JP6958394B2 - Power conditioner and its control method and power storage system - Google Patents
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Description
本発明は、パワーコンディショナ及びその制御方法並びに蓄電システムに関する。 The present invention relates to a power conditioner, a control method thereof, and a power storage system.
商用電力系統と系統連系するパワーコンディショナには、求められる保護機能が種々あり、その一つとして、単独運転検出機能がある(例えば非特許文献1〜3参照。)。単独運転とは、商用電力系統の停電直後に、パワーコンディショナ自身が交流電路に出力している電圧に対して連系運転している状態をいう。単独運転を検出したパワーコンディショナは運転を停止し、商用電力系統から自己を解列する。このような単独運転検出機能の試験においては、現状では、日本電機工業会(JEMA)の標準であるJEM1498若しくはJEM1505を満たすことが実質的に必須要件となっている。
The power conditioner connected to the commercial power system has various required protection functions, and one of them has an independent operation detection function (see, for example, Non-Patent
例えばJEM1498の認証試験では、商用電力系統との連系点での潮流条件として、負荷に対する有効電力を、−10%,−5%,0%,+5%,+10%の5種類、無効電力を、−10%,−5%,0%,+5%,+10%の5種類として、これらをマトリックス状に組み合わせた25種類の条件下で、所定時間内に、単独運転検出ができるか否かを試験する。 For example, in the JEM1498 certification test, as the power flow conditions at the interconnection point with the commercial power system, the active power for the load is set to -10%, -5%, 0%, + 5%, + 10%, and the reactive power is set. , -10%, -5%, 0%, + 5%, + 10%, and whether or not independent operation can be detected within a predetermined time under 25 types of conditions in which these are combined in a matrix. test.
試験に供するパワーコンディショナは、例えば、停電が発生した後の周波数偏差をトリガとする。周波数偏差とは、最新の40msの間の移動平均周波数を、200ms前の320msの間の移動平均周波数から差し引いた値である。周波数偏差が0.01Hzより大きい場合は、1次関数的に無効電力を注入し(周波数フィードバック機能)、その結果、所定値に達する周波数変化が生じた時点で、単独運転と検出する。 The power conditioner used for the test is triggered by, for example, a frequency deviation after a power failure occurs. The frequency deviation is a value obtained by subtracting the latest moving average frequency during 40 ms from the moving average frequency during 320 ms 200 ms before. When the frequency deviation is larger than 0.01 Hz, the reactive power is injected linearly (frequency feedback function), and when the frequency change reaches a predetermined value as a result, it is detected as independent operation.
一方、無効電力が0%になる負荷条件においては、単独運転直後の周波数偏差が0.01Hzより小さい。この場合、周波数偏差に基づく無効電力の注入はできないので、代わりに、単独運転時の他の特徴である電圧の変化に着目する。具体的には、高調波電圧が増大するか又は基本波電圧が増大することに基づいて、一定期間ステップ状に無効電力を注入する(ステップ注入機能)。その後、このステップ注入機能による無効電力によって生じた周波数偏差に対して周波数フィードバック機能を働かせ、やがて周波数偏差が大きくなった時点で単独運転として検出する。 On the other hand, under the load condition where the active power becomes 0%, the frequency deviation immediately after the independent operation is smaller than 0.01 Hz. In this case, since it is not possible to inject reactive power based on the frequency deviation, instead, we focus on the change in voltage, which is another feature during independent operation. Specifically, based on the increase in the harmonic voltage or the increase in the fundamental wave voltage, the reactive power is injected stepwise for a certain period of time (step injection function). After that, the frequency feedback function is activated for the frequency deviation caused by the ineffective power by this step injection function, and when the frequency deviation becomes large, it is detected as independent operation.
しかしながら、連系点での潮流条件が、有効電力、無効電力共に0%の場合、すなわち、パワーコンディショナの出力する電力と負荷の消費電力とがつり合っている場合、商用電力系統に停電が発生しても、周波数偏差は0.01Hzを超えず、基本波電圧も高調波電圧もほとんど変わらない場合がある。特に、高調波電圧の出力が元々少ない良質なパワーコンディショナでは、単独運転の検出に要する時間が、規定された時間よりも長くなる場合がある。 However, if the power flow condition at the interconnection point is 0% for both active power and active power, that is, if the power output by the power conditioner and the power consumption of the load are balanced, a power failure occurs in the commercial power system. Even if it occurs, the frequency deviation does not exceed 0.01 Hz, and the fundamental voltage and the harmonic voltage may hardly change. In particular, in a high-quality power conditioner that originally has a small output of harmonic voltage, the time required for detecting independent operation may be longer than the specified time.
かかる問題点に鑑み、本発明は、パワーコンディショナにおいて、単独運転検出が難しい負荷条件でも安定した単独運転検出を可能とすること、を目的とする。 In view of these problems, it is an object of the present invention to enable stable independent operation detection in a power conditioner even under load conditions where independent operation detection is difficult.
本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。 The present disclosure includes the following inventions. However, the present invention is defined by the scope of claims.
本発明の一表現に係るパワーコンディショナは、商用電力系統と系統連系するパワーコンディショナであって、スイッチング動作を行う電力変換部と、前記商用電力系統と接続される交流電路の電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサの検出する電圧から抽出した基本波の電圧に基づく制御指令値により前記電力変換部を制御するとともに、前記電圧センサの検出する電圧に基づいて単独運転の検出を行う場合に、前記基本波に高調波成分が重畳された電圧に基づく制御指令値により前記電力変換部を制御する制御部と、を備えている。 The power conditioner according to one expression of the present invention is a power conditioner that is grid-connected to a commercial power system, and detects the voltage of a power conversion unit that performs switching operation and an AC electric circuit connected to the commercial power system. The power conversion unit is controlled by the voltage sensor to be used and a control command value based on the voltage of the fundamental wave extracted from the voltage detected by the voltage sensor, and the independent operation is detected based on the voltage detected by the voltage sensor. In this case, it includes a control unit that controls the power conversion unit by a control command value based on a voltage in which a harmonic component is superimposed on the fundamental wave.
