JP2018196190A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電力変換装置に関する The present invention relates to a power converter.
系統電圧の電圧変動を検出し過電流を防止することが可能な電力変換装置が知られている。このような電力変換装置の一例として、特許文献1が挙げられる。
2. Description of the Related Art There is known a power conversion device that can detect a voltage fluctuation of a system voltage and prevent an overcurrent.
系統電圧変動時にインバータACRの電圧フィードフォワードに用いる連系点電圧の検出値を通常よりも時定数の短いLPFを選択することによって制御応答性を向上させることができるが、あらゆる系統事故に対してゲート停止させずに運転を継続させるようなより高い要求に対しては、更なる制御応答性が要求される。系統事故点が連系トランス一次側で発生した場合、二次側電圧(電力変換装置の出力電圧)の追従遅れが発生するため、応答性を更に向上させ過電流をできるかぎり小さく抑制する必要がある。 Control responsiveness can be improved by selecting an LPF with a shorter time constant than usual for the detection value of the connection point voltage used for voltage feedforward of the inverter ACR when the system voltage fluctuates. For higher requirements such as continuing operation without stopping the gate, further control responsiveness is required. When a system fault occurs on the primary side of the interconnection transformer, a follow-up delay of the secondary side voltage (output voltage of the power converter) occurs, so it is necessary to further improve the response and suppress the overcurrent as much as possible. is there.
系統にLCフィルタを介して接続されるインバータと、インバータを制御するインバータ制御部と、を有し、インバータ制御部が行う制御には、演算周期内に複数回サンプリングをしたインバータ出力電流とインバータ連系点の連系点電圧に基づき、系統事故時の電圧偏差である過渡変動電流抑制用電圧推定値を推定し、インバータに流れる電流を制御する信号に、過渡変動電流抑制用電圧推定値をフィードフォワードとして加算して電圧指令を作成し、電圧指令をインバータのPWM用電圧指令として用いる制御がある電力変換器を提供する。 An inverter connected to the system via an LC filter and an inverter control unit for controlling the inverter. The control performed by the inverter control unit includes an inverter output current sampled a plurality of times within the calculation cycle and an inverter connection. Based on the interconnection voltage of the system point, the estimated voltage value for suppressing the transient fluctuation current, which is the voltage deviation at the time of the system fault, is estimated, and the estimated voltage value for suppressing the transient fluctuation current is fed to the signal that controls the current flowing through the inverter. Provided is a power converter having a control in which a voltage command is created by adding as a forward and the voltage command is used as a PWM voltage command for an inverter.
系統電圧の急変に対し、高速に出力電圧が応答でき、発生する過電流値を小さく抑える電力変換装置を提供することができる。 It is possible to provide a power conversion device that can respond to an output voltage at a high speed in response to a sudden change in system voltage and suppress the generated overcurrent value to be small.
以下本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。なお、本文中、[]で囲まれた記号はベクトル量を、[]で囲まれていない記号はスカラー量を表し、図中では記号の上に矢印を付すことでベクトル量を表す。また、||は、これにより囲まれたベクトル量の絶対値を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the text, symbols enclosed in [] represent vector quantities, symbols not enclosed in [] represent scalar quantities, and in the drawing, vector quantities are represented by adding arrows on the symbols. Moreover, || indicates the absolute value of the vector quantity enclosed thereby.
図1は本実施例の電力変換装置2の概略を示したものである。この図において、自然エネルギーによって生じる直流電圧を入力1とし、一点長鎖線の大枠内として示される電力変換装置2の出力16が連系トランス17を介して系統18に接続されている。なお、自然エネルギーは、例えば太陽光発電、風力発電等が考えられる。
FIG. 1 shows an outline of a
自然エネルギーをエネルギー源とした直流電圧の入力1は、連系インバータ6の入力回路5に入力される。連系インバータ6の交流出力回路11は高調波低減を目的としたLCフィルタ14を介して連系トランス17の二次側回路16に接続されている。
A
次にインバータ制御部21について説明する。連系インバータ6を制御するインバータ制御部21は電流制御器であるACR3を備える。ACR3は、電力変換装置2の直流電圧指令であるVdcrefと直流電圧検出値Vdcを入力とした直流電圧制御器DC−AVR4の出力である電流指令Irefと、連系点電流検出値[I]および位相検出部19で演算された位相信号[V2ph]を入力する。位相検出部19は、連系点電圧検出値[V2]を入力とし、位相検出部19により計算した連系点電圧[V2]の位相信号[V2ph]を電流調整器(ACR3)に出力し、電流調整器(ACR3)は[V2ph]を入力とし、交流電圧指令値[Vref]を出力するベクトル制御を行う。
Next, the inverter control unit 21 will be described. The inverter control unit 21 that controls the
次にACR3の交流電圧指令[Vref]に加算する電圧フィードフォワード[VFF]について説明する。電圧フィードフォワード[VFF]は、連系点電圧検出値[V2]から計算される。 Next, voltage feed forward [V FF ] to be added to the AC voltage command [V ref ] of ACR 3 will be described. The voltage feed forward [V FF ] is calculated from the connection point voltage detection value [V 2 ].
