JP6269295B2 - 残電圧演算回路、停電判定回路、および系統連系装置 - Google Patents

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Description

本発明は、3相系統に連系する回路において、三相短絡や二相短絡などの事故様相によらず、残電圧を推定することができる残電圧演算回路に関する。
図8に停電判定回路を有する系統連系装置1のブロック図を示す。図8において、2は系統、3は交流/直流電力変換を行う逆変換器、4は太陽電池などの直流電源を表す。
図8は、3相の相電圧VR,VS,VTを連系トランス5a,5bにより線間電圧VRS,VSTに変換する。この線間電圧VRS,VSTをAD変換器6a,6bによりデジタル信号に変換後、線間電圧演算部7において線間電圧VRS,VSTから線間電圧VTRを計算する。実効値演算部8a,8b,8cにより3つの線間電圧VRS,VST,VTRそれぞれに対して実効値演算を行い、比較器9a,9b,9cによりその実効値と闘値電圧とを比較する。OR回路10において、その比較結果の論理和を電圧低下状態の判定結果として逆変換器3を停止する停止信号を生成する。
特開2004−156986号公報 特開平4−95775号公報 特開平6−245383号公報 特開平10−155276号公報 特開2012−252443号公報
JEAC9701−2012
系統連系規定(JEAC9701−2012)などに規定される運転継続(Fault Ride Through)要件(以下、FRT要件と称する)において、三相短絡時や二相短絡時における運転の継続性が求められている。これらの系統事故における様相の1例として、残電圧20%における三相短絡、二相短絡における電圧のベクトル図を図9に示す。ここで、残電圧は正常時に対する事故発生時の電圧比率を示す。
図9において、(a)が三相短絡時の電圧ベクトル図、(b)と(c)は系統2で二相短絡事故が発生した場合の電圧ベクトル図である。図9の実線に、系統事故発生後の線間電圧ベクトルを示す。
事故後の線間電圧ベクトルの大きさは、系統のインピーダンスおよび連系トランス5a,5bの構成に依存する。上位系統で二相短絡事故が発生し、その時に事故点と系統連系装置1の受電点で連系トランス5a,5bの結線による位相のずれがない場合は(b)の線間電圧ベクトルとなる。連系トランス5a,5bの結線により位相が30°ずれる場合は(c)の線間電圧ベクトルとなる。(a)と(b)に示す事故様相では、線間電圧実効値の最低値から残電圧の低下を推定することができる。しかし、(c)の場合では、線間電圧実効値の最低値が(a)(b)と比較して大きいため線間電圧実効値の最低値から残電圧の推定が困難であり、運転継続の判定や制御の切り替えなどを実施する場合に問題となる。
以上示したようなことから、3相系統に連系する回路において、いかなる電圧低下時の事故様相においても残電圧を推定することが課題となる。
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、三相系統の線間電圧に基づいて正相位相と逆相位相を計算する位相同期回路と、線間電圧を正相位相と逆相位相により回転座標変換して正相D軸成分,正相Q軸成分,逆相D軸成分,逆相Q軸成分を計算するDQ変換部と、正相D軸成分,正相Q軸成分,逆相D軸成分,逆相Q軸成分をそれぞれローパスフィルタ処理により干渉成分を除去するローパスフィルタと、前記干渉成分を除去した正相D軸成分,正相Q軸成分に基づいて正相成分絶対値を計算し、前記干渉成分を除去した逆相D軸成分,逆相Q軸成分に基づいて逆相成分絶対値を計算する絶対値演算部と、正相成分絶対値と逆相成分絶対値との差から電圧低下時の事故様相によらない残電圧である非対称残電圧を計算する差分器と、を備えたことを特徴とする。
また、その一態様として、前記正相成分絶対値と逆相成分絶対値の和から電圧低下時の事故様相が3相短絡時の残電圧である対称残電圧を計算する加算器を備えたことを特徴とする。
また、前記非対称残電圧または前記対称残電圧により系統の停電状態を判定してもよい。
