JP2009106131A - Voltage control method and voltage controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧制御方法及び電圧制御装置に関する。 The present invention relates to a voltage control method and a voltage control apparatus.
一般に、電力系統においては、負荷急変や落雷などが原因の瞬時電圧降下(瞬低)による機器の停止や誤動作等を防止する目的で電圧制御装置として並列型瞬低補償装置が用いられている。図8は従来の電圧制御装置のシステム構成例を示した図である。図9に示すように、従来の電圧制御装置は、瞬低が発生していない平常時においては、高速スイッチ10を介して系統電源11から負荷12に電力を供給する。高速スイッチ10の系統側には、ACL13を接続する場合もある。
In general, in a power system, a parallel type voltage sag compensator is used as a voltage control device for the purpose of preventing equipment stoppage or malfunction due to an instantaneous voltage drop (instantaneous voltage drop) caused by a sudden load change or lightning strike. FIG. 8 is a diagram showing a system configuration example of a conventional voltage control apparatus. As shown in FIG. 9, the conventional voltage control apparatus supplies power from the
また、一般的に電圧制御装置の負荷側にはACフィルタ14として、LCやLCLフィルタを設置する。このACフィルタ14が設置された電圧制御装置は、平常時においては、インバータ20を通常待機状態とするか、電気二重層キャパシタ21の充電を行う。また、高機能化のため、系統電源11が接続された状態でもインバータ20を動作させて高調波電流の補償を行うといった機能を持たせることもある。そして、瞬低発生時においては、この瞬低を検出して、高速スイッチ10を遮断し、電気二重層キャパシタ21に蓄積された直流電力をインバータ20で交流電力に変換して、負荷12へ無瞬断で電力を供給する。
In general, an LC or LCL filter is installed as the
図9は従来の電圧制御装置の制御ブロック図である。図9に示すように、制御ブロック16(図8参照)は、瞬低発生前の系統電圧VSに同期した定格電圧に相当する正弦波を、位相同期回路(PLL)17と正弦波発生器18とにより作成する。瞬低を検出した場合、PLL17は無効として正弦波発生器18´により定格周波数の正弦波を作成し、これを電圧指令値V*として出力する。そして、電圧指令値V*は、図8に示すPWM制御部19に入力され、PWM制御部19からゲート信号がインバータ20に入力され、インバータ20による負荷給電を行う。
FIG. 9 is a control block diagram of a conventional voltage control apparatus. As shown in FIG. 9, the control block 16 (see FIG. 8) generates a sine wave corresponding to the rated voltage synchronized with the system voltage V S before the occurrence of the voltage sag, as a phase synchronization circuit (PLL) 17 and a sine wave generator. 18 and create. When a voltage sag is detected, the
なお、一般に電圧制御にはAVR制御を用いるが、説明の簡略化のため、ここでは電圧指令値VREFとしてAVR制御を行っているものを含んでいる。実際の電圧制御装置では、電圧指令値VREFを定電圧制御するために検出値との偏差を突き合わせて補正するなどのフィードバック制御が行われている。 In general, AVR control is used for voltage control, but for simplification of description, the voltage command value V REF is included here for the sake of simplicity. In an actual voltage control device, feedback control is performed such that the voltage command value V REF is corrected by matching a deviation from a detected value in order to perform constant voltage control.
