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公開番号2025020710
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-13
出願番号2023124243
出願日2023-07-31
発明の名称系統連系電力変換装置および系統連系電力変換装置の制御方法
出願人東京電力ホールディングス株式会社,株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250205BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電圧制御型の仮想同期発電機制御を行う系統連系電力変換装置において、過電流の抑制動作中に仮想同期発電機の同期化力を維持し脱調を抑制する。
【解決手段】直流電源V_dcをインバータINVとLCフィルタLCとトランスTrを介して系統連系する。電気出力算出部4は、通常時は出力電流検出値I_acに基づいて電気出力P_eを算出し、出力電流抑制時は出力電流推定値に基づいて電気出力P_eを算出する。瞬時電圧制御部6は、出力電圧指令値V_ac ^*と電気出力P_eに基づいて算出される出力位相θから瞬時電圧指令値v_a ^*、v_b ^*、v_c ^*を出力する。PWM変調部7は、瞬時電圧指令値v_a ^*、v_b ^*、v_c ^*に基づいてインバータINVのゲート信号Gateを生成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
直流電源をインバータとＬＣフィルタとトランスを介して系統連系し、電圧制御型の仮想同期発電機制御を行う系統連系電力変換装置であって、
通常時は出力電流検出値に基づいて電気出力を算出し、出力電流抑制時は出力電流推定値に基づいて前記電気出力を算出する電気出力算出部と、
出力電圧指令値と前記電気出力に基づいて算出される出力位相から瞬時電圧指令値を出力する瞬時電圧制御部と、
前記瞬時電圧指令値に基づいて前記インバータのゲート信号を生成するＰＷＭ変調部と、を備えたことを特徴とする系統連系電力変換装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記電気出力算出部は、
通常時は、（２）式または（３）式により前記電気出力を算出し、
出力電流抑制時は、ｄ軸内部誘起電圧にｄ軸推定出力電流を乗算した値とｑ軸内部誘起電圧にｑ軸推定出力電流を乗算した値とを加算して、または、ｄ軸出力電圧検出値に前記ｄ軸推定出力電流を乗算した値とｑ軸出力電圧検出値に前記ｑ軸推定出力電流を乗算した値とを加算して、前記電気出力を算出することを特徴とする請求項１記載の系統連系電力変換装置。
TIFF
2025020710000011.tif
32
166
TIFF
2025020710000012.tif
38
166
Ｐ
ｅ
：電気出力
Ｅ
ｆ＿ｄ
：ｄ軸内部誘起電圧
Ｅ
ｆ＿ｑ
：ｑ軸内部誘起電圧
Ｉ
ａｃ＿ｄ
：ｄ軸出力電流検出値
Ｉ
ａｃ＿ｑ
：ｑ軸出力電流検出値
Ｖ
ａｃ＿ｄ
：ｄ軸出力電圧検出値
Ｖ
ａｃ＿ｑ
：ｑ軸出力電圧検出値
【請求項３】
前記電気出力算出部は、
（４）式により、前記ｄ軸推定出力電流と前記ｑ軸推定出力電流を算出することを特徴とする請求項２記載の系統連系電力変換装置。
TIFF
2025020710000013.tif
39
166
＾Ｉ
ａｃ＿ｄ
：ｄ軸推定出力電流
＾Ｉ
ａｃ＿ｑ
：ｑ軸推定出力電流
ｒ
ｓ
、ｘ
ｓ
：仮想インピーダンス
Ｅ
ｆ＿ｄ
：ｄ軸内部誘起電圧
Ｅ
ｆ＿ｑ
：ｑ軸内部誘起電圧
Ｖ
ａｃ＿ｄ
：ｄ軸出力電圧検出値
Ｖ
ａｃ＿ｑ
：ｑ軸出力電圧検出値
【請求項４】
前記電気出力算出部は、
（５）式により、前記ｄ軸推定出力電流と前記ｑ軸推定出力電流を算出することを特徴とする請求項２記載の系統連系電力変換装置。
TIFF
2025020710000014.tif
39
166
＾Ｉ
ａｃ＿ｄ
：ｄ軸推定出力電流
＾Ｉ
ａｃ＿ｑ
：ｑ軸推定出力電流
ｒ
ｔｒ
、ｘ
ｔｒ
：変圧器インピーダンス
Ｅ
ｆ＿ｄ
：ｄ軸内部誘起電圧
Ｅ
ｆ＿ｑ
：ｑ軸内部誘起電圧
Ｖ
ｓｙｓ＿ｄ
：ｄ軸系統電圧検出値
Ｖ
ｓｙｓ＿ｑ
：ｑ軸系統電圧検出値
【請求項５】
出力電圧検出値と前記出力電流検出値に基づいて無効電力を算出する無効電力算出部と、
基準電圧指令と前記無効電力に基づいて内部誘起電圧を算出する電圧振幅指令生成部と、
前記出力電流検出値に基づいて仮想インピーダンスによる降下電圧を算出するインピーダンス制御部と、
前記内部誘起電圧から前記仮想インピーダンスによる前記降下電圧を減算して前記出力電圧指令値を算出する減算器と、
前記電気出力と機械入力指令値から動揺方程式に基づいた前記出力位相を算出する電圧位相指令算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項３記載の系統連系電力変換装置。
