JP2019154219A - Control arrangement and control method - Google Patents

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Abstract

To prevent power swing when performing control simulating synchronous generator, for an inverter device converting DC power into AC power.SOLUTION: A control arrangement 1 controlling an inverter device 3 for converting DC power into AC power and outputting to a power system includes a generator simulation section 100 for simulating the frequency maintenance characteristics of the body of rotation in a prescribed synchronous generator on the basis of the AC voltage and the AC current in a power system 20, and calculating the phase of the AC voltage outputted from the inverter device 3, and a control signal generation part 110 generating a control signal for the inverter device 3 on the basis of the phase of the AC voltage calculated by the generator simulation section 100. The generator simulation section 100 includes an angular frequency adjustment section 102 generating information for adjusting the angular frequency used in calculation of the phase of the AC voltage, so that the phase difference of the phase of the AC voltage in the power system 20, and the phase of the AC voltage outputted from the generator simulation section 100 to the control signal generation part 110 falls within a predetermined range.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置を制御する制御装置及び制御方法に関する。   The present invention relates to a control device and a control method for controlling an inverter device that converts DC power into AC power.

電力系統に交流電力を出力する発電設備は、同期発電機のような交流電力を発電して出力する発電設備と、太陽光発電システム及び蓄電池システム等の直流電力を交流電力に変換して出力する発電設備とがある。特に、再生可能エネルギーの有効利用の観点から、近年、直流電力を交流電力に変換して出力する発電設備が増えつつある。   The power generation facility that outputs AC power to the power system is a power generation facility that generates and outputs AC power, such as a synchronous generator, and DC power such as a photovoltaic power generation system and a storage battery system is converted to AC power and output. There is a power generation facility. In particular, from the viewpoint of effective use of renewable energy, in recent years, power generation facilities that convert DC power into AC power and output it are increasing.

直流電力を交流電力に変換して出力する発電設備は、直流電力を出力する発電機又は蓄電池と、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置と、該インバータ装置を制御する制御装置とを含む。この種の発電設備におけるインバータ装置は、制御装置により系統電圧に高速に追従するよう制御される。ところが、発電設備におけるインバータ装置は、同期発電機とは異なり、主体的に周波数を維持する特性を持たない。このため、同期発電機の割合が低い電力系統では、周波数を維持する能力が低くなり、系統電力の安定性が低下する。   A power generation facility that converts DC power into AC power and outputs the power includes a generator or a storage battery that outputs DC power, an inverter device that converts DC power into AC power, and a control device that controls the inverter device. The inverter device in this type of power generation equipment is controlled by the control device so as to follow the system voltage at high speed. However, unlike the synchronous generator, the inverter device in the power generation facility does not have the characteristic of maintaining the frequency independently. For this reason, in an electric power system with a low ratio of synchronous generators, the ability to maintain the frequency is lowered, and the stability of the system power is lowered.

系統電力の安定性の低下を防ぐ技術の1つとして、制御装置が、同期発電機の持つ回転体による周波数維持特性を模擬してインバータ装置を制御する技術がある。この種の技術では、インバータ装置から出力される有効電力の計測値と、予め定めた有効電力の出力目標値との差分に基づいて同期発電機の角周波数を算出し、算出した角周波数の電圧をインバータ装置から出力する(例えば、非特許文献1を参照)。   As one of the techniques for preventing a reduction in the stability of the system power, there is a technique in which the control device controls the inverter device by simulating the frequency maintenance characteristic of the rotating body of the synchronous generator. In this type of technology, the angular frequency of the synchronous generator is calculated based on the difference between the measured value of the active power output from the inverter device and the predetermined output target value of the active power, and the voltage of the calculated angular frequency is calculated. Is output from the inverter device (see, for example, Non-Patent Document 1).

特許文献1には、インバータ装置から出力される有効電力の計測値と、予め定めた有効電力の出力目標値との差を慣性定数の時定数で積分し、該積分の結果を模擬する回転体の角周波数とすることが開示されている。また、特許文献1には、角周波数を積分して系統との目標位相差を算出し、該位相差となる電圧をインバータ装置から出力することが開示されている。   Patent Document 1 discloses a rotating body that integrates a difference between a measured value of active power output from an inverter device and a predetermined output target value of active power with a time constant of an inertia constant, and simulates the result of the integration. The angular frequency is disclosed. Further, Patent Document 1 discloses that an angular frequency is integrated to calculate a target phase difference from the system, and a voltage that becomes the phase difference is output from an inverter device.

特開2007−318833号公報JP 2007-318833 A

的場智之他、「分散型電源による同期化力インバータ装置の基礎検討」、平成24年電気学会全国大会講演論文集、平成24年3月、第6分冊、p.390-391Toshiyuki Matoba et al., “Basic Study on Synchronous Power Inverter Device with Distributed Power Source”, 2012 Annual Conference of the IEEJ National Conference, March 2012, 6th volume, p.390-391

しかしながら、インバータ装置から出力される有効電力の計測値と出力目標値との差分を積分して同期発電機を模擬する制御装置では、電力系統における周波数が短時間で急速に変化した場合に、周波数の変化に追従することができず、脱調(同期外れ)が起こる恐れがある。   However, in the control device that simulates the synchronous generator by integrating the difference between the measured value of the active power output from the inverter device and the output target value, the frequency in the power system changes rapidly in a short time. It is impossible to follow the change in the frequency, and there is a possibility that step-out (out of synchronization) may occur.

本発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置に対し同期発電機を模擬した制御を行う際の脱調を防止することを目的とする。   An object of the present invention is to prevent a step-out when performing control simulating a synchronous generator for an inverter device that converts DC power into AC power.

本発明の制御装置は、直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力するインバータ装置を制御する制御装置であって、前記電力系統における交流電圧及び交流電流に基づいて所定の同期発電機における回転体の周波数維持特性を模擬し、前記インバータ装置から出力する交流電圧の位相を算出する発電機模擬部と、前記発電機模擬部で算出した前記交流電圧の位相に基づいて前記インバータ装置に対する制御信号を生成する制御信号生成部とを含み、前記発電機模擬部は、前記電力系統における前記交流電圧の位相と、前記発電機模擬部から前記制御信号生成部に出力した前記交流電圧の位相との位相差が所定の範囲内となるよう、前記交流電圧の位相の算出に用いる角周波数を調整する情報を生成する角周波数調整部を含む。   The control device according to the present invention is a control device that controls an inverter device that converts DC power into AC power and outputs the AC power to the power system, in a predetermined synchronous generator based on the AC voltage and AC current in the power system. A generator simulation unit for simulating the frequency maintenance characteristics of the rotating body and calculating the phase of the AC voltage output from the inverter device, and the control for the inverter device based on the phase of the AC voltage calculated by the generator simulation unit A control signal generation unit that generates a signal, and the generator simulation unit includes: a phase of the AC voltage in the power system; and a phase of the AC voltage output from the generator simulation unit to the control signal generation unit. An angular frequency adjusting unit that generates information for adjusting the angular frequency used for the calculation of the phase of the AC voltage so that the phase difference is within a predetermined range.

また、本発明の制御方法は、直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力するインバータ装置の制御方法であって、前記インバータ装置を制御する制御装置が、前記電力系統における交流電圧及び交流電流に基づいて所定の同期発電機における回転体の周波数維持特性を模擬し、前記インバータ装置から出力する交流電圧の位相を算出し、算出した前記交流電圧の位相に基づいて前記インバータ装置に対する制御信号を生成する処理を含み、前記交流電圧の位相を算出する処理は、前記電力系統における前記交流電圧の位相と、算出した前記交流電圧の位相との位相差が所定の範囲内となるよう、前記交流電圧の位相の算出に用いる角周波数を調整する情報を生成する処理を含む。   The control method of the present invention is a control method of an inverter device that converts DC power into AC power and outputs the AC power to the power system, and the control device that controls the inverter device includes AC voltage and AC in the power system. Based on the current, the frequency maintenance characteristic of the rotating body in a predetermined synchronous generator is simulated, the phase of the AC voltage output from the inverter device is calculated, and the control signal for the inverter device is calculated based on the calculated phase of the AC voltage The process of calculating the phase of the AC voltage includes the process of generating the AC voltage in the power system so that the phase difference between the phase of the AC voltage and the calculated phase of the AC voltage is within a predetermined range. It includes processing for generating information for adjusting the angular frequency used to calculate the phase of the AC voltage.

本発明の制御装置及び制御方法によれば、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置に対し同期発電機を模擬した制御を行う際の脱調を防止することが可能となる。   According to the control device and the control method of the present invention, it is possible to prevent step-out when performing control simulating a synchronous generator for an inverter device that converts DC power into AC power.

第1の実施形態に係る制御装置の機能的構成を示す図である。It is a figure which shows the functional structure of the control apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る制御装置における発電機模擬部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the generator simulation part in the control apparatus which concerns on 1st Embodiment. 内部位相角δと第1の積分器の出力Δωとの関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between internal phase angle (delta) and output (DELTA) omega of a 1st integrator. 系統周波数の時間変化の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the time change of a system | strain frequency. 内部位相角に基づく角周波数の調整を行わない場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result when not adjusting the angular frequency based on an internal phase angle. 第1の実施形態に係る制御装置による制御を行った場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of performing control by the control apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る制御装置における発電機模擬部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the generator simulation part in the control apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る制御装置の機能的構成を示す図である。It is a figure which shows the functional structure of the control apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る制御装置における発電機模擬部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the generator simulation part in the control apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 遠方電圧推定部による電圧の推定方法を説明する図である。It is a figure explaining the voltage estimation method by a remote voltage estimation part. 端子電圧に基づいて角周波数を調整する場合に起こり得る現象を説明する図である。It is a figure explaining the phenomenon which may occur when adjusting an angular frequency based on a terminal voltage. 系統周波数の時間変化の第2の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the time change of a system frequency. 第1の実施形態に係る制御装置による制御を行った場合のシミュレーション結果の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the simulation result at the time of performing control by the control apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第3の実施形態に係る制御装置による制御を行った場合のシミュレーション結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the simulation result at the time of performing control by the control apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る制御装置における発電機模擬部の別の構成例を示す図である。It is a figure which shows another structural example of the generator simulation part in the control apparatus which concerns on 3rd Embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る制御装置の機能的構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る制御装置1は、直流電源2が発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統20に出力する(送電する)インバータ装置3の動作を制御する装置である。インバータ装置3において変換された交流電力は、平滑化リアクトル(フィルタ)4により平滑化されたのち、送電線5により電力系統20に出力される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of a control device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the control device 1 according to the present embodiment controls the operation of the inverter device 3 that converts the DC power generated by the DC power source 2 into AC power and outputs (transmits) the power to the power system 20. Device. The AC power converted in the inverter device 3 is smoothed by the smoothing reactor (filter) 4 and then output to the power system 20 by the power transmission line 5.

本実施形態の制御装置1は、発電機模擬部100と、制御信号生成部110と、出力目標設定部120と、基準周波数設定部130とを備える。   The control device 1 of the present embodiment includes a generator simulation unit 100, a control signal generation unit 110, an output target setting unit 120, and a reference frequency setting unit 130.

発電機模擬部100は、電力系統の交流電圧及び交流電流に基づいて同期発電機が備える回転体の慣性を模擬し、インバータ装置3が出力する電圧の位相θを決定する。本実施形態の制御装置1では、電力系統の交流電圧及び交流電流として、インバータ装置3と電力系統20とを接続する送電線5において検出した交流電圧Va,b,cと、交流電圧Ia,b,cとを利用する。ここで、交流電圧Va,b,cは、電圧検出器6により検出した三相交流の各電圧V,V,及びVをまとめて表現したものである。また、交流電流Ia,b,cは、電流検出器7により検出した三相交流の各電流I,I,及びIをまとめて表現したものである。 The generator simulation unit 100 simulates the inertia of the rotating body included in the synchronous generator based on the AC voltage and AC current of the power system, and determines the phase θ of the voltage output from the inverter device 3. In the control device 1 of the present embodiment, the AC voltage V a, b, c detected in the power transmission line 5 connecting the inverter device 3 and the power system 20 as the AC voltage and AC current of the power system , and the AC voltage I a , b, and c are used. Here, the AC voltage V a, b, c is a collective representation of the three-phase AC voltages V a , V b , and V c detected by the voltage detector 6. Further, the alternating currents I a, b, c are collectively expressed as the three-phase alternating currents I a , I b , and I c detected by the current detector 7.

発電機模擬部100は、位相算出部101と、角周波数調整部102とを含む。
位相算出部101は、電力系統の交流電圧Va,b,c及び交流電流Ia,b,cと、出力目標と、電力系統20の基準周波数ωと、角周波数調整部102から入力される情報とに基づいて、インバータ装置3から出力する電圧の位相θを算出する。位相算出部101は、出力目標設定部120から、インバータ装置3が出力する有効電力の出力目標値を取得する。また、位相算出部101は、基準周波数設定部130から、電力系統20の基準周波数ωを取得する。
The generator simulation unit 100 includes a phase calculation unit 101 and an angular frequency adjustment unit 102.
The phase calculation unit 101 is input from the AC voltage V a, b, c and AC current I a, b, c of the power system, the output target, the reference frequency ω 0 of the power system 20, and the angular frequency adjustment unit 102. The phase θ of the voltage output from the inverter device 3 is calculated based on the information. The phase calculation unit 101 acquires an output target value of active power output from the inverter device 3 from the output target setting unit 120. In addition, the phase calculation unit 101 acquires the reference frequency ω 0 of the power system 20 from the reference frequency setting unit 130.

角周波数調整部102は、電力系統の交流電圧と、位相算出部101が算出して出力した電圧の位相θとに基づいて、位相算出部101が位相の算出に利用する角周波数の値を調整するための情報を生成し、位相算出部101に出力する。具体的には、角周波数調整部102は、電力系統の交流電圧の位相と電圧の位相θとに基づいて算出される位相差(内部位相角)δが所定の範囲から逸脱しないよう、制御装置1が模擬する同期発電機における回転体の角周波数を調整する情報を生成する。本実施形態の制御装置1における角周波数調整部102は、電圧検出器6により検出した交流電圧Va,b,cを電力系統の交流電圧とする。角周波数調整部102は、検出した交流電圧Va,b,cと、電圧の位相θとに基づいて算出した内部位相角δの絶対値が所定の範囲内であるかに応じて、位相算出部101に、位相の算出に利用する角周波数の値を切り替えさせる。内部位相角δの絶対値が所定の範囲内である場合、角周波数調整部102は、位相算出部101に、検出した交流電圧Va,b,c及び交流電流Ia,b,cにより算出した有効電力と出力目標値との差分を積分して得られる角周波数調整値Δωに基づいて位相θを算出させる。一方、内部位相角δの絶対値が所定の範囲内である場合、角周波数調整部102は、位相算出部101に、電力系統の交流電圧Va,b,cから検出される電力系統の周波数ωと、基準周波数ωとの差分ω−ωに基づいて位相θを算出させる。 The angular frequency adjustment unit 102 adjusts the value of the angular frequency used by the phase calculation unit 101 to calculate the phase based on the AC voltage of the power system and the phase θ of the voltage calculated and output by the phase calculation unit 101. Information to be generated is output to the phase calculation unit 101. Specifically, the angular frequency adjusting unit 102 controls the control device so that the phase difference (internal phase angle) δ calculated based on the phase of the AC voltage of the power system and the voltage phase θ does not deviate from a predetermined range. Information for adjusting the angular frequency of the rotating body in the synchronous generator simulated by 1 is generated. The angular frequency adjusting unit 102 in the control device 1 of the present embodiment uses the AC voltage Va , b, c detected by the voltage detector 6 as the AC voltage of the power system. The angular frequency adjustment unit 102 calculates the phase according to whether the absolute value of the internal phase angle δ calculated based on the detected AC voltage V a, b, c and the voltage phase θ is within a predetermined range. The unit 101 is made to switch the value of the angular frequency used for calculating the phase. When the absolute value of the internal phase angle δ is within a predetermined range, the angular frequency adjustment unit 102 calculates the phase calculation unit 101 based on the detected AC voltage V a, b, c and AC current I a, b, c. The phase θ is calculated based on the angular frequency adjustment value Δω obtained by integrating the difference between the effective power and the output target value. On the other hand, when the absolute value of the internal phase angle δ is within a predetermined range, the angular frequency adjustment unit 102 causes the phase calculation unit 101 to detect the frequency of the power system detected from the AC voltage V a, b, c of the power system. and omega, to calculate the phase θ on the basis of the difference omega-omega 0 of a reference frequency omega 0.

