JP7194139B2 - Power control method for three-phase or single-phase power converter - Google Patents
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Description
本発明は、UPFCや自励式BTBなどの電力変換器において、これらが接続される商用電力系統に供給する電力を制御する方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling power supplied to a commercial power system to which power converters such as UPFC and self-commutated BTB are connected.
従来から、UPFCや自励式BTBなど、商用電力系統にインバータを接続して、当該インバータから商用電力系統に所定の電流を供給することにより、当該商用電力系統との間で有効電力や無効電力を融通する電力変換器は知られている。(下記非特許文献1参照)。
Conventionally, active power and reactive power are generated between the commercial power system by connecting an inverter to the commercial power system such as UPFC and self-commutated BTB and supplying a predetermined current from the inverter to the commercial power system. Flexible power converters are known. (See Non-Patent
図7にこれら電力変換器のブロック図の一例を示す。電力変換器Xは三相商用電力系統に接続されており、出力電流検出部101が電流検出用トランス102によって電力変換器Xの三相出力電流の瞬時値(iofu,iofv,iofw)を検出し、当該瞬時値(iofu,iofv,iofw)を成分とする電流瞬時値ベクトル<iof>uvwを構成してαβ変換部103へ出力する。
FIG. 7 shows an example of a block diagram of these power converters. The power converter X is connected to a three-phase commercial power system, and the output current detector 101 detects the instantaneous values (iofu, iofv, iofw) of the three-phase output current of the power converter X using the current detection transformer 102. , a current instantaneous value vector <iof>uvw whose components are the instantaneous values (iofu, iofv, iofw), and is output to the
また、系統電圧検出部104が電圧検出用トランス105によって電力変換器Xが接続される三相商用電力系統の電圧の瞬時値(vofu,vofv,vofw)を検出し、当該瞬時値(vofu,vofv,vofw)を成分とする電圧瞬時値ベクトル<vof>uvwをαβ変換部106へ出力する。
Further, the system voltage detection unit 104 detects the instantaneous values (vofu, vofv, vofw) of the voltage of the three-phase commercial power system to which the power converter X is connected by the
αβ変換部103では、入力した電流瞬時値ベクトル<iof>uvwをこれと等価な二相電流(α相電流iofa,β相電流iofb)のベクトル<iof>abに座標変換(ただし、零相は0)して、それを有効電力計算部107と無効電力計算部108へ出力する。
The
また、αβ変換部106では、入力した電圧瞬時値ベクトル<vof>uvwをこれと等価な二相電圧(α相電圧vofa,β相電圧vofb)のベクトル<vof>abに座標変換(ただし、零相は0)し、それを有効電力計算部107と無効電力計算部108へ出力する。
Further, in the
有効電力計算部107は、αβ変換部103の出力<iof>abとαβ変換部106の出力<vof>abの内積から有効電力の瞬時値p3fを計算する。
また、無効電力計算部108は、αβ変換部103の出力<iof>abとαβ変換部106の出力<vof>abの外積から無効電力の瞬時値q3fを計算する。
Further, reactive
あるいは、図8(a)に示すように、有効電力計算部107は、出力電流検出部101の出力ベクトル<iof>uvwと系統電圧検出部104の出力ベクトル<vof>uvwの内積から有効電力の瞬時値p3fを計算することもできるし、無効電力計算部108は、出力電流検出部101の出力ベクトル<iof>uvwと系統電圧検出部104の出力ベクトル<vof>uvwの外積から無効電力の瞬時値q3fを計算することもできる。
Alternatively, as shown in FIG. 8A, the active
さらに別の方法としては、同図(b)に示すように、αβ変換部103の出力ベクトル<iof>abを、γδ変換部109によってこれと等価な二相電流(γ相電流iofg,δ相電流iofd)のベクトル<iof>gdに座標変換し、αβ変換部106の出力ベクトル<vof>abを、γδ変換部110によってこれと等価な二相電圧(γ相電圧vofg,δ相電圧vofd)のベクトル<vof>gdに座標変換した後、それぞれの出力を有効電力計算部107と無効電力計算部108に出力して、有効電力計算部107で、γδ変換部109の出力ベクトル<iof>gdとγδ変換部110の出力ベクトル<vof>gdの内積から有効電力の瞬時値p3fを計算し、無効電力計算部108で、γδ変換部109の出力ベクトル<iof>gdとγδ変換部110の出力ベクトル<vof>gdの外積から無効電力の瞬時値q3fを計算してもよい。
As another method, the output vector <iof>ab of the
何れの方法を採用しても、有効電力計算部107で計算される有効電力の瞬時値p3fと、無効電力計算部108で計算される無効電力の瞬時値q3fはそれぞれ同一値となる。また、系統電圧および出力電流が三相対称正弦波の場合は、有効電力の瞬時値p3f,無効電力の瞬時値q3fとも直流成分のみとなる(直流化する)。三相対称正弦波でない場合は、高調波成分が現れる。
Regardless of which method is adopted, the instantaneous value p3f of the active power calculated by the
