JP2022034288A - Inverter device - Google Patents

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幸雄 高野
Yukio Takano
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Abstract

To eliminate a need for an output current detector of an inverter to reduce cost and size.SOLUTION: An inverter device that comprises an inverter 10 and a control circuit 40A and that is operated in cooperation, simulates a frequency stabilization function by inertia of a rotation body in a synchronous generator through pseudo synchronous generator control. In the inverter device, the control circuit 40A comprises: a generator rotation body simulation unit 43A that receives a voltage at a connection point between a reactor X and a power system 20 and performs simulated operation of a voltage phase for an inner electromotive force of the synchronous generator; and means 44 and 45 that generate a signal for driving the inverter 10 on the basis of the voltage phase θ. The generator rotation body simulation unit 43A has: coordinate conversion means 43f as q-axis voltage calculation means that calculates at least a q-axis voltage from a voltage at the connection point; means 43g of estimating an output effective power of the inverter 10 from the q-axis voltage, a reactance value X, and an output voltage command of the inverter 10; and means 43c and 43d that calculate the voltage phase θ by integrating the effective power.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力系統に連系して運転されるインバータ装置に関し、詳しくは、同期発電機が有する周波数安定化機能を擬似同期発電機制御により実現するインバータ装置に関するものである。 The present invention relates to an inverter device operated in connection with an electric power system, and more particularly to an inverter device that realizes a frequency stabilization function of a synchronous generator by pseudo-synchronous generator control.

近年、太陽光発電装置等の分散電源が電力系統に多数、連系運転され、同期発電機の割合が相対的に減少しているため、電力系統の安定性が低下する傾向にある。
周知のように、同期発電機は入力される原動力と発電電力との差が回転体の慣性エネルギーに蓄積され、これが回転体の角速度、すなわち出力電圧の周波数となる。言い換えれば、同期発電機の回転体の慣性が電力系統の周波数を安定させる機能を果たしている。
これに対し、分散電源を構成するPCS(パワーコンディショナーシステム)等のインバータ装置は、電力系統の電圧に高速に追従するように制御されており、同期発電機のように出力周波数を主体的に維持する機能を持っていない。
このため、電力系統における同期発電機の割合が少なくなると、同期発電機による周波数安定化機能が十分に働かなくなり、系統周波数の変動が大きくなるといった問題が生じる。
In recent years, a large number of distributed power sources such as photovoltaic power generation devices have been connected to the power system, and the ratio of synchronous generators has decreased relatively, so that the stability of the power system tends to decrease.
As is well known, in a synchronous generator, the difference between the input driving force and the generated power is stored in the inertial energy of the rotating body, and this becomes the angular velocity of the rotating body, that is, the frequency of the output voltage. In other words, the inertia of the rotating body of the synchronous generator functions to stabilize the frequency of the power system.
On the other hand, inverter devices such as PCS (power conditioner system) that make up a distributed power source are controlled to follow the voltage of the power system at high speed, and maintain the output frequency independently like a synchronous generator. Does not have the ability to do.
Therefore, when the ratio of the synchronous generator in the electric power system becomes small, the frequency stabilization function by the synchronous generator does not work sufficiently, and there arises a problem that the fluctuation of the system frequency becomes large.

上記の点に鑑み、同期発電機の周波数安定化機能をインバータ装置の擬似同期発電機制御により実現するようにした従来技術が、多数提供されている。
図6,図7はこの種のインバータ装置を示しており、例えば特許文献1には、同様の従来技術が開示されている。
In view of the above points, a large number of conventional techniques have been provided in which the frequency stabilizing function of the synchronous generator is realized by the pseudo synchronous generator control of the inverter device.
6 and 7 show this type of inverter device, and for example, Patent Document 1 discloses a similar prior art.