制御信号生成部110は、発電機模擬部100から入力される位相θに基づいて、インバータ装置3から出力する電圧の位相θを示す情報を含む制御信号を生成し、インバータ装置3に出力する。制御信号生成部110は、正弦波生成部111と、パルス幅変調部112とを含む。   The control signal generation unit 110 generates a control signal including information indicating the phase θ of the voltage output from the inverter device 3 based on the phase θ input from the generator simulation unit 100 and outputs the control signal to the inverter device 3. The control signal generation unit 110 includes a sine wave generation unit 111 and a pulse width modulation unit 112.

正弦波生成部111は、発電機模擬部100から入力される位相θに基づいて、三相交流における各相の電圧V* a,V* b,及びV* cのそれぞれを示す正弦波を生成する。正弦波生成部111は、例えば、下記式(1−1)、式(1−2)、及び式(1−3)により、正弦波を生成する。 The sine wave generation unit 111 generates a sine wave indicating each of the voltages V * a , V * b , and V * c of each phase in the three-phase alternating current based on the phase θ input from the generator simulation unit 100. To do. For example, the sine wave generation unit 111 generates a sine wave according to the following formula (1-1), formula (1-2), and formula (1-3).

* a=sin{θ} ・・・(1−1)
* b=sin{θ+(2π/3)} ・・・(1−2)
* c=sin{θ+(4π/3)} ・・・(1−3)
V * a = sin {θ} (1-1)
V * b = sin {θ + (2π / 3)} (1-2)
V * c = sin {θ + (4π / 3)} (1-3)

パルス幅変調部112は、正弦波生成部111で生成した正弦波(電圧V* a,V* b,及びV* c)のそれぞれに対してパルス幅変調(Pulse Width Modulation、PWM)を行い、変調後のパルス信号をインバータ装置3に出力する。 The pulse width modulation unit 112 performs pulse width modulation (PWM) on each of the sine waves (voltages V * a , V * b , and V * c ) generated by the sine wave generation unit 111, The modulated pulse signal is output to the inverter device 3.

このように、本実施形態の制御装置1は、発電機模擬部100において同期発電機の回転体の角周波数を模擬する際に、内部位相角δの絶対値が所定の範囲から逸脱しないよう角周波数を調整する。例えば、発電機模擬部100は、内部位相角δの絶対値がπ/4以下(|δ|≦π/4)となるように同期発電機の回転体の角周波数を調整する。   As described above, when the generator simulation unit 100 simulates the angular frequency of the rotating body of the synchronous generator, the control device 1 of the present embodiment has an angle so that the absolute value of the internal phase angle δ does not deviate from a predetermined range. Adjust the frequency. For example, the generator simulation unit 100 adjusts the angular frequency of the rotating body of the synchronous generator so that the absolute value of the internal phase angle δ is π / 4 or less (| δ | ≦ π / 4).

図2は、第1の実施形態に係る制御装置における発電機模擬部の構成を示す図である。図2に示すように、発電機模擬部100の位相算出部101は、有効電力計測部101aと、減算器101bと、第1の積分器101cと、加算器101dと、第2の積分器101eとを含む。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a generator simulation unit in the control device according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the phase calculation unit 101 of the generator simulation unit 100 includes an active power measurement unit 101a, a subtractor 101b, a first integrator 101c, an adder 101d, and a second integrator 101e. Including.

有効電力計測部101aは、電圧検出器6により検出した交流電圧Va,b,cと、電流検出器7により検出した交流電流Ia,b,cとに基づいて、現時点における電力系統20の有効電力Pを計測する。有効電力計測部101aは、既知の計測方法に従って、電力系統20の有効電力Pを計測する。 The active power measuring unit 101a is configured to detect the current power system 20 based on the AC voltage V a, b, c detected by the voltage detector 6 and the AC current I a, b, c detected by the current detector 7. The effective power P is measured. The active power measurement unit 101a measures the active power P of the power system 20 according to a known measurement method.

減算器101bは、インバータ装置3に出力させる有効電力の目標値(出力目標)と、計測した有効電力Pとの差分を算出する。出力目標は、出力目標設定部120(図1を参照)から入力される。   The subtractor 101b calculates the difference between the target value (output target) of the active power to be output to the inverter device 3 and the measured active power P. The output target is input from the output target setting unit 120 (see FIG. 1).

第1の積分器101cは、出力目標と有効電力計測部101aで計測した有効電力Pとの差分を時間積分する。第1の積分器101cは、角周波数調整部102から入力される出力セット信号SSがオフ(OFF)である場合、出力目標と有効電力Pとの差分についての時間積分の結果を、角周波数調整値Δωとして出力する。角周波数調整値Δωは、模擬する同期発電機における回転体の角周波数を電力系統の角周波数に合わせるための値であり、現時点における電力系統の角周波数と基準周波数との差分に相当する。一方、第1の積分器101cは、角周波数調整部102から入力される出力セット信号SSがオン(ON)である場合、角周波数調整部102から入力されるセット値出力ω−ωを、角周波数調整値Δωとして出力する。 The first integrator 101c time-integrates the difference between the output target and the active power P measured by the active power measuring unit 101a. When the output set signal SS input from the angular frequency adjustment unit 102 is OFF (OFF), the first integrator 101c converts the result of time integration for the difference between the output target and the active power P into the angular frequency adjustment. Output as the value Δω. The angular frequency adjustment value Δω is a value for adjusting the angular frequency of the rotating body in the synchronous generator to be simulated to the angular frequency of the power system, and corresponds to the difference between the angular frequency of the power system and the reference frequency at the present time. On the other hand, when the output set signal SS input from the angular frequency adjusting unit 102 is ON (ON), the first integrator 101c outputs the set value output ω−ω 0 input from the angular frequency adjusting unit 102, Output as an angular frequency adjustment value Δω.

加算器101dは、第1の積分器101cが出力した角周波数調整値Δωと、基準周波数ωとを加算して出力する。基準周波数ωは、基準周波数設定部130から入力される。基準周波数ωは、電力系統20における電力の基準周波数であり、例えば、50Hz或いは60Hzとする。 The adder 101d adds the angular frequency adjustment value Δω output from the first integrator 101c and the reference frequency ω 0 and outputs the result. The reference frequency ω 0 is input from the reference frequency setting unit 130. The reference frequency ω 0 is a reference frequency of power in the power system 20 and is set to 50 Hz or 60 Hz, for example.

第2の積分器101eは、加算器101dから入力される角周波数ω+Δωを時間積分し、該時間積分の結果をインバータ装置3から出力する電圧の位相θとして出力する。本実施形態の制御装置1では、第2の積分器101eが出力した位相θは、制御信号生成部110の正弦波生成部111(図1を参照)に入力されるとともに、角周波数調整部102の内部位相角算出部102aに入力される。 The second integrator 101e performs time integration on the angular frequency ω 0 + Δω input from the adder 101d, and outputs the result of the time integration as the phase θ of the voltage output from the inverter device 3. In the control device 1 of the present embodiment, the phase θ output from the second integrator 101e is input to the sine wave generation unit 111 (see FIG. 1) of the control signal generation unit 110 and the angular frequency adjustment unit 102. Is input to the internal phase angle calculation unit 102a.

本実施形態の制御装置1における角周波数調整部102は、内部位相角δが所定の範囲内であるか否かを示す出力セット信号SSと、模擬している同期発電機の角周波数を現時点における系統周波数と一致させるセット値出力ω−ωとを生成して出力する。角周波数調整部102は、内部位相角算出部102aと、比較部102bと、系統周波数検出部102cと、減算器102dとを含む。 The angular frequency adjusting unit 102 in the control device 1 according to the present embodiment determines the output set signal SS indicating whether or not the internal phase angle δ is within a predetermined range and the angular frequency of the synchronous generator being simulated at the present time. A set value output ω−ω 0 that matches the system frequency is generated and output. The angular frequency adjustment unit 102 includes an internal phase angle calculation unit 102a, a comparison unit 102b, a system frequency detection unit 102c, and a subtractor 102d.

内部位相角算出部102aは、電力系統の交流電圧の位相と位相算出部101が出力した位相θとの位相差(内部位相角)δを算出する。本実施形態の制御装置1では、有効電力計測部101aに入力される交流電圧Va,b,cを電力系統の交流電圧とする。内部位相角算出部102aは、例えば、下記式(2−1)、式(2−2)、及び式(2−3)により、内部位相角δを算出する。 The internal phase angle calculation unit 102a calculates a phase difference (internal phase angle) δ between the phase of the AC voltage of the power system and the phase θ output by the phase calculation unit 101. In the control device 1 of the present embodiment, the AC voltage Va , b, c input to the active power measuring unit 101a is used as the AC voltage of the power system. The internal phase angle calculation unit 102a calculates the internal phase angle δ using, for example, the following formula (2-1), formula (2-2), and formula (2-3).

比較部102bは、内部位相角算出部102aで算出した内部位相角δと所定の閾値(例えば、π/4)との大小関係に基づいて、出力セット信号SSを生成し出力する。内部位相角δの絶対値が閾値以下(例えば、|δ|≦π/4)である場合には、比較部102bは、出力セット信号SSとしてオフレベルの信号を生成し出力する。内部位相角δの絶対値が閾値よりも大きい値(例えば、|δ|>π/4)である場合には、比較部102bは、出力セット信号SSとしてオンレベルの信号を生成し出力する。出力セット信号SSは、位相算出部101の第1の積分器101cに入力される。   The comparison unit 102b generates and outputs an output set signal SS based on the magnitude relationship between the internal phase angle δ calculated by the internal phase angle calculation unit 102a and a predetermined threshold (for example, π / 4). When the absolute value of the internal phase angle δ is equal to or smaller than a threshold (for example, | δ | ≦ π / 4), the comparison unit 102b generates and outputs an off-level signal as the output set signal SS. When the absolute value of the internal phase angle δ is larger than the threshold (for example, | δ |> π / 4), the comparison unit 102b generates and outputs an on-level signal as the output set signal SS. The output set signal SS is input to the first integrator 101c of the phase calculation unit 101.

系統周波数検出部102cは、電力系統20における現時点での電圧の周波数ωを検出する。本実施形態の制御装置1では、有効電力計測部101aに入力される交流電圧Va,b,cに基づいて、周波数ωを検出する。系統周波数検出部102cは、既知の検出方法に従って、電力系統20の電圧の周波数ωを検出する。 The system frequency detection unit 102 c detects the current voltage frequency ω in the power system 20. In the control device 1 of the present embodiment, the frequency ω is detected based on the AC voltage Va , b, c input to the active power measuring unit 101a. The system frequency detection unit 102c detects the frequency ω of the voltage of the power system 20 according to a known detection method.

減算器102dは、系統周波数検出部102cで検出した電圧の周波数ωと、電力系統20の基準周波数ωとの差分ω−ωを算出する。基準周波数ωは、基準周波数設定部130(図1を参照)から入力される。減算器102dで算出した差分ω−ωは、セット値出力として位相算出部101の第1の積分器101cに入力される。 The subtractor 102 d calculates a difference ω−ω 0 between the voltage frequency ω detected by the system frequency detection unit 102 c and the reference frequency ω 0 of the power system 20. The reference frequency ω 0 is input from the reference frequency setting unit 130 (see FIG. 1). The difference ω−ω 0 calculated by the subtractor 102d is input to the first integrator 101c of the phase calculation unit 101 as a set value output.

このように、本実施形態に係る発電機模擬部100では、位相算出部101の第1の積分器101cに、有効電力Pと出力目標との差分、及び現時点での系統周波数を示す値(セット値出力ω−ω)が入力される。そして、第1の積分器101cは、出力セット信号SSがオン及びオフのいずれであるかに応じて、出力する角周波数調整値Δωの値を変更する。 Thus, in the generator simulation part 100 which concerns on this embodiment, the value (set) which shows the difference between active electric power P and an output target, and the system frequency at the present time to the 1st integrator 101c of the phase calculation part 101. The value output ω−ω 0 ) is input. Then, the first integrator 101c changes the value of the output angular frequency adjustment value Δω depending on whether the output set signal SS is on or off.

図3は、内部位相角δと第1の積分器の出力Δωとの関係を説明する図である。図3のテーブル30には、比較部102bにおいて内部位相角δと比較する閾値をπ/4とした場合の、内部位相角δと、出力セット信号SSと、第1の積分器101cが出力する角周波数調整値Δωの値との関係を示している。   FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the internal phase angle δ and the output Δω of the first integrator. The table 30 in FIG. 3 outputs the internal phase angle δ, the output set signal SS, and the first integrator 101c when the threshold value to be compared with the internal phase angle δ in the comparison unit 102b is π / 4. The relationship with the value of the angular frequency adjustment value Δω is shown.

図3のテーブル30では、内部位相角δが|δ|≦π/4である場合の出力セット信号SSが、OFF(オフレベルの信号)となっている。出力セット信号SSがOFFの場合、第1の積分器101cは、有効電力Pと出力目標との差分を積算(時間積分)した値を、角周波数調整値Δωとして出力する。一方、図3のテーブル30では、内部位相角δが|δ|>π/4である場合の出力セット信号SSが、ON(オンレベルの信号)となっている。出力セット信号SSがONの場合、第1の積分器101cは、角周波数調整部102から入力されたセット値出力ω−ωを、角周波数調整値Δωとして出力する。すなわち、本実施形態の発電機模擬部100では、内部位相角δが|δ|>π/4となった場合、有効電力Pと出力目標との差分によらず、セット値出力ω−ωを角周波数調整値Δωとする。言い換えると、|δ|>π/4の場合の角周波数調整値Δωは、現時点での系統周波数と基準周波数との差となるため、周波数を合わせやすくなる。このため、内部位相角δの絶対値が閾値よりも大きくなった場合に第2の積分器101eから出力される位相θと、電力系統における交流電圧の位相との差の増大を防ぐことが可能となる。従って、本実施形態の制御装置1では、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置3に対し同期発電機を模擬した制御を行う際の脱調を防止することが可能となる。なお、本実施形態の制御装置1における第1の積分器101cは、出力セット信号SSがONからOFFに切り替わった場合には、テーブル30に示したように、直前の出力Δω=ω−ωを初期値として有効電力Pと出力目標との差分の積算を開始する。 In the table 30 of FIG. 3, the output set signal SS when the internal phase angle δ is | δ | ≦ π / 4 is OFF (off-level signal). When the output set signal SS is OFF, the first integrator 101c outputs a value obtained by integrating (time integration) the difference between the active power P and the output target as the angular frequency adjustment value Δω. On the other hand, in the table 30 of FIG. 3, the output set signal SS when the internal phase angle δ is | δ |> π / 4 is ON (on-level signal). When the output set signal SS is ON, the first integrator 101c outputs the set value output ω−ω 0 input from the angular frequency adjustment unit 102 as the angular frequency adjustment value Δω. That is, in the generator simulation unit 100 of this embodiment, when the internal phase angle δ is | δ |> π / 4, the set value output ω−ω 0 regardless of the difference between the active power P and the output target. Is an angular frequency adjustment value Δω. In other words, the angular frequency adjustment value Δω in the case of | δ |> π / 4 is the difference between the current system frequency and the reference frequency, so it is easy to match the frequencies. Therefore, it is possible to prevent an increase in the difference between the phase θ output from the second integrator 101e and the phase of the AC voltage in the power system when the absolute value of the internal phase angle δ is larger than the threshold value. It becomes. Therefore, in the control device 1 of the present embodiment, it is possible to prevent the step-out when performing control simulating the synchronous generator with respect to the inverter device 3 that converts DC power into AC power. Note that, when the output set signal SS is switched from ON to OFF, the first integrator 101c in the control device 1 of the present embodiment outputs the previous output Δω = ω−ω 0 as shown in the table 30. As an initial value, integration of the difference between the active power P and the output target is started.

このように、本実施形態の制御装置1は、電力系統20の交流電圧とインバータ装置3が出力する交流電圧との位相差が所定の範囲を超えた場合には、模擬している同期発電機における回転体の角周波数を系統周波数と一致させてインバータ装置3が出力する交流電圧の位相を調整する。このため、本実施形態の制御装置1では、電力系統20の周波数(系統周波数)が急速に変化した場合にも、内部位相角の急激な増大による脱調(同期外れ)を防ぐことが可能となる。   Thus, the control device 1 of the present embodiment simulates the synchronous generator when the phase difference between the AC voltage of the power system 20 and the AC voltage output from the inverter device 3 exceeds a predetermined range. The phase of the AC voltage output from the inverter device 3 is adjusted by matching the angular frequency of the rotating body with the system frequency. For this reason, in the control apparatus 1 of this embodiment, even when the frequency (system frequency) of the electric power system 20 changes rapidly, it is possible to prevent a step-out (out of synchronization) due to a rapid increase in the internal phase angle. Become.

以下、図4〜図6を参照して、本実施形態の制御装置1によりインバータ装置3を制御した場合の作用効果について説明する。   Hereinafter, with reference to FIGS. 4-6, the effect at the time of controlling the inverter apparatus 3 with the control apparatus 1 of this embodiment is demonstrated.

