JP6386718B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
〔全体構成〕
図1は本発明の実施形態に係る電力変換装置が適用されるシステムの一例を示す概略ブロック図である。
系統側電力変換器11は、例えば、それぞれ逆並列接続されたダイオードを備えた6個のスイッチング素子により構成されている。この電力変換器11は、半導体素子で形成され、各スイッチング素子には例えばIGBTが用いられる。
図4は、回転機側変換装置102の詳細を示すブロック図である。
加減算器73では、PI制御ブロック72の出力値(補正前q軸電流指令値)と、演算部74からの有効電流指令値(q軸電流補正値)とを加算してq軸電流指令値iq *_MG1を算出し、これを加減算器78へ出力する。
次に、電力変換装置1の動作の一例を説明する。ここでは、図2に示すように、電源系統2が船内の電源系統である場合について説明する。ここで、
まず、減速機8がメインエンジンとプロペラに連結され、メインエンジンの動力によって減速機8を介してプロペラが回転し、減速機8と連結された電動発電機3の機械軸3aが回転している場合を説明する。
2 交流電源系統
3 電動発電機
11 系統側電力変換器
12 系統側制御器
13 電圧検出部
14 電流検出部
16 回転機側電力変換器
17 回転機側制御器
18 電圧検出部
20 PWM変換部
30 発電機モデル
40 AVRモデル
50 ガバナモデル
51 加減算器(有効電力偏差算出部)
52 ドループブロック(演算部)
53 ローパスフィルタ部(演算部)
54 加減算器(減算器)
55 加減算器(角速度偏差算出部)
56 ハイパスフィルタ部(フィルタ部)
57 上下限リミッタ(制限手段)
58 一時遅れフィルタ部
59 加減算器
60 積分器
101 系統側変換装置
102 回転機側変換装置
103 蓄電装置
104 直流配線
Claims (6)
- 電源系統と電動発電機との間に接続された電力変換装置であって、
前記電源系統に接続された系統側変換装置と、
前記電動発電機に接続された回転機側変換装置と、
前記系統側変換装置と前記回転機側変換装置とを接続する直流配線に接続された蓄電装置とを備え、
前記系統側変換装置は、
前記蓄電装置から入力される直流電力を交流電力に変換して前記電源系統へ出力する第1の系統側変換動作と、前記電源系統から入力される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置へ出力する第2の系統側変換動作とを択一的に行うよう構成された系統側電力変換器と、
前記系統側電力変換器が前記電源系統へ出力する交流電圧及び交流電流の計測値を用いて、前記系統側電力変換器の代わりに電動機としての動作も可能にした仮想の同期発電機が前記電源系統に接続されているとみなして前記系統側電力変換器を前記電源系統に対して前記仮想の同期発電機として動作させることにより、同一の制御則に基づいて前記系統側電力変換器に前記第1の系統側変換動作と前記第2の系統側変換動作とを行わせる系統側制御器とを有し、
前記回転機側変換装置は、
前記電動発電機から入力される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置へ出力する第1の回転機側変換動作と、前記蓄電装置から入力される直流電力を交流電力に変換して前記電動発電機へ出力する第2の回転機側変換動作とを択一的に行うよう構成された回転機側電力変換器と、
同一の制御則に基づいて前記回転機側電力変換器に前記第1の回転機側変換動作と前記第2の回転機側変換動作とを行わせ、かつ前記第1の回転機側変換動作及び前記第2の回転機側変換動作の各々の動作を前記蓄電装置の計測電圧が所定電圧となるように行わせる回転機側制御器とを有する、電力変換装置。 - 前記系統側制御器は、
前記仮想の同期発電機の内部相差角を算出するガバナモデルと、
無効電力指令値に対する前記系統側電力変換器が前記電源系統へ出力する無効電力の偏差と、出力電圧指令値に対する前記系統側電力変換器が前記電源系統へ出力する交流電圧の偏差とに基づいて、前記仮想の同期発電機の内部誘起電圧を算出するAVRモデルと、
前記ガバナモデルで算出された内部相差角と、前記AVRモデルで算出された内部誘起電圧とに基づいて、前記仮想の同期発電機の出力電流に相当する電流指令値を算出する発電機モデルと、
