JP2023093953A - Grid interconnection system - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、直流電源を三相交流の電力系統へ接続するための系統連系システムに関する。 The technology disclosed in this specification relates to a system interconnection system for connecting a DC power supply to a three-phase AC power system.
特許文献1に、系統連系システムが開示されている。この系統連系システムは、直流電源の直流電圧を単相交流電圧へ変換する電力変換装置と、電力変換装置と電力系統との間に設けられた系統連系リレーとを備える。この種のシステムでは、系統連系リレーを閉鎖して、電力変換装置と電力系統との間を電気的に接続したときに、過大な突入電流が生じるおそれがある。これに関して、特許文献1の系統連系システムでは、系統連系リレーの両側において電圧をそれぞれ監視し、その差が許容範囲内であるときに系統連系リレーを閉鎖することによって、突入電流を抑制するように構成されている。 Patent Literature 1 discloses a grid interconnection system. This grid connection system includes a power conversion device that converts a DC voltage of a DC power supply into a single-phase AC voltage, and a grid connection relay provided between the power conversion device and the power grid. In this type of system, when the grid connection relay is closed and the power converter and the power grid are electrically connected, an excessive rush current may occur. In relation to this, in the grid interconnection system of Patent Document 1, inrush current is suppressed by monitoring the voltage on both sides of the grid interconnection relay and closing the grid interconnection relay when the difference is within the allowable range. is configured to
特許文献1の系統連系システムは、直流電源を単相交流の電力系統へ接続するものであり、直流電源を三相交流の電力系統へ接続する場合には、特許文献1に記載の技術をそのまま採用することは難しい。例えば、特許文献1の系統連系システムを、直流電源から三相交流への電力系統へ適用する場合、電力系統との接続箇所に設ける三相の系統連系リレーに対して、電力系統側と電力変換器側の両者に三相電圧を検出するための電圧センサを設けることが必要となり、それらのセンサに起因するコストの上昇が問題となる。また、それらのセンサには、直流回路に存在する電池等を電源として必ず繋げておく必要があり、当該電源の電圧や容量が低下している場合には、三相電圧を検出し得ないおそれがある。以上を鑑み、本明細書では、直流電源を三相交流の電力系統へ接続する系統連系システムにおいて、突入電力を抑制することのできる新規で有用な技術を提供する。 The grid interconnection system of Patent Document 1 connects a DC power supply to a single-phase AC power system, and when connecting a DC power supply to a three-phase AC power system, the technology described in Patent Document 1 is used. It is difficult to adopt as it is. For example, when the grid interconnection system of Patent Document 1 is applied to a power system from a DC power supply to a three-phase AC power system, the power system side and It is necessary to provide voltage sensors for detecting the three-phase voltage on both sides of the power converter, and the increase in cost due to these sensors poses a problem. In addition, these sensors must be connected to a battery or the like in the DC circuit as a power supply, and if the voltage or capacity of the power supply is low, the three-phase voltage may not be detected. There is In view of the above, the present specification provides a novel and useful technique capable of suppressing rush power in a grid interconnection system that connects a DC power supply to a three-phase AC power system.
