JP2015204684A - Power supply system and control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換器を備えた給電システムとその制御方法に関し、特に、再生可能エネルギーを利用する太陽光発電システムや風力発電システム等の発電装置を電力系統に連系して電力を供給する給電システムとその制御方法に関する。 The present invention relates to a power supply system including a power converter and a control method therefor, and in particular, supplies power by connecting a power generation device such as a solar power generation system or a wind power generation system that uses renewable energy to an electric power system. The present invention relates to a power feeding system and a control method thereof.
近年、エネルギー自給率向上のため、再生可能エネルギーの利用が推進されている。その一翼を担うものとして、再生可能エネルギー（新エネルギー）を利用する太陽光発電や風力発電などがある。これらは、エネルギー源が枯渇する心配が無く発電時にＣＯ２を排出しないが、天候に依存するため出力が不安定である。そのため、再生可能エネルギー利用拡大時には、電力の出力変動を抑制するため電力貯蔵装置が不可欠である。 In recent years, the use of renewable energy has been promoted to improve the energy self-sufficiency rate. As part of that, there are solar power generation and wind power generation that use renewable energy (new energy). These do not worry about exhausting energy sources and do not emit CO2 during power generation, but their output is unstable because they depend on the weather. Therefore, when expanding the use of renewable energy, a power storage device is indispensable in order to suppress fluctuations in power output.
電力貯蔵装置の一つに蓄電システムがあり、新エネルギーと蓄電システムを組み合わせることで、新エネルギーの出力電力の変動を抑制することができる。 One of the power storage devices is a power storage system. By combining the new energy and the power storage system, fluctuations in the output power of the new energy can be suppressed.
新エネルギーで発電した電力は、電力変換器を用いて電力変換され、電力系統へ供給される。電力系統へ電力を供給するためには、電流ひずみを系統連系するために規定された規制値以下にする必要がある。従来は、電力変換器の動作周波数を高く設定する、又は、電流ひずみを低減するためのフィルタ容量を大きくすることで電流ひずみを低減した。 The electric power generated with the new energy is converted into electric power using a power converter and supplied to the electric power system. In order to supply electric power to the electric power system, it is necessary to reduce the current distortion to a regulated value or less that is specified for grid connection. Conventionally, the current distortion has been reduced by setting the operating frequency of the power converter high or by increasing the filter capacity for reducing the current distortion.
電力変換器の動作周波数を高くすると電力変換器の動作に伴う損失が増大し、発電装置で発電した電力を有効に電力系統へ供給できない。電流ひずみを低減するためのフィルタ容量を大きくして電流ひずみを低減するとコストが増大する。 When the operating frequency of the power converter is increased, the loss accompanying the operation of the power converter increases, and the power generated by the power generation device cannot be effectively supplied to the power system. If the filter capacity for reducing the current distortion is increased to reduce the current distortion, the cost increases.
これらに関し、出力フィルタを設けた電力変換装置において、電力系統に流出する電流ひずみを抑制するためのフィルタが設けられた電力変換装置を制御する電力変換装置の制御法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、電力系統と連系点に流れる電流を検出して、検出した電流を所望の電流になるように制御量を演算して指令値に加算しＰＷＭ制御によりスイッチング信号を生成しこの信号に基づいて電力変換器を制御することが紹介されている。
Regarding these, in a power converter provided with an output filter, a control method for the power converter that controls the power converter provided with a filter for suppressing current distortion flowing into the power system is disclosed (for example, Patent Document 1). In
また、入力電圧を検出する手段と入力電流を検出する手段からの各々のスイッチングパターンを生成し、これらのスイッチングパターンを合成手段により合成し、合成したスイッチングパターンによりマトリクスコンバータを動作させ、負荷に電力を供給する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。 Also, each switching pattern from the means for detecting the input voltage and the means for detecting the input current is generated, these switching patterns are synthesized by the synthesis means, the matrix converter is operated by the synthesized switching pattern, and power is supplied to the load. Is disclosed (see, for example, Patent Document 2).
特許文献１で開示されている電流制御量と指令値を加算してからＰＷＭ制御を行う技術では、電力変換器を制御しているため、電力変換器の損失を低減するために電力変換器の動作周波数を低く設定していくと、発生する電流ひずみを十分に低減できないという課題がある。
In the technique of performing PWM control after adding the current control amount and the command value disclosed in
特許文献２で開示されている技術では、電力系統からマトリックスコンバータを介して負荷に電力を供給する際のスイッチングパターンを生成する。しかし、負荷に電力を供給する際のスイッチングパターンの生成方法と電力系統へ電力を供給する際のスイッチングパターンの生成方法は異なるため、開示技術だけでは電力系統へ電力を供給することはできない。 In the technique disclosed in Patent Document 2, a switching pattern for supplying power from a power system to a load via a matrix converter is generated. However, since the generation method of the switching pattern when supplying power to the load is different from the generation method of the switching pattern when supplying power to the power system, power cannot be supplied to the power system only by the disclosed technology.