本発明の他の一表現に係るパワーコンディショナの制御方法は、商用電力系統と系統連系し、スイッチング動作を行う電力変換部を含むパワーコンディショナの制御方法であって、前記商用電力系統と接続される交流電路の電圧を検出し、検出した電圧から抽出した基本波の電圧に基づく制御指令値により前記電力変換部を制御し、前記交流電路の電圧に基づいて単独運転の検出を行う場合には、前記基本波に高調波成分が重畳された電圧に基づく制御指令値により前記電力変換部を制御するものである。 The power conditioner control method according to another expression of the present invention is a power conditioner control method including a power conversion unit that is connected to a commercial power system and performs a switching operation, and is the same as the commercial power system. When the voltage of the connected AC electric circuit is detected, the power conversion unit is controlled by the control command value based on the voltage of the fundamental wave extracted from the detected voltage, and the independent operation is detected based on the voltage of the AC electric circuit. The power conversion unit is controlled by a control command value based on a voltage in which a harmonic component is superimposed on the fundamental wave.
本発明によれば、パワーコンディショナにおいて、単独運転検出が難しい負荷条件でも安定した単独運転検出が可能となる。 According to the present invention, in a power conditioner, stable independent operation detection is possible even under load conditions where independent operation detection is difficult.
[実施形態の要旨]
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
[Summary of Embodiment]
The gist of the embodiment of the present invention includes at least the following.
(1)これは、商用電力系統と系統連系するパワーコンディショナであって、スイッチング動作を行う電力変換部と、前記商用電力系統と接続される交流電路の電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサの検出する電圧から抽出した基本波の電圧に基づく制御指令値により前記電力変換部を制御するとともに、前記電圧センサの検出する電圧に基づいて単独運転の検出を行う場合に、前記基本波に高調波成分が重畳された電圧に基づく制御指令値により前記電力変換部を制御する制御部と、を備えているパワーコンディショナである。 (1) This is a power conditioner that is grid-connected to a commercial power system, and includes a power conversion unit that performs switching operation, a voltage sensor that detects the voltage of an AC electric circuit connected to the commercial power system, and the above. The fundamental wave is used when the power conversion unit is controlled by a control command value based on the voltage of the fundamental wave extracted from the voltage detected by the voltage sensor and the independent operation is detected based on the voltage detected by the voltage sensor. It is a power conditioner including a control unit that controls the power conversion unit by a control command value based on a voltage on which a harmonic component is superimposed.
このようなパワーコンディショナでは、通常は基本波の電圧に基づく制御指令値により高調波の影響を排除して良質な正弦波の波形を生成することができる。単独運転の検出を行う場合は、基本波に高調波成分が重畳された電圧に基づく制御指令値により、単独運転時に高調波による電圧が出やすいようにすることができる。こうして、単独運転検出が難しい負荷条件でも、安定した単独運転検出が可能なパワーコンディショナを提供することができる。 In such a power conditioner, it is possible to generate a high-quality sine wave waveform by eliminating the influence of harmonics by a control command value usually based on the voltage of the fundamental wave. When detecting the solitary operation, the control command value based on the voltage in which the harmonic component is superimposed on the fundamental wave can make it easy to generate the voltage due to the harmonics during the solitary operation. In this way, it is possible to provide a power conditioner capable of stably detecting independent operation even under load conditions where it is difficult to detect independent operation.
(2)また、(1)のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記単独運転の検出を行う場合に、前記電圧センサの検出する電圧に含まれる高調波電圧が第1の閾値に達したときは、前記基本波に高調波成分を重畳した制御指令値を生成し、当該制御指令値により前記電力変換部を制御するようにしてもよい。
この場合、高調波電圧が第1の閾値に達するという単独運転の兆候が現れたときは、いわば積極的に高調波成分を重畳することで、迅速に、単独運転時に高調波による電圧が出るようにすることができる。
(2) Further, in the power conditioner of (1), when the control unit detects the independent operation, the harmonic voltage included in the voltage detected by the voltage sensor reaches the first threshold value. At this time, a control command value in which a harmonic component is superimposed on the fundamental wave may be generated, and the power conversion unit may be controlled by the control command value.
In this case, when there is a sign of independent operation that the harmonic voltage reaches the first threshold value, so to speak, by positively superimposing the harmonic components, the voltage due to the harmonics is quickly generated during the independent operation. Can be.
(3)また、(2)のパワーコンディショナにおいて、例えば、前記第1の閾値は、前記電力変換部の出力に無効電力を注入開始するべき第2の閾値より低い値である。
この場合、単独運転の兆候を、早めに検出することができる。
(3) Further, in the power conditioner of (2), for example, the first threshold value is a value lower than the second threshold value at which invalid power should be injected into the output of the power conversion unit.
In this case, signs of isolated operation can be detected early.
(4)また、(2)又は(3)のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記高調波電圧に比例して、重畳させる高調波成分を変化させるようにしてもよい。
この場合、高調波電圧が増大するほど制御指令値も増大するので迅速に、無効電力注入のタイミングに到達することができる。
(4) Further, in the power conditioner of (2) or (3), the control unit may change the harmonic component to be superimposed in proportion to the harmonic voltage.
