JP6870838B2 - 系統連系インバータシステムの安定性判定方法、安定化方法および管理方法 - Google Patents
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Description
(系統連系インバータシステムの構成)
図1に、本発明の第1実施例に係る各方法(安定性判定方法、安定化方法および管理方法)が適用される系統連系インバータシステム1を示す。同図に示すように、系統連系インバータシステム1は、N台(ただし、Nは1以上の整数)のインバータ(第1インバータINV1,第2インバータINV2,・・・,第NインバータINVN)を備え、各インバータINV1,INV2,・・・,INVNは、系統インダクタ3を有する系統2に対して並列に接続されている。
系統連系インバータシステム1は、図3に示すような等価回路で表すことができる。より詳しくは、各インバータINV1,INV2,・・・,INVNは、電流源Ii(ただし、i=1,2,・・・,N)と出力アドミタンスYi(ただし、i=1,2,・・・,N)のノートンの回路で表すことができる。また、系統側は、系統インピーダンスZs(ただし、Zs=jωLs)と電圧源Vsのテブナンの回路で表すことができる。
出力アドミタンスYoは、上記の通り、全インバータINV1,INV2,・・・,INVNの出力アドミタンスY1,Y2,・・・,YNの和である。したがって、インバータの追加により台数Nが増加すると、出力アドミタンスYoも増加し、系統連系インバータシステム1の安定性は低下する傾向にある。ただし、追加されるインバータが受動的な特性を示す場合、すなわち、追加されるインバータの出力インピーダンスの位相が±90°の範囲内に収まっている場合は、追加されたインバータを含む全インバータの出力アドミタンスYoと系統インピーダンスZsとの位相差は追加前の位相差よりも減少する。そして、その結果、位相差が180°となる周波数が存在しないようになれば、|ZsYo|が1よりも大きいか否かに関わらず、系統連系インバータシステム1は安定する。
本発明の第1実施例に係る管理方法は、個々のインバータを所有または管理する非電力事業者や個人等ではなく、システム全体を管理する立場の者(以下、「管理者」という)が実行する。
続いて、本発明の効果を確認するために行った解析(シミュレーション)および実験の結果について説明する。
フィードバック補償制御におけるインバータ(例えば、図2に示すフィルタ付きのインバータ)単体での状態方程式を式(3)に、その制御則を式(4)に示す。
リアプノフ制御におけるインバータ(例えば、図2に示すフィルタ付きのインバータ)単体での状態方程式および制御則を式(7)に示す。
台数Nを1、インダクタンスLsを4mHとし、第1インバータINV1にフィードバック補償制御を適用した系統連系インバータシステム1について解析を行った。図6に、この解析により得られた出力インピーダンスZFおよび系統インピーダンスZsの振幅および位相の周波数特性を示す。
図9中の実線は、フィードバック補償制御が適用されたインバータの台数と、システム全体の安定化のために必要となるリアプノフ制御が適用されたインバータの台数との関係を、本実施例に係る安定性判定方法により解析的に求めた結果である。この結果は、受動的な特性を示さないインバータの台数が増えても、それに応じて受動的な特性を示すインバータの台数を増やしていけば、システム全体の安定性が維持されることを示している。例えば、受動的な特性を示さないインバータの台数が8台である場合は、受動的な特性を示すインバータを3台以上追加接続することにより、システム全体の安定性を維持することができる。
台数Nを1、インダクタンスLsを1mHとし、第1インバータINV1にフィードバック補償制御を適用した系統連系インバータシステム1について実験を行った。図10に、この実験で測定された出力インピーダンスZFおよび系統インピーダンスZsの振幅および位相の周波数特性を示す。
台数Nを1、インダクタンスLsを1mHとし、第1インバータINV1にフィードバック補償制御を適用した系統連系インバータシステム1について実験を行った。図14に、この実験で測定された出力電流IL2および連系点電圧Vgcの波形を示す。
本発明の第2実施例では、複数の三相インバータを系統に並列に接続してなる系統連系インバータシステムに各方法(安定性判定方法、安定化方法および管理方法)が適用される。本実施例に係る各方法は、式(2)を行列形式に拡張してなる式(9)を用いる。
本発明の第3実施例では、第1実施例に係る系統連系インバータシステム1と同様、電力供給源となるN台の単相インバータ(第1インバータINV1,第2インバータINV2,・・・,第NインバータINVN)が、系統インダクタ3を有する系統2に対して並列に接続されている。ただし、本実施例では、各インバータが、系統連系点4との距離に応じたインバータ側線路インピーダンスZiを含んでいる。
本発明の第4実施例では、第1実施例に係る系統連系インバータシステム1とは異なり、縦続接続された2台の単相インバータ(第1インバータINV1,第2インバータINV2)が、系統インダクタ3を有する系統2に対して並列に接続されている(図20参照)。また、本実施例では、第3実施例と同様、各インバータがインバータ側線路インピーダンスZiを含んでいる。
2 系統
3 系統インダクタ
4 系統連系点
5 直流電源
6 第1インダクタ
7 第2インダクタ
8 キャパシタ
INV1,INV2,・・・,INVN インバータ
Claims (10)
- 系統インピーダンスがZsである系統に並列に接続された複数の単相インバータからなる系統連系インバータシステムであって、前記複数の単相インバータのそれぞれが前記系統に対する電力供給源として作動するものを安定化させる方法であって、
