JP5855790B2 - Power conversion system and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は電力変換システム及びその制御方法に係り、特に、複数の半導体スイッチング素子を備える電力変換器と電機機器を組み合わせ、半導体スイッチング素子の故障時においても運転を継続するための技術に好適な電力変換システム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a power conversion system and a control method therefor, and in particular, a power suitable for a technique for combining a power converter including a plurality of semiconductor switching elements and an electrical device and continuing operation even when the semiconductor switching element fails. The present invention relates to a conversion system and a control method thereof.
インバータやコンバータなどの電力変換器は、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やGTO(Gate Turn Off Thyristor)などの半導体スイッチング素子で構成されている。このような電力変換器は、それらの半導体スイッチング素子のオン・オフを制御することで交流・直流変換など電力を所望の形態に変換することができる。 Power converters such as inverters and converters are composed of semiconductor switching elements such as power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and GTO (Gate Turn Off Thyristor). Such a power converter can convert electric power into a desired form such as AC / DC conversion by controlling on / off of these semiconductor switching elements.
これにより、電力の形態を変換する様々な用途、例えば、電力系統における交流送電網の50Hz/60Hz周波数変換所や交流送電網と直流送電網とを接続させる交直変換所、或いは自然条件により変動する発電電力を電力系統周波数に整合させて送電する風力発電システムや太陽光発電システムなどに使用される。 Thereby, it varies depending on various uses for converting the form of power, for example, a 50 Hz / 60 Hz frequency conversion station of an AC transmission network in an electric power system, an AC / DC conversion station that connects the AC transmission network and the DC transmission network, or natural conditions. It is used in wind power generation systems and solar power generation systems that transmit generated power by matching the power grid frequency.
電力系統システムに使用される電力変換器は、電力変換器の故障が停電の原因となるため、電力変換器を構成する部品の一部が故障した場合においても、電力変換運転を継続することが求められる。また、風力発電システムや太陽光発電システムでは、故障による発電停止は発電事業者の売電損益となるため、発電停止期間を最小化し設備稼働率を向上させることが重要である。洋上や山岳地などの保守のためのアクセスが困難な立地においては、電力変換器の故障時に発電システムが運転継続可能であることは特に重要である。 Power converters used in power system systems can continue power conversion operation even when some of the components that make up the power converter fail because a failure of the power converter causes a power failure. Desired. Moreover, in a wind power generation system or a solar power generation system, since a power generation stoppage due to a failure becomes a profit or loss of power sales of a power generation company, it is important to minimize the power generation stoppage period and improve the facility operation rate. In locations where access for maintenance is difficult, such as offshore and mountainous areas, it is particularly important that the power generation system can continue operation when the power converter fails.
電力変換器を構成する自己消孤型半導体スイッチング素子の故障を検知する方法として、例えば、特許文献1には、自己消弧型半導体スイッチング素子の主電極間の電圧印加を検出する検出信号と自己消弧型半導体スイッチング素子をオン・オフする駆動信号を比較することで、自己消弧型半導体スイッチング素子の短絡故障、開放故障または駆動回路異常を検出する手段が開示されている。
As a method for detecting a failure of a self-extinguishing semiconductor switching element constituting a power converter, for example,
また、電力変換器の故障時にも運転継続可能とする技術として、例えば、特許文献2には、単相の電力変換モジュールを多数直列接続することで構成された相モジュールを少なくとも2つ以上もつ電力変換器において、相モジュールを構成する単相の電力変換モジュールが故障した場合に、その他の健全な相モジュールの対応する単相の電力変換モジュールの出力する電圧を0であるように制御することで、電力変換を継続する技術が開示されている。
In addition, as a technique that enables operation to continue even when a power converter fails, for example,
更に、特許文献3には、自己消孤型半導体スイッチング素子とそれに逆並列接続された整流用ダイオード素子によって構成されるスイッチングモジュールに、電気的に並列に圧接型スイッチング素子を接続することで、自己消弧型半導体スイッチング素子が故障した時に、圧接型スイッチング素子が短絡状態となることで、電力変換を継続する技術が開示されている。
Further,
上述した特許文献1に記載の技術で自己消弧型半導体スイッチング素子の故障を検出し、特許文献2や特許文献3に記載の技術によって電力変換器の運転を継続するためには、相を構成するモジュールが多数直列に接続されることで電力変換器が構成されていることが前提となる。なぜなら、多数直列に接続されたモジュールのうち1個乃至2個等が故障した場合に、健全時に故障モジュールで分担していた電圧を故障していないモジュールで分担することが必要となるからである。
In order to detect the failure of the self-extinguishing semiconductor switching element with the technique described in
しかしながら、健全なモジュールが分担する電圧は、故障したモジュールが増えれば増加する。モジュールに使用される自己消弧型半導体スイッチング素子や還流用ダイオード素子には、それが耐え得る最大の電圧(耐圧)が規定されており、相を構成するモジュールの全数に対して故障しても運転継続ができるモジュール数には上限がある。この上限数を超えて故障が発生した場合には、健全なモジュールが耐圧不足により連鎖的に故障し、電力変換器が運転を継続することができない。 However, the voltage shared by a healthy module increases as the number of failed modules increases. The maximum voltage (withstand voltage) that can be withstood by the self-extinguishing semiconductor switching element and the free-wheeling diode element used in the module is specified, and even if a failure occurs with respect to the total number of modules constituting the phase There is an upper limit to the number of modules that can continue operation. When a failure occurs in excess of this upper limit, healthy modules fail in a chain due to insufficient pressure resistance, and the power converter cannot continue operation.
