JP2015192477A - Controller, control method, and power generation system - Google Patents

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慶一 中山
正哲 江川
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正哲 江川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably suppress voltage variation in system voltage without delay even when effective power output by a power generator receiving natural energy varies.SOLUTION: According to an embodiment, a controller is used for a power generation system that is connected to a power system through an interconnection line and includes a power converter for outputting power generated by a natural energy power supply for receiving natural energy to perform power generation, by performing control based on a command value of a power factor of generated power output, to a point of interconnection with the interconnection line. The controller includes power factor setting means for setting, on the basis of a ratio of a resistance component of system impedance of the interconnection line viewed from the interconnection point to a reactance component of the system impedance, a command value for a power factor of power generated by the natural energy power supply to the power converter in order to suppress variation in voltage of the power system accompanying variation in the power generated by the natural energy power supply.

Description

本発明の実施形態は、制御装置、制御方法および発電システムに関する。   Embodiments described herein relate generally to a control device, a control method, and a power generation system.

近年、太陽光発電装置などの自然エネルギー電源の導入が進んでいる。PCS(Power Conditioner Subsystem)の効率を優先して最大力率1で自然エネルギー電源による発電システムを運転する場合、このシステムによる有効電力出力が電力消費量を上回り、逆潮流により系統電圧が上昇し、この上昇幅が発電システムによる電圧管理範囲を逸脱する可能性が示唆されている。この系統電圧の上昇を防ぐために、有効電力出力の変動により生じる系統電圧変動を無効電力補償装置といった調相設備を別途用いて抑制する手法がある。   In recent years, the introduction of natural energy power sources such as solar power generation devices has been advanced. When operating a power generation system using a natural energy power source with a maximum power factor of 1 giving priority to the efficiency of the PCS (Power Conditioner Subsystem), the effective power output by this system exceeds the power consumption, and the system voltage increases due to reverse power flow. It is suggested that this increase may deviate from the voltage management range by the power generation system. In order to prevent the system voltage from rising, there is a method of suppressing the system voltage fluctuation caused by the fluctuation of the active power output by separately using a phase adjusting facility such as a reactive power compensator.

特開2011−234620号公報JP2011-234620A

上述した発電システムに導入するための調相設備の価格は高価である。また、この調相設備は系統電圧の変動を検知してから無効電力を制御するので応答速度が遅くなってしまう。   The price of the phase adjusting equipment for introduction into the power generation system described above is expensive. Moreover, since this phase adjusting equipment controls the reactive power after detecting the fluctuation of the system voltage, the response speed becomes slow.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、自然エネルギーを受けた発電による有効電力出力が変化した場合でも、系統電圧の電圧変動を遅れなく安定に抑制することが可能な制御装置、制御方法および発電システムを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and even when the effective power output by power generation that receives natural energy changes, voltage fluctuation of the system voltage can be stably suppressed without delay. A control device, a control method, and a power generation system are provided.

実施形態によれば、制御装置は、連系線で電力系統に接続され、自然エネルギーを受けて発電を行なう自然エネルギー電源により発電した電力を発電出力の力率の指令値に基づいて制御して連系線との連系点に出力する電力変換器をもつ発電システムに用いられる制御装置である。この制御装置は、連系点からみた連系線の系統インピーダンスの抵抗分とリアクタンス分の比率に基づいて、自然エネルギー電源により発電した電力の変動に伴う電力系統の電圧の変動を抑制するための、自然エネルギー電源により発電した電力の力率の指令値を電力変換器に設定する力率設定手段をもつ。   According to the embodiment, the control device controls the electric power generated by the natural energy power source that is connected to the power system by the interconnection line and generates power by receiving natural energy based on the command value of the power factor of the power generation output. It is a control device used for a power generation system having a power converter that outputs to a connection point with a connection line. This control device is used to suppress fluctuations in the voltage of the power system accompanying fluctuations in the power generated by the natural energy power source based on the ratio of the resistance and reactance of the system impedance of the interconnection line viewed from the connection point. And a power factor setting means for setting a power factor command value of the power generated by the natural energy power source in the power converter.

本発明によれば、自然エネルギーを受けた発電装置による有効電力出力が変化した場合でも、系統電圧の電圧変動を遅れなく安定に抑制する事ができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when the active power output by the power generator which received natural energy changes, the voltage fluctuation of a system voltage can be suppressed stably without a delay.

第1の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the solar energy power generation system in 1st Embodiment. 第2の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the solar energy power generation system in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the solar energy power generation system in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the solar energy power generation system in 4th Embodiment. 第4の実施形態における太陽光発電システムの電力変換器の運転範囲の一例を説明する図。The figure explaining an example of the operating range of the power converter of the solar energy power generation system in 4th Embodiment. 第5の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the solar energy power generation system in 5th Embodiment. 第6の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the solar energy power generation system in 6th Embodiment.

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。図1は第1の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図である。
第1の実施形態では、電力系統の主幹系統1に連系線2が接続される。また、本実施形態における太陽光発電システムでは、太陽光パネル(太陽光発電装置)6が電力変換器(PCS)5と連系用変圧器4とを介して主幹系統1との連系点3に接続される。本実施形態では、自然エネルギーを受けて発電を行なう自然エネルギー電源として太陽光パネル6を備えた発電システムについて説明するが、この自然エネルギー電源は風力発電装置などであっても良い。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a photovoltaic power generation system according to the first embodiment.
In the first embodiment, the interconnection line 2 is connected to the main system 1 of the power system. Moreover, in the solar power generation system in this embodiment, the solar panel (solar power generation device) 6 is connected to the main system 1 via the power converter (PCS) 5 and the connection transformer 4. Connected to. Although this embodiment demonstrates the electric power generation system provided with the solar panel 6 as a natural energy power source which receives natural energy and generates electric power, a wind power generator etc. may be sufficient as this natural energy power source.

