JP2012175845A - Controller of parallel multiplex power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、並列多重構成を持つ電圧型の電力変換装置において、交流電力系統に事故発生したときにも安全に運転継続することのできる並列多重電力変換装置の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a parallel multiplex power conversion device that can safely continue operation even when an accident occurs in an AC power system in a voltage type power conversion device having a parallel multiplex configuration.
交流電力系統に並列多重構成を持つ電圧型の電力変換装置を設置して、交流と直流の間での電力変換を行うものとして例えば特許文献1が知られている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 is known as a device that performs power conversion between alternating current and direct current by installing a voltage type power conversion device having a parallel multiplex configuration in an alternating current power system.
特許文献1の電力変換装置は、電力変換器を並列多重構成にすることにより、1台の電力変換器のパルス数が小さくても、各電力変換器のパルス発生位相をずらすことにより、連系点においては多重倍のパルスで制御されている様にみえるので、連系点の電流・電圧歪が小さくなる優位性がある。
The power conversion device disclosed in
また、この電力変換装置においては、電力変換器を並列で接続する並列多重構成とする場合、定常時においては、その電流制御系は電力変換装置の連系点(変換用変圧器の系統側)の電流をフィードバック量として制御する。これにより、連系点の合成電流は、変換器によるリップルが小さくなり、フィードバック値として適している。 Moreover, in this power converter, when it is set as the parallel multiplex structure which connects a power converter in parallel, in the steady state, the current control system is a connection point of the power converter (system side of the transformer for conversion) Is controlled as a feedback amount. As a result, the combined current at the interconnection point has a smaller ripple due to the converter and is suitable as a feedback value.
特許文献1の電力変換装置は、直流側回路にコンデンサを備えたいわゆる電圧型の電力変換装置であるが、この型式の電力変換装置では、交流電力系統の事故により電圧低下した場合に、コンデンサから事故点に向けて事故電流供給し、過電流を生じる。
The power conversion device of
この場合に制御装置は、連系点電流を帰還してこれを抑制すべく動作しているが、個々の電力変換器に流れる電流について制御しているわけではないので、連系点電流は電流制限値内に抑制されても、各電力変換器の中にはその電流値が瞬時的に制限値を越えるものが出てくる。この結果、電力変換器を構成する素子の限界電流を超過した場合には、素子の破壊に至る。 In this case, the control device operates to feed back the connection point current and suppress it, but does not control the current flowing through the individual power converters. Even if it is suppressed within the limit value, some of the power converters have their current values instantaneously exceeding the limit value. As a result, when the limit current of the elements constituting the power converter is exceeded, the elements are destroyed.
複数の電力変換器の電流がアンバランスになる理由のひとつとして、電流制御の遅れがあるが、この点については高速スイッチングが可能なIGBT素子などを使用することで対応が可能である。 One of the reasons why the currents of the plurality of power converters are unbalanced is a delay in current control. This can be dealt with by using an IGBT element capable of high-speed switching.
そのほかの理由として、並列多重構成として高調波電流発生を抑制する目的で各電力変換器のPWMゲート信号を作成するキャリヤ周波数の位相をずらしていることがあげられる。各電力変換器の電流は、キャリヤ周波数の位相ずれのために、瞬間的な出力電流が異なっており、交流電力系統での事故発生などで出力が急激に変化すると、各電力変換器の出力バランスが崩れやすくなり、電流のアンバランスとなりやすい。 Another reason is that the phase of the carrier frequency for creating the PWM gate signal of each power converter is shifted for the purpose of suppressing the generation of harmonic current as a parallel multiplex configuration. The output current of each power converter differs instantaneously due to the phase shift of the carrier frequency. If the output changes suddenly due to an accident in the AC power system, the output balance of each power converter Tends to collapse, and tends to be an imbalance of current.
素子の破壊を阻止するためには、機器保護の観点から電力変換器を停止する必要があるが、その反面において、交流電力系統事故等の外乱によるライドスルー運転の要求拡大を受けており、系統事故等による外乱発生時においても、電力変換装置が停止せずに運転継続を可能とする技術開発が必要となってきた。 In order to prevent the destruction of the element, it is necessary to stop the power converter from the viewpoint of equipment protection, but on the other hand, the demand for ride-through operation due to disturbances such as AC power system accidents has been expanded, Even in the event of a disturbance due to an accident or the like, it has become necessary to develop technology that allows the power converter to continue operation without stopping.