In this case, as the harmonic voltage increases, the control command value also increases, so that the timing of the ineffective power injection can be reached quickly.
(5)また、(2)〜(4)のいずれかのパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、奇数の次数の高調波成分を重畳させるようにしてもよい。
この場合、例えば複数台のパワーコンディショナが負荷に対して並列接続されている場合でも、相互に影響を受けて高調波が減殺される、という事態を抑制することができる。
(5) Further, in any of the power conditioners (2) to (4), the control unit may superimpose harmonic components of odd-numbered orders.
In this case, for example, even when a plurality of power conditioners are connected in parallel to the load, it is possible to suppress a situation in which harmonics are attenuated due to mutual influence.
(6)また、(2)〜(5)のいずれかのパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記高調波成分の重畳を行う前に、周波数偏差が所定値より大きくなっている場合は、高調波成分の重畳を回避することが好ましい。
この場合、高調波成分の重畳は既に必要無いので、無駄な動作を回避することができる。
(6) Further, in the power conditioner according to any one of (2) to (5), if the frequency deviation is larger than a predetermined value before the harmonic component is superposed by the control unit, the control unit may use the power conditioner. It is preferable to avoid superimposition of harmonic components.
In this case, since it is no longer necessary to superimpose the harmonic components, unnecessary operation can be avoided.
(7)また、(1)のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記単独運転の検出を行う場合には、高調波を含む前記電圧センサの検出する電圧をそのまま用いた制御指令値により前記電力変換部を制御するようにしてもよい。
この場合、単独運転時には、高調波を含む可能性のある交流電路の交流電圧を利用して高調波を除去せずに残して活かすことができる。
(7) Further, in the power conditioner of (1), when the control unit detects the independent operation, the control unit uses the voltage detected by the voltage sensor including harmonics as it is according to the control command value. The power conversion unit may be controlled.
In this case, in the case of independent operation, it is possible to utilize the AC voltage of the AC electric circuit which may contain harmonics without removing the harmonics.
(8)また、蓄電システムとしては、直流電源と、当該直流電源に接続された(1)〜(7)のいずれかのパワーコンディショナと、を備えていればよい。
この場合は、(1)〜(7)のパワーコンディショナによる作用効果を伴う蓄電システムを提供することができる。
(8) Further, the power storage system may include a DC power supply and a power conditioner according to any one of (1) to (7) connected to the DC power supply.
In this case, it is possible to provide a power storage system with the action and effect of the power conditioners (1) to (7).
(9)一方、これは、商用電力系統と系統連系し、スイッチング動作を行う電力変換部を含むパワーコンディショナの制御方法であって、前記商用電力系統と接続される交流電路の電圧を検出し、検出した電圧から抽出した基本波の電圧に基づく制御指令値により前記電力変換部を制御し、前記交流電路の電圧に基づいて単独運転の検出を行う場合には、前記基本波に高調波成分が重畳された電圧に基づく制御指令値により前記電力変換部を制御する、パワーコンディショナの制御方法である。 (9) On the other hand, this is a control method of a power conditioner including a power conversion unit that is connected to a commercial power system and performs a switching operation, and detects a voltage of an AC electric circuit connected to the commercial power system. Then, when the power conversion unit is controlled by a control command value based on the voltage of the fundamental wave extracted from the detected voltage and the independent operation is detected based on the voltage of the AC electric circuit, a harmonic is applied to the fundamental wave. This is a power conditioner control method in which the power conversion unit is controlled by a control command value based on a voltage on which components are superimposed.
このようなパワーコンディショナの制御方法では、通常は基本波の電圧に基づく制御指令値により高調波の影響を排除して良質な正弦波の波形を生成することができる。単独運転の検出を行う場合は、基本波に高調波成分が重畳された電圧に基づく制御指令値により、単独運転時に高調波による電圧が出やすいようにすることができる。こうして、単独運転検出が難しい負荷条件でも、安定した単独運転検出が可能なパワーコンディショナの制御方法を提供することができる。 In such a power conditioner control method, it is usually possible to eliminate the influence of harmonics by a control command value based on the voltage of the fundamental wave and generate a high-quality sine wave waveform. When detecting the solitary operation, the control command value based on the voltage in which the harmonic component is superimposed on the fundamental wave can make it easy to generate the voltage due to the harmonics during the solitary operation. In this way, it is possible to provide a control method of a power conditioner capable of stably detecting independent operation even under a load condition in which it is difficult to detect independent operation.