有効電力計算部107で計算された有効電力の瞬時値p3fは、加え合せ点111に出力される。加え合せ点111には、目標とする有効電力指令値prが入力され、その差分が計算されてローパスフィルタ112に出力される。
The instantaneous value p3f of the active power calculated by the
他方、無効電力計算部108で計算された無効電力の瞬時値q3fは加え合せ点113に出力される。加え合せ点113には、目標とする無効電力指令値qrが入力され、その差分がローパスフィルタ114に出力される。
On the other hand, the reactive power instantaneous value q3f calculated by the
電力系統に逆相成分や高調波成分が含まれている場合、有効電力p3fと無効電力q3fにリプル(高調波)が生じるため、ローパスフィルタ112,114によってこのリプルを除去する。ローパスフィルタ112,114の出力は、有効電力(γ相)制御系補償器115と、無効電力(δ相)制御系補償器116に出力される。
If the power system contains a reverse phase component or a harmonic component, ripples (harmonics) are generated in the active power p3f and the reactive power q3f. The outputs of low-
有効電力(γ相)制御系補償器115と無効電力(δ相)制御系補償器116はPI調節器であり、出力電流指令値iorg,iordをリミット処理部117に出力する。リミット処理部117では、図9に示すように、出力電流指令値リミタIorl以下となるior´g(=k・iorg)と、出力電流指令値リミタIorl以下となるior´d(=k・iord)を求める。
Active power (γ-phase)
なお、リミット処理部117で各補償器115,116の出力電流指令値iorg,iordがリミット処理された場合、アンチリセットワインドアップ処理がなされ、各補償器115,116を構成する各部の出力を適切に変更し、補償器の応答を向上させる(即座に補償器の出力が変化するようにする)。
When the
リミット処理部117で計算されたior´g,ior´dは非干渉化部118に出力される。非干渉化部118は、図7に示す逆γδ変換部119が行う変換によって後述する電流出力部に干渉が生じることを防止するための処理を行うものである。非干渉化部118の出力は、逆γδ変換部119、逆αβ変換部120で逆γδ変換、逆αβ変換され、電力変換器XのU相、V相の出力電流指令値ioru,iorvとして電流出力部121に出力される。
ior'g and ior'd calculated by the
電流出力部121は、この出力電流指令値ioru,iorvにしたがって、電力変換器Xの出力電流を操作する。以上のことにより有効電力pと無効電力qを制御する。 The current output unit 121 operates the output current of the power converter X according to the output current command values ioru and iorv. Active power p and reactive power q are controlled by the above.
上述した三相電力変換器の電力制御方法によれば、有効電力pと無効電力qを直接フィードバック制御することにより、電力系統の電力制御を行うことができる。 According to the power control method for the three-phase power converter described above, the power system can be controlled by directly feedback-controlling the active power p and the reactive power q.
然るに、有効電力pと無効電力qは、皮相電力wと力率角φを用いると、p=w・cosφ、q=w・sinφと表されるため、例えば、無効電力qはそのままで、有効電力pのみ変化させようとした場合、皮相電力wと力率角φの両方をうまく制御する必要がある。つまり、有効電力pと無効電力qが独立変数でないため、有効電力制御系と無効電力制御系が干渉する問題がある。 However, the active power p and the reactive power q are expressed as p=w·cos φ and q=w·sin φ using the apparent power w and the power factor angle φ. If only the power p is to be changed, it is necessary to control both the apparent power w and the power factor angle φ. That is, since the active power p and the reactive power q are not independent variables, there is a problem of interference between the active power control system and the reactive power control system.
そこで、本発明では、本質的に独立なパラメータを用いることにより、有効電力制御系と無効電力制御系が干渉する問題を回避できる三相または単相電力変換器の電力制御方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a power control method for a three-phase or single-phase power converter that can avoid the problem of interference between the active power control system and the reactive power control system by using essentially independent parameters.
請求項1記載の三相または単相電力変換器の電力制御方法は、次のような特徴を有する。電力変換器が接続される商用電力系統の電圧と電力変換器の出力電流から有効電力pと無効電力qを計測する。そして、pとqをxy座標成分とする電力フィードバックベクトルを構成し、力率角目標値φrだけ前記ベクトルを逆回転(-φr回転)させる(回転座標変換)。逆回転させて得られたベクトルのxy座標成分を用いてフィードバック制御する。皮相電力目標値wrと前記の逆回転させて得られたベクトルのx座標成分とで皮相電力をフィードバック制御する。前記の逆回転させて得られたベクトルのy座標成分を前記ベクトルの長さで除した値と指令値0とで力率角をフィードバック制御する。皮相電力目標値wrと力率角目標値φrは、有効電力目標値prと無効電力目標値qrから下記式(1)により得る。これらによりpとqを制御することに特徴を有する。
