JP6456195B2

JP6456195B2 - Power fluctuation suppression device

Info

Publication number: JP6456195B2
Application number: JP2015046723A
Authority: JP
Inventors: 加藤　康司; 康司加藤; 仁芳賀; 健司有松
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Sanken Electric Co Ltd; Nagaoka University of Technology
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Sanken Electric Co Ltd; Nagaoka University of Technology
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2019-01-23
Anticipated expiration: 2035-03-10
Also published as: JP2016167926A

Description

本発明は、系統の電力変動を抑制する電力変動抑制装置に関する。 The present invention relates to a power fluctuation suppressing device that suppresses power fluctuation of a system.

電力変動抑制装置として、特許文献１に記載された電力系統周波数制御装置が知られている。特許文献１の電力系統周波数制御装置は、ディーゼル発電機と風力発電などの自然エネルギーを組み合わせた系統において、外乱推定オブザーバを用いて電力変動を推定し、自然エネルギー発電機の出力電力を調整することで、電力系統の電圧変動及び周波数変動を抑制している。 As a power fluctuation suppressing device, a power system frequency control device described in Patent Document 1 is known. The power system frequency control device of Patent Document 1 estimates power fluctuation using a disturbance estimation observer in a system combining natural energy such as a diesel generator and wind power generation, and adjusts the output power of the natural energy generator. Thus, voltage fluctuation and frequency fluctuation of the power system are suppressed.

特開２００９−１７４３２９号公報JP 2009-174329 A

しかしながら、特許文献1では、系統の状態を推定する外乱推定オブザーバを用いているが、発電機のパラメータが既知である必要がある。離島やマイクログリッド等の閉じた系統では発電機のパラメータは容易に取得できるが、本州の電力系統のように大規模な系統では発電機パラメータが不明である。このため、大規模な系統には特許文献１の技術は適用することができない。 However, Patent Document 1 uses a disturbance estimation observer that estimates the state of the system, but the generator parameters need to be known. In closed systems such as remote islands and microgrids, generator parameters can be obtained easily, but in large-scale systems such as the Honshu power system, generator parameters are unknown. For this reason, the technique of patent document 1 cannot be applied to a large-scale system.

また、電力変動抑制装置の電力系統への適用において、容易に電力変動抑制装置を設置し、さらに電力変動抑制装置の信頼性を高めるためにセンサ数を極力減らすことが望ましい。 Further, in application of the power fluctuation suppressing device to a power system, it is desirable to install the power fluctuation suppressing device easily and further reduce the number of sensors as much as possible in order to increase the reliability of the power fluctuation suppressing device.

また、既存の系統に後付けで電力変動抑制装置を設置する場合、系統の電力変動を検出するために電流検出器を設置する必要がある。しかし、メインの電力系統に設置することになるため、設置工事が大規模になり、高コストとなる。 In addition, when a power fluctuation suppressing device is installed later in an existing system, it is necessary to install a current detector in order to detect the power fluctuation of the system. However, since it is installed in the main power system, the installation work becomes large and expensive.

本発明の課題は、電流センサレスで且つ低コストで、電力変動を抑制することができる電力変動抑制装置を提供することにある。 The subject of this invention is providing the electric power fluctuation suppression apparatus which can suppress an electric power fluctuation | variation by a current sensorless and low cost.

本発明では、電力変動抑制装置は系統への接続点の電圧のみを検出し電力変動を抑制するため、負荷変動による電圧変化と電力系統の電圧変化を分離する必要がある。そこで、本発明の主な特徴は、電圧変動の周波数成分に着目し、急峻な負荷変動による系統インピーダンスでの電圧降下によって生ずる高周波電圧変動に基づいて負荷変動のみを推定する負荷変動オブザーバを構成したことにある。 In the present invention, since the power fluctuation suppressing device detects only the voltage at the connection point to the system and suppresses the power fluctuation, it is necessary to separate the voltage change due to the load fluctuation and the voltage change of the power system. Therefore, the main feature of the present invention is that it focuses on the frequency component of the voltage fluctuation and configures a load fluctuation observer that estimates only the load fluctuation based on the high frequency voltage fluctuation caused by the voltage drop at the system impedance due to the steep load fluctuation. There is.

本発明に係る電力変動抑制装置は、電力系統から系統インピーダンスを介して接続された負荷及び分散電源からなる分散電源システムの電力変動を抑制する電力変動抑制装置であって、前記分散電源と前記負荷との接続点に出力端が接続されたインバータと、前記インバータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記インバータの出力電圧の負荷変動に起因する高周波成分と前記系統インピーダンスとに基づいて高周波電流を算出し、算出された高周波電流と電流指令値とに基づいて前記負荷の変動に起因する電圧変動を推定する負荷変動オブザーバを備え、推定された電圧変動に応じて前記インバータを制御することを特徴とする。 A power fluctuation suppressing device according to the present invention is a power fluctuation suppressing device that suppresses power fluctuations in a distributed power supply system including a load connected from a power system via a system impedance and a distributed power source, and the distributed power source and the load And an inverter having an output terminal connected to a connection point of the inverter, and a control unit that controls the inverter, the control unit based on a high-frequency component caused by load fluctuations in the output voltage of the inverter and the system impedance A load fluctuation observer for estimating a voltage fluctuation caused by the fluctuation of the load based on the calculated high frequency current and a current command value, and controlling the inverter according to the estimated voltage fluctuation It is characterized by doing.