連系点3は、連系線2を介して主幹系統1に連系する。また、本実施形態における太陽光発電システムは監視制御盤7を備える。この監視制御盤7は力率設定器8を有する。この力率設定器8は、太陽光パネル6から電力変換器5を介した発電出力の力率指令値を電力変換器5に与える。この力率指令値は、太陽光パネル6から連系点3に出力される有効電力の変化に伴う連系点3における電圧変動を抑制するための指令値である。電力変換器5は、太陽光パネル6により発電した直流電力を力率指令値に基づいて交流電力に変換する制御を行なって、連系用変圧器4を介して連系点3に出力する。   The connection point 3 is connected to the main system 1 via the connection line 2. In addition, the photovoltaic power generation system in the present embodiment includes a monitoring control panel 7. The monitoring control board 7 has a power factor setting device 8. The power factor setter 8 gives the power converter 5 a power factor command value of the power generation output from the solar panel 6 via the power converter 5. This power factor command value is a command value for suppressing voltage fluctuation at the interconnection point 3 due to a change in active power output from the solar panel 6 to the interconnection point 3. The power converter 5 performs control to convert the DC power generated by the solar panel 6 into AC power based on the power factor command value, and outputs the AC power to the connection point 3 via the connection transformer 4.

このように構成された実施形態において、力率設定器8は、連系点3からみた連系線2の系統インピーダンス(合成インピーダンス)の抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比率R/Xに基づいて力率指令値を算出する。力率指令値の算出について以下に説明する。この比率は、太陽光パネル6から連系点3に出力される有効電力の変化に伴う連系点3における電圧ベクトルの変動を抑制して、連系点3における電圧ベクトルを主幹系統1の電圧ベクトルに近づけるための比率である。   In the embodiment configured as described above, the power factor setting unit 8 is based on the ratio R / X of the resistance component R and the reactance component X of the system impedance (synthetic impedance) of the interconnection line 2 viewed from the interconnection point 3. To calculate the power factor command value. The calculation of the power factor command value will be described below. This ratio suppresses the fluctuation of the voltage vector at the connection point 3 due to the change in the active power output from the solar panel 6 to the connection point 3, and the voltage vector at the connection point 3 is changed to the voltage of the main system 1. This is the ratio to approximate the vector.

まず、主幹系統1の電圧ベクトルVsと、連系点3における電圧ベクトルVrと、連系線2の系統インピーダンスの抵抗分Rおよびリアクタンス分Xと、電力変換器5から連系点3へ流れる電流の電流ベクトルIと、太陽光パネル6から連系点3への有効電力Pおよび無効電力Qとから、以下の式(1)、式(2)及び式(3)を定義する。
Vs=Vr+(R+jX)I …式(1)
θ=−tan−1(Q/P) …式(2)
+jQ=Vr×I …式(3)
ここで、連系点3の電圧ベクトルVrを位相基準にとると、式(3)は以下の式(4)となる。
I=(P−jQ)/Vr …式(4)
この式(4)に上記の式(1)を代入することにより、以下の式(5)が得られる。
Vs=Vr+((RP+XQ)/Vr)+j((XP−RQ)/Vr) …式(5)
連系点3の電圧ベクトルVrを主幹系統1の電圧ベクトルVsに近づけるためには、同一ベクトル方向の差を0にする事が効果的である。
RP+XQ=0 …式(6)
上記の式(2)及び式(6)から、以下の式(7)が導かれる。
/P=−R/X=−tanθ …式(7)
この式(7)から、力率指令値cosθは以下の式(8)で示される。
cosθ=1/√(1+tanθ)=1/√(1+(R/X)) …式(8)
式(8)に示すように、力率設定器8は、連系点3からみた連系線2の系統インピーダンスの抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比から、一意の力率指令値を求めることができる。系統インピーダンスの抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比は、例えば設計時の値や外部からの値が力率設定器8の内部メモリに設定される。また、力率設定器8が例えば連系点3への有効電力Pおよび無効電力Qを検出して、この検出値と式(7)などを用いて求めても良いし、力率設定器8が電圧ベクトルVs、電圧ベクトルVr、電流ベクトルIを検出して、この検出結果と式(3)などを用いて求めても良い。
First, the voltage vector Vs of the main system 1, the voltage vector Vr at the connection point 3, the resistance R and reactance X of the system impedance of the connection line 2, and the current flowing from the power converter 5 to the connection point 3 The following formula (1), formula (2), and formula (3) are defined from the current vector I, the active power P 0 and the reactive power Q 0 from the solar panel 6 to the interconnection point 3.
Vs = Vr + (R + jX) I (1)
θ = −tan −1 (Q 0 / P 0 ) (2)
P 0 + jQ 0 = Vr × I (3)
Here, when the voltage vector Vr of the interconnection point 3 is taken as a phase reference, the equation (3) becomes the following equation (4).
I = (P 0 −jQ 0 ) / Vr (4)
By substituting the above equation (1) into this equation (4), the following equation (5) is obtained.
Vs = Vr + ((RP 0 + XQ 0 ) / Vr) + j ((XP 0 −RQ 0 ) / Vr) (5)
In order to bring the voltage vector Vr of the interconnection point 3 close to the voltage vector Vs of the main system 1, it is effective to set the difference in the same vector direction to zero.
RP 0 + XQ 0 = 0 Equation (6)
From the above equations (2) and (6), the following equation (7) is derived.
Q 0 / P 0 = -R / X = -tanθ ... formula (7)
From this equation (7), the power factor command value cos θ is expressed by the following equation (8).
cos θ = 1 / √ (1 + tan 2 θ) = 1 / √ (1+ (R / X) 2 ) (8)
As shown in the equation (8), the power factor setting unit 8 obtains a unique power factor command value from the ratio of the resistance component R and the reactance component X of the system impedance of the connection line 2 viewed from the connection point 3. be able to. As the ratio of the resistance component R and the reactance component X of the system impedance, for example, a design value or an external value is set in the internal memory of the power factor setting unit 8. Further, the power factor setting unit 8 may detect, for example, the active power P 0 and the reactive power Q 0 to the interconnection point 3 and obtain these values using the detected value and the equation (7), or the power factor setting. The detector 8 may detect the voltage vector Vs, the voltage vector Vr, and the current vector I, and use the detection result and the equation (3) to obtain them.

