JP7599083B2 - Power supply system and method for controlling the power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、電源システム及び電源システムの制御方法に関するものである。 The present invention relates to a power supply system and a method for controlling a power supply system.
従来の電源システムでは、電力系統の異常が発生した場合、電力系統から負荷に給電するための電力線に設けられた遮断器を開放することによって、電力系統から負荷への給電を遮断している。そして、電力系統から負荷への遮断の完了後に、負荷側に接続された分散型電源が負荷へと給電することによって、負荷の電圧を補償している。 In conventional power supply systems, when an abnormality occurs in the power system, the power supply from the power system to the load is cut off by opening a circuit breaker installed on the power line that supplies power from the power system to the load. After the power system has been cut off from the load, the distributed power source connected to the load side supplies power to the load, thereby compensating for the load voltage.
この種の電源システムでは、遮断器の開放を補助するために、例えば、特許文献１に示すように、遮断器と並列に接続された転流回路をさらに備える電源システムが提案されている。この電源システムでは、電力系統の異常を検出した場合、遮断器を開放すると同時に転流回路を投入し、転流回路は、遮断器を流れる事故電流に高調波電流を重畳し、事故電流の電流ゼロ点を形成している。その結果、電流ゼロ点が強制的に形成されるので、遮断器は短時間で開放され、電力系統から負荷が遮断される。その後、分散型電源が負荷へと給電し、負荷の電圧を補償する。 In this type of power supply system, as shown in Patent Document 1, for example, a power supply system has been proposed that further includes a commutation circuit connected in parallel with the circuit breaker to assist in opening the circuit breaker. In this power supply system, when an abnormality in the power system is detected, the circuit breaker is opened and the commutation circuit is turned on at the same time, and the commutation circuit superimposes a harmonic current on the fault current flowing through the circuit breaker, forming a zero current point for the fault current. As a result, the zero current point is forcibly formed, so the circuit breaker is opened in a short time and the load is disconnected from the power system. The distributed power source then supplies power to the load, compensating for the load voltage.
ここで、上記の電源システムでは、遮断器の開放を補助する場合に転流回路を用いている一方、遮断器の開放後に負荷の電圧を補償する場合に分散型電源を用いている。すなわち、この種の電源システムでは、遮断器の開放を補助する装置と、遮断器の開放後に負荷の電圧を補償する装置とが異なるので、電源システムの構成が複雑になってしまう。 The above power supply system uses a commutation circuit to assist in opening the circuit breaker, while a distributed power supply is used to compensate for the load voltage after the circuit breaker is opened. In other words, in this type of power supply system, the device that assists in opening the circuit breaker is different from the device that compensates for the load voltage after the circuit breaker is opened, making the power supply system configuration complex.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、遮断器の開放を補助する装置と、遮断器の開放後に負荷の電圧を補償する装置とを共通にして、電源システムの構成を簡単にすることを主たる課題とするものである。 The present invention was made in consideration of the above problems, and its main objective is to simplify the configuration of the power supply system by combining a device that assists in opening the circuit breaker with a device that compensates for the load voltage after the circuit breaker is opened.
すなわち本発明に係る電源システムは、電力系統から負荷に給電するための電力線に設けられ、前記電力線を開閉する機械式スイッチと、前記機械式スイッチを制御するスイッチ制御部と、前記電力線に接続され、蓄電部の直流電力を交流電力に変換して前記電力線に給電する電力変換器と、前記電力変換器を制御する電力変換器制御部と、前記電力系統の異常を検出した場合に、前記機械式スイッチの開放指令を前記スイッチ制御部に出力する異常検出部とを備え、前記電力変換器制御部は、前記開放指令の出力に伴って、前記機械式スイッチに流れる電流を０とするように前記電力変換器をフィードバック制御する電流遮断制御を行い、前記電流遮断制御の後に、前記負荷の電圧を補償するように前記電力変換器を制御する電圧補償制御を行うものである。 That is, the power supply system according to the present invention is provided on a power line for supplying power from a power system to a load, and includes a mechanical switch for opening and closing the power line, a switch control unit for controlling the mechanical switch, a power converter connected to the power line and converting DC power from a power storage unit into AC power to supply the power line, a power converter control unit for controlling the power converter, and an abnormality detection unit for outputting an opening command for the mechanical switch to the switch control unit when an abnormality in the power system is detected. In response to the output of the opening command, the power converter control unit performs current cutoff control for feedback controlling the power converter so as to set the current flowing through the mechanical switch to zero, and after the current cutoff control, performs voltage compensation control for controlling the power converter to compensate for the voltage of the load.
このような電源システムであれば、電流遮断制御では、電力変換器制御部によって制御された電力変換器が、機械式スイッチに流れる電流を０とするように電力線への給電を行う。また、電圧補償制御では、電力変換器制御部によって制御された電力変換器が、負荷の電圧を補償するように電力線への給電を行う。すなわち、機械式スイッチの開放を補助するための給電を行う装置、及び、負荷の電圧を補償するための給電を行う装置とが、電力変換器によって共通になるので、電源システムの構成を簡単にすることができる。
また、電力変換器制御部は、機械式スイッチに流れる電流を０とするように電力変換器をフィードバック制御するので、機械式スイッチに流れる電流の電流ゼロ点が強制的に形成される。したがって、機械式スイッチをより速く開放することができるので、電力系統から負荷をより速く遮断することができる。
In such a power supply system, in current interruption control, the power converter controlled by the power converter control unit supplies power to the power line so as to make the current flowing through the mechanical switch zero. In addition, in voltage compensation control, the power converter controlled by the power converter control unit supplies power to the power line so as to compensate for the voltage of the load. In other words, the power converter serves as a common device for supplying power to assist in opening the mechanical switch and a device for supplying power to compensate for the voltage of the load, thereby simplifying the configuration of the power supply system.
