JP7279309B2 - power converter - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、電力系統に連系される電力変換装置に関する。 The present invention relates to, for example, a power conversion device interconnected to a power system.
近年、再生可能エネルギーの普及が進んでおり、多くの風力発電機を備えた大規模なウィンドファーム(集合型風力発電所)も建設されている。風力発電機は、発電した電力を一旦直流に変換するAC-DCコンバータと、その直流を交流に変換するDC-ACインバータと、これらのインバータによって発生する高調波電流を除去する高調波フィルタとを備えている。 In recent years, the spread of renewable energy has progressed, and large-scale wind farms (collective wind power plants) equipped with many wind power generators have also been constructed. A wind power generator consists of an AC-DC converter that converts generated power into direct current, a DC-AC inverter that converts the direct current into alternating current, and a harmonic filter that removes harmonic currents generated by these inverters. I have.
高調波フィルタを備えた風力発電機が電力系統に連系されると、高調波フィルタのキャパシタンス(静電容量)と、電力系統や変圧器のインダクタンス(誘導係数)とによる共振が発生し、出力電圧が不安定になる場合がある。 When a wind power generator equipped with a harmonic filter is connected to a power system, resonance occurs due to the capacitance of the harmonic filter and the inductance (induction coefficient) of the power system and transformer, resulting in an output Voltage may become unstable.
特許文献1には、高調波制御機能の1つとして共振抑制機能を備えた共振抑制装置が開示されている。この共振抑制装置は、高調波成分にゲインを乗算して電流指令値を演算し、電流指令値とインバータ出力電流との偏差を検出して電流制御部へ入力する。そして電流制御部が偏差に対応したインバータ電圧指令値を出力することで高調波を抑制する。
一方、風力発電機等の電力設備を電力系統に連系する場合、STATCOMや自励式SFC等の機器が利用されるが、これらの機器は基本波成分を目標波形に近づける制御が望まれる。基本波成分に関する制御(以下、基本波制御機能と呼ぶ)は、その要件が系統連系規程で厳密に定められていることが多く、一般的に高調波制御機能よりも優先度が高い。 On the other hand, when power equipment such as a wind power generator is connected to the power system, devices such as STATCOM and self-excited SFC are used, and these devices are desired to be controlled so that the fundamental wave component approaches a target waveform. The requirements for the control related to the fundamental wave component (hereinafter referred to as the fundamental wave control function) are often strictly defined in grid interconnection regulations, and generally have a higher priority than the harmonic control function.
しかしながら、本発明者らの鋭意研究によれば、特許文献1を含んだ従来の電力変換装置(共振抑制装置)は、基本波制御機能と高調波制御機能を高精度で協調動作させることが難しく、この点で改良の余地があった。例えば、インバータ出力能力(出力可能電流、出力可能電圧)を超過する可能性があるときに、基本波制御機能と高調波制御機能を一律で制限すると、電力需要や動作環境に柔軟に対応することができず、インバータ出力能力を高効率で活用することができない。
However, according to the intensive research of the present inventors, it is difficult for the conventional power conversion device (resonance suppression device) including
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、基本波制御機能と高調波制御機能を高精度で協調動作させることができる電力変換装置を提供することを目的の1つとする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and one of its objects is to provide a power converter capable of performing coordinated operation of a fundamental wave control function and a harmonic control function with high accuracy.
本実施形態の電力変換装置は、一態様では、系統電流の基本波を制御するための第1aの電流指令値を生成する基本波制御機能部と、前記系統電流の高調波を制御するための第2aの電流指令値を生成する高調波制御機能部と、前記第1aの電流指令値と前記第2aの電流指令値に基づいて、出力可能電流制限演算と出力可能電圧制限演算を実行することにより、前記第1aの電流指令値と前記第2aの電流指令値を制限する電流指令値制限部と、を有し、前記電流指令値制限部は、前記第1aの電流指令値に対して出力可能電流に基づく制限を行うことで第1bの電流指令値を生成し、且つ、前記第2aの電流指令値に対して出力可能電流に基づく制限を行うことで第2bの電流指令値を生成する電流基準制限部と、前記第1bの電流指令値に対して出力可能電圧に基づく制限を行うことで第1cの電流指令値を生成し、且つ、前記第2bの電流指令値に対して出力可能電圧に基づく制限を行うことで第2cの電流指令値を生成する電圧基準制限部と、を有することを特徴としている。 In one aspect, the power conversion device of the present embodiment includes a fundamental wave control function unit that generates a first current command value for controlling the fundamental wave of the system current, and a A harmonic control function unit that generates a 2ath current command value, and a possible output current limit calculation and a possible output voltage limit calculation based on the 1ath current command value and the 2ath current command value. Thus, a current command value limiting unit for limiting the first a current command value and the second a current command value is provided, and the current command value limiting unit limits the current command value for the first a A 1b current command value is generated by limiting based on the outputtable current, and a 2b current command value is generated by limiting the 2a current command value based on the outputable current. and a current reference limiting unit that limits the 1b current command value based on an outputtable voltage to generate a 1c current command value and output with respect to the 2b current command value and a voltage reference limiter that generates the 2c current command value by limiting based on the possible voltage .
