WO2022201470A1 - 電力変換装置及び制御装置 - Google Patents

電力変換装置及び制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2022201470A1
WO2022201470A1 PCT/JP2021/012721 JP2021012721W WO2022201470A1 WO 2022201470 A1 WO2022201470 A1 WO 2022201470A1 JP 2021012721 W JP2021012721 W JP 2021012721W WO 2022201470 A1 WO2022201470 A1 WO 2022201470A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
phase
command value
main circuit
output
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/012721
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
達人 中島
康晃 三ツ木
朋也 勝倉
Original Assignee
東芝三菱電機産業システム株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東芝三菱電機産業システム株式会社 filed Critical 東芝三菱電機産業システム株式会社
Priority to EP21933075.0A priority Critical patent/EP4318917A1/en
Priority to US17/923,230 priority patent/US20230188030A1/en
Priority to JP2022564836A priority patent/JP7289409B2/ja
Priority to PCT/JP2021/012721 priority patent/WO2022201470A1/ja
Priority to AU2021436898A priority patent/AU2021436898B2/en
Publication of WO2022201470A1 publication Critical patent/WO2022201470A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to a power conversion device and its control device.
  • a voltage source voltage control type power converter (grid forming inverter) is known.
  • a voltage source voltage control type power converter can realize a seamless transition between grid-connected operation and isolated operation compared to a voltage source current control type power converter (grid following inverter).
  • the power conversion device and its control device be capable of suppressing the occurrence of overcurrent even when the voltage control operation is performed.
  • Embodiments of the present invention provide a power conversion device and its control device that can suppress the occurrence of overcurrent even when voltage control operation is performed.
  • a main circuit section including a power conversion section that converts input power into AC power, and a filter circuit that approximates the AC power output from the power conversion section to a sine wave.
  • a control device for controlling the conversion of power by the main circuit unit by controlling the operation of the power conversion unit; a phase voltage of each phase of the AC power output from the power conversion unit; A first measuring device for measuring line current, phase voltage of each phase of AC power output from the main circuit unit, line current of each phase, active power at the output end of the main circuit unit, and the main circuit unit and a second measuring device for measuring the reactive power at the output end of the main circuit unit, wherein the control device receives an active power command value and a reactive power command value, and measures the active power and the reactive power at the output end of the main circuit unit.
  • Each measured value of the reactive power is input, and based on the active power command value and the measured value of the active power, a phase voltage phase command value of the AC power to be output from the main circuit unit is calculated, and the reactive power is calculated.
  • a command value calculation unit for calculating a phase voltage amplitude command value of the AC power output from the main circuit unit based on the power command value and the measured value of the reactive power; and the phase voltage phase command value and the phase voltage.
  • overcurrent suppression control for calculating an instantaneous voltage output command value for each phase of the AC power output from the power conversion unit so as to suppress overcurrent at the output end of the main circuit unit using all of and a power converter that controls the operation of the power converter so that a voltage corresponding to the calculated instantaneous voltage output command value is output from the power converter.
  • a power conversion device and its control device are provided that can suppress the occurrence of overcurrent even when voltage-controlled operation is performed.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a power conversion device according to an embodiment.
  • the power conversion device 10 includes a main circuit section 12, a control device 14, a first measurement device 16, and a second measurement device 18.
  • the main circuit unit 12 converts electric power.
  • the control device 14 controls power conversion by the main circuit section 12 .
  • the main circuit section 12 is connected to the power system 2 and the power supply device 4 .
  • the power system 2 is an AC power system.
  • the AC power of the power system 2 is, for example, three-phase AC power. However, the AC power of the power system 2 may be single-phase AC power or the like.
  • the power supply device 4 is, for example, a power storage device using a storage battery or the like. The power supply device 4 outputs DC power to the main circuit section 12 .
  • the main circuit unit 12 converts, for example, DC power input from the power supply device 4 into AC power corresponding to the power system 2, outputs the converted AC power to the power system 2, and receives input from the power system 2.
  • the power supply device 4 is charged by converting the AC power into DC power. Thereby, the main circuit unit 12 connects the power supply device 4 with the power system 2 .
  • the power supply device 4 is not limited to a power storage device, and may be, for example, a solar battery panel. In this case, the main circuit section 12 may not have the function of converting AC power input from the power system 2 into DC power.
  • the power supply device 4 may be, for example, another power generator such as a wind power generator or a gas turbine power generator.
  • the power input from the power supply device 4 to the main circuit unit 12 is not limited to DC power, and may be AC power.
  • the main circuit unit 12 may be configured to convert the AC power input from the power supply device 4 into another AC power corresponding to the power system 2 .
  • the power supply device 4 may be, for example, another power system different from the power system 2 .
  • the main circuit unit 12 may be, for example, a frequency conversion device that connects two electric power systems with different frequencies.
  • the conversion of power by the main circuit unit 12 is not limited to conversion from DC to AC, and may be any conversion that converts the power of the power supply device 4 into AC power compatible with the power system 2 .
  • the main circuit section 12 has a power conversion section 20 and a filter circuit 22 .
  • the power conversion unit 20 converts power.
  • the power converter 20 has, for example, a plurality of switching elements, and performs power conversion by switching the plurality of switching elements.
  • the power converter 20 has, for example, a plurality of switching elements connected in a three-phase bridge.
  • the configuration of the power conversion unit 20 may be any configuration that can convert input power into AC power compatible with the power system 2 by switching a plurality of switching elements or the like.
  • the filter circuit 22 is provided on the AC side of the power converter 20 .
  • filter circuit 22 is provided between power converter 20 and power system 2 .
  • the filter circuit 22 brings the AC power output from the power converter 20 closer to a sine wave.
  • the filter circuit 22 brings the AC power output from the power conversion unit 20 closer to a sine wave by, for example, suppressing high-frequency components contained in the AC power output from the power conversion unit 20 .
  • the filter circuit 22 has, for example, a reactor 24 connected in series with the AC output point of the power converter 20 and a capacitor 26 connected in parallel with the AC output point of the power converter 20 .
  • a reactor 24 and a capacitor 26 are provided for each phase of the AC power output from the power converter 20 .
  • the configuration of the filter circuit 22 is not limited to this, and may be any configuration capable of making the AC power output from the power converter 20 approximate a sine wave.
  • the first measuring device 16 measures the phase voltages Va (INV), Vb (INV), and Vc (INV) of each phase of the AC power output from the power converter 20, and the line currents Ia (INV) and Ib of each phase. (INV) and Ic(INV) are measured, and the measurement results are input to the control device 14 .