図4は、系統周波数の時間変化の例を示す図である。図5は、内部位相角に基づく角周波数の調整を行わない場合のシミュレーション結果を示す図である。図6は、第1の実施形態に係る制御装置による制御を行った場合のシミュレーション結果を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a time change of the system frequency. FIG. 5 is a diagram illustrating a simulation result when the angular frequency is not adjusted based on the internal phase angle. FIG. 6 is a diagram illustrating a simulation result when control is performed by the control device according to the first embodiment.

本件発明者らは、コンピュータシミュレーションにより、本実施形態の制御装置1によりインバータ装置3を制御した場合の内部位相角δの時間変化と、角周波数調整部102による角周波数の調整を行わずにインバータ装置3を制御した場合の内部位相角δの時間変化とを調べた。   The inventors of the present invention have made it possible to perform an inverter without adjusting the internal phase angle δ over time when the inverter device 3 is controlled by the control device 1 of the present embodiment and adjusting the angular frequency by the angular frequency adjusting unit 102 by computer simulation. The time variation of the internal phase angle δ when the device 3 was controlled was examined.

なお、シミュレーションには、図1に示したような、1つの発電機(直流電源2)を含む発電設備が電力系統20(無限大母線)に直結しているモデル(1機無限大母線系統)を使用した。発電機(直流電源2)は蓄電池とした。また、インバータ装置3の出力側のフィルタ部(平滑化リアクトル4)、及び図1には示していない送電線模擬部は、それぞれ、機器容量ベースで5%のリアクタンスとした。送電線模擬部は、送電線5における、交流電圧Va,b,cを検出する位置から電力系統20までの区間のリアクタンスを模擬するリアクトルである。 In the simulation, a model (one machine infinite bus system) in which a power generation facility including one generator (DC power supply 2) as shown in FIG. 1 is directly connected to the power system 20 (infinity bus). It was used. The generator (DC power supply 2) was a storage battery. Further, the output side filter unit (smoothing reactor 4) of the inverter device 3 and the transmission line simulation unit not shown in FIG. 1 each have a reactance of 5% on the basis of the equipment capacity. The transmission line simulation unit is a reactor that simulates reactance in a section from the position where the AC voltage V a, b, c is detected to the power system 20 in the transmission line 5.

また、シミュレーションでは、無限大母線を理想電圧源とし、系統周波数が図4のグラフ40に示した周波数比ω/ωのように時間変化をした場合の、内部位相角δの時間変化及び交流電圧Va,b,cの時間変化等を算出した。周波数比ω/ωは電力系統20の周波数ωと基準周波数ωとの比である。 Further, in the simulation, when the infinite bus is an ideal voltage source and the system frequency is changed with time as shown by the frequency ratio ω s / ω 0 shown in the graph 40 of FIG. The time change of the AC voltage V a, b, c was calculated. The frequency ratio ω s / ω 0 is a ratio between the frequency ω s of the power system 20 and the reference frequency ω 0 .

グラフ40における最初の1秒間は、周波数比が1.00である。すなわち、シミュレーションにおける最初の1秒間は、電力系統20の周波数ωを基準周波数ωと一致させている。グラフ40における時刻1.0秒から1.5秒までの期間は、周波数比が1.02に増加した後、1.00に戻り、再び1.02に増加する。特に、グラフ40では、時刻が1.5秒になるタイミングで、周波数比が1.00から1.02に瞬間的に増加している。グラフ40における時刻1.5秒から2.0秒までの期間は、周波数比が1.02である。グラフ40における時刻2.0秒から3.0秒までの期間は、時刻2.1秒までの0.1秒間で周波数比が1.02から0.98まで低下した後、直線的に0.925まで周波数比が低下している。 For the first second in graph 40, the frequency ratio is 1.00. That is, for the first second in the simulation, the frequency ω s of the power system 20 is matched with the reference frequency ω 0 . In the period from time 1.0 seconds to 1.5 seconds in the graph 40, the frequency ratio increases to 1.02, returns to 1.00, and increases again to 1.02. In particular, in the graph 40, the frequency ratio instantaneously increases from 1.00 to 1.02 at the timing when the time becomes 1.5 seconds. In the period from time 1.5 seconds to 2.0 seconds in the graph 40, the frequency ratio is 1.02. In the period from time 2.0 seconds to 3.0 seconds in graph 40, the frequency ratio decreases from 1.02 to 0.98 in 0.1 seconds from time 2.1 seconds, and then reaches 0. The frequency ratio is reduced to 925.

電力系統20の周波数ωがグラフ40に示したような時間変化をする場合に、内部位相角δに基づく角周波数の調整を行わずにインバータ装置3を制御するシミュレーションを行うと、図5に示すような結果が得られた。すなわち、図5には、有効電力Pと出力目標との差分を時間積分した角周波数調整値Δωのみを用いて算出した位相θによりインバータ装置3を制御した場合のシミュレーション結果を示している。 When the frequency ω s of the power system 20 changes with time as shown in the graph 40, a simulation for controlling the inverter device 3 without adjusting the angular frequency based on the internal phase angle δ is performed in FIG. The results shown were obtained. That is, FIG. 5 shows a simulation result when the inverter device 3 is controlled by the phase θ calculated using only the angular frequency adjustment value Δω obtained by time-integrating the difference between the active power P and the output target.

図5には、4個のグラフ51〜54を示している。グラフ51は、端子電圧の時間変化、すなわち電圧検出器6により検出される交流電圧Va,b,cの時間変化を示している。グラフ52は、出力電流の時間変化、すなわち電流検出器7により検出される交流電流Ia,b,cの時間変化を示している。グラフ53は、2つの周波数比ω/ω及び(Δω+ω)/ωの時間変化を示している。そして、グラフ54は、内部位相角δ(ラジアン)の時間変化を示している。なお、図5のグラフ51〜54は、それぞれ、図4のグラフ40における時刻0秒から1秒までの期間のシミュレーション結果を省略している。 FIG. 5 shows four graphs 51 to 54. The graph 51 shows the time change of the terminal voltage, that is, the time change of the AC voltage V a, b, c detected by the voltage detector 6. The graph 52 shows the time change of the output current, that is, the time change of the alternating currents I a, b, c detected by the current detector 7. The graph 53 shows the time change of the two frequency ratios ω s / ω 0 and (Δω + ω 0 ) / ω 0 . The graph 54 shows the time change of the internal phase angle δ (radian). Note that the graphs 51 to 54 in FIG. 5 omit the simulation results during the period from time 0 seconds to 1 second in the graph 40 in FIG. 4.

グラフ53に示すように、電力系統20の周波数比ω/ωは、時刻1秒から1.2秒までの期間に1.00から1.02に増加する。その後、電力系統20の周波数比ω/ωは、時刻1.3秒から1.4秒までの期間に1.02から1.00に戻るが、時刻1.5秒となったときに1.02に上昇し、時刻2.0秒まで1.02の状態が続く。しかしながら、電力系統20の周波数比ω/ωの時間変化量がこの程度の比較的小さい変化量である場合、角周波数調整部102による角周波数の調整を行わなくても、第1の積分器101cから出力される角周波数調整値Δωは、電力系統20の周波数ωの変化に追従する。このため、時刻1秒から2秒までの期間における内部位相角δの値は比較的小さな値で推移する。角周波数調整部102による角周波数の調整を行わない場合、第1の積分器101cから出力される角周波数調整値Δωは、有効電力Pと出力目標との差分を時間積分した値である。すなわち、電力系統20の周波数ωの時間変化量が比較的小さい場合には、角周波数調整部102による角周波数の調整を行わなくても、電力系統20における交流電圧の周波数ωとインバータ装置3が出力する交流電圧の周波数との差が大きくならない。従って、時刻1秒から2秒までの期間における端子電圧Va,b,cの位相とインバータが出力する交流電圧の位相θとの位相差(内部位相角δ)は、例えば、グラフ54のように、0(ラジアン)から−0.5ラジアン(<π/4)までの範囲内で変化する。 As shown in the graph 53, the frequency ratio ω s / ω 0 of the power system 20 increases from 1.00 to 1.02 in the period from time 1 second to 1.2 seconds. Thereafter, the frequency ratio ω s / ω 0 of the power system 20 returns from 1.02 to 1.00 during the period from 1.3 seconds to 1.4 seconds, but when the time becomes 1.5 seconds. It rises to 1.02, and the state of 1.02 continues until time 2.0 seconds. However, when the temporal change amount of the frequency ratio ω s / ω 0 of the power system 20 is such a relatively small change amount, the first integration can be performed without adjusting the angular frequency by the angular frequency adjusting unit 102. The angular frequency adjustment value Δω output from the device 101 c follows the change in the frequency ω s of the power system 20. For this reason, the value of the internal phase angle δ during the period from 1 second to 2 seconds changes at a relatively small value. When the angular frequency adjustment by the angular frequency adjustment unit 102 is not performed, the angular frequency adjustment value Δω output from the first integrator 101c is a value obtained by time-integrating the difference between the active power P and the output target. That is, when the amount of time change of the frequency ω s of the power system 20 is relatively small, the frequency ω s of the AC voltage in the power system 20 and the inverter device are not required without adjusting the angular frequency by the angular frequency adjustment unit 102. The difference from the frequency of the AC voltage output by 3 does not increase. Therefore, the phase difference (internal phase angle δ) between the phase of the terminal voltage V a, b, c and the phase θ of the AC voltage output from the inverter in the period from 1 second to 2 seconds is as shown in the graph 54, for example. In the range from 0 (radian) to -0.5 radians (<π / 4).

その後、グラフ53に示すように、電力系統20の周波数比ω/ωは、時刻2秒から2.1秒までの期間に著しく低下し、更に時刻3秒まで低下し続ける。周波数比ω/ωは、時刻2秒から2.1秒までの0.1秒間で0.04だけ低下している。すなわち、電力系統20の基準周波数ωが50Hzである場合、該電力系統20の周波数ωは、時刻2秒から2.1秒までの0.1秒間で2Hz変化したことになる。このように、電力系統20の周波数ωが急速に変化した場合、有効電力Pと出力目標との差分が大きくなり、該差分の時間積分である角周波数調整値Δωと、模擬する同期発電機における回転体の角周波数との差が大きくなる。これにより、図5のグラフ54のように、時刻2秒を過ぎると内部位相角δが急速に大きくなり、時刻t2(約2.34秒)の時点で内部位相角δがπ/2ラジアン(≒1.57ラジアン)を超過する。しかも、その後も電力系統20の周波数ωは低下し続けており、グラフ53のように、一度は周波数比(Δω+ω)/ωが低下して周波数比ω/ωに近づくものの、時刻2.5秒を過ぎたころから2つの周波数比の差が再び大きくなっている。このため、時刻t2以降も内部位相角δは増加を続け、時刻t4(約2.88秒)において内部位相角δがπ/2ラジアンを超過する。すなわち、図5のシミュレーション結果では、時刻t4において、内部位相角δがπラジアン(=180度)を超過し、脱調(同期外れ)が発生した。脱調が発生した場合、例えば、図5のグラフ51に示したように、脱調が発生した時刻t4の前後において端子電圧Va,b,cが減少する。また、脱調が発生した場合、図5のグラフ52に示したように、出力電流Ia,b,cが減少する。このように、有効電力Pと出力目標との差分のみに基づいてインバータ装置3から出力する電力の位相θを制御する場合、電力系統20の周波数ωが急速に変化すると、周波数ωの変化に追従することができず、脱調(同期外れ)が発生することがある。 Thereafter, as shown in the graph 53, the frequency ratio ω s / ω 0 of the power system 20 significantly decreases during the period from time 2 seconds to 2.1 seconds, and continues to decrease until time 3 seconds. The frequency ratio ω s / ω 0 decreases by 0.04 in 0.1 second from time 2 seconds to 2.1 seconds. That is, when the reference frequency ω 0 of the power system 20 is 50 Hz, the frequency ω s of the power system 20 changes by 2 Hz in 0.1 seconds from the time 2 seconds to 2.1 seconds. As described above, when the frequency ω s of the power system 20 changes rapidly, the difference between the active power P and the output target increases, and the angular frequency adjustment value Δω, which is the time integration of the difference, and the synchronous generator to be simulated The difference with the angular frequency of the rotating body at is increased. As a result, as shown in the graph 54 of FIG. 5, the internal phase angle δ rapidly increases after the time 2 seconds, and the internal phase angle δ becomes π / 2 radians (at the time t2 (about 2.34 seconds)). ≒ 1.57 radians). Moreover, after that, the frequency ω s of the power system 20 continues to decrease, and although the frequency ratio (Δω + ω 0 ) / ω 0 decreases once and approaches the frequency ratio ω s / ω 0 as shown in the graph 53, The difference between the two frequency ratios has increased again since about 2.5 seconds have passed. Therefore, the internal phase angle δ continues to increase after time t2, and the internal phase angle δ exceeds π / 2 radians at time t4 (about 2.88 seconds). That is, in the simulation result of FIG. 5, at time t4, the internal phase angle δ exceeded π radians (= 180 degrees), and step-out (out of synchronization) occurred. When the step-out occurs, for example, as shown in the graph 51 of FIG. 5, the terminal voltage V a, b, c decreases before and after the time t4 when the step-out occurs. Further, when the step-out occurs, the output current I a, b, c decreases as shown in the graph 52 of FIG. Thus, when controlling the phase θ of the power output from the inverter device 3 based only on the difference between the active power P and the output target, if the frequency ω s of the power system 20 changes rapidly, the change in the frequency ω s . Cannot follow up, and step-out (out of synchronization) may occur.

これに対し、本実施形態に係る制御装置1によりインバータ装置3を制御するシミュレーションを行うと、図6に示すような結果が得られた。   On the other hand, when the simulation which controls the inverter apparatus 3 by the control apparatus 1 which concerns on this embodiment was performed, the result as shown in FIG. 6 was obtained.

図6には、4個のグラフ61〜64を示している。グラフ61は、端子電圧の時間変化、すなわち電圧検出器6により検出される交流電圧Va,b,cの時間変化を示している。グラフ62は、出力電流の時間変化、すなわち電流検出器7により検出される交流電流Ia,b,cの時間変化を示している。グラフ63は、2つの周波数比ω/ω及び(Δω+ω)/ωの時間変化を示している。そして、グラフ64は、内部位相角δ(ラジアン)の時間変化を示している。なお、図6のグラフ61〜64は、それぞれ、図4のグラフ40における時刻0秒から1秒までの期間のシミュレーション結果を省略している。 In FIG. 6, four graphs 61 to 64 are shown. The graph 61 shows the time change of the terminal voltage, that is, the time change of the AC voltage V a, b, c detected by the voltage detector 6. The graph 62 shows the time change of the output current, that is, the time change of the alternating currents I a, b, c detected by the current detector 7. The graph 63 shows the time change of the two frequency ratios ω s / ω 0 and (Δω + ω 0 ) / ω 0 . A graph 64 shows a time change of the internal phase angle δ (radian). Note that the graphs 61 to 64 in FIG. 6 omit the simulation results during the period from time 0 seconds to 1 second in the graph 40 in FIG. 4.

本実施形態の制御装置1によりインバータ装置3を制御する場合も、上記のように、内部位相角δが所定の範囲内(|δ|≦π/4ラジアン。すなわち|δ|≦45度)であれば、第1の積分器101cから出力される角周波数調整値Δωは、有効電力Pと出力目標との差分を時間積分した値である。そして、図6に示したグラフ63及び64における時刻1秒から2秒までの期間のように、電力系統20の周波数ωの時間変化量が比較的小さく、かつ内部位相角δが所定の範囲内である場合、有効電力Pと出力目標との差分を時間積分した角周波数調整値Δωに基づいて算出される周波数Δω+ωは、周波数ωの変化に追従する。このため、時刻1秒から2秒までの期間における内部位相角δの値は、絶対値がπ/4以下となる比較的小さな値で推移する。 Also when the inverter device 3 is controlled by the control device 1 of the present embodiment, as described above, the internal phase angle δ is within a predetermined range (| δ | ≦ π / 4 radians, ie, | δ | ≦ 45 degrees). If there is, the angular frequency adjustment value Δω output from the first integrator 101c is a value obtained by time-integrating the difference between the active power P and the output target. Then, like the period from the time 1 second to 2 seconds in the graphs 63 and 64 shown in FIG. 6, the amount of time change of the frequency ω s of the power system 20 is relatively small, and the internal phase angle δ is in a predetermined range. If the frequency is within the range, the frequency Δω + ω 0 calculated based on the angular frequency adjustment value Δω obtained by time-integrating the difference between the active power P and the output target follows the change in the frequency ω s . For this reason, the value of the internal phase angle δ during the period from time 1 second to time 2 seconds changes at a relatively small value whose absolute value is π / 4 or less.

