JP7459627B2 - Power control device, control method for power control device, and AC power generation system. - Google Patents
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Description
本発明は、電力系統と連系する交流発電機用の電力制御装置において、インバータ回路の出力を制御する技術に関する。 The present invention relates to a technology for controlling the output of an inverter circuit in a power control device for an AC generator connected to a power grid.
近年、電力の自由化に伴い、太陽光発電システムやガスエンジン式の交流発電機に代表される分散型電源の導入が進められている。分散型電源を電力系統に連系する技術要件として系統連系規程がある。 In recent years, with the liberalization of the electricity market, the introduction of distributed power sources such as photovoltaic power generation systems and gas engine AC generators has progressed. There are grid interconnection regulations as technical requirements for connecting distributed power sources to the power grid.
系統連系規程において、出力復帰時の動作として、「電圧低下前の出力の８０％以上の出力まで所定時間以内で復帰する」と定められている（ＦＲＴ要件）。これは、分散型電源が連系する電力系統では、系統擾乱時に分散型電源が一斉に解列すると電力品質に影響を及ぼすことから、事故時に運転を継続して電力品質の維持を図るものである。 The grid interconnection regulations stipulate that when output is restored, "output must be restored to 80% or more of the output before the voltage drop within a specified time" (FRT requirement). This is because in a power system where distributed power sources are interconnected, if the distributed power sources are all disconnected at once during a system disturbance, this will affect the power quality, so the aim is to maintain power quality by continuing operation in the event of an accident.
下記特許文献１には、瞬時電圧低下からの復帰時の制御として、インバータの出力電流を、発生前の電流値よりも低い電流値から元の電流値まで連続的に変化させることで、インバータ回路の出力を復帰させる制御を行っている。図７は、復帰時の系統電圧、インバータ回路の出力波形である。特許文献１の電力制御装置は、瞬時電圧低下中のインバータ回路の出力電力Ｘ１と復帰動作開始時の出力電力Ｘ２が不連続である（Ａ部）。
In the following
交流発電機は、原動機の回転エネルギーを電気エネルギーとして取り出すため、他の発電機に比べて、負荷変動に対する出力の追従性が低い。図７に示すように、瞬時低下中のインバータ回路の出力電力Ｘ１と復帰動作開始時点の出力電力Ｘ２が不連続な場合（Ａ部）、復帰動作開始時点において、インバータ回路の出力変化が大きくなる。そのため、交流発電機の出力が追従できなくなり、インバータ回路の出力が不安定になる場合がある。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、交流発電機を電力系統に連系する系統連系用の電力制御装置において、瞬時電圧低下からの復帰動作時に、安定した出力制御を行うことを目的とする。
Since an alternating current generator extracts the rotational energy of a prime mover as electrical energy, it has a lower output followability to load fluctuations than other generators. As shown in FIG. 7, when the output power X1 of the inverter circuit during an instantaneous drop and the output power X2 at the start of the recovery operation are discontinuous (part A), the change in the output of the inverter circuit becomes large at the start of the recovery operation. . Therefore, the output of the alternating current generator may not be able to follow up, and the output of the inverter circuit may become unstable.
The present invention was completed based on the above-mentioned circumstances, and is a power control device for grid connection that connects an alternator to the power grid. The purpose is to control output.
交流発電機を電力系統に連系する系統連系用の電力制御装置であって、前記交流発電機の交流出力を整流する整流器と、前記整流器の直流出力を交流に変換して、負荷又は前記電力系統に出力するインバータ回路と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記電力系統が瞬時電圧低下から復帰した場合、瞬時電圧低下中の出力電力を開始電力として、前記インバータ回路の出力電力を所定の目標値まで増加させる。 A power control device for grid connection that connects an alternator to a power grid, comprising a rectifier that rectifies the alternating current output of the alternator, and a rectifier that converts the direct current output of the rectifier into alternating current to connect the load or the An inverter circuit that outputs to a power grid, and a control device, the control device controlling the output power of the inverter circuit by using the output power during the instantaneous voltage drop as a starting power when the power grid recovers from an instantaneous voltage drop. Increase the power to a predetermined target value.
この発明は、系統連系用の電力制御装置の制御方法に適用することが出来る。電力系統に連系する交流発電システムに適用することが出来る。 The present invention can be applied to a control method of a power control device for grid connection. It can be applied to AC power generation systems connected to the power grid.
本構成では、交流発電機を電力系統に連系する系統連系用の電力制御装置において、瞬時電圧低下からの復帰動作時に、安定した出力制御を行うことが出来る。 With this configuration, in the power control device for grid connection that connects the alternating current generator to the power grid, stable output control can be performed during a recovery operation from an instantaneous voltage drop.