【請求項６】
出力電圧検出値と前記出力電流検出値に基づいて無効電力を算出する無効電力算出部と、
基準電圧指令と前記無効電力に基づいて内部誘起電圧を算出し、前記出力電圧指令値として出力する電圧振幅指令生成部と、
前記電気出力と機械入力指令値から動揺方程式に基づいた前記出力位相を算出する電圧位相指令算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項４記載の系統連系電力変換装置。
【請求項７】
直流電源をインバータとＬＣフィルタとトランスを介して系統連系し、電圧制御型の仮想同期発電機制御を行う系統連系電力変換装置の制御方法であって、
電気出力算出部が、通常時は出力電流検出値に基づいて電気出力を算出し、出力電流抑制時は出力電流推定値に基づいて前記電気出力を算出し、
瞬時電圧制御部が、出力電圧指令値と前記電気出力に基づいて算出される出力位相から瞬時電圧指令値を出力し、
ＰＷＭ変調部が、前記瞬時電圧指令値に基づいて前記インバータのゲート信号を生成することを特徴とする系統連系電力変換装置の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期発電機を模擬した電圧制御型の仮想同期発電機制御を行う系統連系電力変換装置において、系統事故等によって引き起こされる過電流を抑制する際に同期化力を働かせる制御方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電圧振幅指令値と、動揺方程式に基づき算出された周波数および位相から求まる瞬時電圧指令値と仮想インピーダンスの関係から算出される電流指令値を基にインバータの出力する電流を制御する電流制御型の仮想発電機制御が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、電圧振幅指令値と、動揺方程式に基づき算出された周波数および位相から求まる瞬時電圧指令値を直接電圧制御する電圧制御型の仮想発電機制御において、過電流を抑制するための技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許６０８４８６３号
ＷＯ２０２１／０２９３１３Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２の問題点は、仮想同期発電機制御を行うインバータが過電流を抑制する際、仮想同期発電機と他の発電装置との位相差に応じた同期化力が発揮されず、仮想同期発電機が不安定になることや系統からの脱調が発生する点にある。
【０００６】
特許文献１のような電流制御型の仮想同期発電機制御では、インバータを電流指令値と実際に流れる出力電流が一致するように制御することで、仮想同期発電機の駆動を模擬している。インバータが過電流を抑制する方法には、上記電流指令値の振幅を制限する方法があり、このとき出力有効電力および無効電力は減少する。
【０００７】
一方、特許文献２のような電圧制御型の仮想同期発電機制御では、インバータを電圧指令値と実際の出力電圧が一致するように制御することで仮想同期発電機の駆動を模擬しており、出力電流を直接制御しない。過電流を抑制する方法には仮想同期発電機モデルのインピーダンスを増加させる方法や系統電圧ベクトルと電圧指令値を近づける方法などがあり、インバータの出力有効電力および無効電力は、過電流の抑制方法や系統インピーダンスなどの外部要因によって増加する場合もあれば減少する場合もある。
【０００８】
前述の仮想同期発電機制御で過電流を抑制していない場合、インバータは仮想同期発電機の駆動を模擬するための電流指令値や電圧指令値に一致するように制御を行っており、このときの出力有効電力は、仮想同期発電機を模擬した結果が反映された値になる。仮想同期発電機の出力周波数は出力有効電力の要素を含む動揺方程式から求められ、仮想同期発電機と他の発電装置との位相差に応じた同期化力が働くことで、出力周波数は安定方向に動作する。
【０００９】
一方、過電流を抑制している場合、インバータは前述のような過電流を抑制するための制御を優先するために仮想同期発電機の挙動を模擬しなくなり、出力有効電力が仮想同期発電機を模擬した結果を反映しない。よって、仮想同期発電機の出力周波数に同期化力が働かず、仮想同期発電機としての動作が不安定になる場合がある。具体的には、系統事故からの復帰時や過負荷による出力電流抑制時に、出力周波数の応答が変化することで仮想同期発電機の動作が不安定となり、場合によっては脱調を引き起こす点が問題となる。
【００１０】
以上示したようなことから、電圧制御型の仮想同期発電機制御を行う系統連系電力変換装置において、過電流の抑制動作中に仮想同期発電機の同期化力を維持し脱調を抑制することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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