上述したような従来の電圧制御装置の一例が下記特許文献1に開示されている。なお、下記特許文献1に開示される電圧制御装置では、インバータ出力側にはACフィルタ14が設置される記載はないが、実際の装置では高調波除去のためにACフィルタ14が設置される。
An example of the conventional voltage control apparatus as described above is disclosed in
上述した従来の電圧制御装置に整流器負荷12を接続した場合、系統電源11に瞬低が発生すると、従来の電圧制御装置はこの瞬低を検出し、高速スイッチ10を遮断して、インバータ20による負荷12への給電を行う。このような状態を自立運転と呼ぶ。そして、自立運転時には、負荷電圧が正弦波となるように電圧指令値VREFを作成して、インバータ20による負荷給電を行う。
When the
しかしながら、従来の電圧制御装置では、インバータ出力のキャリア抑制用のACフィルタ14のコンデンサCに直列に抵抗を接続しない場合や、接続した抵抗値が小さい場合には、負荷電圧を正弦波へと制御できずに、定常的なひずみや発振が生じるという問題がある。この問題は、ACフィルタ14の共振周波数付近の外乱に起因して発生する。
However, in the conventional voltage control device, when no resistor is connected in series with the capacitor C of the
このため、本発明は、ACフィルタ14の共振周波数付近の外乱に起因して発生する、自立運転時の負荷電圧の定常的なひずみや発振を抑制する電圧制御方法及び電圧制御装置を提供することを目的とする。
For this reason, the present invention provides a voltage control method and a voltage control device for suppressing steady distortion and oscillation of a load voltage during self-sustained operation, which are caused by disturbance near the resonance frequency of the
上記の課題を解決するための第1の発明に係る電圧制御方法は、
コイルL及びコンデンサCを用いLC又はLCLにより構成されるACフィルタを介してインバータが負荷側に接続される電圧制御装置において、
前記インバータの出力電流の値をインバータ電流検出値として検出し、
前記インバータ電流検出値を微分し、
微分した前記インバータ電流検出値に一次遅れを施した上で電圧指令値に加算する
ことを特徴とする。
The voltage control method according to the first aspect of the present invention for solving the above problem is as follows:
In the voltage control apparatus in which the inverter is connected to the load side through an AC filter configured by LC or LCL using the coil L and the capacitor C.
The value of the output current of the inverter is detected as an inverter current detection value,
Differentiating the inverter current detection value,
A first-order lag is applied to the differentiated inverter current detection value and then added to the voltage command value.
上記の課題を解決するための第2の発明に係る電圧制御方法は、第1の発明に係る電圧制御方法において、
前記ACフィルタにおけるコンデンサに流れる電流の値をコンデンサ電流検出値として検出し、
前記コンデンサ電流検出値を比例ゲイン倍した上で前記電圧指令値に加算する
ことを特徴とする。
A voltage control method according to a second invention for solving the above problem is the voltage control method according to the first invention.
Detecting the value of the current flowing through the capacitor in the AC filter as a capacitor current detection value;
The capacitor current detection value is multiplied by a proportional gain and added to the voltage command value.
上記の課題を解決するための第3の発明に係る電圧制御装置は、
コイルL及びコンデンサCを用いLC又はLCLにより構成されるACフィルタを介してインバータが負荷側に接続される電圧制御装置において、
前記インバータの出力電流の値をインバータ電流検出値として検出するインバータ電流検出手段と、
前記インバータ電流検出値を微分する微分手段と、
該微分手段により微分した前記インバータ電流検出値に一次遅れを施した上で電圧指令値に加算するマイナーループ手段とを備える
ことを特徴とする。
A voltage control apparatus according to a third invention for solving the above-described problem is
In the voltage control apparatus in which the inverter is connected to the load side through an AC filter configured by LC or LCL using the coil L and the capacitor C.
Inverter current detection means for detecting the value of the output current of the inverter as an inverter current detection value;
Differentiating means for differentiating the inverter current detection value;
Minor loop means for adding a first order delay to the inverter current detection value differentiated by the differentiating means and adding to the voltage command value.
上記の課題を解決するための第4の発明に係る電圧制御方法は、第3の発明に係る電圧制御方法において、
前記ACフィルタにおけるコンデンサに流れる電流の値をコンデンサ電流検出値として検出するコンデンサ電流検出手段と、
前記コンデンサ電流検出値を比例ゲイン倍した上で前記電圧指令値に加算するフィードバック手段とを備える
ことを特徴とする。
A voltage control method according to a fourth aspect of the invention for solving the above problem is the voltage control method according to the third aspect of the invention,
Capacitor current detection means for detecting the value of the current flowing through the capacitor in the AC filter as a capacitor current detection value;
Feedback means for adding the capacitor current detection value to the voltage command value after multiplying the capacitor current detection value by a proportional gain.