図6において、10は擬似同期発電機制御を行う三相のインバータ、11は太陽電池モジュールや蓄電池等の直流電源、12は半導体スイッチング素子の動作により直流電力を交流電力に変換する直流/交流変換部、Xはインバータ10と電力系統20との間の連系線路21に接続された平滑用のリアクトル、Cは同じくコンデンサ、30は交流電源としての同期発電機である。
インバータ10を制御する制御回路40は、インバータ10の出力電流I,I,I(必要に応じてIa,b,cと略記する)を検出する電流検出器41と、出力電圧V,V,V(同じくVa,b,cと略記する)を検出する電圧検出器42と、発電機回転体模擬部43と、正弦波演算部44と、PWM演算部45とを備えている。
本明細書では、インバータ10と制御回路40とを含めてインバータ装置というものとする。図6において、Vinv,VはそれぞれリアクトルXの両端電圧であり、電圧Vは実質的に前記電圧Va,b,cに等しい。
In FIG. 6, 10 is a three-phase inverter that controls a pseudo-synchronous generator, 11 is a DC power source such as a solar cell module or a storage battery, and 12 is a DC / AC conversion that converts DC power into AC power by the operation of a semiconductor switching element. Part X is a reactor for smoothing connected to the interconnection line 21 between the inverter 10 and the power system 20, C is also a capacitor, and 30 is a synchronous generator as an AC power source.
The control circuit 40 that controls the inverter 10 includes a current detector 41 that detects the output currents I a , I b , and I c (abbreviated as I a, b, c if necessary) of the inverter 10, and an output voltage V. A voltage detector 42 that detects a , V b , V c (also abbreviated as Va , b, c ), a generator rotating body simulation unit 43, a sine wave calculation unit 44, and a PWM calculation unit 45. I have.
In the present specification, the inverter device including the inverter 10 and the control circuit 40 is referred to as an inverter device. In FIG. 6, V inv and V s are the voltages across the reactor X, respectively, and the voltage V s is substantially equal to the voltages V a, b, and c .

図7は、制御回路40内の発電機回転体模擬部43の構成図である。
図7において、有効電力計測部43aはインバータ10の出力電流Ia,b,cと出力電圧Va,b,cとから有効電力Pを計測して加減算手段43bに入力する。この加減算手段43bには、模擬する同期発電機の入力(原動力)とみなされるインバータ10の出力目標値と、後述するダンパ43eの出力も加えられている。
加減算手段43bの出力は第1の積分手段43cにより積分され、模擬する同期発電機の回転体の角速度Δωが演算される。第1の積分手段43cにおけるMは、同期発電機の回転体の慣性に相当する係数である。
角速度Δωは振動成分を抑制するダンパ43eに入力されると共に第2の積分手段43dにより積分され、模擬する同期発電機の内部起電力の電圧位相θが算出される。
FIG. 7 is a configuration diagram of a generator rotating body simulation unit 43 in the control circuit 40.
In FIG. 7, the active power measuring unit 43a measures the active power P from the output currents I a, b, c and the output voltages Va , b, c of the inverter 10 and inputs them to the addition / subtraction means 43b. The output target value of the inverter 10, which is regarded as the input (driving force) of the simulated synchronous generator, and the output of the damper 43e, which will be described later, are also added to the addition / subtraction means 43b.
The output of the addition / subtraction means 43b is integrated by the first integration means 43c, and the angular velocity Δω of the rotating body of the simulated synchronous generator is calculated. M in the first integrating means 43c is a coefficient corresponding to the inertia of the rotating body of the synchronous generator.
The angular velocity Δω is input to the damper 43e that suppresses the vibration component and is integrated by the second integrating means 43d to calculate the voltage phase θ of the internal electromotive force of the simulated synchronous generator.

図6に戻って、正弦波演算部44は電圧位相θと所定周波数及び振幅値を用いて正弦波の電圧指令V a,b,cを生成し、PWM演算部45に出力する。PWM演算部45は、電圧指令V a,b,cをキャリアと比較してパルス信号を生成し、このパルス信号によってインバータ10の直流/交流変換部12の各相上下アームの半導体スイッチング素子が駆動される。 Returning to FIG. 6, the sine wave calculation unit 44 generates a sine wave voltage command V * a, b, c using the voltage phase θ, a predetermined frequency, and an amplitude value, and outputs the voltage command V * a, b, c to the PWM calculation unit 45. The PWM calculation unit 45 compares the voltage commands V * a, b, and c with the carrier to generate a pulse signal, and the pulse signal causes the semiconductor switching elements of the upper and lower arms of each phase of the DC / AC conversion unit 12 of the inverter 10 to generate a pulse signal. Driven.

