JP6700102B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
商用電力系統等の電力系統と、太陽光発電設備、燃料電池発電設備、蓄電設備等の分散型電源との間の電力変換装置が種々提案されている。例えば特許文献1では、分散型電源の電力系統との系統連系運転と自立運転との間を瞬断なく移行したり、複数の分散型電源との間での自律的な負荷分担を行ったり、短期の系統周波数安定化を実現するための構成として、電力系統に仮想の発電機が接続されたと仮定して分散型電源からの受電量を制御する仮想発電機モデル制御を行うことが開示されている。
Various power conversion devices between a power system such as a commercial power system and a distributed power source such as a solar power generation facility, a fuel cell power generation facility, and a power storage facility have been proposed. For example, in
しかし、上記特許文献1の構成は、電力系統が三相系統である場合に適用されるものである。上記特許文献1の構成は、家庭用の小容量系統である単相三線式の電力系統に、そのまま適用することができない。特に、最近、各家庭等に設置された燃料電池発電設備、太陽光発電設備を利用したマイクログリッドが急速に普及している。このようなマイクログリッドは、単相三線式の電力系統に接続されるため、上記特許文献1のような電力変換装置をそのまま適用することができない。
However, the configuration of
上記非特許文献1には、このような単相三線式の電力系統に仮想発電機モデル制御を適用する態様が記載されている。しかし、この構成では、自立運転時に中性線の制御を別途行う必要があり、系統連系運転時と自立運転時との間の移行には運転モードの切り替えが必要となっている。また、これにより、電力変換装置の構成も複雑化している。したがって、上記非特許文献1のような構成では、分散型電源が単相三線式の電力系統に接続されるシステムにおいて、制御態様の切り替えを行わずに系統連系運転と自立運転との間を瞬断なく移行することができない。
Non-Patent
本発明は、上記課題を解決するものであり、単相三線式の電力系統と分散型電源との間に接続される電力変換装置において、制御態様の切り替えを必要とせずに、系統連系運転と自立運転との間の移行を無瞬断で行うことができる電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention is to solve the above-mentioned problems, and in a power conversion device connected between a single-phase three-wire power system and a distributed power source, system interconnection operation is performed without requiring switching of control modes. It is an object of the present invention to provide a power conversion device that can perform a transition between a self-sustaining operation and a self-sustaining operation without interruption.
本発明の一態様に係る電力変換装置は、分散型電源と、第1電圧線、第2電圧線および中性電圧線を有する単相三線式の電力系統と、の間に接続される電力変換装置であって、前記分散型電源に接続される一対の入力端と、前記電力系統の各電圧線に接続される3つの出力端とを有するインバータと、前記インバータの前記電力系統側において、前記第1電圧線に接続される第1出力端の第1出力電流および前記第2電圧線に接続される第2出力端の第2出力電流をそれぞれ計測する電流計測器と、前記電力系統の前記中性電圧線に対する前記第1電圧線における第1系統電圧および前記中性電圧線に対する前記第2電圧線における第2系統電圧をそれぞれ計測する電圧計測器と、前記インバータのスイッチングを制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記第1電圧線と前記中性電圧線との間に第1の仮想発電機が接続され、かつ、前記第2電圧線と前記中性電圧線との間に第2の仮想発電機が接続されたと仮定して、前記電流計測器および前記電圧計測器で計測された電流および電圧から、各仮想発電機の仮想的な周波数指令値を生成し、当該周波数指令値を積分して位相角指令値を生成するとともに、前記第1系統電圧および前記第2系統電圧から各仮想発電機の位相角を生成し、前記仮想発電機の位相角と前記位相角指令値との偏差から各仮想発電機における仮想的な相差角を算出する相差角生成部と、前記電流計測器および前記電圧計測器で計測された電流および電圧から、各仮想発電機の仮想的な誘起電圧を算出する誘起電圧生成部と、前記電圧計測器で計測された電圧、前記相差角、前記誘起電圧および予め定められた各仮想発電機の内部インピーダンスから、各仮想発電機の電流指令値を生成する電流指令値生成部と、を備え、前記電流計測器で計測された電流が前記電流指令値となるように前記インバータをスイッチングするよう構成され、前記相差角生成部は、前記第1の仮想発電機と前記第2の仮想発電機との間で共通の前記周波数指令値を生成する、および/または、前記第1の仮想発電機および前記第2の仮想発電機の一方の位相角を前記第1の仮想発電機および前記第2の仮想発電機の他方の位相角に基づいて調整することにより位相角間の誤差を補正するよう構成される。 A power converter according to one aspect of the present invention is a power converter connected between a distributed power source and a single-phase three-wire power system having a first voltage line, a second voltage line, and a neutral voltage line. An inverter having a pair of input terminals connected to the distributed power source and three output terminals connected to each voltage line of the electric power system; and the device on the electric power system side of the inverter, A current measuring device for respectively measuring a first output current of a first output end connected to a first voltage line and a second output current of a second output end connected to the second voltage line; A voltage measuring device that measures a first system voltage on the first voltage line for the neutral voltage line and a second system voltage on the second voltage line for the neutral voltage line, and a controller that controls switching of the inverter. And the first virtual generator is connected between the first voltage line and the neutral voltage line, and the controller includes a second voltage line and the neutral voltage line. Assuming that a second virtual generator is connected in between, a virtual frequency command value for each virtual generator is generated from the current and voltage measured by the current measuring device and the voltage measuring device, and to generate a phase angle command value by integrating the frequency command value, said first generating a phase angle of each virtual generator from the mains voltage and the second system voltage, the phase angle between the phase angle of the virtual generator From the difference between the command value and the phase difference angle generator for calculating the virtual phase difference angle in each virtual generator, and the current and voltage measured by the current measuring device and the voltage measuring device, the virtual difference of each virtual generator. From the voltage measured by the voltage measuring device, the phase difference angle, the induced voltage and the predetermined internal impedance of each virtual generator, the current command of each virtual generator is calculated. A current command value generation unit that generates a value, and is configured to switch the inverter so that the current measured by the current measuring device becomes the current command value, and the phase difference angle generation unit includes the phase difference angle generation unit. Generating a common frequency command value between one virtual generator and the second virtual generator, and/or one phase of the first virtual generator and the second virtual generator It is configured to correct the error between the phase angles by adjusting the angle based on the phase angle of the other of the first virtual generator and the second virtual generator.
上記構成によれば、単相三線式の電力系統の第1電圧線と中性電圧線との間、および、第2電圧線と中性電圧線との間のそれぞれに、仮想発電機が接続されたと仮定して、第1電圧線、第2電圧線および中性電圧線が接続されるインバータのスイッチングが制御される。これにより、簡単な構成で、制御態様の切り替えを必要とせずに、第1電圧線および第2電圧線における系統連系運転と自立運転との間の移行を無瞬断で行うことができる。さらに、2つの仮想発電機の間で共通の周波数指令値が生成される、および/または、2つの仮想発電機の一方の位相角を他方の位相角に基づいて調整することにより位相角間の誤差が補正される。これにより、2つの仮想発電機同士を同期させることができ、第1系統電圧および第2系統電圧だけでなく第1電圧線と第2電圧線との間の電圧を維持することができる。 According to the above configuration, the virtual generator is connected between the first voltage line and the neutral voltage line and between the second voltage line and the neutral voltage line of the single-phase three-wire power system. Assuming that the first voltage line, the second voltage line and the neutral voltage line are connected, switching of the inverter is controlled. With this, with a simple configuration, it is possible to perform the transition between the grid interconnection operation and the self-sustaining operation on the first voltage line and the second voltage line without interruption, without requiring switching of the control mode. Further, a common frequency command value is generated between the two virtual generators, and/or the error between the phase angles is adjusted by adjusting the phase angle of one of the two virtual generators based on the phase angle of the other. Is corrected. Accordingly, the two virtual generators can be synchronized with each other, and not only the first system voltage and the second system voltage but also the voltage between the first voltage line and the second voltage line can be maintained.
