JP2016100968A - Initial charging method of interconnection inverter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流コンデンサを有する電圧形インバータで構成され、電力系統に連系変圧器を介して連系される無効電力補償装置等の系統連系用インバータおよび系統連系用インバータの初期充電方法に関する。 The present invention relates to a grid interconnection inverter such as a reactive power compensator which is constituted by a voltage source inverter having a DC capacitor and is linked to a power system through a linkage transformer, and an initial charging method for the grid connection inverter. About.
直流コンデンサを含み電力系統に変圧器を介して連系される系統連系用インバータは、例えば無効電力補償装置として使用される。インバータの直流側に接続されている直流コンデンサに充電器を接続することにより、直流コンデンサの初期充電を行うことは公知である(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
A grid interconnection inverter including a DC capacitor and linked to a power system via a transformer is used as, for example, a reactive power compensator. It is known to perform initial charging of a DC capacitor by connecting a charger to a DC capacitor connected to the DC side of the inverter (see, for example,
図3は、この種の充電器を備えた系統連系用インバータの従来の実施例を示す。例えば無効電力補償装置を構成する系統連系用インバータ4は、図4に示されているように、IGBTやGTOなどの半導体スイッチング素子8a〜8fおよびダイオード9a〜9fからなるインバータブリッジと、そのインバータブリッジの直流端子間に接続された直流コンデンサ5とから構成されている。インバータ4の交流側、即ちインバータブリッジ3相交流端子は連系変圧器3の2次側に接続されており、連系変圧器3の1次側は遮断器2を介して電力系統1に接続可能である。直流コンデンサ4の初期充電のためにインバータ4の直流側に充電器6が接続され、充電器6の入力側はコンタクタ13を介して充電用電源7に可能である。充電器6は、図5に示すように、限流抵抗10と、絶縁変圧器11と、ダイオード12a〜12fからなる整流器とから構成することができる。
FIG. 3 shows a conventional example of a grid interconnection inverter provided with this type of charger. For example, as shown in FIG. 4, the
インバータ4を起動する際には、先ずコンタクタ13を閉じて充電器6を用いることで電源7から直流コンデンサ5の初期充電を行う。充電完了後にインバータ4から電圧を出力することで連系変圧器3を励磁する。遮断器2により連系変圧器3を電力系統1に投入する際に、連系変圧器3の過大な励磁突入電流が起こり得る。その過大な励磁突入電流を抑制するために、インバータ4の交流側に接続された連系変圧器3の1次側電圧Viと、電力系統1の電圧Vsとが同一振幅および同一位相となった時点で、遮断器2を閉路して連系変圧器3を電力系統1に投入する。この方法は例えば、特許文献1および特許文献2により公知である。遮断器2を閉路して連系変圧器3を電力系統1に投入する際に、コンタクタ13が開かれて充電器6の充電動作が終了する。
When starting up the
しかし、この同期投入方法の場合には、同期投入条件の確立がインバータ4の制御にて行われるために、同期投入条件の確立に時間を要する。従って、その期間中、充電器6は、電力系統1よりも低圧(例えば、400V、200Vなど)の電源7から、昇圧して直流に変換することでコンデンサ5を充電するとともに、充電されたコンデンサ5からインバータ4が電圧を出力し、従って連系変圧器3を電力系統1に接続するまでの間、インバータ4と連系変圧器3の損失を供給することになる。それゆえ、充電器6の容量は、同期投入条件の確立に要する最大時間を考慮して設計されなければならない。このため、充電器6の装置容量が大きくなって、このことがコスト高の要因となる。
However, in the case of this synchronous input method, since establishment of the synchronous input condition is performed by the control of the
また、変圧器の励磁突入電流を抑制する方法として、遮断器を開放して変圧器を停止した時の電圧の位相を記録しておき、次に変圧器を運転する際に、電力系統の電圧が、記録した位相となった時点で変圧器を投入する方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。この方法によれは、変圧器を開放してから、次回に投入するまでの間に時間が経過している場合に、その間に残留磁束が変化して、同じ位相で投入しても過大な励磁突入電流が流れる可能性があり、十分な抑制効果が得られないことがある。また、この特許文献3は、系統連系用インバータおよびそのインバータの直流コンデンサの初期充電に関する技術については開示していない。
In addition, as a method of suppressing the magnetizing inrush current of the transformer, record the phase of the voltage when the circuit breaker is opened and the transformer is stopped. However, a method is known in which a transformer is inserted when the recorded phase is reached (see, for example, Patent Document 3). According to this method, if time has elapsed between the time when the transformer is opened and the next time it is turned on, the residual magnetic flux will change during that time, and even if it is turned on at the same phase, excessive excitation will occur. An inrush current may flow, and a sufficient suppression effect may not be obtained. Moreover, this
