができる。
The filter current compensator 66 outputs a current compensation vector defined so as to compensate for a current loss in the three-phase AC filter circuit in the three-phase voltage type AC /
以上説明したように、図1及び図5の三相電圧型交直変換装置11は、内部等価インピーダンスを持つことから、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、周波数設定回路、第一上位電圧制御回路及び第一下位電圧制御回路を備えるため、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。
As described above, since the three-phase voltage type AC /
さらに、三相電圧型交直変換装置12は正帰還回路200及び電圧異常検出回路220により単独運転を検出することができ、インバータ出力停止手段により単独運転時の三相交流電圧を外部へ出力することを遮断でき、かつ、正帰還回路停止手段により三相電圧型交直変換回路40からの三相交流の周波数、電圧振幅が大幅に変動することを防止することができる。
Further, the three-phase voltage type AC /
系統電圧が欠相状態になった場合についても検出することができる。図7では、時刻t=100ms以降の三相電圧型交直変換装置11の電圧の絶対値が大きくなっていることから単独運転状態を検出することができるが、系統電圧が欠相状態の場合も、単独運転状態のとき程顕著ではないが三相電圧型交直変換装置11の電圧の絶対値が大きくなることを検出することができる。
It is also possible to detect a case where the system voltage is in an open phase state. In FIG. 7, since the absolute value of the voltage of the three-phase voltage type AC /
なお、単独運転状態であるか、あるいは欠相状態であるかは、数100ms間の電圧型交直変換装置11の電圧の絶対値の変化量の程度によって識別することができる。
In addition, it can be identified by the degree of change of the absolute value of the voltage of the voltage type | mold AC /
また、三相のうち例えば1相が欠相状態である場合は、UM変換回路31から出力される信号に電力系統周波数の2倍の周波数の振動が重畳されるので、このことを利用して、欠相状態であるか単独運転状態であるかを識別することもできる。
Also, for example, when one of the three phases is in an open phase state, a vibration having a frequency twice the power system frequency is superimposed on the signal output from the
(第2実施形態)
図2に、本実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図を示す。
(Second Embodiment)
In FIG. 2, the schematic block diagram of the three-phase voltage type | mold AC / DC converter which concerns on this embodiment is shown.
図2に示す三相電圧型交直変換装置12は、交流端子22から見て内部等価インピーダンスを持ち、PWM指令に基づいて直流電圧源(不図示)からの電力を三相交流電力に変換して交流端子22から出力する三相電圧型交直変換回路40と、交流端子22の三相出力電圧をαβ静止座標空間上に変換するM変換回路32と、M変換回路32の出力電圧ベクトルをdq回転座標空間上に変換して出力するU変換回路33と、上位指令ベクトル120及びU変換回路33からの出力電圧ベクトルに基づいて生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する第二上位電圧制御回路90と、規準電圧ベクトル、M変換回路32からの出力電圧ベクトル並びに第二上位電圧制御回路90からの電圧指令ベクトルに基づいて生成した信号をPWM指令として出力する第二下位電圧制御回路80と、規準周波数、及びU変換回路33からの出力電圧ベクトルのq軸成分に基づいて生成した生成値をU変換回路33での回転座標変換行列52の回転角度に同期させる周波数制御回路50と、を備える。本実施形態に係る三相電圧型交直変換装置12は、第1実施形態で説明した三相電圧型交直変換装置11と比較して、第二下位電圧制御回路80内での信号処理をαβ静止座標空間上で行う点、及び正帰還回路200がM変換回路32からの出力をU変換回路33で変換した出力を上位指令ベクトル120に正帰還している点、が異なっている。また、図2において、図1及び図5と符号が同一の構成要素は、相互に同一のものを示すため、説明は省略する。
The three-phase voltage type AC /
M変換回路32は、交流端子22の三相出力電圧のうち1つを基準として互いに直交するα軸及びβ軸とするαβ静止座標空間上に変換する。変換行列は、上記数式(3)により表記できる。また、U変換回路33は、M変換回路32の出力電圧ベクトルを三相出力電圧の振幅に関わる成分をd軸成分とし周波数差に関わる成分をq軸成分とするdq回転座標空間上に変換して出力する。変換行列は、上記数式(2)により表記できる。そのため、U変換回路33からの出力は、M変換回路32を介しているため、図1のUM変換回路31からの出力と同質のベクトルが出力される。
The