In addition, since the power converter control unit performs feedback control of the power converter so as to make the current flowing through the mechanical switch zero, the current zero point of the current flowing through the mechanical switch is forcibly formed, and therefore the mechanical switch can be opened more quickly, and the load can be disconnected from the power grid more quickly.
前記電力変換器制御部は、前記機械式スイッチに流れる電流を測定し、その測定値を前記電力変換器制御部に出力するスイッチ電流測定部をさらに備え、前記電力変換器制御部は、前記機械式スイッチに流れる電流を０とする指令値と前記測定値との偏差に基づいて前記電力変換器を比例制御することが好ましい。
この電力変換器制御部であれば、機械式スイッチに流れる電流を０にする指令値と測定値との偏差に応じて比例制御を行うので、機械式スイッチに流れる電流の電流ゼロ点を強制的に形成することができ、機械式スイッチをより短時間で開放することができる。
It is preferable that the power converter control unit further includes a switch current measuring unit that measures the current flowing through the mechanical switch and outputs the measured value to the power converter control unit, and the power converter control unit proportionally controls the power converter based on the deviation between a command value for setting the current flowing through the mechanical switch to zero and the measured value.
This power converter control unit performs proportional control according to the deviation between a command value that reduces the current flowing through the mechanical switch to zero and the measured value, so that it is possible to forcibly form a zero current point for the current flowing through the mechanical switch and open the mechanical switch in a shorter time.
前記電力変換器制御部は、前記機械式スイッチに流れる電流を０とするように、前記電力変換器における電圧の目標値である電圧目標値を算出し、前記電圧目標値を所定の範囲内に制限するリミッタ部をさらに備えることが望ましい。
この電力変換器制御部であれば、リミッタ部が電圧目標値を所定の範囲内に制限するので、電力変換器から電力線へと給電する場合に、電力線に過大な電力を供給することを防ぐことができ、電力変換器の過電流を防止することができる。
It is desirable that the power converter control unit further includes a limiter unit that calculates a voltage target value, which is a target value of the voltage in the power converter, so as to set the current flowing through the mechanical switch to zero, and limits the voltage target value within a predetermined range.
With this power converter control unit, the limiter unit limits the voltage target value within a predetermined range, so that when supplying power from the power converter to a power line, it is possible to prevent excessive power from being supplied to the power line, and to prevent overcurrent in the power converter.
前記スイッチ制御部は、前記機械式スイッチの開放が完了した場合に、前記電力変換器制御部に対し、前記機械式スイッチの開放完了を示す開放完了信号を出力し、前記電力変換器制御部は、前記開放完了信号の出力を受けて、前記電流遮断制御から前記電圧補償制御に切り替えることが挙げられる。
このような構成であれば、開放完了信号の出力によって、電力系統から負荷が完全に遮断された状態となり、この状態において、電力変換器制御部は、電流遮断制御から電圧補償制御へと切り替えることとなる。そして、電力変換器制御部が電圧補償制御を行い、電力変換器が負荷へと給電をするので、負荷の電圧を確実に補償することができる。
When the opening of the mechanical switch is completed, the switch control unit outputs an opening completion signal indicating that the opening of the mechanical switch is completed to the power converter control unit, and the power converter control unit switches from the current interruption control to the voltage compensation control upon receiving the output of the opening completion signal.
In this configuration, the load is completely disconnected from the power grid by the output of the disconnection completion signal, and in this state, the power converter control unit switches from current interruption control to voltage compensation control. Then, the power converter control unit performs voltage compensation control and the power converter supplies power to the load, so that the voltage of the load can be reliably compensated.
前記電力変換器制御部は、前記開放指令が出力されてから所定の時間経過後に、前記電流遮断制御から前記電圧補償制御に切り替えることが挙げられる。
このような構成であれば、開放指令が出力されてから所定の時間経過後に電圧補償制御に切り替えるので、スイッチ制御部による開放完了信号に不具合が生じた場合であっても、確実に電圧補償制御を開始することができる。例えば、スイッチ制御部が故障して開放完了信号が出力されない場合、又は、開放完了信号が出力されて電力変換器制御部へ到達するまでに遅れが生じた場合でも、電力変換器制御部は、開放指令が出力されてから所定の時間経過後に、電流遮断制御から電圧補償制御に切り替えることができる。
The power converter control unit may switch from the current interruption control to the voltage compensation control after a predetermined time has elapsed since the opening command was output.
With this configuration, since the control is switched to the voltage compensation control after a predetermined time has elapsed since the opening command is output, the voltage compensation control can be reliably started even if a problem occurs in the opening completion signal from the switch control unit. For example, even if the switch control unit fails and the opening completion signal is not output, or if there is a delay between the opening completion signal being output and reaching the power converter control unit, the power converter control unit can switch from the current cutoff control to the voltage compensation control after a predetermined time has elapsed since the opening command was output.
