JP6398016B2 - 複数のグリッド・タイ電力変換器の単独運転 - Google Patents
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Description
U_set=U_nom−KQV*Qout
ここで、U_setは電圧設定値振幅、U_nomは公称電圧振幅、KQVはドループ電圧勾配(V/kVAR)、Qoutは測定出力無効電力
と、
F_set=F_nom−KPF*Pout
ここで、F_setはCl出力の周波数設定値、F_nomは公称周波数、KPFはドループ周波数勾配(Hz/kW)、Poutは測定出力有効電力
と、に応じて電圧設定値に電圧ドループを適用し、周波数設定値に周波数ドループを適用するように構成された前記制御システムも含んでよい。
while(state=runPQ and grid_ok=1)
controlP(Pcmd_usr);
controlQ(Qcmd_usr);
check_grid(grid_ok);
if (grid_ok != 1)
state = transition_uf;
last_volt = grid_volt;
last_freq = grid_freq;
last_ph = grid_ph;
else if
state = runPQ;
endif
endwhile
上記の制御論理では、マイクログリッドモードに移行する前は、電力システムはグリッド・タイモードで動作している。while(state=runPQ and grid_ok=1) は、電力システムの複数の電力変換器がグリッド・タイモードで動作しており、グリッド条件が限界値内の場合である。この場合、複数の電力変換器は、サイトマスタ制御器(user)から、有効電力(P)指令Pcmd_usr及び無効電力(Q)指令Qcmd_usrを受信してよい。controlP(Pcmd_usr)及びcontrolQ(Qcmd_usr)は、電力変換器の有効電力及び無効電力を制御して電力指令とするルーチンである。check_grid(grid_ok)は、外部グリッドを確認するルーチンである。このルーチンは、グリッド電圧振幅及び周波数を監視する。if (grid_ok != 1)は、グリッド条件が異常である状況を指している。state = transition_ufは、マイクログリッドモードへの移行を開始する。last_volt = grid_volt、last_freq = grid_freq、及び last_ph = grid_phは、最新グリッド電圧及び周波数・位相角を保存する。これらは、限界値から外れており且つ異常と考えられるグリッド電圧又は周波数であってよい。state = runPQは、グリッドが正常である際に、電力システムをグリッド・タイモードで動作し続ける。
open_Kext();
wait(Kext_open_tm);
Pha = Pha + freq*dt;
ramp(U_set, last_volt, volt_nom, ramprate_U)
ramp(F_set, last_freq, freq_nom, ramprate_F)
U_set = U_nom - KQV * Qout;
F_set = F_nom - KPF * Pout;
controlU(U_set);
controlF(F_set);
if (U_set=U_nom and F_set=F_nom and Kext=open)
state = runUF;
elseif
state = transitionUF;
endif
endwhile
移行状態中(即ち、transition_uf)には、電圧変換器の出力電圧振幅及び周波数は、最新電圧振幅・周波数(限界値から外れており且つ異常と考えられる電圧又は周波数であってよい)から公称電圧振幅・周波数に急変(ランプ)される。公称(又は正常)電圧及び周波数は、例えば480V及び60Hzであってよい。open_Kext()は、単独運転スイッチに開くように命令する。wait(Kext_open_tm)は、単独運転スイッチが開くまでにかかる時間待機する指令である。ある実施形態では、この待機は適用されず、その場合、時間は0である。Pha=PHA +freq*dtは、位相計算を実施するルーチンである。dtは、計算のループタイムである。マイクログリッドモードに移行する際には、マイクログリッドモードの位相は、最新グリッド位相角からの位相で初期化される。ramp(U_set, last_volt, volt_nom, ramprate_U)及びramp(F_set, last_freq, freq_nom, ramprate_F) は、マイクログリッド電圧及び周波数指令/設定値を最新グリッド電圧及び周波数から公称電圧及び周波数にランプさせる。この初期化は、過渡現象を最小とし、且つマイクログリッドモードへのスムーズな移行を有するために実行される。