また、グラフ63に示すように、電力系統20の周波数比ω/ωは、時刻2秒から2.1秒の間で著しく低下し、更に時刻3秒まで低下し続ける。電力系統20の周波数ωが急速に変化した場合、上記のように、有効電力Pと出力目標との差分が大きくなり、該差分の時間積分である角周波数調整値Δωと、模擬する同期発電機における回転体の角周波数との差が大きくなる。このため、図5のシミュレーション結果と同様、時刻2秒を過ぎると内部位相角δが大きくなり、時刻2.2秒を少し過ぎた時刻t1に内部位相角δがπ/4ラジアン(≒0.785ラジアン)となる。 Further, as shown in the graph 63, the frequency ratio ω s / ω 0 of the electric power system 20 is remarkably reduced between the time 2 seconds and 2.1 seconds, and continues to decrease until the time 3 seconds. When the frequency ω s of the power system 20 changes rapidly, the difference between the active power P and the output target increases as described above, and the angular frequency adjustment value Δω that is the time integration of the difference and the synchronous power generation to be simulated The difference with the angular frequency of the rotating body in the machine increases. Therefore, as in the simulation result of FIG. 5, the internal phase angle δ increases after a time of 2 seconds, and the internal phase angle δ becomes π / 4 radians (≈0. 785 radians).

しかしながら、本実施形態の制御装置1では、上記のように、内部位相角δの絶対値がπ/4ラジアン(=45度)よりも大きくなると、出力セット信号SSがオンになり、第1の積分器101cから出力される角周波数調整値Δωが角周波数調整部102から入力されたセット値出力ω−ωに変更される。セット値出力は、端子電圧Va,b,cから検出した系統周波数(電力系統の周波数)ωから基準周波数ωを減算した値である。従って、|δ|>π/4となった時刻t1(約2.22秒)において、第1の積分器101cから出力される角周波数調整値Δωがセット値出力ω−ωに変更され、グラフ63に点線で示した周波数比(Δω+ω)/ωは、周波数比ω/ω(≒ω/ω)なる。これにより、インバータ装置3が出力する電力の周波数を電力系統の周波数に合わせることができ、位相算出部101が出力する位相θと電力系統20の交流電力の位相(交流電圧Va,b,cの位相)との位相差(すなわち内部位相角δ)の絶対値の増加を抑えることが可能となる。 However, in the control device 1 of the present embodiment, as described above, when the absolute value of the internal phase angle δ becomes larger than π / 4 radians (= 45 degrees), the output set signal SS is turned on, and the first set The angular frequency adjustment value Δω output from the integrator 101 c is changed to the set value output ω−ω 0 input from the angular frequency adjustment unit 102. The set value output is a value obtained by subtracting the reference frequency ω 0 from the system frequency (frequency of the power system) ω detected from the terminal voltage V a, b, c . Therefore, at time t1 (about 2.22 seconds) when | δ |> π / 4, the angular frequency adjustment value Δω output from the first integrator 101c is changed to the set value output ω−ω 0 , The frequency ratio (Δω + ω 0 ) / ω 0 indicated by the dotted line in the graph 63 is the frequency ratio ω / ω 0 (≈ω s / ω 0 ). Thereby, the frequency of the power output from the inverter device 3 can be matched with the frequency of the power system, and the phase θ output from the phase calculation unit 101 and the phase of the AC power of the power system 20 (AC voltage V a, b, c Increase in the absolute value of the phase difference (that is, the internal phase angle δ) can be suppressed.

また、角周波数調整値Δωがセット値出力ω−ωに変更されて(Δω+ω)/ω≒ω/ωとなり、内部位相角δが45度以下になると、出力セット信号SSはオンからオフに切り替わる。出力セット信号SSがオンからオフになると、制御装置1は、オフになる直前に入力されたセット値出力ω−ωを初期値とし、有効電力Pと出力目標との差分を時間積分して得られる角周波数調整値Δωに基づいて電圧の位相θを算出する。このため、電力系統の周波数の低下が続いている場合、図6のグラフ64に示したように、時刻t3(約2.67秒)において再び内部位相角δが45度を超える。しかしながら、このときも、制御装置1は、第1の積分器101cから出力される角周波数調整値Δωを角周波数調整部102から入力されたセット値出力ω−ωに変更するので、内部位相角δの増加が押さえられる。よって、本実施形態に係る制御装置1では、グラフ64のように、電力系統20の周波数ωが急速に低下する時刻t1以降の内部位相角δがπ/4ラジアン程度の値を維持し、脱調(同期外れ)を防ぐことができる。 When the angular frequency adjustment value Δω is changed to the set value output ω−ω 0 to become (Δω + ω 0 ) / ω 0 ≈ω s / ω 0 and the internal phase angle δ is 45 degrees or less, the output set signal SS is Switch from on to off. When the output set signal SS is turned off from on, the control device 1 uses the set value output ω−ω 0 input immediately before turning off as an initial value, and integrates the difference between the active power P and the output target over time. The voltage phase θ is calculated based on the obtained angular frequency adjustment value Δω. For this reason, when the frequency of the power system continues to decrease, the internal phase angle δ again exceeds 45 degrees at time t3 (about 2.67 seconds) as shown in the graph 64 of FIG. However, also at this time, the control device 1 changes the angular frequency adjustment value Δω output from the first integrator 101c to the set value output ω−ω 0 input from the angular frequency adjustment unit 102, so that the internal phase The increase in the angle δ is suppressed. Therefore, in the control device 1 according to the present embodiment, as shown in the graph 64, the internal phase angle δ after the time t1 when the frequency ω s of the power system 20 rapidly decreases maintains a value of about π / 4 radians, Step-out (out of synchronization) can be prevented.

このように、内部位相角δが所定の範囲内となるよう位相θの算出に用いる角周波数調整値Δωを切り替えることにより、図6のグラフ61,62のように、電力系統20の周波数ωが急速に低減した場合にも迅速に追従し、安定した交流電圧及び交流電流を出力することが可能となる。例えば、図6のグラフ61では、電力系統の周波数が急速に低下した時刻2.1秒以降も、端子電圧Va,b,cが安定している。同様に、図6のグラフ62では、時刻2.1秒付近において出力電流Ia,b,cが著しく減少しているが、時刻t1以降は安定している。 As described above, by switching the angular frequency adjustment value Δω used for calculating the phase θ so that the internal phase angle δ is within a predetermined range, the frequency ω s of the power system 20 is obtained as shown by the graphs 61 and 62 in FIG. It is possible to quickly follow even when the voltage decreases rapidly and output a stable AC voltage and AC current. For example, in the graph 61 of FIG. 6, the terminal voltages V a, b, c are stable even after time 2.1 seconds when the frequency of the power system has rapidly decreased. Similarly, in the graph 62 in FIG. 6, the output current I a, b, c is remarkably reduced around time 2.1 seconds , but is stable after time t1.

図5及び図6から分かるように、本実施形態の制御装置1のように角周波数調整部102により角周波数調整値Δωを調整してインバータ装置3を制御した場合、時刻2秒から3秒までの期間に脱調は起こらない。よって、本実施形態の制御装置1によりインバータ装置3を制御することにより、脱調による端子電圧及び出力電流の乱れを防ぐことが可能となる。   As can be seen from FIGS. 5 and 6, when the inverter device 3 is controlled by adjusting the angular frequency adjustment value Δω by the angular frequency adjusting unit 102 as in the control device 1 of the present embodiment, the time is from 2 seconds to 3 seconds. No step-out occurs during this period. Therefore, by controlling the inverter device 3 by the control device 1 of the present embodiment, it is possible to prevent the terminal voltage and the output current from being disturbed due to step-out.

なお、図2の位相算出部101及び角周波数調整部102の構成は、それぞれ、本実施形態に係る位相算出部101及び角周波数調整部102の構成の一例に過ぎない。位相算出部101及び角周波数調整部102の構成は、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、図1及び図2に示した制御装置1は、コンピュータと、該コンピュータに実行させるプログラムとにより実現することも可能である。   Note that the configurations of the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 in FIG. 2 are merely examples of the configuration of the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 according to the present embodiment, respectively. The configurations of the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 can be changed as appropriate without departing from the scope of the present embodiment. The control device 1 shown in FIGS. 1 and 2 can also be realized by a computer and a program executed by the computer.

また、本実施形態では、蓄電池を直流電源2とする発電設備におけるインバータ装置3の制御装置1を例に挙げたが、直流電源2は、これに限らず、太陽光パネル等の直流電力を発生させる発電機であってもよい。   Moreover, in this embodiment, although the control apparatus 1 of the inverter apparatus 3 in the power generation facility which uses a storage battery as the DC power supply 2 was taken as an example, the DC power supply 2 generates DC power such as a solar panel without being limited thereto. It may be a generator.

更に、制御装置1において取得する交流電圧Va,b,c及び交流電流Ia,b,cは、それぞれ、発電設備内に限らず、電力系統20内において検出した交流電圧Va,b,c及び交流電流Ia,b,cであってもよい。 Furthermore, the AC voltage V a, b, c and the AC current I a, b, c acquired in the control device 1 are not limited to the power generation facility, but the AC voltage V a, b, c and alternating current I a, b, c may be used.

[第2の実施形態]
本実施形態では、図1の制御装置1における発電機模擬部100の別の例について説明する。すなわち、本実施形態で説明する制御装置1は、直流電源2により発生させた直流電力を交流電力に変換して電力系統20に出力するインバータ装置3を制御する装置である。制御装置1は、図1に示したように、発電機模擬部100と、制御信号生成部110と、出力目標設定部120と、基準周波数設定部130とを備える。発電機模擬部100は、位相算出部101と、角周波数調整部102とを含む。制御信号生成部110は、正弦波生成部111と、パルス幅変調部112とを含む。
[Second Embodiment]
In the present embodiment, another example of the generator simulation unit 100 in the control device 1 of FIG. 1 will be described. That is, the control device 1 described in the present embodiment is a device that controls the inverter device 3 that converts DC power generated by the DC power source 2 into AC power and outputs the AC power to the power system 20. As illustrated in FIG. 1, the control device 1 includes a generator simulation unit 100, a control signal generation unit 110, an output target setting unit 120, and a reference frequency setting unit 130. The generator simulation unit 100 includes a phase calculation unit 101 and an angular frequency adjustment unit 102. The control signal generation unit 110 includes a sine wave generation unit 111 and a pulse width modulation unit 112.

図7は、第2の実施形態に係る制御装置における発電機模擬部の構成を示す図である。図7に示すように、本実施形態に係る発電機模擬部100における位相差算出部101は、有効電力計測部101aと、減算器101bと、第1の積分器101cと、加算器101fと、第2の積分器101eとを含む。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a generator simulation unit in the control device according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, the phase difference calculation unit 101 in the generator simulation unit 100 according to the present embodiment includes an active power measurement unit 101a, a subtractor 101b, a first integrator 101c, an adder 101f, And a second integrator 101e.

有効電力計測部101aは、電圧検出器6により検出した交流電圧Va,b,cと、電流検出器7により検出した交流電流Ia,b,cとに基づいて、現時点における電力系統20の有効電力Pを計測する。有効電力計測部101aは、既知の計測方法に従って、電力系統20の有効電力Pを計測する。 The active power measuring unit 101a is configured to detect the current power system 20 based on the AC voltage V a, b, c detected by the voltage detector 6 and the AC current I a, b, c detected by the current detector 7. The effective power P is measured. The active power measurement unit 101a measures the active power P of the power system 20 according to a known measurement method.

減算器101bは、インバータ装置3に出力させる有効電力の目標値(出力目標)と、計測した有効電力Pとの差分を算出する。出力目標は、出力目標設定部120(図1を参照)から入力される。   The subtractor 101b calculates the difference between the target value (output target) of the active power to be output to the inverter device 3 and the measured active power P. The output target is input from the output target setting unit 120 (see FIG. 1).

第1の積分器101cは、出力目標と有効電力計測部101aで計測した有効電力Pとの差分を時間積分して出力する。すなわち、本実施形態の制御装置1における位相算出部101では、第1の積分器101cは、内部位相角δの値によらず、常に有効電力Pと出力目標との差分を時間積分して得られる値を角周波数調整値Δωとして出力する。   The first integrator 101c time-integrates and outputs the difference between the output target and the active power P measured by the active power measuring unit 101a. That is, in the phase calculation unit 101 in the control device 1 of the present embodiment, the first integrator 101c always obtains the difference between the active power P and the output target by time integration regardless of the value of the internal phase angle δ. Is output as the angular frequency adjustment value Δω.

加算器101dは、第1の積分器101cが出力した角周波数調整値Δωと、基準周波数ωと、角周波数調整部102から入力される調整量とを加算して出力する。基準周波数ωは、基準周波数設定部130(図1を参照)から入力される。基準周波数ωは、電力系統20における電力の基準周波数であり、例えば、50Hz或いは60Hzとする。角周波数調整部102から入力される調整量は、内部位相角δの大きさと、所定の関数f(δ)とに基づいて算出される角周波数の調整量である。関数f(δ)は、内部位相角δが小さくなる方向に角周波数ωを変更させる値を算出する関数であり、内部位相角δが大きくなるほど調整量が大きくなるような関数とする。本実施形態に係る以下の説明では、第1の積分器101cが出力する角周波数調整値Δωを第1の調整値Δωともいい、角周波数調整部102が算出する角周波数の調整量を第2の調整値ともいう。 The adder 101d adds the angular frequency adjustment value Δω output from the first integrator 101c, the reference frequency ω 0, and the adjustment amount input from the angular frequency adjustment unit 102, and outputs the result. The reference frequency ω 0 is input from the reference frequency setting unit 130 (see FIG. 1). The reference frequency ω 0 is a reference frequency of power in the power system 20 and is set to 50 Hz or 60 Hz, for example. The adjustment amount input from the angular frequency adjustment unit 102 is an adjustment amount of the angular frequency calculated based on the magnitude of the internal phase angle δ and a predetermined function f (δ). The function f (δ) is a function for calculating a value that changes the angular frequency ω in the direction in which the internal phase angle δ decreases, and is a function that increases the adjustment amount as the internal phase angle δ increases. In the following description according to the present embodiment, the angular frequency adjustment value Δω output from the first integrator 101c is also referred to as a first adjustment value Δω, and the angular frequency adjustment amount calculated by the angular frequency adjustment unit 102 is the second. It is also called the adjustment value.

第2の積分器101eは、加算器101dから入力される角周波数を時間積分し、時間積分の結果をインバータ装置3から出力する電圧の位相θとして出力する。本実施形態の制御装置1では、第2の積分器101が出力した位相θは、制御信号生成部110の正弦波生成部111(図1を参照)に入力されるとともに、角周波数調整部102の内部位相角算出部102aに入力される。   The second integrator 101e time-integrates the angular frequency input from the adder 101d and outputs the result of time integration as the phase θ of the voltage output from the inverter device 3. In the control device 1 of the present embodiment, the phase θ output from the second integrator 101 is input to the sine wave generation unit 111 (see FIG. 1) of the control signal generation unit 110 and the angular frequency adjustment unit 102. Is input to the internal phase angle calculation unit 102a.

また、図7に示すように、本実施形態に係る発電機模擬部100における角周波数調整部102は、内部位相角算出部102aと、第1のゲイン適用部102fと、調整量算出部102gと、第2のゲイン適用部102hとを含む。   As shown in FIG. 7, the angular frequency adjustment unit 102 in the generator simulation unit 100 according to the present embodiment includes an internal phase angle calculation unit 102a, a first gain application unit 102f, and an adjustment amount calculation unit 102g. And a second gain application unit 102h.

内部位相角算出部102aは、第1の実施形態で説明したように、電力系統20の交流電圧の位相と位相算出部101が算出した位相θとの位相差(内部位相角)δを算出する。本実施形態では、有効電力計測部101aに入力される交流電圧Va,b,cを、電力系統20の交流電圧とする。内部位相角算出部102aは、例えば、上記の式(2−1)、式(2−2)、及び式(2−3)により、内部位相角δを算出する。 As described in the first embodiment, the internal phase angle calculation unit 102a calculates a phase difference (internal phase angle) δ between the phase of the AC voltage of the power system 20 and the phase θ calculated by the phase calculation unit 101. . In the present embodiment, the AC voltage V a, b, c input to the active power measuring unit 101 a is used as the AC voltage of the power system 20. The internal phase angle calculation unit 102a calculates the internal phase angle δ using, for example, the above equations (2-1), (2-2), and (2-3).

第1のゲイン適用部102fは、内部位相角算出部102aで算出した内部位相角δに対し所定のゲインaを適用する。第1のゲイン適用部102fは、例えば、内部位相角δにゲインaを適用した値a・δを算出して出力する。ゲインaは、任意の正の値であり、a=1であってもよい。   The first gain application unit 102f applies a predetermined gain a to the internal phase angle δ calculated by the internal phase angle calculation unit 102a. For example, the first gain application unit 102f calculates and outputs a value a · δ obtained by applying the gain a to the internal phase angle δ. The gain a is an arbitrary positive value and may be a = 1.