交流発電機を電力系統に連系する系統連系用の電力制御装置であって、前記交流発電機の交流出力を整流する整流器と、前記整流器の直流出力を交流に変換して、負荷又は前記電力系統に出力するインバータ回路と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記電力系統が瞬時電圧低下から復帰した場合、瞬時電圧低下中の出力電力を開始電力として、前記インバータ回路の出力電力を所定の目標値まで増加させる。 A power control device for grid connection that connects an alternator to a power grid, comprising a rectifier that rectifies the alternating current output of the alternator, and a rectifier that converts the direct current output of the rectifier into alternating current to connect the load or the An inverter circuit that outputs to a power grid, and a control device, the control device controlling the output power of the inverter circuit by using the output power during the instantaneous voltage drop as a starting power when the power grid recovers from an instantaneous voltage drop. Increase the power to a predetermined target value.
本構成では、交流発電機の交流出力は、整流器により直流出力に整流された後、インバータ回路により交流に変換されて、負荷又は電力系統に出力される。本構成では、瞬時電圧低下中のインバータ回路の出力電力と復帰動作開始時点の出力電力が連続している。出力電力が不連続な場合と比べて、復帰動作開始時点におけるインバータ回路の出力変化が小さい。そのため、交流発電機の出力が、インバータ回路の出力変化に追従し易く、インバータ回路の出力が不安定になることを抑制することが出来る。 In this configuration, the AC output of the AC generator is rectified to DC output by the rectifier, then converted to AC by the inverter circuit and output to the load or power system. In this configuration, the output power of the inverter circuit during the momentary voltage drop and the output power at the start of the recovery operation are continuous. Compared to when the output power is discontinuous, the output change of the inverter circuit at the start of the recovery operation is small. Therefore, the output of the AC generator can easily follow the output change of the inverter circuit, and it is possible to prevent the output of the inverter circuit from becoming unstable.
前記制御装置は、瞬時電圧低下中、前記インバータ回路の出力電流を、瞬時電圧低下が発生する直前の電流値に保持してもよい。本構成によれば、瞬時電圧低下中におけるインバータ回路の出力電力の低下を抑制することが出来る。瞬時電圧低下中における出力電圧の低下を抑えることで、復帰動作中における、インバータ回路の出力電力の変化幅を抑えることが出来る。インバータ回路の出力電力の変化幅を抑えることで、復帰動作中、交流発電機の出力の変化幅を抑えることができる。そのため、復帰動作中、交流発電機の出力が安定し、インバータ回路の出力が不安定になることを抑制することが出来る。 The control device may maintain the output current of the inverter circuit at a current value immediately before the instantaneous voltage drop occurs during the instantaneous voltage drop. According to this configuration, it is possible to suppress a decrease in the output power of the inverter circuit during an instantaneous voltage drop. By suppressing the drop in the output voltage during the instantaneous voltage drop, it is possible to suppress the range of change in the output power of the inverter circuit during the recovery operation. By suppressing the range of change in the output power of the inverter circuit, the range of change in the output of the alternator can be suppressed during the recovery operation. Therefore, during the return operation, the output of the alternator is stabilized, and it is possible to prevent the output of the inverter circuit from becoming unstable.
前記制御装置は、前記交流発電機を駆動する原動機の燃料ガスが非再生可能ガスの場合、電力系統への逆潮流を禁止する第１制御パターンで前記インバータ回路の出力電力を制御し、燃料ガスが再生可能ガスの場合、電力系統への逆潮流を許可する第２制御パターンで前記インバータ回路の出力電力を制御してもよい。この構成では、非再生可能エネルギーを用いて発電した電力の電力系統への逆潮流を防ぎつつ、再生可能エネルギーを用いて発電した電力の電力系統への逆潮流を許可することで、エネルギーを効率的に利用することが出来る。 When the fuel gas of the prime mover that drives the alternator is a non-renewable gas, the control device controls the output power of the inverter circuit in a first control pattern that prohibits reverse power flow to the power grid, and When the inverter circuit is a renewable gas, the output power of the inverter circuit may be controlled using a second control pattern that allows reverse power flow to the power grid. This configuration enables energy efficiency by preventing power generated using non-renewable energy from flowing backward into the power grid, while allowing power generated using renewable energy to flow backward into the power grid. It can be used for purpose.
