JP2010226871A

JP2010226871A - 電力供給システム

Info

Publication number: JP2010226871A
Application number: JP2009071401A
Authority: JP
Inventors: Tomotsugu Ishizuka; 智嗣石塚; Teruo Yoshino; 輝雄吉野; Fumio Aoyama; 文夫青山
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】半導体電力変換装置２の自立運転から、交流系統１との連系運転への切換を実施する際に、同期合わせ中の周波数変動を最小限に抑制できるシステムを得る。
【解決手段】負荷５に対して２から電力を供給、又は５に対して１から電力を供給、或いは２及び１の連系により５に対して電力を供給するもので、２の自立運転から１の連系への切換えを行う際に、２の出力周波数と１の周波数の偏差を検出する周波数差検出器１２と、１２からの周波数の偏差を０にするように制御する周波数合わせ制御器１３と、２の自立運転から１との連系切換えを行う際に、２と１の位相の偏差を検出する位相差検出器７と、７からの位相の偏差を０にするように制御する位相合わせ制御器８と、２の自立運転から、１との連系運転への切換えを行う際に、１３及び８のうち、始めは１３を動作させ、その後所定時間経過後、１３を動作させる同期合わせ制御器２０を備えたシステム。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体電力変換装置の自立運転から、交流系統との連系運転への切換を実施する電力供給システムに関する。

従来特許文献１には、電力系統が接続された母線に、発電機および半導体電力変換装置をそれぞれ並列に接続可能に構成され、前記電力系統に電力を供給する電力供給システムにおいて、前記半導体電力変換装置が前記電力系統に連系されている状態で前記発電機を前記電力系統に並入する場合に、前記母線電圧の周波数が前記発電機出力電圧の周波数に一致し、かつ前記母線のｄ軸電圧およびｑ軸電圧が前記発電機出力のｄ軸電圧およびｑ軸電圧にそれぞれ一致するように、前記半導体電力変換装置を制御するものが記載されている。

特許文献１の発明によれば、母線電圧と発電機出力電圧の周波数およびｄ軸電圧、ｑ軸電圧が一致している状態で、発電機を電力系統に並入することにより、母線電圧と発電機出力電圧とが同期している状態で、発電機を電力系統に並入することで、発電機と半導体電力変換装置との間の横流を抑制することが可能となる。この際、半導体電力変換装置を制御することから、発電機ではなんら特別な制御を必要とせず、発電機の同期装置を不要として、速やかに発電機を電力系統に並入することが可能となり、融通性、および応答性の高い電力供給システムを実現することができる。

特開２００４−１８７４２２

しかしながら、前述した特許文献１の発明では、負荷を背負った状態で同期合わせ制御を実施する場合、周波数（角周波数）をステップ的に切換えるために負荷に悪影響及ぼし、半導体電力変換装置の出力電流に過電流が発生するなどの問題が発生する可能性があった。

従来の技術は、同期合わせ制御の際に、ステップ的に周波数が変動し、負荷に悪影響を及ぼす、過電流が発生するなどの問題が発生する可能性がある。

そこで、本発明の目的は、半導体電力変換装置の自立運転或いは電力系統のみからの負荷への電力供給から、交流系統との連系運転への切換を実施する際に、同期合わせ中の周波数変動を最小限に抑制でき、また、半導体電力変換装置は、負荷を背負った状態で同期合せが可能である電力供給システムを提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、交流負荷に対して半導体電力変換装置から交流電力を供給するか、又は前記交流負荷に対して電力系統から交流電力を供給するか、或いは前記半導体電力変換装置及び前記電力系統の連系により前記交流負荷に対して交流電力を供給可能にした電力供給システムにおいて、前記半導体電力変換装置の自立運転或いは電力系統のみからの負荷への電力供給から前記電力系統の連系への切換えを行う際に、前記半導体電力変換装置の出力周波数と前記電力系統の周波数の偏差を検出する周波数差検出器と、前記周波数差検出器からの周波数の偏差を０にするように制御する周波数合わせ制御器と、前記半導体電力変換装置の自立運転から前記電力系統との連系切換えを行う際に、前記半導体電力変換装置の位相と前記電力系統の位相の偏差を検出する位相差検出器と、前記位相差検出器からの位相の偏差を０にするように制御する位相合わせ制御器と、前記半導体電力変換装置の自立運転から、前記電力系統との連系運転への切換えを行う際に、前記周波数合わせ制御器及び前記位相合わせ制御器のうち、始めは前記周波数合わせ制御器を動作させ、その後所定時間経過後、前記位相合わせ制御器及び前記周波数合わせ制御器を同時に動作させ、その出力を前記半導体電力変換装置の制御器に与える同期合わせ制御器と、を具備した電力供給システムである。

