JP2018182954A - Power conversion device and power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、電力変換装置および電力変換システムに関する。 The present technology relates to a power converter and a power conversion system.
無停電電源装置などの交流電源を運用する場合、電源容量の増設、または冗長構成による信頼度を高めるために、電力変換を行う直交変換器(DC(Direct Current)/AC(Alternate Current)変換器)を母線に複数台接続して並列運転することが行われる。 When operating an AC power supply such as an uninterruptible power supply, a quadrature converter (DC (Direct Current) / AC (Alternate Current) converter that performs power conversion to increase the reliability by adding a power supply capacity or redundancy configuration ) Are connected to a bus and parallel operation is performed.
図11は直交変換器の並列運転システムの構成例を示す図である。並列運転システム100は、電力変換ユニット101〜103を有する。電力変換ユニット101〜103の出力側は、母線2に並列接続して、母線2に接続される負荷Mを給電駆動する。なお、電力変換ユニットは、任意の複数台が母線2に並列接続してよい。
FIG. 11 is a view showing a configuration example of a parallel operation system of the orthogonal transformer.
電力変換ユニット101は、直流電源101a、直交変換器101b、インダクタL1、コンデンサC1、電流検出器101c、電圧検出器101dおよび制御回路101eを含む。また、電力変換ユニット102は、直流電源102a、直交変換器102b、インダクタL2、コンデンサC2、電流検出器102c、電圧検出器102dおよび制御回路102eを含む。さらに、電力変換ユニット103は、直流電源103a、直交変換器103b、インダクタL3、コンデンサC3、電流検出器103c、電圧検出器103dおよび制御回路103eを含む。
The
電力変換ユニット101の動作において、直交変換器101bは、直流電源101aから出力される直流を交流に変換して、負荷Mに電力を供給する。制御回路101eは、電圧検出器101dで検出された検出電圧Voutと、電流検出器101cで検出された検出電流Ioutとを用いて、直交変換器101bの出力に対するフィードバック制御を行う。電力変換ユニット102、103についても同様の動作である。
In the operation of the
上記の並列運転システム100では、電力変換ユニット101〜103を共通に制御するための共通回路は備えておらず、また、電力変換ユニット101〜103間の信号授受も要せずに、直交変換器101b〜103bの並列運転が実施される。
The
電源の並列運転に関する従来技術としては、例えば、インバータに対して、出力電力の増加に伴って周波数を下げる特性と、出力電流の増加に伴って出力電圧を下げる特性とを持たせ、システムとしての共通回路を不要とした技術が提案されている(特許文献1)。 As a prior art related to parallel operation of the power supply, for example, the inverter is provided with a characteristic to lower the frequency with the increase of the output power and a characteristic to reduce the output voltage with the increase of the output current. A technology has been proposed in which the common circuit is unnecessary (Patent Document 1).
複数の電源の並列運転を可能にするためには、各直交変換器の電圧(振幅と位相)を一致させることが必要である。直交変換器の電圧にずれが生じると、直交変換器の出力電流が不均等になり横流が流れてしまうので、安定した並列運転を実施するためには、出力電流を均等化して横流の発生を抑制することが重要となる。 In order to enable parallel operation of multiple power supplies, it is necessary to match the voltage (amplitude and phase) of each orthogonal transformer. When the voltage of the orthogonal transformer is deviated, the output current of the orthogonal converter becomes uneven and the cross current flows. Therefore, to perform stable parallel operation, the output current is equalized to generate the cross current. It is important to suppress.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、出力電流の均等化を行って横流の発生を抑制し、並列運転の安定化を図った電力変換装置および電力変換システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and it is an object of the present invention to provide a power conversion device and a power conversion system in which the generation of a cross current is suppressed by equalizing output current to stabilize the parallel operation. With the goal.
上記課題を解決するために、電力変換装置が提供される。電力変換装置は、直交変換器、電圧検出回路および制御回路を備える。制御回路は、平均電圧演算部、平均電圧補正部、乗算器および電圧一定化制御部を含む。直交変換器は、直流を交流に変換する。電圧検出回路は、直交変換器の出力電圧を検出して検出電圧を出力する。平均電圧演算部は、検出電圧を平均化して平均電圧を求める。平均電圧補正部は、直交変換器の出力電力の無効電力を低減化するための平均電圧の補正率を求める。乗算器は、平均電圧に補正率を乗算して平均電圧補正量を求める。電圧一定化制御部は、平均電圧補正量にもとづいて、出力電圧の振幅を一定化する。 In order to solve the above-mentioned subject, a power converter is provided. The power converter includes an orthogonal transformer, a voltage detection circuit, and a control circuit. The control circuit includes an average voltage calculation unit, an average voltage correction unit, a multiplier and a voltage stabilization control unit. The quadrature converter converts direct current to alternating current. The voltage detection circuit detects an output voltage of the orthogonal transformer and outputs a detected voltage. The average voltage calculation unit averages the detected voltages to obtain an average voltage. The average voltage correction unit obtains an average voltage correction factor for reducing reactive power of the output power of the orthogonal transformer. The multiplier multiplies the average voltage by the correction factor to obtain an average voltage correction amount. The voltage stabilization control unit stabilizes the amplitude of the output voltage based on the average voltage correction amount.
また、上記課題を解決するために、上記の電力変換装置を複数台備えた電力変換システムが提供される。 Moreover, in order to solve the said subject, the power conversion system provided with two or more said power converters is provided.
横流の発生を抑制して並列運転の安定化を図る。 Stabilize parallel operation by suppressing the occurrence of cross current.
