JP6684440B2 - Self-excited reactive power controller - Google Patents
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Description
本発明は、自励式無効電力制御装置に関する。 The present invention relates to a self-excited reactive power control device.
電力系統の電圧が適正範囲となるように制御する自励式無効電力制御装置が提案されている。例えば、無効電力制御装置としては、ＳＴＡＴＣＯＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）、ＳＶＧ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）あるいは自励式ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）等がある。自励式無効電力制御装置は、電力系統の無効電力を制御することによって電力系統の安定度を向上させるために導入されることが多い。 A self-excited reactive power control device that controls the voltage of a power system so as to fall within an appropriate range has been proposed. For example, as the reactive power control device, there are STATCOM (Static Synchronous Compensator), SVG (Static Var Generator), and self-excited SVC (Static Var Compensator). A self-excited reactive power control device is often introduced to improve the stability of the power system by controlling the reactive power of the power system.
また、自励式無効電力制御装置は、定常運転時の電力系統の安定度を向上させる場合に限らず、電力系統の事故中及び事故除去後といった電力系統の過渡的な安定度の向上にも有効である。 In addition, the self-excited reactive power control device is effective not only for improving the stability of the power system during steady operation but also for improving transient stability of the power system during and after the accident of the power system. Is.
自励式無効電力制御装置は、交流電圧を平滑化するための平滑用コンデンサと、この平滑用コンデンサによって平滑化された電圧を用いて電力系統へ無効電流を出力する自励式変換器（インバータ）とを備えている（例えば、特許文献１参照）。 A self-excited reactive power control device includes a smoothing capacitor for smoothing an AC voltage, and a self-excited converter (inverter) that outputs a reactive current to a power system by using a voltage smoothed by this smoothing capacitor. (For example, refer to Patent Document 1).
自励式無効電力制御装置では、電力系統において瞬低と言われる０．０７〜０．２秒程度の瞬間的な電圧低下が検出された場合、系統故障と判断して緊急停止するとともに、電力系統から解列する。 In the self-excited reactive power control device, when a momentary voltage drop of about 0.07 to 0.2 seconds, which is said to be a voltage sag in the power system, is detected, the system is judged to be a system failure, and an emergency stop is performed. Disconnect from.
このため、電力系統が停電から復帰し、自励式無効電力制御装置が運転を再開するまでに数分の時間を費やしてしまう。この課題を解決するために、平滑用コンデンサの放電を行うための２個の放電器を備えた自励式無効電力制御装置がある（例えば、特許文献２参照）。 Therefore, it takes several minutes for the self-excited reactive power control device to resume operation after the power system is restored from the power failure. In order to solve this problem, there is a self-excited reactive power control device provided with two dischargers for discharging a smoothing capacitor (for example, refer to Patent Document 2).
ところで、電力系統に接続される電力系統の安定度を向上させるための装置については、系統連系規程により定められている電力系統の電圧低下耐量を規定する要件として、ＦＲＴ（Ｆａｕｌｔ−Ｒｉｄｅ−Ｔｈｒｏｕｇｈ）要件が規定されている。 By the way, regarding a device for improving the stability of an electric power system connected to the electric power system, a FRT (Fault-Ride-Throughh) is a requirement for defining a voltage drop withstanding capability of the electric power system, which is defined by a grid interconnection rule. ) Requirements are specified.
このＦＲＴ要件には、電力系統の電圧が残電圧２０％以上かつ持続時間０．３秒以内の時に、電力系統の電圧の復帰後０．１秒以内に電圧低下前の８０％以上に装置の出力を復帰させること、また電力系統の電圧が残電圧２０％未満かつ持続時間０．３秒以内の時に、電力系統の電圧の復帰後１秒以内に電圧低下前の８０％以上に装置の出力を復帰させること、が運転継続のために規定されている。 The FRT requirement is that when the voltage of the power system is 20% or more and the duration is 0.3 seconds or less, the voltage of the device is 80% or more before the voltage drop within 0.1 seconds after the voltage of the power system is restored. To recover the output, and when the voltage of the power system is less than 20% of the remaining voltage and the duration is 0.3 seconds or less, the output of the device becomes 80% or more before the voltage drop within 1 second after the recovery of the voltage of the power system. It is stipulated that the operation be resumed in order to continue operation.
しかしながら、特許文献１の自励式無効電力制御装置では、ＦＲＴ要件を満たす出力復帰を行うことができず、運転継続ができない。また、特許文献２の自励式無効電力制御装置では、制御装置の運転を停止させて、放電器を備えることで早期に運転再開を行うので、運転継続ができない。 However, in the self-excited reactive power control device of Patent Document 1, the output cannot be restored to meet the FRT requirement, and the operation cannot be continued. Further, in the self-excited reactive power control device of Patent Document 2, since the operation of the control device is stopped and the discharger is provided to restart the operation early, the operation cannot be continued.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転を継続することで無効電流の出力を継続して行うことができるとともに、ＦＲＴ要件を満たして出力を回復することのできる自励式無効電力補償装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these circumstances, and an object of the present invention is to continuously output the reactive current by continuing the operation and to recover the output by satisfying the FRT requirement. An object of the present invention is to provide a self-excited reactive power compensator.
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する自励式無効電力制御装置は、三相交流の電力系統に連系される自励式無効電力制御装置であって、前記電力系統の各相に接続され、単相フルブリッジインバータとコンデンサとを有する複数のモジュールを直列接続し、前記複数のモジュールのコンデンサ電圧指令値が異なるカスケード電力変換器と、前記カスケード電力変換器から前記電力系統へ出力される無効電力を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のモジュールのうち最も低電圧のモジュールである低圧モジュールによって出力電圧波形の概形を成形し、前記電力系統が電圧低下して、前記低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が移動開始電圧値未満となったときに、前記複数のモジュールのうち前記低圧モジュール以外のモジュールの少なくとも１個に蓄えられたエネルギーを前記低圧モジュールに移動させて前記低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値を動作保持電圧値以上に保持することをその要旨としている。
Hereinafter, the means for solving the above-mentioned problems and the effects thereof will be described.
A self-excited reactive power control device for solving the above-mentioned problem is a self-excited reactive power control device that is connected to a three-phase AC power system, and is connected to each phase of the power system and has a single-phase full-bridge inverter. A plurality of modules having a capacitor are connected in series, a cascade power converter in which the capacitor voltage command values of the plurality of modules are different, and a control unit that controls reactive power output from the cascade power converter to the power system. , The control unit shapes the outline of the output voltage waveform by a low-voltage module that is the lowest voltage module of the plurality of modules, the power system drops in voltage, and the capacitor voltage of the low-voltage module is reduced. When the detected value becomes less than the movement start voltage value, the number of modules other than the low-voltage module among the plurality of modules decreases. And that also holds the energy stored in one moved the capacitor voltage detection value of the low-pressure module or operating holding voltage value to the low-pressure module as its gist.
上記構成によれば、電力系統が電圧低下したときに、出力電圧波形の概形を成形する低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が低下して移動開始電圧値未満となると他のモジュールからエネルギーを移動させることで、無効電流を出力することができる最小の電圧値である動作保持電圧値以上に保持する。なお、移動開始電圧値は動作保持電圧値よりも大きい。このため、電力系統に対して無効電流の出力を継続して行うことができるとともに、ＦＲＴ要件を満たして出力を回復することができる。 According to the above configuration, when the voltage of the power system drops, when the detected voltage value of the capacitor of the low-voltage module that shapes the outline of the output voltage waveform drops and becomes less than the movement start voltage value, energy is transferred from other modules. Thus, the reactive current is held at or above the operation holding voltage value, which is the minimum voltage value that can be output. The movement start voltage value is larger than the operation holding voltage value. Therefore, the reactive current can be continuously output to the power system, and the output can be restored by satisfying the FRT requirement.
上記自励式無効電力制御装置について、前記制御部は、前記複数のモジュールのうち前記低圧モジュールのコンデンサ電圧指令値に最も近いコンデンサ電圧指令値、且つ前記低圧モジュールのコンデンサ電圧指令値よりも高いコンデンサ電圧指令値のモジュールから順に当該モジュールに蓄えられたエネルギーを前記低圧モジュールに移動させ、前記低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値を前記動作保持電圧値以上に保持することが好ましい。 In the self-excited reactive power control device, the control unit is a capacitor voltage command value closest to the capacitor voltage command value of the low-voltage module among the plurality of modules, and a capacitor voltage higher than the capacitor voltage command value of the low-voltage module. It is preferable to move the energy stored in the module in order from the module of the command value to the low-voltage module and hold the capacitor voltage detection value of the low-voltage module at the operation holding voltage value or more.
