JP7156555B2 - 電力変換器の制御装置 - Google Patents
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Description
この発明は、電力変換器の制御装置に関する。
特許文献１は、電力変換システムを開示する。当該電力変換システムによれば、突入電流を抑えながら、系統と連系し得る。
しかしながら、特許文献１に記載の電力変換システムにおいて、電力変換器の運転中に系統事故が発生すると、電力変換器の出力側において過電圧が発生する場合がある。当該過電圧の印加による故障を抑制する方法として、電力変換器の過電圧検出機能で過電圧を検出して、ゲートブロックを行って電力変換器の運転を停止する方法がある。当該方法において、過電圧の検出直後にゲートブロックを行うと、電力変換器の出力電圧が振動する場合もある。この場合、過電圧をさらに誘発させることもある。
この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、電力変換器の出力電圧の振動を抑制することができる電力変換器の制御装置を提供することである。
この発明に係る電力変換器の制御装置は、電力変換器の出力側における過電圧を検出する過電圧検出器と、前記過電圧検出器により前記電力変換器の出力側における過電圧が検出された際に、前記電力変換器の出力電流に対する電流指令値を絞った後にゲートブロックを行う制御器と、を備え、前記過電圧検出器は、太陽光発電設備と交流電源との間に接続された電力変換器の出力側における過電圧を検出し、前記制御器は、前記過電圧検出器により前記電力変換器の出力側における過電圧が検出された際に、前記電力変換器の出力電流に対する電流指令値を絞った後前記ゲートブロックを行うまでの間に、前記太陽光発電設備と前記電力変換器との間に設けられた直流電圧検出器のローパスフィルタの遮断周波数を一時的に増加させる。
この発明によれば、制御装置は、電力変換器の出力側における過電圧が検出された際に電力変換器に対する電流指令値を絞った後にゲートブロックを行う。このため、電力変換器の出力電圧の振動を抑制することができる。
この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１における電力変換器の制御装置が適用される電力システムの構成図である。
図１は実施の形態１における電力変換器の制御装置が適用される電力システムの構成図である。
図１において、直流電源１は、太陽光発電設備である。交流電源２は三相で、電力会社等に運用される。変圧器３は、直流電源１と交流電源２との間に接続される。
電力変換システム４は、電力変換器５と直流コンデンサ６と直流スイッチ７と交流リアクトル８と交流コンデンサ９と交流スイッチ１０と直流電圧検出器１１と第１交流電流検出器１２と第２交流電流検出器１３と交流電圧検出器１４と制御装置１５とを備える。
電力変換器５は、直流電源１と変圧器３との間に接続される。直流コンデンサ６は、直流電源１と電力変換器５との間に接続される。直流スイッチ７は、直流電源１と直流コンデンサ６との間に接続される。交流リアクトル８は、電力変換器５と変圧器３との間に接続される。交流コンデンサ９は、変圧器３と交流リアクトル８との間に接続される。交流スイッチ１０は、変圧器３と交流コンデンサ９との間に接続される。
直流電圧検出器１１は、電力変換器５と直流コンデンサ６との間に接続される。第１交流電流検出器１２は、電力変換器５と交流リアクトル８との間に設けられる。第２交流電流検出器１３は、変圧器３と交流スイッチ１０との間に設けられる。交流電圧検出器１４は、変圧器３と交流スイッチ１０との間に設けられる。
制御装置１５は、電力制御器１６と電流制御器１７とＰＷＭ制御器１８と過電圧検出器１９とを備える。
電力制御器１６は、第２電流検出器１３からの電流測定値と交流電圧検出器１４からの電圧測定値とに基づいて電流指令値を出力する。電流制御器１７は、電力制御器１６からの電流指令値と第１交流電流検出器１２からの電流測定値との偏差に基づいて電圧指令値を出力する。ＰＷＭ制御器１８は、電流制御器１７からの電圧指令値に基づいて電力変換器５を制御する。
過電圧検出器１９は、交流電圧検出器１４からの電圧測定値と予め設定された過電圧検出閾値とを比較する。交流電圧検出器１４からの電圧測定値が予め設定された過電圧検出閾値よりも大きい場合、過電圧検出器１９は、電流指令値を０とする過電圧検出フラグの情報を出力する。その結果、電流指令値が０に絞られる。その後、一定時間が経過すると、過電圧検出器１９は、ゲートブロック信号ＧＢをＰＷＭ制御器１８に向けて出力する。ＰＷＭ制御器１８は、当該ゲートブロック信号ＧＢに基づいてゲートブロックを行う。
