JP2021027710A - Design method of current control system of self-excited power converter, control device of self-excited power converter, and self-excited power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自励式電力変換器の電流制御系の設計方法、自励式電力変換器の制御装置、並びに自励式電力変換器に関する。 The present invention relates to a method for designing a current control system for a self-excited power converter, a control device for the self-excited power converter, and a self-excited power converter.
自励式電力変換器は、電力用半導体スイッチング素子をオンオフ制御することにより、直流電圧を交流電圧に変換したり、交流電圧を直流電圧に変換したりすることが可能な電力変換器である。自励式電力変換器は、交流電力系統と連系する場合、系統側から見ると、連系インピーダンス背後の交流電圧源とみなすことができる。 The self-excited power converter is a power converter capable of converting a DC voltage into an AC voltage or converting an AC voltage into a DC voltage by controlling the power semiconductor switching element on and off. When interconnected with an AC power system, the self-excited power converter can be regarded as an AC voltage source behind the interconnection impedance when viewed from the system side.
交流電力系統と連系する自励式電力変換器の出力電圧に対する応答として系統インピーダンスに流れる電流、すなわち自励式電力変換器の出力電流を制御するために、自励式電力変換器の制御装置は電流制御系を備える。 In order to control the current flowing through the system impedance as a response to the output voltage of the self-excited power converter connected to the AC power system, that is, the output current of the self-excited power converter, the control device of the self-excited power converter controls the current. Equipped with a system.
このような電流制御系に関する従来技術として、特許文献1(図4)に記載の技術が知られている。 As a conventional technique relating to such a current control system, the technique described in Patent Document 1 (FIG. 4) is known.
本技術では、d軸電流指令と、出力電流から算出されるd軸電流との差分に応じた、d軸電流制御器(例えば、比例積分制御器)の出力値(電圧値)に、系統電圧に基づいて算出されるd軸電圧がフィードフォワード値として加算される。また、q軸電流指令と、出力電流から算出されるq軸電流との差分に応じた、q軸電流制御器(例えば、比例積分制御器)の出力値(電圧値)に、系統電圧に基づいて算出されるq軸電圧がフィードフォワード値として加算される。さらに、dq軸の電流の干渉を抑制するために、d軸電流制御器の出力値、およびq軸電流制御器の出力値に、それぞれ、q軸電流指令と連系用変圧器の漏れインピーダンスとの乗算値、およびd軸電流指令と連系用変圧器の漏れインピーダンスとの乗算値が加減算される。 In this technology, the system voltage is added to the output value (voltage value) of the d-axis current controller (for example, proportional integration controller) according to the difference between the d-axis current command and the d-axis current calculated from the output current. The d-axis voltage calculated based on is added as the feed forward value. Further, the output value (voltage value) of the q-axis current controller (for example, the proportional integration controller) according to the difference between the q-axis current command and the q-axis current calculated from the output current is based on the system voltage. The q-axis voltage calculated as a feed-forward value is added. Further, in order to suppress the interference of the dq-axis current, the output value of the d-axis current controller and the output value of the q-axis current controller are set to the q-axis current command and the leakage impedance of the interconnection transformer, respectively. And the multiplication value of the d-axis current command and the leakage impedance of the interconnection transformer are added or subtracted.
上記のような従来技術による電流制御系は、系統条件の変化を考慮していない固定値の系統インピーダンスに基づいて設計される。そのため、系統条件の変化(例えば、事故や系統切替など)により、系統インピーダンスが初期設計時から大きく変化する場合、制御が不安定になるという問題がある。 The current control system according to the prior art as described above is designed based on a fixed value system impedance that does not consider changes in system conditions. Therefore, there is a problem that the control becomes unstable when the system impedance changes significantly from the initial design due to a change in system conditions (for example, an accident or system switching).
そこで、本発明は、系統インピーダンスが変化した場合でも、制御を安定化できる自励式電力変換器の電流制御系の設計方法、自励式電力変換器の制御装置、並びに自励式電力変換器を提供する。 Therefore, the present invention provides a method for designing a current control system for a self-excited power converter that can stabilize control even when the system impedance changes, a control device for the self-excited power converter, and a self-excited power converter. ..
上記課題を解決するために、本発明による電流制御系の設計方法は、連系用変圧器を介して交流電力系統に連系する自励式電力変換器の電流制御系の設計方法であって、連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとする第1の伝達関数を設定し、交流電力系統の系統インピーダンスをパラメータとし、かつ系統インピーダンスの変動に対する補償要素を有する第2の伝達関数を設定する。 In order to solve the above problems, the current control system design method according to the present invention is a current control system design method for a self-excited power converter interconnected to an AC power system via an interconnection transformer. A first transfer function is set with the impedance of the interconnection transformer as a parameter, and a second transmission function with a system impedance of the AC power system as a parameter and a compensation element for fluctuations in the system impedance is set.
