JP7461099B2 - 仮想同期機械として動作する送電網のための電力支援装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、送電網のための電力支援装置に関する。本発明は、より詳細には、仮想同期機械として機能するように電力支援装置の電圧形変換器を制御するための方法及びコンピュータプログラム製品、電圧形変換器のための制御デバイス、並びに電力支援装置に関する。

背景
今日の送電網は、風力発電所及び太陽光発電所などの再生可能エネルギー源の増大のために脆弱であることが多い。これにより、そのような送電網の周波数安定性も低下する。

送電網に設けられる電力支援装置は、電圧形変換器に基づくことが多い。このような脆弱な送電網を支援するために、電力支援装置の電圧形変換器は、仮想同期機械（ＶＳＭ）として動作することが多い。

このとき、１つの動作モードは、周波数スイング方程式に基づく制御を使用して送電網に同期する電圧源として機能することである。したがって、電圧形変換器は、スイング方程式を使用して送電網と同期する電圧源のように見える。

しかしながら、例えばその能力が使い果たされているか、又は使い果たされつつあるために、変換器がＶＳＭとして機能することができない場合、変換器は通常、ＶＳＭ動作から現在の電圧源動作に変更する必要がある。この場合、同期方法も変更する必要があり得る。例えば、スイング方程式の代わりに位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用する必要があり得る。同期方法間のこのタイプのモード切り替えは、連続的かつ一貫した方法で達成することが困難である。ＰＬＬを使用すると、特に脆弱な送電網では不安定になる可能性もある。

したがって、この動作のための電圧形変換器の能力が使い果たされているか、又は使い果たされつつあるにもかかわらず、動作を継続することを可能にすることが必要である。

発明の概要
本発明は、このタイプの動作のためのその能力が使い果たされているか、又は使い果たされつつあるときに、仮想同期機械としての電圧形変換器の継続動作を提供することを目的とする。

この目的は、第１の態様によれば、仮想同期機械として機能するように電力支援装置の電圧形変換器を制御する方法であって、
変換器の測定電力レベルを取得することと、
制御寄与度を取得するために、仮想同期機械の角速度の微分方程式を使用して測定電力レベルを処理することと、
制御寄与度に基づいて変換器を制御するために使用される物理量の位相角を提供することと、
仮想同期機械として機能する変換器の能力を監視することと、
監視に基づいて制御寄与度を調整することと
を含む、方法によって達成される。

この目的は、第２の態様によれば、電力支援装置の電圧形変換器のための制御デバイスであって、電圧形変換器が、仮想同期機械として動作し、制御デバイスが、
変換器の測定電力レベルを取得することと、
制御寄与度を取得するために、仮想同期機械の角速度の微分方程式を使用して、取得されている電力レベルを処理することと、
制御寄与度に基づいて変換器を制御するために使用される物理量の位相角を提供することと、
仮想同期機械として機能する変換器の能力を監視することと、
監視されている能力に基づいて制御寄与度を調整することと
を行うように構成されている、制御デバイスによって達成される。

この目的は、第３の態様によれば、電力支援装置であって、電圧形変換器と、仮想同期機械として動作するように電圧形変換器を制御するための制御デバイスとを備え、制御デバイスが、第２の態様による制御デバイスである、電力支援装置によって達成される。

この目的は、第４の態様によれば、仮想同期機械として機能するように電力支援装置の電圧形変換器を制御するためのコンピュータプログラム製品であって、コンピュータプログラムコードを有するデータキャリアを備え、コンピュータプログラムコードが、制御デバイスのプロセッサによって作用されると、
変換器の測定電力レベルを取得することと、
制御寄与度を取得するために、仮想同期機械の角速度の微分方程式を使用して、取得されている電力レベルを処理することと、
制御寄与度に基づいて変換器を制御するために使用される物理量の位相角を提供することと、
仮想同期機械として機能する変換器の能力を監視することと、
監視されている能力に基づいて制御寄与度を調整することと
を行うように構成されている、コンピュータプログラム製品によって達成される。

監視は、物理量などの変換器の状態の監視であってもよく、物理量は、変換器の温度、又は、電流若しくは電力などの、変換器が送達若しくは受信することができる物理量であってもよい。監視は、電流、電力又は温度制限などの電圧形変換器の物理量制限の監視であってもよい。調整は、仮想同期機械として機能する能力が不十分であると考えられるという判定に基づくことができ、能力が不十分であるという判定は、変換器の被監視状態に基づくことができる。

