JP2013078207A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統に連系する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device linked to a power system.
従来、電力系統に連系し、直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力する電力変換装置が利用されている。このような電力変換装置については、系統安定化のための要件が検討されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, power converters that are connected to a power system, convert DC power into AC power, and output the power to the power system have been used. For such a power converter, requirements for system stabilization are being studied.
系統安定化のための要件によれば、例えば瞬時電圧低下(以下、「瞬低」と称する)といった過渡的な電力系統の変動に対して、電力変換装置が運転を継続することが要求される。このような事情から電力変換装置においては、瞬低への適切な対応を可能とするため、瞬低の発生を早く的確に判定できることが望まれる。 According to the requirements for system stabilization, for example, the power conversion device is required to continue operation in response to transient power system fluctuations such as instantaneous voltage drop (hereinafter referred to as “instantaneous voltage drop”). . Under such circumstances, in the power conversion device, it is desired that the occurrence of the voltage sag can be determined quickly and accurately in order to enable appropriate response to the voltage sag.
しかしながら、例えば系統電圧の値を検出し、この検出結果に基づいて瞬低の発生を判定する従来の方式では、瞬低の発生を早く的確に判定することは容易ではない。 However, for example, in the conventional method of detecting the value of the system voltage and determining the occurrence of the instantaneous drop based on the detection result, it is not easy to determine the occurrence of the instantaneous drop quickly and accurately.
本発明は上述した問題に鑑み、瞬低の発生を早く的確に判定することが容易となる電力変換装置の提供を目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a power conversion device that makes it easy to quickly and accurately determine the occurrence of a sag.
本発明に係る電力変換装置は、電力系統に連系し、直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力する電力変換装置であって、系統電圧の角加速度の情報を取得する角加速度情報取得部と、前記角加速度に基づいて瞬低の発生を判定する系統状態判定部と、を備えた構成とする。 A power conversion device according to the present invention is a power conversion device that is connected to a power system, converts DC power to AC power, and outputs the power to the power system, and acquires angular acceleration information of the system voltage. It is set as the structure provided with the acquisition part and the system | strain state determination part which determines generation | occurrence | production of instantaneous drop based on the said angular acceleration.
本発明に係る電力変換装置によれば、瞬低の発生を早く的確に判定することが容易となる。 According to the power conversion device of the present invention, it is easy to quickly and accurately determine the occurrence of an instantaneous drop.
本発明の実施形態について、第1実施形態から第3実施形態の各々を例に挙げて、以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below by taking each of the first to third embodiments as an example.
1.第1実施形態
[電力変換装置の構成等]
まず第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る電力変換装置1の構成図である。電力変換装置1は、端子Taおよび端子Tbを有しており、端子Taに直流電源(本実施形態では、一例として太陽電池2であるとするが、他の直流電源であっても構わない)が接続されるとともに、端子Tbを介して電力系統3に連系した形態で使用される。
1. First Embodiment [Configuration of Power Conversion Device, etc.]
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a
なお太陽電池2は、太陽光の光電変換により得た直流電力を電力変換装置1に出力する。また電力変換装置1は、様々な形態で電力系統3に接続され得る。図1に示す例では、電力変換装置1は、コイル(L)や抵抗(R)等を有する電力ラインを介して電力系統3に接続されており、当該電力ラインの正極側と負極側の間には負荷が接続されている。
Note that the solar cell 2 outputs DC power obtained by photoelectric conversion of sunlight to the
電力変換装置1は、コンデンサ11、インバータ12、連系リレー13、過電流防止回路14、および制御装置15などを備えている。コンデンサ11は、主に電力の平滑用として設けられており、両端がそれぞれ端子Taの正極側と負極側に接続されている。
The
インバータ12は、制御装置15から受取るゲート信号Sgに応じてスイッチング動作を行うように駆動し、端子Ta側から入力された直流電力を交流電力に変換して、端子Tb側へ出力する。インバータ12は、例えば、ゲート信号SgによりON/OFFが切替る複数のトランジスタがブリッジ接続され、各スイッチング素子にダイオードが逆並列に接続された構成となっている。
The
連系リレー13は、インバータ12と端子Tbを繋ぐライン上に設けられており、制御装置15から解列信号Srを受けたときに、開くように動作する。連系リレー13が開くと、電力変換装置1は電力系統3から解列することになる。