調整量算出部102gは、内部位相角δ(又はa・δ)をパラメータとする関数f(δ)により、内部位相角δと対応した角周波数の調整量を算出する。ここで、関数f(δ)は、内部位相角δが小さくなる方向に、模擬する同期発電機における回転体の角周波数が加速又は減速される値を算出可能な関数とする。例えば、関数f(δ)は、f(δ)=tan(δ)とする。   The adjustment amount calculation unit 102g calculates an adjustment amount of an angular frequency corresponding to the internal phase angle δ by a function f (δ) having the internal phase angle δ (or a · δ) as a parameter. Here, the function f (δ) is a function that can calculate a value by which the angular frequency of the rotating body in the simulated synchronous generator is accelerated or decelerated in the direction in which the internal phase angle δ decreases. For example, the function f (δ) is set to f (δ) = tan (δ).

第2のゲイン適用部102hは、調整量算出部102gで算出した調整量に対し所定のゲインbを適用する。第2のゲイン適用部102hは、例えば、調整量算出部102gで算出した調整量にゲインbを乗算又は加算した値を出力する。ゲインbは、任意の正の値であり、b=1であってもよい。第2のゲイン適用部102hは、ゲインbを適用した角周波数の調整量を位相算出部101の加算器101fに入力する。   The second gain application unit 102h applies a predetermined gain b to the adjustment amount calculated by the adjustment amount calculation unit 102g. For example, the second gain application unit 102h outputs a value obtained by multiplying or adding the gain b to the adjustment amount calculated by the adjustment amount calculation unit 102g. The gain b is an arbitrary positive value and may be b = 1. The second gain application unit 102 h inputs the angular frequency adjustment amount to which the gain b is applied to the adder 101 f of the phase calculation unit 101.

本実施形態の制御装置1における発電機模擬部100は、上記のように、内部位相角算出部102aにおいて算出した内部位相角δの大きさに応じた調整量を算出し、位相算出部101の第2の積分器101eに入力する角周波数を調整する。このとき、調整量算出部102gにおいて関数f(δ)=tan(δ)により調整量を算出すると、内部位相角δが大きいほど、調整量の値が大きくなる。このため、例えば、関数f(δ)=tan(δ)により算出した調整量を、模擬する同期発電機の回転体の角周波数調整値Δω+ωに加算又は減算することにより、内部位相角δの増大による脱調を防ぐことが可能となる。 The generator simulation unit 100 in the control device 1 of the present embodiment calculates an adjustment amount according to the magnitude of the internal phase angle δ calculated by the internal phase angle calculation unit 102a as described above, and the phase calculation unit 101 The angular frequency input to the second integrator 101e is adjusted. At this time, when the adjustment amount is calculated by the function f (δ) = tan (δ) in the adjustment amount calculation unit 102g, the value of the adjustment amount increases as the internal phase angle δ increases. Therefore, for example, by adding or subtracting the adjustment amount calculated by the function f (δ) = tan (δ) to the angular frequency adjustment value Δω + ω 0 of the rotating body of the synchronous generator to be simulated, the internal phase angle δ It is possible to prevent step-out due to increase.

また、本実施形態のように関数f(δ)=tan(δ)により調整量を算出する場合、内部位相角δが0に近い値であれば調整量は小さな値となる上、内部位相角δの増大に伴い調整量が連続的に増加する。このため、本実施形態の制御装置1では、発電機模擬部100において模擬する同期発電機の回転体の角周波数が連続的に変化する。従って、本実施形態の制御装置1によれば、インバータ装置3の制御を同期発電機における回転体の角周波数の変化態様により近づけることが可能となり、より自然な制御が可能となる。   Further, when the adjustment amount is calculated by the function f (δ) = tan (δ) as in this embodiment, if the internal phase angle δ is a value close to 0, the adjustment amount becomes a small value and the internal phase angle As δ increases, the adjustment amount increases continuously. For this reason, in the control apparatus 1 of this embodiment, the angular frequency of the rotary body of the synchronous generator simulated in the generator simulation part 100 changes continuously. Therefore, according to the control device 1 of the present embodiment, the control of the inverter device 3 can be made closer to the change mode of the angular frequency of the rotating body in the synchronous generator, and more natural control is possible.

なお、図7の角周波数調整部102の構成は、第2の実施形態に係る角周波数調整部102の構成の一例に過ぎない。本実施形態に係る角周波数調整部102の構成は、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、調整量算出部102gにおいて調整量を算出する関数f(δ)は、f(δ)=tan(δ)に限らず、他の関数であってもよい。例えば、調整量を算出する関数f(δ)は、正負の符号が内部位相角δと同一であり、かつ内部位相角δの絶対値が大きくなるに連れて調整量が大きくなる関数から選択することが可能である。例えば、関数f(δ)は、f(δ)=tan(δ)−δであってもよい。更に、関数f(δ)は、例えば、f(δ)=δ、或いはf(δ)=δ等であってもよい。 Note that the configuration of the angular frequency adjustment unit 102 in FIG. 7 is merely an example of the configuration of the angular frequency adjustment unit 102 according to the second embodiment. The configuration of the angular frequency adjusting unit 102 according to the present embodiment can be changed as appropriate without departing from the gist of the present embodiment. For example, the function f (δ) for calculating the adjustment amount in the adjustment amount calculation unit 102g is not limited to f (δ) = tan (δ), and may be another function. For example, the function f (δ) for calculating the adjustment amount is selected from functions whose signs are the same as the internal phase angle δ and the adjustment amount increases as the absolute value of the internal phase angle δ increases. It is possible. For example, the function f (δ) may be f (δ) = tan (δ) −δ. Further, the function f (δ) may be, for example, f (δ) = δ 3 or f (δ) = δ 5 .

また、本実施形態に係る位相算出部101及び角周波数調整部102を含む制御装置1は、コンピュータと、該コンピュータに実行させるプログラムとにより実現することも可能である。   The control device 1 including the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 according to the present embodiment can also be realized by a computer and a program executed by the computer.

また、本実施形態では、蓄電池を直流電源2とする発電設備におけるインバータ装置3の制御装置1を例に挙げたが、直流電源2は、これに限らず、太陽光パネル等の直流電力を発生させる発電機であってもよい。   Moreover, in this embodiment, although the control apparatus 1 of the inverter apparatus 3 in the power generation facility which uses a storage battery as the DC power supply 2 was taken as an example, the DC power supply 2 generates DC power such as a solar panel without being limited thereto. It may be a generator.

更に、制御装置1において取得する交流電圧Va,b,c及び交流電流Ia,b,cは、それぞれ、発電設備内に限らず、電力系統20内において検出した交流電圧Va,b,c及び交流電流Ia,b,cであってもよい。 Furthermore, the AC voltage V a, b, c and the AC current I a, b, c acquired in the control device 1 are not limited to the power generation facility, but the AC voltage V a, b, c and alternating current I a, b, c may be used.

[第3の実施形態]
図8は、第3の実施形態に係る制御装置の機能的構成を示す図である。図8に示すように、本実施形態に係る制御装置1は、発電機模擬部100と、制御信号生成部110と、出力目標設定部120と、基準周波数設定部130とを備える。本実施形態の制御装置1における制御信号生成部110、出力目標設定部120、基準周波数設定部130、それぞれ、第1の実施形態で説明した機能を持つ。制御信号生成部110は、正弦波生成部111と、パルス幅変調部112とを含む。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a diagram illustrating a functional configuration of the control device according to the third embodiment. As shown in FIG. 8, the control device 1 according to the present embodiment includes a generator simulation unit 100, a control signal generation unit 110, an output target setting unit 120, and a reference frequency setting unit 130. The control signal generation unit 110, the output target setting unit 120, and the reference frequency setting unit 130 in the control device 1 of the present embodiment each have the functions described in the first embodiment. The control signal generation unit 110 includes a sine wave generation unit 111 and a pulse width modulation unit 112.

本実施形態の制御装置1における発電機模擬部100は、位相算出部101と、角周波数調整部102と、遠方電圧推定部103とを含む。   The generator simulation unit 100 in the control device 1 of the present embodiment includes a phase calculation unit 101, an angular frequency adjustment unit 102, and a far voltage estimation unit 103.

本実施形態の制御装置1における位相算出部101は、第1の実施形態で説明した方法、或いは第2の実施形態で説明した方法で、インバータ装置3から出力する電力の位相θを算出する。すなわち、位相算出部101は、送電線5の位置D1で検出した交流電圧Va,b,c及び交流電流Ia,b,cと、出力目標と、電力系統20の基準周波数ωと、角周波数調整部102から入力される情報とに基づいて、インバータ装置3から出力する電圧の位相θを算出する。 The phase calculation unit 101 in the control device 1 of the present embodiment calculates the phase θ of the electric power output from the inverter device 3 by the method described in the first embodiment or the method described in the second embodiment. That is, the phase calculation unit 101 includes the AC voltage V a, b, c and AC current I a, b, c detected at the position D1 of the power transmission line 5, the output target, the reference frequency ω 0 of the power system 20, and Based on the information input from the angular frequency adjustment unit 102, the phase θ of the voltage output from the inverter device 3 is calculated.

遠方電圧推定部103は、送電線5の位置D1で検出した交流電圧Va,b,cと、送電線5におけるインバータ装置3の出力端(位置D0)から位置D1までの第1の区間のリアクタンスXと位置D1から位置D2までの第2の区間のリアクタンスn・Xとの比に基づいて、位置D2における交流電圧Vsysを推定する。第1の区間のリアクタンスXは平滑化リアクトル(フィルタ)4のリアクタンスで近似され、第2の区間のリアクタンスn・Xは該第2の区間を1つの抵抗(送電線模擬部10)と見做した場合の該抵抗のリアクタンスである。遠方電圧推定部103は、例えば、原点Oを始点とする2つのベクトルV1及びV2における第1のベクトルV1の終点と第2のベクトルV2の終点と結ぶ線分を1:nに外分する点を終点とし、原点Oを始点とするベクトルであって、大きさが第1のベクトルV1と等しい第3のベクトルV3を求め、該第3のベクトルV3に基づいて交流電圧Vsysを推定する。第1のベクトルV1は、送電線5における、インバータ装置3と平滑化リアクトル4との間となる位置(例えばインバータ装置3の出力端となる位置D0)電圧Vvsgと対応するベクトルである。第2のベクトルV2は、送電線5における位置D1で検出した交流電圧Vt(Va,b,c)と対応するベクトルである。 The far voltage estimation unit 103 detects the AC voltage V a, b, c detected at the position D1 of the transmission line 5 and the first section from the output terminal (position D0) of the inverter device 3 in the transmission line 5 to the position D1. Based on the ratio of the reactance X and the reactance n · X in the second section from the position D1 to the position D2, the AC voltage Vsys at the position D2 is estimated. The reactance X of the first section is approximated by the reactance of the smoothing reactor (filter) 4, and the reactance n · X of the second section is regarded as one resistance (transmission line simulation unit 10). This is the reactance of the resistance. For example, the far voltage estimation unit 103 divides the line segment connecting the end point of the first vector V1 and the end point of the second vector V2 into 1: n in two vectors V1 and V2 starting from the origin O. Is a vector having an origin O as a starting point and a magnitude equal to the first vector V1, and a third vector V3 having the same magnitude as the first vector V1 is obtained, and the AC voltage Vsys is estimated based on the third vector V3. The first vector V1 is a vector corresponding to the voltage V vsg in the power transmission line 5 between the inverter device 3 and the smoothing reactor 4 (for example, the position D0 serving as the output terminal of the inverter device 3). The second vector V2 is a vector corresponding to the AC voltage V t (V a, b, c ) detected at the position D1 on the power transmission line 5.

本実施形態の制御装置1における角周波数調整部102は、第1の実施形態で説明した方法、或いは第2の実施形態で説明した方法で、位相算出部101が位相の算出に利用する角周波数の値を調整するための情報を生成し、位相算出部101に出力する。すなわち、角周波数調整部102は、電力系統20の交流電圧の位相と、位相算出部101が算出して出力した電圧の位相θとに基づいて、位相算出部101において位相の算出に利用する角周波数の値を調整するための情報を生成し、位相算出部101に出力する。なお、本実施形態に係る角周波数調整部102は、位置D1で検出した交流電圧Va,b,cの代わりに、遠方電圧推定部103で推定した交流電圧Vsysを電力系統20の交流電圧とする。すなわち、本実施形態に係る角周波数調整部102は、遠方電圧推定部103で推定した交流電圧Vsysの位相と位相算出部101が算出した位相との位相差を内部位相角δとし、角周波数の値を調整するための情報を生成する。 The angular frequency adjustment unit 102 in the control device 1 of the present embodiment is the angular frequency that the phase calculation unit 101 uses for calculating the phase by the method described in the first embodiment or the method described in the second embodiment. The information for adjusting the value of is generated and output to the phase calculation unit 101. That is, the angular frequency adjustment unit 102 uses the phase calculation unit 101 to calculate the phase based on the phase of the AC voltage of the power system 20 and the phase θ of the voltage calculated and output by the phase calculation unit 101. Information for adjusting the frequency value is generated and output to the phase calculation unit 101. The angular frequency adjusting unit 102 according to the present embodiment uses the AC voltage Vsys estimated by the remote voltage estimating unit 103 as the AC voltage of the power system 20 instead of the AC voltage V a, b, c detected at the position D1. And That is, the angular frequency adjusting unit 102 according to the present embodiment uses the phase difference between the phase of the AC voltage V sys estimated by the remote voltage estimating unit 103 and the phase calculated by the phase calculating unit 101 as the internal phase angle δ, and the angular frequency. Generate information to adjust the value of.

このように、本実施形態の制御装置1における発電機模擬部100は、インバータ装置3から見て交流電圧Va,b,cを検出する位置D1よりも遠方となる位置D2の交流電圧Vsysを推定し、推定した交流電圧Vsysを利用して同期発電機を模擬する。発電機模擬部100における位相差算出部101及び角周波数調整部102は、それぞれ、例えば、第1の実施形態で説明した構成でよい。 As described above, the generator simulation unit 100 in the control device 1 according to the present embodiment is configured so that the AC voltage V sys at the position D2 far from the position D1 where the AC voltage V a, b, c is detected when viewed from the inverter device 3. And the synchronous generator is simulated using the estimated AC voltage Vsys . Each of the phase difference calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 in the generator simulation unit 100 may have the configuration described in the first embodiment, for example.

図9は、第3の実施形態に係る制御装置における発電機模擬部の構成例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a generator simulation unit in the control device according to the third embodiment.

発電機模擬部100の位相算出部101は、図9のように、有効電力計測部101aと、減算器101bと、第1の積分器101cと、加算器101dと、第2の積分器101eとを含む。位相算出部101における有効電力計測部101a、減算器101b、第1の積分器101c、加算器101d、及び第2の積分器101eは、それぞれ、第1の実施形態で説明した機能を持つ。   As shown in FIG. 9, the phase calculation unit 101 of the generator simulation unit 100 includes an active power measurement unit 101a, a subtractor 101b, a first integrator 101c, an adder 101d, and a second integrator 101e. including. The active power measurement unit 101a, the subtractor 101b, the first integrator 101c, the adder 101d, and the second integrator 101e in the phase calculation unit 101 have the functions described in the first embodiment.

また、発電機模擬部100の角周波数調整部102は、内部位相角算出部102aと、比較部102bと、系統周波数検出部102cと、減算器102dとを含む。角周波数調整部102における内部位相角算出部102a、比較部102b、系統周波数検出部102c、及び減算器102dは、それぞれ、第1の実施形態で説明した機能を持つ。なお、本実施形態の制御装置1における内部位相角算出部102aは、遠方電圧推定部103により推定した交流電圧Vsysの位相と、位相算出部101により算出した電圧の位相θとの位相差を内部位相角δとして算出する。内部位相角算出部102aは、例えば、上記式(2−1)、式(2−2)、及び式(2−3)により、内部位相角δを算出する。また、本実施形態の制御装置1における系統周波数検出部102cは、遠方電圧推定部103により推定した交流電圧Vsysに基づいて、電力系統20における現時点での電圧の周波数ωを検出する。 Further, the angular frequency adjustment unit 102 of the generator simulation unit 100 includes an internal phase angle calculation unit 102a, a comparison unit 102b, a system frequency detection unit 102c, and a subtractor 102d. The internal phase angle calculation unit 102a, the comparison unit 102b, the system frequency detection unit 102c, and the subtractor 102d in the angular frequency adjustment unit 102 have the functions described in the first embodiment. The internal phase angle calculation unit 102a in the control device 1 of the present embodiment calculates the phase difference between the phase of the AC voltage Vsys estimated by the far voltage estimation unit 103 and the phase θ of the voltage calculated by the phase calculation unit 101. Calculated as the internal phase angle δ. The internal phase angle calculation unit 102a calculates the internal phase angle δ using, for example, the above equations (2-1), (2-2), and (2-3). In addition, the system frequency detection unit 102 c in the control device 1 of the present embodiment detects the current voltage frequency ω in the power system 20 based on the AC voltage V sys estimated by the far voltage estimation unit 103.

