JP3706417B2 - モジュール型ｓｍｅｓの小電力領域ｐｑ制御方法 - Google Patents
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- Inverter Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、超電導エネルギ一貯蔵装置の有効電力及び無効電力の小電力領域（定格の１０％程度以下の領域）制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導エネルギー貯蔵装置（以下ＳＭＥＳ(Superconducting Magnetic Energy Strage)という）は、系統安定化、周波数調整などの電力系統の様々なニーズに対応できる制御装置として実用化の期待が高まっている。
【０００３】
ＳＭＥＳの電流型ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)交直変換装置（以下変換器という）は、ＧＴＯ(gate turn off)サイリスタを使用しているため、出力はゲート信号の点弧角を変化させて行うが、点弧時には立ち上がり及び立ち下がりまで一定の時間が必要である。この時間帯のため短い時間での制御が不可能となり、その制御の間には、常に一定の電力を出すこととなる。この値はＧＴＯ素子の特性、ＰＷＭ周波数、ＰＷＭ制御特性により異なるが、一般に定格出力の１０％程度以下である。
【０００４】
但し、バイパスペアー回路を採用している場合は、出力をゼロとすることが可能である。
【０００５】
この小電力領域制御不能領域の制御信号を２グループの変換器の制御信号に分けて、各々逆極性の有効電力又は無効電力を小電力領域以外にシフトさせ、ステップ状に出力し、それらを合成して小電力領域を制御する方法のシミュレーション結果が報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の制御方法では、逆極性の有効電力又は無効電力をシフトしてステップ状に出力するため、制御の変化幅が大きく、制御の円滑性に欠けるので、グループを多くして小刻みに切り換えていくなどが必要であるが、グループ数を多くすることにより、切替え回数の増加など変換器間の連系制御などが複雑となり、そのための制御時間遅れなどの不具合が生じる。
【０００７】
また、従来の制御方法は２グループ及び４グループのシミュレーシヨンによる無効電力の確認のみで、実際のＳＭＥＳを適用しての有効電力及び無効電力の合成した制御や実験的検証はなされていない。
【０００８】
本発明が解決すべき課題は、ＳＭＥＳの小電力領域を制御幅が小さく連続的に制御し、迅速かつ円滑に制御する制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、他に例のない新しい概念に基づいて、モジュール型ＳＭＥＳの変換器の小電力領域制御について提案したもので、小電力制御不能領域にて、２モジュールのＳＭＥＳを用いて、各モジュールの有効電力及び無効電力を変換器の小電力領域境界近傍の制御円周上の２点に変換し、それらを合成することにより、小電力領域全体を制御幅が小さく連続的に制御し、迅速かつ円滑に制御する制御方法である。
【００１０】
【発明の実施の態様】
図１に、本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の原理図を示す。
変換器の制御率が小電力領域限界値１以下で、出力指令値がＸ（Ｐ，Ｑ）３の場合、各モジュールの有効電力及び無効電力の出力を原点と３を結んだ線に垂直な線と小電力制御不能領域近傍の制御円（半径Ｍmin）２との２交点（ａ点４をＡモジュール、ｂ点５をＢモジュール）の出力を合成して制御する方法である。
【００１１】
その関係式は次のようになる。
Ａモジュール： （Ｐ＋ΔＰ）2＋（Ｑ＋ΔＱ）2＝Ｍmin 2
Ｂモジュール： （Ｐ−ΔＰ）2＋（Ｑ−ΔＱ）2＝Ｍmin 2
【００１２】
図２に、本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の有効電力、無効電力の入出力形態を示す。
有効電力及び無効電力の制御信号が共に負領域から小電力制御不能領域１を通り正領域に変化する場合、各モジュールの出力を小電力領域境界近傍の制御円上２に変換して制御する制御方法である。
【００１３】
有効電力はＡモジュール有効電力出力値６及びＢモジュール有効電力出力値７に変換して、小電力制御不能領域を各モジュール毎に回避し、Ａ、Ｂモジュールの有効電力合成出力値８を出力する。また、無効電力はＡモジュール無効電力出力値９及びＢモジュール無効電力出力値１０に変換して、小電力制御不能領域を各モジュール毎に回避し、Ａ、Ｂモジュールの無効電力合成出力値１１を出力する。
【００１４】
図３に、本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の実施例に係るＳＭＥＳの結線構成図を示す。