本実施形態では、連系点3からみた連系線2の系統インピーダンスの抵抗分Rとリアクタンス分Xとから求まる一意の力率指令値を監視制御盤7の力率設定器8に設定する。力率設定器8は、この力率指令値を電力変換器5に与える。このようにすることで、連系点3の電圧ベクトルの変動を抑制して主幹系統1の電圧ベクトルに近づけることができるので、太陽光発電システムの太陽光パネル6から連系点3に出力される有効電力Pの変化に伴い、力率が力率指令値として一定となるように無効電力Qを調整するよう制御することができる。 In this embodiment, a unique power factor command value obtained from the resistance component R and reactance component X of the system impedance of the interconnection line 2 viewed from the connection point 3 is set in the power factor setting unit 8 of the monitoring control panel 7. The power factor setter 8 gives this power factor command value to the power converter 5. By doing so, the fluctuation of the voltage vector at the interconnection point 3 can be suppressed and brought close to the voltage vector of the main grid 1, so that it is output from the solar panel 6 of the photovoltaic power generation system to the interconnection point 3. As the active power P 0 changes, the reactive power Q 0 can be controlled so that the power factor becomes constant as the power factor command value.

本実施形態によれば、太陽光発電システムの太陽光パネル6から連系点3に出力される有効電力Pが日射量の変化により急変しても、太陽光発電システムの太陽光パネル6から連系点3に出力される無効電力Qを調整し、有効電力Pの変化に起因する連系点3の電圧変動を遅れなく抑制することができる。このようにして、自然エネルギー電源側の有効電力出力の変動に起因した電力系統の電圧変動を遅れなく安定に抑制する事ができる。 According to this embodiment, even if the effective power P 0 output from the solar panel 6 of the solar power generation system to the connection point 3 changes suddenly due to a change in the amount of solar radiation, from the solar panel 6 of the solar power generation system. adjust the reactive power Q 0 to be output to the connecting point 3 can be suppressed without delay voltage variation interconnection node 3 due to a change in active power P 0. In this way, voltage fluctuations in the power system caused by fluctuations in the active power output on the natural energy power source side can be stably suppressed without delay.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。図2は第2の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図である。
通常の電力系統では、連系点3からみた連系線2の系統インピーダンスの抵抗分Rとリアクタンス分Xとより求まる比率R/Xの変動は小さいため、第1の実施形態では、この比率R/Xを固定としていた。しかし、電力系統の構成が大きく変化すると、この比率R/Xも大きく変化する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the photovoltaic power generation system according to the second embodiment.
In a normal power system, since the fluctuation of the ratio R / X obtained from the resistance R and reactance X of the system impedance of the interconnection line 2 as viewed from the connection point 3 is small, in the first embodiment, this ratio R / X was fixed. However, when the configuration of the power system changes greatly, the ratio R / X also changes greatly.

これに対し、第2の実施形態では、比率R/Xが変化したことを示す情報を監視制御盤7が得る。そして、この情報に応じた新たな力率指令値を監視制御盤7の力率設定器8から電力変換器5に与える。これにより、連系点3の太陽光発電システムの太陽光パネル6から連系点3に出力される有効電力Pの変化に起因する連系点3の電圧変動を抑制できる。 In contrast, in the second embodiment, the monitoring control panel 7 obtains information indicating that the ratio R / X has changed. Then, a new power factor command value corresponding to this information is given to the power converter 5 from the power factor setting unit 8 of the monitoring control panel 7. This can suppress a voltage fluctuation of the connecting point 3 due to a change in active power P 0 which is output from the solar panels 6 of photovoltaic systems interconnection point 3 to the interconnection point 3.

第2の実施形態における太陽光発電システムは給電指令所9をさらに備える。給電指令所9は、連系線2の系統インピーダンスの抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比率R/Xを第1の実施形態で説明したように求めたり外部から得たりして監視制御盤7の力率設定器8に送る。電力系統の構成が変化したことで比率R/Xが変化した場合は、給電指令所9は、この変化した後の比率R/Xを第1の実施形態で説明したように再度求めたり外部から得たりして監視制御盤7に送る。   The photovoltaic power generation system according to the second embodiment further includes a power supply command station 9. The power supply command station 9 obtains the ratio R / X of the resistance R of the system impedance of the interconnection line 2 and the reactance X as described in the first embodiment, or obtains it from the outside, as described in the first embodiment. To the power factor setting unit 8. When the ratio R / X changes due to a change in the configuration of the power system, the power supply command station 9 obtains the changed ratio R / X again as described in the first embodiment or from the outside. Or sent to the monitoring control panel 7.