上記構成によれば、低圧モジュールは出力電圧波形の概形を成形するためにスイッチングに伴う電力消費が大きいので、低圧モジュールのコンデンサ電圧指令値に最も近いコンデンサ電圧指令値、且つ低圧モジュールのコンデンサ電圧指令値よりも高いコンデンサ電圧指令値のモジュールから順に低圧モジュールにエネルギーを移動させる。このため、電圧低下中に電力系統の電圧が高電圧となる現象を最小限にしつつ、低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値を動作保持電圧値以上に継続して保持することができる。 According to the above configuration, since the low-voltage module shapes the outline of the output voltage waveform and thus consumes a large amount of power due to switching, the capacitor voltage command value closest to the capacitor voltage command value of the low-voltage module, and the capacitor voltage of the low-voltage module. Energy is transferred to the low voltage module in order from the module having the capacitor voltage command value higher than the command value. Therefore, it is possible to keep the capacitor voltage detection value of the low-voltage module at or above the operation holding voltage value while minimizing the phenomenon that the voltage of the power system becomes a high voltage during the voltage drop.
上記自励式無効電力制御装置について、前記複数のモジュールは、前記低圧モジュールと、コンデンサ電圧指令値が前記低圧モジュールよりも高い中圧モジュールと、コンデンサ電圧指令値が前記中圧モジュールよりも高い高圧モジュールと、を備え、前記中圧モジュールから低圧モジュールにエネルギーを移動させる移動開始電圧値を第１移動開始電圧値とし、前記低圧モジュールの前記動作保持電圧値を第１動作保持電圧値として、前記制御部は、前記中圧モジュールから前記低圧モジュールにエネルギーを移動させたことで前記中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が第２移動開始電圧値未満となったときには、前記高圧モジュールに蓄えられたエネルギーを前記低圧モジュール及び前記中圧モジュールに移動させて、前記低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値を前記第１動作保持電圧値以上に保持するとともに、前記中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値を第２動作保持電圧値以上に保持することが好ましい。 In the self-excited reactive power control device, the plurality of modules are the low-voltage module, a medium-voltage module having a capacitor voltage command value higher than the low-voltage module, and a high-voltage module having a capacitor voltage command value higher than the medium-voltage module. And a movement start voltage value for moving energy from the intermediate-voltage module to the low-voltage module as a first movement start voltage value, and the operation holding voltage value of the low-voltage module as a first operation holding voltage value. The unit transfers energy stored in the high-voltage module when the capacitor voltage detection value of the intermediate-voltage module becomes less than a second movement start voltage value by transferring energy from the intermediate-voltage module to the low-voltage module. The low pressure module and the medium pressure module are moved to the low pressure module. It holds the capacitor voltage detection value Lumpur than the first operating holding voltage value, it is preferable to hold the capacitor voltage value detected in said pressure module than the second operation holding voltage value.
上記構成によれば、中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が低下して第２移動開始電圧値未満となったときに、高圧モジュールのエネルギーを低圧モジュール及び中圧モジュールに移動させて低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が無効電流を出力することができる最小の電圧値である第１動作保持電圧値以上に保持されるとともに、中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が第２動作保持電圧値以上に保持される。このため、電力系統が電圧低下したときに、無効電力を制御するためのエネルギーが不足することを更に抑制することができる。 According to the above configuration, when the capacitor voltage detection value of the medium voltage module decreases and becomes less than the second movement start voltage value, the energy of the high voltage module is moved to the low voltage module and the medium voltage module, and the capacitor of the low voltage module is moved. The voltage detection value is held at a value equal to or higher than the first operation holding voltage value which is the minimum voltage value capable of outputting the reactive current, and the capacitor voltage detection value of the intermediate voltage module is held at a value equal to or higher than the second operation holding voltage value. It Therefore, it is possible to further suppress the shortage of energy for controlling the reactive power when the voltage of the power system drops.
上記自励式無効電力制御装置について、前記複数のモジュールは、前記低圧モジュールと、コンデンサ電圧指令値が前記低圧モジュールよりも高い中圧モジュールと、コンデンサ電圧指令値が前記中圧モジュールよりも高い高圧モジュールと、を備え、前記中圧モジュールから低圧モジュールにエネルギーを移動させる移動開始電圧値を第１移動開始電圧値とし、前記低圧モジュールの前記動作保持電圧値を第１動作保持電圧値として、前記制御部は、前記中圧モジュールから前記低圧モジュールにエネルギーを移動させたことで前記中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が第２移動開始電圧値未満となったときには、前記高圧モジュールに蓄えられたエネルギーを前記中圧モジュールに移動させて前記中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値を第２動作保持電圧値以上に保持することが好ましい。 In the self-excited reactive power control device, the plurality of modules are the low-voltage module, a medium-voltage module having a capacitor voltage command value higher than the low-voltage module, and a high-voltage module having a capacitor voltage command value higher than the medium-voltage module. And a movement start voltage value for moving energy from the intermediate-voltage module to the low-voltage module as a first movement start voltage value, and the operation holding voltage value of the low-voltage module as a first operation holding voltage value. The unit transfers energy stored in the high-voltage module when the capacitor voltage detection value of the intermediate-voltage module becomes less than a second movement start voltage value by transferring energy from the intermediate-voltage module to the low-voltage module. Move to the medium voltage module to detect the capacitor voltage of the medium voltage module. It is preferred to hold the value more than the second operation holding voltage value.
上記構成によれば、低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が無効電流を出力することができる最小の電圧値である第１動作保持電圧値以上に保持されるとともに、中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が無効電流を出力することができる最小の電圧値である第２動作保持電圧値以上に保持されるので、電力系統が電圧低下したときに、無効電力を制御するためのエネルギーが不足することを極力抑制することができる。 According to the above configuration, the detected value of the capacitor voltage of the low-voltage module is maintained at or above the first operation holding voltage value, which is the minimum voltage value that can output the reactive current, and the detected value of the capacitor voltage of the intermediate-voltage module is maintained. Since the voltage is maintained at or above the second operation holding voltage value, which is the minimum voltage value that can output the reactive current, it is possible to minimize the energy for controlling the reactive power when the power system voltage drops. Can be suppressed.
上記自励式無効電力制御装置について、前記制御部は、前記高圧モジュールに蓄えられているエネルギーを前記中圧モジュール及び前記低圧モジュールの少なくとも一方に移動させるときには、前記中圧モジュールにエネルギーを蓄えないで前記低圧モジュールに移動させることが好ましい。 Regarding the self-excited reactive power control device, the control unit does not store energy in the intermediate pressure module when moving the energy stored in the high voltage module to at least one of the intermediate pressure module and the low voltage module. It is preferably transferred to the low pressure module.
上記構成によれば、高圧モジュールのエネルギーを低圧モジュールに移動させるときに中圧モジュールに蓄えないので、高圧モジュールのエネルギーを低圧モジュールに瞬時に移動することができる。よって、低圧モジュールのコンデンサ電圧を第２動作保持電圧値以上に安定して保持することができる。 According to the above configuration, when the energy of the high-voltage module is transferred to the low-voltage module, it is not stored in the intermediate-voltage module, so that the energy of the high-voltage module can be instantaneously transferred to the low-voltage module. Therefore, the capacitor voltage of the low voltage module can be stably held at the second operation holding voltage value or more.
本発明によれば、運転を継続することで無効電流の出力を継続して行うことができるとともに、ＦＲＴ要件を満たして出力を回復することができる。 According to the present invention, it is possible to continuously output the reactive current by continuing the operation and also to recover the output by satisfying the FRT requirement.
以下、図１〜図９を参照して、自励式無効電力制御装置の一実施形態について説明する。本実施形態の自励式無効電力制御装置は、単相電力変換器のモジュールを３段カスケード接続したカスケード電力変換器を備えている。 An embodiment of a self-excited reactive power control device will be described below with reference to FIGS. 1 to 9. The self-excited reactive power control device of this embodiment includes a cascade power converter in which modules of a single-phase power converter are connected in a three-stage cascade.
［カスケード電力変換器の構成］
図１（ａ）に示されるように、カスケード電力変換器は、三相交流電源（電源相電圧ｅｕ，ｅｖ，ｅｗ）に、入力リアクトルＬｆを介して３直列のモジュール（単相電力変換器）をスター結線している。
[Configuration of cascade power converter]
As shown in FIG. 1 (a), the cascade power converter, three-phase AC power supply (power supply phase voltage e u, e v, e w ) on, via the input reactor L f 3 modules in series (single phase Power converter) is star-connected.
図１（ｂ）に示されるように、カスケード電力変換器の各モジュールは、直流コンデンサと４個の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をＨブリッジ接続して構成されている。各モジュールのコンデンサ電圧検出値ｖｃｊｋとモジュール出力電圧ｖｍｊｋとは、相（ｊ＝ｕ，ｖ，ｗ）とモジュールの電圧の低・中・高（ｋ＝Ｌ，Ｍ，Ｈ）との添字をつけて区別している。例えば、ｕ相の低圧モジュールについては、コンデンサ電圧検出値ｖｃｕＬとモジュール出力電圧ｖｍｕＬと表現している。 As shown in FIG. 1B, each module of the cascade power converter is configured by connecting a DC capacitor and four insulated gate bipolar transistors (IGBTs) in an H-bridge connection. The capacitor voltage detection value v cjk of each module and the module output voltage v mjk are subscripts of the phase (j = u, v, w) and low / middle / high (k = L, M, H) of the module voltage. Are attached to distinguish. For example, a u-phase low-voltage module is expressed as a capacitor voltage detection value v cuL and a module output voltage v muL .
