JP2022020431A - Control circuit provided by reactive power compensation device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、無効電力補償装置が備える制御回路に関する。 The technique disclosed herein relates to a control circuit included in a static power compensator.
配電系統の系統電圧は、負荷の変動により常に変化している。このような系統電圧の変動を抑制するために、無効電力補償装置が配電系統に設置されている。無効電力補償装置は、系統電圧が低下しているときに進み無効電力を配電系統に供給し、系統電圧が上昇しているときに遅れ無効電力を配電系統に供給することにより、系統電圧の変動を調整する。特許文献1~3は、このような無効電力補償装置の一例を開示する。
The system voltage of the distribution system is constantly changing due to load fluctuations. In order to suppress such fluctuations in the system voltage, a static power compensator is installed in the distribution system. The void power compensator provides fluctuations in the grid voltage by advancing when the grid voltage is low and supplying the faulty power to the distribution system, and by supplying delayed disabled power to the distribution system when the grid voltage is rising. To adjust.
配電系統の系統電圧が短時間で大きく変動することがある。このような系統電圧の急変動が生じたときに、系統電圧を定常状態へと高速で復帰させる技術が必要とされている。 The system voltage of the distribution system may fluctuate significantly in a short time. When such a sudden fluctuation in the system voltage occurs, there is a need for a technique for returning the system voltage to a steady state at high speed.
本明細書が開示する無効電力補償装置は、インバータ回路の出力電圧を制御して配電系統に無効電力を供給することにより前記配電系統の系統電圧を一定に制御するように構成されている。このような無効電力補償装置が備える制御回路は、第1減算器と、無効電流指令値算出部と、第2減算器と、出力電圧指令値算出部と、駆動部と、を備えることができる。前記第1減算器は、前記配電系統の系統電圧指令値と前記配電系統の系統電圧検出値の偏差である系統電圧偏差を算出するように構成されている。前記無効電流指令値算出部は、前記系統電圧偏差が小さくなるための無効電流指令値を算出するように構成されている。前記第2減算器は、前記無効電流指令値と前記インバータ回路のインバータ電流検出値の偏差である無効電流偏差を算出するように構成されている。前記出力電圧指令値算出部は、前記無効電流偏差が小さくなるための前記インバータ回路の出力電圧指令値を算出するように構成されている。前記駆動部は、前記出力電圧指令値に基づいて前記インバータ回路を駆動するように構成されている。前記無効電流指令値算出部は、系統インピーダンス算出部と、第1制御器と、第2制御器と、切換部と、を有することができる。前記系統インピーダンス算出部は、前記配電系統の系統インピーダンスを算出するように構成されている。前記第1制御器は、積分器を有しており、前記系統電圧偏差に基づいて第1無効電流指令値を算出するように構成されている。前記第2制御器は、前記配電系統の系統インピーダンスに基づいて第2無効電流指令値を算出するように構成されている。前記切換部は、前記第1制御器が算出した前記第1無効電流指令値を前記無効電流指令値として前記第2減算器に入力する第1制御モードと、前記第2制御器が算出した前記第2無効電流指令値を前記無効電流指令値として前記第2減算器に入力する第2制御モードと、を切り換えるように構成されている。前記切換部は、前記第1制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が閾値を超えたときに、前記第1制御モードから前記第2制御モードに切り換えるように構成されている。ここで、「閾値を超える」とは、上限閾値を上回るように超える場合であってもよく、下限閾値を下回るように超える場合であってもよく、それら双方の場合が含まれていてもよい。また、「上限閾値を上回る」とは、「上限閾値以上」の意味であってもよく、「上限閾値よりも大きい」の意味であってもよい。同様に、「下限閾値を下回る」とは、「下限閾値以下」の意味であってもよく、「下限閾値よりも小さい」の意味であってもよい。 The static power compensator disclosed in the present specification is configured to control the system voltage of the distribution system to be constant by controlling the output voltage of the inverter circuit to supply the static power to the distribution system. The control circuit included in such a reactive power compensator can include a first subtractor, a reactive current command value calculation unit, a second subtractor, an output voltage command value calculation unit, and a drive unit. .. The first subtractor is configured to calculate a system voltage deviation, which is a deviation between a system voltage command value of the distribution system and a system voltage detection value of the distribution system. The reactive current command value calculation unit is configured to calculate the reactive current command value for reducing the system voltage deviation. The second subtractor is configured to calculate a reactive current deviation, which is a deviation between the reactive current command value and the inverter current detection value of the inverter circuit. The output voltage command value calculation unit is configured to calculate the output voltage command value of the inverter circuit for reducing the reactive current deviation. The drive unit is configured to drive the inverter circuit based on the output voltage command value. The reactive current command value calculation unit may include a system impedance calculation unit, a first controller, a second controller, and a switching unit. The system impedance calculation unit is configured to calculate the system impedance of the distribution system. The first controller has an integrator and is configured to calculate a first reactive current command value based on the system voltage deviation. The second controller is configured to calculate a second reactive current command value based on the system impedance of the distribution system. The switching unit has a first control mode in which the first reactive current command value calculated by the first controller is input to the second subtractor as the reactive current command value, and the first control mode calculated by the second controller. It is configured to switch between the second control mode in which the second reactive current command value is input to the second subtractor as the reactive current command value. The switching unit is configured to switch from the first control mode to the second control mode when the system voltage deviation exceeds a threshold value in the first control mode. Here, "exceeding the threshold value" may be a case where the upper limit threshold value is exceeded, a case where the lower limit threshold value is exceeded, or both cases may be included. .. Further, "exceeding the upper limit threshold value" may mean "greater than or equal to the upper limit threshold value" or may mean "greater than the upper limit threshold value". Similarly, "below the lower limit threshold" may mean "below the lower limit threshold" or may mean "less than the lower limit threshold".