電圧形変換器はセルを備えてもよく、このセルは、フルブリッジセル、ハーフブリッジセル、又はフルブリッジセルとハーフブリッジセルとの混合であってもよい。変換器はデルタ結線されてもよく、セルは、ＡＣ送電網の相間にデルタ構成で接続された相脚において接続される。代替的に、変換器はＹ結線されてもよく、セルは、ＡＣ送電網の相間にＹ構成で接続された相脚において接続される。Ｙ結線変換器は、ＡＣ送電網に接続するためのＡＣ側と、ＤＣ側とをさらに有してもよい。

電力支援装置は、電圧形変換器に接続されたエネルギー貯蔵システムをさらに備えることができる。エネルギー貯蔵システムは、１つ以上のバッテリ及び／又はスーパーキャパシタなどの１つ以上のエネルギー貯蔵ユニットを備えることができる。エネルギー貯蔵ユニットは、セル間に分散されてもよい。変換器がＹ結線変換器である場合、エネルギー貯蔵システムは、電圧形変換器のＤＣ側に接続されてもよい。

電力支援装置は、電圧形変換器のＤＣ側とエネルギー貯蔵システムの第１の端部との間に接続された第１のＤＣラインと、電圧形変換器のＤＣ側とエネルギー貯蔵システムの第２の端部との間に接続された第２のＤＣラインとを有するＤＣリンクをさらに備えることができる。この場合、電圧形変換器は、第１のＤＣラインと送電網の対応する相との間に接続された第１の相脚グループと、第２のＤＣラインと送電網の対応する相との間に接続された第２の相脚グループとを備えることができる。第１の相脚グループ及び第２の相脚グループの両方は、さらに、Ｙ結線されてもよい。

調整は、変換器が仮想同期機械として機能する能力の低下に対する制御寄与度を増大させることを含むことができる。

一変形例では、調整は、位相ロックループから得られる制御寄与度にオフセットを加えることを含むことができる。オフセットは、位相ロックループを通じて得られる遅延であってもよい。

仮想同期機械の角速度の微分方程式は、仮想同期機械の角速度の経時変化を定義するスイング方程式であってもよい。仮想同期機械の角速度の経時変化は、第１の式と第２の式との和としてさらに定義することができ、第１の式は、慣性モーメント項の逆数に測定電力と電力基準との間の差を乗算したものを含み、第２の式は、減衰項に仮想同期機械の角速度と基準角速度との間の差を乗算したものを含む。

したがって、微分方程式は少なくとも１つの係数を含んでもよく、調整は係数の調整であってもよい。スイング方程式に存在する係数の一例は、慣性モーメント項である。スイング方程式に存在する係数の別の例は、減衰項である。このとき、調整は、慣性モーメント項及び／又は減衰項の調整を含むことができる。

調整は、変換器が仮想同期機械として機能する能力が不十分であると考えられる場合、減衰項を増大させることを含んでもよい。調整はまた、変換器が仮想同期機械として機能する能力が不十分であると考えられる場合、慣性モーメント項を低減することを含んでもよい。

スイング方程式の慣性モーメント項及び／又は減衰項などの微分方程式の係数は、２つの異なる値、すなわち定常状態動作中の第１の定常状態値と、変換器が仮想同期機械として機能する能力が不十分である場合に使用される第２の値とを有することができる。

監視は、変換器の物理量を対応する物理量閾値と比較することと、閾値に達した場合に変換器が仮想同期機械として動作することができないと判定することと、変換器が仮想同期機械として動作することができないと判定することに基づいて制御寄与度の調整を実行することとを含むことができる。物理量は、変換器に送達されるか、又は変換器によって受け取られる電流又は電力の量であってもよく、閾値は、電流又は電力制限閾値であってもよい。物理量はまた、相脚の温度などの変換器の温度であってもよく、この場合、閾値は、相脚の最大温度閾値などの温度閾値であってもよい。

スイング方程式の慣性項などの微分方程式の係数は、利用可能な電流、電力、及び／又は加熱能力などの変換器の利用可能な能力の少なくとも区分的に連続した関数として提供されてもよい。

この場合、監視は、変換器の利用可能な電流、電力、及び／又は加熱能力を監視することを含むことができ、調整は、慣性が利用可能な電流、電力、及び加熱能力の異なる値に対して変更されるように、機能において瞬間的な利用可能な電流電力及び加熱能力を使用することを含むことができる。この場合、慣性項は、付加的に、利用可能な電流、電力及び加熱能力の増大のために増大し、利用可能な電流、電力及び加熱能力の低減のために低減し得る。

本発明は、いくつかの利点を有する。これにより、電圧形変換器が仮想同期機械として機能する能力が使い果たされているか、又は使い果たされつつある場合であっても、スイング方程式を使用した制御を継続することができる。このタイプの動作はまた、変換器によって送達される電流のジッタも回避する。