  • the second measuring device 18 measures the phase voltage Va (PCS), Vb (PCS), Vc (PCS) of each phase of the AC power output from the main circuit unit 12 (filter circuit 22), the line current Ia ( PCS), Ib (PCS), Ic (PCS), the active power P (PCS) at the output terminal of the main circuit section 12, and the reactive power Q (PCS) at the output terminal of the main circuit section 12 are measured, and the measurement results are Input to controller 14 .
  • PCS phase voltage Va
  • Vb PCS
  • Vc PCS
  • the control device 14 controls power conversion by the main circuit section 12 by controlling the operation of the power conversion section 20 . In other words, the control device 14 controls switching of the plurality of switching elements of the power converter 20 .
  • the measurement results of the first measuring device 16 and the second measuring device 18 are input to the control device 14, and the active power command value and the reactive power command value of the AC power output from the main circuit unit 12 are input to a higher controller. and so on.
  • the control device 14 performs power conversion based on the measurement results input from the first measuring device 16 and the second measuring device 18, and the active power command value and reactive power command value input from a higher controller or the like. It controls the operation of unit 20 .
  • the control device 14 Based on the input measurement results, active power command value, and reactive power command value, the control device 14 outputs an instantaneous value voltage output command for each phase of the AC power output from the power conversion unit 20. Values Va(ref), Vb(ref), and Vc(ref) are calculated, and voltages corresponding to the calculated instantaneous voltage output command values Va(ref), Vb(ref), and Vc(ref) are supplied to the power conversion unit 20 The operation of the power conversion unit 20 is controlled so that the output is from .
  • control device 14 controls the output voltage of the main circuit section 12 .
  • the control device 14 performs voltage control operation of the main circuit section 12 .
  • each measurement result is not limited to being directly input to the control device 14 from the first measuring device 16 and the second measuring device 18, and is input to the control device 14 via, for example, a higher-level controller. good too.
  • the measured value of the active power P (PCS) at the output terminal of the main circuit section 12 and the measured value of the reactive power Q (PCS) at the output terminal of the main circuit section 12 are transmitted from the second measuring device 18 to the control device 14.
  • phase voltage Va (PCS), Vb (PCS), Vc (PCS) of each phase, line current Ia (PCS), Ib (PCS), Ic (PCS) of each phase may be calculated in the control device 14 based on each measured value.
  • the second measuring device 18 does not necessarily have to measure the active power P(PCS) and the reactive power Q(PCS).
  • the control device 14 has a command value calculation section 30 and an overcurrent suppression control section 32 .
  • the active power command value and the reactive power command value input from a host controller or the like are input to the command value calculation unit 30, and the active power P (PCS) and the reactive power Q measured by the second measuring device 18 are input. Each measured value of (PCS) is input.
  • the command value calculation unit 30 calculates the phase voltage phase command value ⁇ of the AC power output from the main circuit unit 12 based on the active power command value and the measured value of the active power P(PCS). Then, the command value calculation unit 30 calculates the phase voltage amplitude command value
  • the command value calculator 30 inputs the calculated phase voltage phase command value ⁇ and phase voltage amplitude command value
  • a well-known calculation method may be used to calculate the phase voltage phase command value ⁇ and the phase voltage amplitude command value
  • ), Vb(INV), Vc(INV), line currents Ia(INV), Ib(INV), Ic(INV), and phase voltages Va(PCS), Vb(PCS) measured by the second measuring device 18 , Vc (PCS), line currents Ia (PCS), Ib (PCS), and Ic (PCS) are input.
  • the overcurrent suppression control unit 32 controls the phase voltage phase command value ⁇ , phase voltage amplitude command value
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing an overcurrent suppression controller according to the embodiment.
  • the overcurrent suppression control unit 32 includes a dq inverse transform unit 40, first subtractors 41a to 41c, first calculators 42a to 42c, first adders 43a to 43c, It has limiters 44a to 44c, second subtractors 45a to 45c, second calculators 46a to 46c, second adders 47a to 47c, and a control signal generator .
  • are input to the dq inverse transform unit 40 .
  • is input to the dq inverse transform section 40 as a voltage signal of the d-axis component.
  • “0” is input to the dq inverse transform unit 40 as the voltage signal of the q-axis component.
  • the dq inverse transform unit 40 performs dq inverse transform (inverse park transform) on the input phase voltage phase command value ⁇ , phase voltage amplitude command value
  • the dq inverse transforming unit 40 calculates the command value of the instantaneous value voltage of each phase of the AC power output from the main circuit unit 12 based on the phase voltage phase command value ⁇ and the phase voltage amplitude command value
  • the first subtractors 41a to 41c receive the command values of the instantaneous voltages of the respective phases from the dq inverse transforming unit 40, and the phase voltages Va (PCS) of the respective phases measured by the second measuring device 18, Measured values of Vb(PCS) and Vc(PCS) are input.
  • the first subtractors 41a to 41c subtract the measured values of the phase voltages Va (PCS), Vb (PCS), and Vc (PCS) of each phase from the command values of the instantaneous voltages of the respective phases to obtain the instantaneous values of the respective phases. Differences between the command value of the value voltage and the measured values of the phase voltages Va (PCS), Vb (PCS), and Vc (PCS) of each phase are calculated.
  • the first calculators 42a to 42c multiply the differences calculated by the first subtractors 41a to 41c by a first proportionality constant K1 to obtain phase voltages Va (PCS), Vb (PCS), and Vc (of each phase). PCS) to approximate the command value of the instantaneous value voltage of each phase. More specifically, the correction values are correction values for the phase line currents Ia (PCS), Ib (PCS), and Ic (PCS) of the AC power output from the main circuit section 12 .
  • the first calculators 42a-42c input the calculated correction values to the first adders 43a-43c.
  • Correction values are input to the first adders 43a to 43c from the first calculators 42a to 42c, and line currents Ia (PCS), Ib (PCS), and A measurement of Ic(PCS) is entered.
  • the first adders 43a to 43c add correction values to the measured values of the line currents Ia (PCS), Ib (PCS), and Ic (PCS) of each phase.
  • the first adders 43a to 43c output the phase voltages Va (PCS), Vb (PCS), and Vc (PCS) of the phases of the AC power output from the main circuit unit 12 as instantaneous voltage outputs of the respective phases.