図2の第二上位電圧制御回路90は、交流端子22の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトル120が入力される。そして、入力された上位指令ベクトル120及びU変換回路33からの出力電圧ベクトルに基づいて、交流端子22の三相出力電圧の振幅及び周波数が上位指令ベクトル120による指令値に近づくように生成した信号を第一逆U変換器91を介して電圧指令ベクトルとして出力する。具体的には、図5の第一上位電圧制御回路70で説明したように、減算器においてU変換回路33からの出力ベクトルと上位指令ベクトル120とを減算し、電力系統の電圧振幅及び周波数が上位指令ベクトル120による指令値に近づくように第二上位制御増幅器で増幅し第一逆U変換器91においてαβ静止座標空間上に変換して電圧指令ベクトルを生成する。これにより、電力系統の電圧振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置の三相出力の電圧振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。
The second upper
図2の第二下位電圧制御回路80は、交流端子22の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、M変換回路32からの出力電圧ベクトル並びに第二上位電圧制御回路90からの電圧指令ベクトルに基づいて、三相出力電圧の振幅及び位相が規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号をPWM指令として出力する。具体的には、第二下位電圧制御回路80は図5で説明した第一下位電圧制御回路60の第一電圧制御器64の代替として第二電圧制御器を有し、第一下位電圧制御回路60の第一逆U変換器65を有さない。第一規準電圧ベクトル設定器81において予め設定された規準電圧ベクトルに第二上位電圧制御回路90からの電圧指令ベクトルを加算器において加算して電力系統の電圧振幅及び周波数の偏差の補償分を追加する。また、M変換回路32からの出力電圧ベクトルを減算器において減算し、電力系統の電圧振幅及び位相との差分を第二電圧制御器で規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように変換して三相電圧型交直変換回路40へのPWM指令として出力する。これにより、第二上位電圧制御回路90で検出した偏差分を補償すると共に、三相電圧型交直変換装置12の三相出力電圧の振幅及び位相を電力系統の電圧振幅及び位相に一致させるように三相電圧型交直変換装置12の振幅及び位相を制御することができる。
The second lower
図2に示す三相電圧型交直変換装置12は、図1及び図5で説明した正帰還回路200及び電圧異常検出回路220を備える。従って、三相電圧型交直変換装置12は電圧異常検出回路220が電圧異常を検出することで単独運転になったことを判断することができる。
The three-phase voltage type AC /
図2に示す三相電圧型交直変換装置12は、図1及び図5で説明したインバータ出力停止手段を備える。図2のインバータ出力停止手段はゲート信号停止部又は/及び三相電圧型交直変換回路40と交流端子22との間にある開閉器230である。従って、三相電圧型交直変換装置12は電圧異常検出回路220が電圧異常を検出した場合、すなわち単独運転時に三相交流電圧の外部への出力を遮断することができる。
The three-phase voltage type AC /
三相電圧型交直変換装置12はさらに正帰還回路停止手段を備える。図2の正帰還回路停止手段は正帰還回路200を開閉するスイッチ又は/及び正帰還回路200のゲインを0とする指示回路である。従って、三相電圧型交直変換装置12は電圧異常検出回路220が電圧異常を検出した場合、すなわち単独運転時に三相電圧型交直変換回路40からの三相交流の周波数、電圧振幅が大幅に変動することを防止できる。
The three-phase voltage type AC /
図2に示す三相電圧型交直変換装置12は、図5で説明したフィードフォワード増幅器68並びにこれに必要な電流検出回路80及びM変換回路32、フィルタ電流補償器66、並びにPWM電流偏差補償器67をさらに有して、これらの回路からの出力を第二下位電圧制御回路80内で第二電圧制御器84からの出力ベクトルに加算することもできる。
The three-phase voltage type AC /
以上説明したように、図2の三相電圧型交直変換装置12は、図1及び図5の三相電圧型交直変換装置11と同様に内部等価インピーダンスを持つことから電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、周波数制御回路50、第二上位電圧制御回路90及び第二下位電圧制御回路80を備えるため、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。
As described above, the three-phase voltage type AC /
さらに、三相電圧型交直変換装置12は正帰還回路200及び電圧異常検出回路220により単独運転を検出することができ、インバータ出力停止手段及び正帰還回路停止手段により単独運転時の三相交流電圧を外部へ出力することを遮断でき、三相電圧型交直変換回路40からの三相交流の周波数、電圧振幅が大幅に変動することを防止することができる。
Furthermore, the three-phase voltage type AC /
(第3実施形態)
図3に、本実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図を示す。
(Third embodiment)
In FIG. 3, the schematic block diagram of the three-phase voltage type | mold AC / DC converter which concerns on this embodiment is shown.
