JP2022177905A - Current control type inverter and control method for the same - Google Patents

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圭亮 白崎
Keisuke Shirasaki
博之 天野
Hiroyuki Amano
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Abstract

To provide an inverter controller and an inverter control method which can practically suppress hunting when a system support function is mounted on a current control type inverter.SOLUTION: A current control type inverter mounted with a system support function and outputting system support power to a power system based on the system support function, includes a compensation control loop for suppressing an influence by a system impedance of the system support power.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電流制御型インバータ及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a current controlled inverter and its control method.

太陽光や風力等のインバータを介して系統に連系される再生可能エネルギー電源の導入拡大により同期発電機の並列容量が減少し、系統安定性が低下するおそれが指摘されている。また、その対策として、系統安定化のサポートを狙いとした様々な制御機能(系統サポート機能)を再生可能エネルギー電源に付加することが検討されている。 It has been pointed out that the parallel capacity of synchronous generators will decrease due to the expansion of the introduction of renewable energy power sources that are connected to the grid via inverters such as solar and wind power, and that the stability of the grid will decrease. In addition, as a countermeasure, addition of various control functions (system support functions) aimed at supporting grid stabilization to renewable energy power sources is under consideration.

一方、下記非特許文献1~3には、各種の系統サポート機能を電流制御型インバータに実装した場合、系統条件によっては同機能の制御応答が継続的に振動(ハンチング)し、期待した系統サポート効果が得られないだけではなく、系統安定性等に悪影響を及ぼす事例が報告されている。 On the other hand, in Non-Patent Documents 1 to 3 below, when various system support functions are implemented in a current-controlled inverter, the control response of the same function continuously vibrates (hunting) depending on the system conditions, and the expected system support There have been reports of cases in which not only is the effect not obtained, but also the system stability is adversely affected.

前山 慎一郎, 白崎 圭亮, 天野 博之. 系統の慣性減少を補償する擬似慣性制御の不安定性について. 令和元年電気学会電力・エネルギー部門大会. 講演番号110. 2019.Shinichiro Maeyama, Keisuke Shirasaki, Hiroyuki Amano. On the instability of pseudo-inertia control that compensates for reduced inertia of a power system. 田村 潤,徳光 啓太, 天野 博之. 一次調整力として蓄電池を活用した際の周波数制御への影響の検討. 令和2年電気学会全国大会. 講演番号6-191.2020.Jun Tamura, Keita Tokumitsu, Hiroyuki Amano. Investigation of influence on frequency control when using storage battery as primary control power. 白崎 圭亮, 天野 博之. 再生可能エネルギー電源による動的無効電流制御が基幹系統事故時の系統安定性等に及ぼす影響. 電力中央研究所報告R19002. 2020.Keisuke Shirasaki, Hiroyuki Amano. Influence of dynamic reactive current control by renewable energy power supply on system stability during main system fault. Report of Central Research Institute of Electric Power Industry R19002. 2020.

ところで、電流制御型インバータに系統サポート機能を実装した場合における制御応答のハンチングの抑制手法として、系統サポート機能の制御ゲインを低減することが容易に考えられる。しかしながら、この場合には系統サポート効果も同時に低下することになるため、ハンチング抑制と系統安定化とはトレードオフの関係となる。したがって、系統サポート機能の制御ゲインを低減するハンチングの抑制手法は好ましくない。 By the way, reducing the control gain of the system support function is easily conceivable as a method of suppressing hunting in control response when the system support function is implemented in the current control type inverter. However, in this case, the power system support effect is also reduced at the same time, so there is a trade-off between hunting suppression and power system stabilization. Therefore, the hunting suppression technique that reduces the control gain of the system support function is not preferable.

また、送電線の新設等により系統インピーダンスを減少させることもハンチング対策として有効であるが、コストや対策に要する時間の面で困難である。系統運用上のハンチング抑制対策としては、同期発電機の並列台数をなるべく減少させないことや系統設備の作業停止を一時的に回避することが有効であるが、コスト面で課題があるとともに対策として限界がある。 Reducing the system impedance by installing a new transmission line or the like is also effective as a countermeasure against hunting, but it is difficult in terms of cost and time required for countermeasures. As a countermeasure to suppress hunting in system operation, it is effective not to reduce the number of parallel generators as much as possible and to temporarily avoid work stoppages of system equipment, but there are issues in terms of cost and there is a limit to countermeasures. There is

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電流制御型インバータに系統サポート機能を実装した場合におけるハンチングを実用的に抑制することができるインバータ制御装置及びインバータ制御方法の提供を目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the circumstances described above, and aims to provide an inverter control device and an inverter control method that can practically suppress hunting when a system support function is implemented in a current-controlled inverter. and

上記目的を達成するために、本発明では、電流制御型インバータに係る第1の解決手段として、系統サポート機能が実装され、当該系統サポート機能に基づいて系統サポート電力を電力系統に出力する電流制御型インバータであって、前記系統サポート電力の系統インピーダンスによる影響を抑制する補償制御ループを備える、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solution related to the current control inverter, a system support function is implemented, and current control for outputting system support power to the power system based on the system support function. type inverter with a compensating control loop that suppresses the effect of the grid impedance on the grid support power.