本発明によれば、負荷変動オブザーバは、インバータの出力電圧の負荷変動に起因する高周波成分と系統インピーダンスとに基づいて高周波電流を算出し、算出された高周波電流と電流指令値とに基づいて負荷の変動に起因する電圧変動を推定し、推定された電圧変動に応じてインバータを制御するので、電流センサレスで且つ低コストで、電力変動を抑制することができる電力変動抑制装置を提供することができる。 According to the present invention, the load fluctuation observer calculates the high frequency current based on the high frequency component and the system impedance caused by the load fluctuation of the output voltage of the inverter, and loads based on the calculated high frequency current and the current command value. Therefore, it is possible to provide a power fluctuation suppressing device capable of suppressing power fluctuation without using a current sensor and at low cost because the voltage fluctuation caused by the fluctuation is estimated and the inverter is controlled according to the estimated voltage fluctuation. it can.

本発明の実施例１に係る電力変動抑制装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the electric power fluctuation suppression apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る電力変動抑制装置を簡単化した構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which simplified the electric power fluctuation suppression apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の負荷変動オブザーバを用いない場合の各部のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of each part when not using the load fluctuation | variation observer of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の負荷変動オブザーバを用いた場合の各部のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of each part at the time of using the load fluctuation | variation observer of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る電力変動抑制装置において系統電圧変動の分離同定を用いない場合のシミュレーション回路を示す図である。It is a figure which shows the simulation circuit when not using separate identification of a system voltage fluctuation | variation in the electric power fluctuation suppression apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る電力変動抑制装置において系統電圧変動の分離同定を用いない場合の各部のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of each part in case the separate identification of a system voltage fluctuation | variation is not used in the electric power fluctuation suppression apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例２に係る電力変動抑制装置の３相システムを想定した簡単化システムを示す図である。It is a figure which shows the simplification system which assumed the three-phase system of the electric power fluctuation suppression apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例２に係る電力変動抑制装置の３相システムにおける制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control apparatus in the three-phase system of the electric power fluctuation suppression apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例２の負荷変動オブザーバを用いない場合の各部のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of each part when not using the load fluctuation | variation observer of Example 2 of this invention. 本発明の実施例２の負荷変動オブザーバを用いた場合の各部のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of each part at the time of using the load fluctuation observer of Example 2 of this invention. 本発明の実施例２に係る電力変動抑制装置において系統電圧の変動と負荷変動を与えたときの各部のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of each part when the fluctuation | variation of a system voltage and a load fluctuation | variation are given in the electric power fluctuation suppression apparatus which concerns on Example 2 of this invention.

以下、本発明の実施の形態の電力変動抑制装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a power fluctuation suppressing device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施例１の電力変動抑制装置は、電流センサレスで電力変動を抑制するために、負荷変動を推定するためのオブザーバを用いている。本発明では、電力変動抑制装置は系統への接続点の電圧のみを検出し電力変動を抑制するため、負荷変動による電圧変化と電力系統の電圧変化を分離する必要がある。そこで、本発明の主な特徴は、電圧変動の周波数成分に着目し、急峻な負荷変動による系統インピーダンスでの電圧降下によって生ずる高周波電圧変動に基づいて負荷変動のみを推定する負荷変動オブザーバを構成したことにある。 The power fluctuation suppressing apparatus according to the first embodiment uses an observer for estimating load fluctuation in order to suppress power fluctuation without a current sensor. In the present invention, since the power fluctuation suppressing device detects only the voltage at the connection point to the system and suppresses the power fluctuation, it is necessary to separate the voltage change due to the load fluctuation and the voltage change of the power system. Therefore, the main feature of the present invention is that it focuses on the frequency component of the voltage fluctuation and configures a load fluctuation observer that estimates only the load fluctuation based on the high frequency voltage fluctuation caused by the voltage drop at the system impedance due to the steep load fluctuation. There is.

図１は、本発明の実施例１に係る電力変動抑制装置の回路構成を示す図である。図１において、電力系統１は、インダクタＬ及び抵抗Ｒからなる系統インピーダンスを介して負荷２（需要家）とＰＶシステムに接続されている。ＰＶシステムは、ＰＣＳ（パワーコンディショナ）３とＰＶ（太陽光発電装置）４との分散電源からなる分散電源システムである。ＰＶ４は、太陽光により発電し、発電量をＰＣＳ３を介して負荷２に出力する。 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a power fluctuation suppressing device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, an electric power system 1 is connected to a load 2 (customer) and a PV system via a system impedance composed of an inductor L and a resistor R. The PV system is a distributed power supply system including a distributed power supply of a PCS (power conditioner) 3 and a PV (solar power generation device) 4. The PV 4 generates power with sunlight, and outputs the generated power to the load 2 via the PCS 3.