次に、図２を用いて、過電圧検出器１９の実装例を説明する。
図２は実施の形態１における電力変換器の制御装置に設けられた過電圧検出器の実装例を示すブロック図である。
図２は実施の形態１における電力変換器の制御装置に設けられた過電圧検出器の実装例を示すブロック図である。
図２に示されるように、過電圧検出器１９は、第１絶対値算出部２０と第２絶対値算出部２１と第３絶対値算出部２２と第４絶対値算出部２３と第５絶対値算出部２４と第６絶対値算出部２５と第１比較部２６と第２比較部２７と第３比較部２８と第４比較部２９と第５比較部３０と第６比較部３１と第７比較部３２とＯＲ算出部３３と遅延部３４とを備える。
第１絶対値算出部２０は、系統のＵ相とＶ相とにおける電圧の差（系統電圧ＵＶ相）の絶対値を算出する。第２絶対値算出部２１は、系統のＶ相とＷ相とにおける電圧の差（系統電圧ＶＷ相）の絶対値を算出する。第３絶対値算出部２２は、系統のＷ相とＵ相とにおける電圧の差（系統電圧ＷＵ相）の絶対値を算出する。
第４絶対値算出部２３は、系統のＵ相における電圧（系統電圧Ｕ相）の絶対値を算出する。第５絶対値算出部２４は、系統のＶ相における電圧（系統電圧Ｖ相）の絶対値を算出する。第６絶対値算出部２５は、系統のＷ相における電圧（系統電圧Ｗ相）の絶対値を算出する。
第１比較部２６は、第１絶対値算出部２０の算出値と予め設定された過電圧検出閾値とを比較する。第２比較部２７は、第２絶対値算出部２１の算出値と予め設定された過電圧検出閾値とを比較する。第３比較部２８は、第３絶対値算出部２２の算出値と予め設定された過電圧検出閾値とを比較する。
第４比較部２９は、第４絶対値算出部２３の算出値と予め設定された過電圧検出閾値とを比較する。第５比較部３０は、第５絶対値算出部２４の算出値と予め設定された過電圧検出閾値とを比較する。第６比較部３１は、第６絶対値算出部２５の算出値と予め設定された過電圧検出閾値とを比較する。
第７比較部３２は、系統の電圧ベクトルの絶対値と予め設定された過電圧検出閾値とを比較する。
ＯＲ算出部３３は、第１比較部２６から第７比較部３２のいずれかにより予め設定された過電圧検出閾値よりも大きい値が検出された際に電流指令値を０とする過電圧検出フラグＯＶを出力する。
ここで、電圧ベクトルの絶対値だけではなく、各線間電圧および、各相電圧も、閾値と比較することで、出力電圧が不平衡となった場合にも、最も電圧が高くなった相または線間電圧の過電圧を素早く検出できる。
また、各線間および相電圧の両方を閾値と比較することで、出力に接続された三相トランスが、Δ-Δ結線であった場合と、Δ-Y結線であった場合のいずれにおいても、そのトランスの２次側の過電圧を素早く検出できる。
三相平衡の場合は、電圧ベクトルの絶対値を閾値と比較することで、出力に接続された三相トランスが、Δ-Δ結線であった場合と、Δ-Ｙ結線であった場合のいずれにおいても、そのトランスの２次側の過電圧を素早く検出できる。
遅延部３４は、ＯＲ算出部３３から過電圧検出フラグＯＶの入力を受け付けてから一定時間経過した後にゲートブロック信号ＧＢを出力する。
その結果、電流指令値が０に絞られた後、ゲートブロックが行われる。
以上で説明した実施の形態１によれば、制御装置１５は、電力変換器５の出力側における過電圧が検出された際に電力変換器５に対する電流指令値を絞った後にゲートブロックを行う。このため、電流が０に近い値となったときに、電流が遮断されるため、電流指令値を絞らずにゲートブロックした場合と比較して、電力変換器５の出力電圧の振動を抑制することができる。
この際、出力電圧の振幅が小さくなった分、電力変換器５の出力側に接続する機器において耐圧の低いものを選定できる。その結果、機器の設定の自由度が上がり、機器のコストを下げることができる。
なお、直流電源１が太陽光発電設備である場合、制御装置１５において、過電圧検出器１９により電力変換器５の出力側における過電圧が検出された際に、電力変換器５に対する電流指令値を絞った後にゲートブロックを行うまでの間において、直流電圧検出器１１のローパスフィルタの遮断周波数を一時的に増加させてもよい。この場合、太陽光発電設備からの直流電流が急激に減少し、直流電圧が急上昇しても、直流電圧検出器１１のローパスフィルタの遅れが原因で交流電圧が上昇することを抑制できる。
また、直流電源１として蓄電設備が使用された電力システムに実施の形態１の制御装置１５を適用してもよい。この場合も、電力変換器５の出力電圧の振動を抑制することができる。
次に、図３を用いて、制御装置１５の例を説明する。
図３は実施の形態１における電力変換器の制御装置のハードウェア構成図である。
図３は実施の形態１における電力変換器の制御装置のハードウェア構成図である。