以上のことから本発明においては、交流電力系統事故等の外乱を受けた場合にも安定して運転継続することができる並列多重電力変換装置の制御装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a control device for a parallel multiple power conversion device that can continue operation stably even when subjected to disturbance such as an AC power system failure.
一方端が変圧器を介して交流電力系統の母線に接続された電力変換器が複数設けられ、電力変換器の他方端の直流回路にコンデンサを備えた並列多重電力変換装置の制御装置において、母線に流れる合成電流と各電力変換器に流れる分岐電流を検出する電流検出部、交流電力系統の正常時には合成電流を、また交流電力系統の外乱時には分岐電流を選択する信号選択部、信号選択部の出力を電流帰還信号として電流指令信号に制御する電流制御部を備える。 In a control device for a parallel multiple power conversion apparatus, in which a plurality of power converters, one end of which is connected to a bus of an AC power system through a transformer, and a capacitor is provided in a DC circuit of the other end of the power converter, Current detector for detecting the combined current flowing through the power converter and the branch current flowing through each power converter, the signal selecting section for selecting the combined current when the AC power system is normal, and the signal selecting section for selecting the branch current when the AC power system is disturbed A current control unit is provided that controls the output to be a current command signal as a current feedback signal.
また、電流帰還信号ならびに電流指令信号は、P軸成分と、Q軸成分として求められる。 Further, the current feedback signal and the current command signal are obtained as a P-axis component and a Q-axis component.
また、回転座標変換により電流帰還信号をP軸成分と、Q軸成分として求めるために交流系統の電圧から基準位相を算出すると共に、分岐電流に対する基準位相は、合成電流に対する基準位相に対して変圧器における位相変化分を加味する。 In addition, in order to obtain a current feedback signal as a P-axis component and a Q-axis component by rotating coordinate conversion, a reference phase is calculated from the AC system voltage, and the reference phase for the branch current is transformed with respect to the reference phase for the combined current. Taking into account the phase change in the vessel.
また、逆回転座標変換により、電流制御部の出力から3相信号を求めるときの交流系統電圧から求めた基準位相として、分岐電流に対する基準位相を使用する。 Further, the reference phase for the branch current is used as the reference phase obtained from the AC system voltage when obtaining the three-phase signal from the output of the current control unit by reverse rotation coordinate transformation.
また、信号選択部並びに電流制御部は、電力変換器ごとに回路構成される。 In addition, the signal selection unit and the current control unit are configured for each power converter.
交流電力系統事故等の外乱を受けた場合にも安定して運転継続することができる。 Even when a disturbance such as an AC power system accident occurs, the operation can be continued stably.
以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図2は、本発明が適用される並列多重電力変換装置と、その制御装置を示す図である。この図において母線Bが交流電力系統Gと並列多重電力変換装置の連系点となっている。並列多重電力変換装置は、母線Bに接続された複数の(図2には4台の例を示す)変圧器Tr(Tr1、Tr2、Tr3、Tr4)と、変圧器Trごとに設けられた複数の電力変換器C(C1、C2、C3、C4)と、複数の電力変換器Cに共通の直流回路Dから構成されている。なお、複数の電力変換器Cは、その直流回路D側で直列或いは並列に接続され、直流回路Dには例えば直流コンデンサが設置されていわゆる電圧型の並列多重電力変換装置とされる。 FIG. 2 is a diagram illustrating a parallel multiple power conversion device to which the present invention is applied and a control device thereof. In this figure, the bus B is an interconnection point between the AC power system G and the parallel multiple power converter. The parallel multiple power conversion apparatus includes a plurality of transformers Tr (Tr1, Tr2, Tr3, Tr4) (four examples are shown in FIG. 2) connected to the bus B, and a plurality of transformers provided for each transformer Tr. Power converter C (C1, C2, C3, C4) and a DC circuit D common to the plurality of power converters C. The plurality of power converters C are connected in series or in parallel on the DC circuit D side, and a DC capacitor, for example, is installed in the DC circuit D to form a so-called voltage-type parallel multiple power converter.