本発明では、電流制御型インバータに係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記補償制御ループは、前記系統インピーダンスによる影響に加えて、自身の構成要素による影響をも抑制するように伝達関数が設定される、という手段を採用する。 In the present invention, as a second solution related to the current-controlled inverter, in the first solution, the compensation control loop suppresses the effect of its own components in addition to the effect of the system impedance. The transfer function is set as follows.

本発明では、電流制御型インバータに係る第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記伝達関数は、前記系統インピーダンスを実際よりも低く見積もって設定される、という手段を採用する。 In the present invention, as a third solution for the current-controlled inverter, in the second solution, the transfer function is set by estimating the system impedance lower than it actually is.

本発明では、電流制御型インバータに係る第4の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記伝達関数は、前記系統インピーダンスのうち、自身の構内に関する構内インピーダンスに基づいて設定される、という手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solution means related to the current-controlled inverter, in the second solution means, the transfer function is set based on the premises impedance related to the premises itself among the system impedances. adopt means.

本発明では、電流制御型インバータの制御方法に係る解決手段として、系統サポート機能に基づいて系統サポート電力を電力系統に出力する電流制御型インバータの制御方法であって、補償制御ループによって前記系統サポート電力の系統インピーダンスによる影響を抑制する、という手段を採用する。 In the present invention, as a solution to a control method for a current-controlled inverter, there is provided a control method for a current-controlled inverter that outputs grid support power to a power grid based on a grid support function, wherein a compensation control loop is used to support the grid. A means of suppressing the influence of power system impedance is adopted.

本発明によれば、電流制御型インバータに系統サポート機能を実装した場合におけるハンチングを実用的に抑制することができるインバータ制御装置及びインバータ制御方法を提供することが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the inverter control apparatus and inverter control method which can suppress hunting practically when a system support function is implemented in a current control type inverter.

本発明の一実施形態における電力系統を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a power system in one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係る電流制御型インバータの系統サポート機能に関する制御構成を示す制御ブロック図である。FIG. 3 is a control block diagram showing a control configuration regarding a grid support function of the current controlled inverter according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態における系統インピーダンスを示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing system impedance in one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態における一巡伝達関数F(s)のボード線図である。FIG. 4 is a Bode plot of the open-loop transfer function F(s) in one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態における閉ループ伝達関数K(s)のボード線図である。FIG. 4 is a Bode plot of the closed-loop transfer function K(s) in one embodiment of the invention; 本発明の一実施形態において、制御ゲインの低減との併用効果を示す一巡伝達関数F(s)のボード線図である。FIG. 4 is a Bode plot of open-loop transfer function F(s) showing a combined effect with reduction of control gain in one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態において、制御ゲインの低減との併用効果を示す閉ループ伝達関数K(s)のボード線図である。FIG. 5 is a Bode plot of the closed-loop transfer function K(s) showing the combined effect of reducing the control gain in one embodiment of the present invention;

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
最初に、本実施形態に係る電流制御型インバータが適用される電力系統の概要について図1を参照して説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, an outline of a power system to which a current-controlled inverter according to the present embodiment is applied will be described with reference to FIG.

この電力系統は、図1に示すように、再生可能エネルギー電源設備A、構外母線B及び構内インピーダンスC(変電設備を含む)を備える。再生可能エネルギー電源設備Aは、再生可能エネルギとして周知の風力や太陽光等を利用して電力を発電する電源設備であり、発電装置1、PCS2及び構内母線3を備えている。 This power system, as shown in FIG. 1, comprises a renewable energy power supply facility A, an off-site bus B, and an on-site impedance C (including substation equipment). The renewable energy power supply facility A is a power supply facility that generates electric power using well-known renewable energy such as wind power and sunlight, and includes a power generator 1 , a PCS 2 and a premises bus 3 .

発電装置1は、周知の再生可能エネルギーのうち、例えば風力を利用して電力を発電する風力発電機である。この発電装置1は、再生可能エネルギー電源設備Aの設置場所に吹く風によって風車を回転させることにより、当該風車に連結された発電機を回転駆動する。このような発電装置1は、発電機が発生させる所定周波数の交流電力(発電電力)をPCS2に出力する。 The power generation device 1 is a wind power generator that generates electric power using, for example, wind power among well-known renewable energies. The power generator 1 rotates the generator connected to the windmill by rotating the windmill with the wind blowing at the place where the renewable energy power supply equipment A is installed. Such a power generator 1 outputs AC power (generated power) of a predetermined frequency generated by the generator to the PCS 2 .

PCS2は、本実施形態に係る電流制御型インバータである。このPCS2は、発電装置1から入力される発電電力を外部の構外母線Bに連系可能な仕様の電力(構内系統電力)に変換する電力変換装置である。このようなPCS2は、電力変換回路であるインバータ回路と当該インバータ回路を制御する制御回路を備えている。 PCS2 is a current-controlled inverter according to the present embodiment. The PCS 2 is a power conversion device that converts the generated power input from the power generation device 1 into power (on-premises system power) that can be connected to the outside bus B outside the premises. Such a PCS 2 includes an inverter circuit that is a power conversion circuit and a control circuit that controls the inverter circuit.

