WO2020152751A1

WO2020152751A1 - 電力変換装置および電力変換システム

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Publication number: WO2020152751A1
Application number: PCT/JP2019/001683
Authority: WO
Inventors: 義大多和田; 嗣大田中; 雅博木下
Original assignee: 東芝三菱電機産業システム株式会社
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-07-30
Also published as: CN111742280A; US20210091662A1; US11289999B2; JP6973657B2; CN111742280B; JPWO2020152751A1

Abstract

電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、制御指令値と電力変換回路の出力電圧とに基づいて、電力変換回路に対する制御信号を生成する制御装置と、を備える。制御装置は、電力変換回路の出力電圧が予め定められた閾値以上である場合には電圧指令値を減少させる減算補正を電圧指令値に施した補正後の電圧指令値に基づいて制御信号を生成し、且つ電力変換回路の出力電圧が閾値よりも低い場合には減算補正を施さない電圧指令値に基づいて制御信号を生成するように構築される。制御装置は、電力変換回路の出力電圧と予め定めた係数である第一ゲインとに基づいて第一補正値を演算する第一演算部を含んでもよい。制御装置は、電力変換回路の出力電圧が閾値以上である場合には、電圧指令値、電流指令値、または電力指令値に対して第一補正値の減算を行うことにより、電圧指令値に対する減算補正を実施するように構築されてもよい。

Description

電力変換装置および電力変換システム

　本発明は、電力変換装置および電力変換システムに関するものである。

　従来、例えば日本特開２０１５－１２２９３１号公報に記載されているように、系統電圧に基づいてフィードフォワード制御を行う電力変換装置が知られている。

日本特開２０１５－１２２９３１号公報

　系統連系システムにおいて、電力系統と電力変換装置とが突然に切り離される異常事態が想定される。このような異常事態が起きた瞬間には、電力変換装置は通常運転どおりに電力を出力し続けようとする。これに起因して、異常事態が起きた直後に、電力変換装置の出力電圧が急峻且つ異常なレベルに増大してしまう。

　電力変換装置内には、異常電圧発生時の保護機能が設けられていることが普通である。保護機能が作動することで、電力変換装置の出力電圧の異常増大は解消されうる。しかしながら、その一方で、保護機能が作動するまでの期間には異常電圧の発生を抑制できないという問題がある。

　上記公報の技術にかかる従来のフィードフォワード制御は、外乱を相殺するように電力変換装置の制御内容を補正することを主目的とするものである。このような通常のフィードフォワード制御では、一般的に、ノイズ等への過敏な応答を避ける目的から信号フィルタの応答速度がある程度大きめに設定されていたり、過剰に大きなゲインを設定することが制限されたりする。これらの設計上の制約があるので、通常のフィードフォワード制御では、上述した異常事態に伴う急峻かつ異常なレベルの出力電圧増大に対処することは難しいという問題があった。

　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電力変換装置の出力電圧が異常に増大することを抑制するために改良された電力変換装置および電力変換システムを提供することを目的とする。

　本願の一実施形態にかかる電力変換装置は、
　直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
　制御指令値と前記電力変換回路の出力電圧とに基づいて、前記電力変換回路に対する制御信号を生成する制御装置と、
　を備え、
　前記制御装置は、前記電力変換回路の前記出力電圧が予め定められた閾値以上である場合には減算補正を施した補正後の電圧指令値に基づいて前記制御信号を生成し、且つ前記電力変換回路の前記出力電圧が前記閾値よりも低い場合には前記減算補正が施されない電圧指令値に基づいて前記制御信号を生成するように構築されたものである。

　本願の一実施形態にかかる電力変換システムは、
　電力制御指令値を生成する上位監視装置と、
　直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力制御指令値と前記電力変換回路の出力電圧とに基づいて前記電力変換回路に対する制御信号を生成する制御装置と、を有する電力変換装置と、
　を備え、
　前記上位監視装置は、前記電力変換回路の前記出力電圧が予め定められた閾値以上である場合には前記電力制御指令値を減少させる減算補正を施した補正後の電力制御指令値を前記制御装置に対して出力し、且つ前記電力変換回路の前記出力電圧が前記閾値よりも低い場合には前記減算補正が施されない前記電力制御指令値を前記制御装置に対して出力するように構築されたものである。