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の電力変換システムの構成例を示す図である。電力変換システム1は、同一の回路構成を持つ複数の電力変換装置1−1〜1−nを有する。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a configuration example of a power conversion system of the present invention. The
電力変換装置1−1〜1−nの出力側は、母線2に並列接続して、母線2に接続されている負荷Mに給電する。電力変換システム1は、電力変換装置1−1〜1−nを共通に制御する共通回路は持たず、また、装置間で互いに信号授受は行わず、電力変換装置1−1〜1−nそれぞれが自律的に動作する。
The output sides of the power conversion devices 1-1 to 1-n are connected in parallel to the
電力変換装置1−1は、制御回路10、直交変換器20、直流電源3a、フィルタ40、電圧検出器PT1、PT2、コンタクタSWおよび電流検出器CTを備える。
直流電源3aは、例えば、太陽電池などの蓄電器であり直流を出力する電源部である。直交変換器20は、制御回路10からの制御にもとづいて、内部のパワー半導体素子などを駆動して直流を交流に変換する。
The power converter 1-1 includes a
The direct current power supply 3a is, for example, a storage battery such as a solar cell and a power supply unit that outputs direct current. Under the control of the
具体的には、直交変換器20は、スイッチング素子(MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)など)が直列に接続されたブリッジ回路が備えられている。
Specifically, the
制御回路10から出力されたPWM(Pulse Width Modulation)パルス信号が、このようなスイッチング素子のゲートに入力することで、スイッチング素子のゲート駆動制御が行われる。
When a PWM (Pulse Width Modulation) pulse signal output from the
フィルタ40は、直交変換器20から出力された交流をフィルタリングして、不要な周波数成分を除去する。フィルタ40は、例えば、インダクタとコンデンサとで形成されたLCフィルタである。LCフィルタにより、直交変換器20から出力される交流信号からスイッチング周波数成分が除去される。
The
電圧検出器PT1は、フィルタリング後の直交変換器20の出力電圧を検出し、検出電圧Vout1を制御回路10へ出力する。コンタクタSWは、制御回路10の指示にもとづき、オン/オフする。この場合、コンタクタSWがオンすることで、電力変換装置1−1内の直交変換器20の出力端は母線2に接続され、コンタクタSWがオフすることで直交変換器20の出力端は母線2から切り離される。
The voltage detector PT1 detects the output voltage of the
電圧検出器PT2は、母線2を流れる負荷Mの給電電圧を検出し、検出電圧Vout2を制御回路10へ出力する。電流検出器CTは、直交変換器20の出力電流を検出し、検出電流Ioutを制御回路10へ出力する。
The voltage detector PT2 detects the feed voltage of the load M flowing through the
なお、電圧検出器PT1、PT2には、例えば、計器用変圧器(PT:Potential Transformer)が使用される。また、電流検出器CTには、例えば、カレントトランス(CT:Current Transformer)が使用される。 For the voltage detectors PT1 and PT2, for example, an instrument transformer (PT: Potential Transformer) is used. Further, for example, a current transformer (CT: Current Transformer) is used as the current detector CT.
一方、制御回路10は、平均電圧演算部1a、平均電圧補正部1b、乗算器1cおよび電圧一定化制御部1dを含む。なお、図1に示す制御回路10の構成は、内部回路として一部分の構成を示しており、詳細構成については後述する。
On the other hand,
平均電圧演算部1aは、検出電圧Vout1を平均化して平均電圧を求める。平均電圧補正部1bは、直交変換器20の出力電力の無効電力を低減化するための平均電圧の補正率(平均電圧補正率)を求める。乗算器1cは、平均電圧に平均電圧補正率を乗算して平均電圧補正量を求める。電圧一定化制御部1dは、平均電圧補正量にもとづいて、直交変換器20の出力電圧の振幅を一定化する。
The
このような電力変換装置1−1の構成により、直交変換器20からの出力電流の無効成分(無効電力に伴って流れる電流)が低減するように制御されるので、出力電流が均等化し、横流の発生を抑制して並列運転の安定化を図ることが可能になる。 With such a configuration of the power conversion device 1-1, the reactive component of the output current from the orthogonal converter 20 (a current flowing along with the reactive power) is controlled to be reduced. It is possible to stabilize parallel operation by suppressing the occurrence of
次に直交変換器の構成例について説明する。図2は直交変換器の構成の一例を示す図である。3相構成の場合の直交変換器200のブリッジ回路周辺の構成を示している。
直交変換器200は、高電圧線Laと、GND線Lbとの間に、平滑コンデンサC0と、パワー半導体スイッチであるIGBT21〜26と、ダイオードD11〜D16とが配置される。また、IGBT21〜26には、IGBT21〜26の駆動用のドライブ回路201〜206がそれぞれ接続されている。
Next, a configuration example of the orthogonal transformer will be described. FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the orthogonal transformer. The configuration around the bridge circuit of the orthogonal transformer 200 in the case of the three-phase configuration is shown.
In the orthogonal transformer 200, a smoothing capacitor C0,
出力端子OUT1〜OUT3は、負荷につながり、直交変換器200は、高電圧線Laを流れる直流高電圧を3相交流に変換して、3本の交流配線から負荷に電力を供給する。
また、直交変換器200では、モータ等の誘導性負荷の電流をオン/オフすることで負荷を駆動するので、負荷電流を還流させるために、IGBT21〜26に対して、FWD(Free Wheel Diode)であるダイオードD11〜D16が接続されている。
The output terminals OUT1 to OUT3 are connected to a load, and the orthogonal transformer 200 converts a DC high voltage flowing through the high voltage line La into a three-phase AC, and supplies power to the load from three AC wirings.