式(1)
wr = (pr2 + qr2)1/2
φr = tan-1(qr/pr)、ただし、φrは-π~π[rad]
The power control method for a three-phase or single-phase power converter according to
formula (1)
wr = ( pr2 + qr2 ) 1/2
φr = tan -1 (qr/pr), where φr is -π to π[rad]
請求項2記載の三相電力変換器の電力制御方法は、次のような特徴を有する。請求項1記載の電力制御方法において、三相商用電力系統に接続される電力変換器を用いて有効電力pと無効電力qを制御する際に、前記電力変換器の接続点の系統電圧の瞬時値vofu、vofv、vofwを成分とする電圧瞬時値ベクトル<vof>uvwと、前記電力変換器の三相出力電流の瞬時値iofu、iofv、iofwを成分とする電流瞬時値ベクトル<iof>uvwを構成する。そして、前記二つの瞬時値ベクトルの内積から有効電力の瞬時値p3fを得、前記二つの瞬時値ベクトルの外積から無効電力の瞬時値q3fを得る。これらp3f、q3fをxy座標成分として請求項1記載の電力フィードバックベクトルを構成する。さらに、請求項1記載の二つのフィードバック制御系の補償器の出力をリミット処理後、前記電力変換器の出力電流または前記電力変換器を構成するインバータの出力電圧の、γδ空間における指令値ベクトルの大きさと位相とする。この指令値ベクトルのxy座標成分を非干渉化後、逆γδ変換、逆αβ変換して得られるベクトルの各成分を、前記電力変換器のU相、V相、W相の出力電流指令値または前記インバータの出力電圧指令値とする。この三相の指令値にしたがって前記電力変換器の出力電流または前記インバータの出力電圧を操作することにより、pとqを制御することに特徴を有する。
The power control method for a three-phase power converter according to
請求項3記載の三相電力変換器の電力制御方法は、次のような特徴を有する。請求項2記載の電力制御方法において、電圧瞬時値ベクトル<vof>uvwと電流瞬時値ベクトル<iof>uvwをαβ変換する。<vof>uvwをαβ変換して得られるベクトル<vof>abと、<iof>uvwをαβ変換して得られるベクトル<iof>abの内積から有効電力の瞬時値p3fを得、<vof>abと<iof>abの外積から無効電力の瞬時値q3fを得る。これらp3f、q3fをxy座標成分として電力フィードバックベクトルを構成することに特徴を有する。
A power control method for a three-phase power converter according to
請求項4記載の三相電力変換器の電力制御方法は、次のような特徴を有する。請求項3記載の電力制御方法において、αβ空間の電圧瞬時値ベクトル<vof>abと電流瞬時値ベクトル<iof>abをγδ変換する。<vof>abをγδ変換して得られるベクトル<vof>gdと、<iof>abをγδ変換して得られるベクトル<iof>gdの内積から有効電力の瞬時値p3fを得、<vof>gdと<iof>gdの外積から無効電力の瞬時値q3fを得る。これらp3f、q3fをxy座標成分として電力フィードバックベクトルを構成することに特徴を有する。
A power control method for a three-phase power converter according to
請求項5記載の単相電力変換器の電力制御方法は、次のような特徴を有する。請求項1記載の電力制御方法において、単相商用電力系統に接続される電力変換器を用いて有効電力pと無効電力qを制御する際に、前記電力変換器の接続点の系統電圧の瞬時値と出力電流の瞬時値の積(第1の積)を第1のLPF(ローパスフィルタ)に入力する。または、前記第1の積を移動平均する(第1の移動平均)。第1のLPFの出力または第1の移動平均の値を有効電力p1fとする。また、前記系統電圧の1/4周期前の瞬時値と出力電流の瞬時値の積(第2の積)を第2のLPFに入力する。または、第2の積を移動平均する(第2の移動平均)。第2のLPFの出力または第2の移動平均の値を無効電力q1fとする。これらp1f、q1fをxy座標成分として請求項1記載の電力フィードバックベクトルを構成する。さらに、請求項1記載の二つのフィードバック制御系の補償器の出力をリミット処理後、前記電力変換器の出力電流または前記電力変換器を構成するインバータの出力電圧の、γδ空間における指令値ベクトルの大きさと位相とする。この指令値ベクトルのxy座標成分を非干渉化後、逆γδ変換して得られるベクトルのx座標成分を、前記電力変換器の出力電流指令値または前記インバータの出力電圧指令値とする。この指令値にしたがって前記電力変換器の出力電流または前記インバータの出力電圧を操作することにより、pとqを制御することに特徴を有する。
A power control method for a single-phase power converter according to claim 5 has the following features. 2. The power control method according to
請求項6記載の三相または単相電力変換器の電力制御方法は、次のような特徴を有する。請求項1乃至請求項5の何れかに記載の電力制御方法において、皮相電力フィードバック制御系(γ相制御系)の補償器(γ相補償器)の出力のリミット処理は、上下限値で制限することにより行なう。力率角フィードバック制御系(δ相制御系)の補償器(δ相補償器)の出力のリミット処理は、出力が±π[rad]の範囲を超過したときに、前記出力に±2π[rad]を加算(前記出力がπ[rad]を超過した場合は-2π[rad]を、-π[rad]を下回った場合は2π[rad]を加算)することにより行なう。さらに、補償器出力がリミット処理されたときに、リミット処理された補償器をアンチリセットワインドアップ処理することに特徴を有する。
A power control method for a three-phase or single-phase power converter according to
請求項1乃至2記載の発明によれば、本質的に独立な皮相電力と力率角を用いて電力制御が可能となり、有効電力制御系と無効電力制御系が干渉する問題を回避する三相電力制御が可能となる。
According to the invention of
さらに、γ相とδ相の補償器の出力を組み合わせた複雑なリミット処理が不要となり、リミット処理を独立かつ簡素化することができる。 Furthermore, complicated limit processing combining the outputs of the γ-phase and δ-phase compensators becomes unnecessary, and the limit processing can be independent and simplified.