前記系統電圧の急変動が生じた場合、前記第1制御モードが実行する制御では、前記第1制御器が有する前記積分器の影響によりそのような急変動に高速で対応することができない。また、前記系統電圧の急変動が生じた場合、前記系統電圧を定常状態へと復帰させるためには、大きな操作量が必要となる。例えば、このような操作量として固定値を利用することが考えられる。しかしながら、操作量として固定値を利用する場合、前記配電系統に接続される負荷特性によっては前記系統電圧を過剰に変動させてしまう虞がある。このため、操作量に固定値を利用する場合、安全性を考慮して小さい操作量としなければならず、高速な制御が難しい。本明細書が開示する前記制御回路は、前記系統電圧の急変動が生じたときに、前記第2制御モードを実行する。前記第2制御モードでは、前記第2制御器が前記配電系統の前記系統インピーダンスに基づいて前記第2無効電流指令値を算出し、その第2無効電流指令値が前記第2減算器に入力される。このように、前記第2制御モードが実行する制御では、前記配電系統に接続される負荷特性に依存した制御が可能となる。これにより、前記第2制御モードでは、前記系統電圧を定常状態へと高速で復帰させることができる。 When a sudden fluctuation in the system voltage occurs, the control executed by the first control mode cannot cope with such a sudden fluctuation at high speed due to the influence of the integrator possessed by the first controller. Further, when the system voltage suddenly fluctuates, a large amount of operation is required to return the system voltage to the steady state. For example, it is conceivable to use a fixed value as such an operation amount. However, when a fixed value is used as the operation amount, the system voltage may be excessively changed depending on the load characteristics connected to the distribution system. Therefore, when a fixed value is used for the operation amount, the operation amount must be small in consideration of safety, and high-speed control is difficult. The control circuit disclosed herein executes the second control mode when a sudden fluctuation in the system voltage occurs. In the second control mode, the second controller calculates the second reactive current command value based on the system impedance of the distribution system, and the second reactive current command value is input to the second subtractor. Ru. As described above, in the control executed by the second control mode, control depending on the load characteristic connected to the distribution system becomes possible. As a result, in the second control mode, the system voltage can be returned to the steady state at high speed.
(配電系統の構成)
図1に、配電系統の構成を説明するための配電系統の概念図を示す。配電用変電所1の2次側に高圧配電線2が接続されている。その高圧配電線2の系統電圧の変動を抑えるために、高圧配電線2の線路途中に例えばSVR(Step Voltage Regulator)3が設置されている。高圧配電線2には、例えば柱上変圧器4を介して低圧配電線5が接続されている。低圧配電線5には複数の負荷6が接続されている。これら負荷6の各々は、例えば一般家庭の負荷、自然エネルギーを利用して発電された余剰電力を低圧配電線5に供給する負荷(例えば太陽電池等)である。なお、高圧配電線2の系統電圧は例えば6600Vであり、低圧配電線5の系統電圧は例えば200Vである。
(Distribution system configuration)
FIG. 1 shows a conceptual diagram of a distribution system for explaining the configuration of the distribution system. A high-
(無効電力補償装置の構成)
低圧配電線5の系統電圧の変動を抑えるために、低圧配電線5に無効電力補償装置10が設置されている。無効電力補償装置10は、連係リアクトル12と、連係リアクトル12を介して低圧配電線5の連係点P1に並列接続されているインバータ回路14と、インバータ回路14の電位を確立するためにインバータ回路14に接続されているコンデンサ16と、インバータ回路14に含まれる複数の半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路18と、を備えている。
(Configuration of static power compensator)
In order to suppress fluctuations in the system voltage of the low-
無効電力補償装置10は、インバータ回路14の出力電圧を低圧配電線5の系統電圧の位相と同期させるとともにその大きさを変化させることにより、低圧配電線5の系統電圧を調整するように構成されている。例えば、負荷6の変動により低圧配電線5の系統電圧が低下した場合、無効電力補償装置10は、インバータ回路14の出力電圧が低圧配電線5の系統電圧よりも大きくなるように制御する。これにより、連係リアクトル12が進相コンデンサとして動作し、進み無効電力が低圧配電線5に供給され、低圧配電線5の系統電圧が上昇する。一方、負荷6の変動により低圧配電線5の系統電圧が上昇した場合、無効電力補償装置10は、インバータ回路14の出力電圧が低圧配電線5の系統電圧よりも小さくなるように制御する。これにより、連係リアクトル12が分路リアクトルとして動作し、遅れ無効電力が低圧配電線5に供給され、低圧配電線5の系統電圧が低下する。このように、無効電力補償装置10は、低圧配電線5の系統電圧の変動に応じてインバータ回路14の出力電圧を制御することにより、低圧配電線5の系統電圧が一定となるように調整することができる。
The
(無効電力補償装置の制御回路の構成)
図2に、無効電力補償装置10の制御回路18の制御ブロック図を示す。制御回路18は、第1減算器102と、無効電流指令値算出部104と、第2減算器106と、出力電圧指令値算出部108と、駆動部110と、を備えている。
(Structure of control circuit of static power compensator)
FIG. 2 shows a control block diagram of the