この従来技術では、インバータ10の出力電圧の位相が系統電圧の位相より進んでいる場合にはインバータ10が電力系統20に有効電力を出力し、遅れている場合にはインバータ10が電力系統20から有効電力を吸収するようにインバータ10の出力電圧の周波数及び位相が制御される結果、いわゆる同期化力が働くことになり、電力系統20に同期発電機等の強固な電源の割合が少ない場合でも系統周波数を所定値に維持することができる。 In this conventional technique, when the phase of the output voltage of the inverter 10 is ahead of the phase of the system voltage, the inverter 10 outputs active power to the power system 20, and when the phase is delayed, the inverter 10 is connected to the power system 20. As a result of controlling the frequency and phase of the output voltage of the inverter 10 so as to absorb the active power, a so-called synchronization force works, and even when the ratio of a strong power source such as a synchronous generator to the power system 20 is small. The system frequency can be maintained at a predetermined value.

特開2007-318833号公報([0024]~[0033]、図1等)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-318833 ([0024] to [0033], FIG. 1, etc.)

前述した従来技術では、発電機回転体模擬部43内の有効電力計測部43aが有効電力Pを計測するために、電流検出器41を用いてインバータ10の出力電流Ia,b,cを計測する必要があった。
これにより、コストが増加すると共に装置全体の大型化を招くという問題があった。
In the above-mentioned conventional technique, the active power measuring unit 43a in the generator rotating body simulating unit 43 measures the output currents Ia, b, c of the inverter 10 by using the current detector 41 in order to measure the active power P. I had to do it.
As a result, there is a problem that the cost increases and the size of the entire device is increased.

そこで、本発明の解決課題は、インバータの出力電流検出器を不要にしてコストの低減及び小型化を可能にしたインバータ装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an inverter device that eliminates the need for an output current detector of an inverter and enables cost reduction and miniaturization.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの半導体スイッチング素子を制御する制御回路と、を備え、電力系統に連系して運転されるインバータ装置であって、
擬似同期発電機制御により、前記電力系統に接続される同期発電機の回転体の慣性による周波数安定化機能を模擬可能としたインバータ装置において、
前記制御回路は、
前記インバータの出力側のリアクトルと前記電力系統との接続点の電圧が入力されて前記同期発電機の内部起電力の電圧位相を模擬演算する発電機回転体模擬部と、
前記電圧位相を用いて生成された電圧指令に基づいて前記半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する手段と、を備え、
前記発電機回転体模擬部は、
入力された前記接続点の電圧に基づいてq軸電圧を演算するq軸電圧演算手段と、
前記q軸電圧と前記リアクトルのリアクタンス値と前記インバータの出力電圧指令とを用いて、前記インバータから出力される有効電力を推定する有効電力推定手段と、
推定された前記有効電力を積分して前記電圧位相を演算する電圧位相演算手段と、
を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 includes an inverter that converts DC power into AC power and a control circuit that controls a semiconductor switching element of the inverter, and operates in connection with a power system. It is an inverter device that is used.
In an inverter device that can simulate the frequency stabilization function due to the inertia of the rotating body of the synchronous generator connected to the power system by controlling the pseudo synchronous generator.
The control circuit is
A generator rotating body simulation unit that simulates the voltage phase of the internal electromotive force of the synchronous generator by inputting the voltage at the connection point between the reactor on the output side of the inverter and the power system.
A means for generating a drive signal of the semiconductor switching element based on a voltage command generated using the voltage phase is provided.
The generator rotating body simulation unit is
A q-axis voltage calculation means that calculates the q-axis voltage based on the input voltage of the connection point, and
An active power estimation means for estimating the active power output from the inverter by using the q-axis voltage, the reactance value of the reactor, and the output voltage command of the inverter.
A voltage phase calculation means that integrates the estimated active power to calculate the voltage phase, and
It is characterized by having.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載したインバータ装置において、
前記q軸電圧演算手段が、前記接続点の電圧を静止座標系から回転座標系に変換して少なくともq軸電圧を演算する座標変換手段であり、この座標変換手段が、前記電圧位相を用いて座標変換を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the inverter device according to claim 1.
The q-axis voltage calculation means is a coordinate conversion means for converting the voltage at the connection point from a static coordinate system to a rotating coordinate system to calculate at least the q-axis voltage, and the coordinate conversion means uses the voltage phase. It is characterized by performing coordinate transformation.