本発明によれば、基本波制御機能と高調波制御機能を高精度で協調動作させることができる電力変換装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power converter device which can coordinately operate a fundamental wave control function and a harmonics control function with high precision can be provided.
≪第1実施形態≫
図1は、第1実施形態による電力変換装置10の全体構成を示すブロック図である。電力変換装置10は、その基本構成要素として、電圧形インバータ3と、電流指令値生成部20と、電流制御部30とを有している。図1において、電力設備としての風力発電機1が電力系統2に接続されている。高調波フィルタやケーブル(図示略)のキャパシタンスがCで示され、電力系統2や変圧器(図示略)のインダクタンスがL1、L2で示されている。電圧形インバータ3が、風力発電機1と電力系統2の接続点P1に対して、変圧器4を介して接続されている。系統電圧がVsで示されて、系統電流がILで示されている。なお、電力設備としては、風力発電機1に限定されず、例えば、水力発電機や動力発電機等の発電設備であってもよいし、鉄道用やアルミニウム製錬プラント用等の電源装置を持つ需要家設備であってもよい。
<<First embodiment>>
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a
電力変換装置10は、電力系統2に連系されて、電力系統2に流れる系統電流ILの基本波(基本波成分)と高調波(高調波成分)を制御するものである。電力変換装置10は、基本波制御機能と高調波制御機能が協働した電流指令値を生成する電流指令値生成部20と、電流指令値生成部20が生成した電流指令値(基本波側における制限後の電流指令値と高調波側における制限後の電流指令値の総和)を電圧型インバータ3の出力電流Iinvと一致させるように制御する電流制御部30とを有している。
The
電流指令値生成部20は、基本波制御機能部40と、高調波制御機能部50とを有している。 The current command value generation section 20 has a fundamental wave control function section 40 and a harmonic control function section 50 .
基本波制御機能部40は、系統電流ILの基本波を制御するための第1aの電流指令値を生成する。基本波制御機能部40は、系統電圧(検出値)Vsに系統電圧指令値Vs*が一致するように制御することで、無効電流指令値を生成する。基本波制御機能部40は、電圧形インバータ3の直流電圧(検出値)Edcに直流電圧指令値Edc*が一致するように制御することで、有効電流指令値を生成する。基本波制御機能部40は、無効電流指令値から有効電流指令値を減算することにより、第1aの電流指令値を生成する。ここで、基本波制御機能部40が第1aの電流指令値を生成する態様には自由度があり、種々の設計変更が可能である。例えば、無効電流指令値と有効電流指令値を加算することにより第1aの電流指令値を生成してもよいし、無効電流指令値と有効電流指令値のいずれか一方のみを第1aの電流指令値としてもよい。つまり、基本波制御機能部40は、無効電流指令値及び/又は有効電流指令値を第1aの電流指令値として出力すればよい。
Fundamental wave control function unit 40 generates a first current command value for controlling the fundamental wave of system current IL. Fundamental wave control function unit 40 generates a reactive current command value by performing control such that system voltage command value Vs * matches system voltage (detected value) Vs. Fundamental wave control function unit 40 generates an active current command value by performing control such that DC voltage command value Edc * matches DC voltage (detected value) Edc of
高調波制御機能部50は、系統電流ILの高調波を制御するための第2aの電流指令値を生成する。高調波制御機能部50は、系統電圧Vsから抽出した高調波に応じた高調波電流指令値を第2aの電流指令値として出力する。例えば、高調波制御機能部50は、系統電圧Vsの高調波成分が略ゼロになるように制御することにより、第2aの電流指令値を生成する。ここで、高調波制御機能部50が第2aの電流指令値を生成する態様には自由度があり、種々の設計変更が可能である。例えば、系統電圧Vs及び/又は系統電流ILを用いて抽出した高調波に応じた高調波電流指令値を第2aの電流指令値として出力してもよい。 Harmonic control function unit 50 generates a 2a-th current command value for controlling harmonics of system current IL. The harmonic control function unit 50 outputs a harmonic current command value corresponding to the harmonic extracted from the system voltage Vs as the 2a-th current command value. For example, the harmonic control function unit 50 generates the 2a-th current command value by controlling the harmonic component of the system voltage Vs to be substantially zero. Here, the manner in which the harmonic control function unit 50 generates the 2a-th current command value has a degree of freedom, and various design changes are possible. For example, a harmonic current command value corresponding to a harmonic extracted using system voltage Vs and/or system current IL may be output as the 2a-th current command value.
