JP4497758B2 - 系統連系交直変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統が非停電状態にあるときには、有効，無効電力を制御し、電力系統が停電状態になると、電力貯蔵装置を分散型電源装置として重要な特定負荷に単独で電力を供給するインバータを備えた系統連系交直変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−３１３５４０号公報には従来の系統連系交直変換装置の一例が示されている。この従来の技術では、停電が長くなった場合でも重要負荷をバックアップすることができるようにするために、電力系統を切り離して自立運転（電力貯蔵装置を電源として重要負荷に電力を供給する運転）をする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの従来技術では、次のような問題がある。なお理解を容易にするために、図３（Ｂ）に従来技術の動作シミュレーション波形図を示す。
【０００４】
［１］電力系統が非停電状態にあるときに、系統連系交直変換装置が電流制御モードでインバータを駆動して有効，無効電力を制御している（この状態を連系運転と言う）。そして電力系統で停電が発生して電力貯蔵装置を電源として電力系統に電力を供給する状態（この状態を単独運転と言う）においても、電流制御モードでインバータを駆動して負荷に電力を供給している。その後遮断器が開いて、自立運転状態（電力貯蔵装置を電源として重要負荷に電力を供給する運転状態）に移行する際に、インバータのＰＷＭ制御を電流制御モードから電圧制御モードになるように（ＰＷＭ制御量を出力電圧が許容範囲内に入るように）している。しかしながら大きさ及び位相の情報がないため、コンピュータを利用したデジタル制御をしようとすると、連系運転から自立運転までスムーズに移行できない問題がある。
【０００５】
［２］また系統連系交直変換装置のバックアップ負荷容量が小さい場合には、制御量が小さくなって、単独運転時に大きな電圧低下が発生する問題がある。
【０００６】
［３］バックアップ負荷電力と定格電圧とからＰＷＭ制御量を予測する場合、別に直流電圧値が必要である。この直流電圧値を電池から得る場合には、残存容量が１００％のときと５０％のとき、そして充電時と放電時とで電池電圧が異なるため、補正が必要になる。
【０００７】
［４］電力系統で停電が発生して、系統連系交直変換装置が自立運転をして重要負荷をバックアップしているときに、電力系統が復帰した場合には、速やかに電力系統との連系を再開する必要がある。しかしながら従来の技術では、連系再開に必要な情報である系統側の電圧情報を得ていないため、速やかな連系の再開ができない問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、連系運転から単独運転に移行する際に、大きな電圧低下を生じさせることなく、しかも単独運転から自立運転に移行する際にスムーズに移行することができる系統連系交直変換装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、連系運転から単独運転に移行する際に、停電発生前の負荷の状況を考慮して電圧制御モードにより単独運転をする系統連系交直変換装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、特定負荷の状況を考慮して、単独運転から自立運転に移行することにより、出力電流の変動を抑制して、特定負荷に所定の交流電圧を印加することができる系統連系交直変換装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、デジタル制御が容易な系統連系交直変換装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、復電後の連系運転への移行をスムーズに行える系統連系交直変換装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明が、改良の対象とする系統連系交直変換装置は、電力貯蔵装置と、この電力貯蔵装置と電力系統との間に配置されたＰＷＭ制御されるインバータと、このインバータと電力系統との間に配置された遮断器と、電力系統非停電時には電力系統からの有効電力で電力貯蔵装置を充放電するとともに電力系統の無効電力を調整するようにインバータを電流制御モードで制御するためのＰＷＭ制御信号を発生し、電力系統に停電が発生すると電力貯蔵装置からの直流電力を交流電力に変換して電力系統に接続されている負荷の少なくとも一部に交流電力を供給するようにインバータを電圧制御モードにより制御するＰＷＭ制御信号を発生するインバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置とを具備している。そして遮断器とインバータとの間には、電力系統で停電が発生した後でも運転の継続を必要とする特定負荷が接続されている。