  • the command values of the line currents Ia (PCS), Ib (PCS), and Ic (PCS) of each phase of the main circuit section 12 required to approximate the command values are calculated.
  • the first adders 43a to 43c input the calculated command values of the line currents Ia (PCS), Ib (PCS) and Ic (PCS) of each phase to the limiters 44a to 44c.
  • the limiters 44a to 44c control the line currents Ia (PCS),
  • the command values of Ib (PCS) and Ic (PCS) are limited to the upper limit values, and the input command values of the line currents Ia (PCS), Ib (PCS) and Ic (PCS) of each phase are below the lower limit values.
  • the command values of the line currents Ia (PCS), Ib (PCS), and Ic (PCS) of each phase are limited to lower limits.
  • the limiters 44a to 44c directly input the input command values to the second subtractors 45a to 45c when the input command values are larger than the lower limit values and smaller than the upper limit values.
  • the limiters 44a to 44c limit each command value to the lower limit value when the input command value is equal to or less than the lower limit value, and input each command value after the limit to the second subtractors 45a to 45c.
  • the limiters 44a to 44c limit each command value to the upper limit value when the input command value is equal to or higher than the upper limit value, and input each command value after the limit to the second subtractors 45a to 45c. do.
  • the limiters 44a to 44c prevent an overcurrent from occurring in the main circuit section 12 due to a potential difference instantaneously generated due to a sudden change in the system voltage of the power system 2 or the like.
  • Command values of the line currents Ia (PCS), Ib (PCS), and Ic (PCS) of each phase are input to the second subtractors 45a to 45c from the limiters 44a to 44c, and are measured by the first measuring device 16. Measured values of the line currents Ia (INV), Ib (INV), and Ic (INV) of each phase of the power converter 20 are input.
  • the second subtractors 45a to 45c calculate the phase line currents Ia (INV), Ib (INV), Ic (INV ), the command values of the line currents Ia (PCS), Ib (PCS) and Ic (PCS) of each phase and the line currents Ia (INV), Ib (INV) and Ic (INV ) to calculate the difference from the measured value.
  • the second calculators 46a to 46c multiply the differences calculated by the second subtractors 45a to 45c by the second proportionality constant K2 to obtain line currents Ia (PCS), Ib (PCS), and Ic (of each phase).
  • a correction value for outputting a current from the power converter 20 according to the command value of the PCS) is calculated. More specifically, the correction values are correction values for the phase voltages Va (INV), Vb (INV), and Vc (INV) of the AC power output from the power converter 20 .
  • the second calculators 46a-46c input the calculated correction values to the second adders 47a-47c.
  • the correction values are input from the second calculators 46a to 46c to the second adders 47a to 47c, and the phase voltage Va (INV) of each phase of the power conversion unit 20 measured by the first measuring device 16, Measured values of Vb (INV) and Vc (INV) are input.
  • the second adders 47a to 47c add correction values to the measured values of the phase voltages Va (INV), Vb (INV), and Vc (INV) of each phase. Thereby, the second adders 47a to 47c calculate the instantaneous voltage output command values Va(ref), Vb(ref), and Vc(ref) for each phase of the AC power output from the power converter 20.
  • the overcurrent suppression control unit 32 controls the phase voltage phase command value ⁇ , the phase voltage amplitude command value
  • the limiters 44a to 44c set the command values of the line currents Ia (PCS), Ib (PCS), and Ic (PCS) of each phase of the AC power output from the main circuit unit 12 to lower limit values. and the upper limit, the instantaneous voltage output command values Va (ref), Vb (ref), and Vc (ref) are set so as to suppress overcurrent at the output end of the main circuit unit 12. can be calculated.
  • the second adders 47a to 47c input the calculated instantaneous voltage output command values Va(ref), Vb(ref), and Vc(ref) of each phase to the control signal generator .
  • the control signal generation unit 48 outputs the voltage corresponding to the instantaneous voltage output command values Va (ref), Vb (ref), and Vc (ref) of each phase input from the second adders 47a to 47c to the power conversion unit 20. , and the generated control signal is input to the power conversion unit 20 . Thereby, the control signal generation unit 48 causes the power conversion unit 20 to output voltages corresponding to the instantaneous voltage output command values Va(ref), Vb(ref), and Vc(ref) of each phase.
  • the control signal generation unit 48 performs sine wave pulse width modulation control based on, for example, the instantaneous voltage output command values Va (ref), Vb (ref), and Vc (ref) of each phase, so that the power conversion unit A control signal is generated for controlling the switching of each of the 20 switching elements.
  • the configuration of the control signal generation unit 48 is not limited to this, and the voltage corresponding to the instantaneous voltage output command values Va (ref), Vb (ref), and Vc (ref) of each phase is generated from the power conversion unit 20. Any configuration capable of generating a control signal for output may be used.
  • control signal generation unit 48 is provided on the main circuit unit 12 side, and the instantaneous value voltage output command values Va (ref), Vb ( ref) and Vc(ref) may be input, and a control signal may be generated on the main circuit section 12 side.
  • the overcurrent suppression controller 32 does not necessarily have to have the control signal generator 48 .
  • the configuration of the overcurrent suppression control unit 32 is not limited to the above, and uses all of the input information to control the instantaneous voltage output command value Va ( ref), Vb(ref), and Vc(ref) can be calculated.
  • FIG. 3 is a graph that schematically represents an example of the operation of the power converter according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a graph schematically showing an example of the operation of a reference power converter.
  • FIG. 4 schematically shows an example of the operation of a reference power conversion device in which the control device 14 does not have the overcurrent suppression control section 32 . 3 and 4, the horizontal axis represents time (seconds), and the vertical axis represents output current (pu: per unit) based on the rated output of the main circuit section 12.
  • FIG. 3 is a graph that schematically represents an example of the operation of the power converter according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a graph schematically showing an example of the operation of a reference power converter.
  • FIG. 4 schematically shows an example of the operation of a reference power conversion device in which the control device 14 does not have the overcurrent suppression control section 32 . 3 and 4, the horizontal axis represents time (seconds), and the vertical axis represents output current (pu: per unit) based on the rated output
  • FIG. 3 shows an example of the operation of the power conversion device 10 when a three-line ground fault with a fault point residual voltage of approximately 50% occurs between times t1 and t2.
  • FIG. 4 shows an example of the operation of a reference power converter in a similar case.
  • the upper limit value is set to +1.2 (pu) and the lower limit value is set to -1.2 (pu) in the limiters 44a to 44c of the overcurrent suppression control unit 32.
