JP5336869B2 - 直流配電系統の電圧安定化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、直流配電系統に生じる振動電圧を抑制し安定化させる直流配電系統の電圧安定化装置に関する。
図8は簡素化した従来の一般的な直流配電系統の構成を示す図である。
この直流配電系統は、商用系統に代表される交流電源101の電力を整流装置102で直流に変換し、直流配電線103を介して負荷104に供給する構成である。さらに、直流配電系統の電圧を安定化するために、電圧制御装置105を設けられている。電圧制御装置105は、整流装置102の出力端間の電圧検出器106で検出される直流電圧を取り込み、当該直流電圧が電圧設定値となるように整流装置102を介して整流出力(電圧)を制御している。
このような直流配電系統では、図9に示すような電圧・電流特性となる。同図において、実線は図8に示す電流検出器107及び電圧検出器106aから得られる負荷電流に対する負荷電圧を表した電圧・電流特性(イ)、点線は負荷電圧に対する定電力負荷の電流を表した電圧・電流特性(ロ)である。
ここで、定電力負荷は、負荷電圧に拘らず電力一定となる負荷であって、負荷が消費する有効電力をPL、負荷電圧をVLとすると、負荷電流ILは、IL=PL/VLで表されるので、負荷電圧VLが下がるほど負荷電流ILが増加する。そして、負荷が増加した場合、電圧・電流特性の曲線は図示矢印のように右上の方向に移動する形となる。
一方、負荷電圧VLは、整流装置102の近端の直流電圧をVS、直流配電線103の抵抗をR、負荷電流をILとすると、VL=VS−R・ILで表される。このことは、直流電圧VSは整流装置102で一定に制御され、直流配電線103の抵抗Rも一定となっているので、負荷電圧VLは、負荷電流ILの増加に伴って一定の傾きをもって低下する実線の曲線(イ)の特性となる。
その結果、直流配電系統においては、図9に示す定電力負荷の電圧・電流特性(ロ)と負荷電流に対する負荷電圧の電圧・電流特性(イ)との交点(ハ)が安定な動作点となるが、負荷の増加に伴って負荷電流が増加し、負荷電圧が低下するといった特性上から安定な動作点が徐々に右側へ推移していく。そのため、負荷の大きさによって、安定な動作点が存在しない状態となり、不安定となる。すなわち、直流配電系統における挙動としては、電圧が振動する現象が現れてくる場合がある(例えば、非特許文献1参照)。
そこで、負荷の大きさに影響されない直流電力変換装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1の直流電力変換装置は、直流電源1の出力側に設けられたブリッジ構成のインバータと、このインバータから得られる交流電力を所要の電圧の変換する変圧器と、この変圧器の二次巻線側の出力を直流に変換し負荷に供給するブリッジ構成の整流回路と、インバータを構成するスイッチング素子の位相制御によって当該インバータの出力電圧を制御する制御回路とで構成され、さらに、整流回路の中間点間に可飽和リアクトルを設け、軽負荷時に負荷に流れる電流を可飽和リアクトルを通して変圧器の一次側となる直流電源側に返還することにより、制御回路でインバータのスイッチ素子のソフトスイッチングを維持できる広領域で位相シフト制御を行うことにより、インバータから一定の出力電圧に得るものである。
電気学会電力技術・電力系統技術合同研究会資料、PE−05−75/PSE−05−82(49〜54頁)。
特開2005−168266号公報
しかしながら、特許文献1では、軽負荷時にインバータを構成するスイッチ素子のソフトスイッチングの領域から外れるために、当該スイッチ素子を効率的に動作させることができない問題を改善する技術であって、負荷が増大したときに安定な動作点(収束点)が存在しない状態となり、直流配電系統に生じる電圧の振動現象を抑制し、安定化させる技術ではない。
また、本発明の適用対象は直流配電系統であって、特許文献1の整流回路及び直流負荷からなる構成に相当する。その結果、特許文献1では、整流回路と直流負荷の間に図8に示す直流配電線3が全く存在しておらず、直流配電系統に生じる電圧の振動現象も何ら問題としていない。すなわち、本発明の適用対象と特許文献1の適用対象とは全く異なる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、直流配電系統に電圧振動を生じても、その振動を抑制し、直流配電系統の電圧の安定化を図る直流配電系統の電圧安定化装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、直流電力を出力する少なくとも1つの直流電源と、この直流電源の直流電力を負荷側へ配電する直流配電線と、この直流配電線から配電される直流電力を電力変換装置を介して電力消費する負荷とから成る直流配電系統において、
