JPH0522470B2 - - Google Patents
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- JPH0522470B2 JPH0522470B2 JP58019676A JP1967683A JPH0522470B2 JP H0522470 B2 JPH0522470 B2 JP H0522470B2 JP 58019676 A JP58019676 A JP 58019676A JP 1967683 A JP1967683 A JP 1967683A JP H0522470 B2 JPH0522470 B2 JP H0522470B2
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- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
- H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
〔発明の技術分野〕
本発明は燃料電池等の直流電源より交流電力系
統へ電力を供給する自励式電力変換装置の制御装
置に関する。 〔発明の技術的背景〕 例えば、火力発電所に見られる如く、燃料のも
つエネルギーを多くの変換過程を経て電気エネル
ギーに変換して取り出す従来の発電方式は、いか
にもエネルギー変換効率が悪いことから、最近
は、燃料を化学的に変化させ、この化学的変化の
際に発生する電子の流れにより直接電気エネルギ
ーを取り出す燃料電池発電方式の実用化が試みら
れている。 この場合、燃料電池から発生する電力は直流で
あるので、これを通常の電力系統へ出力するには
交流に変換する必要があり、この直流一交流変換
装置として通常自励式電力変換装置（以下、これ
をインバータと言う）が使用されている。 従来は、このインバータから電力系統へ供給す
る有効電力を制御するためにインバータ出力電圧
の位相を、また、無効電力を制御するためにイン
バータ出力電圧の大きさを制御するようにしてい
た。 〔背景技術の問題点〕 しかしながら、上記従来の制御方式によると、
有効電力制御系と無効電力制御系とが相互に干渉
し合い、制御動作を加えてから定常状態に落ち着
くまで長い時間がかかり、安定にして速応性のあ
るインバータ制御が行なわれない問題点があつ
た。 即ち、今、インバータの出力電圧をVI、電力
系統の電圧をVL、インバータ出力電圧と電力系
統電圧との位相差をθ、インバータが電力系統に
接続されるまでの送電線路の連系インピーダンス
をＺとすると、インバータから出力される有効電
力Ｐと無効電力Ｑは下記(1)、(2)式で与えられる。 Ｐ＝VI・VL・sinθ／Ｚ …(1) Ｑ＝VI・（VI−VLcosθ）／Ｚ …(2) これらの式から明らかなように有効電力Ｐは必
ずしも位相差θだけの関数ではなく、インバータ
出力電圧VIにも関係する。また、無効電力Ｑは
必ずしもインバータ出力電圧VIだけの関数では
なく、位相差θにも関係する。 従つて、上記従来の制御方式によると、有効電
力Ｐ（無効電力Ｑ）を変化させようとして位相差
θ（インバータ出力電圧VI）を変化させると、有
効電力Ｐ（無効電力Ｑ）ばかりでなく、無効電力
Ｑ（有効電力Ｐ）も変化させてしまう。このため
この無効電力Ｑ（有効電力Ｐ）の変化に応じてイ
ンバータ出力電圧VI（位相差θ）を修正すると、
せつかく制御した有効電力Ｐ（無効電力Ｑ）を変
化させ、定常状態に落ち着くまで長い時間を要す
ることとなる。 一方、電力系統の安定化、系統事故時の系統負
荷急変、系統内の発電機事故時の供給電力急変に
対応するためには、供給する有効電力および無効
電力の安定かつ迅速なる応答が要求される。この
点、燃料電池等は、その発電方式が熱エネルギー
を介さない方式であるため、出力の応答特性も速
く、上記要求に応えるものとして期待がもたれて
いる。然るに、従来のインバータ制御方式には、
上述したように応答速度が遅くなる不具合がある
ため、燃料電池等の直流電源が有する速応性の利
点も有効に活用できない問題点があつた。 〔発明の目的〕 本発明は従来のインバータの制御では避けられ
なかつた有効電力制御と無効電力制御の相互干渉
を排し、それぞれの制御を独立して実行できる安
定で速応性のあるインバータ制御装置を提供する
ことを目的とする。 〔発明の概要〕 このため、本発明は有効電力制御系と無効電力
制御系との少なくとも一方の制御系から他方の制
御系に補正指令を加えることにより、相互干渉を
無くすようにしたことを特徴とする。 〔発明の実施例〕 第１図は本発明の一実施例に係るインバータ制