本発明の目的は、自然エネルギーを利用する発電装置で発電した電力を有効に電力系統に供給しつつ、電流ひずみを低減することができる給電システム及びその制御方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the electric power feeding system which can reduce an electric current distortion, and its control method, supplying the electric power generated with the electric power generating apparatus using natural energy to an electric power grid | system effectively.
上記目的を達成するために、本発明は、自然エネルギーを利用して発電する発電装置と、前記発電装置から出力される電力を変換する第１の電力変換器と、蓄電装置と、前記第１の電力変換器に並列接続され、前記蓄電装置から出力される電力を変換する第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器から出力される電流を計測する第１の電流センサと、系統電流を計測する第２の電流センサと、系統電圧を計測する電圧センサと、前記第１の電流センサで計測した電流から電流ひずみ成分を抽出する電流ひずみ検出部と、前記系統電流及び前記系統電圧に基づいて、第１のスイッチング信号を生成する第１の電圧波形生成部と、前記電流ひずみ成分に基づいて、前記電流ひずみ成分を相殺するように、第２のスイッチング信号を生成する第２の電圧波形生成部と、前記第１のスイッチング信号と前記第２のスイッチング信号を合成し、合成して得られる第３のスイッチング信号を前記第２の電力変換器に供給する電圧波形合成部と、を備えるようにしたものである。 To achieve the above object, the present invention provides a power generation device that generates power using natural energy, a first power converter that converts power output from the power generation device, a power storage device, and the first A second power converter that is connected in parallel to the power converter and converts the power output from the power storage device; a first current sensor that measures a current output from the first power converter; A second current sensor that measures a system current; a voltage sensor that measures a system voltage; a current strain detector that extracts a current strain component from the current measured by the first current sensor; the system current and the system A first voltage waveform generation unit that generates a first switching signal based on a voltage; and a second voltage signal that generates a second switching signal so as to cancel the current distortion component based on the current distortion component. A voltage waveform generator, a voltage waveform synthesizer for synthesizing the first switching signal and the second switching signal, and supplying a third switching signal obtained by the synthesis to the second power converter; Is provided.
本発明によれば、自然エネルギーを利用する発電装置で発電した電力を有効に電力系統に供給しつつ、電流ひずみを低減することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, electric current distortion | strain can be reduced, supplying the electric power generated with the electric power generating apparatus using natural energy to an electric power grid | system effectively. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、図面を用いて、本発明の第１〜第２の実施形態による給電システムの構成及び作用を説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付すものとする。 Hereinafter, the configuration and operation of the power feeding system according to the first to second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
（第１の実施形態）
以下、図１〜図１０を用いて本発明の第１の実施形態による給電システムの構成及び動作を説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the configuration and operation of the power feeding system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
最初に、図１を用いて、電力系統１１０へ電力を供給する給電システム１Ａの全体構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａの構成図である。
Initially, the whole structure of 1 A of electric power feeding systems which supply electric power to the electric power grid |