＜実施形態１＞
１．交流発電システムＳの説明
図１は交流発電システムＳのブロック図である。交流発電システムＳは、電力系統１に連系する分散型電源システムであり、交流発電機１０と、パワーコンディショナ２０と、から構成されている。電力系統１は、電力事業者のものでもよいし、大型パワーコンディショナの自立運転出力で成り立っている独立した電力系統でもよい。
<
1. Description of AC power generation system S Fig. 1 is a block diagram of the AC power generation system S. The AC power generation system S is a distributed power supply system connected to a
交流発電機１０は、例えば、原動機としてガスエンジン１１を有する、ガスエンジン発電機である。
The
パワーコンディショナ２０は、整流器２１と、リンク部２３と、インバータ回路２５と、フィルタ回路２７と、リレー２９と、制御装置５０と、直流電圧検出部３１と、出力電流検出部３３と、出力電圧検出部３５と、連系電圧検出部３６とを備えている。パワーコンディショナ２０は、本発明の「電力制御装置」の一例である。
The
整流器２１は、交流発電機１０に対して接続されている。整流器２１は、交流発電機１０の出力を整流する。整流器２１には、リンク部２３が接続されている。リンク部２３には、リンク部２３の電圧を安定させるため、電解コンデンサＣ１が設けられている。
The
インバータ回路２５は、リンク部２３に接続されている。インバータ回路２５は、例えば、フルブリッジ型の電圧インバータであり、Ｈブリッジ接続された複数の半導体スイッチを含む。インバータ回路２５は、半導体スイッチの制御により、リンク部２３の直流電圧から交流電圧を生成して出力する。インバータ回路２５は電流インバータでもよい。
The
インバータ回路２５は、連系線３７を介して、系統電源２を交流電源とする電力系統１に接続されている。連系線３７には、リレー２９が設けられている。
The
リレー２９は、電力系統１との連系用として設置されている。リレー２９を閉じることで、交流発電システムＳを電力系統１に連系させることが出来る。
The
交流電源システムＳを電力系統１に連系させることで、交流電源システムＳと電力系統１との間で電力の融通が可能であり、交流発電機１０により発電した電力を、パワーコンディショナ２０を介して、連系線３７に接続された負荷Ｌ又は電力系統１に供給することが出来る。
By connecting the AC power supply system S to the
フィルタ回路２７は、インバータ回路２５とリレー２９との間に配置されている。フィルタ回路２７は、リアクトルＬ１とコンデンサＣ２から構成されており、インバータ回路２５の出力から高調波成分を除去する。
出力電流検出部３３は、インバータ回路２５の出力電流Iinvを検出する。具体的には、出力電流検出部３３は、フィルタ回路２７のリアクトルＬ１とコンデンサＣ２の間に位置しており、リアクトルＬ１の電流を検出する。
The output
出力電圧検出部３５は、フィルタ回路２７の出力側に接続されており、高調波成分除去後のインバータ回路２５の出力電圧Vinvを検出する。
The output
出力電流検出部３３により検出されたインバータ回路２５の出力電流Iinvと、出力電圧検出部３５により検出されたインバータ回路２５の出力電圧Vinvは、制御装置５０に対して入力される。
The output current Iinv of the
連系電圧検出部３６は、パワーコンディショナ２０の最終段に位置する。具体的には、リレー２９と負荷Ｌの間に位置し、連系線３７に接続されている。連系電圧検出部３６は、電力系統１に連系する連系線３７の電圧ＶＬを検出する。
The interconnection
電力系統１には、受電点３の電力検出用の計器として、外部トランスデューサ等の外部計測器４０が設けられている。外部計測器４０は、受電電流検出部４１と、系統電圧検出部４３とを有している。
The
外部計測器４０は受電点３に対応して設置されており、受電電流検出部４１は、受電点３の受電電流を検出する。系統電圧検出部４３は系統電圧Vgridを検出する。外部計測器４０は、受電点３の受電電流と系統電圧Vgridから、受電電力Pgridを検出する。
The
外部計測器４０により検出された受電電力Pgridは、制御装置５０に対して入力される。受電点３は電力系統１による電力の供給地点であり、図１では系統１と負荷Ｌが設けられた構内の境界部分である。
The received power Pgrid detected by the
制御装置５０は、各検出部３１、３３、３５、４０の検出値に基づいて、パワーコンディショナ２０の出力や、電力系統１の受電点３における受電電力Pgridに基づいて、電力の潮流を監視する。
The
電力の潮流には順潮流と逆潮流がある。系統電源２から受電点３に向かう潮流は順潮流（Pgrid＞0）であり、受電点３から系統電源２に向かう潮流が逆潮流（Pgrid＜0）である。図１では、順潮流をＡ１で示し、逆潮流をＡ２で示す。
There are two types of power flow: forward flow and reverse flow. The flow from the
図２は、制御装置５０のうちＰＷＭ出力に関する制御ブロックである。ＰＷＭ出力は、制御装置５０からインバータ回路２５に出力される半導体スイッチの制御信号（ＰＷＭ変調された信号）である。
Figure 2 shows the control block related to the PWM output of the
制御装置５０は、有効電力演算部５１と、有効電力制御部５２と、無効電力演算部５３と、無効電力制御部５４と、瞬低時指令値補正部５５と、インバータ電流演算部５７と、瞬時電流制御部５８と、ＰＷＭ出力部５９とを備える。更に、瞬低判定部６１と、位相検出回路６２と、ＰＬＬ制御部６３と、瞬低時位相補正部６４とを備えている。
The
有効電力演算部５１は、出力電流検出部３３及び出力電圧検出部３５により検出されるインバータ回路２５の出力電流Iinvと出力電圧Vinvより、インバータ回路２５の出力する有効電力Pinvを算出する。
The active
有効電力演算部５２は、有効電力演算部５１にて算出した有効電力Pinvを有効電力指令値と比較して、有効電力指令値に対する有効電力Pinvの偏差を小さくするように、インバータ回路２５の有効電流指令値を求める。
The active