図１（ａ）に示されるように、モジュール部分は、コンデンサ電圧ｖｃを制御により一定に保つ。また、ｕ相の直列モジュールの出力電圧をモジュール出力相電圧ｖａｕと表す。モジュール出力相電圧ｖａｕは、ｕ相の各モジュール出力電圧ｖｍｕＬ，ｖｍｕＭ，ｖｍｕＨの和として次式で（１）で与えられる。 As shown in FIG. 1 (a), the module portion is kept constant by controlling the capacitor voltage v c. Further, the output voltage of the u-phase serial module is represented as a module output phase voltage v au . The module output phase voltage v au is given by the following equation (1) as the sum of the u phase module output voltages v muL , v muM , and v muH .
低圧・中圧・高圧モジュールのコンデンサ電圧の比を１：２：６として制御を行うため、コンデンサ電圧指令値はそれぞれ１Ｖｄｃ，２Ｖｄｃ，６Ｖｄｃとする。
続いて、上記のように異なる電圧のモジュールをカスケード接続した異電圧カスケード電力変換器を有する自励式無効電力制御装置の動作について説明する。
Since the control is performed with the ratio of the capacitor voltages of the low-voltage / medium-voltage / high-voltage modules being 1: 2: 6, the capacitor voltage command values are set to 1V dc , 2V dc , and 6V dc , respectively.
Next, the operation of the self-excited reactive power control device having the different voltage cascade power converter in which the modules of different voltages are cascade-connected as described above will be described.
図２に示すように、自励式無効電力制御装置は、制御を行う制御部１０を備えている。制御部１０には、電力系統の各相の電圧を検出する電圧計１１と、無効電力制御装置の各相の電流を検出する電流計１２とが接続され、電力系統の各相の電圧と無効電力制御装置の各相の電流とが入力される。また、制御部１０は、各相に接続されるカスケード電力変換器の各モジュール２１，２２，２３と接続され、各モジュール２１，２２，２３をスイッチング制御することで無効電流を出力する。なお、電圧計１１、電流計１２、各モジュール２１，２２，２３は、電力系統の１相について図示しており、本来は電力系統の各相についてそれぞれ備えられている。 As shown in FIG. 2, the self-excited reactive power control device includes a control unit 10 that performs control. A voltmeter 11 that detects the voltage of each phase of the power system and an ammeter 12 that detects the current of each phase of the reactive power control device are connected to the control unit 10, and the voltage of each phase of the power system and the reactive The current of each phase of the power control device is input. Further, the control unit 10 is connected to each module 21, 22, 23 of the cascade power converter connected to each phase, and outputs a reactive current by switching-controlling each module 21, 22, 23. The voltmeter 11, the ammeter 12, and the modules 21, 22, and 23 are shown for one phase of the power system, and are originally provided for each phase of the power system.
そして、図３に示すように、制御部１０は、モジュール出力相電圧ｖａｕを出力する際には、各モジュール２１，２２，２３をスイッチング制御する。すなわち、制御部１０は、低圧モジュール２１によって出力電圧波形の概形を形成するので、低圧モジュール２１をＰＷＭ制御によって細かくスイッチング制御する。また、制御部１０は、ここでは中圧モジュール２２を１周期に正負各５パルスとなるスイッチング制御を行う。さらに、制御部１０は、ここでは高圧モジュール２３を１周期に正負各１パルスとなるスイッチング制御を行う。その結果、モジュール出力相電圧ｖａｕは、出力電圧レベルが１９レベルとなり、高調波を少なくすることができる。 Then, as shown in FIG. 3, when outputting the module output phase voltage v au , the control unit 10 controls switching of the modules 21, 22, and 23. That is, since the control unit 10 forms the outline of the output voltage waveform by the low voltage module 21, the low voltage module 21 is finely switched and controlled by the PWM control. In addition, the control unit 10 performs the switching control of the intermediate pressure module 22 with positive and negative 5 pulses each in one cycle. Further, the control unit 10 controls the high-voltage module 23 so that the positive voltage and the negative pulse are 1 pulse in 1 cycle. As a result, the module output phase voltage v au has an output voltage level of 19 levels, and harmonics can be reduced.
なお比較のために、同電圧のモジュール３個をカスケード接続した同電圧カスケード電力変換器を有する自励式無効電力制御装置は、以下のようになる。
制御部は、各モジュールをＰＷＭ制御によってスイッチング制御する。各モジュールから出力されるエネルギーの最大値は各モジュールともに同じとなる。モジュール出力相電圧ｖａｕは、出力電圧レベルが７レベルとなり、高調波を多く含む。
For comparison, a self-excited reactive power control device having the same voltage cascade power converter in which three modules of the same voltage are cascade-connected is as follows.
The control unit controls switching of each module by PWM control. The maximum energy output from each module is the same for each module. The module output phase voltage v au has an output voltage level of 7 levels and contains many harmonics.
このように、異電圧カスケード電力変換器と同電圧カスケード電力変換器とを比較すると、異電圧カスケード電力変換器はモジュール出力相電圧ｖａｕの高調波を同電圧カスケード電力変換器よりも低減することができる。このため、異電圧カスケード電力変換器は、電圧カスケード電力変換器よりも入力リアクトルの小型化が可能である。 Thus, when comparing the different voltage cascade power converter and the same voltage cascade power converter, it is found that the different voltage cascade power converter reduces harmonics of the module output phase voltage v au more than the same voltage cascade power converter. You can Therefore, the different voltage cascade power converter can have a smaller input reactor than the voltage cascade power converter.
［ＦＲＴ要件］
ここで、ＦＲＴ（Ｆａｕｌｔ−Ｒｉｄｅ−Ｔｈｒｏｕｇｈ）要件について説明する。
ＦＲＴ要件は、電力系統の１事故に対しても自励式無効電力制御装置を解列させることなく運転状態を維持する要件である。
[FRT requirements]
Here, the FRT (Fault-Ride-Through) requirement will be described.
The FRT requirement is a requirement for maintaining the operating state without disconnecting the self-excited reactive power control device even for one accident of the power system.
表１に系統連系規程により定められている電力系統におけるＦＲＴ要件を示す。以下では、ｗ相の電圧が０Ｖに下がる単相瞬低と、ｖ，ｗ相の電圧が０Ｖに下がる二相瞬低と、すべての相の電圧が０Ｖに下がる三相瞬低とのそれぞれのＦＲＴについて記載する。ここでは、瞬低の継続時間は０．１秒とする。なお、電圧を０Ｖに下げることは、残電圧２０％未満の系統状態を想定するとともに、電力系統における停電に相当するものである。 Table 1 shows the FRT requirements in the electric power system defined by the grid interconnection regulations. Below, a single-phase sag in which the voltage of the w-phase drops to 0V, a two-phase sag in which the voltages of the v and w-phases drop to 0V, and a three-phase sag in which the voltages of all the phases drop to 0V, respectively. The FRT will be described. Here, the duration of the instantaneous drop is 0.1 seconds. It should be noted that lowering the voltage to 0 V is equivalent to a power failure in the power system while assuming a system state in which the residual voltage is less than 20%.
単相瞬低の場合は残電圧２０％以上であるため、表１の状態Ａによるとゲートブロックせず運転継続を行い電圧の復帰後０．１秒以内に電圧低下前の８０％以上の出力に復帰すればよい。なお、ゲートブロックとは、カスケード電力変換器の各モジュールに使用する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のドライバに対し，主回路のパワースイッチング素子をオフにして動作を止めることであり、これにより自励式無効電力制御装置の運転は停止される。 In the case of a single-phase voltage sag, the residual voltage is 20% or more, so according to state A in Table 1, operation is continued without gate blocking and 80% or more of the output before the voltage drop within 0.1 seconds after the voltage returns. Just go back to. The gate block is a driver of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) used in each module of the cascade power converter, which turns off the power switching element of the main circuit to stop the operation. The operation of the reactive power control device is stopped.
二相瞬低及び三相瞬低の場合は残電圧０％であるため、表１の状態Ｂによるとゲートブロックまたは運転継続を行い電圧の復帰後１秒以内に電圧低下前の８０％以上の出力に復帰すればよい。 In the case of two-phase voltage sag and three-phase voltage sag, the residual voltage is 0%. Therefore, according to state B in Table 1, the gate block or operation is continued, and 80% or more of the voltage before voltage drop is reached within 1 second after the voltage is restored. You can return to the output.
［モジュールの制御］
図５に示すように、制御部１０は、各モジュール２１，２２，２３の状態に応じて、「モード０、モード１、モード２」の制御を行う。以下、Ｕ相について制御の説明を行うもとし、Ｖ相、Ｗ相も同様の制御を行うものである。
[Module control]
As shown in FIG. 5, the control unit 10 controls “mode 0, mode 1, mode 2” according to the states of the modules 21, 22, and 23. Hereinafter, the control of the U phase will be described, but the V phase and the W phase also perform the same control.