　上記電力変換装置および電力変換システムによれば、電力変換回路の出力電圧が過大になったときに限り指令値を減算補正するともに、電力変換回路の出力電圧が大きくないときにはこの減算補正機能を無効化することができる。出力電圧が過大ではない期間には減算補正機能を無効化できるので、正常時の制御内容に制約を受けることなく異常電圧の上昇抑制を重視して、減算補正の内容を自由に設計することができる。その結果、異常電圧上昇を抑制するために改良された電力変換装置および電力変換システムが提供される。

実施の形態１にかかる電力変換装置を示す図である。実施の形態１にかかる電力変換装置が備える制御装置を示す図である。実施の形態１の変形例にかかる電力変換装置が備える制御装置を示す図である。実施の形態１の変形例にかかる電力変換装置が備える制御装置を示す図である。実施の形態２にかかる電力変換システムを示す図である。実施の形態１、２における電力変換装置または電力変換システムにおいて制御手段に利用可能なハードウェア構成の一例を示す図である。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置１０を示す図である。図１には、電力変換装置１０を含む電力変換システム１も示されている。

　実施の形態１にかかる電力変換システム１は、直流電源の一例である太陽電池アレイ２と、電力変換装置１０と、上位監視装置であるＭＳＣ（Ｍａｉｎ　Ｓｉｔｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３２１と、を備えている。

　電力変換装置１０の入力端には、太陽電池アレイ２からの直流電力が入力される。電力変換装置１０の出力端は、系統側遮断器６を介して、電力系統４に接続している。ＭＳＣ３２１は、電力変換装置１０に対して電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆを与える。電力系統４は、系統電圧Ｖ_Ｓを持っている。系統側遮断器６が導通している場合には、電力変換装置１０の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは系統電圧Ｖ_Ｓと一致している。

　電力変換装置１０は、入力側遮断器１３と、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路１２と、交流リアクトル１４と、キャパシタユニット１５と、出力側遮断器１６と、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを計測する出力電圧計１７と、制御装置２０と、を備えている。電力変換装置１０は、出力電流を計測する出力電流計１８も備えている。この出力電流計によって計測された出力電流Ｉ_ｏｕｔの値は、図１に示す電流フィードバック値Ｉｆｂとして制御装置２０へとフィードバックされる。

　入力側遮断器１３は、太陽電池アレイ２と電力変換回路１２との間に直列に挿入されている。電力変換回路１２は、複数の半導体スイッチング素子で構成されたインバータ回路を含み、三相交流電力を出力する。

　交流リアクトル１４の一端が、電力変換回路１２の出力端に接続されている。交流リアクトル１４の他端が、出力側遮断器１６に接続されている。交流リアクトル１４と出力側遮断器１６とを接続する配線に、キャパシタユニット１５が並列接続されている。出力電圧計１７は、キャパシタユニット１５と出力側遮断器１６との間の電圧を検知することで、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを計測する。

　出力電圧Ｖ_ｏｕｔの計測値は、制御装置２０の制御に用いられる。以下の説明では、「出力電圧計１７による出力電圧Ｖ_ｏｕｔの計測値」を、単に「出力電圧Ｖ_ｏｕｔ」と表したり、あるいは「出力電圧Ｖ_ｏｕｔの値」と表したりすることがある。

　図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置１０が備える制御装置２０を示す図である。制御装置２０は、電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆと電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔとに基づいて、電力変換回路１２の半導体スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号Ｖ_ＰＷＭを生成する。

　制御装置２０は、電力指令値取得部２１と、第一出力電圧取得部２２と、除算部１２１と、第一減算器２３と、フィードバック制御部２４と、を備えている。実施の形態では、一例として、フィードバック制御部２４を、ＰＩ制御を実施する比例積分制御部として構築している。しかしながら、ＰＩ制御ではない他のフィードバック制御が適用されても良い。

　電力指令値取得部２１は、ＭＳＣ３２１からの電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆを受け取る。第一出力電圧取得部２２は、出力電圧計１７から出力電圧Ｖ_ｏｕｔの計測値を受け取る。除算部１２１は、電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆを出力電圧Ｖ_ｏｕｔで除算することで電流指令値ｉ_ｒｅｆ０を出力する。

　第一減算器２３は、電流指令値ｉ_ｒｅｆ０から電流フィードバック値ｉ_ｆｂを減算した値を出力する。フィードバック制御部２４は、第一減算器２３の出力値に対して比例積分制御を実施する。