並列多重電力変換装置の制御装置1は、最終的に複数の電力変換器Cの夫々に点弧角制御パルスP(P1、P2、P3、P4)を与えるが、点弧制御のために交流電力系統Gの電流(以下合成電流という)I1と電圧Vを、変流器CTと電圧変成器PTから得る。また、本発明では各電力変換器C(C1、C2、C3、C4)に流れる電流I2(I21、I22、I23、I24:以下分岐電流という)を、分岐電流変成器CTB(CTB1、CTB2、CTB3、CTB4)を用いて検出し入力する。なお、制御装置1は、ディジタル的処理により点弧信号を決定するために、電流、電圧信号の入力に際してアナログディジタル変換器ADを使用する。
The
並列多重電力変換装置の制御装置1についての以上の説明から明らかなように、制御装置1内には電力変換器に共通の制御部1Aと、電力変換器Cごとに設置される個別制御部1Bとを有する。図示の例では、電力変換器Cとして、4台備えているので、電力変換器ごとに設置される個別制御部1Bとしては、これらの電力変換器C1、C2、C3、C4ごとに、個別制御部1B1、1B2、1B3、1B4を備える。
As is apparent from the above description of the
図1は、制御装置1の処理内容を示している。この制御装置1は、電力変換器ごとにP軸電流成分IPと、Q軸電流成分IQを、その目標値IPrとIQrに一定制御するものであり、4台のそれぞれの個別制御部1Bの電流制御部AがこのPQ軸電流制御処理を行う。なお、目標値IPrとIQrは、共通制御部1A内のP軸電流設定部PS、Q軸電流設定部QSから、4台のそれぞれの個別制御部1Bの電流制御部Aに対して同一値が与えられる。
FIG. 1 shows the processing contents of the
また、個別制御部1Bの電流制御部Aでは、P軸電流成分IPと、Q軸電流成分IQを、制御対象である並列多重電力変換装置側からの帰還信号として用いるので、この導出のために、PQ軸電流演算部PQIを入力電流ごとに備える。具体的には、共通制御部1Aの入力電流(合成電流)I1と、個別制御部1Bの入力電流(分岐電流)I21、I22、I23、I24に対して、PQ軸電流演算部PQIを備える。なお、PQ軸電流演算部PQIは、その入力として90度位相が相違する電流を使用するので、その前段部に三相電流を90度位相が相違するα成分とβ成分の2相電流Iα、Iβに変換する3相2相変換部(図1には図示せず)を備える。これら3相2相変換部とPQ軸電流演算部PQIにより、いわゆる回転座標変換部を構成する。なお、PQ軸電流演算部PQIで求められたP軸電流成分IPと、Q軸電流成分IQは、大きさのみの直流信号である。
In addition, in the current control unit A of the individual control unit 1B, the P-axis current component IP and the Q-axis current component IQ are used as feedback signals from the parallel multiple power conversion device side to be controlled. The PQ axis current calculation unit PQI is provided for each input current. Specifically, a PQ axis current calculation unit PQI is provided for the input current (combined current) I1 of the
また、PQ軸電流演算部PQIでは、2相電流Iα、IβをPQ軸電流成分IP、IQに変換する過程で基準位相が必要になるので、電圧Vについて基準位相を算出する電圧位相演算部33を、共通制御部1A内に備える。
Further, since the reference phase is required in the process of converting the two-phase currents Iα and Iβ into the PQ axis current components IP and IQ in the PQ axis current calculation unit PQI, the voltage
また、電流制御部Aの出力であるP軸、Q軸成分に、交流電力系統Gの電圧Vから求めた電圧のPQ軸成分VP、VQをそれぞれ加算して、P軸、Q軸成分の電圧設定値VPr、VQrとしている。このために、ここで使用する電圧のPQ軸成分VP、VQを、共通制御部1AのPQ軸電圧演算部PQVにおいて算出する。PQ軸電圧演算部PQVもまた、その前段に三相電圧を90度位相が相違するα成分とβ成分の2相電圧Vα、Vβに変換する3相2相変換部(図1には図示せず)を備える。
Further, the PQ and Q axis components output from the current control unit A are added with the PQ axis components VP and VQ of the voltage obtained from the voltage V of the AC power system G, respectively, and the voltages of the P axis and Q axis components are added. The set values VPr and VQr are used. For this purpose, the PQ axis components VP and VQ of the voltage used here are calculated in the PQ axis voltage calculation unit PQV of the
他方、電流制御部Aの処理結果は、PQ軸電流成分IP、IQに関する2組の信号であるが、最終的に各パルス制御回路PWMが与える信号は、交流3相の信号であることから、逆回転座標変換部5において、PQ軸電流成分からαβ成分に変換し、さらに3相成分とする逆回転座標変換を行う。