前記相差角生成部は、前記電流計測器および前記電圧計測器で計測された電流および電圧から前記第1の仮想発電機および前記第2の仮想発電機による有効電力の総和を算出し、当該有効電力の総和と有効電力指令値および基準周波数とから前記周波数指令値を生成することにより、前記第1の仮想発電機と前記第2の仮想発電機との間で共通の前記周波数指令値を生成してもよい。これによれば、有効電力の制御ループが2つの仮想発電機間で共通化されるため、簡単な構成で2つの仮想発電機間の誘起電圧の位相を一致させることができる。 The phase difference angle generation unit calculates the total sum of active power by the first virtual generator and the second virtual generator from the current and voltage measured by the current measuring device and the voltage measuring device, and the effective By generating the frequency command value from the sum of electric power, the active power command value, and the reference frequency, the common frequency command value is generated between the first virtual generator and the second virtual generator. You may. According to this, since the control loop of the active power is shared between the two virtual generators, it is possible to match the phases of the induced voltages between the two virtual generators with a simple configuration.
前記相差角生成部は、前記第1の仮想発電機の前記位相角と前記第2の仮想発電機の前記位相角との差を比例演算し、当該比例演算結果を前記第1の仮想発電機の周波数および前記第2の仮想発電機の周波数の何れか一方に加えることで、前記位相角間の誤差を補正してもよい。これによれば、有効電力の制御ループの構成に拘わらず、2つの仮想発電機間の誘起電圧の位相のずれを小さくすることができる。 The phase difference angle generation unit proportionally calculates a difference between the phase angle of the first virtual generator and the phase angle of the second virtual generator, and outputs the proportional calculation result to the first virtual generator. of by adding to one of the frequencies of the frequency and the second virtual power generator, the error of the phase Kakuma may be corrected. According to this, it is possible to reduce the phase shift of the induced voltage between the two virtual generators, regardless of the configuration of the control loop of active power.
前記誘起電圧生成部は、前記電流計測器および前記電圧計測器で計測された電流および電圧から各仮想発電機の無効電力を算出し、当該各無効電力と、前記第1系統電圧の大きさおよび前記第2系統電圧の大きさと、各無効電力指令値および基準電圧とから各仮想発電機の前記誘起電圧を算出してもよい。無効電力の制御ループを仮想発電機ごとに個別に設けることにより、制御の自由度を高くすることができる。 The induced voltage generator calculates the reactive power of each virtual generator from the current and the voltage measured by the current measuring device and the voltage measuring device, and the reactive power and the magnitude of the first system voltage and The induced voltage of each virtual generator may be calculated from the magnitude of the second system voltage, each reactive power command value, and the reference voltage. The degree of freedom in control can be increased by providing a control loop for reactive power individually for each virtual generator.
前記相差角生成部は、前記有効電力の総和と前記有効電力指令値との差を伝達関数KG(s)=Kgd/(1+Tgs)を用いて演算し、当該演算結果に前記基準周波数を加えることにより、前記周波数指令値を生成してもよい。ここで、Kgdは、各仮想発電機における周波数ドループ特性を示す係数であり、Tgは、各仮想発電機における慣性による回転数の追従遅れの特性を示す時定数である。これにより、仮想の発電機において有効電力を用いたガバナ制御を模擬した制御態様を容易に実現することができる。 The phase difference angle generation unit calculates a difference between the total of the active powers and the active power command value by using a transfer function K G (s)=K gd /(1+T g s), and the calculated result is the reference value. The frequency command value may be generated by adding a frequency. Here, K gd is a coefficient showing the frequency droop characteristic in each virtual generator, and T g is a time constant showing the characteristic of the tracking delay of the rotation speed due to inertia in each virtual generator. This makes it possible to easily realize a control mode simulating governor control using active power in a virtual generator.
前記誘起電圧生成部は、前記無効電力と前記無効電力指令値との差に電圧ドループ特性を示す係数Kadを掛け、その結果に前記基準電圧を加えて電圧指令値を生成し、当該電圧指令値と、前記電圧計測器で計測された対応する電圧の大きさとの差を伝達関数KA(s)=Kap+Kai/sを用いて演算し、当該演算結果を前記誘起電圧として出力してもよい。ここで、Kapは、比例要素を示す係数であり、Kaiは積分要素を示す係数である。これにより、仮想の発電機において無効電力を用いた自動電圧調整制御を模擬した制御態様を容易に実現することができる。 The induced voltage generation unit multiplies the difference between the reactive power and the reactive power command value by a coefficient K ad indicating a voltage droop characteristic, adds the reference voltage to the result, and generates a voltage command value. The difference between the value and the magnitude of the corresponding voltage measured by the voltage measuring device is calculated using the transfer function K A (s)=K ap +K ai /s, and the calculation result is output as the induced voltage. May be. Here, K ap is a coefficient indicating a proportional element, and K ai is a coefficient indicating an integral element. This makes it possible to easily realize a control mode simulating automatic voltage adjustment control using reactive power in a virtual generator.
前記制御器は、前記電流計測器および前記電圧計測器で計測された電流および電圧の正相成分を抽出し、抽出された各値の正相成分を、正相に同期する回転座標系において取り扱うことにより、各仮想発電機の電流指令値を生成してもよい。各値の正相成分を抽出して、正相に同期する回転座標系上で仮想発電機を構成することにより、当該回転座標系において2つの仮想発電機における取り扱いを容易にすることができる。 The controller extracts the positive phase components of the current and the voltage measured by the current measuring device and the voltage measuring device, and handles the extracted positive phase components of the respective values in a rotating coordinate system synchronized with the positive phase. By doing so, a current command value for each virtual generator may be generated. By extracting the positive phase component of each value and configuring the virtual generator on the rotating coordinate system synchronized with the positive phase, it is possible to easily handle the two virtual generators in the rotating coordinate system.
本発明によれば、単相三線式の電力系統と分散型電源との間に接続される電力変換装置において、制御態様の切り替えを必要とせずに、系統連系運転と自立運転との間の移行を無瞬断で行うことができる。 According to the present invention, in a power conversion device connected between a single-phase three-wire type power system and a distributed power source, switching between system interconnection operation and self-sustaining operation can be performed without requiring switching of control modes. The transition can be performed without interruption.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または同じ機能を有する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following, elements having the same or the same functions are denoted by the same reference symbols throughout all the drawings, and duplicated description thereof will be omitted.
