JP2015204652A - power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流母線に複数台の電力変換器が接続された電力変換システムにおける直流母線電圧の制御技術に関する。 The present invention relates to a DC bus voltage control technique in a power conversion system in which a plurality of power converters are connected to a DC bus.
図9は、直流母線7に複数台の電力変換器が接続された回路の一例を示す図である。第1電力変換器1は交流と直流母線7に対し、双方向の電力の授受を行うことができる。第1電力変換器1の装置機能としては ピークカットおよび、自然エネルギー発電(例えば、太陽光発電モジュール:以下、太陽光発電モジュールと称する)PVで発電された電力を負荷Lまたは系統6に供給する。第2電力変換器2と第3電力変換器3の直流母線7の反対側には蓄電媒体(例えば、キャパシタ,二次電池)8,9が接続され、これらの第2電力変換器2,第3電力変換器3は直流母線7に対し、双方向に電力の授受を行い、充電時・放電時とも電流制御を行う。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a circuit in which a plurality of power converters are connected to the
ここで、第2電力変換器2は、直流母線7の電圧を所定の値に保持するように動作する。また、第4電力変換器4には太陽光発電モジュールPVが接続されているため、最大電力動作点追従制御(以下、MPPT制御と称する)により、直流母線7に対し電力を供給する。
Here, the
仮に、第1電力変換器1が時間軸による固定電流指令値運転(スケジュール運転)、第3電力変換器3が時間軸による固定電流指令値運転(スケジュール運転)、第4電力変換器4がMPPT制御で動作していた場合のコントローラ5の指示について以下に示す。
Temporarily, the
時間軸による固定電流指令値運転(スケジュール運転)は時間により電流指令値が与えられるが、太陽光発電モジュールPVの出力は天候により 左右される。そのため、 以下の(1),(2)の場合が想定される。
(1)第1電力変換器1出力>PV発電量+第3電力変換器3の放電量の場合
(2)第1電力変換器1出力<PV発電量+第3電力変換器3の放電量の場合
直流母線7を一定電圧に保つためには、以下の式とする必要がある。
In the fixed current command value operation (schedule operation) on the time axis, the current command value is given by time, but the output of the photovoltaic power generation module PV depends on the weather. Therefore, the following cases (1) and (2) are assumed.
(1)
入力電流(=第1電力変換器1の直流電流)=出力電流(=第2電力変換器2+第3電力変換器3+第4電力変換器4の各直流母線電流)
*瞬時の電力でも同様
そのため、コントローラ5は、図9に示す○印の4箇所の電流を検出して各々の電力変換器の発電量および出力容量を監視し、上記式を満足するように第2電力変換器2の充放電を制御し、直流母線7を一定電圧に保つ。 すなわち、第4電力変換器4のMPPT制御は天候次第の制御とし、敢えて第4電力変換器4は外部から電流制御していない。 第1電力変換器1の電流は電流指令値で制御されているため、第4電力変換器4のアンコントロールされた電流の補償は第2電力変換器2で行う。
Input current (= DC current of first power converter 1) = Output current (=
* The same applies to instantaneous power. Therefore, the
図10に示すように、上記(1)第1電力変換器1出力>PV発電量+第3電力変換器3の放電量の場合は、第2電力変換器2の蓄電媒体8から不足電流を放電する。上記(2)第1電力変換器1出力<PV発電量+第3電力変換器3の放電量の場合は第2電力変換器2の蓄電媒体8において余分な電流を充電する。
As shown in FIG. 10, in the case of (1) output of the
蓄電媒体8をキャパシタと考えれば、上記(1),(2)共に、蓄電媒体8には限界容量がある。よって、(1)の場合では、不足電流の放電にも限界がある。そのため、放電の限界に達した場合は、放電末(電圧低下)の信号を発し、第1電力変換器1の電流指令値を低下させることにより、第2電力変換器2の蓄電媒体8の電圧を適正電圧範囲に制御する。(2)の場合も同様に、蓄電媒体8における余分電流の充電にも限界がある。そのため、充電の限界に達した場合は、充電末(電圧上昇)の信号を発し、第1電力変換器1の電流指令値を上昇させることにより、第2電力変換器2の蓄電媒体8の電圧を適正電圧範囲に制御する。
If the
しかしながら、 直流母線7への入力電流と出力電流を同一とする必要があるため、コントローラ5で他の電力変換器の出力を監視して第2電力変換器2に出力指令を与えるとコントローラ5の制御遅れにより、若干の誤差が生じ変動幅が大きくなる。