【００１４】
本発明で用いるインバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置は、電力系統で停電が発生していないときに、電流制御モードに従ってＰＷＭ制御信号を出力する電流制御系ＰＷＭ制御信号発生手段と、電力系統で停電が発生しているときに、電圧制御モードに従ってＰＷＭ制御信号を出力する電圧制御系ＰＷＭ制御信号発生手段とを具備している。そして電圧制御系ＰＷＭ制御信号発生手段は、単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成出力手段と、変調率変更手段と、同期化手段とから構成されている。単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成出力手段は、電力系統で停電が発生したときに、電力系統に供給される交流電圧を早期に停電発生前の交流電圧に近い値まで回復させるのに必要なＰＷＭ制御信号を出力する。変調率変更手段は、電力系統で停電が発生した後、遮断器が開いたときに、電力貯蔵装置の残存容量を考慮した上で、特定負荷で必要とする電力を供給するのに必要なＰＷＭ制御信号を得るために単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成手段の変調率を一時的に変更する。更に同期化手段は、電力系統が復電すると、遮断器が閉じられる前に電力系統の交流電圧とインバータの出力電圧とを同期させる。
【００１５】
このような電圧制御系ＰＷＭ制御信号発生手段を用いると、停電が発生した後、インバータを電流制御モードに従った制御から電圧制御モードに従って制御に切り換えて、早期に交流電圧を停電発生前の交流電圧に近い値まで回復させる。したがって停電後、単独運転（系統連系交直変換装置から全負荷に交流電力の供給を開始し、遮断器が開かれるまでの運転）において、交流電圧が大きく低下するのを防止できる。そして本発明では、遮断器が開いた後も、電圧制御モードによるインバータの運転を継続する。しかし本発明では、遮断器が開いたときに、電力貯蔵装置の残存容量を考慮して、必要な電力を特定負荷に供給できるように、単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成手段の変調率を一時的に変更する。この変更により、遮断器が開いて負荷が特定負荷だけになったとしても、特定負荷に必要な電力だけが最初に供給されるので、遮断器が開いたときに全負荷に電力を供給するような大きな電流が流れるのを防止でき、単独運転から自立運転への移行をスムーズに行うことができる。そして同期化手段により電力系統の復電後にインバータの出力電圧を電力系統の交流電圧と同期化した上で、遮断器を開くため、自立運転から連系運転への移行もスムーズに行うことができる。
【００１６】
なおインバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置に、遮断器とインバータとの間の３相ラインの３相交流電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、遮断器とインバータとの間の３相ラインの３相交流電流をそれぞれ検出する電流検出手段とを設け、電流制御系ＰＷＭ制御信号発生手段を、３相交流電流を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する正相３／２相電流変換手段と、３相交流電圧を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑに変換する正相３／２相電圧変換手段と、正相３／２相電流変換手段及び正相３／２相電圧変換手段の出力に基いて有効電力Ｐ及び無効電力Ｑを演算して演算結果をそれぞれ直流値で出力するＰＱ演算手段と、ＰＱ演算手段の出力と基準有効電力Ｐref及び基準無効電力Ｑrefとの偏差を入力として電流制御モードに基いてインバータの出力電流を一定にするようなＰＷＭ制御信号を作成して出力する電流制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段とから構成することができる。このような場合においては、前述の単独自立運転用ＰＷＭ信号作成出力手段を、常時は正相３／２相電圧変換手段の変換値と正相３／２相電流変換手段の変換値とを一致させる（言い換えると電圧３／２相変換の大きさ及び位相を電流３／２相変換の結果に合うようにする）のに必要な位相の補正量Δθとゲインの補正量ΔＧとを演算して記憶する補正量演算手段と、正相３／２相電圧変換手段の出力値を基準値Ｖpdref及びＶpqrefとして記憶する基準値記憶手段と、位相の補正量Δθ及びゲインの補正量ΔＧにより位相及びゲインが補正された状態で、３相交流電圧を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑに変換する別の正相３／２相電圧変換手段と、停電になると別の正相３／２相電圧変換手段の出力と基準値Ｖpdref及びＶpqrefとの偏差に基いてＰＷＭ制御信号を作成して出力する電圧制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段とから構成する。
