WO2015163008A1 - 残電圧演算回路、停電判定回路、および系統連系装置 - Google Patents

残電圧演算回路、停電判定回路、および系統連系装置 Download PDF

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邦彦 齋木
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株式会社明電舎
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    • G—PHYSICS
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    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/16—Measuring asymmetry of polyphase networks

Definitions

  • the present invention relates to a remaining voltage calculation circuit capable of estimating a remaining voltage in a circuit connected to a three-phase system regardless of an accident aspect such as a three-phase short circuit or a two-phase short circuit.
  • FIG. 8 shows a block diagram of the grid interconnection device 1 having a power failure determination circuit.
  • 2 is a system
  • 3 is an inverse converter that performs AC / DC power conversion
  • 4 is a DC power source such as a solar battery.
  • the three-phase phase voltages V R , V S and V T are converted into line voltages V RS and V ST by the interconnection transformers 5a and 5b.
  • the line voltage calculator 7 calculates the line voltage V TR from the line voltages V RS and V ST .
  • RMS values are calculated for each of the three line voltages V RS , V ST , and V TR by the RMS value calculators 8a, 8b, and 8c, and the RMS value and the threshold voltage are calculated by the comparators 9a, 9b, and 9c. Compare.
  • a stop signal for stopping the inverse converter 3 is generated using the logical sum of the comparison results as a determination result of the voltage drop state.
  • JP 2004-156986 A Japanese Patent Laid-Open No. 4-95775 JP-A-6-245383 JP-A-10-155276 JP 2012-252443 A
  • FIG. 9 shows a vector diagram of voltages in a three-phase short circuit and a two-phase short circuit when the residual voltage is 20% as an example of the appearance in these system faults.
  • the residual voltage indicates a voltage ratio at the time of occurrence of an accident with respect to a normal time.
  • FIG. 9A is a voltage vector diagram when a three-phase short circuit occurs
  • FIGS. 9B and 9C are voltage vector diagrams when a two-phase short circuit accident occurs in the system 2.
  • FIG. The solid line in FIG. 9 shows the line voltage vector after the occurrence of the system fault.
  • the magnitude of the line voltage vector after the accident depends on the impedance of the system and the configuration of the interconnection transformers 5a and 5b. If a two-phase short-circuit accident occurs in the host system, and there is no phase shift due to the connection of the interconnection transformers 5a and 5b at the point of failure and the power receiving point of the grid interconnection device 1, the line voltage vector of (b) Become. When the phase is shifted by 30 ° due to the connection of the interconnection transformers 5a and 5b, the line voltage vector of (c) is obtained. In the accident aspects shown in (a) and (b), it is possible to estimate a decrease in the residual voltage from the minimum value of the line voltage effective value.
  • the present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and one aspect thereof is a phase synchronization circuit that calculates a positive phase and a negative phase based on a line voltage of a three-phase system, and a line-to-line
  • a DQ conversion unit for calculating a normal phase D-axis component, a normal phase Q-axis component, a negative phase D-axis component, and a negative phase Q-axis component by converting rotational coordinates according to a normal phase and a negative phase, and a normal phase D axis;
  • a low-pass filter that removes interference components by low-pass filter processing, a positive-phase D-axis component, and a positive-phase Q-axis from which the interference components have been removed.
  • An absolute value calculation unit that calculates an absolute value of the positive phase component based on the component and calculates an absolute value of the negative phase component based on the negative phase D axis component and the negative phase Q axis component from which the interference component has been removed;
  • Asymmetric residual power which is the residual voltage that does not depend on the accident aspect at the time of voltage drop from the difference between the absolute value and the absolute value of the negative phase component Characterized in that and a differentiator for calculating a.
  • an adder that calculates a symmetric residual voltage that is a residual voltage at the time of a three-phase short-circuit when the voltage is reduced from the sum of the absolute value of the positive phase component and the absolute value of the negative phase component. It is characterized by.