On the other hand, the processing result of the current control unit A is two sets of signals related to the PQ axis current components IP and IQ, but the signals finally given by each pulse control circuit PWM are AC three-phase signals. In the reverse rotation
並列多重電力変換装置の制御装置1は、概略以上のように動作するものであり、本発明においては交流電力系統Gに事故発生した場合に、電流制御部Aに与えるPQ軸電流演算部PQIの出力を、フィードバック電流切替スイッチSWを用いて合成電流側から、分岐電流側に切り替えるものである。
The
以下、並列多重電力変換装置の制御装置1の動作について、主要各部の詳細回路を参照しながら説明する。まず図3は、共通制御部1Aと個別制御部1Bの中で使用されるPQ軸演算部PQとその周辺回路構成を示している。なお、この図では下側に共通制御部1Aの主要な回路構成を記載し、上側に複数の個別制御部1Bを代表して、1B1の主要な回路構成を示している。なお、1B1以外の個別制御部にも、1B1と同じ入力が与えられ、同じように機能するのでここでは1B1を代表として記載し説明する。
Hereinafter, the operation of the
図3の共通制御部1Aには、電流I1と電圧Vを入力とする2組のPQ軸演算部(PQI1とPQV)が設置され、また個別制御部1Bには電流I21を入力とするPQ軸演算部PQI21が設置されている。また、これらのPQ軸演算部PQの前段には3相2相変換器32(32I1,32V,32I21)が設けられており、これらの組み合わせにより回転座標変換回路を構成している。
The
この回路構成によれば、まず交流電力系統Gの電流(合成電流)I1と電圧V、並びに分岐電流I21の3相の検出信号(ディジタル値)は、3相2相変換部32I1、32V、32I2において、α成分とβ成分の2相信号(I1αとI1β、VαとVβ、I21αとI21β)に変換される。 According to this circuit configuration, first, the three-phase two-phase converters 32I1, 32V, 32I2 are obtained from the three-phase detection signals (digital values) of the current (synthetic current) I1 and voltage V of the AC power system G and the branch current I21. Are converted into two-phase signals (I1α and I1β, Vα and Vβ, I21α and I21β) of α and β components.
次に、交流電力系統Gの合成電流I1と電圧V、並びに分岐電流I21のα成分とβ成分の2相信号(I1αとI1β、VαとVβ、I21αとI21β)を用いて、P軸成分(IP1、VP、IP21)とQ軸成分(IQ1、VQ、IQ21)を算出する。この算出にあたり、交流電力系統Gの電圧Vのα成分とβ成分の2相信号を基準とするので、位相導出部33において基準位相信号を導出する。
Next, using the combined current I1 and voltage V of the AC power system G and the two-phase signals (I1α and I1β, Vα and Vβ, I21α and I21β) of the branch current I21, the P-axis component ( IP1, VP, IP21) and Q-axis components (IQ1, VQ, IQ21) are calculated. In this calculation, since the two-phase signals of the α component and the β component of the voltage V of the AC power system G are used as a reference, the
図3において、位相導出部33は、基準位相検出部33Aと、位相補正部33Bから構成され、基準位相検出部33Aでは基準位相信号cosωtと、sinωtを演算し、合成電流I1と電圧VのPQ軸演算部(PQI1とPQV)に、これを基準位相として印加する。位相検出の方法は、phese locked loop(PLL)方式でも良いし、離散フーリエ変換(DFT)を用いても良い。
In FIG. 3, the
なお、分岐電流I21のPQ軸演算部PQI21に対しても基準位相信号を与える必要があるが、合成電流I1や電圧Vと、分岐電流I21では検出場所が相違し、この間に変換用変圧器Trが存在する。このことから、この変圧器結線による位相θをさらに位相補正部33Bで位相補正した基準位相信号(変換器側の位相信号)cos(ωt+θ)とsin(ωt+θ)を演算して、分岐電流I21のPQ軸演算部PQI21に、これを基準位相として印加する。 The reference phase signal needs to be given to the PQ axis calculation unit PQI21 of the branch current I21, but the detection location is different between the combined current I1 and the voltage V and the branch current I21. Exists. From this, the reference phase signal (phase signal on the converter side) cos (ωt + θ) and sin (ωt + θ) obtained by further correcting the phase θ of the transformer connection by the phase correction unit 33B is calculated, and the branch current I21 is calculated. This is applied to the PQ axis calculation unit PQI21 as a reference phase.
