(57)【要約】【課題】ベース電力制御時と負荷追従制御時の電力変換器の制御応答を自動的に調整する機能を有する電力変換装置を提供する。【解決手段】交流側が電力系統２に接続され、直流側に二次電池６を接続した電力変換器５と、電力変換器５の交流側の電力を検出する電力検出手段１３と、電力指令値に一致するように電力検出手段１３によって検出された電力変換器５の充放電電力を制御する制御手段２０とで構成する。制御手段２０は、電力指令値の変化量に応じて、制御手段２０の出力応答特性を変更する応答特性変更手段２１１、２１２を有する。【選択図】図１
2010011677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流側が電力系統に接続され、直流側に二次電池を接続した電力変換器と、
前記電力変換器の交流側の電力を検出する電力検出手段と、
電力指令値に一致するように前記電力検出手段によって検出された前記電力変換器の充放電電力を制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、
前記電力指令値の変化量に応じて、当該制御手段の出力応答特性を変更する応答特性変更手段を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記電力指令値を前記応答特性変更手段を介して補正した電力指令と、前記電力検出手段との差分が小さくなるように電流基準を出力する電力制御手段と、
前記電流基準と前記電力変換器の電流との差分が小さくなるように電圧基準を出力する電流制御器と、
前記電力変換器の交流側電圧が前記電圧基準に一致するように前記電力変換器を構成するスイッチング素子にゲートパルスを供給するＰＷＭ制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記応答特性変更手段は、
前記電力指令値の変化量の絶対値が所定の閾値を超えたとき、前記電力指令値の応答を滑らかにするようにしたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記応答特性変更手段は、
前記電力指令値の変化量の絶対値が所定の閾値を超えたとき、前記電力指令値の応答を一次遅れ応答とするようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電力指令の変化量に応じて一次遅れ時定数を選択する参照テーブルを設け、
前記応答特性変更手段は、
前記電力指令値の応答を、前記参照テーブルで選択した一次遅れ時定数を有する一次遅れ応答とするようにしたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば上下水道処理場や学校等の公共設備、工場や変電所等で使用される二次電池を電源とした系統連系用の電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池を電源とした系統連系用の電力変換装置においては、電力系統側の要求によって電力を二次電池に充電する制御、また電力を二次電池から放電する制御が行われる。具体的には受電電力制御器から与えられる電力指令値と二次電池の充放電電力の差分が小さくなるように電力制御器が二次電池と電力系統の間に設けられた電力変換器の充放電電力量を制御する。
【０００３】
受電電力制御器は、通常日々及び時間毎の電力需要の状況により予め決定される電力量に基づき電力制御器へ充放電電力指令値を与える。これは、予め決定された充放電電力指令値（ベース電力指令値）に追従するように充放電電力量を制御するベース電力制御と呼称することができる。これに対して、電力系統が事故などの影響で不安定になったときには高速に系統動揺を抑制する負荷追従制御が必要となる。この場合には、例えば予定外の電力変動に備えた強制充放電出力又は充放電電力出力抑制等の出力電力補正機能を備える必要があり、ベース電力指令量に負荷追従制御のための出力電力補正を加減算することによって全体の制御を達成することができる。
【０００４】
このような出力電力補正を行なう場合の出力電力の全体の変動幅に着目し、電力系統と二次電池の充放電の状態に応じて充放電電力量の指令値に上限または下限を設けて効率的に制御を行う提案が為されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−６５５８８号公報（第４−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された手法は、通常のベース電力制御に加え、予定外の電力変動に備えた強制充放電出力又は充放電電力出力抑制等の負荷追従制御を行う場合の制御幅の大きさに着目して制御をスムースに行おうとするものであるが、制御をスムースに行うためには、ベース電力制御と負荷追従制御における制御応答の差にも着目する必要がある。
【０００６】