給電システム１Ａは、電力系統１１０と連系し電力を供給するシステムである。給電システム１Ａは、発電装置１０１、第１の電力変換器１０２、第２の電力変換器１０３、蓄電装置１０４、電流センサ１０５（１０５１、１０５２）、電圧センサ１０６、制御装置１０７を有する。
The
発電装置１０１は第１の電力変換器１０２の直流側に直列接続し、第１の電力変換器１０２の交流側は電力系統１１０と接続している。第２の電力変換器１０３の交流側は、第１の電力変換器１０２と電力系統１１０との間に並列接続する。電流センサ１０５１は第１の電力変換器１０２の交流側と第２の電力変換器１０３の交流側の接続点Ｐ１と第１の電力変換器１０２の交流側との間に設置している。電流センサ１０５２は接続点Ｐ１と電力系統１１０との間に設置している。
The
電圧センサ１０６は、第１の電力変換器１０２の交流側と第２の電力変換器１０３の交流側の接続点Ｐ１と電力系統１１０との間に設置している。なお、本実施形態では電力系統１１０が単相の場合を例に挙げて説明するが、電力系統１１０が三相交流の場合もある。この場合には、三相の電力変換器を用いて、三相の電力系統１１０と連系することになる。
The
発電装置１０１は、例えば、太陽光発電や風力発電といった自然エネルギーを利用した発電装置である。発電装置１０１は、その出力端に電流値と電圧値を計測する計測装置（図示せず）を備えるものとする。発電装置１０１の出力は第１の電力変換器１０２において電力変換され、変換された電力は電力系統１１０に供給される。
The
ここで、第１の電力変換器１０２は、風力発電のような交流を出力する発電装置の場合は、交流電力を一度直流に変換してから交流を出力するＢＴＢ（Ｂａｃｋ ｔｏ Ｂａｃｋ）方式の場合もある。なお、第１の電力変換器１０２の具体的な回路構成例は、図２を用いて、後述する。
Here, in the case of a power generation device that outputs alternating current such as wind power generation, the
蓄電装置１０４は、第２の電力変換器１０３の直流側に接続している。なお、図１では蓄電装置１０４として蓄電池を例に挙げて説明するが、キャパシタなど他の蓄電装置を用いてもよい。
The
制御装置１０７は、適宜各装置から電流、電圧などのデータを取得し、電力系統１１０との連系に必要な各種操作量を適宜各装置（第１の電力変換器１０２および第２の電力変換器１０３）に与え、これらを制御している。このような制御に加え、本実施形態では、制御装置１０７は、発電装置１０１で発電した電力を有効に電力系統１１０に供給する制御も実施する。
The
制御装置１０７は、全体制御部１２０、位相検出部１３０、第１の電力変換器の制御部１４０と第２の電力変換器の制御部１５０を具備する構成である。全体制御部１２０は、第１の電力変換器制御部１４０と第２の電力変換器制御部１５０が出力する電力量を演算して指令を与える。
The
位相検出部１３０は、電圧センサ１０６から取得した電力系統１１０の電圧データから電力系統１１０の電圧位相角を演算し、第１の電力変換器制御部１４０と第２の電力変換器制御部１５０に与える。第１の電力変換器制御部１４０は、全体制御部１２０の指令に基づいて、第１の電力変換器１０２を制御する。第２の電力変換器制御部１５０も、全体制御部１２０の指令に基づいて、第２の電力変換器１５０を制御する。
The
第１の電力変換器制御部１４０は、電力制御部１４１、電圧波形生成部１４２、周波数制御部１４３を備える構成である。電力制御部１４１は、全体制御部１２０から受けた指令値に基づいて、第１の電力変換器１０２が出力する目標の電圧波形を演算する。電圧波形生成部１４２は、電力制御部１４１で演算した目標電圧に基づいて、例えば、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下、ＰＷＭ）制御により、第１の電力変換器１０２を動作させるスイッチング信号を生成する。周波数制御部１４３は、電圧波形生成部１４２でＰＷＭ演算時に用いられるキャリア周波数を制御する。
The first power
第２の電力変換器制御部１５０は、ひずみ検出部１５１、電力制御部１５３、電圧波形生成部１５２、電圧波形生成部１５４、電圧波形合成部１５５を有する。ひずみ検出部１５１は、電流センサ１０５１を用いて取得した第１の電力変換器１０２の電流データから電流のひずみ成分を抽出する。電圧波形生成部１５２は、ひずみ検出部１５１で抽出した電流ひずみ成分から、第２の電力変換器１０３が検出した電流ひずみを相殺する電流を出力するようなスイッチング信号を生成する。
The second power
電力制御部１５３は、全体制御部１２０の指令値に基づいて、第２の電力変換器１０３が出力する目標の電圧波形を演算する。電圧波形生成部１５４は、電力制御部１５３で演算した目標電圧に基づいて、例えば、ＰＷＭ制御により、第２の電力変換器１０３を動作させるスイッチング信号を生成する。
The
なお、制御装置１０７の動作の詳細は、図３を用いて、後述する。
Details of the operation of the
次に、図２を用いて、電力変換器の構成を説明する。図２は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる第１の電力変換器１０２及び第２の電力変換器１０３の構成例を示す図である。ここで、第１の電力変換器１０２と第２の電力変換器１０３の構成は同じである。
Next, the configuration of the power converter will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
第１の電力変換器１０２は、スイッチング回路２０、直流側接続部２１、交流側接続部２２、変換器制御装置２７で構成されている。直流側接続部２１には、第１の電力変換器１０２の直流側の電圧と電流とを計測する計測装置２１０を備え、計測した電圧データと電流データを変換器制御装置２７に送信する。変換器制御装置２７は取得したデータを図１に示す給電システム１Ａの制御装置１０７へ送信する。
The
スイッチング回路２０は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子２３ａ〜２６ａで構成されている。なお、本実施の形態では、スイッチング素子２３ａ〜２６ａとしてＩＧＢＴを用いた場合を例に挙げて説明するが、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、他のスイッチング素子を用いてもよい。
The switching
スイッチング回路２０は、単相フルブリッジインバータ回路である。詳細には、スイッチング回路２０は、上アームのスイッチング素子２３ａのエミッタと下アームのスイッチング素子２４ａのコレクタとが電気的に直列に接続されて構成された第１のレグと、上アームのスイッチング素子２５ａのエミッタと下アームのスイッチング素子２６ａのコレクタとが電気的に直列に接続されて構成された第２のレグとを有する。
The switching
上アームのスイッチング素子２３ａ、２５ａのドレイン同士及び下アームのスイッチング素子２４ａ、２５ａのソース同士が電気的に接続されて、第１のレグと第２のレグが電気的に並列に接続される。スイッチング素子２３ａ〜２６ａのコレクタとエミッタ間には、それぞれダイオード２３ｂ〜２６ｂが設けられている。