図面の簡単な説明
本発明は、添付の図面を参照して以下に説明される。

電圧形変換器と、エネルギー貯蔵システムと、制御デバイスとを備える電力支援装置の概略図である。 スイング方程式を使用して変換器を制御するための制御デバイスに実装される変換器制御の概略図である。 電圧形変換器の制御における制御寄与度を生成及び使用するためのいくつかの方法ステップのフローチャートである。 制御寄与度を調整するための２つの追加の方法ステップのフローチャートである。 制御デバイスを実装するためのコンピュータプログラム命令を有するデータキャリアの形態のコンピュータプログラム製品の概略図である。

発明の詳細な説明
以下に、本発明の好ましい実施形態の詳細な説明を示す。

図１は、ＡＣ送電網であってもよい送電網２６のための電力支援システム１０を示す。電力支援システム１０は、送電網２６への接続のためのＡＣ側及びＤＣ側を有する電圧形変換器（ＶＳＣ）１５を備える。ＶＳＣ１５は、第１の相脚グループ１２と、第２の相脚グループ１４とをさらに含み、両グループは、図面においてはフルブリッジセルとして示されているセルを含む。第１の相脚グループ１２は、３つのＹ結線相脚を備え、各相脚は、一端がＤＣリンクＤＣＬ１６の第１のＤＣラインに接続され、他端が送電網２６の対応する相に接続される。同様に、第２の相脚グループ１４も、３つのＹ結線相脚を備え、各相脚は、一端がＤＣリンクＤＣＬ１６の第２のＤＣラインに接続され、他端が送電網２６の対応する相に接続される。したがって、第１の相脚グループ１２は、第１のＤＣラインと送電網２６の対応する相との間に接続され、第２の相脚グループ１４は、ＤＣリンクの第２のＤＣラインと送電網２６の対応する相との間に接続される。これにより、第１のグループ１２の相脚の第２の端部は、第２のグループ１４の相脚の第２の端にも接続される。両グループがＹ結線されていることから、２つのグループによって形成される電圧形変換器１５は、二重Ｙ変換器であると考えてもよい。変換器１５はさらに、典型的には、変圧器（図示せず）を介して送電網２６に接続される。上記では、相脚のセルをフルブリッジセルとして示した。代替として、相脚は、ハーフブリッジセル又はフルブリッジセルとハーフブリッジセルとの混合を含んでもよい。

電力支援装置１０はまた、ＶＳＣ１５に接続されたエネルギー貯蔵システムＥＳ１８を備える。エネルギー貯蔵システム１８は、電気化学、誘電又は運動エネルギー貯蔵を提供するために、１つ以上のバッテリスーパーキャパシタ及び／又はフライホイールなどの、１つ以上のエネルギー貯蔵ユニットを備えてもよい。エネルギー貯蔵システム１８は、ＤＣリンク１６に接続される。ＤＣリンクの第１のＤＣラインは、電圧形変換器のＤＣ側とエネルギー貯蔵システムの第１の端部との間に接続され、第２のＤＣラインは、電圧形変換器とエネルギー貯蔵システムの第２の端部との間に接続される。これにより、エネルギー貯蔵システム１８は、ＶＳＣ１５のＤＣ側にも接続される。

ここで、図示の変換器は、使用され得る変換器の一例にすぎないことを理解されたい。これは、例えば、１つのＹ結線相脚グループのみを備える変換器によって可能である。また、相脚グループが１つしかない場合には、そのグループの相脚をさらにデルタ結線してもよい。したがって、この場合、相脚は、ＡＣ送電網の相間にデルタ構成で接続されてもよい。

エネルギー貯蔵システムのエネルギー貯蔵ユニットは、様々な変換器関係のためにセル間に分散されてもよい。図１から分かるように、セルはキャパシタを含んでもよい。この場合、エネルギー貯蔵システムのエネルギー貯蔵ユニットは、対応するセルキャパシタと並列に接続されてもよい。

最後に、電圧形変換器１５を制御するために使用される制御デバイス２０がある。ＶＳＣは、この例では、プログラムメモリ２４に記憶されたコンピュータプログラム命令を受けて機能するプロセッサ２２として実現され、コンピュータプログラム命令は、制御デバイス２０の制御機能を実施する。制御は、制御デバイス２０からＶＳＣ１５内の各相脚グループ１２及び１４に向かう破線矢印によって示されている。