図10は、遠方電圧推定部による電圧の推定方法を説明する図である。
遠方電圧推定部103により遠方電圧を推定する場合、図10に示すように、原点Oを中心とする半径r=|Vvsg|の円周C上に、位置D0の電圧Vvsgと対応するベクトルの終点PD0と、位置D2の電圧Vsysと対応するベクトルの終点PD2が存在することを利用する。電圧Vvsgと対応するベクトル及び電圧Vsysと対応するベクトルは、それぞれ、原点Oを始点とし、円周C上に終点PD0及びPD2が存在するベクトルであり、位相(方向)が異なる。電圧Vvsgは、位相算出部101が算出した電力の位相θに基づいてインバータ装置3が出力した交流電圧である。よって、電圧Vvsgと対応するベクトルと、電圧Vsysと対応するベクトルとの角δ2は、2つの電圧Vvsg及びVsysの位相差(内部位相角)となる。
FIG. 10 is a diagram for explaining a voltage estimation method by the remote voltage estimation unit.
When the far voltage estimation unit 103 estimates the far voltage, a vector corresponding to the voltage V vsg at the position D0 on the circumference C of the radius r = | V vsg | with the origin O as the center, as shown in FIG. and endpoint PD0, utilizing that there is an end point PD2 of vectors corresponding to the voltage V sys position D2. The vector corresponding to the voltage V vsg and the vector corresponding to the voltage V sys are vectors having the origin O as the start point and the end points PD0 and PD2 on the circumference C, and have different phases (directions). The voltage V vsg is an AC voltage output from the inverter device 3 based on the phase θ of power calculated by the phase calculation unit 101. Therefore, the angle δ2 between the vector corresponding to the voltage V vsg and the vector corresponding to the voltage V sys is the phase difference (internal phase angle) between the two voltages V vsg and V sys .

このとき、位置D1の電圧Vtと対応するベクトルは、円周C上の2つの点PD0及びPD2を結ぶ線分上であって、該線分を1対nに内分する点PD1を終点とし、原点Oを始点とするベクトルで表される。電圧Vvsgは、上記のように、位相算出部101が算出した電力の位相θに基づいてインバータ装置3が出力した交流電圧である。よって、電圧Vvsgと対応するベクトルと、電圧Vtと対応するベクトルとの角δ1は、2つの電圧Vvsg及びVtの位相差(内部位相角)となる。 In this case, the vector corresponding to the voltage V t of the position D1 is a on the line segment connecting the two points PD0 and PD2 on the circumference C, end point PD1 point which internally divides the line segment to the one-to-n And represented by a vector starting from the origin O. The voltage V vsg is an AC voltage output from the inverter device 3 based on the power phase θ calculated by the phase calculation unit 101 as described above. Therefore, the angle δ1 between the vector corresponding to the voltage V vsg and the vector corresponding to the voltage V t is the phase difference (internal phase angle) between the two voltages V vsg and V t .

遠方電圧推定部103は、上記の位置D0の電圧Vvsgと対応するベクトル、位置D1の電圧Vtと対応するベクトル、及び位置D2の電圧Vsysと対応するベクトルの関係に基づいて、位置D2の電圧Vsysを推定する。具体的には、遠方電圧推定部103は、位置D1で検出した交流電圧Vt(Va,b,c)と、第1の区間のリアクタンスXと、第2の区間のリアクタンスn・Xとに基づいて、位置D2の交流電圧Vsysを推定する。 Far voltage estimation unit 103, a vector corresponding to the voltage V vsg the position D0, corresponding vector to the voltage V t of the position D1, and on the basis of the relationship of the corresponding vector and voltage V sys position D2, the position D2 Is estimated. Specifically, the far voltage estimation unit 103 determines the AC voltage V t (V a, b, c ) detected at the position D1, the reactance X in the first section, and the reactance n · X in the second section. Is used to estimate the AC voltage Vsys at position D2.

このように、本実施形態の制御装置1では、遠方電圧推定部103により推定した位置D2の交流電圧Vsysに基づいて内部位相角δを算出し、該内部位相角δに基づいて位相算出部101による位相θの算出に用いる角周波数を調整する。これにより、例えば、送電線5のインピーダンスが大きい場合(言い換えると、第1の区間のリアクタンスXと第2の区間のリアクタンスn・Xとの比nが大きい場合)にも、内部位相角δの増大を早期に検出することができ、脱調(同期外れ)を防止することができる。 As described above, in the control device 1 of the present embodiment, the internal phase angle δ is calculated based on the AC voltage Vsys at the position D2 estimated by the far voltage estimation unit 103, and the phase calculation unit based on the internal phase angle δ. The angular frequency used for calculating the phase θ by 101 is adjusted. Thereby, for example, even when the impedance of the transmission line 5 is large (in other words, when the ratio n between the reactance X in the first section and the reactance n · X in the second section is large), the internal phase angle δ The increase can be detected at an early stage, and step-out (out of synchronization) can be prevented.

以下、図11を参照して、位置D1で検出した交流電圧Va,b,c(端子電圧Vt)を利用して算出した内部位相角δに基づいて角周波数を調整する場合に起こり得る現象を説明する。図11は、端子電圧に基づいて角周波数を調整する場合に起こり得る現象を説明する図である。 Hereinafter, with reference to FIG. 11, this may occur when the angular frequency is adjusted based on the internal phase angle δ calculated using the AC voltage V a, b, c (terminal voltage V t ) detected at the position D1. Explain the phenomenon. FIG. 11 is a diagram illustrating a phenomenon that may occur when the angular frequency is adjusted based on the terminal voltage.

図11の(a)には、位置D0の交流電圧Vvsgと位置D1の交流電圧Vtとの内部位相角δ1が所定の範囲内である場合の、位置D0の交流電圧Vvsg、位置D1の交流電圧Vt、及び位置D2の交流電圧Vsysの関係を示している。このように、位置D0の交流電圧Vvsgと位置D1の交流電圧Vtとの内部位相角δ1の絶対値がπ/4ラジアンよりも小さい場合でも、位置D0の交流電圧Vvsgと、位置D1よりも電力系統20側となる位置D2の交流電圧Vsysとの内部位相角δ2がπ/4ラジアンに近い値となることがある。 The (a) of FIG. 11, when the internal phase angle δ1 of the AC voltage V t of the AC voltage V vsg the position D1 of the position D0 is within a predetermined range, the AC voltage V vsg position D0, position D1 The relationship between the AC voltage V t of the current and the AC voltage V sys at the position D2 is shown. Thus, even if the absolute value of the internal phase angle δ1 of the AC voltage V t of the AC voltage V vsg the position D1 of the position D0 is smaller than [pi / 4 radians, and the AC voltage V vsg position D0, position D1 In some cases, the internal phase angle δ2 with respect to the AC voltage Vsys at the position D2 on the power system 20 side may be a value close to π / 4 radians.

また、リアクタンスの比nが大きい場合、例えば、図11の(b)及び(c)のように、位置D1で検出した交流電圧Vt(Va,b,c)に基づく内部位相角δ1の絶対値がπ/4ラジアンよりも小さいにもかかわらず、内部位相角δ2がπ/2ラジアン(=90度)を超過し、πラジアン(=180度)に迫っていることがある。 Further, when the reactance ratio n is large, for example, as shown in FIGS. 11B and 11C , the internal phase angle δ1 based on the AC voltage V t (V a, b, c ) detected at the position D1. Even though the absolute value is smaller than π / 4 radians, the internal phase angle δ2 may exceed π / 2 radians (= 90 degrees) and approach π radians (= 180 degrees).

すなわち、送電線5におけるリアクタンスの比nが大きい場合、位置D1で検出した交流電圧Vt(Va,b,c)に基づく内部位相角δ1が所定の範囲内であるにもかかわらず、位置D1よりも電力系統20に近い位置D2での内部位相角δ2は180度を超過し、脱調(同期外れ)が発生してしまうことがある。また、送電線5におけるリアクタンスの比nが大きい場合、位置D1で検出した交流電圧Vtの周波数と、位置D2で検出される交流電圧Vsysの周波数との乖離が大きくなる。このため、交流電圧Vtの周波数に基づいてインバータ装置3が出力する電力の周波数を制御する場合、インバータ装置3が出力する電力の周波数を電力系統20の周波数に合わせることが難しい。 That is, when the reactance ratio n in the transmission line 5 is large, the position is determined even though the internal phase angle δ1 based on the AC voltage V t (V a, b, c ) detected at the position D1 is within a predetermined range. The internal phase angle δ2 at the position D2 closer to the power system 20 than D1 exceeds 180 degrees, and step-out (out of synchronization) may occur. Further, if the ratio n of the reactance in the transmission line 5 is great, the frequency of the AC voltage V t detected by the position D1, the deviation between the frequency of the AC voltage V sys which is detected by the position D2 increases. Therefore, when controlling the frequency of the power output from the inverter device 3 on the basis of the frequency of the AC voltage V t, it is difficult to match the frequency of the power inverter 3 is output to the frequency of the power system 20.

また、送電線5における位置D2のように、電力系統20により近い位置で交流電圧を検出する場合、検出した交流電圧を制御装置1に伝送するための伝送路が長くなる。このため、例えば、伝送路における電圧降下や伝送ロス等により内部位相角δの算出精度が低下して適切な位相θを算出することが難しくなる。また、伝送路が長くなることにより、伝送路の設置やメンテナンスにかかるコストが増大する。   Further, when the AC voltage is detected at a position closer to the power system 20 like the position D <b> 2 in the power transmission line 5, the transmission path for transmitting the detected AC voltage to the control device 1 becomes long. For this reason, for example, the calculation accuracy of the internal phase angle δ is lowered due to a voltage drop or a transmission loss in the transmission line, and it becomes difficult to calculate an appropriate phase θ. In addition, the length of the transmission path increases the cost for installation and maintenance of the transmission path.

これに対し、本実施形態の制御装置1では、インバータ装置3の出力端に近い位置D1で検出した交流電圧Vtと、送電線5におけるリアクタンスの比nとに基づいて、位置D1よりも電力系統20に近い位置D2の交流電圧Vsysを推定する。このため、例えば、発電設備内で交流電圧Vtを検出することにより、交流電圧Vtの電圧降下や伝送ロスを防ぐことができる。また、伝送路の長距離化を防ぐことができるため、伝送路の設置やメンテナンスにかかるコストの増大を抑えることができる。すなわち、本実施形態の制御装置1を含む発電設備は、第1の実施形態の制御装置1を含む発電設備と同等の構成でありながら、送電線5のインピーダンスが大きい場合の脱調(同期外れ)も防止することができる。 In contrast, the control device 1 of the present embodiment, on the basis of the AC voltage V t detected by the position D1 close to the output terminal of the inverter device 3, and the ratio n of the reactance in the transmission line 5, the power of the position D1 An AC voltage Vsys at a position D2 close to the system 20 is estimated. Thus, for example, by detecting an AC voltage V t in the power plant, it is possible to prevent a voltage drop and a transmission loss of the AC voltage V t. Further, since it is possible to prevent the transmission line from being extended, it is possible to suppress an increase in cost for installation and maintenance of the transmission line. That is, the power generation facility including the control device 1 of the present embodiment has the same configuration as the power generation facility including the control device 1 of the first embodiment, but is out of synchronization (out of synchronization) when the impedance of the transmission line 5 is large. ) Can also be prevented.

以下、図12〜図14を参照して、本実施形態の制御装置1によりインバータ装置3を制御した場合の作用効果について説明する。   Hereinafter, with reference to FIGS. 12-14, the effect at the time of controlling the inverter apparatus 3 with the control apparatus 1 of this embodiment is demonstrated.

図12は、系統周波数の時間変化の第2の例を示す図である。図13は、第1の実施形態に係る制御装置による制御を行った場合のシミュレーション結果の別の例を示す図である。図14は、第3の実施形態に係る制御装置による制御を行った場合のシミュレーション結果の例を示す図である。   FIG. 12 is a diagram illustrating a second example of a time change in the system frequency. FIG. 13 is a diagram illustrating another example of the simulation result when the control by the control device according to the first embodiment is performed. FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a simulation result when control is performed by the control device according to the third embodiment.

本件発明者らは、コンピュータシミュレーションにより、第1の実施形態の制御装置1によりインバータ装置3を制御した場合の内部位相角δの時間変化と、本実施形態の制御装置1によりインバータ装置3を制御した場合の内部位相角δの時間変化とを調べた。   The inventors of the present invention control the inverter device 3 with the time change of the internal phase angle δ when the inverter device 3 is controlled by the control device 1 of the first embodiment and the control device 1 of the present embodiment by computer simulation. The time variation of the internal phase angle δ was investigated.

なお、シミュレーションには、図8に示したような、1つの発電機(直流電源2)を含む発電設備が電力系統20(無限大母線)に直結しているモデル(1機無限大母線系統)を使用した。発電機(直流電源2)は蓄電池とした。また、インバータ装置3の出力側のフィルタ部(平滑化リアクトル4)は機器容量ベースで5%のリアクタンスとし、位置D1よりも電力系統20側の送電線模擬部10は機器容量ベースで50%のリアクタンスとした。   In the simulation, a model (one machine infinite bus system) in which power generation equipment including one generator (DC power supply 2) as shown in FIG. 8 is directly connected to the power system 20 (infinite bus system). It was used. The generator (DC power supply 2) was a storage battery. Further, the output side filter unit (smoothing reactor 4) of the inverter device 3 has a reactance of 5% on the basis of the equipment capacity, and the transmission line simulation unit 10 on the power system 20 side from the position D1 is 50% on the basis of the equipment capacity. Reactance was used.

また、シミュレーションでは、無限大母線を理想電圧源とし、系統周波数が図12のグラフ41に示した周波数比ω/ωのように時間変化をした場合の、内部位相角δの時間変化及び交流電圧Va,b,cの時間変化等を算出した。周波数比ω/ωは電力系統20の周波数ωと基準周波数ωとの比である。 In the simulation, when the infinite bus is an ideal voltage source and the system frequency is changed with time as shown by the frequency ratio ω s / ω 0 shown in the graph 41 of FIG. The time change of the AC voltage V a, b, c was calculated. The frequency ratio ω s / ω 0 is a ratio between the frequency ω s of the power system 20 and the reference frequency ω 0 .

グラフ41における時刻0秒から2.0秒までの周波数比ω/ωの時間変化は、図4のグラフ40における時間変化と同じである。グラフ41における時刻2.0秒から4.0秒までの期間は、時刻2.1秒までの0.1秒間で周波数比が1.02から0.99まで低下した後、0.99を維持している。 The time change of the frequency ratio ω s / ω 0 from time 0 seconds to 2.0 seconds in the graph 41 is the same as the time change in the graph 40 of FIG. The period from time 2.0 seconds to 4.0 seconds in graph 41 is maintained at 0.99 after the frequency ratio decreases from 1.02 to 0.99 in 0.1 seconds from time 2.1 seconds. is doing.

電力系統20の周波数ωがグラフ41に示したような時間変化をする場合に、第1の実施形態で説明した方法でインバータ装置3を制御するシミュレーションを行うと、図13に示すような結果が得られた。なお、図13には、位置D1で検出した交流電圧Va,b,c及び位相θから内部位相角δを算出し、該内部位相角δが所定の範囲内(π/3ラジアン=60度)となるようにインバータ装置3を制御した場合のシミュレーション結果を示している。 When the frequency ω s of the power system 20 changes with time as shown in the graph 41, a simulation for controlling the inverter device 3 by the method described in the first embodiment results in the result shown in FIG. was gotten. In FIG. 13, the internal phase angle δ is calculated from the AC voltage V a, b, c detected at the position D1 and the phase θ, and the internal phase angle δ is within a predetermined range (π / 3 radians = 60 degrees). ) Shows a simulation result when the inverter device 3 is controlled so that.