ここで、PCSは、「Power Conditioning Subsystem」として一般的に周知である。また、このPCSに系統サポート機能が実装される場合があることも周知である。本実施形態におけるPCS2は、周知のPCSと同様に系統サポート機能が実装されており、電力系統をサポートするための注入電流を構内母線3に出力する。 Here, PCS is commonly known as "Power Conditioning Subsystem". It is also well known that the PCS may implement lineage support functions. The PCS 2 in this embodiment is equipped with a system support function like a well-known PCS, and outputs an injection current to the premises bus 3 for supporting the power system.

すなわち、PCS2の制御回路は、上述した系統サポート機能に基づいて制御信号を生成してインバータ回路に出力する。PCS2のインバータ回路は、制御回路から入力される制御信号に基づいて上記注入電流を生成して構内母線3に出力する。なお、注入電流は、有効電力あるいは無効電力の電流であり、電力系統をサポートするための系統サポート電力である。 That is, the control circuit of PCS2 generates a control signal based on the system support function described above and outputs it to the inverter circuit. The inverter circuit of the PCS 2 generates the injection current based on the control signal input from the control circuit and outputs it to the premises bus line 3 . The injected current is current of active power or reactive power, and is system support power for supporting the power system.

構内母線3は、再生可能エネルギー電源設備A内に敷設された配電線である。この構内母線3は、上述したようにPCS2の出力端に接続されている。また、この構内母線3は、構内インピーダンスC(変電設備を含む)を介して構外母線Bに接続されている。 The premises bus 3 is a distribution line laid in the renewable energy power supply facility A. This premises bus 3 is connected to the output end of the PCS 2 as described above. The on-premises bus 3 is also connected to an off-premises bus B via an on-premises impedance C (including substation equipment).

構外母線Bは、再生可能エネルギー電源設備Aの外部に敷設された送電線である。この構外母線Bは、例えば一般送配電事業者が管理運営する電力系統の一部である。 The off-site bus line B is a transmission line laid outside the renewable energy power supply facility A. This off-site bus line B is a part of a power system managed and operated by a general power transmission and distribution business operator, for example.

続いて、系統サポート機能に関する制御構成について、図2の制御ブロック図を参照して詳しく説明する。すなわち、PCS2の系統サポート機能は、制御構成要素として、第1加算器4、第2加算器5、フィルタ要素6、減算器7、系統サポート要素8、補償要素9、ハードウエア要素10及び系統インピーダンス要素11を備える。 Next, the control configuration regarding the grid support function will be described in detail with reference to the control block diagram of FIG. That is, the system support function of the PCS 2 includes, as control components, a first adder 4, a second adder 5, a filter element 6, a subtractor 7, a system support element 8, a compensation element 9, a hardware element 10, and a system impedance. An element 11 is provided.

なお、これら複数の制御構成要素のうち、PCS2によって提供されるものは、フィルタ要素6、減算器7、系統サポート要素8、補償要素9及びハードウエア要素10である。これ以外の第1加算器4、第2加算器5及び系統インピーダンス要素11は、系統サポート機能の構成上、PCS2の制御構成要素に関わってくるものである。 Among these control components, provided by PCS 2 are filter element 6, subtractor 7, system support element 8, compensation element 9 and hardware element 10. FIG. Other than this, the first adder 4, the second adder 5 and the grid impedance element 11 are involved in the control components of the PCS 2 in terms of configuring the grid support function.

第1加算器4は、初期状態量xと外乱Nとを加算して第2加算器5に状態量xとして出力する。初期状態量xは、電力系統における電力状態量(電圧、位相等)の初期値である、また、外乱Nは、初期状態量xに作用し得るノイズ成分である。 The first adder 4 adds the initial state quantity x0 and the disturbance N, and outputs the result to the second adder 5 as the state quantity x. The initial state quantity x0 is the initial value of the power state quantity (voltage, phase, etc.) in the power system, and the disturbance N is a noise component that can act on the initial state quantity x0 .

第2加算器5は、状態量xと帰還状態量Δxとを加算し、状態量Xとしてフィルタ要素6に出力する。帰還状態量Δxについては後述するが、帰還状態量Δxは、状態量xに加算されることにより、PCS2における系統サポート機能を不安定化させて注入電流yのハンチング現象を招来させる状態量である。 The second adder 5 adds the state quantity x and the feedback state quantity Δx, and outputs the state quantity X to the filter element 6 . Although the feedback state quantity Δx will be described later, the feedback state quantity Δx is a state quantity that, when added to the state quantity x, destabilizes the system support function in the PCS 2 and induces the hunting phenomenon of the injection current y. .

フィルタ要素6は、PCS2に設けられた検出フィルタに関する制御構成要素であり、当該検出フィルタの時定数等に基づく伝達関数D(s)を有する。このフィルタ要素6は、状態量Xと伝達関数D(s)とに基づく状態量Xを減算器7に出力する。減算器7は、上記状態量Xから状態量Xを減算し、当該状態量Xと状態量Xとの差分である状態量Xを系統サポート要素8に出力する。 The filter element 6 is a control component related to the detection filter provided in the PCS 2, and has a transfer function D(s) based on the time constant of the detection filter. This filter element 6 outputs the state quantity X1 based on the state quantity X and the transfer function D(s) to the subtractor 7 . The subtractor 7 subtracts the state quantity X 4 from the state quantity X 1 and outputs the state quantity X 2 , which is the difference between the state quantity X 1 and the state quantity X 4 , to the system support element 8 .