第1減算器102は、系統電圧指令値Vrefと系統電圧検出値Vdetの偏差である系統電圧偏差Vdevを算出するように構成されている。系統電圧指令値Vrefは、低圧配電線5の系統電圧に定められた許容電圧範囲(例えば202±20V)内に設定された電圧であり、例えば200Vである。系統電圧検出値Vdetは、低圧配電線5の連係点P1で検出された系統電圧である。第1減算器102には、系統インピーダンス計測用指令値Vmesも入力している。この系統インピーダンス計測用指令値Vmesは、低圧配電線5の系統インピーダンスを計測するために第1減算器102に加算される電圧である。なお、系統インピーダンスを計測する方法については後述する。
The first subtractor 102 is configured to calculate the system voltage deviation Vdev, which is the deviation between the system voltage command value Vref and the system voltage detection value Vdet. The system voltage command value Vref is a voltage set within an allowable voltage range (for example, 202 ± 20V) defined for the system voltage of the low-
無効電流指令値算出部104は、系統電圧偏差Vdevが無くなるように、系統電圧偏差Vdevに基づいて無効電流指令値Icomを算出するように構成されている。無効電流指令値算出部104は、PI制御器112と、高速制御器114と、系統インピーダンス算出部115と、切換部116と、を有している。なお、PI制御器112が第1制御器の一例であり、高速制御器114が第2制御器の一例である。
The reactive current command
PI制御器112は、PI制御を実行するものであり、系統電圧偏差Vdevに基づいて第1無効電流指令値Icom1を算出するように構成されている。高速制御器114は、低圧配電線5の系統インピーダンスに基づいて第2無効電流指令値Icom2を算出するように構成されている。この例では、高速制御器114は、系統電圧偏差Vdevと低圧配電線5の系統インピーダンスの逆数(1/Z)の積から第2無効電流指令値Icom2を算出するように構成されている。系統インピーダンス算出部115は、低圧配電線5の系統インピーダンスを算出するように構成されている。この例では、系統インピーダンス算出部115は、系統インピーダンスの逆数を算出し、高速制御器114に出力するように構成されている。また、系統インピーダンス算出部115には、系統インピーダンスを計測するために、インバータ回路14(図1参照)の出力電流であるインバータ電流検出値Iinvと系統インピーダンス計測用指令値Vmesとが入力している。後述するように、系統インピーダンス算出部115には、系統インピーダンス計測用指令値Vmesに代えて系統電圧検出値Vdetが入力してもよい。
The
切換部116は、第2減算器106との接続先をPI制御器112と高速制御器114の間で切り換えるように構成されている。切換部116がPI制御器112と第2減算器106を接続すると、PI制御器112が出力する第1無効電流指令値Icom1が無効電流指令値Icomとして第2減算器106に入力する。切換部116が高速制御器114と第2減算器106を接続すると、高速制御器114が出力する第2無効電流指令値Icom2が無効電流指令値Icomとして第2減算器106に入力する。このように、無効電流指令値算出部104は、切換部116を利用することにより、PI制御器112が算出した第1無効電流指令値Icom1を第2減算器106に入力する第1制御モードと、高速制御器114が算出した第2無効電流指令値Icom2を第2減算器106に入力する第2制御モードと、を切り換えるように構成されている。
The
第2減算器106は、無効電流指令値Icomとインバータ電流検出値Iinvの偏差である無効電流偏差Idevを算出するように構成されている。
The
出力電圧指令値算出部108は、無効電流偏差Idevが無くなるように、無効電流偏差Idevに基づいてインバータ回路14(図1参照)の出力電圧指令値Vinvを算出するように構成されている。出力電圧指令値算出部108は、例えばPI制御を実行するPI制御器によって構成されている。
The output voltage command
駆動部110は、出力電圧指令値Vinvに基づいて駆動パルスを生成するように構成されている。駆動パルスは、例えばPWM制御方式に基づいて生成されるPWM信号である。駆動部110は、この駆動パルスを用いてインバータ回路14(図1参照)に含まれる複数の半導体スイッチング素子のオン・オフを切り換えることにより、インバータ回路14(図1参照)の出力電圧を制御する。
The
このように、無効電力補償装置10の制御回路18は、低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが系統電圧指令値Vrefと一致するように、系統電圧指令値Vrefと系統電圧検出値Vdetの偏差である系統電圧偏差Vdevに基づいてインバータ回路14(図1参照)の出力電圧をフィードバック制御するように構成されている。
As described above, in the
(無効電力補償装置の制御回路が実行する制御フロー)
上記したように、無効電流指令値算出部104は、PI制御器112が算出した第1無効電流指令値Icom1を第2減算器106に入力する第1制御モードと、高速制御器114が算出した第2無効電流指令値Icom2を第2減算器106に入力する第2制御モードと、を切り換えるように構成されている。無効電流指令値算出部104は、低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが安定している場合に第1制御モードを実行し、例えば重負荷の解列又は接続によって低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが短時間で大きく変動する場合に第2制御モードを実行するように構成されている。なお、低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが短時間で大きく変動するケースには様々な要因があり、重負荷の解列又は接続に限られない。例えば、電源の解列又は接続によっても低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetは短時間で大きく変動することがある。第2制御モードは、様々な要因で低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが短時間で大きく変動した場合に実行される。
(Control flow executed by the control circuit of the static power compensator)
As described above, the reactive current command
図3及び図4に、無効電流指令値算出部104が実行する制御フローを示す。図3の制御フローは、低圧配電線5に進み無効電力を供給するためのロジックを構成しており、図4の制御フローは、遅れ無効電力を供給するためのロジックを構成している。この例に代えて、低圧配電線5に進み無効電力を供給するためのロジックと遅れ無効電力を供給するためのロジックが組み合わされるように構成されてもよい。これらの制御フローは、系統電圧検出値Vdetとインバータ電流検出値Iinvの周期的なサンプリングポイント毎に実行される。図5に、系統電圧偏差Vdevの変動と無効電流指令値算出部104が実行する制御モードの関係を示す。なお、図5に示す閾値Vth1、Vth4は、無効電流指令値算出部104が第1制御モードから第2制御モードに切り換えるときの条件となる閾値電圧である。系統電圧指令値VrefからVth4だけ低い電圧を第1下限閾値とし、系統電圧指令値VrefからVth1だけ高い電圧を第1上限閾値とする。図5に示す閾値Vth2、Vth3は、無効電流指令値算出部104が第2制御モードから第1制御モードに切り換えるときの条件となる閾値電圧である。系統電圧指令値VrefからVth3だけ低い電圧を第2下限閾値とし、系統電圧指令値VrefからVth2だけ高い電圧を第2上限閾値とする。第1上限閾値(Vth1)に対し第2上限閾値(Vth2)が復帰閾値として設定されており、第1下限閾値(Vth4)に対し第2下限閾値(Vth3)が復帰閾値として設定されている。なお、第1上限閾値(Vth1)と第2上限閾値(Vth2)の符号が一致していなくてもよく、第1下限閾値(Vth4)と第2下限閾値(Vth3)の符号が一致していなくてもよい。