連系点電圧検出値[V2]からローパスフィルタ(LPF)13によって高調波を除去したローパスフィルタ通過値[VLPF]をスイッチ10の入力端子9に接続する。また、連系点電圧検出値[V2]と連系点電流検出値[I]を入力とした過渡変動電流抑制用電圧推定演算部12の出力信号[Vest]をスイッチ10の入力端子8に接続する。電圧フィードフォワード[VFF]は、スイッチ10により選択した信号である[VLPF]または[Vest]を用いる。上述のインバータ制御部21は、インバータのパルス周期の1/2で演算を実行する。スイッチ10によって、電圧フィードフォワードにローパスフィルタ通過値[VLPF]が選択されている場合は。従来のインバータ制御と同等である。
A low-pass filter pass value [V LPF ] obtained by removing harmonics from the connection point voltage detection value [V 2 ] by the low-pass filter (LPF) 13 is connected to the input terminal 9 of the switch 10. In addition, the output signal [V est ] of the transient fluctuation current suppression voltage
次に過渡変動電流抑制用電圧推定演算部12について説明する。過渡変動電流抑制用電圧推定演算部12は、電流センサ15により検出される演算周期内にN回(N≧2)サンプリングで得た連系点電流[I]と連系点電圧[V2]を入力とし電流過渡変動による連系トランス17の一次二次間にかかる電圧変化推定値Δ[V12]を検出電圧[V2]から引いた過渡変動電流抑制用電圧推定値[Vest]をスイッチ10の端子8に出力する機能を持つ。ここで本実施例における演算周期とは、PCSの出力波形制御演算の演算周期に相当する時間とする。
Next, the transient fluctuation current suppression voltage
ここで過渡変動電流抑制用電圧推定値[Vest]の演算方法について数1〜数3を用いて説明し、その演算処理フローについて図2を用いて説明する。
Here, the calculation method of the transient fluctuation current suppression voltage estimated value [V est ] will be described using
数1から数3は、過渡変動電流抑制用電圧推定値[Vest]を求める計算式であり、連系点電圧[V2]と電流過渡変動による連系トランス17のインピーダンスと事故点までの系統インピーダンスにかかる電圧変化推定値Δ[V12]との差から求める。
Equations (1) to (3) are calculation formulas for determining the transient fluctuation current suppression voltage estimated value [V est ], and the impedance of the
電圧変化推定値Δ[V12]は、連系トランス17の一次側の電力系統の瞬低時に発生する連系トランスインピーダンスと事故点までの系統インピーダンスに流れる電流による電圧降下であり、事故点の電圧とトランス二次側電圧(連系点電圧[V2](インバータ出力電圧))との偏差電圧に相当する。この偏差電圧が原因で交流過電流が発生するため、これを補償するために数1に示すように連系点電圧[V2](インバータ出力電圧)から偏差電圧である電圧変化推定値Δ[V12]を除いて過渡変動電流抑制用電圧推定値[Vest]を計算し、電圧フィードフォワード[VFF]として使用する。推定演算部12は、インバータ制御の演算周期の1/Nの周期で動作させる。
The voltage change estimated value Δ [V 12 ] is a voltage drop caused by the current flowing through the grid impedance and the system impedance up to the fault point when the power transformer on the primary side of the
系統電圧急変時の事故点までの電圧降下分である電圧変化推定値Δ[V12]は、数2によって計算する。数2中の抵抗R成分とインダクタンスL成分は、インバータから無限大母線電圧までのRとLに対応する。インバータの電圧検出点から無限大母線電圧までの線路インピーダンス[Z]=R+jωLは、連系トランス17のインピーダンス([ZTr]=RTr+jωLTr)と、連系トランス17の一次側端子から無限大母線までの系統インピーダンス推定値[Zg] (=Rg+jωLg)の和である全インピーダンス[Z]=RTr+Rg+jω(LTr+Lg)に相当する。実際に系統インピーダンス[Zg]を求めることは困難であるので、短絡容量からの推定値を用いる。ここでR成分はL成分に比べて十分小さいので無視し、数2の右辺を求める。微分項di/dtは、演算周期Tsにおける連系点電流の時間変化Δ[IN-1]の平均値Δ[Iave]とサンプリング周期Δt (=Ts/N)から求める。ここで、Δ[Iave]は数3に示すように、連系点電流を演算周期Ts内にN回(N≧2)サンプリングを行う前提のもと、サンプリング毎に前回サンプリングでの検出値と今回サンプリングでの検出値の差分を算出することで連系点電流の時間変化量Δ[Im-1]/(Ts/N) (=([Im]-[Im-1])/(Ts/N))を算出し、その総和をNで除して算出したものである。なお、連系点電流の時間変化量の平均値Δ[Iave]を算出することにより、連系点電流検出値に混入する瞬間的なノイズに対する影響を抑えることができる。
A voltage change estimated value Δ [V 12 ], which is a voltage drop up to the point of the accident at the time of a system voltage sudden change, is calculated by
図2は、過渡変動電流抑制用電圧推定演算部のフロー図である。サンプリング1回目の連系点電流[I1]とサンプリング0回目(前回の演算周期内にサンプリングした最後の値)の連系点電流[I0]を入力とし、連系点電流の時間変化量Δ[I1] (=[I1]-[I0])を算出(処理1)し、次にサンプリング2回目の連系点電流[I2]とサンプリング1回目の連系点電流[I1]を入力とし、連系点電流の時間変化量Δ[I2] (=[I2]-[I1])を算出(処理2)する。これをサンプリングN回目(N≧2)まで繰り返し、各電流変化量をΔ[I1]からΔ[IN]まで求める。これら電流変化量を用いて電流変化量の平均値Δ[Iave]を算出する(処理N)。次に電流変化量の平均値Δ[Iave]と全インピーダンス推定値[Z]を用いて、系統電圧低下時の連系トランス17および系統インピーダンスによる電圧変化推定値Δ[V12]を計算する。これと連系点電圧[V2]の値の差から過渡変動電流抑制用電圧推定値[Vest]を算出する(処理N+2)。以上が過渡変動電流抑制用電圧推定演算部の演算フローである。