また、風力発電システムや太陽光発電システム等は、高圧(600V超7kV以下)下や低圧(600V以下)下での使用が多いため、健全状態での運転を考慮すると前記モジュールの多直列数は多くなく、モジュールの故障時に運転継続を実施するために特許文献1乃至3に記載の技術を適用することは、健全時に各モジュールで分担すべき電圧に対して必要以上に高耐圧の素子を多数直列に接続して構成することになり、導通損失の増加や部品点数の増加となる。
In addition, wind power generation systems and solar power generation systems are often used under high pressure (over 600V and below 7kV) and under low pressure (less than 600V). Applying the techniques described in
このように、少ない部品点数で低損失に電力変換器の故障時運転継続を実現するためには、故障時に各健全なモジュールに印加される電圧が、常にモジュールを構成する自己消弧型半導体スイッチング素子等の耐圧上限値以下とすることが必要である。 In this way, in order to realize continuous operation at the time of failure of the power converter with a low number of parts and low loss, the voltage applied to each healthy module at the time of failure is always self-extinguishing semiconductor switching that constitutes the module It is necessary to make it lower than the withstand voltage upper limit value of the element or the like.
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、電力変換器を構成する自己消弧型半導体スイッチング素子等のモジュールが故障した場合であっても、電力変換器に印加される電圧を低減できる電力変換システム及びその制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to be applied to a power converter even when a module such as a self-extinguishing semiconductor switching element constituting the power converter fails. An object of the present invention is to provide a power conversion system capable of reducing the generated voltage and a control method thereof.
本発明の電力変換システムは、上記目的を達成するために、自己消弧型半導体スイッチング素子及び該自己消弧型半導体スイッチング素子に逆並列接続される整流素子によって構成されるスイッチングモジュールと、該スイッチングモジュールの故障を検出する故障検出器と、該故障検出器で故障を検知した前記スイッチングモジユールを電気的に短絡させる短絡装置とから成る回路を複数直列に接続することで構成される電力変換器を有し、前記電力変換器の直流部電圧を検出する直流部電圧検出手段と、前記電力変換器の交流部電圧を低下させる交流部電圧低下手段と、前記故障検出器が前記スイッチングモジュールの故障を検知したら前記電力変換器の直流部電圧の電圧指令値を低下させることで直流電圧を健全時よりも低下させ、かつ、前記交流部電圧低下手段に動作信号を出力する制御装置とを備えていることを特徴とする。 Power conversion system of the present invention, in order to achieve the above object, a switching module constituted by rectifier elements connected in antiparallel self arc-suppressing semiconductor switching element and the self-extinguishing type semiconductors switching element, a fault detector for detecting a failure of the switching modules, power constituted by connecting a circuit including a short-circuit device for electrically shorting the switching modular Yule that has detected the failure in the fault detector to a plurality series A DC part voltage detecting means for detecting a DC part voltage of the power converter; an AC part voltage reducing means for reducing an AC part voltage of the power converter; and the failure detector comprising the converter. If a failure is detected, the voltage command value of the DC voltage of the power converter is lowered to lower the DC voltage than when it is healthy. , Characterized in that a control device for outputting an operation signal to the AC unit voltage drop means.