請求項3,4記載の発明によれば、αβ変換やγδ変換後の電圧・電流を用いても三相有効・無効電力が求められるので、請求項3と同様にそれらを制御することができる。
According to the inventions of
請求項1,5記載の発明によれば、本質的に独立な皮相電力と力率角を用いて電力制御が可能となり、有効電力制御系と無効電力制御系が干渉する問題を回避する単相電力制御が可能となる。さらに、γ相とδ相の補償器の出力を組み合わせた複雑なリミット処理が不要となり、リミット処理を独立かつ簡素化することができる。
According to the inventions of
請求項6記載の発明によれば、γ相制御系補償器のリミット処理によって、電流指令値ベクトルや電圧指令値ベクトルの大きさが過大となることを防止し、過電流・過電圧による不具合が発生することを確実に防止できる。また、δ相制御系補償器出力のリミット処理によって、電流指令値ベクトルや電圧指令値ベクトルの位相が常に±π[rad]の範囲内になり、位相が過大な値となることを防止できる。さらに、各補償器をアンチリセットワインドアップ処理することによって、補償器の出力がリミットされたときに、補償器を構成する各部の出力を適切に変更することができ、即座に補償器の出力が変化するようにでき、制御系の応答が向上する。 According to the sixth aspect of the present invention, limit processing of the γ-phase control system compensator prevents the magnitude of the current command value vector and the voltage command value vector from becoming excessively large, and problems due to overcurrent and overvoltage occur. You can definitely prevent it from happening. Also, by limiting the output of the δ-phase control system compensator, the phases of the current command value vector and the voltage command value vector are always within the range of ±π [rad], preventing the phase from becoming an excessive value. Furthermore, by performing anti-reset windup processing on each compensator, when the output of the compensator is limited, the output of each part that composes the compensator can be appropriately changed, and the output of the compensator can be immediately restored. It can be made to change, improving the response of the control system.
以下、本発明の実施の形態を図1乃至図6により説明する。図1は本発明に係る三相電力変換器Aの電力制御ブロック図である。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. FIG. 1 is a power control block diagram of a three-phase power converter A according to the present invention.
図1において、1は出力電流検出部であり、電流検出用トランス2から電力変換器Aの三相出力電流の瞬時値(iofu,iofv,iofw)を検出し、当該瞬時値(iofu,iofv,iofw)を成分とする電流瞬時値ベクトル<iof>uvwを構成してαβ変換部3へ出力する。
In FIG. 1,
4は系統電圧検出部であり、電圧検出用トランス5から電力変換器Aが接続される三相商用電力系統の電圧の瞬時値(vofu,vofv,vofw)を検出し、当該瞬時値(vofu,vofv,vofw)を成分とする電圧瞬時値ベクトル<vof>uvwを構成してαβ変換部6へ出力する。
αβ変換部3では、入力した三相出力電流の瞬時値ベクトル<iof>uvwをこれと等価な二相電流(α相電流iofa,β相電流iofb)のベクトル<iof>abに座標変換(ただし、零相は0)し、それを有効電力計算部7と無効電力計算部8へ出力する。
In the
αβ変換部6では、入力した三相系統電圧の瞬時値ベクトル<vof>uvwをこれと等価な二相電圧(α相電圧vofa,β相電圧vofb)のベクトル<vof>abに座標変換(ただし、零相は0)し、それを有効電力計算部7と無効電力計算部8へ出力する。
In the
有効電力計算部7は、αβ変換部3の出力<iof>abとαβ変換部6の出力<vof>abのベクトルの内積によって有効電力の瞬時値p3fを計算する。
The
無効電力計算部8は、αβ変換部3の出力<iof>abとαβ変換部6の出力<vof>abのベクトルの外積から無効電力の瞬時値q3fを計算する。
あるいは、前述した図8(a)の場合と同様に、有効電力計算部7は、出力電流検出部1の出力<iof>uvwと系統電圧検出部4の出力<vof>uvwのベクトルの内積から有効電力の瞬時値p3fを計算してもよい。また、無効電力計算部8は、出力電流検出部1の出力<iof>uvwと系統電圧検出部4の出力<vof>uvwのベクトルの外積から無効電力の瞬時値q3fを計算してもよい。
Alternatively, as in the case of FIG. 8A described above, the active
さらに別の方法としては、同図(b)にて説明したように、αβ変換部3の出力<iof>abを、γδ変換部109によってこれと等価な二相電流(γ相電流iofg,δ相電流iofd)のベクトル<iof>gdに座標変換し、αβ変換部6の出力<vof>abを、γδ変換部110によってこれと等価な二相電圧(γ相電圧vofg,δ相電圧vofd)のベクトル<vof>gdに座標変換し、それぞれの出力を有効電力計算部7と無効電力計算部8に出力して、有効電力計算部7にて、γδ変換部109の出力<iof>gdとγδ変換部110の出力<vof>gdのベクトルの内積から有効電力の瞬時値p3fを計算し、無効電力計算部8で、γδ変換部109の出力<iof>gdとγδ変換部110の出力<vof>gdのベクトルの外積から無効電力の瞬時値q3fを計算することもできる。
As another method, as described with reference to FIG. Phase current iofd) is coordinate-transformed into a vector <iof>gd, and the output <vof>ab of the
何れの方法を採用しても、有効電力計算部7で計算される有効電力の瞬時値p3fと、無効電力計算部8で計算される無効電力の瞬時値q3fはそれぞれ同一値となり、系統電圧および出力電流が三相対称正弦波の場合は、有効電力の瞬時値p3f,無効電力の瞬時値q3fとも直流成分となる。
Regardless of which method is adopted, the instantaneous value p3f of the active power calculated by the active
有効電力計算部7で計算された有効電力の瞬時値p3fと無効電力計算部8で計算された無効電力の瞬時値q3fは座標回転部11に出力される。つまり、入力された有効電力の瞬時値p3fと無効電力の瞬時値q3fをxy座標成分(図2のγδ座標成分)とする電力フィードバックベクトルを構成し、それが座標回転部11の入力となる。
The instantaneous value p3f of active power calculated by the
座標回転部11は、目標となる電力ベクトルの力率角φrだけ電力フィードバックベクトルを逆回転(-φr回転)させる。すなわち、図1に示すγ相成分(γ相のフィードバック値)pf´とδ相成分qf´を計算する。ここで、座標回転について説明する。まず、電力フィードバックベクトルの極座標成分(wf,φf)とxy座標成分(p3f,q3f)の関係は[数1]のように記述される。
The coordinate
目標となる電力ベクトルの極座標成分(wr,φr)とxy座標成分(pr,qr)の関係は[数2]のように記述される。ここで、wrは目標電力ベクトルの大きさ(皮相電力の目標値)であり、φrは目標ベクトルの位相(力率角の目標値)である。また、prは有効電力目標値であり、qrは無効電力目標値である。 The relationship between the polar coordinate components (wr, φr) and the xy coordinate components (pr, qr) of the target power vector is described as [Formula 2]. Here, wr is the magnitude of the target power vector (target value of apparent power), and φr is the phase of the target vector (target value of power factor angle). Also, pr is an active power target value, and qr is a reactive power target value.