図13には、4個のグラフ71〜74を示している。グラフ71は、端子電圧の時間変化、すなわち電圧検出器6により検出される位置D1の交流電圧Va,b,cの時間変化を示している。グラフ72は、出力電流の時間変化、すなわち電流検出器7により検出される交流電流Ia,b,cの時間変化を示している。グラフ73は、3つの周波数比ω/ω、(Δω+ω)/ω、及びω/ωの時間変化を示している。グラフ73における周波数比ω/ωは、系統周波数検出部102cにおいて交流電圧Va,b,c(Vt)から検出した周波数ωについての周波数比である。そして、グラフ74は、内部位相角δ(度)の時間変化を示している。なお、図13のグラフ71〜74は、それぞれ、図12のグラフ41における時刻0秒から1秒までの期間のシミュレーション結果を省略している。 FIG. 13 shows four graphs 71 to 74. The graph 71 shows the time change of the terminal voltage, that is, the time change of the AC voltage V a, b, c at the position D 1 detected by the voltage detector 6. The graph 72 shows the time change of the output current, that is, the time change of the alternating currents I a, b, c detected by the current detector 7. The graph 73 shows temporal changes of three frequency ratios ω s / ω 0 , (Δω + ω 0 ) / ω 0 , and ω / ω 0 . The frequency ratio ω / ω 0 in the graph 73 is the frequency ratio for the frequency ω detected from the AC voltage V a, b, c (V t ) in the system frequency detection unit 102c. The graph 74 shows the time change of the internal phase angle δ (degrees). Note that the graphs 71 to 74 in FIG. 13 omit the simulation results during the period from time 0 seconds to 1 second in the graph 41 in FIG.

グラフ73に示すように、電力系統20の周波数比ω/ωは、時刻1秒から1.2秒までの期間に1.00から1.02に増加する。その後、電力系統20の周波数比ω/ωは、時刻1.3秒から1.4秒までの期間に1.02から1.00に戻るが、時刻1.5秒となったときに1.02に上昇し、時刻2.0秒まで1.02の状態が続く。しかしながら、電力系統20の周波数比ω/ωの時間変化量がこの程度の比較的小さい変化量である場合、角周波数調整部102による角周波数の調整を行わなくても、第1の積分器101cから出力される角周波数調整値Δωは、電力系統20の周波数ωの変化に追従する。このため、時刻1秒から2秒までの期間における内部位相角δの値は比較的小さな値で推移する。従って、時刻1秒から2秒までの期間における端子電圧Va,b,cの位相とインバータ装置3が出力する交流電圧の位相θとの位相差(内部位相角δ)は、例えば、グラフ74のように、60度から−60度までの範囲内で変化する。 As shown in the graph 73, the frequency ratio ω s / ω 0 of the power system 20 increases from 1.00 to 1.02 in the period from time 1 second to 1.2 seconds. Thereafter, the frequency ratio ω s / ω 0 of the power system 20 returns from 1.02 to 1.00 during the period from 1.3 seconds to 1.4 seconds, but when the time becomes 1.5 seconds. It rises to 1.02, and the state of 1.02 continues until time 2.0 seconds. However, when the temporal change amount of the frequency ratio ω s / ω 0 of the power system 20 is such a relatively small change amount, the first integration can be performed without adjusting the angular frequency by the angular frequency adjusting unit 102. The angular frequency adjustment value Δω output from the device 101 c follows the change in the frequency ω s of the power system 20. For this reason, the value of the internal phase angle δ during the period from 1 second to 2 seconds changes at a relatively small value. Therefore, the phase difference (internal phase angle δ) between the phase of the terminal voltage V a, b, c and the phase θ of the AC voltage output from the inverter device 3 in the period from time 1 second to time 2 seconds is, for example, a graph 74. As shown in the figure, it changes within a range from 60 degrees to -60 degrees.

その後、グラフ73に示すように、電力系統20の周波数比ω/ωは、時刻2秒から2.1秒までの期間に著しく低下し、2.1秒から4秒までの間は一定の値となる。周波数比ω/ωは、時刻2秒から2.1秒までの0.1秒間で0.03だけ低下している。すなわち、電力系統20の基準周波数ωが50Hzである場合、該電力系統20の周波数ωは、時刻2秒から2.1秒までの0.1秒間で1.5Hz変化したことになる。このように、電力系統20の周波数ωが急速に変化した場合、有効電力Pと出力目標との差分が大きくなり、該差分の時間積分である角周波数調整値Δωと、模擬する同期発電機における回転体の角周波数との差が大きくなる。これにより、グラフ74のように、時刻2秒を過ぎると内部位相角δが急速に大きくなり、時刻t12(約2.22秒)の時点で内部位相角δが60度を超過する。このため、第1の実施形態の制御装置1では、時刻t12に角周波数調整部102が出力する出力セット信号SSがオンになり、位相算出部101の第1の積分器101cが出力する角周波数調整値Δωは角周波数調整部102が出力したセット値出力ω―ωとなる。 After that, as shown in the graph 73, the frequency ratio ω s / ω 0 of the power system 20 significantly decreases in the period from time 2 seconds to 2.1 seconds, and is constant from 2.1 seconds to 4 seconds. It becomes the value of. The frequency ratio ω s / ω 0 decreases by 0.03 in 0.1 second from time 2 seconds to 2.1 seconds. That is, when the reference frequency ω 0 of the power system 20 is 50 Hz, the frequency ω s of the power system 20 changes by 1.5 Hz in 0.1 seconds from the time 2 seconds to 2.1 seconds. As described above, when the frequency ω s of the power system 20 changes rapidly, the difference between the active power P and the output target increases, and the angular frequency adjustment value Δω, which is the time integration of the difference, and the synchronous generator to be simulated The difference with the angular frequency of the rotating body at is increased. As a result, as shown in the graph 74, the internal phase angle δ rapidly increases after the time of 2 seconds, and the internal phase angle δ exceeds 60 degrees at the time t12 (about 2.22 seconds). Therefore, in the control device 1 according to the first embodiment, the output set signal SS output from the angular frequency adjusting unit 102 is turned on at time t12, and the angular frequency output from the first integrator 101c of the phase calculating unit 101. The adjustment value Δω becomes the set value output ω−ω 0 output by the angular frequency adjustment unit 102.

ところが、送電線5における第1の区間(位置D0から位置D1まで)のリアクタンスXと第2の区間(位置D1から位置D2まで)のリアクタンスn・Xとの比nが大きい場合、位置D1における交流電圧Va,b,c(Vt)と、位置D1よりも電力系統20に近い位置D2における交流電圧Vsysとは、上記のように、周波数の乖離が大きくなる。すなわち、本シミュレーションのように、第1の区間(平滑化リアクトル4)のリアクタンスが機器容量ベースで5%であり、第2の区間(送電線模擬部10)のリアクタンスが機器容量ベースで50%である場合、位置D1における交流電圧Va,b,c(Vt)と位置D2における交流電圧Vsysとの周波数の乖離が大きくなる。このため、時刻t12において角周波数調整値Δωを角周波数調整部102が出力したセット値出力ω―ωに切り替えたとしても、グラフ73のように、位相算出部101の第2の積分器101eに入力される周波数Δω+ωと、電力系統20の周波数ωとの間にずれが生じる。よって、位相算出部101が算出するインバータ装置3の電力の位相θと電力系統20の位相とにずれが生じ、内部位相角δの増大を抑えることができず、時刻t12以降も内部位相角δが増大し続ける。そして、時刻t13(約2.97秒)において内部位相角δが180度を超過し、脱調(同期外れ)が発生した。 However, when the ratio n between the reactance X in the first section (from the position D0 to the position D1) and the reactance n · X in the second section (from the position D1 to the position D2) in the transmission line 5 is large, As described above, the frequency difference between the AC voltage V a, b, c (V t ) and the AC voltage V sys at the position D2 closer to the power system 20 than the position D1 increases. That is, as in this simulation, the reactance of the first section (smoothing reactor 4) is 5% on the equipment capacity basis, and the reactance of the second section (transmission line simulator 10) is 50% on the equipment capacity basis. , The frequency divergence between the AC voltage V a, b, c (V t ) at the position D1 and the AC voltage V sys at the position D2 becomes large. For this reason, even if the angular frequency adjustment value Δω is switched to the set value output ω−ω 0 output by the angular frequency adjustment unit 102 at time t12, the second integrator 101e of the phase calculation unit 101 as shown in the graph 73. There is a difference between the frequency Δω + ω 0 input to the frequency ω s and the frequency ω s of the power system 20. Therefore, a shift occurs between the phase θ of the power of the inverter device 3 calculated by the phase calculation unit 101 and the phase of the power system 20, and an increase in the internal phase angle δ cannot be suppressed. Continues to increase. At time t13 (about 2.97 seconds), the internal phase angle δ exceeded 180 degrees, and step-out (out of synchronization) occurred.

時刻t13以降、内部位相角δは増大を続け、グラフ74のように一度は絶対値が60度以下になるが、時刻t14で、内部位相角δは再度60度を超過する。このときも、第1の実施形態の制御装置1では内部位相角δの増大を抑制することができず、時刻t15に内部位相角δが180度を超過し、脱調(同期外れ)が発生した。   After time t13, the internal phase angle δ continues to increase, and the absolute value once becomes 60 degrees or less as shown in the graph 74, but at time t14, the internal phase angle δ again exceeds 60 degrees. Also at this time, the control device 1 according to the first embodiment cannot suppress the increase in the internal phase angle δ, and the internal phase angle δ exceeds 180 degrees at time t15, causing a step-out (out of synchronization). did.

このように、交流電圧Va,b,c(Vt)を検出する位置D1よりも電力系統側のリアクタンスがインバータ装置3から位置D1までの区間のリアクタンスと比べて大きい場合、第1の実施形態の制御装置1では、内部位相角δの絶対値の増大を抑制することができず、脱調(同期外れ)が発生することがある。 As described above, when the reactance on the electric power system side is larger than the reactance in the section from the inverter device 3 to the position D1 than the position D1 where the AC voltage V a, b, c (V t ) is detected, the first implementation is performed. In the control device 1 of the embodiment, an increase in the absolute value of the internal phase angle δ cannot be suppressed, and step-out (out of synchronization) may occur.

これに対し、本実施形態に係る制御装置1によりインバータ装置3を制御するシミュレーションを行うと、図14に示すような結果が得られた。   On the other hand, when the simulation which controls the inverter apparatus 3 by the control apparatus 1 which concerns on this embodiment was performed, the result as shown in FIG. 14 was obtained.

図14には、4個のグラフ81〜84を示している。グラフ81は、端子電圧の時間変化、すなわち電圧検出器6により検出される交流電圧Va,b,cの時間変化を示している。グラフ82は、出力電流の時間変化、すなわち電流検出器7により検出される交流電流Ia,b,cの時間変化を示している。グラフ83は、3つの周波数比ω/ω、(Δω+ω)/ω、及びω/ω時間変化を示している。グラフ83における周波数比ω/ωは、推定した位置D2の交流電圧Vsysから検出した周波数ωについての周波数比である。そして、グラフ84は、内部位相角δ(度)の時間変化を示している。なお、図14のグラフ81〜84は、それぞれ、図12のグラフ41における時刻0秒から1秒までの期間のシミュレーション結果を省略している。 FIG. 14 shows four graphs 81-84. The graph 81 shows the time change of the terminal voltage, that is, the time change of the AC voltage V a, b, c detected by the voltage detector 6. The graph 82 shows the time change of the output current, that is, the time change of the alternating current I a, b, c detected by the current detector 7. The graph 83 shows three frequency ratios ω s / ω 0 , (Δω + ω 0 ) / ω 0 , and ω / ω 0 time change. The frequency ratio ω / ω 0 in the graph 83 is a frequency ratio for the frequency ω detected from the estimated AC voltage V sys at the position D2. A graph 84 shows a time change of the internal phase angle δ (degrees). Note that the graphs 81 to 84 in FIG. 14 omit the simulation results during the period from time 0 seconds to 1 second in the graph 41 in FIG.

本実施形態の制御装置1によりインバータ装置3を制御する場合も、上記のように、内部位相角δが所定の範囲内(|δ|≦60度)であれば、第1の積分器101cから出力される角周波数調整値Δωは、有効電力Pと出力目標との差分を時間積分した値である。そして、図14に示したグラフ83及び84における時刻1秒から2秒までの期間のように、電力系統20の周波数ωの時間変化量が比較的小さく、かつ内部位相角δが所定の範囲内である場合、有効電力Pと出力目標との差分を時間積分した角周波数調整値Δωに基づいて算出される周波数Δω+ωは、周波数ωの変化に追従する。このため、時刻1秒から2秒までの期間における内部位相角δの値は、絶対値が60度以下となる比較的小さな値で推移する。 Even when the inverter device 3 is controlled by the control device 1 of the present embodiment, as described above, if the internal phase angle δ is within a predetermined range (| δ | ≦ 60 degrees), the first integrator 101c The output angular frequency adjustment value Δω is a value obtained by time-integrating the difference between the active power P and the output target. Then, like the period from time 1 second to time 2 seconds in the graphs 83 and 84 shown in FIG. 14, the amount of time change of the frequency ω s of the power system 20 is relatively small, and the internal phase angle δ is in a predetermined range. If the frequency is within the range, the frequency Δω + ω 0 calculated based on the angular frequency adjustment value Δω obtained by time-integrating the difference between the active power P and the output target follows the change in the frequency ω s . For this reason, the value of the internal phase angle δ during the period from 1 second to 2 seconds changes at a relatively small value with an absolute value of 60 degrees or less.

また、グラフ83に示すように、電力系統20の周波数比ω/ωは、時刻2秒から2.1秒の間で著しく低下し、以後、4秒まで一定の値となる。電力系統20の周波数ωが急速に変化した場合、上記のように、有効電力Pと出力目標との差分が大きくなり、該差分の時間積分である角周波数調整値Δωと、模擬する同期発電機における回転体の角周波数との差が大きくなる。このため、図13のシミュレーション結果と同様、時刻2秒を過ぎると内部位相角δが大きくなる。しかも、本実施形態の制御装置1は、交流電圧Va,b,cを検出した位置D1よりも電力系統20側となる位置D2の交流電圧Vsysの推定し、該交流電圧Vsysの位相と、位相算出部101が算出した位相θとの位相差を内部位相角δとして算出する。このため、本実施形態の制御装置1により算出する内部位相角δは、上記のように、第1の実施形態の制御装置1により算出する内部位相角δよりも速く増大する。このため、本実施形態の制御装置1では、図13に示した時刻t12よりも前の時刻t11(約2.17秒)に内部位相角δが60度を超過する。従って、本実施形態の制御装置1は、時刻t11に、角周波数調整部102が出力する出力セット信号SSがオンになり、位相算出部101の第1の積分器101cは、角周波数調整部102が出力したセット値出力ω−ωを角周波数調整値Δωとして出力する。ここで、セット値出力ω−ωにおける周波数ωは、交流電圧Va,b,cを検出した位置D1よりも電力系統20側となる位置D2の交流電圧Vsysの周波数であり、電力系統20の周波数ωとの差が非常に小さい。このため、本実施形態の制御装置1では、セット値出力ω−ωの時間積分により算出する位相θと、電力系統20の電力の位相との差が小さくなり、インバータ装置3から出力する交流電圧Vvsgの周波数を電力系統20の周波数ωに合わせやすい。よって、本実施形態の制御装置1では、グラフ83及び84のように、時刻t11以降の周波数Δω+ωが電力系統20の周波数ωに追従し、内部位相角δは60度を維持する。従って、本実施形態の制御装置1では、送電線5のインピーダンスが大きい場合でも、内部位相角δの増大による脱調(同期外れ)の発生を防ぐことができる。 Further, as shown in the graph 83, the frequency ratio ω s / ω 0 of the electric power system 20 significantly decreases from the time 2 seconds to 2.1 seconds, and thereafter becomes a constant value until 4 seconds. When the frequency ω s of the power system 20 changes rapidly, the difference between the active power P and the output target increases as described above, and the angular frequency adjustment value Δω that is the time integration of the difference and the synchronous power generation to be simulated The difference with the angular frequency of the rotating body in the machine increases. Therefore, as in the simulation result of FIG. 13, the internal phase angle δ increases after the time of 2 seconds. Moreover, the control apparatus 1 of this embodiment, the AC voltage V a, b, estimates of the AC voltage V sys position D2 as the electric power system 20 side from the position D1 of detecting the c, phase of the AC voltage V sys And the phase difference between the phase θ calculated by the phase calculation unit 101 and the internal phase angle δ. Therefore, as described above, the internal phase angle δ calculated by the control device 1 of the present embodiment increases faster than the internal phase angle δ calculated by the control device 1 of the first embodiment. Therefore, in the control device 1 of the present embodiment, the internal phase angle δ exceeds 60 degrees at time t11 (about 2.17 seconds) prior to time t12 shown in FIG. Therefore, in the control device 1 of the present embodiment, the output set signal SS output from the angular frequency adjusting unit 102 is turned on at time t11, and the first integrator 101c of the phase calculating unit 101 is the angular frequency adjusting unit 102. There outputs a set value output omega-omega 0 outputted as angular frequency adjustment value [Delta] [omega. Here, the frequency ω in the set value output ω−ω 0 is the frequency of the AC voltage V sys at the position D2 on the power system 20 side of the position D1 where the AC voltage V a, b, c is detected. The difference between 20 frequencies ω s is very small. For this reason, in the control device 1 of the present embodiment, the difference between the phase θ calculated by time integration of the set value output ω−ω 0 and the phase of the power of the power system 20 becomes small, and the AC output from the inverter device 3 It is easy to match the frequency of the voltage V vsg with the frequency ω s of the power system 20. Therefore, in the control device 1 of the present embodiment, as shown in the graphs 83 and 84, the frequency Δω + ω 0 after the time t11 follows the frequency ω s of the power system 20, and the internal phase angle δ maintains 60 degrees. Therefore, in the control device 1 of this embodiment, even when the impedance of the power transmission line 5 is large, it is possible to prevent the occurrence of step-out (out of synchronization) due to the increase in the internal phase angle δ.