監視制御盤7の力率設定器8の内部メモリには、所定の複数種類の比率R/Xに応じた力率指令値の情報が予め記憶されている。力率設定器8は、給電指令所9から送られた比率R/Xに応じた力率指令値を内部メモリから読み出す。力率設定器8は、この読み出した力率指令値を電力変換器5に与える。このようにして、第1の実施形態で説明したように、太陽光発電システムの太陽光パネル6から連系点3に出力される有効電力Pの変化に伴い、力率が力率指令値として一定となるように無効電力Qを調整するよう制御することができる。 In the internal memory of the power factor setting unit 8 of the monitoring control panel 7, information on power factor command values corresponding to a plurality of predetermined ratios R / X is stored in advance. The power factor setting unit 8 reads a power factor command value corresponding to the ratio R / X sent from the power supply command station 9 from the internal memory. The power factor setter 8 gives the read power factor command value to the power converter 5. In this way, as described in the first embodiment, the power factor becomes the power factor command value in accordance with the change in the effective power P 0 output from the solar panel 6 of the photovoltaic power generation system to the interconnection point 3. Can be controlled so as to adjust the reactive power Q 0 so that it becomes constant.

本実施形態によれば、系統インピーダンスが大きく変化した場合においても、第1の実施形態と同様に、太陽光発電システムの太陽光パネル6から連系点3に出力される有効電力Pの変化に起因する連系点3の電圧変動を遅れなく抑制することができる。 According to this embodiment, even when the system impedance changes greatly, the change in the effective power P 0 output from the solar panel 6 of the solar power generation system to the interconnection point 3 is the same as in the first embodiment. It is possible to suppress the voltage fluctuation at the interconnection point 3 due to the delay without delay.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。図3は第3の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図である。
前述した第2の実施形態では、監視制御盤7は、連系線2の系統インピーダンスの抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比率R/Xの情報を給電指令所9から得ていた。しかし、監視制御盤7がこの比率R/Xの情報を給電指令所9から得られない場合がある。この対策として、第3の実施形態では、電力変換器5側の自端から得られる情報に応じて力率指令値を最適な値に補正する。これにより、太陽光発電システムのみに起因する連系点3の電圧変動を抑制できる。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the photovoltaic power generation system according to the third embodiment.
In the second embodiment described above, the monitoring control panel 7 obtains information on the ratio R / X of the resistance R and reactance X of the system impedance of the interconnection line 2 from the power supply command station 9. However, there are cases where the monitoring control panel 7 cannot obtain information on the ratio R / X from the power supply command station 9. As a countermeasure, in the third embodiment, the power factor command value is corrected to an optimum value in accordance with information obtained from the power converter 5 side. Thereby, the voltage fluctuation of the connection point 3 resulting from only a solar power generation system can be suppressed.

これに対し、第3の実施形態では、太陽光発電システムは、第1の実施形態と比較して電圧検出器10をさらに有する。電圧検出器10は、連系点3の電圧ベクトルVrを検出する。
また、第3の実施形態では、監視制御盤7は、第1の実施形態と比較して、力率補正器11、レベル検出器12、リミッタ31、積分器32をさらに有する。
力率補正器11は、監視制御盤7の力率設定器8から電力変換器5に与えられる力率指令値に対する補正を行う。
力率指令値の補正値を求める手順について説明する。監視制御盤7は、電圧検出器10で検出した電圧ベクトルVrと電圧基準値Vrefとの電圧偏差ΔVを求める。
In contrast, in the third embodiment, the photovoltaic power generation system further includes a voltage detector 10 as compared with the first embodiment. The voltage detector 10 detects the voltage vector Vr at the interconnection point 3.
In the third embodiment, the monitoring control panel 7 further includes a power factor corrector 11, a level detector 12, a limiter 31, and an integrator 32, as compared with the first embodiment.
The power factor corrector 11 corrects the power factor command value given from the power factor setting unit 8 of the monitoring control panel 7 to the power converter 5.
A procedure for obtaining the correction value of the power factor command value will be described. The monitoring control board 7 obtains a voltage deviation ΔV between the voltage vector Vr detected by the voltage detector 10 and the voltage reference value Vref .

リミッタ31には、電圧偏差ΔVの不感帯(±X%)が設定される。積分器32は、リミッタ31を通った電圧偏差ΔVがこの不感帯の幅を超えたタイミングから当該不感帯の幅以内に戻るタイミングまでの間において積分を行なう。   In the limiter 31, a dead zone (± X%) of the voltage deviation ΔV is set. The integrator 32 performs integration from the timing when the voltage deviation ΔV passing through the limiter 31 exceeds the width of the dead zone to the timing when the voltage deviation ΔV returns within the dead zone.

積分器32による出力値が力率増加分の所定の設定値に達した場合に、レベル検出器12は、この出力値に応じて力率増加分の力率補正値を求めて力率補正器11に入力する。力率増加分の所定の設定値は、電圧ベクトルVrについて不感帯の上限値を超える変動が所定以上の時間にわたって生じたことを示す設定値である。力率増加分の力率補正値とは、電圧偏差ΔVを不感帯の上限値以内にするための補正値である。   When the output value from the integrator 32 reaches a predetermined set value for the power factor increase, the level detector 12 obtains a power factor correction value for the power factor increase in accordance with the output value and calculates the power factor corrector. 11 is input. The predetermined set value for the power factor increase is a set value indicating that a fluctuation exceeding the upper limit of the dead band for the voltage vector Vr has occurred over a predetermined time or more. The power factor correction value corresponding to the power factor increase is a correction value for keeping the voltage deviation ΔV within the upper limit of the dead zone.

また、積分器32による出力値が力率減少分の所定の設定値に達した場合に、レベル検出器12は、この出力値に応じて力率減少分の力率補正値を求めて力率補正器11に入力する。この力率減少分の所定の設定値は、電圧ベクトルVrについて不感帯の下限値未満となる変動が所定以上の時間にわたって生じたことを示す設定値である。力率減少分の力率補正値とは、電圧偏差ΔVを不感帯の下限値以内にするための補正値である。   Further, when the output value from the integrator 32 reaches a predetermined set value for the power factor decrease, the level detector 12 obtains a power factor correction value for the power factor decrease according to the output value and calculates the power factor. Input to the corrector 11. The predetermined set value for the power factor decrease is a set value indicating that a fluctuation that is less than the lower limit value of the dead zone for the voltage vector Vr has occurred over a predetermined time or more. The power factor correction value corresponding to the power factor decrease is a correction value for setting the voltage deviation ΔV within the lower limit value of the dead zone.