However, since the input current to the
また、一つの電力変換器(例えば、第2電力変換器2)において直流母線7の電圧制御を行っていた場合、その電力変換器(第2電力変換器2)が故障等により停止すると、コントローラ5から新たな電圧制御機器の指定があるまでの間、直流母線7の電圧を一定に保つ機器がなくなる。そのため、直流母線7の電圧が不安定となり、システムが停止してしまうことがある。
Further, when the voltage control of the
また、コントローラ5で他の電流を監視して、出力を決定する方式では電力変換器を追加する際に与えるデータ数が多いため演算負担が増大する。
Further, in the method in which the
以上示したようなことから、直流母線に複数の電力変換器が接続された電力変換システムにおいて、直流母線の電圧制御を行っていた電力変換器が停止した場合でも、システムの停止を抑制し、システムの電圧安定度の向上を図ることが課題となる。 As described above, in the power conversion system in which a plurality of power converters are connected to the DC bus, even when the power converter that has performed the voltage control of the DC bus stops, the system stop is suppressed, The challenge is to improve the voltage stability of the system.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直流母線に接続された複数の電力変換器と、前記複数の電力変換器を制御するコントローラと、を備えた電力変換システムであって、コントローラから前記複数の電力変換器に電圧一定制御を開始する電圧指令値をそれぞれ出力し、通常時は、前記複数の電力変換器のうち何れか一つの電力変換器により直流母線の電圧一定制御を行い、他の電力変換器は各々電流制御を行い、前記電圧一定制御を行っている電力変換器で直流母線の電圧を一定に保てない場合、直流母線の電圧が他の電力変換器の電圧指令値になった時点で当該他の電力変換器で電圧一定制御を行うことを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the conventional problems, and one aspect thereof includes a plurality of power converters connected to a DC bus and a controller that controls the plurality of power converters. The power conversion system outputs a voltage command value for starting constant voltage control from the controller to the plurality of power converters, and in normal operation, any one of the plurality of power converters If the voltage of the DC bus is not controlled and the other power converters perform current control, and the power converter performing the voltage constant control cannot maintain the voltage of the DC bus, the voltage of the DC bus When the voltage becomes a voltage command value of another power converter, the other power converter performs a constant voltage control.
また、その一態様として、前記複数の電力変換器に、予めそれぞれ異なる電圧指令値を設定しておくことを特徴とする。 In addition, as one aspect thereof, different voltage command values are set in advance in the plurality of power converters.
本発明によれば、直流母線に複数の電力変換器が接続された電力変換システムにおいて、直流母線の電圧制御を行っていた電力変換器が停止した場合でも、システムの停止を抑制し、システムの電圧安定度の向上を図ることが可能となる。 According to the present invention, in a power conversion system in which a plurality of power converters are connected to a DC bus, even when the power converter that has performed voltage control of the DC bus is stopped, the stop of the system is suppressed, It is possible to improve the voltage stability.
