JP2930693B2 - 超電導エネルギー貯蔵装置の制御装置 - Google Patents
超電導エネルギー貯蔵装置の制御装置Info
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、交直電力変換器を介して交流電力系統に結
合した超電導コイルを用い、交流電力系統の安定化を図
るための超電導エネルギー貯蔵装置に係り、特に制御に
応答性と高精度が要求される場合に好適な超電導エネル
ギー貯蔵装置の制御装置に関する。
合した超電導コイルを用い、交流電力系統の安定化を図
るための超電導エネルギー貯蔵装置に係り、特に制御に
応答性と高精度が要求される場合に好適な超電導エネル
ギー貯蔵装置の制御装置に関する。
超電導エネルギー貯蔵装置は、直流電流によりエネル
ギーを蓄える超電導コイルと、交直電力変換器とで構成
されたものであるが、近年、この装置を交流電力系統の
安定化制御に利用する技術が種々提案されるようにな
り、その一例を特開昭63−202228号公報にみることがで
きる。
ギーを蓄える超電導コイルと、交直電力変換器とで構成
されたものであるが、近年、この装置を交流電力系統の
安定化制御に利用する技術が種々提案されるようにな
り、その一例を特開昭63−202228号公報にみることがで
きる。
ところで、このような交流電力系統の安定化制御に超
電導エネルギー貯蔵装置を適用する場合には、交直電力
変換器による電圧、電流の波形歪が問題になり、このた
め、波形歪補正用の各種のフィルタを設けるのが通例で
ある。
電導エネルギー貯蔵装置を適用する場合には、交直電力
変換器による電圧、電流の波形歪が問題になり、このた
め、波形歪補正用の各種のフィルタを設けるのが通例で
ある。
上記従来技術は、上記した波形歪補正用の各種のフィ
ルタを設けたことにより、超電導エネルギー貯蔵装置の
無効電力が、電圧の変動に伴って変化してしまう点につ
いて配慮がされておらず、安定化制御に必要な有効電力
と無効電力の制御応答性と制御精度の保持の点で問題が
あった。
ルタを設けたことにより、超電導エネルギー貯蔵装置の
無効電力が、電圧の変動に伴って変化してしまう点につ
いて配慮がされておらず、安定化制御に必要な有効電力
と無効電力の制御応答性と制御精度の保持の点で問題が
あった。
つまり、このような装置では、そこでの有効電力と無
効電力とを制御することにより交流電力系統の安定化制
御を行なうのであるが、このとき、系内に上記した波形
歪補正用の各種のフィルタが設けてあると、このフィル
タの無効電力容量は系統の電圧に依存するため、これを
考慮せずに安定化制御を行なうと、制御応答性の悪化や
制御精度の低下をもたらしてしまうのである。
効電力とを制御することにより交流電力系統の安定化制
御を行なうのであるが、このとき、系内に上記した波形
歪補正用の各種のフィルタが設けてあると、このフィル
タの無効電力容量は系統の電圧に依存するため、これを
考慮せずに安定化制御を行なうと、制御応答性の悪化や
制御精度の低下をもたらしてしまうのである。
本発明の目的は、交流電力系統の安定化制御のため
に、波形歪補正用の各種のフィルタを備えた超電導エネ
ルギー貯蔵装置において、交流電力系統に比較的大きな
電圧変動を伴う場合でも、常に充分な制御応答性と制御
精度が容易に得られるようにした超電導エネルギー貯蔵
装置の制御装置を提供することにある。
に、波形歪補正用の各種のフィルタを備えた超電導エネ
ルギー貯蔵装置において、交流電力系統に比較的大きな
電圧変動を伴う場合でも、常に充分な制御応答性と制御
精度が容易に得られるようにした超電導エネルギー貯蔵
装置の制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、フィルタの交流電力系統側
における有効電力と無効電力の検出値を、フィルタの交
直電力変換器側における有効電力と無効電力の検出値に
より補正して超電導エネルギー貯蔵装置の有効電力と無
効電力の実測値を補正するようにしたものである。
における有効電力と無効電力の検出値を、フィルタの交
直電力変換器側における有効電力と無効電力の検出値に
より補正して超電導エネルギー貯蔵装置の有効電力と無