電流指令値生成部20は、電流指令値制限部60として、電流基準制限部70と、電圧基準制限部80とを有している。
The current command value generator 20 has a
電流基準制限部70は、第1aの電流指令値と第2aの電流指令値に基づいて、出力可能電流制限演算を実行することにより、第1aの電流指令値と第2aの電流指令値を制限した第1bの電流指令値と第2bの電流指令値を生成する。出力可能電流制限演算は、電力需要や動作環境に応じて任意に設定される出力可能電流に基づく制限演算である。
The
図2は、図1の電流基準制限部70の詳細構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the
第1aの電流指令値に基づいて第1bの電流指令値を演算する方法は、以下の通りである。絶対値演算部71Aにおいて、入力する各相の第1aの電流指令値(基本波成分)の絶対値を求めて、最大値演算部71Bにおいて、絶対値演算部71Aで求めた各相の絶対値の中から最大値を抽出して、一次遅れフィルタ71Cにおいて、最大値演算部71Bで抽出した最大値を平準化する。絶対値演算部71Aと最大値演算部71Bと一次遅れフィルタ71Cによってローパスフィルタ71が構成されている。除算器72において、出力可能電流が、ローパスフィルタ71で平準化された第1aの電流指令値で除算され、上限値リミッタ73において、除算器72による除算結果が制限されることで、ゲイン補正係数が演算される。そして、乗算器74において、第1aの電流指令値に上記ゲイン補正係数を乗算することにより、第1bの電流指令値が演算される。
A method of calculating the 1b current command value based on the 1a current command value is as follows.
このようにして、高調波側より基本波側を優先して(高調波側より基本波側が先立って)、出力可能電流以下に制限された第1bの電流指令値が生成される。例えば、出力可能電流が100%で、第1aの電流指令値が120%の場合、上記ゲイン補正係数は0.83(=100%÷120%)とすることができる。そして、上記ゲイン補正係数を第1aの電流指令値に乗算すると、第1bの電流指令値は100%(=120%×0.83)となり,出力可能電流値以下に制限することができる。 In this way, the fundamental wave side is prioritized over the harmonic side (the fundamental wave side precedes the harmonic side), and the 1b current command value limited to the outputtable current or less is generated. For example, when the outputtable current is 100% and the 1a-th current command value is 120%, the gain correction coefficient can be 0.83 (=100%/120%). When the 1ath current command value is multiplied by the gain correction coefficient, the 1bth current command value becomes 100% (=120%×0.83), and can be limited to the outputtable current value or less.
第2aの電流指令値に基づいて第2bの電流指令値を演算する方法は、以下の通りである。絶対値演算部75Aにおいて、入力する各相の第2aの電流指令値(高調波成分)の絶対値を求めて、最大値演算部75Bにおいて、絶対値演算部75Aで求めた各相の絶対値の中から最大値を抽出して、一次遅れフィルタ75Cにおいて、最大値演算部75Bで抽出した最大値を平準化する。絶対値演算部75Aと最大値演算部75Bと一次遅れフィルタ75Cによってローパスフィルタ75が構成されている。除算器76には、出力可能電流からローパスフィルタ71で平準化された第1aの電流指令値を減算した差分電流(基本波補償の余力で高調波補償するための差分電流)と、ローパスフィルタ75で平準化された第2aの電流指令値とが入力される。除算器76において、上記差分電流が、ローパスフィルタ75で平準化された第2aの電流指令値で除算され、上限値リミッタ77において、除算器76による除算結果が制限されることで、ゲイン補正係数が演算される。そして、乗算器78において、第2aの電流指令値に上記ゲイン補正係数を乗算することにより、第2bの電流指令値が演算される。
A method of calculating the 2b-th current command value based on the 2a-th current command value is as follows. The absolute
極性判定部79は、上記差分電流が正負いずれの値をとるかを判定して、正の値をとるときは切換スイッチ79Aをオン(正)にして第2bの電流指令値を出力可能とし、負の値をとるときは切換スイッチ79Aをオフ(負)にして第2bの電流指令値として0を出力する。上記差分電流が負の極性を示すことは、基本波が電流制限されており、電圧型インバータ3の能力を基本波補償に100%使用していることを意味しているため、高調波補償に用いる第2bの電流指令値をゼロにする。
The
このように、電流基準制限部70は、第1aの電流指令値と第2aの電流指令値の加算値を出力可能電流により制限することで、第1bの電流指令値と第2bの電流指令値を生成する。具体的に、電流基準制限部70は、第1aの電流指令値が出力可能電流を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、ゲイン補正係数を第1aの電流指令値に乗じることで、第1bの電流指令値を演算する。また、電流基準制限部70は、第1aの電流指令値と出力可能電流の差分電流を演算し、第2aの電流指令値が差分電流を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、ゲイン補正係数を第2aの電流指令値に乗じることで、第2bの電流指令値を演算する。すなわち、電流基準制限部70は、出力可能電流を超過しない範囲内で、基本波側で第1aの電流指令値から第1bの電流指令値を優先的に演算した結果としての残余リソース(マージン)を利用して、高調波側で第2aの電流指令値から第2bの電流指令値を演算する。
In this manner, the
電圧基準制限部80は、第1bの電流指令値と第2bの電流指令値に基づいて、出力可能電圧制限演算を実行することにより、第2bの電流指令値を制限した第2cの電流指令値を生成する。出力可能電圧制限演算は、電力需要や動作環境に応じて任意に設定される出力可能電圧に基づく制限演算である。なお、一般的に、インバータは基本波の出力可能電流を流すだけの電圧を出力できるように設計するため、ここでは、第2bの電流指令値(高調波)を制限した第2cの電流指令値を生成する一方、第1bの電流指令値(基本波)は制限しないものとする。
The voltage
図3は、図1の電圧基準制限部80の詳細構成を示すブロック図である。電圧基準制限部80は、基本波出力電圧推定部81と、高調波出力電圧推定部82とを有している。
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the
基本波出力電圧推定部81において、電圧形インバータ3が第1bの電流指令値に従った電流を出力するための電圧指令値が演算される。この電圧指令値は、以下の式(1)により演算される。
(1)電圧指令値=系統電圧Vs+(第1bの電流指令値×R)+(Δ第1bの電流指令値/dt×L)
ここで、
R:電圧形インバータ3と風力発電機1と電力系統2の接続点P1との間の抵抗値、
L:電圧形インバータ3と風力発電機1と電力系統2の接続点P1との間のインダクタンス値、
である。
The fundamental wave output voltage estimator 81 calculates a voltage command value for the
(1) Voltage command value = system voltage Vs + (1b current command value x R) + (Δ 1b current command value/dt x L)
here,
R: resistance value between the
L: the inductance value between the
is.