有効電流指令値は、インバータ回路２５の有効電流分（出力電流Iinv×COSφ）の電流振幅指令値である。有効電力指令値は、固定値でもいいし、負荷Ｌの変動や潮流の変動に応じて変更してもよい。位相角φは、インバータ回路２５の出力電圧Vinvに対する出力電流Iinvの角度である。
The effective current command value is a current amplitude command value for the active current of the inverter circuit 25 (output current Iinv×COSφ). The active power command value may be a fixed value or may be changed according to changes in the load L or power flow. The phase angle φ is the angle of the output current Iinv with respect to the output voltage Vinv of the
無効電力演算部５３は、出力電流検出部３３及び出力電圧検出部３５により検出されるインバータ回路２５の出力電流Iinvと出力電圧Vinvより、インバータ回路２５の出力する無効電力Qinvを算出する。
The reactive
無効電力演算部５４は、無効電力演算部５３にて算出した無効電力Qinvを無効電力指令値と比較して、無効電力指令値に対する無効電力Qinvの偏差を小さくするように、インバータ回路２５の無効電流指令値を求める。
The reactive
無効電流指令値は、インバータ回路２５の無効電流分（出力電流Iinvの無効分SINφ）の電流振幅指令値を求める。無効電力指令値は、固定値でもいいし、負荷Ｌの変動や潮流の変動に応じて変更してもよい。 The reactive current command value is calculated by calculating the current amplitude command value for the reactive current of the inverter circuit 25 (the reactive component SINφ of the output current Iinv). The reactive power command value may be a fixed value or may be changed according to fluctuations in the load L or fluctuations in the power flow.
瞬低時指令値補正部５５には、有効電力制御部５２からインバータ回路２５の有効電流指令値が入力され、無効電力制御部５４からインバータ回路２５の無効電流指令値が入力される。
The instantaneous sag command
瞬低時指令値補正部５５は、瞬低判定部６１から電力系統１の瞬低検出信号Ｓｒ１の入力があった場合、インバータ回路２５の有効電流指令値と無効電流指令値を補正する。瞬低検出信号Ｓｒ１の入力がない場合、インバータ回路２５の有効電流指令値と無効電流指令値を、インバータ電流演算部５７に出力する。
The instantaneous sag command
位相検出回路６２は連系線３７の電圧VＬの位相角θを検出する。位相角は、0≦θ＜360°である。ＰＬＬ制御部６３は、連系線３７の電圧VＬの位相に同期した同期信号を出力する。
The
瞬低時位相補正部６４は、定常運転中、連系線３７の電圧VＬの位相角θのデータをインバータ電流演算部５７に対して出力する。電力系統の瞬低中も、連系線３７の電圧VＬの位相角θのデータをインバータ電流演算部５７に対して出力する。
The momentary sag
瞬低時位相補正部６４は、瞬低判定部６１から電力系統１の短絡検出信号が入力された場合のみ、短絡直前の所定期間で記憶されている位相角θを保持し、短絡中は、保持した位相角θをインバータ電流演算部５７に対して出力する。
The sag
インバータ電流演算部５７は、瞬低時指令値補正部５５と瞬低時位相補正部６４から入力される、以下のデータに基づいて、インバータ回路２５の出力電流Iinvの電流指令値Iinv*を算出する。
The inverter
（ａ）インバータ回路２５の有効電流指令値のデータ
（ｂ）インバータ回路２５の無効電流指令値のデータ
（ｃ）連系線３７の電圧VLの位相角θのデータ
(a) Data on an active current command value of the
瞬時電流制御部５８は、インバータ回路２５の出力電流Iinvと電流指令値Iinv*とを比較する。そして、電流指令値Iinv*に対する出力電流Iinvの偏差を小さくするように、インバータ回路２５の電圧指令値Vinv*を求めて、ＰＷＭ出力部５９に出力する。
The instantaneous
ＰＷＭ出力部５９は、瞬時電流制御部５８から入力される電圧指令値Vinv*に基づいて、半導体スイッチの制御信号（ＰＷＭ変調された信号）を生成し、インバータ回路２５に出力する。
The
ＰＷＭ出力部５９から出力される制御信号に従って、インバータ回路２５の半導体スイッチをＰＷＭ制御することにより、インバータ回路２５の出力電流Iinvを電流指令値Iinv*に調整することが出来る。そのため、インバータ回路２５の有効電力Pinvを有効電力指令値に制御し、無効電力Qinvを無効電力指令値に制御することが出来る。
By PWM controlling the semiconductor switch of the
２．瞬時電圧低下時のＦＲＴ要件
分散型電源を、電力系統１に連系する技術要件として、系統連系規程がある。
系統連系規程において、分散型電源の出力復帰時の動作として「電圧低下前の出力の８０％以上の出力まで所定時間以内で復帰する」と定められている。
2. FRT requirements during instantaneous voltage drops There are grid interconnection regulations as technical requirements for interconnecting distributed power sources to
The grid interconnection regulations stipulate that the operation when the output of a distributed power source is restored is to "return to an output of 80% or more of the output before the voltage drop within a predetermined time."