また、本発明に係る電源システムの制御方法としては、電力系統の正常時に当該電力系統から負荷に給電し、前記電力系統の異常時に前記電力系統から前記負荷への給電を遮断するととともに、蓄電部から前記負荷に給電する電源システムの制御方法であって、前記電源システムは、前記電力系統から前記負荷に給電するための電力線に設けられ、前記電力線を開閉する機械式スイッチと、前記電力線に接続され、蓄電部の直流電力を交流電力に変換して前記電力線に給電する電力変換器とを備えるものであり、前記電力系統の異常を検出した場合に、前記機械式スイッチの開放指令を出力し、前記開放指令の出力に伴って、前記機械式スイッチに流れる電流を０とするように前記電力変換器をフィードバック制御する電流遮断制御を行い、前記電流遮断制御の後に、前記負荷の電圧を補償するように前記電力変換器を制御する電圧補償制御を行うことを特徴とする。 The control method of the power supply system according to the present invention is a control method of a power supply system that supplies power from the power system to a load when the power system is normal, cuts off the power supply from the power system to the load when the power system is abnormal, and supplies power from a power storage unit to the load, the power supply system being provided on a power line for supplying power from the power system to the load, and including a mechanical switch that opens and closes the power line, and a power converter that is connected to the power line and converts the DC power of the power storage unit to AC power and supplies the AC power to the power line, and is characterized in that when an abnormality in the power system is detected, an opening command for the mechanical switch is output, and in response to the output of the opening command, current interruption control is performed to feedback control the power converter so as to make the current flowing through the mechanical switch zero, and after the current interruption control, voltage compensation control is performed to control the power converter to compensate for the voltage of the load.
このように構成した本発明によれば、遮断器の開放を補助する装置と、遮断器の開放後に負荷の電圧を補償する装置とを共通にして、電源システムの構成を簡単にすることができる。 With this configuration, the present invention can simplify the power supply system configuration by using a common device to assist in opening the circuit breaker and to compensate for the load voltage after the circuit breaker is opened.
以下に、本発明に係る電源システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示すいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し、又は、誇張して模式的に描かれている場合がある。同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。 Below, an embodiment of the power supply system according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in any of the drawings shown below, some parts may be omitted or exaggerated and illustrated as schematics in order to make the drawings easier to understand. Identical components will be given the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted as appropriate.
＜１．装置構成＞
本実施形態における電源システム１００は、図１に示すように、電力系統１０と負荷２０との間に設けられ、三相回路を構成するものである。この電源システム１００は、電力系統１０の正常時に電力系統１０から負荷２０に給電し、電力系統１０の短絡事故等により生じる電力系統１０の異常時に電力系統１０から負荷２０への給電を遮断して、蓄電部７から負荷２０に給電する。なお、本実施形態における電源システム１００は、三相回路であるが、一相であってもよく、相の数は特に限定されない。
1. Device configuration
As shown in Fig. 1, the power supply system 100 in this embodiment is provided between a power system 10 and a load 20, and constitutes a three-phase circuit. This power supply system 100 supplies power from the power system 10 to the load 20 when the power system 10 is normal, and when an abnormality occurs in the power system 10 caused by a short circuit accident or the like in the power system 10, the power supply system 100 cuts off the power supply from the power system 10 to the load 20 and supplies power from the power storage unit 7 to the load 20. Note that although the power supply system 100 in this embodiment is a three-phase circuit, it may be a single-phase circuit, and the number of phases is not particularly limited.
具体的に電源システム１００は、電力系統１０から負荷２０への給電を開閉によって切り替える機械式スイッチ３と、電力系統１０に生じる電圧を測定する電圧測定部４と、機械式スイッチ３に流れる電流を測定するスイッチ電流測定部５と、電力系統１０の異常を検出する異常検出部６と、蓄電部７の直流電力を交流電力に変換して電力線Ｌ１に給電する電力変換器８と、機械式スイッチ３及び電力変換器８を制御する制御装置９とを備える。 Specifically, the power supply system 100 includes a mechanical switch 3 that switches the power supply from the power system 10 to the load 20 by opening and closing, a voltage measurement unit 4 that measures the voltage generated in the power system 10, a switch current measurement unit 5 that measures the current flowing through the mechanical switch 3, an abnormality detection unit 6 that detects abnormalities in the power system 10, a power converter 8 that converts the DC power of the power storage unit 7 into AC power and supplies it to the power line L1, and a control device 9 that controls the mechanical switch 3 and the power converter 8.
機械式スイッチ３は、電力系統１０から負荷２０に給電するための電力線Ｌ１に設けられ、機械的な動作で電力線Ｌ１の開閉を切り替えるものである。機械式スイッチ３は、端子間の接続及び切断を切り替えることによって、電力系統１０から負荷２０への給電の供給及び遮断を切り替える。機械式スイッチ３は、電力系統１０の異常が発生した場合に、電力系統１０から負荷２０への給電をより速く遮断するために、電力系統１０よりも負荷２０側に設けられることが好ましいが、これに限定されない。 The mechanical switch 3 is provided on the power line L1 for supplying power from the power system 10 to the load 20, and switches between opening and closing the power line L1 by mechanical operation. The mechanical switch 3 switches between supplying and cutting off the power supply from the power system 10 to the load 20 by switching between connection and disconnection between terminals. In order to more quickly cut off the power supply from the power system 10 to the load 20 in the event of an abnormality in the power system 10, the mechanical switch 3 is preferably provided on the load 20 side rather than the power system 10, but is not limited thereto.
