JP6143826B2 - インバータシステムに用いられる制御方法及び制御装置 - Google Patents
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Description
負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び電圧基準信号vrefを受信するステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び前記の電圧基準信号vrefに基づいて、有効電力を反映する命令信号Pset及び無効電力を反映する命令信号Qsetを含むインバーター出力電力を反映する命令信号を生成するステップと、
前記の有効電力を反映する命令信号Psetを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線(P−F)の第1オフセット量とし、且つ前記の無効電力を反映する命令信号Qsetを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線(Q−V)の第2オフセット量とするステップと、
前記の第1オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を横方向に並行移動し、前記の第2オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線を横方向に並行移動し、インバーターユニットの調整後の出力電圧の周波数と出力電圧の振幅によりインバータシステムの負荷電圧を調整するステップと、を備える。
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び前記の電圧基準信号vrefに基づいて、仮想電流ivを計算するステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び計算した仮想電流ivに基づいて、ドット積計算により前記の有効電力を反映する命令信号Psetを得るステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び計算した仮想電流ivに基づいて、クロス積計算により前記の無効電力を反映する命令信号Qsetを得るステップと、をさらに含み、
負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び電圧基準信号vrefを受信し、有効電力を反映する命令信号Pset及び無効電力を反映する命令信号Qsetを含むインバーター出力電力を反映する命令信号を出力するシステム電圧制御器と、
前記の複数のインバーターユニットと一対一で対応しており、前記の有効電力を反映する命令信号Pset、前記の無効電力を反映する命令信号Qset、周波数設定信号ωset、電圧振幅設定信号Vset、相応するインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号vo及び出力電流を反映するフィードバック信号ioを受信し、該インバーターユニットの電圧命令信号e*を出力する複数の単位電圧制御器と、を備える。
前記の有効電力計算ユニットは、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmgと前記の仮想電流ivに基づいて、ドット積計算により前記の有効電力を反映する命令信号Psetを算出し、
前記の無効電力計算ユニットは、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmgと前記の仮想電流ivに基づいて、クロス積計算により前記の無効電力を反映する命令信号Qsetを算出する。
該有効電力を反映する命令信号Psetとインバーターユニットの有効電力を反映する信号Pに基づいて、有効電力偏差を反映する偏差信号を計算する有効電力偏差生成ユニットと、
比率係数mを有し、有効電力偏差生成ユニットからの偏差信号を受信し、該比率係数mに基づいて第1周波数制御信号を得る第1比率ユニットと、
該第1周波数制御信号と該周波数設定信号ωsetを受信し、インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωeを出力する第1重畳ユニットと、
前記のインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωeを積分して、位相制御信号θeを得る第1積分ユニットと、を含み、
ここで、前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線(P−F)は、以下の比較式を満足し、
無効電力を反映する命令信号Qsetとインバーターユニットの無効電力を反映する信号Qを受信して、無効電力偏差を反映する信号を計算する無効電力偏差生成ユニットと、
比率係数nを有し、無効電力偏差生成ユニットからの偏差信号を受信して、第1電圧振幅制御信号を得る第2比率ユニットと、
該第1電圧振幅制御信号と該電圧振幅設定信号Vsetを受信し、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号Eを出力する第2重畳ユニットとを含み、
ここで、前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線(Q−V)は以下の比較式を満足し、
有効電力を反映する命令信号Pset、インバーターユニットの有効電力を反映する信号P及び有効電力訂正信号ΔPに基づいて、有効電力偏差を反映する信号を計算する有効電力偏差生成ユニットと、
前記の有効電力偏差を反映する信号を積分して、インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωeを得る第3積分ユニットと、
前記のインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωeを積分して、位相制御信号θeを得る第4積分ユニットと、
該周波数設定信号ωsetと前記のインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωeを受信し、周波数制御信号を出力する第3重畳ユニットと、
比率係数m’を有し、該周波数制御信号を受信して、該有効電力訂正信号ΔPを得る第3比率ユニットと、を含み、
ここで、前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線(P−F)は、以下の比較式を満足する。
無効電力を反映する命令信号Qset、インバーターユニットの無効電力を反映する信号Q及び無効電力訂正信号ΔQを受信し、無効電力偏差を反映する信号を計算する無効電力偏差生成ユニットと、
前記の無効電力偏差を反映する信号を積分して、該インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号Eを出力する第5積分ユニットと、
インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する信号Vodと該電圧振幅設定信号Vsetを受信し、電圧偏差を反映する信号を出力する第4重畳ユニットと、
比率係数Dqを有し、前記の反映電圧偏差を反映する信号を受信し、該無効電力訂正信号ΔQを得る第4比率ユニットと、を含み、
ここで、前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線(Q−V)は、以下の比較式を満足し、
ここで、電圧命令信号e*は、該インバーターユニットの出力電圧振幅を反映する制御信号Eとインバーターユニットの出力電圧位相を反映する位相制御信号θeに基づいて算出され、e*=E∠θeであり、
インバーターユニットの有効電力を反映する信号Pは、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号voとインバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ioのドット積計算により算出され、P=vo・ioであり、