Further, in the orthogonal transformer 200, since the load is driven by turning on / off the current of the inductive load such as a motor, the FWD (Free Wheel Diode) is applied to the
すなわち、IGBT21〜26がオフになる瞬間、モータ等の誘導性負荷からは逆起電力が発生するので、IGBT21〜26それぞれに対して、ダイオードD11〜D16を逆並列に接続して、このときの負荷電流を還流させている。
That is, since the back electromotive force is generated from an inductive load such as a motor at the moment when
各構成要素の接続関係について説明する。P端子と接続する高電圧線Laを通じて、コンデンサC0の一端、IGBT21、23、25のコレクタおよびダイオードD11、D13、D15のカソードが接続する。
The connection relation of each component will be described. One end of the capacitor C0, the collectors of the
さらに、N端子と接続するGND線Lbを通じて、コンデンサC0の他端、IGBT22、24、26のエミッタおよびダイオードD12、D14、D16のアノードが接続する。
Furthermore, the other end of the capacitor C0, the emitters of the
一方、IGBT21のエミッタは、ダイオードD11のアノード、IGBT22のコレクタ、ダイオードD12のカソードおよび出力端子OUT1に接続する。IGBT23のエミッタは、ダイオードD13のアノード、IGBT24のコレクタ、ダイオードD14のカソードおよび出力端子OUT2に接続する。IGBT25のエミッタは、ダイオードD15のアノード、IGBT26のコレクタ、ダイオードD16のカソードおよび出力端子OUT3に接続する。
On the other hand, the emitter of the
ドライブ回路201〜206の出力端子はそれぞれ、IGBT21〜26のゲートに接続する。また、ドライブ回路201〜206には、制御回路10から出力されたPWMパルス信号s1〜s6が入力される。
The output terminals of drive circuits 201-206 are connected to the gates of IGBTs 21-26, respectively. The PWM pulse signals s1 to s6 output from the
図2の構成では、ドライブ回路201〜206が直交変換器200に含まれる構成としたが、制御回路10に含まれる構成にしてもよい。
次に制御回路10について以降詳しく説明する。図3は制御回路の全体構成例を示す図である。制御回路10は、駆動制御回路10aと電圧振幅制限回路10bを備える。駆動制御回路10aには、検出電圧Vout1と検出電流Ioutが入力し、さらに電圧振幅制限回路10bで生成された振幅制限補正量が入力する。
Although the
The
検出電圧Vout1は、図1に示した電圧検出器PT1で検出された電圧であり、検出電流Ioutは、図1に示した電流検出器CTで検出された電流である。また、駆動制御回路10aは、PWMパルス信号を生成して直交変換器20へ出力し、さらに無効電力Qを算出して電圧振幅制限回路10bへ出力する。
The detection voltage Vout1 is a voltage detected by the voltage detector PT1 shown in FIG. 1, and the detection current Iout is a current detected by the current detector CT shown in FIG. Further, the
電圧振幅制限回路10bには、検出電流Ioutと、駆動制御回路10aで算出された無効電力Qが入力する。また、電圧振幅制限回路10bは、内部で算出した振幅制限補正量を駆動制御回路10aへ出力する。
The detection current Iout and the reactive power Q calculated by the
次に駆動制御回路10aの構成および動作について説明する。図4は駆動制御回路の構成例を示す図である。駆動制御回路10aは、基準振幅設定部11a、基準周波数設定部11b−1、正弦波生成部11b−2、加算器12a、12b、減算器13a、13b、13c、平均電圧演算部14、平均AVR(Automatic Voltage Regulator)15a、瞬時AVR15b、電力演算部16、周波数補正部17a、電圧振幅補正部17b、乗算器18a、18b、変調部19および平均電圧補正部30を備える。
Next, the configuration and operation of the
平均電圧演算部14は、図1に示した平均電圧演算部1aの機能を実現し、平均電圧補正部30は、図1に示した平均電圧補正部1bの機能を実現する。また、乗算器18aは、図1に示した乗算器1cの機能を実現し、減算器13bと平均AVR15aは、図1に示した電圧一定化制御部1dの機能を実現する。
The average
基準振幅設定部11aは、直交変換器20の出力電圧の基準振幅を設定するための基準振幅指令信号を出力する。例えば、直交変換器20から母線2に向けて200Vの交流を出力させるならば、基準振幅設定部11aは、200Vの基準振幅指令信号を出力する。
The reference
加算器12aは、基準振幅指令信号と、電圧振幅補正部17bから出力された電圧振幅補正量とを加算して第1の電圧振幅指令信号を生成する。減算器13aは、第1の電圧振幅指令信号と、電圧振幅制限回路10bで生成された振幅制限補正量との差分を求めて、第2の電圧振幅指令信号を出力する。
The
平均電圧演算部14は、検出電圧Vout1を整流し、整流波形をフィルタリングして平均化することで平均電圧を算出する。平均電圧補正部30は、平均電圧補正率を出力する。なお、平均電圧補正部30については図10で後述する。乗算器18aは、平均電圧に平均電圧補正率を乗算して平均電圧補正量を生成して出力する。
The
減算器13bは、第2の電圧振幅指令信号と、平均電圧補正量との差分を算出して、平均電圧偏差を生成する。平均AVR15aは、平均電圧偏差がゼロになるような交流波形の振幅指令信号を生成して出力する。
The subtractor 13b calculates the difference between the second voltage amplitude command signal and the average voltage correction amount to generate an average voltage deviation. The
基準周波数設定部11b−1は、基準周波数を設定するための基準周波数指令信号を出力する。電力演算部16は、検出電圧Vout1と検出電流Ioutから、有効電力Pと無効電力Qを算出する。周波数補正部17aは、有効電力Pにもとづき周波数補正量を求める。電圧振幅補正部17bは、無効電力Qにもとづき電圧振幅補正量を求める。
The reference
加算器12bは、基準周波数設定部11b−1から出力された基準周波数指令信号と、周波数補正部17aから出力された周波数補正量とを加算して、周波数補正信号を生成する。
The
正弦波生成部11b−2は、周波数補正信号を受信すると、周波数補正後の周波数に対応した正弦波を生成する。乗算器18bは、平均AVR15aから出力された振幅指令信号と、正弦波とを乗算して、出力電圧瞬時指令値を生成する。
When the sine
減算器13cは、出力電圧瞬時指令値と、検出電圧Vout1の瞬時値との差分を算出して瞬時電圧偏差を生成して出力する。瞬時AVR15bは、瞬時電圧偏差をゼロにするための振幅指令信号を出力する。変調部19は、瞬時AVR15bから出力された振幅指令信号を変調処理し、PWMパルス信号を生成して出力する。
The
ここで、制御回路10における出力電流均等化制御(横流抑制制御)について説明する。例えば、2台の直交変換器が母線に並列接続して負荷を駆動しているものとする。
出力周波数変動に着目した場合、一方の直交変換器に周波数変動があった場合、周波数の高い方から低い方へ横流が流れる。そして、周波数の高い側の直交変換器は、横流流出のため有効電力が大きくなり、周波数の低い側の直交変換器は、有効電力が小さくなる。
Here, the output current equalization control (crossflow suppression control) in the
When attention is focused on the output frequency fluctuation, if there is a frequency fluctuation in one of the orthogonal transformers, the cross current flows from the high frequency side to the low frequency side. The orthogonal transformer on the high frequency side has a large active power due to the cross flow outflow, and the quadrature converter on the low frequency side has a small active power.