図1は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置を示す制御ブロック図である。本実施の形態における電力変換装置1は、分散型電源2と、単相三線式の電力系統3との間に接続される。分散型電源2は、例えば、太陽光発電設備、燃料電池発電設備、蓄電設備等の電源設備である。単相三線式の電力系統3は、第1電圧線3a、第2電圧線3cおよび中性電圧線3bを有している。当該電力系統3は、小容量系統として一般家庭等に導入され、電力変換装置1を介して上記分散型電源2と接続される。
FIG. 1 is a control block diagram showing a power conversion device according to an embodiment of the present invention. The
電力変換装置1は、分散型電源2と電力系統3とを接続するインバータ4を備えている。図2は、図1に示す電力変換装置におけるインバータの概略構成を示す図である。図2に示すように、インバータ4は、分散型電源2に接続される一対の入力端と、電力系統3の各電圧線3a〜3cに接続される3つの出力端とを有する。このように、インバータ4は、直流電圧から三相交流を出力する三相インバータを単相三線式のインバータとして動作させることで実現可能である。電力系統3に接続される出力部4a,4b,4cごとに2つ、合計6つのスイッチング素子41〜46が設けられている。インバータ4は、後述する制御器8からの電圧指令値va *,vb *,vc *をPWM信号に変換するPWM信号生成部47を有する。電圧指令値va *,vb *,vc *に基づいて変換されたPWM信号は、各スイッチング素子のオン/オフを切り替えるゲート駆動信号S1〜S6として各スイッチング素子41〜46に送られ、直流電源設備である分散型電源2から出力される直流電圧が単相三線式の交流電圧に変換される。出力部4a,4b,4cは、コイルおよびコンデンサ等により構成されるフィルタ回路5を介して電力系統3の各電圧線3a,3b,3cに接続される。
The
電力変換装置1は、インバータ4の電力系統側において、第1電圧線3aに接続される第1出力部4aの第1出力電流iaおよび第2電圧線3cに接続される第2出力部4cの第2出力電流icをそれぞれ計測する電流計測器6と、電力系統3の中性電圧線3bに対する第1電圧線3aにおける第1系統電圧vg1および中性電圧線3bに対する第2電圧線3cにおける第2系統電圧vg2をそれぞれ計測する電圧計測器7と、を備えている。電流計測器6および電圧計測器7の構成は、公知の構成が適用できる。
The
電力変換装置1は、インバータ4の各スイッチング素子41〜46のスイッチングを制御する制御器8を備えている。制御器8は、電流計測器6で計測される電流および電圧計測器7で計測される電圧に基づいて電圧指令値va *,vb *,vc *を生成する。
The
制御器8は、マイクロコントローラ等のコンピュータおよび/または各種の電子回路素子により構成される。制御器8は、第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間に第1の仮想発電機が接続され、かつ、第2電圧線3cと中性電圧線3bとの間に第2の仮想発電機が接続されたと仮定して電圧指令値va *,vb *,vc *を生成する制御を行う。すなわち、制御器8は、電力変換装置1を単相三線式の電力系統3における第1電圧線3aと第2電圧線3cとを対象とする2系統の仮想発電機(仮想同期発電機)制御系として制御する。この際、中性電圧線3bは基準電圧として一定とするため、本実施の形態において、電圧指令値vb *はつねに0としている。
The
制御器8は、機能ブロックとして、相差角生成部9と、誘起電圧生成部10と、電流指令値生成部11と、を備えている。相差角生成部9は、電流計測器6および電圧計測器7で計測された電流および電圧から、各仮想発電機の仮想的な周波数指令値ωRを生成し、当該周波数指令値ωRを積分して位相角指令値θRを生成する。
The
本実施の形態において、相差角生成部9は、第1出力電流ia、第2出力電流ic、第1系統電圧vg1および第2系統電圧vg2から第1の仮想発電機および第2の仮想発電機による有効電力の総和Pを算出する有効電力算出部(総有効電力算出部)12と、当該有効電力の総和Pと有効電力指令値P*および基準周波数ω*とから周波数指令値(共通周波数指令値)ωRを生成する周波数指令値算出部(共通周波数指令値算出部)13と、を備えている。
In the present embodiment, the phase
後述するように、本実施の形態の仮想発電機制御においては、各値を正相に同期する回転座標系(dq座標系)上で取り扱う。このため、有効電力の総和Pも正相成分を用いて表す必要がある。ここで、第1仮想発電機による有効電力P1は、P1=2(vg1d +iad ++vg1q +iaq +)で表され、第2仮想発電機による有効電力P2は、P2=2(vg2d +icd ++vg2q +icq +)で表されるため、有効電力の総和Pは、P=P1+P2=2(vg1d +iad ++vg1q +iaq ++vg2d +icd ++vg2q +icq +)で表される。有効電力算出部12は、上記式に基づいて、有効電力の総和Pを算出する。
As will be described later, in the virtual generator control according to the present embodiment, each value is handled on the rotating coordinate system (dq coordinate system) synchronized with the positive phase. For this reason, the total P of active powers also needs to be expressed using the positive phase component. Here, the active power P 1 from the first virtual generator is represented by P 1 =2(v g1d + i ad + +v g1q + i aq + ) and the active power P 2 from the second virtual generator is P 2 = 2 because it is expressed by (v g2d + i cd + + v g2q + i cq +), the sum P of the active power, P = P 1 + P 2 = 2 (v g1d + i ad + + v g1q + i aq + + v g2d + i cd + + v represented by g2q + i cq +). The active
図3は、本実施の形態における周波数指令値算出部の構成を示すブロック図である。図3に示すように、有効電力算出部12で算出された有効電力の総和Pは、有効電力指令値P*から差し引かれ、当該差が一次遅れ演算器14に入力される。一次遅れ演算器14は、有効電力の総和Pと周波数指令値ωRとの間に所定の垂下特性および追従遅れを示す慣性効果を有するように調整される。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the frequency command value calculation unit in the present embodiment. As shown in FIG. 3, the total sum P of active powers calculated by the active
本実施の形態において、一次遅れ演算器14は、伝達関数KG(s)=Kgd/(1+Tgs)を用いて演算した結果を出力する。ここで、Kgdは、各仮想発電機における周波数ドループ特性を示す係数であり、Tgは、各仮想発電機における慣性による回転数の追従遅れの特性を示す時定数である。これにより、仮想の発電機において有効電力を用いたガバナ制御を模擬した制御態様を容易に実現することができる。周波数指令値算出部13は、一次遅れ演算器14における演算結果に所定の基準周波数ω*を加えることにより、周波数指令値ωRを生成する。このようにして、相差角生成部9は、第1の仮想発電機と第2の仮想発電機との間で共通の周波数指令値ωRを生成する。相差角生成部9は、周波数指令値ωRを積分する積分器15を有し、周波数指令値ωRを積分して位相角指令値θRを生成する。
In the present embodiment, the first-
さらに、相差角生成部9は、第1系統電圧vg1および第2系統電圧vg2から各仮想発電機の位相角θ1,θ2を生成する位相角生成部161,162を有する。位相角生成部161,162は、それぞれ、系統電圧vg1,vg2の正相成分を抽出する正相抽出部171,172を備えている。
Further, the phase difference
正相抽出部171,172は、それぞれ単相の信号から正相成分を抽出する。単相の信号は、正相信号と逆相信号との和として表すことができる。例えば第1系統電圧は、vg1=vg1 ++vg1 −と表される。このように、本実施の形態において、信号の正相成分は、当該信号を示す符号の右肩に+を付して表わされ、信号の逆相成分は、当該信号を示す符号の右肩に−を付して表わされる。本実施の形態の仮想発電機制御においては、各値を正相に同期する回転座標系(dq座標系)上で取り扱う。このため、当該単相の信号である系統電圧vg1,vg2の正相成分を抽出することにより、2相信号(d軸成分vg1d +,vg2d +およびq軸成分vg1q +,vg2q +、場合によってはこれらをまとめてvg1dq +,vg2dq +と総称する場合がある)に変換する。系統電圧vg1,vg2の正相成分を抽出する方法は、例えばDDSRF(Double Decoupled Synchronous Reference Frame)、DSOGI(Dual Second Order Gneralized Integrator)等、公知の方法が採用可能である。
The normal
また、位相角生成部161,162は、系統電圧vg1,vg2の正相成分のうち、q軸成分を入力として比例積分(PI)要素を介して各正相に同期する回転座標系の回転周波数ω1,ω2を出力する周波数演算部181,182と、回転周波数ω1,ω2を積分して各系統電圧の位相角θ1,θ2を生成する積分器191,192とを備えている。積分器191,192のそれぞれから出力される位相角θ1,θ2は、それぞれ対応する正相抽出部171,172にフィードバックされることにより、位相角生成部161,162は、PLL(Phase Locked Loop)制御回路を形成している。
In addition, the