前記フィードバックベクトルを-φrだけ座標回転させて得られるベクトルのxy座標成分(pf´,qf´)は[数3]により計算できる。 The xy coordinate components (pf', qf') of the vector obtained by coordinate-rotating the feedback vector by -φr can be calculated by [Equation 3].
動作点付近では、Δφ≒0となるので、cosΔφ≒1、sinΔφ≒Δφとなり、pf´とqf´は[数4]のように近似的に求められる。 Near the operating point, Δφ≈0, so cos Δφ≈1, sin Δφ≈Δφ, and pf′ and qf′ are approximately obtained as in [Equation 4].
すなわち、座標回転後のx座標成分(γ座標成分)は、ほぼ皮相電力wfになり、y座標成分(δ座標成分)は、ほぼwf・Δφ=wf(φf-φr)となる。したがって、座標回転後のγ座標成分pf´をそのままγ相のフィードバック値wfとする。 That is, the x-coordinate component (γ-coordinate component) after coordinate rotation is approximately the apparent power wf, and the y-coordinate component (δ-coordinate component) is approximately wf·Δφ=wf(φf−φr). Therefore, the γ-coordinate component pf′ after coordinate rotation is used as the γ-phase feedback value wf as it is.
また、このδ座標成分を除算部12においてwfで割ることにより、力率角の偏差Δφが得られるので、除算結果をδ相のフィードバック値Δφとする。ところで、wf≒0の場合qf´≒0となるので、この場合はwfで割らずにそのままの値をδ相のフィードバック値Δφとする。
Further, by dividing this δ-coordinate component by wf in the dividing
γ相のフィードバック値wfは加え合せ点13に出力される。加え合せ点13には、皮相電力の目標値wrが入力され、その差分がローパスフィルタ14に出力される。
The γ-phase feedback value wf is output to the summing
ローパスフィルタ14は、三相商用電力系統に逆相成分や高調波成分が含まれている場合、γ相のフィードバック値wfにリプル(高調波)が生じるので、このリプル分を除去する。ローパスフィルタ14の出力は、γ相制御系補償器15に出力される。
The low-
γ相制御系補償器15はPI調節器であり、出力電圧指令値ベクトルの大きさvinvrをリミット処理部16に出力する。
The γ-phase
他方、δ相のフィードバック値Δφ(=φf-φr)は加え合せ点17に出力される。加え合せ点17には、δ相のフィードバック値Δφとδ相指令値0が入力され、その差分がローパスフィルタ18に出力される。ここで、δ相指令値が0であるため、Δφ=0(φf=φr)となるように制御される。
On the other hand, the δ-phase feedback value Δφ (=φf−φr) is output to the summing
ローパスフィルタ18では、電力系統に逆相成分や高調波成分が含まれている場合、δ相のフィードバック値Δφにリプル(高調波)が生じるので、このリプル分を除去する。ローパスフィルタ18の出力は、δ相制御系補償器19に出力される。
In the low-
δ相制御系補償器19はPI調節器で、出力電圧指令値ベクトルの位相φinvrをリミット処理部16に出力する。
The δ-phase
リミット処理部16は、図3に示すように、γ相制御系補償器15の出力vinvrを上下限値にリミットしてvinvr´としてインバータ出力電圧指令値生成部20に出力する。このリミット処理は、vinvrが過大な(リミット値を超える)場合、後述する電圧出力部(インバータ)の出力電圧が過大となって図示しない過電圧継電器(OVR)が動作したり、過電圧によってLCフィルタや変圧器などが過熱して破損するおそれがあるので、これを防止するために行うものである。リミット処理後の出力vinvr´はインバータ出力電圧指令値生成部20に出力される。
As shown in FIG. 3, the
また、リミット処理部16は、δ相制御系補償器19の出力φinvrを上下限値の範囲内に制限する。φinvrは出力電圧指令値ベクトルの位相なので理論的には無制限でもよいが、値が過大となると有限データ長を超えるので制限している。具体的には、位相φinvrが±π[rad]を超過したときに、φinvrに±2π[rad]を加算する(位相φinvrがπ[rad]を超過した場合は-2π[rad]を、-π[rad]を下回った場合は2π[rad]を加算する)ことにより行う。
Also, the
なお、位相φinvrを制限する範囲は上記のように理論的には-π~πで良いが、図3では余裕をみて、sin、cosの周期性(2π)から±3π/2の範囲としている。 Theoretically, the range for limiting the phase φinvr may be -π to π as described above, but in FIG. .