前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部を有し、この生成部で得られた振動を抑制する電流指令値を用いて、前記直流配電系統から前記負荷に流れる負荷電流の振動成分を打ち消す制御量を取り出す電圧振動抑制制御部と、この電圧振動抑制制御部で取り出した制御量と予め設定された前記負荷に供給すべき電圧設定値とを合算して最終電圧設定値とし、前記負荷の電圧が当該最終電圧設定値と等しくなるように前記電力変換装置を制御する負荷電圧制御部とを備えた直流配電系統の電圧安定化装置である。
また、本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置は、直流配電系統の直流配電線間に第2の電力変換装置を介して接続され、当該第2の電力変換装置を介して前記直流配電線に直流電力を供給する分散型電源と、前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部と、前記直流配電系統の直流系統電圧と前記分散型電源から出力すべき電力設定値とから第1の電流指令値を生成し、この第1の電流指令値と前記振動抑制電流指令生成部で生成された振動を抑制する電流指令値とを合算し、この振動を抑制する電流指令値を含む新たな第2の電流指令値を取得し、前記直流配電系統に流す電流を前記第2の電流指令値となるように前記分散型電源の第2の電力変換装置を制御する出力制御部とを備えた直流配電系統の電圧安定化装置である。
さらに、本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置は、直流配電系統の直流配電線間に第2の電力変換装置を介して接続され、前記直流配電線とコンデンサ電圧との間で電力の授受を行う電圧振動抑制部と、前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部と、前記コンデンサ電圧が当該コンデンサの電圧設定値と等しくなるような第1の電流指令値を生成し、この第1の電流指令値と前記振動抑制電流指令生成部で生成された振動を抑制する電流指令値とを合算し、この振動を抑制する電流指令値を含む新たな第2の電流指令値を取得し、前記直流配電系統に流す電流を前記第2の電流指令値となるように前記電圧振動抑制部の第2の電力変換装置を制御するコンデンサ電圧制御部とを備えた構成である。
本発明によれば、負荷電圧の特性が不安定となって直流配電系統に電圧振動を生じた場合でも、その直流配電系統に生じる電圧振動成分を抽出し、振動を打ち消す指令を含ませて制御するので、直流配電系統の電圧の安定化できる直流配電系統の電圧安定化装置を提供できる。
本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態1を示す構成図。 図1に示す電圧振動抑制制御部の各部の信号波形図。 本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置における実施の形態1の他の形態例を示す構成図。 本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態2を示す構成図。 本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態3を示す構成図。 図5に示すヒステリシスの出力特性図。 本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態4を示す構成図。 従来の一般的な直流配電系統の電圧安定化装置の構成図。 直流配電系統における負荷電圧と負荷電流との関係を説明する相関図。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
(実施の形態1:請求項1,5対応)
図1は本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態1を示す構成図である。
この発明における装置構成としては、直流配電系統と電圧安定化装置とに分けられる。
直流配電系統は、商用系統に代表される交流電源1と、交流電源1の交流電力を直流に変換する整流装置2と、整流装置2で直流に変換された電力を配電する直流配電線3と、この直流配電線3から配電される電力を消費する負荷4とで構成される。負荷4は、直流配電線3から配電される直流電力を所要の直流電力に変換する直流−直流電力変換装置5と電力消費源6とからなる。また、交流電源1と整流装置2は直流電源としての役割を有する。