制御デバイス２０が行う制御は、電圧制御を使用して仮想同期機械としてＶＳＣ１５を制御することである。そのような制御が一般にどのように実施され得るかが図２及び図３に概略的に示されている。制御デバイス２０は、典型的には共通結合点ＰＣＣである送電網２６の測定電圧であり得る測定電圧Ｖ_ＰＣＣを受け取る電圧コントローラブロック３４を備える。電圧コントローラブロック３４はまた、送電網の所望の電圧Ｖ^＊ _ＰＣＣをも受け取る。次いで、電圧コントローラブロック３４は、これらの２つの電圧に基づいて仮想同期機械電圧Ｖｖｓｍを生成し、これは、所望の送電網電圧と実際の送電網電圧との間の差に比例制御を適用し、場合によっては積分制御をも適用することによって行うことができる。次いで、仮想同期機械電圧Ｖｖｓｍは、基準生成器及び電流コントローラブロック３６に送られる。

制御デバイス２０はまた、測定電力レベルＰ及び所望の電力レベルＰ＊を取得し、制御寄与度を取得するために仮想同期機械の角速度の微分方程式を使用して測定電力レベルＰを処理する慣性処理ブロック２８をも備える。微分方程式は、仮想同期機械の角速度の経時変化を定義する微分スイング方程式であってもよい。慣性処理ブロック２８は、角速度ωｖｓｍの形態の制御寄与度を出力し、この制御寄与度は次いで、仮想同期機械位相角θｖｓｍを得るために積分器ブロック３２において積分される。仮想同期機械位相角θｖｓｍはまた、基準生成器及び比例電流コントローラブロック３６に供給され、ブロック３６は、変調器ブロック３８に送信される制御信号を取得するために仮想同期機械電圧ωｖｓｍ及び位相角θｖｓｍを処理する。変調器ブロック３８は、パルス幅変調（ＰＷＭ）などの変調を実行し、その結果、ＶＳＣ１５に送信されている１つ以上の制御パルスを提供する。制御デバイス２０には、慣性処理ブロック２８の入力とコントローラブロック３６の入力との間の制御経路に接続された制御寄与度調整器ブロック３０もある。図２において、制御寄与度調整器ブロック３０は、慣性処理ブロック２８に接続されているものとして示されている。代替として、これは、慣性処理ブロック２８と積分器ブロック３２との間、又は積分器ブロック３２とコントローラブロック３６との間に接続されてもよく、慣性処理ブロック２８とコントローラブロック３６との間の経路へのそのような接続は、加算ブロックを介して行われてもよいことを理解されたい。

慣性処理ブロック２８、積分器ブロック３２、電圧コントローラブロック３４、基準生成器及び比例電流コントローラブロック３６の使用は、それ自体知られており、したがって、これ以上詳細には説明しない。しかしながら、制御は、電圧制御を使用して仮想同期機械として機能するようにＶＳＣ１５を制御することであり、慣性処理ブロック２８は、送電網２６に慣性を導入するために使用される位相角を取得するためのスイング方程式を利用する。

図２から分かるように、また、図３のフローチャートに示されているように、制御デバイス２０は、測定電力Ｐを取得し（ステップ４０）、これは、変換器が送電網２６から受け取るか、又は送電網２６に供給する電力であってもよい。測定電力Ｐは慣性処理ブロック２８に供給される。ステップ４２において、慣性処理ブロック２８は、制御寄与度ωｓｖｆを取得するために、仮想同期機械の角速度の微分方程式を使用して測定電力Ｐを処理し、本例の微分方程式は、上述のスイング方程式である。慣性処理ブロック２８は、測定電力Ｐにスイング方程式を適用することが分かり、ここで、スイング方程式は、微分方程式であり、微分角速度は、以下に従って決定される。

見てとれるように、スイング方程式によれば、仮想同期機械の角速度の時間導関数ｄωｓｖｍ／ｄｔ、すなわち仮想同期機械の角速度の経時変化は、第１の式と第２の式との和に等しく設定され、第１の式は、その逆数に測定電力Ｐと電力基準Ｐｒｅｆとの間の差が乗算された慣性項Ｍを含み、第２の式は、仮想同期機械の角速度ωｖｓｍと基準角速度ωｆとの間の差が乗算された減衰項Ｋｆを含む。

この処理によって、仮想同期機械の角速度ωｖｓｍの形態の制御寄与度が取得され、これは、積分器３２における積分後に仮想同期機械位相角θｖｓｆを提供する。したがって、提供される位相角は、制御寄与度に基づく。したがって、位相角は、制御寄与度に基づき、コントローラブロック３６に供給され、コントローラブロックにおいて、制御寄与度は、制御電圧Ｖｖｓｍの位相を提供するために使用され（ステップ４４）、したがって、制御電圧は、電圧コントローラ３４から取得される仮想同期発電機電圧Ｖｖｓｍである。次いで、制御デバイス２０は、コントローラブロック３６及び変調器ブロック３８において実行される処理を介して変換器を制御し、制御は、仮想同期機械の位相及び電圧を使用した変換器の制御を含む（ステップ４６）。