以下、本発明における電力変換システムの実施形態を図1〜図8に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a power conversion system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[実施形態]
図1は、本実施形態における電力変換システムを示すブロック図である。図1に示すように、直流母線7には、第1〜第4電力変換器1〜4が接続されている。この第1電力変換器1にはそれぞれスイッチを介して系統6,負荷Lが接続されている。また、第2電力変換器2,第3電力変換器3には、それぞれ蓄電媒体8,蓄電媒体9が接続されている。第4電力変換器4には、太陽光発電モジュールPVが接続されている。直流母線7の電圧は電圧検出器PTにより検出される。
[Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a power conversion system in the present embodiment. As shown in FIG. 1, first to
本実施形態における電力変換システムは、ある一つの電力変換器において直流母 線7の電圧が一定となるように制御するものである。コントローラ5から各々の第1〜第4電力変換器1〜4へ指示するのは電力変換器ごとに異なる電圧指令値のみである。ここで電圧指令値は、電流制御→電圧制御に切り換える電圧値、すなわち、電圧制御を開始する電圧値を示す。指定された電力変換器以外は各々が電流制御等で動作を行っており、他の電力変換器の故障等により直流母線7の電圧が低下し、直流母線7の電圧が電力変換器に指示された電圧指令値になったところで、当該他の電力変換器を電流制御から電圧制御へ切り換え、直流母線7の電圧を一定に保つように制御を行う。なお、コントローラ5から与える電圧指令値は第1〜第4電力変換器1〜4にそれぞれ異なる値を与えることにより、それぞれの電力変換器が何らかの原因で停止した場合においても自動で直流母線7の電圧を一定に保つ制御を行えるようになる。
The power conversion system according to the present embodiment controls so that the voltage of the
各々の第1〜第4電力変換器1〜4はそれぞれに設定された電圧指令値までの間はスケジュール運転やMPPT制御等を実施し、電力変換器内で電流制御を行う。
Each of the first to
以下、図2〜図8に基づいて、具体例を説明する。図2は、本実施形態における電力変換システムの動作を示すフローチャートである。ここで、コントローラ5から、各電力変換器に次の電圧指令値が与えられているものとする。第2電力変換器2=360V,第3電力変換器3=350V,第1電力変換器1=340V,第4電力変換器4=330V。
Hereinafter, specific examples will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the power conversion system in the present embodiment. Here, it is assumed that the following voltage command value is given from the
[正常時]
図2,図3,図4に示すように、S1において、系統電圧側の第2電力変換器2により、直流母線7の電圧一定制御(例:360V)が行われている。他の第1電力変換器1,第3電力変換器3は、コントローラ5より与えられた電流指令値(スケジュール運転等)の電流出力を実施する。第4電力変換器4は、太陽光発電モジュールPVで発電された電力を有効利用するため、MPPT制御を行う(ピークカット運転等)。
[Normal]
As shown in FIGS. 2, 3, and 4, in S <b> 1, constant voltage control (for example, 360 V) of the
直流母線7の電圧は、発電量が多ければ電圧が上昇し、発電量が少なければ電圧が低下するため、第2電力変換器2で一定に保つ。
The voltage of the
[直流母線7電圧低下時:第2電力変換器2故障(例:350V)]
第2電力変換器2に貯蔵できる電荷量には制限があるため、太陽光発電モジュールPVの補完量が多く、蓄電媒体8の容量を超えた場合、第2電力変換器2は停止する。また、太陽光発電モジュールPVの補完量が少なく、蓄電媒体8のエネルギーが無くなった場合も同様に第2電力変換器2は停止する。また、第2電力変換器2が故障した場合も、直流母線7の電圧を一定に保てなくなる。
[When
Since there is a limit to the amount of charge that can be stored in the
このように、第2電力変換器2が何らかの理由により、直流母線7の電圧を一定に保てない場合は、図5に示すように、第2電力変換器2を停止する(S2)。その結果、直流母線7の電圧を制御する電力変換器がなくなるため、直流母線7の電圧が不安定となり、直流母線7の電圧が低下する。
As described above, when the
S3において、コントローラ5により、その直流母線7の電圧が低下して第3電力変換器3の電圧指令値になった時点で、自動で第3電力変換器3を電圧制御に切り換え、直流母線7の電圧を一定(350V)に保つように制御する。
In S3, the
[第2電力変換器2復帰時]
S4において、第2電力変換器2が復帰した場合、図6に示すように、第2電力変換器2が直流母線7の電圧を上昇させて直流母線7の電圧を360Vで一定に保つように制御を行う。直流母線7の電圧上昇に伴い、第3電力変換器3が定電流制御(スケジュール運転等)へ自動移行し、定常時の状態へ復帰する(S5)。
[When the
In S4, when the
[直流母線 7電圧低下時:第3電力変換器3故障(例:340V)]