電圧安定化装置としては、直流配電系統の直流系統電圧を検出する電圧検出器7a、負荷側の電圧を検出する電圧検出器7b及び直流配電線3を流れる負荷電流を検出する電流検出器8等の検出系と、電圧検出器7aの直流系統電圧と電流検出器8の検出電流とを取り込んで振動成分を打ち消すために必要な制御量を取り出す電圧振動抑制制御部9と、電圧振動抑制制御部9からの制御量と負荷4に供給すべき電圧設定値とを合算して最終電圧設定値とし、電圧検出器7bの負荷電圧が当該最終電圧設定値と等しくなるように直流−直流電力変換装置5を構成するスイッチ素子をオン・オフ制御する制御信号を取り出す負荷電圧制御部10とが設けられている。
電圧振動抑制制御部9は、電圧検出器7aの直流系統電圧に含む振動成分を抽出するハイパスフィルタ21a及びハイパスフィルタ21aの出力を1/(直流配電線3の抵抗)で乗算し、振動成分を抑制するために流したい電流変換された電流指令値を得るゲイン21bからなる振動抑制電流指令生成部21と、電流検出器8の検出電流から実際の電流振動成分を取り出すハイパスフィルタ22と、振動抑制電流指令生成部21の出力とハイパスフィルタ22の出力とから制御偏差(調整量)を得る減算要素23と、この減算要素23で得られる制御偏差をP(比例)・I(積分)演算し、負荷電流Idcの振動成分を打ち消すための制御量を得るPI演算制御部24とが設けられている。
負荷電圧制御部10は、電圧設定値Vrefに電圧振動抑制制御部9の出力である制御量を上乗せして出力する加算要素31と、加算要素31の出力と電圧検出器7bの負荷電圧との偏差,つまり最終的な電圧指令値と実際の電圧との偏差(調整量)を取り出す減算要素32と、PI演算制御部33と、PI演算制御部33の出力である調整量にもともとの直流電圧設定値相当分を加えて出力する加算要素34と、PWM制御部35とが設けられている。
なお、図面を簡略化するために電力の供給源を交流電源1のみとしたが、1つである必要がなく、複数の交流電源及び直流電源、その組み合わせであっても構わない。また、直流−直流電力変換装置5の制御方法の一例としてはPWM制御を採用しているが、PWM制御に限定する必要がなく、加算要素34の出力信号に応じた電圧を電力消費源6に与える制御方法であれば、例えばPAM制御など他の制御方法でも構わない。
次に、以上のような直流配電系統の電圧安定化装置の作用について、図1及び図2を参照しながら説明する。
交流電源1から整流装置2によって供給される直流電圧をVS、直流配電線3の抵抗分をR、直流配電線3に流れる負荷電流をIdc、電圧検出器7aで得られる直流系統電圧をVdcとすると、
Vdc=VS−R・Idc ……(1)
で表される。
今、整流装置2の出力である直流電圧VSが一定の電圧に制御されていると仮定すれば、負荷電流Idcの振動によって直流系統電圧Vdcが振動することになる。ここで、直流系統電圧Vdcの一定分をVdc´、振動分をΔVdcとし、また負荷電流Idcの一定分をIdc´、振動分をΔIdcとすれば、(1)式は(2)式で表される。
Vdc´+ΔVdc=VS−R(Idc´+ΔIdc) ……(2)
従って、ΔVdc=−R・ΔIdc ……(3)
となる。
この(3)式に示すように、ΔVdcにはΔIdcが対応するので、直流系統電圧Vdcの振動成分ΔVdcを抽出し、直流配電線3の抵抗Rで除した(逆数1/Rで乗ずる)下記の(4)式で表す電流が直流配電線3に流すように制御すれば、下記(5)式のようにΔIdcが打ち消されるので、直流系統電圧Vdcの振動成分を抑制することができる。
ΔIdc(補償量)=ΔVdc/(−R) ……(4)
S−R(Idc´+ΔIdc−ΔVdc/(−R))=VS−R・Idc´……(5)
そこで、電圧振動抑制制御部9では、まず、振動抑制電流指令生成部21にて直流系統電圧Vdcの振動成分を抽出し、当該振動成分を抑制するために流したい電流指令値を生成する。
図2は電圧振動抑制制御部9の各構成要素の出力を簡易的に表したものであって、実線は振動抑制制御を行わなかった場合、点線は振動抑制制御を行った場合を表している。すなわち、振動抑制電流指令生成部21では、電圧検出器7aで検出された直流系統電圧Vdcをハイパスフィルタ21aに入力し、直流系統電圧Vdcの振動成分ΔVdcを抽出する(図2(b)参照)。そして、抽出した振動成分に直流配電系統の等価抵抗相当の逆数(1/R)であるゲイン21bを乗じ、直流系統電圧Vdcの振動を抑制するための振動抑制電流指令値を得た後(図2(c)参照)、減算要素23に送出する。
一方、ハイパスフィルタ22は、電流検出器8で検出された負荷電流Idc(図2(d)参照)を取り込んで実測値である電流に含む振動成分(図2(e)参照)を抽出した後、減算要素23に送出する。減算要素23では、振動抑制電流指令値からハイパスフィルタ22の出力である実測値である振動成分を減算することによって調整量となる制御偏差を取り出し、PI演算制御部24に導入する。PI演算制御部24では、PI演算を実行し負荷電流Idcの振動成分を打ち消すための制御量を得、負荷電圧制御部10に送出する。
