JP6173978B2 - 単独運転検出方法、単独運転検出装置及び分散型電源システム - Google Patents
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図1は、本発明の実施例1における分散型電源システムの概略の構成を示す機能ブロック図である。図3は、図1中のステップ注入発生条件(高調波電圧変動)を示す図である。更に、図4は、図1中のステップ注入発生条件(基本波電圧変動)を示す図である。
第2:注入量は、上限を0.1p.u.(=1per unit)とする。
第3:無効電力は、PCS33から見て電流位相を遅らせる方向に注入する(周波数は低下方向)。
第4:無効電力のステップ注入は、前記ステップ注入発生条件を満たしてから系統周波数(周期)の半サイクル以内に行う。
図1の分散型電源システムにおいて、負荷35に対して分散型電源31の電力供給能力が大きい場合、分散型電源31から出力されたDC電力は、電流制御処理部51のスイッチング制御により、インバータ部41にてAC電力に変換される。変換されたAC電力は、インダクタ42、コンデンサ43、連系スイッチ44及び連系点36を経由して、負荷35へ供給される。分散型電源31の余剰電力は、トランス34等を経由して電力系統32へ逆潮流される。負荷35に対して分散型電源31の電力供給が不足する場合は、電力系統32から供給されたAC電力が、トランス34等を経由して負荷35へ供給(潮流)される。電力系統32の不測の停電時又は作業停電時には、単独運転検出部55によってPCS33の単独運転状態が検出され、この検出結果に基づいて連系スイッチ44がオフ状態になり、分散型電源31が電力系統32から解列(遮断)されて、分散型電源31の単独運転が防止される。
PCS33の出力電力と負荷35の無効電力アンバランス状態において、電力系統32の停電後、周波数が変化するため、周波数検出回路52a及び周波数計測処理部52bを介して、周波数フィードバック部53により、その周波数変化が検出されて無効電力指令p53eが求められる。求められた無効電力指令p53eが電流制御処理部51に与えられ、この電流制御処理部51により、無効電力がインバータ部41の出力電力に注入され、周波数変化が正帰還される。これにより、周波数変化が大きくなり、単独運転検出部55内の単独運転検出条件に達した場合は、その単独運転検出部55によって単独運転が検出される。又、PCS33の出力電力と負荷35のバランス状態において、電力系統32側に設けられたトランス34における励磁電流の影響により、AC電圧の高調波歪みが変化する。そのため、第1ステップにおいて、無効電力ステップ注入部54により、その高調波歪みの変化が検出されて、周波数を低下させるようなステップ注入量s54fが算出され、加算部53eを通して無効電力指令p53eが生成される。生成された無効電力指令p53eが電流制御処理部51に与えられ、この電流制御処理部51により、無効電力がインバータ部41の出力電力へ注入される。第2ステップにおいて、周波数が変化した後、周波数フィードバック部53が動作するため、単独運転検出部55によって単独運転を検出できる。
本実施例1によれば、高調波注入部56により、インバータ部41の出力電流に比例して、電力系統側のトランス34の励磁電流における高調波成分に同期した高調波電流を、電流制御処理部51を介してインバータ部41の出力側に注入し、電力系統32が停電した時の高調波歪み変化に対してステップ注入発生条件判定部54eのステップ注入発生条件を満足させるようにしている。これにより、インバータ部41の出力電力と負荷35のバランス状態においても、無効電力ステップ注入部54による無効電力のステップ注入動作が行われ、コストの増加や発電量への影響を招くことなく、単独運転検出部55によって分散型電源31の単独運転を的確に検出することができる。
図5は、本発明の実施例2の分散型電源システムにおける電流制御処理部及び高調波注入部の構成例を示す概略の機能ブロック図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
電力系統32が停電すると、インバータ部41側の出力電圧の周波数が変化するため、トランス52dを介して電圧計測回路52eにより、電力系統電圧の位相θ(t)が求められ、PLL制御部52fに与えられる。PLL制御部52fは、位相同期制御を行って位相θ(t)に同期した同期信号φpllを生成し、この同期信号φpllを、電流制御処理部51A内の回転座標系変換部83と5次高調波注入部56Aとに与える。