電力系統１５から要求されるＳＭＥＳへの小電力領域制御信号に対して、２モジュールの電流型ＰＷＭ交直変換装置１３にて超電導コイル１２の蓄積エネルギーを変圧器１４を介して、小電力領域の充電・放電のＰＱ制御を行う。
【００１５】
図４に、本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御のプログラムフローチャートを示す。
小電力領域制御の出力指令値Ｘ（Ｐ，Ｑ）を各モジュールの有効電力、無効電力に分配し（ステップ１００）、皮相電力を計算するとともに（ステップ１１０）、ＳＭＥＳ出力可能電力と小電力制御不能領域制御率（約１０％）から制御不能領域電力を計算する（ステップ１２０）。次に、出力指令値が小電力領域制御不能領域内か外かを判断し（ステップ１３０）、小電力領域制御不能領域外の場合は、そのまま各モジュールの変換器出力指令値を計算し（ステップ１６０）、変換器へ出力指令を与える。また、小電力領域制御不能領域内の場合は、各モジュールの制御不能領域電力の大きな値を両モジュール制御不能領域電力（Ｍｍｉｎ）として（ステップ１４０）、各モジュールを変化させる有効電力・無効電力及び変換器の出力指令値を次式により計算し（ステップ１５０）、各変換器へ出力指令を与える（ステップ１６０）。
【００１６】
Ａモジュール：有効電力 Ｐ／２＋ΔＰ， 無効電力： Ｑ／２−ΔＱ
Ｂモジュール：有効電力 Ｐ／２−ΔＰ， 無効電力： Ｑ／２＋ΔＱ
但し、 ΔＰ＝Ｑ×√｛Ｍmin 2／（Ｐ2＋Ｑ2）−１／４｝
ΔＱ＝−Ｐ×√｛Ｍmin 2／（Ｐ2＋Ｑ2）−１／４｝
【００１７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、超電導エネルギー貯蔵装置の小電力領域制御を、制御幅が小さく連続的に制御し、迅速かつ円滑に制御することができる。現在、ＳＭＥＳを負荷変動補償や系統安定化など系統制御用として多岐にわたって用途が拡大検討されている中で、本発明の小電力領域の制御方法は必要なものと考えられる。
また、本発明は、将来の大・中規模ＳＭＥＳにて小電力領域を活用した系統制御用として多目的に活用する場合には重要な技術である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の原理図を示す説明図である。
【図２】 本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の有効電力、無効電力の入出力形態を示す説明図である。
【図３】 本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の実施例に係るＳＭＥＳの結線構成図である。
【図４】 本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御のプログラムフローチャートである。
【符号の説明】
１ 小電力制御不能領域、２ 小電力制御不能領域近傍の制御円、３ 出力指令値、４ 出力指令値のＡモジュール変換点、５ 出力指令値のＢモジュール変換点、６ Ａモジュール有効電力出力値、７ Ｂモジュール有効電力出力値、８ Ａ，Ｂモジュールの有効電力合成出力値、９ Ａモジュール無効電力出力値、１０ Ｂモジュール無効電力出力値、１１ Ａ，Ｂモジュールの無効電力合成出力値、１２ 超電導コイル、１３ 電流型ＰＷＭ交直変換装置（変換器）、１４ 変圧器、１５ 電力系統
【産業上の利用分野】
本発明は、超電導エネルギ一貯蔵装置の有効電力及び無効電力の小電力領域（定格の１０％程度以下の領域）制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導エネルギー貯蔵装置（以下ＳＭＥＳ(Superconducting Magnetic Energy Strage)という）は、系統安定化、周波数調整などの電力系統の様々なニーズに対応できる制御装置として実用化の期待が高まっている。
【０００３】
ＳＭＥＳの電流型ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)交直変換装置（以下変換器という）は、ＧＴＯ(gate turn off)サイリスタを使用しているため、出力はゲート信号の点弧角を変化させて行うが、点弧時には立ち上がり及び立ち下がりまで一定の時間が必要である。この時間帯のため短い時間での制御が不可能となり、その制御の間には、常に一定の電力を出すこととなる。この値はＧＴＯ素子の特性、ＰＷＭ周波数、ＰＷＭ制御特性により異なるが、一般に定格出力の１０％程度以下である。
【０００４】
但し、バイパスペアー回路を採用している場合は、出力をゼロとすることが可能である。
【０００５】