御装置の構成図を示したもので、１は燃料電池で
ある。燃料電池１の直流出力はインバータ２によ
り交流に変換され、送電線路３を介して電力系統
４に供給される。このときのインバータ２の出力
電圧をVI、有効電力をＰ、無効電力をＱとする。
また、送電線路３の連系インピーダンスをＺ、電
力系統４の電圧をVLとする。５は有効電力検出
器、６は無効電力検出器、７は位相検出器、８は
電圧検出器である。これら各検出器の出力SP，
SQ，S〓，SVはそれぞれ比較器９，１０，１１，１
２に加えられる。１３は有効電力設定器、１４は
無効電力設定器である。これら各設定器からの出
力S13，S14はそれぞれSP，SQと比較されてその偏
差は有効電力制御演算器１５、無効電力制御演算
器１６に加えられ、それぞれPID（比例、積分、
微分）演算される。その結果、有効電力制御演算
器１５の出力は位相指令信号Ｘとして比較器１１
および電圧補正係数部１７に加えられる。また、
無効電力制御演算器１６の出力は電圧指令信号Ｙ
として比較器１２および位相補正係数部１８に加
えられる。各信号Ｘ，Ｙはそれぞれ各系数部１
７，１８でゲインGV，G〓倍されて補正信号とし
て比較器１２，１１に加えられる。比較器１１か
らの位相偏差信号は位相制御演算回路１９に加え
られ、位相制御信号に変換される。また、比較器
１２からの電圧偏差信号は電圧制御演算回路２０
に加えられ、電圧制御信号に変換される。これら
の各制御信号は波形制御回路２１を介してインバ
ータ２に加えられ、比較器１１と比較器１２の出
力が共に０となるように、インバータ２より出力
される電圧VIの位相と大きさが調節され、これ
により有効電力Ｐと無効電力Ｑが設定値通りに制
御される。 以上の構成で、電圧補正係数部１７のゲイン
GVおよび位相補正係数部１８のゲインG〓は有効
電力制御と無効電力制御の干渉を無くすためのも
のであり、今説明のためにVI＝VIR、VL＝VLR、
θ＝θRで運転している状態を考え、このときの
GV，G〓をそれぞれ下記の値とする。 GV＝VIR・VLRsinθR／2VIR−VLRcosθR…(3) G〓＝１／VIR・sinθR／cosθR＝tanθR／VIR…(4) また、有効電力制御演算器１５の出力Ｘと無効
電力制御演算器１６の出力Ｙはそれぞれの偏差入
力信号に基き演算され、それぞれΔX，ΔYだけ
変化した場合を考える。 このとき、インバータ制御装置は比較器１１お
よび比較器１２に加える位相を制御するための指
令信号の合成値と、電圧を制御するための指令信
号をそれぞれ（ΔX−ΔY・G〓）および（ΔY−
ΔX・GV）だけ変化させ、これに従い位相差θRと
インバータ電圧VIRもそれぞれΔθ，ΔVIだけ変化
する。従つて、このときのΔθ，ΔVIは次式のよ
うになる。
統へ電力を供給する自励式電力変換装置の制御装
置に関する。 〔発明の技術的背景〕 例えば、火力発電所に見られる如く、燃料のも
つエネルギーを多くの変換過程を経て電気エネル
ギーに変換して取り出す従来の発電方式は、いか
にもエネルギー変換効率が悪いことから、最近
は、燃料を化学的に変化させ、この化学的変化の
際に発生する電子の流れにより直接電気エネルギ
ーを取り出す燃料電池発電方式の実用化が試みら
れている。 この場合、燃料電池から発生する電力は直流で
あるので、これを通常の電力系統へ出力するには
交流に変換する必要があり、この直流一交流変換
装置として通常自励式電力変換装置（以下、これ
をインバータと言う）が使用されている。 従来は、このインバータから電力系統へ供給す
る有効電力を制御するためにインバータ出力電圧
の位相を、また、無効電力を制御するためにイン
バータ出力電圧の大きさを制御するようにしてい
た。 〔背景技術の問題点〕 しかしながら、上記従来の制御方式によると、
有効電力制御系と無効電力制御系とが相互に干渉
し合い、制御動作を加えてから定常状態に落ち着
くまで長い時間がかかり、安定にして速応性のあ
るインバータ制御が行なわれない問題点があつ
た。 即ち、今、インバータの出力電圧をVI、電力
系統の電圧をVL、インバータ出力電圧と電力系
統電圧との位相差をθ、インバータが電力系統に
接続されるまでの送電線路の連系インピーダンス
をＺとすると、インバータから出力される有効電
力Ｐと無効電力Ｑは下記(1)、(2)式で与えられる。 Ｐ＝VI・VL・sinθ／Ｚ …(1) Ｑ＝VI・（VI−VLcosθ）／Ｚ …(2) これらの式から明らかなように有効電力Ｐは必
ずしも位相差θだけの関数ではなく、インバータ
出力電圧VIにも関係する。また、無効電力Ｑは
必ずしもインバータ出力電圧VIだけの関数では