図3に示す三相電圧型交直変換装置13は、交流端子22から見て内部等価インピーダンスを持ち、PWM指令に基づいて直流電圧源(不図示)からの電力を三相交流電力に変換して交流端子22から出力する三相電圧型交直変換回路40と、交流端子22の三相出力電圧をdq回転座標空間上に変換して出力するUM変換回路31と、上位指令ベクトル120及びUM変換回路31からの出力電圧ベクトルに基づいて生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する第三上位電圧制御回路110と、規準電圧ベクトル、交流端子22の三相出力電圧並びに第三上位電圧制御回路110からの電圧指令ベクトルに基づいて生成した信号をPWM指令として出力する第三下位電圧制御回路100と、規準周波数、及びUM変換回路31からの出力電圧ベクトルのq軸成分に基づいて生成した生成値をUM変換回路31での回転座標変換行列52の回転角度に同期させる周波数制御回路50と、を備える。本実施形態に係る三相電圧型交直変換装置13は、第1実施形態で説明した三相電圧型交直変換装置11と比較して、第三下位電圧制御回路100内での信号処理を三相のまま行う点が異なっている。また、図6及び図7において、図1及び図2と符号が同一の構成要素は、相互に同一のものを示すため、説明は省略する。
The three-phase voltage type AC /
第三上位電圧制御回路110には、交流端子22の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトル120が入力される。そして、入力された上位指令ベクトル120及びUM変換回路31からの出力電圧ベクトルに基づいて、交流端子22の三相出力電圧の振幅及び周波数が上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する。
The third upper
具体的には、図5の第一上位電圧制御回路70で説明したように、図3の第三上位電圧制御回路110は、減算器においてUM変換回路31からの出力ベクトルと上位指令ベクトル120とを減算し、電力系統の電圧振幅及び周波数が上位指令ベクトル120による指令値に近づくように第三上位制御増幅器で増幅し、逆UM変換器111においてdq回転座標空間上からの逆変換を行って電圧指令ベクトルを生成する。これにより、電力系統の電圧振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置13の三相出力の電圧振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。
Specifically, as described with reference to the first upper
図3の第三下位電圧制御回路100は、交流端子22の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、交流端子22の三相出力電圧並びに第三上位電圧制御回路110からの電圧指令ベクトルに基づいて、三相出力電圧の振幅及び位相が規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号をPWM指令として出力する。具体的には、第三下位電圧制御回路100は図5で説明した第一下位電圧制御回路60の第一規準電圧ベクトル設定器61の代替として第二規準電圧ベクトル設定器101を有し、第一電圧制御器64の代替として第三電圧制御器を有し、第一下位電圧制御回路60の第一逆U変換器65を有さない。また、規準電圧ベクトルは、第二規準電圧ベクトル設定器101により予め設定する。この規準電圧ベクトルは、交流端子の三相出力電圧の振幅と位相の規準となる。
The third lower
具体的には、第二規準電圧ベクトル設定器101において予め設定された規準電圧ベクトルに第三上位電圧制御回路110からの電圧指令ベクトルを加算器において加算して電力系統の電圧振幅及び周波数の偏差の補償分を追加する。また、交流端子22の三相出力電圧ベクトルを減算器において減算し、電力系統の電圧振幅及び位相との差分を第三電圧制御器で規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように変換して三相電圧型交直変換回路40へのPWM指令として出力する。これにより、第三上位電圧制御回路110で検出した偏差分を補償すると共に、三相電圧型交直変換装置13の三相出力電圧の振幅及び位相を電力系統の電圧振幅及び位相に一致させるように三相電圧型交直変換装置13の振幅及び位相を制御することができる。