再生可能エネルギーの採用の増大及び従来の発電の廃止により、送電網運用者は、慣性が低く短絡レベルが低い送電網システムに直面している。高い周波数変化率（ＲＯＣＯＦ）として現れる低慣性に着目して、問題を軽減するために、いくつかのグリッドコードで高速周波数及び合成慣性応答サービスが提案されている。

そのような合成慣性は、典型的には、電力支援装置１０の使用によってもたらされる。図１に示す電力支援装置は、強化された静止型ＶＡＲ補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）であると考えることができる。これは、周波数応答及び合成慣性応答を提供するために、それが電気化学的、誘電性、又は運動性であるかにかかわらず、ＳＴＡＴＣＯＭをエネルギー貯蔵装置と組み合わせるためである。合成慣性は、仮想同期機械の角速度の微分方程式に基づいて動作し、電圧形変換器は、従来、固定慣性定数を有する仮想同期機械として機能していた。典型的なＳＴＡＴＣＯＭ、すなわちエネルギー貯蔵システムのない電力支援装置は、むしろ、位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用して送電網と同期する電流源のように動作するが、一方で、仮想同期機械（ＶＳＭ）として動作する強化されたＳＴＡＴＣＯＭは、むしろ、微分方程式を使用して送電網と同期する電圧源のように見える。ＶＳＭを使用する強化されたＳＴＡＴＣＯＭは、送電網に応じて、必要に応じて電流を供給する。

しかしながら、強化されたＳＴＡＴＣＯＭは電力及び電流の両方の制限を有し、これは通常、ＶＳＭ動作から電流源動作に変更することを必要とする。同期方法はまた、仮想同期機械の角速度の微分方程式の代わりにＰＬＬを使用するように変更する必要があり得る。したがって、これは、同期方法間のモード切り替えをもたらす。そのようなモード切り替えは、連続的かつ一貫した方法で達成することが困難である。ＳＴＡＴＣＯＭが、その境界付近で動作しているときに、モード間で過渡的に切り替えている可能性があるため、モード切り替えは、出力電流のジッタを引き起こす可能性がある。ＰＬＬを使用すると、特に脆弱な送電網では不安定になる可能性もある。

本発明の態様は、上述の問題の１つ以上に対処することに関する。
本発明の態様は、電力支援装置１０を動作させることによってこれに対処し、この場合、ＶＳＣ１５はＶＳＭとして動作するが、慣性処理ブロック２８によって生成される制御寄与度は、対応する閾値に達する送達電力、電流若しくは温度に基づくか、又は残留電力、電流若しくは加熱能力に基づくなど、変換器の状態に基づいて変化する。

したがって、この着想は、ＶＳＭ動作が、電力又は電流制限状況中にのみＰＬＬの支援がない、ここではスイング方程式によって例示される微分方程式に基づくことである。これにより、ＰＬＬ制御に切り替える必要がない。

ここで、図４のフローチャートも参照して、一般的な動作を説明する。そのステップは、制御寄与度調整器ブロック３０によって実行される。制御デバイス２０の制御寄与度調整器ブロック３０は、仮想同期機械として電力支援を扱うＶＳＣ１５の能力を監視する（ステップ４８）。したがって、このブロックは、仮想同期機械として機能するその能力を監視する。監視は、電流、電力、又は相脚の温度などの変換器の動作温度などの物理量を送達又は受信する能力などの、変換器の状態の監視であってもよい。これは、送電網に送達されるか、又は送電網から受信される物理量の監視であってもよく、物理量は電流及び／又は電力を含んでもよい。あるいは、これは、温度などの物理量であってもよい。これにより、監視は、電流、電力又は熱的制限などの電圧形変換器の物理量制限の監視であってもよい。この場合、熱的制限は、最大許容相脚温度であってもよい。監視はまた、電流又は電力などの物理量を送達又は受信する残留能力の監視であってもよく、これは、エネルギーを受容又は送達するためのエネルギー貯蔵システムの能力を監視することを含んでもよい。残留能力は、残留加熱能力であってもよい。監視はまた、この場合、電流又は電力などの瞬間的な送達又は受信される物理量を決定することと、残留エネルギー貯蔵システム能力及び送達又は受信される瞬間的な物理量の両方に基づいて残留能力を決定することとを含むことができる。

次に、制御寄与度調整器ブロック３０は、いくつかの方法で行うことができる監視ステップ５０に基づいて制御寄与度を調整する。調整は、変換器が仮想同期機械として機能する能力の低下に対する制御寄与度を増大させることを含むことができる。