【００１７】
停電前に補正量演算手段が演算する位相の補正量Δθ及びゲインの補正量ΔＧは、電流制御モードから電圧制御モードに移行した際に、インバータの出力電圧を早期に停電前の系統の電圧に近い値に復帰させるため補正量である。もしこのような補正量に基く補正をしないと、インバータの出力電圧は連系運転から単独運転に切換った際に一度大きく低下した後に、インバータの出力は緩やかに徐々に上昇していくが、この補正を行うことにより、インバータの出力は停電前の電圧に近い値まで早期に復帰する。
【００１８】
また変調率変更手段は、特定負荷に流れる交流電流を検出する別の電流検出手段と、この別の電流検出手段の出力と電圧検出手段の出力とに基いて特定負荷で必要とする電力を演算する特定負荷電力演算手段と、特定負荷で必要とする電力と電力貯蔵装置の残存容量とを考慮して、そのときに遮断器が開いたと仮定したときに必要な変調率を演算して記憶する変調率演算記憶手段と、遮断器が開いた後予め定めた時間だけ単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成手段に変調率を出力する変調率出力手段とから構成することができる。特定負荷で必要とする電力と電力貯蔵装置の残存容量とを考慮して、そのときに遮断器が開いたと仮定したときに必要な変調率（特定負荷に応じて電力を供給するための変調率）を演算しておき、遮断器が開いたときにその変調率に基いてインバータをＰＷＭ制御すると、遮断器が開いたときに必要以上に大きな電流が特定負荷に流れたり、特定負荷に過電圧が印加されるのを防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の系統連系交直変換装置を電力系統ＰＬに接続した実施の形態の単線結線図である。したがって図１において交流側は３相を単相で示している。図１において、符号ＡＣで示したものは三相の商用電源であり、この商用電源に接続された電力系統ＰＬには、配電線の一般負荷Ｌ３、と、構内側にある構内負荷Ｌ２と電力系統ＰＬで停電が発生しても運転を継続する必要がある特定負荷Ｌ１とが接続されている。ＭＣＣＢは主遮断器であり、ＭＣは連系遮断器である。特定負荷Ｌ１は、連系遮断器ＭＣよりも系統連系交直変換装置１のインバータＩＮＶ側に設置されている。
【００２０】
系統連系交直変換装置１は、大型のバッテリからなる電力貯蔵装置Ｂと、この電力貯蔵装置Ｂと電力系統ＰＬとの間に配置されたＰＷＭ制御されるインバータと、インバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置２とを具備している。インバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置２は、電力系統ＰＬが非停電時のときには、電力系統ＰＬからの有効電力で電力貯蔵装置Ｂを充放電するとともに電力系統ＰＬの無効電力を調整するようにインバータＩＮＶを電流制御モード（有効，無効電力を制御するためにインバータＩＮＶの出力電流を制御する制御モード）で制御するためのＰＷＭ制御信号を発生する。またインバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置２は、電力系統ＰＬに停電が発生すると電力貯蔵装置Ｂからの直流電力を交流電力に変換して電力系統ＰＬに接続されている負荷（Ｌ１〜Ｌ３）の少なくとも一部に交流電力を供給するようにインバータＩＮＶを電圧制御モード（インバータＩＮＶの出力電圧を設定値にするように制御する制御モード）により制御するＰＷＭ制御信号を発生する。
【００２１】
このインバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置２は、電力系統ＰＬで停電が発生していないときに、電流制御モードに従ってＰＷＭ制御信号を出力する電流制御系ＰＷＭ制御信号発生手段３と、電力系統ＰＬで停電が発生しているときに、電圧制御モードに従ってＰＷＭ制御信号を出力する電圧制御系ＰＷＭ制御信号発生手段４とを備えている。なおインバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置２は、連系遮断器ＭＣとインバータＩＮＶとの間の３相ラインの３相交流電圧をそれぞれ検出する計器用変圧器からなる電圧検出手段ＰＴ１と、連系遮断器ＭＣとインバータＩＮＶとの間の３相ラインの３相交流電流をそれぞれ検出する計器用変流器からなる電流検出手段ＣＴ１と、連系遮断器ＭＣよりも系統側の３相ラインの３相交流電圧をそれぞれ検出する計器用変圧器からなる電圧検出手段ＰＴ２とを備えている。