また、変圧器の励磁突入電流を抑制する別の方法として、変圧器を停止する際に、インバータからなる磁束制御装置によって変圧器の残留磁束を低減する方法が知られている(例えば、特許文献4参照)。この方法によれば、変圧器の開放後に変圧器の残留磁束は低減されているので、変圧器を運転する時に直ちに変圧器を投入しても過大な励磁突入電流を防止することができる。しかし、例えばインバータ保護機能の作動時には変圧器が残留磁束を低減する操作なしに遮断されることになるので、このような場合にも再投入時の変圧器の励磁突入電流を抑制するためには、別の手段、例えば図3〜図5で説明した充電器が必要となる。 Further, as another method for suppressing the magnetizing inrush current of the transformer, a method of reducing the residual magnetic flux of the transformer by a magnetic flux control device including an inverter when the transformer is stopped is known (for example, patent document). 4). According to this method, since the residual magnetic flux of the transformer is reduced after the transformer is opened, an excessive excitation inrush current can be prevented even if the transformer is immediately turned on when the transformer is operated. However, for example, when the inverter protection function is activated, the transformer is cut off without any operation to reduce the residual magnetic flux. In such a case, in order to suppress the inrush current of the transformer at the time of reactivation, Another means, for example, the charger described in FIGS. 3 to 5 is required.
本発明の課題は、できるだけ簡単で損失が少ない安価な充電器によって、直流コンデンサの初期充電と、電力系統への連系変圧器の投入時の過大な励磁突入電流の抑制を可能にする系統連系用インバータの初期充電方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a grid connection that enables initial charging of a DC capacitor and suppression of an excessive excitation inrush current when an interconnection transformer is turned on to a power system by an inexpensive charger that is as simple as possible and has little loss. An object of the present invention is to provide an initial charging method for a system inverter.
上記課題は、本発明による系統連系用インバータの第1の初期充電方法によれば、直流コンデンサを有する電圧形インバータで構成され、電力系統に連系変圧器を介して連系される無効電力補償装置等の系統連系用インバータにおいて、スイッチと限流抵抗と絶縁変圧器とで構成した充電器の交流出力側を系統連系用インバータの交流側に接続し、充電器の交流入力側を充電用交流電源に接続し、充電器の投入により直流コンデンサの初期充電を行うとともに連系変圧器を2次側から励磁し、直流コンデンサの充電完了時点で連系変圧器を電力系統に投入することを特徴とする系統連係用インバータの初期充電方法によって解決される。 According to the first initial charging method of the grid interconnection inverter according to the present invention, the above-described problem is a reactive power composed of a voltage source inverter having a DC capacitor and linked to the power system via a grid transformer. In a grid interconnection inverter such as a compensation device, connect the AC output side of the charger composed of a switch, current limiting resistor, and insulation transformer to the AC side of the grid interconnection inverter, and connect the AC input side of the charger to Connect to the AC power supply for charging, charge the initial DC capacitor by turning on the charger, excite the interconnection transformer from the secondary side, and insert the interconnection transformer into the power system when the DC capacitor is fully charged This is solved by the initial charging method of the grid linking inverter.
さらに、上記課題は、本発明による系統連系用インバータの第2の初期充電方法によれば、直流コンデンサを有する電圧形インバータで構成され、電力系統に連系変圧器を介して連系される無効電力補償装置等の系統連系用インバータにおいて、スイッチと限流抵抗と絶縁変圧器とで構成した充電器の交流出力側を系統連系用インバータの交流側に接続し、充電器の交流入力側を充電用交流電源に接続し、充電器の投入により直流コンデンサの初期充電を行うとともに連系変圧器を2次側から励磁し、直流コンデンサの充電完了時点で充電器を開放し、その開放したときの充電器の電圧位相を記憶しておき、電力系統の電圧位相が記憶した位相になった時点で連系変圧器を電力系統に投入すること系統連係用インバータの初期充電方法によっても解決される。 Further, according to the second initial charging method of the grid interconnection inverter according to the present invention, the above-described problem is constituted by a voltage source inverter having a DC capacitor, and is linked to the power system via the interconnection transformer. In a grid interconnection inverter such as a reactive power compensator, connect the AC output side of the charger, which is composed of a switch, current limiting resistor, and insulation transformer, to the AC side of the grid interconnection inverter. Connect the AC power supply to the AC power supply for charging, charge the DC capacitor initially by charging the charger, excite the interconnection transformer from the secondary side, and open the charger when the DC capacitor is fully charged. The voltage phase of the charger at the time of storage is stored, and when the voltage phase of the power system reaches the stored phase, the connection transformer is inserted into the power system. Also it solved.