まず、変換器が仮想同期機械として機能する能力を使い果たしつつあると判定することが可能であり、これは、制御寄与度が調整される必要があると判定することを含むことができる。これにより、調整は、仮想同期機械として機能する能力が不十分であると考えられるという判定に基づくことができ、能力が不十分であるという判定は、変換器の被監視状態に基づくことができる。

この判定を行うために、制御寄与度調整器ブロック３０は、電流、電力又は温度を電流、電力又は温度閾値と比較し、残留能力を残留能力閾値と比較するなど、監視されている量又は残留能力を量又は能力閾値と比較することができる。量又は残留能力が閾値に達した場合、制御寄与度が固定調整値によって調整されることが可能である。これは、いくつかの異なる方法で行うことができる。監視は、物理量を対応する物理量閾値と比較することと、閾値に達した場合に変換器が仮想同期機械として動作することができないと判定することと、変換器が仮想同期機械として動作することができないと判定することに基づいて制御寄与度の調整を実行することとを含むことができる。物理量は、電流又は電力など、変換器に送達されるか又は変換器によって受信される物理量であってもよく、その場合、閾値は電流又は電力制限閾値であってもよい。あるいは、物理量は、相脚の温度のような、変換器の温度などの量であってもよく、その場合、閾値は、相脚の最大許容温度などの温度閾値であってもよい。

制御寄与度調整器ブロック３０は、慣性処理ブロック２８での処理後の制御寄与度に、積分器ブロック３２の前の角速度に加算されるオフセット、及び／又は、積分器ブロック３２の後の位相角に加算されるオフセットなどのオフセットを加算してもよい。このオフセットは、ＰＬＬから得られるオフセットであってもよい。あるいは、制御寄与度調整器ブロック３０が慣性処理ブロック２８において実施される処理に影響を与えるようにしてもよい。例えば、微分方程式の少なくとも１つの係数が影響を受ける可能性がある。スイング方程式の場合、慣性項Ｍ及び減衰項Ｋｆの両方は、例えば定数であってもよい。この場合、制御寄与度調整器ブロックは、これらの定数を他の定数に変更することができ、それによって寄与度に影響を及ぼす。

したがって、本発明の態様は、スイング方程式の場合には慣性及び／又は減衰の操作であり得る、微分方程式の少なくとも１つの係数を操作することによってＶＳＭ制御概念の修正を提供することに関する。したがって、調整は、慣性モーメント項又は減衰項のいずれかの調整を含むことができる。調整は、変換器が仮想同期機械として機能する能力が不十分であると考えられる場合、減衰項を増大させることを含んでもよい。調整はまた、変換器が仮想同期機械として機能する能力が不十分であると考えられる場合、慣性モーメント項を低減することを含んでもよい。

少なくとも１つの係数は、定数であってもよい。慣性は、例えば、典型的には一定であり得る。しかしながら、いくつかの態様によれば、慣性及び／又は減衰などの少なくとも１つの係数は、変換器が電流、電力若しくは温度制限などの制限に達するときに、又はその瞬時電流、電力若しくは加熱能力に基づいて変更される。慣性モーメント項及び／又は減衰項などの係数は、２つの異なる値、すなわち定常状態動作中の第１の定常状態値と、変換器が仮想同期機械として機能する能力が不十分である場合に使用される第２の値とを有することができる。

監視に基づいて制御寄与度を調整する別の方法は、残留能力の関数として、慣性項Ｍ及び／又は減衰項Ｋｆなどの少なくとも１つの係数を実現することである。これにより、残留能力に基づいて制御寄与度を漸進的に変化させることができる。この関数は、連続関数、例えば線形関数であってもよい。代替として、これは、区分的線形又は連続関数であってもよい。これにより、慣性項などの係数は、変換器の利用可能な電流、電力、及び／又は加熱能力の少なくとも区分的に連続した関数として提供され得る。

監視は、この場合、変換器の利用可能な電流、電力、及び／又は加熱能力を監視することを含むことができ、調整は、慣性が利用可能な電流、電力、及び加熱能力の異なる値に対して変更されるように、機能において瞬間的な利用可能な電流電力及び加熱能力を使用することを含むことができる。したがって、制御寄与度調整器ブロック３０は、瞬時残能力に基づいて慣性及び／又は減衰率などの係数を連続的に決定し、決定した慣性及び／又は減衰率などの係数を慣性処理ブロック２８に供給してもよい。慣性項を含む係数の場合、この項は、付加的に、利用可能な電流、電力及び加熱能力の増大に対してさらに増大し、利用可能な電流、電力及び加熱能力の低減に対して低減し得る。

したがって、スイング方程式の慣性項Ｍ及び／又は減衰項Ｋｆなどの微分方程式の可変係数を使用して制御寄与度の変化を得ることが可能であり、この係数は変換器の動作状態に応じて変化することが分かる。