したがって、制御回路10では、電力演算部16で算出された有効電力Pが大きいほど周波数補正部17aで設定される周波数補正量を小さくし、有効電力Pが小さいほど周波数補正量を大きくする制御を行う。
Therefore, in the
図5は有効電力と周波数補正量との関係を示す図である。横軸は有効電力P、縦軸は周波数補正量である。有効電力Pが所定値Pthを超えると、周波数補正部17aで設定される周波数補正量は負となり、有効電力Pが大きいほど周波数補正量は小さく設定される。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the active power and the frequency correction amount. The horizontal axis is the active power P, and the vertical axis is the frequency correction amount. When the active power P exceeds the predetermined value Pth, the frequency correction amount set by the
また、有効電力Pが所定値Pth未満の場合、周波数補正部17aで設定される周波数補正量は正となり、有効電力Pが小さいほど周波数補正量は大きく設定される。
このように、周波数補正部17aでは、図5に示すような関係にもとづき、有効電力Pに応じて周波数補正量を設定する。また、図4に示したように、加算器12bによって、有効電力Pに応じて設定された周波数補正量と、基準周波数指令信号とが加算され、その加算結果が正弦波生成部11b−2に入力して正弦波が生成される。
When the active power P is less than the predetermined value Pth, the frequency correction amount set by the
Thus, the
このような処理が行われることで、出力電力の有効成分(有効電力)が相対的に高い側の直交変換器が出力周波数指令を下げる方向に作用し、出力電力の有効成分が相対的に低い側の直交変換器が出力周波数指令を上げる方向に作用することになる。 By performing such processing, the orthogonal transformer on the side where the active component (active power) of the output power is relatively high acts to lower the output frequency command, and the active component of the output power is relatively low. The quadrature converter on the side acts to raise the output frequency command.
例えば、直交変換器が2台並列で運転している場合、出力周波数の大きい側の直交変換器は、出力周波数が減少する方向に制御され、出力周波数の小さい側の直交変換器は、出力周波数が増加する方向に制御される。 For example, when two orthogonal transformers are operated in parallel, the orthogonal transformer on the side with a large output frequency is controlled in the direction in which the output frequency decreases, and the orthogonal transformer on the side with a small output frequency is the output frequency Is controlled in the increasing direction.
よって、各直交変換器の出力周波数が一致する方向に制御されるので、並列接続された直交変換器間で出力電流が均等化され、横流が抑制されることになる。
また、出力電圧変動に着目した場合、2台の直交変換器の内で一方の直交変換器に出力電圧変動があった場合、出力電圧の高い方から低い方へ横流が流れる。そして、出力電圧の高い側の直交変換器は、電圧に対して負荷電流が遅れた波になる遅れ無効電力が発生し、出力電圧の低い側の直交変換器は、電圧に対して負荷電流が進んだ波になる進み無効電力が発生する。
Therefore, since control is performed in the direction in which the output frequencies of the orthogonal transformers coincide, the output current is equalized between the orthogonal converters connected in parallel, and the cross current is suppressed.
Further, in the case of focusing on the output voltage fluctuation, when the output voltage fluctuation occurs in one of the two orthogonal transformers, the cross current flows from the higher to the lower output voltage. Then, the quadrature converter on the high side of the output voltage generates delayed reactive power in which the load current is delayed with respect to the voltage, and the quadrature converter on the low side of the output voltage has the load current to the voltage It becomes an advanced wave and reactive power is generated.
したがって、制御回路10では、電力演算部16で算出された無効電力Qに対して、遅れ無効電力の発生量が大きいほど電圧振幅補正部17bで設定される電圧振幅補正量を小さくし、進み無効電力の発生量が大きいほど電圧振幅補正量を大きくする制御を行う。
Therefore, in the
図6は無効電力と電圧振幅補正量との関係を示す図である。横軸は無効電力Qであり(正極が遅れ無効電力、負極が進み無効電力)、縦軸は電圧振幅補正量である。
無効電力Qが遅れ無効電力の場合、電圧振幅補正部17bで設定される電圧振幅補正量は負となり、遅れ無効電力の発生量が大きいほど電圧振幅補正量は小さく設定される。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between reactive power and voltage amplitude correction amount. The horizontal axis is reactive power Q (positive electrode is delayed reactive power, negative electrode is leading, and reactive power), and the vertical axis is voltage amplitude correction amount.