さらに、絶対値演算部83Aにおいて、式(1)で求めた電圧指令値の絶対値を求めて、最大値演算部83Bにおいて、絶対値演算部83Aで求めた絶対値の中から最大値を抽出して、一次遅れフィルタ83Cにおいて、最大値演算部83Bで抽出した最大値を平準化する。絶対値演算部83Aと最大値演算部83Bと一次遅れフィルタ83Cによってローパスフィルタ83が構成されている。ローパスフィルタ83から出力されるのは、第1bの電流指令値に基づく電圧推定値(基本波出力電圧推定値)である。減算器84において、出力可能電圧から、第1bの電流指令値に基づく電圧推定値(基本波出力電圧推定値)が減算されることで、高調波電流を出力するための電圧余裕が出力される。
Further, the absolute
高調波出力電圧推定部82において、電圧形インバータ3が第2bの電流指令値に従った電流を出力するための電圧指令値が演算される。この電圧指令値は、以下の式(2)により演算される。なお、系統電圧Vsについては、基本波出力電圧推定部81において式(1)で加算しているので、重複を避けるため、式(2)では加算していない。
(2)電圧指令値=(第2bの電流指令値×R)+(Δ第2bの電流指令値/dt×L)
ここで、
R:電圧形インバータ3と風力発電機1と電力系統2の接続点P1との間の抵抗値、
L:電圧形インバータ3と風力発電機1と電力系統2の接続点P1との間のインダクタンス値、
である。
The harmonic output voltage estimator 82 calculates a voltage command value for the
(2) Voltage command value = (second b current command value x R) + (Δ second b current command value/dt x L)
here,
R: resistance value between the
L: the inductance value between the
is.
さらに、絶対値演算部85Aにおいて、式(2)で求めた電圧指令値の絶対値を求めて、最大値演算部85Bにおいて、絶対値演算部85Aで求めた絶対値の中から最大値を抽出して、一次遅れフィルタ85Cにおいて、最大値演算部85Bで抽出した最大値を平準化する。絶対値演算部85Aと最大値演算部85Bと一次遅れフィルタ85Cによってローパスフィルタ85が構成されている。ローパスフィルタ85から出力されるのは、第2bの電流指令値に基づく電圧推定値(高調波出力電圧推定値)である。
Furthermore, the absolute
除算器86において、減算器84から出力された電圧余裕が、高調波出力電圧推定部82から出力された第2bの電流指令値に基づく電圧推定値(高調波出力電圧推定値)によって除算される。上限値リミッタ87において、除算器86による除算結果が制限されることで、ゲイン補正係数が演算される。そして、乗算器88において、第2bの電流指令値に上記ゲイン補正係数を乗算することにより、第2cの電流指令値が演算される。
In the
このように、電圧基準制限部80は、第1bの電流指令値と第2bの電流指令値に基づく電圧推定値を出力可能電圧により制限することで、第2cの電流指令値を生成する。具体的に、電圧基準制限部80は、第1bの電流指令値に基づく電圧推定値と出力可能電圧の差分電圧(電圧余裕)を演算し、第2bの電流指令値に基づく電圧推定値が差分電圧(電圧余裕)を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、ゲイン補正係数を第2bの電流指令値に乗じることにより、第2cの電流指令値を演算する。すなわち、電圧基準制限部80は、出力可能電圧を超過しない範囲内で、かつ基本波側を優先した結果としての高調波側の残余リソース(マージン)を利用して、第2bの電流指令値を制限した第2cの電流指令値を生成する。
In this manner, the
以上の第1実施形態によれば、基本波制御機能と高調波制御機能を高精度で協調動作させるとともに、基本波制御機能を優先的に動作させることができる。しかも、電力需要や動作環境によって基本波制御機能に要するリソースが増大した場合であっても、インバータ能力(装置能力)を最大限活用することができる。 According to the first embodiment described above, the fundamental wave control function and the harmonic wave control function can be cooperatively operated with high accuracy, and the fundamental wave control function can be preferentially operated. Moreover, even if the resources required for the fundamental wave control function increase due to power demand or operating environment, the inverter capacity (device capacity) can be utilized to the maximum.