制御装置５０は、ＦＲＴ要件を満たすため、図３に示す出力復帰制御を行う。
（２Ａ）瞬低中の出力制御
電力系統１への連系期間中、瞬低判定部６１は、連系線３７の電圧VLを閾値電圧Vaと比較し、瞬時電圧低下の有無を検出する。連系線３７の電圧VLが閾値電圧Va未満になった場合、電力系統１に瞬時電圧低下が起きたと判断する（図３：Ｓ１０）。瞬時電圧低下は、瞬間的に電圧が低下する現象であり、電力系統１への落雷などが原因で発生することが知られている（以下、「瞬低」と呼ぶ）。
In order to satisfy the FRT requirements, the
(2A) Output control during a momentary voltage sag During the period of interconnection to the
閾値電圧Vaは、一例として、系統連系中の正常時の連結線３７の電圧ＶＬのＱ％である。つまり、連系線３７の残電圧が、正常時のＱ％未満になると、瞬低と判断される。また、連系線３７の残電圧が、正常時のＲ％未満になると、電力系統１は短絡と判断される。残電圧は、電圧低下時の連系線３７の電圧ＶＬである。ただし、Ｒ＜Ｑ＜１００である。
As an example, the threshold voltage Va is Q% of the voltage VL of the
パワーコンディショナ２０は、瞬低検出後も、リレー２９を閉じた状態に維持し、運転を継続する。瞬低判定部６１は、「瞬低」を検出すると、瞬低時指令値補正部５５に、瞬低検出信号Ｓｒ１を送信する。
The
図４は、瞬低発生から出力復帰までの連系線３７の電圧VLとインバータ回路２５の出力波形を示している。t1は瞬低発生時刻、t2は瞬低終了時刻、t3はインバータ回路２５の出力の復帰完了時刻である。
FIG. 4 shows the voltage VL of the
V1は瞬低中の連系線３７の電圧実効値、V2は瞬低前（定常時）の連系線３７の電圧実効値である。I1は増加開始時の電流実効値、I2は瞬低前（定常時）の出力電流実効値である。
V1 is the effective voltage value of the
S1は増加開始時の皮相電力、S2は瞬低前（定常時）の皮相電力である。ref1は増加開始時の皮相電力目標値、ref2は瞬低前（定常時）の皮相電力目標値である。 S1 is the apparent power at the start of increase, and S2 is the apparent power before voltage drop (in steady state). ref1 is the apparent power target value at the start of increase, and ref2 is the apparent power target value before instantaneous sag (in steady state).
図４の例では、t1時点で「瞬低」を検出し、瞬低判定部６１から瞬低時指令値補正部５５に対して瞬低検出信号Ｓｒ１が送信される。瞬低時指令値補正部５５は、瞬低検出信号Ｓｒ１を受けると、瞬低が継続している期間は、インバータ回路２５の有効電流指令と無効電流指令値を、瞬低発生前の直前の指令値に保持する。
In the example of FIG. 4, a voltage sag is detected at time t1, and a voltage sag detection signal Sr1 is transmitted from the voltage
指令値の保持により、図４の例では、瞬低が継続するt1～t2の期間、出力電流Iinvは、瞬低が起きるt1直前の電流値に保持される（図３：Ｓ２０）。 By holding the command value, in the example of FIG. 4, the output current Iinv is held at the current value immediately before t1 when the voltage sag occurs during the period from t1 to t2 when the voltage sag continues (FIG. 3: S20).
瞬低判定部６１は、瞬低検出信号Ｓｒ１の送信後も、連系線３７の電圧VLを閾値電圧Vaと比較し、電圧復帰の有無を検出する。連系線３７の電圧VLが閾値電圧Va未満の状態から閾値電圧Vaよりも高い電圧に戻った場合、「電力系統１の系統電圧Vgridが復帰した」と判断する。
Even after transmitting the sag detection signal Sr1, the
電圧の復帰は、閾値電圧Vaよりも高い閾値電圧Vbにより判断してもよい。 The return of the voltage may be determined by a threshold voltage Vb that is higher than the threshold voltage Va.
