JP7224468B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
<電力変換装置の全体構成>
図1は、実施の形態1に従う電力変換装置の概略構成図である。図1を参照して、電力変換装置1は、電力変換器2と、電力変換器2を制御するための制御装置3とを含む。電力変換器2は、直流回路14と複数相(例えば、三相)の交流回路12との間に接続される。図1の例では、電力変換器2は、2レベル変換器とも称される交直変換器である。
図2は、制御装置3のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図3には、コンピュータによって制御装置3を構成する例が示される。
図3は、実施の形態1に従う制御装置3の内部構成を表わす図である。図3を参照して、制御装置3は、基本制御部502と、アーム制御部503とを含む。基本制御部502およびアーム制御部503の構成は、例えば、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、制御装置3の内部メモリに格納されるプログラムを実行するCPU74であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、FPGA、ASIC、またはこれらを組み合わせたもの等で構成される。
図4~図6の例では、電圧不平衡成分Vubに応じて交流電流指令値Iacrefを制限する構成について説明したが、実施の形態1の変形例では、電圧不平衡成分Vubに応じて交流電力指令値Sacrefを制限する構成について説明する。
実施の形態1によると、欠相故障中において運転を継続し、欠相故障が除去された場合には、速やかに通常動作に復帰することができる。
実施の形態2では、有効電力と無効電力とを独立して制限する構成について説明する。図1の全体構成、図2の制御装置3のハードウェア構成、図3の制御装置3の構成については、実施の形態2は実施の形態1と同様である。
図8は、実施の形態2に従う基本制御部502Bの内部構成を示す図である。図8を参照して、基本制御部502Bは、交流制御部603Bと、指令演算部606Bと、リミット制御部607Bと、有効電力制御部608と、無効電力制御部609とを含む。
図8および図9の例では、電圧不平衡成分Vubに応じて有効電力指令値Prefおよび無効電力指令値Qrefを制限する構成について説明したが、実施の形態2の変形例では、電圧不平衡成分Vubに応じて有効電流指令値Iqrefおよび無効電流指令値Idrefを制限する構成について説明する。
実施の形態2によると、実施の形態1の利点に加えて、交流電流の有効成分および無効成分を独立して制限できる。そのため、電力系統の運用に応じて、有効成分および無効成分の出力制限の優先度を変更することができる。
実施の形態1および2では、電力変換器2が2レベル変換器である構成について説明したが、実施の形態3では、電力変換器2がモジュラーマルチレベル変換器(以下、MMC変換器とも称する。)である構成について説明する。
図11は、実施の形態3に従う電力変換装置1の概略構成図である。図11を参照して、実施の形態3に従う電力変換装置1は、互いに直列接続された複数のサブモジュール(図11中の「SM」に対応)7を含むモジュラーマルチレベル変換方式の電力変換器によって構成されている。そのため、図11に示す電力変換器2は、図1に示す電力変換器2と比較して、レグ回路4の構成が異なる。なお、サブモジュールは、「単位変換器」あるいは「変換器セル」とも称される。
Iacv=Ipv-Inv …(4)
Iacw=Ipw-Inw …(5)
Idc=(Ipu+Inu+Ipv+Inv+Ipw+Inw)/2 …(6)
交流回路12および直流回路14を経路に含まない電力変換器2の閉回路に流れるU相の循環電流Izu、V相の循環電流Izv、W相の循環電流Izwは、以下の式(7)~(9)で表される。
Izv=(Ipv+Inv)/2-Idc/3 …(8)
Izw=(Ipw+Inw)/2-Idc/3 …(9)
<サブモジュールの構成>
図12は、サブモジュールの一例を示す回路図である。図12(a)に示すサブモジュール7は、ハーフブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。このサブモジュール7は、2つのスイッチング素子31p、31nを直列接続して形成した直列体と、エネルギー蓄積器としてのキャパシタ32と、電圧検出器33とを含む。直列体とキャパシタ32とは並列接続される。電圧検出器33は、キャパシタ32の両端の電圧である電圧Vcを検出する。
図13は、実施の形態3に従う制御装置3の内部構成を表わす図である。図13を参照して、制御装置3は、基本制御部502Dと、アーム制御部503Dとを含む。基本制御部502Dは、U相基本制御部502DUと、V相基本制御部502DVと、W相基本制御部502DWとを含む。アーム制御部503Dは、U相上アーム制御部503DUPと、U相下アーム制御部503DUNと、V相上アーム制御部503DVPと、V相下アーム制御部503DVNと、W相上アーム制御部503DWPと、W相下アーム制御部503DWNとを含む。
実施の形態3によると、実施の形態1の利点に加えて、欠相故障時においても、MMC方式で構成される電力変換器2のキャパシタ電圧の変動を抑制し、運転を継続することができる。
(1)上述した実施の形態では、交流回路12の不平衡成分として、交流電圧の不平衡成分を用いる構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、交流回路12の不平衡成分として、交流回路12の電流不平衡成分を用いる構成であってもよい。この場合、図5の不平衡成分検出部671は、交流電流Isysの電流不平衡成分Iubを検出する。
Claims (11)