≪第2実施形態≫
図4は、第2実施形態による電力変換装置10の全体構成を示すブロック図である。図5は、図4の電流基準制限部70の詳細構成を示すブロック図である。図6は、図4の電圧基準制限部80の詳細構成を示すブロック図である。第1実施形態の電力変換装置10と共通する部分については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
<<Second embodiment>>
FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of the
第1実施形態の電力変換装置10では、基本波制御機能を優先的に動作させて、基本波側で第1aの電流指令値から第1bの電流指令値を優先的に演算した結果としての残余リソース(マージン)を利用して、高調波側で第2aの電流指令値から第2bの電流指令値さらに第2cの電流指令値を生成する。これとは逆に、第2実施形態の電力変換装置10では、高調波制御機能を優先的に動作させて、高調波側で第2aの電流指令値から第2bの電流指令値を優先的に演算した結果としての残余リソース(マージン)を利用して、基本波側で第1aの電流指令値から第1bの電流指令値さらに第1cの電流指令値を生成する。このため、図4~図6では、図1~図3と比較して、基本波側の電流指令値と高調波側の電流指令値の流れ(位置関係)が逆になっている。
In the
図5を参照して、高調波側の第2aの電流指令値に基づいて第2bの電流指令値を演算する方法、及び、基本波側の第1aの電流指令値に基づいて第1bの電流指令値を演算する方法を説明する。 Referring to FIG. 5, a method for calculating a 2b current command value based on a 2a current command value on the harmonic side, and a method for calculating a 1b current command value based on a 1a current command value on the fundamental wave side. A method for calculating the command value will be explained.
第2aの電流指令値に基づいて第2bの電流指令値を演算する方法は、以下の通りである。絶対値演算部71Aにおいて、入力する各相の第2aの電流指令値(高調波成分)の絶対値を求めて、最大値演算部71Bにおいて、絶対値演算部71Aで求めた各相の絶対値の中から最大値を抽出して、一次遅れフィルタ71Cにおいて、最大値演算部71Bで抽出した最大値を平準化する。絶対値演算部71Aと最大値演算部71Bと一次遅れフィルタ71Cによってローパスフィルタ71が構成されている。除算器72において、出力可能電流が、ローパスフィルタ71で平準化された第2aの電流指令値で除算され、上限値リミッタ73において、除算器72による除算結果が制限されることで、ゲイン補正係数が演算される。そして、乗算器74において、第2aの電流指令値に上記ゲイン補正係数を乗算することにより、第2bの電流指令値が演算される。
A method of calculating the 2b-th current command value based on the 2a-th current command value is as follows. Absolute
第1aの電流指令値に基づいて第1bの電流指令値を演算する方法は、以下の通りである。絶対値演算部75Aにおいて、入力する各相の第1aの電流指令値(高調波成分)の絶対値を求めて、最大値演算部75Bにおいて、絶対値演算部75Aで求めた各相の絶対値の中から最大値を抽出して、一次遅れフィルタ75Cにおいて、最大値演算部75Bで抽出した最大値を平準化する。絶対値演算部75Aと最大値演算部75Bと一次遅れフィルタ75Cによってローパスフィルタ75が構成されている。除算器76には、出力可能電流からローパスフィルタ71で平準化された第2aの電流指令値を減算した差分電流(高調波補償の余力で基本波補償するための差分電流)と、ローパスフィルタ75で平準化された第1aの電流指令値とが入力される。除算器76において、上記差分電流が、ローパスフィルタ75で平準化された第1aの電流指令値で除算され、上限値リミッタ77において、除算器76による除算結果が制限されることで、ゲイン補正係数が演算される。そして、乗算器78において、第1aの電流指令値に上記ゲイン補正係数を乗算することにより、第1bの電流指令値が演算される。
A method of calculating the 1b current command value based on the 1a current command value is as follows.
極性判定部79は、上記差分電流が正負いずれの値をとるかを判定して、正の値をとるときは切換スイッチ79Aをオン(正)にして第1bの電流指令値を出力可能とし、負の値をとるときは切換スイッチ79Aをオフ(負)にして第1bの電流指令値として0を出力する。上記差分電流が負の極性を示すことは、高調波が電流制限されており、電圧型インバータ3の能力を高調波補償に100%使用していることを意味しているため、基本波補償に用いる第1bの電流指令値をゼロにする。
The
このように、電流基準制限部70は、第1aの電流指令値と第2aの電流指令値の加算値を出力可能電流により制限することで、第1bの電流指令値と第2bの電流指令値を生成する。具体的に、電流基準制限部70は、第2aの電流指令値が出力可能電流を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、ゲイン補正係数を第2aの電流指令値に乗じることで、第2bの電流指令値を演算する。また、電流基準制限部70は、第2aの電流指令値と出力可能電流の差分電流を演算し、第1aの電流指令値が差分電流を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、ゲイン補正係数を第1aの電流指令値に乗じることで、第1bの電流指令値を演算する。すなわち、電流基準制限部70は、出力可能電流を超過しない範囲内で、高調波側で第2aの電流指令値から第2bの電流指令値を優先的に演算した結果としての残余リソース(マージン)を利用して、基本波側で第1aの電流指令値から第1bの電流指令値を演算する。
In this manner, the
図6では、図3の基本波出力電圧推定部81と高調波出力電圧推定部82の位置関係が逆となり、高調波出力電圧推定部81’と基本波出力電圧推定部82’が設けられている。 In FIG. 6, the positional relationship between the fundamental wave output voltage estimator 81 and the harmonic wave output voltage estimator 82 in FIG. there is
高調波出力電圧推定部81’において、電圧形インバータ3が第2bの電流指令値に従った電流を出力するための電圧指令値が演算される。この電圧指令値は、以下の式(3)により演算される。
(3)電圧指令値=系統電圧Vs+(第2bの電流指令値×R)+(Δ第2bの電流指令値/dt×L)
ここで、
R:電圧形インバータ3と風力発電機1と電力系統2の接続点P1との間の抵抗値、
L:電圧形インバータ3と風力発電機1と電力系統2の接続点P1との間のインダクタンス値、
である。
The harmonic output voltage estimator 81' calculates a voltage command value for the
(3) Voltage command value = system voltage Vs + (second b current command value x R) + (Δ second b current command value/dt x L)
here,
R: resistance value between the
L: the inductance value between the
is.