系統サポート要素8は、系統サポート機能の主制御要素であり、伝達関数G(s)を有する。この系統サポート要素8は、例えば周知のPID制御要素であり、状態量Xと伝達関数G(s)とに基づく状態量Xを補償要素9及びハードウエア要素10に出力する。 The grid support element 8 is the master control element of the grid support function and has a transfer function G(s). This system support element 8 is, for example, a well-known PID control element, and outputs state quantity X3 based on state quantity X2 and transfer function G(s) to compensation element 9 and hardware element 10 .

補償要素9は、上述した帰還状態量Δxの影響を抑制あるいは解消する状態量Xを生成する制御構成要素であり、伝達関数H(s)を有する。すなわち、この補償要素9は、状態量Xと伝達関数H(s)とに基づいて状態量Xを生成し、当該状態量Xを減算器7に出力する。この状態量Xは、帰還状態量Δxの影響を抑制あるいは解消するための補償量として機能する。 The compensating element 9 is a control component that generates a state quantity X4 that suppresses or eliminates the influence of the feedback state quantity Δx described above, and has a transfer function H(s). That is, the compensating element 9 generates a state quantity X4 based on the state quantity X3 and the transfer function H(s), and outputs the state quantity X4 to the subtractor 7 . This state quantity X4 functions as a compensation quantity for suppressing or eliminating the influence of the feedback state quantity Δx.

このような補償要素9は、図示するように系統サポート要素8に対する帰還制御ループを構成している。この補償要素9に基づく帰還制御ループは、帰還状態量Δxの影響を抑制あるいは解消するための補償制御ループとして機能する。すなわち、補償制御ループにおける伝達関数H(s)は、帰還状態量Δxの影響を抑制あるいは解消するように設定される補償伝達関数である。 Such compensating element 9 forms a feedback control loop for system support element 8 as shown. A feedback control loop based on this compensating element 9 functions as a compensating control loop for suppressing or eliminating the influence of the feedback state quantity Δx. That is, the transfer function H(s) in the compensation control loop is a compensation transfer function set to suppress or eliminate the influence of the feedback state quantity Δx.

ハードウエア要素10は、PCS2のハードウエア構成に起因する制御構成要素であり、伝達関数W(s)を有する。このハードウエア要素10は、状態量Xと伝達関数W(s)とに基づいて設定される注入電流yを系統インピーダンス要素11及びPCS2の後段制御要素に出力する。PCS2の制御装置は、この注入電流yに基づいてインバータ回路の制御信号を生成する。 A hardware element 10 is a control component resulting from the hardware configuration of PCS2 and has a transfer function W(s). This hardware element 10 outputs the injection current y set based on the state quantity X3 and the transfer function W(s) to the system impedance element 11 and the post-stage control element of PCS2. The controller of PCS2 generates a control signal for the inverter circuit based on this injected current y.

本実施形態では、PCS2の出力端が接続される電力系統のインピーダンス、つまり構内母線3のインピーダンス、構外母線Bのインピーダンス及び主系統のインピーダンスを総合したインピーダンスを系統インピーダンスという。 In this embodiment, the impedance of the electric power system to which the output end of the PCS 2 is connected, that is, the total impedance of the impedance of the on-premises bus 3, the impedance of the off-premises bus B, and the impedance of the main system is referred to as the system impedance.

なお、この系統インピーダンスは、図3に示すように、構内インピーダンスZと外部インピーダンスZとに分類される。構内インピーダンスZは、自身の構内に関する構内インピーダンスつまり構内配線と変電設備の複合インピーダンスであり、外部インピーダンスZは、構内インピーダンスZ以外のインピーダンス、つまり構外母線Bから主系統側を見た覗き込みインピーダンスである。 This system impedance is classified into an on-site impedance Z1 and an external impedance Z2 , as shown in FIG. The premises impedance Z 1 is the premises impedance related to the premises itself, that is, the complex impedance of the premises wiring and substation equipment, and the external impedance Z 2 is the impedance other than the premises impedance Z 1 , that is, the main system side viewed from the outside bus B. is the embedded impedance.

系統インピーダンス要素11は、注入電流yに対する系統インピーダンスの影響を示す制御構成要素であり、伝達関数Z(s)を有する。この系統インピーダンス要素11は、注入電流yと伝達関数Z(s)とに基づく帰還状態量Δxを第2加算器5に出力する。 The system impedance element 11 is a control component that indicates the influence of the system impedance on the injected current y and has a transfer function Z(s). The system impedance element 11 outputs the feedback state quantity Δx based on the injection current y and the transfer function Z(s) to the second adder 5 .