なく、位相差θにも関係する。 従つて、上記従来の制御方式によると、有効電
力Ｐ（無効電力Ｑ）を変化させようとして位相差
θ（インバータ出力電圧VI）を変化させると、有
効電力Ｐ（無効電力Ｑ）ばかりでなく、無効電力
Ｑ（有効電力Ｐ）も変化させてしまう。このため
この無効電力Ｑ（有効電力Ｐ）の変化に応じてイ
ンバータ出力電圧VI（位相差θ）を修正すると、
せつかく制御した有効電力Ｐ（無効電力Ｑ）を変
化させ、定常状態に落ち着くまで長い時間を要す
ることとなる。 一方、電力系統の安定化、系統事故時の系統負
荷急変、系統内の発電機事故時の供給電力急変に
対応するためには、供給する有効電力および無効
電力の安定かつ迅速なる応答が要求される。この
点、燃料電池等は、その発電方式が熱エネルギー
を介さない方式であるため、出力の応答特性も速
く、上記要求に応えるものとして期待がもたれて
いる。然るに、従来のインバータ制御方式には、
上述したように応答速度が遅くなる不具合がある
ため、燃料電池等の直流電源が有する速応性の利
点も有効に活用できない問題点があつた。 〔発明の目的〕 本発明は従来のインバータの制御では避けられ
なかつた有効電力制御と無効電力制御の相互干渉
を排し、それぞれの制御を独立して実行できる安
定で速応性のあるインバータ制御装置を提供する
ことを目的とする。 〔発明の概要〕 このため、本発明は有効電力制御系と無効電力
制御系との少なくとも一方の制御系から他方の制
御系に補正指令を加えることにより、相互干渉を
無くすようにしたことを特徴とする。 〔発明の実施例〕 第１図は本発明の一実施例に係るインバータ制
御装置の構成図を示したもので、１は燃料電池で
ある。燃料電池１の直流出力はインバータ２によ
り交流に変換され、送電線路３を介して電力系統
４に供給される。このときのインバータ２の出力
電圧をVI、有効電力をＰ、無効電力をＱとする。
また、送電線路３の連系インピーダンスをＺ、電
力系統４の電圧をVLとする。５は有効電力検出
器、６は無効電力検出器、７は位相検出器、８は
電圧検出器である。これら各検出器の出力SP，
SQ，S〓，SVはそれぞれ比較器９，１０，１１，１
２に加えられる。１３は有効電力設定器、１４は
無効電力設定器である。これら各設定器からの出
力S13，S14はそれぞれSP，SQと比較されてその偏
差は有効電力制御演算器１５、無効電力制御演算
器１６に加えられ、それぞれPID（比例、積分、
微分）演算される。その結果、有効電力制御演算
器１５の出力は位相指令信号Ｘとして比較器１１
および電圧補正係数部１７に加えられる。また、
無効電力制御演算器１６の出力は電圧指令信号Ｙ
として比較器１２および位相補正係数部１８に加
えられる。各信号Ｘ，Ｙはそれぞれ各系数部１
７，１８でゲインGV，G〓倍されて補正信号とし
て比較器１２，１１に加えられる。比較器１１か
らの位相偏差信号は位相制御演算回路１９に加え
られ、位相制御信号に変換される。また、比較器
１２からの電圧偏差信号は電圧制御演算回路２０
に加えられ、電圧制御信号に変換される。これら
の各制御信号は波形制御回路２１を介してインバ
ータ２に加えられ、比較器１１と比較器１２の出
力が共に０となるように、インバータ２より出力
される電圧VIの位相と大きさが調節され、これ
により有効電力Ｐと無効電力Ｑが設定値通りに制
御される。 以上の構成で、電圧補正係数部１７のゲイン
GVおよび位相補正係数部１８のゲインG〓は有効
電力制御と無効電力制御の干渉を無くすためのも
のであり、今説明のためにVI＝VIR、VL＝VLR、
θ＝θRで運転している状態を考え、このときの
GV，G〓をそれぞれ下記の値とする。 GV＝VIR・VLRsinθR／2VIR−VLRcosθR…(3) G〓＝１／VIR・sinθR／cosθR＝tanθR／VIR…(4) また、有効電力制御演算器１５の出力Ｘと無効
電力制御演算器１６の出力Ｙはそれぞれの偏差入
力信号に基き演算され、それぞれΔX，ΔYだけ
変化した場合を考える。 このとき、インバータ制御装置は比較器１１お
よび比較器１２に加える位相を制御するための指
令信号の合成値と、電圧を制御するための指令信
号をそれぞれ（ΔX−ΔY・G〓）および（ΔY−
ΔX・GV）だけ変化させ、これに従い位相差θRと
インバータ電圧VIRもそれぞれΔθ，ΔVIだけ変化
する。従つて、このときのΔθ，ΔVIは次式のよ
うになる。
【表】
一方、位相差θ、インバータ電圧VIがそれぞ
れΔθ，ΔVI変化したときの有効電力の変化ΔPと
無効電力の変化ΔQはそれぞれ次のように表わせ
