JP6658012B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、系統連系スイッチを介して電力系統に接続された電力変換装置に係わり、特に系統異常時に安全に系統連係スイッチを開放して電力系統と負荷を切り離し、自立運転に移行することが可能な電力変換装置に関するものである。

図２は電力系統に接続された電力変換装置（以下、並列型瞬低補償装置という）の回路構成図を示したものである。図示省略された遮断器を介して電力系統に接続される並列型瞬低補償装置は、系統連系スイッチ（以下、高速スイッチという）１、ＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）２を備えている。ＰＣＳ２は、ＬＣフィルタ３とＩＧＢＴなどのＡＣ／ＤＣ変換器４からなるスイッチングユニットで構成されている。インバータ・コンバータ機能を有するＡＣ／ＤＣ変換器４の直流リンクには、二次電池や電気二重層キャパシタなどの蓄電装置５が接続され、電力系統の異常時には蓄電装置５から負荷７に対しＰＣＳ２を介して交流電力が供給される。

並列型瞬低補償装置は、電力系統が正常なときには、図３で示すように高速スイッチ１を介して系統と連系し、負荷の平準化や電力のピークカットを目的として電力の充放電を行う。または、瞬低補償動作に備え直流エネルギーを充電した状態でＰＣＳ２のゲートを停止して待機している。電力系統に異常が発生すると、図４で示すように高速スイッチ１を遮断して電力系統から負荷７を切り離し、ＰＣＳを自立運転に移行することで所定の時間内で負荷７に安定した電力を供給する。

図５は並列型瞬低補償装置の制御ブロック図を示したもので、系統異常検出部１０は電力系統の電圧Vsを検出し、正常時の場合には高速スイッチ１のゲート信号生成部に正常信号を出力すると共に、切替手段１１に対して連系運転制御部１２側への接続指令を出力する。連系運転制御部１２は、電流指令値演算部１３とＡＣＲ制御部１４を有している。

電流指令値演算部１３は、充放電電流指令値の有効分とSIN波を乗算した値と、充放電電流指令値の無効分とCOS波の乗算した値を加算して電流指令値を生成する。ＡＣＲ制御部１４は、生成された電流指令値とＰＣＳ２の検出電流Iinvが一致するよう制御する。ＡＣＲ制御部１４からの制御信号は、SIN波が加算されてＰＷＭ信号生成部１５に入力され、ＡＣ／ＤＣ変換器４のゲート信号が生成される。

電力系統に異常が発生して検出電圧Vsが所定値以下になると、系統異常検出部１０は、高速スイッチ１のゲート信号生成部に対して異常発生信号を出力して高速スイッチ１をオフ状態とすると共に、切替手段１１に対して切替信号を出力して自立運転制御部１６側に切替え、自立運転制御部１６とＰＷＭ信号生成部１５を接続する。これにより、ＡＶＲ制御部１７で電圧指令値とＰＣＳ２の検出電圧Voutが一致するよう演算された電圧制御信号は、切替手段１１を介してＰＷＭ信号生成部１５に入力されてＰＣＳ２は自立運転される。自立運転したＰＣＳ２は、所定の電圧で、所定の周波数によって負荷７に安定した電力を供給する。
系統異常検出部１０では、予め設定された電圧以下になったとき停電発生として判定している。

電力系統の停電検出方法としては、特許文献１〜３等が公知となっている。

特開２００６−２４２７３９ 特開２００２−３６９３７０ 特公昭６１−２９２１９

図５で示す系統異常検出部１０では、予め設定された電圧以下になったとき停電発生として判定している。負荷７として同期モータが接続されている場合、交流電源を開放しても、同期モータの特性として逆起電力が発生する。特に、同期モータの慣性モーメントが大きいと、回転体の持つ運動エネルギーが大きくなって交流電圧がゆっくりと低下する。そのため、並列型瞬低補償装置の負荷７に同期モータが接続された電力系統に異常が発生し、上位の遮断器が開放されて停電が発生した場合でも、並列型瞬低補償装置で検出される交流電圧がゆっくりと低下するため、停電検出に遅れが生じる。

停電が発生してから瞬低補償動作に移行するまでの時間が長くなることで、同期モータの逆起電力の周波数が低下する。低下した状態で並列型瞬低補償装置が動作すると、装置の出力電圧波形と逆起電力波形に差異が生じて同期モータが脱調する虞がある。

本発明が目的とするところは、並列型瞬低補償装置に同期モータが接続されて逆起電力が発生する場合でも、系統の異常検出を早期にできる電力変換装置を提供することにある。

本発明は、電力系統に高速スイッチを介して負荷を接続し、電力系統の異常を系統異常検出部で検出し、検出した異常信号で高速スイッチをオフにし、蓄電装置及びＰＣＳを介して負荷に電力を供給するよう構成された電力変換装置において、
前記系統異常検出部は、電力系統の検出電圧と検出負荷電流を入力して有効電力Ｐを演算する電力演算部と、
算出された有効電力Ｐをローパスフィルタを通して入力し、有効電力Ｐと予め設定された電力設定値Prefとを比較し、Pref＞Ｐとなったとき電力系統異常と判定して前記高速スイッチに対して遮断信号ＳＷ-offを出力する比較判定部と、
を備えたものである。

