JP4959613B2 - 電力補償装置 - Google Patents
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Description
これにより、相間電力制御部により相単位で通過電力を制御し、線間電圧について三相平衡を維持する。そして相内電力制御部によって、各相内の電力貯蔵装置の貯蔵容量総和に応じて、各相の通過電力量を調整することにより相単位の通過電力制御を実施する。これにより各セルパワーモジュールの出力電圧割合を調整し、アンバランスを補正する。
なお、各相に対して直列に接続されたN台のセルパワーモジュールにおいて一方の端部に配置されたセルパワーモジュール同士の単相インバータを接続して中性点とすることで、3N台のセルパワーモジュールによってY結線接続を形成するものとしてもよい。
また、電力貯蔵部としては超電導コイルを用いることができる。この場合、相間電力制御部は、電力貯蔵部による電力貯蔵量の差を、セルパワーモジュール内の電流差により判定することができる。
図1、図2に示すように、本実施形態の電力補償装置は、位相差が120度となるU相、V相、W相をY結線で接続したもので、U相、V相、W相それぞれに直列に接続されたセルパワーモジュール(以下、単にセルと呼ぶ場合がある)U1〜U4,V1〜V4,W1〜W4によって構成される。すなわち、セルパワーモジュールU1,V1,W1それぞれが中性点Nで接続され、セルパワーモジュールU1〜U4それぞれが直列に、セルパワーモジュールV1〜V4それぞれが直列に、セルパワーモジュールW1〜W4それぞれが直列に接続され、セルパワーモジュールU4,V4,W4それぞれが電力系統のU相、V相、W相に接続される。
さらに各相内電力制御部5から各相の平均コイル電流を取得すると共に各セルパワーモジュールU1〜U4,V1〜V4,W1〜W4に対して各相の電圧を制御する電力制御部6(相間電力制御部を含む)とを有している。
以下において、これら相内電力制御部5及び電力制御部6による電力補正について詳細に説明する。なお、本実施形態の電力制御は、電力貯蔵部やセル部電力変換器の効率差に基づく電力貯蔵量の差を補正するものであり、大きな差は発生しない条件で適用可能な手法である。
上記を踏まえ、電力制御を以下の段階により実施する。
1 相単位での通過電力制御
2 同一相内での各セル通過電力制御
3 相電流に対応した通過電力制御
4 放電時と充電時に対応した通過電力制御
上記3,4はそれぞれ上記1,2項内の演算に反映させるものであり、以下1,2項に大別して説明する。
である。電流差がΔIの二つの超電導コイル間電力差(コイルインダクタンスLは同一とする)は、
L/2×L×I2−1/2×L×(I+ΔI)2
=L/2×{I2−(I2+2×ΔI×I+ΔI2)}
=L/2×{2×ΔI×I+ΔI2}
≒L/2×{2×ΔI×I} (ΔI×I≫ΔI,ΔI=微小)
となる。したがって簡易的に電流差で電力差の評価を実施する。
また、電力変換器定格電力出力に必要なコイル電流を基準電流(1PU)とする(1PU=100%)。
基準コイル電流=電力変換器定格電力/セル数/セル定格直流電圧
である。
(1)各相平均コイル電流演算
U相平均コイル電流=〔{(セルU1コイル電流)2+(セルU2コイル電流)2+(セルU3コイル電流)2+(セルU4コイル電流)2}/4〕0.5
を演算する(単位PU)。V相、W相についても同様に演算する。
最小電流=U相〜W相平均コイル電流の中の最小値
U相電流偏差=U相平均コイル電流−最小電流
V相電流偏差=V相平均コイル電流−最小電流
W相電流偏差=W相平均コイル電流−最小電流
偏差振幅=(U相電流偏差2+V相電流偏差2+W相電流偏差2)0.5
偏差振幅が最小偏差振幅(例えば0.02PU)より小さい場合は、偏差小として相間電力制御を実施しない(補正値=0)。偏差振幅が最小偏差振幅より大きい場合は次の演算ステップに進む。
各相電流偏差による合成ベクトルより、図5に示す領域(PU,NU,PV,NV,PW,NW)を導出する。
例えば、U相電流偏差=0にて、
V相電流偏差 >= 2×W相電流偏差 であれば、領域PV、
W相電流偏差 >= 2×V相電流偏差 であれば、領域PW、
それ以外の場合は領域NU
とする。