The
過電流防止回路14は、電力変換装置1の出力電流が所定の機器保護レベルを超えたとき、つまり過電流となったときに、過電流防止機能として電力変換装置1の動作を停止(エラー停止)させる。過電流防止機能が作動することにより、過電流から機器を保護することが可能である。
The
なお、過電流防止機能は機器を保護する上で重要な役割を果すものであるが、過電流防止機能が作動して電力変換装置1の動作が停止した場合には、電力変換装置1の復帰(再起動)には時間が掛かる。そのため電力変換装置1を安定的に動作させる観点からは、過電流防止機能を出来るだけ作動させないように、出力電流が過電流となる状況は未然に回避されることが望ましい。
The overcurrent prevention function plays an important role in protecting the device. However, when the overcurrent prevention function is activated and the operation of the
そこで電力変換装置1は、必要に応じて出力電流指令値の制限やゲートブロックを行い、出力電流が過電流となる状況を出来るだけ回避させるようになっている。この点の詳細については、後述する説明にて明らかとなる。
Therefore, the
制御装置15は、バンドパスフィルタ21、周波数/位相/振幅算出部22、座標変換部23、角加速度算出部24、系統状態判定部25、単独運転検知部26、直流電圧制御部27、リミッタ28、有効電流制御部29、無効電流制御部30、座標変換部31、およびゲート信号生成部32などを有している。
The
また制御装置15には、端子Tb間における交流電圧の検出値(交流電圧検出値vs)、端子Tbを流れる交流電流の検出値(交流電流検出値is)、および、コンデンサ11の両端間における直流電圧の検出値(直流電圧検出値Ed)の各々の信号が入力される。制御装置15は、これらの信号を所定のサンプリング周波数(例えば17.5kHz)でAD変換し、得られたデジタル信号に対して各処理を施すようになっている。
Further, the
バンドパスフィルタ21は、交流電圧検出値vsの信号が入力され、この信号に対して高域および低域遮断(バンドパス)のフィルタ処理を施し、周波数/位相/振幅算出部22へ出力する。なお交流電圧検出値vsは、系統電圧(電力系統3の電圧)の値、或いはこれに応じた値となっている。
周波数/位相/振幅算出部22は、バンドパスフィルタ21から受取る交流電圧検出値vsの信号に基づいて、系統電圧の周波数(角速度)ω、位相θ、および振幅Vsを算出(推定)し、算出結果の信号を後段側に送出する。なお周波数/位相/振幅算出部22は、制御装置15におけるAD変換の周期ごとに、周波数ω、位相θ、および振幅Vsを算出することが可能となっている。
Frequency / phase /
また算出結果の信号のうち、位相θの信号は座標変換部23および座標変換部31へ、周波数ωの信号は角加速度算出部24および単独運転検知部26へ、振幅Vsの信号は単独運転検知部26へ、それぞれ送出される。なお、周波数/位相/振幅算出部22が行う算出処理の形態は特に限定されるものではなく、例えば、予め適切に設定された算出式やLUT[Look Up Table]が用いられる形態であっても良い。
Of the calculation result signals, the phase θ signal is sent to the
座標変換部23は、位相θの信号を用いて交流電流検出値isに対する座標変換を行い、有効電流検出値ip(有効成分)および無効電流検出値iq(無効成分)を求める。また座標変換部23は、有効電流検出値ipの信号を有効電流制御部29へ、無効電流検出値iqの信号を無効電流制御部30へ、それぞれ送出する。
角加速度算出部24は、周波数ωの信号に基づいて系統電圧の角加速度dω/dtを算出し、算出結果の信号(角加速度dω/dtの信号)を系統状態判定部25へ送出する。
The angular
系統状態判定部25は、角加速度dω/dtの信号に基づいて電力系統3の状態(系統状態)を判定し、当該判定の結果を表す系統状態判定信号Sdを、単独運転検知部26およびリミッタ28へ送出する。なお系統状態判定部25は、角加速度の大きさ|dω/dt|に応じて、系統状態を「通常」、「単独運転」、「瞬低発生(位相跳躍小)」、および「瞬低発生(位相跳躍大)」の何れかに判定するようになっている。
The system
より具体的には、角加速度の大きさ|dω/dt|が所定の閾値A以下である場合には、「通常」と判定され、閾値Aより大きく閾値B(閾値Aより大きい所定値)以下である場合には、「単独運転」(電力変換装置1の単独運転を誘発し得る程度の異常が生じた状態)と判定される。
More specifically, when the magnitude of angular acceleration | dω / dt | is equal to or smaller than a predetermined threshold A, it is determined as “normal” and is larger than the threshold A and equal to or smaller than the threshold B (a predetermined value larger than the threshold A). If it is, it is determined as “single operation” (a state in which an abnormality to the extent that can induce the single operation of the
電力系統3の異常(擾乱)が発生したときには、その影響により、角加速度の大きさ|dω/dt|は通常より増大する傾向にある。また異常の度合が高いほど、角加速度の大きさ|dω/dt|はより大きい値となる傾向にある。上述した閾値Aは、電力変換装置1の単独運転を誘発する程度の異常が生じていない「通常」の系統状態と、電力変換装置1の単独運転を誘発し得る程度の異常が生じている「単独運転」の系統状態と、の判定が良好に行われるように、事前調査等に基づいて適切に設定されている。
When an abnormality (disturbance) occurs in the
また角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値Bより大きく閾値C(閾値Bより大きい所定値)以下である場合には、「瞬低発生(位相跳躍小)」(瞬低が発生した状態のうち、位相跳躍の度合が比較的小さい状態)と判定される。なお瞬低は、例えば、残電圧が20%以下となり、その継続時間が1秒以下である場合を指す。但し、瞬低に該当する場合の電圧低下量や継続時間等の条件は、この内容には限られず、その他の条件とされ得る。 When the magnitude of angular acceleration | dω / dt | is greater than threshold value B and equal to or less than threshold value C (predetermined value greater than threshold value B), “instantaneous drop occurrence (small phase jump)” Among these, it is determined that the degree of phase jump is relatively small. Note that the instantaneous drop refers to, for example, a case where the remaining voltage is 20% or less and the duration is 1 second or less. However, the conditions such as the voltage drop amount and the duration time in the case of the instantaneous drop are not limited to this content, and may be other conditions.