さらに、上記課題は、本発明による系統連系用インバータの第3の初期充電方法によれば、直流コンデンサを有する電圧形インバータで構成され、電力系統に連系変圧器を介して連系される無効電力補償装置等の系統連系用インバータにおいて、スイッチと電圧可変手段で構成した充電器の交流出力側を系統連系用インバータの交流出力側に接続し、充電器の交流入力側を充電用交流電源に接続し、充電器の投入により直流コンデンサの初期充電を行った後に、電圧可変手段により充電器の出力電圧を零に低下させてから充電器を開放して、連系変圧器を電力系統に投入すること系統連係用インバータの初期充電方法によっても解決される。 Further, according to the third initial charging method of the grid interconnection inverter according to the present invention, the above problem is constituted by a voltage source inverter having a DC capacitor and linked to the power system via a grid transformer. For grid interconnection inverters such as reactive power compensators, connect the AC output side of the charger composed of switches and voltage variable means to the AC output side of the grid interconnection inverter, and charge the AC input side of the charger for charging After connecting the AC power supply and performing the initial charging of the DC capacitor by turning on the charger, the output voltage of the charger is reduced to zero by the voltage variable means and then the charger is opened to power the interconnection transformer. It can also be solved by the initial charging method of the grid linking inverter.
前記電圧可変手段は、スライダックと絶縁変圧器、又はタップ付き絶縁変圧器で構成することができ、あるいは整流器とインバータと絶縁変圧器で構成することができる。 The voltage variable means can be composed of a slidac and an insulating transformer, or an insulating transformer with a tap, or can be composed of a rectifier, an inverter, and an insulating transformer.
本発明による系統連系用インバータの初期充電方法によれば、充電器の交流出力側を系統連系用インバータの交流側、即ち連系変圧器の2次側に接続し、充電器の交流入力側を充電用交流電源に接続することにより、充電器の投入により、充電用交流電源から直流コンデンサを充電すると同時に連系変圧器を励磁することができる。充電器は交流入力および交流出力であるので、簡単な構成の充電器、特にスイッチと限流抵抗と絶縁変圧器とで構成した充電器を使用することができる。充電用交流電源の電圧が電力系統の電圧と同期している場合、上記第1の初期充電方法に従って、直流コンデンサの初期充電完了時点で、過大な励磁突入電流なしに、電力系統に連系変圧器を投入することができる。従って、充電完了後に最短時間で連系変圧器を電力系統に投入できるので、充電器は、従来のように同期投入条件確立までの期間における電力損失を見込んで充電器の容量設計をする必要がなく、従って格別に安価な充電器とすることができる。 According to the initial charging method of the grid interconnection inverter according to the present invention, the AC output side of the charger is connected to the AC side of the grid interconnection inverter, that is, the secondary side of the grid transformer, and the AC input of the charger is connected. By connecting the side to the charging AC power supply, the connection transformer can be excited simultaneously with charging the DC capacitor from the charging AC power supply by turning on the charger. Since the charger is an AC input and an AC output, it is possible to use a charger having a simple configuration, particularly a charger constituted by a switch, a current limiting resistor, and an insulation transformer. When the voltage of the AC power supply for charging is synchronized with the voltage of the power system, according to the first initial charging method, when the initial charging of the DC capacitor is completed, there is no excessive excitation inrush current. Can be loaded. Therefore, since the interconnection transformer can be put into the power system in the shortest time after charging is completed, it is necessary for the charger to design the capacity of the charger in anticipation of power loss in the period until the synchronous charging condition is established as in the past. Therefore, it can be a particularly inexpensive charger.
さらに、本発明の利点は、充電用電源と電力系統とが同期していなくても、本発明による第2の初期充電方法に従って、直流コンデンサの充電が完了した時点で充電器を開放し、この開放時点での充電器電圧の位相を記憶しておき、その後に電力系統の電圧位相が記憶した位相になった時点で連系変圧器を電力系統に投入することによって、過大な励磁突入電流なしに連系変圧器の投入を実行することができる。この場合に、直流コンデンサの充電が完了した時点で充電器は開放されるので、その時点から連系変圧器の投入時点までの期間に充電器で損失が発生することはないので、充電器は、従来のように同期投入条件確立までの期間における電力損失を見込んで充電器の容量設計をする必要がなく、従って格別に安価な充電器とすることができる。 Furthermore, the advantage of the present invention is that, even if the charging power source and the power system are not synchronized, the charger is opened when the charging of the DC capacitor is completed according to the second initial charging method according to the present invention. By storing the phase of the charger voltage at the time of opening, and then inserting the interconnection transformer into the power system when the voltage phase of the power system reaches the stored phase, there is no excessive inrush current It is possible to carry out the input of the interconnection transformer. In this case, since the charger is opened when the charging of the DC capacitor is completed, there is no loss in the charger during the period from that point to the time when the interconnection transformer is turned on. Thus, unlike the conventional case, it is not necessary to design the capacity of the charger in consideration of the power loss in the period until the establishment of the synchronous input condition.