前記発電機モデルで算出された電流指令値と前記電源系統へ出力される交流電流のフィードバック値との偏差を零にするための電圧指令値を算出し、この電圧指令値をPWM信号に変換して前記系統側電力変換器へ出力するPWM変換部とを備え、
前記ガバナモデルは、
角速度指令値に対する前記系統側電力変換器が前記電源系統へ出力する交流電圧の角速度の偏差を算出し出力する角速度偏差算出部と、
有効電力指令値に対する前記系統側電力変換器が前記電源系統へ出力する有効電力の偏差を算出する有効電力偏差算出部と、
前記有効電力偏差算出部で算出した偏差に所定のゲインを掛けてかつ一次遅れ演算を施した値を出力する演算部と、
前記演算部の出力から前記角速度偏差算出部の出力を減算する減算器と、
前記減算器の出力を積分して前記内部相差角を算出する積分器と
を有する、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記系統側制御器は、
角速度指令値に対する前記系統側電力変換器が前記電源系統へ出力する交流電圧の角速度の偏差を算出する角速度偏差算出部と、
前記偏差に一次遅れ演算を施し、この一次遅れ演算を施した値を前記偏差から減算し、その値を出力するフィルタ部と、
有効電力指令値に対する有効電力の偏差を算出する有効電力偏差算出部とを有し、
前記フィルタ部の出力値と前記有効電力偏差算出部で算出した偏差とに基づいて、前記系統側電力変換器を前記電源系統に対して前記仮想の同期発電機として動作させるよう構成された、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記系統側制御器は、
前記仮想の同期発電機の内部相差角を算出するガバナモデルと、
無効電力指令値に対する前記系統側電力変換器が前記電源系統へ出力する無効電力の偏差と、出力電圧指令値に対する前記系統側電力変換器が前記電源系統へ出力する交流電圧の偏差とに基づいて、前記仮想の同期発電機の内部誘起電圧を算出するAVRモデルと、
前記ガバナモデルで算出された内部相差角と、前記AVRモデルで算出された内部誘起電圧とに基づいて、前記仮想の同期発電機の出力電流に相当する電流指令値を算出する発電機モデルと、
前記発電機モデルで算出された電流指令値と前記電源系統へ出力される交流電流のフィードバック値との偏差を零にするための電圧指令値を算出し、この電圧指令値をPWM信号に変換して前記系統側電力変換器へ出力するPWM変換部とを備え、
前記ガバナモデルは、
角速度指令値に対する前記系統側電力変換器が前記電源系統へ出力する交流電圧の角速度の偏差を算出する角速度偏差算出部と、
前記偏差に一次遅れ演算を施し、この一次遅れ演算を施した値を前記偏差から減算し、その値を出力するフィルタ部と、
有効電力指令値に対する前記系統側電力変換器が前記電源系統へ出力する有効電力の偏差を算出する有効電力偏差算出部と、
前記有効電力偏差算出部で算出した偏差に所定のゲインを掛けてかつ一次遅れ演算を施した値を出力する演算部と、
前記演算部の出力から前記フィルタ部の出力を減算する減算器と、
前記減算器の出力を積分して前記内部相差角を算出する積分器と
を有する、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記フィルタ部は、前記一次遅れ演算を施した値が所定の制限範囲内となるよう制限する制限手段を有するよう構成されている、請求項3または4に記載の電力変換装置。
- 前記系統側制御器は、
外部から有効電力指令値が入力され、この有効電力指令値に応じた有効電力が、前記蓄電装置から前記電源系統へ、または、前記電源系統から前記蓄電装置へ供給されるように前記系統側電力変換器を制御するよう構成され、
前記回転機側制御器は、
前記系統側制御器に入力される前記有効電力指令値が入力され、この有効電力指令値に応じた有効電力と、前記所定電圧に対する前記蓄電装置の計測電圧の偏差に応じた有効電力とを合算した有効電力が、前記電動発電機から前記蓄電装置へ、または、前記蓄電装置から前記電動発電機へ供給されるように前記回転機側電力変換器を制御するよう構成された、請求項1〜5のいずれかに記載の電力変換装置。
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