上記注入電流yは、PCS2の出力端から構内母線3に出力されるので、構内母線3から構外母線Bまでの構内インピーダンスC(変電設備を含む)、また構外母線Bに接続された主系統の外部インピーダンスの影響を受ける。PCS2は、系統サポート機能として、この影響に応動した注入電流yを構内母線3に出力する。 Since the injection current y is output from the output end of the PCS 2 to the on-premises bus 3, the on-premises impedance C (including transformer equipment) from the on-premises bus 3 to the off-premises bus B, and the main system connected to the off-premises bus B Affected by external impedance. As a system support function, the PCS 2 outputs an injection current y corresponding to this influence to the premises bus 3 .

上述した系統インピーダンス要素11は、図示するように、初期状態量xから注入電流yに至るメイン制御ルートに対して帰還ループを構成する。すなわち、系統サポート機能は、PCS2と電力系統との間でフィードバック制御系を構成している。上記帰還状態量Δxは、このフィードバック制御系を系統インピーダンスに起因して不安定化させる状態量である。 The system impedance element 11 described above constitutes a feedback loop for the main control route from the initial state quantity x0 to the injection current y, as shown. That is, the system support function constitutes a feedback control system between the PCS2 and the power system. The feedback state quantity Δx is a state quantity that destabilizes the feedback control system due to the system impedance.

次に、本実施形態に係る電流制御型インバータの制御方法について、図4~図7をも参照して詳しく説明する。 Next, a method for controlling the current-controlled inverter according to this embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7 as well.

最初に、図2に示した制御構成は、補償要素9によるハンチング抑制制御で補償する対象を系統インピーダンスだけではなく、PCS2自身の構成要素つまりPCS2を構成する検出フィルタ及びハードウエア構成要素にまで拡張したものである。ハンチング抑制制御の補償対象が系統インピーダンスのみで構成される場合、フィルタ要素7及びハードウエア要素10については考慮する必要がない。 First, in the control configuration shown in FIG. 2, the object to be compensated by the hunting suppression control by the compensating element 9 is not only the system impedance, but also extends to the components of the PCS2 itself, that is, the detection filter and the hardware components that constitute the PCS2. It is what I did. If the target of compensation for hunting suppression control is composed only of the system impedance, there is no need to consider the filter element 7 and the hardware element 10 .

すなわち、ハンチング抑制制御の補償対象が系統インピーダンスのみで構成される場合におけるPCS2の制御構成要素は、フィルタ要素6及びハードウエア要素10を除く、第1加算器4、第2加算器5、減算器7、系統サポート要素8、補償要素9及び系統インピーダンス要素11である。そして、この基本的な制御構成に関する閉ループ伝達関数は、下式(1)によって与えられる。 That is, the control components of the PCS 2 when the compensation target of the hunting suppression control is composed only of the system impedance are the first adder 4, the second adder 5, the subtractor excluding the filter element 6 and the hardware element 10. 7, a system support element 8, a compensation element 9 and a system impedance element 11; The closed loop transfer function for this basic control configuration is then given by equation (1) below.

Figure 2022177905000002
Figure 2022177905000002

この閉ループ伝達関数は、補償要素9の伝達関数H(s)と系統インピーダンス要素11の伝達関数Z(s)とが差分関係にある。すなわち、式(1)は、両者が等しく設定された場合に、帰還状態量Δxの影響が完全に補償されて、注入電流yが系統サポート要素8の伝達関数G(s)と第2加算器5の出力である状態量xの積によって与えられることを示している。 In this closed-loop transfer function, the transfer function H(s) of the compensating element 9 and the transfer function Z(s) of the system impedance element 11 have a differential relationship. That is, the equation (1) is such that when both are set equal, the influence of the feedback state quantity Δx is completely compensated, and the injection current y becomes the transfer function G(s) of the system support element 8 and the second adder 5 is given by the product of the state quantity x, which is the output of 5.

なお、ハンチング抑制制御の補償対象を系統インピーダンスだけでなく、PCS2を構成する検出フィルタ及びハードウエア構成要素にまで拡張した場合の閉ループ伝達関数K(s)は、下式(2)によって与えられる。 The closed-loop transfer function K(s) when the target of compensation for hunting suppression control is extended not only to the system impedance but also to the detection filter and the hardware components constituting PCS2 is given by the following equation (2).

Figure 2022177905000003
Figure 2022177905000003

この場合、補償要素9の伝達関数H(s)は、系統インピーダンス要素11の伝達関数Z(s)とフィルタ要素6の伝達関数D(s)とハードウエア要素10の伝達関数W(s)との積に対して差分関係にある。したがって、この場合には、伝達関数H(s)と3つの伝達関数Z(s)、D(s)、W(s)の積とが等しく設定された場合に、積帰還状態量Δxの影響が完全に補償される。 In this case, the transfer function H(s) of the compensating element 9 is the transfer function Z(s) of the system impedance element 11, the transfer function D(s) of the filter element 6, and the transfer function W(s) of the hardware element 10. There is a differential relationship with respect to the product of Therefore, in this case, when the transfer function H(s) and the product of the three transfer functions Z(s), D(s), and W(s) are set equal, the effect of the product feedback state quantity Δx is fully compensated.