また、上記課題を解決するために、本発明による自励式電力変換器の制御装置は、連系用変圧器を介して交流電力系統に連系する自励式電力変換器の制御装置であって、電流制御系を備え、電流制御系は、連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとし、電流指令と自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第1の電圧指令値を出力する第1の電流制御器と、交流電力系統の系統インピーダンスをパラメータとし、かつ系統インピーダンスの変動に対する補償手段を有し、電流指令と自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第2の電圧指令値を出力する第2の電流制御器と、を備え、電流制御系は、第1の電圧指令値と、第2の電圧指令値と、に基づいて、自励式電力変換器への電圧指令を作成する。 Further, in order to solve the above problems, the control device for the self-excited power converter according to the present invention is a control device for the self-excited power converter connected to the AC power system via an interconnection transformer. It is equipped with a current control system, and the current control system outputs the first voltage command value according to the difference between the current command and the current on the AC side of the self-excited power converter, using the impedance of the interconnection transformer as a parameter. It has a first current controller to be used, a system impedance of the AC power system as a parameter, and a compensating means for fluctuations in the system impedance, according to the difference between the current command and the current on the AC side of the self-excited power converter. , A second current controller that outputs a second voltage command value, and a current control system self-excited power conversion based on the first voltage command value and the second voltage command value. Create a voltage command to the vessel.
また、上記課題を解決するために、本発明による自励式電力変換器は、連系用変圧器を介して交流電力系統に連系するものであって、複数の電力用半導体スイッチング素子によって構成される電力変換主回路と、電力用半導体スイッチング素子をオンオフ制御する制御装置と、を備え、制御装置は上記本発明による自励式電力変換器の制御装置である。 Further, in order to solve the above problems, the self-excited power converter according to the present invention is connected to an AC power system via an interconnection transformer, and is composed of a plurality of semiconductor switching elements for power. The power conversion main circuit and the control device for on / off control of the power semiconductor switching element are provided, and the control device is the control device for the self-excited power converter according to the present invention.
本発明によれば、系統インピーダンスの変動に対して、自励式電力変換器を安定に制御できる。 According to the present invention, the self-excited power converter can be stably controlled with respect to fluctuations in system impedance.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。 In each figure, those having the same reference number indicate the same constituent requirements or the constituent requirements having similar functions.
図1は、本発明の一実施形態である電力変換システムの構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a power conversion system according to an embodiment of the present invention.
自励式電力変換器204の交流側は、連系用変圧器203を介して、交流電源201および送配電系統202を含む第1の交流電力系統に接続される。なお、送配電系統202は、交流電源201と連系用変圧器203間に存在する負荷(例えば、モータなど)および電力ケーブルから構成される。
The AC side of the self-
また、自励式電力変換器216の交流側は、連系用変圧器217を介して、交流電源219および送配電系統218を含む第2の交流電力系統に接続される。なお、送配電系統218は、交流電源219と連系用変圧器217間に存在する負荷(例えば、モータなど)および電力ケーブルから構成される。
Further, the AC side of the self-
自励式電力変換器204の直流側と自励式電力変換器216の直流側とは、直流送電線213および直流送電線214を介して互いに接続される。なお、直流送電線213と自励式電力変換器204の直流側との間、直流送電線213と自励式電力変換器216の直流側との間には、それぞれ、直流リアクトル211および直流リアクトル212が設けられる。
The DC side of the self-
自励式電力変換器204,216は、直流電力を交流電力に変換したり、交流電力を直流電力に変換したりする。ここで、交流電力は、自励式電力変換器204と第1の交流電力系統との間、並びに自励式電力変換器216と第2の交流電力系統との間で伝送される。また、直流電力は、自励式電力変換器204と自励式電力変換器216との間で伝送される。このように、本実施形態の電力変換システムは、直流送電システムもしくはBTB(back to back)システムを構成している。
The self-
本実施形態において、自励式電力変換器204,216の各々は、複数の電力用半導体スイッチング素子から構成される電圧形の電力変換主回路を備えている。複数の電力用半導体スイッチング素子が、制御部(205,206)が作成する制御信号(S1,S2)によってオンオフ制御されることにより、電力変換主回路は、直流電圧を交流電圧に変換したり、交流電圧を直流電圧に変換したりする。
In the present embodiment, each of the self-
電力変換主回路としては、例えば、3相フルブリッジ回路が適用される。また、電力用半導体スイッチング素子として、図1に示す自励式電力変換器204,216では、自己消弧形スイッチング素子であるGTO(Gate Turn Off)サイリスタが適用される。なお、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの他の自己消弧形スイッチング素子が適用されてもよい。また、サイリスタが適用されてもよいが、この場合、電力変換主回路は転流回路を備える。
As the power conversion main circuit, for example, a three-phase full bridge circuit is applied. Further, as the power semiconductor switching element, in the self-
制御部205,206の各々は、それぞれ、自励式電力変換器204,216の交流側の電流、すなわち自励式電力変換器204,216による系統電流を制御量とし、この系統電流をフィードバック量とする電流制御系を有する。さらに、制御部205,206の各々は、電流制御系に対する指令値を作成するために、電流制御系よりも上位の制御系である、電圧制御系、有効電力制御系、無効電力制御系などを有する。
Each of the
図2は、本実施形態における電流制御系の構成例を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the current control system according to the present embodiment.