る。 ΔP＝∂P／∂θ・Δθ＋∂P／∂VI・ΔVI …(6) ΔQ＝∂Q／∂θ・Δθ＋∂Q／∂VI・ΔVI …(7) 上記(6)、(7)式に前記(1)、(2)式を代入すると、 ΔP＝∂（VI・VL・sinθ／Ｚ）／∂θ・Δθ
＋∂（VI・VL・sinθ／Ｚ）／∂VI・ΔVI…(8) ΔQ＝∂（VI（VI−VL・cosθ）／Ｚ）／∂θ
・Δθ＋∂（VI（VI−VL・cosθ）／Ｚ）／∂VI・ΔVI
…(9) それぞれの偏微分を実行し、整理すると、
れΔθ，ΔVI変化したときの有効電力の変化ΔPと
無効電力の変化ΔQはそれぞれ次のように表わせ
る。 ΔP＝∂P／∂θ・Δθ＋∂P／∂VI・ΔVI …(6) ΔQ＝∂Q／∂θ・Δθ＋∂Q／∂VI・ΔVI …(7) 上記(6)、(7)式に前記(1)、(2)式を代入すると、 ΔP＝∂（VI・VL・sinθ／Ｚ）／∂θ・Δθ
＋∂（VI・VL・sinθ／Ｚ）／∂VI・ΔVI…(8) ΔQ＝∂（VI（VI−VL・cosθ）／Ｚ）／∂θ
・Δθ＋∂（VI（VI−VL・cosθ）／Ｚ）／∂VI・ΔVI
…(9) それぞれの偏微分を実行し、整理すると、
【表】
〓 〓 〓 Ｚ Ｚ
〓 〓 〓
となる。 従つて、VI＝VIR、VL＝VLR、θ＝θRの状態か
らΔθ，ΔVIだけ変化したときのΔPとΔQはそれ
ぞれ下記のように表わせる。
〓 〓 〓
となる。 従つて、VI＝VIR、VL＝VLR、θ＝θRの状態か
らΔθ，ΔVIだけ変化したときのΔPとΔQはそれ
ぞれ下記のように表わせる。
【表】
以上のように本発明によれば、有効電力は位相
を制御し、無効電力は電圧を制御する従来のイン
バータ制御方式を改善し、比較的簡単な相互補正
信号を加えることにより、有効電力制御と無効電
力制御の干渉を無くすようにしたので、システム
の要求にあつた安定かつ速応性のあるインバータ
の電力制御が可能となり、燃料電池に限らず電力
供給の速応性をもつた直流電源の利点を一段と有
効活用でき、交流電力系統への供給能力、安定度
向上に多大の効果が得られる。
を制御し、無効電力は電圧を制御する従来のイン
バータ制御方式を改善し、比較的簡単な相互補正
信号を加えることにより、有効電力制御と無効電
力制御の干渉を無くすようにしたので、システム
の要求にあつた安定かつ速応性のあるインバータ
の電力制御が可能となり、燃料電池に限らず電力
供給の速応性をもつた直流電源の利点を一段と有
効活用でき、交流電力系統への供給能力、安定度
向上に多大の効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例を示すインバータ制
御装置のブロツク構成図、第２図および第３図は
それぞれ本発明の他の実施例を示すインバータ制
御装置の各ブロツク構成図である。 １……燃料電池、２……インバータ、３……送
電線路、４……電力系統、５……有効電力検出
器、６……無効電力検出器、７……位相検出器、
８……電圧検出器、９〜１２……比較器、１３…
…有効電力設定器、１４……無効電力設定器、１
５……有効電力制御演算器、１６……無効電力制
御演算器、１７……電圧補正係数部、１８……位
相補正係数部、１９……位相制御演算回路、２０
……電圧制御演算回路、２１……波形制御回路。
御装置のブロツク構成図、第２図および第３図は
それぞれ本発明の他の実施例を示すインバータ制
御装置の各ブロツク構成図である。 １……燃料電池、２……インバータ、３……送
電線路、４……電力系統、５……有効電力検出
器、６……無効電力検出器、７……位相検出器、
８……電圧検出器、９〜１２……比較器、１３…
…有効電力設定器、１４……無効電力設定器、１
５……有効電力制御演算器、１６……無効電力制
御演算器、１７……電圧補正係数部、１８……位
相補正係数部、１９……位相制御演算回路、２０
……電圧制御演算回路、２１……波形制御回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 直流電源の出力を交流に変換する自励式電力
変換装置の制御装置において、有効電力の制御偏
差により前記自励式電力変換装置の出力電圧の位
相指令信号を発する有効電力制御部と、前記位相
指令信号をもとに前記自励式電力変換装置の出力
の電圧補正信号を発する電圧補正係数部と、無効
電力の制御偏差により前記自励式電力変換装置の
出力の電圧指令信号を発する無効電力制御部と、
前記電圧指令信号をもとに前記自励式電力変換装
置の出力電圧の位相補正信号を発する位相補正係
数部と、前記自励式電力変換装置の出力電圧の位
相を検出する位相検出部と、この位相検出部の出
力信号と位相指令信号と位相補正信号の和により
位相制御をする位相制御部と、前記自励式電力変
換装置の出力電圧を検出する電圧検出部と、この