まず、電力系統に瞬間的な電圧低下が発生したときには、制御部１０は、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値ｖｃｕＬが第１移動開始電圧値以上であるときには、低圧モジュール２１のエネルギーのみを利用して電力系統に無効電流を出力する「モード０」の制御を行う。なお、エネルギーとは、各モジュールのコンデンサ電圧Ｖ（Ｖ）とコンデンサ容量Ｃ（Ｆ）とより公式（１／２）ＣＶ２で算出されるＷ（Ｊ）のことである。 First, when an instantaneous voltage drop occurs in the power system, the control unit 10 uses only the energy of the low voltage module 21 when the capacitor voltage detection value v cuL of the low voltage module 21 is equal to or higher than the first movement start voltage value. Then, the control of "mode 0" for outputting the reactive current to the power system is performed. The energy is W (J) calculated by the formula (1/2) CV 2 from the capacitor voltage V (V) and the capacitor capacity C (F) of each module.
また、制御部１０は、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値ｖｃｕＬが第１移動開始電圧値未満であるときには、中圧モジュール２２のエネルギーを低圧モジュール２１に移動させ、第１動作保持電圧値未満にならないようにする「モード１」の制御を行う。 In addition, when the capacitor voltage detection value v cuL of the low-voltage module 21 is less than the first movement start voltage value, the control unit 10 moves the energy of the medium-voltage module 22 to the low-voltage module 21 and is less than the first operation holding voltage value. The "mode 1" control is performed so that the above does not occur.
また、制御部１０は、中圧モジュール２２のコンデンサ電圧検出値ｖｃｕＭが第２移動開始電圧値未満であるときには、高圧モジュール２３のエネルギーを低圧モジュール２１及び中圧モジュール２２に移動させ、低圧モジュール２１が第１動作保持電圧値未満および中圧モジュール２２が第２動作保持電圧値未満にならないようにする「モード２」の制御を行う。 In addition, the control unit 10 moves the energy of the high-voltage module 23 to the low-voltage module 21 and the medium-voltage module 22 when the capacitor voltage detection value v cuM of the medium- voltage module 22 is less than the second movement start voltage value, and the low-voltage module 22. The control of "mode 2" is performed so that 21 does not become less than the first operation holding voltage value and the intermediate voltage module 22 does not become less than the second operation holding voltage value.
すなわち、制御部１０は、三相瞬低時には、高圧モジュール２３に蓄えられているエネルギーを中圧モジュール２２及び低圧モジュール２１に移動させることで、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値ｖｃｕＬが第１動作保持電圧値未満にならないようにすると同時に、中圧モジュール２２が第２動作保持電圧値未満にならないようにする。この高圧モジュール２３に蓄えられているエネルギーを中圧モジュール２２及び低圧モジュール２１に同時に移動させる時、中圧モジュール２２には、エネルギーを蓄えるようにする。 That is, the control unit 10 moves the energy stored in the high-voltage module 23 to the medium-voltage module 22 and the low-voltage module 21 during the three-phase voltage sag, so that the capacitor voltage detection value v cuL of the low-voltage module 21 becomes the first value. At the same time, the intermediate voltage module 22 is prevented from falling below the second operation holding voltage value. When the energy stored in the high pressure module 23 is simultaneously moved to the medium pressure module 22 and the low pressure module 21, the medium pressure module 22 stores energy.
また、制御部１０は、単相瞬低及び二相瞬低時においても、電圧が下がった相に対して高圧モジュール２３に蓄えられているエネルギーを中圧モジュール２２及び低圧モジュール２１に移動させることで、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値ｖｃｕＬが第１動作保持電圧値未満にならないようにすると同時に、中圧モジュール２２が第２動作保持電圧値未満にならないようにする。 The control unit 10 also moves the energy stored in the high-voltage module 23 to the medium-voltage module 22 and the low-voltage module 21 for the phase in which the voltage has dropped even during the single-phase sag and the two-phase sag. Then, the capacitor voltage detection value v cuL of the low voltage module 21 is prevented from becoming less than the first operation holding voltage value, and at the same time, the intermediate voltage module 22 is prevented from becoming less than the second operation holding voltage value.
つまり、モード１，２ともに言い換えれば、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値ｖｃｕＬが第１動作保持電圧値以上に保持するようにするものである。
ここで移動開始電圧値及び動作保持電圧値について説明する。「モード０」「モード１」「モード２」において低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値で設定する第１動作保持電圧値は、低圧モジュール２１が無効電流の出力を継続してできる最小の電圧値である。詳述すると、通常動作時は、低圧モジュール２１は電力系統からエネルギーを受け取れるため、無効電流の出力を継続して行い、電力系統の電圧値を安定的に保つように制御している。
That is, in other words, in both modes 1 and 2, the capacitor voltage detection value v cuL of the low voltage module 21 is held at the first operation holding voltage value or more.
Here, the movement start voltage value and the operation holding voltage value will be described. The first operation holding voltage value set by the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 in “mode 0”, “mode 1”, and “mode 2” is the minimum voltage value that the low-voltage module 21 can continuously output the reactive current. is there. More specifically, during normal operation, the low-voltage module 21 receives energy from the electric power system, so that the reactive current is continuously output and the voltage value of the electric power system is controlled to be stable.
しかしながら、瞬間的な電圧低下が発生したときには、電力系統から低圧モジュール２１はエネルギーを受け取れないものの、低圧モジュール２１は無効電流の出力を継続して行っている。そうすると、低圧モジュール２１の出力電圧波形の概形を成形するためのスイッチングに伴う電力消費が大きいため、低圧モジュール２１のコンデンサ容量の低下と共に、コンデンサ電圧検出値が徐々に低下して、最後には無効電流の出力が継続できなくなってしまう。このため、無効電流の出力を継続してできる低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値を移動開始電圧値として設定するものである。 However, when a momentary voltage drop occurs, the low voltage module 21 cannot receive energy from the power system, but the low voltage module 21 continues to output the reactive current. Then, since power consumption accompanying switching for shaping the outline of the output voltage waveform of the low-voltage module 21 is large, the capacitor voltage detection value gradually decreases with the decrease of the capacitor capacity of the low-voltage module 21, and finally, The reactive current cannot be output continuously. Therefore, the detected value of the capacitor voltage of the low-voltage module 21, which can continuously output the reactive current, is set as the movement start voltage value.
そして、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値で設定する第１移動開始電圧値は、中圧モジュール２２のエネルギーを低圧モジュール２１に移動する動作を開始する電圧値であり、第１動作保持電圧値よりも例えば１０％〜２０％高い電圧値を設定するものである。この第１動作保持電圧値により、あらかじめ中圧モジュール２２のエネルギーを低圧モジュール２１に移動させるので、第１動作保持電圧値未満になるのを遅延させることができる。 The first movement start voltage value set by the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 is a voltage value at which the operation of moving the energy of the medium-voltage module 22 to the low-voltage module 21 is started, and is more than the first operation holding voltage value. Also sets a voltage value that is 10% to 20% higher, for example. Since the energy of the intermediate voltage module 22 is moved to the low voltage module 21 in advance by the first operation holding voltage value, it can be delayed that the energy becomes less than the first operation holding voltage value.
また、「モード２」において中圧モジュール２２のコンデンサ電圧検出値で設定する第２動作保持電圧値は、中圧モジュール２２から低圧モジュール２１にエネルギーを移動させることができ、かつ電力系統の電圧が復帰後、中圧モジュール２２が動作可能となる最小の電圧値である。 Further, in the "mode 2", the second operation holding voltage value set by the capacitor voltage detection value of the intermediate voltage module 22 can transfer energy from the intermediate voltage module 22 to the low voltage module 21, and the voltage of the power system is It is the minimum voltage value at which the medium voltage module 22 can operate after the recovery.
そして、中圧モジュール２２のコンデンサ電圧検出値で設定する第２移動開始電圧値は、高圧モジュール２３のエネルギーを中圧モジュール２２及び低圧モジュール２１に移動する動作を開始する電圧値であり、第２動作保持電圧値よりも例えば１０％〜２０％高い電圧値を設定するものである。この第２移動開始電圧値により、あらかじめ高圧モジュール２３のエネルギーを中圧モジュール２２及び低圧モジュール２１に移動させるので、第２動作保持電圧値未満になるのを遅延させることができる。このため、第１動作保持電圧値未満になるのを遅延させることができる。 The second movement start voltage value set by the capacitor voltage detection value of the intermediate voltage module 22 is a voltage value at which the operation of moving the energy of the high voltage module 23 to the intermediate voltage module 22 and the low voltage module 21 is started. For example, a voltage value higher than the operation holding voltage value by 10% to 20% is set. Since the energy of the high-voltage module 23 is moved to the intermediate-voltage module 22 and the low-voltage module 21 in advance by the second movement start voltage value, it is possible to delay the energy from being less than the second operation holding voltage value. Therefore, it can be delayed that the voltage becomes less than the first operation holding voltage value.