本実施形態においては、いわゆるベクトル制御が適用される。このため、図示していないが、各制御部(205,206)は、三相交流量(電流、電圧)を直流量に変換するために、静止座標系を用いる三相/二相変換器(αβ変換器)および回転座標系を用いるdq変換器を備えている。 In this embodiment, so-called vector control is applied. Therefore, although not shown, each control unit (205, 206) is a three-phase / two-phase converter (αβ) that uses a stationary coordinate system to convert a three-phase AC amount (current, voltage) into a DC amount. It is equipped with a converter) and a dq converter that uses a rotating coordinate system.
図2に示す電流制御系においては、電流を、基準電圧に対する有効分(dq変換器が出力するd軸電流)および無効分(dq変換器が出力するq軸電流)に分けて制御する。すなわち、d軸電流およびq軸電流の各々について、電流フィードバック制御系が構成され、電流検出値を電流指令に制御するための電圧指令が作成される。 In the current control system shown in FIG. 2, the current is controlled by dividing it into an effective component (d-axis current output by the dq converter) and an invalid component (q-axis current output by the dq converter) with respect to the reference voltage. That is, a current feedback control system is configured for each of the d-axis current and the q-axis current, and a voltage command for controlling the current detection value to a current command is created.
以下、d軸電流の制御について説明する。 The control of the d-axis current will be described below.
図2に示すように、上位制御系で作成されるd軸電流指令Idrefとd軸電流検出値Idとの差分が、制御関数104(H(s))(すなわち伝達関数)に入力される。制御関数104は、いわゆる電流制御器(例えば、前述の特許文献1(図4)に記載の「ACR」)に相当する。制御関数104の出力値であるd軸電圧値Vd *に、d軸系統電圧Vdを、フィルタ107(FFF)で補正してから、フィードフォワード値として加算する。また、dq軸電流間の干渉を抑制するために、連系用変圧器(図1の「203,217」)のリアクタンス109(x)による電圧降下を補正する。このため、d軸電流指令Idrefとリアクタンス109(x)との乗算値が、d軸電圧値Vd *から減算される。このようにして、電流制御系によって、自励式電力変換器のd軸電圧指令Vdrefが作成される。
As shown in FIG. 2, the difference between the d-axis current command I dref and the d-axis current detection value I d that is created in the upper control system, is input to the control function 104 (H (s)) (i.e., a transfer function) To. The
次に、q軸電流の制御について説明する。 Next, control of the q-axis current will be described.
上述のd軸電流の制御と同様に、q軸電流指令Iqrefとq軸電流検出値Iqとの差分が、制御関数104(H(s))(すなわち伝達関数)に入力される。制御関数104の出力値であるq軸電圧値Vq *に、q軸系統電圧Vqを、フィルタ107(FFF)で補正してから、フィードフォワード値として加算する。また、dq軸電流間の干渉を抑制するために、連系用変圧器(図1の「203,217」)のリアクタンス109(x)による電圧降下を補正する。このため、q軸電流指令Iqrefとリアクタンス109(x)との乗算値が、q軸電圧値Vq *から減算される。このようにして、電流制御系によって、自励式電力変換器のq軸電圧指令Vqrefが作成される。
Similar to the d-axis current control described above, the difference between the q-axis current command I qref and the q-axis current detection value I q is input to the control function 104 (H (s)) (that is, the transfer function). In the output value of the control function 104 q-axis voltage value V q *, the q-axis system voltage V q, after correction by the
なお、制御部(205,206)は、d軸電圧指令Vdrefおよびq軸電圧指令Vqrefを、図示しない逆dq変換器および二相/三相変換器(逆αβ変換器)によって三相交流電圧指令に変換する。さらに、制御部は、三相交流電圧指令に応じて、例えばいわゆるPWM(Pulse Width Modulation)制御によって、自励式電力変換器(204,216)における電力変換主回路を構成する電力用半導体スイッチング素子をオンオフ制御するための制御信号(S1,S2)を作成する。 The control unit (205, 206) uses an inverse dq converter and a two-phase / three-phase converter (inverse αβ converter), which are not shown, to perform three-phase AC for the d-axis voltage command V dref and the q-axis voltage command V qref. Convert to voltage command. Further, the control unit uses a power semiconductor switching element that constitutes a power conversion main circuit in the self-excited power converter (204,216) by, for example, so-called PWM (Pulse Width Modulation) control in response to a three-phase AC voltage command. Control signals (S1, S2) for on / off control are created.