【００２２】
電流制御系ＰＷＭ制御信号発生手段３は、電流検出手段ＣＴ１で検出した３相交流電流を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する正相３／２相電流変換手段５と、電圧検出手段ＰＴ１により検出した３相交流電圧を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑに変換する正相３／２相電圧変換手段６と、正相３／２相電流変換手段５及び正相３／２相電圧変換手段６の出力に基いて有効電力Ｐ及び無効電力Ｑを演算して演算結果をそれぞれ直流値で出力するＰＱ演算手段７と、ＰＱ演算手段７の出力と基準有効電力Ｐref及び基準無効電力Ｑrefとの偏差を入力として電流制御モードに基いてインバータＩＮＶの出力電流を制御するようなＰＷＭ制御信号を作成して出力する電流制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段８とから構成される。この例で電流制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段８は、それぞれ固定接点▲２▼に可動接点が接触した状態のスイッチＳＷ１及びＳＷ２と、固定接点▲１▼に可動接点が接触した状態のスイッチＳＷ３及びＳＷ４と、サミングポイントＳＰ１及びＳＰ２と、ＰＩ回路ＰＩ１及びＰＩ２と、乗算回路９と、ＰＷＭ信号作成回路１０と、ゲート制御回路１１とから構成される。
【００２３】
スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４は、電力系統ＰＬで停電が発生したことを図示しない停電検出手段が検出すると切換動作を行う。停電検出手段は、例えば正相３／２相電圧変換手段６または後述する別の正相３／２相電圧変換手段１７の出力を利用して停電を検出することができる。正相３／２相電圧変換手段（６または１７）の出力Ｖｐｄ及びＶｐｑから絶対値ΔＶｐを演算し、その時間変化率ΔＶｐ／Δｔ（＝ｄｖ／ｄｔ）が予め定めた設定値より大きい場合に、停電の発生と判定する。時間率変化率計算は、下記の式を用いればよい。
【００２４】
dv/dt=[Vpd(i+1)−Vpd(i)]/t-sanple
例えば、サンプリング周期（t-sanple）は０．２３ｍｓであり、Δｔはこのサンプリング周期の１周期分にすることができる。なおこの停電検出手段はデジタル回路またはソフトウエアによって構成することができる。このような方法で停電を検出すると、従来の停電検出方法と比べて高速で停電を検出することができる。
【００２５】
また乗算回路９は、後述する変調率変更手段１３からの出力に応じてＰＷＭ信号作成回路１０の変調率を変更するものであるが、電流制御モードにおいては、係数１をＰＩ回路ＰＩ１の出力に乗算している。
【００２６】
ＰＱ演算手段７の出力と基準有効電力Ｐref及び基準無効電力Ｑrefとの偏差は、それぞれＰＩ回路ＰＩ１及びＰＩ２に入力されて積分されてＰＷＭ信号作成回路１０に入力される。これによってＰＷＭ信号作成回路１０は、電流制御モードによりＰＷＭ制御信号を作成し、ゲート制御回路１１を通してインバータＩＮＶを構成する複数のスイッチ素子のゲートにゲート信号を供給する。基準有効電力Ｐref及び基準無効電力Ｑrefは、予めメモリに記憶されている。上記構成により、電流制御系ＰＷＭ制御信号発生手段３は、電力系統ＰＬの無効電力を調整し、有効電力で電力貯蔵装置Ｂを充放電するようにインバータＩＮＶを動作させるＰＷＭ制御信号を出力する。
【００２７】
また電圧制御系ＰＷＭ制御信号発生手段４は、単独自立運転用ＰＷＭ御信号作成出力手段１２と、変調率変更手段１３と、同期化手段１４とから構成されている。単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成出力手段１２は、電力系統ＰＬで停電が発生したときに、電力系統ＰＬに供給される交流電圧を早期に停電発生前の交流電圧に近い値まで回復させるのに必要なＰＷＭ制御信号を出力する。単独自立運転用ＰＷＭ信号作成出力手段１２は、常時は正相３／２相電圧変換手段６の出力値と正相３／２相電流変換手段５の出力値とを一致させるのに必要な位相の補正量Δθとゲインの補正量ΔＧとを演算して記憶する補正量演算手段１６と、正相３／２相電圧変換手段６の出力値を基準値Ｖpdref及びＶpqrefとして記憶する基準値記憶手段と、位相の補正量Δθ及びゲインの補正量ΔＧにより位相及びゲインが補正された状態で、電圧検出手段ＰＴ１により検出した３相交流電圧を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑに変換する別の正相３／２相電圧変換手段１７と、停電になると別の正相３／２相電圧変換手段の出力と基準値Ｖpdref及びＶpqrefとの偏差に基いてＰＷＭ制御信号を作成して出力する電圧制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段１８とから構成する。