JPH0624895Y2 - 系統連系装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、例えばアクティブフィルタ，無効電力補償
装置，太陽電池発電装置，燃料電池発電装置等のよう
に、電圧型インバータ回路を有し電力系統と連系した状
態で用いる系統連系装置に関するものである。特に、商
用の電力系統と連系して有効電力および無効電力，高調
波電圧・電流等の授受を行う電圧型インバータ回路にお
ける有効電力および無効電力の制御にかかる。

〔従来の技術〕

第２図は従来の系統連系装置の構成を示す回路図であ
る。この第２図の系統連系装置は、電力系統１に対して
連系用誘導装置である例えば連系リアクトル（連系トラ
ンスも含む）２を介して電圧型インバータ回路３の交流
側端子を接続し、電圧型インバータ回路３の直流側端子
に例えば直流コンデンサ（発電装置の場合は、電池）４
を接続している。この場合、電力系統１の電圧はｓで
あり、連系リアクトル２のインピーダンスはｊＸｓであ
り、電圧型インバータ回路３の交流側端子の電圧は_１
で、電圧型インバータ回路３から連系リアクトル２を通
して電力系統１へ流入する電流は_１である。

そして、この系統連系装置は、電力系統１と電圧型イン
バータ回路３との間で連系リアクトル２を介して有効電
力Ｐおよび無効電力Ｑの授受を行う。

この場合、電圧型インバータ回路３から電力系統１へ送
り込まれる有効電力Ｐおよび無効電力Ｑは次のように導
かれる。

電圧型インバータ回路３の交流側端子の電圧_１が例え
ば、_１ ＝ｋｓ(cosφ+jsinφ)……(1) で表されるとする。ただし、ｋは振幅（≒1)で、φは電
圧ｓと電圧_１の位相差（１０度以下）である。

この場合に、電圧型インバータ回路３から電力系統１に
流れる電流_１は、次式で表される。

今、位相差φは小さく、sinφ≒φ、cosφ≒１とする
と、 となる。したがって、電圧型インバータ回路３から電力
系統１に送り込まれる有効電力Ｐおよび無効電力Ｑは、
それぞれ となる。

そして、上記有効電力Ｐおよび無効電力Ｑを制御するに
は、位相差φが小さく、cosφの変化が少ないので、有
効電力Ｐは位相差φを変えることにより制御でき、無効
電力Ｑは振幅ｋを変えることにより制御できる。

第３図は、位相差φおよび振幅ｋを変えることによって
電圧型インバータ回路３から電力系統１へ送り込む有効
電力Ｐおよび無効電力Ｑを調整するための電圧型インバ
ータ回路３の制御回路のうち、電圧型インバータ回路３
からの交流側端子に出力させる_１を決めるリファレン
ス信号を作成するリファレンス信号作成回路１２を示し
ている。

このリファレンス信号作成回路１２は、第３図に示すよ
うに、例えば計器用変圧器の二次出力として得られる系
統電圧検出信号Ｖｓ′を位相同期回路（ＰＬＬ回路）５
に加えることにより、系統電圧検出信号Ｖｓ′の位相θ
_ｓを検出する。

一方、有効電力制御系６では、例えばアクティブフィル
タ、無効電力補償装置等においては、直流コンデンサ４
の両端電圧を検出し、この検出電圧に応じた位相φ′を
出力する。そして、加算器７では、位相同期回路５から
出力される位相θ_ｓと有効電力制御系６から出力される
位相差φとを加算する。

ＲＯＭ８は、正弦波の波形データを一定位相毎に記憶し
てあり、クロック信号に従って正弦波の波形データ（振
幅は１ｐｕ）を順次読み出すようになっており、読み出
す正弦波の波形データの位相が加算器７の出力によって
決まる。デジタル・アナログ変換器９は、ＲＯＭ８から
出力される波形データをアナログ信号に変換するので、
デジタル・アナログ変換器９からは、系統電圧検出信号
Ｖｓ′と同一周波数でかつ系統電圧検出信号Ｖｓ′に対
して位相差φを有する振幅が１ｐｕの正弦波信号が出力
されることになる。

無効電力制御系１０では、例えば無効電力補償装置にお
いては、電力系統１から負荷（図示せず）に供給される
無効電力を検出し、検出した負荷の無効電力に応じた振
幅ｋの値を出力する。そして、乗算器１１では、デジタ
ル・アナログ変換器９から出力される振幅が１ｐｕの正
弦波信号に対して値ｋを乗じることになり、乗算器１１
の出力がリファレンス信号V_R1となる。