PQ軸演算部においては、以下の(1)式を実行して、P軸成分、Q軸成分を演算する。なお、(1)式においてVre、Vimがα成分とβ成分の2相信号、VP、VQがP軸成分、Q軸成分を意味する。このようにして得られたP軸成分は実軸成分の振幅、Q軸成分は虚軸成分の振幅に相当する大きさの直流量である。 The PQ axis calculation unit calculates the P axis component and the Q axis component by executing the following equation (1). In the equation (1), Vre and Vim mean a two-phase signal of an α component and a β component, and VP and VQ mean a P-axis component and a Q-axis component. The P-axis component obtained in this way is the amplitude of the real-axis component, and the Q-axis component is a DC amount having a magnitude corresponding to the amplitude of the imaginary-axis component.
以上のようにして求められたPQ軸演算部PQI1の出力は、直流量に変換された合成電流P軸成分IP1と合成電流Q軸成分IQ1であり、P軸成分IP1は有効電流、Q軸成分IQ1は無効電流に相当する。同様にPQ軸演算部PQI21の出力は、直流量に変換された分岐電流P軸成分IP21と分岐電流Q軸成分IQ21であり、P軸成分IP21は有効電流、Q軸成分IQ21は無効電流に相当する。また、PQ軸演算部PQVの出力は、直流量に変換された連系点電圧P軸成分VPと連系点電圧Q軸成分VQであり、P軸成分VOは有効電圧、Q軸成分VQは無効電圧に相当する。 The output of the PQ axis calculation unit PQI1 obtained as described above is the combined current P-axis component IP1 and the combined current Q-axis component IQ1 converted into a direct current amount, and the P-axis component IP1 is an effective current and a Q-axis component. IQ1 corresponds to a reactive current. Similarly, the outputs of the PQ-axis calculation unit PQI21 are a branch current P-axis component IP21 and a branch current Q-axis component IQ21 converted into a direct current amount. The P-axis component IP21 corresponds to an effective current, and the Q-axis component IQ21 corresponds to a reactive current. To do. Further, the output of the PQ axis calculation unit PQV is a linkage point voltage P-axis component VP and a linkage point voltage Q-axis component VQ converted into a direct current amount, the P-axis component VO is an effective voltage, and the Q-axis component VQ is Corresponds to reactive voltage.
図1、図3において6は事故検出器であり、例えばPQ軸演算部PQVの出力である直流量に変換された連系点電圧P軸成分VPと連系点電圧Q軸成分VQから、交流電力系統の事故により連系点電圧が電圧低下したことを検出する。なお、事故検出器6は、連系点電圧が電圧低下したことを検出できればよく、必ずしもPQ軸成分に変換した後の電圧で検出しないといけないというものではない。
In FIG. 1 and FIG. 3, 6 is an accident detector. For example, from the connection point voltage P-axis component VP and the connection point voltage Q-axis component VQ converted into a DC amount that is the output of the PQ axis calculation unit PQV, Detects that the connection point voltage has dropped due to a power system accident. The
図1の変換器個別制御部1Bにおいて、フィードバック電流切替スイッチSWは、通常はPQ軸演算部PQI1の出力IP1、IQ1を電流制御部Aに帰還値として与えている。これに対し、事故検出器6において、連系点電圧Vが電圧低下したことを検出すると、フィードバック電流切替スイッチSWは、PQ軸演算部PQI2の出力IP2、IQ2を電流制御部Aに帰還値として与える。つまり、正常時は合成電流I1を帰還値とするが、連系点電圧低下時は分岐電流I2を帰還値とした電流制御に切り替わる。なお、係る電流制御部Aによる制御帰還値の変更制御は、各電力変換器単位に同時に切替実行されている。
In the converter individual control unit 1B of FIG. 1, the feedback current changeover switch SW normally supplies the outputs IP1 and IQ1 of the PQ axis calculation unit PQI1 to the current control unit A as feedback values. On the other hand, when the
図4に、電流制御部Aの具体的回路構成を示す。電流制御部AはP軸電流制御部APと、Q軸電流制御部AQから構成され、それぞれ共通制御部1AのP軸電流設定部PSとQ軸電流設定部PQから電流設定値IPr、IQrを入力として得る。他方、フィードバック電流切替スイッチSWを介して、P軸電流と、Q軸電流の電流帰還値IP、IQをそれぞれ入力する。
FIG. 4 shows a specific circuit configuration of the current control unit A. The current control unit A is composed of a P-axis current control unit AP and a Q-axis current control unit AQ, and sets current setting values IPr and IQr from the P-axis current setting unit PS and the Q-axis current setting unit PQ of the
フィードバック電流切替スイッチSWの出力であるP軸電流IP、Q軸電流IQは、それぞれ減算器SP、SQに負帰還され、本制御の目標信号であるP軸電流指令値IPr、Q軸電流指令値IQrと減算される。2組の減算器SP、SQの出力は、それぞれ電流調節器ACR−P、ACR−Qに与えられ、制御信号IPh、IQhを得る。なお、電流調節器ACRにおいては、入力偏差をなくすための比例積分制御などが実施される。 The P-axis current IP and Q-axis current IQ that are the outputs of the feedback current changeover switch SW are negatively fed back to the subtracters SP and SQ, respectively, and the P-axis current command value IPr and Q-axis current command value that are target signals for this control. Subtracted from IQr. The outputs of the two sets of subtracters SP and SQ are supplied to current regulators ACR-P and ACR-Q, respectively, to obtain control signals IPh and IQh. In the current regulator ACR, proportional-integral control or the like for eliminating the input deviation is performed.