The drains of the
交流側接続部２２は、電力系統１１０に接続される交流端子を含んでいる。図２では単相の場合を例示しているが、電力系統１１０が三相の場合もある。この場合には、スイッチング回路２０が三相の電力変換回路として構成されることになる。交流側接続部２２には、電力系統１１０の交流電圧と電流とを計測する計測装置２２０を備え、計測した電圧データと電流データを変換器制御装置２７に送信する。変換器制御装置２７は取得したデータを図１に示す給電システム１Ａの制御装置１０７へ送信する。
The AC
次に、図３を用いて、制御装置１０７の機能を説明する。図３は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる制御装置１０７の制御内容の一例を示すブロック線図である。本ブロック線図は、第１の電力変換器１０２の制御内容と第２の電力変換器１０３の制御内容を示したものである。まず、第１の電力変換器１０２と第２の電力変換器１０３に共通する制御内容を説明する。次に、第１の電力変換器１０２の制御内容を説明する。最後に、第２の電力変換器１０３の制御内容を説明する。
Next, the function of the
まず、第１の電力変換器１０２と第２の電力変換器１０３に共通する制御内容について説明する。第１の電力変換器１０２と第２の電力変換器１０３に共通する制御内容は、全体制御部１２０と位相検出部１３０での制御内容である。
First, control contents common to the
全体制御部１２０は、発電装置１０１に具備されている計測装置からの電圧データと電流データを基に、第１の電力変換器１０２の有効電力目標値Ｐｎ＊、無効電力目標値ｑｎ*及び第２の電力変換器１０３の有効電力目標値Ｐｂ＊、無効電力目標値ｑｂ*を演算する。なお、第１の電力変換器１０２に具備されている計測装置２１０で計測した電圧データと電流データを用いてもよい。
The
位相検出部１３０は、電圧センサ１０６で計測された系統電圧データ（系統電圧Ｖｇ）に基づき、系統電圧Ｖｇの位相角θを演算する。
The
次に第１の電力変換器１０２の制御内容について説明する。第１の電力変換器制御部１４０には、電圧センサ１０６で計測された系統電圧データ（系統電圧Ｖｇ）、電流センサ１０５２で計測された系統電流データ（系統電流Ｉｇ）、全体制御部１２０で演算された第１の電力変換器１０２の有効電力目標値Ｐｎ＊、無効電力目標値ｑｎ*、位相検出部１３０で演算した系統電圧Ｖｇの位相角θを入力する。
Next, the control content of the
第１の電力変換器制御部１４０に入力したこれらのデータは、電力制御部１４１に入力される。電力制御部１４１は、入力されたデータに基づいて、第１の電力変換器１０２の目標電圧Ｖｍを演算する。
These data input to the first power
周波数制御部１４３は、ＰＷＭ制御に用いるキャリア波Ｖｃを生成する。なお、この周波数制御部１４３は、生成するキャリア波の周波数を変更することができる。
The
電圧波形生成部１４２には、電力制御部１４１で演算した第１の電力変換器の目標電圧Ｖｍと周波数制御部１４３で生成したキャリア波Ｖｃを入力し、それらの大小比較により、第１の電力変換器１０２のスイッチング信号Ｖｉを生成する。このスイッチング信号Ｖｉに基づいて、図２で示したスイッチング素子２３ａ〜２６ａが動作することで、第１の電力変換器１０２は、発電装置１０１で発電した電力を変換し、電力系統１１０へ電力を供給する。
The voltage
第２の電力変換器１０３の制御内容について説明する。第２の電力変換器制御部１５０には、電圧センサ１０６で計測された系統電圧データ（系統電圧Ｖｇ）、電流センサ１０５２で計測された系統電流データ（系統電流Ｉｇ）、全体制御部１２０で演算された第２の電力変換器１０３の有効電力目標値Ｐｂ＊、無効電力目標値ｑｂ*、位相検出部１３０で演算した系統電圧Ｖｇの位相角θ、電流センサ１０５１で計測された第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉｎを入力する。
The contents of control of the
第２の電力変換器制御部１５０に入力した、系統電圧Ｖｇ、系統電流Ｉｇ、有効電力目標値Ｐｂ＊、無効電力目標値ｑｂ*、系統電圧Ｖｇの位相角θは、電力制御部１５３に入力される。電力制御部１５３は、入力されたデータに基づいて、第２の電力変換器１０３の目標電圧Ｖｂを演算する。
The system voltage Vg, the system current Ig, the active power target value Pb *, the reactive power target value qb *, and the phase angle θ of the system voltage Vg input to the second power
キャリア波生成部１５６は、ＰＷＭ制御に用いるキャリア波Ｖｃｃを生成する。電圧波形生成部１５４には、電力制御部１５３で演算した第２の電力変換器１０３の目標電圧Ｖｂと、キャリア波生成部１５６で生成したキャリア波Ｖｃｃを入力し、これらの大小比較演算により、スイッチング信号Ｖｄを生成する。
The carrier
電流ひずみ検出部１５１には、電流センサ１０５１で計測した第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉｎを入力し、電流ひずみ成分Ｉｈを抽出する。電流ひずみ検出部１５１で抽出した電流ひずみ成分Ｉｈを、電圧波形生成部１５２に入力し、電流ひずみ相殺用スイッチング信号Ｖｈを生成する。
The current
電圧波形合成部１５５に、電圧波形生成部１５４で生成したスイッチング信号Ｖｄと電圧波形生成部１５２で生成したスイッチング信号Ｖｈを入力し、第２の電力変換器１０３のスイッチング信号Ｖｊを生成する。このスイッチング信号Ｖｊに基づいて、第２の電力変換器１０３を動作させることにより、電力系統１１０への電力供給と第１の電力変換器１０２が出力する電流ひずみを相殺することができる。
The switching signal Vd generated by the voltage
図４は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる、第１の電力変換器制御部１４０の電力制御部１４１で演算した目標電圧Ｖｍ、周波数制御部１４３で生成したキャリア波Ｖｃ、電圧波形生成部１４２で生成するスイッチング信号の一例を示す図である。横軸は時刻を示し、縦軸は電圧を示す。上段に電力制御部１４１で演算した目標電圧Ｖｍと周波数制御部１４３で生成したキャリア波Ｖｃおよびキャリア波Ｖｃの反転した波形を示す。
FIG. 4 shows the target voltage Vm calculated by the