また、本発明の電力変換システムの制御方法は、上記目的を達成するために、自己消弧型半導体スイッチング素子及び該自己消弧型半導体スイッチング素子に逆並列接続される整流素子によって構成されるスイッチングモジユールと、該スイッチングモジュールの故障を検出する故障検出器と、該故障検出器で故障を検知した前記スイッチングモジユールを電気的に短絡させる短絡装置とから成る回路を複数直列に接続することで構成される電力変換器の直流部電圧を直流部電圧検出手段で検出すると共に、前記故障検出器が前記スイッチングモジユールの故障を検知した際に、制御装置で前記電力変換器の直流部電圧の電圧指令値を低下させることで直流電圧を健全時よりも低下させ、かつ、交流部電圧低下手段に動作信号を出力することを特徴とする。 The control method of the power conversion system of the present invention, in order to achieve the above object, is constituted by a rectifying element connected antiparallel to a self arc-suppressing semiconductor switching element and the self-extinguishing type semiconductors switching element A plurality of circuits comprising a switching module, a failure detector for detecting a failure of the switching module, and a short-circuit device for electrically short-circuiting the switching module that detects the failure by the failure detector. and detects a DC section voltage detection means DC unit voltage configured power converter by, when said fault detector detects a fault in the switching modular Yule, DC of the power converter in the control unit It is lower than during normal state DC voltage by reducing the voltage command value parts voltage, and to output an operation signal to the ac unit voltage drop means And features.
本発明によれば、電力変換器を構成する自己消弧型半導体スイッチング素子等のモジュールが故障した場合であっても、電力変換器に印加される電圧を低減でき、健全なモジュールに印加される電圧が耐圧以上となることで連鎖的に故障することがなくなり、運転継続を実現することができる。 According to the present invention, even when a module such as a self-extinguishing semiconductor switching element constituting a power converter fails, the voltage applied to the power converter can be reduced and applied to a healthy module. If the voltage exceeds the withstand voltage, there will be no chain failures and continuation of operation can be realized.
[図1]本発明の電力変換システムの実施例1を示し、交流部電圧低下手段として負荷時タップ切換変圧器を用いた例の概略構成図である。
[図2]図1の電力変換システムにおける制御装置に組み込まれている平滑コンデンサの電圧を所定の電圧に制御する仕方を説明するためのブロック図である。
[図3]本発明の電力変換システムの実施例2を示し、交流部電圧低下手段として負荷時タップ切換変圧器と永久磁石型回転機若しくは巻線型同期機を用いた例の概略構成図である。
[図4]本発明の電力変換システムの実施例2を示し、交流部電圧低下手段として負荷時タップ切換変圧器と巻線型2次励磁回転機を用いた例の概略構成図である。
[図5]図3に示した永久磁石型回転機若しくは巻線型同期機の場合の回転数と誘起電圧の関係を示す特性図である。
[図6]図4に示した巻線型2次励磁回転機の場合の回転数と誘起電圧の関係を示す特性図である。
[図7]本発明の電力変換システムの実施例3を示し、交流部電圧低下手段として第1の回転機と第2の回転機を用いた例の概略構成図である。
[図8]図7に示した第1及び第2の回転機が巻線型2次励磁回転機の場合の回転数と誘起電圧の関係を示す特性図である。
[図9]図7に示した第1の回転機が永久磁石型回転機若しくは巻線型同期機、第2の回転機が巻線型2次励磁回転機の場合の回転数と誘起電圧の関係を示す特性図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example in which an on-load tap switching transformer is used as an AC section voltage lowering unit according to a first embodiment of a power conversion system of the present invention.
2 is a block diagram for explaining how to control a voltage of a smoothing capacitor incorporated in a control device in the power conversion system of FIG. 1 to a predetermined voltage.
FIG. 3 shows a second embodiment of the power conversion system of the present invention, and is a schematic configuration diagram of an example in which a load-time tap switching transformer and a permanent magnet type rotating machine or a wound type synchronous machine are used as AC unit voltage lowering means . .
[Fig. 4] Fig. 4 is a schematic configuration diagram showing an
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotational speed and the induced voltage in the case of the permanent magnet type rotary machine or the winding type synchronous machine shown in FIG.
6 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotational speed and the induced voltage in the case of the wound secondary excitation rotating machine shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an example in which a first rotating machine and a second rotating machine are used as AC unit voltage lowering means according to a third embodiment of the power conversion system of the present invention.
8 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotational speed and the induced voltage when the first and second rotating machines shown in FIG. 7 are wound-type secondary excitation rotating machines.
FIG. 9 shows the relationship between the rotational speed and the induced voltage when the first rotating machine shown in FIG. 7 is a permanent magnet type rotating machine or a winding type synchronous machine, and the second rotating machine is a wound type secondary excitation rotating machine. FIG.
