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公開番号2021166458
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020069796
出願日20200408
発明の名称電力変換装置の無効電力制御装置、並びに電力供給システム
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール特許業務法人
主分類H02J 3/18 20060101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】
力率を所望の値に高精度で維持することができる電力変換装置の無効電力制御装置、並びにそれが用いられる電力供給システムを提供する。
【解決手段】
電力変換装置の無効電力制御装置は、電力変換装置(401)が出力する無効電力を制御するものであって、力率調整器(1)が出力する、受電点(6)の力率に応じた無効電力値に対応する信号に基づいて、電力変換装置(401)に与える無効電力出力指令(SQ)を作成する無効電力指令生成部(2)を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電力変換装置が出力する無効電力を制御する電力変換装置の無効電力制御装置において、
力率調整器が出力する、受電点の力率に応じた無効電力値に対応する信号に基づいて、前記電力変換装置に与える無効電力出力指令を作成する無効電力指令生成部を備えることを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
続きを表示(約 1,600 文字)【請求項2】
請求項1に記載の電力変換装置の無効電力制御装置において、
前記信号は複数の2値信号からなり、
前記複数の2値信号は、前記受電点における電圧および電流の検出値に基づいて算出される前記力率と、前記受電点の目標力率とに基づいて、前記力率調整器によって作成されることを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
【請求項3】
請求項2に記載の電力変換装置の無効電力制御装置において、
前記信号は、前記電力変換装置の無効電力出力定格値と、前記複数の2値信号に与えられる所定の比率とに応じて設定される複数段階の無効電力値のいずれかに対応することを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
【請求項4】
請求項2に記載の電力変換装置の無効電力制御装置において、
前記無効電力指令生成部は、前記複数の2値信号と、前記電力変換装置の無効電力出力定格値と、前記複数の2値信号に与えられる所定の比率とに基づいて、前記無効電力値を算出し、算出する前記無効電力値に基づいて前記無効電力出力指令を作成することを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
【請求項5】
請求項4に記載の電力変換装置の無効電力制御装置において、
前記無効電力指令生成部は、算出する前記無効電力値に基づいて、前記無効電力出力指令を連続的に変化させることを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
【請求項6】
請求項5に記載の電力変換装置の無効電力制御装置において、
前記無効電力指令生成部は、算出する前記無効電力値が変化しない場合に、前記無効電力出力指令を、連続的に増加させることを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
【請求項7】
請求項1に記載の電力変換装置の無効電力制御装置において、
前記無効電力指令生成部は、外部からの無効電力出力に関する情報に基づいて、前記無効電力出力指令を作成することを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
【請求項8】
請求項1に記載の電力変換装置の無効電力制御装置において、
前記電力変換装置を介して再生可能エネルギー電源の発生する電力が負荷に供給されることを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
【請求項9】
請求項1に記載の電力変換装置の無効電力制御装置において、
前記電力変換装置を介して蓄電装置が放電する電力が負荷に供給されることおよび蓄電装置が受電した電力を充電することを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
【請求項10】
請求項1に記載の電力変換装置の無効電力制御装置において、
前記電力変換装置が、受電電力を変換して負荷に供給する双方向電力変換回路を備えることを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
【請求項11】
請求項1に記載の電力変換装置の無効電力制御装置において、
前記力率調整器が出力する切替信号によって、力率調整用コンデンサの容量が切り替えられることを特徴とする電力変換装置の無効電力制御装置。
【請求項12】
負荷に電力を供給する電力供給システムにおいて、
受電点の力率に応じた無効電力値に対応する信号を出力する力率調整器と、
分散型電源と、
電力系統に連系するとともに、前記分散型電源からの電力を電力変換して、前記受電点に接続される前記負荷に供給する電力を出力する電力変換装置と、