力率補正器11は、力率設定器8から出力された力率指令値をレベル検出器12からの力率補正値で補正した値を電力変換器5に与える。
このように、第3の実施形態では、連系点3の電圧ベクトルVrを電圧検出器10で監視する。そして、この電圧ベクトルVrについて不感帯の幅を超える変動が所定以上の時間にわたって生じた場合に、この変動が不感帯の幅を超えなくなるように補正を施した力率指令値を電力変換器5に与える。このようにする事で、太陽光発電システムの太陽光パネル6から連系点3に出力される有効電力Pの変化に伴い、力率が力率指令値として一定となるように無効電力Qを調整するよう制御することができる。
The power factor corrector 11 gives the power converter 5 a value obtained by correcting the power factor command value output from the power factor setter 8 with the power factor correction value from the level detector 12.
Thus, in the third embodiment, the voltage detector 10 monitors the voltage vector Vr at the interconnection point 3. When the fluctuation exceeding the dead band width occurs for the voltage vector Vr over a predetermined time or longer, the power factor command value corrected so that the fluctuation does not exceed the dead band width is given to the power converter 5. . By doing in this way, the reactive power Q is set so that the power factor becomes constant as the power factor command value in accordance with the change in the effective power P 0 output from the solar panel 6 of the photovoltaic power generation system to the interconnection point 3. It can be controlled to adjust 0 .

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。図4は、第4の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図である。
前述の第3の実施形態では、自端から得られる情報のみでは、電力変換器5の出力電流が当該電力変換器5の許容する範囲外となる力率指令値を電力変換器5に与えてしまう場合が考えられる。この対策として、例えばリミッタを設けて、電力変換器5の出力電流が当該電力変換器5の許容する範囲外となる力率指令値を電力変換器5に与えないように力率指令値を制御することが考えられる。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the photovoltaic power generation system according to the fourth embodiment.
In the above-described third embodiment, the power converter 5 is provided with a power factor command value at which the output current of the power converter 5 is outside the range allowed by the power converter 5 only by the information obtained from the terminal. It may be possible to end up. As a countermeasure, for example, a limiter is provided to control the power factor command value so that the power converter 5 does not give a power factor command value in which the output current of the power converter 5 is outside the range allowed by the power converter 5. It is possible to do.

これに対し、第4の実施形態の構成は、電力変換器5の出力電流が当該電力変換器5の許容する範囲外となる力率指令値を電力変換器5に与えない構成である。具体的な構成としては、第4の実施形態における太陽光発電システムの監視制御盤7は、第3の実施形態と比較して力率演算器13をさらに有する。   On the other hand, the configuration of the fourth embodiment is a configuration that does not give the power converter 5 a power factor command value at which the output current of the power converter 5 is outside the range allowed by the power converter 5. As a specific configuration, the monitoring control panel 7 of the photovoltaic power generation system according to the fourth embodiment further includes a power factor calculator 13 as compared with the third embodiment.

この力率演算器13は、力率補正器11で補正された力率指令値を、電力変換器5が許容する力率の範囲を超えない値にするための演算を行なって、この演算された指令値を電力変換器5に与える。この許容する力率の範囲は、最大力率1から最低力率cosθaまでの範囲である。   The power factor calculator 13 performs a calculation to make the power factor command value corrected by the power factor corrector 11 a value that does not exceed the power factor range allowed by the power converter 5. The command value obtained is given to the power converter 5. This allowable power factor range is a range from the maximum power factor 1 to the minimum power factor cos θa.

図5は、第4の実施形態における電力変換器5の運転範囲を説明するための図である。図5に示すように、本実施形態では、電力変換器5が最大力率1かつ定格電流範囲20を定格とする有効電力Pを出力できるように、定格電流範囲20より広い最大電流範囲21を許容する。これにより電力変換器5に与える力率を図5に示した最低力率cosθaとした場合でも、電力変換器5は有効電力P、無効電力Q、皮相電力Sを出力することが可能となる。 FIG. 5 is a diagram for explaining the operating range of the power converter 5 in the fourth embodiment. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, a maximum current range 21 wider than the rated current range 20 so that the power converter 5 can output active power P 0 rated at the maximum power factor 1 and the rated current range 20. Is acceptable. Thereby, even when the power factor applied to the power converter 5 is the minimum power factor cos θa shown in FIG. 5, the power converter 5 can output the active power P 0 , the reactive power Q 0 , and the apparent power S 0. It becomes.

(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。図6は、第5の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図である。
前述の第2の実施形態では、監視制御盤7は、連系線2の系統インピーダンスの抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比率R/Xの情報を給電指令所9から得ていた。しかし、監視制御盤7がこの比率R/Xの情報を給電指令所9から得られない場合がある。この対策として、第5の実施形態では、自端から得られる情報に応じた最適な力率指令値を算出して電力変換器5に与える。これにより、太陽光発電システムのみに起因する連系点3の電圧変動を抑制できる。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the photovoltaic power generation system according to the fifth embodiment.
In the second embodiment described above, the monitoring control panel 7 obtains information on the ratio R / X of the resistance R and reactance X of the system impedance of the interconnection line 2 from the power supply command station 9. However, there are cases where the monitoring control panel 7 cannot obtain information on the ratio R / X from the power supply command station 9. As a countermeasure, in the fifth embodiment, an optimum power factor command value corresponding to information obtained from the own end is calculated and given to the power converter 5. Thereby, the voltage fluctuation of the connection point 3 resulting from only a solar power generation system can be suppressed.