本明細書が開示する技術は、直流電源を三相交流の電力系統へ接続するための系統連系システムに具現化される。この系統連系システムでは、前記直流電源の直流電圧を三相交流電圧へ変換する電力変換装置と、前記電力変換装置と前記電力系統との間に設けられた系統連系リレーと、前記系統連系リレーの前記電力系統側において三相の電圧をそれぞれ検出する電圧センサと、前記電圧センサによる検出値に基づいて、前記系統連系リレーの動作を制御する制御装置とを備える。前記系統連系リレーは、第1相の電圧線に設けられた第1リレーと、第2相の電圧線に設けられた第2リレーと、第3相の電圧線に設けられた第3リレーとを有する。前記制御装置は、前記第1相の電圧と前記第2相の電圧とが互いに等しくなるときに、前記第1リレーと前記第2リレーとを閉鎖(即ち、導通)し、その後に前記第3相の電圧がゼロとなるときに前記第3リレーを閉鎖する。ここで、前記第1相、前記第2相及び前記第3相には、U相、V相及びW相がどのように割り当てられてもよい。 The technology disclosed in this specification is embodied in a grid interconnection system for connecting a DC power supply to a three-phase AC power system. In this grid interconnection system, a power conversion device that converts the DC voltage of the DC power supply into a three-phase AC voltage, a grid interconnection relay provided between the power conversion device and the power system, and the grid connection A voltage sensor for detecting a three-phase voltage on the power system side of the system relay, and a control device for controlling the operation of the system interconnection relay based on the detected value by the voltage sensor. The system interconnection relays include a first relay provided on the first-phase voltage line, a second relay provided on the second-phase voltage line, and a third relay provided on the third-phase voltage line. and The controller closes (i.e. conducts) the first relay and the second relay when the first phase voltage and the second phase voltage are equal to each other, and then closes the third relay. Closing the third relay when the phase voltage is zero. Here, the U phase, the V phase and the W phase may be assigned in any way to the first phase, the second phase and the third phase.
上記した構成によると、第1リレー、第2リレー及び第3リレーを同時に閉鎖する場合と比較して、突入電力を有意に抑制することができる。 According to the configuration described above, it is possible to significantly suppress rush power compared to the case where the first relay, the second relay and the third relay are closed at the same time.
本技術の一実施形態において、系統連系システムは、前記電力変換装置と系統連系リレーとの間に設けられているとともに、リアクトル及びコンデンサを有するフィルタ回路をさらに備えてもよい。一般に、この種のフィルタ回路が存在する構成では、系統連系リレーが閉鎖されたタイミングで、リアクトルやコンデンサに過大な突入電流が生じやすい。このような構成に対して、本技術は好適に採用することができ、突入電流を顕著に低減することができる。 In one embodiment of the present technology, the grid interconnection system may further include a filter circuit provided between the power conversion device and the grid interconnection relay and having a reactor and a capacitor. Generally, in a configuration in which this type of filter circuit exists, an excessive inrush current is likely to occur in the reactor or capacitor at the timing when the grid connection relay is closed. The present technology can be suitably adopted for such a configuration, and can significantly reduce the inrush current.