When the reactive power Q is the delayed reactive power, the voltage amplitude correction amount set by the voltage
また、無効電力Qが進み無効電力の場合、電圧振幅補正部17bで設定される電圧振幅補正量は正となり、進み無効電力の発生量が大きいほど電圧振幅補正量は大きく設定される。
When the reactive power Q is leading reactive power, the voltage amplitude correction amount set by the voltage
このように、電圧振幅補正部17bでは、図6に示すような関係にもとづき、無効電力Qに応じて電圧振幅補正量を設定する。また、図4に示したように、加算器12aによって、無効電力Qに応じて設定された電圧振幅補正量と、基準振幅指令信号とが加算され、その加算結果にもとづく信号が平均AVR15aに入力される。
As described above, the voltage
このような処理が行われることで、出力電力の無効成分(遅れ無効電力)が相対的に高い側の直交変換器が電圧振幅指令を下げる方向に作用し、出力電力の無効成分が相対的に低い側の直交変換器が電圧振幅指令を上げる方向に作用することになる。 By performing such processing, the orthogonal transformer on the side where the reactive component of the output power (delay reactive power) is relatively high acts to lower the voltage amplitude command, and the reactive component of the output power is relatively The low side orthogonal transformer will act to raise the voltage amplitude command.
例えば、直交変換器が2台並列で運転している場合、出力電圧の大きい側の直交変換器は、出力電圧が減少する方向に制御され、出力電圧の小さい側の直交変換器は、出力電圧が増加する方向に制御される。 For example, when two orthogonal transformers are operated in parallel, the orthogonal transformer on the side with a large output voltage is controlled in the direction in which the output voltage decreases, and the orthogonal transformer on the side with a small output voltage is the output voltage Is controlled in the increasing direction.
よって、各直交変換器の出力電圧が一致する方向に制御されるので、並列接続された直交変換器間で出力電流が均等化され、横流が抑制されることになる。
次に電圧振幅制限回路10bの構成および動作について説明する。図7は電圧振幅制限回路の構成例を示す図である。電圧振幅制限回路10bでは、横流の残留成分がある場合でも装置定格までは安定した並列運転を可能にする回路である。
Therefore, since the output voltages of the orthogonal transformers are controlled in the same direction, the output current is equalized between the orthogonal transformers connected in parallel, and the cross current is suppressed.
Next, the configuration and operation of the voltage
電圧振幅制限回路10bは、出力電流振幅演算部2a、出力電流制限設定部2b、減算器2c、電圧振幅制限演算部2dおよび力率判定部2eを備える。出力電流振幅演算部2aは、入力された検出電流Ioutにもとづいて出力電流振幅値を算出する。出力電流制限設定部2bは、出力電流制限設定値(直交変換器の出力電流の電流制限レベル)を出力する。
The voltage
減算器2cは、出力電流振幅値と出力電流制限設定値との差分を算出して、電流偏差を出力する。電圧振幅制限演算部2dは、出力電流振幅値が電流制限レベル(装置定格値)を超過した場合において、力率判定部2eの判定結果にもとづき、電流偏差をゼロにするような振幅設定補正量を求める。
The
力率判定部2eは、図4に示した電力演算部16で算出された無効電力Qがゼロ以上か否かを判定する。判定結果がゼロ以上の場合、すなわち、無効電力Q=0(力率が1)または無効電力Qが正極性(無効電力が遅相)の場合、電圧振幅制限演算部2dは、出力電流振幅値が電流制限レベル(装置定格値)を超過した場合に、電流偏差をゼロにする振幅制限補正量を出力する。また、判定結果がゼロ未満(無効電力が進相)の場合、電圧振幅制限演算部2dは、ゼロを出力する。
The power
これにより、出力電力が遅れ力率となっている直交変換器のみ出力電圧を低下することになる。装置間の横流成分の内、無効成分は各直交変換器の電圧振幅差によって発生し、出力電圧が高い装置から出力電圧の低い装置に向って遅れの無効電流成分が流出する。 As a result, only the orthogonal transformer whose output power has a delayed power factor lowers the output voltage. Of the crossflow components between the devices, the reactive component is generated by the voltage amplitude difference of each orthogonal converter, and the reactive current component of the delay flows out from the device with a high output voltage toward the device with a low output voltage.
逆に、出力電圧の低い装置側から見ると進みの無効電流成分が出力されることになる。したがって、電圧振幅の低い進みの無効電力を出力する直交変換器の出力電圧振幅の低減を停止することにより振幅偏差は低減されることになる。 Conversely, when viewed from the side of the device with a low output voltage, the reactive current component of the lead is output. Therefore, the amplitude deviation is reduced by stopping the reduction of the output voltage amplitude of the orthogonal transformer which outputs the reactive power of the low lead of the voltage amplitude.