これに対し、第5の実施形態における太陽光発電システムは、第1の実施形態と比較して、電圧検出器10、電流検出器14、有効電力検出器15、無効電力検出器16を有する。また、第5の実施形態では、監視制御盤7は、第1の実施形態と比較して、力率計算器17、有効電力設定器18、無効電力設定器19をさらに有する。   On the other hand, the photovoltaic power generation system in the fifth embodiment includes a voltage detector 10, a current detector 14, an active power detector 15, and a reactive power detector 16 as compared with the first embodiment. In the fifth embodiment, the monitoring control panel 7 further includes a power factor calculator 17, an active power setting unit 18, and a reactive power setting unit 19 as compared with the first embodiment.

監視制御盤7の有効電力設定器18は、有効電力出力を一時的に変化させるための任意の有効電力指令値を電力変換器5に与える。有効電力指令値が電力変換器5に与えられると連系点3の電圧が変化する。電圧検出器10は、この変化する電圧を検出する。電流検出器14は、電力変換器5から連系点3に流れる電流を検出する。有効電力検出器15は、電圧検出器10により検出した電圧値と電流検出器14により検出した電流値とに基づいて有効電力出力値を検出する。   The active power setting unit 18 of the monitoring control panel 7 gives the power converter 5 an arbitrary active power command value for temporarily changing the active power output. When the active power command value is given to the power converter 5, the voltage at the interconnection point 3 changes. The voltage detector 10 detects this changing voltage. The current detector 14 detects a current flowing from the power converter 5 to the interconnection point 3. The active power detector 15 detects an active power output value based on the voltage value detected by the voltage detector 10 and the current value detected by the current detector 14.

監視制御盤7の無効電力設定器19は、無効電力出力を一時的に変化させるための任意の無効電力指令値を電力変換器5に与える。無効電力指令値が電力変換器5に与えられると連系点3の電圧が変化する。電圧検出器10は、この変化する電圧を検出する。電流検出器14は、電力変換器5から連系点3に流れる電流を検出する。無効電力検出器16は、電圧検出器10により検出した電圧値と電流検出器14により検出した電流値とに基づいて無効電力出力値を検出する。   The reactive power setting unit 19 of the monitoring control panel 7 gives an arbitrary reactive power command value for temporarily changing the reactive power output to the power converter 5. When the reactive power command value is given to the power converter 5, the voltage at the interconnection point 3 changes. The voltage detector 10 detects this changing voltage. The current detector 14 detects a current flowing from the power converter 5 to the interconnection point 3. The reactive power detector 16 detects a reactive power output value based on the voltage value detected by the voltage detector 10 and the current value detected by the current detector 14.

監視制御盤7の力率計算器17は、適切な力率指令値を求めて力率設定器8に入力する。力率設定器8は、この入力した力率指令値を電力変換器5に与える。この力率計算器17による計算については後述する。   The power factor calculator 17 of the monitoring control panel 7 obtains an appropriate power factor command value and inputs it to the power factor setter 8. The power factor setter 8 gives the input power factor command value to the power converter 5. The calculation by the power factor calculator 17 will be described later.

前述した様に、監視制御盤7の有効電力設定器18は、電力変換器5に任意の有効電力指令値を与える。本実施形態では、力率設定器8から力率指令値が与えられる直前に有効電力検出器15により検出した有効電力Pと有効電力検出器15により検出した有効電力出力値との偏差ΔPが力率計算器17に入力される。
電圧検出器10で検出される電圧値は、有効電力設定器18が任意の有効電力指令値を電力変換器5に与えたことで変化する。力率計算器17は、この変化した電圧値と電圧基準Vprefとの偏差である電圧変動分ΔVpを入力する。電圧基準Vprefは、連系点3における回転座標系の磁極方向成分の電圧の基準値である。
As described above, the active power setting unit 18 of the monitoring control panel 7 gives an arbitrary active power command value to the power converter 5. In this embodiment, the deviation ΔP between the active power P 0 detected by the active power detector 15 and the active power output value detected by the active power detector 15 immediately before the power factor command value is given from the power factor setter 8 is Input to the power factor calculator 17.
The voltage value detected by the voltage detector 10 changes when the active power setting unit 18 gives an arbitrary active power command value to the power converter 5. The power factor calculator 17 inputs a voltage variation ΔVp that is a deviation between the changed voltage value and the voltage reference V pref . The voltage reference V pref is a reference value of the voltage of the magnetic pole direction component of the rotating coordinate system at the interconnection point 3.

そして、本実施形態では、有効電力設定器18からの有効電力指令値を有効電力Pとなるように戻した後、監視制御盤7の無効電力設定器19は、前述したように電力変換器5に任意の無効電力指令値を与える。本実施形態では、力率設定器8から力率指令値が与えられる直前に無効電力検出器16により検出した無効電力Qと無効電力検出器16により検出した無効電力出力値との偏差ΔQが力率計算器17に入力される。
電圧検出器10で検出される電圧値は無効電力設定器19が任意の無効電力指令値を電力変換器5に与えたことで変化する。力率計算器17は、この変化した電圧値と電圧基準Vqrefとの偏差である電圧変動分ΔVqを入力する。電圧基準Vqrefは、連系点3における回転座標系の磁極直交方向成分の電圧の基準値である。
In the present embodiment, after the active power command value from the active power setter 18 is returned to be the active power P 0 , the reactive power setter 19 of the monitoring control panel 7 is the power converter as described above. An arbitrary reactive power command value is given to 5. In the present embodiment, the deviation ΔQ between the reactive power Q 0 detected by the reactive power detector 16 and the reactive power output value detected by the reactive power detector 16 immediately before the power factor command value is given from the power factor setting unit 8 is Input to the power factor calculator 17.
The voltage value detected by the voltage detector 10 changes when the reactive power setter 19 gives an arbitrary reactive power command value to the power converter 5. The power factor calculator 17 inputs a voltage variation ΔVq which is a deviation between the changed voltage value and the voltage reference V qref . The voltage reference V qref is a reference value of the voltage of the component perpendicular to the magnetic pole in the rotating coordinate system at the interconnection point 3.