- 複数相の交流回路と直流回路との間に接続される電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記交流回路の電圧不平衡成分または電流不平衡成分を示す不平衡成分を検出し、
前記不平衡成分を不平衡成分指令値に追従させるための制御演算を実行し、
前記制御演算の結果に基づいて、前記電力変換器と前記交流回路との間に流れる交流電流の大きさを制限するためのリミット値を設定し、
前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも大きい場合に設定される前記リミット値に従って、前記交流電流を小さくし、
前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも小さい場合に設定される前記リミット値に従って、前記交流電流を大きくする、電力変換装置。 - 前記不平衡成分指令値は、ゼロよりも大きい、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記不平衡成分指令値は、欠相故障が発生していない通常状態の前記交流回路の電圧不平衡成分または電流不平衡成分に基づく演算により設定される、請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記リミット値は、前記電力変換器に対する交流電流指令値の第1リミット値を含み、
前記制御装置は、
前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも大きい場合、前記第1リミット値を小さくし、
前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも小さい場合、前記第1リミット値を大きくし、
前記第1リミット値に従う範囲内に制限された前記交流電流指令値に基づいて、前記交流電流の大きさを制御する、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記リミット値は、前記電力変換器に対する交流電力指令値の第2リミット値を含み、
前記制御装置は、
前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも大きい場合、前記第2リミット値を小さくし、
前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも小さい場合、前記第2リミット値を大きくし、
前記第2リミット値に従う範囲内に制限された前記交流電力指令値に基づいて、前記交流電流の大きさを制御する、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記リミット値は、前記電力変換器に対する有効電流指令値の第3リミット値と前記電力変換器に対する無効電流指令値の第4リミット値とを含み、
前記制御装置は、
前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも大きい場合、前記第3リミット値および前記第4リミット値のいずれか一方を小さくし、
前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも小さい場合、前記第3リミット値および前記第4リミット値のいずれか一方を大きくし、
前記第3リミット値に従う範囲内に制限された前記有効電流指令値に基づいて、前記交流電流の有効成分の大きさを制御し、
前記第4リミット値に従う範囲内に制限された前記無効電流指令値に基づいて、前記交流電流の無効成分の大きさを制御する、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記リミット値は、前記電力変換器に対する有効電力指令値の第5リミット値と前記電力変換器に対する無効電力指令値の第6リミット値とを含み、
前記制御装置は、
前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも大きい場合、前記第5リミット値および前記第6リミット値のいずれか一方を小さくし、
前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも小さい場合、前記第5リミット値および前記第6リミット値のいずれか一方を大きくし、
前記第5リミット値に従う範囲内に制限された前記有効電力指令値に基づいて、前記交流電流の有効成分の大きさを制御し、
前記第6リミット値に従う範囲内に制限された前記無効電力指令値に基づいて、前記交流電流の無効成分の大きさを制御する、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御装置は、前記有効電力指令値の前記第5リミット値に従う範囲内に制限された前記有効電力指令値に基づいて、前記電力変換器に対する直流電流指令値を生成する、請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記電圧不平衡成分は、前記交流回路の各相電圧の大きさの最大値と最小値との差分であり、
前記電流不平衡成分は、前記交流回路の各相電流の大きさの最大値と最小値との差分である、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記電圧不平衡成分は、前記交流回路の逆相電圧の絶対値であり、
前記電流不平衡成分は、前記交流回路と前記電力変換器との間に流れる逆相電流の絶対値である、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記電力変換器は、モジュラーマルチレベル変換方式の電力変換器である、請求項1~10のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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