KR20010062746A

KR20010062746A - 전력 변환 시스템 및 전력 변환기의 제어 방법

Info

Publication number: KR20010062746A
Application number: KR1020000082643A
Authority: KR
Inventors: 이찌노세마사야; 후따미모또오; 우에다시게따; 스즈끼가즈오; 마에까와아끼라; 기요후지야스히로
Original assignee: 가나이 쓰토무; 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2001-07-07
Also published as: CN1309451A; EP1113560A2; US6304468B2; EP1113560A3; TW493311B; JP2001190077A; US20010005321A1; JP3547355B2

Abstract

전력 변환 시스템에 있어서, 한쪽을 전력 시스템에 접속하고 다른 한쪽에 부하를 접속한 차단 투입부와, 연계용의 트랜스포머와, 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 제어하는 제어 장치를 포함하고, 연계 운전 복귀시에 전력 변환기의 출력 전압 위상을 시스템 전압 위상에 일치하도록 전력 변환기를 제어하여 차단기를 폐로하고, 전력 변환기의 자립 운전으로부터 연계 운전으로의 전환시에 있어서의 과전류를 방지한다.

Description

전력 변환 시스템 및 전력 변환기의 제어 방법{POWER TRANSDUCING SYSTEM AND A METHOD OF CONTROLLING A POWER TRANSDUCER}

전력 시스템과 제휴하고, 전력을 흡수 또는 방출하는 전력 변환기가 특개평8-66048호 공보에 기재되어 있다. 특개평8-66048호 공보에 기재된 전력 변환기의 제어 장치에서는 전력 변환기의 단독 운전시에 변환기의 제어를 제1 PLL을 이용한 전류 제어로부터 제2 PLL을 이용한 전압 제어로 전환하여 부하에 대해 자립 운전을 하고 있다. 또한, 특개평8-9648호 공보에 기재된 전력 변환기에서는 자립 운전으로부터 시스템 연계 운전으로 복귀할 때에, 시스템의 전압과 변환기 출력 전압 위상 및 진폭을 판정하고, 일치한 순간에 일치 신호를 판정하여 차단기를 폐로하고 일단 변환기를 정지하여 재차 운전을 재개하여 연계 운전으로의 제어 한정 전환을 행하는 구성으로 하고 있다.

상기 특개평8-66048호 공보 기재의 종래 기술에서는 자립 운전과 연계 운전의 전환시에 제어량이 전혀 일치하지 않고, 제어량이 스텝형으로 변화하는 경우가 생긴다. 또한, 자립 운전으로부터 시스템 연계 운전으로의 복귀시에 과전류로 전력 변환 시스템이 정지하는 경우가 있다. 이 때문에 시스템 연계 운전으로 전환할 때에 제어를 복귀시키기 위해서 변환기를 정지시켜야만 한다. 또한, 상기 특개평8-66048호 공보 기재의 종래 기술에서는 차단기의 동작시에 과전류가 생기는 경우가 있다.

상기 종래 기술에 있어서의 과전류나 제어량 급변의 원인이 위상 일치의 순간을 파악하여 차단기 등의 차단 투입 수단을 동작시키기 위해서 생기는 위상 어긋남이나, 연계 운전 시간용 위상 검출기와 자립 운전 시간용 위상 검출기의 전환이나, 전류 제어와 전압 제어의 전환인 것을 본원 발명의 발명자의 검토로 알게 되었다.

따라서, 본원 발명의 전력 변환 시스템에서는, 연계 운전 복귀시에 전력 변환기의 출력 전압 위상을 시스템 전압 위상에 일치하도록 전력 변환기를 제어하고, 차단기를 폐로하여 과전류의 발생을 피한다. 또한, 본원 발명의 전력 변환 시스템에서는 연계 운전시와 자립 운전시에 제어계를 공통으로 하고, 제어량의 급변을 피한다.

본원 발명의 전력 변환 시스템은 차단 투입 수단의 전력 시스템측의 교류 전압과 부하측의 교류 전압과의 위상차를 없애도록 전력 변환기의 출력 위상을 조정하는 제어 장치를 구비한다. 혹은, 본원 발명의 전력 변환 시스템에서는 상기 교류 전압의 위상차에 따라서 차단 투입 수단을 개폐하는 신호를 출력하는 제어 장치를 구비한다. 상기 제어 장치는 바람직하게는 시스템 연계시와 자립 운전시에 전류 지령을 전환하는 전류 제어계를 구비한다.