Specifically, the voltage command vector from the third higher
図3に示す三相電圧型交直変換装置13は、図1及び図5で説明した正帰還回路200及び電圧異常検出回路220を備える。従って、三相電圧型交直変換装置13は電圧異常検出回路220が電圧異常を検出することで単独運転になったことを判断することができる。
The three-phase voltage type AC /
図3に示す三相電圧型交直変換装置13は、図1及び図5で説明したインバータ出力停止手段を備える。図2のインバータ出力停止手段はゲート信号停止部又は/及び三相電圧型交直変換回路40と交流端子22との間にある開閉器230である。従って、三相電圧型交直変換装置13は電圧異常検出回路220が電圧異常を検出した場合、すなわち単独運転時に三相交流電圧の外部への出力を遮断することができる。
The three-phase voltage type AC /
三相電圧型交直変換装置13はさらに正帰還回路停止手段を備える。図3の正帰還回路停止手段は正帰還回路200を開閉するスイッチ又は/及び正帰還回路200のゲインを0とする指示回路である。従って、三相電圧型交直変換装置13は電圧異常検出回路220が電圧異常を検出した場合、すなわち単独運転時に三相電圧型交直変換回路40からの三相交流の周波数、電圧振幅が大幅に変動することを防止できる。
The three-phase voltage type AC /
図3に示す三相電圧型交直変換装置13は、図5で説明したフィードフォワード増幅器68及びこれに必要な電流検出回路80、フィルタ電流補償器66、並びにPWM電流偏差補償器67をさらに有して、これらの回路からの出力を第三下位電圧制御回路100内で第三電圧制御器からの出力ベクトルに加算することもできる。
The three-phase voltage type AC /
さらに、三相電圧型交直変換装置12は正帰還回路200及び電圧異常検出回路220により単独運転を検出することができ、インバータ出力停止手段及び正帰還回路停止手段により単独運転時の三相交流電圧を外部へ出力することを遮断でき、三相電圧型交直変換回路40からの三相交流の周波数、電圧振幅が大幅に変動することを防止することができる。
Furthermore, the three-phase voltage type AC /
以上説明したように、図3の三相電圧型交直変換装置13は、図1及び図5の三相電圧型交直変換装置11と同様に内部等価インピーダンスを持つことから電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、周波数制御回路50、第三上位電圧制御回路110及び第三下位電圧制御回路100を備えるため、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。
As described above, the three-phase voltage type AC /
本発明の三相電圧型交直変換装置は、並列冗長運転が必要なUPS(無停電電源)の他、太陽光発電用インバータ、燃料電池用インバータ、蓄電システム用インバータ、DCリンク付風力発電用インバータ等の分散電源用インバータ、整流器、並びにSVC(無効電力補償装置)などに適用することができる。 The three-phase voltage type AC / DC converter of the present invention includes a UPS (uninterruptible power supply) that requires parallel redundant operation, an inverter for photovoltaic power generation, an inverter for fuel cell, an inverter for power storage system, and an inverter for wind power generation with DC link. It can be applied to inverters for distributed power sources such as rectifiers, SVCs (reactive power compensators) and the like.