なお、高圧モジュール２３のコンデンサ電圧検出値には、第３動作保持電圧値が設定されており、第３動作保持電圧値未満になった場合は、自励式無効電力制御装置は運転を停止する。 The capacitor voltage detection value of the high-voltage module 23 is set to the third operation holding voltage value, and when it becomes less than the third operation holding voltage value, the self-excited reactive power control device stops the operation.
［実験］
上述したカスケード電力変換器によるＦＲＴを実験にて確認する。すなわち、カスケード電力変換器によって、無効電力制御を行うことで確認する。
[Experiment]
FRT by the above-mentioned cascade power converter is confirmed by an experiment. That is, it is confirmed by performing reactive power control with the cascade power converter.
［実験条件］
図６にカスケード電力変換器の実験回路構成を示し、表２に実験条件を示している。入力線間電圧実効値は２００Ｖ、周波数は６０Ｈｚとする。入力リアクトルＬｆの値は３ｍＨとする。高圧モジュールコンデンサの容量は３３００μＦとしている。中圧モジュールコンデンサ及び低圧モジュールコンデンサの容量は１５００μＦとしている。また、高圧モジュールのコンデンサ電圧指令値ｖｃＨ ＊は１２０Ｖとしている。中圧モジュールコンデンサのコンデンサ電圧指令値ｖｃＭ ＊は４０Ｖとしている。低圧モジュールのコンデンサ電圧指令値ｖｃＬ ＊は２４Ｖとしている。
[Experimental conditions]
FIG. 6 shows the experimental circuit configuration of the cascade power converter, and Table 2 shows the experimental conditions. The input line voltage effective value is 200 V and the frequency is 60 Hz. The value of the input reactor L f is 3 mH. The capacity of the high-voltage module capacitor is 3300 μF. The capacity of the medium-voltage module capacitor and the low-voltage module capacitor is 1500 μF. Further, the capacitor voltage command value v cH * of the high voltage module is set to 120V. The capacitor voltage command value v cM * of the medium voltage module capacitor is set to 40V. The capacitor voltage command value v cL * of the low voltage module is set to 24V.
［実験結果］
（三相瞬低）
図７は、自励式無効電力制御装置の動作時に電源電圧を０．１ｓ間０Ｖに低下させたときの三相瞬低の実験波形である。三相瞬低中はどの相も同じ動作をするため、コンデンサ電圧検出値ｖｃｕＬ〜ｖｃｗＨ以外はｕ相のみを表している。
[Experimental result]
(Three-phase dips)
FIG. 7 is an experimental waveform of a three-phase voltage sag when the power supply voltage is reduced to 0 V for 0.1 s during the operation of the self-excited reactive power control device. Since the same operation is performed in all phases during the three-phase voltage sag , only the u phase is represented except for the capacitor voltage detection values vcuL to vcwH .
瞬低発生以前では、電源電圧ｅｕに対して位相がπ／２進んだ無効電流ｉｕが流れている。瞬低発生以降は低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値ｖｃｕＬ〜ｖｃｗＬが下がらないように高圧・中圧モジュールからエネルギーを送るスイッチングを行っている。自励式無効電力制御装置の高圧・中圧モジュールは高いコンデンサ電圧指令値の値を持つため、遅いスイッチングが求められている。そのため、高圧・中圧モジュールのスイッチング回数を減らすために、高圧・中圧モジュールからエネルギーを送るスイッチングのＯＮ期間を６００μｓ（６制御周期）に制御している。 Before the occurrence of the instantaneous voltage drop, the reactive current i u whose phase is advanced by π / 2 with respect to the power supply voltage e u flows. After the occurrence of the instantaneous voltage drop, switching is performed to send energy from the high / medium pressure module so that the capacitor voltage detection values vcuL to vcwL of the low voltage module do not decrease. Since the high-voltage / intermediate-voltage module of the self-excited reactive power controller has a high capacitor voltage command value, slow switching is required. Therefore, in order to reduce the number of times of switching of the high-voltage / intermediate-voltage module, the ON period of switching for sending energy from the high-voltage / intermediate-voltage module is controlled to 600 μs (6 control cycles).
また、瞬低発生中は電源電圧が全て０Ｖであり、電源からエネルギーを得ることはできないため、ｄ軸電流指令値ｉ＊ ｄを強制的に０にしている。さらに、瞬低復帰後はコンデンサ電圧検出値ｖｃｕＬ〜ｖｃｗＨが低下しており、それらを急激に復帰させるためにｄ軸電流指令値ｉ＊ ｄが大きな値を持ってしまうため、リミッタを４Ａとした。 Further, since the power supply voltage is all 0 V and energy cannot be obtained from the power supply during the occurrence of the instantaneous voltage drop, the d-axis current command value i * d is forcibly set to 0. Moreover, instantaneous after low return have reduced capacitor voltage detected value v cUL to v CWH, for d-axis current command value i * d to make them to the rapid return will have a large value, the limiter 4A And
（二相瞬低）
図８は、自励式無効電力制御装置の動作時にｖ，ｗ相の電源電圧を０．１ｓ間０Ｖに低下させたときの二相瞬低の実験波形である。瞬低発生以前では、電源電圧ｅｕ，ｅｖ，ｅｗに対して位相がπ／２進んだ無効電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流れている。
(Two-phase dips)
FIG. 8 is an experimental waveform of a two-phase voltage sag when the power supply voltages of the v and w phases are reduced to 0 V for 0.1 s during operation of the self-excited reactive power control device. In the sag before the occurrence, the power supply voltage e u, e v, e reactive current I phase is π / 2 advanced with respect to w i u, i v, i w is flowing.
電源電圧ｅｕは下がらないため、ｕ相は通常通りの制御を続けている。電源電圧ｅｖは下がるため、ｖ相は瞬低発生以降に低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値ｖｃｖＬが下がらないように高圧・中圧モジュールからエネルギーを送るスイッチング（ＯＮ期間３００μｓ）を行っている。そのため、ｖ相の高圧モジュールのコンデンサ電圧検出値ｖｃｖＨは低下している。電源電圧ｅｗは下がるが、ｗ相の高圧モジュールのコンデンサ電圧検出値ｖｃｗＨは低下していないため、瞬低発生以降に低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値ｖｃｗＬが第１動作保持電圧値未満に下がらないように中圧モジュールのみからエネルギーを送るスイッチング（ＯＮ期間３００μｓ）を行っている。なお、瞬低発生中の電流波形は多少歪んでいるが、電源電圧復帰後の電流波形はＦＲＴ要件の通り０．１ｓ以内に復帰できている。 Since the power supply voltage e u does not decrease, u-phase continues to control as usual. Since the power supply voltage e v decreases, v phase is performed switching (ON period 300 [mu] s) to send energy from the medium pressure and pressure module does not fall capacitor voltage detection value v CVL low pressure module after instantaneous drop occurs. Therefore, the capacitor voltage detection value v cvH of the v-phase high-voltage module is lowered. Although the power supply voltage e w decreases, the capacitor voltage detection value v cwH of the w-phase high-voltage module does not decrease, so that the capacitor voltage detection value v cwL of the low-voltage module becomes less than the first operation holding voltage value after the occurrence of the instantaneous voltage drop . Switching is performed to send energy only from the medium pressure module (ON period 300 μs) so as not to decrease. Although the current waveform during the occurrence of the instantaneous voltage drop is somewhat distorted, the current waveform after the power supply voltage is restored can be restored within 0.1 s as required by the FRT.
（単相瞬低）
図９は、自励式無効電力制御装置の動作時にｗ相の電源電圧を０．１ｓ間０Ｖに低下させたときの単相瞬低の実験波形である。瞬低発生以前では、電源電圧ｅｕ，ｅｖ，ｅｗに対して位相がπ／２進んだ無効電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流れている。
(Single phase sag)
FIG. 9 is an experimental waveform of a single-phase voltage sag when the w-phase power supply voltage is reduced to 0 V for 0.1 s during operation of the self-excited reactive power controller. In the sag before the occurrence, the power supply voltage e u, e v, e reactive current I phase is π / 2 advanced with respect to w i u, i v, i w is flowing.
電源電圧ｅｕ，ｅｖは下がらないため、ｕ，ｖ相は通常通りの制御を続けている。電源電圧ｅｗは下がるが、ｗ相は瞬低発生以降に低圧モジュール２１のみで動作を行っている。 Since the power supply voltage e u, e v does not decrease, u, v phase continues to control as usual. Although the power supply voltage e w decreases, the w phase operates only by the low voltage module 21 after the occurrence of the instantaneous voltage drop.