以下、図示した実施例に基づいて本発明の電力変換システム及びその制御方法を説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, based on the illustrated embodiment, a power conversion system and a control method thereof according to the present invention will be described. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1に、本発明の電力変換システムの実施例1を示す。該図に示す如く、電力変換器1は、自己消弧型半導体スイッチング素子2と、それに逆並列接続された整流素子であるダイオード素子3で構成される半導体スイッチングモジュール4と、この半導体スイッチングモジュール4の故障を検出する故障検出器6と、半導体スイッチングモジュール4に並列接続され、故障検出器6で故障を検出した半導体スイッチングモジュール4を電気的に短絡する短絡装置5とから成る回路を複数直列に接続することで相回路が構成されている。なお、短絡装置5は、短絡装置単独で動作しても良いし、故障検出器6の検出値によって動作するようにしても良い。
FIG. 1 shows a first embodiment of the power conversion system of the present invention. As shown in the figure, a
また、電力変換器1の直流部は、平滑コンデンサ7が実装され、コンデンサ電圧検出器8によって平滑コンデンサ7の極間電圧が監視され、この平滑コンデンサ7とコンデンサ電圧検出器8で直流部電圧検出手段が形成されている。
In addition, a
一方、電力変換器1の交流部は、外部信号によって負荷電流が通電したままタップ切換えができる負荷時タップ切換器付変圧器(交流部電圧低下手段)12と接続され、電力変換器1と負荷時タップ切換器付変圧器12とを接続する電路に流れる電流が電流検出器9によって監視され、電力変換器1と電力系統26の連系点13での電圧が電圧検出器10によって監視されている。
On the other hand, the AC section of the
また、故障検知器6が半導体スイッチングモジュール4の故障を検知したら電力変換器1の直流部電圧の電圧指令値を低下させることで直流電圧を健全時よりも低下させ、かつ、負荷時タップ切換器付変圧器12に動作信号を出力する制御装置11を備えている。
Further, when the
電力変換器1を制御する制御装置11には、平滑コンデンサ7の電圧を所定の電圧に制御する制御手段が組み込まれており、上記した各検出値、即ち、コンデンサ電圧検出器8によるコンデンサ電圧検出値S1、電流検出器9による電流検出値S2、電圧検出器10による電圧検出値S3を用いてフィードバック制御を実施する。この場合の制御の仕方を図2に示す。
The
図2に示す如く、制御装置11では、コンデサ電圧検出器8によって検出されたコンデンサ電圧検出値S1と電流検出値S2及び電圧検出値S3と半導体スイッチングモジュール4の状態信号S4を入力として、コンデンサ電圧指令値演算器17で演算されて、所定のコンデンサ電圧指令値S1*に制御するための半導体スイッチング素子駆動信号S5を出力する。As shown in FIG. 2, in the
前述の半導体スイッチング素子駆動信号S5を算出するために、電圧検出値S3から電力系統26の電圧振幅及び位相が振幅位相演算器27で検出され、この振幅位相演算器27で検出された位相を基準にdq成分演算器28により、電流検出値S2が同位相成分(有効電流成分)と90°進相成分(無効電流成分)とに分解され、直流電圧制御器14によってコンデンサ電圧指令値S1*とコンデンサ電圧検出値S1との差分を入力として、有効電流指令値S2* dが演算される。直流電圧制御器14で算出された電流指令値S2*と電流検出値S2を入力として、交流電流制御器15によって電圧指令値S3*が演算され、交流電流制御器15で演算された電圧指令値S3*からパルス演算器16によって半導体スイッチング素子駆動信号S5が演算される。In order to calculate the semiconductor switching element drive signal S5 described above, the voltage amplitude and phase of the
なお、図1では、2レベル電力変換器構成を図示しているが、これに限らず、任意の電力変換器の構成及びそれを構成する半導体スイッチングモジュール4の状態に応じて、パルス演算器16は、適したパルスを演算するものとする。
In FIG. 1, the configuration of the two-level power converter is illustrated. However, the configuration is not limited to this, and the
また、図2を用いてコンデンサ電圧の制御の仕方を説明したが、各検出値のいくつかは他の検出値を用いて演算された推定値でも良いし、フィードバック制御に限らなくても良い。更に、図2において無効電流指令値S2* qは零としたが、力率条件等の指定やその他無効電流による制御対象がある場合は、零以外の任意の値として良く、本発明の効果には関係しない。Although the method of controlling the capacitor voltage has been described with reference to FIG. 2, some of the detected values may be estimated values calculated using other detected values, or may not be limited to feedback control. Furthermore, in FIG. 2, the reactive current command value S2 * q is set to zero. However, if there is a power factor condition specification or other controlled object by reactive current, it may be an arbitrary value other than zero, which is effective for the present invention. Does not matter.