本発明によれば、3相系統に連系する回路において、いかなる電圧低下時の事故様相においても残電圧を推定することが可能となる。
実施形態1における残電圧演算回路を示すブロック図。 非対称残電圧と対称残電圧を示す電圧ベクトル図。 実施形態2における非対称/対称残電圧演算回路を示すブロック図。 定常状態における残電圧を示すタイムチャート。 3相短絡時における残電圧を示すタイムチャート。 2相短絡時(連系トランス:Y/Y結線)における残電圧を示すタイムチャート。 2相短絡時における(連系トランス:Y/Δ結線)における残電圧を示すタイムチャート。 停電判定回路を有する系統連系装置を示すブロック図。 電圧低下時の電圧ベクトル図。
本発明は、3相系統に連系する回路において、いかなる電圧低下時の事故様相においても残電圧を推定するための回路方式を提供するものである。
先に説明したとおり、線間電圧それぞれに対して電圧低下量の判定を行うと、事故様相によっては残電圧を推定することが困難である。そのため、電圧低下量を座標変換処理により一括で処理する方法により電圧低下量を推定する。
以下、本発明に係る残電圧演算回路における実施形態1〜2を図3〜図9に基づいて詳述する。
[実施形態1]
図1は、実施形態1における残電圧演算回路を示すブロック図である。
本実施形態1における残電圧演算回路は、図8に示す停電判定回路と線間電圧VRS,VSTをAD変換器6a,6bによって取り込むまでは同一だが、それ以降の処理が異なる。
まず、図1に示すように、線間電圧VRS,VSTより位相同期回路11により正相位相θpos(=1次の位相成分)と逆相位相θneg(=−1次の位相成分)を求める。次に、DQ変換部12a,12bにおいて、これらの正相位相θpos,逆相位相θnegにより線間電圧VRS,VSTをDQ変換し、正相D軸成分VPOSD、正相Q軸成分VPOSQ、逆相D軸成分VNEGD,逆相Q軸成分VNEGQを求める。
正相D軸成分VPOSD,正相Q軸成分VPOSQには逆相成分が、逆相D軸成分VNEGD,逆相Q軸成分VNEGQには正相成分がそれぞれ2次高調波成分として重畳されているため、ローパスフィルタLPFa,LPFb、LPFc,LPFdにより、LPF処理(周期移動平均処理:特許文献5や、その他2次高調波成分を除去可能な処理)し、これを除去する。以上の技術は、特許文献1に開示されている。
次に、絶対値演算部13a,13bにおいて、正相と逆相それぞれのDQ軸成分の絶対値を演算することにより、正相成分絶対値VPOSと逆相成分絶対値VNEGを計算する。
この正相成分絶対値VPOSと逆相成分絶対値VNEGの差分を差分器14において計算することにより、非対称残電圧VDIPAを計算することができる。この非対称残電圧VDIPAは系統事故の様相によらずに残電圧を計算することができるため、電圧判定が可能となり、FRT要件などにおいてより適切な制御が可能となる。
以上示したように、本実施形態1によれば、3相の電力系統に連系する系統連系装置において、系統事故発生時の系統の残電圧と事故様相を推定することが可能となる。
また、停電回路において、この非対称残電圧VDIPAに基づいて、停電の判定を行うことも可能である。さらに、前記残電圧演算回路,停電判定回路を系統連系装置に適用可能である。
[実施形態2]
実施形態1において、非対称残電圧VDIPAを求める回路を示したが、非対称残電圧VDIPAは三相短絡と二相短絡いずれの事故様相においても残電圧を計算するため、例えば三相短絡時のみを検出したい場合などには別の方法を検討する必要がある。そこで、非対称成分によらず残電圧を計算する非対称残電圧VDIPAと3相対称で電圧が低下したときのみの残電圧の検出を目的として計算する対称残電圧VDIPBを図2に示すように電圧ベクトル図にて定義する。
図3に示すように、絶対値演算部13a,13bにおいて、正相成分絶対値VPOSと逆相成分絶対値VNEGを計算して、その差から非対称残電圧VDIPAを計算するところまでは実施形態1と同様である。本実施形態2では、加算器15により、正相成分絶対値VPOSと逆相成分絶対値VNEGの和から対称残電圧VDIPBを計算している点が実施形態1と異なっている。