相差角生成部9は、位相角指令値θRから位相角生成部161,162で生成された各仮想発電機の位相角θ1,θ2を差し引いて各仮想発電機における仮想的な相差角δ1,δ2を算出する。
The phase difference
誘起電圧生成部10は、第1出力電流iaおよび第1系統電圧vg1から第1の仮想発電機による無効電力Q1を算出する無効電力算出部201と、第2出力電流icおよび第2系統電圧vg2から第2の仮想発電機による無効電力Q2を算出する無効電力算出部202と、各無効電力Q1,Q2と、第1系統電圧の大きさ|vg1|および第2系統電圧の大きさ|vg2|と、各無効電力指令値Q1 *,Q2 *および基準電圧vg *とから各仮想発電機の誘起電圧Ef1,Ef2を算出する自動電圧調整部211,212と、を備えている。
The induced
上述したように、本実施の形態の仮想発電機制御においては、各値を正相に同期する回転座標系(dq座標系)上で取り扱う。このため、無効電力も正相成分を用いて表す必要がある。ここで、第1仮想発電機による無効電力Q1は、Q1=2(−vg1d +iaq ++vg1q +iad +)で表され、第2仮想発電機による無効電力Q2は、Q2=2(−vg2d +icq ++vg2q +icd +)で表される。無効電力算出部201,202は、それぞれ、上記式に基づいて、対応する電動機の無効電力Q1,Q2を算出する。
As described above, in the virtual generator control according to the present embodiment, each value is handled on the rotating coordinate system (dq coordinate system) synchronized with the positive phase. Therefore, the reactive power also needs to be expressed using the positive-phase component. Here, the reactive power Q 1 by the first virtual generator is represented by Q 1 =2(−v g1d + i aq + +v g1q + i ad + ), and the reactive power Q 2 by the second virtual generator is Q 2 = represented by 2 (-v g2d + i cq + + v g2q + i cd +). The reactive
図4は、本実施の形態における自動電圧調整部の構成を示すブロック図である。図4においては、2つの自動電圧調整部211,212をまとめて自動電圧調整部21n(n=1,2)と表記し、対応する無効電力Q1,Q2等もQn等というように表記する。図4に示すように、自動電圧調整部21nは、無効電力Qnと無効電力指令値Qn *との差に電圧ドループ特性を示す係数Kadを掛け、その結果に基準電圧VR *を加えて電圧指令値VRnを生成する電圧指令値算出部22nと、当該電圧指令値VRnと、電圧計測器7で計測された対応する電圧の大きさ|Vgn|との差を比例積分演算するPI演算部23nと、を備えている。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the automatic voltage regulator according to the present embodiment. In FIG. 4, the two automatic
PI演算部23nは、電圧指令値VnRから対応する電圧の大きさ|vgn|を差し引いた値を伝達関数KA(s)=Kap+Kai/sを用いて比例積分演算する。ここで、Kapは、比例要素を示す係数であり、Kaiは積分要素を示す係数である。PI演算部23nの演算結果が誘起電圧Efnとして出力される。各系統電圧の大きさ|vg1|,|vg2|は、各正相抽出部241,242においてそれぞれ系統電圧vg1,vg2から電圧の正相成分vg1dq +,vg2dq +を抽出した結果から得られる。なお、正相抽出部241,242は、相差角生成部9における正相抽出部171,172と同様の構成であり、本実施の形態においては、図面上理解し易いように別の構成として記載しているが、171と241とを共通化し、172と242とを共通化してもよい。
The
上記のように、無効電力Q1,Q2と無効電力指令値Qn *との差に対して電圧ドループ特性を与えることにより、仮想の発電機において無効電力Q1,Q2を用いた自動電圧調整(AVR)制御を模擬した制御態様を容易に実現することができる。 As described above, by applying the voltage droop characteristic to the difference between the reactive powers Q 1 and Q 2 and the reactive power command value Q n * , the virtual power generator automatically uses the reactive powers Q 1 and Q 2 A control mode simulating voltage regulation (AVR) control can be easily realized.
電流指令値生成部11は、電圧計測器7で計測された系統電圧vg1,vg2、相差角δ1,δ2、誘起電圧Ef1,Ef2および予め定められた各仮想発電機の内部インピーダンスzから、各仮想発電機の電流指令値iadq *,icdq *を生成する。電流指令値生成部11は、第1系統電圧vg1、第1の仮想発電機における相差角δ1および誘起電圧Ef1が入力され、第1の仮想発電機における電流指令値iadq *を出力する第1電流指令値生成部251と、第2系統電圧vg2、第2の仮想発電機における相差角δ2および誘起電圧Ef2が入力され、第2の仮想発電機における電流指令値icdq *を出力する第2電流指令値生成部252と、を備えている。なお、内部インピーダンスzは、第1仮想発電機と第2仮想発電機とで共通としている。
The current
本実施の形態において、制御器8は、電流計測器6および電圧計測器7で計測された電流および電圧の正相成分を抽出し、抽出された各値の正相成分を、正相に同期する回転座標系において取り扱うことにより、各仮想発電機の電流指令値を生成する。各値の正相成分を抽出して、正相に同期する回転座標系上で仮想発電機を構成することにより、当該回転座標系において2つの仮想発電機における取り扱いを容易にすることができる。
In the present embodiment, the
図5は、本実施の形態における系統電圧および誘起電圧の同期座標系におけるベクトルを示す図である。上述したように、各系統電圧vg1,vg2は、単相の電圧であるため、これらの正相成分を抽出して2相信号に変換している。図5は、d軸を実数軸(横軸)、q軸を虚数軸(縦軸)にとっている。図5に示すように、相差角δ1,δ2は、系統電圧vg1,vg2と誘起電圧Ef1,Ef2とのなす角を表す。したがって、d軸を実数軸、q軸を虚数軸にとった第1系統および第2系統それぞれの同期座標系において、誘起電圧Ef1,Ef2は、Ef1ejδ1,Ef2ejδ2とベクトル表現できる。各電動機の電流指令値iadq *,icdq *は、同期座標系における誘起電圧Ef1,Ef2と系統電圧vg1,vg2とのベクトル差を内部インピーダンスzで割ったものとして与えられる。すなわち、第1仮想発電機に対する電流指令値は、iadq *=(Ef1ejδ1−vg1dq +)/zで与えられ、第2仮想発電機に対する電流指令値は、icdq *=(Ef2ejδ2−vg2dq +)/zで与えられる。 FIG. 5 is a diagram showing vectors in the synchronous coordinate system of the system voltage and the induced voltage in the present embodiment. As described above, since the system voltages v g1 and v g2 are single-phase voltages, their positive phase components are extracted and converted into two-phase signals. In FIG. 5, the d axis is the real number axis (horizontal axis) and the q axis is the imaginary number axis (vertical axis). As shown in FIG. 5, the phase difference angles δ 1 and δ 2 represent the angles formed by the system voltages v g1 and v g2 and the induced voltages E f1 and E f2 . Therefore, in the synchronous coordinate systems of the first system and the second system in which the d axis is the real axis and the q axis is the imaginary axis, the induced voltages E f1 and E f2 are E f1 e jδ1 , E f2 e jδ2 and the vector Can be expressed. The current command values i adq * , i cdq * of each electric motor are given as the vector difference between the induced voltages E f1 , E f2 and the system voltages v g1 , v g2 in the synchronous coordinate system divided by the internal impedance z. That is, the current command value for the first virtual generator is given by i adq * =(E f1 e jδ1- v g1dq + )/z, and the current command value for the second virtual generator is i cdq * =(E It is given by f2 e jδ2- v g2dq + )/z.