また、ハンチング抑制制御の補償対象である系統インピーダンスは、図3に示すように構内インピーダンスZと外部インピーダンスZとの複合インピーダンスである。すなわち、この系統インピーダンスは、PCS2の出力端と構内母線3との接続点であるインバータ連系点から構外側を見た覗き込みインピーダンスである。 The system impedance to be compensated for by the hunting suppression control is a composite impedance of the premises impedance Z1 and the external impedance Z2 as shown in FIG. In other words, this system impedance is the impedance looking into the premises side from the inverter interconnection point, which is the connection point between the output end of the PCS 2 and the premises bus 3 .

このような系統インピーダンスは、電力系統の接続切り替えや同期発電機の並列状況等に応じて変化し得る物理量であり、その値をリアルタイムに把握することは困難である。この系統インピーダンスが見積よりも減少した場合、補償要素9による帰還状態量Δxへの補償が過補償になることが考えられる。この過補償を防止するためには、系統インピーダンスを実際よりも低く見積もって補償要素9の伝達関数H(s)を設定することが有効である。 Such system impedance is a physical quantity that can change according to connection switching of the power system, parallel status of synchronous generators, etc., and it is difficult to grasp the value in real time. If the system impedance is less than the estimated value, it is conceivable that the compensation of the feedback state quantity Δx by the compensating element 9 will be overcompensated. In order to prevent this overcompensation, it is effective to set the transfer function H(s) of the compensating element 9 by estimating the system impedance lower than the actual one.

系統インピーダンスが変化した場合の影響を把握するために、図2における帰還ループをメインルートから切り離し、Δx=-F(s)・xの関係を求めると、一巡伝達関数F(s)は下式(3)によって表される。 In order to grasp the influence when the system impedance changes, the feedback loop in FIG. (3).

Figure 2022177905000004
Figure 2022177905000004

ここで、図4は、上記一巡伝達関数F(s)のボード線図の一例を示している。また、図5は、上述した閉ループ伝達関数K(s)のボード線図の一例を示している。すなわち、これらボード線図は、連系容量400MVA、基準容量1000MVA、制御ゲイン4.0、Z(s)=1.6、H(s)=n・Z(s)・D(s)・W(s)とした場合におけるボード線図である。なお、上記nは、0~1.00までの範囲における0.25刻みの変数である。 Here, FIG. 4 shows an example of a Bode diagram of the open-loop transfer function F(s). Also, FIG. 5 shows an example of a Bode diagram of the closed-loop transfer function K(s) described above. That is, these Bode diagrams have an interconnection capacity of 400 MVA, a reference capacity of 1000 MVA, a control gain of 4.0, Z (s) = 1.6, H (s) = n Z (s) D (s) W It is a Bode diagram in the case of (s). Note that n is a variable in increments of 0.25 in the range from 0 to 1.00.

図4に示した一巡伝達関数F(s)のボード線図によれば、位相が-180°となる周波数において、変数nが大きいほど等価的なゲインが減少していき、ゲイン余裕が大きくなることでフィードバック系が安定化する傾向を確認できる。なお、n=0.0とした場合、式3において分母の第2項が「0」となり、F(s)=G(s)・Z(s)・D(s)・W(s)となるため、周波数が大きいほどゲインが単調に減少していく特性となっている。 According to the Bode diagram of the open-loop transfer function F(s) shown in FIG. 4, at a frequency where the phase is -180°, the larger the variable n, the more the equivalent gain decreases, and the gain margin increases. It is possible to confirm the tendency of the feedback system to stabilize. When n=0.0, the second term of the denominator in Equation 3 becomes "0", and F(s)=G(s)Z(s)D(s)W(s). Therefore, as the frequency increases, the gain monotonically decreases.

図5に示した閉ループ伝達関数K(s)に関するゲイン特性のボード線図によれば、変数nが大きいほど定常ゲイン(低周波帯のゲイン)も大きくなる傾向が読み取れる。動的無効電流制御は、過渡的な電圧偏差に対して応動する制御であるものの、事故除去後の1回線開放状態のように系統電圧の収束値に対して電圧偏差が生じた場合、上記定常ゲインの差異が影響することが考えられる。 According to the Bode diagram of the gain characteristics for the closed-loop transfer function K(s) shown in FIG. 5, it can be read that the steady gain (gain in the low frequency band) increases as the variable n increases. Dynamic reactive current control is a control that responds to transient voltage deviations. It is conceivable that gain differences have an effect.

しかしながら、通常、動的無効電流制御に関しては電圧偏差が小さな範囲では不感帯が設定されていること、また定常状態の電圧安定化を目的としたVolt-var制御が別途動作していることを踏まえると、動的無効電流制御の定常ゲインの差異による悪影響は特に無いものと考えられる。 However, considering that the dynamic reactive current control normally has a dead band in the range where the voltage deviation is small, and that the Volt-var control is operated separately for the purpose of stabilizing the voltage in the steady state, , it is considered that there is no particular adverse effect due to the difference in the steady-state gain of the dynamic reactive current control.

また、図5の閉ループ伝達関数K(s)に関するゲイン特性のボード線図によれば、変数nを変化させた場合に閉ループ伝達関数K(s)の過渡ゲイン(高周波帯のゲイン)は同じ値に収束している。変数nの値に関わらず過渡ゲインが同等であるということは、事故中の電圧低下に対する無効電流の供給量も同等と考えられる。 Further, according to the Bode diagram of the gain characteristics regarding the closed-loop transfer function K(s) in FIG. converges to The fact that the transient gain is equivalent regardless of the value of the variable n means that the amount of reactive current supplied to the voltage drop during the fault is also considered to be equivalent.