[実施形態の詳細]
以下、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナについて、図面を参照して説明する。
[Details of Embodiment]
Hereinafter, the power conditioner according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
《パワーコンディショナの構成例》
図1は、パワーコンディショナ100の一例と、その入出力回路とを示す回路図である。まず、主回路要素から説明すると、パワーコンディショナ100は、電力変換部として、DC/DCコンバータ1及びインバータ2を備えている。パワーコンディショナ100の直流側(図の左側)には、直流電源3(例えば、蓄電池、太陽光発電パネル等)が接続されている。また、パワーコンディショナ100の交流側(図の右側)には、交流電路4が接続されている。
なお、直流電源3とパワーコンディショナ100とで、蓄電システムを構成している。
<< Configuration example of power conditioner >>
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a
The
なお、交流電路4の2線は通常、単相3線の電圧線(U線,W線)である。実際には、パワーコンディショナ100内で中間電位(0V)の中性線(O線)を作り出し、単相3線の商用電力系統7と3線接続することが多いが、ここでは簡略化して図示している。
交流電路4には、需要家の負荷5が接続される。また、交流電路4には連系リレー6が設けられている。連系リレー6は、商用電力系統7と接続されている。
The two lines of the AC
The
なお、ここでは、直流電源3からDC/DCコンバータ1までの直流系統は1系統である最も簡素な例を示しているが、これに限らず、複数系統が存在し、DCバス8にて互いに並列に接続される回路構成であってもよい。
Here, the simplest example is shown in which the DC system from the
直流電源3とDC/DCコンバータ1との間には、直流側コンデンサ9が設けられている。DC/DCコンバータ1は、直流リアクトル10と、ローサイドのスイッチング素子Q1と、ハイサイドのスイッチング素子Q2とを図示のように接続して構成されている。各スイッチング素子Q1,Q2にはそれぞれ、逆並列にダイオードd1,d2が接続されている。DC/DCコンバータ1は、昇圧チョッパとして動作するか又は逆方向に降圧チョッパとして動作することもできる。
A
なお、図示のスイッチング素子Q1,Q2は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。他のスイッチング素子Q3〜Q6についても同様である。但し、IGBTに代えてMOS−FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等のスイッチング素子を使用することもできる。 The switching elements Q1 and Q2 shown in the figure are IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). The same applies to the other switching elements Q3 to Q6. However, a switching element such as a MOS-FET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) can be used instead of the IGBT.
DCバス8の2線間には、中間コンデンサ11が設けられている。DCバス8にはインバータ2が接続されている。インバータ2は、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6を備えている。スイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6にはそれぞれ、逆並列にダイオードd3,d4,d5,d6が接続されている。インバータ2の交流側には、交流リアクトル12及び交流側コンデンサ13が設けられている。
An
計測・制御に関する要素については、まず、電圧センサ14は、直流側コンデンサ9の両端電圧を検出し、検出出力を制御部20に送る。電流センサ15は、DC/DCコンバータ1に流れる電流を検出し、検出出力を制御部20に送る。電圧センサ16は、DCバス8の2線間の電圧を検出し、検出出力を制御部20に送る。電流センサ17は、交流リアクトル12に流れる電流を検出し、検出出力を制御部20に送る。電圧センサ18は、交流電路4の2線間の電圧を検出し、検出出力を制御部20に送る。
Regarding the elements related to measurement and control, first, the
制御部20は、各センサからの検出出力に基づいて、スイッチング素子Q1〜Q6を制御する。また、制御部20は、連系リレー6の開閉を制御する。パワーコンディショナ100の通常運転時は、連系リレー6は閉路している。商用電力系統7が停電し、パワーコンディショナ100が単独運転の状態となったことを検出したときは、制御部20は、連系リレー6を開路する。
制御部20は例えば、コンピュータを含み、ソフトウェア(コンピュータプログラム)をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部20の記憶装置(図示せず。)に格納される。
The
The
なお、上記パワーコンディショナ100は、双方向性があり、直流から交流への電力変換の他、直流電源3が蓄電池である場合には、交流から直流への電力変換を行って蓄電池を充電することもできる。
The
《通常の制御の一例》
通常運転時は、前述のように、制御部20は、各センサからの検出出力に基づいて、スイッチング素子Q1〜Q6を制御することによりパワーコンディショナ100の系統連系運転を行うことができる。
<< Example of normal control >>
During normal operation, as described above, the
パワーコンディショナ100が、商用電力系統7と、その交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源3との間に設けられている場合、好ましい既知の制御の一例としては、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、DC/DCコンバータ1及びインバータ2の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる。そして、制御部20は、交流電力の電圧、交流リアクトル12を流れる電流及び交流リアクトル12のインピーダンスによる電圧変化、中間コンデンサ11及び交流側コンデンサ13をそれぞれ流れる無効電流、並びに、直流電力の電圧に基づいて、DC/DCコンバータ1の電流指令値を、交流電力の電流と同期するように設定する。また、交流電力の電圧として、商用電力系統7の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いることができる。
When the
このようなパワーコンディショナ100では、制御部20により、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、DC/DCコンバータ1及びインバータ2の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる、という「最小スイッチング変換方式」を実行することができる。この方式を高い変換効率で実現すべく、交流電力の電圧、交流リアクトル12を流れる電流及び交流リアクトル12のインピーダンスによる電圧変化、中間コンデンサ11及び交流側コンデンサ13をそれぞれ流れる無効電流、並びに、直流電力の電圧に基づいて、DC/DCコンバータ1の電流指令値を、交流電力の電流と同期するように設定する。
In such a
そして、交流電力の電圧として、商用電力系統7の交流電圧検出値(電圧センサ18が検出する交流電圧)に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いることで、電圧位相に対する制御の遅延を抑制し、また、商用電力系統7の系統電圧の擾乱の影響を排除して、安定した、歪の少ない交流電流を得ることができる。 Then, as the voltage of the AC power, the phase is supplemented to the fundamental wave extracted based on the AC voltage detection value (AC voltage detected by the voltage sensor 18) of the commercial power system 7 in consideration of the delay of the detection and the control system. By using a voltage, it is possible to suppress a delay in control with respect to the voltage phase, eliminate the influence of disturbance of the system voltage of the commercial power system 7, and obtain a stable and less distorted alternating current.
具体的には、負荷5への出力電流指令値をIa*、交流側コンデンサ13の静電容量をCa、交流電路4の交流電圧をVa、直流電源3側の電圧をVDC、ラプラス演算子をsとする。この場合、制御部20は、電流センサ17に流れるべき交流出力電流指令値Iinv*を、
Iinv*=Ia*+s CaVa ・・・(1)
に設定する。
Specifically, the output current command value to the
Iinv * = Ia * + s CaVa ... (1)
Set to.