請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載したインバータ装置において、前記インバータの出力電圧指令を単位電圧により固定したことを特徴とする。
請求項4に係る発明は、請求項1または2に記載したインバータ装置において、前記有効電力推定手段は、前記インバータの出力電圧指令を任意の可変電圧としたことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is characterized in that, in the inverter device according to claim 1 or 2, the output voltage command of the inverter is fixed by a unit voltage.
The invention according to claim 4 is characterized in that, in the inverter device according to claim 1 or 2, the active power estimation means sets the output voltage command of the inverter to an arbitrary variable voltage.

請求項5に係る発明は、請求項1~4の何れか1項に記載したインバータ装置において、前記有効電力推定手段の出力と出力目標値との差を前記電圧位相演算手段に入力することを特徴とする。 In the invention according to claim 5, in the inverter device according to any one of claims 1 to 4, the difference between the output of the active power estimation means and the output target value is input to the voltage phase calculation means. It is a feature.

請求項6に係る発明は、請求項1~5の何れか1項に記載したインバータ装置において、前記電圧位相演算手段の動作により生じる振動成分を抑制するためのダンパを備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 6 is characterized in that, in the inverter device according to any one of claims 1 to 5, a damper for suppressing a vibration component generated by the operation of the voltage phase calculation means is provided. ..

請求項7に係る発明は、請求項1~6の何れか1項に記載したインバータ装置において、前記電圧位相演算手段における被積分量が、模擬する同期発電機の回転体の初期角速度を含むことを特徴とする。 In the invention according to claim 7, in the inverter device according to any one of claims 1 to 6, the integrated amount in the voltage phase calculation means includes the initial angular velocity of the rotating body of the simulated synchronous generator. It is characterized by.

本発明によれば、インバータの出力電流を検出せずにリアクタンス成分の出力側の電圧からインバータの出力有効電力を推定して擬似同期発電機制御を行うことにより、電流検出器を不要にしてコストの低減及び装置全体の小型化を図りつつ系統周波数を安定化させることができる。 According to the present invention, the output active power of the inverter is estimated from the voltage on the output side of the reactance component without detecting the output current of the inverter, and the pseudo-synchronous generator control is performed, thereby eliminating the need for a current detector and costing. It is possible to stabilize the system frequency while reducing the amount of power and reducing the size of the entire device.

本発明の第1実施形態に係るインバータ装置の構成図である。It is a block diagram of the inverter device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1における発電機回転体模擬部の構成図である。It is a block diagram of the generator rotating body simulation part in FIG. 図1のリアクトルの入出力電圧のベクトル図である。It is a vector diagram of the input / output voltage of the reactor of FIG. 本発明の第2実施形態に係るインバータ装置の構成図である。It is a block diagram of the inverter device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図4における発電機回転体模擬部の構成図である。It is a block diagram of the generator rotating body simulation part in FIG. 従来技術を示すインバータ装置の構成図である。It is a block diagram of the inverter device which shows the prior art. 図6における発電機回転体模擬部の構成図である。It is a block diagram of the generator rotating body simulation part in FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るインバータ装置の構成図であり、図6と同一の部分については同一の符号を付してあり、以下では図6と異なる部分を中心に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an inverter device according to a first embodiment of the present invention, the same parts as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals, and the parts different from those in FIG. 6 will be mainly described below. ..