リミット処理後の出力φinvr´はインバータ出力電圧指令値生成部20に出力される。
The output φinvr′ after the limit processing is output to the inverter output voltage
なお、リミット処理部16で各補償器15,19の出力vinvr,φinvrがリミット処理された場合、アンチリセットワインドアップ処理することにより、各補償器15,19を構成する各部の出力を適切に変更し、補償器の応答を向上させる(即座に補償器の出力が変化するようにする)。
When the outputs vinvr and φinvr of the
インバータ出力電圧指令値生成部20は、入力される出力電圧指令値ベクトルの大きさvinvr´とその位相φinvr´から、[数5]によって、出力電圧指令値ベクトルの極座標成分をxy座標成分(γδ座標成分)に変換し、インバータ出力電圧指令値vinvrg,vinvrdとして非干渉化部21に出力する。ここで、vinvrg,vinvrdは、後述する電圧出力部(インバータ)のγδ空間における出力電圧指令値ベクトルのγ相成分vinvrgとδ相成分vinvrdとなる。
The inverter output voltage command
非干渉化部21は、逆γδ変換部22が行う変換によって前記電圧出力部(インバータ)の三相出力電圧が相互に干渉することを防止する処理を行う。非干渉化部21の出力は逆γδ変換部22において逆γδ変換され、その後、逆αβ変換部23で逆αβ変換され、U相、V相の出力電圧指令値vinvru,vinvrvとして電圧出力部(インバータ)24に出力される。
The
電圧出力部24は、この出力電圧指令値vinvru,vinvrvにしたがって、電力変換器Aを構成するインバータの出力電圧を操作することによって、有効電力pと無効電力qを制御する。
以上説明したように、図1乃至図3に示す三相電力変換器Aによる電力制御方法によれば、有効電力pと無効電力qを制御するにあたり、互いに干渉しない皮相電力wと力率角φを用いて行う(皮相電力wと力率角φをフィードバック制御する)ので、本質的に独立な電力制御が可能となる。 As described above, according to the power control method by the three-phase power converter A shown in FIGS. 1 to 3, in controlling the active power p and the reactive power q, the apparent power w and the power factor angle φ (the apparent power w and the power factor angle φ are feedback-controlled), essentially independent power control becomes possible.
また、出力電圧指令値のリミット処理に関して、γ相の補償器出力とδ相の補償器出力を個別に行うことができるので、従来のようにγ相とδ相の補償器出力を組み合わせた複雑なリミット処理が不要となる。 In addition, regarding the limit processing of the output voltage command value, the compensator output of the γ phase and the compensator output of the δ phase can be performed separately. Limit processing becomes unnecessary.
次に、本発明の他の実施例について図4を用いて説明する。図4は本発明の三相電力変換器Bによる電力制御方法の他の実施例を示す制御ブロック図である。なお、図4において、図1と同一手段は同一符号を付してその説明を極力省略する。 Another embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. FIG. 4 is a control block diagram showing another embodiment of the power control method by the three-phase power converter B of the present invention. In FIG. 4, the same means as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as much as possible.
図4に示す出力電流検出部1が電流検出用トランス2によって、電力変換器Bの三相出力電流の瞬時値(iofu,iofv,iofw)を検出し、当該瞬時値(iofu,iofv,iofw)を成分とする電流瞬時値ベクトル<iof>uvwを構成してαβ変換部3へ出力してから、および、系統電圧検出部4が電圧検出用トランス5から、電力変換器Bが接続される三相商用電力系統の電圧の瞬時値(vofu,vofv,vofw)を検出し、当該瞬時値(vofu,vofv,vofw)を成分とする電圧瞬時値ベクトル<vof>uvwを構成してαβ変換部6へ出力してから、加え合せ点13へγ相のフィードバック値wf(=pf´)を入力するまで、および、加え合せ点17へδ相のフィードバック値Δφ(=φf-φr=qf´/wf)を入力するまで、さらに、その後、ローパスフィルタ14,18によってγ相およびδ相のフィードバック値wf、Δφに生じたリプル(高調波)を除去してγ相制御系補償器15bおよびδ相制御系補償器19bへ出力するまでの動作は図1の場合と同様であるので、説明は省略する。
The output
γ相制御系補償器15bはPI調節器であり、出力電流指令値ベクトルの大きさiorをリミット処理部16bに出力する。δ相制御系補償器19bはPI調節器であり、出力電流指令値ベクトルの位相φorをリミット処理部16bに出力する。
The γ-phase
リミット処理部16bは、図3に示すように、γ相制御系補償器15bの出力iorを上下限値にリミットしてior´として出力電流指令値生成部20bに出力する。
As shown in FIG. 3, the
このリミット処理は、iorが過大な(リミット値を超える)場合、後述する電流出力部(インバータ)の出力電流が過大となって図示しない過電流継電器(OCR)が動作したり、過電流によってインバータや変圧器などが過熱して破損することを防止するものである。リミット処理後の出力ior´は出力電流指令値生成部20bに出力される。
In this limit processing, when ior is excessive (exceeds the limit value), the output current of a current output unit (inverter), which will be described later, becomes excessive and an overcurrent relay (OCR) (not shown) operates, or the overcurrent causes the inverter to malfunction. This is to prevent overheating and damage to components such as transformers and transformers. The output ior' after the limit processing is output to the output current
また、リミット処理部16bは、δ相制御系補償器19bの出力φorを上下限値の範囲内に制限する。φorは出力電流指令値ベクトルの位相なので理論的には無制限でもよいが、値が過大となると有限データ長を超えるので制限する。具体的には、位相φorが±π[rad]を超過したときに、φorに±2π[rad]を加算する(位相φorがπ[rad]を超過した場合は-2π[rad]を、-π[rad]を下回った場合は2π[rad]を加算する)ことにより行う。