なお、本発明では、図4に示した平均電圧補正部30を有して横流抑制制御を行うので、電圧振幅制限回路10bは構成回路としてなくてもよい。また、電圧振幅制限回路10bが存在しても、横流残留があった場合には装置定格値まで並列運転可能となるから、システムの安定性としては良い方向に働くことになる。
In the present invention, since the cross current suppression control is performed by including the average
次に平均電圧補正部30について説明する。まず、平均電圧補正部30が演算を実行する前段階のシステム動作について図8、図9を用いて説明する。図8は直交変換器と母線との結線状態を示す図である。なお、電力変換装置の内部構成については、説明に要する構成要素のみ図示している。
Next, the average
1台目の電力変換装置1a−1は、コンタクタSW1がオンしており、電力変換装置1a−1内の直交変換器20−1と母線2が接続して、直交変換器20−1から負荷Mに給電している状態になっている。
In the first
また、2台目の電力変換装置1a−2は、コンタクタSWがオフしており、電力変換装置1a−2内の直交変換器20と母線2が非接続になって、直交変換器20が併入する前の状態になっている。
Further, in the second
図9は直交変換器が起動してから負荷に給電するまでの動作を示すフローチャートである。図8に示した電力変換装置1a−2の動作フローを示している。
〔S1〕電力変換装置1a−2内の直交変換器20がオン(起動)する。
FIG. 9 is a flow chart showing the operation from the start of the orthogonal transformer to the feeding of the load. Fig. 9 shows an operation flow of the
[S1] The
〔S2〕電力変換装置1a−2は、母線電圧同期制御を行う。ここで、母線電圧同期制御について説明する。コンタクタSWがオフの状態において、電圧検出器PT1によって直交変換器20の出力電圧が検出され(検出電圧Vout1)、電圧検出器PT2によって母線2を流れる電圧(負荷の給電電圧)が検出される(検出電圧Vout2)。そして、検出電圧Vout1、Vout2は、制御回路10に入力される。
[S2] The
制御回路10は、直交変換器20から現在出力されている電圧の振幅が、負荷Mの給電電圧の振幅として所定振幅になっているか否かについては、検出電圧Vout1によって判断する。そして、検出電圧Vout1にもとづき、負荷Mの給電電圧の振幅を所定の振幅にするための補正制御を行う。
The
一方、制御回路10は、直交変換器20から現在出力されている電圧の位相が、負荷の給電電圧の位相として所定位相になっているか否かについては、検出電圧Vout1、Vout2によって判断する。
On the other hand, the
そして、検出電圧Vout1の位相が検出電圧Vout2の位相に一致するように直交変換器20−1の電圧補正を行う。このように、直交変換器20からの出力電圧の位相を、母線2を流れる負荷給電電圧の位相に一致させる制御が母線電圧同期制御である。
Then, voltage correction of the orthogonal transformer 20-1 is performed so that the phase of the detection voltage Vout1 matches the phase of the detection voltage Vout2. As described above, control for matching the phase of the output voltage from the
〔S3〕制御回路10は、母線電圧同期が取れたか否かを判断する。母線電圧同期が取れた場合(負荷給電電圧の位相と、直交変換器20の出力電圧の位相とが一致した場合)は、ステップS4へ進み、母線電圧同期が取れない場合はステップS3の判断を繰り返す。
[S3] The
〔S4〕制御回路10は、コンタクタSWをオンする。
〔S5〕平均電圧補正部30が駆動して補正演算を実行する。
〔S6〕補正演算が終了した場合はステップS7へ行き、補正演算が未終了の場合はステップS6の判断を繰り返す。
[S4] The
[S5] The average
[S6] If the correction calculation is completed, the process proceeds to step S7. If the correction calculation is not completed, the determination of step S6 is repeated.
〔S7〕電力変換装置1a−2内の直交変換器20からの負荷給電が有効となり、電力変換装置1a−1、1a−2による並列運転が行われる。
次に平均電圧補正部30の構成および動作について説明する。図10は平均電圧補正部の構成例を示す図である。平均電圧補正部30は、演算回路30aと更新制御回路30bを備える。
[S7] Load feeding from the
Next, the configuration and operation of the average
演算回路30aは、平均電圧補正率を算出する回路である。また、更新制御回路30bは、演算回路30aの演算実行中には、平均電圧補正率を更新し、演算終了時には、平均電圧補正率をホールドするための回路である。 The arithmetic circuit 30a is a circuit that calculates an average voltage correction rate. The update control circuit 30b is a circuit for updating the average voltage correction rate during execution of the operation of the operation circuit 30a, and holding the average voltage correction rate at the end of the operation.
演算回路30aは、無効電力指令設定部31、減算器32、補正量生成部33、基本補正係数設定部34および加算器35を含む。更新制御回路30bは、ホールド設定部36、クロック源37、ホールド回路38およびスイッチsw1(第1スイッチ)、スイッチsw2(第2スイッチ)を含む。
Arithmetic circuit 30 a includes reactive power
演算回路30aにおいて、無効電力指令設定部31は、無効電力指令設定値を出力する。なお、並列運転の安定化制御では、無効電力はゼロが望ましいので、無効電力指令設定値はゼロバール(0(var))に設定される。
In the arithmetic circuit 30a, the reactive power
減算器32は、無効電力指令設定値(無効電力ゼロ指令)と、図4に示した電力演算部16で算出された無効電力Qとの偏差を求めて出力する。補正量生成部33は、偏差をゼロにするための補正量を生成する。
The
基本補正係数設定部34は、基本補正係数として1を出力する。加算器35は、基本補正係数の1と、補正量生成部33から出力された補正量とを加算することで、平均電圧補正率を生成して出力する。
The basic correction
なお、補正量生成部33から出力される補正量がゼロであれば、加算器35の出力は基本補正係数の1となる。したがって、図4に示す乗算器18aには、平均電圧に“1”を乗算することになるので、平均AVR15aには、平均電圧補正量として、平均電圧演算部14の出力値(平均電圧)が入力されることになる。
If the correction amount output from the correction
更新制御回路30bにおいて、ホールド設定部36は、所定レベル信号としてゼロ(Lレベル)を出力する。クロック源37は、クロックを出力する。ホールド回路38は、データ入力端子とクロック入力端子とを有し、加算器35の出力端子がデータ入力端子に接続する。なお、ホールド回路38は、例えば、D型フリップフロップが使用される。
In the update control circuit 30b, the
スイッチsw1は、スイッチング指示にもとづいて、2入力から1出力を選択するスイッチである。スイッチsw1は、スイッチ入力端子T1、F1およびスイッチ出力端子sout1を有する。 The switch sw1 is a switch that selects one output from two inputs based on a switching instruction. The switch sw1 has switch input terminals T1 and F1 and a switch output terminal sout1.