さらに、交流リアクトル12のインピーダンスをZaとするとき、制御部20は、インバータ2の出力端(インバータ2と交流リアクトル12との相互接続箇所)での交流出力電圧指令値Vinv*を、
Vinv*=Va+ZaIinv* ・・・(2)
に設定する。
Further, when the impedance of the
Vinv * = Va + ZaIinv * ・ ・ ・ (2)
Set to.
また、制御部20は、電圧VDC、及び、交流出力電圧指令値Vinv*の絶対値のいずれか大きい方を、DC/DCコンバータ1の出力電圧指令値Vo*に設定し、中間コンデンサ11の静電容量をCとするとき、DC/DCコンバータ1の電流指令値Iin*は、
Iin*={(Iinv* × Vinv*)+(s C Vo*)×Vo*}/VDC
・・・(3)
に設定する。そして、交流電圧Vaは、実効値をVa_rms、スイッチング動作の指令をするタイミングの位相をωtとして、
Va=√2 Va_rms×sin(ωt) ・・・(4)
とすることができる。
Further, the
Iin * = {(Iinv * × Vinv *) + (s C Vo *) × Vo *} / V DC
... (3)
Set to. The AC voltage Va has an effective value of Va_rms and a phase of the timing for commanding the switching operation as ωt.
Va = √2 V a_rms × sin (ωt) ・ ・ ・ (4)
Can be.
上記のような制御によれば、DC/DCコンバータ1の電流指令値Iin*は、交流電力の電圧、交流リアクトル12を流れる電流と交流リアクトル12のインピーダンスによる電圧変化、中間コンデンサ11や交流側コンデンサ13を流れる無効電流、及び直流電力の電圧を全て反映している。従って、直流電源3の電圧や、交流出力電流が変化したときでも、常に交流出力電流に同期した電力を出力することができる。
According to the above control, the current command value Iin * of the DC /
このような最小スイッチング変換方式の制御によって、DC/DCコンバータ1及びインバータ2は、必要最低限の回数の高周波スイッチングで、直流/交流の変換を行うことができる。その結果、半導体スイッチング素子のスイッチング損失、交流及び直流リアクトルの鉄損が大幅に低減され、高い変換効率を得ることができる。さらに、系統電圧Vaをこのように設定することで、低歪みの交流電流を得ることができる。
By controlling such a minimum switching conversion method, the DC /
《単独運転検出の機能》
次に、制御部20によって実現される単独運転検出の機能について説明する。
図2は、制御部20の内部機能として存在する単独運転検出の機能ブロック図である。図において、電圧センサ18(図1)によって検出された交流電路4(図1)の交流電圧(系統電圧)の検出信号は、A/D変換され(f1)、交流電圧として検出される(f2)。この交流電圧に基づいて、周波数(f3)、基本波電圧(f4)、高調波電圧(f5)がそれぞれ検出される。
<< Function of independent operation detection >>
Next, the function of the isolated operation detection realized by the
FIG. 2 is a functional block diagram of the isolated operation detection that exists as an internal function of the
周波数は、移動平均の処理(f6,f7)を経て、周波数偏差となる(f8)。周波数偏差とは、最新の40msの間の移動平均周波数を、200ms前の320msの間の移動平均周波数から差し引いた値である。周波数偏差が0.01Hzを超えている場合は周波数フィードバック機能が働き(f11)、注入する無効電力の指令値が決まる(f13)。一方、周波数偏差が0.01Hzを超えていない場合には、処理は、ステップ注入機能の方へ行く(f8からf9へ)。そして、基本波電圧及び高調波電圧に基づいて、ステップ注入機能(f9,f12)が働き、注入する無効電力の指令値が決まる(f13)。 The frequency becomes a frequency deviation (f8) after undergoing a moving average process (f6, f7). The frequency deviation is a value obtained by subtracting the latest moving average frequency during 40 ms from the moving average frequency during 320 ms 200 ms before. When the frequency deviation exceeds 0.01 Hz, the frequency feedback function operates (f11), and the command value of the injecting reactive power is determined (f13). On the other hand, if the frequency deviation does not exceed 0.01 Hz, the process goes towards the step injection function (from f8 to f9). Then, the step injection function (f9, f12) operates based on the fundamental wave voltage and the harmonic voltage, and the command value of the reactive power to be injected is determined (f13).
また、別途、有効電力の指令値が決定される(f14,f15)。有効電力の指令値及び無効電力の指令値に基づいて、電流制御(f16)が行われる。高調波電圧は高調波調整制御(f10)を経て、電流制御に参加する。電流制御(f16)に基づいて、DC/DCコンバータ1及びインバータ2のそれぞれについて、パルス幅変調制御(f17,f18)が行われる。
In addition, the command value of the active power is determined separately (f14, f15). The current control (f16) is performed based on the command value of the active power and the command value of the active power. The harmonic voltage participates in the current control via the harmonic adjustment control (f10). Based on the current control (f16), pulse width modulation control (f17, f18) is performed for each of the DC /
図3は、フローチャートで表した単独運転検出の処理手順である。
図において、制御部20は、まず、基準となる時刻から5ms経過したか否かを判定する(ステップS1)。すなわち、単独運転検出の判定は5msごとに行われる。最初は5ms経過していないので、処理はステップS10に飛び、単独運転を検出したか否かの判定が行われ、「No」であればステップS1に戻る。
FIG. 3 is a processing procedure for detecting independent operation shown in a flowchart.