下段に、電圧波形生成部１４２で目標電圧Ｖｍとキャリア波Ｖｃの大小比較により生成した第１の電力変換器１０２のスイッチング信号を示す。電力制御部１４１で演算した目標電圧Ｖｍが正の値をとる場合は、周波数制御部１４３で生成したキャリア波Ｖｃと目標電圧Ｖｍの大小比較を行い、スイッチング信号を生成する。この場合、目標電圧Ｖｍがキャリア波Ｖｃよりも大きい場合、スイッチング信号は論理値Ｈｉｇｈとなり、目標電圧Ｖｍがキャリア波Ｖｃよりも小さい場合は、論理値Ｌｏｗとなる。
The lower part shows the switching signal of the
電力制御部１４１で演算した目標電圧Ｖｍが負の値をとる場合は、周波数制御部１４３で生成したキャリア波Ｖｃを反転させたキャリア波−Ｖｃと目標電圧Ｖｍの大小比較を行い、スイッチング信号を生成する。この場合、目標電圧Ｖｍが反転したキャリア波−Ｖｃよりも小さい時は、スイッチング信号は論理値Ｈｉｇｈとなり、目標電圧Ｖｍが反転したキャリア波−Ｖｃよりも大きい時は、スイッチング信号は論理値Ｌｏｗとなる。
When the target voltage Vm calculated by the
この図で時刻０から時刻Ｔ１までの期間は、周波数制御部１４３から通常設定している周波数のキャリア波Ｖｃを出力する（モード１）。時刻Ｔ１以降の期間は、周波数制御部１４３から出力するキャリア波Ｖｃの周波数を通常よりも低く設定し、出力している（モード２）。
In this figure, during the period from
時刻Ｔ１以前と比較して時刻Ｔ１以降では、電圧波形生成部１４２で生成するスイッチング信号の論理値Ｈｉｇｈから論理値Ｌｏｗへの遷移又は論理値Ｌｏｗから論理値Ｈｉｇｈへの遷移回数が減少する。これにより、スイッチング信号の遷移回数が減少するため、第１の電力変換器１０２のスイッチング素子がスイッチング信号の遷移に伴い発生する損失を低減できる。
Compared with the time before time T1, after the time T1, the number of transitions of the switching signal generated by the voltage
なお、モード１とモード２の切り替えは、一例として、切り替えスイッチ等により行う。その他、所定のプログラムに従って、所定の条件を満たしたときに、制御装置１０７が切り替えるようにしてもよい。ここで、モード１は、蓄電装置１０４、第２の電力変換器１０３などの故障によりモード２が利用できない場合に用いられる。モード２は、本実施形態の特徴的な動作に係わるモードである。
Note that switching between
図５は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる第１の電力変換器１０２の出力電流の一例を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。図５では、図４で説明したキャリア波Ｖｃの周波数を変更することで、電圧波形生成部１４２が生成するスイッチング信号の変化に伴い、第１の電力変換器１０２が出力する電流の変化について説明する。なお、図５では、モード１における第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉｎと、モード２における第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａを示している。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an output current of the
時刻０から時刻Ｔ１までの期間は、周波数制御部１４３は通常設定している周波数ｆ１に基づいて、キャリア波Ｖｃを生成している。通常設定しているキャリア波Ｖｃの周波数ｆ１は、第１の電力変換器１０２の出力電力を単独で電力系統１１０に供給する際に規定されている電流のひずみの規制値を満足するように設定している。そのため、時刻０から時刻Ｔ１の期間の第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉｎは正弦波に近い形状となり、問題なく電力系統１１０へ電力を供給できる。
During the period from
時刻Ｔ１以降は、周波数制御部１４３は通常設定しているキャリア波Ｖｃの周波数ｆ１よりも低い周波数ｆ２に設定しているため、第１の電力変換器１０２が出力する電流のひずみが大きくなり、電力系統１１０へ連系するための規制値を満足することができない。
After time T1, the
図６は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる電流ひずみ検出部１５１で抽出した第１の電力変換器１０２の電流ひずみ成分Ｉｈの一例を示す図である。横軸は時刻を示し、縦軸は電流を示す。この電流ひずみ成分Ｉｈは、第１の電力変換器１０２が出力する電流波形から、電力系統１１０の周波数（５０Ｈｚ又は６０ｈｚ）と同じ周波数の基本波成分を除去した電流である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the current distortion component Ih of the
図７は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる電圧波形生成部１５２で生成する電流ひずみ低減用のスイッチング信号Ｖｈの一例を示す図である。横軸は時刻を示し、縦軸は電圧を示す。電流ひずみ検出部１５１で抽出した電流ひずみ成分Ｉｈに基づいて、例えば、電流ひずみ成分Ｉｈが負の値の時はスイッチング信号が論理値Ｈｉｇｈを出力し、電流ひずみ成分が正の値の時はスイッチング信号が論理値Ｌｏｗを出力する等により、電圧波形生成部１５２は、スイッチング信号Ｖｈを生成する。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a switching signal Vh for reducing current distortion generated by the voltage
すなわち、電圧波形生成部１５２は、電流ひずみ成分の符号に基づいて、スイッチング信号Ｖｈを生成する。
That is, the voltage
図８は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる、電圧波形生成部１５４で生成するスイッチング信号Ｓ１（Ｖｄ）、電圧波形生成部１５２で生成するスイッチング信号Ｓ２（Ｖｈ）、電圧波形合成部１５５でスイッチング信号Ｓ１とスイッチング信号Ｓ２を合成したスイッチング信号Ｓ３（Ｖｊ）の一例を示す図である。横軸は時刻を示し、縦軸は電圧を示す。
FIG. 8 shows the switching signal S1 (Vd) generated by the
上段から順に、電圧波形生成部１５４で生成したスイッチング信号Ｓ１、電圧波形生成部１５２で生成したスイッチング信号Ｓ２、電圧波形合成部１５５で生成したスイッチング信号Ｓ３を示す。スイッチング信号Ｓ３により、第２の電力変換器１０３は、電力系統１１０に電力を供給並びに第１の電力変換器１０２で発生する電流ひずみを相殺する電流を出力することが可能となる。
The switching signal S1 generated by the voltage