  • the power failure state of the system may be determined based on the asymmetric residual voltage or the symmetric residual voltage.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a remaining voltage calculation circuit according to the first embodiment.
  • the voltage vector figure which shows an asymmetrical residual voltage and a symmetrical residual voltage.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an asymmetric / symmetric residual voltage calculation circuit in the second embodiment.
  • the time chart which shows the residual voltage in a steady state.
  • the time chart which shows the residual voltage at the time of a 3-phase short circuit.
  • the time chart which shows the residual voltage at the time of a two-phase short circuit (interconnection transformer: Y / Y connection).
  • the time chart which shows the residual voltage in (interconnection transformer: Y / (DELTA) connection) at the time of a two-phase short circuit.
  • the block diagram which shows the grid connection apparatus which has a power failure determination circuit.
  • the present invention provides a circuit system for estimating a residual voltage in an accident aspect at any voltage drop in a circuit connected to a three-phase system.
  • the voltage drop amount is estimated by a method of collectively processing the voltage drop amount by the coordinate conversion process.
  • Embodiments 1 and 2 in the residual voltage calculation circuit according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a remaining voltage calculation circuit according to the first embodiment.
  • the remaining voltage calculation circuit in the first embodiment is the same as the power failure determination circuit shown in FIG. 8 until the line voltages V RS and V ST are taken in by the AD converters 6a and 6b, but the subsequent processing is different.
  • the line voltages V RS and V ST are DQ converted by the positive phase phase ⁇ pos and the negative phase phase ⁇ neg
  • the positive phase D axis component V POSD and the positive phase Q axis are converted.
  • the component V POSQ , the negative phase D-axis component V NEGD , and the negative phase Q-axis component V NEGQ are obtained.
  • the positive phase component is the second harmonic component in the positive phase D-axis component V POSD and the positive phase Q-axis component V POSQ is the negative phase component
  • the negative phase D-axis component V NEGD and the negative phase Q-axis component V NEGQ is the positive phase component. Since they are superposed, the low pass filters LPFa, LPFb, LPFc, and LPFd perform LPF processing (periodic moving average processing: Patent Document 5 and other processing capable of removing second-order harmonic components) and remove them.
  • LPF processing periodic moving average processing: Patent Document 5 and other processing capable of removing second-order harmonic components
  • the absolute value calculation units 13a and 13b calculate the positive phase component absolute value V POS and the negative phase component absolute value V NEG by calculating the absolute values of the DQ axis components of the normal phase and the negative phase, respectively.
  • the asymmetric residual voltage V DIPA can be calculated. Since this asymmetric residual voltage V DIPA can calculate the residual voltage regardless of the state of the system fault , voltage determination is possible, and more appropriate control is possible in FRT requirements and the like.
  • the grid interconnection device linked to the three-phase power system it is possible to estimate the residual voltage and the accident aspect of the grid when a grid fault occurs.
  • the power failure circuit it is also possible to determine a power failure based on the asymmetric residual voltage V DIPA . Furthermore, the residual voltage calculation circuit and the power failure determination circuit can be applied to a grid interconnection device.
  • the circuit for obtaining the asymmetric residual voltage V DIPA is shown.
  • the asymmetric residual voltage V DIPA calculates the residual voltage in both the three-phase short circuit and the two-phase short circuit, for example, only when a three-phase short circuit occurs. If you want to detect, you need to consider another method. Therefore, a symmetrical remaining voltage V DIPB calculating the purpose of detection of residual voltage only when the voltage at the asymmetric residual voltage V DIPA and a three-phase symmetrical to calculate the residual voltage regardless of the asymmetric component is lowered as shown in FIG. 2 It is defined by a voltage vector diagram.
  • the absolute value calculation units 13a and 13b calculate the positive phase component absolute value V POS and the negative phase component absolute value V NEG and calculate the asymmetric residual voltage V DIPA from the difference between them.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the adder 15 calculates the symmetric residual voltage V DIPB from the sum of the positive phase component absolute value V POS and the negative phase component absolute value V NEG .