その後、2組の電流調節器ACR−P、ACR−Qの出力IPh、IQhに、加算器AP.AQにおいて、系統電圧から求めたPQ軸変換器PQVの2組の直流成分VP、VQがそれぞれ加算される。 Thereafter, the outputs APh and IQh of the two sets of current regulators ACR-P and ACR-Q are added to the adders AP. In AQ, two sets of DC components VP and VQ of the PQ axis converter PQV obtained from the system voltage are added.
また、補正回路FPでは、Q軸電流指令値IQrを入力として補正信号IPmを算出し、加算回路APに負信号として与える。他方で、補正回路FQでは、P軸電流指令値IPrを入力として補正信号IQmを算出し、加算回路AQに負信号として与える。この加減算操作により、P軸とQ軸の干渉を打ち消すための働きをする。 Further, the correction circuit FP calculates the correction signal IPm by using the Q-axis current command value IQr as an input, and provides the correction circuit IPm as a negative signal. On the other hand, the correction circuit FQ receives the P-axis current command value IPr as an input, calculates the correction signal IQm, and provides it to the adder circuit AQ as a negative signal. This addition / subtraction operation serves to cancel the interference between the P-axis and the Q-axis.
図4において、このようにして求められた補正後の信号VPr、VQrが、図1の逆回転座標変換回路5の入力とされる。逆回転座標変換回路5においては、補正後の信号VPr、VQrおよび、共通制御部1Aの電圧位相演算部33で導出した基準位相信号(変換器側の位相信号)cos(ωt+θ)とsin(ωt+θ)を用いて逆回転座標変換を実施する。
In FIG. 4, the corrected signals VPr and VQr obtained in this way are input to the reverse rotation coordinate
この逆回転座標変換により、PQ軸成分信号である補正後の信号VPr、VQrと基準位相信号から、90度位相の相違する2相の信号Vα、Vβを導出し、さらには、3相の電流指令信号90を求める。三相電流指令値90を信号波として、PWMによりゲート信号Pを得る。
By this reverse rotation coordinate transformation, two-phase signals Vα and Vβ having a phase difference of 90 degrees are derived from the corrected signals VPr and VQr, which are PQ axis component signals, and the reference phase signal. A
なお、図1の共通制御部1AのPQ軸電流設定部PS、PQから電流設定値を与える場合に、実軸成分の電流指令値IPrには、上位制御系として、有効電力制御系や直流電圧制御系を設け、その出力を用いてもよい。また、虚軸成分の電流指令値IQrには、上位制御系として、無効電力制御系や交流電圧制御系を設け、その出力を用いてもよい。
When the current set value is given from the PQ axis current setting units PS and PQ of the
本発明の並列多重電力変換装置の制御装置1は、以上のように構成されており、要するに正常運転中は交流系統側電流(合成電流)から求めたPQ軸電流を目標値IPr、IQrに合致させるように各変換器の点弧制御を実施し、交流系統側の事故発生時には、各変換器の電流(分岐電流)から求めたPQ軸電流を目標値IPr、IQrに合致させるように各変換器の点弧制御を実施している。つまり、正常時には合成電流を制御し、交流系統側の事故発生時には、分岐電流を制御している。
The
ここで、本発明を採用しない場合の各部波形を図5に、また採用した場合の各部波形を図6に示して本発明の効果について説明する。これらの図において横軸は時間を表しており、正常運転において交流系統に事故が発生(t1)し、事故検出(t2)し、事故除去(t3)し、正常復帰(t4)するまでの期間を示している。 Here, the waveform of each part when the present invention is not employed is shown in FIG. 5, and the waveform of each part when the present invention is employed is shown in FIG. In these figures, the horizontal axis represents time, and the period from the occurrence of an accident (t1), the detection of an accident (t2), the removal of the accident (t3), and the return to normal (t4) in normal operation Is shown.