FIG. 2 is a flowchart of the voltage estimation calculation unit for suppressing transient fluctuation current. Input the connection point current [I 1 ] of the first sampling and the connection point current [I 0 ] of the 0th sampling (the last value sampled in the previous calculation cycle) as input, and the amount of time change of the connection point current Δ [I 1 ] (= [I 1 ] − [I 0 ]) is calculated (process 1), and then the second connection point current [I 2 ] and the first sampling point current [I 1 ] is input, and the time change Δ [I 2 ] (= [I 2 ] − [I 1 ]) of the interconnection point current is calculated (processing 2). This is repeated until the Nth sampling (N ≧ 2), and each current change amount is obtained from Δ [I 1 ] to Δ [I N ]. The average value Δ [I ave ] of the current change amount is calculated using these current change amounts (processing N). Next, using the average value Δ [I ave ] of the current change amount and the total impedance estimated value [Z], the voltage change estimated value Δ [V 12 ] due to the
次に連系点電圧変動検出部7は、スイッチ10の出力を選択する指令SWREFを説明する。図3は連系点電圧変動検出部7の処理フローを示す。変動検出部7は連系点電圧[V2]を入力とし、連系点電圧の振幅|[V2]|を計算する(処理1)。この振幅演算は、数4を用いて連系点電圧[V2]のUVW相をαβ変換し、そのαβ変換後の電圧[Vα]と[Vβ]から数5を用いて振幅を算出する。|[V2]|が所定値|[V0]|よりも小さい場合(処理2)にスイッチ端子8を選択(処理3)し、大きい場合にはスイッチ端子9を選択(処理4)する指令SWREFをスイッチ10へ出力する。
Next, the interconnection point voltage
図4は本実施例が適用された電力変換装置と従来方式を用いている電力変換装置の系統電圧急変時の系統電圧および出力電流のシミュレーション波形である。これらの波形は本実施例、従来方式ともに系統電圧が100%の状態から時刻0秒において0%まで急変した波形であり、時刻0秒における従来方式の出力電流は150%まで跳ね上がっている。図4の従来波形は、電流150%を超えた際PCSの動作を停止しており、PCSが動作を続けた場合、6puまで上昇する。一方、本実施例は時刻0秒において出力電流が140%程度までの跳ね上がりに抑えられ、電流値を小さくでる。
FIG. 4 is a simulation waveform of the system voltage and output current when the system voltage suddenly changes in the power conversion apparatus to which the present embodiment is applied and the power conversion apparatus using the conventional method. These waveforms are waveforms in which the system voltage is suddenly changed from 100% to 0% at
系統電圧が急激に変動した場合において、インバータ電流制御のACR3の電圧フィードフォワード[VFF]をローパスフィルタ出力[VLPF]から過渡変動電流抑制用電圧推定値[Vest]に切り換えて、[Vest]を使用する事により系統電圧急変に対する追従が高速化され、過電流を防止し運転を継続することが可能となる。さらに、電流を複数回サンプリングして、前回値との差分をもとにΔ[Iave]を算出することにより、連系点電流の検出ノイズの影響を抑えることができる。これは、例えば連系点電流が一定のレートをもって変化している場合、0回目のサンプリング時点で瞬間的なノイズが連系点電流に混入して0回目と1回目の差分が大きくなったとしても、1回目と2回目の差分やそれ以降のN−1回目とN回目の差分を使って電流変化の平均値を計算しているので、電流変化検出値に混入するノイズの影響を小さくする抑えることが可能になる。 When the system voltage fluctuates rapidly, the voltage feed forward [V FF ] of ACR3 for inverter current control is switched from the low-pass filter output [V LPF ] to the transient estimated current suppression voltage estimated value [V est ]. By using est ], the follow-up to the system voltage sudden change is accelerated, and it becomes possible to prevent the overcurrent and continue the operation. Furthermore, by sampling the current a plurality of times