この例では、電圧制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段１８は、電流制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段８の主要構成部分を利用しており、異なる点は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２の可動接点が固定接点▲１▼に接続され、スイッチＳＷ３及びＳＷ４の可動接点が固定接点▲２▼に接続されている点にある。
【００２８】
補正量演算手段１６は、正相３／２相電圧変換手段６の変換値（Ｖｐｄ及びＶｐｑ）と正相３／２相電流変換手段５の変換値（Ｉｐｄ，Ｉｐｑ）とを一致させる（言い換えると電圧３／２相変換の大きさ及び位相を電流３／２相変換の結果に合うようにする）のに必要な位相の補正量Δθとゲインの補正量ΔＧを演算する。具体的には、下記の式を用いてΔθとΔＧを求める。
【００２９】
【式１】

そして実際の補正は、図２に示すような構成で行う。図２中の３／２相変換式は下記の通りである。
【００３０】
【式２】

図１の例では、停電前から補正量演算手段１６が位相の補正量Δθ及びゲインの補正量ΔＧを常時演算しており、停電発生前の状態で演算が行われている。停電の発生でスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が切換ると、位相及びゲインが補正された別の正相３／２相電圧変換手段１７の出力と、停電になると別の正相３／２相電圧変換手段のＶｐｄ´及びＶｐｑ´と記憶手段に記憶した基準値Ｖpdref及びＶpqrefとの偏差に基いて電圧制御モードでＰＷＭ制御信号が作成される。補正量Δθ及びゲインの補正量ΔＧは、電流制御モード（連系運転）から電圧制御モード（単独運転）に移行した際に、インバータＩＮＶの出力電圧を早期に停電前の系統の電圧に近い値に復帰させるため補正量である。図３（Ａ）は、本実施の形態の動作のシミュレーション図である。この図から分かるように、停電発生後に早期にインバータＩＮＶの出力Ｖｓは回復している。またインバータＩＮＶの出力電流は、単独運転の際に大きく増加している。もしこのような補正量に基く補正をしないと、図３（Ｂ）に示す従来技術の動作と同様に、インバータＩＮＶの出力電圧は連系運転から単独運転に切換った際に一度大きく低下した後に、インバータの出力は緩やかに徐々に上昇していく。
【００３１】
変調率変更手段１３は、電力系統ＰＬで停電が発生した後、連系遮断器ＭＣが開いたときに、電力貯蔵装置Ｂの残存容量を考慮した上で、特定負荷Ｌ１で必要とする電力を供給するのに必要なＰＷＭ制御信号を得るために単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成手段４の変調率を一時的に変更する。変調率変更手段１３は、特定負荷に流れる交流電流を検出する別の電流検出手段ＣＴ２と、この別の電流検出手段ＣＴ２の出力と電圧検出手段の出力とに基いて特定負荷Ｌ１で必要とする電力Ｐ，Ｑを演算する特定負荷電力演算手段１９と、特定負荷Ｌ１で必要とする電力と電力貯蔵装置Ｂの残存容量とを考慮して、そのときに連系遮断器ＭＣが開いたと仮定したときに必要な変調率αを演算して記憶する変調率演算記憶手段２０と、遮断器が開いた後予め定めた時間だけ単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成手段に変調率を出力する変調率出力手段（この例では変調率演算記憶手段２０に内蔵されている）とから構成される。この例では、特定負荷Ｌ１で必要とする電力と電力貯蔵装置Ｂの残存容量とを考慮して、そのときに遮断器が開いたと仮定したときに必要な変調率α（特定負荷に応じて電力を供給するための変調率）を連系遮断器ＭＣが開く前から演算しておき、連系遮断器ＭＣが開いたときにその変調率αを乗算回路９に予め定めた短い時間（制御サイクル１〜２回相当）出力する。乗算回路９は、一時的にこの変調率を別の正相３／２相電圧変換手段のＶｐｄ´及びＶｐｑ´と記憶手段に記憶した基準値Ｖpdref及びＶpqrefとの偏差の積分値に乗算して、ＰＷＭ信号作成回路１０に出力する。その結果、連系遮断器ＭＣが開いたときに一時的に変調率が１からαに変わり、必要以上に大きな電流が特定負荷Ｌ１に流れたり、特定負荷に過電圧が印加されるのを防止することができる。この変調率αは、電力貯蔵装置Ｂの負荷電流を出力するときの直流電圧Ｖｄｃと、系統電圧Ｖａｃと、定数ｋとから下記の式で求めた自立運転時のＰＷＭ制御量ＣＶから求める。