効電力の実測値を補正するようにしたものである。
交流電力系統の電圧変動によりフィルタの無効電力が
変化しても、その変化が検出され、それにより補正が行
なわれるので、制御応答性や制御精度の低下は生じな
い。
変化しても、その変化が検出され、それにより補正が行
なわれるので、制御応答性や制御精度の低下は生じな
い。
〔実施例〕 以下、本発明による超電導エネルギー貯蔵装置の制御
装置について、図示の実施例により詳細に説明する。
装置について、図示の実施例により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例で、図において、１は交流
系統（交流電力系統）を表わし、従って、破線の右側に
示してある部分100が、この交流系統１の安定化制御の
ための超電導エネルギー貯蔵装置を表わすことになる。
系統（交流電力系統）を表わし、従って、破線の右側に
示してある部分100が、この交流系統１の安定化制御の
ための超電導エネルギー貯蔵装置を表わすことになる。
超電導エネルギー貯蔵装置100は接続点Ａで交流系統
１に接続され、所定の制御のもとで相互に有効電力と無
効電力の授受を行ない、安定化制御を行なう。
１に接続され、所定の制御のもとで相互に有効電力と無
効電力の授受を行ない、安定化制御を行なう。
また、この図において、２は変換器用の変圧器、３は
交直変換器（交直電力変換器）、そして４が超電導コイ
ルであり、従って、これらにより超電導エネルギー貯蔵
装置100の主回路が構成されていることになる。なお、
この実施例では、図から明らかなように、１台の超電導
コイル４に対して同じく１台の交直変換器３を使用する
方式であり、このとき、交直変換器３としては、そのス
イッチング素子にGTOなどの自己消弧型素子を用いたPWM
方式のものが使用されている。
交直変換器（交直電力変換器）、そして４が超電導コイ
ルであり、従って、これらにより超電導エネルギー貯蔵
装置100の主回路が構成されていることになる。なお、
この実施例では、図から明らかなように、１台の超電導
コイル４に対して同じく１台の交直変換器３を使用する
方式であり、このとき、交直変換器３としては、そのス
イッチング素子にGTOなどの自己消弧型素子を用いたPWM
方式のものが使用されている。
次に、この超電導エネルギー貯蔵装置100の制御系に
ついて説明する。
ついて説明する。
図において、５は系統変動入力回路、６はPQ指令値変
換回路、７は制御回路、８は位相制御回路、９はパルス
幅制御回路、10は分配回路、12はPQ実測補正回路であ
る。
換回路、７は制御回路、８は位相制御回路、９はパルス
幅制御回路、10は分配回路、12はPQ実測補正回路であ
る。
系統変動入力回路５は交流系統１の電圧変動分Δｔ
と、有効電力変動分Δｐ、それに周波数変動分Δｆを検
出する働きをする。
と、有効電力変動分Δｐ、それに周波数変動分Δｆを検
出する働きをする。
PQ指令値変換回路６は系統変動入力回路５から入力さ
れた上記各変動分を所定のアルゴリズムにより処理し、
それらから有効電力指令値Prと無効電力指令値Qrとを計
算する働きをする。
れた上記各変動分を所定のアルゴリズムにより処理し、
それらから有効電力指令値Prと無効電力指令値Qrとを計
算する働きをする。
制御回路７は、PQ指令値変換回路６から入力される有
効電力指令値Pr、及び無効電力指令値Qrと、PQ実測補正
回路12から入力される有効電力実測値PY、及び無効電力
実測値QYとから制御遅れ角αと通流比Ｄとを算出し、そ
れぞれ位相制御回路８、及びパルス幅制御回路９から分
配回路10を介して交直変換器３にゲート信号として供給
する働きをする。
効電力指令値Pr、及び無効電力指令値Qrと、PQ実測補正
回路12から入力される有効電力実測値PY、及び無効電力
実測値QYとから制御遅れ角αと通流比Ｄとを算出し、そ
れぞれ位相制御回路８、及びパルス幅制御回路９から分
配回路10を介して交直変換器３にゲート信号として供給
する働きをする。
この結果、交直変換器３は交直変換動作を行ない、交
直変換器用変圧器２を介して結合されている交流系統１
と超電導コイル４との間での電力エネルギーの授受を可
能にし、交流系統１の安定化制御を行なう。