この小電力領域制御不能領域の制御信号を２グループの変換器の制御信号に分けて、各々逆極性の有効電力又は無効電力を小電力領域以外にシフトさせ、ステップ状に出力し、それらを合成して小電力領域を制御する方法のシミュレーション結果が報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の制御方法では、逆極性の有効電力又は無効電力をシフトしてステップ状に出力するため、制御の変化幅が大きく、制御の円滑性に欠けるので、グループを多くして小刻みに切り換えていくなどが必要であるが、グループ数を多くすることにより、切替え回数の増加など変換器間の連系制御などが複雑となり、そのための制御時間遅れなどの不具合が生じる。
【０００７】
また、従来の制御方法は２グループ及び４グループのシミュレーシヨンによる無効電力の確認のみで、実際のＳＭＥＳを適用しての有効電力及び無効電力の合成した制御や実験的検証はなされていない。
【０００８】
本発明が解決すべき課題は、ＳＭＥＳの小電力領域を制御幅が小さく連続的に制御し、迅速かつ円滑に制御する制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、他に例のない新しい概念に基づいて、モジュール型ＳＭＥＳの変換器の小電力領域制御について提案したもので、小電力制御不能領域にて、２モジュールのＳＭＥＳを用いて、各モジュールの有効電力及び無効電力を変換器の小電力領域境界近傍の制御円周上の２点に変換し、それらを合成することにより、小電力領域全体を制御幅が小さく連続的に制御し、迅速かつ円滑に制御する制御方法である。
【００１０】
【発明の実施の態様】
図１に、本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の原理図を示す。
変換器の制御率が小電力領域限界値１以下で、出力指令値がＸ（Ｐ，Ｑ）３の場合、各モジュールの有効電力及び無効電力の出力を原点と３を結んだ線に垂直な線と小電力制御不能領域近傍の制御円（半径Ｍmin）２との２交点（ａ点４をＡモジュール、ｂ点５をＢモジュール）の出力を合成して制御する方法である。
【００１１】
その関係式は次のようになる。
Ａモジュール： （Ｐ＋ΔＰ）2＋（Ｑ＋ΔＱ）2＝Ｍmin 2
Ｂモジュール： （Ｐ−ΔＰ）2＋（Ｑ−ΔＱ）2＝Ｍmin 2
【００１２】
図２に、本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の有効電力、無効電力の入出力形態を示す。
有効電力及び無効電力の制御信号が共に負領域から小電力制御不能領域１を通り正領域に変化する場合、各モジュールの出力を小電力領域境界近傍の制御円上２に変換して制御する制御方法である。
【００１３】
有効電力はＡモジュール有効電力出力値６及びＢモジュール有効電力出力値７に変換して、小電力制御不能領域を各モジュール毎に回避し、Ａ、Ｂモジュールの有効電力合成出力値８を出力する。また、無効電力はＡモジュール無効電力出力値９及びＢモジュール無効電力出力値１０に変換して、小電力制御不能領域を各モジュール毎に回避し、Ａ、Ｂモジュールの無効電力合成出力値１１を出力する。
【００１４】
図３に、本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の実施例に係るＳＭＥＳの結線構成図を示す。
電力系統１５から要求されるＳＭＥＳへの小電力領域制御信号に対して、２モジュールの電流型ＰＷＭ交直変換装置１３にて超電導コイル１２の蓄積エネルギーを変圧器１４を介して、小電力領域の充電・放電のＰＱ制御を行う。
【００１５】
図４に、本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御のプログラムフローチャートを示す。
小電力領域制御の出力指令値Ｘ（Ｐ，Ｑ）を各モジュールの有効電力、無効電力に分配し（ステップ１００）、皮相電力を計算するとともに（ステップ１１０）、ＳＭＥＳ出力可能電力と小電力制御不能領域制御率（約１０％）から制御不能領域電力を計算する（ステップ１２０）。次に、出力指令値が小電力領域制御不能領域内か外かを判断し（ステップ１３０）、小電力領域制御不能領域外の場合は、そのまま各モジュールの変換器出力指令値を計算し（ステップ１６０）、変換器へ出力指令を与える。また、小電力領域制御不能領域内の場合は、各モジュールの制御不能領域電力の大きな値を両モジュール制御不能領域電力（Ｍｍｉｎ）として（ステップ１４０）、各モジュールを変化させる有効電力・無効電力及び変換器の出力指令値を次式により計算し（ステップ１５０）、各変換器へ出力指令を与える（ステップ１６０）。
【００１６】
Ａモジュール：有効電力 Ｐ／２＋ΔＰ， 無効電力： Ｑ／２−ΔＱ
Ｂモジュール：有効電力 Ｐ／２−ΔＰ， 無効電力： Ｑ／２＋ΔＱ
但し、 ΔＰ＝Ｑ×√｛Ｍmin 2／（Ｐ2＋Ｑ2）−１／４｝
ΔＱ＝−Ｐ×√｛Ｍmin 2／（Ｐ2＋Ｑ2）−１／４｝
【００１７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、超電導エネルギー貯蔵装置の小電力領域制御を、制御幅が小さく連続的に制御し、迅速かつ円滑に制御することができる。現在、ＳＭＥＳを負荷変動補償や系統安定化など系統制御用として多岐にわたって用途が拡大検討されている中で、本発明の小電力領域の制御方法は必要なものと考えられる。