力率計算器17は、これらの入力結果である有効電力の偏差ΔP、電圧変動分ΔVp、無効電力の偏差ΔQ、電圧変動分ΔVqと以下の式(9)とを用いて最適な力率指令値cosθを算出し、この算出結果を力率設定器8に入力する。力率設定器8は、この力率指令値を電力変換器5に与える。
cosθ=(ΔVp/ΔP)/√((ΔVp/ΔP)+(ΔVq/ΔQ)) …式(9)
このようにする事で、太陽光発電システムの太陽光パネル6から連系点3に出力される有効電力Pの変化に伴い、力率が力率指令値として一定となるように無効電力Qを調整するための制御を行うことができる。
The power factor calculator 17 uses these input results as the active power deviation ΔP, the voltage fluctuation ΔVp, the reactive power deviation ΔQ, the voltage fluctuation ΔVq and the following equation (9) to obtain an optimum power factor command. A value cos θ is calculated, and the calculation result is input to the power factor setting unit 8. The power factor setter 8 gives this power factor command value to the power converter 5.
cos θ = (ΔVp / ΔP) / √ ((ΔVp / ΔP) 2 + (ΔVq / ΔQ) 2 ) (9)
By doing in this way, the reactive power Q is set so that the power factor becomes constant as the power factor command value in accordance with the change in the effective power P 0 output from the solar panel 6 of the photovoltaic power generation system to the interconnection point 3. Control for adjusting 0 can be performed.

(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態について説明する。図7は、第6の実施形態における太陽光発電システムの構成例を示す図である。
前述の第5の実施形態では、自端から得られる情報のみでは、電力変換器5の出力電流が当該電力変換器5の許容する範囲外となる力率指令値を電力変換器5に与えてしまう場合が考えられる。この対策として、例えばリミッタを設けて電力変換器5の出力電流が当該電力変換器5の許容する範囲外となる力率指令値を電力変換器5に与えないように力率指令値を制御することが考えられる。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the photovoltaic power generation system according to the sixth embodiment.
In the above-described fifth embodiment, the power converter 5 is provided with a power factor command value at which the output current of the power converter 5 is outside the range allowed by the power converter 5 only by the information obtained from its own end. It may be possible to end up. As a countermeasure, for example, a limiter is provided to control the power factor command value so that the power converter 5 does not give a power factor command value at which the output current of the power converter 5 is outside the range allowed by the power converter 5. It is possible.

これに対し、第6の実施形態の構成は、電力変換器5の出力電流が当該電力変換器5の許容する範囲外となる力率指令値を電力変換器5に与えない構成である。具体的な構成としては、第6の実施形態における太陽光発電システムの監視制御盤7は、第5の実施形態と比較して力率演算器13をさらに有する。   On the other hand, the configuration of the sixth embodiment is a configuration that does not give the power converter 5 a power factor command value at which the output current of the power converter 5 is outside the range allowed by the power converter 5. As a specific configuration, the monitoring control panel 7 of the photovoltaic power generation system in the sixth embodiment further includes a power factor calculator 13 as compared with the fifth embodiment.

この力率演算器13は、力率設定器8からの力率指令値を、第4の実施形態で説明した、電力変換器5が許容する力率の範囲を超えない値にするための演算を行なって、この演算された指令値を電力変換器5に与える。   The power factor calculator 13 calculates the power factor command value from the power factor setter 8 to a value that does not exceed the range of the power factor allowed by the power converter 5 described in the fourth embodiment. And the calculated command value is given to the power converter 5.

このように構成された本実施形態では、第4の実施形態で説明した図5に示すように、電力変換器5が最大力率1かつ定格電流範囲20を定格とする有効電力Pを出力できるように、定格電流範囲20より広い最大電流範囲21を許容する。これにより電力変換器5に与える力率を図5に示した最低力率cosθaとした場合でも、電力変換器5で有効電力P、無効電力Q、皮相電力Sを出力することが可能となる。 In the present embodiment configured as described above, as shown in FIG. 5 described in the fourth embodiment, the power converter 5 outputs the active power P 0 rated at the maximum power factor 1 and the rated current range 20. A maximum current range 21 wider than the rated current range 20 is allowed as possible. Thus, even when the power factor applied to the power converter 5 is the minimum power factor cos θa shown in FIG. 5, the power converter 5 can output the active power P 0 , the reactive power Q 0 , and the apparent power S 0. It becomes.

発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…主幹系統、2…連系線、3…連系点、4…連系用変圧器、5…電力変換器、6…太陽光パネル、7…監視制御盤、8…力率設定器、9…給電指令所、10…電圧検出器、11…力率補正器、12…レベル検出器、13…力率演算器、14…電流検出器、15…有効電力検出器、16…無効電力検出器、17…力率計算器、18…有効電力設定器、19…無効電力設定器、20…定格電流範囲、21…最大電流範囲、31…リミッタ、32…積分器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Master system, 2 ... Connection line, 3 ... Connection point, 4 ... Connection transformer, 5 ... Power converter, 6 ... Solar power panel, 7 ... Monitoring control panel, 8 ... Power factor setting device, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Power supply command place, 10 ... Voltage detector, 11 ... Power factor corrector, 12 ... Level detector, 13 ... Power factor calculator, 14 ... Current detector, 15 ... Active power detector, 16 ... Reactive power detection 17 ... Power factor calculator, 18 ... Active power setter, 19 ... Reactive power setter, 20 ... Rated current range, 21 ... Maximum current range, 31 ... Limiter, 32 ... Integrator.