インバーターユニットの無効電力を反映する信号Qは、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号voとインバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ioのクロス積計算により算出され、
前記の電圧制御モジュールは、前記の電圧命令信号e*とインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号voを受信し、第2電圧命令信号e’を生成し、前記のパルス幅変調制御ユニットは、前記の第2電圧命令信号e’を受信し、該第2電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニットにおける開閉装置を制御する。
前記の電圧制御モジュールは、前記の電圧命令信号e*とインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号voを受信し、第2電圧命令信号e’を生成し、前記の信号重畳ユニットは、前記の電圧命令信号e*と前記の第2電圧命令信号e’を受信し、第3電圧命令信号e’’を生成し、前記のパルス幅変調制御ユニットは、前記の第3電圧命令信号e’’を受信し、該第3電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニットにおける開閉装置を制御する。
単位電圧制御器200は、従来のドループ制御の単位電圧制御器の基本構造を採用している。
実施例2と実施例1との主要な区別は、周波数及び位相生成ユニットである。本実施例において、周波数及び位相生成ユニットは、第1比率ユニット202と第1重畳ユニット203の間に設置される濾波ユニット210を更に備える。図9は、本発明の単位電圧制御器の構造を示す簡略図である。濾波ユニット210の信号伝送関数は((τcs+1)/(τfs+1))であり、1/τfは濾波ユニット210の極点、1/τcは濾波ユニット210の零点である。特に、τc=0の場合、該濾波ユニット210は低域通過濾波器である。
本実施例において、単位電圧制御器200は、仮想同期機の制御による単位電圧制御ユニットを採用することによって実現することができる。図10は、本発明における単位電圧制御器の構造を示す簡略図である。
制御装置は、システム電圧制御器100及び単位電圧制御器200を含む以外に、パルス幅変調制御(PWM)ユニット300をさらに含む。単位電圧制御器200が生成した電圧命令信号e*は、該パルス幅変調制御ユニット300に発信され、該電圧命令信号e*を反映する開閉信号(Switching signals)を生成し、更に該開閉信号を利用してインバーターユニットの開閉装置(例えばIGBT、Mosfet等)を制御する。図11は、制御装置の構造を示す簡略図である。
図12は、制御装置の構造を示す簡略図である。
図13は、制御装置の構造を示す簡略図である。
Claims (14)
- 並列に接続された複数のインバーターユニットを含むインバータシステムに用いられる制御方法であって、
負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び電圧基準信号vrefを受信するステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び前記の電圧基準信号vrefに基づいて、有効電力を反映する命令信号Pset及び無効電力を反映する命令信号Qsetを含む、インバーター出力電力を反映する命令信号を生成するステップと、
前記の有効電力を反映する命令信号Psetを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線(P−F)の第1オフセット量とし、且つ前記の無効電力を反映する命令信号Qsetを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線(Q−V)の第2オフセット量とするステップと、
前記の第1オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を横方向に並行移動し、前記の第2オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線を横方向に並行移動し、インバーターユニットの調整後の出力電圧の周波数と出力電圧の振幅によりインバータシステムの負荷電圧を調整するステップと、
を備えることを特徴とするインバータシステムに用いられる制御方法。 - 請求項1に記載のインバータシステムに用いられる制御方法において、
前記のインバーター出力電力を反映する命令信号を生成するステップは、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び前記の電圧基準信号vrefに基づいて、下記数1を用いて、仮想電流ivを計算するステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び計算した仮想電流ivに基づいて、下記数1を用いて、ドット積計算により前記の有効電力を反映する命令信号Psetを得るステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び計算した仮想電流ivに基づいて、下記数1を用いて、クロス積計算により前記の無効電力を反映する命令信号Qsetを得るステップと、をさらに含み、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御方法。 - 請求項1に記載のインバータシステムに用いられる制御方法において、
該インバータシステムの出力は送電網又は交流系統に接続され、該電圧基準信号vrefは送電網電圧のフィードバック信号であり、又は、該交流系統出力電圧を反映するフィードバック信号である、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御方法。 - 請求項1に記載のインバータシステムに用いられる制御方法において、
前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線(P−F)及び前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線(Q−V)は、以下の比較式(1)〜(4)のいずれか組みを満足し、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御方法。 - 請求項1に記載のインバータシステムに用いられる制御方法において、
該制御方法は三相インバータシステム又は単相インバータシステムに適用される、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御方法。 - 並列に接続された複数のインバーターユニットを含むインバータシステムに用いられる制御装置であって、
負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び電圧基準信号vrefを受信し、有効電力を反映する命令信号Pset及び無効電力を反映する命令信号Qsetを含む、インバーター出力電力を反映する命令信号を出力するシステム電圧制御器と、
前記の複数のインバーターユニットに一一対応しており、前記の有効電力を反映する命令信号Pset、前記の無効電力を反映する命令信号Qset、周波数設定信号ωset、電圧振幅設定信号Vset、相応するインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号vo及び出力電流を反映するフィードバック信号ioを受信し、該インバーターユニットの電圧命令信号e*を出力する複数の単位電圧制御器と、
を備え、
