JP2016039738A - Parallel connection system of three-level power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、系統に連系された3レベル電力変換装置の並列接続システムに係り、特に、各々の3レベル電力変換装置における直流リンク電圧の中性点電位を安定化させる方法に関する。 The present invention relates to a parallel connection system of three-level power converters connected to a grid, and more particularly to a method for stabilizing a neutral point potential of a DC link voltage in each three-level power converter.
3レベル電力変換装置における直流リンク電圧の中性点電位を制御する方式については、電圧指令に印加する零相電圧として偶数次高調波を加算し、中性点電位を制御する方法が特許文献1に記載されている。特許文献1では、インバータ電流から零相電圧を生成するため、軽負荷(特に無負荷)においては中性点電位を制御させる操作量が小さくなり、中性点電位が安定せずインバータの動作が不安定になる場合がある。 As a method for controlling the neutral point potential of the DC link voltage in the three-level power converter, Patent Document 1 discloses a method of adding the even-order harmonics as the zero-phase voltage applied to the voltage command and controlling the neutral point potential. It is described in. In Patent Document 1, since the zero-phase voltage is generated from the inverter current, the amount of operation for controlling the neutral point potential is small at a light load (especially no load), the neutral point potential is not stabilized, and the inverter operates. May become unstable.
そこで中性点電位の変動が閾値を超過した場合、系統に対して適当な無効電力を重畳することにより、中性点電位制御の入力信号である電流量を増やし電圧指令に印加する零相電圧を増加させ中性点電位を安定化させることが可能である。 Therefore, when the fluctuation of the neutral point potential exceeds the threshold value, the zero-phase voltage applied to the voltage command is increased by increasing the amount of current that is the input signal for neutral point potential control by superimposing appropriate reactive power on the system. Can be increased to stabilize the neutral point potential.
しかしながら、3レベル電力変換装置の並列接続システムにおいて、各々の3レベル電力変換装置が個別に制御を行い、系統に対して無効電力を重畳させた場合、システム全体として 無効電力が大きくなるため、系統の品質を悪化させる恐れがある。 However, in a parallel connection system of three-level power converters, when each three-level power converter individually controls and superimposes reactive power on the grid, the reactive power increases as a whole system. There is a risk of deteriorating the quality.
以上示したようなことから、3レベル電力変換装置の並列接続システムにおいて、中性点電位を制御すると共に、無効電力が大きくなり系統の品質が悪化することを抑制することが課題となる。 As described above, in the parallel connection system of the three-level power conversion device, it becomes a problem to control the neutral point potential and to prevent the reactive power from increasing and the quality of the system from deteriorating.
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、交流電源の電圧を正極,中性点,負極の3電位の直流電圧に変換する3レベルコンバータと、前記正極,中性点,負極の3電位の直流電圧から3レベルの電圧に変換した交流出力を生成する3レベルインバータと、を備えたユニットを並列接続した3レベル電力変換装置の並列接続システムであって、3レベルコンバータを制御する整流器制御器は、直流電圧偏差が閾値以上、または閾値を超過した時、ユニット数が2Nの場合、N台のユニットに遅れ極性の無効電力指令を重畳し、その他のN台のユニットに進み極性の無効電力指令を重畳し、ユニット数が2N+1の場合、N+1台のユニットに遅れ極性の無効電力指令を重畳し、その他のN台のユニットに進み極性の無効電力指令を重畳し、または、N台のユニットに遅れ極性の無効電力指令を重畳し、その他のN+1台のユニットに進み極性の無効電力指令を重畳することを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the conventional problems, and one aspect thereof is a three-level converter that converts a voltage of an AC power source into a DC voltage of three potentials of a positive electrode, a neutral point, and a negative electrode, A parallel connection system of a three-level power conversion device in which units including a positive-polarity, a neutral point, and a negative-polarity three-level inverter that generates an alternating-current output converted into a three-level voltage are connected in parallel. The rectifier controller that controls the three-level converter superimposes a reactive power command with a delayed polarity on N units when the DC voltage deviation is greater than or equal to or exceeds the threshold and the number of units is 2N. If the number of units is 2N + 1, the reactive power command of polarity is superimposed on the N units, and the reactive power command of polarity is superimposed on the N + 1 units, and the polarity is advanced to the other N units. It superimposes the reactive power command, or superimposes the reactive power command delay polarity N stand unit, characterized by superimposing a reactive power command polarity advances to other N + 1 single unit.
また、その一態様は、前記3電位の直流電圧は、正極と中性点、中性点と負極との間に介挿され、互いに直列接続されたコンデンサを備えたことを特徴とする。 In one aspect, the three-potential direct current voltage includes a capacitor that is interposed between a positive electrode and a neutral point, a neutral point and a negative electrode, and is connected in series.
本発明によれば、3レベル電力変換装置の並列接続システムにおいて、中性点電位を制御すると共に、無効電力が大きくなり系統の品質が悪化することを抑制することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the parallel connection system of a three level power converter device, while controlling a neutral point potential, it becomes possible to suppress that reactive power becomes large and the quality of a system | strain deteriorates.