直変換器用変圧器２を介して結合されている交流系統１
と超電導コイル４との間での電力エネルギーの授受を可
能にし、交流系統１の安定化制御を行なう。
このとき、交流系統１から超電導コイル４に流入する
有効電力をＰ、無効電力をＱとすると、これらと上記し
た制御遅れ角α及び通流比Ｄとの関係は次式のようにな
る。
有効電力をＰ、無効電力をＱとすると、これらと上記し
た制御遅れ角α及び通流比Ｄとの関係は次式のようにな
る。
Ｐ＝Id・Ed0・Ｄ・cosα ……（１） Ｑ＝Id・Ed0・Ｄ・sinα ……（２） なお、ここで、Ed0は超電導コイル４の無負荷最大直
流電圧、Idは同じく直流電流である。
流電圧、Idは同じく直流電流である。
次に、これら（１）、（２）式での有効電力Ｐと無効
電力Ｑを指令値Pr、Qrとし、これらをそれぞれ直流電流
Idと、直流最大電圧Ed0で除算した値をP0、Q0とし、そ
れぞれから制御遅れ角α及び通流比Ｄを算出とすると次
式のようになる。
電力Ｑを指令値Pr、Qrとし、これらをそれぞれ直流電流
Idと、直流最大電圧Ed0で除算した値をP0、Q0とし、そ
れぞれから制御遅れ角α及び通流比Ｄを算出とすると次
式のようになる。
従って、この（３）、（４）式で求まる制御遅れ角α
と、（５）式で求まる通流比Ｄとを制御回路７で計算し
て交直変換器３を位相制御とPWM制御することにより、
有効電力Ｐと無効電力Ｑとを、与えられた指令値Pr、Qr
通りに制御することができる。
と、（５）式で求まる通流比Ｄとを制御回路７で計算し
て交直変換器３を位相制御とPWM制御することにより、
有効電力Ｐと無効電力Ｑとを、与えられた指令値Pr、Qr
通りに制御することができる。
ところで、このような交直変換器を用いた装置では、
そのスイッチング動作により多くの高調波を発生する。
そのスイッチング動作により多くの高調波を発生する。
第２図は上記実施例の如く、PWM方式の交直変換器を
使用した場合での通流率（通流比）と高調波成分との関
係を示した図で、何もフィルタ手段を適用しなかった場
合には、図示の通りの高調波成分が交直変換器３の交流
側に現われてしまうことが判る。一方、このような場合
に一般的の許される高調波含有率の上限は1.0％程度で
あり、従って、何らかのフィルタ手段の設定が不可欠で
ある。
使用した場合での通流率（通流比）と高調波成分との関
係を示した図で、何もフィルタ手段を適用しなかった場
合には、図示の通りの高調波成分が交直変換器３の交流
側に現われてしまうことが判る。一方、このような場合
に一般的の許される高調波含有率の上限は1.0％程度で
あり、従って、何らかのフィルタ手段の設定が不可欠で
ある。
そこで、この実施例では、第１図から明らかなよう
に、フィルタ手段としてコンデンサ13が変換器用変圧器
２と交直変換器３の交流入力との間に接続してあり、こ
れにより、上記した1.0％程度の高調波含有率に抑える
ことができるようにしているのである。
に、フィルタ手段としてコンデンサ13が変換器用変圧器
２と交直変換器３の交流入力との間に接続してあり、こ
れにより、上記した1.0％程度の高調波含有率に抑える
ことができるようにしているのである。
しかしながら、この結果、上記したように、例えばコ
ンデンサ13などの、なんらかのフィルタ手段を設ける
と、このフィルタ手段による無効電力容量が交流系統１
の電圧に依存するため、このままでは安定化制御の応答
性や精度の低下など重大な支障を生じてしまうことにな
るのであるが、しかして、この実施例では、Ａ点で検出
した有効電力Ｐと無効電力Ｑの検出値PD、QDを、従来技
術のように、そのまま制御回路７に入力するように、こ
のPQ実測補正回路12を構成するのではなくて、Ａ点で検
出した有効電力Ｐと無効電力Ｑの検出値PD、QDと共に、
コンデンサ13が接続されている点Ｂでの有効電力Ｐ′と
無効電力Ｑ′の検出値PD′、QD′の取り込みも行ない、
これらの所定の演算により有効電力実測値PY、及び無効
電力実測値QYを算定して出力するように構成してあり、
そして、制御回路７は、これらの有効電力実測値PY、及
び無効電力実測値QYが指令値Pr、Qrに収束するように、
上記した制御遅れ角αと通流比Ｄを制御するのである。