また、本発明は、将来の大・中規模ＳＭＥＳにて小電力領域を活用した系統制御用として多目的に活用する場合には重要な技術である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の原理図を示す説明図である。
【図２】 本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の有効電力、無効電力の入出力形態を示す説明図である。
【図３】 本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御の実施例に係るＳＭＥＳの結線構成図である。
【図４】 本発明のモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御のプログラムフローチャートである。
【符号の説明】
１ 小電力制御不能領域、２ 小電力制御不能領域近傍の制御円、３ 出力指令値、４ 出力指令値のＡモジュール変換点、５ 出力指令値のＢモジュール変換点、６ Ａモジュール有効電力出力値、７ Ｂモジュール有効電力出力値、８ Ａ，Ｂモジュールの有効電力合成出力値、９ Ａモジュール無効電力出力値、１０ Ｂモジュール無効電力出力値、１１ Ａ，Ｂモジュールの無効電力合成出力値、１２ 超電導コイル、１３ 電流型ＰＷＭ交直変換装置（変換器）、１４ 変圧器、１５ 電力系統
Claims (1)
- 超電導エネルギー貯蔵装置の電流型ＰＷＭ交直変換装置の小電力領域制御方法において、それぞれが超電導コイル及び変換器等で構成された２つのモジュールの超電導エネルギー貯蔵装置を用いて、各モジュールの有効電力及び無効電力を前記電流型ＰＷＭ交直変換装置の小電力領域境界近傍の制御円周上の２点に変換し、それらを合成することにより、小電力領域全体を制御幅が小さく連続的に制御し、迅速かつ円滑に制御することを特徴とするモジュール型ＳＭＥＳの小電力領域ＰＱ制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24805295A JP3706417B2 (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | モジュール型ｓｍｅｓの小電力領域ｐｑ制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24805295A JP3706417B2 (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | モジュール型ｓｍｅｓの小電力領域ｐｑ制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0993819A JPH0993819A (ja) | 1997-04-04 |
| JP3706417B2 true JP3706417B2 (ja) | 2005-10-12 |
Family
ID=17172489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24805295A Expired - Fee Related JP3706417B2 (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | モジュール型ｓｍｅｓの小電力領域ｐｑ制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3706417B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3426939B2 (ja) * | 1997-10-30 | 2003-07-14 | 株式会社東芝 | 自励式電流形電力変換装置の制御装置 |
| US6340851B1 (en) * | 1998-03-23 | 2002-01-22 | Electric Boat Corporation | Modular transformer arrangement for use with multi-level power converter |
| CN102377362B (zh) * | 2011-09-30 | 2014-02-12 | 中国电力科学研究院 | 电压源型单位功率因数高温超导储能变流器的控制方法 |
-
1995
- 1995-09-26 JP JP24805295A patent/JP3706417B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0993819A (ja) | 1997-04-04 |
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