系統電圧vg1,vg2は、中性電圧線3bを基準としているため、同期座標系において、同じ電圧指令値に対して逆符号の電圧を発生することになる。すなわち、電圧vg1dq,vg2dqは、同期座標系上では互いに逆方向のベクトルとなる。したがって、第1電圧線3aと第2電圧線3cとの間は、第1電圧線3aまたは第2電圧線3cにおける電圧の2倍の電圧が出力されることになる。
Since the system voltages v g1 and v g2 are based on the
さらに、相差角δ1,δ2(=θR−θ1,θR−θ2)は、周波数指令値ωRで回転している座標系と、周波数ω1,ω2で回転している座標系との相対的な角度であり、電圧vg1dq,vg2dqは、それぞれ周波数ω1,ω2で回転している座標系に同期しているベクトルである。したがって、誘起電圧Ef1,Ef2は、何れも周波数指令値ωRで回転している座標系に同期して位相角(指令値)θRで回転していることになる。また、周波数ω1,ω2は、過渡的には周波数指令値ωRと異なるが、定常時においては周波数指令値ωRに一致する。 Further, the phase difference angles δ 1 and δ 2 (=θ R −θ 1 and θ R −θ 2 ) rotate with the coordinate system rotating with the frequency command value ω R and the frequencies ω 1 and ω 2 . The voltages v g1dq and v g2dq are angles relative to the coordinate system and are vectors synchronized with the coordinate system rotating at frequencies ω 1 and ω 2 , respectively. Therefore, the induced voltages E f1 and E f2 are both rotating at the phase angle (command value) θ R in synchronization with the coordinate system rotating at the frequency command value ω R. The frequencies ω 1 and ω 2 transiently differ from the frequency command value ω R , but in the steady state, they match the frequency command value ω R.
制御器8は、電流計測器6で計測された電流ia,icが電流指令値iadq *,icdq *となるようにインバータ4をスイッチングする。すなわち、制御器8は、系統電圧vg1,vg2および系統周波数ω1,ω2に対して電圧指令値および周波数指令値を生成して直接制御するのではなく、発電機に対応する内部変数およびパラメータ、すなわち、相差角δ1,δ2、誘起電圧Ef1,Ef2および内部インピーダンスzを導入して発電機の特性を模擬した電流を出力するように制御する。
The
本実施の形態において、制御器8は、電流指令値iadq *,icdq *を電圧指令値va *,vc *に変換してからインバータ4に出力する。電流指令値生成部11で生成された電流指令値iadq *,icdq *は、正相電流に対する指令値であるので、これと比較される電流計測器6で計測された電流ia,icも正相抽出部261,262により正相成分iadq +,icdq +が抽出される。制御器8は、電流指令値iadq *,icdq *から正相抽出部261,262により抽出されたiadq +,icdq +を差し引き、その偏差がPI補償器271,272に入力される。PI補償器271,272は、入力された偏差に基づいてPI補償を行うことによって電圧指令値に変換する。PI補償器271,272から出力される電圧指令値は、電圧指令値va *の同期座標系における正相成分vad *,vaq *および電圧指令値vc *の同期座標系における正相成分vcd *,vcq *となる。
In the present embodiment, the
制御器8は、当該正相成分vad *,vaq *,vcd *,vcq *を固定座標系における単相の電流指令値va *,vc *に変換する電圧指令変換部281,282を備えている。電圧指令変換部281は、第1仮想発電機における電圧指令値の正相成分vad *,vaq *および位相角θ1から、変換式va *=2(vad *cosθ1−vaq *sinθ1)を用いて、第1電圧線3aに対する電圧指令値va *を出力する。同様に、電圧指令変換部282は、第2仮想発電機における電圧指令値の正相成分vcd *,vcq *および位相角θ2から、変換式vc *=2(vcd *cosθ2−vcq *sinθ2)を用いて、第2電圧線3cに対する電圧指令値vc *を出力する。
The
制御器8は、このようにして得られた電圧指令値va *,vc *および中性電圧線3bに対する電圧指令値vb *=0をインバータ4のPWM信号生成部47に入力する。
The
上記構成によれば、単相三線式の電力系統3の第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間、および、第2電圧線3cと中性電圧線3bとの間のそれぞれに、仮想の発電機が接続されたと仮定して、第1電圧線3a、第2電圧線3cおよび中性電圧線3bが接続されるインバータ4のスイッチングが制御される。これにより、簡単な構成で、制御態様の切り替えを必要とせずに、第1電圧線3aおよび第2電圧線3cにおける系統連系運転と自立運転との間の移行を無瞬断で行うことができる。
According to the above configuration, between the
また、本実施の形態においては、周波数および電圧の制御は、第1の仮想発電機と第2の仮想発電機とで個別に行われる一方、有効電力の制御は、電力系統3の負荷の総和に対して一括して行われる。
Further, in the present embodiment, the control of the frequency and the voltage is individually performed by the first virtual generator and the second virtual generator, while the control of the active power is performed by the total load of the
より具体的には、位相角生成部161,162により仮想発電機ごとの位相角θ1,θ2に基づいてPLL制御ループを形成することにより、仮想発電機間で独立した電圧指令値va *,vc *が生成される。したがって、第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間に接続される負荷と、第2電圧線3cと中性電圧線3cとの間に接続される負荷とが一致していない場合であっても、それぞれにおいて独立した仮想発電機制御を行うことができる。
More specifically, by forming a PLL control loop based on the phase angles θ 1 and θ 2 of each virtual generator by the
一方で、2つの仮想発電機の間で有効電力の総和Pから共通の周波数指令値ωRが生成される。これにより、有効電力の制御ループが2つの仮想発電機間で共通化される。すなわち、2つの仮想発電機間の誘起電圧Ef1,Ef2の位相角指令値θRが共通化されるため、誘起電圧Ef1,Ef2の位相は一致する。したがって、2つの仮想の発電機同士(各仮想発電機の同期座標系同士)を同期させることができ、第1系統電圧vg1および第2系統電圧vg2だけでなく第1電圧線3aと第2電圧線3cとの間の電圧vg21(200V)を維持することができる。なお、第1電圧線3aと第2電圧線3cとの間の電圧vg21に対しては、直接の制御ループは存在しないが、第1電圧線3aと第2電圧線3cとの間の負荷は、インバータ4から見れば、等価的に第1電圧線3aと第2電圧線3bに接続されているとみなせるため、各仮想発電機による制御ループにより結果として安定化される。
On the other hand, a common frequency command value ω R is generated from the total sum P of active power between the two virtual generators. As a result, the control loop of active power is shared between the two virtual generators. That is, since the phase angle command values θ R of the induced voltages E f1 and E f2 between the two virtual generators are made common, the phases of the induced voltages E f1 and E f2 match. Therefore, it is possible to synchronize the two virtual generators (the synchronous coordinate systems of the virtual generators) with each other, and not only the first system voltage v g1 and the second system voltage v g2 but also the
また、誘起電圧Ef1,Ef2自体は、仮想発電機ごとの無効電力Q1,Q2に基づいて算出される。無効電力の制御ループにおいては、自立運転時に実際の負荷と指令値との整合が取れていなくても、有効電力の制御ループによって誘起電圧Ef1,Ef2が調整されることにより、適正な状態に落ち着く。したがって、無効電力の制御ループは、仮想発電機ごとに個別に設けることにより、制御の自由度を高くすることができる。 The induced voltages E f1 and E f2 themselves are calculated based on the reactive powers Q 1 and Q 2 for each virtual generator. In the reactive power control loop, even if the actual load and the command value do not match at the time of self-sustaining operation, the induced voltage E f1 and E f2 are adjusted by the active power control loop, so that a proper state is obtained. Calm down. Therefore, the control loop of the reactive power can be enhanced by providing the control loop for each virtual generator individually.