さらに、本発明による第3の初期充電方法に従って、スイッチと電圧可変手段で構成した充電器の交流出力側を系統連系用インバータの交流出力側に接続し、充電器の交流入力側を充電用交流電源に接続し、充電器の投入により直流コンデンサの初期充電を行った後に、電圧可変手段により充電器の出力電圧を零に低下させてから充電器を開放して、連系変圧器を電力系統に投入することによって、過大な励磁突入電流なしに連系変圧器の投入を実行することができる。この場合にも、直流コンデンサの充電が完了した時点で充電器は開放されるので、その時点から連系変圧器の投入時点までの期間に充電器で損失が発生することはないので、充電器は、従来のように同期投入条件確立までの期間における電力損失を見込んで充電器の容量設計をする必要がなく、従って格別に安価な充電器を構成することができる。 Further, according to the third initial charging method of the present invention, the AC output side of the charger constituted by the switch and the voltage varying means is connected to the AC output side of the grid interconnection inverter, and the AC input side of the charger is used for charging. After connecting the AC power supply and performing the initial charging of the DC capacitor by turning on the charger, the output voltage of the charger is reduced to zero by the voltage variable means and then the charger is opened to power the interconnection transformer. By putting it in the system, it is possible to execute the connection transformer without excessive excitation inrush current. Also in this case, since the charger is opened when the charging of the DC capacitor is completed, there is no loss in the charger during the period from that point to the time when the interconnection transformer is turned on. Therefore, unlike the conventional case, it is not necessary to design the capacity of the charger in consideration of the power loss in the period until the establishment of the synchronous input condition, and thus a particularly inexpensive charger can be configured.
本発明の実施例が概略的に示されている図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。図において、互いに対応する構成要素には同じ符号が付されている。 The invention is explained in more detail with reference to the drawings, in which embodiments of the invention are schematically shown. In the figure, constituent elements corresponding to each other are denoted by the same reference numerals.
図1に示す本発明による系統連系用インバータ4は、例えば、電力系統1に遮断器2および連系変圧器3を介して連系される無効電力補償装置もしくはその一部である。系統連系用インバータ4は、従来例と同様に図4に示すように、IGBTやGTOなどの半導体スイッチング素子8a〜8fおよびダイオード9a〜9fからなるインバータブリッジと、そのインバータブリッジの直流端子間に接続された直流コンデンサ5とから構成されている直流コンデンサ5を有する電圧形インバータとして構成されている。
The
直流コンデンサ5の初期充電のための充電器15は、図3に示す従来例と同様に、コンタクタ13を介して充電用交流電源7に接続されている。しかし充電器15の出力側は、図3に示す従来の充電器6のように直流コンデンサ5が接続されているインバータの直流側に接続されるのではなくて、インバータ4の交流側、すなわち連系変圧器3の2次側に接続されている。そのために、充電器15は、図5に示す従来例と同様に、充電電流を制限するための限流抵抗10および昇圧のための絶縁変圧器11を有するが、しかし図5の従来例に示すダイオード整流器12a〜12fを持たず、その代わりに遮断器14を有する。
The
このような充電器15の接続構成によれば、連系変圧器3の1次側を遮断器2により電力系統1へ投入する前に、コンタクタ13および遮断器14からなるスイッチにより充電器15を投入することによって、交流電源7から、充電器15内の限流抵抗10および絶縁変圧器14と、インバータ4内のダイオード9a〜9fとを介して、直流コンデンサ5に充電電流が供給されると同時に、連系変圧器3の2次側に励磁電流が供給される。
According to such a connection configuration of the
