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公開番号2024136175
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023047190
出願日2023-03-23
発明の名称電力変換装置及び検出方法
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人一色国際特許事務所
主分類H02J 3/38 20060101AFI20240927BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】単独運転状態となったことを容易に検出することが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力系統に連系可能であり、仮想同期発電機機能を有する電力変換装置であって、仮想同期発電機機能における周波数又は電力系統との連系点における電圧の周波数に対して所定の伝達関数を演算した後に上下限制限を与えた処理結果を出力する周波数フィードバック部及び連系点における電圧に関する所定の第1振幅指令値と、処理結果とを加算した第2振幅指令値を出力する加算部22bを有し、第2振幅指令値及び連系点における電圧の振幅に基づいて、インバータ出力電圧振幅指令値を生成する連系点電圧振幅制御部と、仮想同期発電機機能における位相及びインバータ出力電圧振幅指令値に基づいて、三相交流電圧を発生させる電圧出力部と、を含み、処理結果が上下限制限に達した場合に、電力変換装置が電力系統から切り離された単独運転状態であることを検出する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
電力系統に連系可能であり、仮想同期発電機機能を有する電力変換装置であって、
前記仮想同期発電機機能における周波数又は前記電力系統との連系点における電圧の周波数に対して所定の伝達関数を演算した後に上下限制限を与えた処理結果を出力する周波数フィードバック部と、
前記連系点における電圧に関する所定の第１振幅指令値と、前記処理結果とを加算した第２振幅指令値を出力する加算部と、
前記第２振幅指令値及び前記連系点における電圧の振幅に基づいて、インバータ出力電圧振幅指令値を生成する連系点電圧振幅制御部と、
前記仮想同期発電機機能における位相及び前記インバータ出力電圧振幅指令値に基づいて、三相交流電圧を発生させる電圧出力部と、
前記処理結果が前記上下限制限に達した場合に、前記電力変換装置が前記電力系統から切り離された単独運転状態であることを検出する単独運転検出部と、を含み、
前記伝達関数は、
分母におけるラプラス演算子の少なくとも２次の多項式と、分子におけるラプラス演算子の１次の単項式とを有し、
閉ループ伝達関数の分母について、前記電力変換装置が前記電力系統と連系している場合は安定多項式となり、前記電力変換装置が単独運転している場合は不安定多項式となるように前記多項式及び前記単項式における係数が与えられる、
電力変換装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記多項式及び前記単項式における係数は、
前記電力変換装置が前記電力系統と連系している場合、前記閉ループ伝達関数の特性方程式に含まれる項の係数が全て同じ符号となり、前記電力変換装置が単独運転している場合、前記閉ループ伝達関数の特性方程式において、他の項の係数の符号と異なる項が発生するように設定される、
電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記伝達関数は、
分母がラプラス演算子の２次の多項式である、
電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置であって、
前記伝達関数は、
分母がラプラス演算子の１次の多項式の平方で表現される、
電力変換装置。
【請求項５】
電力系統に連系可能であり、仮想同期発電機機能を有する電力変換装置が、前記電力系統から切り離された単独運転状態であることを検出する検出方法であって、
前記電力変換装置が、
前記仮想同期発電機機能における周波数又は前記電力系統との連系点における電圧の周波数に対して所定の伝達関数を演算した後に上下限制限を与えた処理結果を出力するステップと、
前記連系点における電圧に関する所定の第１振幅指令値と、前記処理結果とを加算した第２振幅指令値を出力するステップと、
前記第２振幅指令値及び前記連系点における電圧の振幅に基づいて、インバータ出力電圧振幅指令値を生成するステップと、
前記仮想同期発電機機能における位相及び前記インバータ出力電圧振幅指令値に基づいて、三相交流電圧を発生させるステップと、
前記処理結果が前記上下限制限に達した場合に、前記電力変換装置が前記電力系統から切り離された単独運転状態であることを検出するステップと、を含み、
前記伝達関数は、
分母におけるラプラス演算子の少なくとも２次の多項式と、分子におけるラプラス演算子の１次の単項式とを有し、