負荷電圧制御部10では、加算要素31にて本来の電力消費源6に供給すべき電圧設定値Vrefに電圧振動抑制制御部9の出力である制御量を上乗せして最終的な電圧設定値Vref´を取り出し、減算要素32に入力する。減算要素32は、電圧検出器7bで得られる電力消費源6の負荷電圧と電圧設定値Vref´との偏差を取り出してPI演算制御部33に入力し、電力消費源6の負荷電圧を電圧設定値Vref´に等しくするための制御量を取り出し、加算要素34に導入する。加算要素34は、PI演算制御部33の出力と前記加算要素31の出力とを合算し、直流−直流電力変換装置5が電力消費源6に印加する電圧の目標信号を取り出し、PWM制御部35に入力する。
PWM制御部35では、入力された電圧目標信号と搬送波とを比較することで電圧目標信号に応じた電圧を電力消費源6に印加するための直流−直流電力変換装置5のスイッチング素子のオン/オフ制御信号を生成し、当該直流−直流電力変換装置5を制御する。
すなわち,本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置は、電圧振動抑制制御部9により直流系統電圧Vdcの振動成分を打ち消すために負荷電流に流す制御量を取り出し、さらに負荷電圧制御部10が電圧振動抑制制御部9で得られた制御量
と電圧設定値Vrefと加算して最終的な電圧設定値Vref´を得た後、この電圧設定値Vref´に等しくなるように電力消費源6の負荷電圧を制御するので、直流系統電圧Vdcの振動成分を抑制するための電流を含む負荷電流を、直流配電線3から電力消費源6に流すことができる。
従って、以上のような実施の形態によれば、直流配電系統の電圧振動成分を抽出し、その振動成分を打ち消す成分を負荷電流に含めることができ、負荷の電圧特性によって生じる直流配電系統の電圧振動を抑制し、直流配電系統の電圧を安定化することができる。
<他の実施の形態>
図3は本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態1の一部を変更した他の実施の形態を説明する構成図である。
同図において、図1と異なるところは、直流−直流電力変換装置5の代わりに直流の電力を交流に変換する直交電力変換装置11を設けた点と、負荷電圧制御部10において加算要素31の出力側に新たに乗算要素36を接続し、当該乗算要素36の出力を減算要素32に入力する点とを追加したものである。従って、その他の構成は図1と同様であるので、その説明を省略する。
次に、他の実施の形態における作用について説明する。
他の実施の形態は、直流−直流電力変換装置5を直交電力変換装置11に置き換えることにより、交流電源を必要とする電力消費源6aにも適用可能にしたものである。
また、実施の形態1と同様に電圧振動抑制制御部9を設け、直流系統電圧Vdcの振動を抑制するための制御量を取り出して負荷電圧制御部10に入力する。負荷電圧制御部10では、加算要素31にて電圧振動抑制制御部9からの制御量と電圧設定値Vrefとを加算し、新たに追加した乗算要素36に入力する。
乗算要素36では、加算要素31の出力に基本周波数の正弦波であるsinωtを乗じることにより、交流電圧の電圧設定値Vref"を取り出し、前述同様に減算要素32に入力し、実施の形態1と同様の処理を実行する。すなわち、減算要素32及び加算要素34に入力される電圧設定値が交流の信号であっても、減算要素32、PI演算制御部33、加算要素34及びPWM制御部35の作用は実施の形態1と同様であり、電力消費源6aの電圧は電圧設定値Vref"と等しくなるように直交電力変換装置11を制御することができる。
従って、他の実施の形態においては、電圧設定値Vref"には電圧振動抑制制御部9で生成された制御量が含まれているので、実施の形態1と同様に、直流系統電圧の振動を抑制する電流指令値を含む負荷電流を、直流配電線3から電力消費源6aに流すことができる。
この他の実施の形態によれば、負荷4が直交電力変換装置11を介した交流負荷であっても、実施の形態1と同様に直流配電系統の電圧振動を抑制し、安定化させることができる。
(実施の形態2:請求項2,5に対応)
図4は本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置における実施の形態2を示す構成図である。なお、同図において図1と同一部分には同一の符合を付し、重複する部分の説明を省略する。