この実験において、自励式無効電力制御装置を瞬時に電源電圧が停電状態の０Ｖに低下した際に動作する低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が第１動作保持電圧値未満にならないように、第１移動開始電圧値及び第２移動開始電圧値を設け、中圧モジュール２２及び高圧モジュール２３から低圧モジュール２１にエネルギーを送る制御とした。その結果、三相瞬低においては、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が第１動作保持電圧値未満に下がることなくＦＲＴ要件を満たした動作を確認できた。二相瞬低においては、電源電圧値が０Ｖになった相の低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が下がらない場合もあったが、低圧モジュール２１コンデンサ電圧検出値が第１動作保持電圧値未満に下がることなくＦＲＴ要件を満たした動作を確認できた。単相瞬低においては、電源電圧値が０Ｖになった相の低圧モジュール２１のコンデンサ電圧が第１動作保持電圧値未満に下がることなくＦＲＴ要件を満たした動作を確認できた。 In this experiment, the self-excited reactive power control device is operated so that the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 that operates when the power supply voltage instantaneously drops to 0 V in the power failure state does not fall below the first operation holding voltage value. The transfer start voltage value and the second transfer start voltage value are provided, and the energy is controlled to be transmitted from the intermediate pressure module 22 and the high voltage module 23 to the low voltage module 21. As a result, in the three-phase voltage sag, it was confirmed that the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 did not fall below the first operation holding voltage value and that the operation satisfied the FRT requirement. In the two-phase voltage sag, the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 in the phase where the power supply voltage value became 0V may not decrease, but the low-voltage module 21 capacitor voltage detection value becomes less than the first operation holding voltage value. We were able to confirm the operation that met the FRT requirements without lowering. In the single-phase voltage sag, it was possible to confirm the operation satisfying the FRT requirement without the capacitor voltage of the low-voltage module 21 in the phase in which the power supply voltage value became 0 V fell below the first operation holding voltage value.
まとめると、表１に記載のＦＲＴ要件における電力系統の電圧が残電圧２０％未満かつ持続時間０．３秒以内の時に、電力系統の電圧の復帰後１秒以内に電圧低下前の８０％以上に装置の出力を復帰させ、運転継続することが確認できたと言える。これにより、電力系統の電圧が残電圧２０％以上かつ持続時間０．３秒以内の時に、電力系統の電圧の復帰後０．１秒以内に電圧低下前の８０％以上に装置の出力を復帰させ、運転継続することは明らかに実施できるものである。したがって、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が第１動作保持電圧値未満にならない、すなわち第１動作保持電圧値以上に保持するように、中圧モジュール２２及び高圧モジュール２３から低圧モジュール２１にエネルギーを送る制御は、系統連系規程により定められている電力系統におけるＦＲＴ要件を満たすものであると言える。 In summary, when the voltage of the power system in the FRT requirement shown in Table 1 is less than 20% of the residual voltage and the duration is within 0.3 seconds, 80% or more before the voltage drop within 1 second after the restoration of the voltage of the power system. It can be said that it was confirmed that the output of the device was restored and the operation continued. As a result, when the voltage of the power system is 20% or more of the residual voltage and the duration is within 0.3 seconds, the output of the device is restored to 80% or more before the voltage drop within 0.1 seconds after the voltage of the power system is restored. It is obviously feasible to let the operation continue. Therefore, energy is not transferred from the medium-voltage module 22 and the high-voltage module 23 to the low-voltage module 21 so that the detected capacitor voltage value of the low-voltage module 21 does not become less than the first operation-holding voltage value, that is, the voltage is held at the first operation-holding voltage value or more. It can be said that the control for sending satisfies the FRT requirement in the electric power system defined by the grid interconnection regulations.
また他の方法として、低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が第１動作保持電圧値未満にならないようにするためには、低圧モジュールのコンデンサ容量を大きくすることで、コンデンサに蓄えられるエネルギーを増やして瞬低時のコンデンサ電圧検出値の低下を回避することも考えられる。しかしながら、この方法における低圧モジュールのコンデンサの容量値は、低圧モジュールで無効電力制御において設定するコンデンサ容量の約２０倍と、非常に大きなコンデンサ容量値が必要となることが理論上計算される。このため、大型のコンデンサが必要となり、回路構成が大型化、かつ高価となり、ひいては無効電力制御装置が大きくなると共に、装置価格も高くなるという課題がある。 As another method, in order to prevent the capacitor voltage detection value of the low voltage module from becoming less than the first operation holding voltage value, the energy stored in the capacitor is increased by increasing the capacitor capacity of the low voltage module. It is also possible to avoid a decrease in the capacitor voltage detection value when it is low. However, it is theoretically calculated that the capacitance value of the capacitor of the low voltage module in this method requires a very large capacitor capacitance value, which is about 20 times the capacitor capacitance set in the reactive power control in the low voltage module. Therefore, there is a problem that a large capacitor is required, the circuit configuration becomes large and the cost becomes high, and the reactive power control device becomes large, and the device price also becomes high.
よって、低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が第１動作保持電圧値未満にならないように、中圧モジュール及び高圧モジュールから低圧モジュールにエネルギーを送る制御は、この課題も同時に解決することができる。 Therefore, the control of sending energy from the medium-voltage module and the high-voltage module to the low-voltage module so that the detected capacitor voltage value of the low-voltage module does not become less than the first operation holding voltage value can solve this problem at the same time.
本実施形態の自励式無効電力制御装置では、例えば第１動作保持電圧値を５６３Ｖ、第１移動開始電圧値を５１３Ｖ、第２動作保持電圧値を１１２７Ｖ、第２移動開始電圧値を１０２４Ｖ、第３動作保持電圧値を３０７３Ｖの電圧値に設定する。第１移動開始電圧値と第２移動開始電圧値の電圧値は、第１動作保持電圧値と第２動作保持電圧値に対し、各々約１０％高い電圧値に設定している。 In the self-excited reactive power controller of the present embodiment, for example, the first operation holding voltage value is 563V, the first movement start voltage value is 513V, the second operation holding voltage value is 1127V, the second movement start voltage value is 1024V, and 3 The operation hold voltage value is set to a voltage value of 3073V. The voltage values of the first movement start voltage value and the second movement start voltage value are set to be about 10% higher than the first operation holding voltage value and the second operation holding voltage value, respectively.
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）電力系統が電圧低下したときに、出力電圧波形の概形を成形する低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が低下して移動開始電圧値未満となると中圧モジュール２２及び高圧モジュール２３から低圧モジュール２１にエネルギーを移動させることで低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が、無効電流を出力することができる最小の電圧値である第１動作保持電圧値未満にならない、すなわち、第１動作保持電圧値以上に保持する。このため、電力系統に対して無効電流の出力を継続して行うことができるとともに、ＦＲＴ要件を満たして出力を回復することができる。
As described above, according to this embodiment, the following effects can be achieved.
(1) When the voltage of the power system drops, if the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 that shapes the outline of the output voltage waveform decreases and becomes less than the movement start voltage value, the medium-voltage module 22 and the high-voltage module 23 lower the voltage. By transferring energy to the module 21, the detected value of the capacitor voltage of the low voltage module 21 does not become less than the first operation holding voltage value which is the minimum voltage value that can output the reactive current, that is, the first operation holding voltage. Keep above the value. Therefore, the reactive current can be continuously output to the power system, and the output can be restored by satisfying the FRT requirement.
（２）低圧モジュール２１は出力電圧波形の概形を成形するためにスイッチングに伴う電力消費が大きいので、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値に最も近いコンデンサ電圧指令値、且つ低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値よりも高いコンデンサ電圧指令値の中圧モジュール２２、次に高圧モジュール２３の順に低圧モジュール２１にエネルギーを移動させる。このため、電圧低下中に電力系統の電圧が電力系統に接続された分散電源の影響により電力系統の電圧が一時的に高電圧となる現象を最小限にしつつ、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値を第１動作保持電圧値以上に継続して保持することができる。 (2) Since the low-voltage module 21 shapes the outline of the output voltage waveform and therefore consumes a large amount of power due to switching, the capacitor voltage command value that is closest to the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 and the capacitor voltage of the low-voltage module 21. Energy is transferred to the low-voltage module 21 in the order of the medium-voltage module 22 having the capacitor voltage command value higher than the detected value and then the high-voltage module 23. Therefore, while minimizing the phenomenon that the voltage of the power system temporarily becomes a high voltage due to the influence of the distributed power source connected to the power system during the voltage drop, the detected value of the capacitor voltage of the low voltage module 21 is minimized. Can be continuously maintained at or above the first operation holding voltage value.
（３）低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が第１移動開始電圧値未満となったときに、中圧モジュール２２のエネルギーを低圧モジュール２１に移動させて低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が第１動作保持電圧値以上に保持される。このため、電力系統が電圧低下したときに、無効電力を制御するためのエネルギーが不足することを抑制することができるとともに、電力系統の電圧が復帰後に自励式無効電力制御装置が動作可能となる。 (3) When the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 becomes less than the first movement start voltage value, the energy of the medium-voltage module 22 is moved to the low-voltage module 21, and the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 becomes the first value. It is kept above the operation holding voltage value. Therefore, when the voltage of the power system drops, shortage of energy for controlling the reactive power can be suppressed, and the self-excited reactive power control device can operate after the voltage of the power system is restored. .