電力変動抑制装置５は、電力系統１と負荷２とＰＶシステムとの接続点に設けられて、負荷２及びＰＶシステムの電力変動を抑制するもので、制御装置５１、電力変換器５２、蓄電デバイス５３を有している。 The power fluctuation suppressing device 5 is provided at a connection point between the power system 1, the load 2, and the PV system, and suppresses power fluctuation of the load 2 and the PV system. The control device 51, the power converter 52, and the power storage device 53.

蓄電デバイス５３は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池などである。電力変換器５２は、インバータ（ＩＮＶ）５２１を有し、インバータ５２１により蓄電デバイス５３の蓄電電力を所定の電力に変換して電力系統に供給する。 The electricity storage device 53 is a lead storage battery, a lithium ion battery, or the like. The power converter 52 includes an inverter (INV) 521, and the inverter 521 converts the stored power of the power storage device 53 into predetermined power and supplies it to the power system.

このシステムにおいて、電力系統１に電流センサを設けないで電力変動を抑制するとき、入力はi_invであり，出力はv_oとするのが一般的である。外乱要素が電力系統の電圧振幅，周波数，負荷インピーダンス，ＰＶシステムの出力電圧と、複数考えられる。 In this system, when power fluctuation is suppressed without providing a current sensor in the power system 1, the input is generally i _inv and the output is v _o . There are a plurality of disturbance factors, such as voltage amplitude, frequency, load impedance, and output voltage of the PV system.

系統インピーダンスとして抵抗成分Ｒとインダクタ成分Ｌが存在し，負荷インピーダンスは負荷力率も変化する。さらに、電力変動抑制装置５の構成も出力にＬＣフィルタを用いているため、電流センサレス化を検討するにはモデルが複雑である。 A resistance component R and an inductor component L exist as system impedance, and the load impedance also changes the load power factor. Furthermore, since the configuration of the power fluctuation suppressing device 5 also uses an LC filter for output, the model is complicated in order to consider the current sensorless configuration.

そこで、図２に実施例1の電力変動抑制装置の簡単化したシステムを示す。系統は単相モデル、系統インピーダンスはインダクタ成分Ｌｇのみ考慮する。負荷２，ＰＶシステムはひとつにまとめて力率１の可変抵抗負荷２としてみなす。 FIG. 2 shows a simplified system of the power fluctuation suppressing apparatus of the first embodiment. The system is a single-phase model, and the system impedance considers only the inductor component Lg. The load 2 and PV systems are collectively considered as a variable resistance load 2 with a power factor of 1.

電力変動抑制装置５の構成は，出力キャパシタＣ１と、インバータのインダクタ電流の制御が正しく行えている(ループゲインが１)と仮定して電流源Ｉａとしておく。負荷変動やＰＶシステムの電力変動による系統電圧の変動モデルは、実施例１では系統インピーダンスＬにおける電圧降下と考える。そして、系統電圧の変動周期は負荷変動の周期よりも十分長いと仮定する。 The configuration of the power fluctuation suppressing device 5 is set as the current source Ia on the assumption that the output current of the output capacitor C1 and the inductor current of the inverter are correctly controlled (loop gain is 1). The fluctuation model of the system voltage due to the load fluctuation and the power fluctuation of the PV system is considered as a voltage drop in the system impedance L in the first embodiment. It is assumed that the fluctuation cycle of the system voltage is sufficiently longer than the load fluctuation cycle.

制御装置５１は、インバータ５２１の出力電圧の高周波成分と系統インピーダンスＬとに基づいて高周波電流を算出し、算出された高周波電流と電流指令値（インバータ電流指令値）とに基づいて負荷２の変動に起因する電圧変動を推定する負荷変動オブザーバを備え、推定された電圧変動に応じてインバータ５２１を制御する。 The control device 51 calculates a high-frequency current based on the high-frequency component of the output voltage of the inverter 521 and the system impedance L, and changes in the load 2 based on the calculated high-frequency current and a current command value (inverter current command value). And a load fluctuation observer for estimating the voltage fluctuation caused by the inverter 521, and controls the inverter 521 in accordance with the estimated voltage fluctuation.

負荷変動オブザーバは、ＬＰＦ５１１，加算器５１２，積分器５１３，ＬＰＦ５１４からなる。負荷変動オブザーバを用いることにより、電流センサレスで電力変動を抑制する。 The load fluctuation observer includes an LPF 511, an adder 512, an integrator 513, and an LPF 514. By using a load fluctuation observer, power fluctuation is suppressed without a current sensor.