3 and 4 show a control flow executed by the reactive current command
以下、進み無効電力を供給するためのロジックを記述する図3を参照し、無効電流指令値算出部104が実行する制御フローを説明する。遅れ無効電力を供給するためのロジックを記述する図4の説明を省略するが、図3の説明に基づいて図4についても同様に説明される。
Hereinafter, the control flow executed by the reactive current command
まず、低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが安定している場合の制御フローを説明する。この制御は、図5のT1よりも前の期間、T2とT3の間の期間、T4よりも後の期間に対応する。なお、初期状態は第1制御モードに設定されている。図3に示すように、無効電流指令値算出部104は、ステップS11において、系統電圧偏差Vdevが第1上限閾値(Vth1)を上回っているか否かを判定する。低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetは安定しているので、系統電圧偏差Vdevは、第1上限閾値(Vth1)よりも低い。したがって、ステップS11の判定結果は「NO」となる。無効電流指令値算出部104は、ステップS13において、現在の制御モードが第2制御モードであるか否かを判定する。低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetは安定しているので、第1制御モードが継続されている。したがって、ステップS13の判定結果は「NO」となる。無効電流指令値算出部104は、ステップS17において、第1制御モードを実行(即ち、切換部116がPI制御器112と第2減算器106を接続)する。このように、低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが安定している場合、第1制御モードが継続して実行される。
First, a control flow when the system voltage detection value Vdet of the low-
この第1制御モードでは、PI制御器112が制御系に組み込まれているので、低圧配電線5の系統電圧は系統電圧指令値Vrefと良く一致するように、即ち、定常偏差がゼロとなるように制御される。このように、低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが安定している場合、低圧配電線5の系統電圧は系統電圧指令値Vrefと良く一致するように制御される。
In this first control mode, since the
次に、低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが短時間で大きく変動する場合の制御フローを説明する。この制御は、図5のT1のタイミングに対応する(なお、図4の制御フローでは図5のT3のタイミングに対応する)。図3に示すように、無効電流指令値算出部104は、ステップS11において、系統電圧偏差Vdevが第1上限閾値(Vth1)を上回っているか否かを判定する。低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが急変動すると、系統電圧偏差Vdevは第1上限閾値(Vth1)を上回って変動する。したがって、ステップS11の結果は「YES」となる。無効電流指令値算出部104は、ステップS12において、第2制御モードを実行(即ち、切換部116が高速制御器114と第2減算器106を接続)する。このように、低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが急変動する場合、第2制御モードが実行される。
Next, a control flow when the system voltage detection value Vdet of the low-
この第2制御モードでは、系統電圧偏差Vdevと低圧配電線5の系統インピーダンスの逆数(1/Z)の積である第2無効電流指令値Icom2が無効電流指令値Icomとして用いられる。したがって、第2制御モードが実行する制御には、PI制御器112の制御のような積分項が含まれていない。このため、第2制御モードでは、PI制御器112の積分項の影響による応答遅れといった事態が発生せず、高速な制御が可能となっている。また、この第2制御モードでは、低圧配電線5の系統インピーダンスに基づいて第2無効電流指令値Icom2が算出されているので、低圧配電線5に接続される負荷6(図1参照)の特性に依存した制御が可能となる。第2制御モードでは、この点においても、高速な制御が可能となっている。なお、この第2制御モードでは、系統電圧偏差Vdevと低圧配電線5の系統インピーダンスの逆数(1/Z)の積から第2無効電流指令値Icom2を算出しているが、低圧配電線5の系統インピーダンスを独立変数として含む関数を利用すれば、上記と同様な効果を発揮することができる。例えば、第2無効電流指令値Icom2は、進み無効電力を供給する場合には第1上限閾値Vth1と低圧配電線5の系統インピーダンスの逆数(1/Z)の積から算出されてもよく、遅れ無効電力を供給する場合には第1下限閾値Vth4と低圧配電線5の系統インピーダンスの逆数(1/Z)の積から算出されてもよい。
In this second control mode, the second reactive current command value Icom2, which is the product of the system voltage deviation Vdev and the reciprocal (1 / Z) of the system impedance of the low-
このように、無効電流指令値算出部104は、低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが安定している場合、PI制御器112を用いた第1制御モードを実行し、正確な制御を可能とする。一方、無効電流指令値算出部104は、低圧配電線5の系統電圧検出値Vdetが急変動する場合、高速制御器114を用いた第2制御モードを実行し、高速な制御を可能とする。無効電流指令値算出部104は、系統電圧偏差Vdevに基づいて制御モードを切り換えることにより、正確な制御と高速な制御を両立させることができる。
In this way, the reactive current command
次に、第2制御モードから第1制御モードに復帰する場合の制御フローを説明する。この制御は、図5のT2のタイミングに対応する(なお、図4の制御フローでは図5のT4のタイミングに対応する)。図3に示すように、無効電流指令値算出部104は、ステップS11において、系統電圧偏差Vdevが第1上限閾値(Vth1)を上回っているか否かを判定する。第2制御モードの実行により系統電圧偏差Vdevは小さくなっており、系統電圧偏差Vdevが第1上限閾値(Vth1)よりも低い。したがって、ステップS11の判定結果は「NO」となる。無効電流指令値算出部104は、ステップS13において、現在の制御モードが第2制御モードか否かを判定する。現在の制御モードは第2制御モードなので、判定結果は「YES」となる。無効電流指令値算出部104は、ステップS14において、系統電圧偏差Vdevが第2上限閾値(Vth2)を下回っているか否かを判定する。系統電圧偏差Vdevが第2上限閾値(Vth2)を下回っていなければステップS12に進み、第2制御モードが継続される。系統電圧偏差Vdevの値が十分に小さくなると、系統電圧偏差Vdevは第2上限閾値(Vth2)を下回って変動する。この場合、ステップS16に進む。