第2電力変換器2停止後、第3電力変換器3が何らかの理由により、直流母線7の電圧一定制御を行うことが難しい場合、図7に示すように、第3電力変換器3を停止する。その結果、直流母線7の電圧を制御する電力変換器がなくなるため、直流母線7の電圧が不安定となり、直流母線7の電圧が低下する(S6)。
[
After the
S7において、その直流母線7の電圧が低下して第1電力変換器1の電圧指令値になった時点で、自動で第1電力変換器1を電圧制御に切り換え、直流母線7の電圧を一定(340V)に保つように制御する。
In S7, when the voltage of the
[第3電力変換器3復帰時]
第3電力変換器3が復帰した場合、図8に示すように、第3電力変換器3が電圧を上昇させて直流母線7の電圧を350Vに保つように制御を行う(S8)。直流母線7の電圧上昇に伴い、第1電力変換器1が電流制御へ自動移行し、定常時の状態へ復帰する(S9)。
[When returning to the third power converter 3]
When the
以上示したように、本実施形態によれば、直流母線7に複数台の電力変換器が接続された電力変換システムにおいて、直流母線7の電圧一定制御を行っている特定の電力変換器(本実施形態では第2電力変換器2)の停止時(電圧低下時)に、次の直流母線7の電圧制御を受け持つ電力変換器(本実施形態では第3電力変換器3)を電流制御→電圧制御に切り換え、直流母線7の電圧一定制御を行うことにより、システムの停止を抑制し、システムの電圧安定度を向上させることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, in the power conversion system in which a plurality of power converters are connected to the
また、コントローラ5からは、それぞれの第1〜第4電力変換器1〜4が自動で直流母線7の電圧一定制御に切り換わる電圧指令値を与えるのみであるため、電流制御→電圧制御の切り換えを早く行うことが可能となる。
Further, since the
また、従来は、直流母線7への入力電流と出力電流を同一とする必要があるため、コントローラ5で他の電力変換器の出力を監視して第2電力変換器2に出力指令を与えるとコントローラ5の制御遅れにより、若干の誤差が生じ変動幅が大きくなっていた。本実施形態では、コントローラ5から、それぞれの第1〜第4電力変換器1〜4に電圧指令値を与えるのみであるため、コントローラ5の制御遅れにより若干の誤差が生じ変動幅が大きくなることを抑制することが可能となる。
Further, conventionally, since it is necessary to make the input current to the
さらに、装置を追加する場合においても、各々の電力変換器が独自に動作を行っているため、容易に追加することが可能である。 Furthermore, even when a device is added, since each power converter operates independently, it can be easily added.
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.
1…第1電力変換器
2…第2電力変換器
3…第3電力変換器
4…第4電力変換器
5…コントローラ
6…系統
7…直流母線
8,9…蓄電媒体
L…負荷
PV…太陽光発電モジュール(自然エネルギー発電等)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記複数の電力変換器を制御するコントローラと、を備えた電力変換システムであって、
コントローラから前記複数の電力変換器に電圧一定制御を開始する電圧指令値をそれぞれ出力し、
通常時は、前記複数の電力変換器のうち何れか一つの電力変換器により直流母線の電圧一定制御を行い、他の電力変換器は各々電流制御を行い、
前記電圧一定制御を行っている電力変換器で直流母線の電圧を一定に保てない場合、直流母線の電圧が他の電力変換器の電圧指令値になった時点で当該他の電力変換器で電圧一定制御を行うことを特徴とする電力変換システム。 A plurality of power converters connected to the DC bus;
A power conversion system comprising a controller for controlling the plurality of power converters,
A voltage command value for starting constant voltage control is output from the controller to the plurality of power converters, respectively.
During normal operation, DC power bus constant voltage control is performed by any one of the plurality of power converters, and the other power converters each perform current control.
When the voltage of the DC bus cannot be kept constant by the power converter performing the voltage constant control, the voltage of the DC bus becomes the voltage command value of the other power converter. A power conversion system characterized by performing constant voltage control.
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