なお、n=1.0とした場合、式(2)において分母の第2項が打ち消され、K(s)=-G(s)・D(s)・W(s)となるため、周波数が大きいほどゲインが単調に減少していく特性となっている。 When n = 1.0, the second term in the denominator in equation (2) is canceled, and K(s) = -G(s) D(s) W(s). The gain decreases monotonically as the value of .

さらに、図5の閉ループ伝達関数K(s)に関する位相特性のボード線図によれば、変数nの値に関わらず、定常的な位相特性および過渡的な位相特性は同じ値に収束している。特に、過渡的な位相特性が同等であるということは、事故中の電圧低下に対して無効電流が供給されるまでの遅れ時間も同等であると考えられる。 Furthermore, according to the Bode plot of the phase characteristic for the closed-loop transfer function K(s) in FIG. 5, the stationary phase characteristic and the transient phase characteristic converge to the same value regardless of the value of the variable n. . In particular, if the transient phase characteristics are the same, it is considered that the delay time until the reactive current is supplied to the voltage drop during the accident is also the same.

このようなボード線図から、系統状態の変化により伝達関数H(s)に基づく補償が過補償となることに対する対策として、伝達関数H(s)によって補償する系統インピーダンスを覗き込みインピーダンスより小さくしてもハンチング抑制効果が得られることが分かる。ただし、伝達関数H(s)によって補償量が小さいほど、当然にハンチング抑制効果が低下する。 From such a Bode diagram, as a countermeasure against overcompensation based on the transfer function H(s) due to changes in the system state, the system impedance compensated by the transfer function H(s) should be made smaller than the looking-in impedance. It can be seen that the hunting suppressing effect can be obtained even with However, the smaller the amount of compensation due to the transfer function H(s), the lower the hunting suppression effect.

ここで、上述したように系統インピーダンスつまり覗き込みインピーダンスは、図3に示したように構内インピーダンスZと外部インピーダンスZとの和である。すなわち、構内インピーダンスZは、系統インピーダンスよりも小さい。このことを考慮すると、補償対象を構内インピーダンスZとすることが考えられる。 Here, as described above, the system impedance, that is, the looking-in impedance is the sum of the indoor impedance Z1 and the external impedance Z2 as shown in FIG. That is, the premises impedance Z1 is less than the system impedance. Considering this, it is conceivable that the object of compensation is the premises impedance Z1 .

この構内インピーダンスZは、系統インピーダンスよりも小さいだけではなく、系統インピーダンスよりも容易に把握できる量である。したがって、補償対象を構内インピーダンスZに限定することにより、補償ループの伝達関数H(s)を容易に求めることが可能となる This in-plant impedance Z1 is not only smaller than the system impedance, but also a quantity that can be more easily grasped than the system impedance. Therefore, by limiting the compensation target to the premises impedance Z1 , it is possible to easily obtain the transfer function H(s) of the compensation loop.

最後に、従来技術の技術課題において、系統サポート機能の制御ゲインを低減するこは系統サポート機能の制御応答におけるハンチング抑制手法として問題があることを説明した。しかしながら、本発明と組み合わせることにより、系統安定化とのトレードオフ関係を軽減することが期待される。 Finally, in the technical problems of the prior art, it has been explained that reducing the control gain of the system support function poses a problem as a method of suppressing hunting in the control response of the system support function. However, by combining with the present invention, it is expected to reduce the trade-off relationship with system stabilization.

制御ゲインの低減によるハンチング抑制手法M1と本実施形態によるハンチング抑制手法M2との組み合わせによる効果を検証した。図6は、表1のパラメータ設定に基づく一巡伝達関数F(s)のボード線図である。また、図7は、表1のパラメータ設定に基づく閉ループ伝達関数K(s)のボード線図である。 The effect of combining the hunting suppression method M1 by reducing the control gain and the hunting suppression method M2 according to the present embodiment was verified. 6 is a Bode plot of the open-loop transfer function F(s) based on the parameter settings in Table 1. FIG. 7 is a Bode plot of the closed-loop transfer function K(s) based on the parameter settings in Table 1. FIG.

Figure 2022177905000005
Figure 2022177905000005

図6のボード線図によれば、「ハンチング抑制対策無し」と「抑制手法M2」の過渡ゲインは同じ値に収束しているのに対し、「抑制手法M1」の過渡ゲインは減少していることがわかる。この過渡ゲインの減少は、事故中の電圧低下に対して無効電流の供給が期待される動的無効電流制御において、無効電流の供給が減少することを意味している。 According to the Bode diagram of FIG. 6, the transient gains of "no hunting suppression measures" and "suppression method M2" converge to the same value, while the transient gain of "suppression method M1" is decreasing. I understand. This reduction in transient gain means less reactive current supply in dynamic reactive current control where reactive current supply is expected for voltage sags during faults.