ここで、制御寄与度を調整するいくつかの代替方法をいくらかより詳細に示す。
第１の事例では、制御寄与度調整器ブロック３０は、電流、電力又は温度限界に達したときにのみ初期化されるＰＬＬブロックを備えてもよい。ＰＬＬブロックは、次いで、慣性処理ブロック２８の処理の結果である位相角に加えられるオフセット又は遅延を提供することができ、このオフセット又は遅延は、固定オフセット又は遅延であってもよい。オフセットは、制御経路内の加算ブロックの助けを借りて追加することができる。

第２の事例では、制御寄与度調整器ブロック３０は、ここでは慣性モーメント項Ｍ及び／又は減衰項Ｋｆによって例示される少なくとも１つの係数を設定し、この係数は動作条件に応じて２つの異なる値の間で切り替えられる。変換器が電流、電力、及び／又は温度制限内で正常に動作している場合、この項は、顧客要件を満たすように設定された第１の固定値である。変換器が電流、電力、又は温度制限閾値に達した場合、係数が変更され、同期を加速するために、慣性項Ｍを低減することができ、一方で、減衰項Ｋｆを増大させることができる。その場合、低減又は増大は、第２の固定値への変化であってもよい。

第３の事例では、係数は関数であってもよい。慣性Ｍは、一例として、残留電流、電力又は加熱能力の慣性関数であってもよい。この場合、制御寄与度調整器ブロック３０は、現在利用可能な又は瞬間的な電流、電力、及び／又は加熱能力に基づいて、慣性モーメントＭなどの係数を設定し、したがって連続的な（場合によっては区分的に）関数である。次いで、変換器動作点に基づいて慣性定数を低減することができる。

上述の第３の事例は、閾値比較と比較してより滑らかな制御を提供するというさらなる利点を有する。

制御デバイス２０は、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの個別の構成要素の形態で実現されてもよい。しかしながら、上述したように、これは、プロセッサ上で実行されるときに所望の制御機能を実行するコンピュータプログラムコードを含む付随するプログラムメモリを有するプロセッサの形態で実装されてもよい。制御デバイスを実装するための機能は、付加的に、プロセッサによって実行されるときに上記機能を実装するための命令を有するコンピュータプログラムコードを備えるデータキャリア上に提供されてもよい。データキャリアは、一例として、メモリスティック又はＣＤ－ＲＯＭディスクであってもよい。図５は、そのようなコンピュータプログラムコード５４を備えるＣＤ Ｒｏｍディスク５２を概略的に示す。

上記の説明から、本発明が多数の方法で変更され得ることは明らかである。結果として、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであることが理解されるであろう。

Claims (12)