図９は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａにおける、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａ、第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂ、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａと第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂとの合成電流Ｉｃの一例を示す図である。横軸は時刻を示し、縦軸は電流を示す。上段から順に、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａ、第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂ、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａと第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂとの合成電流Ｉｃを示す。
FIG. 9 shows the output current Ia of the
第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａは、周波数制御部１４３により通常のキャリア周波数ｆ１より低い周波数ｆ２に基づいて、電圧波形生成部１４２で生成したスイッチング信号により第１の電力変換器１０２が動作した場合の出力電流の例である。
The output current Ia of the
第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂは、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａから抽出した電流ひずみ成分Ｉｈに基づいて電圧波形生成部１５２で生成したスイッチング信号Ｖｈと電圧波形生成部１５４で生成したスイッチング信号Ｖｄとを電圧波形生成部１５５で合成したスイッチング信号Ｖｊにより、第２の電力変換器１０３が出力する電流Ｉｂである。
The output current Ib of the
この第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂは、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａに含まれる電流ひずみを相殺する電流である。そのため、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａと第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂを合成することで、電力系統１１０と連系可能な電流を得られる。
The output current Ib of the
図１０は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａを適用した場合の損失と従来制御を適用した場合の損失の比較を示す図である。本実施形態を適用することで、第１の電力変換器１０２のスイッチング損失を低減できる。これにより、システム全体の損失が低減できる。
FIG. 10 is a diagram showing a comparison between a loss when the power feeding system 1A according to the first embodiment of the present invention is applied and a loss when the conventional control is applied. By applying this embodiment, the switching loss of the
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の電力変換器１０２の動作周波数（キャリア周波数）を低減することで損失を低減できる。これにより、発電装置１０１で発電した電力のうち電力系統１１０へ供給できる電力が増加する。第１の電力変換器１０２の動作周波数を低減することで増加する電流ひずみは、第２の電力変換器１０３から電流ひずみを相殺する電流を出力して低減する。これにより、電流ひずみを低減するフィルタ容量を大きくすることなく電流ひずみを低減できる。
As described above, according to the present embodiment, the loss can be reduced by reducing the operating frequency (carrier frequency) of the
（第２の実施形態）
次に、図１１を用いて、別の給電システムの全体構成を説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態による給電システム１Ｂの構成図である。
(Second Embodiment)
Next, the whole structure of another electric power feeding system is demonstrated using FIG. FIG. 11 is a configuration diagram of a power feeding system 1B according to the second embodiment of the present invention.
第１の実施形態では、第１の電力変換器１０２の動作周波数を低減することで第１の電力変換器１０２で発生する損失を低減した。さらに、第１の電力変換器１０２の動作周波数を低減することで増加する電流ひずみは、第２の電力変換器１０３から電流ひずみを相殺する電流を出力して低減した。
In the first embodiment, the loss generated in the
本実施形態の給電システムでは、太陽光発電を多数並列接続するメガソーラや風力発電を多数並列接続するウインドファーム等のように、発電装置と電力変換器の組合せを多数並列接続した場合について説明する。 In the power supply system of the present embodiment, a case will be described in which a large number of combinations of power generation devices and power converters are connected in parallel, such as a mega solar system in which a large number of photovoltaic power generations are connected in parallel and a wind farm in which a large number of wind power generations are connected in parallel.