電圧測定部４は、電力系統１０に生じる電圧を測定し、その測定された電圧を異常検出部６に出力するものである。具体的に電圧測定部４は、図１に示すように、系統変圧器４１を介して電力線Ｌ１に接続されており、電力系統１０の電圧をより速く測定することができるように、機械式スイッチ３よりも電力系統１０側の電圧を測定している。 The voltage measurement unit 4 measures the voltage generated in the power system 10 and outputs the measured voltage to the abnormality detection unit 6. Specifically, as shown in FIG. 1, the voltage measurement unit 4 is connected to the power line L1 via a system transformer 41, and measures the voltage on the power system 10 side rather than the mechanical switch 3 so that the voltage of the power system 10 can be measured more quickly.
スイッチ電流測定部５は、機械式スイッチ３に流れる電流を測定し、その測定値Ｉを制御装置９に出力するものである。具体的にスイッチ電流測定部５は、図１に示すように、電力線Ｌ１に設けられ、機械式スイッチ３よりも電力系統１０側の電流を測定している。より詳細には、スイッチ電流測定部５は、図１に示すように、電力変換器８と電力線Ｌ１との接続点の間に設けられ、機械式スイッチ３に直列、かつ、電力変換器８と並列に接続される。 The switch current measuring unit 5 measures the current flowing through the mechanical switch 3 and outputs the measured value I to the control device 9. Specifically, as shown in FIG. 1, the switch current measuring unit 5 is provided on the power line L1 and measures the current on the power system 10 side of the mechanical switch 3. More specifically, as shown in FIG. 1, the switch current measuring unit 5 is provided between the connection point between the power converter 8 and the power line L1, and is connected in series to the mechanical switch 3 and in parallel to the power converter 8.
異常検出部６は、電力系統１０の異常を検出した場合に、機械式スイッチ３を開放させる開放指令Ｃを出力するものである。本実施形態において、異常検出部６は、電圧測定部４が測定した電圧に基づいて、電力系統１０の異常を検出する。具体的に異常検出部６は、複数サイクルに亘って系統電圧が整定値未満となった場合に、電力系統１０の異常と判断する。なお、本実施形態の整定値は、瞬低又は停電を検出するための電圧値である。 The abnormality detection unit 6 outputs an opening command C to open the mechanical switch 3 when an abnormality in the power system 10 is detected. In this embodiment, the abnormality detection unit 6 detects an abnormality in the power system 10 based on the voltage measured by the voltage measurement unit 4. Specifically, the abnormality detection unit 6 determines that an abnormality has occurred in the power system 10 when the system voltage is below a set value over multiple cycles. Note that the set value in this embodiment is a voltage value for detecting a momentary sag or power outage.
蓄電部７は、例えば、二次電池（蓄電池）などの電力貯蔵装置（蓄電デバイス）である。この蓄電部７は、直流電力を貯蔵しており、電力系統１０の異常が検出された場合、蓄電部７に貯蔵された直流電力は、電力変換器８へと給電される。 The power storage unit 7 is, for example, a power storage device such as a secondary battery (storage battery). The power storage unit 7 stores DC power, and when an abnormality in the power grid 10 is detected, the DC power stored in the power storage unit 7 is supplied to the power converter 8.
電力変換器８は、注入トランスＴを介して電力線Ｌ１に接続されており、蓄電部７の直流電力を交流電力に変換して電力線Ｌ１に給電するものである。具体的に電力変換器８は、図１に示すように、電力線Ｌ１において、機械式スイッチ３と並列に接続されている。 The power converter 8 is connected to the power line L1 via the injection transformer T, and converts the DC power of the storage unit 7 into AC power and supplies it to the power line L1. Specifically, as shown in FIG. 1, the power converter 8 is connected in parallel with the mechanical switch 3 on the power line L1.
また、電力変換器８の具体的な構成は、蓄電部７からの直流電力を交流電力に変換するインバータ８１と、インバータ８１の出力側に直列に接続され、交流電流を安定化させる連系リアクトル８２と、連系リアクトル８２に接続され、電圧を安定化させるコンデンサ８３とである。なお、連系リアクトル８２及びコンデンサ８３は、蓄電部７の直流電力を整流するために、インバータ８１の入力側に接続されてもよい。 The specific configuration of the power converter 8 includes an inverter 81 that converts DC power from the power storage unit 7 into AC power, an interconnection reactor 82 that is connected in series to the output side of the inverter 81 and stabilizes the AC current, and a capacitor 83 that is connected to the interconnection reactor 82 and stabilizes the voltage. Note that the interconnection reactor 82 and the capacitor 83 may be connected to the input side of the inverter 81 to rectify the DC power of the power storage unit 7.
制御装置９は、電力系統１０の異常が発生した場合に、機械式スイッチ３及び電力変換器８を制御するものである。制御装置９は、機械式スイッチ３を制御するスイッチ制御部９１と、電力変換器８を制御する電力変換器制御部９２とを備える。 The control device 9 controls the mechanical switch 3 and the power converter 8 when an abnormality occurs in the power system 10. The control device 9 includes a switch control unit 91 that controls the mechanical switch 3, and a power converter control unit 92 that controls the power converter 8.
スイッチ制御部９１は、機械式スイッチ３のオンとオフとを切り替える制御を行うものである。本実施形態において、スイッチ制御部９１は、異常検出部６によって出力された開放指令Ｃを受けて、機械式スイッチ３を開放する制御を行う。機械式スイッチ３の開放が完了した場合、スイッチ制御部９１は、電力変換器制御部９２に対し、機械式スイッチ３の開放完了を示す開放完了信号Ｓを出力する。 The switch control unit 91 controls the switching of the mechanical switch 3 between on and off. In this embodiment, the switch control unit 91 receives an opening command C output by the abnormality detection unit 6 and controls the opening of the mechanical switch 3. When the opening of the mechanical switch 3 is completed, the switch control unit 91 outputs an opening completion signal S indicating the completion of the opening of the mechanical switch 3 to the power converter control unit 92.