図面を参照して、実施例の系統連系システム10について説明する。系統連系システム10は、直流電源2を三相交流の電力系統6へ接続するための装置であり、例えば電動車両に採用することができる。系統連系システム10を電動車両に採用することにより、例えば停車中の電動車両から一般配送電事業者の電力系統6へ電力を供給することができる。但し、本実施例の系統連系システム10は、電動車両に搭載された直流電源2に限られず、据え置き式の直流電源2にも採用することができる。なお、直流電源2は、特に限定されないが、例えば二次電池、燃料電池、太陽光パネルであってもよい。
A
図1に示すように、系統連系システム10は、電力変換装置14と、フィルタ回路16と、系統連系リレー18と、電圧センサ20と、トランス22と、制御装置30とを備える。
As shown in FIG. 1 , the
電力変換装置14は、直流電源2と電気的に接続されている。特に限定されないが、直流電源2と電力変換装置14との間には、両者の間を電気的に接続及び遮断するメインリレー4が設けられている。電力変換装置14は、複数のスイッチング素子14sを有しており、直流電源2の直流電圧を三相交流電圧へ変換することができる。一例ではあるが、本実施例における電力変換装置14は、六つのスイッチング素子14sを有しており、それらのスイッチング素子14sが三相インバータ回路を構成している。複数のスイッチング素子14sは、PWM(Pulse Width Modulation)制御されることによって、直流から交流への電力変換を行う。なお、系統連系システム10は、三相インバータ回路に加えて、DC-DCコンバータをさらに有してもよい。
The
フィルタ回路16は、電力変換装置14の出力側(交流回路側)に設けられている。フィルタ回路16は、電力変換装置14が出力する三相交流電力から、PWM制御に起因する脈動を排除又は抑制する。特に限定されないが、本実施例におけるフィルタ回路16は、いわゆるLC型のフィルタであり、各相の電圧線24u、24v、24wに設けられたリアクトル16r及びコンデンサ16cを有する。なお、電力変換装置14において、フィルタ回路16は必ずしも必要とされない。
The
系統連系リレー18は、フィルタ回路16とトランス22とを接続する電圧線24u、24v、24wに設けられており、電力変換装置14と電力系統6との間に介在している。系統連系リレー18は、複数のリレー18u、18v、18wを有しており、電力変換装置14と電力系統6との間を電気的に接続及び遮断することができる。複数のリレー18u、18v、18wには、U相の電圧線24uに設けられた第1リレー18uと、V相の電圧線24vに設けられた第2リレー18vと、W相の電圧線24wに設けられた第3リレー18wとが含まれる。一例ではあるが、これらのリレー18u、18v、18wは、ノーマリオフ型の有接点リレーである。
The
電圧センサ20は、電力変換装置14と電力系統6との間において、三相交流電力の各相の電圧を検出する。特に、本実施例における電圧センサ20は、系統連系リレー18の電力系統6側において、中性線に対するU相の電圧線24uの電圧Vu、中性線に対するV相の電圧線24vの電圧Vv、及び、中性線に対するW相の電圧線24wの電圧Vwをそれぞれ検出するように構成されている。なお、電圧センサ20の具体的な構成は特に限定されない。電圧センサ20は、信号線(図示省略)を介して制御装置30と接続されており、電圧センサ20による検出値は、制御装置30へ入力されるように構成されている。
トランス22は、系統連系リレー18と電力系統6との間に設けられており、両者の間が直接的に(即ち、電磁誘導を介さずに)導通することを禁止する。なお、トランス22は必ずしも必要とされない。
The
制御装置30は、系統連系リレー18の動作を制御する。前述したように、制御装置30は、電圧センサ20に接続されており、電圧センサ20による検出値に基づいて、系統連系リレー18の動作を制御することができる。なお、制御装置30は、専用の制御ユニットで構成されてもよいし、電動車両に搭載された各種の制御ユニットによって構成されてもよい。あるいは、制御装置30は、電動車両の外部に配置され、電動車両と無線通信によって接続されてもよい。
The
図2を参照して、制御装置30による系統連系リレー18の制御について説明する。図2に示すように、制御装置30は、自己の判断又は他者の指令に基づいて、直流電源2を電力系統6へ接続する処理、即ち、系統連系する処理を開始する(S12でYES)。この場合、制御装置30は、系統連系リレー18を直ちに閉鎖せず、V相の電圧VvとW相の電圧Vwとが互いに等しくなるまで待機する(S14でNO)。そして、制御装置30は、V相の電圧VvとW相の電圧Vwとが互いに等しくなるときに(S14でYES)、V相の電圧線24vに設けられた第2リレー18vと、W相の電圧線24wに設けられた第3リレー18wとを閉鎖(導通)する(S16)。
Control of the
その後、制御装置30は、U相の電圧Vuがゼロとなるまで待機する(S18でNO)。そして、制御装置30は、U相の電圧Vuがゼロとなるに(S18でYES)、U相の電圧線24uに設けられた第1リレー18uを閉鎖する(S20)。ここで、二つのリレー18v、18wを閉鎖するタイミング(S16)と、最後のリレー18uを閉鎖するタイミング(S20)との間には、電圧や電流の過渡的な変動が収まるのを待つために、所定の待機時間が設けられてもよい。
Thereafter,