　制御装置２０は、第一演算部３０と、マスク部３３と、出力切替部３５と、電圧判定部３６と、第二減算器３７と、を備えている。

　第一演算部３０は、第一ゲインＫ_ａｉが設定された第一ゲイン部３１と、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを取得する第二出力電圧取得部３２と、第一時定数τ_ａで出力電圧Ｖ_ｏｕｔをフィルタリングする第一フィルタ部３８と、第一フィルタ部３８でフィルタリングされた値と第一ゲインＫ_ａｉとを乗算する乗算器３４と、を備えている。第一ゲインＫ_ａｉおよび第一時定数τ_ａは、予め定めた係数である。

　第一演算部３０は、出力電圧Ｖ_ｏｕｔに第一フィルタ部３８でフィルタリングした値と第一ゲインＫ_ａｉとを乗算した値を、第一補正値ｉ_ａｂとして出力する。

　第一時定数τ_ａは、後述する第二演算部６０の第二時定数τ_ｂよりも小さく設定されている。第一時定数τ_ａは、次のように設定される。何らかの理由により系統側遮断器６が突然開放され電力系統４と電力変換装置１０とが突然に切り離される異常事態が想定される。このような異常事態が起きた直後には電力変換装置１０が出力を保持しようとするので、電力変換装置１０の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが急峻且つ異常なレベルに増大してしまう。第一フィルタ部３８がこの急峻な電圧上昇波形を通過させるように、第一時定数τ_ａの値が予め設定されている。

　電圧判定部３６は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの大きさに応じて、出力を切り替える。すなわち、電圧判定部３６は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値Ｖ_ｔｈ以上である場合には、第一出力である「１」を発する。電圧判定部３６は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値Ｖ_ｔｈよりも低い場合には、第二出力である「０」を発する。

　出力切替部３５は、電圧判定部３６が第一出力を発した場合には第一補正値ｉ_ａｂを第二減算器３７に伝達する。一方、出力切替部３５は、電圧判定部３６が第二出力を発した場合には、マスク部３３に設定されたマスク値で第一補正値ｉ_ａｂをマスクする。実施の形態では、マスク部３３のマスク値はゼロに設定されている。このマスクがされている場合には、出力切替部３５は第二減算器３７にゼロを伝達する。

　第二減算器３７は、第一補正値ｉ_ａｂとゼロとのうちいずれか一方の値を出力切替部３５から受け取る。第二減算器３７が出力切替部３５から第一補正値ｉ_ａｂを受け取ったときに、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０を演算するための電流指令値ｉ_ｒｅｆ１に対して第一補正値ｉ_ａｂの減算が行われる。

　以上の構成を備えることで、制御装置２０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値Ｖ_ｔｈ以上である場合には、電流指令値ｉ_ｒｅｆ１に対して第一補正値ｉ_ａｂの減算を行う。これにより、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０に対する減算補正を実施することができる。

　制御装置２０は、係数演算部１２５と、加算器１２６と、ＰＷＭ信号Ｖ_ＰＷＭを生成するＰＷＭ信号生成部２７と、を備えている。

　係数演算部１２５は、第二減算器３７から出力された補正後の電流指令値ｉ_ｒｅｆ２に対して、予め定めた演算係数αを乗ずることで、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０を演算する。加算器１２６は、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０に、第二演算部６０からの第二補正値Ｖ_ｆｆを加算することで、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ１を算出する。ＰＷＭ信号生成部２７は、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ１に基づいて、電力変換回路１２のゲート駆動信号であるＰＷＭ信号Ｖ_ＰＷＭを算出する。

　制御装置２０は、第二演算部６０を備えている。第二演算部６０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを取得する第三出力電圧取得部６１と、第二時定数τ_ｂを持つ第二フィルタ部６２と、第二ゲインＫ_ｂが設定された第二ゲイン部６３と、を備えている。第二ゲインＫ_ｂおよび第二時定数τ_ｂは、予め定められた値である。

　第二演算部６０は、第二フィルタ部６２によって第二時定数τ_ｂで電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔをフィルタリングした値に対して、第二ゲインＫ_ｂを乗じるように構築されている。第二演算部６０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔと予め定めた第二ゲインＫ_ｂとを乗算した第二補正値Ｖ_ｆｆを出力する。

　第二ゲインＫ_ｂは、前述した第一ゲインＫ_ａｉとは異なる値に予め設定される。具体的には、実施の形態１では、第一補正値ｉ_ａｂの減算補正に応じた電圧減算量が第二補正値Ｖ_ｆｆよりも大きくなるように、第一ゲインＫ_ａｉおよび第二ゲインＫ_ｂが予め設定されている。