  • FIG. 2 shows the asymmetric residual voltage V DIPA and the symmetric residual voltage V DIPB in each accident aspect.
  • the asymmetric residual voltage V DIPA shows a residual voltage of 20% in any case.
  • the symmetrical residual voltage V DIPB shows a residual voltage of 20% only in the three-phase short-circuit case of (a) in the accident aspect shown in FIG. 2, and shows a residual voltage of 100% in the two-phase short-circuit of (b) and (c). .
  • Symmetrical remaining voltage V DIPB in (a) (b) or (c) symmetric remaining voltage V DIPB greatly differs for, by obtaining a symmetrical remaining voltage V DIPB, it is possible to detect only the three-phase short-circuit state.
  • the asymmetric residual voltage V DIPA is constant in the steady state of FIG. 4, but is 20% in any state when the residual voltage in FIGS. 5, 6 and 7 is 20%. I can confirm that. Further , it can be confirmed that the symmetrical residual voltage V DIPB is 20% only when the three-phase short circuit shown in FIG. 5 is reached , and a change can be confirmed only when the three-phase short circuit occurs.
  • the grid interconnection device has been described as an example, but the present invention is not limited to the grid interconnection device.
  • the present invention can also be applied to other devices that perform control in an unbalanced state in a three-phase signal.

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Abstract

　位相同期回路１１により三相系統の線間電圧ＶRS，ＶSTに基づいて正相位相θPOSと逆相位相θnegを計算する。ＤＱ変換部１２ａ，１２ｂにおいて線間電圧ＶRS，ＶSTを正相位相θPOSと逆相位相θnegより回転座標変換して正相Ｄ軸成分ＶPOSD，正相Ｑ軸成分ＶPOSQ，逆相Ｄ軸成分ＶNEGD，逆相Ｑ軸成分ＶNEGQを計算する。絶対値演算部１３ａ，１３ｂにより正相Ｄ軸成分ＶPOSD，正相Ｑ軸成分ＶPOSQに基づき正相成分絶対値ＶＰＯＳを計算し逆相Ｄ軸成分ＶNEGD，逆相Ｑ軸成分ＶNEGQに基づき逆相成分絶対値ＶNEGを計算する。差分器１４により正相成分絶対値ＶPOSと逆相成分絶対値ＶNEGとの差から電圧低下時の事故様相によらない残電圧である非対称残電圧ＶDIPAを計算する。これにより、３相系統に連系する回路において、いかなる電圧低下時の事故様相においても残電圧を推定する。