以下、本願発明に係る3レベル電力変換装置の並列接続システムにおける実施形態を図1〜図3に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment in a parallel connection system of a three-level power converter according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[実施形態]
図1は、本実施形態における3レベル電力変換装置の並列接続システムを示すブロック図である。図1に示すように、交流電源1と負荷4との間には、複数のユニット5が並列接続される。各ユニット5では、 交流電源1から出力された交流電圧を、系統を介して各3レベルコンバータ2で3電位(正極、中性点、負極)の直流電圧に変換する。前記正極と中性点との間にコンデンサc1が介挿され、中性点と負極との間にコンデンサc2が介挿される。このコンデンサc1とc2は直列接続される。そして、3レベルインバータ3において、コンデンサc1,c2の直流電圧を3レベルの交流電圧に変換して負荷4に供給する。
[Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a parallel connection system of three-level power conversion devices according to this embodiment. As shown in FIG. 1, a plurality of
なお、交流電源1と3レベルコンバータ2との間、および、3レベルインバータ3と負荷4との間には、フィルタ6a,6bが介挿される。また、3レベルコンバータ2は、整流器制御器7により制御される。
また、図1に示すように、交流電源1とフィルタ6aとの間の入力電流と、フィルタ6aと3レベルコンバータ2との間の整流器電流と、3レベルコンバータ2で変換された正極と中性点との間の直流電圧検出値(上)と、3レベルコンバータ2で変換された中性点と負極との間の直流電圧検出値(下)と、を検出する。 Further, as shown in FIG. 1, the input current between the AC power source 1 and the filter 6a, the rectifier current between the filter 6a and the three-level converter 2, the positive electrode converted by the three-level converter 2, and the neutrality A DC voltage detection value between the points (upper) and a DC voltage detection value (lower) between the neutral point converted by the three-level converter 2 and the negative electrode are detected.
本実施形態では、各々の3レベルインバータが系統に対して重畳する無効電力をシステム全体で制御し、各々の3レベルインバータの中性点電位を安定化させる。また、系統に対し必要以上の無効電力を重畳しないようにする。そのため、図2および図3のアルゴリズムにより中性点電位変動について制御を行う。 In this embodiment, the reactive power superimposed on the grid by each three-level inverter is controlled by the entire system, and the neutral point potential of each three-level inverter is stabilized. In addition, avoid unnecessary superposition of reactive power on the grid. Therefore, the neutral point potential fluctuation is controlled by the algorithm shown in FIGS.
図2は本実施形態における整流器制御器7を示すブロック図である。 直流電圧偏差部11において、図1に示す直流電圧検出値(上)と直流電圧検出値(下)との偏差を演算する。この直流電圧の偏差を絶対値変換部12で絶対値に変換する。次に、閾値判定部13において前記の絶対値と闘値とを比較し、前記絶対値が閾値以上となった場合、または、閾値を超過した場合に中性点電位変動の閾値超過信号を出力する。
FIG. 2 is a block diagram showing the
または、本実施形態における整流器制御器7は、そのユニット5が運転しているか否かを示す運転信号を出力する。また、後述する無効電力指令の極性を決める極性信号を入力する。
Or the
なお、図2の整流器制御器7は、閾値超過信号を生成する制御ブロックと運転信号の出力、無効電力指令の極性信号の入力以外は、従来の3レベルコンバータと同様である。
The
具体的には、直流電圧指令と直流電圧検出値との偏差を減算部14で算出し、その偏差に基づいて電圧制御部15で比例積分制御(PI制御)による電圧制御を行う。また、極性信号に基づいた無効電力指令と無効電力検出値との偏差を減算部16で算出し、その偏差に基づいて無効電力制御部17で比例積分制御(PI制御)による無効電力制御を行う。この電圧制御部15の出力と無効電力制御部17の出力と整流器電流とに基づいて、電流制御部18により電流制御を行う。
Specifically, the deviation between the DC voltage command and the detected DC voltage value is calculated by the
さらに、直流電圧の偏差と整流器電流検出値とに基づいて、中性点電位制御部19により中性点電位制御を行う。前記の電流制御部18の出力と中性点電位制御部19の出力との合計値に基づいてPWM制御器20により、PWM信号を生成して整流器のスイッチング素子をオンおよびオフの制御を行う。
Furthermore, the neutral point potential control is performed by the neutral point
並列接続されているユニット5のうち任意の1台をマスター機とする。 そして、マスター機には図3に示すように、OR回路21と、極性選択ブロック22が設けられる。
Any one of the
OR回路21はN台並列接続される3レベルインバータ全ての閾値超過信号を入力する。 OR回路21は全てのユニット5の閾値検出信号のうち少なくとも何れか1つが「H」レベルの場合、「H」レベルの信号を極性選択ブロック22に出力する。
The
極性選択ブロック22は各ユニット5の整流器制御器7から運転しているか否かの運転信号を入力する。極性選択ブロック22は、運転している全てのユニット5の整流器制御器7に対して無効電力の極性信号を送る。各ユニット5の整流器制御器7は、その極性信号に基づいて無効電力指令を系統に対して重畳させ中性点電位を安定化(中性点電位変動を抑制)させる。
The
マスター機の極性選択ブロック22は無効電力指令を決定する際に各々のユニット5から出力される運転信号に基づいて、現在の並列運転台数を識別し、系統に対して重畳する無効電力が最小になるように並列接続システム全体の各3レベルインバータに対して無効電力指令の極性(遅れ/進み)を決定する。
When determining the reactive power command, the
無効電力指令の極性決定アルゴリズムは、並列運転台数が2N(偶数)の場合遅れ極性N台、進み極性N台とする。また、並列運転代数が2N+1(奇数)の場合、遅れ極性N+1台、進み極性N台,または、遅れ極性N台、進み極性N+1台とする。これにより、3レベル電力変換装置の並列接続システム全体としては系統に対して無効電力を抑制することができる。 The reactive power command polarity determination algorithm is set to N delayed polarities and N advanced polarities when the number of units in parallel operation is 2N (even number). Further, when the parallel operation algebra is 2N + 1 (odd number), it is assumed that there are N + 1 delayed polarities, N advanced polarities, or N delayed polarities, N advanced polarities. Thereby, reactive power can be suppressed with respect to a system | strain as the whole parallel connection system of a three level power converter device.
