(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連系用トランスを介して系統と連系された電力変換器と、システムの交流電流を検出する手段と、該電力変換器の出力電圧指令値を演算する制御手段とを備えた電力変換システムにおいて、
前記システムの交流電流を検出する手段が、前記連系トランスと系統との間に配置され、
前記制御手段が、
系統電圧の周波数のｎ倍の周波数（但しｎは２より大きな正整数であって、３の倍数を除く）の交流電圧指令値を演算する手段を有し、前記電力変換器の出力電圧指令値に該ｎ倍の周波数の交流電圧指令値を加算して前記電力変換器を制御し、システムの電流検出値から電圧指令値に加えた周波数成分と同一の周波数成分の電流振幅を演算し、演算した電流振幅値の定常値からの変化分から電力変換器の単独運転を検出する手段を備えたことを特徴とする電力変換システム。
【請求項２】
連系用トランスを介して系統と連系された電力変換器と、システムの交流電流を検出する手段と、該電力変換器の出力電圧指令値を演算する制御手段とを備えた電力変換システムにおいて、
前記システムの交流電流を検出する手段が、前記連系トランスと系統との間に配置され、
前記制御手段が、
前記電力変換器に電圧指令を受けてゲートパルスを出力するＰＷＭ演算器と、
システムの電流検出値から前記電力変換器が系統に出力する系統周波数の５倍の周波数の成分あるいは７倍の周波数の成分の電流振幅を検出し、該検出した電流振幅値の定常値からの変化分から電力変換器の単独運転を検出して前記電力変換器の交流出力を系統から切り離す手段とを備えたことを特徴とする電力変換システム。
【請求項３】
請求項１または２の何れかにおいて、前記制御手段が、システムの電流検出値から対称座標法により正相成分を演算する手段と、該正相成分から基本波検出手段により正相成分の基本波成分を抽出する手段を有し、該正相成分と該抽出した正相基本波成分との差を演算して基本波成分を取り除き、該正相成分から基本波成分を除去した成分を用いて前記基本波のｎ倍の周波数成分（但しｎは２より大きな正整数であって、３の倍数を除く）の変化を検出し単独運転を検出する手段を備えたことを特徴とする電力変換システム。
【請求項４】
請求項１または２または３の何れか１項において、前記電力変換器の直流部分に接続した２次電池を備えることを特徴とする電力変換システム。
【請求項５】
請求項１または２または３の何れか１項において、前記電力変換器の直流部分に接続したコンデンサを備えることを特徴とする電力変換システム。
【請求項６】
請求項１または２または３の何れか１項において、前記電力変換器の直流部分に太陽光発電システムが接続していることを特徴とする電力変換システム。
【請求項７】
請求項１または２または３の何れか１項において、前記電力変換器の直流部分に超電導電力貯蔵システムが接続していることを特徴とする電力変換システム。
【請求項８】
請求項１または２または３の何れか１項において、前記電力変換器の直流部分に接続した別の電力変換器を介して風力発電システムが接続していることを特徴とする電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換器システムに関し、特に単独運転検出機能を有する系統連系用電力変換システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−２４７８６３号公報に記載の変換器の制御装置では、連系点の周波数変化を検出し、該周波数変化を助長させるように無効電力基準を制御し、周波数をハンチング状態にさせて単独運転状態を検出している。
また、特開平１０−２４８１６８号公報には、電力系統の基本波に同期し、この基本波の非整数倍の周波数の中間次数調波電流を需要家設備の引込み線から電力系統に注入し、受電点からみた電力系統の中間次数調波についてのインピーダンス又はアドミタンスの変化から電力系統の停止を検出して分散電源を解列する、分散電源の単独運転防止装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来技術では、単独運転時の周波数変化をとらえ、それを基に単独運転を検出しているため、たとえば、電力変換器と負荷の間で有効電力と無効電力がバランスしている場合、周波数変化が生じず、単独運転状態を検出できないおそれがある。
【０００４】
本発明の目的は、電力変換器の単独運転を検出するに好適な電力変換システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、電力変換器の電圧指令値に特定次数の周波数成分を加算する構成とし、システムの出力している電流から特定次数の周波数成分の振幅値を検出する。そして、特定次数の周波数成分の振幅値の変化から単独運転を検出する構成とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下本発明の一実施例について図１を用いて説明する。
【０００７】
図１は、本発明による電力変換システムを実現するための一実施例を示している。
【０００８】
図１において、電力変換器１ａは、連系用トランス３ａに接続されており、連系用トランス３ａは電力系統に接続されている。電力変換器１ａの直流部分には２次電池４ａを設置してあり、制御装置１８ａにより有効電力Ｐ，無効電力Ｑを連系用トランス３ａを介して電力系統に供給する。
【０００９】
電力変換器１ａの制御装置１８ａは系統に出力する有効電力Ｐ及び無効電力Ｑを電流検出器２ｂの出力と電圧検出器５ａの出力から電力検出器６ａにより演算する。こうして得られた有効電力Ｐ，無効電力Ｑは有効電力調整器９ａ，無効電力調整器８ａにそれぞれ入力され、該有効電力調整器９ａ及び無効電力調整器８ａにより電力を指令値Ｐｒｅｆ，Ｑｒｅｆに一致させるように電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を演算し電流調整器１０ａに出力する。