そして、電力変換器制御部９２は、異常検出部６が出力した開放指令Ｃに伴って、機械式スイッチ３に流れる電流を０とするように電力変換器８をフィードバック制御する電流遮断制御を行い、電流遮断制御の後に、負荷２０の電圧を補償するように電力変換器８を制御する電圧補償制御を行うものである。具体的に電力変換器制御部９２は、図２に示すように、電流遮断制御を行う電流遮断制御部９２１と、電流遮断制御部９２１による制御を所定の範囲内に制限するリミッタ部９２２と、電圧補償制御を行う電圧補償制御部９２３と、電流遮断制御部９２１又は電圧補償制御部９２３による出力に基づいて、電力変換器８を制御する出力制御部９２４とを備える。 The power converter control unit 92 performs current cutoff control by feedback controlling the power converter 8 so as to set the current flowing through the mechanical switch 3 to zero in response to the opening command C output by the abnormality detection unit 6, and performs voltage compensation control by controlling the power converter 8 to compensate for the voltage of the load 20 after the current cutoff control. Specifically, as shown in FIG. 2, the power converter control unit 92 includes a current cutoff control unit 921 that performs current cutoff control, a limiter unit 922 that limits the control by the current cutoff control unit 921 to within a predetermined range, a voltage compensation control unit 923 that performs voltage compensation control, and an output control unit 924 that controls the power converter 8 based on the output by the current cutoff control unit 921 or the voltage compensation control unit 923.
電流遮断制御部９２１は、開放指令Ｃの出力に伴って、機械式スイッチ３に流れる電流を０とするように電力変換器８をフィードバック制御する電流遮断制御を行うものである。本実施形態において、電流遮断制御部９２１は、図２に示すように、スイッチ電流測定部５が出力した測定値Ｉと、機械式スイッチ３に流れる電流を０とする指令値Ｉｒｅｆとの偏差ΔＩに基づいて、比例ゲインＫｐを用いた比例制御を行い、電力変換器８における電圧の目標値である電圧目標値Ｖｏｕｔを算出する。なお、本実施形態において、比例ゲインＫｐは、（１）式を満足している。
Ｋｐ≧Ｖ２／Ｓ（Ｖ：定格電圧、Ｓ：電力変換器８の定格容量） （１）
The current cut-off control unit 921 performs current cut-off control by feedback controlling the power converter 8 so as to set the current flowing through the mechanical switch 3 to zero in response to the output of the opening command C. In this embodiment, as shown in Fig. 2, the current cut-off control unit 921 performs proportional control using a proportional gain Kp based on the deviation ΔI between the measurement value I output by the switch current measuring unit 5 and a command value Iref for setting the current flowing through the mechanical switch 3 to zero, and calculates a voltage target value Vout which is a target value for the voltage in the power converter 8. Note that in this embodiment, the proportional gain Kp satisfies equation (1).
Kp≧V 2 /S (V: rated voltage, S: rated capacity of the power converter 8) (1)
リミッタ部９２２は、電流遮断制御部９２１に備えられ、電圧目標値Ｖｏｕｔを、（２）式で表される最大電圧Ｖｍａｘの範囲内となるように制御するものである。リミッタ部９２２は、電圧目標値Ｖｏｕｔと最大電圧Ｖｍａｘとを比較し、電圧目標値Ｖｏｕｔが最大電圧Ｖｍａｘの範囲内の場合、リミッタ部９２２は、電圧目標値Ｖｏｕｔを出力制御部９２４に出力する。一方、電圧目標値Ｖｏｕｔが最大電圧Ｖｍａｘの範囲を超えている場合、リミッタ部９２２は、最大電圧Ｖｍａｘを出力制御部９２４に出力する。なお、インピーダンスＺは、図３に示すように、連系リアクトル８２、コンデンサ８３、及び、注入トランスＴによって構成される。
Ｖｍａｘ＝Ｉｍａｘ×Ｚ（Ｉｍａｘ：最大電流、Ｚ：インピーダンス） （２）
The limiter unit 922 is provided in the current interruption control unit 921, and controls the voltage target value Vout so that it is within the range of the maximum voltage Vmax expressed by equation (2). The limiter unit 922 compares the voltage target value Vout with the maximum voltage Vmax, and when the voltage target value Vout is within the range of the maximum voltage Vmax, the limiter unit 922 outputs the voltage target value Vout to the output control unit 924. On the other hand, when the voltage target value Vout exceeds the range of the maximum voltage Vmax, the limiter unit 922 outputs the maximum voltage Vmax to the output control unit 924. The impedance Z is constituted by the interconnection reactor 82, the capacitor 83, and the injection transformer T, as shown in FIG. 3.
Vmax = Imax × Z (Imax: maximum current, Z: impedance) (2)
電圧補償制御部９２３は、電流遮断制御によって低下した負荷２０の電圧を補償するように電力変換器８を制御するものである。具体的には、図２に示すように、電圧補償制御部９２３は、電圧測定部４が測定した電圧Ｖと電圧指令値Ｖｒｅｆとの偏差に基づいて、負荷２０の電圧を補償する電圧補償値を算出し、電力変換器８をフィードバック制御する。 The voltage compensation control unit 923 controls the power converter 8 to compensate for the voltage of the load 20 that has dropped due to the current interruption control. Specifically, as shown in FIG. 2, the voltage compensation control unit 923 calculates a voltage compensation value that compensates for the voltage of the load 20 based on the deviation between the voltage V measured by the voltage measurement unit 4 and the voltage command value Vref, and feedback controls the power converter 8.