本実施例2によれば、5次高調波注入部56Aにより、インバータ部41の出力電流に比例して、電力系統側のトランス34Aの励磁電流における高調波成分に同期した5次高調波電流をインバータ部41の出力側に注入し、電力系統32が停電した時の高調波歪み変化に対して図1中のステップ注入発生条件判定部54eのステップ注入発生条件を満足させるようにしている。そのため、実施例1と略同様に、コストの増加や発電量への影響を招くことなく、単独運転検出部55によって分散型電源31の単独運転を的確に検出することができる。
図6は、本発明の実施例3の分散型電源システムにおける電流制御処理部及び高調波注入部の構成例を示す概略の機能ブロック図であり、実施例1、2を示す図1及び図5中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
電力系統32が停電すると、インバータ部41側の出力電圧の周波数が変化するため、トランス52dを介して電圧計測回路52eにより、その周波数変化が検出されて電力系統電圧の位相θ(t)が求められ、PLL制御部52fに与えられる。PLL制御部52fは、位相同期制御を行って位相θ(t)に同期した同期信号φpllを生成し、この同期信号φpllを、3次高調波注入部56Bに与える。3次高調波注入部56Bにおいて、与えられた同期信号φpllに基づき、正弦波生成部73によって正弦波sin(φpll)が生成され、余弦波生成部74によって余弦波cos(φpll)が生成され、更に、3次正弦波生成部75によって3次正弦波sin(3φpll+φex)が生成される。
本実施例3によれば、3次高調波注入部56Bにより、インバータ部41の出力電流に比例して、電力系統側のトランス34Bの励磁電流における高調波成分に同期した3次高調波電流を、電流制御処理部51Bを介してインバータ部41の出力側に注入し、電力系統32が停電した時の高調波歪み変化に対して図1中のステップ注入発生条件判定部54eのステップ注入発生条件を満足させるようにしている。そのため、実施例2と同様に、コストの増加や発電量への影響を招くことなく、単独運転検出部55によって分散型電源31の単独運転を的確に検出することができる。
図7は、本発明の実施例4における分散型電源システムの概略の構成を示す機能ブロック図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
Nvar=Max(|N3−Navr|,|N4−Navr|,|N5−Navr|)
(2) 高調波急変検出条件:
|(N1+N0)/2−Navr|>j×Nvar
又は、
|N0−Navr|>j×Nvar
但し、j;判定係数(例えば、2倍)
本実施例4の分散型電源システムでは、高調波注入部56C内に注入量調整部56bを追加したので、この注入量調整部56bにより、インバータ部41側の出力電圧における高調波電圧変動を検出し、規定値(例えば、1.0%)以上、ステップ注入発生条件判定部54eにおけるステップ注入発生条件を満たさない場合には、n次高調波注入部56aに対して高調波電流注入量を増加させる。分散型電源システムのその他の動作は、実施例1と同様である。
本実施例4によれば、注入量調整部56bを設けたので、負荷35の変動等があっても、高調波電圧変化を正帰還させるための注入量が調整される。そのため、単独運転検出部55によって分散型電源31の単独運転をより的確に検出することができる。
本発明は、上記実施例1〜4に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(a)、(b)のようなものがある。
32 電力系統
33,33C PCS(パワーコンディショナ)
34,34A,34B トランス
41 インバータ部
51,51A,51B 電流制御処理部
52 系統周波数計測部
53 周波数フィードバック部
54 無効電力ステップ注入部
55 単独運転検出部
56,56A,56B,56C 高調波注入部
Claims (9)
- 分散型電源から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ部が、電力系統から切り離されて単独運転を行う時に、無効電力をステップ状に注入するためのステップ注入発生条件が満たされていれば、前記インバータ部から前記電力系統側へ、前記無効電力をステップ状に注入して系統周波数を急変させる第1ステップと、