さらに、絶対値演算部83Aにおいて、式(3)で求めた電圧指令値の絶対値を求めて、最大値演算部83Bにおいて、絶対値演算部83Aで求めた絶対値の中から最大値を抽出して、一次遅れフィルタ83Cにおいて、最大値演算部83Bで抽出した最大値を平準化する。絶対値演算部83Aと最大値演算部83Bと一次遅れフィルタ83Cによってローパスフィルタ83が構成されている。ローパスフィルタ83から出力されるのは、第2bの電流指令値に基づく電圧推定値(高調波出力電圧推定値)である。減算器84において、出力可能電圧から、第2bの電流指令値に基づく電圧推定値(高調波出力電圧推定値)が減算されることで、基本波電流を出力するための電圧余裕が出力される。
Furthermore, the absolute
基本波出力電圧推定部82’において、電圧形インバータ3が第1bの電流指令値に従った電流を出力するための電圧指令値が演算される。この電圧指令値は、以下の式(4)により演算される。なお、系統電圧Vsについては、高調波出力電圧推定部81’において式(3)で加算しているので、重複を避けるため、式(4)では加算していない。
(4)電圧指令値=(第1bの電流指令値×R)+(Δ第1bの電流指令値/dt×L)
ここで、
R:電圧形インバータ3と風力発電機1と電力系統2の接続点P1との間の抵抗値、
L:電圧形インバータ3と風力発電機1と電力系統2の接続点P1との間のインダクタンス値、
である。
In the fundamental wave output voltage estimator 82', a voltage command value for the
(4) Voltage command value = (1b current command value x R) + (Δ 1b current command value/dt x L)
here,
R: resistance value between the
L: the inductance value between the
is.
さらに、絶対値演算部85Aにおいて、式(4)で求めた電圧指令値の絶対値を求めて、最大値演算部85Bにおいて、絶対値演算部85Aで求めた絶対値の中から最大値を抽出して、一次遅れフィルタ85Cにおいて、最大値演算部85Bで抽出した最大値を平準化する。絶対値演算部85Aと最大値演算部85Bと一次遅れフィルタ85Cによってローパスフィルタ85が構成されている。ローパスフィルタ85から出力されるのは、第1bの電流指令値に基づく電圧推定値(基本波出力電圧推定値)である。
Further, the absolute
除算器86において、減算器84から出力された電圧余裕が、基本波出力電圧推定部82’から出力された第1bの電流指令値に基づく電圧推定値(基本波出力電圧推定値)によって除算される。上限値リミッタ87において、除算器86による除算結果が制限されることで、ゲイン補正係数が演算される。そして、乗算器88において、第1bの電流指令値に上記ゲイン補正係数を乗算することにより、第1cの電流指令値が演算される。
In the
このように、電圧基準制限部80は、第1bの電流指令値と第2bの電流指令値に基づく電圧推定値を出力可能電圧により制限することで、第1cの電流指令値を生成する。具体的に、電圧基準制限部80は、第2bの電流指令値に基づく電圧推定値と出力可能電圧の差分電圧(電圧余裕)を演算し、第1bの電流指令値に基づく電圧推定値が差分電圧(電圧余裕)を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、ゲイン補正係数を第1bの電流指令値に乗じることにより、第1cの電流指令値を演算する。すなわち、電圧基準制限部80は、出力可能電圧を超過しない範囲内で、かつ高調波側を優先した結果としての基本波側の残余リソース(マージン)を利用して、第1bの電流指令値を制限した第1cの電流指令値を生成する。
In this manner, the
以上の第2実施形態によれば、基本波制御機能と高調波制御機能を高精度で協調動作させるとともに、高調波制御機能を優先的に動作させることができる。しかも、電力需要や動作環境によって高調波制御機能に要するリソースが増大した場合であっても、インバータ能力(装置能力)を最大限活用することができる。 According to the second embodiment described above, the fundamental wave control function and the harmonic control function can be cooperatively operated with high accuracy, and the harmonic control function can be preferentially operated. Moreover, even if the resources required for the harmonic control function increase due to power demand or operating environment, the inverter capacity (apparatus capacity) can be utilized to the maximum.