（４）中圧モジュール２２のコンデンサ電圧検出値が第２移動開始電圧値未満となったときに、高圧モジュール２３のエネルギーを低圧モジュール２１及び中圧モジュール２２に移動させて低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が第１動作保持電圧値以上に保持されるとともに、中圧モジュール２２のコンデンサ電圧検出値が第２動作保持電圧値以上に保持される。このため、電力系統が電圧低下したときに、無効電力を制御するためのエネルギーが不足することを更に抑制することができるとともに、電力系統の電圧が復帰後に自励式無効電力制御装置が動作可能となる。 (4) When the detected capacitor voltage value of the intermediate voltage module 22 is less than the second movement start voltage value, the energy of the high voltage module 23 is moved to the low voltage module 21 and the intermediate voltage module 22, and the capacitor voltage of the low voltage module 21 is changed. The detected value is held above the first operation holding voltage value, and the capacitor voltage detection value of the intermediate voltage module 22 is held above the second operation holding voltage value. Therefore, it is possible to further suppress the shortage of energy for controlling the reactive power when the voltage of the power system drops, and it is possible to operate the self-excited reactive power control device after the voltage of the power system is restored. Become.
（５）高圧モジュール２３のエネルギーを低圧モジュール２１及び中圧モジュール２２に移動させるときに、高圧モジュール２３のエネルギーは、中圧モジュール２２を経由して低圧モジュール２１に移動させた。すなわち、中圧モジュール２２のコンデンサ電圧検出値が第２移動開始電圧値未満となったときに、高圧モジュール２３に蓄えられたエネルギーを中圧モジュール２２に移動させ、中圧モジュール２２から低圧モジュール２１に移動させて、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が第１動作保持電圧値以上に保持されるとともに、中圧モジュール２２のコンデンサ電圧検出値が第２動作保持電圧値以上に保持される。このため、電力系統が電圧低下したときに、無効電力を制御するためのエネルギーが不足することを極力抑制することができるとともに、電力系統の電圧が復帰後に自励式無効電力制御装置が動作可能となる。 (5) When the energy of the high-voltage module 23 is moved to the low-pressure module 21 and the medium-pressure module 22, the energy of the high-voltage module 23 is moved to the low-voltage module 21 via the medium-pressure module 22. That is, when the detected capacitor voltage value of the intermediate pressure module 22 becomes less than the second movement start voltage value, the energy stored in the high voltage module 23 is moved to the intermediate pressure module 22, and the intermediate pressure module 22 moves to the low voltage module 21. Then, the capacitor voltage detection value of the low voltage module 21 is held at the first operation holding voltage value or more, and the capacitor voltage detection value of the intermediate voltage module 22 is held at the second operation holding voltage value or more. Therefore, when the voltage of the power system drops, it is possible to suppress as much as possible the lack of energy for controlling the reactive power, and the self-excited reactive power control device can operate after the voltage of the power system is restored. Become.
（６）高圧モジュール２３のコンデンサ電圧検出値が第３動作保持電圧値未満となったときには、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値を第１動作保持電圧値以上に保持する事はできなくなるので、自励式無効電力制御装置を安全に停止することができる。 (6) When the capacitor voltage detection value of the high-voltage module 23 becomes less than the third operation holding voltage value, the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 cannot be held above the first operation holding voltage value. The excitation type reactive power control device can be safely stopped.
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、３直列の低圧・中圧・高圧モジュール（単相電力変換器）をスター結線し、高圧モジュール２３のエネルギーを低圧モジュール２１に移動させるときに、高圧モジュール２３のエネルギーを、中圧モジュール２２と低圧モジュール２１とに同時に移動させるようにした。しかしながら、高圧モジュール２３から低圧モジュール２１にエネルギーを直接移動できるバイパス回路を構成してもよい。このようにすれば、高圧モジュール２３のエネルギーを低圧モジュール２１に直接かつ瞬時に移動させるようにすることができる。これにより、制御回路などにおけるエネルギー損失を一層低減する事ができ、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値を第１動作保持電圧値以上に安定して保持することができる。
The above-described embodiment can be implemented in the following forms in which this is appropriately modified.
-In the said embodiment, when the energy of the high voltage module 23 is moved to the low voltage module 21 by star-connecting the 3-series low voltage / intermediate voltage / high voltage module (single-phase power converter), The intermediate pressure module 22 and the low pressure module 21 are moved simultaneously. However, a bypass circuit that can directly transfer energy from the high-voltage module 23 to the low-voltage module 21 may be configured. By doing so, the energy of the high-voltage module 23 can be directly and instantaneously transferred to the low-voltage module 21. As a result, the energy loss in the control circuit and the like can be further reduced, and the capacitor voltage detection value of the low voltage module 21 can be stably held at the first operation holding voltage value or more.
・上記実施形態では、３直列の各１個の低圧・中圧・高圧モジュール（単相電力変換器）をスター結線した。しかしながら、３直列の各１個の低圧・中圧・高圧モジュール（単相電力変換器）の結線はスター結線に限定されるものではなく、デルタ結線にすることができる。 In the above-described embodiment, one low-voltage / intermediate-voltage / high-voltage module (single-phase power converter) in three series is star-connected. However, the connection of each one low-voltage / intermediate-voltage / high-voltage module (single-phase power converter) in three series is not limited to the star connection, and may be a delta connection.
・上記実施形態では、３直列の各１個の低圧・中圧・高圧モジュール（単相電力変換器）をスター結線した、３段モジュールで構成した。しかしながら、モジュールの構成は３段に限定されるものではなく、モジュールの構成を２段、４段、５段などの複数段であっても応用することができる。例えば、モジュールの構成が２段であれば、低圧モジュール１個と中圧モジュールか高圧モジュールのいずれか一方との組合せが可能である。モジュールの構成が４段であれば、低圧モジュール２個と中圧モジュールか高圧モジュールのいずれか一方が２個との組合せ、低圧モジュール３個と中圧モジュールか高圧モジュールのいずれか一方が１個との組合せ、低圧モジュール１個と中圧モジュール２個（同じ電圧値でも、異なる電圧値でもよい）と高圧モジュール１個との組合せなどの段数に任意に選択可能である。 -In the said embodiment, it comprised by the low voltage / intermediate voltage / high voltage module (single-phase power converter) of each one of three series connection by the star connection, and it comprised by the three-stage module. However, the configuration of the module is not limited to three stages, and the module configuration can be applied to a plurality of stages such as two stages, four stages, and five stages. For example, if the module has two stages, it is possible to combine one low-voltage module with either the medium-voltage module or the high-voltage module. If the module configuration is four stages, a combination of two low-voltage modules and either one of the medium-pressure module or the high-voltage module, three low-voltage modules and one of either the medium-pressure module or the high-voltage module It is possible to arbitrarily select the number of stages, such as a combination of, and a combination of one low-voltage module and two medium-voltage modules (they may have the same voltage value or different voltage values) and one high-voltage module.
・上記実施形態では、各モジュール（単相電力変換器）の低圧・中圧・高圧モジュールのコンデンサ電圧の比を１：２：６とした。しかしながら、コンデンサの電圧は、任意の電圧に選択可能である。例えば、コンデンサ電圧の比を１：１．７：６．３、１：２．９：１１．１や１：２．４：５．３などに適宜選択可能である。 -In the above-mentioned embodiment, the ratio of the capacitor voltage of the low voltage, medium voltage, and high voltage modules of each module (single-phase power converter) was set to 1: 2: 6. However, the voltage of the capacitor can be selected to any voltage. For example, the ratio of the capacitor voltages can be appropriately selected to be 1: 1.7: 6.3, 1: 2.9: 11.1, 1: 2.4: 5.3, or the like.
・上記実施形態において、各モジュール（単相電力変換器）のコンデンサの容量は、制御したい無効電力の大きさに応じて任意に選択可能であって、中圧モジュールと低圧モジュールとで同一容量のコンデンサを使用しても良く、異なる容量の組み合わせも選択可能である。 In the above embodiment, the capacity of the capacitor of each module (single-phase power converter) can be arbitrarily selected according to the magnitude of the reactive power to be controlled, and the capacity of the medium-voltage module and the low-voltage module are the same. A capacitor may be used, and a combination of different capacities can be selected.
・上記実施形態では、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値で設定する第１移動開始電圧値を第１動作保持電圧値よりも例えば１０％〜２０％高い電圧値を設定したが、１０％〜２０％高い電圧値は好ましい範囲の設定値であって、１％〜５０％高い電圧値の範囲であればよい。 In the above embodiment, the first movement start voltage value set by the capacitor voltage detection value of the low-voltage module 21 is set to be, for example, 10% to 20% higher than the first operation holding voltage value, but 10% to 20% The% high voltage value is a set value in a preferable range, and may be in the range of 1% to 50% higher voltage value.