ンデンサ13などの、なんらかのフィルタ手段を設ける
と、このフィルタ手段による無効電力容量が交流系統１
の電圧に依存するため、このままでは安定化制御の応答
性や精度の低下など重大な支障を生じてしまうことにな
るのであるが、しかして、この実施例では、Ａ点で検出
した有効電力Ｐと無効電力Ｑの検出値PD、QDを、従来技
術のように、そのまま制御回路７に入力するように、こ
のPQ実測補正回路12を構成するのではなくて、Ａ点で検
出した有効電力Ｐと無効電力Ｑの検出値PD、QDと共に、
コンデンサ13が接続されている点Ｂでの有効電力Ｐ′と
無効電力Ｑ′の検出値PD′、QD′の取り込みも行ない、
これらの所定の演算により有効電力実測値PY、及び無効
電力実測値QYを算定して出力するように構成してあり、
そして、制御回路７は、これらの有効電力実測値PY、及
び無効電力実測値QYが指令値Pr、Qrに収束するように、
上記した制御遅れ角αと通流比Ｄを制御するのである。
このときのPQ実測補正回路12による検出処理と演算処
理について、以下に説明する。
理について、以下に説明する。
まず、Ａ点での有効電力Ｐと無効電力Ｑの検出値PD、
QDは、それぞれ瞬時値で表わすと次式のようになる。
QDは、それぞれ瞬時値で表わすと次式のようになる。
PD＝2eu・Iu＋eu・Iw＋ew・Iu＋2ew・Iw ……（６） ここで、eu:A点でのｕ相瞬時電圧 ew:A点でのｗ相瞬時電圧 Iu:A点でのｕ相瞬時電流 Iw:A点でのｕ相瞬時電流 同様に、Ｂ点での有効電力Ｐ′と無効電力Ｑ′の検出
値PD′、QD′は、それぞれ瞬時値で表わすと次式のよう
になる。
値PD′、QD′は、それぞれ瞬時値で表わすと次式のよう
になる。
PD′＝2eu′・Iu′＋eu′・Iw′＋ew′・Iu′＋2ew′・Iw′ ……（８） ここで、eu′:B点でのｕ相瞬時電圧 ew′:B点でのｗ相瞬時電圧 Iu′:B点でのｕ相瞬時電流 Iw′:B点でのｕ相瞬時電流 そこで、PQ実測補正回路12は、Ａ点とＢ点で、それぞ
れ所定の相の電圧と電流とを取り込み、上記（６）〜
（９）の各式による演算により、それぞれの検出値PD、
QD、PD′、QD′を検出する。
れ所定の相の電圧と電流とを取り込み、上記（６）〜
（９）の各式による演算により、それぞれの検出値PD、
QD、PD′、QD′を検出する。
その後、PQ実測補正回路12は次の演算により有効電力
実測値PYと無効電力実測値QYを算定して出力するのであ
る。
実測値PYと無効電力実測値QYを算定して出力するのであ
る。
PY＝PD−PD′ QY＝QD−QD′ 従って、この実施例によれば、コンデンサ13の無効電
力容量の実測値に基づいて制御が行なわれるので、交流
系統１の安定化制御を充分な応答性のもとで、高精度で
得ることができる。
力容量の実測値に基づいて制御が行なわれるので、交流
系統１の安定化制御を充分な応答性のもとで、高精度で
得ることができる。
次に、第３図は本発明の他の一実施例で、この実施例
は、PQ実測補正回路12が、フィルタ手段となるコンデン
サ13の無効電力容量を、交流系統１の電圧変動分ΔＶに
基づいて算出するように構成されている点を特徴とする
ものである。
は、PQ実測補正回路12が、フィルタ手段となるコンデン
サ13の無効電力容量を、交流系統１の電圧変動分ΔＶに
基づいて算出するように構成されている点を特徴とする
ものである。
いま、交流系統１での１相分の電圧の瞬時値について
みると次式のようになる。
みると次式のようになる。
V1＝Vsin ωｔ ……（10） V2＝Vsin ω（ｔ−Δｔ） ……（11） ここで、V1:時刻t1での瞬時値 V2:時刻t2での瞬時値 ω:2πｆ 従って、これらの（10）、（11）式から、電圧変動分
ΔＶを求めると、次式のようになる。
ΔＶを求めると、次式のようになる。
一方、定常時での電圧をＶとすれば、この電圧Ｖのと
きでのＢ点での無効電力Ｑ′は Ｑ′＝ωCV2 ……（13） ここで、C:コンデンサ13の容量 と一定値になり、従って、定常電圧Ｖに電圧変動分ΔＶ
を生じたときでの無効電力偏差分ΔＱ′は次式のように
なる。
きでのＢ点での無効電力Ｑ′は Ｑ′＝ωCV2 ……（13） ここで、C:コンデンサ13の容量 と一定値になり、従って、定常電圧Ｖに電圧変動分ΔＶ