そして、このリファレンス信号V_R1がパルス幅変調回路
（図示せず）において方形波信号に変換され、得られた
方形波信号に従って電圧型インバータ回路３の各スイッ
チング素子がオンオフ制御されることになり、有効電力
Ｐおよび無効電力Ｑが電圧型インバータ回路３から電力
系統１へ送り込まれることになる。

この結果、この系統連系装置においては、例えば、直流
コンデンサ４の電圧が一定になるように有効電力Ｐが制
御されるとともに、負荷が消費する無効電力をキャンセ
ルするように無効電力Ｑが制御されることになる。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところが、この系統連系装置では、電圧型インバータ回
路３を制御する制御回路のうち、電圧型インバータ回路
３からの交流側端子に出力させる電圧_１を決めるリフ
ァレンス信号V_R1を作成するリファレンス信号作成回路
１２がアナログ回路とデジタル回路の混成回路からな
り、構成が複雑で高価になるという問題があった。

また、このリファレンス信号作成回路１２は、例えば計
器用変圧器の二次出力として得られる系統電圧検出信号
Ｖｓ′をシリーズに処理してリファレンス信号V_R1を作
成する構成であったので、どこか１箇所でも異常になる
と、リファレンス信号V_R1が異常値になってしまう。例
えば、リファレンス信号V_R1が０になると、電圧型イン
バータ回路３の交流側端子の電圧_１が０になってしま
う。この電圧型インバータ回路３の電圧_１が０の状態
は、電力系統１の短絡と等価な状態であり、電力系統１
から連系リアクトル２および電圧型インバータ回路３を
通して過大な短絡電流が流れることになる。すなわち、
リファレンス信号V_R1を作成する回路の故障が電力系統
１の大事故につながり、系統連系装置としての信頼性は
低いものであった。

したがって、この考案の目的は、電圧型インバータ回路
の交流側端子の電圧を決めるリファレンス信号を作成す
るリファレンス信号作成回路の構成を簡略化して低コス
ト化を図ることができるとともに、信頼性を高めること
ができる系統連系装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この考案の系統連系装置は、電力系統に対して連系用誘
導装置を介して電圧型インバータ回路を接続し、電圧型
インバータ回路から電力系統へ有効電力および無効電力
の少なくとも一方を送るようにしている。そして、この
ためにリファレンス信号作成回路でリファレンス信号を
作成し、このリファレンス信号で電圧型インバータ回路
の交流側端子の電圧を決めるようにしている。

この場合、上記リファレンス信号作成回路は、系統電圧
検出信号に対して、系統電圧検出信号に無効電力制御系
の出力信号を乗じた無効電力制御信号および系統電圧検
出信号をπ／２移相した信号に有効電力制御系の出力信
号を乗じた有効電力制御信号の少なくとも一方を加算し
てリファレンス信号とする回路で構成している。

〔作用〕

この考案の構成によれば、リファレンス信号作成回路
は、系統電圧検出信号に対して、系統電圧検出信号に無
効電力制御系の出力信号を乗じた無効電力制御信号およ
び系統電圧検出信号をπ／２移相した信号に有効電力制
御系の出力信号を乗じた有効電力制御信号の少なくとも
一方を加算してリファレンス信号とするので、アナログ
処理だけでリファレンス信号を作成することができる。

また、何らかの異常によって無効電力制御信号および有
効電力制御信号の少なくとも一方が零になっても、リフ
ァレンス信号としては系統電圧検出信号が少なくとも出
力され、電圧型インバータ回路の交流側端子の電圧を少
なくとも電力系統の系統電圧と同じ電圧には保持するこ
とができる。

〔実施例〕

この考案の一実施例を第１図に基づいて説明する。この
系統連系装置は、電力系統１と連系リアクトル２と電圧
型インバータ回路３と直流コンデンサ４との接続関係
は、第２図に示した従来例と同じである。従来例とは、
電圧型インバータ回路３を制御する制御回路のうちのリ
ファレンス信号作成回路が相違する。リファレンス信号
作成後の処理は、従来例と同じである。