【００１０】
位相検出器７ａは系統電圧の位相に追従した位相信号Ｖｃｏｓ及びＶｓｉｎを出力する。前記位相信号Ｖｃｏｓ及びＶｓｉｎは座標変換器１６ａ，１７ａに入力される。電流検出値Ｉｃｎｖ  は座標変換器１７ａにより座標変換され、変換結果である２軸の電流検出値Ｉｄ，Ｉｑを電流調整器１０ａに入力する。電流調整器１０ａは電力変換器１ａの電流を前記指令値Ｉｄ＊及びＩｑ＊に一致するように制御する。電流調整器１０ａの出力Ｖｄ＊及びＶｑ＊は座標変換器１６ａに入力され、座標変換器１６ａは電圧指令値Ｖｕｏ＊，Ｖｖｏ＊，Ｖｗｏ＊  を加算器１５ａ，１５ｂ，１５ｃに出力する。
【００１１】
検出された連系点電圧Ｖａｃはフィードフォワード電圧演算器１２ａに入力され、大きさを調整し、フィードフォワード電圧指令値Ｖｕｆ，Ｖｖｆ，Ｖｗｆを加算器１５ａ，１５ｂ，１５ｃに出力する。
【００１２】
加算器１５ａ，１５ｂ，１５ｃは前記電圧指令値Ｖｕｏ＊，Ｖｖｏ＊，Ｖｗｏ＊  と前記フィードフォワード電圧指令値Ｖｕｆ，Ｖｖｆ，Ｖｗｆの加算結果である電力変換器の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を加算器１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに出力する。
【００１３】
ｎ次高調波電圧演算器１３は、ｎ次の三相電圧指令値Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎを演算し、加算器１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに出力する。
【００１４】
加算器１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは前記電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と前記ｎ次の三相電圧指令値の加算結果である電力変換器の電圧指令値Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１をＰＷＭ演算器１１ａに出力し、ＰＷＭ演算器１１ａは前記電力変換器の電圧指令値Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に基づいたゲートパルスＧＰを電力変換器１ａに出力する。また、連系点電流検出器２ｂの出力は、ｎ次高調波電流検出器１４ａに入力され、ｎ次電流検出器１４ａにより電流振幅を演算し、振幅の急変または増減により単独運転を検出し、電力変換装置を系統から切り離すため遮断器１９ａを動作させる信号Ｓａを出力する。
【００１５】
図２は、ｎ次高調波電流検出器１４ａの構成を詳細に示している。検出された連系点の電流検出値Ｉａｃを３相２相変換器２８に入力し、３相２相変換器２８は対称座標法により正相分と逆相分の電流成分を演算しＩａ，Ｉｂを出力する。
【００１６】
前記電流成分Ｉａ及びＩｂは基本波演算手段２０ａと加算器１５ｇ，１５ｈのそれぞれに入力される。該基本波演算手段２０ａは、入力された信号Ｉａ，Ｉｂの基本波成分ＩａＲ，ＩｂＲ（電源周波数成分）をフーリエ変換により検出して加算器に出力する。
【００１７】
加算器１５ｇ，１５ｈは、該３相２相変換器２８の出力Ｉａ及びＩｂから、基本波演算手段２０ａの出力ＩａＲ，ＩｂＲを減算した結果であるＩａＳ，ＩｂＳをｎ次高調波成分検出器２１ａに出力する。ｎ次高調波成分検出器２１ａは、入力された信号Ｉａｓ，Ｉｂｓにｎ次成分を基準とするフーリエ変換を行い、ｎ次の成分    ＩａＮ，ＩｂＮ  のみを振幅演算器２２ａに出力する。該振幅演算器２２ａはＩａＮとＩｂＮ  の二乗和ルートを演算してｎ次の電流振幅値Ｉｎをレベル判定器２３ａに出力する。レベル判定器２３ａは該ｎ次の電流振幅Ｉｎが所定の値以上になった場合または以下になった場合に単独運転と判定し、システムを系統から切り離し停止させる。
【００１８】
レベル判定器２３ａの設定レベルは運転開始時の値を基準として上下数％に設定する。
【００１９】
また、レベルではなくＩｎ  の変化率により単独運転を検出しても良い。
【００２０】
また、前記ＩａＳ，ＩｂＳの二乗和ルートにより求まる全ての高調波電流の歪みの大きさの値から単独運転を検出しても良い。
【００２１】
電力変換器の電圧指令に重畳させるｎ次の周波数成分としては変換器が出力しないような偶数次を用いるとより精度が向上する。
【００２２】
また、連系トランスのデルタ巻線により３の倍数調波は系統に流出しないので、電圧指令値に重畳させるｎ次成分として３の倍数調波以外を用いる。
【００２３】
本実施例によれば、変換器の出力電圧にｎ次の高調波電圧成分を重畳させ、システムが出力しているｎ次の電流成分の大きさを検出しているため、単独運転状態になった際の系統インピーダンスの変化をｎ次電流から判定して単独運転状態を検出でき、システムを停止させることができる。
【００２４】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、各図を通して同等の構成要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略することにする。
【００２５】
（実施例２）
図３は、本発明による電力変換システムを実現するための他の実施例である。この実施例では、実施例１のｎ次電圧指令値の加算をなくした構成としている。
【００２６】
本実施例によれば、実施例１と同様のｎ次電流検出方法により電力変換器が出す高調波成分（たとえば５次や７次）を利用して単独運転を検出できるので制御の構成を簡略化できる。
【００２７】
（実施例３）
図４は、実施例１の２次電池４ａを用いた電力貯蔵用変換器１ａに、無効電力補償装置（ＳＶＣ）を適用した場合の実施例である。無効電力補償装置の電力変換器１ｆの直流部分にはコンデンサ２７が設置されており、該無効電力補償装置は制御装置１８ｆからの指令により無効電力を系統とやりとりする。