図１１に本実施形態の給電システム１Ｂの構成例を示す。実施例１の給電システム１Ａとの違いは、発電装置１０１（１０１１〜１０１ｎ＋１）と発電装置に接続する第１の電力変換器１０２（１０２１〜１０２ｎ＋１）の組合せをｎ台設置し、これらを並列に接続した点である。制御装置１０７の制御ブロックもｎ台分の電力変換器制御部を追加し、ｎ台の第１の電力変換器１０２を個別に制御することができる。これらの電力変換の制御内容は第１の実施形態の第１の電力変換器１０２で説明した内容と同様である。
FIG. 11 shows a configuration example of the power feeding system 1B of the present embodiment. The difference from the power feeding system 1A of the first embodiment is that n combinations of the power generation device 101 (101 1 to 101 n + 1 ) and the first power converter 102 (102 1 to 102 n + 1 ) connected to the power generation device are installed, The point is that they are connected in parallel. The control block of the
電流センサ１０５１はｎ台の第１の電力変換器１０２を接続した接続点Ｐ２と第２の電力変換器１０３との接続点Ｐ１との間に設置し、ｎ台の第１の電力変換器１０２が出力する電流の合成電流（電流の和）を検出している。そのため、ひずみ検出部１５１は、ｎ台の第１の電力変換器１０２で発生する電流ひずみを合成した電流ひずみを検出する。第２の電力変換器１０３は、第１の実施形態で説明した制御に基づいて、電流ひずみを相殺する電流を出力する。
The
以上説明したように、本実施形態によれば、太陽光発電を多数並列接続するメガソーラや風力発電を多数並列接続するウインドファーム等、発電装置と電力変換器を多数並列接続する給電システムにおいて、各電力変換器の損失を低減できる。各電力変換器で増加する電流ひずみは、第２の電力変換器１０３から一括して電流ひずみを相殺する電流を出力し、電流ひずみを低減できる。
As described above, according to this embodiment, in the power feeding system in which a large number of power generators and power converters are connected in parallel, such as a mega solar system in which a large number of photovoltaic power generations are connected in parallel and a wind farm in which a large number of wind power generations are connected in parallel, The loss of the power converter can be reduced. Current distortion that increases in each power converter can be output from the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. The above-described embodiments are illustrative of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
上記実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 In the above embodiment, when referring to the number of elements, etc. (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), unless otherwise specified, the principle is clearly limited to a specific number, etc. It is not limited to a specific number, and may be a specific number or more.
上記実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、上記実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 In the above-described embodiment, it is needless to say that the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified or apparently essential in principle. Similarly, in the above embodiment, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, etc. substantially, unless otherwise specified, or otherwise considered in principle. It shall include those that are approximate or similar to. The same applies to the above numerical values and ranges.
上記実施形態では、図３に示すように、全体制御部１２０、位相検出部１３０、電力制御部１５３、電圧波形生成部１５４、キャリア波生成部１５６は別体であるが、一体に構成されていてもよい。この場合、電圧波形生成部１５４は、系統電流Ｉｇ及び系統電圧Ｖｇに基づいて、スイッチング信号Ｖｄを生成する。
In the above embodiment, as shown in FIG. 3, the
また、全体制御部１２０、位相検出部１３０、電力制御部１４１、電圧波形生成部１４２は別体であるが、一体に構成されていてもよい。この場合、電圧波形生成部１４２は、周波数制御部１４３によって設定された動作周波数、系統電流Ｉｇ及び系統電圧Ｖｇに基づいて、スイッチング信号Ｖｉを生成する。
The
１０１…発電装置
１０２…第１の電力変換器
１０３…第２の電力変換器
１０４…蓄電装置
１０５…電流センサ
１０６…電圧センサ
１０７…制御装置
１２０…全体制御部
１３０…位相検出部
１４０…第１の電力変換器の制御部
１４１…電力制御部
１４２…電圧波形生成部
１４３…周波数制御部
１５０…第２の電力変換器の制御部
１５１…ひずみ検出部
１５２…電圧波形生成部
１５３…電力制御部
１５４…電圧波形生成部
１５５…電圧波形合成部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記発電装置から出力される電力を変換する第１の電力変換器と、
蓄電装置と、
前記第１の電力変換器に並列接続され、前記蓄電装置から出力される電力を変換する第２の電力変換器と、
前記第１の電力変換器から出力される電流を計測する第１の電流センサと、
系統電流を計測する第２の電流センサと、
系統電圧を計測する電圧センサと、
前記第１の電流センサで計測した電流から電流ひずみ成分を抽出する電流ひずみ検出部と、
前記系統電流及び前記系統電圧に基づいて、第１のスイッチング信号を生成する第１の電圧波形生成部と、
前記電流ひずみ成分に基づいて、前記電流ひずみ成分を相殺するように、第２のスイッチング信号を生成する第２の電圧波形生成部と、
前記第１のスイッチング信号と前記第２のスイッチング信号を合成し、合成して得られる第３のスイッチング信号を前記第２の電力変換器に供給する電圧波形合成部と、
を備えることを特徴とする給電システム。 A power generation device that generates power using natural energy;
A first power converter for converting power output from the power generation device;
A power storage device;
A second power converter connected in parallel to the first power converter and converting the power output from the power storage device;
A first current sensor for measuring a current output from the first power converter;
A second current sensor for measuring the grid current;
A voltage sensor for measuring the system voltage;
A current distortion detector for extracting a current distortion component from the current measured by the first current sensor;