또한 본원 발명의 전력 변환 시스템은 다음의 구성을 갖추고 있다.

(1) 시스템 연계 운전과 자립 운전으로 전류 제어계를 공통으로 사용한다.

(2) 변환기 출력 전압의 피드 포워드(feed forward) 성분을 자립 운전시에 고정치로 한다.

(3) 전류 제어의 한쪽(d축 또는 q축)의 지령치를 전압 제어의 출력으로 하고, 다른쪽의 전류 제어 입력 편차를 0으로 하고, 또한 전류 검출의 좌표 변환에 위상 검출 신호를 이용한다.

(4) 2상3상의 좌표 변환을 자려 발진으로 한다.

(5) 전력 조정기와 전압 조정기의 적분량을 제어에 사용하고 있는 조정기측의 적분량에 일치시킨다.

(6) 위상 조정시의 위상차 Δθ의 보정량에 제한을 설치하고, 시스템에서 허용된 주파수 변동분에 상당하는 양 이내의 위상 보정량으로 위상 조정한다.

(7) 전압 조정기의 전압 지령치에 차단기의 시스템측 전압을 사용하고, 그 값에 시스템에서 정해지는 전압 변동 허용 범위 내의 리미터(limiter)를 설치하여 리미터 출력을 지령치로 한다.

(8) 변환기 제어기의 전압 피드 포워드 검출치를 자립 운전시로 고정하지 않는다.

도 1은 실시예 1의 전력 변환 시스템의 설명도.

도 2는 실시예 1의 자립·이상 판정기의 설명도.

도 3은 실시예 1의 위상 판정기의 설명도.

도 4는 실시예 1의 위상 검출기의 설명도.

도 5는 실시예 1의 변환 제어기의 설명도.

도 6은 실시예 1의 변환 제어기의 검출기의 설명도.

도 7은 실시예 1의 변환 제어기의 제어기의 설명도.

도 8은 실시예 2의 변환 제어기의 검출기의 설명도.

도 9는 실시예 2의 변환 제어기의 제어기를 설명하는 도면.

도 10은 실시예 3의 검출기의 설명도.

도 11은 실시예 3의 제어기의 설명도.

도 12는 실시예 4의 검출기의 설명도.

도 13은 실시예 4의 제어기의 설명도.

도 14는 실시예 5의 검출기의 설명도.

도 15는 실시예 5의 제어기의 설명도.

도 16은 실시예 6의 검출기의 설명도.

도 17은 실시예 6의 제어기의 설명도.

도 18은 실시예 7의 설명도.

도 19는 태양광 발진 장치를 구비한 실시예 8의 설명도.

도 20은 인버터 및 컨버터를 갖는 풍력 발전 장치를 구비한 실시예 9의 설명도.

도 21은 직류 송전 시스템을 구비한 실시예 10의 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1a, 1b : 전압 검출기

2a, 2b : 전류 검출기

3a : 차단기

5a : 2차 전지

6a : 트랜스포머

7a, 7b, 7c, 7f : 감산기

8a : 가산기

9a, 9b : 가감산기

10a, 10b, 10c, 10d : 전환기

(실시예 1)

본 발명의 실시예에 관해서 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1에 있어서, 차단기(3a)의 한쪽은 전력 시스템에 접속되어 있고, 다른쪽은 가정이나 공장이나 풍력 발전 시스템(4a) 등의 부하 및 전력 변환 시스템에 접속되어 있다. 전력 변환 시스템은 연계용의 트랜스포머(transformer)(6a)와 전력 변환기 및 2차 전지(5a) 및 전력 변환기를 제어하기 위한 시스템 제어 장치에 의해 구성되어 있다. 전력 변환기는 부하에 전력을 공급함과 함께, 풍력 발전 시스템(4a)에서 발생한 전력을 2차 전지(5a)에 저장한다.

전력 변환기의 연계점의 전압 Vc는 전압 검출기(1b)에서 검출하고, 위상 검출기에 입력한다. 또한 전력 변환기의 연계점 전류 Ic는 전류 검출기(2a)에서 검출하고, 변환기 제어기 및 자립·이상 판정기에 입력한다. 전력 변환기의 출력 전류 Iacr은 전류 검출기(2b)에서 검출하고 변환기 제어기에 입력한다. 또한, 차단기(3a)의 시스템측의 전압 Vs는 전압 검출기(1a)에서 검출하고, 위상 검출기, 변환기 제어기 및 자립·이상 판정기에 입력한다.