  • the output current of the main circuit unit 12 can be suppressed to about ⁇ 1.2 (pu). ing.
  • generation of overcurrent can be suppressed even when an accident occurs, compared to the reference power conversion device that does not have the overcurrent suppression control unit 32.
  • the control device 14 has the overcurrent suppression control section 32 .
  • the overcurrent suppression control section 32 it is possible to suppress the occurrence of overcurrent even when the voltage control operation is performed. For example, when an instantaneous potential difference occurs due to a sudden change in the system voltage, etc., an overcurrent occurs in the main circuit unit 12, and parts inside the main circuit unit 12 such as the switching elements of the power conversion unit 20 malfunction. You can prevent it from happening.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

入力された電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記電力変換部から出力された前記交流電力を正弦波に近付けるフィルタ回路と、を有する主回路部と、前記電力変換部の動作を制御することにより、前記主回路部による電力の変換を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記主回路部の出力端での過電流を抑制するように、前記電力変換部から出力する前記交流電力の各相の瞬時値電圧出力指令値を演算する過電流抑制制御部を有する電力変換装置が提供される。これにより、電圧制御運転をした場合にも、過電流の発生を抑制できる電力変換装置及びその制御装置が提供される。

Description

電力変換装置及び制御装置
　本発明の実施形態は、電力変換装置、及びその制御装置に関する。
　電圧源電圧制御型の電力変換装置（Grid forming inverter）が知られている。電圧源電圧制御型の電力変換装置は、電圧源電流制御型の電力変換装置（Grid following inverter）と比べて、系統連系運転と自立運転とのシームレスな移行を実現することができる。
　しかしながら、電力変換装置が電圧制御運転をした場合、系統電圧の急変などで瞬時的に発生する電位差により、電力変換装置に過電流が発生し、スイッチング素子などの電力変換装置の内部の部品が故障してしまう可能性がある。
　このため、電力変換装置及びその制御装置においては、電圧制御運転をした場合にも、過電流の発生を抑制できるようにすることが望まれる。
特開２０２０－１９８７０５号公報
　本発明の実施形態は、電圧制御運転をした場合にも、過電流の発生を抑制できる電力変換装置及びその制御装置を提供する。
　本発明の実施形態によれば、入力された電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記電力変換部から出力された前記交流電力を正弦波に近付けるフィルタ回路と、を有する主回路部と、前記電力変換部の動作を制御することにより、前記主回路部による電力の変換を制御する制御装置と、前記電力変換部から出力される前記交流電力の各相の相電圧、及び各相の線電流を測定する第１計測装置と、前記主回路部から出力される交流電力の各相の相電圧、各相の線電流、前記主回路部の出力端における有効電力、及び前記主回路部の出力端における無効電力を測定する第２計測装置と、を備え、前記制御装置は、有効電力指令値及び無効電力指令値が入力されるとともに、前記主回路部の出力端の前記有効電力及び前記無効電力の各測定値が入力され、前記有効電力指令値と前記有効電力の測定値とを基に、前記主回路部から出力する前記交流電力の相電圧位相指令値を演算し、前記無効電力指令値と前記無効電力の測定値とを基に、前記主回路部から出力する前記交流電力の相電圧振幅指令値を演算する指令値演算部と、前記相電圧位相指令値、前記相電圧振幅指令値、前記電力変換部の前記交流電力の前記相電圧及び前記線電流の各測定値、及び前記主回路部の前記交流電力の前記相電圧及び前記線電流の各測定値の各入力情報の全てを用いて、前記主回路部の出力端での過電流を抑制するように、前記電力変換部から出力する前記交流電力の各相の瞬時値電圧出力指令値を演算する過電流抑制制御部と、を有し、演算した前記瞬時値電圧出力指令値に応じた電圧が前記電力変換部から出力されるように、前記電力変換部の動作を制御する電力変換装置が提供される。
　本発明の実施形態によれば、電圧制御運転をした場合にも、過電流の発生を抑制できる電力変換装置及びその制御装置が提供される。
実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。 実施形態に係る過電流抑制制御部を模式的に表すブロック図である。 実施形態に係る電力変換装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。 参考の電力変換装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。
　以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
　なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
　なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
　図１は、実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
　図１に表したように、電力変換装置１０は、主回路部１２と、制御装置１４と、第１計測装置１６と、第２計測装置１８と、を備える。主回路部１２は、電力の変換を行う。制御装置１４は、主回路部１２による電力の変換を制御する。
　主回路部１２は、電力系統２及び電源装置４と接続される。電力系統２は、交流の電力系統である。電力系統２の交流電力は、例えば、三相交流電力である。但し、電力系統２の交流電力は、単相交流電力などでもよい。電源装置４は、例えば、蓄電池などを用いた蓄電装置である。電源装置４は、主回路部１２に直流電力を出力する。
　主回路部１２は、例えば、電源装置４から入力された直流電力を電力系統２に対応した交流電力に変換し、変換後の交流電力を電力系統２に出力するとともに、電力系統２から入力された交流電力を直流電力に変換することにより、電源装置４を充電する。これにより、主回路部１２は、電源装置４を電力系統２と連系させる。
　電源装置４は、蓄電装置に限ることなく、例えば、太陽電池パネルなどでもよい。この場合、主回路部１２は、電力系統２から入力された交流電力を直流電力に変換する機能を有しなくてもよい。