10、11、12、13:三相電圧型交直変換装置
21:直流端子
22:交流端子
23:直流電圧源
29:交流端子
31:UM変換回路
32:M変換回路
33:U変換回路
34:電流検出回路
35、81:UM変換回路
40:三相電圧型交直変換回路
41:ゲート信号発生器
50:周波数制御回路
51:規準周波数設定器
52:回転座標変換行列
53:ループフィルタ
54:第一時間積分器
55:第二時間積分器
56:加算器
57:加算値
60:第一下位電圧制御回路
61:第一規準電圧ベクトル設定器
62:加算器
63:減算器
64:第一電圧制御器
65:第一逆U変換器
66:フィルタ電流補償器
67:PWM電流偏差補償器
68:フィードフォワード増幅器
69:加算器
70:第一上位電圧制御回路
71:減算器
72:第一上位制御増幅器
80:第二下位電圧制御回路
81:第一規準電圧ベクトル設定器
82:加算器
83:減算器
84:第二電圧制御器
90:第二上位電圧制御回路
91:第一逆U変換器
92:減算器
93:第二上位制御増幅器
100:第三下位電圧制御回路
101:第二規準電圧ベクトル設定器
102:加算器
103:減算器
104:第三電圧制御器
110:第三上位電圧制御回路
111:逆UM変換器
112:減算器
113:第三上位制御増幅器
120:上位指令ベクトル
200:正帰還回路
210:加算器
220:電圧異常検出回路
230:開閉器
401:インバータブリッジ
402:コイル
403:コンデンサ
404:抵抗器
406:電流指令
407:駆動部
408:ゲート信号発生器(PWM)
409:増幅器
410:電流基準
411:ゲイン又は/及び位相調整
412:係数設定回路
413:周波数演算
414:dV/dI*
415:歪変化
416:周波数検出
417:電圧実効検出
418:ゼロクロス歪検出
450:電圧検出
451:電圧リレー
452:周波数リレー
453:歪リレー
454:異常検出
10, 11, 12, 13: Three-phase voltage type AC / DC converter 21: DC terminal 22: AC terminal 23: DC voltage source 29: AC terminal 31: UM converter circuit 32: M converter circuit 33: U converter circuit 34: current Detection circuits 35 and 81: UM conversion circuit 40: three-phase voltage type AC / DC conversion circuit 41: gate signal generator 50: frequency control circuit 51: reference frequency setting unit 52: rotational coordinate conversion matrix 53: loop filter 54: first time Integrator 55: Second time integrator 56: Adder 57: Addition value 60: First lower voltage control circuit 61: First reference voltage vector setter 62: Adder 63: Subtractor 64: First voltage controller 65: first inverse U converter 66: filter current compensator 67: PWM current deviation compensator 68: feedforward amplifier 69: adder 70: first higher voltage control circuit 71: subtractor 72: first higher control increase Unit 80: Second lower voltage control circuit 81: First reference voltage vector setter 82: Adder 83: Subtractor 84: Second voltage controller 90: Second upper voltage control circuit 91: First inverse U converter 92 : Subtractor 93: second upper control amplifier 100: third lower voltage control circuit 101: second reference voltage vector setter 102: adder 103: subtractor 104: third voltage controller 110: third upper voltage control circuit 111: Inverse UM converter 112: Subtractor 113: Third upper control amplifier 120: Upper command vector 200: Positive feedback circuit 210: Adder 220: Voltage abnormality detection circuit 230: Switch 401: Inverter bridge 402: Coil 403: Capacitor 404: Resistor 406: Current command 407: Drive unit 408: Gate signal generator (PWM)
409: Amplifier 410: Current reference 411: Gain or / and phase adjustment 412: Coefficient setting circuit 413: Frequency calculation 414: dV / dI *
415: distortion change 416: frequency detection 417: voltage effective detection 418: zero cross distortion detection 450: voltage detection 451: voltage relay 452: frequency relay 453: distortion relay 454: abnormality detection
Claims (3)
前記三相電圧型交直変換回路からの出力を当該出力電圧の振幅に関わる成分をd軸成分とし周波数差に関わる成分をq軸成分とするdq回転座標空間上に変換した出力電圧ベクトル及び前記交流端子の出力電圧の振幅に対する振幅指令値をd軸成分とし周波数に対する指令値をq軸成分とするdq回転座標空間上の上位指令ベクトルが入力され、入力された前記出力電圧ベクトル及び前記上位指令ベクトルに基づいて、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した電圧指令ベクトルを出力する上位電圧制御回路と、
前記上位電圧制御回路に入力される前記上位指令ベクトルのうち少なくとも一方のdq回転座標軸の成分に、前記出力電圧ベクトルのdq回転座標軸の成分をそれぞれ正帰還させる正帰還回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、前記三相電圧型交直変換回路の出力電圧に基づくベクトル並びに前記上位電圧制御回路からの前記電圧指令ベクトルに基づいて、前記三相出力電圧の振幅及び位相が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号を前記PWM指令として出力する下位電圧制御回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の周波数を規定する規準周波数に基づいて生成した生成値及び前記三相電圧型交直変換回路の出力をdq回転座標空間上に変換した出力電圧ベクトルのq軸成分に基づいて生成した生成値を、前記三相電圧型交直変換回路からの出力をdq回転座標空間上に変換する変換行列の回転角度又は/及び前記上位電圧制御回路での変換行列の回転角度に同期させる周波数制御回路と、
前記三相電圧型交直変換回路の出力電圧を監視し、監視する電圧が予め設定された範囲を逸脱したことを電圧異常として検出する電圧異常検出回路と、
を備える三相電圧型交直変換装置であって、
前記電圧異常検出回路が、前記出力の振幅値、前記出力の周波数又はそれらに相関のある量を監視することを特徴とする三相電圧型交直変換装置。 It has internal equivalent impedance when viewed from the AC terminal, converts the power from the DC voltage source into three-phase AC power according to the pulse width of the gate signal generated based on the PWM command, and outputs the three-phase AC power. A three-phase voltage type AC / DC conversion circuit for outputting the current from the AC terminal;