閉ループ伝達関数の分母について、前記電力変換装置が前記電力系統と連系している場合は安定多項式となり、前記電力変換装置が単独運転している場合は不安定多項式となるように前記多項式及び前記単項式における係数が与えられる、検出方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に連系して運転する電力変換装置に関する。特に、運転中に系統から切り離されて単独運転状態となった際にそれを検出する機能を備えた電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統における再生可能エネルギーの増加に伴ってインバータ電源の割合が増加しつつあるが、現在普及している電流制御型インバータでは慣性力をもたないため、さらなるインバータ電源の割合増加によって周波数が変動しやすくなって系統が不安定になることが懸念されている。
【０００３】
この問題の解決手段として、同期発電機のように振舞わせる、仮想同期発電機（ＶＳＧ）制御を行うインバータが期待されている。（特許文献１、非特許文献１）
【０００４】
インバータ電源に限らず、系統に連系する発電設備には、系統電源から切り離されて単独運転状態となった場合にその状態を速やかに検知して部分系統への通電を遮断することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第４８４６４５０号
IEEE Journal,Vol.141 No.11,2021「電力系統の慣性不足に対応するインバータの仮想同期発電機制御」著者三浦友史
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＶＳＧ制御を行うインバータの場合、通常の電流制御型インバータでよく使われているＰＬＬを使うことを前提とした周波数シフト方式などでは単独運転検出することができない。
【０００７】
本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、仮想同期発電機制御を有する電力変換装置が単独運転状態となった場合に、その状態を検出することが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための一の発明は、電力系統に連系可能であり、仮想同期発電機機能を有する電力変換装置であって、前記仮想同期発電機機能における周波数又は前記電力系統との連系点における電圧の周波数に対して所定の伝達関数を演算した後に上下限制限を与えた処理結果を出力する周波数フィードバック部と、前記連系点における電圧に関する所定の第１振幅指令値と、前記処理結果とを加算した第２振幅指令値を出力する加算部と、前記第２振幅指令値及び前記連系点における電圧の振幅に基づいて、インバータ出力電圧振幅指令値を生成する連系点電圧振幅制御部と、前記仮想同期発電機機能における位相及び前記出力電圧振幅に基づいて、三相交流電圧を発生させる電圧出力部と、前記処理結果が前記上下限制限に達した場合に、前記電力変換装置が前記電力系統から切り離された単独運転状態であることを検出する単独運転検出部と、を含み、前記伝達関数は、分母におけるラプラス演算子の少なくとも２次の多項式と、分子におけるラプラス演算子の１次の単項式とを有し、有効電力を入力とする仮想同期発電機の出力である位相の変化と、仮想同期発電機の周波数または連系点電圧周波数を入力として所定の伝達関数を演じた結果である電圧振幅変化と、位相変化と電圧振幅変化によって生ずる有効電力変化をまとめて１つの閉ループシステムとみなした閉ループにおける閉ループ伝達関数の分母について、前記電力変換装置が前記電力系統と連系している場合は安定多項式となり、前記電力変換装置が単独運転している場合は不安定多項式となるように前記多項式及び前記単項式における係数が与えられる、電力変換装置である。
【０００９】
また、上記目的を達成するための一の発明は、電力系統に連系可能であり、仮想同期発電機機能を有する電力変換装置が、前記電力系統から切り離された単独運転状態であることを検出する検出方法であって、前記電力変換装置が、前記仮想同期発電機機能における周波数又は前記電力系統との連系点における電圧の周波数に対して所定の伝達関数を演算した後に上下限制限を与えた処理結果を出力するステップと、前記連系点における電圧に関する所定の第１振幅指令値と、前記処理結果とを加算した第２振幅指令値を出力するステップと、前記第２振幅指令値及び前記連系点における電圧の振幅に基づいて、出力電圧振幅を生成するステップと、前記仮想同期発電機機能における位相及び前記出力電圧振幅に基づいて、三相交流電圧を発生させるステップと、前記処理結果が前記上下限制限に達した場合に、前記電力変換装置が前記電力系統から切り離された単独運転状態であることを検出するステップと、を含み、前記伝達関数は、分母におけるラプラス演算子の少なくとも２次の多項式と、分子におけるラプラス演算子の１次の単項式とを有し、有効電力を入力とする仮想同期発電機の出力である位相の変化と、仮想同期発電機の周波数または連系点電圧周波数を入力として所定の伝達関数を演じた結果である電圧振幅変化と、位相変化と電圧振幅変化によって生ずる有効電力変化をまとめて１つの閉ループシステムとみなした閉ループ伝達関数の分母について、前記電力変換装置が前記電力系統と連系している場合は安定多項式となり、前記電力変換装置が単独運転している場合は不安定多項式となるように前記多項式及び前記単項式における係数が与えられる、検出方法である。本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、仮想同期発電機制御を有する電力変換装置が単独運転状態となった場合に、その状態を検出することが可能な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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