先ず、実施の形態1と異なるところは、電圧振動抑制制御部9と負荷電圧制御部10とを切り離し、負荷電圧制御部10にて直流−直流電力変換装置5を制御する点と、負荷4の近傍となる直流配電線3間に新たに分散型電源13を接続するとともに当該分散型電源13を制御する出力制御部12を設け、複数の負荷4が存在する場合でも適用可能とした点と、出力制御部12に電圧振動抑制制御部9のうち振動抑制電流指令生成部21だけを付加し、直流配電系統に生じる電圧振動を抑制する機能を付加した点とを追加したものである。
前記負荷電圧制御部10は、加算要素31を削除し、本来の電力消費源6に供給すべき電圧設定値Vrefを減算要素32に直接入力する構成となる。
前記出力制御部12は、有効電力設定値Preを電圧検出器7aの検出電圧で除算し電流指令値を取り出す除算要素41と、この除算要素41の出力から電流指令値の直流分を取り出すローパスフィルタ42と、この直流分と振動抑制電流指令生成部21の電流指令値とを加算する加算要素43と、この加算要素43の出力を、直流配電系統に連係するラインに挿入される電流検出器8aの電流で減算する減算要素44と、PI演算制御部45と、PI演算制御部45の出力と電圧検出器7aで検出される直流系統電圧とを加算する加算要素46と、PWM制御部47とからなる。
前記分散型電源13は、直流系統側に出力する電圧を変化させるものであって、出力制御部12の出力である制御指令で制御される直流−直流電力変換装置5aと、蓄電池またはガスタービン発電機などを核とした直流電源51とで構成される。
次に、以上のように構成された直流配電系統の電圧安定化装置の作用について説明する。
(1) 先ず、最初に振動抑制電流指令生成部21aが無いときの出力制御部12の作用について説明する。
直流−直流電力変換装置5aは、直流電源51の出力のもとに出力制御部12の制御指令に従って直流配電系統側に与える電圧を変化させ、直流系統へ流す電流を制御する役割を持っている。
すなわち、出力制御部12は、除算要素41にて分散型電源13から出力すべき有効電力設定値Prefを電圧検出器7aで検出される直流系統電圧で除算し電流指令値Irefを生成し、ローパスフィルタ42を通すことで電流指令値Irefの直流分Iref2を抽出し、減算要素44に入力する。減算要素44は、ローパスフィルタ42の出力を真の電流指令値Iref2とし、電流検出器8aの検出電圧に相当する出力電流Idc2との偏差を求めた後、PI演算制御部45に入力する。
PI演算制御部45は、減算要素44の出力である偏差に基づき、出力電流Idc2が真の電流指令値Iref2と等しくするための出力電圧の偏差分を生成し、加算要素46に送出する。加算要素46は、PI演算制御部45の出力と電圧検出器7aで検出される直流系統電圧とを合算することで出力電圧目標を取り出し、PWM制御部47に入力する。ここで、PWM制御部47は、加算要素46の出力に応じた電圧を出力するための制御信号を分散型電源13の直流−直流電力変換装置5aに供給し、電流検出器8aで検出された出力電流がローパスフィルタ42の出力である電流指令値Iref2と等しくなるように制御する。
(2) 出力制御部12に振動抑制電流指令生成部21aを付加したときの作用について説明する。
振動抑制電流指令生成部21aにおいては、ハイパスフィルタ21aaとゲイン21abによって直流系統電圧の振動を抑制するための電流指令値を取り出し、加算要素43に送出する。加算要素43には、ローパスフィルタ42を通過してきた電流指令値Irefの直流分Iref2が入力されているので、当該直流分Iref2に電流指令値を加算することにより、直流系統電圧の振動を抑制するための電流指令値を含む新たな電流指令値Iref2´を取り出し、PWM制御部47を介して直流−直流電力変換装置5aを制御することにより、分散型電源13から直流系統に流れる電流として振動抑制用電流指令値を含む電流指令値Iref2´と等しくなるように制御する。
従って、以上のような実施の形態2によれば、実施の形態1と同様に直流配電系統の電圧振動を抑制できると共に、例えば負荷4が複数存在する場合でも、各負荷4ごとに振動抑制電流指令生成部21と出力制御部12を追加し調整する必要があるが、ここでは、出力制御部12に分散型電源13を追加することにより、複数の負荷4,…にも十分に対応可能な直流電力を与えることができ、例えば1つの出力制御部12などの調整で済み、調整の手間を大幅に省くことができる。
(実施の形態3:請求項3,5に対応)
図5は本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置における実施の形態3を示す構成図である。なお、同図において図1,図4と同一部分には同一の符合を付し、重複する説明を省略する。