次に、負荷変動オブザーバの詳細を説明する。まず、系統電圧のゆるやかな変動に対して、インバータ電流指令値i_inv ^refは反応的にならない。これは、インバータ電流の定常的な出力を避けるためである。なお、インバータ電流指令値i_inv ^refは、通常ではゼロである。 Next, details of the load fluctuation observer will be described. First, the inverter current command value i _inv ^ref does not react to a gradual change in system voltage. This is to avoid a steady output of the inverter current. The inverter current command value i _inv ^ref is normally zero.

次に、負荷電流i_loadのステップ的な変動に対しては、インバータ５２１は反応的となり、負荷変動を抑制するための補償電流を出力させる。 Next, the inverter 521 becomes responsive to the step change of the load current i _load and outputs a compensation current for suppressing the load change.

実施例1では、負荷変動による電圧変動モデルは、系統インピーダンスＬにおける電圧降下として検討する。従って、系統電流i_sに含まれる高周波成分i_rippleを推定して推定された高周波成分i_rippleに基づいて負荷変動を補償することで、負荷変動を抑制することができる。 In the first embodiment, the voltage variation model due to load variation is considered as a voltage drop in the system impedance L. Therefore, to compensate for the load change on the basis of the high-frequency component i _Ripplestart estimated by estimating the high-frequency component i _Ripplestart included in system current i _s, it is possible to suppress the load fluctuation.

制御装置５１は、インバータ５２１の出力電圧v_oを検出する。出力電圧v_oから負荷変動に伴う系統インダクタンスＬの電圧降下を推定するためにＨＰＦ（ハイパスフィルタ）を用いる。ＨＰＦは、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）５１１と加算器５１２とで構成される。 The control device 51 detects the output voltage v _o of the inverter 521. An HPF (High Pass Filter) is used to estimate the voltage drop of the system inductance L accompanying the load fluctuation from the output voltage _vo . The HPF includes an LPF (low-pass filter) 511 and an adder 512.

ＬＰＦ（ローパスフィルタ）５１１は、インバータ５２１の出力電圧v_oに対して、低域周波数成分のみを抽出して電圧vsを加算器５１２に出力する。 An LPF (low pass filter) 511 extracts only a low frequency component from the output voltage v _o of the inverter 521 and outputs the voltage vs to the adder 512.

ＬＰＦ５１１の伝達関数は、
g1/(s+gl)
で表される。ここで、sはラプラス演算子である。 The transfer function of LPF511 is
g1 / (s + gl)
It is represented by Here, s is a Laplace operator.

加算器５１２は、ＬＰＦ５１１からの低域周波数成分のみの電圧vsからインバータ５２１の出力電圧v_oを減算し、負荷変動に伴う系統インダクタンスＬの電圧降下

The adder 512 subtracts the output voltage _vo of the inverter 521 from the voltage vs. only the low frequency component from the LPF 511, and the voltage drop of the system inductance L accompanying the load fluctuation

を推定する。即ち、ＬＰＦ５１１からの低域周波数成分のみの電圧vsからインバータ５２１の出力電圧v_oを減算すると、ハイパスフィルタとして機能し、推定された負荷変動に伴う系統インダクタンスＬの電圧降下

Is estimated. That is, when the output voltage _vo of the inverter 521 is subtracted from the voltage vs. only the low frequency component from the LPF 511, it functions as a high-pass filter, and the voltage drop of the system inductance L due to the estimated load fluctuation

は、高周波成分の信号となる。 Becomes a signal of a high frequency component.

次に、積分器５１３は、推定された電圧降下

The integrator 513 then calculates the estimated voltage drop

に対して系統インダクタンスＬｇと積分演算（伝達関数1/s）を行うことで、系統電流i_sを推定することができる。 By performing the integration operation and system inductance Lg (transfer function 1 / s) with respect to, it is possible to estimate the system current i _s.

系統電流i_sには直流成分が含まれるため、ＬＰＦ５１４は、負荷変動に伴う高周波電流成分i_rippleを抽出する。 Since the line current i _s include a DC component, LPF 514 extracts a high-frequency current component i _Ripplestart accompanying load fluctuation.

ＬＰＦ５１４の伝達関数は、
g2/(s+g2)
で表される。ここで、sはラプラス演算子である。 The transfer function of LPF 514 is
g2 / (s + g2)
It is represented by Here, s is a Laplace operator.

加算器５１５は、抽出された高周波電流成分

The adder 515 is configured to extract the extracted high-frequency current component

にインバータ電流指令値i_inv ^refを加算して、インバータ５２１に出力する。 _Is added to the inverter current command value i _inv ^ref and output to the inverter 521.