また、本発明は、負荷として同期モータを接続し、前記電力演算部は次式で有効電力Ｐを算出するものである。
Ｐ＝（（受電電圧ＲＳ相×負荷電流Ｒ相）−（受電電圧ＳＴ相×負荷電流Ｔ相））
×２／√３
ただし、Ｒ，Ｓ，Ｔは、三相電力系統の相、

以上のとおり、本発明によれば、電力系統の負荷として同期モータを接続し、同期モータによる逆起電力が発生しても瞬時に停電を検出することができ、負荷に安定した電力の供給が可能となる。また、瞬時に瞬低補償ができるため、同期モータの脱調の虞がなくなるものである。

本発明の実施形態を示す構成図。 並列型瞬低補償装置の構成図。 並列型瞬低補償装置の電力系統正常時の動作説明図。 並列型瞬低補償装置の電力系統異常時の動作説明図。 並列型瞬低補償装置の制御ブロック図。

図１は本発明による系統異常検出部２０の構成図を示したもので、ＰＣＳなどの他の装置は図５と同様である。Ｒ，Ｓ，Ｔの三相からなる電力系統６には、上位の遮断器及び高速スイッチ１を介して同期モータＳＭが負荷７として接続されている。２１は電力演算部で、系統電圧Vs（若しくはＰＣＳの出力電圧Vout）と負荷電流Iloadの検出値を入力して次式に基づいて所定の周期毎に有効電力Ｐを演算する。
Ｐ＝（（受電電圧ＲＳ相×負荷電流Ｒ相）−（受電電圧ＳＴ相×負荷電流Ｔ相））
×２／√３
ただし、Ｒ，Ｓ，Ｔは、三相電力系統の相、
算出された有効電力Ｐは、ローパスフィルタ２２でＬＰＦ処理された後、比較判定部２３に出力される。比較判定部２３では、入力された有効電力Ｐと予め設定された電力設定値Prefとを比較し、Pref＞Ｐとなったとき系統異常と判定して高速スイッチ１に対して遮断信号ＳＷ-offを出力すると共に、図５で示す切替手段１１に対し、連系運転制御部１２から自立運転制御部１６（電流制御から電圧制御）による運転へと切り替えることで、負荷７に安定した電力の供給が可能となる。

高速スイッチ１の上位に設置される系統の遮断器が開放されても、負荷である同期モータの逆起電力の影響で系統電圧はゆっくりと低下する。このため、通常の並列型瞬低補償装置での瞬低検出では、停電検出することはできないが、本発明のように、異なる相電圧、相電流に基づく有効電力Ｐの変化（Pref＞Ｐ）による停電の判定では、負荷電流の流れる経路がなくなるために負荷電流は流れなく、停電検出が可能になる。

以上、本発明によれば、系統の負荷として同期モータを接続し、同期モータによる逆起電力が発生しても瞬時に停電を検出することができ、負荷に安定した電力の供給が可能となる。また、瞬時に瞬低補償ができるため、同期モータの脱調の虞がなくなるものである。

１… 系統連系スイッチ（高速スイッチ）
２… ＰＣＳ
３… ＬＣフィルタ
４… ＡＣ／ＤＣ変換器
５… 蓄電装置
６… 電力系統
７… 負荷
２０… 系統異常検出部
２１… 電力演算部
２２… ローパスフィルタ
２３… 比較判定部

Claims (2)

1. 電力系統に高速スイッチを介して負荷を接続し、電力系統の異常を系統異常検出部で検出し、検出した異常信号で高速スイッチをオフにし、蓄電装置及びＰＣＳを介して負荷に電力を供給するよう構成された電力変換装置において、
   前記系統異常検出部は、電力系統の検出電圧と検出負荷電流を入力して有効電力Ｐを演算する電力演算部と、
   算出された有効電力Ｐをローパスフィルタを通して入力し、有効電力Ｐと予め設定された電力設定値Prefとを比較し、Pref＞Ｐとなったとき電力系統異常と判定して前記高速スイッチに対して遮断信号ＳＷ-offを出力する比較判定部と、
   を備え、
   前記電力設定値Prefは、電力系統に異常が発生した場合の前記電力演算部で演算される有効電力Ｐを予め算出して設定されたものであることを特徴とした電力変換装置。
2. 前記負荷として同期モータを接続し、前記電力演算部は次式で有効電力Ｐを算出することを特徴とした請求項１記載の電力変換装置。
   Ｐ＝（（受電電圧ＲＳ相×負荷電流Ｒ相）−（受電電圧ＳＴ相×負荷電流Ｔ相））
   ×２／√３
   ただし、Ｒ，Ｓ，Ｔは、三相電力系統の相

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