JP2017127141A - 擬似同期化力電圧型コンバータおよびそのコントローラ - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る擬似同期化力電圧型コンバータ10の構成を示す。「擬似同期化力電圧型コンバータ」とは、同期機の挙動を模擬して擬似的に同期化力を持つようにした電圧型コンバータ(VSC:Voltage Source Converter)のことをいう。なお、便宜のため、以下では擬似同期化力電圧型コンバータ10のことを単にVSC10と参照する。
本質的に三相機器である同期機の挙動を、直接単相制御系として適用することはできない。単相VSCに同期機の挙動を真似させるために、同期機巻線のうち1相を単相系統に接続し、その他の巻線を開放した状態での運転を想定する。この場合、実際の同期機は同期運転を維持することはできないが、VSCはその内部動的回転系モデルに基づいた動作により同期運転を可能とする。本着想に基づいた単相VSCの新制御系の設計には、動揺方程式に基づいたモデルを採用する。三相VSC制御系についても、同様の方法で構築可能である。ここで、VSC動作の平衡点近傍で線形化した、ガバナを含む動揺方程式は(1)〜(4)式で与えられる。
交流の周波数がf1ph[Hz]の単相電圧、電流により計算される瞬時有効電力は2f1ph[Hz]で振動するため、単相VSCの瞬時有効電力出力を安定的に演算することは困難である。また、マイクログリッドが電力系統と接続する場合、あるいは電力系統から解列する際には電圧位相が瞬間的に跳躍する。この位相跳躍もまたVSC出力有効電力の振動を引き起こす。(1)式における有効電力出力Peの変動はΔθVSCの変動を引き起こし、VSCの同期運転を不安定なものにするため、有効電力出力変動によるVSC動作に対する悪影響を抑制するために単相VSCの有効電力出力Peは直流側で測定する。Peは、VSCの直流電圧VDCと直流電流IDCの積Pe=VDCIDCとして計算される。Peはパワーデバイスによるスイッチングノイズを含むため、ローパスフィルタを採用し、スイッチングノイズを除去したものを有効電力出力として扱う。
VSC出力電圧VVSCを維持するためのAVRは、(5)(6)式に基づきVSCの変調率mVSCを制御する。
図2は、コントローラ4の制御ブロックを示す。当該制御ブロックは(1)(3)(5)(6)式を具現化したものである。
次に、本実施形態に係る擬似同期化力電圧型コンバータ10(以下、単相VSCあるいはVSCという)を複数連系した単相VSC群によるマイクログリッド運用について行った数値シミュレーションによる検証結果について説明する。
計算条件シミュレーションに用いる単相マイクログリッドモデルを図3に示す。本モデルでは、3台の単相VSCがab相に連系している。三相の無限大母線とVSCにより、三相および単相負荷(ab相)の負荷に電力が供給されている。無限大母線は三相平衡電圧源(線間電圧:6600[V]、周波数:60[Hz])である。負荷は抵抗としてモデル化する。3台のVSCはフィルタ(Rfil+jLfil)と変圧器を介してab相に接続されている。VSCの直流側は定電圧源VDCとしてモデル化する。変圧器の巻線比は400/6600である。無限大母線は開閉器を介して線路に接続している。シミュレーションに用いるパラメータを表1に示す。
シミュレーションに用いる三相マイクログリッドモデルを図7に示す。本モデルは3台の単相VSCを有しており、1台ずつab,bc,ca相に接続されている。三相無限大母線とVSCが三相負荷と単相負荷(ab,bc,ca相)に電力を供給している。無限大母線は三相平衡の電圧源(線間電圧:6600[V]、周波数:60[Hz])としてモデル化している。負荷は抵抗負荷とする。3台のVSCはフィルタと変圧器を介して線路に連系している。VSCの直流側は定電圧源VDCとしてモデル化する。変圧器の巻線比は400/6600である。開閉器の動作によりマイクログリッドは系統連系運転と単独運転を切り替える。シミュレーションに用いるパラメータを表2に示す。ただし、表1における単相VSC#1のパラメータを図7に示した全てのVSCに用いている。
1 蓄電デバイス
2 DC/DCコンバータ
3 インバータ
4 コントローラ
41 ガバナ部
42 出力電圧位相算出部
43 レギュレータ部
44 スイッチング制御部
Claims (4)
- 直流電力を交流電力に変換して電力系統に交流電力を供給する電圧型コンバータのコントローラであって、
前記電圧型コンバータの出力周波数が目標周波数となるように前記電圧型コンバータをドループ制御するためのガバナ指令値を制御するガバナ部と、
同期機の動揺方程式に基づいて、前記電圧型コンバータの有効電力出力の指令値および実測値、前記目標周波数、および前記ガバナ指令値から前記電圧型コンバータの出力電圧位相を算出する出力電圧位相算出部と、
前記電力系統の電圧が目標電圧となるように前記電圧型コンバータの変調率を制御するレギュレータ部と、
前記変調率および前記出力電圧位相に基づいてパルス変調信号を生成し、該パルス変調信号に従って前記電圧型コンバータにおけるインバータにおけるスイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御部とを備えたコントローラ。 - 前記インバータが単相インバータである請求項1に記載のコントローラ。
- 前記出力電圧位相算出部が前記インバータの入力側の直流電圧および直流電流の各実測値から前記電圧型コンバータの有効電力出力の実測値を算出するものである請求項1または請求項2に記載のコントローラ。
- 蓄電デバイスと、
前記蓄電デバイスから供給される直流電圧を任意の直流電圧に変換するDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータにおけるスイッチング素子をスイッチング制御する請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のコントローラとを備えた擬似同期化力電圧型コンバータ。
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