[変形例]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
[Modification]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements, changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、相差角生成部9が、第1の仮想発電機と第2の仮想発電機との間で共通の周波数指令値ωRを生成する上記態様に加えて、第1の仮想発電機および第2の仮想発電機の一方の位相角(例えばθ2)を第1の仮想発電機および第2の仮想発電機の他方の位相角(例えばθ1)に基づいて調整することにより位相角θ1,θ2間の誤差を補正する位相角誤差補正部29(図6)を備えてもよい。
For example, in addition to the above-described aspect in which the phase difference
図6は、本実施の形態の第1の変形例における相差角生成部の構成を示すブロック図である。図6において上記実施の形態における構成と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。図6に示すように、第1の変形例における相差角生成部9Bは、位相角誤差補正部29を備え、当該位相角誤差補正部29は、第1の仮想発電機の位相角θ1と第2の仮想発電機の位相角θ2との差を比例演算する比例演算器30を備え、比例演算器30における比例演算結果を第2の仮想発電機の周波数ω2に加えることで、位相角θ1,θ2間の誤差を補正するように構成される。積分器192には、周波数演算部182から出力された第2仮想発電機の周波数ω2に比例演算器30から出力された位相角の補正分が加えられた補正後の周波数ω2’が入力され、これが積分されることにより、補正後の位相角θ2が生成される。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the phase difference angle generation unit in the first modified example of the present embodiment. In FIG. 6, the same components as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. As shown in FIG. 6, the phase difference
位相角生成部161,162における各PLL制御ループ内の積分器191,192が保持している位相角θ1,θ2が、急激な負荷変化等によって誤差を生じ、互いに大きくずれてしまう場合が考えられる。自立運転時に位相角θ1,θ2の大きなずれが生じると、図1の構成では位相角θ1,θ2のずれを戻すことできない。これに対して、上記第1の変形例によれば、各位相角生成部161,162から出力される位相角θ1,θ2が異なる場合、その差に応じて一方の位相角θ1に他方の位相角θ2を近づけるように補正される。したがって、有効電力の制御ループの構成に拘わらず、2つの仮想発電機間の電圧Vg1,Vg2の位相角θ1,θ2のずれを小さくすることができる。これによって、第1電圧線3aと第2電圧線3cとの間の電圧を安定化させることができる。
In some cases, the phase angles θ 1 and θ 2 held by the
なお、比例演算器30から出力される補正分は、仮想発電機の動作に影響しない程度の量に設定される。また、補正分を生成する比例演算器30の代わりに積分演算要素を含む補償器を用いると、2つの仮想発電機の位相角θ1,θ2をつねに一致させるように動作してしまい、第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間に接続される負荷と、第2電圧線3cと中性電圧線3bとの間に接続される負荷とがアンバランスな状態になった場合に、各仮想発電機制御が適正に行われなくなる。したがって、位相角θ1、θ2のずれを補償する演算器として比例演算器30を用いることにより、偏差をある程度許容することができ、2系統の仮想発電機制御を適正に動作させつつ位相角θ1,θ2のずれが大きくなった場合に、これを補正することができる。
The correction amount output from the
また、上記のような位相角誤差補正部29を備えている場合、相差角生成部9は、第1の仮想発電機と第2の仮想発電機との間でそれぞれ個別の周波数指令値ω1R,ω2R、すなわち、個別の位相角指令値θ1R,θ2Rを生成してもよい。図7は、本実施の形態の第2の変形例における相差角生成部の構成を示すブロック図である。図7において上記実施の形態および第1の変形例における構成と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
When the phase angle
図7に示すように、第2の変形例における相差角生成部9Cは、第1出力電流iaおよび第1系統電圧vg1から第1の仮想発電機による第1有効電力P1を算出する第1有効電力算出部121と、第2出力電流icおよび第2系統電圧vg2から第2の仮想発電機による第2有効電力P2を算出する第2有効電力算出部122と、を備えている。本変形例において、第1有効電力算出部121は、第1仮想発電機による有効電力P1=2(vg1d +iad ++vg1q +iaq +)を出力し、第2有効電力算出部122は、第2仮想発電機による有効電力P2=2(vg2d +icd ++vg2q +icq +)を出力する。
As illustrated in FIG. 7, the phase difference
さらに、相差角生成部9Cは、第1の仮想発電機に関して、第1有効電力P1と第1有効電力指令値P1 *および基準周波数ω*とから第1周波数指令値ω1Rを生成する第1周波数指令値算出部131と、第1周波数指令値ω1Rを積分して第1位相角指令値θ1Rを生成する第1積分器151と、を備えている。さらに、相差角生成部9Cは、第2の仮想発電機に関しても同様に、第2有効電力P2と第2有効電力指令値P2 *および基準周波数ω*とから第2周波数指令値ω2Rを生成する第2周波数指令値算出部132と、第2周波数指令値ω2Rを積分して第2位相角指令値θ2Rを生成する第2積分器152と、を備えている。
Further, the phase difference
本変形例によれば、2つの仮想の発電機の位相角θ1,θ2間の誤差が補正されることにより、2つの仮想の発電機同士を同期させることができる。 According to this modification, the two virtual generators can be synchronized with each other by correcting the error between the phase angles θ 1 and θ 2 of the two virtual generators.
また、上記実施の形態においては、無効電力の制御ループにおいて、自動電圧調整部211,212に入力される無効電力(Q1,Q2)およびその指令値(Q1 *,Q2 *)を個別の値としたが、無効電力の総和Qおよびその指令値Q*を自動電圧調整部211,212の何れにも入力する構成としてもよい。この場合、無効電力の総和Qは、Q=Q1+Q2=2(−vg1d +iaq ++vg1q +iad +−vg2d +icq ++vg2q +icd +)で与えられる。
Further, in the above embodiment, in the reactive power control loop, the reactive powers (Q 1 , Q 2 ) input to the automatic
[シミュレーション結果]
上記実施の形態の電力変換装置1におけるシミュレーション結果を以下に示すことにより、上記実施の形態の電力変換装置1によって、系統連系から解列への移行、および他の発電装置との負荷分担などの動作が好適に行われることを示す。本シミュレーションにおいて、電力変換装置1における制御態様の切り替えおよびパラメータ変更は、動作途中において一切行われていない。
[simulation result]
By showing the simulation result in the
図8は、本シミュレーションにおける電力変換装置を適用したシステムの構成を示すブロック図である。図8に示すように、本シミュレーションにおいては、上記実施の形態における電力変換装置1に分散型電源である第1発電装置2Aが接続されるとともに、第1発電装置2Aに太陽光発電装置等の他のインバータ方式による第2発電装置2Bが電力系統3に並列に連系可能に構成されている。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a system to which the power conversion device in this simulation is applied. As shown in FIG. 8, in this simulation, the first
第2発電装置2Bは、系統連系状態では電力系統3に同期して電力系統3に流し込む電流の制御が行われる。例えば太陽光発電装置においては、太陽光の発電量に応じた電流を電力系統3に流し込む制御が行われる。第1発電装置2Aは、上記実施の形態における電力変換装置1における制御、すなわち、有効電力に対する周波数ドループ特性と無効電力に対する電圧ドループ特性および慣性効果を模擬した周波数変動特性とによる制御が行われる。
The
すなわち、第1発電装置2Aは、自立運転時には電力変換装置1における基準周波数ω*と基準電圧v*に基づいてドループ特性に応じた周波数および電圧を出力するため、系統解列時も停止することなく運転を続ける。したがって、並列している第2発電装置2Bは、系統解列時も第1発電装置2Aを電力系統と見立てて運転を続けることになる。電力変換装置1における基準周波数ω*と基準電圧v*は、電力系統3の基準周波数および基準電圧と同じ値に設定される。第1発電装置2Aは、電力変換装置1を介して電力系統3と3線で連系するが、第2発電装置2Bは通常2線で第1電圧線3aと第2電圧線3cとの間に連系する。
That is, since the
本シミュレーションにおいては以下の2つのケースについてのシミュレーションを行った。第1のケースにおいては、第1発電装置2Aが電力系統3に連系しており、第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間に負荷L1が接続されている時点(3秒の時点)からシミュレーションを開始している。図9A〜図9Fは、第1のケースにおけるシミュレーション結果を示すグラフである。図9Aは負荷の消費電力の経時的な変化を示し、図9Bは第2発電装置の出力電圧の経時的な変化を示し、図9Cは第1発電装置の出力電圧の経時的な変化を示し、図9Dは周波数の経時的な変化を示し、図9Eは相差角の経時的な変化を示し、図9Fは系統電圧の実効値の経時的な変化を示す。
In this simulation, the following two cases were simulated. In the first case, the first
図9Aに示すように、最初の時点(3秒の時点)では第1発電装置2Aが電力系統3に連系しており、第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間に600Wの負荷L1が接続されている(図9AにおいてPL_1で示される)。第2電圧線3cと中性電圧線3bとの間に負荷は接続されていないため、図9AにおいてPL_2は0であり、負荷の合計値PLはPL_1に一致する。負荷L1への電力が電力系統3から供給されているため、第1発電装置2Aの有効電力指令値P*は0であり、図9Cに示すように、第1発電装置2Aの第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間の出力電力PgB_1、第2電圧線3cと中性電圧線3bとの間の出力電力PgB_2およびそれらの和PgBは何れも0である。