Description

残電圧演算回路、停電判定回路、および系統連系装置
　本発明は、３相系統に連系する回路において、三相短絡や二相短絡などの事故様相によらず、残電圧を推定することができる残電圧演算回路に関する。
　図８に停電判定回路を有する系統連系装置１のブロック図を示す。図８において、２は系統、３は交流／直流電力変換を行う逆変換器、４は太陽電池などの直流電源を表す。
　図８は、３相の相電圧ＶR，ＶS，ＶTを連系トランス５ａ，５ｂにより線間電圧ＶRS，ＶSTに変換する。この線間電圧ＶRS，ＶSTをＡＤ変換器６ａ，６ｂによりデジタル信号に変換後、線間電圧演算部７において線間電圧ＶRS，ＶSTから線間電圧ＶTRを計算する。実効値演算部８ａ，８ｂ，８ｃにより３つの線間電圧ＶRS，ＶST，ＶTRそれぞれに対して実効値演算を行い、比較器９ａ，９ｂ，９ｃによりその実効値と闘値電圧とを比較する。ＯＲ回路１０において、その比較結果の論理和を電圧低下状態の判定結果として逆変換器３を停止する停止信号を生成する。
特開２００４－１５６９８６号公報 特開平４－９５７７５号公報 特開平６－２４５３８３号公報 特開平１０－１５５２７６号公報 特開２０１２－２５２４４３号公報
ＪＥＡＣ９７０１－２０１２
　系統連系規定（ＪＥＡＣ９７０１－２０１２）などに規定される運転継続（Ｆａｕｌｔ　Ｒｉｄｅ　Ｔｈｒｏｕｇｈ）要件（以下、ＦＲＴ要件と称する）において、三相短絡時や二相短絡時における運転の継続性が求められている。これらの系統事故における様相の１例として、残電圧２０％における三相短絡、二相短絡における電圧のベクトル図を図９に示す。ここで、残電圧は正常時に対する事故発生時の電圧比率を示す。
　図９において、（ａ）が三相短絡時の電圧ベクトル図、（ｂ）と（ｃ）は系統２で二相短絡事故が発生した場合の電圧ベクトル図である。図９の実線に、系統事故発生後の線間電圧ベクトルを示す。
　事故後の線間電圧ベクトルの大きさは、系統のインピーダンスおよび連系トランス５ａ，５ｂの構成に依存する。上位系統で二相短絡事故が発生し、その時に事故点と系統連系装置１の受電点で連系トランス５ａ，５ｂの結線による位相のずれがない場合は（ｂ）の線間電圧ベクトルとなる。連系トランス５ａ，５ｂの結線により位相が３０°ずれる場合は（ｃ）の線間電圧ベクトルとなる。（ａ）と（ｂ）に示す事故様相では、線間電圧実効値の最低値から残電圧の低下を推定することができる。しかし、（ｃ）の場合では、線間電圧実効値の最低値が（ａ）（ｂ）と比較して大きいため線間電圧実効値の最低値から残電圧の推定が困難であり、運転継続の判定や制御の切り替えなどを実施する場合に問題となる。
　以上示したようなことから、３相系統に連系する回路において、いかなる電圧低下時の事故様相においても残電圧を推定することが課題となる。
　本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、三相系統の線間電圧に基づいて正相位相と逆相位相を計算する位相同期回路と、線間電圧を正相位相と逆相位相により回転座標変換して正相Ｄ軸成分，正相Ｑ軸成分，逆相Ｄ軸成分，逆相Ｑ軸成分を計算するＤＱ変換部と、正相Ｄ軸成分，正相Ｑ軸成分，逆相Ｄ軸成分，逆相Ｑ軸成分をそれぞれローパスフィルタ処理により干渉成分を除去するローパスフィルタと、前記干渉成分を除去した正相Ｄ軸成分，正相Ｑ軸成分に基づいて正相成分絶対値を計算し、前記干渉成分を除去した逆相Ｄ軸成分，逆相Ｑ軸成分に基づいて逆相成分絶対値を計算する絶対値演算部と、正相成分絶対値と逆相成分絶対値との差から電圧低下時の事故様相によらない残電圧である非対称残電圧を計算する差分器と、を備えたことを特徴とする。