　第二演算部６０は、電圧フィードフォワード補正値である第二補正値Ｖ_ｆｆを、加算器１２６に入力する。第一補正値ｉ_ａｂの場合とは異なり、第二補正値Ｖ_ｆｆは、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値Ｖ_ｔｈ以上であるかとは無関係に加算器１２６に入力される。制御装置２０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値Ｖ_ｔｈ以上であるか否かに関わらず、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０を第二補正値Ｖ_ｆｆで補正する。

　以上説明したように、制御装置２０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが予め定められた閾値Ｖ_ｔｈ以上である場合には、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０を減少させるように第一補正値ｉ_ａｂを用いた減算補正を実施することができる。その一方で、制御装置２０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値Ｖ_ｔｈよりも低い場合には、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ0に減算補正を施さない。

　従って、実施の形態１にかかる電力変換装置１０によれば、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが過大になったときに限り電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０を減算補正するともに、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが大きくない範囲にあるときにはこの減算補正機能を無効化することができる。

　出力電圧Ｖ_ｏｕｔが過大ではない期間にはこの減算補正機能を無効化できるので、制御装置２０の持つ減算補正機能の各種仕様を、異常電圧の上昇を抑制する観点から自由に且つ大胆に設計することができる。その結果、異常電圧の上昇を抑制するために好適化された減算補正機能を搭載することができる。

　また、実施の形態１にかかる電力変換装置１０は、第一ゲインＫ_ａｉおよび第二ゲインＫ_ｂが予め設定されている。

　第二演算部６０は、出力電圧Ｖ_ｏｕｔ異常時以外にも作動する通常フィードフォワード制御を実施している。実施の形態１によれば、予めゲインの設定がされることで、通常フィードフォワード制御と比べて、第一演算部３０の減算補正を大きなゲインで実施するように構築されている。

　平常時（つまりＶ_ｔｈ＞Ｖ_ｏｕｔのとき）には第一演算部３０が無効化されているので、誤って第一演算部３０による過大な減算補正が行われることは確実に防止される。その一方で、電圧異常発生時には第一演算部３０によって大きな減算補正を実施できるので、異常電圧抑制のための補正を確実に実現することができる。

　また、実施の形態１にかかる電力変換装置１０は、第一時定数τ_ａが第二時定数τ_ｂよりも小さく予め設定されるという好ましい構成を備える。これにより、次に述べる好ましい効果が得られる。

　第二演算部６０の処理からはできるだけノイズ等が除外されることが好ましいのに対して、第一演算部３０の処理は急峻な電圧変化に対して瞬時に応答することが好ましい。このような観点から第一演算部３０と第二演算部６０とにおけるフィルタ応答速度に差がつけられている。

　第二演算部６０は、出力電圧Ｖ_ｏｕｔが通常範囲内でも作動する通常のフィードフォワード制御に用いられるので、電圧ノイズに対して過敏になることを防止する必要がある。よって第二時定数τ_ｂをある程度大きくすることで、信号ノイズ等が拾われないようにすべきである。

　しかしながら、第一演算部３０は、電圧異常時における緊急対処を行うためのものなので、ノイズ除去よりも、急峻な電圧変化に対して敏感であることが重視される。電力系統から電力変換装置１０が遮断されたときに発生する異常な出力電圧Ｖ_ｏｕｔの上昇に適切に応答するためには、その異常な出力電圧Ｖ_ｏｕｔの上昇を確実に拾える程度のフィルタ時定数を設定する必要がある。例えば、数ミリ秒オーダーで変換する急峻な電圧跳ね上がり波形を確実に通過させられる程度の値に、第一時定数τ_ａを予め設定することが好ましい。

　以下、図３および図４を参照しつつ、実施の形態１の変形例を説明する。以下の説明では、上記実施の形態１との相違点を中心に説明を行い、共通点については説明を省略または簡略化する。また、上記実施の形態１と下記の変形例との間で同一または対応する構成については、図面中で同一の符号を付して説明を省略する。

　図３は、実施の形態１の変形例にかかる電力変換装置が備える制御装置１２０を示す図である。図３の変形例にかかる制御装置１２０は、図２の制御装置２０の代わりに図１の電力変換装置１０に適用可能である。制御装置１２０は、第一演算部３０の代わりに第一演算部１３０を有する点、第二減算器３７を備えない点、および加算器１２６の代わりに加減算器２２６を備える点が、制御装置２０とは異なっている。