ランプルーチンでは、出力はU_set及びF_setである。入力は、最新グリッド電圧及び周波数及び適用されるランプレートの初期条件である。U_set = U_nom - KQV * Qoutは、無効電力の共有を容易にするために、電圧ドループを電圧指令に適用される。U_nomは、公称電圧である。KQV (V/kVAR)は、ドループ勾配である。ドループ勾配は、同時に複数の電力変換器間の高速共有を有しつつ、電圧エクスカーションを最小とするように設定されてよい。例えば、Kdrp = 20%RatedKVA/Voltの値は、電力変換器がその定格無効電力の20%を出力している際に、1Vの降下を引き起こす可能性がある。480Vシステムでは、これは許容される。システムが480Vよりも低い電圧に設定される場合には、この値は減少されてよい。Qoutは、測定された出力無効電力であり、例えば内部電圧・電流センサを用いて各電力変換器により測定される。controlU(U_set)は、マイクログリッド電圧を電圧指令/設定値に制御するルーチンであり、controlF(F_set)は、マイクログリッド周波数を周波数指令/設定値に制御するルーチンである。if (U_set=U_nom and F_set=F_nom and Kext=open)は、電圧及び周波数の急変(ランプ)が終了したかどうか、単独運転スイッチが開いているかどうかを確認するものであり、その場合には、移行は終了され、マイクログリッドモードが実行中となる(state - runUF)。さもなければ、電力システムは移行状態のままである(state _ transition UF)。
U_set = U_nom - KQV * Qout;
F_set = F_nom - KPF * Pout;
if (storage_SOC > SOC_highlimit)
curtail_generation();
elseif
unconstrained_generation();
endif
controlU(U_set);
controlF(F_set);
endwhile
上記の制御論理では、複数の電力変換器の各々は、周波数・電圧ドループを適用し続ける。加えて、電力変換器が電池電力資源に連結される場合、その制御器は、再生可能エネルギー発電が削減されるべきかどうかを判断するために、電池電力資源の充電を監視してよい。U_set = U_nom - KQV * Qout及びF_set = F_nom - KPF * Poutは、電圧及び周波数ドル―プであり、これらはマイクログリッドモードにおいて電圧及び周波数指令/設定値に適用され続ける。if (storage_SOC > SOC_highlimit)は、電池貯蔵が過充電となっているかどうかを確認するものである。curtail_generation()は、再生可能電力資源の発電を削減するものである。これは、例えば、発電を停止したり、発電を減らすように再生可能資源に命令したり、発電を減らすための信号を資源に送信するためにマイクログリッド周波数を増加させたり、又は公称周波数を超えてマイクログリッド周波数を変化させることにより再生可能資源をオフラインにしたりすることで達成されてよい。unconstrained_generation()は、再生可能資源が制約なしに発電することを可能にする。controlU(U_set)及び controlF(F_set)は、マイクログリッド電圧及びマイクログリッド周波数を電圧及び周波数設定値/指令に制御するルーチンである。
controlP(Pcmd_usr);
controlQ(Qcmd_usr);
check_grid(grid_ok);
if (grid_ok != 1 and is_master)
state = transition_uf;
last_volt = grid_volt;
last_freq = grid_freq;
last_ph = grid_ph;
command_slave(transition_uf);
else if
state = runPQ;
endif
endwhile
上記の制御論理では、電力システムは、マイクログリッドモード(UF)に移行する前は、グリッド・タイモード(PQ)で動作している。while(state=runPQ and grid_ok=1)は、電力システムの複数の電力変換器がグリッド・タイモードで動作しており、グリッド条件が限界値内の場合である。この場合、複数の電力変換器は、サイトマスタ制御器(user)から、有効電力(P)指令Pcmd_usr及び無効電力(Q)指令Qcmd_usrを受信してよい。これらは、電力変換器の設定値として称されてもよい。controlP(Pcmd_usr)及びcontrolQ(Qcmd_usr)は、電力変換器の有効電力及び無効電力を制御して電力指令とするルーチンである。check_grid(grid_ok)は、外部グリッドを確認するルーチンである。このルーチンは、グリッド電圧振幅及び周波数を監視する。if (grid_ok != 1 and is_master)は、マスタ制御器に適用され、グリッド条件が異常である状況を指している。state = transition_ufは、マイクログリッドモードへの移行を開始する。last_volt = grid_volt及びlast_freq = grid_freqは、最新グリッド電圧及び周波数を保存する。これらは、限界値から外れており且つ異常であると考えられるグリッド電圧又は周波数であってよい。state = runPQは、グリッドが正常である際に、電力システムをグリッド・タイモードで動作し続ける。