また、図7のボード線図によれば、「ハンチング抑制対策無し」の場合と比べて「抑制手法M1」及び「抑制手法M2」ともに、位相が-180°となる周波数においてゲイン余裕が増加しており、制御系の安定化に貢献していることがわかる。 Further, according to the Bode diagram of FIG. 7, the gain margin increases at the frequency where the phase is −180° in both the “suppression method M1” and the “suppression method M2” compared to the case of “no hunting suppression measures”. It can be seen that it contributes to the stabilization of the control system.

すなわち、ハンチング抑制手法M1とハンチング抑制手法M2とを組み合わせることにより、系統安定化とのトレードオフというハンチング抑制手法M1の欠点を補いつつ、系統サポート機能の制御応答におけるハンチング現象の発生を効果的に抑制することが可能である。 That is, by combining the hunting suppression method M1 and the hunting suppression method M2, the occurrence of the hunting phenomenon in the control response of the system support function can be effectively suppressed while compensating for the drawback of the hunting suppression method M1, which is the trade-off with system stabilization. can be suppressed.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、再生可能エネルギー電源設備A内のPCS2(電流制御型インバータ)に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、系統サポート機能を備える電流制御型インバータであれば、PCS以外の如何なるものにも適用可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are conceivable.
(1) In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the PCS2 (current control inverter) in the renewable energy power supply equipment A has been described, but the present invention is not limited to this. The present invention is applicable to any current controlled inverter other than a PCS, provided that it has a grid support function.

(2)上記実施形態では、ハンチング抑制制御の補償対象を系統インピーダンスに限定する場合と、系統インピーダンスに加えてPCS2を構成する検出フィルタ及びハードウエア構成要素にまで拡張することについて説明した。しかしながら、ハンチング抑制制御の補償対象は、これら検出フィルタ及びハードウエア構成要素に限定されない。 (2) In the above embodiment, the case where the compensation target of the hunting suppression control is limited to the system impedance and the expansion to the detection filter and the hardware components that constitute the PCS2 in addition to the system impedance have been explained. However, the compensation targets of hunting suppression control are not limited to these detection filters and hardware components.

(3)上記実施形態では、一例としてハンチング抑制制御の補償対象を系統インピーダンスよりも小さい構内インピーダンスZに限定することについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、構内インピーダンスZと外部インピーダンスZの一部(変電所までの間のインピーダンス)とを補償対象としてもよい。 (3) In the above embodiment, as an example, the compensation target of the hunting suppression control is limited to the premises impedance Z1 that is smaller than the system impedance, but the present invention is not limited to this. For example, the on-premises impedance Z1 and part of the external impedance Z2 (impedance up to the substation) may be subject to compensation.

A 再生可能エネルギー電源設備
B 構外母線
C 構内インピーダンス(変電設備を含む)
1 発電装置
2 PCS(電流制御型インバータ)
3 構内母線
4 第1加算器
5 第2加算器
6 フィルタ要素
7 減算器
8 系統サポート要素
9 補償要素
10 ハードウエア要素
11 系統インピーダンス要素
A Renewable energy power supply facility B Off-site bus bar C On-site impedance (including substation equipment)
1 power generator 2 PCS (current control type inverter)
3 premise bus 4 first adder 5 second adder 6 filter element 7 subtractor 8 system support element 9 compensation element 10 hardware element 11 system impedance element

Claims (5)

系統サポート機能が実装され、当該系統サポート機能に基づいて系統サポート電力を電力系統に出力する電流制御型インバータであって、
前記系統サポート電力の系統インピーダンスによる影響を抑制する補償制御ループを備えることを特徴とする電流制御型インバータ。
A current-controlled inverter in which a grid support function is implemented and which outputs grid support power to a power grid based on the grid support function,
A current-controlled inverter, comprising a compensation control loop that suppresses the influence of system impedance on the system support power.
前記補償制御ループは、前記系統インピーダンスによる影響に加えて、自身の構成要素による影響をも抑制するように伝達関数が設定されることを特徴とする請求項1に記載の電流制御型インバータ。 2. The current-controlled inverter according to claim 1, wherein said compensation control loop has a transfer function set so as to suppress not only the influence of said system impedance but also the influence of its constituent elements. 前記伝達関数は、前記系統インピーダンスを実際よりも低く見積もって設定されることを特徴とする請求項2に記載の電流制御型インバータ。 3. The current control inverter according to claim 2, wherein said transfer function is set by estimating said system impedance lower than it actually is. 前記伝達関数は、前記系統インピーダンスのうち、自身の構内に関する構内インピーダンスに基づいて設定されることを特徴とする請求項2に記載の電流制御型インバータ。 3. The current control inverter according to claim 2, wherein said transfer function is set based on a premises impedance related to its own premises among said system impedances. 系統サポート機能に基づいて系統サポート電力を電力系統に出力する電流制御型インバータの制御方法であって、
補償制御ループによって前記系統サポート電力の系統インピーダンスによる影響を抑制することを特徴とする電流制御型インバータの制御方法。
A control method for a current-controlled inverter that outputs grid support power to a power grid based on a grid support function, comprising:
A control method for a current-controlled inverter, comprising: suppressing the influence of system impedance on the system support power by a compensation control loop.
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