有効電流指令(≒電力指令、電圧微小変化により)による係数演算を図6に示した関数(=有効電流指令の逆数)により実施する。
補正値=係数×(偏差振幅−最小偏差振幅)
を演算する。補正値が最大補正値(例えば0.05PU)より大きい場合は、補正値=最大補正値とする。
上記領域と補正値から、下表に示す補正αを導出する。
なお、このときの補正α、β、θβの関係例は図8のようになる。また、各モード例を図9に示した。図9で破線は通常制御時であり、実線が相間電力制御時を示す。
(1)セル内コイル電流ソート
各セルコイル電流を電流値の大きい順にソートする。電流値が大きい順にA、B、C、Dとし、セルAコイル電流(PU)、セルBコイル電流(PU)、セルCコイル電流(PU)、セルDコイル電流(PU)と定義する。
最大値であるセルAコイル電流と最小値であるセルDコイル電流に対する平均コイル電流を次式により演算する。
2点平均コイル電流 = ((セルAコイル電流2+セルDコイル電流2)/2)0.5
2点間偏差を次式により演算する。
2点間偏差=(セルAコイル電流−セルDコイル電流)/2点平均コイル電流/2
2点間偏差が最小偏差(例えば0.02PU)より小さい場合は、偏差小として相内電力制御を実施しない(補正値=0)。2点間偏差が最小偏差より大きい場合は次の演算ステップに進む。
有効電流指令(≒電力指令、電圧変化微小より)による係数演算を図6に示した関数(=有効電流指令の逆数)により実施する。
補正値=係数×(2点間偏差−最小偏差)
補正値が最大補正値(例えば0.05PU)より大きい場合は、補正値=最大補正値とする。
また、上記4の放電時と充電時に対応した通過電力制御を行うには、放電時には、貯蔵電力量の大きなセルの通過電力を増加させるとともに、貯蔵電力量の小さなセルの通過電力を減少させ、充電時には、貯蔵電力量の大きなセルの通過電力を減少させるとともに、貯蔵電力量の小さなセルの通過電力を増加させる調整を行う。
また、電力制御部6による通過電力量制御は、コイル電流の最大値と最小値のみに対する補正演算のため、マルチセル電力変換器構成が変化し、セル数に変更がある場合にも適用可能である。
Claims (4)
- 三相の電力系統の電力補償を行なう電力補償装置において、
補償する電力を貯蔵する電力貯蔵部と、該電力貯蔵部の充放電を行なって単相電力と直流電力との変換を行なう単相インバータと、を有するセルパワーモジュールを、前記電力系統の各相に対してN台(Nは2台以上の整数)設置することで、3N台の該セルパワーモジュールを備え、前記電力系統の各相毎に設置されたN台の前記セルパワーモジュールの前記単相インバータの単相電力側を直列に接続すると共に、前記単相インバータの直流電力側に前記電力貯蔵部を接続して構成され、
前記各相の線間電圧が平衡を保つように前記各相単位での電力制御を行なう相間電力制御部と、前記各相内での前記各セルパワーモジュール電力の割合を制御する相内電力制御部とを備えたことを特徴とする電力補償装置。 - 前記相内電力制御部は、一つの相におけるセルパワーモジュールの通過電力総和を保ちつつ、該相内での貯蔵電力量が最大のセルパワーモジュールと、同貯蔵電力量が最小のセルパワーモジュールとに対する通過電力の割合を補正することを特徴とする請求項1に記載の電力補償装置。
- 前記電力貯蔵部は超伝導コイルであり、
前記相間電力制御部は、前記電力貯蔵部による電力貯蔵量の差を、セルパワーモジュール内の電流差により判定することを特徴とする請求項2に記載の電力補償装置。 - 三相の電力系統の電力補償を行なう電力補償装置において、
補償する電力を貯蔵する電力貯蔵部と、該電力貯蔵部の充放電を行なって単相電力と直流電力との変換を行なう単相インバータと、を有するセルパワーモジュールを前記電力系統の各相に対して設置し、前記電力系統の各相毎に設置された前記セルパワーモジュールの前記単相インバータの単相電力側を直列に接続すると共に、前記単相インバータの直流電力側に前記電力貯蔵部を接続して構成され、
前記各相の線間電圧が平衡を保つように前記各相単位での電力制御を行なう相間電力制御部と、前記各相内での前記各セルパワーモジュール電力の割合を制御する相内電力制御部とを備えたことを特徴とする電力補償装置。
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