縦軸には、上から連系点電圧V、連系点の正相電圧、連系点電流I1を示している。この図から明らかなように、並列多重電力変換装置の適用される電力系統に事故が発生して系統電圧Vが低下すると、事故継続期間中(t1−t3)は並列多重電力変換装置から事故点に向かって大電流が流れる。これは、並列多重電力変換装置の直流回路Dにコンデンサを備えて、いわゆる電圧型の並列多重電力変換装置を構成していることから、コンデンサが電源となって電力供給することによる。 On the vertical axis, the connection point voltage V, the positive phase voltage at the connection point, and the connection point current I1 are shown from the top. As is apparent from this figure, when an accident occurs in the power system to which the parallel multiple power converter is applied and the system voltage V decreases, the fault point is detected from the parallel multiple power converter during the accident duration (t1-t3). A large current flows toward. This is because the capacitor is provided in the DC circuit D of the parallel multiplex power conversion apparatus to constitute a so-called voltage type parallel multiplex power conversion apparatus, and the capacitor serves as a power source to supply power.
図の中段に、各電力変換器C(C1、C2、C3、C4)に流れる分岐電流I21、I22、I23、I24を示している。正常運転時(t1以前)には合成電流が所定値に制御されているので、各分岐電流も制限値の範囲内にあるが、事故発生直(t1)後には並列多重電力変換装置の直流回路Dのコンデンサからの過大電流が流れる。つまり、系統事故等の外乱が発生した際、合計値としての連系点電流は電流制限値内に抑制されても、各電力変換器の中にはその電流値(分岐電流値)が瞬時的に制限値を越えるものが出てくる。図5の例では、電力変換器C1に流れる分岐電流が、制限値を逸脱してしまっている。時刻t3の事故除去により、過大電流は解消し、正常に復帰できることにはなるが、機器保護の観点からは、電力変換器C1を停止する必要がある。 In the middle of the figure, branch currents I21, I22, I23, and I24 flowing through the power converters C (C1, C2, C3, and C4) are shown. Since the combined current is controlled to a predetermined value during normal operation (before t1), each branch current is also within the limit value range, but immediately after the occurrence of the accident (t1), the DC circuit of the parallel multiple power converter An excessive current flows from the capacitor of D. In other words, when a disturbance such as a system fault occurs, the current value (branch current value) is instantaneous in each power converter even if the total connection point current is suppressed within the current limit value. Some will exceed the limit. In the example of FIG. 5, the branch current flowing through the power converter C1 deviates from the limit value. By removing the accident at time t3, the excessive current can be resolved and normal operation can be restored. However, from the viewpoint of equipment protection, it is necessary to stop the power converter C1.
なお、図5では、電力変換器を停止せずに運転継続したときの波形を示している。また、図5の最下段に示すように、従来の制御装置では合成電流を帰還値とする制御を実施している。 FIG. 5 shows a waveform when the operation is continued without stopping the power converter. Further, as shown in the lowermost stage of FIG. 5, the conventional control apparatus performs control using the combined current as a feedback value.
本発明の場合の事象並びに、各部信号などを図6に示している。上部の電流、電圧の動向は従来と同じであるが、時刻t2の事故検出を条件として、各電力変換器の制御においては、一定電流制御部Aの電流帰還値を合成電流IP1、IQ1から分岐電流IP2、IQ2に切り替えている。この結果、各分岐電流が直接抑制制御を受けることになり、図5の例では分岐電流I21が制限値を超えた過大電流となっていたが、図6ではこのような過大電流とはならない。この結果、電力変換器を停止せずに運転継続することができる。なお、合成電流制御への復帰は、定常復帰検出t4後の適宜のタイミングt5で実施すればよい。 FIG. 6 shows the events in the present invention and the signals of the respective parts. The current and voltage trends in the upper part are the same as in the past, but the current feedback value of the constant current control unit A branches from the combined currents IP1 and IQ1 in the control of each power converter on the condition that an accident is detected at time t2. The current is switched to IP2 and IQ2. As a result, each branch current is directly subjected to suppression control. In the example of FIG. 5, the branch current I21 is an excessive current exceeding the limit value, but in FIG. 6, such an excessive current is not generated. As a result, the operation can be continued without stopping the power converter. The return to the composite current control may be performed at an appropriate timing t5 after the steady return detection t4.