As shown in FIG. 9A, at the first time point (at the time point of 3 seconds), the first
その後、4秒の時点で第1発電装置2Aと電力系統3とが解列された場合、第1発電装置2Aは、自立運転となる。したがって、図9Cに示すように、負荷L1への給電は第1発電装置2Aの第1電圧線3aが担当する(図9CにおけるPgA_1が0Wから600Wに変化する)。このとき、有効電力指令値P*は0のままであるため、図9Dに示すように、有効電力に対する周波数ドループ特性により周波数ω1,ω2は基準周波数ω*(3秒の時点における60Hz)から低下するものの、滑らかに自立運転に移行している。
After that, when the first
その後、図9Bに示すように、6秒の時点で第2発電装置2Bが第1電圧線3aおよび第2電圧線3b間に接続され、8秒の時点で400Wの電力の和PgBを出力している。この電力は、第1電圧線3aと第2電圧線3cとの間に供給されるため、第1電圧線3aおよび第2電圧線3bに200Wずつの電力(図9BにおけるPgB_1,PgB_2)が供給される。
Then, as shown in FIG. 9B, at 6 seconds, the
この結果、負荷L1の消費電力600Wのうち、200Wが第2発電装置2Bから供給される。残りの400Wは、引き続き第1発電装置2Aが供給する。この結果、図9Cに示すように、第1発電装置2Aの第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間の出力電力PgA_1は、600Wから400Wに低下する。一方、本ケースにおいて第3電圧線3cと中性電圧線3bとの間には負荷が存在しないため、第2発電装置2Bから第2電圧線3bに供給される電力200Wは余剰となる。したがって、第1発電装置2Aが当該電力を吸収する(図9CにおいてPgA_2が0Wから−200Wに変化する)。
As a result, 200 W of the power consumption of 600 W of the load L1 is supplied from the second
すなわち、8秒の時点以降における第1発電装置2Aの有効電力の和PgAは200Wに減少する。これに伴い、周波数ω1,ω2は上昇する。
That is, the sum PgA of active power of the
その後、図9Aに示すように、12秒の時点で負荷L1が600Wから200Wに減少した場合、負荷L1のすべての電力を第2発電装置2Bから供給される200Wで賄うことができるため、第1発電装置2Aの第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間の出力電力PgA_1は、400Wから0Wに低下する。この結果、第1発電装置2Aは、第2発電装置2Bから第2電圧線3bに供給される電力200Wの吸収動作のみを行う。すなわち、12秒の時点以降における第1発電装置2Aの電力の和PgAは−200Wとなる。これに伴い、周波数ω1,ω2はさらに上昇し、基準周波数ω*(60Hz)を超える値となる。
Then, as shown in FIG. 9A, when the load L1 decreases from 600 W to 200 W at the time of 12 seconds, all the power of the load L1 can be covered by 200 W supplied from the second
以上のように、本ケースにおいては、系統連系、解列および負荷変動に応じて電力変換装置1による制御態様の切り替えを行うことなく、負荷L1への適切な電力供給が行われていることが示された。また、第1発電装置2Aの第1電圧線3aおよび第2電圧線3cの相差角δ1,δ2は、各電圧線3a,3cの負荷に応じて独立して変動している。
As described above, in this case, appropriate power supply to the load L1 is performed without switching the control mode by the
次に、第2のケースについて説明する。第2のケースにおいては、第1発電装置2Aが電力系統3に連系しており、第1電圧線3aと第2電圧線3cとの間に1.2kWの負荷L2が接続されている時点(3秒の時点)からシミュレーションを開始している。図10A〜図10Fは、第2のケースにおけるシミュレーション結果を示すグラフである。図10A〜図10Fはそれぞれ第1のケースにおける図9A〜図9Fに対応するグラフを示している。
Next, the second case will be described. In the second case, when the
3秒の時点において、負荷L2への電力は、電力系統3から供給されているため、第1発電装置2Aの有効電力指令値P*は0であり、図10Cに示すように、第1発電装置2Aの第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間の出力電力PgA_1、第2電圧線3cと中性電圧線3bとの間の出力電力PgA_2およびそれらの和PgAは何れも0である。
At the time of 3 seconds, since the power to the load L2 is supplied from the
その後、4秒の時点で第1発電装置2Aと電力系統3とが解列された場合、第1発電装置2Aは、自立運転となる。したがって、図10Cに示すように、負荷L2への給電は第1発電装置2Aが担当する。負荷L2は、第1電圧線3aと第2電圧線3cとの間に接続されているため、第1発電装置2Aは、第1電圧線3aおよび第2電圧線3cにそれぞれ600Wずつ電力を供給する。このとき、有効電力指令値P*は0のままであるため、図10Dに示すように、周波数ω1,ω2はドループ特性により低下するものの、滑らかに自立運転に移行している。
After that, when the first
その後、図10Bに示すように、6秒の時点で第2発電装置2Bが第1電圧線3aおよび第2電圧線3c間に接続され、8秒の時点で800Wの電力の和PgBを出力している。この電力は、第1電圧線3aと第2電圧線3cとの間に供給されるため、第1電圧線3aおよび第2電圧線3bに400Wずつの電力(図10BにおけるPgB_1,PgB_2)が供給される。
Then, as shown in FIG. 10B, at 6 seconds, the
この結果、負荷L2の消費電力1.2kWのうち、800Wが第2発電装置2Bから供給される。残りの400Wは、引き続き第1発電装置2Aが供給する。この結果、図10Cに示すように、第1発電装置2Aの第1電圧線3aと中性電圧線3bとの間の出力電力PgA_1および第1発電装置2Aの第2電圧線3cと中性電圧線3bとの間の出力電力PgA_2は、何れも600Wから200Wに低下する。これに伴い、周波数ω1,ω2は上昇する。
As a result, 800 W of the 1.2 kW of power consumption of the load L2 is supplied from the
その後、図10Aに示すように、12秒の時点で負荷L2が1.2kWから400Wに減少した場合、第2発電装置2Bから供給される800Wの電力の和PgBのうちの400Wが負荷L2で消費され、残りの400Wを第1発電装置2Aが吸収することとなる。したがって、図10Cに示すように、第1発電装置2Aの各出力電力PgA_1,PgA_2は、ともに−200Wとなる。これに伴い、周波数ω1,ω2はさらに上昇し、基準周波数ω*(60Hz)を超える値となる。
Then, as shown in FIG. 10A, when the load L2 decreases from 1.2 kW to 400 W at 12 seconds, 400 W of the sum PgB of 800 W of electric power supplied from the
以上のように、本ケースにおいても、系統連系、解列および負荷変動に応じて電力変換装置1による制御態様の切り替えを行うことなく、負荷L2への適切な電力供給が行われていることが示された。また、本ケースにおいては、第2発電装置2Bが接続される電圧線3a,3cと負荷L2が接続されている電圧線3a,3cとが同じであるため、第1発電装置2Aは、第1電圧線3aと第2電圧線3cとで同じ電力を出力しており、相差角δ1,δ2も互いに一致した状態で変動している。
As described above, also in this case, appropriate power supply to the load L2 is performed without switching the control mode by the
なお、何れのケースにおいても自立運転の場合は内部のACフィルタが負荷となるため、無効電流が流れ、電力変換装置1における無効電力制御の作用により系統電圧の実効値Vg_1N,Vg_2Nが若干変化しているが、実用上支障はない程度といえる。
In any case, in the case of self-sustaining operation, the internal AC filter serves as a load, so a reactive current flows, and the effective values Vg_1N and Vg_2N of the system voltage slightly change due to the action of the reactive power control in the
以上のように、上記実施の形態における電力変換装置1は、上記シミュレーションにより、従来の単相三線式の電力変換装置ではなし得なかった効果を発揮することが示された。すなわち、上記実施の形態における電力変換装置1は、単相三線式系統において連系運転と自立運転との間の移行を、制御態様の切り替えを必要とせずに無瞬断で実現することができる。さらに、他のインバータ方式の発電装置2Bとの並列運転および負荷分担を、同じく何らの制御態様の切り替えなしに実現することができる。
As described above, it was shown by the simulation that the
本発明に係る電力変換装置は、単相三線式の電力系統と分散型電源との間に接続される電力変換装置において、制御態様の切り替えを必要とせずに、系統連系運転と自立運転との間の移行を無瞬断で行うために有用である。 A power conversion device according to the present invention, in a power conversion device connected between a single-phase three-wire type power system and a distributed power source, does not require switching of control modes, and system interconnection operation and independent operation It is useful for making the transition between the two without interruption.