변환기 제어기는 위상 검출기가 출력하는 전압 위상 θc 및 θc’와, 전력 변환기의 연계점 전압 Vc와, 연계점 전류 lc 및 변환기 전류 Iacr에 기초하여 전력 변환기를 제어하는 게이트 펄스 Gp를 출력한다. 위상 검출기는 시스템의 전압 Vs, 전력 변환기의 연계점의 전압 Vc 및 자립·이상 판정기의 출력인 자립 신호 MD를 입력하고, 위상 판정기에 시스템 전압 Vs와 연계점 전압 Vc의 위상차 Δθ를 출력한다. 위상 판정기는 위상차 Δθ를 판정하고, 시스템 연계 허가 신호 Ra를 자립·이상 판정기로 출력한다.

자립·이상 판정기는 입력된 시스템 전압 Vs, 연계점 전류 lc, 연계 허가 신호 Ra에 기초하여 전력 변환기 시스템의 단독 운전 상태나, 시스템의 사고 등의 부하에 영향을 주는 사상을 검출하고, 차단기를 개방 또는 폐로하는 신호 So를 차단기(3a)로 출력함과 함께 자립 허가 신호 MD를 위상 검출기 및 변환기 제어기로 출력한다. 차단기(3a)는 자립·이상 판정기가 출력하는 폐로 또는 개로 신호 So를 받아 동작한다.

도 2는 자립·이상 판정기의 상세한 설명이다. 도 2에 있어서 시스템 전압 Vs 및 연계점 전류 lc는 각각 단독 운전 검출기 및 정전·과전압 검출기에 입력된다. 단독 운전 검출기는 연계점 전류 lc와 시스템 전압 Vs로부터 단독 운전 상태를 검출하고, 단독 운전 상태를 검출하면 신호 Ta의 값을 “1”로 설정하고 OR 회로로 출력한다. 또한, 정전·과전압 검출기는 전압의 저하나 상승 정도를 판정하여 이상을 검지했을 때에 신호 Oa의 값을 “1”로 설정하고, OR 회로로 출력한다. OR 회로에는 위상 판정기의 출력인 연계 허가 신호 Ra(연계 허가시에 “0”, 불허가 시 “1”)도 입력되어 있어 단독 운전 신호 Ta 또는 정전·과전압 신호 Oa 또는 연계 허가 신호 Ra 중 어느 하나가 “1”인 경우, 차단기(3a)에 개방 신호 So를 출력하고, 차단기(3a)를 개방하거나 또는 차단기(3a)의 개방 상태를 계속한다. 또한, OR 회로는 차단기 개방 신호 So를 출력함과 함께 자립 허가 신호 MD를 위상 검출기와 변환기 제어기로 출력한다.

도 3은 위상 판정기의 상세한 설명을 나타낸다. 위상 검출기로부터 출력된 위상차 신호 Δθ를 레벨 판정기에 입력하고, Δθ가 차단기를 폐로했을 때에 변환기 및 부하에 영향을 주지 않는 0 근방의 값일 때, 시스템 연계 허가 신호 Ra를 “0”으로 하여 자립·이상 판정기로 출력한다. 여기서, 위상차의 판정 레벨은, 예를 들면, 시스템 전압 Vs와 변환기 전압 Vc의 위상차가 A이고 전력 시스템으로부터 변환기기까지 리액턴스(reactance)가 X이면, 차단기를 폐로했을 때 하기 수학식 1에 의해 구해지는 전력 Po가 변환기와 시스템간에서 흡수 또는 방출되기 때문에, 이 전력 Po가 변환기 용량에 대해 충분히 작아지는 위상차 A를 선택하여 변환기로의 영향을 작게 한다.

또한, 상기 판정 레벨의 위상차 A의 값의 근방에 Δθ의 값이 있는 경우에, 출력의 연계 허가 신호 Ra가 “1”, “0”의 값을 조금씩 반복하는 것을 방지하기 위해서, 판정 레벨에 히스테리시스(hysteresis)를 갖게 하면 좋다.