瞬低判定部６１は、「電圧復帰」を検出すると、瞬低時指令値補正部５５に、復帰検出信号Ｓｒ２を送信する。図４の例では、t2時点で「電圧の復帰」を検出し、瞬低判定部６１から瞬低時指令値補正部５５に対して復帰検出信号Ｓｒ２が送信される（図３：Ｓ３０）。
When the voltage
（２Ｂ）復帰中の出力制御
瞬低時指令値補正部５５は、復帰検出信号Ｓｒ２を受けると、インバータ回路２５の皮相電力Sを、瞬低直前の皮相電力S2まで所定期間（t2－t3）内で復帰させるため、所定期間（t2－t3）について、例えば、数十msec刻みで、皮相電力指令値refを算出する。
(2B) Output Control During Recovery Upon receiving the recovery detection signal Sr2, the instantaneous sag command
瞬低時指令値補正部５５は、まず、開始皮相電力指令値ref1を求める。開始皮相電力指令値ref1は、t2時点の皮相電力指令値、つまり、インバータ回路２５の出力を増加する際の初期値である。
The sag command
本構成では、瞬低中から出力復帰に動作が切り換わる際に、インバータ回路２５の皮相電力Sが不連続にならないように、開始皮相電力指令値ref1を、瞬低中の皮相電力指令値と同一にする。
In this configuration, in order to prevent the apparent power S of the
インバータ回路２５の出力が安定し指令値に追従している場合、図５に示すように皮相電力指令値に対して皮相電力値は線形性があり、数１式の関係が成り立つ。そのため、開始皮相電力指令値ref1は、下記の数２式より、算出することが出来る。
When the output of the
数式１、数式２において、ref1は瞬低中の皮相電力指令値、S1は瞬低中の皮相電力、refmaxは定格皮相電力指令値、Smaxは定格皮相電力である。
In
次に、出力増加中（t2－t3間）における皮相電力指令値refの変化量Ｘは、下記の数式３によって算出することができる。変化量Ｘは、図４に示す皮相電力指令値refの変化直線Ｙの傾きである。 Next, the amount of change X in the apparent power command value ref during the output increase (between t2 and t3) can be calculated using Equation 3 below. The amount of change X is the slope of the change line Y of the apparent power command value ref shown in FIG.
以上により、出力復帰中（t2－t3の期間）における、各時点tの皮相電力指令値refを、数式４によって算出することが出来る。 As a result of the above, the apparent power command value ref at each time point t during output recovery (the period t2-t3) can be calculated using Equation 4.
瞬低時指令値補正部５５は、各時点tの皮相電力指令値refを算出すると、算出した各時点tの皮相電力指令値refから、各時点tのインバータ回路２５の出力電流Iinvの有効電流指令値と無効電流指令値を求め、それらをインバータ電流演算部５７に対して出力する。
The instantaneous sag command
以上により、インバータ電流演算部５７、瞬時電流制御部５８にて、皮相電力Sが皮相電力指令値refに追従するように、インバータ回路３５の出力電流Iinvが調整される。
As described above, the inverter
そのため、電力系統１の系統電圧Vgridの復帰後、インバータ回路２５の皮相電力Sは、瞬時電圧低下中の皮相電力S1を開始電力として、時刻t2から連続的に変化し、時刻t3にて、瞬低直前の皮相電力S2に戻すことが出来る（図３：Ｓ４０）。
Therefore, after the grid voltage Vgrid of the
３．効果説明
交流発電機１０は、原動機１１の回転エネルギーを電気エネルギーとして取り出すため、他の発電機（太陽光パネル等のＤＣ発電機）に比べて、負荷変動に対する出力の追従性が低いことがある。
3. Effect explanation Since the alternating
本構成では、瞬低から出力を復帰する際に、インバータ回路２５の皮相電力Sが瞬低中の皮相電力S1を開始電力として連続的に変化する（図４のＡ部）。そのため、インバータ回路２５の出力が不連続な場合（図７のＡ部）と比べて、復帰動作開始時点（図４の時刻ｔ２）におけるインバータ回路２５の出力変化が小さい。従って、復帰動作の開始から終了までの間、交流発電機１の出力がインバータ回路２５の出力変化に追従し易く、インバータ回路２５の出力が不安定になることを抑制することが出来る。
In this configuration, when recovering from a sag, the apparent power S of the