この実施の形態3において、実施の形態2を説明する図4と異なるところは、分散型電源13の代わりに直流−直流電力変換装置5bとコンデンサ52と電圧検出器7dとからなる電圧振動抑制部14を設けた点と、この電圧振動抑制部14の近傍に電流検出器8bを設けた点と、出力制御部12に代えて電圧振動抑制部14の直流−直流電力変換装置5bを制御するためのコンデンサ電圧制御部15を設けた点とにある。そして、コンデンサ電圧制御部15に電圧振動抑制制御部9のうち振動抑制電流指令生成部21bだけを付加し、直流配電系統に生じる電圧振動を抑制することにある。
コンデンサ電圧制御部15は、コンデンサ52の電圧設定値Edpから電圧検出器7dの出力を減算する減算要素61と、減算要素61の出力を入力とするヒステリシス62と、ヒステリシス62の出力と振動抑制電流指令生成部21の電流指令値とを加算する加算要素63と、この加算要素63の出力を、直流系統のラインに挿入される電流検出器8bの電流で減算する減算要素64と、PI演算制御部65と、PI演算制御部65の出力と電圧検出器7aで検出される直流系統電圧とを加算する加算要素66と、PWM制御部67とで構成される。
次に、以上のように構成された直流配電系統の電圧安定化装置の作用について説明する。
(1) 先ず、最初に振動抑制電流指令生成部21が無いときのコンデンサ電圧制御部15の作用について説明する。
コンデンサ電圧制御部15では、減算要素61により電圧検出器7dで検出されたコンデンサ電圧と電圧設定値Edpとの偏差を求め、ヒステリシス62に入力する。このヒステリシス62は、減算要素61からの出力が予め定めた値を超えたときに一定値となる電流指令値Iref3を出力して減算要素64に入力する。
減算要素64は、ヒステリシス62の出力から電流検出器8bの検出値である出力電流Idc3を減じすることで電流偏差を得た後、PI演算制御部65に入力し、当該電流偏差が最小化するための直流−直流電力変換装置5bの出力電圧調整分に相当する信号を取り出し、加算要素66に入力する。加算要素66は、PI演算制御部65の出力と電圧検出器7aの出力である直流系統電圧Vdcとを合算して出力電圧目標値を取り出し、PWM制御部67にて当該出力電圧目標値に応じた電圧を出力するための制御信号を直流−直流電力変換装置5bに送出する。
これによって、電流検出器8bで検出される出力電流がヒステリシス62の出力である電流指令値Iref3と等しくなるように制御する。
なお、ヒステリシス62の特性は図6に示すように、入力がプラスでしきい値p2を超えるとプラスの一定値を出力し、入力がしきい値p1を下回るまでプラスの一定値の出力に保持され、入力がしきい値p1を下回ると出力が0となる。
逆に、入力がマイナスでしきい値m2を超えるとマイナスの一定値を出力し、入力がしきい値m1を下回るまでマイナスの一定値の出力に保持され、入力がしきい値m1を下回ると出力が0となる。
(2) コンデンサ電圧制御部15に振動抑制電流指令生成部21bを付加したときの作用について説明する。
振動抑制電流指令生成部21bにおいては、実施の形態2と同様に、ハイパスフィルタ21baとゲイン21bbとによって直流系統電圧の振動を抑制するための電流指令値を取り出して加算要素63に入力する。ここで、電流指令値Iref3に振動抑制電流指令生成部21bの振動抑制電流指令値を加算しているので、当該加算要素63の出力は直流系統電圧の振動抑制電流指令値を含む新たな電流指令値Iref3´となる。その結果、電圧振動抑制部14から直流系統に流れる電流としては、電流指令値Iref3´と等しくなるように制御される。
従って、以上のような実施の形態によれば、実施の形態1と同様に直流配電系統の電圧振動を抑制することができる。また、例えば実施の形態2に示すように直流配電系統に既存の負荷4や分散型電源13だけが接続され、直流配電系統に生じる振動を抑制したい場合には図5に示すコンデンサ電圧制御部15、振動抑制電流指令生成部21b及び電圧振動抑制部14を付加することにより直流配電系統に生じる振動を抑制することができる。その結果、既存の負荷4や分散型電源13がそのまま組み組んだ状態となっているので、既存の負荷4や分散型電源13などの機器の改修する手間を省くことができる。
なお、電圧振動抑制部14のコンデンサ52に代えて電池に置換えても構わない。
(実施の形態4:請求項4,5に対応)
図7は本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置における実施の形態4を示す構成図である。なお、この実施の形態は、実施の形態1〜実施の形態3を組み合わせたものであり、各実施の形態と同一部分には同一の符合を付し、重複する説明を省略する。
実施の形態4は、実施の形態1の構成である図1と比較して異なるところは、大きく分けて4つからなる。