도 4는 위상 검출기의 상세한 설명을 나타낸다. 변환기의 출력 전압 Vc로부터 위상 연산기에 의해 검출한 위상 신호 θc는 시스템 전압 Vs로부터 위상 연산기에 의해 검출된 위상 신호 θs와의 차를 감산기(7a)로써 연산하고, 연산한 위상차 Δθ를 위상 판정기로 출력한다. 또한, 위상 신호 θc는 변환기 제어기로 출력됨과 함께 위상 유지기에도 입력된다. 위상 유지기는 자립·이상 판정기의 자립 허가 신호 MD를 입력하고, 자립 허가 신호 MD가 자립 운전을 나타낸 경우, 그 시점으로부터의 위상에서 시스템 주파수의 자려 발진 모드(mode)로 이행하고 위상 신호 θch를 가산기(8a)로 출력한다. 또한, 위상차 Δθ는 리미터에 입력되고, 시스템에서 허용되는 주파수 변동에 상당하는 위상차로 보정량 Δθ를 제한하고, 제한한 값 Δθ’를 가산기(8a)로 출력한다. 가산기(8a)는 상기 위상 신호 θch와 Δθ’를 가산하고, 가산한 결과의 θc’를 변환기 제어기로 출력한다.

위상 연산기에 관해서 설명한다. 시스템 전압 Vc를 3상2상 변환하여 얻어지는 결과 cos(ω·t+ψ) 및 sin(ω·t+ψ) 내의 sin(ω·t+ψ)을 하기의 수학식 2 및 수학식 3으로 나타내는 푸리에(Fourier) 변환식으로 연산하고, VaR 및 Val을 얻는다. 또한, 마찬가지로 cos(ω·t+ψ)를 하기의 수학식 4 및 수학식 5로 나타내는 푸리에 변환식으로 연산하고, VbR 및 Vbl을 얻는다. 단, 내부 발진기 신호를 cos(ω·t) 및 sin(ω·t)로 하고, t를 시간, ψ를 내부 발진기와의 위상차로 한다.

또한 얻어진 결과를 이용하여 수학식 6 및 수학식 7로 나타내는 식으로 연산하여 VR 및 Vl을 얻는다.

연산 결과 VR 및 Vl은 수학식 8에 의한 좌표 변환으로 내부 발진기의 위상 cos(ω·t) 및 sin(ω·t)을 사용하여 교류 신호 Vcos 및 Vsin으로 변환된다.

또한 수학식 9로 나타내는 연산식으로 위상각 θc가 연산된다.

시스템 전압 Vs의 위상 신호 θs도 상기와 마찬가지로 하여 구한다.

도 5는 본 실시예의 변환기 제어기의 구성을 나타낸다. 또, 도 6은 도 5의 변환기 제어기의 검출기의 상세한 설명을 나타내고, 도 7은 도 5의 변환기 제어기의 제어기의 상세한 설명을 나타낸다.

도 6에 도시한 바와 같이 변환기 제어기는 전류 검출치 lc와 전압 검출치 Vc에 기초하여 PQ 연산기에서 시스템으로 출력되고 있는 유효 전력 P 및 무효 전력 Q를 연산한다. 이렇게 해서 얻은 유효 전력 P, 무효 전력 Q는 도 7에 도시한 유효 전력 조정기 APR, 무효 전력 조정기 AQR에 각각 입력되고, 유효 전력 조정기 APR 및 무효 전력 조정기 AQR에서 유효 전력 P 및 무효 전력 Q를 지령치 P*, Q*에 일치시키도록 전류 지령치 ld1*, lq1*을 연산하여 전환기(10a, 10b)로 출력한다. 또한, 변환기의 연계하고 있는 점의 전압 진폭 검출치 Vs’를 도 6에 도시한 진폭 연산기에 입력하여 연산하고, 리미터로 출력한다. 변환기의 출력 전압 Vc의 진폭치 Vc'도 도 6에 도시한 다른 진폭 연산기에서 연산되고, 도 7에 도시한 전압 조정기 AVR의 피드백(feedback) 신호로서 감산기(7f)에 입력된다. 도 6에 도시한 리미터는 전압 진폭 검출치 Vs’를 입력하고, 전압 진폭 검출치 Vs’를 시스템 전압의 정격 범위 내로 제한하여 필터(도시하지 않음)로 출력한다. 필터에서 고주파분을 제거한 전압 진폭 V*를 도 7의 전압 조정기 AVR의 지령치로서 이용하기 위해서 감산기(7f)로 출력한다. 감산기(7f)는 연산한 결과를 전압 조정기 AVR로 출력하고, 전압 조정기 AVR의 출력 ld2*는 전환기(10a)에 입력된다. 또한, 전류 피드백의 q축 성분 lq는 전환기(10b)에 입력되고, 전환기(10b)는 lq나 lq1* 중 어느 한쪽을 출력한다.