　また、その一態様として、前記正相成分絶対値と逆相成分絶対値の和から電圧低下時の事故様相が３相短絡時の残電圧である対称残電圧を計算する加算器を備えたことを特徴とする。
　また、前記非対称残電圧または前記対称残電圧により系統の停電状態を判定してもよい。
　本発明によれば、３相系統に連系する回路において、いかなる電圧低下時の事故様相においても残電圧を推定することが可能となる。
実施形態１における残電圧演算回路を示すブロック図。 非対称残電圧と対称残電圧を示す電圧ベクトル図。 実施形態２における非対称／対称残電圧演算回路を示すブロック図。 定常状態における残電圧を示すタイムチャート。 ３相短絡時における残電圧を示すタイムチャート。 ２相短絡時（連系トランス：Ｙ／Ｙ結線）における残電圧を示すタイムチャート。 ２相短絡時における（連系トランス：Ｙ／Δ結線）における残電圧を示すタイムチャート。 停電判定回路を有する系統連系装置を示すブロック図。 電圧低下時の電圧ベクトル図。
　本発明は、３相系統に連系する回路において、いかなる電圧低下時の事故様相においても残電圧を推定するための回路方式を提供するものである。
　先に説明したとおり、線間電圧それぞれに対して電圧低下量の判定を行うと、事故様相によっては残電圧を推定することが困難である。そのため、電圧低下量を座標変換処理により一括で処理する方法により電圧低下量を推定する。
　以下、本発明に係る残電圧演算回路における実施形態１～２を図３～図９に基づいて詳述する。
　［実施形態１］
　図１は、実施形態１における残電圧演算回路を示すブロック図である。
　本実施形態１における残電圧演算回路は、図８に示す停電判定回路と線間電圧ＶRS，ＶSTをＡＤ変換器６ａ，６ｂによって取り込むまでは同一だが、それ以降の処理が異なる。
　まず、図１に示すように、線間電圧ＶRS，ＶSTより位相同期回路１１により正相位相θpos（＝１次の位相成分）と逆相位相θneg（＝－１次の位相成分)を求める。次に、ＤＱ変換部１２ａ，１２ｂにおいて、これらの正相位相θpos，逆相位相θnegにより線間電圧ＶRS，ＶSTをＤＱ変換し、正相Ｄ軸成分ＶPOSD、正相Ｑ軸成分ＶPOSQ、逆相Ｄ軸成分VNEGD，逆相Ｑ軸成分ＶNEGQを求める。
　正相Ｄ軸成分ＶPOSD，正相Ｑ軸成分ＶPOSQには逆相成分が、逆相Ｄ軸成分ＶNEGD，逆相Ｑ軸成分ＶNEGQには正相成分がそれぞれ２次高調波成分として重畳されているため、ローパスフィルタＬＰＦａ，ＬＰＦｂ、ＬＰＦｃ，ＬＰＦｄにより、ＬＰＦ処理（周期移動平均処理：特許文献５や、その他２次高調波成分を除去可能な処理）し、これを除去する。以上の技術は、特許文献１に開示されている。
　次に、絶対値演算部１３ａ，１３ｂにおいて、正相と逆相それぞれのＤＱ軸成分の絶対値を演算することにより、正相成分絶対値ＶPOSと逆相成分絶対値ＶNEGを計算する。
　この正相成分絶対値ＶPOSと逆相成分絶対値ＶNEGの差分を差分器１４において計算することにより、非対称残電圧ＶDIPAを計算することができる。この非対称残電圧ＶDIPAは系統事故の様相によらずに残電圧を計算することができるため、電圧判定が可能となり、ＦＲＴ要件などにおいてより適切な制御が可能となる。
　以上示したように、本実施形態１によれば、３相の電力系統に連系する系統連系装置において、系統事故発生時の系統の残電圧と事故様相を推定することが可能となる。
　また、停電回路において、この非対称残電圧ＶDIPAに基づいて、停電の判定を行うことも可能である。さらに、前記残電圧演算回路，停電判定回路を系統連系装置に適用可能である。
　［実施形態２］
　実施形態１において、非対称残電圧ＶDIPAを求める回路を示したが、非対称残電圧ＶDIPAは三相短絡と二相短絡いずれの事故様相においても残電圧を計算するため、例えば三相短絡時のみを検出したい場合などには別の方法を検討する必要がある。そこで、非対称成分によらず残電圧を計算する非対称残電圧ＶDIPAと３相対称で電圧が低下したときのみの残電圧の検出を目的として計算する対称残電圧ＶDIPBを図２に示すように電圧ベクトル図にて定義する。