【００３２】
α＝（Ｖａｃ×ｋ）／Ｖｄｃ
ここでＶｄｃは、無負荷放電時の直流電圧Ｖｄｏと特定負荷Ｌ１の値から推定される必要な直流電流Ｉｄｃとに基いて、Ｖｄｃ＝Ｖｄｏ−（電池の内部抵抗×Ｉｄｃ）として求めることができる。特定負荷Ｌ１が大きくなるほど、変調率αは、１に近づく。図３（Ａ）に示すように、連系遮断器ＭＣが開いて自立運転動作に入ったときに、本発明によれば特定負荷に流れる電流ＩLが変調率の変更で適切な値に変化し、以後は電圧制御モードに従って、停電が発生する前の系統電圧に近い値の電圧が特定負荷Ｌ１に印加され且つ特定負荷Ｌ１に必要な電流が特定負荷に供給される。なお連系遮断器ＭＣは、停電が発生した後予め定めた時限（例えば１秒）が経過した後も停電が継続している場合に遮断状態になる。
【００３３】
停電が回復（復電）すると、同期化手段１４は、連系遮断器ＭＣが閉じられる前に電力系統ＰＬの交流電圧とインバータＩＮＶの出力電圧とを同期させるための信号を出力する。これを実現するために、電力系統ＰＬ側の電圧を計測するために第２の計器用変圧器ＰＬ２が設けられている。同期化手段１４は、計器用変圧器ＰＬ２の出力に基いてＰＷＭ信号作成回路８に同期信号を出力する。ＰＷＭ信号作成回路８は、この同期信号が入力されると、この同期信号に同期してＰＷＭ信号を出力する。その結果、自立運転から連系運転にスムーズに移行することができる。
【００３４】
図４は、図１の実施の形態の制御部をコンピュータを用いて実現する場合に用いるソフトウエアのアルゴリズムを示すフローチャートである。ステップＳＴ１では、電圧検出手段ＰＴ１で検出した電力系統ＰＬの電圧を測定する。そしてステップＳＴ２では、特定負荷（自立負荷）Ｌ１で必要な有効電力と無効電力Ｐ，Ｑを演算する。ステップＳＴ２により特定負荷電力演算手段１９が構成されている。ステップＳＴ３では、特定負荷（自立負荷）がインバータＩＮＶの定格出力より大きいか否かを判定し、大きい場合には自立負荷電力が過剰であることをステップＳＴ４で表示する。この表示は、使用者に警告を与えるもので、使用者はこの警告が出ている場合には、特定負荷Ｌ１の変更をする。特定負荷（自立負荷）がインバータＩＮＶの定格出力より小さい場合には、ステップＳＴ５へと進む。ステップＳＴ５では、電流検出手段ＣＴ１で検出した３相交流電流を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換（正相３／２相電流変換）し、また電圧検出手段ＰＴ１により検出した３相交流電圧を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑに変換（正相３／２相電圧変換）し、各変換値に基いて有効電力Ｐ及び無効電力Ｑを演算し、これらと基準有効電力Ｐref及び基準無効電力Ｑrefとの偏差に基いてＰＷＭ制御信号を作成して、インバータＩＮＶに充電動作とアクティブフィルタ動作の両方を行わせる（電流制御モードによる連系運転）。また同時に補正量Δθ及びΔＧが演算される。ステップ５の補正量を算出する部分の詳細は、図５に示す通りである。ステップＳＴ５１により正相３／２相電流変換手段５が構成され、ステップＳＴ５３により正相３／２相電圧変換手段６が構成されている。そしてステップＳＴ５２，ＳＴ５４〜ＳＴ５６により補正量演算手段１６が構成されている。なおステップ５は、図１に符号５，６，７，８及び１６で示した各ブロックを実現する。そしてステップＳＴ６では、補正量Δθ及びΔＧがメモリに保存される。
【００３５】
次にステップＳＴ７で、自立運転の初期に使用する変調率が決定される。したがってステップＳＴ７は、図１の変調率変更手段１３を構成している。ステップＳＴ７の詳細は、図６のステップＳＴ７１〜ＳＴ７８に示すとおりである。
【００３６】
ステップＳＴ８では、停電の発生（単独運転に入るか否か）を検出する。停電になっていなければ、ステップＳＴ１に戻り、停電を検出すると、ステップＳＴ９へと進んで電流制御モードから電圧制御モードによる運転に切り換わる。ステップＳＴ８及びＳＴ９により、図１において符号１７及び１８で示したブロック並びにスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が構成されている。ステップＳＴ１０で所定の時限の計数を完了すると、ステップＳＴ１１で連系遮断器ＭＣが遮断する。なお時限の計数の前に復電したことをステップＳＴ８で検出すると、電圧制御モードから電流制御モードへ戻る（単独運転から連系運転に戻る）ためにステップＳＴ１へと戻る。
【００３７】
