JP6327033B2

JP6327033B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP6327033B2
Application number: JP2014148428A
Authority: JP
Inventors: 敬一郎土居
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2018-05-23
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: JP2016025756A

Description

本発明は、電力変換装置に係わり、特に分散型電源を電力系統に連系して系統に電力を供給する電力変換装置に関するものである。

分散型電源、特に太陽光発電装置のように再生可能エネルギーによる発電電力を、連系された電力系統に電力変換装置を介して供給する場合、太陽光発電装置からの出力制御は太陽光発電を最大電力追従制御（以下ＭＰＰＴという）して電力系統に供給する。電力変換装置により電力系統側に電力を供給すると、系統の連系点電圧は、太陽光発電装置が出力する有効電力Ｐ、及び無効電力Ｑに対して電圧上昇する。この場合の電圧変動△Ｖは、系統電圧をＶｓ、連系線の抵抗をＲ、連系線のリアクタンスをＸとしたとき、次式で近似できることが例えば、特許文献１などによって知られている。
△Ｖ＝（Ｒ・Ｐ＋Ｘ・Ｑ）／Ｖｓ
したがって、連系する系統電圧に規制があり、連系点の電圧上昇を抑制する場合には、有効電力と無効電力を制御することで対応している。

図３は電力変換装置を介して連系される分散型電源と電力系統が電力変換装置を介して連系されるシステム構成図を示したもので、分散型電源として太陽光発電のＭＰＰＴ制御により系統へ電力供給するものである。太陽光発電部Ｐvが発電した直流電圧はインバータＩＮＶによって交流に変換され、リアクトルＬ、コンデンサＣからなるフィルタ、および連系トランスＴrを通って電力系統に供給される。Ｄe１〜Ｄe３は検出部で、検出部Ｄe１は直流電圧、直流電流を検出し、検出部Ｄe２はインバータ電流を、検出部Ｄe３は系統電圧、系統電流をそれぞれ検出して制御装置ＣＯＮに入力される。

図４は制御装置ＣＯＮの構成図で、各検出部Ｄe１〜Ｄe３による検出値は平均値算出部１に出力されて数サンプリング値による移動平均値が求められる。制御方式がＭＰＰＴであることから、ＭＰＰＴ制御部２では検出直流電圧Ｖdcと、この検出直流電圧Ｖdcと検出直流電流Ｉdcの積による電力Ｐdcを入力して有効電力を設定するための直流電圧指令Ｖdc_-refを演算し、電圧制御部３に出力する。ＭＰＰＴ制御によることで有効電力の指令値はなく、有効電力は系統の電圧を上昇させるので、必要によって無効電力により系統電圧を制御し、更に制御しきれないときには有効電力を減らす制御も行われる。
電圧制御部３では、入力された直流電圧指令Ｖdc_-refと検出直流電圧Ｖdcとの差分に基づいて、その差分が無くなるような有効電流指令Ｉd_-refをｄ軸電流演算部４に出力する。

５，６は２相／３相変換部、７，８はｄｑ軸変換部で、２相／３相変換部５では検出されたインバータのＵ相電流とＷ相電流からＩv＝−（Ｉu+Ｉw）を演算してＶ相電流を算出し、Ｉu、Ｉv、Ｉwをｄｑ軸変換部７に出力する。また、２相／３相変換部６は、検出された系統電圧のＵＶ相間、およびＶＷ相間電圧Ｖuv，Ｖvwを入力してＷＵ相間の電圧Ｖwu＝−（Ｖuv＋Ｖvw）を演算し、Ｖuv，Ｖvw，Ｖwuをｄｑ軸変換部８に出力する。

ｄｑ軸変換部７，８には、系統電圧の位相情報から位相変換部９によって変換された位相θが入力されて、ｄｑ軸変換部７ではｄ，ｑ軸電流Ｉd，Ｉqが求められて電流制御部４，１０に各別に出力される。無効電流演算部１１には、図示省略された上位系統のコントローラから無効電力指令値が入力されており、無効電流演算部１１では、この無効電力指令値と算出されたｑ軸電流Ｉqによってｑ軸電流指令Ｉq_-refを演算して電流制御部１０に出力する。

電流制御部４，１０ではそれぞれの指令値Ｉd_-ref，Ｉq_-refと検出電流Ｉd，Ｉqに基づいて各軸の電流制御値を算出し、ｄ軸電圧、及びｑ軸電圧生成部１２，１３に出力する。一方、ｄｑ軸変換部８では、ｄ軸電圧Ｖd、及びｑ軸電圧Ｖqが求められてｄ軸電圧、及びｑ軸電圧生成部１２，１３に出力され、各電圧生成部１２，１３においてｄ軸電圧とｑ軸電圧が生成され、生成された制御信号に基づきゲート制御回路を介してインバータＩＮＶを制御する。

特開２０１２−１６１５０

図４で示すように、太陽光発電装置からの発電出力をＭＰＰＴ制御方式で制御する場合、ＭＰＰＴ制御では有効電力の指令値はなく、演算された直流電圧指令Ｖdc_-refと検出直流電圧Ｖdcを基にＭＰＰＴに対応する直流電圧指令Ｖdc_-refをＭＰＰＴ制御部２で算出し、電流制御部４でｄ軸電流制御値を生成している。このため、太陽光発電装置の発電量が一定のときに系統電圧が変動した場合、制御系の応答が遅くなって太陽光発電装置からの電力が有効に系統へ供給されなくなる虞を有している。