スイッチ入力端子T1は、クロック源37の出力端子に接続し、スイッチ入力端子F1は、ホールド設定部36の出力端子に接続している。また、スイッチsw1の出力端子sout1は、ホールド回路38のクロック入力端子に接続している。
The switch input terminal T1 is connected to the output terminal of the
スイッチsw2は、スイッチング指示にもとづいて、2入力から1出力を選択するスイッチである。スイッチsw2は、スイッチ入力端子T2、F2およびスイッチ出力端子sout2を有する。 The switch sw2 is a switch that selects one output from two inputs based on a switching instruction. The switch sw2 has switch input terminals T2 and F2 and a switch output terminal sout2.
スイッチ入力端子T2は、加算器35の出力端子に接続し、スイッチ入力端子F2は、ホールド回路38の出力端子に接続している。また、スイッチsw2の出力端子sout2は、図4に示す乗算器18aの一方の入力端子に接続している。なお、スイッチsw1、sw2をスイッチングさせるためのスイッチング指示は、例えば、制御回路10内のプロセッサなどから出力される。
The switch input terminal T2 is connected to the output terminal of the
スイッチsw1、sw2のスイッチング動作において、図8に示すコンタクタSWがオンした後に、演算回路30aでの平均電圧補正率の演算実行中(図9のステップS5)では、スイッチsw1はスイッチ入力端子T1に接続し、スイッチsw2はスイッチ入力端子T2に接続する。 In the switching operation of the switches sw1 and sw2, after the contactor SW shown in FIG. 8 is turned on, the switch sw1 is switched to the switch input terminal T1 during calculation execution of the average voltage correction factor in the arithmetic circuit 30a (step S5 in FIG. 9). The switch sw2 is connected to the switch input terminal T2.
この場合、スイッチsw1は、クロック源37の出力端子とホールド回路38のクロック入力端子とを接続して、クロックをホールド回路38に入力し、ホールド回路38のデータ入力端子から入力される平均電圧補正率をクロックで更新させる。
In this case, the switch sw1 connects the output terminal of the
また、スイッチsw2は、加算器35の出力端子を、図4の乗算器18aの一方の入力端子に接続して、加算器35から出力される平均電圧補正率を乗算器18aに入力させる。
Further, the switch sw2 connects the output terminal of the
一方、演算回路30aの演算終了時(図9のステップS7に該当し、具体的には演算開始から一定時間経過した場合)には、スイッチsw1は、スイッチ入力端子F1に接続し、スイッチsw2はスイッチ入力端子F2に接続する。 On the other hand, at the end of the operation of the arithmetic circuit 30a (corresponding to step S7 in FIG. 9, specifically, when a predetermined time has elapsed from the start of the operation), the switch sw1 is connected to the switch input terminal F1 and the switch sw2 is Connect to switch input terminal F2.
この場合、スイッチsw1は、クロック源37の出力端子と非接続になって、クロック入力端子にはホールド設定部36からゼロ(Lレベル)が入力し、ホールド回路38で更新された平均電圧補正率をホールドさせる。
In this case, the switch sw1 is not connected to the output terminal of the
また、スイッチsw2は、ホールド回路38の出力端子を、図4に示す乗算器18a一方の入力端子に接続して、ホールド回路38でホールドされた平均電圧補正率を乗算器18aに入力させる。
Further, the switch sw2 connects the output terminal of the
このような平均電圧補正部30の構成により、直交変換器20からの出力電流の無効成分が低減するように制御されるので、出力電流が均等化し、横流の発生を抑制して並列運転の安定化を図ることが可能になる。
With such a configuration of the average
ここで、図3に示した電圧振幅制限回路10bでは、上述したように、検出電流Ioutが制限電流(装置定格値に相当)を超えた場合に、力率判定部2eによる判定条件付きで電圧振幅を低下させる指令を出力する構成としている。このため、横流残留が残っていても(出力電流が不均等であっても)装置定格値まで運転可能となる。
Here, in the voltage
これに対し、本発明では、さらに平均電圧補正部30を備えている。平均電圧補正部30内の演算回路30aでは、直交変換器の出力電力の無効電力を低減化するための平均電圧の補正率を平均電圧に乗算して平均電圧補正量を求め、平均電圧補正量にもとづいて、直交変換器の出力電圧の振幅を一定化する。これにより、横流の発生を確実に抑制することができるので、横流残留も低減化することになり、安定した並列運転を行うことが可能になる。
On the other hand, in the present invention, the average
また、平均電圧補正部30では、さらに更新制御回路30bを有している。更新制御回路30bによって、横流を抑制するための平均電圧補正率が負荷給電中においてホールドされて使用されるので、出力電流均等化の精度が高まり、信頼度の高い並列運転が可能になる。
Further, the average
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。 As mentioned above, although embodiment was illustrated, the structure of each part shown by embodiment can be substituted to the other thing which has the same function. Also, any other components or steps may be added.
1 電力変換システム
1−1〜1−n 電力変換装置
10 制御回路
20 直交変換器
3a 直流電源
40 フィルタ
PT1、PT2 電圧検出器
SW コンタクタ
CT 電流検出器
M 負荷
1a 平均電圧演算部
1b 平均電圧補正部
1c 乗算器
1d 電圧一定化制御部
2 母線
Vout1、Vout2 検出電圧
Iout 検出電流
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記直交変換器の出力電圧を検出して検出電圧を出力する電圧検出回路と、
前記検出電圧を平均化して平均電圧を求める平均電圧演算部、前記直交変換器の出力電力の無効電力を低減化するための前記平均電圧の補正率を求める平均電圧補正部、前記平均電圧に前記補正率を乗算して平均電圧補正量を求める乗算器、および前記平均電圧補正量にもとづいて、前記出力電圧の振幅を一定化する電圧一定化制御部を含む制御回路と、
を有することを特徴とする電力変換装置。 An orthogonal converter that converts direct current into alternating current;
A voltage detection circuit that detects an output voltage of the orthogonal converter and outputs the detected voltage;
An average voltage computing unit for averaging the detected voltages to obtain an average voltage; an average voltage correction unit for obtaining a correction factor of the average voltage for reducing reactive power of the output power of the orthogonal converter; A control circuit including a multiplier for obtaining an average voltage correction amount by multiplying a correction factor, and a voltage fixing control unit for fixing the amplitude of the output voltage based on the average voltage correction amount;
A power converter characterized by having.