角加速度の大きさ|dω/dt|が特に大きい場合には、電力変換装置1の単独運転を誘発し得るような系統状態の異常ではなく、落雷等に起因する瞬低が発生した可能性が高いと想定される。上述した閾値Bは、「単独運転」の系統状態と、瞬低が発生した「瞬低発生(位相跳躍小)」の系統状態と、の判定が良好に行われるように、事前調査等に基づいて適切に設定されている。
When the magnitude of the angular acceleration | dω / dt | is particularly large, there is a possibility that an instantaneous drop due to lightning strikes has occurred, not an abnormality in the system state that can induce an independent operation of the
また角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値Cより大きい場合には、「瞬低発生(位相跳躍大)」(瞬低が発生した状態のうち、位相跳躍の度合が比較的大きい状態)と判定される。「瞬低発生(位相跳躍大)」の状態は、例えば、位相跳躍の度合が正または負の方向に、ある閾値(例えば30〜90degの範囲における何れかの値)を超える場合が該当する。一例としては、系統電圧が図2に示すように180degずれた波形となるときの系統状態が、「瞬低発生(位相跳躍大)」に該当する。なお瞬低が発生した状態であって、位相跳躍の度合が当該閾値を超えない場合には、「瞬低発生(位相跳躍小)」が該当する。 When the magnitude of the angular acceleration | dω / dt | is larger than the threshold value C, “instantaneous drop occurrence (phase jumping large)” (a state in which the degree of phase jumping is relatively large in a state where the instantaneous drop occurs) It is determined. The “instantaneous drop occurrence (phase jump large)” state corresponds to, for example, a case where the degree of phase jump exceeds a certain threshold value (for example, any value in the range of 30 to 90 deg) in the positive or negative direction. As an example, the system state when the system voltage has a waveform shifted by 180 degrees as shown in FIG. 2 corresponds to “instantaneous drop occurrence (large phase jump)”. In the state where a sag has occurred and the degree of phase jump does not exceed the threshold value, “spot sag occurrence (small phase jump)” corresponds.
また系統状態判定部25は、系統状態を「瞬低発生(位相跳躍大)」と判定したときは、インバータ12の動作を停止させるために、ゲート信号生成部32へゲートブロック信号Sbを送出するようになっている。ゲートブロック信号Sbは、後述するように、ゲート信号Sgの送出の遮断(ゲートブロック)を行うための信号である。
Further, when the system
単独運転検知部26は、周波数ωの信号および振幅Vsの信号に基づく受動的検知方式により、電力変換装置1における単独運転の発生を検知する。なお、単独運転検知部26が単独運転を検知する具体的な手法は特に限定されず、種々の手法が採用され得る。
Isolated
単独運転検知部26は、系統状態判定部25から「単独運転」の状態を表す系統状態判定信号Sdを受けており、かつ、受動的検知方式により単独運転の発生を検知したときには、連系リレー13へ解列信号Srを送出する。このように単独運転検知部26は、単独運転の発生の検知結果に応じて、電力系統3からの解列が行われるようにする。但し単独運転検知部26は、「瞬低発生(位相跳躍小)」の状態を表す系統状態判定信号Sdを受けているときには、単独運転の発生の検知結果に関わらず、解列信号Srを送出しないように設定されている。
The isolated
直流電圧制御部27は、直流電圧検出値Edの信号、および、直流電圧検出値Edに対する指令値(直流電圧指令値Ed*)の信号が入力される。なお直流電圧指令値Ed*は、予め適切に設定されている値である。そして直流電圧制御部27は、これらの値の差がゼロに近づくようにする信号を、有効電流指令値ip*(有効電流検出値ipに対する指令値)の信号として生成し、リミッタ28へ送出する。
The DC
リミッタ28は、系統状態判定部25から「瞬低発生(位相跳躍小)」の状態を表す系統状態判定信号Sdを受けているときに、入力された有効電流指令値ip*の信号にその大きさを制限するフィルタ処理を施し、フィルタ処理済の信号を有効電流制御部29へ出力する。一方、「瞬低発生(位相跳躍小)」の状態を表す系統状態判定信号Sdを受けていないときには、リミッタ28は、入力された有効電流指令値ip*の信号をそのまま有効電流制御部29へ出力する。
When the
なおリミッタ28が行うフィルタ処理は、有効電流指令値ip*の大きさが、予め決められた制限値Limを超えないようにする(制限値Limを超えているときには、例えば制限値Limと同値となるように修正する)処理となっている。
The filtering process performed by the
有効電流制御部29は、座標変換部23から有効電流検出値ipの信号が入力され、リミッタ28から有効電流指令値ip*の信号が入力される。そして有効電流制御部29は、これらの値の差がゼロに近づくようにする信号を、有効電圧指令値vp*(有効電圧検出値vpに対する指令値)の信号として生成し、座標変換部31へ送出する。
Active
無効電流制御部30は、無効電流検出値iqの信号、および、無効電流検出値iqに対する指令値(無効電流指令値iq*)の信号が入力される。なお無効電流指令値iq*は、予め適切に設定されている値である。そして無効電流制御部30は、これらの値の差がゼロに近づくようにする信号を、無効電圧指令値vq*(無効電圧検出値vqに対する指令値)の信号として生成し、座標変換部31へ送出する。
The reactive
座標変換部31は、位相θの信号を用いて有効電圧指令値vp*(有効成分)および無効電圧指令値iq*(無効成分)に対する座標変換を行い、交流電圧指令値vs*を求める。また座標変換部31は、交流電圧指令値vs*の信号をゲート信号生成部32へ送出する。
The coordinate
ゲート信号生成部32は、交流電圧指令値vs*に応じたデューティ比のパルス信号をゲート信号Sgとして生成し、インバータ12へ送出する。ゲート信号生成部32はこのようにして、インバータ12のPWM[Pulse Width Modulation]制御を行うようになっている。
The gate
またゲート信号生成部32は、ゲートブロック信号Sbを受けているときには、ゲート信号Sgを例えばローレベルに固定する。これにより、系統状態判定部25からゲートブロック信号Sbが送出されているときには、ゲートブロックが行われる。すなわちインバータ12の駆動は停止されて、インバータ12の出力が遮断される。なおゲートブロック信号Sbの送出が解除されたときには、ゲートブロックは解除され、ゲート信号生成部32は、インバータ12を駆動するためのゲート信号Sgの送出を再開する。
Further, when receiving the gate block signal Sb, the gate
[電力変換装置の動作等]
電力変換装置1は、基本的動作として、太陽電池2から受ける直流電力をインバータ12によって交流電力に変換し、この交流電力を電力系統3に出力する動作を行う。
[Operation of power converter, etc.]