このようにして、事故中に電流制御系のフィードバックを連系点電流IP1、IQ1から各電力変換器電流IP2、IQ2へ切り替えることにより、系統事故等の外乱発生により各電力変換器の出力電流にバラツキが発生した場合でも、電力変換器電流IP2、IQ2をフィードバック量とすることで、電力変換器および電力変換器素子の過電流を制限値内に抑制することができ、外乱が発生しても電力変換器の運転継続が可能となる。 In this way, by switching the feedback of the current control system from the connection point currents IP1 and IQ1 to the respective power converter currents IP2 and IQ2 during the accident, the output current of each power converter is generated due to the occurrence of a disturbance such as a system fault. Even when variations occur, by using the power converter currents IP2 and IQ2 as feedback amounts, the overcurrent of the power converter and the power converter elements can be suppressed within the limit value, and even if a disturbance occurs The operation of the power converter can be continued.
B:母線
G:交流電力系統Tr:変圧器
C:電力変換器
D:直流回路
CT:変流器
PT:電圧変成器
CTB:分岐電流変成器
1:制御装置
AD:アナログディジタル変換器
1B:個別の電力変換器に特有の制御部
1A:電力変換器に共通の制御部
IP:P軸電流成分
IQ:Q軸電流成分
IPr、IQr:P軸電流成分、Q軸電流成分の目標値
A:電流制御部
32:3相2相変換部
PQ:PQ軸演算部
33:位相導出部
5:逆回転座標部
SW:フィードバック電流切替スイッチ
33A:基準位相検出部
33B:位相補正部
6:事故検出器
ACR:電流制御部
B: Bus G: AC power system Tr: Transformer C: Power converter D: DC circuit CT: Current transformer PT: Voltage transformer CTB: Branch current transformer 1: Controller AD: Analog to digital converter 1B:
Claims (5)
母線に流れる合成電流と各電力変換器に流れる分岐電流を検出する電流検出部、交流電力系統の正常時には合成電流を、また交流電力系統の外乱時には分岐電流を選択する信号選択部、該信号選択部の出力を電流帰還信号として電流指令信号に制御する電流制御部を備えることを特徴とする並列多重電力変換装置の制御装置。 In a control device for a parallel multiple power conversion apparatus, in which a plurality of power converters having one end connected to a bus of an AC power system via a transformer are provided, and a capacitor is provided in a DC circuit on the other end of the power converter,
A current detection unit that detects a combined current flowing through the bus and a branch current flowing through each power converter, a signal selection unit that selects a combined current when the AC power system is normal, and a branch current when the AC power system is disturbed, the signal selection A control device for a parallel multiple power converter, comprising: a current control unit that controls the output of the unit as a current feedback signal to a current command signal.
前記電流帰還信号ならびに電流指令信号は、P軸成分と、Q軸成分として求められることを特徴とする並列多重電力変換装置の制御装置。 In the control apparatus of the parallel multiple power conversion device according to claim 1,
The control apparatus for a parallel multiple power converter, wherein the current feedback signal and the current command signal are obtained as a P-axis component and a Q-axis component.
回転座標変換により電流帰還信号をP軸成分と、Q軸成分として求めるために交流系統の電圧から基準位相を算出すると共に、前記分岐電流に対する基準位相は、前記合成電流に対する基準位相に対して前記変圧器における位相変化分を加味することを特徴とする並列多重電力変換装置の制御装置。 In the control apparatus of the parallel multiple power conversion device according to claim 2,
In order to obtain a current feedback signal as a P-axis component and a Q-axis component by rotational coordinate conversion, a reference phase is calculated from the voltage of the AC system, and the reference phase for the branch current is the same as the reference phase for the combined current. A control device for a parallel multiple power conversion device, which takes into account a phase change in a transformer.
逆回転座標変換により、前記電流制御部の出力から3相信号を求めるときの交流系統電圧から求めた基準位相として、前記分岐電流に対する基準位相を使用することを特徴とする並列多重電力変換装置の制御装置。 In the control apparatus of the parallel multiple power converter according to claim 3,
A parallel multiple power conversion device using a reference phase for the branch current as a reference phase obtained from an AC system voltage when obtaining a three-phase signal from an output of the current control unit by reverse rotation coordinate transformation Control device.
前記信号選択部並びに前記電流制御部は、電力変換器ごとに回路構成されることを特徴とする並列多重電力変換装置の制御装置。 In the control apparatus of the parallel multiple power converter according to any one of claims 1 to 4,
The control apparatus for a parallel multiple power converter, wherein the signal selector and the current controller are configured for each power converter.
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