ステップＳＴ１０で連系遮断器ＭＣが遮断すると、ステップＳＴ１２へと進み、ステップＳＴ７で予め求めている変調率で電圧制御モードに従ったＰＷＭ制御の変調率を一時的に変更する。この間は、実際には電圧制御モードは働いていないと考えることができる。そして以後ステップＳＴ１３へと進んで負荷電圧が一定になるように電圧制御モードにより自立運転が行われる。ステップＳＴ１４で、系統の停電が回復したことを検出すると、ステップＳＴ１５で系統側との同期化を図る。その後、ステップＳＴ１６で連系遮断器ＭＣを投入し、ステップＳＴ１７で電圧制御モードから電流制御モードへと切り換える（自立運転から連系運転へと切り換える）。以上のステップにより、図１の実施の形態の装置が動作する。
【００３８】
上記実施の形態によれば、系統で停電が発生したときでも、重要な特定負荷を停電させることがない。また切り換わりの時に大きな電圧変動を生じさせることなく、バックアップすることができて、装置の負荷価値を高めることができる。さらに本発明はオールディジタル制御が容易であり、しかも少ない部品点数で、安価に装置を製造することができる。また系統が復帰したときでも、速やかに系統との連系を再開することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、停電が発生した後、インバータを電流制御モードに従った制御から電圧制御モードに従った制御に切り換えて、早期に交流電圧を停電発生前の交流電圧に近い値まで回復させることができる。したがって停電後、単独運転において、交流電圧が大きく低下するのを防止できる。また本発明によれば、遮断器が開いたときに、電力貯蔵装置の残存容量を考慮して、必要な電力を特定負荷に供給できるように、単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成手段の変調率を一時的に変更するため、遮断器が開いて負荷が特定負荷だけになったとしても、特定負荷に必要な電力だけを最初に供給し，以後は電圧制御モードにより制御が行われるので、遮断器が開いたときに全負荷に電力を供給するような大きな電流が流れるのを防止できて、単独運転から自立運転への移行をスムーズに行うことができる利点がある。そして同期化手段により電力系統の復電後にインバータの出力電圧を電力系統の交流電圧と同期化した上で、遮断器を開くため、自立運転から連系運転への移行もスムーズに行うことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の系統連系交直変換装置を電力系統ＰＬに接続した実施の形態の単線結線図である。
【図２】位相とゲインの補正を行う場合の構成を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は図１の実施の形態の動作のシミュレーション図であり、（Ｂ）は従来の装置の動作のシミュレーション図である。
【図４】図１の実施の形態の制御部をコンピュータを用いて実現する場合に用いるソフトウエアのアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図５】図４のステップ５の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図４のステップ７の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 系統連系交直変換装置
２ インバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置
３ 電流制御系ＰＷＭ制御信号発生手段
４ 電圧制御系ＰＷＭ制御信号発生手段
５ 正相３／２相電流変換手段
６ 正相３／２相電圧変換手段
７ ＰＱ演算手段
８ 電流制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段
９ 乗算回路
１０ ＰＷＭ信号作成回路
１１ ゲート制御回路
１２ 単独自立運転用ＰＷＭ御信号作成出力手段
１３ 変調率変更手段
１４ 同期化手段
１６ 補正量演算手段
１７ 正相３／２相電圧変換手段
１８ 電圧制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段
１９ 特定負荷電力演算手段
２０ 変調率演算記憶手段

Claims (4)

1. 電力貯蔵装置と、前記電力貯蔵装置と電力系統との間に配置されたＰＷＭ制御されるインバータと、前記インバータと前記電力系統との間に配置された遮断器と、電力系統非停電時には前記電力系統からの有効電力で前記電力貯蔵装置を充放電するとともに前記電力系統の無効電力を調整するように前記インバータを電流制御モードで制御するためのＰＷＭ制御信号を発生し、電力系統に停電が発生すると前記電力貯蔵装置からの直流電力を交流電力に変換して前記電力系統に接続されている負荷の少なくとも一部に交流電力を供給するように前記インバータを電圧制御モードにより制御するＰＷＭ制御信号を発生するインバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置とを具備し、