出力制御部９２４は、電流遮断制御部９２１又は電圧補償制御部９２３による出力を受けて、電力変換器８に所定の電圧が生じるように制御するものである。具体的に出力制御部９２４は、電流遮断制御部９２１が算出した電圧目標値Ｖｏｕｔ又は最大電圧Ｖｍａｘに基づいて、電力変換器８を制御する。また、出力制御部９２４は、電圧補償制御部９２３が算出した電圧補償値に基づいて、電力変換器８を制御する。 The output control unit 924 receives the output from the current interruption control unit 921 or the voltage compensation control unit 923 and controls the power converter 8 so that a predetermined voltage is generated. Specifically, the output control unit 924 controls the power converter 8 based on the voltage target value Vout or the maximum voltage Vmax calculated by the current interruption control unit 921. The output control unit 924 also controls the power converter 8 based on the voltage compensation value calculated by the voltage compensation control unit 923.
さらに、出力制御部９２４は、開放完了信号Ｓを受けて、電流遮断制御から電圧補償制御へと切り替える切替信号を電流遮断制御部９２１及び電圧補償制御部９２３に出力する。一方、出力制御部９２４が開放完了信号Ｓを受けるよりも先に、開放指令Ｃの出力から所定の時間が経過した場合、出力制御部９２４は、切替信号を電流遮断制御部９２１及び電圧補償制御部９２３に出力する。なお、ここで言う所定の時間とは、例えば開放指令Ｃが出力されてから２ｍｓの時間を言うが、この値に限られない。 Furthermore, upon receiving the opening completion signal S, the output control unit 924 outputs a switching signal to switch from current cut-off control to voltage compensation control to the current cut-off control unit 921 and the voltage compensation control unit 923. On the other hand, if a predetermined time has elapsed since the output of the opening command C before the output control unit 924 receives the opening completion signal S, the output control unit 924 outputs a switching signal to the current cut-off control unit 921 and the voltage compensation control unit 923. Note that the predetermined time here refers to, for example, 2 ms after the opening command C is output, but is not limited to this value.
＜２．電源システムの制御動作＞
次に電源システム１００の制御動作について説明する。
2. Power supply system control operation
Next, the control operation of the power supply system 100 will be described.
（１）電力系統１０の正常時
電圧測定部４は、電力系統１０の電圧を常時測定しており、その測定した電圧を異常検出部６に入力している。異常検出部６は、電圧測定部４が測定した電圧と予め定められた整定値とを比較する。
(1) Normal state of power system 10 The voltage measurement unit 4 constantly measures the voltage of power system 10, and inputs the measured voltage to the abnormality detection unit 6. The abnormality detection unit 6 compares the voltage measured by the voltage measurement unit 4 with a predetermined setting value.
電力系統１０が正常の場合には、電圧測定部４が測定した電圧は整定値以上であり、機械式スイッチ３は閉じた状態となる。これにより、電力系統１０から負荷２０に交流電力が供給される。 When the power system 10 is normal, the voltage measured by the voltage measuring unit 4 is equal to or greater than the set value, and the mechanical switch 3 is closed. This causes AC power to be supplied from the power system 10 to the load 20.
（２）電力系統１０の異常時
電力系統１０が異常の場合には、電圧測定部４が測定した電圧は整定値未満となる。このとき、異常検出部６は、機械式スイッチ３を開放するように指令する開放指令Ｃを制御装置９に出力する。
(2) When an abnormality occurs in the power system 10 When an abnormality occurs in the power system 10, the voltage measured by the voltage measurement unit 4 is less than the set value. At this time, the abnormality detection unit 6 outputs an opening command C to the control device 9 to command the mechanical switch 3 to be opened.
開放指令Ｃに伴って、電力変換器制御部９２が、電力変換器８に対して電流遮断制御を行い、電力変換器８は、蓄電部７からの直流電力を交流電力に変換して、電力線Ｌ１に給電する。この交流電力は、機械式スイッチ３に流れる電流を０とするように給電されるので、機械式スイッチ３に流れる電流では、強制的に電流ゼロ点が形成される。電流ゼロ点が形成されると、スイッチ制御部９１は、図示しない駆動回路を介して、機械式スイッチ３を開放させる。 In response to the opening command C, the power converter control unit 92 performs current interruption control on the power converter 8, and the power converter 8 converts the DC power from the power storage unit 7 into AC power and supplies it to the power line L1. This AC power is supplied so that the current flowing through the mechanical switch 3 is zero, so that a zero current point is forcibly formed in the current flowing through the mechanical switch 3. When the zero current point is formed, the switch control unit 91 opens the mechanical switch 3 via a drive circuit (not shown).
機械式スイッチ３が開放されて、スイッチ制御部９１が開放完了信号Ｓを出力すると、出力制御部９２４は、電流遮断制御から電圧補償制御へと切り替える切替信号を電流遮断制御部９２１及び電圧補償制御部９２３に対し出力する。なお、開放完了信号Ｓが出力されるよりも前に、開放指令Ｃの出力から所定の時間が経過した場合、出力制御部９２４は、切替信号を強制的に出力する。 When the mechanical switch 3 is opened and the switch control unit 91 outputs an opening completion signal S, the output control unit 924 outputs a switching signal to switch from current cutoff control to voltage compensation control to the current cutoff control unit 921 and the voltage compensation control unit 923. Note that if a predetermined time has elapsed since the output of the opening command C before the opening completion signal S is output, the output control unit 924 forcibly outputs the switching signal.