以下、本実施形態における電流制御系の設計方法について、図3〜9を用いて説明する。 Hereinafter, the design method of the current control system in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 9.
図3は、電流制御系と制御対象を含む制御モデルを示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing a control model including a current control system and a control target.
制御モデル300は、電流制御系301および制御対象302からなる。ここで、制御対象302は、自励式電力変換器(204,216)の交流側が接続される連系用変圧器(203,217)および送配電系統(202,218)に相当し、伝達関数Y(s)としてモデル化されている。なお、電流制御系301の制御関数G(s)は、図2に示す制御関数104(H(s))に対応する。
The
図3に示すように、制御対象302の電流応答Iがフィードバックされ、電流指令Irefと電流フィードバック値との差分が電流制御系301に入力される。この差分に応じて、電流制御系301は、電圧指令V*を出力する。この電圧指令V*に対する制御対象302の応答が電流応答Iである。
As shown in FIG. 3, the current response I of the
図4は、制御モデルの伝達関数を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing a transfer function of the control model.
まず、制御対象302のモデルである伝達関数Y(s)は、アドミタンスに相当するので、抵抗成分をR、インダクタンス成分をLとすると、式(1)で表される。なお、式(1)中で「s」は、ラプラス演算子である(他の式も同様)。
First, since the transfer function Y (s), which is a model of the controlled
また、図3におけるG(s)およびY(s)をそれぞれGおよびYと略記すると、電流指令Irefおよび電流応答Iの関係が式(2)で表される。 Further, when G (s) and Y (s) in FIG. 3 are abbreviated as G and Y, respectively , the relationship between the current command I ref and the current response I is expressed by the equation (2).
式(2)を伝達関数の形に変形すると、式(3)が得られる。 By transforming equation (2) into a transfer function, equation (3) is obtained.
式(3)の右辺が、図3における制御モデル300の伝達関数、すなわち図4に図示される制御モデル400の伝達関数を表している。
The right side of the equation (3) represents the transfer function of the
図5は、制御モデルの伝達関数の別の表現を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram showing another representation of the transfer function of the control model.
図5に示すように、電流制御系の閉ループの伝達関数、すなわち電流指令Irefに対する制御応答ωとなる伝達関数は、一次遅れ要素「1/(1+(s/ω))」で表わせることが知られている。 As shown in FIG. 5, the closed-loop transfer function of the current control system, that is, the transfer function that gives the control response ω to the current command I ref can be represented by the first-order lag element “1 / (1+ (s / ω))”. It has been known.
ここで、図4に示す伝達関数と図5に示す伝達関数とを比較すると、(1/ω)=T(時定数に相当)として、式(4)が得られる。 Here, when the transfer function shown in FIG. 4 and the transfer function shown in FIG. 5 are compared, the equation (4) is obtained with (1 / ω) = T (corresponding to the time constant).
式(4)から、電流制御系の制御関数G(s)は式(5)で表される。 From the equation (4), the control function G (s) of the current control system is expressed by the equation (5).
さらに、式(5)および前述の式(1)から、式(6)が得られる。 Further, the formula (6) is obtained from the formula (5) and the above-mentioned formula (1).
図6は、式(6)によって表される電流制御系を示すブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram showing a current control system represented by the equation (6).