以上のように、本実施例の系統連系システム10では、系統連系する際に、系統連系リレー18の有する三つのリレー18u、18v、18wを同時に閉鎖しない。これにより、スイッチング素子14sやリアクトル16rに流れる突入電流や、コンデンサ16cに流れる突入電流が、顕著に抑制される。この点に関し、図3-図7を参照して一具体例を説明する。
As described above, in the
図3-図5は、本実施例による系統連系を実行した際に、各部の電圧、電流に生じる経時変化のシミュレーション結果を示す。このシミュレーションでは、図3中のVI部(0.57秒~0.60秒)の期間内で、第2リレー18vと第3リレー18が同時に閉鎖されており、図3中のV部(0.67秒~0.70秒)の期間内で、第1リレー18uが閉鎖されている。図4は、当該IV部を拡大して示しており、図5は、当該V部を拡大して示している。
3 to 5 show simulation results of changes over time occurring in voltage and current of each part when grid interconnection is executed according to this embodiment. In this simulation, the
一方、図6、図7には、比較例として、三つのリレー18u、18v、18wを同時に閉鎖した場合に、各部の電圧、電流に生じる経時変化のシミュレーション結果を示す。このシミュレーションでは、図6中のVII部(0.57秒~0.60秒)の期間内で、三つのリレー18u、18v、18wが同時に閉鎖されている。図6は、当該VII部を拡大して示す。
On the other hand, FIGS. 6 and 7 show, as a comparative example, simulation results of changes over time occurring in the voltage and current of each part when the three
図3-図7において、(a)のグラフは、電力変換装置14の直流電源2側における直流電圧の経時変化を示す。(b)のグラフは、フィルタ回路16によるフィルタ前のU相の電圧の経時変化を示す。(c)のグラフは、フィルタ回路16によるフィルタ前の各相の電流であって、スイッチング素子14sやリアクトル16rに流れる電流の経時変化を示す。(d)のグラフは、フィルタ回路16によるフィルタ後の各相の電圧の経時変化を示す。(e)のグラフは、フィルタ回路16によるフィルタ後の各相の電流の経時変化を示す。そして、(f)のグラフは、コンデンサ16cに流れる電流の経時変化を示す。
In FIGS. 3 to 7, the graph (a) shows the change over time of the DC voltage on the
図3、図4に示すように、本実施例によると、二つのリレー18v、18wが閉鎖されたタイミングにおいて、スイッチング素子14sやリアクトル16rに流れる電流(c)や、コンデンサ16cに流れる電流(f)に、ある程度の突入電流の発生が見受けられるが、そのピーク値は比較的に低く抑制されている。例えば図4を参照すると、(c)のグラフにおけるピーク値、即ち、スイッチング素子14sやリアクトル16rに流れる電流のピーク値は400アンペア以下であり、(f)のグラフにおけるピーク値、即ち、コンデンサ16cに流れる電流のピーク値も、80アンペア以下に抑制されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, according to this embodiment, at the timing when the two
また、図3、図5に示すように、第1リレー18uが閉鎖されたタイミングにおいても、コンデンサ16cに流れる電流(f)に有意な上昇が見受けられるが、そのピーク値も80アンペア以下に抑制されている。
Also, as shown in FIGS. 3 and 5, even at the timing when the
これに対して、図6、図7に示す比較例では、三つのリレー18u、18v、18wが閉鎖されたタイミングにおいて、スイッチング素子14sやリアクトル16rに流れる電流(c)や、コンデンサ16cに流れる電流(f)に、比較的に大きな突入電流の発生が見受けられる。例えば図7を参照すると、(c)のグラフにおけるピーク値、即ち、スイッチング素子14sやリアクトル16rに流れる電流のピーク値は600アンペアを超えており、(f)のグラフにおけるピーク値、即ち、コンデンサ16cに流れる電流のピーク値も、600アンペアを超えている。
On the other hand, in the comparative examples shown in FIGS. 6 and 7, at the timing when the three
以上のように、本実施例の系統連系システム10では、V相の電圧とW相の電圧とが互いに等しくなるときに、第2リレー18vと第2リレー18wとを閉鎖し、その後にU相の電圧がゼロとなるときに第3リレー18uを閉鎖するように構成されている。これにより、三つのリレー18u、18v、18wを同時に閉鎖する場合と比較して、系統連系時における突入電力を有意に抑制することができる。
As described above, in the
本実施例の系統連系システム10では、先ず、V相の電圧線24vに設けられた第2リレー18vと、W相の電圧線24wに設けられた第3リレー18wとが閉鎖され、その後、U相の電圧線24uに設けられた第1リレー18uが閉鎖される。但し、この順序は一例であり、特に限定されない。本実施例におけるV相は、本明細書が開示する技術における第1相の一例であり、本実施例におけるW相は、本明細書が開示する技術における第2相の一例であり、本実施例におけるU相は、本明細書が開示する技術における第1相の一例である。
In the