本発明によれば、インバータ出力のキャリア抑制用のACフィルタのコンデンサに直列に抵抗を接続しない場合や、接続した抵抗値が小さい場合には、ACフィルタの共振周波数付近の外乱に起因する定常的なひずみや発振を抑制することができる。 According to the present invention, when a resistor is not connected in series with the capacitor of the AC filter for suppressing the carrier of the inverter output, or when the connected resistance value is small, the steady state caused by disturbance near the resonance frequency of the AC filter. Distortion and oscillation can be suppressed.
本発明に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の実施例について図を用いて説明する。なお、図1は本発明の第1の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図、図2は本発明の第1の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の伝達関数を示した図、図3は本発明の第2の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図、図4は本発明の第2の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の伝達関数を示した図、図5は本発明の第2の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の伝達関数の変形を示した図、図6はACフィルタ回路を示した図、図7は従来の電圧制御装置の伝達関数を示した図である。 Embodiments of a voltage control method and a voltage control apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a control block diagram of a voltage control method and a voltage control device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a transfer function of the voltage control method and the voltage control device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a control block diagram of a voltage control method and a voltage control device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a voltage control method and a voltage control device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a modification of the transfer function of the voltage control method and voltage control device according to the second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram showing an AC filter circuit, and FIG. 7 is a diagram showing a transfer function of a conventional voltage control apparatus.
以下、本発明に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の第1の実施例について説明する。なお、本実施例に係るシステム構成は、図8に示した従来のシステム構成と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。 Hereinafter, a voltage control method and a voltage control device according to a first embodiment of the present invention will be described. The system configuration according to the present embodiment is the same as the conventional system configuration shown in FIG. 8, and thus detailed description thereof is omitted here.
始めに、従来の電圧制御装置の伝達関数について説明する。
図6に示すように、インバータ4と負荷5との間に位置する、LC構成のACフィルタ3において、入力をインバータ電圧VINV、出力を負荷電圧VLとしたときの従来の電圧制御装置の伝達関数FLC(s)は、図7に示す制御ブロック図のように表すことができる。これをまとめると下記式(1)となる。
As shown in FIG. 6, in an
したがって、共振周波数は下記式(2)となる。
図1に本実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図を示す。本実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置は、従来の電圧制御装置の電圧指令値VREFに対して後述する第1のブロック1を追加した構成である。なお、第1のブロック1は図9に示す正弦波発生器18´の後段に設置される。
FIG. 1 shows a control block diagram of a voltage control method and a voltage control apparatus according to this embodiment. The voltage control method and voltage control device according to the present embodiment have a configuration in which a
第1のブロック1において、インバータ4の出力電流の値であるインバータ電流検出値IINVを微分し、さらに、微分したインバータ電流検出値IINVに一次遅れを施した上で電圧指令値VREFに加算するマイナーループを追加した形になっている。なお、第1のブロック1では、微分され、一次遅れが施されたインバータ電流検出値IINVが安定する値(0=変化がない)を目標としているため、「0」との突合せを行っている。
In the
また、言い換えれば、本実施例に係る電圧制御装置は、インバータ4の出力電流の値をインバータ電流検出値IINVとして検出するインバータ電流検出手段と、インバータ電流検出値IINVを微分する微分手段と、この微分手段により微分したインバータ電流検出値IINVに一次遅れを施した上で電圧指令値VREFに加算するマイナーループ手段とを備えている。
Further, in other words, the voltage control apparatus according to the present embodiment includes an inverter current detecting means for detecting the value of the output current of the
この電流マイナーループを考慮して、同様に入力をインバータ電圧VINV、出力を負荷電圧VLとしたときの伝達関数をブロック図で表すと図2のように表すことができる。また、これをまとめてF'LC(s)とすると、下記式(3)のようになる。なお、αはゲイン定数、βは時定数を表す。
ここで、ラウスの安定判別法を用いて本実施例に係るシステムが安定であるかどうか判別する。なお、ラウスの安定判別法については、上記非特許文献1に開示されているように、一般によく知られた手法であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
Here, it is determined whether or not the system according to the present embodiment is stable by using the Rouss stability determination method. Note that the Rouss stability determination method is a generally well-known method as disclosed in
従来の電圧制御装置の伝達関数を表した上記式(1)は、1次項が「0」であるため正の値とはならず、ラウスの安定判別法の必要条件を満たしていないので、システムは安定しない。これに対し、本実施例に係る上記式(3)は、ラウスの安定判別法の必要条件を満たしており、さらにラウスの安定判別法の必要十分条件を満たすように、適切なゲイン定数αと時定数βを選択することで、システムを安定させることができる。 The above equation (1) representing the transfer function of the conventional voltage control device is not a positive value because the first-order term is “0”, and does not satisfy the necessary condition of the stability determination method of Rous. Is not stable. On the other hand, the above equation (3) according to the present embodiment satisfies the necessary condition of the Rouse stability determination method, and further, an appropriate gain constant α and By selecting the time constant β, the system can be stabilized.