二次電池を適用したシステムが接続される電力系統は、配電系統等の電力系統の末端部が多く、電力系統の電圧変動や安定度は融通される電力量の瞬時変動に対し大きく影響されることは周知である。そのため、二次電池から電力変換器を介して充放電される電力の制御応答を速くすると、電圧低下や振動等が発生して電力系統の電圧や安定性に影響を与え、電力系統に接続される機器に弊害が生じる恐れがある。
【０００７】
一方、電力系統の電力量を一定に調整する負荷平準のための負荷追従制御においては、電力変動に対し瞬時に応答して電力系統の電力量の変動を抑制することが必要である。従って従来は電力系統の電力量の変動を抑制するための制御応答を決定するのに困難を生じていた。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するために為されたもので、例えばベース電力制御時と負荷追従制御時の電力変換器の制御応答を自動的に調整する機能を有する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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、交流側が電力系統に接続され、直流側に二次電池を接続した電力変換器と、前記電力変換器の交流側の電力を検出する電力検出手段と、電力指令値に一致するように前記電力検出手段によって検出された前記電力変換器の充放電電力を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記電力指令の変化量に応じて、当該制御手段の出力応答特性を変更する応答特性変更手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、例えばベース電力制御時と負荷追従制御時の電力変換器の制御応答を自動的に調整する機能を有する電力変換装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図を示す。
【００１３】
図１（ａ）において、電力会社等から与えられる電力系統１は、図示しない受電設備を介して需要家の電力系統２に接続されている。そして電力系統２には遮断器３、変圧器４を介して電力変換器５が接続されている。電力変換器５は例えばスイッチング素子をブリッジ接続して構成される交直変換器であり、その直流出力には電力の充放電が可能な二次電池６が接続されている。従って電力変換器５は、二次電池６を充電するときはコンバータとして動作し、二次電池６の電力を放電するときはインバータとして動作する。この電力変換器５の充放電制御は、その詳細を後述する制御部２０から与えられるゲートパルスによって電力変換器５を構成するスイッチング素子を適切にオンオフ制御することによって行われる。
【００１４】
電力系統１から与えられる受電電力は、電流検出器７によって検出される電流信号及び電圧検出器８によって検出される電圧信号を電力検出器９に与えることによって検出される。そしてこの検出された受電電力信号は受電電力制御器１０に与えられる。受電電力制御器１０は、電力系統１から与えられる受電電力が所望の値となるように制御部２０に対して電力指令を与える。
【００１５】
電力変換器５が制御する充放電電力は、遮断器３の入力側に設けられた電流検出器１１及び電圧検出器１２の検出信号を電力検出器１３に与えることによって検出される。そして電力検出器１３はこの充放電電力信号を制御部２０に与える。
【００１６】
以下、制御部２０の内部構成について説明する。
【００１７】
電力検出器１３によって検出された充放電電力信号は、受電電力制御器１０から与えられる電力指令値に後述する前処理を施して補正した電力指令と電力制御器１内で比較され、その差分が小さくなるように電力制御器１は電流基準を出力して電流制御器２２に与える。そして、電流制御器においては、図示しない電力変換器５の電流検出信号と上記電流基準を比較し、その差分が小さくなるように電圧基準を出力し、ＰＷＭ制御器２３に与える。ＰＷＭ制御器２３は電力変換器５の出力電圧が与えられた電圧基準となるように電力変換器５を構成するスイッチング素子にゲートパルスを与える。
【００１８】
図１（ｂ）は電力制御器２１の一例を示す内部構成図である。図１（ｂ）において、受電電力制御器１０から与えられる電力指令は一次遅れ制御器２１１及び変化量検出器２１３に与えられる。一次遅れ制御器２１１の出力は切替器２１２に与えられる。
【００１９】
変化量検出器２１３は単位時間あたりの電力指令の変化量を求める。デジタル制御の場合であれば、電力指令の変化量ΔＰは、ΔＰ＝（今回の電力指令値）−（前回の電力指令値）と定義することができる。変化量検出器２１３の出力は絶対値演算器２１４を介して比較器２１５に与えられる。そして比較器２１５において電力指令の変化量ΔＰは切替設定器２１６で設定された変化量閾値と比較され、電力指令の変化量ΔＰが変化量閾値を超えたとき、切替器２１２は一次遅れ制御器２１１の出力を選択する。電力指令の変化量ΔＰが変化量閾値以下であれば切替器２１２は一次遅れ制御器２１１の入力を選択し、一次遅れ制御器２１はバイパスされる。従って一次遅れ制御器２１１及び切替器２１２は、必要に応じて電力指令値の応答を変更する応答特性変更手段と言うことができる。