また、コンデンサ電圧指令値S1*は、故障検出器6が出力する半導体スイッチングモジュール4の状態信号S4から相を構成する半導体スイッチングモジュール4の故障の有無を検知し、半導体スイッチングモジュール4の全数に対する故障モジュール数に応じて、コンデンサ電圧指令値S1*を演算し、かつ、接続された機器の発生電圧を低下させる機構に対する外部信号S6を出力する。例えば、コンデンサ電圧指令値S1*の初期値をS1* ini、相当たりのスイッチングモジュールの全数をNall、各相の故障したモジュール数の最大値をN、半導体スイッチングモジュール4を構成する半導体素子(自己消弧型半導体スイッチング素子2、ダイオード素子3)のうち耐圧の小さい方の値をv[V]、耐圧に対するマージンをαとすると、コンデンサ電圧指令値S1*は、S1*=MIN(S1* ini(Nall−N)/Nall,α(Nall−N)v)とすれば良い。ただし、αは1以下の数であり、MINは引数のうち小さい方の値を選択する関数である。Further, the capacitor voltage command value S1 * is detected from the state signal S4 of the
また、負荷タップ切換器付変圧器12は、外部信号S6の受信により、交流線間電圧のピーク値が(Nall−N)v/√2を超えないタップへ切換る。Moreover, the
このように本実施例によれば、電力変換器1を構成する半導体スイッチングモジュール4が故障した場合において、健全な半導体スイッチングモジュール4に印加される電圧を耐圧以下とすることができ、連鎖的に故障することを防ぎ、かつ、運転継続を実現する電力変換器システムを得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, when the
図3及び図4に、本発明の電力変換システムの実施例2を示す。図3は、回転機の固定子巻線20が電力変換器1と接続している回転機が永久磁石型若しくは巻線型の同期機18の場合であり、巻線型の同期機18の場合の励磁装置は省略して図示している。図4は、回転機の回転子巻線21が電力変換器1と接続している回転機が巻線型2次励磁回転機19の場合である。
3 and 4 show a second embodiment of the power conversion system of the present invention. FIG. 3 shows a case where the rotating machine with the stator winding 20 of the rotating machine connected to the
上述した図1に示す実施例1では、電力変換器1の交流端が負荷時タップ切換器付変圧器12に接続しているのに対して、本実施例では、電力変換器1の交流端の一方が永久磁石型若しくは巻線型の同期機18或いは巻線型2次励磁回転機19に接続している点が異なり、以下、永久磁石型若しくは巻線型の同期機18と巻線型2次励磁回転機19に係る部分について説明する。
In the first embodiment shown in FIG. 1 described above, the AC terminal of the
通常、回転数に対する誘起電圧特性は、回転機の種類によって異なる。即ち、図3に示す永久磁石型若しくは巻線型の同期機18の場合、回転数によって回転機の固定子巻線20に鎖交する磁束の時間変化率が決まるため、図5に示すように、回転数と誘起電圧が略線形の関係となる。
Usually, the induced voltage characteristic with respect to the number of rotations differs depending on the type of the rotating machine. That is, in the case of the permanent magnet type or winding type
一方、図4に示す巻線型2次励磁回転機19の場合、回転機の固定子巻線20が電力系統26の商用周波数電源によって励磁されるため、回転機の極数をp、商用周波数をf[Hz]とすると、(1)式で求まる同期回転数と回転数との差(一般にすべりと呼ばれる)によって誘起電圧の大きさが決まり、図6に示す関係がある。
On the other hand, in the case of the winding type secondary
同期回転数[rpm]=120f/p (1)
従って、回転数制御機構22は、電力変換器1の制御装置11から出力される外部信号S6及び回転数検出器25で検出された永久磁石型若しくは巻線型の同期機18又は巻線型2次励磁回転機19の回転数を受信し、図5及び図6に示される誘起電圧特性に基づいて回転数範囲を制限する。永久磁石型若しくは巻線型の同期機18の場合、所定の電圧以下に誘起電圧を下げるため、その回転数は低速域に制限される。一方、巻線型2次励磁回転機19の場合、所定の電圧以下に誘起電圧を下げるため、その回転数は同期回転数近傍の領域に制限される。Synchronous rotational speed [rpm] = 120 f / p (1)
Therefore, the rotation
なお、上述した回転数制御機構22は、例えば、風力発電システムであれば風車制御器であり、風速に対する風車回転数を制御するブレードのピッチ角を制御することで、回転機の回転数を制御する。また、水力発電システムであれば水車制御器であり、水の流入に対する水車回転数を制御するガイドベーンやランナーベーン等を制御することで、回転機の回転数を制御する。
The above-described rotation
このような本実施例の構成とすることでも、実施例1と同様な効果を得ることができる。 By adopting such a configuration of the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
図7に、本発明の電力変換システムの実施例3を示す。本実施例は、実施例2の負荷時タップ切換器付変圧器12に代えて第2の回転機24を設け、永久磁石型若しくは巻線型の同期機18又は巻線型2次励磁回転機19を第1の回転機23とした構成である。図7に示す実施例3では、第1の回転機23及び第2の回転機24が共に巻線型回転機であり、第1の回転機23と第の回転機24が同軸で回転する場合を図示している。
FIG. 7 shows a third embodiment of the power conversion system of the present invention. In this embodiment, a second
なお、回転軸が異なる場合には第1の回転機23及び第2の回転機24それぞれに対して、回転数制御機構22及び回転数検出器25を備えても良い。また、同期機の場合には、図3に示す回転界磁型であっても、固定界磁型であっても良い。
In addition, when a rotating shaft differs, you may provide the rotation
本実施例の第1の回転機23及び第2の回転機24が巻線型回転機の場合に、電力変換器1に印加される誘起電圧と回転数の関係を図8に示す。