図1において、40Aはインバータ10の制御回路であり、その内部の発電機回転体模擬部43Aには、連系線路21に接続された電圧検出器42からの電圧検出値Va,b,cのみが入力されている。すなわち、本実施形態では、図6における電流検出器41が不要になっている。
発電機回転体模擬部43Aは、電圧検出値Va,b,cを入力として、模擬する同期発電機の内部起電力の電圧位相θを演算し、正弦波演算部44に出力する。
In FIG. 1, 40A is a control circuit of an inverter 10, and voltage detection values Va , b, c from a voltage detector 42 connected to an interconnection line 21 are used in a generator rotating body simulation unit 43A inside the control circuit. Only have been entered. That is, in this embodiment, the current detector 41 in FIG. 6 is not required.
The generator rotating body simulation unit 43A calculates the voltage phase θ of the internal electromotive force of the simulated synchronous generator by inputting the voltage detection values Va , b, and c , and outputs the voltage phase θ to the sine wave calculation unit 44.

図2は、図1の発電機回転体模擬部43Aの構成図である。
三相の電圧検出値Va,b,cは、特許請求の範囲におけるq軸電圧演算手段としての座標変換手段43fに入力されている。この座標変換手段43fでは、後述の積分手段43dから出力される電圧位相θを用いて、静止座標系の三相量である電圧検出値Va,b,c、すなわちリアクトルXの出力側電圧Vを、回転座標系の二相量であるd軸電圧V,q軸電圧Vに座標変換して出力する。
なお、この実施形態では、座標変換手段43fを用いてd軸電圧V,q軸電圧Vを求めているが、例えば、「ベクトル制御と交流機駆動の動力学」(D. W. Novotny,T. A. Lipo 著,株式会社電気書院,2001年9月10日発行)の「2.8 回転座標への変換」(p.60~p.67)における数式2.8-1,2.8-2等に記載された、三相量の変数をd軸,q軸上の変数に変換する方法を用いて、電圧検出値Va,b,cをd軸電圧V,q軸電圧Vに変換し、そのq軸電圧Vを後述する数式2以降の演算に用いても良い。この場合、上記の数式2.8-1等に基づいて電圧検出値Va,b,cをq軸電圧Vに変換する手段が、特許請求の範囲におけるq軸電圧演算手段に相当する。
FIG. 2 is a block diagram of the generator rotating body simulated unit 43A of FIG.
The three-phase voltage detection values Va , b, and c are input to the coordinate conversion means 43f as the q-axis voltage calculation means in the claims. In this coordinate conversion means 43f, the voltage detection values Va , b, c , which are the three-phase quantities of the static coordinate system, that is, the output side voltage V of the reactor X, are used by using the voltage phase θ output from the integration means 43d described later. s is coordinate-converted into d-axis voltage V d and q-axis voltage V q , which are two-phase quantities in the rotational coordinate system, and output.
In this embodiment, the d-axis voltage V d and the q-axis voltage V q are obtained using the coordinate conversion means 43f. For example, "vector control and AC machine drive dynamics" (DW Novotny, TA Lipo). Written in Equations 2.8.1, 2.8-2, etc. in "Conversion to 2.8 Rotational Coordinates" (p.60-p.67), published by Denki Shoin Co., Ltd., September 10, 2001. Using the method of converting the variable of the three-phase quantity into the variable on the d-axis and q-axis, the voltage detection values Va , b, and c are converted into the d-axis voltage V d and the q-axis voltage V q , and the q-axis thereof. The voltage V q may be used in the calculation after Equation 2 described later. In this case, the means for converting the voltage detection values Va , b, c into the q-axis voltage V q based on the above equation 2.8-1 or the like corresponds to the q-axis voltage calculation means in the claims.

ここで、図3はリアクトルXの両端電圧Vinv,Vのベクトル図であり、δはVinv,Vの位相差である。図3において、電圧Vinvつまりインバータ10の出力電圧は、有効電力成分であるd軸電圧Vと同相である。
リアクトルXが抵抗成分を含まず、純粋なリアクタンス成分(リアクタンス値もXとする)のみを有すると仮定した場合、インバータ10からリアクトルXに供給される有効電力Pは、数式1によって表される。
[数式1]
P=(V・Vinv/X)sinδ
この数式1の関係は、例えば、特開平5-80867号公報の[0010]や特開2001-45662号公報の[0027]に記載されている。
Here, FIG. 3 is a vector diagram of the voltages V inv and V s across the reactor X, and δ is the phase difference of V inv and V s . In FIG. 3, the voltage V inv , that is, the output voltage of the inverter 10 is in phase with the d-axis voltage V d , which is an active power component.
Assuming that the reactor X does not contain a resistance component and has only a pure reactance component (the reactance value is also X), the active power P supplied from the inverter 10 to the reactor X is expressed by Equation 1.
[Formula 1]
P = (Vs · V inv / X) sinδ
The relationship of this formula 1 is described in, for example, [0010] of JP-A-5-80867 and [0027] of JP-A-2001-45662.