電流制御系の制御関数601、すなわちG(s)は、式(6)の右辺第一項に対応する伝達関数601a(R/(T・s))および右辺第二項に対応する伝達関数601b(L/T)からなる。電流指令Irefと、フィードバック値である電流応答Iとの差分が、伝達関数601a,601bの各々に入力され、各出力が加算されることにより、電流指令Irefに対する電圧指令V*が作成される。
The
以下、図6に示す電流制御系の制御関数601を用いて、図1の電力変換システムにおける制御部205,206が備える電流制御系を設計する方法について説明する。なお、制御部205,206が備える電流制御系は、同じ構成を有するので、以下では、制御部205が備える電流制御系について説明し、制御部206が備える電流制御系については、説明を省略する。
Hereinafter, a method of designing the current control system included in the
図1の電力変換システムにおいて、第1の交流電力系統の系統インピーダンス、すなわち送配電系統202のインピーダンスの抵抗成分およびインダクタンス成分をそれぞれRLおよびLLとし、連系用変圧器203のインピーダンスの抵抗成分およびインダクタンス成分をそれぞれRTおよびLTとする。なお、送配電系統218および連系用変圧器217についても同様である。
The power conversion system of FIG. 1, system impedance of the first AC power system, i.e. the resistance component and inductance component of the impedance of the power transmission and
図6におけるRおよびLが、それぞれ、自励式電力変換器204(図1)の交流側に接続されるインピーダンスの抵抗成分およびインダクタンス成分とすると、R=RL+RT,L=LL+LTとなる。これらの関係から、図6の伝達関数を用いて、送配電系統202および連系用変圧器203に接続される自励式電力変換器204の電流制御系を設計できる。
R and L in FIG. 6, respectively, when the self-commutated
図7は、図6の伝達関数を用いて設計される自励式電力変換器204の電流制御系の一例を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a current control system of the self-
電流制御系の制御関数601(G(s))は、連系用変圧器203のインピーダンス(RT,LT)をパラメータとする伝達関数701と、送配電系統202のインピーダンス(RL,LL)をパラメータとする伝達関数801とからなる。
伝達関数701は、RTをパラメータとする伝達関数701a(RT/(T・s))とLTをパラメータとする伝達関数701b(LT/T)とからなる。電流指令Irefと、フィードバック値である電流応答Iとの差分(=Iref−I)が、伝達関数701a,701bの各々に入力され、各出力が加算されて、伝達関数701の出力となる。
The
伝達関数801は、RLをパラメータとする伝達関数801a(RL/(T・s))とLLをパラメータとする伝達関数801b(LL/T)とからなる。電流指令Irefと、フィードバック値である電流応答Iとの差分が、伝達関数801a,801bの各々に入力され、各出力が加算されて、伝達関数801の出力となる。
The
さらに、伝達関数701の出力である電圧指令値と伝達関数801の出力である電圧指令値とが加算されることにより、電流指令Irefに応じた、自励式電力変換器204に対する電圧指令V*が作成される。
Further, by adding the voltage command value which is the output of the
ここで、連系用変圧器203のインピーダンスは一定値であるが、送配電系統202のインピーダンスは変化し得る。このため、図7の制御関数601におけるパラメータRLおよびLLが設計時の値(一定値)のままであると、送配電系統202のインピーダンスが大きく変化した場合に電流制御系の安定性が低下する可能性がある。そこで、本実施形態では、送配電系統202のインピーダンスの変化を考慮した伝達関数を設けることにより、送配電系統のインピーダンスが制御系設計時から大きく変化した場合でも、安定な制御を維持する。
Here, the impedance of the
図8は、送配電系統202のインピーダンスの変化を考慮して設計された本実施形態における電流制御系の一例を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a current control system in the present embodiment designed in consideration of a change in impedance of the power transmission /
図8に示すように、電流制御系の制御関数901(G(s))は、連系用変圧器203のインピーダンス(RT,LT)をパラメータとする伝達関数701と、送配電系統202のインピーダンス(RL,LL)をパラメータとし、送配電系統202のインピーダンスの変動に対する補償要素を有する伝達関数802(M(s))とからなる。なお、伝達関数701の構成は、図7に示す制御関数と同様である。
8, the
電流指令Irefと、フィードバック値である電流応答Iとの差分(=Iref−I)が、伝達関数701,802の各々に入力され、各出力が加算されて、電流指令Irefに応じた、自励式電力変換器204に対する電圧指令V*が作成される。
The difference (= I ref −I) between the current command I ref and the current response I, which is a feedback value, is input to each of the
図8に示す制御関数901の設計においては、連系用変圧器のインピーダンス(RT,LT)をパラメータとする伝達関数701が設定されるとともに、系統インピーダンス(RL,LL)をパラメータとし、かつ系統インピーダンス(RL,LL)の変動に対して制御を安定化するための補償要素を有する伝達関数802が設定される。なお、これらのパラメータは、電流制御系の設計時に設定される定数パラメータである。
In the design of the
制御関数901(G(s))において、送配電系統202のインピーダンスの変化に対する補償要素を有する伝達関数802(M(s))が設けられることにより、系統のインピーダンス変化に対する制御の安定性が向上する。
In the control function 901 (G (s)), the transfer function 802 (M (s)) having a compensating element for the impedance change of the power transmission /
図9は、図8における伝達関数802(M(s))の一例を示すブロック図である。 FIG. 9 is a block diagram showing an example of the transfer function 802 (M (s)) in FIG.