出力制御部９２４からの切替信号を受けて、電流遮断制御部９２１は、電流遮断制御を終了する。一方、電圧補償制御部９２３は、電流遮断制御によって低下した負荷２０の電圧を補償するように電力変換器８を制御する。その結果、図４に示すように、負荷２０の電圧は、電流遮断制御から電圧補償制御へ切り替わった初期では低下しているが、電圧補償制御によって、低下分の電圧が電力変換器８から負荷２０へと給電される。そして、負荷２０の電圧が補償された後、電力系統１０の電圧が回復する。 Upon receiving the switching signal from the output control unit 924, the current interruption control unit 921 ends the current interruption control. Meanwhile, the voltage compensation control unit 923 controls the power converter 8 to compensate for the voltage of the load 20 that has dropped due to the current interruption control. As a result, as shown in FIG. 4, the voltage of the load 20 drops initially when switching from the current interruption control to the voltage compensation control, but the voltage compensation control causes the power converter 8 to supply the dropped voltage to the load 20. Then, after the voltage of the load 20 is compensated for, the voltage of the power system 10 recovers.
＜本実施形態の効果＞
本実施形態によれば、電力変換器制御部９２の制御によって、電力変換器８が機械式スイッチ３及び負荷２０への給電を行うので、機械式スイッチ３の開放を補助する装置と、機械式スイッチ３の開放後に負荷２０の電圧を補償する装置とを、電力変換器８によって共通にすることができる。
<Effects of this embodiment>
According to this embodiment, the power converter 8 supplies power to the mechanical switch 3 and the load 20 under the control of the power converter control unit 92, so that the power converter 8 can serve both as a device for assisting in the opening of the mechanical switch 3 and a device for compensating for the voltage of the load 20 after the mechanical switch 3 is opened.
また、電力変換器制御部９２は、電流遮断制御の際に、機械式スイッチ３に流れる電流を０とするように電力変換器８をフィードバック制御するので、機械式スイッチ３に流れる電流において、強制的に電流ゼロ点を形成することができる。その結果、機械式スイッチ３をより速く開放することができるので、電力系統１０から負荷２０への給電をより速く遮断することができる。 In addition, the power converter control unit 92 feedback controls the power converter 8 so that the current flowing through the mechanical switch 3 is set to zero during current interruption control, so that a current zero point can be forcibly formed in the current flowing through the mechanical switch 3. As a result, the mechanical switch 3 can be opened more quickly, and the power supply from the power system 10 to the load 20 can be interrupted more quickly.
＜その他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiment.
本実施形態における異常検出部６は、系統電圧の変化に基づいて電力系統１０の異常を検出するものであったが、異常の検出はこれに限られない。例えば、異常検出部６は、電力系統１０における電流又は周波数の変化に基づいて、電力系統１０の異常を検出するものであってもよい。これに伴い、異常検出部６の整定値は、電力系統１０の電圧値に限られず、電力系統１０における電流値又は周波数であってもよい。 In this embodiment, the abnormality detection unit 6 detects an abnormality in the power system 10 based on a change in the system voltage, but the detection of an abnormality is not limited to this. For example, the abnormality detection unit 6 may detect an abnormality in the power system 10 based on a change in the current or frequency in the power system 10. Accordingly, the set value of the abnormality detection unit 6 is not limited to the voltage value of the power system 10, but may be the current value or frequency in the power system 10.
本実施形態における出力制御部９２４は、開放完了信号Ｓの出力よりも先に開放指令Ｃが出力されてから所定の時間が経過した場合、強制的に電流遮断制御から電圧補償制御に切り替えるものであったが、開放指令Ｃの出力された時間を始点としなくともよい。例えば、電力系統１０の異常を検出した時間、電流遮断制御部９２１が制御を開始した時間、もしくは機械式スイッチ３に流れる電流の測定値Ｉが０になった時間のいずれかの時間を始点として、その始点とした時間から所定の時間経過後に、出力制御部９２４が、強制的に電流遮断制御から電圧補償制御に切り替えるものであってもよい。 In the present embodiment, the output control unit 924 forcibly switches from current cutoff control to voltage compensation control when a predetermined time has elapsed since the opening command C was output prior to the output of the opening completion signal S. However, the time when the opening command C was output does not have to be the starting point. For example, the output control unit 924 may forcibly switch from current cutoff control to voltage compensation control after a predetermined time has elapsed from the starting point, which may be the time when an abnormality in the power system 10 is detected, the time when the current cutoff control unit 921 starts control, or the time when the measured value I of the current flowing through the mechanical switch 3 becomes 0.
本実施形態において、電力系統１０から負荷２０への給電は、交流電力としていたが、電力系統１０から負荷２０への給電は、直流電力としてもよい。 In this embodiment, the power supply from the power system 10 to the load 20 is AC power, but the power supply from the power system 10 to the load 20 may be DC power.
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the invention.