　制御装置１２０は、第一演算部１３０を含んでいる。第一演算部１３０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔと第一ゲインＫ_ａｖとに基づいて第一補正値ｉ_ａｂを演算する。第一演算部１３０の第一ゲイン部１３１には、予め定めた係数である第一ゲインＫ_ａｖが設定されている。

　制御装置１２０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値Ｖ_ｔｈ以上である場合には、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０に対して第一補正値Ｖ_ａｂの減算を行うことにより、減算補正を実施する。加減算器２２６は、出力切替部３５から伝達された第一補正値Ｖ_ａｂを受け取る。加減算器２２６は、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０に対して第一補正値Ｖ_ａｂの減算を行う。

　図３に示す変形例では、第一補正値Ｖ_ａｂは電圧補正値である。制御装置１２０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔに基づいて電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０を減算する制御を実行するものである。この場合、第一ゲインＫ_ａｖと第二ゲインＫ_ｂはいずれも電圧値に対する係数である。第一ゲインＫ_ａｖと第二ゲインＫ_ｂとが異なる値に設定されてもよく、例えば第一ゲインＫ_ａｖが第二ゲインＫ_ｂよりも大きな値に設定されてもよく、逆に第一ゲインＫ_ａｖが第二ゲインＫ_ｂよりも小さな値に設定されてもよい。

　図４は、実施の形態１の変形例にかかる電力変換装置が備える制御装置２２０を示す図である。図４の変形例にかかる制御装置２２０は、図２の制御装置２０の代わりに図１の電力変換装置１０に適用可能である。制御装置２２０は、第一演算部３０の代わりに第一演算部２３０を有する点、第二減算器３７を備えない点、第三減算器２２３を備える点、および係数演算部１２５の代わりに係数演算部２２５が設けられている点が、制御装置２０とは異なっている。

　制御装置２２０は、第一演算部２３０を含んでいる。第一演算部２３０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔと第一ゲインＫ_ａｐとに基づいて第一補正値Ｐ_ａｂを演算する。第一演算部２３０の第一ゲイン部２３１には、予め定めた係数である第一ゲインＫ_ａｐが設定されている。

　制御装置２２０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値Ｖ_ｔｈ以上である場合には、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０を演算するための電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆに対して第一補正値Ｐ_ａｂの減算を行う。具体的には、第三減算器２２３が出力切替部３５から伝達された第一補正値Ｐ_ａｂを受け取ることで、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０を演算するための電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆに対して第一補正値Ｐ_ａｂの減算が行われる。

　第一補正値Ｐ_ａｂが減算された補正後の電力指令値Ｐ_ｒｅｆ１は、除算器１２１に入力される。その後、図２の制御装置２０と同様の演算処理が行われる。その結果、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０の減算補正が実施される。

　図４に示す変形例では、第一補正値Ｐ_ａｂは電力補正値である。制御装置２２０は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔに基づいて電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆを減算する制御を実行するものである。電力制御指令値を減算するという点で、制御装置２０、１２０とは減算処理の方法が異なっている。

　以上説明したように、図２に示した実施の形態１にかかる制御装置２０およびその変形例にかかる制御装置１２０、２２０は、電流指令値ｉ_ｒｅｆ１、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０または電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆに対して第一補正値ｉ_ａｂ、Ｖ_ａｂ、Ｐ_ａｂの減算を行うことにより、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ０の減算補正を実施することができる。なお、図２および図３にかかる制御装置２０、１２０において減算補正が施された場合、電流指令値と電圧指令値とを乗算した値が、電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆの値よりも小さくなるという特徴がある。

　制御装置２０、１２０、２２０は、例えば下記のように構築されても良い。定格出力の１０％以下などの十分に低いレベルまで出力電圧Ｖ_ｏｕｔあるいは出力電力を低下させるような大幅な減算補正を実施するように、第一ゲインＫ_ａｉ、Ｋ_ａｖ、Ｋ_ａｐが予め設定されてもよい。通常フィードフォワード制御の変動幅を超えて出力電圧Ｖ_ｏｕｔが減算されるように、制御装置２０、１２０、２２０が構築されてもよい。

　また、電力変換回路１２が電圧異常検出時に保護停止される機能が設けられている場合、この保護停止機能が作動するよりも十分に早く上記の減算補正を作動させるように制御装置２０、１２０、２２０が構築されてもよい。