=V・sinδの関係を数式1に代入すると数式2が得られ、電圧Vinvを出力電圧指令により固定値の1[p.u.]とすると、数式3が得られる。
[数式2]
P=V・Vinv/X
[数式3]
P=V/X
By substituting the relation of V q = V s · sin δ into the formula 1, the formula 2 is obtained, and when the voltage V inv is set to the fixed value of 1 [pu] by the output voltage command, the formula 3 is obtained.
[Formula 2]
P = V q · V inv / X
[Formula 3]
P = V q / X

図2に戻って、座標変換手段43fから出力されたq軸電圧Vを係数乗算手段43gに入力して(1/X)を乗算することにより、前述した数式3が演算される。すなわち、従来技術の図7では、電圧Va,b,c及び電流Ia,b,cから有効電力Pを算出していたが、第1実施形態に係る図2では、電圧Va,b,cを座標変換して得たq軸電圧Vとリアクタンス値Xとを用いた数式3の演算によって有効電力Pを推定するものである。 Returning to FIG. 2, by inputting the q -axis voltage Vq output from the coordinate conversion means 43f into the coefficient multiplying means 43g and multiplying by (1 / X), the above-mentioned equation 3 is calculated. That is, in FIG. 7 of the prior art, the active power P was calculated from the voltages Va , b, c and the currents I a, b, c, but in FIG. 2 according to the first embodiment, the voltages Va , b . The active power P is estimated by the calculation of the equation 3 using the q-axis voltage V q obtained by converting the coordinates of and c and the reactance value X.

有効電力推定値Pは、図7と同様に、出力目標値と、角速度Δωの振動成分を抑制するダンパ43eの出力と共に、加減算手段43bに入力される。加減算手段43bの出力は第1の積分手段43cにより積分され、模擬する同期発電機の回転体の角速度Δωが演算される。この角速度Δωは、加減算手段43hを介して第2の積分手段43dに入力され、模擬する同期発電機の内部起電力の電圧位相θが算出される。
図2において、係数乗算手段43gは特許請求の範囲における有効電力推定手段を構成し、第1,第2の積分手段43c,43dは特許請求の範囲における電圧位相演算手段を構成している。
The estimated active power value P is input to the addition / subtraction means 43b together with the output target value and the output of the damper 43e that suppresses the vibration component of the angular velocity Δω, as in FIG. The output of the addition / subtraction means 43b is integrated by the first integration means 43c, and the angular velocity Δω of the rotating body of the simulated synchronous generator is calculated. This angular velocity Δω is input to the second integrating means 43d via the addition / subtraction means 43h, and the voltage phase θ of the internal electromotive force of the simulated synchronous generator is calculated.
In FIG. 2, the coefficient multiplying means 43g constitutes an active power estimation means within the claims, and the first and second integrating means 43c, 43d constitute a voltage phase calculating means within the claims.

なお、図2の加減算手段43hに入力されている角速度初期値ωは、Δω=0の場合にも第2の積分手段43dの入力が所定の値を持つようにして座標変換用の電圧位相θを得るためのものである。
また、ダンパ43eは、加減算手段43hの出力側から加減算手段43bに至る経路に設けても良い。
The initial angular velocity value ω 0 input to the addition / subtraction means 43h in FIG. 2 is a voltage phase for coordinate conversion so that the input of the second integration means 43d has a predetermined value even when Δω = 0. It is for obtaining θ.
Further, the damper 43e may be provided on the path from the output side of the addition / subtraction means 43h to the addition / subtraction means 43b.