A first voltage waveform generator that generates a first switching signal based on the system current and the system voltage;
A second voltage waveform generation unit that generates a second switching signal so as to cancel the current distortion component based on the current distortion component;
A voltage waveform synthesizing unit that synthesizes the first switching signal and the second switching signal, and supplies a third switching signal obtained by the synthesis to the second power converter;
A power supply system comprising:
前記第１の電力変換器の動作周波数を第１の周波数又は第１の周波数より低い第２の周波数に設定する周波数制御部と、
前記動作周波数、前記系統電流及び前記系統電圧に基づいて、第４のスイッチング信号を生成し、生成した第４のスイッチング信号を前記第１の電力変換器に供給する第３の電圧波形生成部と、をさらに備える
ことを特徴とする給電システム。 The power supply system according to claim 1,
A frequency controller configured to set an operating frequency of the first power converter to a first frequency or a second frequency lower than the first frequency;
A third voltage waveform generator that generates a fourth switching signal based on the operating frequency, the system current, and the system voltage, and that supplies the generated fourth switching signal to the first power converter; And a power supply system.
前記第１の周波数は、
前記第１の電力変換器から出力される電力を単独で電力系統に供給する際に、電流ひずみが規制値以下となるように設定された値である
ことを特徴とする給電システム。 The power supply system according to claim 1,
The first frequency is
When the electric power output from said 1st power converter is supplied to an electric power grid independently, it is a value set so that an electric current distortion may become below a regulation value. The electric power feeding system characterized by the above-mentioned.
前記第２の電圧波形生成部は、
前記電流ひずみ成分の符号に基づいて、前記第２のスイッチング信号を生成する
ことを特徴とする給電システム。 The power supply system according to claim 1,
The second voltage waveform generator is
The power supply system, wherein the second switching signal is generated based on a sign of the current distortion component.
前記発電装置と前記第１の電力変換器から構成される組がｎ個（ｎ：自然数）並列接続され、
前記第１の電流センサは、
ｎ個の前記前記第１の電力変換器から出力される電流の和を計測し、
前記電流ひずみ検出部は、
前記第１の電流センサで計測した電流の和から電流ひずみ成分を抽出する
ことを特徴とする給電システム。 The power supply system according to claim 1,
N (n: natural number) sets of the power generator and the first power converter are connected in parallel,
The first current sensor is
measuring a sum of currents output from the n first power converters;
The current strain detector is
A current distortion component is extracted from a sum of currents measured by the first current sensor.
前記発電された電力を変換する第１の電力変換工程と、
蓄電装置から出力される電力を変換する第２の電力変換工程と、
前記第１の電力変換で変換される電流を計測する第１の電流計測工程と、
系統電流を計測する第２の電流計測工程と、
系統電圧を計測する電圧計測工程と、
前記第１の電流計測工程で計測した電流から電流ひずみ成分を抽出する電流ひずみ検出工程と、
前記系統電流及び前記系統電圧に基づいて、第１のスイッチング信号を生成する第１の電圧波形生成工程と、
前記電流ひずみ成分に基づいて、前記電流ひずみ成分を相殺するように、第２のスイッチング信号を生成する第２の電圧波形生成工程と、
前記第１のスイッチング信号と前記第２のスイッチング信号を合成する電圧波形合成工程と、
を有することを特徴とする給電システムの制御方法。 A power generation process using natural energy to generate electricity;
A first power conversion step of converting the generated power;
A second power conversion step of converting power output from the power storage device;
A first current measurement step of measuring a current converted by the first power conversion;
A second current measuring step for measuring system current;
A voltage measurement process for measuring the system voltage;
A current distortion detection step of extracting a current distortion component from the current measured in the first current measurement step;
A first voltage waveform generating step for generating a first switching signal based on the system current and the system voltage;
A second voltage waveform generating step for generating a second switching signal so as to cancel the current distortion component based on the current distortion component;
A voltage waveform synthesis step of synthesizing the first switching signal and the second switching signal;
A method for controlling a power feeding system, comprising:
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|---|---|---|---|
| JP2014082584A JP2015204684A (en) | 2014-04-14 | 2014-04-14 | Power supply system and control method for the same |
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|---|---|---|---|---|
| CN106786782A (en) * | 2017-03-10 | 2017-05-31 | 厦门科华恒盛股份有限公司 | A kind of energy feedback system and its startup method |
-
2014
- 2014-04-14 JP JP2014082584A patent/JP2015204684A/en active Pending
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