前記電力変換装置が出力する無効電力を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記力率調整器が出力する前記信号に基づいて、前記電力変換装置に与える無効電力出力指令を作成する無効電力指令生成部を備えることを特徴とする電力供給システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置が出力する無効電力を制御する、電力変換装置の無効電力制御装置、並びにそれが用いられる電力供給システムに関する。
続きを表示(約 5,600 文字)【背景技術】
【0002】
電力系統および分散型電源によって負荷に電力を供給する場合、受電点の力率を所望値に維持するために、分散型電源が備える電力変換装置が出力する無効電力が制御される。このような無効電力制御に関する従来技術として、特許文献1に記載された技術が知られている。
【0003】
特許文献1(図7および図8参照)に記載された技術では、自動力率調整器が、力率を算出し、算出した力率に応じて進相コンデンサ用開閉器に投入信号を送出する。さらに、この投入信号を分散型電源の制御装置へ入力し、入力される投入信号に応じて、電力変換装置が出力する無効電力が、フィルタコンデンサの補償分と、電力変換装置からの力率改善分とのいずれかを指令値として制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2006−67760号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記従来技術では、無効電力が複数段の指令値に基づいて制御されるため、受電点の力率を所望の値に精度よく維持することが難しい。
【0006】
そこで、本発明は、力率を所望の値に高精度で維持することができる電力変換装置の制御装置、並びにそれが用いられる電力供給システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明による電力変換装置の無効電力制御装置は、電力変換装置が出力する無効電力を制御するものであって、力率調整器が出力する、受電点の力率に応じた無効電力値に対応する信号に基づいて、電力変換装置に与える無効電力出力指令を作成する無効電力指令生成部を備える。
【0008】
また、上記課題を解決するために、本発明による電力供給システムは、負荷に電力を供給するものであって、受電点の力率に応じた無効電力値に対応する信号を出力する力率調整器と、分散型電源と、電力系統に連系するとともに、分散型電源からの電力を電力変換して、受電点に接続される負荷に供給する電力を出力する電力変換装置と、電力変換装置が出力する無効電力を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、力率調整器が出力する信号に基づいて、電力変換装置に与える無効電力出力指令を作成する無効電力指令生成部を備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、受電点における力率を高精度で制御できる。
【0010】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
実施例1である電力供給システムの構成を示すブロック図である。
力率調整器1の2値信号出力の一例を示す。
無効電力指令生成部2の動作例を示すタイムチャートである。
無効電力指令生成部2における無効電力出力指令作成処理を示すフローチャートである。
無効電力指令生成部2の無効電力出力指令作成動作の一例を示すタイムチャートである。
無効電力指令生成部2が作成した無効電力出力指令の一例を示すタイムチャートである。
実施例1の変形例である電力供給システムの構成を示すブロック図である。
実施例2である電力供給システムの構成を示すブロック図である。
実施例3である電力供給システムの構成を示すブロック図である。
実施例4である電力供給システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について、下記の実施例1〜4により、図面を用いながら説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。
【実施例】
【0013】
図1は、本発明の実施例1である電力供給システムの構成を示すブロック図である。
【0014】
図1に示すように、本実施例1の電力供給システムでは、電力系統(例えば、商用交流電力系統)と、分散型電源である再生可能エネルギー電源301とによって、電力需要家が有する負荷5に交流電力が供給される。なお、再生可能エネルギー電源301が発生する電力が、電力変換装置であるPCS401(PCS:Power Conditioning Systemの略称)によって所定電圧および所定周波数の交流電力に変換され、この交流電力が、PCS401に接続される変圧器31と負荷5に接続される変圧器32とを介して、負荷5に供給される。
【0015】
ここで、再生可能エネルギー電源301は、例えば、太陽光発電装置や風力発電装置である。また、PCS401は、複数の半導体スイッチング素子(例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)など)からなる電力変換回路を備え、これら半導体スイッチング素子をオン・オフ制御することにより、再生可能エネルギー電源301が発生する電力を、所定電圧および所定周波数の交流電力に変換する。なお、本実施例では、再生可能エネルギー電源301は、PCS401を介して、逆潮流なしで、電力系統に連系している。
【0016】
図1に示すように、力率調整器1は、無効電力指令生成部2と接続され、無効電力指令生成部2に、PCS401から出力する無効電力値を指示するための2値信号S