充電用交流電源7を、例えば電力系統1から他の変圧器を介して取り出すことにより、充電用交流電源7が電力系統1に同期しているならば、充電用交流電源7によって2次側から励磁される連系変圧器3の1次側電圧Viを電力系統1の電圧Vsと同相とし、かつ絶縁変圧器11の適切な変圧比により同振幅とすることができる。従って、この場合には、充電器15の投入による中間コンデンサ5の初期充電が完了した時点で、過大な励磁突入電流を生じさせることなく連系変圧器3を遮断器2により電力系統1へ投入し、充電器15を遮断器14により開放することができる。その後、系統連系インバータ4は、電力系統に同期した公知の連系制御によって運転を開始させられる。
If the charging AC power supply 7 is synchronized with the
このように、充電完了時点で、従来のように同期投入条件確立のための制御動作を行う必要がなく、直ちに連系変圧器を電力系統に投入できる。従って、充電器15は、従来のように同期投入条件確立までの期間の電力損失を見込んだ容量設計をする必要がなく、コンデンサ5の充電電流と連系変圧器3の励磁電流を供給するだけなので、格別に安価な充電器とすることができる。
In this way, when the charging is completed, it is not necessary to perform a control operation for establishing a synchronous charging condition as in the prior art, and the interconnection transformer can be immediately input to the power system. Therefore, it is not necessary for the
本発明による上述の初期充電方法は、充電用交流電源7が電力系統1に同期していない場合にも適用できるように発展させることができる。そのために、背景技術おいて示した特許文献3による従来技術を利用することができる。即ち、先ず、上述の初期充電方法と同様に、図1に示した充電器15の接続構成を用いて、充電器15の投入により直流コンデンサ5の初期充電を行うと同時に連系変圧器3を2次側から励磁する。それから特許文献3による従来技術に基づいて、直流コンデンサの充電完了時点で遮断器14により充電器15を開放し、その開放したときの充電器15の電圧位相(従って、連系変圧器3の電圧Viの位相)を記録しておき、電力系統1の電圧Vsの位相が記憶した位相になった時点で、遮断器2により連系変圧器3を電力系統1に投入する。これによって、連系変圧器3の投入時の過大な突入励磁電流を回避することができる。連系変圧器3の投入後に系統連系インバータ4の運転が開始される。
The above-described initial charging method according to the present invention can be developed so as to be applicable even when the charging AC power supply 7 is not synchronized with the
この場合にも、直流コンデンサ15の充電が完了した時点で充電器15は開放されるので、その時点から連系変圧器3の投入時点までの期間に充電器15で損失が発生することはない。それゆえ充電器15は、従来のように同期投入条件確立までの期間の電力損失を見込んだ容量設計をする必要がなく、コンデンサ5の充電電流と連系変圧器3の励磁電流を供給するだけなので格別に安価な充電器とすることができる。
Also in this case, since the
図2は初期充電のための充電器を備えた系統連系用インバータの本発明による他の実施例を示す。充電器15がスイッチと電圧可変手段で構成されている。スイッチは遮断器14(およびコンタクタ13)からなり、電圧可変手段は、ここでは可変変圧器16と絶縁変圧器11とで構成されている。可変変圧器16は、スライダックとも呼ばれ、出力電圧を可変にすることが可能な変圧器である。この種の電圧可変手段は、タップ付き絶縁変圧器で構成することもでき、あるいは整流器とインバータと絶縁変圧器で構成することもできる。
FIG. 2 shows another embodiment according to the present invention of an inverter for grid interconnection provided with a charger for initial charging. The
系統連系用インバータ4を起動する際には、先ずスイッチ13および14を閉じることによって充電器15を投入する。可変変圧器16の出力電圧を零から定格値まで変化させ、絶縁変圧器11で昇圧し、インバータ4内のダイオード9a〜9fを介して直流コンデンサ5を充電する。直流コンデンサ5の充電が完了した時点で可変変圧器16の出力を零に低下させることで連系変圧器3の残留磁束を減少させ、しかる後にスイッチ13および14を開いて充電器15を開放してから、遮断器2を閉じて連系変圧器3を電力系統1に投入する。これによって、連系変圧器3の投入時の過大な突入励磁電流を回避することができる。系用変圧器3の投入後に系統連系インバータ4の運転が開始される。
When starting up the
この場合にも、直流コンデンサ15の充電が完了して可変変圧器16の出力を零に低下させた時点で充電器15は開放されるので、充電器15は、従来のように同期投入条件確立までの期間の電力損失を見込んだ容量設計をする必要がなく、コンデンサ5の充電電流と連系変圧器3の励磁電流を供給するだけなので、格別に安価な充電器とすることができる。
Also in this case, the
1 電力系統
2 遮断器
3 連系変圧器
4 系統連系用インバータ
5 直流コンデンサ
7 充電用交流電源
8a〜8f 半導体スイッチ
9a〜8f ダイオード
10 限流抵抗
11 絶縁変圧器
13 コンタクタ
14 遮断器
15 充電器
16 可変変圧器(スライダック)
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