또한, 도 7의 전력 조정기 APR의 내부에 갖고 있는 적분치와, 전압 조정기 AVR의 내부에 갖고 있는 적분치는 동일한 메모리(memory) Za를 사용하고 있고, 제어에 사용하지 않은 쪽의 적분치를 제어에 사용하고 있는 쪽의 적분치에 일치하도록 설정하고 있다.

위상 신호 θc를 도 6에 도시한 전류 Iacr의 좌표 변환기와 전압 Vc의 좌표 변환기에 입력한다. 각 좌표 변환기는 위상 신호 θc로부터 3상 교류 신호를 2축의 직류량으로 변환하고, 전류 Iacr을 ld와 lq로 변환하고, 전압 Vc를 Vds와 Vqs로 변환한다. 전압의 d축 성분 Vds와 q축 성분 Vqs는 각각 전환기(10c, 10d)에 입력된다. 전환기(10c, 10d)는 연계 운전으로 통상 검출되어야 하는 전압 검출치의 d축 성분의 크기(1.0pu) 및 q축 성분의 크기(0.0pu)의 고정치가 입력된다. 각각의 전환기(10c, 10d)의 출력 신호를 Vds’, Vqs’로 하면, 출력에는 Vds와 Vqs가 출력되든지 또는 1.0pu와 0.0pu가 출력된다.

도 7에 도시한 전환기(10a)와 전환기(10b)의 출력 ld* 및 lq*는 각각 감산기(7b, 7c)에 입력되고, 전류 Iacr의 피드백치 ld 및 lq로 감산기(7b, 7c)에서 연산되어 결과를 각각 d축 전류 조정기 ACRd 및 q축 전류 조정기 ACRq로 출력한다. 또한, 전환기(10a, 10b)의 출력 ld* 및 lq*는 각각 비간섭 성분 연산기 wL로 출력된다. 전류 조정기 ACRd와 A전류 조정기 CRq의 출력은 가감산기(9a)와 가감산기(9b)에 입력된다. 또한 q축의 전류 지령치 lq*로부터 비간섭 성분 연산기 wL이 비간섭 성분을 연산하고 가감산기(9a)로 출력한다. 마찬가지로 d축의 전류지령치 ld*로부터 비간섭 성분 연산기 wL이 비간섭 성분을 연산하고 가감산기(9b)로 출력한다.

가감산기(9a, 9b)는 또한 전압 검출치의 d축 성분 Vds’와 q축 성분 Vqs’를 각각 가산하여 연산 결과의 Vd*와 Vq*를 2상3상 좌표 변환기로 출력한다. 2상3상 좌표 변환기는 위상 신호 θc’를 이용하여 입력된 Vd* 및 Vq*의 신호를 3상 교류로 변환하여 PWM 연산기로 출력한다. PWM 연산기는 2상3상 좌표 변환기의 출력을 PWM 연산하여 게이트 펄스(gate pulse) Gp를 출력한다. 이와 같이 2상3상 좌표 변환기는 θch와 Δθc’ 즉 리미터에 의해 값이 제한된 Δθ와의 합인 θc’를 이용하여 3상 교류로 변환하기 때문에, 전력 변환기의 출력 위상을 Δθ를 없애도록 조정할 수 있다.

자립 허가 신호 MD는 도 7의 전환기(10a)와 전환기(10b)와, 도 6의 전환기(10c)와 전환기(10d)에 입력된다. 자립 허가 신호 MD가 자립 운전으로 설정되면, 전환기(10a)는 ld*로서 ld2*를 선택하고, 전환기(10b)는 lq*로서 lq를 선택하고, 전환기(10c, 10d)는 전압 피드 포워드 성분을 고정하기 위해 Vds’에 1.0pu의 고정치를 사용하고, 전환기는 Vqs’에 0.0pu의 고정치를 사용한다.

본 실시예에서는 차단기(3a)의 시스템측의 전압 Vs를 위상 검출기에 입력하고 있기 때문에, 자립 운전시에 시스템 전압이 복귀했을 때에 전력 변환 시스템의 출력 위상을 시스템의 위상에 일치하도록 조정할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 자립 운전시에 시스템 전압이 복귀했을 때 변환기의 과전류나 부하로의 영향이 적다. 또한, 차단기(3a)의 폐로를 위상이 일치한 시점에서 직접 전력 변환기 시스템을 조작하여 폐로할 수 있기 때문에, 연계 보호 장치 등의 기기가 불필요해진다.