実施の形態２．
　図５は、実施の形態２にかかる電力変換システム２０１を示す図である。電力変換システム２０１は、電力変換装置１０と、上位監視装置であるＭＳＣ３２１と、を備えている。実施の形態２にかかる電力変換装置１０は、制御装置２０に代えて制御装置３２０を備えている。

　制御装置３２０は、図２に示す制御装置２０から、第一演算部３０、マスク部３３、出力切替部３５、および電圧判定部３６を取り除いたものである。ＭＳＣ３２１は、指令値演算部３２２と、補正値演算部３２３と、第四減算器３２４と、を備えている。これらの点において実施の形態２は実施の形態１と相違している。

　第四減算器３２４は、指令値演算部３２２で生成されたＰ_ｒｅｆから、補正値演算部３２３で算出した第一補正値Ｐ_ａｂを減算する。補正値演算部３２３は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが予め定められた閾値Ｖ_ｔｈ以上である場合には、所定の第一ゲインＫ_ａｐと電力変換回路１２の出力電力Ｐ_ｏｕｔとを乗算した値を、第一補正値Ｐ_ａｂとして算出する。電力変換回路１２の出力電力Ｐ_ｏｕｔは、出力電圧Ｖ_ｏｕｔと出力電流Ｉ_ｏｕｔとを乗算することで得られる。

　従って、ＭＳＣ３２１は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが予め定められた閾値Ｖ_ｔｈ以上である場合には、電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆを減少させる減算補正を電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆに施す。ＭＳＣ３２１は、補正後の電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆを制御装置３２０に対して出力する。

　一方、補正値演算部３２３は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが予め定められた閾値Ｖ_ｔｈよりも低い場合には、ゼロを出力する。したがって、ＭＳＣ３２１は、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値Ｖ_ｔｈよりも低い場合には減算補正を施さずに電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆを制御装置３２０に対して出力する。

　つまり、実施の形態２では、実施の形態１における第一演算部２３０、マスク部３３、出力切替部３５、および電圧判定部３６の機能が、補正値演算部３２３で置き換えられている。

　実施の形態２にかかる電力変換システム２０１によれば、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが過大になったときに限り電力制御指令値Ｐ_ｒｅｆ０を減算補正するともに、電力変換回路１２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが大きくない範囲にあるときにはこの減算補正機能を無効化することができる。

　出力電圧Ｖ_ｏｕｔが過大ではない期間にはこの減算補正機能を無効化できるので、この減算補正機能の各種仕様を異常電圧の上昇を抑制する観点から自由に設計することができる。その結果、異常電圧の上昇を抑制するために好適化された減算補正機能を搭載することができる。

　実施の形態１にかかる制御装置２０、１２０、２２０または実施の形態２にかかるＭＣＳ３２１に設けられた減算補正の制御機能は、アナログ回路、ディジタル回路、およびこれらの組み合わせのうちいずれの形態で実現されてもよい。ディジタル回路が用いられる場合には、より具体的には、減算補正の制御機能が専用ハードウェアで実現されてもよく、減算補正の制御機能がマイコン等による汎用ハードウェアへのプログラミング実装により実現されてもよい。

　図６は、実施の形態１、２における電力変換装置または電力変換システムにおいて制御手段に利用可能なハードウェア構成の一例を示す図である。

　実施の形態１にかかる制御装置２０、１２０、２２０または実施の形態２にかかるＭＣＳ３２１が、図６に示される制御ユニット４１１のハードウェア構造で実現されてもよい。制御ユニット４１１の各機能は、処理回路により実現し得る。処理回路は、プロセッサ４３０ａとメモリ４３０ｂとを備える。

　例えば、プロセッサ４３０ａは、中央処理装置、処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ又はＤＳＰなどのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。

　例えば、メモリ４３０ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤである。

　実施の形態１にかかる制御装置２０、１２０、２２０または実施の形態２にかかるＭＣＳ３２１で行なわれた制御内容の一部または全部が、メモリ４３０ｂに制御プログラムの形態で記憶されてもよい。この場合、処理回路において、メモリ４３０ｂに格納されたプログラムがプロセッサ４３０ａによって実行される。