Next, the control flow when returning from the second control mode to the first control mode will be described. This control corresponds to the timing of T2 in FIG. 5 (note that the control flow of FIG. 4 corresponds to the timing of T4 in FIG. 5). As shown in FIG. 3, the reactive current command
無効電流指令値算出部104は、ステップS16において、第1無効電流指令値Icom1の積分項を調整した後に、ステップS17において、第1制御モードを実行(即ち、切換部116がPI制御器112と第2減算器106を接続)する。より具体的には、無効電流指令値算出部104は、ステップS16において、切換時の第1制御モードの第1無効電流指令値Icom1が切換直前の第2制御モードの前記第2無効電流指令値Icom2に近い値となるように、切換直前の第2制御モードの前記第2無効電流指令値Icom2に基づいて第1無効電流指令値Icom1の積分項を調整する。これにより、第2制御モードから第1制御モードに復帰するときに、第2無効電流指令値Icom2と第1無効電流指令値Icom1の差が小さくなり、切換前後の無効電流指令値Icomの変動が小さくなる。
The reactive current command
ここで、ステップS16で実行される第1無効電流指令値Icom1の積分項の調整についてさらに詳しく説明する。PI制御器112の第1無効電流指令値Icom1は、比例項(比例ゲイン出力であり、以下の数式で「MVp」とする)と積分項(積分ゲイン出力であり、以下の数式で「MVi」とする)の合計であり、以下の数式で表すことができる。
第2制御モードから第1制御モードへの切換時のサンプリングポイントを[n]回目のサンプリングポイントとすると、切換直前のサンプリングポイントは[n-1]回目である。切換直前の[n-1]回目のサンプリングポイントでは第2制御モードが実行されており、そのときの高速制御器114が算出する第2無効電流指令値はIcom2[n-1]である。切換直前の[n-1]回目のサンプリングポイントで第1制御モードが実行されていたと仮定すると、そのときの第1無効電流指令値Icom1[n-1]は、以下の数式となる。
ステップS16では、Icom1[n-1]をIcom2[n-1]に置き換えることで、PI制御器112の積分項に含まれる前回のサンプリングポイントの積分項を以下の数式に設定する。
このような積分項の調整により、調整をしない場合に比して積分項が大きく調整される。これにより、切換時の第1制御モードでは、第1無効電流指令値Icom1が切換直前の第2無効電流指令値Icom2に近い値に調整される。この結果、切換前後の無効電流指令値Icomの変動が小さくなり、インバータ回路14の操作量の急激な変動が抑えられる。
By adjusting the integral term in this way, the integral term is greatly adjusted as compared with the case where the adjustment is not performed. As a result, in the first control mode at the time of switching, the first reactive current command value Icom1 is adjusted to a value close to the second reactive current command value Icom2 immediately before switching. As a result, the fluctuation of the reactive current command value Icom before and after switching becomes small, and the sudden fluctuation of the operation amount of the
(無効電力補償装置の制御回路が実行する制御フローの変形例)
図6及び図7に、無効電流指令値算出部104が実行する制御フローの変形例を示す。図6が進み無効電力を供給するためのロジックの変形例であり、図7が遅れ無効電力を供給するためのロジックの変形例である。配電系統の系統インピーダンスの検出値に誤差があると、第2制御モードから第1制御モードに復帰させることが困難になる場合がある。例えば、配電系統の系統インピーダンスの検出値が真の値よりも大きい値として検出された場合、高速制御器114が算出する第2無効電流指令値Icom2(系統電圧偏差Vdevと配電系統の系統インピーダンスの逆数(1/Z)の積)の値は小さい値となり、系統電圧偏差Vdevが第2上限閾値(Vth2)よりも低い値、又は、第2下限閾値(Vth3)よりも高い値に復帰できない事態が生じ得る。この場合、配電系統の系統インピーダンスの検出値の誤差が解消されない限り、系統電圧偏差Vdevが第2上限閾値(Vth2)を上回った状態、又は、第2下限閾値(Vth3)を下回った状態が維持されてしまう。図3及び図4の制御フローでは、ステップS14からステップS12への流れが継続し、系統電圧偏差Vdevのオフセットが維持されることが起こり得る。
(Modification example of the control flow executed by the control circuit of the static power compensator)
6 and 7 show a modified example of the control flow executed by the reactive current command
図6及び図7に示すように、この変形例の制御フローでは、新たにステップS15が追加されている。図6の場合、無効電流指令値算出部104は、このステップS15において、PI制御器112の第1無効電流指令値Icom1が高速制御器114の第2無効電流指令値Icom2を上回ったか否かを判定する。図7の場合、無効電流指令値算出部104は、このステップS15において、PI制御器112の第1無効電流指令値Icom1が高速制御器114の第2無効電流指令値Icom2を下回ったか否かを判定する。図6及び図7のステップ15の判定結果が「YES」の場合、系統インピーダンスの検出値の誤差によって系統電圧偏差Vdevのオフセットが維持される可能性があることから、ステップS16へと進み、第2制御モードから第1制御モードに復帰させる。第1制御モードの実行により系統インピーダンスの検出値の誤差の影響は無視されるので、低圧配電線5の系統電圧は系統電圧指令値Vrefと良く一致するように制御される。なお、ステップS15が「YES」の場合、ステップS16をスキップしてステップS17に進んでもよい。
As shown in FIGS. 6 and 7, step S15 is newly added in the control flow of this modification. In the case of FIG. 6, the reactive current command
(系統インピーダンスの計測方法)
以下、図8を参照し、系統インピーダンス算出部115(図2参照)が系統インピーダンスを計測する1つの方法について説明する。このような系統インピーダンスの計測は、上記した第1制御モードのときに実施される。なお、系統インピーダンスを計測する手法は、以下で説明する方法に限定されるものではなく、他の方法が用いられてもよい。
(Measurement method of system impedance)
Hereinafter, one method in which the system impedance calculation unit 115 (see FIG. 2) measures the system impedance will be described with reference to FIG. Such measurement of system impedance is performed in the above-mentioned first control mode. The method for measuring the system impedance is not limited to the method described below, and other methods may be used.