본 실시예에서는 위상 검출기의 출력을 자립 운전으로의 이행시에 일부를 홀드할 뿐이고, 전류 검출의 좌표 변환은 위상 검출기의 신호를 그대로 사용하고 있기 때문에, 자립 운전으로의 이행이나 시스템 연계로의 복귀시에 위상 검출 신호가 급변하지 않아 전력 변환기를 안정적으로 제어할 수 있다.

본 실시예에서는 시스템 연계 운전과 자립 운전에서 전류 제어계를 공통으로 사용하고 있고, 전환시의 제어량의 급변이 억제된다. 또한, 전류 제어를 자립 운전시에 사용함으로써, 부하가 변동하여 변환기의 용량을 넘는 경우, 전류 제어의 리미터 동작에 의해 과전류를 방지할 수 있다.

본 실시예에서는 변환기 전압의 피드 포워드 성분 Vds, Vqs를 자립 운전시에 고정함으로써 고조파를 저감할 수 있다.

본 실시예에서는 전류 제어의 한쪽(본 실시예에서는 d축)의 지령치를 전압 제어의 출력으로 하고, 다른 한쪽의 전류 제어 입력 편차를 0으로 하고, 또한 전류 검출의 좌표 변환에 위상 검출 신호를 이용함으로써 종래의 전류 벡터 제어를 사용하면서 자립 운전의 제어로 전환이 가능해진다. 또한 2상3상의 좌표 변환을 자려 발진의 위상 신호 θc’를 이용함으로써, 자립 운전시의 출력 전압 주파수를 안정화할 수 있다.

본 실시예에서는 전력 조정기 APR과 전압 조정기 AVR의 적분량을 사용하고 있는 측의 적분량에 일치시키고 있기 때문에, 전환시에 제어량의 급변없이 안정적으로 전환이 가능해진다.

본 실시예에서는 위상차 Δθ의 보정량에 제한을 두고, 시스템에서 허용된 주파수 변동분에 상당하는 양 이내의 위상 보정량으로 위상 조정하기 때문에, 부하의 주파수 변동을 최소한으로 억제하면서 자립 운전으로부터 시스템 연계 운전으로 복귀할 수 있다.

본 실시예에서는 전압 조정기 AVR의 전압 지령치 V*에 차단기의 시스템측 전압 Vs를 갖고, 그것에 시스템에서 정해지는 전압 허용 범위 내의 리미터를 설치하여 그 출력을 지령치로 함으로써, 자립 운전시에 시스템 전압이 저하하고 있을 때에는 리미터의 하한치가 전압 지령치가 되고, 또한, 시스템의 전압이 복귀했을 때에는 자립계의 전압은 시스템의 전압에 일치시키는 것이 가능해진다.

다음에, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 또, 각 도면을 통해서 동등한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.

(실시예 2)

도 8 및 도 9는 본 실시예의 변환기 제어기의 검출기와 제어기를 나타낸다. 본 실시예에서는 실시예 1과는 달리 변환기 제어기의 전압 피드 포워드 검출치 Vds 및 Vqs를 자립 운전시에도 시스템 연계 운전시와 마찬가지로 검출한 값을 사용한다. 본 실시예에 따르면, 실시예 1과 마찬가지의 효과 외에 전압 피드 포워드 검출치를 항상 사용하고 있기 때문에, 자립 운전시에 송전선에서 사고 등이 발생했을 때의 전압 변동에 고속으로 추종할 수 있어 변환기의 과전류를 방지할 수 있다.

(실시예 3)

도 10 및 도 11은 본 실시예의 검출기와 제어기를 나타낸다. 본 실시예에서는 실시예 1의 자립 운전시의 변환기 제어기의 구성이 다르고, 유효 전력 조정기 APR 대신에 d축 전압 조정기 AVRd를 이용하고, 무효 전력 조정기 AQR 대신에 q축 전압 조정기 AVRq를 이용한다.

본 실시예에 따르면, 실시예 1과 마찬가지의 효과 외에 d축 성분과 q축 성분의 양방을 전류 조정기에서 제어할 수 있기 때문에 과전류에 대한 억제 효과가 있다.

(실시예 4)

도 12 및 도 13은 본 실시예의 검출기와 제어기를 나타낸다. 본 실시예에서는 실시예 3의 자립 운전시의 변환기 제어기의 구성이 다르고, 전류의 좌표 변환도 고정 위상 θc’를 이용한다. 본 실시예에 따르면, 실시예 1과 마찬가지의 효과 외에 d축 성분과 q축 성분의 양방을 전류 조정기에서 제어할 수 있기 때문에 과전류에 대한 억제 효과가 있다.