本構成では、瞬低中、インバータ回路２５の出力電流Iinvを瞬低発生直前の電流値に保持するため、インバータ回路２５の出力低下を抑制することが出来る。瞬低中における出力低下を抑えることで、復帰動作中における、インバータ回路２５の皮相電力Sの変化幅ｄを抑えることが出来る（図４参照）。皮相電力Sの変化幅ｄを抑えることで、復帰動作中、交流発電機１の出力の変化幅を抑えることができる。そのため、復帰動作中、交流発電機１の出力が安定し、インバータ回路２５の出力が不安定になることを抑制することが出来る。
In this configuration, during a sag, the output current Iinv of the
本構成では、パワーコンディショナ２０は、整流器２１と、リンク部２３と、インバータ回路２５と、フィルタ回路２７と、リレー２９等によって構成されており、リンク部２３の入力段にＤＣ－ＤＣコンバータを設けていない。ＤＣ－ＤＣコンバータの廃止により、パワーコンディショナ２０の構成を簡素化することが出来る。
In this configuration, the
また、パワーコンディショナ２０は、ＤＣ－ＤＣコンバータを入力段に有していないので、ＤＣ－ＤＣコンバータを有する構成と比較して損失が少なく、エネルギー効率が高いと言うメリットがある。
Furthermore, since the
＜実施形態２＞
実施形態１では、電力系統１の系統電圧Vgridの復帰後、インバータ回路２５の皮相電力Sを、瞬低発生直前の皮相電力S2まで増加させた。
<
In the first embodiment, after the system voltage Vgrid of the
インバータ回路２５の出力復帰時の目標値は、瞬低発生直前の８０％以上であればよく、例えば、図６に示すように、インバータ回路２５の定格皮相電力Smaxでもよい。本構成によれば、インバータ回路２５の皮相電力Sを、瞬低発生直前の状態に依存せず、常に定格に復帰することが出来る。
The target value when the output of the
＜実施形態３＞
実施形態３は、実施形態１又は実施形態２に対して、インバータ回路２５の出力電力の制御パターン変更制御が追加されている点が相違している。
<Embodiment 3>
The third embodiment is different from the first or second embodiment in that a control for changing the control pattern of the output power of the
制御装置５０は、例えば、作業者の入力により、ガスエンジン１１の燃料ガスが、非再生可能ガス又は再生可能ガスのいずれであるかの情報を得る。非再生可能ガスは、天然ガスなど非再生可能エネルギーのガスである。再生可能ガスは、バイオガスなど再生可能エネルギーのガスである。
The
制御装置５０は、ガスエンジン１１の燃料ガスが非再生可能ガスである場合、インバータ回路２５の出力電力を第１制御パターンで制御する。
The
第１制御パターンは、交流電源１０から電力系統１への電力の逆潮流を禁止する制御パターンである。第１制御パターンでは、例えば、インバータ回路２５の出力電力（有効電力）を負荷Ｌの消費電力よりも小さくすることにより、電力の逆潮流を抑制する。
The first control pattern is a control pattern that prohibits the reverse flow of power from the
制御装置５０は、ガスエンジン１１の燃料ガスが再生可能ガスである場合、インバータ回路２５の出力電力を第２制御パターンで制御する。
When the fuel gas of the
第２制御パターンは、交流電源１０から電力系統１への電力の逆潮流を許可する制御パターンである。第２制御パターンでは、例えば、インバータ回路２５の出力電力を定格出力に制御する。インバータ回路２５の定格出力よりも負荷Ｌの消費電力が小さい場合、インバータ回路２５から電力系統１に対して余剰電力が逆潮流する。
The second control pattern is a control pattern that allows reverse flow of power from the
この構成では、非再生可能エネルギーを用いて発電した電力の電力系統１への逆潮流を防ぎつつ、再生可能エネルギーを用いて発電した電力の電力系統１への逆潮流を許可することで、エネルギーを効率的に利用することが出来る。
In this configuration, energy can be used efficiently by preventing the reverse flow of power generated using non-renewable energy to the
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described above and illustrated in the drawings, and the following embodiments, for example, are also included within the technical scope of the present invention.