Also, the
なお、位相φorを制限する範囲は上記のように理論的には-π~πで良いが、図3では余裕をみて、sin、cosの周期性(2π)から±3π/2の範囲としている。リミット処理後の出力φor´は出力電流指令値生成部20bに出力される。
Theoretically, the range for limiting the phase φor may be -π to π as described above, but in FIG. . The output φor' after the limit processing is output to the output current command
なお、リミット処理部16bで各補償器15b,19bの出力ior,φorがリミット処理された場合、アンチリセットワインドアップ処理することにより、各補償器15b,19bを構成する各部の出力を適切に変更し、補償器の応答を良くする(即座に補償器の出力が変化するようにする)。
When the outputs ior and φor of the
出力電流指令値生成部20bは、入力される出力電流指令値ベクトルの大きさior´とその位相φor´から、[数6]によって、出力電流指令値ベクトルの極座標成分をxy座標成分(γδ座標成分)に変換し、出力電流指令値iorg,iordとして非干渉化部21bに出力する。
The output current command
非干渉化部21bは、逆γδ変換部22bが行う変換によって後述する電流出力部(インバータ)の三相出力電流が相互に干渉することを防止する処理を行う。非干渉化部21bの出力は逆γδ変換部22bにおいて逆γδ変換され、その後、逆αβ変換部23bで逆αβ変換され、U相、V相の出力電流指令値ioru,iorvとして電流出力部(インバータ)25に出力される。
The
電流出力部25は、この出力電流指令値ioru,iorvにしたがって、電力変換器Bの出力電流を操作することによって、有効電力pと無効電力qを制御する。
The
図4に示す三相電力変換器Bの電力制御方法においても、図1の場合と同様に、皮相電力wと力率角φで有効電力pと無効電力qを制御することができるので、本質的に独立した(干渉しない)制御が可能となる。 In the power control method of the three-phase power converter B shown in FIG. 4, as in the case of FIG. 1, the apparent power w and the power factor angle φ can control the active power p and the reactive power q. essentially independent (non-interfering) control becomes possible.
また、出力電流指令値のリミット処理に関して、γ相の補償器出力とδ相の補償器出力を個別に行うことができ、複雑なリミット処理が不要となる。 In addition, regarding the limit processing of the output current command value, the compensator output of the γ-phase and the compensator output of the δ-phase can be performed separately, and complicated limit processing becomes unnecessary.
図5は、本発明の単相電力変換器Cによる電力制御方法を示す制御ブロック図である。なお、図5において、図1と同一手段は同一符号を付してその説明を極力省略する。 FIG. 5 is a control block diagram showing a power control method by the single-phase power converter C of the present invention. In FIG. 5, the same means as in FIG. 1 are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as much as possible.
図5において、1cは出力電流検出部であり、電流検出用トランス2cから電力変換器Cの単相出力電流の瞬時値iofを検出し、これを有効電力計算部7cと無効電力計算部8cへ出力する。
In FIG. 5, 1c is an output current detector, which detects the instantaneous value iof of the single-phase output current of the power converter C from the
4cは系統電圧検出部であり、電圧検出用トランス5cから電力変換器Cが接続される単相商用電力系統の電圧の瞬時値vofを検出し、これを有効電力計算部7cと無効電力計算部8cへ出力する。
有効電力計算部7cは、第1の乗算部7c1で、入力された単相出力電流の瞬時値iofと単相系統電圧の瞬時値vofを乗算し、その積(第1の積)を第1のローパスフィルタ、または移動平均演算部(第1の移動平均)7c2に入力する。この第1のローパスフィルタの出力または第1の移動平均値を有効電力p1fとして座標回転部11cに出力する。
The
無効電力計算部8cは、遅延部8c0で入力された単相系統電圧の瞬時値vofを1/4周期遅延させたうえで第2の乗算部8c1に入力する。第2の乗算部8c1は入力された単相出力電流の瞬時値iofと1/4周期遅延させた単相系統電圧の瞬時値vofを乗算し、その積(第2の積)を第2のローパスフィルタ、または移動平均演算部(第2の移動平均)8c2に入力する。この第2のローパスフィルタの出力または第2の移動平均値を無効電力q1fとして座標回転部11cに出力する。
The
そして、有効電力p1fと無効電力q1fをxy座標成分とする電力フィードバックベクトルを構成し、これを座標回転部11cに入力する。座標回転部11cから逆γδ変換部22までの動作は図1の場合と同様であるので、説明は割愛する。
Then, a power feedback vector having xy-coordinate components of the active power p1f and the reactive power q1f is constructed, and this is input to the coordinate
なお、図1にはローパスフィルタ14,18があるが、これらはフィードバック値のリプル成分を除去するためのものであり、図5では有効電力計算部7cや無効電力計算部8cを構成するローパスフィルタまたは移動平均7c2,8c2によりフィードバック値のリプル成分は除去されるので、図5では不要となる。
In addition, although there are low-
非干渉化部21の出力は逆γδ変換部22において逆γδ変換され、そのx座標成分(=α相成分=U相成分)vinvra(単相のインバータ出力電圧指令値)が、電圧出力部(インバータ)24cに出力される。
The output of the
電圧出力部24cは、このインバータ出力電圧指令値vinvraにしたがって、電力変換器Cを構成するインバータの出力電圧を操作することで、有効電力pと無効電力qを制御する。
The
図5に示す電力変換器Cの電力制御方法によれば、単相商用電力系統において、有効電力pと無効電力qを制御するにあたり、互いに干渉しない皮相電力wと力率角φを用いて行う(皮相電力wと力率角φをフィードバック制御する)ので、独立な電力制御が可能となる。 According to the power control method of the power converter C shown in FIG. (The apparent power w and the power factor angle φ are feedback-controlled), so independent power control is possible.