他の実施形態として、先ず、U相の電圧とV相の電圧とが互いに等しくなるときに、U相の電圧線24uに設けられた第1リレー18uと、V相の電圧線24vに設けられた第2リレー18vとが閉鎖されてもよい。そして、その後にW相の電圧がゼロとなるときに、W相の電圧線24wに設けられた第3リレー18wが閉鎖されてもよい。U相、V相、W相の間で特に限定はなく、先ずは三つのリレー18u、18v、18wのうちの二つが閉鎖され、その後に残余の一つが閉鎖されるように構成されていればよい。
As another embodiment, first, when the U-phase voltage and the V-phase voltage become equal to each other, the
以上、本技術の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わ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の目的を同時に達成するものであり、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 the embodiments of the present technology have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical usefulness either singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as filed. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of them has technical utility in itself.
2:直流電源、 4:メインリレー、 6:電力系統、 10:系統連系システム、 14:電力変換装置、 16:フィルタ回路、 18:系統連系リレー、 18u:第1リレー、 18v:第2リレー、 18w:第3リレー、 20:電圧センサ、 22:トランス、 24u:U相の電圧線、 24v:V相の電圧線、 24w:W相の電圧線、30:制御装置
2: DC power supply, 4: Main relay, 6: Electric power system, 10: Grid interconnection system, 14: Power converter, 16: Filter circuit, 18: Grid interconnection relay, 18u: First relay, 18v:
Claims (2)
前記直流電源の直流電圧を三相交流電圧へ変換する電力変換装置と、
前記電力変換装置と前記電力系統との間に設けられた系統連系リレーと、
前記系統連系リレーの前記電力系統側において三相の電圧をそれぞれ検出する電圧センサと、
前記電圧センサによる検出値に基づいて、前記系統連系リレーの動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記系統連系リレーは、第1相の電圧線に設けられた第1リレーと、第2相の電圧線に設けられた第2リレーと、第3相の電圧線に設けられた第3リレーとを有し、
前記制御装置は、前記第1相の電圧と前記第2相の電圧とが互いに等しくなるときに、前記第1リレーと前記第2リレーとを閉鎖し、その後に前記第3相の電圧がゼロとなるときに前記第3リレーを閉鎖する、
系統連系システム。 A system interconnection system for connecting a DC power supply to a three-phase AC power system,
a power conversion device that converts the DC voltage of the DC power supply into a three-phase AC voltage;
a system interconnection relay provided between the power conversion device and the power system;
a voltage sensor that detects three-phase voltages on the power system side of the grid connection relay;
a control device that controls the operation of the grid connection relay based on the value detected by the voltage sensor;
with
The system interconnection relays include a first relay provided on the first-phase voltage line, a second relay provided on the second-phase voltage line, and a third relay provided on the third-phase voltage line. and
The controller closes the first relay and the second relay when the first phase voltage and the second phase voltage are equal to each other, after which the third phase voltage is zero. closing the third relay when
Grid-connected system.
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