FIG. 8 shows the relationship between the induced voltage applied to the
実施例2で述べた巻線型励磁機の場合と詳細は同一であり、図8中に示すように、所定の電圧以下に制限する場合、第1の回転機23と第2の回転機24のそれぞれの誘起電圧が同時に所定の電圧以下となる回転数領域に制限する必要がある。第1の回転機23と第2の回転機24がそれぞれ永久磁石型回転機と巻線型回転機であった場合は、図9中に示す回転数領域に制限すれば良い。
The details are the same as those of the winding exciter described in the second embodiment. As shown in FIG. 8, when the voltage is limited to a predetermined voltage or lower, the first rotating
このような本実施例の構成とすることでも、実施例1と同様な効果を得ることができる。 By adopting such a configuration of the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
特に図示しないが、例えば、太陽光発電システム等の直流電圧を制御するシステムに対して、実施例1における平滑コンデンサ7の電圧制御に代えて、直流電圧を制御するシステムにおける電圧制御によって所定の電圧以下に制御すれば良く、電力の形態が直流であるか交流であるかに係らず、電力変換器1に印加される電圧を電力変換器1の故障状態に応じて所定の電圧以下に制御することで、半導体スイッチングモジュール4の故障時に、連鎖的に半導体スイッチングモジュール4が故障することなく、運転継続させる場合にも本発明が適用できる。
Although not particularly illustrated, for example, for a system that controls a DC voltage such as a photovoltaic power generation system, a predetermined voltage is obtained by voltage control in a system that controls DC voltage instead of voltage control of the smoothing
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1…電力変換器、2…自己消弧型半導体スイッチング素子、3…ダイオード素子、4…半導体スイッチングモジュール、5…短絡装置、6…故障検出器、7…平滑コンデンサ、8…コンデンサ電圧検出器、9…電流検出器、10…電圧検出器、11…制御装置、12…負荷時タップ切換器付変圧器、13…連系点、14…直流電圧制御器、15…交流電流制御器、16…パルス演算器、17…コンデンサ電圧指令値演算器、18…巻線型の同期機、19…巻線型2次励磁回転機、20…回転機の固定子巻線、21…回転機の回転子巻線、22…回転数制御機構、23…第1の回転機、24…第2の回転機、25…回転数検出器、26…電力系統、27…振幅位相演算器、28…dq成分演算器、S1…コンデンサ電圧検出値、S1*…コンデンサ電圧指令値、S2…電流検出値、S2*…電流指令値、S3…電圧検出値、S3*…電圧指令値、S4…半導体スイッチングモジュールの状態信号、S5…半導体スイッチング素子駆動信号、S6…外部信号。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記電力変換器の直流部電圧を検出する直流部電圧検出手段と、前記電力変換器の交流部電圧を低下させる交流部電圧低下手段と、前記故障検出器が前記スイッチングモジユールの故障を検知したら前記電力変換器の直流部電圧の電圧指令値を低下させることで直流電圧を健全時よりも低下させ、かつ、前記交流部電圧低下手段に動作信号を出力する制御装置とを備えていることを特徴とする電力変換システム。 A switching modular Yule constituted by the rectifying elements connected in antiparallel self arc-suppressing semiconductor switching element and the self-extinguishing type semiconductors switching element, a fault detector for detecting a failure of the switching module, the fault have constructed power converter by connecting an electrically consisting et Toka shorting device to short circuit the switching modular Yule that has detected a fault in the detector into a plurality series,
Detecting a DC section voltage detection means, an AC unit voltage lowering means to lower the AC portion voltage of the power converter, wherein the fault detector is a failure of the switching modular Yule for detecting a DC section voltage of the power converter Then, the controller includes a controller that lowers the direct current voltage by reducing the voltage command value of the direct current voltage of the power converter, and outputs an operation signal to the alternating current voltage lowering means. Power conversion system characterized by
前記直流部電圧検出手段は、平滑コンデンサと、該平滑コンデンサの極間電圧を検出するコンデンサ電圧検出器とから成ることを特徴とする電力変換システム。The power conversion system according to claim 1,
The DC part voltage detection means comprises a smoothing capacitor and a capacitor voltage detector for detecting a voltage between the electrodes of the smoothing capacitor.