（１）実施形態１～３では、交流電源１０の一例として、ガスエンジン発電機１０を示した。交流電源１０は、ガスタービン式の発電機やディーゼルエンジン式の発電機など、他の内燃機関を利用した発電機でもよい。
(1) In the first to third embodiments, a
（２）実施形態１～３では、電力制御装置の一例として、パワーコンディショナ２０を示した。電力制御装置は、少なくとも、整流器２１、インバータ回路２５と、制御装置５０を備えた構成であればよく、フィルタ回路２７、リレー２９等は、別に設けられていてもよい。
(2) In the first to third embodiments, the
（３）実施形態１～３では、系統電圧Vgridが瞬低から復帰した場合、瞬低中の皮相電力S1を開始電力として、インバータ回路２５の皮相電力Sを所定の目標皮相電力S2まで増加させた。これ以外にも、インバータ回路２５の有効電力Pを制御値として、系統電圧が瞬低から復帰した場合、瞬低中の有効電力P1を開始電力として、インバータ回路２５の有効電力Pを所定の目標有効電力P2まで増加させてもよい。
(3) In the first to third embodiments, when the grid voltage Vgrid recovers from a sag, the apparent power S of the
（４）実施形態１～３では、連系線３７の電圧VLをモニタして、瞬低の有無と瞬低からの復帰を検出した。これ以外にも、系統電圧Vgridをモニタして、瞬低の有無と瞬低からの復帰を検出してもよい。
(4) In the first to third embodiments, the voltage VL of the
１ 電力系統
２ 系統電源
１０ 交流電源
２０ パワーコンディショナ（本発明の「電力制御装置」の一例）
２５ インバータ回路
５０ 制御装置
1
25
Claims (6)
前記交流発電機の交流出力を整流する整流器と、
前記整流器の直流出力を交流に変換して、負荷又は前記電力系統に出力するインバータ回路と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記電力系統が瞬時電圧低下から復帰した場合、復帰動作開始時点において、前記インバータ回路の出力電力が瞬時電圧低下中の出力電力に対して不連続にならないように前記インバータ回路の出力電流を下げる制御を実行し、復帰動作開始後、瞬時電圧低下中の出力電力を開始電力として、前記インバータ回路の出力電力を所定の目標値まで増加させる、電力制御装置。 A power control device for grid connection that connects an alternating current generator to a power grid,
a rectifier that rectifies the AC output of the AC generator;
an inverter circuit that converts the DC output of the rectifier into AC and outputs it to a load or the power system;
comprising a control device;
When the power system recovers from an instantaneous voltage drop, the control device controls the inverter circuit so that the output power of the inverter circuit does not become discontinuous with respect to the output power during the instantaneous voltage drop at the start of the recovery operation. A power control device that executes control to lower an output current, and after starting a recovery operation, increases the output power of the inverter circuit to a predetermined target value using the output power during the instantaneous voltage drop as a starting power.
前記制御装置は、瞬時電圧低下中、前記インバータ回路の出力電流を、瞬時電圧低下が発生する直前の電流値に保持する、電力制御装置。 2. The power control device according to claim 1,
The control device maintains, during a momentary voltage drop, an output current of the inverter circuit at a current value immediately before the momentary voltage drop occurred.
前記制御装置は、復帰動作開始後、瞬時電圧低下中の出力電力を開始電力として、所定の目標値まで所定の期間で復帰するように、前記インバータ回路の出力電力を、傾きを持つ直線により増加させる、電力制御装置。 The power control device according to claim 1 or 2,
After starting the recovery operation, the control device increases the output power of the inverter circuit according to a straight line with a slope, using the output power during the instantaneous voltage drop as the starting power, so that the output power returns to a predetermined target value in a predetermined period. power control device .
前記制御装置は、前記交流発電機を駆動する原動機の燃料ガスが非再生可能ガスの場合、電力系統への逆潮流を禁止する第１制御パターンで前記インバータ回路の出力電力を制御し、燃料ガスが再生可能ガスの場合、電力系統への逆潮流を許可する第２制御パターンで前記インバータ回路の出力電力を制御する、電力制御装置。 The power control device according to any one of claims 1 to 3 ,
When the fuel gas of the prime mover that drives the alternator is a non-renewable gas, the control device controls the output power of the inverter circuit in a first control pattern that prohibits reverse power flow to the power grid, and controls the output power of the inverter circuit so that the fuel gas A power control device that controls the output power of the inverter circuit with a second control pattern that allows reverse power flow to the power grid when the gas is a renewable gas.
前記電力制御装置は、前記交流発電機の交流出力を整流する整流器と、前記整流器の直流出力を交流に変換して、負荷又は前記電力系統に出力するインバータ回路と、を備え、
前記電力系統の瞬時電圧低下から復帰する場合、復帰動作開始時点において、前記インバータ回路の出力電力が瞬時電圧低下中の出力電力に対して不連続にならないように、前記インバータ回路の出力電流を下げ、復帰動作開始後、瞬時電圧低下中の出力電力を開始電力として、前記インバータ回路の出力電力を所定の目標値まで増加させる、電力制御装置の制御方法。 A control method for a power control device for grid connection that connects an alternator to a power grid, the method comprising:
The power control device includes a rectifier that rectifies the AC output of the AC generator, and an inverter circuit that converts the DC output of the rectifier into AC and outputs it to a load or the power system,
When recovering from an instantaneous voltage drop in the power system, the output current of the inverter circuit is lowered at the start of the recovery operation so that the output power of the inverter circuit does not become discontinuous with respect to the output power during the instantaneous voltage drop. . A control method for a power control device, which increases the output power of the inverter circuit to a predetermined target value by using the output power during an instantaneous voltage drop as a starting power after starting a recovery operation .
請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の電力制御装置を備えた交流発電システム。 alternator and
An AC power generation system comprising the power control device according to any one of claims 1 to 4 .
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