その1つ目は、負荷4の近傍となる直流配電線3間に分散型電源13と、電圧振動抑制部14と、電流検出器8a,8bを設けた点である。
2つ目は、電流検出器8bの出力を入力とする停止判定回路71aと、この停止判定回路71aの出力と振動抑制電流指令生成部21aの出力を入力とする選択回路72aと、電流検出器8aの出力と停止判定回路71aの出力とを入力とする停止判定回路71bと、この停止判定回路71bの出力と電圧振動抑制制御部9の出力を入力とする選択回路72bとを追加した点である。
また、3つ目は、電圧検出器7aの出力を入力とする振動抑制電流指令生成部21a,21bと、電圧検出器7aの出力と選択回路72aの出力と電流検出器8aの出力とを入力とする出力制御部12と、電圧検出器7dの出力と振動抑制電流指令生成部21bの出力と電流検出器8bの出力を入力とするコンデンサ電圧制御部15とを追加した点である。
さらに、4つ目は、負荷電圧制御部10の入力の一部を電圧振動抑制制御部9から選択回路72bの出力に変更した点である。
以下、実施の形態4の作用について説明する。
基本的には、電圧振動抑制制御部9と負荷電圧制御部10と負荷4とを組合せた作用は実施の形態1で述べた通りであり、振動抑制電流指令生成部21aと出力制御部12と分散型電源13とを組合せた作用は実施の形態2で述べた通りであり、振動抑制電流生成部21bとコンデンサ電圧制御部15とを組合せた作用は実施の形態3で述べた通りであり、それぞれ直流系統電圧の振動を抑制する効果を持っている。
実施の形態4において特に異なる作用は、停止判定回路71aは電流検出器8bで検出された電流が予め定めたレベル以下のとき、電圧振動抑制部14が停止しているものと判断し、電圧振動抑制部14停止中を表す信号を次の電圧振動抑制機能を持つ分散型電源13の選択回路72aに送出する。
選択回路72aは、停止判定回路71aから送られてくる信号に基づき、電圧振動抑制部14が動作中ならば振動抑制電流生成部21aの出力を出力制御部12に送らず、電圧振動抑制部14停止中を表す信号を受けたときに振動抑制電流生成部21aの出力を選択し、出力制御部12に送るように動作する。
その結果、振動抑制電流生成部21aは、電圧振動抑制部14が停止時み電圧振動抑制機能が動作することになる。
停止判定回路71bは、電流検出器8aで検出された電流が予め定めたレベル以下ならば分散型電源13が停止しているものと判断したうえで、停止判定回路71aからの信号により電圧振動抑制部14も停止中と判断したとき、これ機器13,14停止中を表す信号を次の電圧振動抑制を持つ負荷4の選択回路72bに送出する。
選択回路72bは、停止判定回路71bからの信号に基づき、分散型電源13と電圧振動抑制部14の何れかが動作中ならば、電圧振動抑制制御部9の出力を負荷電圧制御部10に送らず、何れも停止中であれば送るように動作する。その結果、分散型電源13と電圧振動抑制部14がともに停止中の場合のみ電圧振動抑制機能が動作することになる。
よって、以上のように各機器の起動停止情報を順次所定の方向にリレーしていくことにより、少なくとも1つの機器では電圧振動抑制機能が動作している状態を堅持する。
なお、各機器の停止判定は制御部から出力を利用するなど、他の手段であっても構わない。
従って、実施の形態4によれば、実施の形態1と同様に直流系統電圧の振動を抑制することができるとともに、電圧振動抑制機能を持った機器や負荷が点検や故障で停止している場合でも、電圧の振動抑制機能を断たれることなく、振動抑制効果の機能を有効に発揮させることができる。
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
1…交流電源、2…整流装置、3…直流配電線、4…負荷、5,5a…直流−直流電力変換装置、6,6a…電力消費源、7a,7b,7d…電圧検出器、8,8a,8b…電流検出器、9…電圧振動抑制制御部、10…負荷電圧制御部、11…直交電力変換装置、12…出力制御部、13…分散型電源、14…電圧振動抑制部、15…コンデンサ電圧制御部、21,21a,21b…振動抑制電流指令生成部、21a,21aa,21ba…ハイパスフィルタ、21b,21ab,21bb…ゲイン、22…ハイパスフィルタ、51…直流電源、52…コンデンサ、71a,71b…停止判定回路、72a,72b…選択回路。

Claims (5)

  1. 直流電力を出力する少なくとも1つの直流電源と、この直流電源の直流電力を負荷側へ配電する直流配電線と、この直流配電線から配電される直流電力を電力変換装置を介して電力消費する負荷とから成る直流配電系統において、