open_Kext();
wait(Kext_open_tm);
Pha = Pha + freq*dt;
ramp(U_set, last_volt, volt_nom, ramprate_U)
ramp(F_set, last_freq, freq_nom, ramprate_F)
U_set = U_nom - KQV * Qout;
F_set = F_nom - KPF * Pout;
controlU(U_set);
controlF(F_set);
if (U_set=U_nom and F_set=F_nom and Kext=open)
state = runUF;
elseif
state = transitionUF;
endif
endwhile
移行状態中(即ち、transition_uf)には、マイクログリッド電圧振幅及び周波数は、マスタ制御器によって、最新電圧振幅・周波数(限界値から外れており且つ異常と考えられる電圧又は周波数であってよい)から公称電圧振幅・周波数にランプされる。公称(又は正常)電圧及び周波数は、例えば480V及び60Hzであってよい。open_Kext()は、単独運転スイッチに開くように命令する。wait(Kext_open_tm)は、単独運転スイッチが開くまでにかかる時間待機する指令である。ある実施形態では、この待機は適用されず、その場合、時間は0である。Pha=PHA +freq*dtは、位相計算を実施するルーチンである。dtは、計算のループタイムである。マイクログリッドモードに移行する際には、マイクログリッドモードの位相は、最新グリッド位相角からの位相で初期化される。ramp(U_set, last_volt, volt_nom, ramprate_U)及びramp(F_set, last_freq, freq_nom, ramprate_F)は、マイクログリッド電圧及び周波数指令/設定値を最新グリッド電圧及び周波数から公称電圧及び周波数にランプさせる。この初期化は、過渡現象を最小とし、且つマイクログリッドモードへのスムーズな移行を有するために実行される。ランプルーチンでは、出力はU_set及びF_setである。入力は、最新グリッド電圧及び周波数及び適用されるランプレートの初期条件である。controlU(U_set, F_set, Id_cmd, Iq_cmd)は、マイクログリッド電圧をマイクログリッド電圧指令/設定値に制御し、マイクログリッド周波数をマイクログリッド周波数指令/設定値に制御するルーチンである。マイクログリッド電圧及び周波数の制御に加えて、マスタ制御器は、電流制御モードで動作する複数のスレーブ制御器が従うような有効/無効電流指令(IId_cmd及びIq_cmd)を生成する。if (U_set=U_nom and F_set=F_nom and Kext=open)は、電圧及び周波数のランプが終了したかどうか、単独運転スイッチが開いているかどうかを確認するものであり、その場合には、移行は終了され、マイクログリッドモードが実行中となる(state - runUF)。さもなければ、電力システムは移行状態のままである(state _ transition UF)。
control_current(Id_cmd, Iq_cmd);
endwhile
control_current(Id_cmd, Iq_cmd)は、マイクログリッドモードで移行する際のスレーブ電力変換器のルーチンである。スレーブ電力変換器は電流制御モードで動作しており、スレーブ電力変換器のスレーブ制御器は、マスタ制御器から実電流・無効電流指令Id_cmd, Iq_cmdを受信する。
controlU(U_set, F_set, Id_cmd, Iq_cmd);
if (storage_SOC > SOC_highlimit)
curtail_generation();
elseif
unconstrained_generation();
endif
endwhile