図2を参照して説明したように、第1減算器102には、系統インピーダンス計測用指令値Vmesが入力しており、その系統インピーダンス計測用指令値Vmesは系統電圧指令値Vrefに加算されている。その様子を図6に示す。正負の系統インピーダンス計測用指令値Vmesが系統電圧指令値Vrefに周期的に加算されている。時間T11,T13,T15のタイミングで正の系統インピーダンス計測用指令値Vmesが系統電圧指令値Vrefに加算され、時間T12,T14のタイミングで負の系統インピーダンス計測用指令値Vmesが系統電圧指令値Vrefに加算される。正の系統インピーダンス計測用指令値Vmesが加算されると、それに追随して系統電圧及びインバータ出力電流が上昇する。負の系統インピーダンス計測用指令値Vmesが加算されると、それに追随して系統電圧及びインバータ出力電流が低下する。なお、系統インピーダンス計測用指令値Vmesの周波数は、任意の周波数でよい。 As described with reference to FIG. 2, the system impedance measurement command value Vmes is input to the first subtractor 102, and the system impedance measurement command value Vmes is added to the system voltage command value Vref. There is. The situation is shown in FIG. The positive and negative system impedance measurement command value Vmes is periodically added to the system voltage command value Vref. Positive system impedance measurement command value Vmes is added to the system voltage command value Vref at the timing of time T11, T13, T15, and negative system impedance measurement command value Vmes is added to the system voltage command value Vref at the timing of time T12, T14. Is added to. When the positive system impedance measurement command value Vmes is added, the system voltage and the inverter output current increase accordingly. When the negative system impedance measurement command value Vmes is added, the system voltage and the inverter output current decrease accordingly. The frequency of the command value Vmes for system impedance measurement may be any frequency.
系統電圧及びインバータ出力電流が安定するタイミング(上向き矢印で示されるタイミング)がサンプリングポイントである。このサンプリングポイントにおいて、インバータ回路14のインバータ出力電流の検出値であるインバータ電流検出値Iinvがサンプリングされる。
The sampling point is the timing at which the system voltage and the inverter output current stabilize (the timing indicated by the upward arrow). At this sampling point, the inverter current detection value Iinv, which is the detection value of the inverter output current of the
配電系統の系統インピーダンスの逆数(1/Z)は、以下の数式によって算出される。ここで、「n」は、時系列データのデータ番号である。
このように、無効電力補償装置10は、系統インピーダンス計測用指令値Vmesを系統電圧指令値Vrefに周期的に加算させることで、低圧配電線5の系統インピーダンスを系統インピーダンス計測用指令値Vmesの変化量(数式4の分母に相当)とインバータ電流検出値Iinvの変化量(数式4の分子に相当)から周期的に計測することができる。なお、数式4のVmes[n]-Vmes[n-1]については、系統電圧検出値Vdetを用いてVdet[n]-Vdet[n-1]から算出することもできる。
In this way, the ineffective
以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。 The features of the techniques disclosed herein are summarized below. It should be noted that the technical elements described below are independent technical elements and exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. do not have.