1 電力変換装置
2 分散型電源
3 電力系統
3a 第1電圧線
3b 中性電圧線
3c 第2電圧線
4 インバータ
6 電流計測器
7 電圧計測器
8 制御器
9 相差角生成部
10 誘起電圧生成部
11 電流指令値生成部
1
Claims (7)
前記分散型電源に接続される一対の入力端と、前記電力系統の各電圧線に接続される3つの出力端とを有するインバータと、
前記インバータの前記電力系統側において、前記第1電圧線に接続される第1出力端の第1出力電流および前記第2電圧線に接続される第2出力端の第2出力電流をそれぞれ計測する電流計測器と、
前記電力系統の前記中性電圧線に対する前記第1電圧線における第1系統電圧および前記中性電圧線に対する前記第2電圧線における第2系統電圧をそれぞれ計測する電圧計測器と、
前記インバータのスイッチングを制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記第1電圧線と前記中性電圧線との間に第1の仮想発電機が接続され、かつ、前記第2電圧線と前記中性電圧線との間に第2の仮想発電機が接続されたと仮定して、前記電流計測器および前記電圧計測器で計測された電流および電圧から、各仮想発電機の仮想的な周波数指令値を生成し、当該周波数指令値を積分して位相角指令値を生成するとともに、前記第1系統電圧および前記第2系統電圧から各仮想発電機の位相角を生成し、前記仮想発電機の位相角と前記位相角指令値との偏差から各仮想発電機における仮想的な相差角を算出する相差角生成部と、
前記電流計測器および前記電圧計測器で計測された電流および電圧から、各仮想発電機の仮想的な誘起電圧を算出する誘起電圧生成部と、
前記電圧計測器で計測された電圧、前記相差角、前記誘起電圧および予め定められた各仮想発電機の内部インピーダンスから、各仮想発電機の電流指令値を生成する電流指令値生成部と、を備え、
前記電流計測器で計測された電流が前記電流指令値となるように前記インバータをスイッチングするよう構成され、
前記相差角生成部は、前記第1の仮想発電機と前記第2の仮想発電機との間で共通の前記周波数指令値を生成する、および/または、前記第1の仮想発電機および前記第2の仮想発電機の一方の位相角を前記第1の仮想発電機および前記第2の仮想発電機の他方の位相角に基づいて調整することにより位相角間の誤差を補正するよう構成される、電力変換装置。 A power conversion device connected between a distributed power source and a single-phase three-wire power system having a first voltage line, a second voltage line, and a neutral voltage line,
An inverter having a pair of input terminals connected to the distributed power source and three output terminals connected to each voltage line of the power system;
On the electric power system side of the inverter, a first output current at a first output end connected to the first voltage line and a second output current at a second output end connected to the second voltage line are respectively measured. A current meter,
A voltage meter that measures a first system voltage on the first voltage line with respect to the neutral voltage line of the power system and a second system voltage on the second voltage line with respect to the neutral voltage line, respectively.
A controller that controls switching of the inverter,
The controller is
A first virtual generator is connected between the first voltage line and the neutral voltage line, and a second virtual generator is connected between the second voltage line and the neutral voltage line. It is assumed that the virtual frequency command value of each virtual generator is generated from the current and the voltage measured by the current measuring device and the voltage measuring device, and the phase angle command is generated by integrating the frequency command value. It generates the value, the first to generate a phase angle of each virtual generator from the mains voltage and the second system voltage, the virtual generator each virtual generator from deviation between the phase angle command value and the phase angle of the A phase difference angle generation unit that calculates a virtual phase difference angle in
From the current and voltage measured by the current measuring device and the voltage measuring device, an induced voltage generating unit that calculates a virtual induced voltage of each virtual generator,
From the voltage measured by the voltage measuring device, the phase difference angle, the induced voltage and a predetermined internal impedance of each virtual generator, a current command value generating unit that generates a current command value of each virtual generator, Prepare,
It is configured to switch the inverter so that the current measured by the current measuring device becomes the current command value,
The phase difference angle generator generates the frequency command value that is common between the first virtual generator and the second virtual generator, and/or the first virtual generator and the first virtual generator. Configured to correct an error between the phase angles by adjusting a phase angle of one of the two virtual generators based on a phase angle of the other of the first virtual generator and the second virtual generator. Power converter.
KG(s)=Kgd/(1+Tgs)
ここで、Kgdは、各仮想発電機における周波数ドループ特性を示す係数であり、Tgは、各仮想発電機における慣性による回転数の追従遅れの特性を示す時定数である。 The phase difference angle generation unit calculates the difference between the sum of the active powers and the active power command value using the following transfer function K G (s), and adds the reference frequency to the calculation result, The power conversion device according to claim 2, which generates a frequency command value.
K G (s)=K gd /(1+T g s)
Here, K gd is a coefficient showing the frequency droop characteristic in each virtual generator, and T g is a time constant showing the characteristic of the tracking delay of the rotation speed due to inertia in each virtual generator.
KA(s)=Kap+Kai/s
ここで、Kapは、比例要素を示す係数であり、Kaiは積分要素を示す係数である。 The induced voltage generation unit multiplies the difference between the reactive power and the reactive power command value by a coefficient K ad indicating a voltage droop characteristic, adds the reference voltage to the result, and generates a voltage command value. The difference between the value and the magnitude of the corresponding voltage measured by the voltage measuring device is calculated using the following transfer function K A (s), and the calculation result is output as the induced voltage. The power converter described.
K A (s)=K ap +K ai /s
Here, K ap is a coefficient indicating a proportional element, and K ai is a coefficient indicating an integral element.
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