前記系統に対する電力供給源として作動する少なくとも1つの追加単相インバータを前記系統に並列に追加接続することにより、前記複数の単相インバータおよび前記少なくとも1つの追加単相インバータの出力アドミタンスの和であるYoとZsとの位相差が180°となる周波数が存在しないようにするか、当該周波数における|ZsYo|を1以下にすることを特徴とする安定化方法。 - 前記少なくとも1つの追加単相インバータの出力インピーダンスの位相が、±90°の範囲内に収まっていることを特徴とする請求項1に記載の安定化方法。
- 前記少なくとも1つの追加単相インバータが、リアプノフ制御されていることを特徴とする請求項2に記載の安定化方法。
- 系統インピーダンスがZsである系統に並列に接続された複数の単相インバータからなる系統連系インバータシステムであって、前記複数の単相インバータのそれぞれが前記系統に対する電力供給源として作動するものの安定性を管理する方法であって、
前記系統に対する電力供給源として作動する少なくとも1つの追加単相インバータを前記系統に並列に追加接続する際に、前記複数の単相インバータおよび前記少なくとも1つの追加単相インバータの出力アドミタンスの和であるYoとZsとの位相差が180°となる周波数が存在しないか、当該周波数における|ZsYo|が1以下になる場合に限って、前記少なくとも1つの単相インバータの追加接続を許可することを特徴とする管理方法。 - 前記系統に追加接続可能な複数の追加単相インバータのうち、前記位相差を大きく減少させるもの、または前記周波数における|ZsYo|を大きく低減させるものの追加接続を優先的に許可することを特徴とする請求項4に記載の管理方法。
- 系統インピーダンス行列がZsである系統に並列に接続された複数の三相インバータからなる系統連系インバータシステムであって、前記複数の三相インバータのそれぞれが前記系統に対する電力供給源として作動するものの安定性を判定する方法であって、
(i)前記複数の三相インバータの出力アドミタンス行列の和であるYoとZsの正相成分の位相差が180°となる周波数が存在しないか、当該周波数におけるZsYoの振幅が1以下であり、かつ(ii)YoとZsの逆相成分の位相差が180°となる周波数が存在しないか、当該周波数におけるZsYoの振幅が1以下である場合に、前記系統連系インバータシステムが安定であると判定することを特徴とする判定方法。 - 系統インピーダンス行列がZsである系統に並列に接続された複数の三相インバータからなる系統連系インバータシステムであって、前記複数の三相インバータのそれぞれが前記系統に対する電力供給源として作動するものを安定化させる方法であって、
前記系統に対する電力供給源として作動する少なくとも1つの追加三相インバータを前記系統に並列に追加接続することにより、(i)前記複数の三相インバータおよび前記少なくとも1つの追加三相インバータの出力アドミタンス行列の和であるYoとZsの正相成分の位相差が180°となる周波数が存在しないようにするか、当該周波数におけるZsYoの振幅を1以下にし、かつ(ii)YoとZsの逆相成分の位相差が180°となる周波数が存在しないようにするか、当該周波数におけるZsYoの振幅を1以下にすることを特徴とする安定化方法。 - 系統インピーダンス行列がZsである系統に並列に接続された複数の三相インバータからなる系統連系インバータシステムであって、前記複数の三相インバータのそれぞれが前記系統に対する電力供給源として作動するものの安定性を管理する方法であって、
前記系統に対する電力供給源として作動する少なくとも1つの追加三相インバータを前記系統に並列に追加接続する際に、(i)前記複数の三相インバータおよび前記少なくとも1つの追加三相インバータの出力アドミタンス行列の和であるYoとZsの正相成分の位相差が180°となる周波数が存在しないか、当該周波数におけるZsYoの振幅が1以下になり、かつ(ii)YoとZsの逆相成分の位相差が180°となる周波数が存在しないか、当該周波数におけるZsYoの振幅が1以下になる場合に限って、前記少なくとも1つの三相インバータの追加接続を許可することを特徴とする管理方法。 - 系統インピーダンスの合成値がZssである系統部に接続された複数の単相インバータからなる系統連系インバータシステムであって、前記複数の単相インバータのそれぞれが前記系統部に対する電力供給源として作動するものを安定化させる方法であって、
前記系統部に対する電力供給源として作動する少なくとも1つの追加単相インバータを前記系統部に並列に追加接続することにより、前記複数の単相インバータおよび前記少なくとも1つの追加単相インバータの出力アドミタンスの合成値であるYooとZssとの位相差が180°となる周波数が存在しないようにするか、当該周波数における|ZssYoo|を1以下にすることを特徴とする安定化方法。 - 系統インピーダンスの合成値がZssである系統部に接続された複数の単相インバータからなる系統連系インバータシステムであって、前記複数の単相インバータのそれぞれが前記系統部に対する電力供給源として作動するものの安定性を管理する方法であって、
前記系統部に対する電力供給源として作動する少なくとも1つの追加単相インバータを前記系統部に並列に追加接続する際に、前記複数の単相インバータおよび前記少なくとも1つの追加単相インバータの出力アドミタンスの合成値であるYooとZssとの位相差が180°となる周波数が存在しないか、当該周波数における|ZssYoo|が1以下になる場合に限って、前記少なくとも1つの単相インバータの追加接続を許可することを特徴とする管理方法。
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