(실시예 5)

도 14 및 도 15는 본 실시예의 검출기와 제어기를 나타낸다. 본 실시예에서는 실시예 3의 자립 운전시의 변환기 제어기의 구성이 다르고, 2상3상 변환의 기준 위상에 위상 검출 신호 θc를 이용한다. 본 실시예에 따르면, 실시예 1과 마찬가지의 효과 외에 d축 성분과 q축 성분의 양방을 전류 조정기에서 제어할 수 있기 때문에 과전류에 대해 억제 효과가 있다.

(실시예 6)

도 16과 도 17은 본 실시예의 검출기와 제어기를 나타낸다. 본 실시예에서는 실시예 3의 자립 운전시의 변환기 제어기의 구성이 다르고, 전압 피드 포워드 성분을 연산하는 좌표 변환의 기준 위상 신호로 고정한 신호 θc’를 이용한다. 본 실시예에 따르면, 실시예 1과 마찬가지의 효과 외에 d축 성분과 q축 성분의 양방을 전류 조정기에서 제어할 수 있기 때문에 과잔류에 대한 억제 효과가 있다.

(실시예 7)

본 실시예는 도 18에 도시한 바와 같이 실시예 1의 2차 전지(5a) 대신에 초전도 전력 축적 시스템을 구비하였다. 전력 변환기의 직류 부분에는 초전도 코일(100)이 설치되어 있고, 상기 초전도 전력 축적 시스템은 시스템 제어 장치로부터의 지령에 의해 전력을 시스템으로 교환한다. 본 실시예에서는 초전도 전력 축적 시스템의 자립 운전을 가능하게 된다.

(실시예 8)

본 실시예는 도 19에 도시한 바와 같이, 실시예 1의 2차 전지(5a) 대신에 태양광 발전 장치(101)를 구비하였다. 태양광 발전 장치(101)의 전력 변환기의 직류 부분에는 태양 전지 패널(101)이 설치되어 있고, 제어 장치로부터의 지령에 의해 전력을 시스템으로 방출한다.

(실시예 9)

본 실시예는 도 20에 도시한 바와 같은 인버터 및 컨버터를 갖는 풍력 발전 시스템(4b)을 구비하였다. 인버터 및 컨버터의 직류 부분은 공통으로 사용하고 있고, 전력 저장용의 2차 전지(5a)가 설치되어 있고, 시스템 제어 장치로부터의 지령에 의해 전력을 시스템으로부터 흡수 혹은 방출한다. 풍력 발전 시스템(4b)은 복수여도 좋다.

(실시예 10)

본 실시예는 도 21에 도시한 직류 송전 시스템(102)을 구비하였다. 직류 송전 시스템의 출력은 전력 변환기에 의해 시스템으로 전력을 공급한다.

본 발명에 따라 자립 운전시에 시스템 전압이 복귀했을 때에 전력 변환 시스템의 출력 위상을 시스템의 위상에 일치하도록 조정할 수 있다. 따라서, 자립 운전시에 시스템 전압이 복귀했을 때 변환기의 과전류나 부하로의 영향이 적다. 또한, 차단기의 폐로를 위상이 일치한 시점에서 직접 전력 변환기 시스템을 조작하여 폐로할 수 있기 때문에, 연계 보호 장치 등의 기기가 불필요해진다.

본 발명에 따라 위상 검출기의 출력을 자립 운전으로의 이행시에 일부를 홀드할 뿐이고, 전류 검출의 좌표 변환은 위상 검출기의 신호를 그대로 사용하고 있기 때문에, 자립 운전으로의 이행이나 시스템 연계로의 복귀시에 위상 검출 신호가 급변하지 않아 전력 변환기를 안정적으로 제어할 수 있다.

본 발명에 따라 시스템 연계 운전과 자립 운전에서 전류 제어계를 공통으로 사용하고 있고, 전환시의 제어량의 급변이 억제되고, 전류 제어를 자립 운전시에 사용함으로써, 부하가 변동하여 변환기의 용량을 넘는 경우, 전류 제어의 리미터 동작에 의해 과전류를 방지할 수 있다.

본 발명에 따라 변환기 전압의 피드 포워드 성분 Vds, Vqs를 자립 운전시에 고정함으로써 고조파를 저감할 수 있다.