仮に中性点を安定化させるためにN台すべての3レベルインバータが系統に対して遅れ無効電力を重畳した場合、一台当たりの無効電力をQとすればN×Qの無効電力を系統に対して重畳させることになる。それに対し、本実施形態では遅れ極性と進み極性の無効電力指令に分けることにより、並列接続されたユニット5の台数がN=2M+1(奇数台)の場合、系統に対してQ=(M+1)×Q+M×(−Q)の無効電力を重畳させることとなる。また、並列接続されたユニット5がN=2M(偶数台)の場合、系統に対する重畳は0=M×Q+M×(−Q)となり、各3レベルインバータは規定の無効電流を流し、中性点電位を安定化させることができ、さらに、系統に対して重畳する無効電力を小さく することが可能となる。
If all three N-level inverters have delayed reactive power superimposed on the grid to stabilize the neutral point, N × Q reactive power will be added to the grid if the reactive power per unit is Q. It will be superimposed on. On the other hand, in the present embodiment, by dividing into reactive power commands of delayed polarity and advanced polarity, when the number of
以上示したように、本実施形態によれば、 中性点電位が変動した場合、系統に対して無効電力を重畳することにより、中性点電位の変動を抑制すると共に、系統に対して重畳する無効電力を最小にすることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when the neutral point potential fluctuates, the reactive power is superimposed on the system to suppress the fluctuation of the neutral point potential and to be superimposed on the system. It becomes possible to minimize the reactive power to be performed.
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。 Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.
例えば、図1では、コンデンサc1,c2それぞれ1つの構成を示しているが、それぞれ複数直列接続してもよい。 For example, FIG. 1 shows one configuration for each of the capacitors c1 and c2, but a plurality of capacitors c1 and c2 may be connected in series.
7…整流器制御器
11…直流電圧偏差部
12…絶対値変換部
13…閾値判定部
14,16…減算部
15…電圧制御部
17…無効電力制御部
18…電流制御部
19…中性点電位制御部
20…PWM制御部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記正極,中性点,負極の3電位の直流電圧から3レベルの電圧に変換した交流出力を生成する3レベルインバータと、を備えたユニットを並列接続した3レベル電力変換装置の並列接続システムであって、
3レベルコンバータを制御する整流器制御器は、
直流電圧偏差が閾値以上、または閾値を超過した時、
ユニット数が2Nの場合、N台のユニットに遅れ極性の無効電力指令を重畳し、その他のN台のユニットに進み極性の無効電力指令を重畳し、ユニット数が2N+1の場合、N+1台のユニットに遅れ極性の無効電力指令を重畳し、その他のN台のユニットに進み極性の無効電力指令を重畳し、または、N台のユニットに遅れ極性の無効電力指令を重畳し、その他のN+1台のユニットに進み極性の無効電力指令を重畳することを特徴とする3レベル電力変換装置の並列接続システム。 A three-level converter that converts the voltage of the AC power source into a DC voltage of three potentials: positive, neutral, and negative;
A parallel connection system of a three-level power conversion device in which units having a positive output, a neutral point, and a negative potential to generate an alternating current output converted from a three-potential direct-current voltage into a three-level voltage are connected in parallel. There,
The rectifier controller that controls the three-level converter is
When the DC voltage deviation exceeds the threshold value or exceeds the threshold value,
When the number of units is 2N, the reactive power command with a delayed polarity is superimposed on N units, and the reactive power command with a polarity is superimposed on the other N units, and when the number of units is 2N + 1, N + 1 units The delay polarity reactive power command is superimposed on the other N units, the polarity reactive power command is superimposed on the other N units, or the delay polarity reactive power command is superimposed on the N units, and the other N + 1 units A parallel connection system for a three-level power converter, wherein a reactive power command of polarity is superimposed on the unit.
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