≪第3実施形態≫
図示は省略するが、第1実施形態(図1~図3)と第2実施形態(図4~図6)を組み合わせて、電流指令値制限部60(電流基準制限部70、電圧基準制限部80)が、第1aの電流指令値及び第2aの電流指令値、並びに、第1bの電流指令値及び第2bの電流指令値を制限することにより、第1cの電流指令値及び第2cの電流指令値を生成する態様も可能である。
<<Third Embodiment>>
Although illustration is omitted, the first embodiment (FIGS. 1 to 3) and the second embodiment (FIGS. 4 to 6) are combined to form a current command value limiter 60 (
≪第4実施形態≫
図示は省略するが、第1実施形態(図1~図3)と第2実施形態(図4~図6)において、電流基準制限部70と電圧基準制限部80のいずれか一方を省略する態様も可能である。この場合であっても、電流基準制限部70において第1aの電流指令値と第2aの電流指令値を用いた出力可能電流制限演算を実行し、又は、電圧基準制限部80において第1bの電流指令値と第2bの電流指令値を用いた出力可能電圧制限演算を実行することで、基本波制御機能と高調波制御機能を高精度で協調動作させることが可能になる。
<<Fourth Embodiment>>
Although not shown, one of the
≪第5実施形態≫
図示は省略するが、第1実施形態(図1~図3)と第2実施形態(図4~図6)において、電流基準制限部70と電圧基準制限部80の一方では、基本波用と高調波用の電流指令値の双方を用いて制限演算を行い、電流基準制限部70と電圧基準制限部80の他方では、基本波用と高調波用の電流指令値の一方を用いて制限演算を行う態様も可能である。この場合であっても、電流基準制限部70と電圧基準制限部80の一方において基本波用と高調波用の電流指令値の双方を用いて制限演算を行うことで、且つ/又は、電流基準制限部70による出力可能電流制限演算と電圧基準制限部80による出力可能電圧制限演算を併用することで、基本波制御機能と高調波制御機能を高精度で協調動作させることが可能になる。
<<Fifth Embodiment>>
Although illustration is omitted, in the first embodiment (FIGS. 1 to 3) and the second embodiment (FIGS. 4 to 6), one of the
以上のように、本実施形態による電力変換装置10では、電流指令値制限部60(電流基準制限部70、電圧基準制限部80)が、第1aの電流指令値と第2aの電流指令値に基づいて、出力可能電流制限演算と出力可能電圧制限演算の少なくとも一方を実行することにより、第1aの電流指令値と第2aの電流指令値の少なくとも一方を制限する。また、電流指令値制限部60(電流基準制限部70、電圧基準制限部80)が、第1aの電流指令値と第2aの電流指令値の少なくとも一方に基づいて、出力可能電流制限演算と出力可能電圧制限演算を実行することにより、第1aの電流指令値と第2aの電流指令値の少なくとも一方を制限する。これにより、基本波制御機能と高調波制御機能を高精度で協調動作させることができる。
As described above, in the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成要素の大きさや形状、機能などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications. In the above embodiment, the size, shape, function, and the like of the constituent elements illustrated in the accompanying drawings are not limited to these, and can be changed as appropriate within the scope of exhibiting the effects of the present invention. In addition, it is possible to carry out by appropriately modifying the present invention as long as it does not deviate from the scope of the purpose of the present invention.
本発明は、例えば、電力系統に連系される電力変換装置に適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied, for example, to a power converter connected to a power system.
1 風力発電機(電力設備)
2 電力系統
3 電圧形インバータ
4 変圧器
10 電力変換装置
20 電流指令値生成部
30 電流制御部
40 基本波制御機能部
50 高調波制御機能部
60 電流指令値制限部
70 電流基準制限部
71 ローパスフィルタ
71A 絶対値演算部
71B 最大値演算部
71C 一次遅れフィルタ
72 除算器
73 上限値リミッタ
74 乗算器
75 ローパスフィルタ
75A 絶対値演算部
75B 最大値演算部
75C 一次遅れフィルタ
76 除算器
77 上限値リミッタ
78 乗算器
79 極性判定部
79A 切換スイッチ
80 電圧基準制限部
81 基本波出力電圧推定部
81’ 高調波出力電圧推定部
82 高調波出力電圧推定部
82’ 基本波出力電圧推定部
83 ローパスフィルタ
83A 絶対値演算部
83B 最大値演算部
83C 一次遅れフィルタ
84 減算器
85 ローパスフィルタ
85A 絶対値演算部
85B 最大値演算部
85C 一次遅れフィルタ
86 除算器
87 上限値リミッタ
88 乗算器
C キャパシタンス
L1 L2 インダクタンス
Vs 系統電圧
Vs* 系統電圧指令値
IL 系統電流
Edc インバータ直流電圧(検出値)
Edc* インバータ直流電圧(指令値)
Iinv インバータ出力電流
1 Wind power generator (power equipment)
2
Edc * Inverter DC voltage (command value)
Iinv Inverter output current
Claims (6)
前記系統電流の高調波を制御するための第2aの電流指令値を生成する高調波制御機能部と、
前記第1aの電流指令値と前記第2aの電流指令値に基づいて、出力可能電流制限演算と出力可能電圧制限演算を実行することにより、前記第1aの電流指令値と前記第2aの電流指令値を制限する電流指令値制限部と、
を有し、
前記電流指令値制限部は、
前記第1aの電流指令値に対して出力可能電流に基づく制限を行うことで第1bの電流指令値を生成し、且つ、前記第2aの電流指令値に対して出力可能電流に基づく制限を行うことで第2bの電流指令値を生成する電流基準制限部と、
前記第1bの電流指令値に対して出力可能電圧に基づく制限を行うことで第1cの電流指令値を生成し、且つ、前記第2bの電流指令値に対して出力可能電圧に基づく制限を行うことで第2cの電流指令値を生成する電圧基準制限部と、
を有することを特徴とする電力変換装置。 a fundamental wave control function unit that generates a first current command value for controlling the fundamental wave of the system current;
a harmonic control function unit that generates a 2a-th current command value for controlling harmonics of the system current;
Based on the 1a-th current command value and the 2a-th current command value, an outputable current limit calculation and an outputable voltage limit calculation are performed to obtain the 1a-th current command value and the 2a-th current command value. a current command value limiting unit that limits the command value;
has
The current command value limiter,
A 1b current command value is generated by limiting the 1a current command value based on the outputtable current, and the 2a current command value is limited based on the outputable current. a current reference limiting unit that generates a second b-th current command value by
A 1c current command value is generated by limiting the 1b current command value based on the output possible voltage, and the 2b current command value is limited based on the output possible voltage. a voltage reference limiter that generates a 2c current command value by