　図３に示すように、絶対値演算部１３ａ，１３ｂにおいて、正相成分絶対値ＶPOSと逆相成分絶対値ＶNEGを計算して、その差から非対称残電圧ＶDIPAを計算するところまでは実施形態１と同様である。本実施形態２では、加算器１５により、正相成分絶対値ＶPOSと逆相成分絶対値ＶNEGの和から対称残電圧ＶDIPBを計算している点が実施形態１と異なっている。
　図２は、各事故様相における非対称残電圧ＶDIPAおよび対称残電圧ＶDIPBを示している。非対称残電圧ＶDIPAは何れのケースでも残電圧２０％を示す。対称残電圧ＶDIPBは、図２に示す事故様相において（ａ）の３相短絡ケースにおいてのみ残電圧２０％を示し、（ｂ）と（ｃ）の２相短絡においては残電圧１００％を示す。（ａ）の対称残電圧ＶDIPBと（ｂ）または（ｃ）の対称残電圧ＶDIPBは大きく異なるため、対称残電圧ＶDIPBを求めることによって、３相短絡状態のみを検出することができる。
　また、三相短絡時は二相短絡時と比較して電圧の変化量が大きく、逆変換器３の損失の増大や連系トランス５ａ，５ｂの突入電流が大きくなるなどの問題がある。そのため、二相短絡時と比較してより素早く電圧低下を検出する必要がある。そこで、対称残電圧ＶDIPBを用いて電圧低下を検出することにより、３相短絡状態のみをより素早く検出することができる。
　さらに、非対称残電圧ＶDIPAと対称残電圧ＶDIPBの比較により、電圧低下時の事故様相が三相短絡か二相短絡かを判定することが可能になり、事故様相による系統連系装置の制御の切り替えなどを実施することが可能になる。
　以降の図４～図７に定常状態、３相短絡時、２相短絡時（連系トランス：Ｙ結線），２相短絡時（連系トランス：Δ結線）における線間電圧ＶRS，ＶST，ＶTR，正相成分絶対値ＶPOS，逆相成分絶対値ＶNEG，非対称残電圧ＶDIPA，対称残電圧ＶDIPBの所定の条件におけるシミュレーション波形例を示す。
　これらの波形例より、非対称残電圧ＶDIPAは図４の定常状態においては一定だが、図５，図６、図７における残電圧が２０％となる電圧低下時のいずれの状態でも２０％となることを確認できる。また、対称残電圧ＶDIPBでは図５の三相短絡時のみにおいて２０％となることを確認でき、三相短絡時のみの変化を確認できる。
　以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
　例えば、実施形態１，２では系統連系装置を例にとって説明したが、本発明は系統連系装置に限るものではない。三相信号において不平衡状態により制御を行う他の装置にも適用可能である。

Claims (4)

  1. 　三相系統の線間電圧に基づいて正相位相と逆相位相を計算する位相同期回路と、
    　線間電圧を正相位相と逆相位相により回転座標変換して正相Ｄ軸成分，正相Ｑ軸成分，逆相Ｄ軸成分，逆相Ｑ軸成分を計算するＤＱ変換部と、
    　正相Ｄ軸成分，正相Ｑ軸成分，逆相Ｄ軸成分，逆相Ｑ軸成分をそれぞれローパフィルタ処理により干渉成分を除去するローパスフィルタと、
    　前記干渉成分を除去した正相Ｄ軸成分，正相Ｑ軸成分に基づいて正相成分絶対値を計算し、前記干渉成分を除去した逆相Ｄ軸成分，逆相Ｑ軸成分に基づいて逆相成分絶対値を計算する絶対値演算部と、
    　正相成分絶対値と逆相成分絶対値との差から非対称残電圧を計算する差分器と、を備えた残電圧演算回路。
  2. 　前記正相成分絶対値と前記逆相成分絶対値の和から対称残電圧を計算する加算器を備えた請求項１記載の残電圧演算回路。
  3. 　請求項１または請求項２の残電圧演算回路で算出された前記非対称残電圧または前記対称残電圧の少なくとも何れか一方を用いることにより、系統の停電状態を判定する停電判定回路。
  4. 　請求項１～３のうち何れか１項に記載の回路を備えた系統連系装置。
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