As a basic operation, the
また制御装置15は、これまでに説明した通り、各種の検出値(vs、is、Ed)および予め設定された各指令値(Ed*、iq*)等に基づいて、交流電圧指令値vs*を算出し、ゲート信号Sgを生成することによってインバータ12を制御する。交流電圧指令値vs*は、インバータ12の操作量に相当している。
Further, as described above, the
なお制御装置15は、電力変換装置1の出力を電力系統3の電力状態に合わせるように、交流電圧指令値vs*を算出するものとなっている。なお、交流電圧指令値vs*の算出過程において求められる有効電流指令値ip*は、電力変換装置1が出力する電流の指令値(出力電流指令値)に相当する。インバータ12による電力の変換は、電力系統3に出力する電流の値が出力電流指令値に対応した値となるように、行われることとなる。
The
そして更に制御装置15は、系統電圧の角加速度dω/dtに基づいて系統状態を判定し、当該判定の結果に応じて電力変換装置1の動作を制御するようになっている。ここで、系統状態の判定およびこれに関連する動作の流れについて、図3のフローチャートを参照しながら以下に説明する。
Further, the
角加速度算出部24によって系統電圧の角加速度dω/dtが算出されると(ステップS11)、系統状態判定部25は、その角加速度の大きさ|dω/dt|を閾値(閾値A〜閾値C)と比較することにより、系統状態を判定する(ステップS12〜S14)。
When the angular
角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値A(第3閾値)より大きく(ステップS12のY)、かつ、閾値B(第1閾値)以下である場合(ステップS13のN)、系統状態が「単独運転」と判定される。このように判定されたときには、制御装置15の動作形態は「単独運転対応モード」となる(ステップS15)。
When the magnitude | dω / dt | of the angular acceleration is larger than the threshold A (third threshold) (Y in step S12) and not more than the threshold B (first threshold) (N in step S13), the system state is It is determined as “single operation”. When the determination is made as described above, the operation mode of the
「単独運転対応モード」では、「単独運転」を表す系統状態判定信号Sdが単独運転検知部26に入力される。これにより単独運転検知部26は、受動的検知方式により単独運転を検知すると、解列信号Srを出力する。これにより電力変換装置1を電力系統3から解列させ、単独運転を解消させることが可能である。
In the “independent operation mode”, the system state determination signal Sd indicating “independent operation” is input to the independent
なお単独運転検知部26は、「単独運転」を表す系統状態判定信号Sdが入力されたとき(すなわち、角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値Aを超え、かつ、閾値B以下であったとき)には、それだけで単独運転が発生したと判定し、解列信号Srを出力するようになっていても構わない。この場合には、系統状態が「単独運転」と判定されると、直ちに解列信号Srが出力され、電力変換装置1は電力系統3から解列する。
The isolated
また角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値Bより大きく(ステップS13のY)、かつ、閾値C(第2閾値)以下である場合(ステップS14のN)、系統状態が「瞬低発生(位相跳躍小)」と判定される。このように判定されたときには、制御装置15の動作形態は「第1瞬低対応モード」となる(ステップS16)。
When the magnitude of the angular acceleration | dω / dt | is greater than the threshold B (Y in step S13) and equal to or less than the threshold C (second threshold) (N in step S14), (Small phase jump) ”. When the determination is made in this way, the operation mode of the
「第1瞬低対応モード」では、「瞬低発生(位相跳躍小)」を表す系統状態判定信号Sdがリミッタ28に入力されることにより、リミッタ28は出力電流指令値(有効電流指令値ip*)の信号に対して、その大きさを制限するフィルタ処理を施すようになる。これにより、瞬低が発生したと判定されたときには、制限値Limを超えないように出力電流指令値が制限され、電力変換装置1の出力電流の大きさが抑えられることになる。その結果、過電流防止回路14による過電流防止機能が作動することを、出来るだけ回避することが可能となる。
In the “first instantaneous voltage reduction mode”, the
また、「瞬低発生(位相跳躍小)」を表す系統状態判定信号Sdが単独運転検知部26に入力されることにより、単独運転検知部26は、受動的検知方式による単独運転の発生の検知結果に関わらず、解列信号Srを出力しない状態となる。これにより、瞬低の発生に起因した不要な解列を、未然に回避することが可能となる。このように単独運転検知部26は、瞬低が発生したと判定されたときには、単独運転の発生の検知結果に関わらず、解列を禁止する(解列が行われないようにする)。
In addition, when the system state determination signal Sd representing “instantaneous drop occurrence (small phase jump)” is input to the isolated
また角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値Cより大きい場合(ステップS14のY)、系統状態が「瞬低発生(位相跳躍大)」と判定される。このように判定されたときには、制御装置15の動作形態は「第2瞬低対応モード」となる(ステップS17)。
If the magnitude | dω / dt | of the angular acceleration is larger than the threshold value C (Y in step S14), the system state is determined as “instantaneous drop occurrence (large phase jump)”. When the determination is made in this way, the operation mode of the
「第2瞬低対応モード」では、系統状態判定部25がゲートブロック信号Sbを送出することにより、インバータ12においてゲートブロックが行われることになる。これにより、電力変換装置1の出力電流が抑えられ、過電流防止回路14による過電流防止機能が作動することを、出来るだけ回避することが可能となる。