A power conversion device characterized by comprising :
前記第1aの電流指令値が前記出力可能電流を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、前記ゲイン補正係数を前記第1aの電流指令値に乗じることにより前記第1bの電流指令値を演算し、
前記第1aの電流指令値と前記出力可能電流の差分電流を演算し、前記第2aの電流指令値が前記差分電流を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、前記ゲイン補正係数を前記第2aの電流指令値に乗じることにより前記第2bの電流指令値を演算する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The current reference limiter is
A gain correction coefficient is calculated so that the 1a current command value does not exceed the outputtable current, and the 1b current command value is calculated by multiplying the 1a current command value by the gain correction coefficient. ,
A difference current between the 1a current command value and the outputtable current is calculated, a gain correction coefficient is calculated so that the 2a current command value does not exceed the difference current, and the gain correction coefficient is calculated as the 2a current command value. calculating the second b current command value by multiplying the current command value of
The power converter according to claim 1 , characterized by:
前記第1bの電流指令値に基づく電圧推定値と前記出力可能電圧の差分電圧を演算し、前記第2bの電流指令値に基づく電圧推定値が前記差分電圧を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、前記ゲイン補正係数を前記第2bの電流指令値に乗じることにより前記第2cの電流指令値を演算する、
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 The voltage reference limiter includes:
A differential voltage between the voltage estimated value based on the 1b current command value and the output possible voltage is calculated, and a gain correction coefficient is calculated so that the voltage estimated value based on the 2b current command value does not exceed the differential voltage. and calculating the 2c current command value by multiplying the 2b current command value by the gain correction coefficient;
3. The power converter according to claim 2 , characterized in that:
前記第2aの電流指令値が前記出力可能電流を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、前記ゲイン補正係数を前記第2aの電流指令値に乗じることにより前記第2bの電流指令値を演算し、
前記第2aの電流指令値と前記出力可能電流の差分電流を演算し、前記第1aの電流指令値が前記差分電流を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、前記ゲイン補正係数を前記第1aの電流指令値に乗じることにより前記第1bの電流指令値を演算する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The current reference limiter is
A gain correction coefficient is calculated so that the 2a current command value does not exceed the outputtable current, and the 2b current command value is calculated by multiplying the 2a current command value by the gain correction coefficient. ,
A differential current between the 2a current command value and the outputtable current is calculated, a gain correction coefficient is calculated such that the 1a current command value does not exceed the differential current, and the gain correction coefficient is calculated as the 1a current command value. calculating the 1b current command value by multiplying the current command value of
The power converter according to claim 1 , characterized by:
前記第2bの電流指令値に基づく電圧推定値と前記出力可能電圧の差分電圧を演算し、前記第1bの電流指令値に基づく電圧推定値が前記差分電圧を超過しないようなゲイン補正係数を演算し、前記ゲイン補正係数を前記第1bの電流指令値に乗じることにより前記第1cの電流指令値を演算する、
ことを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 The voltage reference limiter includes:
A differential voltage between the voltage estimated value based on the 2b current command value and the output possible voltage is calculated, and a gain correction coefficient is calculated so that the voltage estimated value based on the 1b current command value does not exceed the differential voltage. and calculating the 1c current command value by multiplying the 1b current command value by the gain correction coefficient;
5. The power converter according to claim 4 , characterized in that:
前記高調波制御機能部は、前記系統電流及び/又は系統電圧から抽出した高調波に応じた高調波電流指令値を前記第2aの電流指令値として出力する、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の電力変換装置。 The fundamental wave control function unit outputs a reactive current command value and/or an active current command value as the first current command value,
The harmonic control function unit outputs a harmonic current command value corresponding to the harmonic extracted from the system current and/or system voltage as the second a current command value.
The power converter according to any one of claims 1 to 5 , characterized in that:
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