制御装置１５の各機能は、処理回路により実現し得る。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１００ａと少なくとも１つのメモリ１００ｂとを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア２００を備える。
処理回路が少なくとも１つのプロセッサ１００ａと少なくとも１つのメモリ１００ｂとを備える場合、制御装置１５の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ１００ｂに格納される。少なくとも１つのプロセッサ１００ａは、少なくとも１つのメモリ１００ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置１５の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ１００ａは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ１００ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。
処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア２００を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらの組み合わせで実現される。例えば、制御装置１５の各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、制御装置１５の各機能は、まとめて処理回路で実現される。
制御装置１５の各機能について、一部を専用のハードウェア２００で実現し、他部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、過電圧検出器１９の機能については専用のハードウェア２００としての処理回路で実現し、過電圧検出器１９の機能以外の機能については少なくとも１つのプロセッサ１００ａが少なくとも１つのメモリ１００ｂに格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現してもよい。
このように、処理回路は、ハードウェア２００、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせで制御装置１５の各機能を実現する。
以上のように、この発明に係る電力変換器の制御装置は、電力変換器の出力電圧の振動を抑制するシステムに利用できる。
１ 直流電源、 ２ 交流電源、 ３ 変圧器、 ４ 電力変換システム、 ５ 電力変換器、 ６ 直流コンデンサ、 ７ 直流スイッチ、 ８ 交流リアクトル、 ９ 交流コンデンサ、 １０ 交流スイッチ、 １１ 直流電圧検出器、 １２ 第１交流電流検出器、 １３ 第２交流電流検出器、 １４ 交流電圧検出器、 １５ 制御装置、 １６ 電力制御器、 １７ 電流制御器、 １８ ＰＷＭ制御器、 １９ 過電圧検出器、 ２０ 第１絶対値算出部、 ２１ 第２絶対値算出部、 ２２ 第３絶対値算出部、 ２３ 第４絶対値算出部、 ２４ 第５絶対値算出部、 ２５ 第６絶対値算出部、 ２６ 第１比較部、 ２７ 第２比較部、 ２８ 第３比較部、 ２９ 第４比較部、 ３０ 第５比較部、 ３１ 第６比較部、 ３２ 第７比較部、 ３３ ＯＲ算出部、 ３４ 遅延部、 １００ａ プロセッサ、 １００ｂ メモリ、 ２００ ハードウェア
Claims (2)
- 電力変換器の出力側における過電圧を検出する過電圧検出器と、
前記過電圧検出器により前記電力変換器の出力側における過電圧が検出された際に、前記電力変換器の出力電流に対する電流指令値を絞った後にゲートブロックを行う制御器と、
を備え、
前記過電圧検出器は、太陽光発電設備と交流電源との間に接続された電力変換器の出力側における過電圧を検出し、
前記制御器は、前記過電圧検出器により前記電力変換器の出力側における過電圧が検出された際に、前記電力変換器の出力電流に対する電流指令値を絞った後前記ゲートブロックを行うまでの間に、前記太陽光発電設備と前記電力変換器との間に設けられた直流電圧検出器のローパスフィルタの遮断周波数を一時的に増加させる電力変換器の制御装置。 - 前記過電圧検出器は、系統電圧の絶対値、相電圧、線間電圧のうち少なくとも２つを、予め定められた閾値と比較し、過電圧を検出する手段を備える請求項１に記載の電力変換器の制御装置。
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