　また、電源装置４は、例えば、風力発電機やガスタービン発電機などの他の発電機でもよい。電源装置４から主回路部１２に入力される電力は、直流電力に限ることなく、交流電力でもよい。主回路部１２は、電源装置４から入力された交流電力を電力系統２に対応した別の交流電力に変換する構成でもよい。電源装置４は、例えば、電力系統２と異なる別の電力系統でもよい。主回路部１２は、例えば、周波数の異なる２つの電力系統を連系させる周波数変換装置などでもよい。
　このように、主回路部１２による電力の変換は、直流から交流への変換に限ることなく、電源装置４の電力を電力系統２に対応した交流電力に変換する任意の変換でよい。
　主回路部１２は、電力変換部２０と、フィルタ回路２２と、を有する。電力変換部２０は、電力の変換を行う。電力変換部２０は、例えば、複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子のスイッチングにより、電力の変換を行う。電力変換部２０は、例えば、三相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有する。電力変換部２０の構成は、複数のスイッチング素子のスイッチングなどにより、入力された電力を電力系統２に対応した交流電力に変換可能な任意の構成でよい。
　フィルタ回路２２は、電力変換部２０の交流側に設けられる。換言すれば、フィルタ回路２２は、電力変換部２０と電力系統２との間に設けられる。フィルタ回路２２は、電力変換部２０から出力された交流電力を正弦波に近付ける。フィルタ回路２２は、例えば、電力変換部２０から出力された交流電力に含まれる高周波成分を抑制することにより、電力変換部２０から出力された交流電力を正弦波に近付ける。
　フィルタ回路２２は、例えば、電力変換部２０の交流出力点に対して直列に接続されるリアクトル２４と、電力変換部２０の交流出力点に対して並列に接続されるコンデンサ２６と、を有する。リアクトル２４及びコンデンサ２６は、電力変換部２０から出力される交流電力の各相毎に設けられる。但し、フィルタ回路２２の構成は、これに限ることなく、電力変換部２０から出力された交流電力を正弦波に近付けることが可能な任意の構成でよい。
　第１計測装置１６は、電力変換部２０から出力される交流電力の各相の相電圧Ｖａ（ＩＮＶ）、Ｖｂ（ＩＮＶ）、Ｖｃ（ＩＮＶ）、及び各相の線電流Ｉａ（ＩＮＶ）、Ｉｂ（ＩＮＶ）、Ｉｃ（ＩＮＶ）を測定し、測定結果を制御装置１４に入力する。
　第２計測装置１８は、主回路部１２（フィルタ回路２２）から出力される交流電力の各相の相電圧Ｖａ（ＰＣＳ）、Ｖｂ（ＰＣＳ）、Ｖｃ（ＰＣＳ）、各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）、主回路部１２の出力端における有効電力Ｐ（ＰＣＳ）、及び主回路部１２の出力端における無効電力Ｑ（ＰＣＳ）を測定し、測定結果を制御装置１４に入力する。
　制御装置１４は、電力変換部２０の動作を制御することにより、主回路部１２による電力の変換を制御する。換言すれば、制御装置１４は、電力変換部２０の複数のスイッチング素子のスイッチングを制御する。
　制御装置１４には、第１計測装置１６及び第２計測装置１８の測定結果が入力されるとともに、主回路部１２から出力する交流電力の有効電力指令値及び無効電力指令値が、上位のコントローラなどから入力される。
　制御装置１４は、第１計測装置１６及び第２計測装置１８から入力された各測定結果と、上位のコントローラなどから入力された有効電力指令値及び無効電力指令値と、を基に、電力変換部２０の動作を制御する。
　より具体的には、制御装置１４は、入力された各測定結果、有効電力指令値、及び無効電力指令値を基に、電力変換部２０から出力する交流電力の各相の瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）を演算し、演算した瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）に応じた電圧が電力変換部２０から出力されるように、電力変換部２０の動作を制御する。
　このように、制御装置１４は、主回路部１２の出力電圧を制御する。制御装置１４は、主回路部１２の電圧制御運転を行う。なお、各測定結果は、第１計測装置１６及び第２計測装置１８から直接的に制御装置１４に入力することに限ることなく、例えば、上位のコントローラなどを介して制御装置１４に入力してもよい。
　また、主回路部１２の出力端における有効電力Ｐ（ＰＣＳ）の測定値、及び主回路部１２の出力端における無効電力Ｑ（ＰＣＳ）の測定値は、第２計測装置１８から制御装置１４に入力する構成に限ることなく、例えば、各相の相電圧Ｖａ（ＰＣＳ）、Ｖｂ（ＰＣＳ）、Ｖｃ（ＰＣＳ）、及び各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の各測定値を基に、制御装置１４内で演算して求めてもよい。第２計測装置１８は、必ずしも有効電力Ｐ（ＰＣＳ）及び無効電力Ｑ（ＰＣＳ）を測定しなくてもよい。
　制御装置１４は、指令値演算部３０と、過電流抑制制御部３２と、を有する。指令値演算部３０には、上位のコントローラなどから入力された有効電力指令値及び無効電力指令値が入力されるとともに、第２計測装置１８によって測定された有効電力Ｐ（ＰＣＳ）及び無効電力Ｑ（ＰＣＳ）の各測定値が入力される。
　指令値演算部３０は、有効電力指令値と有効電力Ｐ（ＰＣＳ）の測定値とを基に、主回路部１２から出力する交流電力の相電圧位相指令値θを演算する。そして、指令値演算部３０は、無効電力指令値と無効電力Ｑ（ＰＣＳ）の測定値とを基に、主回路部１２から出力する交流電力の相電圧振幅指令値｜Ｖ｜を演算する。指令値演算部３０は、演算した相電圧位相指令値θ及び相電圧振幅指令値｜Ｖ｜を過電流抑制制御部３２に入力する。なお、相電圧位相指令値θ及び相電圧振幅指令値｜Ｖ｜の演算には、周知の演算方法を用いればよい。
　過電流抑制制御部３２には、指令値演算部３０から相電圧位相指令値θ及び相電圧振幅指令値｜Ｖ｜が入力されるとともに、第１計測装置１６によって測定された相電圧Ｖａ（ＩＮＶ）、Ｖｂ（ＩＮＶ）、Ｖｃ（ＩＮＶ）、線電流Ｉａ（ＩＮＶ）、Ｉｂ（ＩＮＶ）、Ｉｃ（ＩＮＶ）、及び第２計測装置１８によって測定された相電圧Ｖａ（ＰＣＳ）、Ｖｂ（ＰＣＳ）、Ｖｃ（ＰＣＳ）、線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の各測定値が入力される。
　過電流抑制制御部３２は、相電圧位相指令値θ、相電圧振幅指令値｜Ｖ｜、相電圧Ｖａ（ＩＮＶ）、Ｖｂ（ＩＮＶ）、Ｖｃ（ＩＮＶ）、線電流Ｉａ（ＩＮＶ）、Ｉｂ（ＩＮＶ）、Ｉｃ（ＩＮＶ）、相電圧Ｖａ（ＰＣＳ）、Ｖｂ（ＰＣＳ）、Ｖｃ（ＰＣＳ）、及び線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の各入力情報の全てを用いて、主回路部１２の出力端での過電流を抑制するように、瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）を演算する。
　図２は、実施形態に係る過電流抑制制御部を模式的に表すブロック図である。
　図２に表したように、過電流抑制制御部３２は、ｄｑ逆変換部４０と、第１減算器４１ａ～４１ｃと、第１演算器４２ａ～４２ｃと、第１加算器４３ａ～４３ｃと、リミッタ４４ａ～４４ｃと、第２減算器４５ａ～４５ｃと、第２演算器４６ａ～４６ｃと、第２加算器４７ａ～４７ｃと、制御信号生成部４８と、を有する。