In the figure, the
ステップS1において5ms経過したときは、制御部20は、周波数偏差が0.01Hzより大きいか否かを判定する(ステップS2)。ここで、周波数偏差が0.01Hzより大きい場合は、周波数フィードバック機能が働き、制御部20は、無効電力の注入(A)を実行する(ステップS3)。ステップS3では、制御部20は、周波数偏差に基づいて1次関数的に無効電力を注入する。
When 5 ms has elapsed in step S1, the
無効電力の注入後に、制御部20は、単独運転を検出したか否かを判定する(ステップS10)。周波数の変化(例えば周波数偏差又は周波数そのもの)が、単独運転とみなせる所定値に達していない場合は、制御部20はステップS1に戻り、同様の処理を5msごとに繰り返す。そして、ステップS10において単独運転の検出となった場合には、制御部20はパワーコンディショナ100としての運転を停止させる(ステップS11)。
After injecting the reactive power, the
また、ステップS2において、周波数偏差が0.01Hz以下の場合は、ステップ注入機能が働き、制御部20は、高調波電圧が2V増大したか(ステップS4)若しくは基本波電圧が所定量増大したか(ステップS5)、のいずれか1つでも成り立てば、無効電力の注入(B)を実行する(ステップS6)。ステップS6では、制御部20は、一定期間ステップ状に無効電力を注入する。
Further, in step S2, when the frequency deviation is 0.01 Hz or less, the step injection function is activated, and the
無効電力の注入後に、制御部20は、単独運転を検出したか否かを判定する(ステップS10)。周波数の変化(例えば周波数偏差又は周波数そのもの)が、単独運転とみなせる所定値に達していない場合は、制御部20はステップS1に戻り、同様の処理を5msごとに繰り返す。そして、ステップS10において単独運転の検出となった場合には、制御部20はパワーコンディショナ100としての運転を停止させる(ステップS11)。
After injecting the reactive power, the
以上の処理は、JEM1498の規定に沿った処理である。しかし、図3のフローチャートでは、さらに処理が与えられている。すなわち、ステップS4,S5において、高調波電圧が2Vも増大することはなく、かつ、基本波電圧も所定量増大することはない、という場合(すなわち変化が少ない場合)、制御部20は、高調波電圧が微小に増大したか否かを判定する(ステップS7)。「微小」なりとも「増大」であると認める閾値は、例えば0.7Vである。すなわち、この0.7Vを第1の閾値とすると、2Vは第2の閾値であり、第1の閾値は第2の閾値より低い値である。このように、第1の閾値は、無効電力を注入開始するべき第2の閾値より低い値であることで、単独運転の兆候を、早めに検出することができる。
The above processing is a processing in accordance with the provisions of JEM1498. However, in the flowchart of FIG. 3, further processing is given. That is, in steps S4 and S5, when the harmonic voltage does not increase by 2V and the fundamental wave voltage does not increase by a predetermined amount (that is, when there is little change), the
ステップS7において高調波電圧が第1の閾値に達していない場合には、制御部20は、ステップS10を経てステップS1に戻り、同様の処理が5msごとに繰り返される。そして、ステップS7において高調波電圧が第1の閾値に達している場合には、制御部20は、制御指令値に高調波成分を重畳させる(ステップS8)。これにより、パワーコンディショナ100は、基本波に高調波成分が重畳された電圧を出力するように動作する。ここで、制御部20は、例えば、高調波電圧に比例して、重畳させる高調波成分を変化させる。この場合、高調波電圧が増大するほど制御指令値も増大するので、迅速に、その後の無効電力注入のタイミングに到達することができる。
If the harmonic voltage has not reached the first threshold value in step S7, the
その後、制御部20は、高調波電圧が第2の閾値である2V増大(ステップS9のYes)に至るまで同様の処理を5msごとに実行し、ステップS9において高調波電圧が2V増大したときは、無効電力の注入(B)を行う(ステップS6)。そして、ステップS10において単独運転の検出となった場合には、制御部20はパワーコンディショナ100としての運転を停止させる(ステップS11)。
After that, the
なお、次に高調波成分の重畳を行う前に、ステップS2において周波数偏差が0.01Hzより大きくなっている場合は、さらなる高調波成分の重畳を回避する。すなわち、この場合には、高調波成分の重畳は既に必要無いので、無駄な動作を回避することができる。 If the frequency deviation is larger than 0.01 Hz in step S2 before the next harmonic component is superposed, further superimposition of the harmonic component is avoided. That is, in this case, since it is no longer necessary to superimpose the harmonic components, unnecessary operation can be avoided.
《開示のまとめ》
上記のように、このパワーコンディショナ100の制御部20は、通常運転としては、電圧センサ18の検出する電圧から抽出した基本波の電圧に基づく制御指令値により電力変換部であるDC/DCコンバータ1及びインバータ2を制御する。また、電圧センサ18の検出する電圧に基づいて単独運転の検出を行う場合には、基本波に高調波成分が重畳された電圧に基づく制御指令値によりDC/DCコンバータ1及びインバータ2を制御する。
<< Summary of Disclosure >>
As described above, in normal operation, the
このような制御により、通常は基本波の電圧に基づく制御指令値により高調波の影響を排除して良質な正弦波の波形を生成することができる。そして、単独運転の検出を行う場合は、基本波に高調波成分が重畳された電圧に基づく制御指令値により、単独運転時に高調波による電圧が出やすいようにすることができる。 With such control, it is possible to generate a high-quality sine wave waveform by eliminating the influence of harmonics by a control command value usually based on the voltage of the fundamental wave. When detecting the independent operation, the control command value based on the voltage on which the harmonic component is superimposed on the fundamental wave can make it easy to generate the voltage due to the harmonics during the independent operation.
