JP2012143053A - 単相電圧型交直変換装置及び系統連系システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る単相電圧型交直変換装置は、直流端子の直流電圧検出値と直流電圧指令値との差分から第2軸電圧指令を生成し、この第2軸電圧指令で有効電力を増減して直流電圧を制御する。例えば、直流端子の直流電圧検出値が直流電圧指令より低い場合、有効電力を低下させることで直流端子の電圧を上昇させ、逆に直流端子の直流電圧検出値が直流電圧指令より高い場合、有効電力を増加させることで直流端子の直流電圧検出値を下降させる。
【選択図】図3
Description
を備える。
本単相電圧型交直変換装置の指令値演算回路は、直流電圧検出値と直流電圧指令との差分の高周波成分をローパス特性回路でカットし、増幅して単相電圧型交直変換回路の第2軸電圧指令とする。なお、ローパス特性回路で一次遅れ時定数TKdc=0として高周波成分をカットしない場合でも、指令値演算回路は第2軸電圧指令を生成することができる。本指令値演算回路は、後述する積分回路を用いた指令値演算回路より過渡応答がよい。
本単相電圧型交直変換装置の指令値演算回路は、直流電圧検出値と直流電圧指令との差分を積分して単相電圧型交直変換回路の第2軸電圧指令とする。本指令値演算回路は、前述のローパス特性回路を用いた指令値演算回路より定常状態での直流電圧偏差が小さい。
本指令値演算回路は、ローパス特性回路と積分回路を並列させたため、過渡応答と定常偏差との両立を図ることができる。
図11は、単相電圧型交直変換装置における制御ブロックの接続関係を例示した図である。上位指令ベクトルB1、最上位制御ブロックB2、ac−AVRブロックB3、ETM−PWMブロックB4及び主スイッチB5が含まれる。ac−AVRブロックB3については、特許文献2に記載される内部等価インピーダンスをインダクタンス主体とする単相ac−AVRを適用することで、インバータの出力回路に接続される変圧器に偏磁の恐れがなくなる。さらに、内部等価インピーダンスを抵抗成分とインダクタンス成分の並列回路とできるために設計上の自由度が増加する。
直流端子21の電圧を指定する直流電圧指令値及び交流端子22の単相出力電力の無効電力値に対する無効電力指令値、並びに直流端子21の電圧を検出した直流電圧検出値及び交流端子22の単相出力電力の無効電力計測値に基づいて、直流端子21の直流電圧が直流電圧指令値に近づくように、並びに交流端子22の単相出力電力の無効電力値が無効電力指令値に近づくように、交流端子22の単相出力電圧の振幅を制御する第1軸電圧指令値120−1及び交流端子22の単相出力電圧の周波数を制御する第2軸電圧指令値120−2を出力する電力制御回路150と、
電力制御回路150からの第1軸電圧指令値120−1及び第2軸電圧指令値120−2、位相差生成回路30からの位相差電圧並びに交流端子22の単相交流出力に基づいて、交流端子22の単相交流出力電圧の振幅及び周波数が第1軸電圧指令値120−1及び第2軸電圧指令値120−2に近づくように生成した電圧指令信号及び周波数指令信号を出力する上位電圧制御回路70と、
交流端子22における単相交流出力周波数の規準周波数、上位電圧制御回路70からの周波数指令信号及び位相差生成回路30からの位相差電圧に基づいて生成電気角を生成し、生成電気角に単相電圧型交直変換回路40の内部起電圧の電気角を同期させる周波数制御回路50と、
交流端子22の単相交流出力電圧、周波数制御回路50からの生成値並びに上位電圧制御回路70からの電圧指令信号に基づいて、単相出力電圧の振幅、周波数及び位相が交流端子22における単相交流出力電圧の規準電圧、前記電圧指令信号及び前記生成値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60と、を備える。
V2 *:第2軸電圧指令[V]
Q*:無効電力指令[var]
Q:無効電力値[var]
VD *:直流電圧指令値[V]
VD:直流電圧検出値[V]
KQ:Q制御の一次遅れゲイン
TKQ:Q制御の一次遅れ時定数[s]
TQ:Q制御の積分時定数[c]
Kdc:直流電圧制御の一次遅れゲイン
TKdc:直流電圧制御の一次遅れ時定数[s]
Tdc:直流電圧制御の積分時定数[s]
^はラプラス変換を示す。
次に、図4から図6で説明した単相電圧型交直変換装置11を備える系統連系システム301を説明する。図19は、系統連系システム301の構成を説明する図である。系統連系システム301は、単相電圧型交直変換装置11と、単相電圧型交直変換装置11の直流端子21とDC/DCコンバータ202を介して接続し、直流端子21との間で直流電力を授受するn台(nは任意の自然数)の直流機器203と、を備える。
図20は、200V、50Hz、1kVAの単相電圧型交直変換装置でのシミュレーション結果を示す。この単相電圧型交直変換装置は、電力制御回路の中の指令値演算回路として図4の回路をもつ。そして、電力制御回路に入力する直流電圧指令値を330Vとしている。制御パラメータをKdc=0.6、Tdc=2ms、TKdc=0.25secに設定した。当初には直流側が無負荷の状態で連系運転を行っており、時刻160msで1kWの直流負荷をステップ状に投入した。負荷投入後、直流端子21の直流電圧は30Vほど低下するが、すぐに交流端子22側から単相電圧型交直変換回路40を通して電力が流入し、時刻200msにはほぼ直流電圧指令値に戻っている。また、電力系統からの受電電流波形は力率1の正弦波となっている。
21:直流端子
22:交流端子
30:位相差生成回路