　ｄｑ逆変換部４０には、相電圧位相指令値θと相電圧振幅指令値｜Ｖ｜とが入力される。相電圧振幅指令値｜Ｖ｜は、ｄ軸成分の電圧信号としてｄｑ逆変換部４０に入力される。また、ｄｑ逆変換部４０には、ｑ軸成分の電圧信号として「０」が入力される。ｄｑ逆変換部４０は、入力された相電圧位相指令値θ、相電圧振幅指令値｜Ｖ｜、及びｑ軸成分の電圧信号に対してｄｑ逆変換（逆ｐａｒｋ変換）を行う。これにより、ｄｑ逆変換部４０は、相電圧位相指令値θ及び相電圧振幅指令値｜Ｖ｜を基に、主回路部１２から出力する交流電力の各相の瞬時値電圧の指令値を演算する。そして、ｄｑ逆変換部４０は、演算した瞬時値電圧の指令値を第１減算器４１ａ～４１ｃに入力する。
　第１減算器４１ａ～４１ｃには、ｄｑ逆変換部４０から各相の瞬時値電圧の指令値が入力されるとともに、第２計測装置１８によって測定された各相の相電圧Ｖａ（ＰＣＳ）、Ｖｂ（ＰＣＳ）、Ｖｃ（ＰＣＳ）の測定値が入力される。
　第１減算器４１ａ～４１ｃは、各相の瞬時値電圧の指令値から各相の相電圧Ｖａ（ＰＣＳ）、Ｖｂ（ＰＣＳ）、Ｖｃ（ＰＣＳ）の測定値を差し引くことにより、各相の瞬時値電圧の指令値と各相の相電圧Ｖａ（ＰＣＳ）、Ｖｂ（ＰＣＳ）、Ｖｃ（ＰＣＳ）の測定値との差分を演算する。
　第１演算器４２ａ～４２ｃは、第１減算器４１ａ～４１ｃによって演算された差分に第１比例定数Ｋ１を乗算することにより、各相の相電圧Ｖａ（ＰＣＳ）、Ｖｂ（ＰＣＳ）、Ｖｃ（ＰＣＳ）を各相の瞬時値電圧の指令値に近付けるための補正値を演算する。補正値は、より詳しくは、主回路部１２から出力される交流電力の各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の補正値である。第１演算器４２ａ～４２ｃは、演算した補正値を第１加算器４３ａ～４３ｃに入力する。
　第１加算器４３ａ～４３ｃには、第１演算器４２ａ～４２ｃから補正値が入力されるとともに、第２計測装置１８によって測定された各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の測定値が入力される。
　第１加算器４３ａ～４３ｃは、各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の測定値に補正値を加算する。これにより、第１加算器４３ａ～４３ｃは、主回路部１２から出力される交流電力の各相の相電圧Ｖａ（ＰＣＳ）、Ｖｂ（ＰＣＳ）、Ｖｃ（ＰＣＳ）を各相の瞬時値電圧出力指令値に近付けるために必要な主回路部１２の各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値を演算する。第１加算器４３ａ～４３ｃは、演算した各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値をリミッタ４４ａ～４４ｃに入力する。
　リミッタ４４ａ～４４ｃは、入力された各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値が上限値以上である場合に、各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値を上限値に制限するとともに、入力された各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値が下限値以下である場合に、各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値を下限値に制限する。
　リミッタ４４ａ～４４ｃは、入力された各指令値が下限値よりも大きくかつ上限値よりも小さい場合には、入力された各指令値をそのまま第２減算器４５ａ～４５ｃに入力する。リミッタ４４ａ～４４ｃは、入力された各指令値が下限値以下である場合には、各指令値を下限値に制限し、制限後の各指令値を第２減算器４５ａ～４５ｃに入力する。そして、リミッタ４４ａ～４４ｃは、入力された各指令値が上限値以上である場合には、各指令値を上限値に制限し、制限後の各指令値を第２減算器４５ａ～４５ｃに入力する。これにより、リミッタ４４ａ～４４ｃは、電力系統２の系統電圧の急変などで瞬時的に発生する電位差により、主回路部１２に過電流が発生してしまうことを抑制する。
　第２減算器４５ａ～４５ｃには、リミッタ４４ａ～４４ｃから各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値が入力されるとともに、第１計測装置１６によって測定された電力変換部２０の各相の線電流Ｉａ（ＩＮＶ）、Ｉｂ（ＩＮＶ）、Ｉｃ（ＩＮＶ）の測定値が入力される。
　第２減算器４５ａ～４５ｃは、各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値から各相の線電流Ｉａ（ＩＮＶ）、Ｉｂ（ＩＮＶ）、Ｉｃ（ＩＮＶ）の測定値を差し引くことにより、各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値と各相の線電流Ｉａ（ＩＮＶ）、Ｉｂ（ＩＮＶ）、Ｉｃ（ＩＮＶ）の測定値との差分を演算する。
　第２演算器４６ａ～４６ｃは、第２減算器４５ａ～４５ｃによって演算された差分に第２比例定数Ｋ２を乗算することにより、各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値に応じた電流を電力変換部２０から出力するための補正値を演算する。補正値は、より詳しくは、電力変換部２０から出力される交流電力の各相の相電圧Ｖａ（ＩＮＶ）、Ｖｂ（ＩＮＶ）、Ｖｃ（ＩＮＶ）の補正値である。第２演算器４６ａ～４６ｃは、演算した補正値を第２加算器４７ａ～４７ｃに入力する。
　第２加算器４７ａ～４７ｃには、第２演算器４６ａ～４６ｃから補正値が入力されるとともに、第１計測装置１６によって測定された電力変換部２０の各相の相電圧Ｖａ（ＩＮＶ）、Ｖｂ（ＩＮＶ）、Ｖｃ（ＩＮＶ）の測定値が入力される。
　第２加算器４７ａ～４７ｃは、各相の相電圧Ｖａ（ＩＮＶ）、Ｖｂ（ＩＮＶ）、Ｖｃ（ＩＮＶ）の測定値に補正値を加算する。これにより、第２加算器４７ａ～４７ｃは、電力変換部２０から出力する交流電力の各相の瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）を演算する。
　これにより、過電流抑制制御部３２では、相電圧位相指令値θ、相電圧振幅指令値｜Ｖ｜、相電圧Ｖａ（ＩＮＶ）、Ｖｂ（ＩＮＶ）、Ｖｃ（ＩＮＶ）、線電流Ｉａ（ＩＮＶ）、Ｉｂ（ＩＮＶ）、Ｉｃ（ＩＮＶ）、相電圧Ｖａ（ＰＣＳ）、Ｖｂ（ＰＣＳ）、Ｖｃ（ＰＣＳ）、及び線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の各入力情報の全てを用いて、主回路部１２の出力端での過電流を抑制するように、瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）を演算することができる。
　過電流抑制制御部３２では、リミッタ４４ａ～４４ｃが、主回路部１２から出力される交流電力の各相の線電流Ｉａ（ＰＣＳ）、Ｉｂ（ＰＣＳ）、Ｉｃ（ＰＣＳ）の指令値を下限値と上限値との間に制限することにより、主回路部１２の出力端での過電流を抑制するように、瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）を演算することができる。
　第２加算器４７ａ～４７ｃは、演算した各相の瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）を制御信号生成部４８に入力する。
　制御信号生成部４８は、第２加算器４７ａ～４７ｃから入力された各相の瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）に応じた電圧を電力変換部２０から出力するための制御信号を生成し、生成した制御信号を電力変換部２０に入力する。これにより、制御信号生成部４８は、各相の瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）に応じた電圧を電力変換部２０に出力させる。