An output voltage vector obtained by converting the output from the three-phase voltage type AC / DC converter into a dq rotation coordinate space in which a component related to the amplitude of the output voltage is a d-axis component and a component related to a frequency difference is a q-axis component, and the AC A higher order command vector in the dq rotation coordinate space having an amplitude command value for the amplitude of the output voltage of the terminal as the d-axis component and a command value for the frequency as the q-axis component is input, and the input output voltage vector and the higher order command vector The upper voltage control circuit for outputting a voltage command vector generated so that the amplitude and frequency of the three-phase output voltage of the AC terminal approaches the command value by the upper command vector,
A positive feedback circuit that positively feeds back a dq rotational coordinate axis component of the output voltage vector to at least one dq rotational coordinate axis component of the upper command vector input to the upper voltage control circuit;
Based on a reference voltage vector that defines the amplitude and phase of the three-phase output voltage of the AC terminal, a vector based on the output voltage of the three-phase voltage type AC / DC converter circuit, and the voltage command vector from the upper voltage control circuit, A low-order voltage control circuit that outputs a signal generated as the PWM command so that the amplitude and phase of a three-phase output voltage approach a combined value of the reference voltage vector and the voltage command vector;
The generated value generated based on a reference frequency that defines the frequency of the three-phase output voltage of the AC terminal and the output of the three-phase voltage type AC / DC converter circuit in the q-axis component of the output voltage vector converted into the dq rotation coordinate space The generated value generated based on this is synchronized with the rotation angle of the conversion matrix for converting the output from the three-phase voltage type AC / DC conversion circuit into the dq rotation coordinate space and / or the rotation angle of the conversion matrix in the upper voltage control circuit. A frequency control circuit,
A voltage abnormality detection circuit that monitors the output voltage of the three-phase voltage type AC / DC conversion circuit and detects that the monitored voltage has deviated from a preset range as a voltage abnormality; and
A three-phase voltage type AC / DC converter comprising:
The three-phase voltage type AC / DC converter characterized in that the voltage abnormality detection circuit monitors an amplitude value of the output, a frequency of the output, or an amount correlated therewith.
前記インバータ出力停止手段は、前記電圧異常検出回路が電圧異常を検出した場合に前記交流端子からの三相交流電力の出力を停止させることを特徴とする請求項1に記載の三相電圧型交直変換装置。 The gate signal stop function for stopping the gate signal in the three-phase voltage type AC / DC converter circuit and / or the three-phase voltage type AC / DC converter by a switch between the three-phase voltage type AC / DC converter circuit and the AC terminal. Inverter output stop means having a cutoff function to cut off the three-phase AC power from the circuit,
2. The three-phase voltage type AC / DC converter according to claim 1, wherein the inverter output stop unit stops the output of the three-phase AC power from the AC terminal when the voltage abnormality detection circuit detects a voltage abnormality. Conversion device.
前記正帰還回路停止手段は、前記インバータ出力停止手段が前記交流端子からの三相交流電力の出力を停止させた後に前記正帰還回路が行う前記電圧出力ベクトルの前記上位指令ベクトルへの正帰還を停止させることを特徴とする請求項1又は2に記載の三相電圧型交直変換装置。 A switch for interrupting the positive feedback circuit and / or a positive feedback circuit stop means for setting the gain of the positive feedback circuit to 0,
The positive feedback circuit stop means performs positive feedback of the voltage output vector to the upper command vector performed by the positive feedback circuit after the inverter output stop means stops the output of the three-phase AC power from the AC terminal. The three-phase voltage type AC / DC converter according to claim 1, wherein the three-phase voltage type AC / DC converter is stopped.
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