In the “second instantaneous voltage reduction mode”, the system
なお「瞬低発生(位相跳躍大)」の場合には、「瞬低発生(位相跳躍小)」の場合に比べて電力系統3の異常の度合が高く、その影響を受けて、出力電流の異常が大きいものとなり易い。そのため「第2瞬低対応モード」では、ゲートブロックの実行により出力電流がほぼゼロとなるようにして、「第1瞬低対応モード」の場合に比べて出力電流がより強く抑えられるようになっている。
In the case of “instantaneous voltage drop (large phase jump)”, the degree of abnormality in the
また単独運転検知部26は、「瞬低発生(位相跳躍大)」を表す系統状態判定信号Sdが入力された場合にも、受動的検知方式による単独運転の検知に関わらず、解列信号Srを出力しないように設定されていても構わない。これにより「第2瞬低対応モード」においても、瞬低の発生に起因した不要な解列を、未然に回避することが可能となる。
The isolated
また角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値A以下である場合(ステップS12のN)、系統状態が「通常」と判定される。このように判定されたときには、制御装置15の動作形態は「通常モード」となる(ステップS18)。
When the magnitude of angular acceleration | dω / dt | is equal to or less than the threshold value A (N in step S12), the system state is determined to be “normal”. When the determination is made in this way, the operation mode of the
「通常モード」では、出力電流指令値の制限やゲートブロック信号Sbの送出がなされることなく、制御装置15は通常通りの動作を行う。なお「第1瞬低対応モード」から「通常モード」に移行したときには、これまで行われていた出力電流指令値の制限は解除される。すなわち、出力電流指令値が制限されている際に、角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値A以下となったときには、この出力電流指令値の制限は解除される。
In the “normal mode”, the
また「第2瞬低対応モード」から「通常モード」に移行したときには、これまで行われていたゲートブロック信号Sbの送出が停止され、ゲートブロックは解除される。すなわち、ゲート信号Sgの送出が停止されている際に、角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値A以下となったときには、ゲート信号Sgの送出の遮断は解除される。このように「通常モード」となった場合には、系統状態が通常の状態に復帰したとみなされ、制御装置15の動作形態は通常の形態に回復する。
Further, when the mode is shifted from the “second instantaneous voltage reduction mode” to the “normal mode”, the transmission of the gate block signal Sb which has been performed so far is stopped, and the gate block is released. That is, when the magnitude of the angular acceleration | dω / dt | becomes equal to or less than the threshold A when the sending of the gate signal Sg is stopped, the blocking of sending the gate signal Sg is released. When the “normal mode” is thus set, the system state is considered to have returned to the normal state, and the operation mode of the
なお上述した一連の動作(ステップS11〜S18)は、電力変換装置1が電力系統3から解列した場合等を除き、制御装置15におけるAD変換の周期、或いはこれに準じた周期ごとに繰り返される。そのため制御装置15は、非常に短い周期で系統状態を判定し、この判定結果に適応した動作を行うことが可能である。
The series of operations described above (steps S11 to S18) are repeated for each AD conversion cycle in the
また単独運転検知部26が解列信号Srを出力する条件等は、上述した形態には限られない。例えば単独運転検知部26は、受動的検知方式により単独運転を検知した際には基本的に解列信号Srを出力することとし、例外的に瞬低が発生したと判定された場合には、当該検知結果に関わらず解列信号Srを出力しないようにしても良い。これにより、瞬低の発生に起因した不要な解列を、未然に回避することが可能となる。
Further, the conditions for the isolated
2.第2実施形態
次に第2実施形態について説明する。なお第2実施形態は、電力系統3の電圧低下量に応じて制限値Limが決定される点などを除き、基本的には第1実施形態と同等である。以下の説明では、第1実施形態と異なる部分の説明に重点を置き、第1実施形態と同等の部分については説明を省略することがある。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment will be described. The second embodiment is basically the same as the first embodiment except that the limit value Lim is determined according to the voltage drop amount of the
図4は、第2実施形態に係る電力変換装置1aの構成図である。電力変換装置1aが有する制御装置15には、制限値決定部35が設けられている。
FIG. 4 is a configuration diagram of a power conversion device 1a according to the second embodiment. The
制限値決定部35は、系統状態判定部25から系統状態判定信号Sdが入力されるとともに、周波数/位相/振幅算出部22から系統電圧の振幅Vsの信号が入力される。そして制限値決定部35は、「瞬低発生(位相跳躍小)」の系統状態判定信号Sdを受けているときに、振幅Vsの信号に基づいて制限値Limを決定し、決定した制限値Limの信号をリミッタ28に送出する。
The limit
より具体的には、制限値決定部35は、振幅Vsの信号に基づいて電力系統3の電圧低下量を認識し、この電圧低下量が大きい程、制限値Limをより厳しい値(より小さい値)に決定する。なお制限値Limの決定に際しては、例えば、予め適切に設定された算出式やLUTが用いられるようにしても良い。上述したように制限値決定部35は、瞬低が発生したと判定されたときに、電力系統3の電圧低下量に応じて制限値Limを決定するようになっている。
More specifically, the limit