　制御信号生成部４８は、例えば、各相の瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）を基に、正弦波パルス幅変調制御を行うことにより、電力変換部２０の各スイッチング素子のスイッチングを制御するための制御信号を生成する。但し、制御信号生成部４８の構成は、これに限ることなく、各相の瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）に応じた電圧を電力変換部２０から出力するための制御信号を生成可能な任意の構成でよい。
　例えば、制御信号生成部４８は、主回路部１２側に設け、制御装置１４（過電流抑制制御部３２）から主回路部１２に各相の瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）を入力し、主回路部１２側で制御信号を生成する構成としてもよい。過電流抑制制御部３２は、必ずしも制御信号生成部４８を有しなくてもよい。過電流抑制制御部３２の構成は、上記に限ることなく、各入力情報の全てを用いて、主回路部１２の出力端での過電流を抑制するように、瞬時値電圧出力指令値Ｖａ（ｒｅｆ）、Ｖｂ（ｒｅｆ）、Ｖｃ（ｒｅｆ）を演算可能な任意の構成でよい。
　図３は、実施形態に係る電力変換装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。
　図４は、参考の電力変換装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。
　図４は、制御装置１４が過電流抑制制御部３２を有していない参考の電力変換装置の動作の一例を模式的に表す。
　図３及び図４において、横軸は、時間（秒）であり、縦軸は、主回路部１２の定格出力を基準とした出力電流（ｐｕ：ｐｅｒ　ｕｎｉｔ）である。
　図３は、時刻ｔ１～ｔ２において、事故点残留電圧が約５０％の三線地絡事故が発生した場合の電力変換装置１０の動作の一例を表す。図４は、同様の場合の参考の電力変換装置の動作の一例を表す。
　図４に表したように、過電流抑制制御部３２を有していない参考の電力変換装置では、事故の発生の際に、主回路部１２の出力電流が、±２（ｐｕ）を超えている。
　これに対し、実施形態に係る電力変換装置１０では、過電流抑制制御部３２のリミッタ４４ａ～４４ｃにおいて上限値を＋１．２（ｐｕ）、下限値を－１．２（ｐｕ）に設定している。これにより、実施形態に係る電力変換装置１０では、図３に表したように、事故の発生の際にも、主回路部１２の出力電流を±１．２（ｐｕ）程度に抑えることができている。電力変換装置１０では、過電流抑制制御部３２を有しない参考の電力変換装置と比べて、事故の発生の際にも、過電流の発生を抑制することができている。
　以上、説明したように、本実施形態に係る電力変換装置１０では、制御装置１４が、過電流抑制制御部３２を有する。これにより、電圧制御運転をした場合にも、過電流の発生を抑制することができる。例えば、系統電圧の急変などで瞬時的な電位差が発生した場合などにも、主回路部１２に過電流が発生し、電力変換部２０のスイッチング素子などの主回路部１２の内部の部品が故障してしまうことを抑制することができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (3)

  1. 　入力された電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記電力変換部から出力された前記交流電力を正弦波に近付けるフィルタ回路と、を有する主回路部と、
    　前記電力変換部の動作を制御することにより、前記主回路部による電力の変換を制御する制御装置と、
    　前記電力変換部から出力される前記交流電力の各相の相電圧、及び各相の線電流を測定する第１計測装置と、
    　前記主回路部から出力される交流電力の各相の相電圧、各相の線電流、前記主回路部の出力端における有効電力、及び前記主回路部の出力端における無効電力を測定する第２計測装置と、
    　を備え、
    　前記制御装置は、
    　　有効電力指令値及び無効電力指令値が入力されるとともに、前記主回路部の出力端の前記有効電力及び前記無効電力の各測定値が入力され、前記有効電力指令値と前記有効電力の測定値とを基に、前記主回路部から出力する前記交流電力の相電圧位相指令値を演算し、前記無効電力指令値と前記無効電力の測定値とを基に、前記主回路部から出力する前記交流電力の相電圧振幅指令値を演算する指令値演算部と、
    　　前記相電圧位相指令値、前記相電圧振幅指令値、前記電力変換部の前記交流電力の前記相電圧及び前記線電流の各測定値、及び前記主回路部の前記交流電力の前記相電圧及び前記線電流の各測定値の各入力情報の全てを用いて、前記主回路部の出力端での過電流を抑制するように、前記電力変換部から出力する前記交流電力の各相の瞬時値電圧出力指令値を演算する過電流抑制制御部と、
    　を有し、演算した前記瞬時値電圧出力指令値に応じた電圧が前記電力変換部から出力されるように、前記電力変換部の動作を制御する電力変換装置。
  2. 　前記過電流抑制制御部は、
    　　前記相電圧位相指令値及び前記相電圧振幅指令値を基に、ｄｑ逆変換を行うことにより、前記主回路部から出力する前記交流電力の各相の瞬時値電圧の指令値を演算するｄｑ逆変換部と、
    　　演算された前記各相の瞬時値電圧の指令値と、前記主回路部の前記交流電力の各相の相電圧の測定値と、の差分を演算する第１減算器と、
    　　前記第１減算器によって演算された前記差分に第１比例定数を乗算することにより、前記主回路部から出力される前記交流電力の各相の線電流の補正値を演算する第１演算器と、
    　　前記主回路部の前記交流電力の各相の線電流の測定値に前記第１演算器で演算された前記補正値を加算することにより、前記主回路部の前記交流電力の各相の線電流の指令値を演算する第１加算器と、
    　　前記各相の線電流の指令値が上限値以上である場合に、前記各相の線電流の指令値を前記上限値に制限するとともに、前記各相の線電流の指令値が下限値以下である場合に、各相の線電流の指令値を前記下限値に制限するリミッタと、
    　　前記リミッタから入力された前記各相の線電流の指令値と、前記電力変換部の各相の線電流の測定値と、の差分を演算する第２減算器と、
    　　前記第２減算器によって演算された前記差分に第２比例定数を乗算することにより、前記電力変換部から出力される前記交流電力の各相の相電圧の補正値を演算する第２演算器と、
    　　前記電力変換部の前記交流電力の各相の相電圧の測定値に前記第２演算器で演算された前記補正値を加算することにより、前記電力変換部から出力する前記交流電力の各相の前記瞬時値電圧出力指令値を演算する第２加算器と、
    　を有する請求項１記載の電力変換装置。
  3. 　入力された電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記電力変換部から出力された前記交流電力を正弦波に近付けるフィルタ回路と、を有する主回路部を備えた電力変換装置に用いられ、前記電力変換部の動作を制御することにより、前記主回路部による電力の変換を制御する制御装置であって、
    　有効電力指令値及び無効電力指令値が入力されるとともに、前記主回路部の出力端の有効電力及び無効電力の各測定値が入力され、前記有効電力指令値と前記有効電力の測定値とを基に、前記主回路部から出力する前記交流電力の相電圧位相指令値を演算し、前記無効電力指令値と前記無効電力の測定値とを基に、前記主回路部から出力する前記交流電力の相電圧振幅指令値を演算する指令値演算部と、