インバータ５２１は、高周波電流成分

The inverter 521 has a high frequency current component

にインバータ電流指令値i_inv ^refが加算された電流からインバータ電流i_invを生成し、加算器５２２は、インバータ電流i_invに負荷電流i_loadを加算し、得られた電流に対してコンデンサＣと積分演算を行ってインバータ５２１の出力電圧v_oを得る。インバータ５２１の出力電圧v_oは、系統に供給される。 The inverter current command value i _inv ^ref is added to the inverter current i _inv to generate the inverter current i _inv , and the adder 522 adds the load current i _load to the inverter current i _inv and the capacitor C An integration operation is performed to obtain the output voltage v _o of the inverter 521. The output voltage v _o of the inverter 521 is supplied to the system.

このように、負荷変動オブザーバは、インバータ５２１の出力電圧v_oの高周波成分と系統インピーダンスＬとに基づいて高周波電流を算出し、算出された高周波電流と電流指令値i_inv ^refとに基づいて負荷変動に起因する電圧変動を推定し、推定された電圧変動に応じてインバータ５２１を制御するので、電流センサレスで且つ低コストで、電力変動を抑制することができる。 As described above, the load fluctuation observer calculates the high-frequency current based on the high-frequency component of the output voltage _vo of the inverter 521 and the system impedance L, and loads based on the calculated high-frequency current and the current command value i _inv ^ref. Since the voltage fluctuation caused by the fluctuation is estimated and the inverter 521 is controlled according to the estimated voltage fluctuation, the electric power fluctuation can be suppressed at a low cost without a current sensor.

また、電流センサレスで、負荷変動に起因する系統電流の変動成分のみを推定して、定常的な負荷電流や系統電圧のゆるやかな変動は、分離して同定できる。 Further, only the fluctuation component of the system current due to the load fluctuation can be estimated without a current sensor, and the steady load current and the gentle fluctuation of the system voltage can be separated and identified.

系統電圧変動の分離のための前段のＬＰＦ５１１のカットオフ周波数は１Ｈｚとしている。変動抑制で取り扱う負荷変動の周波数帯域は、１ｋＨｚ以下としてＬＰＦ５１４を設定する。 The cut-off frequency of the LPF 511 in the previous stage for separating the system voltage fluctuation is 1 Hz. The LPF 514 is set so that the load fluctuation frequency band handled by fluctuation suppression is 1 kHz or less.

図３以降に簡単化モデルを用いた場合のシミュレーション結果を示す。ここでは、簡単化の為、交流電源を直流電源に置き換えて動作検証を行っている。 FIG. 3 and subsequent figures show simulation results when the simplified model is used. Here, for simplification, the AC power supply is replaced with a DC power supply for operation verification.

図３は実施例１の負荷変動オブザーバを用いないときのシミュレーション結果を示す。図３（ａ）は全体図、図３（ｂ）は拡大図である。図３（ａ）、図３（ｂ）は、負荷電流i_load、インバータ出力電圧v_o、インバータ電流i_inv、系統電圧vsを示している。 FIG. 3 shows a simulation result when the load fluctuation observer of Example 1 is not used. 3A is an overall view, and FIG. 3B is an enlarged view. 3A and 3B show the load current i _load , the inverter output voltage v _o , the inverter current i _inv , and the system voltage vs.

図３（ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２において、系統電圧vsが９５Ｖから１００Ｖへランプ変化している。時刻ｔ３において、負荷抵抗を２０Ωから５Ωへステップ変化させている。図３（ｂ）の拡大図に示すように、負荷変動オブザーバを用いないときでは、負荷変動によってインダクタＬに電圧降下が生じて、インバータ出力電圧v_oの波形に大きな歪が見られる。 As shown in FIG. 3A, the system voltage vs changes from 95 V to 100 V at times t1 to t2. At time t3, the load resistance is step-changed from 20Ω to 5Ω. As shown in the enlarged view of FIG. 3B, when the load fluctuation observer is not used, a voltage drop occurs in the inductor L due to the load fluctuation, and a large distortion is seen in the waveform of the inverter output voltage _vo .

図４は負荷変動オブザーバを用いた時のシミュレーション結果を示す。図４（ａ）は全体図、図４（ｂ）は拡大図である。図４（ｂ）の拡大図に示すように、負荷変動オブザーバは、負荷変動に対して適切なインバータ電流i_invを流せるため、図３と比較して大幅にインバータ出力電圧v_oの歪を低減することができている。また、ゆるやかな系統電圧変動に対して負荷変動オブザーバが系統電圧の変動と、負荷変動を分離同定できていることも確認することができる。 FIG. 4 shows a simulation result when the load fluctuation observer is used. FIG. 4A is an overall view, and FIG. 4B is an enlarged view. As shown in the enlarged view of FIG. 4B, the load fluctuation observer can flow an appropriate inverter current i _inv with respect to the load fluctuation, so that the distortion of the inverter output voltage _vo is greatly reduced as compared with FIG. Have been able to. Further, it can be confirmed that the load fluctuation observer can separately identify the fluctuation of the system voltage and the fluctuation of the load with respect to the gradual system voltage fluctuation.