電圧検出部の出力信号と電圧指令信号と電圧補正
信号の和により電圧制御をする電圧制御部と、前
記位相制御部と電圧制御部の出力信号を入力し前
記自励式電力変換装置の出力の位相と電圧を制御
する波形制御部とから成ることを特徴とする自励
式電力変換装置の制御装置。 ２ 直流電源の出力を交流に変換する自励式電力
変換装置の制御装置において、有効電力の制御偏
差により前記自励式電力変換装置の出力電圧の位
相指令信号を発する有効電力制御部と、無効電力
の制御偏差により前記自励式電力変換装置の出力
の電圧指令信号を発する無効電力制御部と、前記
電圧指令信号をもとに前記自励式電力変換装置の
出力電圧の位相補正信号を発する位相補正係数部
と、前記自励式電力変換装置の出力電圧の位相を
検出する位相検出部と、この位相検出部の出力信
号と位相指令信号と位相補正信号の和により位相
制御をする位相制御部と、前記自励式電力変換装
置の出力電圧を検出する電圧検出部と、この電圧
検出部の出力信号と前記電圧指令信号により電圧
制御をする電圧制御部と、前記位相制御部と電圧
制御部の出力信号を入力し前記自励式電圧変換装
置の出力の位相と電圧を制御する波形制御部とか
ら成ることを特徴とする自励式電力変換装置の制
御装置。 ３ 直流電源の出力を交流に変換する自励式電力
変換装置の制御装置において、有効電力の制御偏
差により前記自励式電力変換装置の出力電圧の位
相指令信号を発する有効電力制御部と、前記位相
指令信号をもとに前記自励式電力変換装置の出力
電圧の補正信号を発する電圧補正係数部と、無効
電力の制御偏差により前記自励式電力変換装置の
出力の電圧指令信号を発する無効電力制御部と、
前記自励式電力変換装置の出力電圧を検出する電
圧検出部と、この電圧検出部の出力信号と電圧指
令信号と電圧補正信号の和により電圧制御をする
電圧制御部と、前記自励式電力変換装置の出力電
圧の位相を検出する位相検出部と、この位相検出
部の出力信号と位相指令信号により位相制御をす
る位相制御部と、前記位相制御部と電圧制御部の
出力信号を入力し前記自励式電力変換装置の出力
の位相と電圧を制御する波形制御部とから成るこ
とを特徴とする自励式電力変換装置の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58019676A JPS59149773A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | 自励式電力変換装置の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58019676A JPS59149773A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | 自励式電力変換装置の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59149773A JPS59149773A (ja) | 1984-08-27 |
| JPH0522470B2 true JPH0522470B2 (ja) | 1993-03-29 |
Family
ID=12005831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58019676A Granted JPS59149773A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | 自励式電力変換装置の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59149773A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6524824B2 (ja) * | 2015-07-02 | 2019-06-05 | 富士電機株式会社 | 電力貯蔵装置の制御装置、電力貯蔵装置の制御装置の制御方法及びプログラム |
| JP6596988B2 (ja) * | 2015-07-02 | 2019-10-30 | 富士電機株式会社 | 電力貯蔵装置の制御装置、電力貯蔵装置の制御装置の制御方法及びプログラム |
-
1983
- 1983-02-10 JP JP58019676A patent/JPS59149773A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59149773A (ja) | 1984-08-27 |
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