【００２０】
切替器２１２の出力、すなわち応答特性変更手段によって補正された電力指令は減算器２１７に与えられる。減算器２１７において切替器２１２の出力から電力検出器１３によって検出された充放電電力信号が減算され、その差分が比例積分制御器２１８に与えられる。比例積分制御器２１８においては入力された差分が小さくなるように比例積分制御を行い電流基準を出力する。
【００２１】
以上の構成における作用効果について以下に説明する。
【００２２】
前述したように、受電電力制御器１０は、通常はベース電力指令値を用いて電力変換器５の充放電制御を行うが、この場合電力系統２の容量に対して比較的大きな割合の電力指令値で運転することが一般的である。従って電力系統２の容量に対して大きな割合の電力変動が瞬間的に発生した場合は、電力系統に電圧変動や振動を与える恐れがある。そのため、受電電力制御器１０からの電力指令値に対する時間変化量を、変化量検出器２１３によって検出し、絶対値演算器２１４によって増減の絶対値を演算し、比較器２１５により設定された変化量閾値を超える変化量が発生した場合は、切替器２１２が一次遅れ制御器２１１の出力を選択し、一次遅れ制御器２１１の特性によって電力指令値の応答を滑らかに遅らせる。このようにすれば、電力変換器５が出力する充放電電力量は一次遅れ制御器２１１が持つ一次遅れ時定数に従って徐々に変化することになるので、電力系統２への影響を軽減することが可能となる。
【００２３】
一方、電力系統２の電力を一定に保つ負荷平準のための負荷追従制御においては、常時変動する電力量を補償すればよく、その補償電力量は電力系統２の容量に対し比較的小さい量である。そのため電力を一定に保つためには、高速かつ少量の電力を制御すればよい。よって、図１に示す、変化量検出器２１が微小な変化である場合は、比較器２３及び切替器２４は動作しないため、受電電力制御器１０の指令に基づき、電力変換器５が高速に充放電電力を制御することによって、電力系統３の電力を一定に保つことが可能となる。
【００２４】
尚、一次遅れ制御器２１１は、ｓを微分演算子、Ｔを一次遅れ時定数としたとき、１／（１＋Ｔｓ）の一次遅れ応答特性を有する演算器であるが、入力の変動に対して滑らかに追従する演算器であれば良く、例えばランプ関数等の制御演算器であってもよい。
【００２５】
また、一次遅れ制御器２１１を用いずに比例積分制御器２１８の積分時定数を切替えるようにしても良い。但しこの場合は、制御定数を変化させることによる安定性の維持を十分配慮する必要がある。
【実施例２】
【００２６】
図２は本発明の実施例２に係る電力変換装置に使用される電力制御器の内部構成図である。この実施例２の各部について、図１（ｂ）の本発明の実施例１に係る電力変換装置に使用される電力制御器の内部構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、電力制御器２１Ａにおいて、切替器２１２、絶対値演算器２１４、比較器２１５及び切替設定器２１６を省くと共に参照テーブル２１９を設け、変化量検出器２１３の出力に応じて参照テーブル２１９から一時遅れ時定数Ｔの値を求め、一次遅れ制御器２１１の一時遅れ時定数を、参照テーブル２１９から求めた値に変更するように構成した点である。
【００２７】
この実施例２の手法によれば、予め変化量に対応する一時遅れ定数をテーブル化することによって変化量検出器２１３の値に応じて一次遅れ制御器２１１の時定数を切替えることができるので、きめ細かい制御を行うことが可能となる。
【００２８】
尚、変化量検出器２１３の出力の絶対値が同一のとき、同一の時定数を選択すれば良い場合は、実施例１と同様に変化量検出器２１３の出力側に絶対値演算器２１４を設け、その出力に応じて参照テーブル２１９から時定数を選択するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図。
【図２】本発明の実施例１に係る電力変換装置に使用される電力制御器の内部構成図。
【符号の説明】
【００３０】
１  電力系統（電力会社）
２  電力系統（需要家）
３  遮断器
４  変圧器
５  電力変換器
６  蓄電池
７  電流検出器
８  電圧検出器
９  電力検出器
１０  受電電力制御器
１１  電流検出器
１２  電圧検出器
１３  電力検出器
２０  制御部
２１  電力制御器
２２  電流制御器
２３  ＰＷＭ制御器
２１１  一次遅れ制御器
２１２  切替器
２１３  変化量検出器
２１４  絶対値演算器
２１５  比較器
２１６  切替設定器
２１７  減算器
２１８  比例積分制御器
２１９  参照テーブル
【図１】
2010011677.tif 000003
【図２】
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