第１図はこの考案の一実施例におけるリファレンス信号
作成回路２７の構成を示すブロツク図である。この第１
図のリファレンス信号作成回路２７は、第１図に示すよ
うに、電圧型インバータ回路３から電力系統１へ送り込
むべき無効電力Ｑに対応する係数ｋ_１を発生する無効電
力制御系２１と電圧型インバータ回路３から電力系統１
へ送り込むべき有効電力Ｐに対応する係数ｋ_２を発生す
る有効電力制御系２２と、例えば計器用変圧器の二次出
力として得られる系統電圧検出信号Ｖｓ′にｋ_１を乗じ
る乗算器２４と、系統電圧検出信号Ｖｓ′の位相をπ／
２移相するπ／２移相回路２３と、π／２移相回路２３
の出力に係数ｋ_２を乗じる乗算器２５と、系統電圧検出
信号Ｖｓ′と乗算器２４，２５からそれぞれ出力される
無効電力検出信号Ｖ_Ｑおよび有効電力検出信号Ｖ_Ｐとを
加算してリファレンス信号V_R2とする乗算器２６とで構
成している。

この場合、無効電力制御系２１では、例えば無効電力補
償装置においては、電力系統１から負荷（図示せず）に
供給される無効電力を検出し、検出した負荷の無効電力
に応じた係数ｋ_１の値を出力する。また、高調波補償の
みを行うアクティブフィルタの場合では、一般的に電圧
型インバータ回路３から電力系統１へは無効電力Ｑは送
り込まないので、電圧型インバータ回路３から電力系統
１へ送り込まれる無効電力Ｑを零にするために、有効電
力制御系２２は電圧型インバータ回路３自身の無効電力
Ｑを検出し、それに応じた係数ｋ_１の値を出力すること
になる。

また、有効電力制御系２２では、例えばアクティブフィ
ルタ、無効電力補償装置等においては、直流コンデンサ
４の両端電圧を検出し、この検出電圧に応じた係数ｋ_２
を出力する。なお、発電装置の場合は、電池の電圧を検
出し、その電圧値に応じた係数ｋ_２の値を出力する。

そして、上記リファレンス信号V_R2が従来例と同様に、
パルス幅変調回路（図示せず）において方形波信号に変
換され、得られた方形波信号に従って電圧型インバータ
回路３の各スイッチング素子がオンオフ制御されること
になり、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑが電圧型インバー
タ回路３から電力系統１へ送られることになる。

この結果、この系統連系装置においては、例えば無効電
力補償装置の場合、直流コンデンサ４の電圧が一定にな
るように有効電力Ｐが制御されるとともに、負荷が消費
する無効電力をキャンセルするように無効電力Ｑが制御
されることになる。

なお、係数ｋ_１，ｋ_２は、以下の式に基づいて決定され
る。

第(1)式は、φ≒０であることから、_１ ＝ｋｓ（１＋ｊφ）……(6) と近似できる。今、振幅ｋは ｋ＝１＋ｋ′……(7) と表すことができる。ただし、ｋ′≒０である。

第(7)式を第(6)式に代入すると、_１ ＝（１＋ｋ′）・ｓ（１＋ｊφ） ＝ｓ＋ｋ′ｓ＋ｊｋφｓ……(8) となる。

第(8)式の第１項が第１図のリファレンス信号作成回路
２７において、系統電圧検出信号Ｖｓ′が直接加算器２
６に入力される経路に対応し、第(8)式の第２項が系統
電圧検出信号Ｖｓ′が乗算器２４を通して加算器２６に
入力される無効電力制御用の経路に対応し、第(8)式の
第３項が系統電圧検出信号Ｖｓ′がπ／２移相回路２３
および乗算器２５を通して加算器２６に入力される有効
電力制御用の経路に対応する。そして、第(8)式の係数
ｋ′が係数k₁に対応し、第(8)式のｋφが係数k₂に対応
する。

なお、上記のようになるのは、電力系統１と電圧型イン
バータ回路３とを連系リアクトル２を介して接続したと
きに、連系リアクトル２の両端間に差電圧_１ーｓが
印加されるが、この差電圧_１ーｓに対して連系リア
クトル２を流れる電流_１がπ／２だけ遅相になるから
である。