図6は、本発明の単相電力変換器Dによる電力制御方法を示す制御ブロック図である。なお、図6において、図3,図5と同一手段は同一符号を付してその説明を極力省略する。 FIG. 6 is a control block diagram showing a power control method by the single-phase power converter D of the present invention. In FIG. 6, the same means as those in FIGS. 3 and 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as much as possible.
図6において、出力電流検出部1cによって電力変換器Dの単相出力電流の瞬時値iofを検出し、当該瞬時値iofを有効電力計算部7cと無効電力計算部8cへ出力し、系統電圧検出部4cによって電力変換器Dが接続される単相商用電力系統の電圧の瞬時値vofを検出し、当該瞬時値vofを有効電力計算部7cと無効電力計算部8cへ出力した後、加え合せ点13の出力がγ相制御系補償器15bへ出力されるまで、および、加え合せ点17の出力がδ相制御系補償器19bに出力されるまでの動作は図5の場合と同様である。
In FIG. 6, the output
また、その後のγ相制御系補償器15bおよびδ相制御系補償器19bから逆γδ変換部22bまでの動作は図4の場合と同様である。逆γδ変換部22bの出力のx座標成分(=α相成分=U相成分)iora(単相出力電流指令値)が、電流出力部(インバータ)25dに出力される。
Further, subsequent operations from the γ-phase
電流出力部25dは、この出力電流指令値ioraにしたがって、電力変換器Dの出力電流を操作することで、有効電力pと無効電力qを制御する。
The
図6に示す電力変換器Dの電力制御方法によっても、図5に示す場合と同様、単相商用電力系統において、有効電力pと無効電力qを制御するにあたり、互いに干渉しない皮相電力wと力率角φを用いて行う(皮相電力wと力率角φをフィードバック制御する)ので、独立な電力制御が可能となる。 According to the power control method of the power converter D shown in FIG. 6, as in the case shown in FIG. Since the power factor angle φ is used (the apparent power w and the power factor angle φ are feedback-controlled), independent power control is possible.
本発明は、電力系統に設置される三相または単相電力変換器を備えた機器に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to equipment with a three-phase or single-phase power converter installed in a power system.
1,1c,101 出力電流検出部
2,2c,102 電流検出用トランス
3,6,103,106 αβ変換部
4,4c,104 系統電圧検出部
5,5c,105 電圧検出用トランス
7,7c,107 有効電力計算部
7c1 第1の乗算部
7c2 第1のローパスフィルタまたは第1の移動平均演算部
8,8c,108 無効電力計算部
8c0 遅延部
8c1 第2の乗算部
8c2 第2のローパスフィルタまたは第2の移動平均演算部
109,110 γδ変換部
11,11c 座標回転部
12 除算部
13,17,111,113 加え合わせ点
14,18,112,114 ローパスフィルタ
15,15b γ相制御系補償器
16,16b リミット処理部
19,19b δ相制御系補償器
20 インバータ出力電圧指令値生成部
20b 出力電流指令値生成部
21,21b,118 非干渉化部
22,22b,119 逆γδ変換部
23,23b,120 逆αβ変換部
24,24c 電圧出力部
25,25d,121 電流出力部
115 有効電力制御系補償器
116 無効電力制御系補償器
117 リミット処理部
A,B,X 三相電力変換器
C,D 単相電力変換器
1, 1c, 101 output
Claims (6)
式(1)
wr = (pr2 + qr2)1/2
φr = tan-1(qr/pr)、ただし、φrは-π~π [rad] Active power p and reactive power q are measured from the voltage of the commercial power system to which the power converter is connected and the output current of the power converter. A power feedback vector having p and q as xy coordinate components is formed, and the vector is reversely rotated (-φr rotated) by the power factor angle target value φr (rotational coordinate conversion). Feedback control is performed using the xy coordinate components of the vector obtained by reverse rotation. The apparent power is feedback-controlled with the apparent power target value wr and the x-coordinate component of the vector obtained by the reverse rotation. The power factor angle is feedback-controlled with a command value of 0 and a value obtained by dividing the y-coordinate component of the vector obtained by the reverse rotation by the length of the vector. The apparent power target value wr and the power factor angle target value φr are obtained from the active power target value pr and the reactive power target value qr by the following equation (1). A power control method for a three-phase or single-phase power converter, wherein p and q are controlled by these.
formula (1)
wr = ( pr2 + qr2 ) 1/2
φr = tan -1 (qr/pr), where φr is -π to π [rad]
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