またリミッタ28は、制限値決定部35から制限値Limの信号を受けているときに、入力された有効電流指令値ip*の信号にその大きさを制限するフィルタ処理を施して、フィルタ処理済の信号を有効電流制御部29へ出力する。一方、制限値Limの信号を受けていないときには、リミッタ28は、入力された有効電流指令値ip*の信号をそのまま有効電流制御部29へ出力する。なお第1実施形態の場合と同様、リミッタ28が行うフィルタ処理は、有効電流指令値ip*の大きさが制限値Limを超えないようにする処理である。
Further, when the
電力系統3の電圧低下量が大きいときは、その分、系統電圧等の異常の度合が高く、電力変換装置1の動作が不安定になり易いと想定される。そのため過電流防止回路14による過電流防止機能の作動を極力回避させるにあたっては、電力系統3の電圧低下量が大きい程、有効電流指令値ip*の大きさをより十分に制限する必要がある。第2実施形態の電力変換装置1aによれば、このような趣旨に沿って、制限値Limを適切に設定することが可能である。
When the voltage drop amount of the
3.第3実施形態
次に第3実施形態について説明する。なお第3実施形態は、系統状態の判定手法などを除き、基本的には第2実施形態と同等である。以下の説明では、第2実施形態と異なる部分の説明に重点を置き、第2実施形態と同等の部分については説明を省略することがある。
3. Third Embodiment Next, a third embodiment will be described. The third embodiment is basically the same as the second embodiment except for a system state determination method and the like. In the following description, emphasis is placed on the description of parts different from the second embodiment, and description of parts equivalent to the second embodiment may be omitted.
図5は、第3実施形態に係る電力変換装置1bの構成図である。電力変換装置1bが有する系統状態判定部25は、系統電圧の角加速度dω/dtの信号が入力されるとともに、周波数/位相/振幅算出部22から、系統電圧の周波数ω、位相θ、および振幅Vsの各信号が入力されるようになっている。
FIG. 5 is a configuration diagram of a
そして系統状態判定部25は、角加速度dω/dtに加えて、周波数ω、位相θ、および振幅Vsにも基づいて、系統状態の判定(瞬低の発生の判定を含む)を行うようになっている。なお系統状態判定部25が、これらの情報に基づいてどのような手順で系統状態を判定するかについては、様々な形態が採用され得る。系統状態の判定手順の具体例については、例えば以下に示す第1の例から第3の例が挙げられる。
Then, the system
第1の例では、図6に示す各判定条件を用いて系統状態が判定される。なお図6に示す各判定条件は、系統状態の項目(「通常」、「単独運転」、「瞬低発生(位相跳躍小)」、「瞬低発生(位相跳躍大)」)ごとに、各パラメータ(角加速度の大きさ|dω/dt|、周波数ω、位相θ、振幅Vs)の判定条件が設定されたものである。 In the first example, the system state is determined using each determination condition shown in FIG. Each determination condition shown in FIG. 6 is for each item of the system state (“normal”, “single operation”, “instantaneous drop occurrence (phase jumping small)”, “instantaneous drop occurrence (phase jumping large)”). Determination conditions for parameters (magnitude of angular acceleration | dω / dt |, frequency ω, phase θ, amplitude V s ) are set.
第1の例によれば、例えば、角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値A以下であり、周波数ωに基準値を超える変化が無く、位相θの跳躍が無く、振幅Vsが通常の100%であれば、系統状態が「通常」と判定される。 According to the first example, for example, the magnitude of angular acceleration | dω / dt | is equal to or less than the threshold value A, the frequency ω does not change beyond the reference value, the phase θ does not jump, and the amplitude V s is normal. Is 100%, the system state is determined to be “normal”.
また角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値Aより大きく閾値B以下であり、周波数ωに基準値を超える変化が有り、位相θの跳躍が0〜Xの範囲にあり、振幅Vsが0%であれば、系統状態が「単独運転」と判定される。 Also, the magnitude of angular acceleration | dω / dt | is greater than threshold A and less than or equal to threshold B, there is a change in frequency ω that exceeds the reference value, the jump of phase θ is in the range of 0 to X, and amplitude V s is If it is 0%, the system state is determined as “single operation”.
また角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値Bより大きく閾値C以下であり、周波数ωに基準値を超える変化が有り、位相θの跳躍がX〜Yの範囲にあり、振幅Vsが0〜100%であれば、系統状態が「瞬低発生(位相跳躍小)」と判定される。 In addition, the magnitude of angular acceleration | dω / dt | is greater than threshold value B and less than or equal to threshold value C, frequency ω has a change exceeding a reference value, phase θ jump is in the range of X to Y, and amplitude V s is If it is 0 to 100%, it is determined that the grid state is “instantaneous drop occurrence (small phase jump)”.