１００・・・電源システム
１０ ・・・電力系統
２０ ・・・負荷
３ ・・・機械式スイッチ
４ ・・・電圧測定部
５ ・・・スイッチ電流測定部
６ ・・・異常検出部
７ ・・・蓄電部
８ ・・・電力変換器
９ ・・・制御装置
９１ ・・・スイッチ制御部
９２ ・・・電力変換器制御部
Ｌ１ ・・・電力線
Ｃ ・・・開放指令
Ｓ ・・・開放完了信号
REFERENCE SIGNS LIST 100: Power supply system 10: Power system 20: Load 3: Mechanical switch 4: Voltage measuring unit 5: Switch current measuring unit 6: Abnormality detecting unit 7: Power storage unit 8: Power converter 9: Control device 91: Switch control unit 92: Power converter control unit L1: Power line C: Open command S: Opening completion signal
Claims (5)
前記機械式スイッチを制御するスイッチ制御部と、
前記電力線に接続され、蓄電部の直流電力を交流電力に変換して前記電力線に給電する電力変換器と、
前記電力変換器を制御する電力変換器制御部と、
前記電力系統の異常を検出した場合に、前記機械式スイッチの開放指令を前記スイッチ制御部に出力する異常検出部と、
前記機械式スイッチに流れる電流を測定し、その測定値を前記電力変換器制御部に出力するスイッチ電流測定部とを備え、
前記電力変換器制御部は、前記開放指令の出力に伴って、前記機械式スイッチに流れる電流を０とするように前記電力変換器をフィードバック制御する電流遮断制御を行い、前記電流遮断制御の後に、前記負荷の電圧を補償するように前記電力変換器を制御する電圧補償制御を行い、
前記電流遮断制御において、前記機械式スイッチに流れる電流を０とする指令値と前記測定値との偏差に基づいて、比例ゲインを用いた比例制御を前記電力変換器に対して行う、電源システム。 a mechanical switch provided on a power line for supplying power from a power system to a load, the mechanical switch opening and closing the power line;
A switch control unit that controls the mechanical switch;
a power converter connected to the power line and configured to convert DC power from a power storage unit into AC power and supply the AC power to the power line;
a power converter control unit for controlling the power converter;
an abnormality detection unit that outputs an opening command for the mechanical switch to the switch control unit when an abnormality in the power system is detected ;
a switch current measuring unit that measures a current flowing through the mechanical switch and outputs the measured value to the power converter control unit ,
the power converter control unit performs current interruption control to feedback control the power converter so as to make a current flowing through the mechanical switch zero in response to the output of the opening command, and performs voltage compensation control to control the power converter so as to compensate for a voltage of the load after the current interruption control;
a power supply system in which, in the current interruption control, proportional control using a proportional gain is performed on the power converter based on a deviation between a command value for making the current flowing through the mechanical switch zero and the measured value .
前記電圧目標値を所定の範囲内に制限するリミッタ部をさらに備える、請求項１記載の電源システム。 the power converter control unit calculates a voltage target value that is a target value of a voltage in the power converter so as to set a current flowing through the mechanical switch to zero;
The power supply system according to claim 1 , further comprising a limiter section that limits the target voltage value within a predetermined range.
前記電力変換器制御部は、前記開放完了信号の出力を受けて、前記電流遮断制御から前記電圧補償制御に切り替える、請求項１又は２に記載の電源システム。 the switch control unit outputs, when the opening of the mechanical switch is completed, an opening completion signal indicating the completion of opening of the mechanical switch to the power converter control unit;
3 . The power supply system according to claim 1 , wherein the power converter control unit switches from the current cut-off control to the voltage compensation control upon receiving the output of the opening completion signal. 4 .
前記電源システムは、前記電力系統から前記負荷に給電するための電力線に設けられ、前記電力線を開閉する機械式スイッチと、
前記電力線に接続され、蓄電部の直流電力を交流電力に変換して前記電力線に給電する電力変換器と、
前記機械式スイッチに流れる電流を測定するスイッチ電流測定部とを備えるものであり、
前記電力系統の異常を検出した場合に、前記機械式スイッチの開放指令を出力し、
前記開放指令の出力に伴って、前記機械式スイッチに流れる電流を０とするように前記電力変換器をフィードバック制御する電流遮断制御を行い、前記電流遮断制御の後に、前記負荷の電圧を補償するように前記電力変換器を制御する電圧補償制御を行い、
前記電流遮断制御において、前記機械式スイッチに流れる電流を０とする指令値と前記スイッチ電流測定部により測定された測定値との偏差に基づいて、比例ゲインを用いた比例制御を前記電力変換器に対して行う、電源システムの制御方法。 A control method for a power supply system, which supplies power from a power system to a load when the power system is normal, and cuts off power supply from the power system to the load when an abnormality occurs in the power system, and supplies power from a power storage unit to the load, comprising:
The power supply system includes a mechanical switch that is provided on a power line for supplying power from the power grid to the load and that opens and closes the power line;
a power converter connected to the power line and configured to convert DC power from a power storage unit into AC power and supply the AC power to the power line ;
A switch current measuring unit that measures a current flowing through the mechanical switch ,
When an abnormality in the power system is detected, a command to open the mechanical switch is output.
performing a current interruption control for feedback controlling the power converter so as to make the current flowing through the mechanical switch zero in response to the output of the opening command, and performing a voltage compensation control for controlling the power converter so as to compensate for a voltage of the load after the current interruption control;
a control method for a power supply system, wherein, in the current interruption control, proportional control using a proportional gain is performed on the power converter based on a deviation between a command value for making the current flowing through the mechanical switch zero and a measured value measured by the switch current measuring unit .
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