図9に示すように、送配電系統202のインピーダンスの変化に対する補償要素を有する伝達関数802(M(s))は、送配電系統202のインピーダンス(RL,LL)をパラメータとする伝達関数802aと、送配電系統202のインピーダンス(RL,LL)をパラメータとしかつフィルタ802bcを有する補償要素802bとからなる。
As shown in FIG. 9, the transfer function 802 (M (s)) having a compensating element for the change in impedance of the power transmission and
伝達関数802aは、RLをパラメータとする伝達関数802aa(RL/(T・s))とLLをパラメータとする伝達関数802ab(LL/T)とからなる。電流指令Irefと、フィードバック値である電流応答Iとの差分が、伝達関数802aa,802abの各々に入力され、各出力が加算されて、伝達関数802aの出力となる。なお、伝達関数802aa,802abは、それぞれ、図7における伝達関数801a,801bと同様である。
The
補償要素802bは、RLをパラメータとする伝達関数802ba(RL/(T・s))と、LLをパラメータとする伝達関数802bb(LL/T)と、フィルタ802bcとからなり、伝達関数802aに付加される。なお、伝達関数802ba,802bbは、それぞれ、伝達関数802aa,802abと同様である。電流指令Irefと、フィードバック値である電流応答Iとの差分が、伝達関数802ba,802bbの各々に入力され、各出力の加算値がフィルタ802bcに入力される。そして、この加算値に応じたフィルタ802bcの出力が、補償要素802bの出力となる。
Compensating
伝達関数802aの出力と補償要素802bの出力との差分(伝達関数802aの出力−補償要素802bの出力)が、伝達関数802の出力となる。そして、伝達関数701の出力である電圧指令値と伝達関数802の出力である電圧指令値とが加算されて、電流指令Irefに対する電圧指令V*が作成される。
The difference between the output of the
フィルタ802bcとしては、ローパスフィルタやチェビシェフフィルタなど、各種のフィルタが適用できる。なお、電力系統(本実施形態では送配電系統)で発生し得るインピーダンスの変化の状態に応じて、フィルタの種類やタイプが、適宜、設定される。 As the filter 802bc, various filters such as a low-pass filter and a Chebyshev filter can be applied. The type and type of the filter are appropriately set according to the state of impedance change that can occur in the power system (power transmission and distribution system in this embodiment).
なお、図9における伝達関数701,802aは、制御部205が備える電流制御系における電流制御器(ACR)の機能を表す。また、伝達関数802bは、電流制御器に付加される補償手段の機能を表す。なお、伝達関数802ba,802bbも、いわば電流制御器としての機能を表す。
The
なお、伝達関数701,802aの各々は、比例積分制御(PI制御)を表している。また、伝達関数802ba,802bbからなる伝達関数も、比例積分制御(PI制御)を表している。
Each of the
図10は、本実施形態の設計方法が適用される本発明の一実施例である電流制御系(図9参照)におけるフィルタF(s)の前後の信号(入出力信号)の波形例を示す図である。 FIG. 10 shows a waveform example of signals (input / output signals) before and after the filter F (s) in the current control system (see FIG. 9) which is an embodiment of the present invention to which the design method of the present embodiment is applied. It is a figure.
図10に示すように、フィルタF(s)により、入力信号の変動成分が除去されている。 As shown in FIG. 10, the variable component of the input signal is removed by the filter F (s).
図11は、本実施形態の設計方法が適用される本発明の一実施例である電流制御系(図9参照)によって制御される自励式電力変換器による交流電力潮流における有効電力の波形例を示す図である。なお、比較例として、電流制御系が系統インピーダンスの変化に対する補償要素を備えない場合(図7参照)の有効電力の波形を併記する。 FIG. 11 shows an example of a waveform of active power in an AC power flow by a self-excited power converter controlled by a current control system (see FIG. 9), which is an embodiment of the present invention to which the design method of the present embodiment is applied. It is a figure which shows. As a comparative example, a waveform of active power when the current control system does not have a compensation element for a change in system impedance (see FIG. 7) is also shown.
また、図12は、本実施形態の設計方法が適用される本発明の一実施例である電流制御系(図9参照)によって制御される自励式電力変換器による交流電力潮流における無効電力の波形例を示す図である。なお、比較例として、電流制御系が系統インピーダンスの変化に対する補償要素を備えない場合(図7参照)の無効電力の波形を併記する。 Further, FIG. 12 shows a waveform of the reactive power in the AC power flow by the self-excited power converter controlled by the current control system (see FIG. 9) which is an embodiment of the present invention to which the design method of the present embodiment is applied. It is a figure which shows an example. As a comparative example, a waveform of the reactive power when the current control system does not have a compensation element for a change in system impedance (see FIG. 7) is also shown.
図11および図12は、シミュレーションを用いた本発明者による検討結果である。本シミュレーションにおいては、系統インピーダンスが、設計時の約4倍に増加したとしている。 11 and 12 are the results of examination by the present inventor using simulation. In this simulation, the system impedance is said to have increased about four times as much as at the time of design.
図11および図12に示すように、比較例では、有効電力Pおよび無効電力Qが共に発散しており、系統インピーダンスが設計時から大きく変化したことにより、制御が不安定になっている。これに対し、本発明の一実施例では、系統インピーダンスが設計時から大きく変化した状態であっても、安定な制御がなされている。 As shown in FIGS. 11 and 12, in the comparative example, both the active power P and the active power Q are diverged, and the system impedance has changed significantly from the time of design, so that the control becomes unstable. On the other hand, in one embodiment of the present invention, stable control is performed even when the system impedance has changed significantly from the time of design.