また角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値Cより大きく、周波数ωに基準値を超える変化が有り、位相θの跳躍がY〜180degの範囲にあり、振幅Vsが0〜100%であれば、系統状態が「瞬低発生(位相跳躍大)」と判定されるようにする。なお上記においてXおよびYは、0<X<Y<180degを満たすように予め設定された値である。例えば、Xは10〜30degの範囲における何れかの値であり、Yは30〜90degの範囲における何れかの値である。 The magnitude of the angular acceleration | dω / dt | is greater than the threshold value C, there is a change exceeding the reference value in the frequency omega, jump of the phase θ is in the range of Y~180deg, the amplitude V s is 0 to 100% If there is, the system state is determined to be “instantaneous drop occurrence (large phase jump)”. In the above, X and Y are values set in advance so as to satisfy 0 <X <Y <180 deg. For example, X is any value in the range of 10 to 30 deg, and Y is any value in the range of 30 to 90 deg.
また全パラメータの判定条件を満たす項目が無い場合、系統状態は、最も多くのパラメータの判定条件を満たす項目に判定されるようにしても良い。この場合、例えば角加速度の大きさ|dω/dt|が閾値A以下であり、周波数ωに基準値を超える変化が無く、位相θの跳躍が無く、振幅Vsが100%未満であれば、系統状態は、3個のパラメータ(角加速度の大きさ|dω/dt|、周波数ω、位相θ)の判定条件が満たされる「通常」と判定される。 When there is no item that satisfies the determination conditions for all parameters, the system state may be determined as an item that satisfies the determination conditions for the most parameters. In this case, for example, if the magnitude of angular acceleration | dω / dt | is equal to or less than the threshold value A, the frequency ω does not change beyond the reference value, the phase θ does not jump, and the amplitude V s is less than 100%, The system state is determined as “normal” that satisfies the determination conditions of three parameters (the magnitude of angular acceleration | dω / dt |, frequency ω, and phase θ).
また第2の例では、周波数ω、位相θ、および振幅Vsの各々に対して、所定の瞬低判定条件が設定される。そして、周波数ω、位相θ、および振幅Vsの何れもが瞬低判定条件を満たしている状況において、角速度の大きさ|dω/dt|が閾値Bより大きく閾値C以下であれば「瞬低発生(位相跳躍小)」と判定され、角速度の大きさ|dω/dt|が閾値Cを超えていれば「瞬低発生(位相跳躍大)」と判定されるようにする。 In the second example, the frequency omega, phase theta, and for each of the amplitude V s, the predetermined sag determination condition is set. In a situation where all of the frequency ω, the phase θ, and the amplitude V s satisfy the sag determination condition, if the magnitude of the angular velocity | dω / dt | If it is determined that “occurrence (small phase jump)” and the magnitude of angular velocity | dω / dt | exceeds the threshold value C, it is determined that “instantaneous drop occurs (large phase jump)”.
また第3の例では、角速度の大きさ|dω/dt|、周波数ω、位相θ、および振幅Vsの重み付けを考慮した相加平均が算出され、この算出結果に基づいて系統状態が判定されるようにする。 In the third example, the magnitude of the angular velocity | dω / dt |, the frequency omega, phase theta, and arithmetic mean in consideration of weighting of amplitude V s is calculated, the system state is determined based on the calculation result So that
なお系統状態判定部25は、角加速度dω/dtに加えて、周波数ω、位相θ、および振幅Vsの全てではなく、これらのうちの何れか一つ或いは二つに基づいて、系統状態を判定するようになっていても良い。第3実施形態の電力変換装置1bによれば、角加速度dω/dtだけではなく、更に系統電圧に関する他の情報にも基づくことにより、系統状態をより精度良く判定することが可能である。
Note the system
4.その他
以上に説明した通り、本実施形態に係る電力変換装置は、電力系統3に連系し、直流電力を交流電力に変換して電力系統3に出力するものであって、系統電圧の角加速度dω/dtの情報を得る角加速度情報取得部(周波数/位相/振幅算出部22や角加速度算出部24など)と、角加速度dω/dtに基づいて瞬低の発生を判定する系統状態判定部(系統状態判定部25など)と、を備えている。なお本実施形態では、系統状態が「瞬低発生(位相跳躍小)」或いは「瞬低発生(位相跳躍大)」と判定されたときが、瞬低の発生が判定されたときに相当する。
4). Others As described above, the power conversion device according to the present embodiment is connected to the
このように本実施形態に係る電力変換装置は、角加速度dω/dtに基づいて瞬低の発生を判定するため、瞬低の発生を早く的確に判定することが容易となっている。 As described above, since the power conversion device according to the present embodiment determines the occurrence of the instantaneous drop based on the angular acceleration dω / dt, it is easy to determine the occurrence of the instantaneous drop quickly and accurately.