この実施例の系統連系装置では、リファレンス信号作成
回路２７は、乗算器２４にて系統電圧検出信号Ｖｓ′に
無効電力制御系２１から出力される係数ｋ_１を乗じ、系
統電圧検出信号Ｖｓ′をπ／２移相回路２３でπ／２だ
け移相した信号を乗算器２５にて有効電力制御系２２か
ら出力される係数ｋ_２を乗じ、加算器２６で系統電圧検
出信号Ｖｓ′と乗算器２４から出力される無効電力制御
信号と乗算器２５から出力される有効電力制御信号とを
加算し、この加算器２６の出力信号をリファレンス信号
とするので、従来例のようなＲＯＭ等のデジタル回路は
使用せず、アナログ処理だけでリファレンス信号を作成
することができ、演算増幅器を少数使用するだけでリフ
ァレンス信号作成回路２７を構成することができ、回路
構成が簡略化され、低コスト化を達成することができ
る。

また、何らかの異常、例えば無効電力制御系２１，有効
電力制御系２２等の異常によって、乗算器２４から出力
される無効電力制御信号および乗算器２５から出力され
る有効電力制御信号の少なくとも一方が零になっても、
リファレンス信号V_R2としては系統電圧検出信号Ｖｓ′
が少なくとも出力され、電圧型インバータ回路３の交流
側端子の電圧_１を少なくとも電力系統２の系統電圧
ｓと同じ電圧には保持することができ、短絡等の電力系
統１の大事故につながることはない。しかも、この系統
電圧検出信号Ｖｓ′を直接加算器２６に入力する経路
は、単なる線路で形勢されるのみであり、この経路の異
常はほとんどなく、系統連系装置としての信頼性を高め
ることができる。

なお、上記実施例では、電圧型インバータ回路３から電
力系統１へ送り込む有効電力Ｐおよび無効電力Ｑの両方
を制御する構成であって、リファレンス信号作成回路２
７も、系統電圧検出信号Ｖｓ′に無効電力制御信号およ
び有効電力制御信号の両方を加算するようにしていた
が、無効電力の制御が不要であれば、無効電力制御系２
１および乗算器２４は不要である。また、有効電力の制
御が不要であれば、π／２移相回路２３，有効電力制御
系２２および乗算器２５は不要である。

〔考案の効果〕

この考案の系統連系装置によれば、電力系統と連系する
電圧型インバータ回路の交流側端子の電圧を決めるリフ
ァレンス電圧を作成するリファレンス電圧作成回路を、
系統電圧検出信号に対して、系統電圧検出信号に無効電
力制御系の出力信号を乗じた無効電力制御信号および系
統電圧検出信号をπ／２移相した信号に有効電力制御系
の出力信号を乗じた有効電力制御信号の少なくとも一方
を加算してリファレンス信号とする構成にしているの
で、アナログ処理だけでリファレンス信号を作成するこ
とができ、回路構成が簡略化され、低コスト化を達成す
ることができる。

また、何らかの異常によって無効電力制御信号および有
効電力制御信号の少なくとも一方が零になっても、リフ
ァレンス信号としては系統電圧検出信号が少なくとも出
力され、電圧型インバータ回路の交流側端子の電圧を少
なくとも電力系統の系統電圧と同じ電圧には保持するこ
とができ、短絡等の電力系統の大事故につながることは
ない。したがって、系統連系装置としての信頼性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの考案の一実施例の系統連系装置におけるリ
ファレンス信号作成回路の構成を示すブロツク図、第２
図は従来の系統連系装置の全体構成を示すブロツク図、
第３図は系統連系装置中のリファレンス信号作成回路の
従来例の構成を示すブロツク図である。 １…電力系統、２…連系リアクトル、３…電圧型インバ
ータ回路、２１…無効電力制御系、２２…有効電力制御
系、２３…π／２移相回路、２４，２５…乗算器、２６
…加算器、２７…リファレンス信号作成回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電力系統に対して連系用誘導装置を介して
   接続した電圧型インバータ回路と、この電圧型インバー
   タ回路の交流側端子の電圧を決めるリファレンス信号を
   作成するリファレンス信号作成回路とを備え、 前記リファレンス信号作成回路を、系統電圧検出信号に
   対して、前記系統電圧検出信号に無効電力制御系の出力
   信号を乗じた無効電力制御信号および前記系統電圧検出
   信号をπ／２移相した信号に有効電力制御系の出力信号
   を乗じた有効電力制御信号の少なくとも一方を加算して
   リファレンス信号とする回路で構成した系統連系装置。