上述のように、本実施形態による設計方法によれば、連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとする伝達関数が設定されるとともに、系統インピーダンスをパラメータとし、かつ系統インピーダンスの変動に対して制御を安定化するための補償要素を有する伝達関数が設定されることにより、系統インピーダンスの変化に対して制御を安定化できる電流制御系を設計できる。なお、補償要素がフィルタを含むことにより、比較的簡単な補償要素の構成で、制御を安定化できる電流制御系を設計できる。 As described above, according to the design method according to the present embodiment, the transfer function with the impedance of the interconnection transformer as a parameter is set, and the system impedance is used as a parameter to control the fluctuation of the system impedance. By setting a transfer function having a compensating element for stabilization, it is possible to design a current control system capable of stabilizing control with respect to a change in system impedance. Since the compensation element includes a filter, it is possible to design a current control system capable of stabilizing control with a relatively simple configuration of the compensation element.
また、本実施形態による制御部すなわち制御装置によれば、系統インピーダンスの変化に対する補償要素を有する電流制御系を備えることにより、自励式電力変換器による交流電力潮流を安定に制御できる。 Further, according to the control unit, that is, the control device according to the present embodiment, the AC power flow by the self-excited power converter can be stably controlled by providing the current control system having a compensation element for the change in the system impedance.
また、本実施形態による自励式電力変換器によれば、系統インピーダンスの変化に対する補償要素を有する電流制御系を備える制御部を備えることにより、系統インピーダンスの変化に対して、交流電力潮流を安定に制御できる。 Further, according to the self-excited power converter according to the present embodiment, by providing a control unit including a current control system having a compensation element for a change in the system impedance, the AC power flow is stabilized against the change in the system impedance. Can be controlled.
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of the embodiment with another configuration.
例えば、自励式電力変換器は、電力系統に連系すれば、直流送電用やBTB用に限らず、例えば、STATCOM(static synchronous compensator)などでもよい。 For example, the self-excited power converter is not limited to DC power transmission and BTB as long as it is connected to the power system, and may be, for example, STATCOM (static synchronous compensator).
104 制御関数、107 フィルタ、109 リアクタンス、
201 交流電源、202 送配電系統、203 連系用変圧器、
204 自励式電力変換器、205,206 制御部、
211,212 直流リアクトル、213,214 直流送電線、
216 自励式電力変換器、217 連系用変圧器、218 送配電系統、
219 交流電源、
300 制御モデル、301 電流制御系、302 制御対象、
400,500 制御モデル、
601 制御関数、601a,601b 伝達関数、
701,701a,701b 伝達関数、
801,801a,801b 伝達関数、
802,802a,802aa,802ab 伝達関数、
802b 補償要素、802ba,802bb 伝達関数、802bc フィルタ、
901 制御関数
104 control function, 107 filter, 109 reactance,
201 AC power supply, 202 power transmission and distribution system, 203 interconnection transformer,
204 Self-excited power converter, 205, 206 control unit,
211,212 DC reactor, 213,214 DC transmission line,
216 Self-excited power converter, 217 Transformer for interconnection, 218 Power transmission and distribution system,
219 AC power supply,
300 control model, 301 current control system, 302 control target,
400,500 control model,
601 control function, 601a, 601b transfer function,
701,701a, 701b transfer function,
801,801a, 801b transfer function,
802,802a, 802aa, 802ab transfer function,
802b Compensation Element, 802ba, 802bb Transfer Function, 802bc Filter,
901 control function
Claims (9)
前記連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとする第1の伝達関数を設定し、
前記交流電力系統の系統インピーダンスをパラメータとし、かつ前記系統インピーダンスの変動に対する補償要素を有する第2の伝達関数を設定することを特徴とする自励式電力変換器の電流制御系の設計方法。 In the design method of the current control system of the self-excited power converter connected to the AC power system via the interconnection transformer,
A first transfer function with the impedance of the interconnection transformer as a parameter is set.
A method for designing a current control system of a self-excited power converter, which comprises setting a second transfer function having a system impedance of the AC power system as a parameter and a compensating element for fluctuations in the system impedance.
前記第2の伝達関数は、前記系統インピーダンスをパラメータとする第3の伝達関数を有し、
前記補償要素は、前記第3の伝達関数に付加されることを特徴とする自励式電力変換器の電流制御系の設計方法。 In the method for designing a current control system for a self-excited power converter according to claim 1.
The second transfer function has a third transfer function with the system impedance as a parameter.
A method for designing a current control system for a self-excited power converter, wherein the compensation element is added to the third transfer function.
前記補償要素は、
前記系統インピーダンスをパラメータとする第4の伝達関数と、
前記第4の伝達関数の出力を入力するフィルタと、
を有し、
前記フィルタの出力を前記補償要素の出力とすることを特徴とする自励式電力変換器の電流制御系の設計方法。 In the method for designing a current control system for a self-excited power converter according to claim 2.