本発明によれば、半導体電力変換装置の自立運転から、交流系統との連系運転への切換を実施する際に、同期合わせ中の周波数変動を最小限に抑制でき、また、半導体電力変換装置は、負荷を背負った状態で同期合せが可能である電力供給システムを提供することができる。

本発明の電力供給システムの実施形態を説明するための概略構成図。図１の動作を説明するためのタイムチャート。従来の電力供給システムを説明するための図。

以下本発明の実施形態について、図１の概略構成図を参照して説明する。まず本発明の
前提は、交流負荷５に対して半導体電力変換装置２から単独で交流電力を供給するか、又は交流負荷５に対して電力系統（交流系統）１から交流電力を供給するか、或いは半導体電力変換装置２及び電力系統１の連系により交流負荷５に対して交流電力を供給可能にした電力供給システムである。

このような前提の電力供給システムにおいて、半導体電力変換装置２の自立運転或いは電力系統のみからの負荷への電力供給から電力系統１との連系への切換えを行う際に、半導体電力変換装置２の出力周波数と電力系統１の周波数の偏差を検出する周波数差検出器１２と、周波数差検出器１２からの周波数の偏差を０にするように制御する周波数合わせ制御器１３と、半導体電力変換装置２の自立運転から電力系統１との連系切換えを行う際に、半導体電力変換装置２の位相と電力系統１の位相の偏差を検出する位相差検出器７と、位相差検出器７からの位相の偏差を０にするように制御する位相合わせ制御器８と、半導体電力変換装置２の自立運転から、電力系統１との連系運転への切換えを行う際に、周波数合わせ制御器１３及び位相合わせ制御器８のうち、始めは周波数合わせ制御器１３を動作させ、その後所定時間経過後、位相合わせ制御器８及び前記周波数合わせ制御器１３を同時に動作させ、その出力を前記半導体電力変換装置の制御器に与える同期合わせ制御器２０と、を具備したものである。

以上述べた構成以外に、電力系統１と半導体電力変換装置２を接続している母線に、遮断器３と変圧器４と遮断器２１とを接続し、遮断器３は電力系統１と半導体電力変換装置２の連系しないときに開状態とするものである。位相差検出器７の入力側に計器用変圧器（ＰＴ）６を設け、周波数差検出器１２の入力側に計器用変圧器（ＰＴ）１１を設け、計器用変圧器６により電力系統１の電圧を測定し、また計器用変圧器１１により半導体電力変換装置２の電圧を測定している。

また、位相差検出器７の出力側と位相合わせ制御器８の入力側の間に開閉器（ＳＷｐ）９を設け、周波数差検出器１２の出力側と周波数合わせ制御器１３の入力側の間に開閉器（ＳＷｆ）１４を設け、これらは図２の（ａ）のタイミングで開閉する。また、位相合わせ制御器８の出力側と周波数合わせ制御器１３の出力側と、半導体電力変換装置制御器１６の入力側の間に、
加算器１０を設け、加算器１０により周波数合わせ制御器１３の出力と位相合わせ制御器８の出力を加算して半導体電力変換装置出力周波数補正値を得る。加算器１０の出力端子と半導体電力変換装置制御器１６の入力側の間に、加算器１５を設け、加算器１５により加算器１０の出力である、半導体電力変換装置の出力周波数補正値と半導体電力変換装置２の出力周波数中心値を加算し、この加算出力を半導体電力変換装置制御器１６の入力である、半導体電力変換装置の出力周波数として半導体電力変換装置制御器１６の入力されるようになっている。

このように構成された電力供給システムの動作について図２のタイムチャートを参照して説明する。図２（ａ）は開閉器（ＳＷｆ）１４及び開閉器（ＳＷｐ）９における開閉タイミングを示しており、開閉器１４は時刻ｔ１で閉じて、時刻ｔ４で開き、また開閉器９は時刻ｔ３
で閉じて、時刻ｔ４で開く。この結果、時刻ｔ３、ｔ４の間は開閉器１４と開閉器９が同時に閉じている。図２（ｂ）は電力系統（交流系統）の周波数と半導体電力変換装置２の出力周波数を示している。図２（ｃ）は電力系統（交流系統）の位相と半導体電力変換装置２の出力位相差を示している。

ここで、半導体電力変換装置２の自立運転から、電力系統１との連系運転への切換えを行う際に、時刻ｔ１において開閉器１４が閉じるので、周波数合わせ制御器１３が動作を始める。