・上記実施形態では、中圧モジュール２２のコンデンサ電圧検出値で設定する第２移動開始電圧値を第２動作保持電圧値よりも例えば１０％〜２０％高い電圧値を設定した。しかしながら、第２移動開始電圧値を第２動作保持電圧値よりも１０％〜２０％高い電圧値は好ましい範囲の設定値であって、第２移動開始電圧値を第２動作保持電圧値よりも１％〜５０％高い電圧値の範囲であってもよい。 -In the said embodiment, the 2nd movement start voltage value set by the capacitor voltage detection value of the intermediate voltage module 22 set the voltage value 10% -20% higher than the 2nd operation holding voltage value. However, a voltage value in which the second movement start voltage value is 10% to 20% higher than the second operation holding voltage value is a set value in a preferable range, and the second movement start voltage value is higher than the second operation holding voltage value. It may be in the range of 1% to 50% higher voltage value.
・上記実施形態では、高圧モジュール２３に蓄えられているエネルギーを中圧モジュール２２及び低圧モジュール２１に同時に移動させる時、中圧モジュール２２には、エネルギーを蓄えるようにしたが、中圧モジュール２２に、エネルギーを蓄えないようにしてもよい。このようにすれば、高圧モジュール２３のエネルギーを低圧モジュール２１に瞬時に移動することができる。よって、制御回路などによるエネルギー損失を低減する事ができ、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値を第１動作保持電圧値以上に安定して保持することができる。 In the above-described embodiment, when the energy stored in the high pressure module 23 is simultaneously moved to the medium pressure module 22 and the low pressure module 21, the medium pressure module 22 stores the energy. , Energy may not be stored. By doing so, the energy of the high-voltage module 23 can be instantaneously transferred to the low-voltage module 21. Therefore, it is possible to reduce the energy loss due to the control circuit and the like, and it is possible to stably hold the capacitor voltage detection value of the low voltage module 21 at or above the first operation holding voltage value.
・上記実施形態では、高圧モジュール２３に蓄えられているエネルギーを中圧モジュール２２及び低圧モジュール２１に同時に移動させるようにしたが、エネルギーを中圧モジュール２２だけに移動させるようにしてもよい。このようにすれば、低圧モジュール２１のコンデンサ電圧検出値が無効電流を出力することができる最小の電圧値である第１動作保持電圧値以上に保持しながら、中圧モジュール２２のコンデンサ電圧検出値が無効電流を出力することができる最小の電圧値である第２動作保持電圧値以上に保持されるので、電力系統が電圧低下したときに、無効電力を制御するためのエネルギーが不足することを極力抑制することができる。 In the above embodiment, the energy stored in the high pressure module 23 is moved to the intermediate pressure module 22 and the low pressure module 21 at the same time, but the energy may be moved to only the intermediate pressure module 22. With this configuration, the capacitor voltage detection value of the medium voltage module 22 is maintained while the capacitor voltage detection value of the low voltage module 21 is kept equal to or higher than the first operation holding voltage value which is the minimum voltage value that can output the reactive current. Is held above the second operation holding voltage value, which is the minimum voltage value that can output the reactive current, so that when the voltage of the power system drops, the energy for controlling the reactive power may be insufficient. It can be suppressed as much as possible.
また、このエネルギーを中圧モジュール２２だけに移動させるようにした実施形態では、高圧モジュール２３のエネルギーを中圧モジュール２２に対しエネルギーを蓄えても、蓄えなくてもよい。 In the embodiment in which this energy is transferred only to the intermediate pressure module 22, the energy of the high pressure module 23 may or may not be stored in the intermediate pressure module 22.
１０…制御部、１１…電圧計、１２…電流計、２１…低圧モジュール、２２…中圧モジュール、２３…高圧モジュール。 10 ... Control part, 11 ... Voltmeter, 12 ... Ammeter, 21 ... Low voltage module, 22 ... Medium pressure module, 23 ... High voltage module.
Claims (5)
前記電力系統の各相に接続され、単相フルブリッジインバータとコンデンサとを有する複数のモジュールを直列接続し、前記複数のモジュールのコンデンサ電圧指令値が異なるカスケード電力変換器と、
前記カスケード電力変換器から前記電力系統へ出力される無効電力を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記複数のモジュールのうち最も低電圧のモジュールである低圧モジュールによって出力電圧波形の概形を成形し、
前記電力系統が電圧低下して、前記低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が移動開始電圧値未満となったときに、前記複数のモジュールのうち前記低圧モジュール以外のモジュールの少なくとも１個に蓄えられたエネルギーを前記低圧モジュールに移動させて前記低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値を動作保持電圧値以上に保持する
自励式無効電力制御装置。 A self-excited reactive power controller connected to a three-phase AC power system,
Cascade power converter connected to each phase of the power system, a plurality of modules having a single-phase full-bridge inverter and a capacitor are connected in series, and capacitor voltage command values of the plurality of modules are different,
A control unit for controlling reactive power output from the cascade power converter to the power system,
The control unit shapes the outline of the output voltage waveform by a low-voltage module that is the lowest voltage module among the plurality of modules,
Energy stored in at least one of the plurality of modules other than the low-voltage module when the detected voltage of the capacitor of the low-voltage module becomes less than the movement start voltage value due to voltage drop of the power system. A self-excited reactive power control device that moves a capacitor voltage detection value of the low voltage module to an operation holding voltage value or more by moving the low voltage module to the low voltage module.
請求項１に記載の自励式無効電力制御装置。 Among the plurality of modules, the control unit sequentially assigns a capacitor voltage command value closest to the capacitor voltage command value of the low-voltage module and a module having a capacitor voltage command value higher than the capacitor voltage command value of the low-voltage module to the module in order. The self-excited reactive power control device according to claim 1, wherein the stored energy is transferred to the low-voltage module, and the detected value of the capacitor voltage of the low-voltage module is held at the operation holding voltage value or more.
前記中圧モジュールから低圧モジュールにエネルギーを移動させる移動開始電圧値を第１移動開始電圧値とし、
前記低圧モジュールの前記動作保持電圧値を第１動作保持電圧値として、
前記制御部は、前記中圧モジュールから前記低圧モジュールにエネルギーを移動させたことで前記中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が第２移動開始電圧値未満となったときには、前記高圧モジュールに蓄えられたエネルギーを前記低圧モジュール及び前記中圧モジュールに移動させて、前記低圧モジュールのコンデンサ電圧検出値を前記第１動作保持電圧値以上に保持するとともに、前記中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値を第２動作保持電圧値以上に保持する
請求項１又は２に記載の自励式無効電力制御装置。 The plurality of modules comprises the low voltage module, a medium voltage module having a capacitor voltage command value higher than the low voltage module, and a high voltage module having a capacitor voltage command value higher than the medium voltage module,
A transfer start voltage value for transferring energy from the intermediate pressure module to the low pressure module is set as a first transfer start voltage value,
As the first operation holding voltage value, the operation holding voltage value of the low-voltage module,
The control unit stores energy in the high-voltage module when the capacitor voltage detection value of the intermediate-voltage module becomes less than a second movement start voltage value by transferring energy from the medium-voltage module to the low-voltage module. Energy is transferred to the low-voltage module and the medium-voltage module to maintain the capacitor voltage detection value of the low-voltage module at or above the first operation holding voltage value, and the capacitor voltage detection value of the intermediate-voltage module to the second operation. The self-excited reactive power control device according to claim 1 or 2, wherein the self-excited reactive power control device holds the voltage above a holding voltage value.
前記中圧モジュールから低圧モジュールにエネルギーを移動させる移動開始電圧値を第１移動開始電圧値とし、
前記低圧モジュールの前記動作保持電圧値を第１動作保持電圧値として、
前記制御部は、前記中圧モジュールから前記低圧モジュールにエネルギーを移動させたことで前記中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値が第２移動開始電圧値未満となったときには、前記高圧モジュールに蓄えられたエネルギーを前記中圧モジュールに移動させて前記中圧モジュールのコンデンサ電圧検出値を第２動作保持電圧値以上に保持する
請求項１又は２に記載の自励式無効電力制御装置。 The plurality of modules comprises the low voltage module, a medium voltage module having a capacitor voltage command value higher than the low voltage module, and a high voltage module having a capacitor voltage command value higher than the medium voltage module,
A transfer start voltage value for transferring energy from the intermediate pressure module to the low pressure module is set as a first transfer start voltage value,
As the first operation holding voltage value, the operation holding voltage value of the low-voltage module,
The control unit stores energy in the high-voltage module when the capacitor voltage detection value of the intermediate-voltage module becomes less than a second movement start voltage value by transferring energy from the medium-voltage module to the low-voltage module. The self-excited reactive power control device according to claim 1 or 2, wherein energy is transferred to the intermediate voltage module to hold a capacitor voltage detection value of the intermediate voltage module at a second operation holding voltage value or more.
請求項３又は４に記載の自励式無効電力制御装置。 The control unit, when moving the energy stored in the high-voltage module to at least one of the medium-pressure module and the low-voltage module, moves the energy to the low-voltage module without storing energy in the medium-pressure module. Alternatively, the self-excited reactive power control device according to item 4.
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