Claims (8)

連系線で電力系統に接続され、自然エネルギーを受けて発電を行なう自然エネルギー電源により発電した電力を発電出力の力率の指令値に基づいて制御して前記連系線との連系点に出力する電力変換器を有する発電システムに用いられる制御装置であって、
前記連系点からみた前記連系線の系統インピーダンスの抵抗分とリアクタンス分との比率に基づいて、前記自然エネルギー電源により発電した電力の変動に伴う前記電力系統の電圧の変動を抑制するための前記力率の指令値を前記電力変換器に設定する力率設定手段
を備えたことを特徴とする制御装置。
The power generated by a natural energy power source that is connected to the power system through a connection line and generates power by receiving natural energy is controlled based on the command value of the power factor of the power generation output to be a connection point with the connection line. A control device used in a power generation system having an output power converter,
Based on the ratio of the resistance component and reactance component of the system impedance of the interconnection line viewed from the interconnection point, for suppressing the fluctuation of the voltage of the power system accompanying the fluctuation of the power generated by the natural energy power source A control device comprising power factor setting means for setting a command value of the power factor in the power converter.
前記力率設定手段は、
前記比率が変化したことを示す情報を外部から得た場合に、この変化した比率に基づいて新たな前記指令値を前記電力変換器に設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
The power factor setting means includes
2. The control device according to claim 1, wherein when information indicating that the ratio has changed is obtained from the outside, the new command value is set in the power converter based on the changed ratio. .
前記連系点における電圧値が所定時間以上にわたって所定の範囲外となった場合に、前記力率設定手段により設定した力率を前記連系点における電圧値が前記所定の範囲内となるように補正する力率補正手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
When the voltage value at the interconnection point is outside the predetermined range for a predetermined time or longer, the power factor set by the power factor setting means is set so that the voltage value at the interconnection point is within the predetermined range. The control device according to claim 1, further comprising power factor correction means for correcting.
前記連系点における電圧値が所定時間以上にわたって所定の範囲外となった場合に、前記力率設定手段により設定した力率を前記連系点における電圧値が前記所定の範囲内となるように補正する力率補正手段と、
前記力率補正手段により補正した前記力率の指令値に基づいて、前記電力変換器の出力電流を所定の許容範囲内にするための前記力率の指令値を演算する力率演算手段とをさらに備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
When the voltage value at the interconnection point is outside the predetermined range for a predetermined time or longer, the power factor set by the power factor setting means is set so that the voltage value at the interconnection point is within the predetermined range. Power factor correction means to correct;
Power factor calculation means for calculating the command value of the power factor for making the output current of the power converter within a predetermined allowable range based on the command value of the power factor corrected by the power factor correction means; The control device according to claim 1, further comprising:
前記自然エネルギー電源の発電出力の有効電力と無効電力とを一時的に可変することによる前記連系点における電圧値の変動分に基づいて、前記の力率の指令値を計算する力率計算手段をさらに備え、
前記力率設定手段は、
前記力率計算手段により計算した前記力率の指令値を前記電力変換器に設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
Power factor calculation means for calculating the command value of the power factor based on the variation of the voltage value at the interconnection point by temporarily varying the active power and reactive power of the power generation output of the natural energy power source Further comprising
The power factor setting means includes
The control device according to claim 1, wherein the power factor command value calculated by the power factor calculation unit is set in the power converter.
前記自然エネルギー電源の発電出力の有効電力と無効電力とを一時的に可変することによる前記連系点における電圧値の変動分に基づいて、前記の力率の指令値を計算する力率計算手段をさらに備え、
前記力率設定手段は、前記力率計算手段により計算した前記力率の指令値を前記電力変換器に設定し、
前記力率設定手段により設定した前記力率の指令値に基づいて、前記電力変換器の出力電流を所定の許容範囲内にするための前記力率の指令値を演算する力率演算手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
Power factor calculation means for calculating the command value of the power factor based on the variation of the voltage value at the interconnection point by temporarily varying the active power and reactive power of the power generation output of the natural energy power source Further comprising
The power factor setting means sets the command value of the power factor calculated by the power factor calculation means to the power converter,
Power factor calculation means for calculating the power factor command value for setting the output current of the power converter within a predetermined allowable range based on the power factor command value set by the power factor setting means. The control device according to claim 1, further comprising:
連系線で電力系統に接続され、自然エネルギーを受けて発電を行なう自然エネルギー電源により発電した電力を発電出力の力率の指令値に基づいて制御して前記連系線との連系点に出力する電力変換器を有する発電システムに用いられる方法であって、
前記連系点からみた前記連系線の系統インピーダンスの抵抗分とリアクタンス分との比率に基づいて、前記自然エネルギー電源により発電した電力の変動に伴う前記電力系統の電圧の変動を抑制するための前記力率の指令値を前記電力変換器に設定する
ことを特徴とする制御方法。
The power generated by a natural energy power source that is connected to the power system through a connection line and generates power by receiving natural energy is controlled based on the command value of the power factor of the power generation output to be a connection point with the connection line. A method used in a power generation system having an output power converter,
Based on the ratio of the resistance component and reactance component of the system impedance of the interconnection line viewed from the interconnection point, for suppressing the fluctuation of the voltage of the power system accompanying the fluctuation of the power generated by the natural energy power source A control method characterized by setting a command value of the power factor in the power converter.
請求項1に記載の制御装置と、前記電力変換器とを備えたことを特徴とする発電システム。   A power generation system comprising the control device according to claim 1 and the power converter.
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