時刻ｔ２において同期合わせ制御器２０の出力側にある加算器１５に半導体電力変換装置２の出力周波数の中心値が加算され、時刻（周波数が安定した時刻）ｔ３において開閉器９が閉じるので、位相合わせ制御器８が動作し始め、時刻ｔ４において、同期合わせ制御が終了し、開閉器１４、９が共に開く。

このように動作することで、周波数差検出器１２で検出される電力系統１の周波数と半導体電力変換装置２の出力周波数との周波数差を正確に補正することが可能になる。図２において
時刻ｔ２、ｔ３の間及び時刻ｔ３、ｔ４の間は、負荷５が例えば誘導電動機であっても問題のないような周波数とする必要があり、数秒以上とすることが望ましい。周波数変動が生じても問題がない程度の所定時間例えば３秒の時定数の１次遅れ時間である。このような時間を確保することで、周波数合わせ制御と位相合わせ制御を有効に活用できる。

図２（ｄ）は、図３に示す従来の電力供給システムにおける周波数波形を示すものである。すなわち、図３は本発明の周波数合わせ制御を実施しない場合の同期合わせ時（半導体電力変換装置２の自立運転から、電力系統１との連系運転への切換えを行う際）における、周波数波形を示しており、この場合は位相合わせ制御の応答に依存し周波数変動が頻繁に発生し、これにより負荷５に悪影響を及ぼす、過電流が発生するなどの問題が発生する可能性があった。

図３は、図１の位相差検出器７と、開閉器９と、加算器１０と、周波数差検出器１２と、開閉器１４と、周波数合わせ制御器１３が存在しないもので、これに伴って半導体電力変換装置制御器１６の機能とは異なる半導体電力変換装置制御器１６Ａを備えている。

以上述べたことから、半導体電力変換装置２の自立運転から、電力系統（交流系統）１との連系運転への切換を実施する際に、同期合わせ中の周波数変動を最小限に抑制でき、また、半導体電力変換装置２は、負荷５を背負った状態で同期合せが可能である。

本実施形態は、電力系統１の周波数偏差が大きい場合とか、負荷５が誘導電動機などのように大きな周波数変動を許容しない場合等に有効である。

ここで、電力系統１の周波数偏差が大きい場合としては、異なる電力会社の複数の電力系統の切換えを実施する必要がある場合が考えられる。

前述の実施形態では、半導体電力変換装置２の出力電圧は、計器用変圧器１１で検出したが、これに限らず同期合わせ制御器２０内等に設置する設定器に設定する指令値であってもよい。

１…電力系統（交流系統）、２…半導体電力変換装置、３…遮断器、４…変圧器、５…交流負荷、６…計器用変圧器、７…位相差検出器、８…位相合わせ制御器、９…開閉器、１０…加算器、１１…計器用変圧器、１２…周波数差検出器、１３…周波数合わせ制御器、１４…開閉器、１５…加算器、１６…半導体電力変換装置制御器、１６Ａ…半導体電力変換装置制御器、２０…同期合わせ制御器、２１…遮断器。

Claims

交流負荷に対して半導体電力変換装置から交流電力を供給するか、又は前記交流負荷に対して電力系統から交流電力を供給するか、或いは前記半導体電力変換装置及び前記電力系統の連系により前記交流負荷に対して交流電力を供給可能にした電力供給システムにおいて、
前記半導体電力変換装置の自立運転或いは電力系統のみからの負荷への電力供給から前記電力系統の連系への切換えを行う際に、前記半導体電力変換装置の出力周波数と前記電力系統の周波数の偏差を検出する周波数差検出器と、
前記周波数差検出器からの周波数の偏差を０にするように制御する周波数合わせ制御器と、
前記半導体電力変換装置の自立運転から前記電力系統との連系切換えを行う際に、前記半導体電力変換装置の位相と前記電力系統の位相の偏差を検出する位相差検出器と、
前記位相差検出器からの位相の偏差を０にするように制御する位相合わせ制御器と、
前記半導体電力変換装置の自立運転から、前記電力系統との連系運転への切換えを行う際に、前記周波数合わせ制御器及び前記位相合わせ制御器のうち、始めは前記周波数合わせ制御器を動作させ、その後所定時間経過後、前記位相合わせ制御器及び前記周波数合わせ制御器を同時に動作させ、その出力を前記半導体電力変換装置の制御器に与える同期合わせ制御器と、
を具備したことを特徴とする電力供給システム。
同期合わせ制御器の出力に前記半導体電力変換装置の出力周波数の中心を加えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。