を生じたときでの無効電力偏差分ΔＱ′は次式のように
なる。
ΔＱ′＝２πCV・ΔＶ ……（14） そこで、この第３図の実施例におけるPQ実測補正回路
12は、上記（10）〜（14）式による演算を行なったあ
と、次式のようにして有効電力実測値PYと無効電力実測
値QYを算定して出力するのである。
12は、上記（10）〜（14）式による演算を行なったあ
と、次式のようにして有効電力実測値PYと無効電力実測
値QYを算定して出力するのである。
PY＝PD QY＝QD−（QD′＋ΔＱ′） 従って、この実施例によっても、第１図の実施例と同
様、コンデンサ13の無効電力容量の変化を考慮した制御
が行なわれるので、交流系統１の安定化制御を充分な応
答性のもとで、高精度で得ることができる上、Ｂ点での
電圧、電流を検出する手段が不要になるので、第１図の
実施例よりもコストダウンになる。反面、この分、演算
処理が増えるので、この演算処理に処理速度の早いCPU
が必要になるのはやむを得ない。
様、コンデンサ13の無効電力容量の変化を考慮した制御
が行なわれるので、交流系統１の安定化制御を充分な応
答性のもとで、高精度で得ることができる上、Ｂ点での
電圧、電流を検出する手段が不要になるので、第１図の
実施例よりもコストダウンになる。反面、この分、演算
処理が増えるので、この演算処理に処理速度の早いCPU
が必要になるのはやむを得ない。
本発明によれば、交直電力変換器による高調波の抑圧
が充分得られるように、何らかのフィルタ手段を備えた
システムにおいても、交流電力系統から超電導エネルギ
ー貯蔵装置に入出力される有効電力と無効電力を充分な
確度で検出することができるから、その制御応答性や制
御精度の大きな向上が容易に得られ、系統の安定度を充
分に高めることができる。
が充分得られるように、何らかのフィルタ手段を備えた
システムにおいても、交流電力系統から超電導エネルギ
ー貯蔵装置に入出力される有効電力と無効電力を充分な
確度で検出することができるから、その制御応答性や制
御精度の大きな向上が容易に得られ、系統の安定度を充
分に高めることができる。
第１図は本発明による超電導エネルギー貯蔵装置の制御
装置の一実施例を示すブロック構成図、第２図は交直電
力変換器による高調波発生状態を示す特性図、第３図は
本発明の他の一実施例を示すブロック構成図である。 １……交流系統、２……変換器用変圧器、３……交直変
換器、４……超電導コイル、５……系統変動入力装置、
６……PQ指令変換回路、７……制御回路、８……位相制
御回路、９……パルス幅制御回路、10……分配回路、12
……PQ実測補正回路、13……コンデンサ。
装置の一実施例を示すブロック構成図、第２図は交直電
力変換器による高調波発生状態を示す特性図、第３図は
本発明の他の一実施例を示すブロック構成図である。 １……交流系統、２……変換器用変圧器、３……交直変
換器、４……超電導コイル、５……系統変動入力装置、
６……PQ指令変換回路、７……制御回路、８……位相制
御回路、９……パルス幅制御回路、10……分配回路、12
……PQ実測補正回路、13……コンデンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 猛 愛知県名古屋市東区東新町１番地 中部 電力株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−97147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−23324（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−23326（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−95928（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−157213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−202228（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−302730（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−152933（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−261337（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05F 1/66 - 1/70 H02J 3/00 - 3/50 H02J 15/00 H02M 1/00 - 1/30