1. 仮想同期機械として機能するように電力支援装置（１０）の電圧形変換器（１５）を制御する方法であって、
   前記変換器（１５）の測定電力レベル（Ｐ）を取得すること（４０）と、
   制御寄与度（ωｖｓｍ）を取得するために、前記仮想同期機械の角速度の微分方程式を使用して前記測定電力レベルを処理すること（４２）と、
   前記制御寄与度に基づいて前記変換器（１５）を制御するために使用される物理量（Ｖｖｓｍ）の位相角（θｖｓｍ）を提供すること（４４）と、
   前記変換器（１５）が仮想同期機械として機能する能力を監視すること（４８）と、
   不十分であると考えられる前記監視に基づいて前記制御寄与度を調整すること（５０）と
   を含み、前記微分方程式が、慣性モーメント項（Ｍ）及び減衰項（Ｋｆ）を含む前記仮想同期機械の角速度の経時変化を定義するスイング方程式であり、前記調整が、仮想同期機械として動作する前記変換器の能力が不十分であると考えられる場合に、前記減衰項を増大させること及び／又は前記慣性モーメント項を低減することを含む、方法。
2. 前記調整することが、前記変換器が仮想同期機械として機能する能力の低下に対して前記制御寄与度を増大させることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記慣性モーメント項及び／又は前記減衰項を含む少なくとも１つの係数は、２つの異なる値、すなわち定常状態動作中の第１の定常状態値と、前記変換器が仮想同期機械として機能する能力が不十分である場合に使用される第２の値とを有する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記監視することが、前記変換器の物理量を対応する物理量閾値と比較することであって、前記物理量が、前記変換器の電流、電力又は温度の量であり、前記閾値が、電流、電力又は温度制限閾値である、比較することと、前記閾値に達した場合に前記変換器が仮想同期機械として動作することができないと判定することと、前記変換器が仮想同期機械として動作することができないと判定することに基づいて前記制御寄与度の前記調整を実行することとを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記監視することが、前記変換器の利用可能な電流、電力、及び／又は加熱能力を監視することを含み、前記慣性モーメント項及び／又は前記減衰項を含む少なくとも１つの係数は、前記変換器の前記利用可能な電流、電力、及び／又は加熱能力の少なくとも区分的に連続した関数として提供され、前記調整することが、前記係数が前記利用可能な電流、電力、及び加熱能力の異なる値に対して変更されるように、前記関数内で瞬間的な前記利用可能な電流、電力、及び／又は加熱能力を使用することを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記慣性モーメント項が、前記利用可能な電流、電力及び／又は加熱能力の増大に対して増大し、前記利用可能な電流、電力及び加熱能力の低減に対して低減する、請求項５に記載の方法。
7. 電力支援装置（１０）の電圧形変換器（１５）のための制御デバイス（２０）であって、前記電圧形変換器（１５）は仮想同期機械として動作し、前記制御デバイス（２０）は、
   前記変換器（１５）の測定電力レベル（Ｐ）を取得することと、
   制御寄与度（ωｖｓｍ）を取得するために、前記仮想同期機械の角速度の微分方程式を使用して、前記取得されている電力レベルを処理することと、
   前記制御寄与度に基づいて前記変換器（１５）を制御するために使用される物理量（Ｖｖｓｍ）の位相角（θｖｓｍ）を提供することと、
   前記変換器（１５）が仮想同期機械として機能する能力を監視することと、
   前記監視されている能力に基づいて前記制御寄与度を調整することと
   を行うように構成されており、前記微分方程式が、慣性モーメント項（Ｍ）及び減衰項（Ｋｆ）を含む前記仮想同期機械の角速度の経時変化を定義するスイング方程式であり、前記調整が、仮想同期機械として動作する前記変換器の能力が不十分であると考えられる場合に、前記減衰項を増大させること及び／又は前記慣性モーメント項を低減することを含む、制御デバイス（２０）。
8. 電力支援装置（１０）であって、電圧形変換器（１５）と、仮想同期機械として動作するように前記電圧形変換器（１５）を制御するための制御デバイス（２０）とを備え、前記制御デバイス（２０）が、請求項７に記載の制御デバイスである、電力支援装置（１０）。
9. 前記電圧形変換器（１５）に接続されたエネルギー貯蔵システム（１８）をさらに備える、請求項８に記載の電力支援装置（１０）。
10. 前記電圧形変換器は、ＡＣ送電網（２６）に接続するためのＡＣ側とＤＣ側とを有し、前記エネルギー貯蔵システム（１８）は、前記電圧形変換器（１５）の前記ＤＣ側に接続される、請求項９に記載の電力支援装置（１０）。
11. 前記電圧形変換器（１５）の前記ＤＣ側と前記エネルギー貯蔵システム（１８）の第１の端部との間に接続された第１のＤＣラインと、前記電圧形変換器（１５）の前記ＤＣ側と前記エネルギー貯蔵システム（１８）の第２の端部との間に接続された第２のＤＣラインとを有するＤＣリンク（１６）をさらに備え、前記電圧形変換器（１５）は、前記第１のＤＣラインと前記送電網（２６）の対応する相との間に接続された第１の相脚グループ（１２）と、前記第２のＤＣラインと前記送電網（２６）の対応する相との間に接続された第２の相脚グループ（１４）とを備える、請求項１０に記載の電力支援装置（１０）。
12. 仮想同期機械として機能するように電力支援装置（１０）の電圧形変換器（１５）を制御するためのコンピュータプログラム製品であって、コンピュータプログラムコード（５４）を有するデータキャリア（５２）を備え、前記コンピュータプログラムコード（５４）は、制御デバイス（２０）のプロセッサ（２２）によって作用されると、
    前記変換器（１５）の測定電力レベル（Ｐ）を取得することと、
    制御寄与度（ωｖｓｍ）を取得するために、前記仮想同期機械の角速度の微分方程式を使用して、前記取得されている電力レベルを処理することと、
    前記制御寄与度に基づいて前記変換器（１５）を制御するために使用される物理量（Ｖｖｓｍ）の位相角（θｖｓｍ）を提供することと、
    前記変換器（１５）が仮想同期機械として機能する能力を監視することと、
    前記監視されている能力に基づいて前記制御寄与度を調整することと
    を行うように構成されており、前記微分方程式が、慣性モーメント項（Ｍ）及び減衰項（Ｋｆ）を含む前記仮想同期機械の角速度の経時変化を定義するスイング方程式であり、
    前記調整が、仮想同期機械として動作する前記変換器の能力が不十分であると考えられる場合に、前記減衰項を増大させること及び／又は前記慣性モーメント項を低減することを含む、コンピュータプログラム製品。

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