前記系統周波数の変化率に比例して前記無効電力の注入を増大させて、前記系統周波数の変化を拡大することにより、前記系統周波数の異常を生じさせて前記単独運転を検出させる第2ステップと、
を有する単独運転検出方法において、
前記電力系統側へ高調波電流を注入し、前記電力系統の停電時における高調波電圧の変化により、前記ステップ注入発生条件を満足させて、前記第1ステップを実行させることを特徴とする単独運転検出方法。 - 前記電力系統側の変圧器の励磁電流における高調波成分の位相角に合わせて、前記高調波電流の注入を行うことを特徴とする請求項1記載の単独運転検出方法。
- 前記電力系統は、単相系統又は三相系統であり、
前記高調波電流は、3次、5次又は7次高調波電流である、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の単独運転検出方法。 - 前記電力系統は、三相系統であり、
前記高調波電流は、5次高調波電流であり、
空間ベクトル回転座標系上のd軸電流指令idrefとq軸電流指令iqrefとに対し、下記式のd軸高調波指令i69とq軸高調波指令i70とをそれぞれ加算して、前記5次高調波電流の注入を行うことを特徴とする請求項2記載の単独運転検出方法。
i69=idref×k×((cos(6φpll)×cos(φex)−sin(6φpll)×sin(φex))
i70=−idref×((sin(6φpll)×cos(φex)+cos(6φpll)×sin(φex))
但し、k;係数
φpll;系統周波数に同期した同期信号
φex;高調波成分の位相角 - 前記高調波電圧の変化を検出し、規定値以上、前記ステップ注入発生条件を満たさない場合には前記高調波電流の注入量を増加させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の単独運転検出方法。
- 分散型電源から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ部が、電力系統から切り離されて単独運転を行う時に、無効電力をステップ状に注入するためのステップ注入発生条件が満たされていれば、前記インバータ部から前記電力系統側へ、前記無効電力をステップ状に注入して系統周波数を急変させる無効電力ステップ注入手段と、
前記系統周波数の変化率に比例して前記無効電力の注入を増大させて、前記系統周波数の変化を拡大することにより、前記系統周波数の異常を生じさせて前記単独運転を検出させる周波数フィードバック手段と、
を有する単独運転検出装置において、
前記電力系統側へ高調波電流を注入し、前記電力系統の停電時における高調波電圧の変化により、前記ステップ注入発生条件を満足させて、前記無効電力の注入を行わせる高調波注入手段、
を設けたことを特徴とする単独運転検出装置。 - 前記高調波注入手段は、
前記電力系統側の変圧器の励磁電流における高調波成分の位相角に合わせて、前記高調波電流の注入を行うことを特徴とする請求項6記載の単独運転検出装置。 - 前記電力系統は、三相系統であり、
前記高調波電流は、5次高調波電流であり、
前記高調波注入手段は、
空間ベクトル回転座標系上のd軸電流指令idrefとq軸電流指令iqrefとに対し、下記式のd軸高調波指令i69とq軸高調波指令i70とをそれぞれ加算して、前記5次高調波電流の注入を行うことを特徴とする請求項7記載の単独運転検出装置。
i69=idref×k×((cos(6φpll)×cos(φex)−sin(6φpll)×sin(φex))
i70=−idref×((sin(6φpll)×cos(φex)+cos(6φpll)×sin(φex))
但し、k;係数
φpll;系統周波数に同期した同期信号
φex;高調波成分の位相角 - 直流電力を供給する分散型電源と、
前記分散型電源の系統連系に用いられ、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、
請求項6〜8のいずれか1項記載の単独運転検出装置と、
を備えることを特徴とする分散型電源システム。
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