すなわち、ゲイン定数αは、ACフィルタ3のLの値により定まるが、実際には制御遅れなどを考慮してLの値で定まるゲインより小さいαの値を選択する。また、時定数βは、「1+βs」をローパスフィルタとして使用し、所望するカットオフ周波数はACフィルタ共振周波数などから決定をする。
That is, the gain constant α is determined by the L value of the
さらに、上記式(3)が安定(発散せずに収束する値)するようにゲイン定数α及び時定数βを選択する。このとき、上記式(3)の分母にある「1(0次項)」、「β・s(1次項)」、「(LC+Cα)s2(2次項)」及び「LCβ・s3(3次項)」が全て正の値となるようにゲイン定数α及び時定数βを選択すれば、上記式(3)は安定となる必要十分条件を満たす。 Further, the gain constant α and the time constant β are selected so that the expression (3) is stable (a value that converges without divergence). At this time, “1 (0th-order term)”, “β · s (first-order term)”, “(LC + Cα) s 2 (second-order term)” and “LCβ · s 3 (third-order term) in the denominator of the above formula (3). If the gain constant α and the time constant β are selected so that all of “)” are positive values, the above expression (3) satisfies the necessary and sufficient condition for stability.
以上のことから、本実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置によれば、ACフィルタ3の共振周波数付近の外乱に起因して発生する自立運転時の負荷電圧の定常的なひずみや発振を抑制することができる。
From the above, according to the voltage control method and the voltage control apparatus according to the present embodiment, steady distortion and oscillation of the load voltage during the self-sustained operation caused by disturbance near the resonance frequency of the
以下、本発明に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の第2の実施例について説明する。
本実施例では、第1の実施例に係る上記式(3)において、H(s)を下記式(4)のように定義する。
In the present embodiment, H (s) is defined as in the following formula (4) in the above formula (3) according to the first embodiment.
図3に本実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図を示す。これは、図1に示した第1の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図に対して、第2のブロック2を追加した構成である。なお、第1のブロック1及び後述する第2のブロック2は図9に示す正弦波発生器18´の後段に設置される。
FIG. 3 shows a control block diagram of the voltage control method and voltage control apparatus according to the present embodiment. This is a configuration in which a
第2のブロック2は、図6に示すACフィルタ3におけるコンデンサCに流れる電流ICの検出値を比例ゲインK倍して電圧指令値VREFに加算するフィードバックを追加した形となっている。
The
また、言い換えれば、本実施例に係る電圧制御装置は、ACフィルタ3におけるコンデンサCに流れる電流ICの値をコンデンサ電流検出値として検出するコンデンサ電流検出手段と、電流ICの値を比例ゲインK倍した上で電圧指令値VREFに加算するフィードバック手段とを備えている。
In other words, the voltage control apparatus according to the present embodiment includes a capacitor current detection unit that detects the value of the current I C flowing through the capacitor C in the
入力をVINV、出力をVLとしたときの伝達関数をブロック図で表すと図4のように表すことができる。ここで、入力を出力電流IOUT、出力をVLとしたときの伝達関数をF''LCとして、F'''LCを求めるために、図4のブロック図を図5に示すように変形する。図8より、伝達関数をまとめてF''LCは下記式(5)のようになる。
上記式(5)は、ラウスの安定判別法の必要条件を満たしており、さらにラウスの安定判別法の必要十分条件を満たす適切な比例ゲインKを選択することで、システムを安定させることができる。その結果、ACフィルタ3の共振周波数付近の外乱に起因して発生する自立運転時の負荷電圧の定常的なひずみや発振を抑制することができる。
The above equation (5) satisfies the necessary conditions for the Rouse stability discrimination method, and can further stabilize the system by selecting an appropriate proportional gain K that satisfies the necessary and sufficient conditions for the Rouse stability discrimination method. . As a result, it is possible to suppress the steady distortion and oscillation of the load voltage during the self-sustained operation caused by disturbance near the resonance frequency of the