本明細書が開示する無効電力補償装置の一実施形態は、インバータ回路の出力電圧を制御して配電系統に無効電力を供給することにより前記配電系統の系統電圧を一定に制御するように構成されている。このような無効電力補償装置が備える制御回路は、第1減算器と、無効電流指令値算出部と、第2減算器と、出力電圧指令値算出部と、駆動部と、を備えることができる。前記第1減算器は、前記配電系統の系統電圧指令値と前記配電系統の系統電圧検出値の偏差である系統電圧偏差を算出するように構成されている。前記無効電流指令値算出部は、前記系統電圧偏差が小さくなるための無効電流指令値を算出するように構成されている。前記第2減算器は、前記無効電流指令値と前記インバータ回路のインバータ電流検出値の偏差である無効電流偏差を算出するように構成されている。前記出力電圧指令値算出部は、前記無効電流偏差が小さくなるための前記インバータ回路の出力電圧指令値を算出するように構成されている。前記駆動部は、前記出力電圧指令値に基づいて前記インバータ回路を駆動するように構成されている。前記無効電流指令値算出部は、系統インピーダンス算出部と、第1制御器と、第2制御器と、切換部と、を有することができる。前記系統インピーダンス算出部は、前記配電系統の系統インピーダンスを算出するように構成されている。前記第1制御器は、積分器を有しており、前記系統電圧偏差に基づいて第1無効電流指令値を算出するように構成されている。前記第1制御器は、前記積分器を含む限りどのような制御器であってよく、例えばPI制御器又はPID制御器であってもよい。前記第2制御器は、前記配電系統の系統インピーダンスに基づいて第2無効電流指令値を算出するように構成されている。前記切換部は、前記第1制御器が算出した前記第1無効電流指令値を前記無効電流指令値として前記第2減算器に入力する第1制御モードと、前記第2制御器が算出した前記第2無効電流指令値を前記無効電流指令値として前記第2減算器に入力する第2制御モードと、を切り換えるように構成されている。前記切換部は、前記第1制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が閾値を超えたときに、前記第1制御モードから前記第2制御モードに切り換えるように構成されている。 One embodiment of the reactive power compensator disclosed herein is configured to control the system voltage of the distribution system to be constant by controlling the output voltage of the inverter circuit to supply the reactive power to the distribution system. ing. The control circuit included in such a reactive power compensator can include a first subtractor, a reactive current command value calculation unit, a second subtractor, an output voltage command value calculation unit, and a drive unit. .. The first subtractor is configured to calculate a system voltage deviation, which is a deviation between a system voltage command value of the distribution system and a system voltage detection value of the distribution system. The reactive current command value calculation unit is configured to calculate the reactive current command value for reducing the system voltage deviation. The second subtractor is configured to calculate a reactive current deviation, which is a deviation between the reactive current command value and the inverter current detection value of the inverter circuit. The output voltage command value calculation unit is configured to calculate the output voltage command value of the inverter circuit for reducing the reactive current deviation. The drive unit is configured to drive the inverter circuit based on the output voltage command value. The reactive current command value calculation unit may include a system impedance calculation unit, a first controller, a second controller, and a switching unit. The system impedance calculation unit is configured to calculate the system impedance of the distribution system. The first controller has an integrator and is configured to calculate a first reactive current command value based on the system voltage deviation. The first controller may be any controller as long as it includes the integrator, and may be, for example, a PI controller or a PID controller. The second controller is configured to calculate a second reactive current command value based on the system impedance of the distribution system. The switching unit has a first control mode in which the first reactive current command value calculated by the first controller is input to the second subtractor as the reactive current command value, and the first control mode calculated by the second controller. It is configured to switch between the second control mode in which the second reactive current command value is input to the second subtractor as the reactive current command value. The switching unit is configured to switch from the first control mode to the second control mode when the system voltage deviation exceeds a threshold value in the first control mode.
上記制御回路の前記第2制御器は、前記系統電圧偏差と前記配電系統の前記系統インピーダンスの逆数の積から前記第2無効電流指令値を算出するように構成されていてもよい。 The second controller of the control circuit may be configured to calculate the second reactive current command value from the product of the system voltage deviation and the reciprocal of the system impedance of the distribution system.
前記切換部は、前記第1制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が第1上限閾値を上回ったときに、前記第1制御モードから前記第2制御モードに切り換え、前記第2制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が前記第1上限閾値よりも低い第2上限閾値を下回ったときに、前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り換える、ように構成されていてもよい。上記制御回路は、進み無効電力を供給することで前記系統電圧偏差が急上昇した場合に対処することができる。さらに、前記切換部は、前記系統電圧偏差が前記第1上限閾値を上回った後の前記第2制御モードにおいて、前記第1制御器が算出した前記第1無効電流指令値が前記第2制御器が算出した前記第2無効電流指令値を上回ったときに、前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り換えるように構成されていてもよい。 The switching unit switches from the first control mode to the second control mode when the system voltage deviation exceeds the first upper threshold value in the first control mode, and in the second control mode, the system It may be configured to switch from the second control mode to the first control mode when the voltage deviation falls below the second upper limit threshold value lower than the first upper limit threshold value. The control circuit can deal with a case where the system voltage deviation suddenly rises by supplying advancing and reactive power. Further, in the switching unit, in the second control mode after the system voltage deviation exceeds the first upper limit threshold value, the first reactive current command value calculated by the first controller is the second controller. May be configured to switch from the second control mode to the first control mode when the value exceeds the calculated second reactive current command value.
前記切換部は、前記第1制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が第1下限閾値を下回ったときに、前記第1制御モードから前記第2制御モードに切り換え、前記第2制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が前記第1下限閾値よりも高い第2下限閾値を上回ったときに、前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り換える、ように構成されていてもよい。上記制御回路は、遅れ無効電力を供給することで前記系統電圧偏差が急降下した場合に対処することができる。さらに、前記切換部は、前記系統電圧偏差が前記第1下限閾値を下回った後の前記第2制御モードにおいて、前記第1制御器が算出した前記第1無効電流指令値が前記第2制御器が算出した前記第2無効電流指令値を下回ったときに、前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り換えるように構成されていてもよい。 The switching unit switches from the first control mode to the second control mode when the system voltage deviation falls below the first lower threshold in the first control mode, and in the second control mode, the system It may be configured to switch from the second control mode to the first control mode when the voltage deviation exceeds the second lower limit threshold value higher than the first lower limit threshold value. The control circuit can deal with the case where the system voltage deviation suddenly drops by supplying the delayed reactive power. Further, in the switching unit, in the second control mode after the system voltage deviation falls below the first lower limit threshold value, the first reactive current command value calculated by the first controller is the second controller. May be configured to switch from the second control mode to the first control mode when the value falls below the calculated second reactive current command value.
上記制御回路の前記切換部は、前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り換えるときに、切換時の前記第1制御モードの前記第1無効電流指令値が切換直前の前記第2制御モードの前記第2無効電流指令値に近い値となるように、切換直前の前記第2制御モードの前記第2無効電流指令値に基づいて前記第1制御器の積分項を調整するように構成されていてもよい。 When switching from the second control mode to the first control mode, the switching unit of the control circuit has the second control mode immediately before the first reactive current command value of the first control mode at the time of switching is switched. The integration term of the first controller is adjusted based on the second reactive current command value of the second control mode immediately before switching so that the value is close to the second reactive current command value of. May be.