以上のシミュレーション結果より、実施例1の負荷変動オブザーバは、電流センサレスで構成でき、電源電圧の変動に不感で、負荷の変動にのみ反応して、変動抑制に使用できる。 From the above simulation results, the load fluctuation observer of Example 1 can be configured without a current sensor, is insensitive to fluctuations in power supply voltage, reacts only to fluctuations in the load, and can be used for fluctuation suppression.

次に、実施例１の電力変動抑制装置の有効性を確認するために、系統電圧変動の分離同定を用いないときのシミュレーション回路を図５に示す。図６に系統電圧変動の分離同定を用いない場合の各部のシミュレーション結果を示す。 Next, in order to confirm the effectiveness of the power fluctuation suppressing device of the first embodiment, a simulation circuit when not using separation identification of system voltage fluctuation is shown in FIG. FIG. 6 shows a simulation result of each part when the system voltage fluctuation separation / identification is not used.

図５に示すように、シミュレーションでは系統電圧vsの推定はオンラインで行わず、系統電圧vsとして100V一定値を加算器５１２に与えている。 As shown in FIG. 5, in the simulation, the system voltage vs is not estimated online, and a constant value of 100 V is given to the adder 512 as the system voltage vs.

従って、実際の系統電圧vsと推定値に偏差があるため、インバータ５２１からは常に電圧補償のための電流が流れている。図６では、最大２５Ａ程度のインバータ電流i_invが期間Ｔ１において流れている。このように、系統電圧変動の分離同定を用いない場合、系統電圧vsと推定値との誤差によってシステムに過大な電流が流れることから、実施例１の電力変動抑制装置の有効性が確認することができる。 Therefore, since there is a deviation between the actual system voltage vs and the estimated value, a current for voltage compensation always flows from the inverter 521. In FIG. 6, an inverter current i _{inv of} about 25 A at maximum flows during the period T1. As described above, when the separation identification of the system voltage fluctuation is not used, an excessive current flows through the system due to an error between the system voltage vs and the estimated value, so that the effectiveness of the power fluctuation suppressing apparatus of the first embodiment is confirmed. Can do.

図７は、本発明の実施例２に係る電力変動抑制装置の３相システムを想定した簡単化システムを示す図である。図８は、本発明の実施例２に係る電力変動抑制装置の３相システムにおける制御装置のブロック図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating a simplified system assuming a three-phase system of the power fluctuation suppressing device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a block diagram of a control device in the three-phase system of the power fluctuation suppressing device according to the second embodiment of the present invention.

図１に示す直流モデル同様に、系統は３相交流電源(２００Ｖ，５０Ｈｚ)、系統インピーダンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３はインダクタ成分のみを考慮する。負荷，ＰＶシステムは、ひとつにまとめて力率１の可変抵抗負荷Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３としてみなす。 Similar to the DC model shown in FIG. 1, the system considers only a three-phase AC power supply (200 V, 50 Hz), and system impedances L1, L2, and L3 include only an inductor component. The load and PV system are collectively regarded as variable resistance loads R1, R2, and R3 having a power factor of 1.

電力変動抑制装置の構成は，出力キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３と、インバータのインダクタ電流の制御が正しく行えている(ループゲインが1)と仮定して３相電流源Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３としておく。負荷変動やPVシステムの電力変動による系統電圧の変動モデルは、３相回路の検証でも系統インピーダンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３における電圧降下として考える。 The configuration of the power fluctuation suppressing device is assumed to be the three-phase current sources I1, I2, and I3 assuming that the output currents of the output capacitors C1, C2, and C3 and the inverter inductor current are correctly controlled (loop gain is 1). The fluctuation model of the system voltage due to the load fluctuation and the power fluctuation of the PV system is considered as a voltage drop in the system impedance L1, L2, L3 even in the verification of the three-phase circuit.

図８に実施例２に係る電力変動抑制装置の３相システムにおける制御装置のブロック図を示す。実施例２では、出力電圧に同期して回転するｄｑ軸上で制御系を構築する。変動抑制はｄ軸で検討する。 FIG. 8 is a block diagram of a control device in the three-phase system of the power fluctuation suppressing device according to the second embodiment. In the second embodiment, a control system is constructed on the dq axis that rotates in synchronization with the output voltage. We consider fluctuation suppression on the d-axis.

まず、インバータ出力電圧v_oを3相（ｕ相，ｖ相，ｗ相）分だけ検出する。その後、３相／ｄｑ変換部５１８により３相／ｄｑ変換を行い、ｄ，ｑ軸電圧v_d, v_qを求める。 First, the inverter output voltage v _o is detected for three phases (u phase, v phase, w phase). Thereafter, three-phase / dq conversion is performed by the three-phase / dq conversion unit 518 to obtain d and q-axis voltages v _d and v _q .

求められた電圧v_dに基づき、ＬＰＦ５１１と加算器５１２からなるＨＰＦを用いて、直流モデルと同様に負荷変動に伴う系統インダクタンスのｄ軸成分の電圧降下v_Ldを推定する。 Based on the obtained voltage v _d , the voltage drop v _Ld of the d-axis component of the system inductance accompanying the load fluctuation is estimated using the HPF composed of the LPF 511 and the adder 512 as in the DC model.