31:出力電圧検出回路
33−1〜33−3:端子
34:出力電流検出回路
35:位相遅れ単相交流生成器
36:位相差電圧生成器
38:変流器
40:単相電圧型交直変換回路
40−1,40−2:単相電圧型交直変換回路
41:ゲート信号発生器
42:単相電圧型交直変換部
43:電流検出回路
44:電圧検出回路
45:単相交流フィルタ回路
50:周波数制御回路
51:規準周波数設定器
53:ループフィルタ
55:時間積分器
56:第二加算器
57:生成電気角
58:第三加算器
60:下位電圧制御回路
61:規準電圧設定器
62:第一加算器
63:第三減算器
64:電圧制御器
65:第二乗算器
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:第四加算器
70:上位電圧制御回路
71a:第一減算器
71b:第二減算器
72a:第一上位制御増幅器
72b:第二上位制御増幅器
73:第一乗算器
120−1:第1軸電圧指令値
120−2:第2軸電圧指令値
121:リミッタ
140:交流電力測定器
141:規準周波数回路
142:電圧位相遅延回路
143:電流位相遅延回路
144:電力演算回路
145:有効電力値測定回路
146:無効電力値測定回路
147−1、147−2、147−3、147−4:乗算器
148−1:加算器
148−2:減算器
149−1、149−2:ローパスフィルタ
150:電力制御回路
161:直流電圧検出回路
162:直流電流検出器
B1:上位指令ベクトル
B2:最上位制御ブロック
B3:ac−AVRブロック
B4:ETM−PWMブロック
B5:主スイッチ
Claims (9)
- 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端子に接続された直流電圧源からの電力を単相交流電力に変換して前記交流端子から出力し、あるいは前記交流端子に接続された単相交流源からの単相交流電力を直流電力に変換して前記直流端子から出力する単相電圧型交直変換回路と、
前記交流端子の単相交流出力電圧の位相を遅延させ、遅延単相交流を発生させる位相遅れ単相交流生成器を有し、前記遅延単相交流に基づいて前記交流端子の単相交流出力電圧と前記単相電圧型交直変換回路の内部起電圧との位相差に相応する位相差電圧を生成する位相差生成回路と、
前記交流端子の単相交流出力電圧の振幅についての第1軸電圧指令及び前記交流端子の単相交流周波数についての第2軸電圧指令が入力され、前記第1軸電圧指令、前記第2軸電圧指令、前記位相差生成回路からの位相差電圧並びに前記交流端子の単相交流出力電圧に基づいて、前記交流端子の単相交流出力電圧の振幅が前記第1軸電圧指令に近づくように生成した電圧指令信号、及び前記交流端子の単相交流周波数が前記第2軸電圧指令に近づくように生成した周波数指令信号を出力する上位電圧制御回路と、
前記交流端子における単相交流出力周波数の規準周波数、前記上位電圧制御回路からの周波数指令信号及び前記位相差生成回路からの出力信号に基づいて前記単相電圧型交直変換回路の前記内部起電圧の電気角を決定し、生成電気角を生成する周波数制御回路と、
前記交流端子の単相交流出力電圧、前記周波数制御回路の生成電気角並びに前記上位電圧制御回路からの電圧指令信号に基づいて、前記単相交流出力電圧の振幅、周波数及び位相が前記交流端子における単相交流出力電圧の規準電圧、前記電圧指令信号及び前記生成電気角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、
前記直流端子の電圧を指定する直流電圧指令値が設定され、前記直流端子の電圧である直流電圧検出値を検出し、前記直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との差分を演算して前記第2軸電圧指令とする指令値演算回路と、
を備える単相電圧型交直変換装置。 - 前記指令値演算回路は、前記直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との差分をローパス特性回路で演算することを特徴とする請求項1に記載の単相電圧型交直変換装置。
- 前記指令値演算回路は、前記直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との差分を積分回路で演算することを特徴とする請求項1に記載の単相電圧型交直変換装置。
- 前記指令値演算回路は、前記直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との差分をローパス特性回路と積分回路とを並列させた並列回路で演算することを特徴とする請求項1に記載の単相電圧型交直変換装置。
- 前記直流端子の直流電流値を検出する直流電流検出回路をさらに備え、
前記指令値演算回路は、前記直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との差分の演算時に前記直流電流検出回路が検出した前記直流電流値を加算することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の単相電圧型交直変換装置。 - 請求項1から8のいずれかに記載の単相電圧型交直変換装置と、
前記単相電圧型交直変換装置の前記直流端子とDC/DCコンバータを介して接続し、前記直流端子との間で直流電力を授受するn台(nは任意の自然数)の直流機器と、
を備える系統連系システム。
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