본 발명에 따라 전류 제어의 한쪽의 지령치를 전압 제어의 출력으로 하고, 다른 한쪽의 전류 제어 입력 편차를 0으로 하고, 또한 전류 검출의 좌표 변환에 위상 검출 신호를 이용함으로써 종래의 전류 벡터 제어를 사용하면서 자립 운전의 제어로 전환이 가능해진다. 또한 2상3상의 좌표 변환을 자려 발진의 위상 신호 θc’를 이용함으로써, 자립 운전시의 출력 전압 주파수를 안정화할 수 있다.

본 발명에 따라 전력 조정기 APR과 전압 조정기 AVR의 적분량을 사용하고 있는 측의 적분량에 일치시키고 있기 때문에, 전환시에 제어량의 급변없이 안정적으로 전환이 가능해진다.

본 발명에 따라 위상차 Δθ의 보정량에 제한을 두고, 시스템에서 허용된 주파수 변동분에 상당하는 양 이내의 위상 보정량으로 위상 조정하기 때문에, 부하의 주파수 변동을 최소한으로 억제하면서 자립 운전으로부터 시스템 연계 운전으로 복귀할 수 있다.

본 발명에 따라 전압 조정기 AVR의 전압 지령치 V*에 차단기의 시스템측 전압 Vs를 갖고, 그것에 시스템에서 정해지는 전압 허용 범위 내의 리미터를 설치하여 그 출력을 지령치로 함으로써, 자립 운전시에 시스템 전압이 저하하고 있을 때에는 리미터의 하한치가 전압 지령치가 되고, 또한, 시스템의 전압이 복귀했을 때에는 자립계의 전압은 시스템의 전압에 일치시키는 것이 가능해진다.

Claims

전력 변환 시스템에 있어서,

한쪽을 전력 시스템에 접속하고 다른 한쪽에 부하를 접속한 차단 투입 수단과, 연계용의 트랜스포머와, 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 제어하는 제어 장치를 포함하고,

상기 전력 변환기가 부하에 전력을 공급하고, 상기 부하와 함께 차단 투입 수단을 통해 전력 시스템에 접속하고, 상기 제어 장치가 상기 차단 투입 수단의 상기 전력 시스템측의 교류 전압과, 상기 부하측의 교류 전압에 기초하여 상기 전력 시스템측 교류 전압과 부하측 교류 전압과의 위상차를 없애도록 상기 전력 변환기의 출력 위상을 조정하기 위한 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 위상차에 따라서 상기 차단 투입 수단을 개폐하기 위한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
제2항에 있어서,

상기 제어 장치는 시스템 연계시와 자립 운전시에 전류 지령을 전환하는 전류 제어계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
전력 변환 시스템에 있어서,

한쪽을 전력 시스템에 접속하고 다른 한쪽에 부하를 접속한 차단 투입 수단과, 연계용의 트랜스포머와, 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 제어하는 제어 장치를 포함하고,

상기 전력 변환기는 부하에 전력을 공급하고, 상기 부하와 함께 차단 투입 수단을 통해 전력 시스템에 접속되고,

상기 제어 장치는 상기 차단 투입 수단의 상기 전력 시스템측의 교류 전압과, 상기 부하측의 교류 전압에 기초하여 상기 전력 시스템측 교류 전압과 부하측 교류 전압과의 위상차에 따라 상기 차단 투입 수단을 개폐하기 위한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
제4항에 있어서,

상기 위상차가 0 근방일 때에 상기 제어 장치는 상기 차단 투입 수단을 폐로하기 위한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전력 변환기는 또한 풍력 발전 시스템에 접속되고, 상기 전력 변환기는 전력 저장 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
제4항에 있어서,

상기 전력 변환기는 또한 풍력 발전 시스템에 접속되고, 상기 전력 변환기가 전력 저장 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
부하에 전력을 공급하고, 상기 부하와 함께 차단 투입 수단을 통해 전력 시스템에 접속되는 전력 변환기의 제어 방법에 있어서,

상기 전력 변환기의 자립 운전시에 상기 차단 투입 수단의 상기 전력 시스템측의 교류 전압 및 상기 부하측의 교류 전압에 기초하여 상기 전력 시스템측 교류 전압과 부하측 교류 전압과의 위상차를 없애도록 상기 전력 변환기의 출력 위상을 조정하는 제1 단계와,

다음에, 상기 위상차가 0 근방일 때 상기 차단 투입 수단을 폐로하는 제2 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 제어 방법.