and calculating Δ [I ave ] based on the difference from the previous value, it is possible to suppress the influence of the detection noise of the connection point current. This is because, for example, when the connection point current is changing at a constant rate, instantaneous noise is mixed into the connection point current at the sampling time of the 0th time, and the difference between the 0th time and the first time becomes large. In addition, since the average value of the current change is calculated using the difference between the first time and the second time and the difference between the (N-1) th time and the Nth time thereafter, the influence of noise mixed in the current change detection value is reduced. It becomes possible to suppress.
本実施例では、交流ベース(フェーザ)の式を用いて例を示したが、DQ変換後の直流ベースに変換した後の検出値を用いても同等の効果がある。 In this embodiment, an example is shown using an AC base (phasor) formula, but the same effect can be obtained by using a detection value after conversion to a DC base after DQ conversion.
1 電力変換装置の入力
2 電力変換装置
3 電流制御器(ACR)
4 直流電圧制御器(DC−AVR)
5 連系インバータ入力
6 連系インバータ
7 連系点電圧変動検出部
8 [Vest]選択用スイッチ端子
9 [VLPF]選択用スイッチ端子
10 スイッチ
11 連系インバータ出力
12 過渡変動電流抑制用電圧推定演算部
13 ローパスフィルタ
14 LCフィルタ
15 電流センサ
16 電力変換装置出力
17 連系トランス
18 系統
19 位相検出部
20 電力変換装置
21 インバータ制御
DESCRIPTION OF
4 DC voltage controller (DC-AVR)
5
Claims (4)
前記インバータを制御するインバータ制御部と、を有し、
前記インバータ制御部が行う制御には、
演算周期内に複数回サンプリングをしたインバータ出力電流とインバータ連系点の連系点電圧に基づき、系統事故時の電圧偏差である過渡変動電流抑制用電圧推定値を推定し、
前記インバータに流れる電流を制御する信号に、前記過渡変動電流抑制用電圧推定値をフィードフォワードとして加算して電圧指令を作成し、
前記電圧指令を前記インバータのPWM用電圧指令として用いる制御がある、
電力変換装置。 An inverter connected to the system via an LC filter;
An inverter control unit for controlling the inverter;
For the control performed by the inverter control unit,
Based on the inverter output current sampled multiple times within the calculation cycle and the connection point voltage of the inverter connection point, estimate the voltage estimation value for transient fluctuation current suppression which is the voltage deviation at the time of system fault,
A voltage command is created by adding the voltage estimation value for suppressing transient fluctuation current as a feed forward to a signal for controlling a current flowing through the inverter,
There is control using the voltage command as a PWM voltage command for the inverter,
Power conversion device.
前記スイッチへの一つの入力が前記過渡変動電流抑制用電圧推定値、もう一つの入力が前記インバータ連系点電圧のLPF通過値であり、
前記スイッチの出力をインバータ電流制御の出力に加算される電圧フィードフォワードとして用いる請求項1に記載の電力変換装置。 The inverter control unit includes a switch capable of switching two inputs according to the magnitude relationship between the inverter connection point voltage value and a predetermined value,
One input to the switch is the estimated voltage value for suppressing the transient current fluctuation, and the other input is the LPF passing value of the inverter connection point voltage,
The power converter according to claim 1, wherein the output of the switch is used as a voltage feedforward added to an output of inverter current control.
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