そして、制御部20は、単独運転の検出を行う場合に、電圧センサ18の検出する電圧に含まれる高調波電圧が第1の閾値(例えば0.7V)に達したときは、基本波に高調波成分を重畳した制御指令値を生成し、当該制御指令値によりDC/DCコンバータ1及びインバータ2を制御する。この場合、高調波電圧が第1の閾値に達するという単独運転の兆候が現れたときは、いわば積極的に高調波成分を重畳することで、迅速に、単独運転時に高調波による電圧が出るようにすることができる。
Then, when the
《波形の例示》
図4は、比較のために、図3のステップS7,S8,S9を実行しない場合の単独運転検出の例を示す波形図である。波形図には、交流電圧、逆潮点における電流(電流センサ17が検出する電流)、DC/DCコンバータ1及びインバータ2のゲートブロックが行われたことを確認するゲートブロック確認信号、デバッグ用信号(高調波電圧2Vでハイになる。)、及び、ステップ注入確認信号が、表されている。縦向きの2本の点線のうち、左側の点線の時刻に商用電力系統の停電が発生してから、右側の点線の時刻に単独運転検出となる。これらの点線間の時間間隔は例えば180msであるが、若干ばらつきもあり、200msを超える場合もある。
<< Example of waveform >>
FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of independent operation detection when steps S7, S8, and S9 of FIG. 3 are not executed for comparison. The waveform diagram shows the AC voltage, the current at the reverse tide point (current detected by the current sensor 17), the gate block confirmation signal confirming that the gate block of the DC /
図5は、停電の前後での交流電圧の波形図である。図中の縦の点線の時刻に停電が発生しているが、停電前・停電後ともに、歪みの少ない良質な波形である。このような良質な波形では、図3のステップS7,S8,S9を実行しない場合での迅速な単独運転検出は難しい。 FIG. 5 is a waveform diagram of the AC voltage before and after the power failure. A power failure occurs at the time of the vertical dotted line in the figure, but it is a good quality waveform with little distortion both before and after the power failure. With such a high-quality waveform, it is difficult to quickly detect the independent operation when steps S7, S8, and S9 of FIG. 3 are not executed.
図6は、図3の通りに、ステップS7,S8,S9も含めて実行する場合の単独運転検出の例を示す波形図である。波形図には、交流電圧、逆潮点における電流(電流センサ17が検出する電流)、DC/DCコンバータ1及びインバータ2のゲートブロックが行われたことを確認するゲートブロック確認信号、デバッグ用信号(高調波電圧2Vでハイになる。)、及び、ステップ注入確認信号が、表されている。縦向きの2本の点線のうち、左側の点線の時刻に商用電力系統の停電が発生してから、右側の点線の時刻に単独運転検出となる。図6の場合、比較的早い段階でステップ注入が行われるので、2本の点線間の時間間隔は150msである。停電による周波数変化が生じにくい負荷条件で何度行ってもばらつきはほとんど無く、約150msであった。
FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of independent operation detection when steps S7, S8, and S9 are also executed as shown in FIG. The waveform diagram shows the AC voltage, the current at the reverse tide point (current detected by the current sensor 17), the gate block confirmation signal confirming that the gate block of the DC /
従って、JEM1498の求める200ms以内の検出を、確実なものとすることができる。 Therefore, the detection within 200 ms required by JEM1498 can be ensured.
《重畳する高調波成分の次数について》
次に、基本波に重畳する高調波成分の次数について補足する。パワーコンディショナの出力電路が3電路ある場合、これら3電路を順に第1電路(+101V)、第2電路(0V)、第3電路(−101V)とすると、これらがそれぞれU線,O線,W線に接続されている場合を「正接」と称する。また、第1電路、第2電路、第3電路がそれぞれ、W線,O線,U線に接続されている場合を「逆接」と称する。例えば2台のパワーコンディショナ100が単相3線(U線,O線,W線)の商用電力系統に接続されているとき、一方は正接、他方は逆接となる場合がある。
<< About the order of the harmonic components to be superimposed >>
Next, the order of the harmonic components superimposed on the fundamental wave will be supplemented. When there are three output circuits of the power conditioner, if these three circuits are the first circuit (+ 101V), the second circuit (0V), and the third circuit (-101V) in order, these are U line, O line, and so on, respectively. The case where it is connected to the W line is referred to as "tangent". Further, the case where the first electric line, the second electric line, and the third electric line are connected to the W line, the O line, and the U line, respectively, is referred to as "reverse connection". For example, when two
図7は、高調波の相互干渉を説明する図である。図の左上は、正接の波形であり、図の左下は逆接の波形である。実線は基本波、一点鎖線は2次高調波、点線は3次高調波である。正接と逆接とが互いに加算されると、2次すなわち偶数次の高調波は打ち消されるが、奇数次の高調波は打ち消されない。 FIG. 7 is a diagram illustrating mutual interference of harmonics. The upper left of the figure is the tangent waveform, and the lower left of the figure is the reverse waveform. The solid line is the fundamental wave, the alternate long and short dash line is the second harmonic, and the dotted line is the third harmonic. When the tangent and the tangent are added to each other, the second-order or even-order harmonics are canceled, but the odd-order harmonics are not cancelled.