【００２８】
本実施例では、ＳＶＣの単独運転を防止することが可能になる。
【００２９】
また、無効電力補償装置の他に図５に示すような、太陽光発電装置も適用できる。太陽光発電装置の、電力変換器１ｃの直流部分には太陽電池パネル２４が設置されており、制御装置１８ｃからの指令により電力を系統へ放出する。
【００３０】
また、無効電力補償装置の他に図６に示すような、超伝導電力貯蔵装置も適用できる。超電導電力貯蔵装置の電力変換器１ｄの直流部分には超伝導コイル２５が設置されており、制御装置１８ｄからの指令により電力を系統から吸収あるいは放出する。
【００３１】
また、無効電力補償装置の他に図７に示すような、風力発電装置も適用できる。風力発電装置の出力は、電力変換器１ｅにより一旦直流に変換され、電力変換器１ｇにより系統へ電力を供給する。
【００３２】
ここでは主に実施例２の制御装置及び方法に適用した場合について説明したが、他の実施例で説明した制御装置及び方法を用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
変換器の出力電圧にｎ次の高調波電圧成分を重畳させ、システムが出力しているｎ次の電流成分の大きさを検出しているため、単独運転状態になった際の系統インピーダンスの変化をｎ次電流から検出して、単独運転を検出しシステムを停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による、電力変換器の制御装置。
【図２】図１の構成を説明する図。
【図３】本発明の他の実施例を説明する図。
【図４】本発明の他の実施例を説明する図。
【図５】本発明の他の実施例を説明する図。
【図６】本発明の他の実施例を説明する図。
【図７】本発明の他の実施例を説明する図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ…電力変換器、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉ，２ｊ，２ｋ，２ｌ…電流検出器、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ…連系用トランス、４ａ，４ｂ…２次電池、
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ…電圧検出器、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ…電力検出器、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ…位相検出器、
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ…無効電力調整器、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ…有効電力調整器、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ…電流調整器、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ…ＰＷＭ演算器、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ…フィードフォワード電圧演算器、１３…ｎ次電圧指令発振器、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ…ｎ次電流検出器、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，１５ｊ，１５ｋ，１５ｌ，１５ｍ，１５ｎ，１５ｏ，１５ｐ，１５ｑ，１５ｒ，１５ｓ，１５ｔ，１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ…加算器、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ…座標変換器、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ…電力変換器制御装置、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆ…遮断器、２０ａ…基本波演算器、２１ａ…ｎ次成分演算器、２２ａ…振幅演算器、２３ａ…レベル判定器、２４…太陽電池、２５…超伝導コイル、
２６…風力発電機、２７…コンデンサ、２８…３相２相変換器、２９…直流電圧調節器、Ｉａｃ…連系点電流検出値、Ｖａｃ…連系点電圧検出値、Ｉｃｎｖ  …変換器電流検出値、Ｐｒｅｆ…有効電力指令値、Ｑｒｅｆ  …無効電力指令値、Ｐ…有効電力、
Ｑ…無効電力、Ｉｄ＊…有効分電流指令値、Ｉｑ＊…無効分電流指令値、Ｉｄ…有効分電流検出値、Ｉｑ  …無効分電流検出値、Ｖｃｏｓ，Ｖｓｉｎ…位相信号、Ｖｄ＊…有効分電流指令値、Ｖｑ＊…無効分電流指令値、Ｖｕｏ＊，Ｖｖｏ＊，Ｖｗｏ＊  …電圧指令値、
Ｖｕｆ，Ｖｖｆ，Ｖｗｆ…フィードフォワード電圧指令値、Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎ…ｎ次電圧指令値、Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊，Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１…変換器出力電圧指令値、
ＧＰ…ゲートパルス、Ｖｄｃ…直流電圧検出値、Ｖｄｃｒｅｆ…直流電圧指令値、Ｓａ…遮断器動作信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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