以上のように、第1実施形態によれば、インバータ10の出力電流を検出しなくてもインバータ10の有効電力Pを推定して電圧位相θを求めることができ、この電圧位相θを用いた擬似同期発電機制御により電力系統20の周波数を安定化させることができる。 As described above, according to the first embodiment, the active power P of the inverter 10 can be estimated and the voltage phase θ can be obtained without detecting the output current of the inverter 10, and this voltage phase θ is used. The frequency of the power system 20 can be stabilized by the pseudo-synchronous generator control.

次に、本発明の第2実施形態を図4,図5に基づいて説明する。
図4に示す制御回路40Bが図1の制御回路40Aと相違する点は、発電機回転体模擬部43Bの構成と、正弦波演算部44の出力を乗算手段46に入力してインバータ10の出力電圧指令の絶対値|Vinv |と乗算し、その結果を電圧指令V a,b,cとしてPWM演算部45に入力する点である。
発電機回転体模擬部43Bの構成は図5の通りであり、係数乗算手段43gと加減算手段43bとの間に乗算手段43iを挿入し、係数乗算手段43gの出力に|Vinv |を乗算して有効電力推定値Pを求める。ここで、係数乗算手段43g及び乗算手段43iは、特許請求の範囲における有効電力推定手段を構成している。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
The difference between the control circuit 40B shown in FIG. 4 and the control circuit 40A of FIG. 1 is that the configuration of the generator rotating body simulation unit 43B and the output of the sine wave calculation unit 44 are input to the multiplying means 46 to output the inverter 10. It is a point to multiply by the absolute value | V inv * | of the voltage command and input the result as the voltage command V * a, b, c to the PWM calculation unit 45.
The configuration of the generator rotating body simulation unit 43B is as shown in FIG. 5. The multiplication means 43i is inserted between the coefficient multiplication means 43g and the addition / subtraction means 43b, and the output of the coefficient multiplication means 43g is multiplied by | V inv * |. To obtain the estimated active power value P. Here, the coefficient multiplying means 43g and the multiplying means 43i constitute the active power estimation means within the scope of the claims.

この第2実施形態によれば、前述した[数式2]が以下の数式4のようになる。
[数式4]
P=V・|Vinv |/X
従って、インバータ10の出力電圧を所望の大きさ|Vinv |に設定した時の有効電力推定値Pを用いて、第1実施形態と同様に電圧位相θを求めることができ、インバータ10の擬似同期発電機制御により電力系統20の周波数を安定化させることが可能である。
According to this second embodiment, the above-mentioned [Formula 2] becomes the following formula 4.
[Formula 4]
P = V q・ | V inv * | / X
Therefore, the voltage phase θ can be obtained in the same manner as in the first embodiment by using the estimated active power P when the output voltage of the inverter 10 is set to a desired magnitude | V inv * |, and the inverter 10 can be obtained. It is possible to stabilize the frequency of the power system 20 by controlling the pseudo-synchronous generator.

10: インバータ
11:直流電源
12:直流/交流変換部
20:電力系統
21:連系線路
30:同期発電機
40A,40B:制御回路
42:電圧検出器
43A,43B:発電機回転体模擬部
43b,43h:加減算手段
43c,43d:積分手段
43e:ダンパ
43f:座標変換手段
43g:係数乗算手段
43i:乗算手段
44:正弦波演算部
45:PWM演算部
46:乗算手段
X:リアクトル
C:コンデンサ
10: Inverter 11: DC power supply 12: DC / AC converter 20: Power system
21: Interconnection line 30: Synchronous generator 40A, 40B: Control circuit 42: Voltage detector 43A, 43B: Generator rotating body simulation unit 43b, 43h: Addition / subtraction means 43c, 43d: Integration means 43e: Damper 43f: Coordinate conversion Means 43g: Coefficient multiplication means 43i: Multiplication means 44: Sine wave calculation unit 45: PWM calculation unit 46: Multiplication means X: Reactor C: Condenser

Claims (7)