を与える。無効電力指令生成部2は、PCS401と接続され、PCS401に無効電力出力指令S

を与える。無効電力指令生成部2は、力率調整器1からの2値信号S

に応じて無効電力出力指令S

を作成する。なお、PCS401および負荷5は、互いに並列に接続されるとともに、力率調整器1が設置される受電点6に接続される。したがって、PCS401は、電力系統に連系している。
【0017】
図示されてはいないが、力率調整器1は、受電点6の電圧および電流の検出値を入力する入力部と、受電点6の力率目標値およびPCS401の無効電力出力定格値の入力を受け付け、受け付けた各値を保持する数値保持部と、2値信号S

を作成して出力する出力部と、を有する。なお、本実施例において、受電点6の電圧および電流は、それぞれ、電流検出器21および電圧検出器22によって検出される。
【0018】
ここで、PCS401が複数台ある場合、前述の無効電力出力定格値として、複数台のPCS401の各々の無効電力出力定格値の総和が入力される。また、力率目標値は、一定値でもよいし、一定範囲でもよい。さらに、2値信号の2値は「0」と「1」としてもよいし、「High」と「Low」としてもよい。なお、本実施例1においては、2値は「0」と「1」としている。
【0019】
また、力率調整器1が出力する複数の2値信号に対して、比率を設定してもよい。この比率は、いわば、各2値信号に割り当てられる、PCS401の無効電力出力定格値の配分を表している。例えば、力率調整器1が出力可能な3個の2値信号A、B、Cに対して、比率を、A:B:C=1:1:1と設定したり、A:B:C=1:1:2と設定したり、A:B:C=1:2:4と設定したりすることができる。
【0020】
力率調整器1は、受電点6の電圧および電流の検出値に基づいて、受電点6の力率を算出する。さらに、力率調整器1は、算出した受電点6の力率の値が力率目標値となるためにPCS401から出力する無効電力値を算出する。そして、力率調整器1は、算出した無効電力値に近いPCS401に対する無効電力指示値に対応する2値信号を出力する。
【0021】
図2は、力率調整器1の2値信号出力の一例を示す。
【0022】
力率調整器1(図1)は、算出した受電点6の力率値が力率目標値となるためにPCS401から出力する無効電力を算出し、算出した無効電力と、複数の2値信号(A、B、C)に設定された比率(1:2:4)に基づいて、各2値信号に「0」および「1」のいずれかを設定する。なお、力率調整器1は、出力する2値信号を、一定周期毎に更新する。
【0023】
図2に示すように、一組の2値信号(A、B、C)は、PCS401に対する一つの無効電力指示値に対応する。したがって、図2に示す出力例では、8組の2値信号((0、0、0)〜(1、1、1))が、離散的な8段階(0〜100kVar)の無効電力指示値に対応する。
【0024】
具体的には、各2値信号は、その出力値が「1」である場合、各2値信号に設定された比率の値を、全2値信号の比率の値の総和で除し、さらにPCS401の無効電力出力定格値を乗じた値の無効電力値に対応する。また、各2値信号は、その出力値が「0」である場合、無効電力値零に対応する。そして、一組の2値信号おける各2値信号に対応する無効電力値の総和が、無効電力指示値となる。
【0025】
図2では、PCS401の無効電力出力定格値が100kVarであり、3個の2値信号A、B、Cに対応する無効電力の比率はA:B:C=1:2:4であるが、例えば、2値信号A、B、Cの出力がそれぞれ「1」、「1」、「0」である場合、無効電力指示値は次のように算出される。まず、A、B、Cが対応する無効電力は、それぞれ、{1/(1+2+4)}×100=100/7[kVar]、{2/(1+2+4)}×100=200/7[kVar]、0[kVar]、である。したがって、無効電力指示値は、(100/7)+(200/7)+0=300/7[kVar]である。
【0026】
また、例えば、2値信号A、B、Cの出力がそれぞれ「1」、「0」、「1」である場合、無効電力指示値は次のように算出される。まず、A、B、Cが対応する無効電力は、それぞれ、{1/(1+2+4)}×100=100/7[kVar]、0[kVar]、{4/(1+2+4)}×100=400/7[kVar]、である。したがって、無効電力指示値は、(100/7)+0+(400/7)=500/7[kVar]である。
【0027】
力率目標値が一定値である場合、力率調整器1は、受電点6の力率を目標値に一致させるために必要な無効電力を超過しない範囲内で最大となる無効電力指示値に対応する一組の2値信号を出力する。また、力率目標値が一定範囲である場合、力率調整器1は、受電点6の力率が目標範囲内になるために必要な無効電力の範囲内で、最小となる無効電力指示値に対応する一組の2値信号を出力する。これらにより、受電点6の力率が進み力率になることが抑制できる。
【0028】
なお、力率目標値が一定範囲である場合に、該当する無効電力指示値がないとき、力率調整器1は、受電点6の力率を目標範囲における下限値に一致させるために必要な無効電力を超過しない範囲内で最大となる無効電力指示値に対応する一組の2値信号を出力する。
【0029】
図2に示す出力例では、無効電力指示値は、0[kVar]、100/7[kVar]、200/7[kVar]、300/7[kVar]、400/7[kVar]、500/7[kVar]、600/7[kVar]、100[kVar]という離散的な8段階である。力率調整器1は、受電点6の力率算出値と力率目標値とに基づいて、これら8段階の無効電力指示値(Q


〜Q


)の内、上述の条件に合う無効電力指示値に対応する一組の2値信号(A、B、C)を出力する。
【0030】
例えば、受電点6の力率を力率目標値にするために必要な無効電力が50kVarであれば、力率調整器1は、無効電力指示値「300/7[kVar]」(=max{Q


〜Q


:50[kVar](=350/7[kVar])以下})に対応する一組の2値信号(A、B、C)として、(1、1、0)を出力する。また、受電点6の力率を目標範囲内にするために必要な無効電力が50[kVar]〜80[kVar]であれば、力率調整器1は、無効電力指示値「400/7[kVar]」(=min{Q


〜Q


:50[kVar](=350/7[kVar])〜80[kVar](=560/7[kVar])}]に対応する一組の2値信号(A、B、C)として、(0、0、1)を出力する。また、受電点6の力率を目標範囲内にするために必要な無効電力が50[kVar]〜55[kVar]であれば、力率調整器1は、無効電力指示値300/7kVar(=max{Q


〜Q


:下限値50[kVar](=350/7[kVar])以下})に対応する一組の2値信号(A、B、C)として、(1、1、0)を出力する。
(【0031】以降は省略されています)

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