前記系統インピーダンス算出部は、前記系統電圧指令値に系統インピーダンス計測用指令値を加算したときの前記インバータ電流検出値の変化量と、前記系統インピーダンス計測用指令値又は前記系統電圧検出値のいずれか一方の変化量と、に基づいて前記系統インピーダンスを算出するように構成されていてもよい。 The system impedance calculation unit determines the amount of change in the inverter current detection value when the system impedance measurement command value is added to the system voltage command value, and either the system impedance measurement command value or the system voltage detection value. It may be configured to calculate the system impedance based on the amount of change on one side.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples exemplified above. Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.
10 :無効電力補償装置
14 :インバータ回路
18 :制御回路
102 :第1減算器
104 :無効電流指令値算出部
106 :第2減算器
108 :出力電圧指令値算出部
110 :駆動部
112 :PI制御器
114 :高速制御器
115 :系統インピーダンス算出部
116 :切換部
10: Reactive power compensation device 14: Inverter circuit 18: Control circuit 102: First subtractor 104: Reactive current command value calculation unit 106: Second subtractor 108: Output voltage command value calculation unit 110: Drive unit 112: PI control Instrument 114: High-speed controller 115: System impedance calculation unit 116: Switching unit
Claims (8)
前記配電系統の系統電圧指令値と前記配電系統の系統電圧検出値の偏差である系統電圧偏差を算出するように構成されている第1減算器と、
前記系統電圧偏差が小さくなるための無効電流指令値を算出するように構成されている無効電流指令値算出部と、
前記無効電流指令値と前記インバータ回路のインバータ電流検出値の偏差である無効電流偏差を算出するように構成されている第2減算器と、
前記無効電流偏差が小さくなるための前記インバータ回路の出力電圧指令値を算出するように構成されている出力電圧指令値算出部と、
前記出力電圧指令値に基づいて前記インバータ回路を駆動するように構成されている駆動部と、を備えており、
前記無効電流指令値算出部は、
前記配電系統の系統インピーダンスを算出する系統インピーダンス算出部と、
積分器を有する第1制御器であって、前記系統電圧偏差に基づいて第1無効電流指令値を算出するように構成されている第1制御器と、
前記配電系統の前記系統インピーダンスに基づいて第2無効電流指令値を算出するように構成されている第2制御器と、
前記第1制御器が算出した前記第1無効電流指令値を前記無効電流指令値として前記第2減算器に入力する第1制御モードと、前記第2制御器が算出した前記第2無効電流指令値を前記無効電流指令値として前記第2減算器に入力する第2制御モードと、を切り換えるように構成されている切換部と、を有しており、
前記切換部は、前記第1制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が閾値を超えたときに、前記第1制御モードから前記第2制御モードに切り換えるように構成されている、制御回路。 It is a control circuit provided in an invalid power compensator that constantly controls the system voltage of the distribution system by controlling the output voltage of the inverter circuit and supplying the ineffective power to the distribution system.
A first subtractor configured to calculate a system voltage deviation, which is a deviation between the system voltage command value of the distribution system and the system voltage detection value of the distribution system.
A reactive current command value calculation unit configured to calculate a reactive current command value for reducing the system voltage deviation, and a reactive current command value calculation unit.
A second subtractor configured to calculate the reactive current deviation, which is the deviation between the reactive current command value and the inverter current detection value of the inverter circuit.
An output voltage command value calculation unit configured to calculate an output voltage command value of the inverter circuit for reducing the reactive current deviation, and an output voltage command value calculation unit.
A drive unit configured to drive the inverter circuit based on the output voltage command value is provided.
The reactive current command value calculation unit is
A system impedance calculation unit that calculates the system impedance of the distribution system,
A first controller having an integrator, which is configured to calculate a first reactive current command value based on the system voltage deviation, and a first controller.
A second controller configured to calculate a second reactive current command value based on the system impedance of the distribution system, and
The first control mode in which the first reactive current command value calculated by the first controller is input to the second subtractor as the reactive current command value, and the second reactive current command calculated by the second controller. It has a second control mode in which a value is input to the second subtractor as the reactive current command value, and a switching unit configured to switch between them.
The switching unit is a control circuit configured to switch from the first control mode to the second control mode when the system voltage deviation exceeds a threshold value in the first control mode.
前記第1制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が第1上限閾値を上回ったときに、前記第1制御モードから前記第2制御モードに切り換え、
前記第2制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が前記第1上限閾値よりも低い第2上限閾値を下回ったときに、前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り換える、ように構成されている、請求項1又は2に記載の制御回路。 The switching unit is
In the first control mode, when the system voltage deviation exceeds the first upper limit threshold value, the first control mode is switched to the second control mode.
In the second control mode, when the system voltage deviation falls below the second upper limit threshold value lower than the first upper limit threshold value, the second control mode is switched to the first control mode. , The control circuit according to claim 1 or 2.
前記第1制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が第1下限閾値を下回ったときに、前記第1制御モードから前記第2制御モードに切り換え、
前記第2制御モードにおいて、前記系統電圧偏差が前記第1下限閾値よりも高い第2下限閾値を上回ったときに、前記第2制御モードから前記第1制御モードに切り換える、ように構成されている、請求項1~4のいずれか一項に記載の制御回路。 The switching unit is
In the first control mode, when the system voltage deviation falls below the first lower limit threshold value, the first control mode is switched to the second control mode.
In the second control mode, when the system voltage deviation exceeds the second lower limit threshold value higher than the first lower limit threshold value, the second control mode is switched to the first control mode. , The control circuit according to any one of claims 1 to 4.
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