直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの半導体スイッチング素子を制御する制御回路と、を備え、電力系統に連系して運転されるインバータ装置であって、
擬似同期発電機制御により、前記電力系統に接続される同期発電機の回転体の慣性による周波数安定化機能を模擬可能としたインバータ装置において、
前記制御回路は、
前記インバータの出力側のリアクトルと前記電力系統との接続点の電圧が入力されて前記同期発電機の内部起電力の電圧位相を模擬演算する発電機回転体模擬部と、
前記電圧位相を用いて生成された電圧指令に基づいて前記半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する手段と、を備え、
前記発電機回転体模擬部は、
入力された前記接続点の電圧に基づいてq軸電圧を演算するq軸電圧演算手段と、
前記q軸電圧と前記リアクトルのリアクタンス値と前記インバータの出力電圧指令とを用いて、前記インバータから出力される有効電力を推定する有効電力推定手段と、
推定された前記有効電力を積分して前記電圧位相を演算する電圧位相演算手段と、
を有することを特徴とするインバータ装置。
An inverter device that includes an inverter that converts DC power into AC power and a control circuit that controls the semiconductor switching element of the inverter, and is operated in connection with the power system.
In an inverter device that can simulate the frequency stabilization function due to the inertia of the rotating body of the synchronous generator connected to the power system by controlling the pseudo synchronous generator.
The control circuit is
A generator rotating body simulation unit that simulates the voltage phase of the internal electromotive force of the synchronous generator by inputting the voltage at the connection point between the reactor on the output side of the inverter and the power system.
A means for generating a drive signal of the semiconductor switching element based on a voltage command generated using the voltage phase is provided.
The generator rotating body simulation unit is
A q-axis voltage calculation means that calculates the q-axis voltage based on the input voltage of the connection point, and
An active power estimation means for estimating the active power output from the inverter by using the q-axis voltage, the reactance value of the reactor, and the output voltage command of the inverter.
A voltage phase calculation means that integrates the estimated active power to calculate the voltage phase, and
An inverter device characterized by having.
請求項1に記載したインバータ装置において、
前記q軸電圧演算手段が、前記接続点の電圧を静止座標系から回転座標系に変換して少なくともq軸電圧を演算する座標変換手段であり、この座標変換手段が、前記電圧位相を用いて座標変換を行うことを特徴とするインバータ装置。
In the inverter device according to claim 1,
The q-axis voltage calculation means is a coordinate conversion means that converts the voltage at the connection point from a static coordinate system to a rotational coordinate system to calculate at least the q-axis voltage, and the coordinate conversion means uses the voltage phase. An inverter device characterized by performing coordinate conversion.
請求項1または2に記載したインバータ装置において、
前記有効電力推定手段は、前記インバータの出力電圧指令を単位電圧により固定したことを特徴とするインバータ装置。
In the inverter device according to claim 1 or 2.
The active power estimation means is an inverter device characterized in that the output voltage command of the inverter is fixed by a unit voltage.
請求項1または2に記載したインバータ装置において、
前記有効電力推定手段は、前記インバータの出力電圧指令を任意の可変電圧としたことを特徴とするインバータ装置。
In the inverter device according to claim 1 or 2.
The active power estimation means is an inverter device characterized in that the output voltage command of the inverter is an arbitrary variable voltage.
請求項1~4の何れか1項に記載したインバータ装置において、
前記有効電力推定手段の出力と出力目標値との差を前記電圧位相演算手段に入力することを特徴とするインバータ装置。
In the inverter device according to any one of claims 1 to 4.
An inverter device characterized in that the difference between the output of the active power estimation means and the output target value is input to the voltage phase calculation means.
請求項1~5の何れか1項に記載したインバータ装置において、
前記電圧位相演算手段の動作により生じる振動成分を抑制するためのダンパを備えたことを特徴とするインバータ装置。
In the inverter device according to any one of claims 1 to 5.
An inverter device provided with a damper for suppressing a vibration component generated by the operation of the voltage phase calculation means.
請求項1~6の何れか1項に記載したインバータ装置において、
前記電圧位相演算手段における被積分量が、模擬する同期発電機の回転体の初期角速度を含むことを特徴とするインバータ装置。
In the inverter device according to any one of claims 1 to 6.
An inverter device characterized in that the integrated amount in the voltage phase calculation means includes the initial angular velocity of the rotating body of the simulated synchronous generator.
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