例えば、系統電圧のゼロクロスのタイミングから周波数や位相を検出し、この検出結果に基づいて瞬低の発生を判定する方式では、系統電圧波形の半周期の間に生じた瞬低を検知することは難しく、また、瞬低の発生を判定するタイミングが遅れ易いという問題がある。しかし本実施形態に係る電力変換装置によれば、系統電圧波形の半周期よりも短い間隔で角加速度dω/dtの情報を取得し、瞬低の発生を判定することが可能であるため、このような問題が起こり難くなっている。 For example, in the method of detecting the frequency and phase from the zero cross timing of the system voltage and determining the occurrence of the voltage sag based on the detection result, it is possible to detect the voltage sag generated during the half cycle of the system voltage waveform. There is a problem that it is difficult and the timing for determining the occurrence of an instantaneous drop tends to be delayed. However, according to the power conversion device according to the present embodiment, it is possible to acquire information on the angular acceleration dω / dt at an interval shorter than a half cycle of the system voltage waveform and determine the occurrence of the instantaneous drop. Such problems are less likely to occur.
また本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 The configuration of the present invention can be variously modified in addition to the above embodiment without departing from the spirit of the invention. That is, the above-described embodiment is an example in all respects, and should be considered not restrictive. The technical scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of the claims, and is understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims. Should.
1、1a、1b 電力変換装置
2 太陽電池
3 電力系統
11 コンデンサ
12 インバータ
13 連系リレー
14 過電流防止回路
15 制御装置
21 バンドパスフィルタ
22 周波数/位相/振幅算出部
23 座標変換部
24 角加速度算出部
25 系統状態判定部
26 単独運転検知部
27 直流電圧制御部
28 リミッタ
29 有効電流制御部
30 無効電流制御部
31 座標変換部
32 ゲート信号生成部
35 制限値決定部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
系統電圧の角加速度の情報を得る角加速度情報取得部と、
前記角加速度に基づいて瞬低の発生を判定する系統状態判定部と、
を備えた電力変換装置。 A power conversion device that is connected to a power system, converts DC power to AC power, and outputs the power to the power system,
An angular acceleration information acquisition unit for obtaining information on the angular acceleration of the system voltage;
A system state determination unit for determining occurrence of a sag based on the angular acceleration;
The power converter provided with.
前記動作制御部は、
瞬低が発生したと判定されたとき、予め決められた制限値を超えないように前記出力電流指令値を制限する電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2, wherein the conversion is performed such that a value of a current output to the power system becomes a value corresponding to an output current command value.
The operation controller is
A power converter that limits the output current command value so as not to exceed a predetermined limit value when it is determined that an instantaneous drop has occurred.
電力系統の電圧低下量に応じて前記制限値を決定する請求項3に記載の電力変換装置。 The operation controller is
The power conversion device according to claim 3, wherein the limit value is determined according to a voltage drop amount of the power system.
前記角加速度の大きさが予め設定された第1閾値を超えたときに、瞬低が発生したと判定する請求項2から請求項4の何れかに記載の電力変換装置。 The system state determination unit
The power conversion device according to any one of claims 2 to 4, wherein when the magnitude of the angular acceleration exceeds a preset first threshold, it is determined that an instantaneous drop has occurred.
前記動作制御部は、
前記角加速度の大きさが第1閾値を超え、かつ、第1閾値より大きく設定された第2閾値を越えなかった場合には、前記制限値を超えないように前記出力電流指令値を制限し、
前記角加速度の大きさが第2閾値を越えた場合には、前記インバータへの前記ゲート信号の送出を遮断させる電力変換装置。 The power conversion device according to claim 5, further comprising: an inverter that is driven according to a gate signal, wherein the conversion is performed using the inverter.
The operation controller is
When the magnitude of the angular acceleration exceeds the first threshold and does not exceed the second threshold set larger than the first threshold, the output current command value is limited so as not to exceed the limit value. ,
A power conversion device that blocks transmission of the gate signal to the inverter when the magnitude of the angular acceleration exceeds a second threshold.
前記角加速度の大きさが第1閾値より小さく設定された第3閾値を超え、かつ、第1閾値を超えなかった場合において、単独運転の発生が検知されたときには、電力系統からの解列が行われるようにする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 6, further comprising an isolated operation detection unit that detects the occurrence of isolated operation.
When the magnitude of the angular acceleration exceeds the third threshold set smaller than the first threshold and does not exceed the first threshold, when the occurrence of isolated operation is detected, disconnection from the power system is performed. Power conversion device to be performed.
前記出力電流指令値を制限している際に、前記角加速度の大きさが第3閾値以下となったときには、該出力電流指令値の制限を解除し、
前記ゲート信号の送出を遮断している際に、前記角加速度の大きさが第3閾値以下となったときには、該ゲート信号の送出の遮断を解除する請求項7に記載の電力変換装置。 The operation controller is
When limiting the output current command value, when the magnitude of the angular acceleration is equal to or less than a third threshold, the limitation on the output current command value is canceled,
The power conversion device according to claim 7, wherein when the angular acceleration becomes equal to or smaller than a third threshold while the transmission of the gate signal is interrupted, the interruption of the transmission of the gate signal is canceled.
瞬低が発生したと判定されたときには、前記解列を禁止する電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 6, wherein occurrence of an isolated operation is detected, and disconnection from the power system is performed according to a result of the detection.
A power conversion device that prohibits the disconnection when it is determined that an instantaneous drop has occurred.
系統電圧の角加速度に加えて、系統電圧の周波数、位相、および振幅の少なくとも一つの検出結果にも基づいて、瞬低の発生を判定する請求項1から請求項4の何れかに記載の電力変換装置。 The system state determination unit
The electric power according to any one of claims 1 to 4, wherein the occurrence of a sag is determined based on at least one detection result of the frequency, phase, and amplitude of the system voltage in addition to the angular acceleration of the system voltage. Conversion device.
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