ここで、前記の単位電圧制御器は、前記の有効電力を反映する命令信号Psetを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線(P−F)の第1オフセット量とし、前記の無効電力を反映する命令信号Qsetを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線(Q−V)の第2オフセット量とし、前記の第1オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を横方向に並行移動し、前記の第2オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線を横方向に並行移動し、インバーターユニットの調整後の出力電圧の周波数と出力電圧の振幅により、インバータシステムの負荷電圧を調整する、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。 - 請求項6に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記のシステム電圧制御器は、仮想電流計算ユニット、有効電力計算ユニット、及び無効電力計算ユニットを更に含み、
前記の仮想電流計算ユニットは前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmg及び前記の電圧基準信号vrefに基づいて、下記数6を用いて、仮想電流ivを計算し、
前記の有効電力計算ユニットは、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmgと前記の仮想電流ivに基づいて、下記数7を用いて、ドット積計算により前記の有効電力を反映する命令信号Psetを算出し、
前記の無効電力計算ユニットは、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号vmgと前記の仮想電流ivに基づいて、下記数7を用いて、クロス積計算により前記の無効電力を反映する命令信号Qsetを算出することを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
- 請求項6に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
該インバータシステムの出力は送電網又は交流系統に接続され、該電圧基準信号vrefは送電網電圧のフィードバック信号であり、又は、該交流系統出力電圧を反映するフィードバック信号である、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。 - 請求項6に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線(P−F)及び前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線(Q−V)は、以下の比較式(1)〜(4)のいずれかの組みを満足し、
m’は有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、仮想モーター慣性モーメントを反映する積分ユニットの積分利得は1/H、Dqは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、無効電力偏差の信号を反映する積分ユニットの積分利得は1/Kである、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。 - 請求項6に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記の単位電圧制御器は、仮想同期機模型計算ユニットを含み、該インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号io、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号vo、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号E、インバーターユニットの出力電圧位相を反映する位相制御信号θeを受信し、
インバーターユニットの有効電力を反映する信号P、インバーターユニットの無効電力を反映する信号Q及び該電圧命令信号e*を出力し、
ここで、電圧命令信号e*は、該インバーターユニットの出力電圧振幅を反映する制御信号Eとインバーターユニットの出力電圧位相を反映する位相制御信号θeに基づいて算出され、e*=E∠θeであり、
インバーターユニットの有効電力を反映する信号Pは、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号voとインバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ioのドット積計算により算出され、P=vo・ioであり、
インバーターユニットの無効電力を反映する信号Qは、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号voとインバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ioのクロス積計算により算出され、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。 - 請求項6に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記の制御装置は、前記の電圧命令信号e*を受信し、該電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニットにおける開閉装置を制御するパルス幅変調制御ユニットを更に含む、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。 - 請求項6に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記の制御装置は、電圧制御モジュールと、パルス幅変調制御ユニットを更に含み、
前記の電圧制御モジュールは、前記の電圧命令信号e*とインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号voを受信し、第2電圧命令信号e’を生成し、
前記のパルス幅変調制御ユニットは、前記の第2電圧命令信号e’を受信し、該第2電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を通じてインバーターユニットにおける開閉装置を制御する、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。 - 請求項6に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記の制御装置は、電圧制御モジュールと、パルス幅変調制御ユニットと、信号重畳ユニットとを更に含み、
前記の電圧制御モジュールは、前記の電圧命令信号e*とインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号voを受信し、第2電圧命令信号e’を生成し、
前記の信号重畳ユニットは、前記の電圧命令信号e*と前記の第2電圧命令信号e’を受信し、第3電圧命令信号e’’を生成し、
前記のパルス幅変調制御ユニットは、前記の第3電圧命令信号e’’を受信し、該第3電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニットにおける開閉装置を制御する、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。 - 請求項6に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
該制御装置は三相インバータシステム又は単相インバータシステムに適用されることを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
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