本発明が目的とするとこは、系統電圧が変動した場合でも即応性をもって系統へ供給できる電力変換装置を提供することにある。

本発明は、電力変換装置を介して分散型電源を電力系統に連系し、分散型電源の発電した電力を、電力変換装置の制御装置により最大電力追従制御によって電力系統に供給するものにおいて、
前記制御装置が有する電圧制御部の出力側に有効電流指令を補正する補正部を設け、
前記制御装置に、検出された電力系統の電圧、電流から有効電力を算出して前記有効電流指令と同一の正規化を行った後に検出有効電流として前記補正部に出力する電力演算部を設け、
前記補正部で、入力された検出有効電流を補正項として前記有効電流指令を補正するよう構成したものである。

また、本発明の補正部は、前記有効電流指令と検出有効電流との比を算出する補正値算出部と、補正値算出部による算出値を通過させるローパスフィルタと、ローパスフィルタの出力値と前記有効電流指令との乗算を行って電流指令値とをする乗算部を備えたことを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、電力系統が安定状態のときには補正項を１とし、有効電流指令と検出有効電流を同等としている。この状態で、電力系統が変動して有効電流指令に対して検出有効電流が小さくなったときには補正項を大にし、また、有効電流指令に対して検出有効電流が大きくさくなったときには補正項を小にする。これにより、系統電圧の変動に対して応答性が向上し、有効電力の出力減衰を抑制することが可能となるものである。

本発明の実施形態を示す制御装置の構成図。補正部の構成図。分散型電源と電力系統の連系システム構成図。従来の電力変換装置の制御装置の構成図。

図１は本発明の制御装置の構成図を示したもので、図３と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、図１で図３との相違点は、電圧制御部３の出力側に補正部２０と、２相／３相変換部２１、及びその出力側に接続された電力演算部２２を設けたことで、他は図３と同様である。２相／３相変換部２１は検出されたインバータのＵ相電流とＷ相電流からＩv＝−（Ｉu+Ｉw）を演算してＶ相電流を算出し、Ｉu、Ｉv、Ｉwを電力演算部２２に出力する。電力演算部２２は、２相／３相変換部２１から入力された系統電流と２相／３相変換部６から入力された系統電圧を基に有効電力を演算する。この検出された有効電力から有効電流指令と同一の正規化を行って検出有効電流detとし、これを系統の有効電流として補正部２０に出力する。

図２は補正部２０の構成図を示したもので、電圧制御部３による有効電流指令Ｉd_-refを設定refとし、検出された有効電力から有効電流指令と同一の正規化を行った値の検出有効電流detを補正項として用いて補正演算し、求まった値を補正された電流指令値ＲＥＦとして電流制御部４へ出力する。そのため、補正値算出部２０ａにおいてＧain＝ref／detの演算を行って補正項を算出する。すなわち、有効電流指令（設定）ref、検出有効電流det、及び補正項Ｇainの関係性を以下のようにしている。
（１）有効電流指令ref＞検出有効電流det →補正項大
（２）有効電流指令ref＜検出有効電流det →補正項小
（３）有効電流指令ref＝検出有効電流det →補正項１
上記（１）の関係で補正項Ｇainが大きい場合に電流制御部４に入力される指令値が急変する可能性がある。ローパスフィルタ２０ｂはこれを防止するために設けられたもので、指令値急変に対する対応を可能にしている。乗算部２０ｃでは補正項Ｇainと有効電流指令Ｉd_-refとを乗算し、補正された電流指令値ＲＥＦを算出する。

以上のように動作することにより、本発明では、電力系統が安定状態のときには上記（３）の状態に該当し、電圧制御部３による有効電流指令Ｉd_-ref＝電流指令値ＲＥＦとなっている。この状態より、電力系統が変動して上記（１）の状態になったときにはＲＥＦを大きくし、（２）の状態になったときにはＲＥＦを小さくすることで系統電圧の変動に対して応答性が向上し、有効電力の出力減衰を抑制することが可能となるものである。

１… 平均値算出部
２… ＭＰＰＴ（最大電力追従）制御部
３… 電圧制御部
４，１０… 電流制御部
５，６… ２相／３相変換部
７，８… ｄｑ軸変換部
９… 位相変換部
１１… 無効電流演算部
１２… ｄ軸電圧生成部
１３… ｑ軸電圧生成部
２０… 補正部
２１… ２相／３相変換部
２２… 電力演算部

Claims

電力変換装置を介して分散型電源を電力系統に連系し、分散型電源の発電した電力を、電力変換装置の制御装置により最大電力追従制御によって電力系統に供給するものにおいて、
前記制御装置が有する電圧制御部の出力側に有効電流指令を補正する補正部を設け、
前記制御装置に、検出された電力系統の電圧、電流から有効電力を算出して前記有効電流指令と同一の正規化を行った後に検出有効電流として前記補正部に出力する電力演算部を設け、
前記補正部で、入力された検出有効電流を補正項として前記有効電流指令を補正するよう構成したことを特徴とした電力変換装置。
前記補正部は、前記有効電流指令と検出有効電流との比を算出する補正値算出部と、補正値算出部による算出値を通過させるローパスフィルタと、ローパスフィルタの出力値と前記有効電流指令との乗算を行って電流指令値とする乗算部を備えたことを特徴とした請求項１記載の電力変換装置。