   前記遮断器と前記インバータとの間に前記電力系統で停電が発生した後でも運転の継続を必要とする特定負荷が接続されている系統連系交直変換装置であって、
   前記インバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置は、
   前記電力系統で停電が発生していないときに、前記電流制御モードに従って前記ＰＷＭ制御信号を出力する電流制御系ＰＷＭ制御信号発生手段と、
   前記電力系統で停電が発生しているときに、前記電圧制御モードに従って前記ＰＷＭ制御信号を出力する電圧制御系ＰＷＭ制御信号発生手段とを具備し、
   前記電圧制御系ＰＷＭ制御信号発生手段は、
   前記電力系統で停電が発生したときに、前記電力系統に供給される交流電圧を早期に停電発生前の交流電圧に近い値まで回復させるのに必要な前記ＰＷＭ制御信号を出力する単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成出力手段と、
   前記電力系統で停電が発生した後、前記遮断器が開いたときに、前記電力貯蔵装置の残存容量を考慮した上で、前記特定負荷で必要とする電力を供給するのに必要な前記ＰＷＭ制御信号を得るために前記単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成出力手段の変調率を一時的に変更する変調率変更手段と、
   前記電力系統が復電すると、前記遮断器が閉じられる前に前記電力系統の交流電圧と前記インバータの出力電圧とを同期させる同期化手段とから構成されていることを特徴とする系統連系交直変換装置。
2. 前記インバータ制御用ＰＷＭ信号発生装置は、
   前記遮断器と前記インバータとの間の３相ラインの３相交流電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、
   前記遮断器と前記インバータとの間の３相ラインの３相交流電流をそれぞれ検出する電流検出手段とを備え、
   前記電流制御系ＰＷＭ制御信号発生手段は、
   前記３相交流電流を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する正相３／２相電流変換手段と、
   前記３相交流電圧を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑに変換する正相３／２相電圧変換手段と、
   前記正相３／２相電流変換手段及び前記正相３／２相電圧変換手段の出力に基いて有効電力Ｐ及び無効電力Ｑを演算して演算結果をそれぞれ直流値で出力するＰＱ演算手段と、
   前記ＰＱ演算手段の出力と基準有効電力Ｐref及び基準無効電力Ｑrefとの偏差を入力として前記電流制御モードに基いて前記インバータの出力電流を制御する前記ＰＷＭ制御信号を作成して出力する電流制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段とから構成されている請求項１に記載の系統連系交直変換装置。
3. 前記単独自立運転用ＰＷＭ信号作成出力手段は、
   常時前記正相３／２相電圧変換手段の変換値と前記正相３／２相電流変換手段の変換値とを一致させるのに必要な位相の補正量Δθとゲインの補正量ΔＧとを演算して記憶する補正量演算手段と、
   前記正相３／２相電圧変換手段の出力値を前記基準値Ｖpdref及びＶpqrefとして記憶する基準値記憶手段と、
   前記位相の補正量Δθ及びゲインの補正量ΔＧにより位相及びゲインが補正された状態で、前記３相交流電圧を２軸回転座標系上の正相ｄｑ軸上のｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑに変換する別の正相３／２相電圧変換手段と、
   前記停電になると、前記別の正相３／２相電圧変換手段の出力と前記基準値Ｖpdref及びＶpqrefとの偏差に基いて前記ＰＷＭ制御信号を作成して出力する前記電圧制御系ＰＷＭ制御信号作成出力手段とから構成されている請求項１に記載の系統連系交直変換装置。
4. 前記変調率変更手段は、
   前記特定負荷に流れる交流電流を検出する別の電流検出手段と、
   前記別の電流検出手段の出力と前記電圧検出手段の出力とに基いて前記特定負荷で必要とする電力を演算する特定負荷電力演算手段と、
   前記特定負荷で必要とする電力と前記電力貯蔵装置の残存容量とを考慮して、そのときに前記遮断器が開いたと仮定したときに必要な前記変調率を演算して記憶する変調率演算記憶手段と、
   前記遮断器が開いた後予め定めた時間だけ前記単独自立運転用ＰＷＭ制御信号作成出力手段に前記変調率を出力する変調率出力手段とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の系統連系交直変換装置。

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