The compensation element is
The fourth transfer function with the system impedance as a parameter and
A filter that inputs the output of the fourth transfer function,
Have,
A method for designing a current control system for a self-excited power converter, wherein the output of the filter is the output of the compensation element.
電流制御系を備え、
前記電流制御系は、
前記連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとし、電流指令と前記自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第1の電圧指令値を出力する第1の電流制御器と、
前記交流電力系統の系統インピーダンスをパラメータとし、かつ前記系統インピーダンスの変動に対する補償手段を有し、電流指令と前記自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第2の電圧指令値を出力する第2の電流制御器と、
を備え、
前記電流制御系は、前記第1の電圧指令値と、前記第2の電圧指令値と、に基づいて、前記自励式電力変換器への電圧指令を作成することを特徴とする自励式電力変換器の制御装置。 In the control device of the self-excited power converter connected to the AC power system via the interconnection transformer
Equipped with a current control system
The current control system is
A first current controller that outputs a first voltage command value according to the difference between the current command and the current on the AC side of the self-excited power converter, using the impedance of the interconnection transformer as a parameter.
A second voltage command is provided according to the difference between the current command and the current on the AC side of the self-excited power converter, with the system impedance of the AC power system as a parameter and a compensating means for fluctuations in the system impedance. A second current controller that outputs the value,
With
The current control system creates a voltage command to the self-excited power converter based on the first voltage command value and the second voltage command value. Instrument control device.
前記第2の電流制御器は、前記系統インピーダンスをパラメータとする第3の電流制御器を有し、
前記補償手段は、前記第3の電流制御器に付加されることを特徴とする自励式電力変換器の制御装置。 In the control device for the self-excited power converter according to claim 4.
The second current controller has a third current controller whose parameter is the system impedance.
The compensating means is a control device for a self-excited power converter, which is added to the third current controller.
前記補償手段は、
前記系統インピーダンスをパラメータとする第4の電流制御器と、
前記第4の電流制御器の出力を入力するフィルタと、
を有し、
前記フィルタの出力を前記補償手段の出力とすることを特徴とする自励式電力変換器の制御装置。 In the control device for the self-excited power converter according to claim 5.
The compensation means
A fourth current controller with the system impedance as a parameter,
A filter for inputting the output of the fourth current controller and
Have,
A control device for a self-excited power converter, wherein the output of the filter is the output of the compensating means.
複数の電力用半導体スイッチング素子によって構成される電力変換主回路と、
前記電力用半導体スイッチング素子をオンオフ制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は電流制御系を備え、
前記電流制御系は、
前記連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとし、電流指令と前記自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第1の電圧指令値を出力する第1の電流制御器と、
前記交流電力系統の系統インピーダンスをパラメータとし、かつ前記系統インピーダンスの変動に対する補償手段を有し、電流指令と前記自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第2の電圧指令値を出力する第2の電流制御器と、
を備え、
前記電流制御系は、前記第1の電圧指令値と、前記第2の電圧指令値と、に基づいて、前記自励式電力変換器への電圧指令を作成することを特徴とする自励式電力変換器。 In a self-excited power converter that is connected to an AC power system via an interconnection transformer
A power conversion main circuit composed of multiple power semiconductor switching elements,
A control device that controls on / off of the power semiconductor switching element,
With
The control device includes a current control system.
The current control system is
A first current controller that outputs a first voltage command value according to the difference between the current command and the current on the AC side of the self-excited power converter, using the impedance of the interconnection transformer as a parameter.
A second voltage command is provided according to the difference between the current command and the current on the AC side of the self-excited power converter, with the system impedance of the AC power system as a parameter and a compensating means for fluctuations in the system impedance. A second current controller that outputs the value,
With
The current control system creates a voltage command to the self-excited power converter based on the first voltage command value and the second voltage command value. vessel.
前記第2の電流制御器は、前記系統インピーダンスをパラメータとする第3の電流制御器を有し、
前記補償手段は、前記第3の電流制御器に付加されることを特徴とする自励式電力変換器。 In the self-excited power converter according to claim 7.
The second current controller has a third current controller whose parameter is the system impedance.
The compensating means is a self-excited power converter characterized in that it is added to the third current controller.
前記補償手段は、
前記系統インピーダンスをパラメータとする第4の電流制御器と、
前記第4の電流制御器の出力を入力するフィルタと、
を有し、
前記フィルタの出力を前記補償手段の出力とすることを特徴とする自励式電力変換器。 In the self-excited power converter according to claim 8.
The compensation means
A fourth current controller with the system impedance as a parameter,
A filter for inputting the output of the fourth current controller and
Have,
A self-excited power converter characterized in that the output of the filter is the output of the compensating means.
Priority Applications (1)
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