図2は、各事故様相における非対称残電圧VDIPAおよび対称残電圧VDIPBを示している。非対称残電圧VDIPAは何れのケースでも残電圧20%を示す。対称残電圧VDIPBは、図2に示す事故様相において(a)の3相短絡ケースにおいてのみ残電圧20%を示し、(b)と(c)の2相短絡においては残電圧100%を示す。(a)の対称残電圧VDIPBと(b)または(c)の対称残電圧VDIPBは大きく異なるため、対称残電圧VDIPBを求めることによって、3相短絡状態のみを検出することができる。
また、三相短絡時は二相短絡時と比較して電圧の変化量が大きく、逆変換器3の損失の増大や連系トランス5a,5bの突入電流が大きくなるなどの問題がある。そのため、二相短絡時と比較してより素早く電圧低下を検出する必要がある。そこで、対称残電圧VDIPBを用いて電圧低下を検出することにより、3相短絡状態のみをより素早く検出することができる。
さらに、非対称残電圧VDIPAと対称残電圧VDIPBの比較により、電圧低下時の事故様相が三相短絡か二相短絡かを判定することが可能になり、事故様相による系統連系装置の制御の切り替えなどを実施することが可能になる。
以降の図4〜図7に定常状態、3相短絡時、2相短絡時(連系トランス:Y結線),2相短絡時(連系トランス:Δ結線)における線間電圧VRS,VST,VTR,正相成分絶対値VPOS,逆相成分絶対値VNEG,非対称残電圧VDIPA,対称残電圧VDIPBの所定の条件におけるシミュレーション波形例を示す。
これらの波形例より、非対称残電圧VDIPAは図4の定常状態においては一定だが、図5,図6、図7における残電圧が20%となる電圧低下時のいずれの状態でも20%となることを確認できる。また、対称残電圧VDIPBでは図5の三相短絡時のみにおいて20%となることを確認でき、三相短絡時のみの変化を確認できる。
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
例えば、実施形態1,2では系統連系装置を例にとって説明したが、本発明は系統連系装置に限るものではない。三相信号において不平衡状態により制御を行う他の装置にも適用可能である。
5a,5b…連系トランス
11…位相同期回路
12a,12b…DQ変換部
13a,13b…絶対値演算部
14…差分器
15…加算器
R,VS,VT…相電圧
RS,VST,VTR…線間電圧
θPOS,θneg…正相位相,逆相位相
POSD…正相D軸成分
POSQ…正相Q軸成分
NEGD…逆相D軸成分
NEGQ…逆相Q軸成分
POS…正相成分絶対値
NEG…逆相成分絶対値
DIPA…非対称残電圧
DIPB…対称残電圧

Claims (4)

  1. 三相系統の線間電圧に基づいて正相位相と逆相位相を計算する位相同期回路と、
    線間電圧を正相位相と逆相位相により回転座標変換して正相D軸成分,正相Q軸成分,逆相D軸成分,逆相Q軸成分を計算するDQ変換部と、
    正相D軸成分,正相Q軸成分,逆相D軸成分,逆相Q軸成分をそれぞれローパスフィルタ処理により干渉成分を除去するローパスフィルタと、
    前記干渉成分を除去した正相D軸成分,正相Q軸成分に基づいて正相成分絶対値を計算し、前記干渉成分を除去した逆相D軸成分,逆相Q軸成分に基づいて逆相成分絶対値を計算する絶対値演算部と、
    正相成分絶対値と逆相成分絶対値との差から電圧低下時の事故様相によらない残電圧である非対称残電圧を計算する差分器と、を備えたことを特徴とする残電圧演算回路。
  2. 前記正相成分絶対値と前記逆相成分絶対値の和から電圧低下時の事故様相が3相短絡時の残電圧である対称残電圧を計算する加算器を備えたことを特徴とする請求項1記載の残電圧演算回路。
  3. 請求項1または請求項2の残電圧演算回路で算出された前記非対称残電圧または前記対称残電圧の少なくとも何れか一方を用いることにより、系統の停電状態を判定することを特徴とする停電判定回路。
  4. 請求項1〜3のうち何れか1項に記載の回路を備えた系統連系装置。
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