前記交流部電圧低下手段は、外部信号によって負荷電流が通電したままタップ切換ができる負荷時タップ切換変圧器であることを特徴とする記載の電力変換システム。The power conversion system according to claim 1 or 2,
The power conversion system according to claim 1, wherein the AC voltage drop means is a on-load tap switching transformer capable of performing tap switching while a load current is applied by an external signal.
前記交流部電圧低下手段は、前記電力変換システムの一方の交流端子に外部信号によって負荷電流が通電したままタップ切換ができる負荷時タップ切換変圧器が接続され、他方の交流端子に永久磁石型回転機が接続されて構成され、かつ、前記制御装置からの外部信号に基づいて前記永久磁石型回転機の回転数を制御する回転数制御機構を備えていることを特徴とする電力変換システム。The power conversion system according to claim 1 or 2,
The AC section voltage lowering means is connected to one AC terminal of the power conversion system with a load-time tap switching transformer capable of performing tap switching while a load current is energized by an external signal, and to the other AC terminal is a permanent magnet type rotation A power conversion system comprising: a rotation speed control mechanism configured to connect a machine and controlling the rotation speed of the permanent magnet type rotating machine based on an external signal from the control device.
前記交流部電圧低下手段は、前記電力変換システムの一方の交流端子に外部信号によって負荷電流が通電したままタップ切換ができる負荷時タップ切換変圧器が接続され、他方の交流端子に巻線型同期機が接続されて構成され、かつ、前記制御装置からの外部信号に基づいて前記巻線型同期機の回転数を制御する回転数制御機構を備えていることを特徴とする電力変換システム。The power conversion system according to claim 1 or 2,
The AC section voltage lowering means is connected to one AC terminal of the power conversion system with a load-time tap switching transformer capable of performing tap switching while a load current is energized by an external signal, and the other AC terminal is a wound-type synchronous machine And a rotation speed control mechanism that controls the rotation speed of the winding synchronous machine based on an external signal from the control device.
前記交流部電圧低下手段は、前記電力変換システムの一方の交流端子に外部信号によって負荷電流が通電したままタップ切換ができる負荷時タップ切換変圧器が接続され、他方の交流端子に巻線型2次励磁回転機が接続されて構成され、かつ、前記制御装置からの外部信号に基づいて前記巻線型2次励磁回転機の回転数を制御する回転数制御機構を備えていることを特徴とする電力変換システム。 The power conversion system according to claim 1 or 2,
The AC voltage drop means is connected to one AC terminal of the power conversion system with a load-time tap switching transformer capable of performing tap switching while a load current is applied by an external signal, and the other AC terminal is wound-type secondary An electric power characterized by comprising an excitation rotating machine connected and having a rotation speed control mechanism for controlling the rotation speed of the wound secondary excitation rotating machine based on an external signal from the control device Conversion system.
前記交流部電圧低下手段は、前記電力変換システムの一方の交流端子に接続された第1の回転機と、前記電力変換システムの他方の交流端子に接続された第2の回転機とから構成され、かつ、前記制御装置からの外部信号に基づいて前記第1の回転機及び前記第2の回転機の回転数を制御する回転数制御機構を備えていることを特徴とする電力変換システム。The power conversion system according to claim 1 or 2,
The AC unit voltage lowering means includes a first rotating machine connected to one AC terminal of the power conversion system, and a second rotating machine connected to the other AC terminal of the power conversion system. A power conversion system comprising: a rotation speed control mechanism that controls rotation speeds of the first rotating machine and the second rotating machine based on an external signal from the control device.