本発明は、負荷に電圧を供給する電圧源、並列型瞬低補償装置(系統入力側にACLを設置した主回路構成の場合を含む)及び無停電電源装置等の自立運転時の負荷電圧の定常的なひずみや発振を抑制する電圧制御方法及び電圧制御装置に利用することが可能である。 The present invention provides a voltage source for supplying a voltage to a load, a parallel type voltage sag compensator (including a main circuit configuration in which an ACL is installed on the system input side), an uninterruptible power supply and the like. The present invention can be used for a voltage control method and a voltage control apparatus that suppress steady distortion and oscillation.
1 第1のブロック
2 第2のブロック
3 ACフィルタ
4 インバータ
5 負荷
1
Claims (4)
前記インバータの出力電流の値をインバータ電流検出値として検出し、
前記インバータ電流検出値を微分し、
微分した前記インバータ電流検出値に一次遅れを施した上で電圧指令値に加算する
ことを特徴とする電圧制御方法。 In the voltage control apparatus in which the inverter is connected to the load side through an AC filter configured by LC or LCL using the coil L and the capacitor C.
The value of the output current of the inverter is detected as an inverter current detection value,
Differentiating the inverter current detection value,
A voltage control method characterized by adding a first-order delay to the differentiated inverter current detection value and adding it to a voltage command value.
前記ACフィルタにおけるコンデンサに流れる電流の値をコンデンサ電流検出値として検出し、
前記コンデンサ電流検出値を比例ゲイン倍した上で前記電圧指令値に加算する
ことを特徴とする電圧制御方法。 The voltage control method according to claim 1,
Detecting the value of the current flowing through the capacitor in the AC filter as a capacitor current detection value;
A voltage control method characterized in that the capacitor current detection value is multiplied by a proportional gain and then added to the voltage command value.
前記インバータの出力電流の値をインバータ電流検出値として検出するインバータ電流検出手段と、
前記インバータ電流検出値を微分する微分手段と、
該微分手段により微分した前記インバータ電流検出値に一次遅れを施した上で電圧指令値に加算するマイナーループ手段とを備える
ことを特徴とする電圧制御装置。 In the voltage control apparatus in which the inverter is connected to the load side through an AC filter configured by LC or LCL using the coil L and the capacitor C.
Inverter current detection means for detecting the value of the output current of the inverter as an inverter current detection value;
Differentiating means for differentiating the inverter current detection value;
A voltage control apparatus comprising: a minor loop means for adding a first order delay to the inverter current detection value differentiated by the differentiating means and adding the first delay to the voltage command value.
前記ACフィルタにおけるコンデンサに流れる電流の値をコンデンサ電流検出値として検出するコンデンサ電流検出手段と、
前記コンデンサ電流検出値を比例ゲイン倍した上で前記電圧指令値に加算するフィードバック手段とを備える
ことを特徴とする電圧制御装置。 The voltage control method according to claim 3, wherein
Capacitor current detection means for detecting the value of the current flowing through the capacitor in the AC filter as a capacitor current detection value;
A voltage control apparatus comprising: feedback means for multiplying the capacitor current detection value by a proportional gain and adding it to the voltage command value.
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- 2007-10-25 JP JP2007277450A patent/JP2009106131A/en active Pending
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