前記無効電力と、前記無効電力を低減するための無効電力低減指令との偏差を求める減算器と、前記偏差を低減するための補正量を生成する補正量生成部と、前記補正量に補正係数を加算して前記平均電圧の前記補正率を求める加算器とを含む演算回路と、
前記演算回路の演算実行中には、前記補正率を更新し、演算終了時には、前記補正率をホールドする更新制御回路と、
を有することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 The average voltage correction unit
A subtractor for obtaining a deviation between the reactive power and a reactive power reduction command for reducing the reactive power, a correction amount generation unit for generating a correction amount for reducing the deviation, and a correction coefficient for the correction amount An arithmetic circuit including an adder for adding the above to calculate the correction factor of the average voltage;
An update control circuit which updates the correction factor during execution of the arithmetic circuit and holds the correction factor at the end of the operation;
The power converter according to claim 1, characterized in that:
前記演算回路の演算実行中には、
前記第1スイッチは、前記クロック源の出力端子と前記クロック入力端子とを接続して前記クロックを前記ホールド回路に入力し、前記ホールド回路の前記データ入力端子から入力される前記補正率を前記クロックで更新させ、前記第2スイッチは、前記加算器の出力端子を前記乗算器の一方の入力端子に接続して、前記加算器から出力される前記補正率を前記乗算器に入力させ、
前記演算回路の演算終了時には、
前記第1スイッチは、前記クロック源の出力端子と非接続になって、前記クロック入力端子に所定レベル信号を入力し、前記ホールド回路で更新された前記補正率をホールドさせ、前記第2スイッチは、前記ホールド回路の出力端子を前記乗算器の一方の入力端子に接続して、前記ホールド回路でホールドされた前記補正率を前記乗算器に入力させる、
ことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 The update control circuit includes a first switch, a second switch, a clock source for generating a clock, and a hold circuit having a data input terminal and a clock input terminal, the output terminal of the adder being connected to the data input terminal At least including
During execution of the operation of the arithmetic circuit,
The first switch connects the output terminal of the clock source and the clock input terminal to input the clock to the hold circuit, and the correction factor input from the data input terminal of the hold circuit is the clock The second switch connects the output terminal of the adder to one input terminal of the multiplier and causes the multiplier to input the correction factor output from the adder.
At the end of the operation of the arithmetic circuit,
The first switch is not connected to the output terminal of the clock source, inputs a predetermined level signal to the clock input terminal, holds the correction factor updated by the hold circuit, and the second switch The output terminal of the hold circuit is connected to one input terminal of the multiplier, and the correction factor held by the hold circuit is input to the multiplier.
The power converter according to claim 2, characterized in that.
前記出力電力の力率または前記出力電力の無効電力が進相か遅相かを判定する判定部と、をさらに備え、
前記電圧振幅制限演算部は、前記出力電流が前記電流制限レベルを超過し、かつ前記出力電力の力率が1または前記出力電力が遅相電力である場合には、前記電流偏差に応じて前記出力電圧の振幅を低下させるような前記振幅制限補正量を出力する、
ことを特徴とする請求項1記載に電力変換装置。 Voltage amplitude limitation that outputs an amplitude limitation correction amount for performing amplitude limitation of the output voltage according to the current deviation by obtaining a current limitation level of the output current of the orthogonal converter and the current deviation Operation unit,
A determination unit that determines whether the power factor of the output power or the reactive power of the output power is an advanced phase or a delayed phase;
When the output current exceeds the current limit level, and the power factor of the output power is 1 or the output power is lagging power, the voltage amplitude limit calculating unit is responsive to the current deviation. Outputting the amplitude limiting correction amount that reduces the amplitude of the output voltage;
The power converter according to claim 1, characterized in that:
直流を交流に変換する直交変換器と、前記直交変換器の出力電圧を検出して検出電圧を出力する電圧検出回路と、前記検出電圧を平均化して平均電圧を求める平均電圧演算部、前記直交変換器の出力電力の無効電力を低減化するための前記平均電圧の補正率を求める平均電圧補正部、前記平均電圧に前記補正率を乗算して平均電圧補正量を求める乗算器、および前記平均電圧補正量にもとづいて、前記出力電圧の振幅を一定化する電圧一定化制御部を含む制御回路とを備え、前記直交変換器の出力側が前記母線に並列接続して前記負荷に給電する複数の電力変換装置と、
を有することを特徴とする電力変換システム。 With a load connected to the busbar,
An orthogonal voltage converter for converting direct current to alternating current, a voltage detecting circuit for detecting an output voltage of the orthogonal voltage converter and outputting a detected voltage, an average voltage calculating unit for averaging the detected voltages to obtain an average voltage, the orthogonal An average voltage correction unit for obtaining a correction factor of the average voltage for reducing reactive power of output power of the converter; a multiplier for multiplying the average voltage by the correction factor to obtain an average voltage correction amount; and the average And a control circuit including a voltage stabilization control unit that stabilizes the amplitude of the output voltage based on a voltage correction amount, and a plurality of output sides of the orthogonal transformer are connected in parallel to the bus to supply power to the load. A power converter,
A power conversion system characterized by having.
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