前記第1の回転機と第2の回転機は、巻線型回転機であることを特徴とする電力変換システム。The power conversion system according to claim 7, wherein
The first rotating machine and the second rotating machine are wound-type rotating machines.
前記第1の回転機は永久磁石型回転機であり、前記第2の回転機は巻線型回転機であることを特徴とする電力変換システム。The power conversion system according to claim 7, wherein
The power converter system according to claim 1, wherein the first rotating machine is a permanent magnet type rotating machine, and the second rotating machine is a winding type rotating machine.
前記電力変換器と前記負荷時タップ切換変圧器若しくは前記電力変換器と回転機とを接続する電路に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電力変換器と電力系統との連系点の電圧を検出する電圧検出器とを備えていることを特徴とする電力変換システム。 The power conversion system according to any one of claims 3 to 6 or claims 7 to 9 ,
A current detector for detecting a current flowing in an electric circuit connecting the power converter and the on-load tap switching transformer or the power converter and a rotating machine; and a voltage at a connection point between the power converter and a power system And a voltage detector for detecting the power.
前記直流部電圧検出手段は、平滑コンデンサと、該平滑コンデンサの極間電圧を検出するコンデンサ電圧検出器とから成ると共に、前記交流部電圧低下手段は、外部信号によって負荷電流が通電したままタップ切換ができる負荷時タップ切換変圧器若しくは回転機から成り、かつ、前記電力変換器と前記負荷時タップ切換変圧器若しくは回転機とを接続する電路に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電力変換器が前記負荷時タップ切換変圧器若しくは回転機を介して電力系統と連系する連系点の電圧を検出する電圧検出器とを備え、
前記制御装置は、前記コンデンサ電圧検出器で検出されたコンデンサ電圧検出値と、前記電流検出器で検出された電流検出値と、前記電圧検出器で検出された電圧検出値と、前記スイッチングモジュールの状態信号とを入力として、所定のコンデンサ電圧指令値に制御するための前記スイッチングモジユールの駆動信号を出力することを特徴とする電力変換システムの制御方法。 In the control method of the power conversion system according to claim 11,
The DC section voltage detecting means comprises a smoothing capacitor and a capacitor voltage detector for detecting a voltage across the smoothing capacitor, and the AC section voltage reducing means performs tap switching while a load current is energized by an external signal. A current detector for detecting a current flowing in an electric circuit connecting the power converter and the load tap switching transformer or the rotating machine, and the power conversion. vessel comprises a voltage detector for detecting a voltage of the connecting point of interconnection and power system via the load tap changer transformer or rotating machine,
The control device includes a capacitor voltage detection value detected by the capacitor voltage detector, a current detection value detected by said current detector, a voltage detection value detected by the voltage detector, the switching module A control method for a power conversion system, wherein a drive signal of the switching module for controlling to a predetermined capacitor voltage command value is output with a status signal as an input.
前記スイッチングモジュールの駆動信号を出力するために、前記電圧検出値から電力系統の電圧振幅及び位相が振幅位相演算器で検出され、該振幅位相演算器で検出された位相を基準にdq成分演算器により、前記電流検出値が同位相成分と90°進相成分とに分解されると共に、直流電圧制御器によってコンデンサ電圧指令値と前記コンデンサ電圧検出値との差分を入力として有効電流指令値が演算され、この算出された電流指令値と電流検出値を入力として交流電流制御器によって電圧指令値が演算され、前記交流電流制御器で演算された電圧指令値からパルス演算器によって前記スイッチングモジュールの駆動信号が演算されることを特徴とする電力変換システムの制御方法。The method of controlling a power conversion system according to claim 12,
In order to output the drive signal of the switching module, the voltage amplitude and phase of the power system are detected from the detected voltage value by an amplitude phase calculator, and a dq component calculator based on the phase detected by the amplitude phase calculator The current detection value is decomposed into an in-phase component and a 90 ° phase advance component, and an effective current command value is calculated by inputting a difference between the capacitor voltage command value and the capacitor voltage detection value by a DC voltage controller. The voltage command value is calculated by the AC current controller using the calculated current command value and the detected current value as inputs, and the switching module is driven by the pulse calculator from the voltage command value calculated by the AC current controller. A control method of a power conversion system, wherein a signal is calculated.
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