次に、積分器５１３は、推定された系統インダクタンスのｄ軸成分の電圧降下

Next, the integrator 513 calculates the voltage drop of the d-axis component of the estimated system inductance.

に対して系統インダクタンスＬと積分演算（伝達関数1/s）を行うことで、系統電流のｄ軸電流成分i_sdを推定することができる。 Thus, the d-axis current component i _sd of the system current can be estimated by performing the system inductance L and the integral calculation (transfer function 1 / s).

ｄ軸電流成分i_sdには直流成分が含まれるため、ＬＰＦ５１４は、負荷変動に伴う高周波電流成分i_rippleを抽出する。抽出された高周波電流成分

Since the d-axis current component i _sd includes a DC component, the LPF 514 extracts a high-frequency current component i _ripple associated with load fluctuation. Extracted high-frequency current component

は、インバータｄ軸電流指令値として加算器５１５によりｄ軸電流指令値i_d ^refに加えられる。そして、加算器５１５の出力は、ｄｑ／３相変換部５１９によりｄｑ／３相変換されて、インバータ５２１に出力される。 Is added to the d-axis current command value i _d ^ref by the adder 515 as an inverter d-axis current command value. The output of adder 515 is dq / 3-phase converted by dq / 3-phase converter 519 and output to inverter 521.

図９に実施例２の負荷変動オブザーバを用いない場合の各部のシミュレーション結果を示す。系統インダクタンスは、負荷変動による電圧変動を顕著にするために、１相あたり５ｍＨとした。なお、制御に用いたフィルタの時定数は、直流モデルと同じ値を用いている。 FIG. 9 shows a simulation result of each part when the load fluctuation observer of Example 2 is not used. The system inductance was set to 5 mH per phase in order to make voltage fluctuation due to load fluctuation remarkable. The time constant of the filter used for control is the same value as that of the DC model.

時刻が１秒において、負荷抵抗を１相あたり２０Ωから５Ωへステップ変化させている。負荷電力ploadは変動して系統電力Vsも変動が生じている。図９に示すように負荷変動オブザーバを用いない場合には、負荷変動によってインダクタに電圧降下が生じて、インバータ出力電圧波形(Ｕ相)およびｄ軸電圧Vdに大きな歪が見られる。なお、ｑ軸電圧Vqには負荷変動による影響は見られない。 At a time of 1 second, the load resistance is stepped from 20Ω to 5Ω per phase. The load power pload varies and the system power Vs also varies. As shown in FIG. 9, when the load fluctuation observer is not used, a voltage drop occurs in the inductor due to the load fluctuation, and a large distortion is seen in the inverter output voltage waveform (U phase) and the d-axis voltage Vd. The q-axis voltage Vq is not affected by load fluctuations.

図１０に実施例２の負荷変動オブザーバを用いた場合の各部のシミュレーション結果を示す。時刻が１秒において、１相あたり２０Ωから５Ωへステップ変化させている。負荷電力p_loadが変動してもインバータから補償電力pinvを適切に出力することで、系統電力Vsの変動は、負荷変動オブザーバなしの場合に比べてなだらかになっている。U相出力電圧およびd軸電圧Vdの歪も負荷変動オブザーバなしと比較して大幅に減少している。 FIG. 10 shows a simulation result of each part when the load variation observer of Example 2 is used. At a time of 1 second, the step is changed from 20Ω to 5Ω per phase. Even if the load power p _load fluctuates, by appropriately outputting the compensation power pinv from the inverter, the fluctuation of the system power Vs becomes gentler than that without the load fluctuation observer. The distortion of the U-phase output voltage and d-axis voltage Vd is also greatly reduced compared to the case without the load fluctuation observer.

以上のことから、実施例２の負荷変動オブザーバは、３相システムでも同様に電流センサレスで負荷変動を抑制できることが確認できる。 From the above, it can be confirmed that the load fluctuation observer of Example 2 can suppress the load fluctuation without a current sensor in the same manner even in a three-phase system.

図１１に系統電圧の変動と負荷変動を与えたシミュレーション結果を示す。図１１（ａ）は全体図、図１１（ｂ）は拡大図である。本シミュレーションでは、時刻が０〜２秒まで系統の線間電圧実効値として１８０Ｖが与えられ、２〜４秒まで１８０Vから２００Ｖへランプ状に上昇している。４〜１０秒までは２００Ｖ一定である。また、時刻が８秒において、負荷抵抗を１相あたり２０Ωから５Ωへステップ変化させている。実施例２の負荷変動オブザーバを用いた時の結果を示す。 FIG. 11 shows a simulation result in which system voltage variation and load variation are given. FIG. 11A is an overall view, and FIG. 11B is an enlarged view. In this simulation, 180V is given as the effective value of the line voltage of the system from 0 to 2 seconds, and the voltage rises from 180 V to 200 V in a ramp from 2 to 4 seconds. The voltage is constant at 200V from 4 to 10 seconds. In addition, when the time is 8 seconds, the load resistance is step-changed from 20Ω to 5Ω per phase. The result at the time of using the load fluctuation observer of Example 2 is shown.