上記の制御論理では、マスタ制御器は、マイクログリッド電圧をマイクログリッド電圧指令/設定値に制御し、マイクログリッド周波数をマイクログリッド周波数指令/設定値に制御するルーチンを継続する。マイクログリッド電圧及び周波数の制御に加えて、マスタ制御器は、電流制御モードで動作する複数のスレーブ制御器が従うような有効/無効電流指令(IId_cmd 及びIq_cmd)を生成する。if (storage_SOC > SOC_highlimit)は、電池貯蔵が過充電となっているかどうかを確認するものである。curtail_generation()は、再生可能電力資源の発電を削減するものである。unconstrained_generation()は、再生可能資源が制約なしに発電することを可能にする。
control_current(Id_cmd, Iq_cmd);
endwhile
上記の制御論理では、スレーブ制御器は電流制御モードで動作し続け、スレーブ電力変換器のスレーブ制御器は、マスタ制御器から実電流・無効電流指令Id_cmd, Iq_cmdを受信して、出力電流を実電流・無効電流指令Id_cmd, Iq_cmdに制御する。
Claims (8)
- 共通結合点で互いに連結された複数の電力変換器をグリッド・タイモードからマイクログリッドモードに移行させる方法であって、
前記共通結合点と外部グリッドとの間に直列に連結された単独運転スイッチを開く工程と、
前記複数の電力変換器のマイクログリッド電圧指令及び周波数指令を最新グリッド電圧及びグリッド周波数に設定する工程と、
前記複数の電力変換器の前記マイクログリッド電圧指令及び前記周波数指令を前記最新グリッド電圧及びグリッド周波数から公称電圧及び公称周波数にランプさせる工程と、
無効電力の共有を容易にするために、前記複数の電力変換器の前記マイクログリッド電圧指令に電圧ドループを適用する工程と、
有効電力の共有を容易にするために、前記複数の電力変換器の前記周波数指令に周波数ドループを適用する工程と、
を備えることを特徴とする方法。 - 最新グリッド位相角に応じてマイクログリッド位相角を設定する工程を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 外部グリッド電圧振幅及び周波数が上限値又は下限値から外れているか、前記単独運転スイッチが開かれるべきかどうか、を判断するために、外部グリッド電圧振幅及び周波数を監視する工程を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記複数の電力変換器は、電池電力資源と再生可能電力資源とに連結しており、
当該方法は、
前記電池電力資源の電池貯蔵を前記電池電力資源の上限閾値と比較し、前記電池貯蔵が前記上限閾値を超える場合に、発電を減少させるように前記再生可能電力資源に命令する工程を更に備える
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 共通結合点で互いに連結された複数の電力変換器を、一のマスタ制御器と、前記複数の電力変換器と連結された一又は複数のスレーブ制御器とを用いて、グリッド・タイモードからマイクログリッドモードに移行させる方法であって、
前記共通結合点と外部グリッドとの間に直列に連結された単独運転スイッチを開く工程と、
前記一のマスタ制御器により、マイクログリッド電圧指令及び周波数指令を最新グリッド電圧及びグリッド周波数に設定する工程と、
前記一のマスタ制御器により、前記マイクログリッド電圧指令及び前記周波数指令を前記最新グリッド電圧及びグリッド周波数から公称電圧及び公称周波数にランプさせる工程と、
前記一のマスタ制御器により、前記一又は複数のスレーブ制御器が従う有効/無効電流指令を生成する工程と、
前記一又は複数のスレーブ制御器を電流制御モードで動作させ、その間、前記一又は複数のスレーブ制御器のうちの一のスレーブ制御器に連結された一の電力変換器の出力電流は、前記一のマスタ制御器からの前記有効/無効電流指令を用いて制御される工程と、
を備えることを特徴とする方法。 - 前記一のマスタ制御器により、最新グリッド位相角に応じてマイクログリッド位相角を設定する工程を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 外部グリッド電圧振幅及び周波数が上限値又は下限値から外れているか、前記単独運転スイッチが開かれるべきかどうか、を判断するために、外部グリッド電圧振幅及び周波数を監視する工程を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記複数の電力変換器は、電池電力資源と再生可能電力資源とに連結しており、
当該方法は、
前記一のマスタ制御器により、前記電池電力資源の電池貯蔵を前記電池電力資源の上限閾値と比較し、前記電池貯蔵が前記上限閾値を超える場合に、発電を減少させるように前記再生可能電力資源に命令する工程を更に備える
ことを特徴とする請求項5に記載の方法。
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