このことから、制御部20は、奇数の次数の高調波成分を重畳させることが好ましい。そうすることにより、例えば複数台のパワーコンディショナが負荷に対して並列接続されている場合でも、相互に影響を受けて高調波が減殺される、という事態を抑制することができる。
For this reason, it is preferable that the
《その他》
なお、上記のパワーコンディショナ100は、式(4)において、実際に検出される系統電圧そのものではなく、系統電圧の実効値を有する理想的な正弦波を用いている。そのことが、通常運転では、基本波の電圧に基づく制御指令値により高調波の影響を排除して良質な正弦波の波形を生成することができる、という作用効果に寄与している。ところが、単独運転検出に当たっては、そのことが、検出の遅れの原因になる場合もあるので、図3のステップS7,S8,S9のような処理を入れた。
"others"
In the
そこで、上述の実施形態とは別に、通常は式(4)の交流電圧Vaを用いるが、5msごとの単独運転検出時には、負荷5がぶら下がっている交流電路4の交流電圧(電圧センサ18の検出する交流電圧)をそのまま式(4)のVaに代えて用いるということも考えられる。この場合の、図3のステップS8は、例えば、「交流電路の交流電圧をそのまま用いて制御指令値を決める」とすればよい。
Therefore, apart from the above-described embodiment, the AC voltage Va of the equation (4) is usually used, but when the independent operation is detected every 5 ms, the AC voltage of the AC
すなわち、制御部20は、単独運転の検出を行う場合には、高調波を含む電圧センサ18の検出する電圧をそのまま用いた制御指令値によりDC/DCコンバータ1及びインバータ2を制御することで、高調波を含む可能性のある交流電路4の交流電圧を利用して高調波を除去せずに残して活かすことができる。
言い換えれば、基本波に高調波成分が重畳された電圧とは、積極的な重畳の場合(プラスする)と、自然に重畳されている場合(マイナスしない)との両方を含む。
That is, when detecting independent operation, the
In other words, the voltage on which the harmonic component is superposed on the fundamental wave includes both the case of positive superposition (plus) and the case of naturally superimposition (not minus).
《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
<< Supplement >>
It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not considered to be restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 DC/DCコンバータ
2 インバータ
3 直流電源
4 交流電路
5 負荷
6 連系リレー
7 商用電力系統
8 DCバス
9 直流側コンデンサ
10 直流リアクトル
11 中間コンデンサ
12 交流リアクトル
13 交流側コンデンサ
14 電圧センサ
15 電流センサ
16 電圧センサ
17 電流センサ
18 電圧センサ
20 制御部
100 パワーコンディショナ
d1,d2,d3,d4,d5,d6 ダイオード
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6 スイッチング素子
1 DC /
Claims (7)
スイッチング動作を行う電力変換部と、
前記商用電力系統と接続される交流電路の電圧を検出する電圧センサと、
前記電圧センサの検出する電圧から抽出した基本波電圧に基づく制御指令値により前記電力変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電圧センサの検出する電圧に基づいて単独運転の検出を行う場合において、
(a)周波数偏差が所定値以下で、高調波電圧が第1の閾値に増大した場合、
(b)前記周波数偏差が前記所定値以下で、前記基本波電圧が所定量の増大をした場合、及び、
(c)前記周波数偏差が前記所定値以下で、前記基本波電圧が前記所定量に満たない増大をした場合に、高調波成分を重畳させると、前記高調波電圧が前記第1の閾値に増大した場合、
の全ての成否を確認し、いずれか一つでも成立する場合に、無効電力のステップ注入を行う、パワーコンディショナ。 A power conditioner that connects to a commercial power system
A power converter that performs switching operation and
A voltage sensor that detects the voltage of the AC electric circuit connected to the commercial power system, and
And a to that control section controls the power conversion unit in response to the control instruction value based on the extracted fundamental voltage from the detection to the voltage of the voltage sensor,
When the control unit detects independent operation based on the voltage detected by the voltage sensor,
(A) When the frequency deviation is less than a predetermined value and the harmonic voltage increases to the first threshold value.
(B) When the frequency deviation is equal to or less than the predetermined value and the fundamental wave voltage increases by a predetermined amount, and
(C) When the frequency deviation is equal to or less than the predetermined value and the fundamental wave voltage increases by less than the predetermined amount, the harmonic voltage increases to the first threshold value when a harmonic component is superimposed. if you did this,
A power conditioner that confirms the success or failure of all of the above, and if any one of them is satisfied, performs step injection of reactive power.
前記商用電力系統と接続される交流電路の電圧を検出し、
検出した電圧から抽出した基本波電圧に基づく制御指令値により前記電力変換部を制御し、
前記交流電路の電圧に基づいて単独運転の検出を行う場合において、
(a)周波数偏差が所定値以下で、高調波電圧が第1の閾値に増大した場合、
(b)前記周波数偏差が前記所定値以下で、前記基本波電圧が所定量の増大をした場合、及び、
(c)前記周波数偏差が前記所定値以下で、前記基本波電圧が前記所定量に満たない増大をした場合に、高調波成分を重畳させると、前記高調波電圧が前記第1の閾値に増大した場合、
の全ての成否を確認し、いずれか一つでも成立する場合に、無効電力のステップ注入を行う、パワーコンディショナの制御方法。 It is a control method of a power conditioner including a power conversion unit that connects to a commercial power system and performs switching operation.
Detecting the voltage of the AC electric circuit connected to the commercial power system,
The power conversion unit is controlled by a control command value based on the fundamental wave voltage extracted from the detected voltage.
In the case of detecting independent operation based on the voltage of the AC electric circuit ,
(A) When the frequency deviation is less than or equal to a predetermined value and the harmonic voltage increases to the first threshold value.
(B) When the frequency deviation is equal to or less than the predetermined value and the fundamental wave voltage increases by a predetermined amount, and
(C) When the frequency deviation is equal to or less than the predetermined value and the fundamental wave voltage is increased by less than the predetermined amount and the harmonic component is superimposed, the harmonic voltage is increased to the first threshold value. if you did this,
A power conditioner control method in which the success or failure of all of the above is confirmed, and if any one of them is satisfied, step injection of reactive power is performed .
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