図１１（ｂ）の拡大図に示すように、実施例２の負荷変動オブザーバは、負荷変動に対してインバータ出力電圧voの歪を抑制できている。また、ゆるやかな系統電圧の変動に対してはオブザーバが系統電圧の変動と、負荷変動とを分離同定できているため、不必要なインバータ電流を系統へ流していないことも確認できる。この結果は、前述した直流モデルと同等の特性を示している。 As shown in the enlarged view of FIG. 11B, the load fluctuation observer of the second embodiment can suppress the distortion of the inverter output voltage vo with respect to the load fluctuation. Further, since the observer can separate and identify the fluctuation of the system voltage and the fluctuation of the load with respect to the gentle fluctuation of the system voltage, it can be confirmed that unnecessary inverter current is not supplied to the system. This result shows the same characteristics as the DC model described above.

以上の結果より、実施例２の負荷変動オブザーバは、３相交流システムにおいても電流センサレスで構成でき、系統電圧の変動に不感であり、負荷の変動にのみ反応して、負荷の変動を抑制することができる。 From the above results, the load fluctuation observer of Example 2 can be configured without a current sensor even in a three-phase AC system, is insensitive to fluctuations in the system voltage, reacts only to fluctuations in the load, and suppresses fluctuations in the load. be able to.

１電力系統
２負荷
３ＰＣＳ
４ＰＶ
５電力変動抑制装置
５１制御装置
５２電力変換器
５３蓄電デバイス
５１１，５１４ＬＰＦ
５１３積分器
５１２，５１５，５２２加算器
５２１インバータ（ＩＮＶ）
Ｉａ，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３定電流源
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３コンデンサ
1 Power system 2 Load 3 PCS
4 PV
5 Power Fluctuation Suppression Device 51 Control Device 52 Power Converter 53 Power Storage Devices 511, 514 LPF
513 integrator 512, 515, 522 adder
521 Inverter (INV)
Ia, I1, I2, I3 constant current sources C1, C2, C3 capacitors

Claims

電力系統から系統インピーダンスを介して接続された負荷及び分散電源からなる分散電源システムの電力変動を抑制する電力変動抑制装置であって、
前記分散電源と前記負荷との接続点に出力端が接続されたインバータと、
前記インバータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記インバータの出力電圧の負荷変動に起因する高周波成分と前記系統インピーダンスとに基づいて高周波電流を算出し、算出された高周波電流と電流指令値とに基づいて前記負荷の変動に起因する電圧変動を推定する負荷変動オブザーバを備え、推定された電圧変動に応じて前記インバータを制御することを特徴とする電力変動抑制装置。 A power fluctuation suppressing device that suppresses power fluctuation of a distributed power supply system including a load and a distributed power supply connected via a system impedance from a power system,
An inverter having an output terminal connected to a connection point between the distributed power source and the load;
A control unit for controlling the inverter,
The control unit calculates a high-frequency current based on a high-frequency component resulting from load fluctuation of the output voltage of the inverter and the system impedance, and changes the load based on the calculated high-frequency current and a current command value. A power fluctuation suppressing device comprising a load fluctuation observer for estimating a voltage fluctuation caused by the inverter, and controlling the inverter according to the estimated voltage fluctuation.

前記系統インピーダンスは、インダクタであり、
前記電圧変動は、前記インダクタの電圧降下であり、
前記負荷変動オブザーバは、
前記インバータの出力電圧から前記インダクタの電圧降下を推定する第１フィルタと、
前記第１フィルタで推定された前記インダクタの電圧降下に対して前記インダクタと積分演算を行うことで系統電流を推定する積分器と、
前記積分器で推定された系統電流から負荷変動に伴う高周波電流成分を抽出する第２フィルタと、
前記第２フィルタで抽出された高周波電流成分にインバータ電流指令値を加算して前記インバータに出力する加算器と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の電力変動抑制装置。 The system impedance is an inductor,
The voltage fluctuation is a voltage drop of the inductor,
The load fluctuation observer is
A first filter for estimating a voltage drop of the inductor from an output voltage of the inverter;
An integrator for estimating a system current by performing an integration operation with the inductor with respect to the voltage drop of the inductor estimated by the first filter;
A second filter for extracting a high-frequency current component accompanying a load change from the system current estimated by the integrator;
An adder that adds an inverter current command value to the high-frequency current component extracted by the second filter and outputs the result to the inverter;
The power fluctuation suppressing device according to claim 1, comprising:

前記電力系統は、３相であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変動抑制装置。
The power fluctuation suppressing device according to claim 1 or 2, wherein the power system has three phases.