    前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部を有し、この生成部で得られた振動を抑制する電流指令値を用いて、前記直流配電系統から前記負荷に流れる負荷電流の振動成分を打ち消す制御量を取り出す電圧振動抑制制御部と、
    この電圧振動抑制制御部で取り出した制御量と予め設定された前記負荷に供給すべき電圧設定値とを合算して最終電圧設定値とし、前記負荷の電圧が当該最終電圧設定値と等しくなるように前記電力変換装置を制御する負荷電圧制御部と
    を備えたことを特徴とする直流配電系統の電圧安定化装置。
  2. 直流電力を出力する少なくとも1つの直流電源と、この直流電源の直流電力を負荷側へ配電する直流配電線と、この直流配電線から配電される直流電力を第1の電力変換装置を介して電力消費する負荷とから成る直流配電系統において、
    前記直流配電線間に第2の電力変換装置を介して接続され、当該第2の電力変換装置を介して前記直流配電線に直流電力を供給する分散型電源と、
    前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部と、
    前記直流配電系統の直流系統電圧と前記分散型電源から出力すべき電力設定値とから第1の電流指令値を生成し、この第1の電流指令値と前記振動抑制電流指令生成部で生成された振動を抑制する電流指令値とを合算し、この振動を抑制する電流指令値を含む新たな第2の電流指令値を取得し、前記直流配電系統に流す電流を前記第2の電流指令値となるように前記分散型電源の第2の電力変換装置を制御する出力制御部と
    を備えたことを特徴とする直流配電系統の電圧安定化装置。
  3. 直流電力を出力する少なくとも1つの直流電源と、この直流電源の直流電力を負荷側へ配電する直流配電線と、この直流配電線から配電される直流電力を第1の電力変換装置を介して電力消費する負荷とから成る直流配電系統において、
    前記直流配電線間に第2の電力変換装置を介して接続され、前記直流配電線とコンデンサ電圧との間で電力の授受を行う電圧振動抑制部と、
    前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部と、
    前記コンデンサ電圧が当該コンデンサの電圧設定値と等しくなるような第1の電流指令値を生成し、この第1の電流指令値と前記振動抑制電流指令生成部で生成された振動を抑制する電流指令値とを合算し、この振動を抑制する電流指令値を含む新たな第2の電流指令値を取得し、前記直流配電系統に流す電流を前記第2の電流指令値となるように前記電圧振動抑制部の第2の電力変換装置を制御するコンデンサ電圧制御部と
    を備えたことを特徴とする直流配電系統の電圧安定化装置。
  4. 直流電力を出力する少なくとも1つの直流電源と、この直流電源の直流電力を負荷側へ配電する直流配電線と、この直流配電線から配電される直流電力を第1の電力変換装置を介して電力消費する負荷とから成る直流配電系統において、
    それぞれ当該直流配電系統を共通として前記請求項1,2及び3の順位で多段的に接続してなる構成と、
    前記下位となる請求項3の構成の前記直流配電系統を流れる電流が予め定めた第1の所定レベル以下のとき、前記電圧振動抑制部が停止中と判定する第1の停止判定手段と、
    この第1の停止判定手段の出力信号と前記請求項3の構成の前記振動抑制電流指令生成部の出力とから前記電圧振動抑制部または当該振動抑制電流指令生成部の電圧振動抑制機能を生かすように選択する第1の選択手段と、
    前記中位となる請求項2の構成の前記直流配電系統を流れる電流が予め定めた第2の所定レベル以下のときに前記分散型電源が停止であると判定し、前記第1の停止判定手段から停止信号を受けたとき、前記中位以下の電圧振動抑制機能も停止中と判定する第2の停止判定手段と、
    この第2の停止判定手段から前記中位以下の電圧振動抑制機能が停止中であるとする信号を受けたとき、上位の請求項1の構成の前記電圧振動抑制制御部の出力を選択する第2の選択手段と
    を備えたことを特徴とする直流配電系統の電圧安定化装置。
  5. 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の直流配電系統の電圧安定化装置において、
    前記振動抑制電流指令生成部は、前記直流配電系統の直流系統電圧に含む振動成分を抽出するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出力を1/(直流配電線の抵抗相当)で乗算し、電流変換された振動を抑制する電流指令値を取得するゲインとで構成されていることを特徴とする直流配電系統の電圧安定化装置。
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