なお、図9の位相算出部101及び角周波数調整部102の構成は、それぞれ、本実施形態に係る位相算出部101及び角周波数調整部102の構成の一例に過ぎない。位相算出部101及び角周波数調整部102の構成は、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、本実施形態の制御装置1における位相算出部101及び角周波数調整部102は、図15のような構成であってもよい。   Note that the configurations of the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 in FIG. 9 are merely examples of the configuration of the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 according to the present embodiment, respectively. The configurations of the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 can be changed as appropriate without departing from the scope of the present embodiment. For example, the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 in the control device 1 of the present embodiment may be configured as shown in FIG.

図15は、第3の実施形態に係る制御装置における発電機模擬部の別の構成例を示す図である。図15の発電機模擬部100における位相算出部101及び角周波数調整部102は、それぞれ、第2の実施形態で説明した位相算出部101及び角周波数調整部102と同様の構成となっている。すなわち、本実施形態の制御装置1における角周波数調整部102は、内部位相角算出部102aと、第1のゲイン適用部102fと、調整量算出部102gと、第2のゲイン適用部102hとを含む構成であってもよい。この場合、角周波数調整部102は、遠方電圧推定部103により推定した位置D2の交流電圧Vsysと、位相算出部101により算出した位相θとの位相差(内部位相角)δに対し、所定のゲインaを適用した後、調整量算出部102gにより内部位相角δの大きさに応じた角周波数の調整量を算出する。その後、角周波数調整部102は、角周波数の調整量に対しゲインbを適用して位相算出部101に出力する。 FIG. 15 is a diagram illustrating another configuration example of the generator simulation unit in the control device according to the third embodiment. The phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 in the generator simulation unit 100 of FIG. 15 have the same configurations as the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 described in the second embodiment, respectively. That is, the angular frequency adjustment unit 102 in the control device 1 of the present embodiment includes an internal phase angle calculation unit 102a, a first gain application unit 102f, an adjustment amount calculation unit 102g, and a second gain application unit 102h. It may be the composition which includes. In this case, the angular frequency adjusting unit 102 is predetermined with respect to a phase difference (internal phase angle) δ between the AC voltage Vsys at the position D2 estimated by the remote voltage estimating unit 103 and the phase θ calculated by the phase calculating unit 101. After that, the adjustment amount calculation unit 102g calculates the adjustment amount of the angular frequency according to the magnitude of the internal phase angle δ. After that, the angular frequency adjustment unit 102 applies the gain b to the angular frequency adjustment amount and outputs it to the phase calculation unit 101.

図15の発電機模擬部100における位相算出部101は、有効電力計測部101aと、減算器101bと、第1の積分器101cと、加算器101fと、第2の積分器101eとを含む。位相算出部101におけるこれらの構成要素は、それぞれ、第2の実施形態で説明した機能を持つ。   The phase calculation unit 101 in the generator simulation unit 100 of FIG. 15 includes an active power measurement unit 101a, a subtractor 101b, a first integrator 101c, an adder 101f, and a second integrator 101e. Each of these components in the phase calculation unit 101 has the function described in the second embodiment.

また、図示は省略するが、発電機模擬部100における位相算出部101及び角周波数調整部102は、それぞれ、図9及び図15に示した構成に限らず、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。   Although not shown, the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 in the generator simulation unit 100 are not limited to the configurations shown in FIGS. 9 and 15, respectively, and do not depart from the gist of the present embodiment. In FIG.

更に、本実施形態に係る位相算出部101及び角周波数調整部102を含む制御装置1は、コンピュータと、該コンピュータに実行させるプログラムとにより実現することも可能である。   Furthermore, the control device 1 including the phase calculation unit 101 and the angular frequency adjustment unit 102 according to the present embodiment can be realized by a computer and a program executed by the computer.

また、本実施形態では、蓄電池を直流電源2とする発電設備におけるインバータ装置3の制御装置1を例に挙げたが、直流電源2は、これに限らず、太陽光パネル等の直流電力を発生させる発電機であってもよい。   Moreover, in this embodiment, although the control apparatus 1 of the inverter apparatus 3 in the power generation facility which uses a storage battery as the DC power supply 2 was taken as an example, the DC power supply 2 generates DC power such as a solar panel without being limited thereto. It may be a generator.

1 制御装置
2 直流電源
3 インバータ装置
4 平滑化リアクトル(フィルタ)
5 送電線
6 電圧検出器
7 電流検出器
10 送電線模擬部
20 電力系統
100 発電機模擬部
101 位相算出部
101a 有効電力計測部
101b,102d 減算器
101c 第1の積分器
101d,101f 加算器
101e 第2の積分器
102 角周波数調整部
102a 内部位相角算出部
102b 比較部
102c 系統周波数検出部
102f 第1のゲイン適用部
102g 調整量算出部
102h 第2のゲイン適用部
103 遠方電圧推定部
110 制御信号生成部
111 正弦波生成部
112 パルス幅変調部
120 出力目標設定部
130 基準周波数設定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control apparatus 2 DC power supply 3 Inverter apparatus 4 Smoothing reactor (filter)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Transmission line 6 Voltage detector 7 Current detector 10 Transmission line simulation part 20 Electric power system 100 Generator simulation part 101 Phase calculation part 101a Active power measurement part 101b, 102d Subtractor 101c 1st integrator 101d, 101f Adder 101e Second integrator 102 angular frequency adjustment unit 102a internal phase angle calculation unit 102b comparison unit 102c system frequency detection unit 102f first gain application unit 102g adjustment amount calculation unit 102h second gain application unit 103 far voltage estimation unit 110 control Signal generator 111 Sine wave generator 112 Pulse width modulator 120 Output target setting unit 130 Reference frequency setting unit

Claims (10)

直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力するインバータ装置を制御する制御装置であって、
前記電力系統における交流電圧及び交流電流に基づいて所定の同期発電機における回転体の周波数維持特性を模擬し、前記インバータ装置から出力する交流電圧の位相を算出する発電機模擬部と、
前記発電機模擬部で算出した前記交流電圧の位相に基づいて前記インバータ装置に対する制御信号を生成する制御信号生成部とを含み、
前記発電機模擬部は、
前記電力系統における前記交流電圧の位相と、前記発電機模擬部から前記制御信号生成部に出力した前記交流電圧の位相との位相差が所定の範囲内となるよう、前記交流電圧の位相の算出に用いる角周波数を調整する情報を生成する角周波数調整部を含む、
ことを特徴とする制御装置。
A control device that controls an inverter device that converts DC power into AC power and outputs the power to the power system,
A generator simulation unit that simulates the frequency maintenance characteristics of a rotating body in a predetermined synchronous generator based on the AC voltage and AC current in the power system, and calculates the phase of the AC voltage output from the inverter device;
A control signal generation unit that generates a control signal for the inverter device based on the phase of the AC voltage calculated by the generator simulation unit;
The generator simulation unit
Calculation of the phase of the AC voltage so that the phase difference between the phase of the AC voltage in the power system and the phase of the AC voltage output from the generator simulation unit to the control signal generation unit is within a predetermined range. Including an angular frequency adjustment unit that generates information for adjusting the angular frequency used for
A control device characterized by that.
前記発電機模擬部は、
前記電力系統の前記交流電圧及び前記交流電流に基づいて有効電力を測定する有効電力測定部と、
測定した前記有効電力と前記インバータ装置から出力する交流電力の出力目標との差分を時間積分して角周波数を出力する第1の積分器と、
前記角周波数を時間積分して前記インバータ装置から出力する前記交流電圧の位相を出力する第2の積分器とを更に備え、
前記角周波数調整部は、
前記電力系統の交流電圧の位相と、前記同期発電機を模擬して決定した前記交流電圧の位相との位相差に基づいて内部位相角を算出する内部位相角算出部と、
算出した前記内部位相角が所定の範囲内であるか否かを判定し、判定結果を示す情報を含む信号を生成して前記第1の積分器に入力する比較部と、
前記電力系統の交流電圧に基づいて、前記電力系統における前記交流電圧の系統周波数を検出して前記第1の積分器に入力する系統周波数検出部とを含み、
前記第1の積分器は、前記比較部から入力された信号が、前記内部位相角が所定の範囲外であることを示す情報を含む場合には、前記系統周波数検出部から入力された前記交流電圧の系統周波数を前記角周波数として出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
The generator simulation unit
An active power measuring unit that measures active power based on the AC voltage and the AC current of the power system;
A first integrator for time-integrating a difference between the measured active power and an output target of AC power output from the inverter device to output an angular frequency;
A second integrator that time-integrates the angular frequency and outputs a phase of the AC voltage output from the inverter device;
The angular frequency adjustment unit is
An internal phase angle calculation unit that calculates an internal phase angle based on a phase difference between the phase of the AC voltage of the power system and the phase of the AC voltage determined by simulating the synchronous generator;
A comparator that determines whether the calculated internal phase angle is within a predetermined range, generates a signal including information indicating the determination result, and inputs the signal to the first integrator;
A system frequency detection unit that detects a system frequency of the AC voltage in the power system and inputs the system frequency to the first integrator based on the AC voltage of the power system;
When the signal input from the comparison unit includes information indicating that the internal phase angle is outside a predetermined range, the first integrator receives the AC input from the system frequency detection unit. Outputting the system frequency of the voltage as the angular frequency,
The control device according to claim 1.
前記発電機模擬部は、
前記電力系統の前記交流電圧及び前記交流電流に基づいて有効電力を測定する有効電力測定部と、
測定した前記有効電力と前記インバータ装置から出力する交流電力の出力目標との差分を時間積分して角周波数を出力する第1の積分器と、
前記角周波数を時間積分して前記インバータ装置から出力する前記交流電圧の位相を出力する第2の積分器とを更に備え、
前記角周波数調整部は、
前記電力系統の交流電圧の位相と、前記同期発電機を模擬して決定した前記交流電圧の位相との位相差に基づいて内部位相角を算出する内部位相角算出部と、
前記内部位相角の値をパラメータとする関数に基づいて、算出した前記内部位相角と対応した前記角周波数の調整量を算出する調整量算出部とを含み、
前記第2の積分器は、前記第1の積分器が出力した角周波数に前記調整量算出部が出力した前記調整量を加算した値を時間積分して得られる値を、前記インバータ装置から出力する前記交流電圧の位相として出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
The generator simulation unit
An active power measuring unit that measures active power based on the AC voltage and the AC current of the power system;
A first integrator for time-integrating a difference between the measured active power and an output target of AC power output from the inverter device to output an angular frequency;
A second integrator that time-integrates the angular frequency and outputs a phase of the AC voltage output from the inverter device;
The angular frequency adjustment unit is
An internal phase angle calculation unit that calculates an internal phase angle based on a phase difference between the phase of the AC voltage of the power system and the phase of the AC voltage determined by simulating the synchronous generator;
An adjustment amount calculation unit that calculates an adjustment amount of the angular frequency corresponding to the calculated internal phase angle based on a function using the value of the internal phase angle as a parameter;
The second integrator outputs, from the inverter device, a value obtained by time-integrating a value obtained by adding the adjustment amount output from the adjustment amount calculation unit to the angular frequency output from the first integrator. Output as the phase of the AC voltage,
The control device according to claim 1.
前記調整量算出部は、前記関数に基づいて、前記内部位相角が小さくなる方向に前記角周波数を加速又は減速させる調整量を算出する、
ことを特徴とする請求項3に記載の制御装置。
The adjustment amount calculation unit calculates an adjustment amount for accelerating or decelerating the angular frequency in a direction in which the internal phase angle decreases based on the function.
The control device according to claim 3.
前記調整量を算出する前記関数は、正負の符号が前記内部位相角と同一であり、かつ内部位相角の絶対値が大きくなるに連れて調整量が大きくなる関数である、
ことを特徴とする請求項4に記載の制御装置。
The function for calculating the adjustment amount is a function in which the positive and negative signs are the same as the internal phase angle, and the adjustment amount increases as the absolute value of the internal phase angle increases.
The control device according to claim 4.
前記調整量を算出する前記関数は、前記内部位相角のタンジェントに比例する関数である、
ことを特徴とする請求項4に記載の制御装置。
The function for calculating the adjustment amount is a function proportional to the tangent of the internal phase angle.
The control device according to claim 4.
前記角周波数調整部は、前記インバータ装置と前記電力系統とを接続する送電線路における所定の位置で検出した交流電圧を前記電力系統における前記交流電圧として、前記角周波数を調整する前記情報を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
The said angular frequency adjustment part produces | generates the said information which adjusts the said angular frequency by making the alternating voltage detected in the predetermined position in the power transmission line which connects the said inverter apparatus and the said electric power system into the said alternating voltage in the said electric power system. ,
The control device according to claim 1.
前記発電機模擬部は、前記インバータ装置と前記電力系統とを接続する送電線路における所定の位置で検出した交流電圧と、前記送電線路における前記交流電圧を検出した位置よりも前記インバータ装置側である第1の区間のリアクタンスと、前記交流電圧を検出した位置よりも前記電力系統側である第2の区間のリアクタンスとに基づいて、前記交流電圧を検出した位置よりも前記電力系統側となる位置での交流電圧を推定する電圧推定部を更に備え、
前記角周波数調整部は、前記電圧推定部により推定した前記交流電圧を前記電力系統における前記交流電圧として、前記角周波数を調整する前記情報を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
The generator simulation unit is closer to the inverter device than an AC voltage detected at a predetermined position in a power transmission line connecting the inverter device and the power system, and a position where the AC voltage is detected in the power transmission line. A position closer to the power system than a position where the AC voltage is detected based on a reactance of the first section and a reactance of the second section which is closer to the power system than the position where the AC voltage is detected A voltage estimation unit for estimating the AC voltage at
The angular frequency adjustment unit generates the information for adjusting the angular frequency using the AC voltage estimated by the voltage estimation unit as the AC voltage in the power system.
The control device according to claim 1.
電圧推定部は、原点Oを始点とする前記検出した交流電圧のベクトルの終点が、該原点Oを中心とする円周上の第1の点と第2の点とを結ぶ線分上であって、前記第1の点からの距離と前記第2の点からの距離との比が前記第1の区間のリアクタンスと前記第2の区間のリアクタンスとの比となる前記第1の点及び前記第2の点の位置を決定し、前記原点Oを始点とし前記第2の点を終点とするベクトルに基づいて前記交流電圧を推定する、
ことを特徴とする請求項8に記載の制御装置。
The voltage estimation unit is configured such that the end point of the detected AC voltage vector starting from the origin O is on a line segment connecting the first point and the second point on the circumference centering on the origin O. The ratio of the distance from the first point to the distance from the second point is the ratio of the reactance of the first section to the reactance of the second section, and the first point and Determining a position of a second point, and estimating the AC voltage based on a vector having the origin O as a start point and the second point as an end point;
The control device according to claim 8.
直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力するインバータ装置の制御方法であって、
前記インバータ装置を制御する制御装置が、
前記電力系統における交流電圧及び交流電流に基づいて所定の同期発電機における回転体の周波数維持特性を模擬し、前記インバータ装置から出力する交流電圧の位相を算出し、
算出した前記交流電圧の位相に基づいて前記インバータ装置に対する制御信号を生成する処理を含み、
前記交流電圧の位相を算出する処理は、
前記電力系統における前記交流電圧の位相と、算出した前記交流電圧の位相との位相差が所定の範囲内となるよう、前記交流電圧の位相の算出に用いる角周波数を調整する情報を生成する処理を含む、
ことを特徴とする制御方法。
A control method for an inverter device that converts DC power into AC power and outputs the power to the power system,
A control device for controlling the inverter device,
Simulating the frequency maintenance characteristics of the rotating body in a predetermined synchronous generator based on the AC voltage and AC current in the power system, calculating the phase of the AC voltage output from the inverter device,
Including a process of generating a control signal for the inverter device based on the calculated phase of the alternating voltage,
The process of calculating the phase of the AC voltage is as follows:
Processing for generating information for adjusting the angular frequency used for calculating the phase of the AC voltage so that the phase difference between the phase of the AC voltage in the power system and the calculated phase of the AC voltage is within a predetermined range. including,
A control method characterized by that.
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