Claims (3)
- 【請求項１】超電導コイルと、この超電導コイルを交流
電力系統に接続する交直電力変換器と、この交直電力変
換器の交流側に接続した波形改善用のフィルタとを備
え、上記超電導コイルと交流電力系統間での有効電力と
無効電力の授受を、上記交直電力変換器に供給すべき制
御指令値と制御結果の実測値との突合せにより制御する
ようにした超電導エネルギー貯蔵装置の制御装置におい
て、 上記フィルタの上記交流電力系統側における有効電力と
無効電力の検出値を、上記フィルタの上記交流電力変換
器側における有効電力と無効電力の検出値により補正し
て上記実測値を算出する実測値補正手段を設け、 この実測値補正手段の出力と上記制御指令値との突合せ
により、上記超電導コイルと交流電力系統間での有効電
力と無効電力の授受を制御するように構成したことを特
徴とする超電導エネルギー貯蔵装置の制御装置。 - 【請求項２】請求項１の発明において、 上記実測値補正手段による上記フィルタの上記交直電力
変換器側における有効電力と無効電力の検出値が、上記
フィルタの電圧と電流の実測値に基づいて与えられるよ
うに構成したことを特徴とする超電導エネルギー貯蔵装
置の制御装置。 - 【請求項３】請求項１の発明において、 上記実測値補正手段による上記フィルタの上記交直電力
変換器側における有効電力と無効電力の検出値が、上記
交流電力系統での電圧変動分に基づく演算処理により与
えられるように構成したことを特徴とする超電導エネル
ギー貯蔵装置の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273188A JP2930693B2 (ja) | 1990-10-15 | 1990-10-15 | 超電導エネルギー貯蔵装置の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273188A JP2930693B2 (ja) | 1990-10-15 | 1990-10-15 | 超電導エネルギー貯蔵装置の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04150744A JPH04150744A (ja) | 1992-05-25 |
| JP2930693B2 true JP2930693B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=17524328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2273188A Expired - Lifetime JP2930693B2 (ja) | 1990-10-15 | 1990-10-15 | 超電導エネルギー貯蔵装置の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2930693B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5436400B2 (ja) * | 2010-12-07 | 2014-03-05 | 東北電力株式会社 | 電力系統安定化装置 |
-
1990
- 1990-10-15 JP JP2273188A patent/JP2930693B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04150744A (ja) | 1992-05-25 |
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