    　前記相電圧位相指令値、前記相電圧振幅指令値、前記電力変換部の前記交流電力の相電圧及び線電流の各測定値、及び前記主回路部の前記交流電力の相電圧及び線電流の各測定値の各入力情報の全てを用いて、前記主回路部の出力端での過電流を抑制するように、前記電力変換部から出力する前記交流電力の各相の瞬時値電圧出力指令値を演算する過電流抑制制御部と、
    　を備え、
    　演算した前記瞬時値電圧出力指令値に応じた電圧が前記電力変換部から出力されるように、前記電力変換部の動作を制御する制御装置。
PCT/JP2021/012721 2021-03-25 2021-03-25 電力変換装置及び制御装置 WO2022201470A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21933075.0A EP4318917A1 (en) 2021-03-25 2021-03-25 Power conversion device and control device
US17/923,230 US20230188030A1 (en) 2021-03-25 2021-03-25 Power conversion device and control device
JP2022564836A JP7289409B2 (ja) 2021-03-25 2021-03-25 電力変換装置及び制御装置
PCT/JP2021/012721 WO2022201470A1 (ja) 2021-03-25 2021-03-25 電力変換装置及び制御装置
AU2021436898A AU2021436898B2 (en) 2021-03-25 2021-03-25 Power conversion device and control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/012721 WO2022201470A1 (ja) 2021-03-25 2021-03-25 電力変換装置及び制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022201470A1 true WO2022201470A1 (ja) 2022-09-29

Family

ID=83396632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/012721 WO2022201470A1 (ja) 2021-03-25 2021-03-25 電力変換装置及び制御装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230188030A1 (ja)
EP (1) EP4318917A1 (ja)
JP (1) JP7289409B2 (ja)
AU (1) AU2021436898B2 (ja)
WO (1) WO2022201470A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007020361A (ja) * 2005-07-11 2007-01-25 Meidensha Corp 系統安定化装置
JP2015192562A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 株式会社東芝 電力変換装置
JP2018019466A (ja) * 2016-07-26 2018-02-01 株式会社明電舎 電力変換装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007020361A (ja) * 2005-07-11 2007-01-25 Meidensha Corp 系統安定化装置
JP2015192562A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 株式会社東芝 電力変換装置
JP2018019466A (ja) * 2016-07-26 2018-02-01 株式会社明電舎 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP7289409B2 (ja) 2023-06-09
AU2021436898B2 (en) 2023-08-31
AU2021436898A1 (en) 2022-12-01
JPWO2022201470A1 (ja) 2022-09-29
EP4318917A1 (en) 2024-02-07
US20230188030A1 (en) 2023-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5542609B2 (ja) 無効電力補償装置
Li et al. An input power factor control strategy for high-power current-source induction motor drive with active front-end
KR101266278B1 (ko) 전력변환장치의 제어방법
JP5003819B2 (ja) 系統安定化装置
EP2763301B1 (en) Power converter control method
JPH08163782A (ja) 電力系統安定化装置
JP2021151081A (ja) 系統連系インバータ及び系統周波数の変動抑制方法
WO2010055557A1 (ja) 自励式無効電力補償装置
JP2008043057A (ja) Ｐｗｍコンバータ
JP2010288437A (ja) 電力変換装置の制御方法，無停電電源装置，並列型瞬低補償装置
JP7289409B2 (ja) 電力変換装置及び制御装置
JP7289410B2 (ja) 電力変換装置及び制御装置
JP2012075292A (ja) 無効電力補償装置およびその制御方法
US11942876B2 (en) Power conversion device
JP2005065423A (ja) 自励式変換器の制御装置
JP2019140743A (ja) 電力変換装置
JP2020114049A (ja) 電力変換装置、鉄道車両および電力変換装置制御方法
JP7392885B1 (ja) 電力変換装置
JP7323499B2 (ja) ３レベル電力変換器の制御装置
JP5050622B2 (ja) 電圧変動補償装置の制御方式
KR101852015B1 (ko) 하이브리드 비례 적분 제어기 및 그 제어기를 갖는 인버터 시스템
JP4533688B2 (ja) 電力変換装置
JP2001136663A (ja) 自励式系統補償装置の制御方法
JPH05336663A (ja) 高調波抑制装置
JP5249066B2 (ja) 二相交流回転機の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022564836

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21933075

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021436898

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20210325

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2021933075

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021933075

Country of ref document: EP

Effective date: 20231025