１、２０１　電力変換システム、２　太陽電池アレイ（直流電源）、４　電力系統、６　系統側遮断器、１０　電力変換装置、１２　電力変換回路、１３　入力側遮断器、１４　交流リアクトル、１５　キャパシタユニット、１６　出力側遮断器、１７　出力電圧計、２０、１２０、２２０、３２０　制御装置、２１　電力指令値取得部、２２　第一出力電圧取得部、２３　第一減算器、２４　比例積分制御部、２７　ＰＷＭ信号生成部、３０、１３０、２３０　第一演算部、３１、１３１、２３１　第一ゲイン部、３２　第二出力電圧取得部、３３　マスク部、３４　乗算器、３５　出力切替部、３６　電圧判定部、３７　第二減算器、３８　第一フィルタ部、６０　第二演算部、６１　第三出力電圧取得部、６２　第二フィルタ部、６３　第二ゲイン部、１２１　除算部、１２５　係数演算部、１２６　加算器、２２３　第三減算器、２２６　加減算器、３２２　指令値演算部、３２３　補正値演算部、３２４　第四減算器、４１１　制御ユニット、４３０ａ　プロセッサ、４３０ｂ　メモリ、ｉ_ａｂ、Ｖ_ａｂ、Ｐ_ａｂ　第一補正値、Ｖ_ｆｆ　第二補正値、ｉ_ｆｂ　電流フィードバック値、Ｋ_ａｉ、Ｋ_ａｐ、Ｋ_ａｖ　第一ゲイン、Ｋ_ｂ　第二ゲイン、Ｐ_ｒｅｆ　電力制御指令値、Ｖ_ｏｕｔ　出力電圧、ｉ_ｒｅｆ０、ｉ_ｒｅｆ１、ｉ_ｒｅｆ２　電流指令値、Ｖ_ｒｅｆ０、Ｖ_ｒｅｆ１　電圧指令値、Ｖ_Ｓ　系統電圧、Ｖ_ｔｈ　閾値、τ_ａ　第一時定数、τ_ｂ　第二時定数

Claims

　直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
　制御指令値と前記電力変換回路の出力電圧とに基づいて、前記電力変換回路に対する制御信号を生成する制御装置と、
　を備え、
　前記制御装置は、前記電力変換回路の前記出力電圧が予め定められた閾値以上である場合には減算補正を施した補正後の電圧指令値に基づいて前記制御信号を生成し、且つ前記電力変換回路の前記出力電圧が前記閾値よりも低い場合には前記減算補正が施されない電圧指令値に基づいて前記制御信号を生成するように構築された電力変換装置。
　前記制御装置は、前記電力変換回路の前記出力電圧と予め定めた係数である第一ゲインとに基づいて第一補正値を演算する第一演算部を含み、
　前記制御装置は、前記電力変換回路の前記出力電圧が前記閾値以上である場合には、前記電圧指令値、前記電圧指令値を演算するための電流指令値、または前記電圧指令値を演算するための電力指令値に対して前記第一補正値の減算を行うことにより、前記電圧指令値に対する前記減算補正を実施するように構築された請求項１に記載の電力変換装置。
　前記制御装置は、前記電力変換回路の前記出力電圧と予め定めた第二ゲインとを乗算した第二補正値を出力する第二演算部を含み、
　前記制御装置は、前記電力変換回路の前記出力電圧が前記閾値以上であるか否かに関わらず前記第二補正値で前記電圧指令値を補正するように構築された請求項２に記載の電力変換装置。
　前記第一演算部は、第一時定数で前記電力変換回路の前記出力電圧をフィルタリングした値に対して、前記第一ゲインを乗じるように構築され、
　前記第二演算部は、第二時定数で前記電力変換回路の前記出力電圧をフィルタリングした値に対して、前記第二ゲインを乗じるように構築され、
　前記第一時定数は、前記第二時定数よりも小さく設定された請求項３に記載の電力変換装置。
　電力制御指令値を生成する上位監視装置と、
　直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力制御指令値と前記電力変換回路の出力電圧とに基づいて前記電力変換回路に対する制御信号を生成する制御装置と、を有する電力変換装置と、
　を備え、
　前記上位監視装置は、前記電力変換回路の前記出力電圧が予め定められた閾値以上である場合には前記電力制御指令値を減少させる減算補正を施した補正後の電力制御指令値を前記制御装置に対して出力し、且つ前記電力変換回路の前記出力電圧が前記閾値よりも低い場合には前記減算補正が施されない前記電力制御指令値を前記制御装置に対して出力するように構築された電力変換システム。