多機能グリッド接続コンバータ

導入

高い電力密度が求められる再生可能エネルギーや蓄電アプリケーションでは、フルブリッジコンバータよりもハーフブリッジコンバータの使用が推奨されます。また、スマートコンバータには複数の機能が搭載されている必要があります。このアプリケーションの利点は以下のとおりです。

1. コンバータは、1つのシンプルなトポロジーを使用して7つの異なるモードで動作できます。
2. 7つの動作モードすべてが1つのコントローラーに組み込まれています

このアプリケーションは、保守的な電力理論に基づく制御戦略を用いて、7つの動作モードを実証します。双方向多機能コンバータは、以下のモードで動作可能です。

• アクティブパワーインジェクション
• フルアクティブパワー
• 反応的補償
• 高調波補償
• 有効電力注入と無効電力補償
• 有効電力消費と無効電力補償装置
• 待機する

モデルの説明

モデルの電気部分を図1に示します。ハーフブリッジが使用されています。スイッチとダイオードは理想スイッチとしてモデル化されています。このモデルには、3つの測定値（グリッド電圧（Vgrid）、負荷電流（iload）、インバータ電流（iout））があります。負荷は単相ダイオード整流器を使用して実装されています。このモデルのフィルタの推奨パラメータは、R = 0.01 Ω、C = 0.25 mF、L = 4.8e-3 µHです。グリッドは50 Hzの単相としてモデル化されています。インバータのDC側は、バッテリーベースの蓄電素子です。

iloadおよびVgrid信号入力ポートの背後にあるゲインおよび信号遷移コンポーネントは、実際の実験室環境で使用されるDSPのセンサーとADCをエミュレートするために使用されます。電流コントローラは、フィードフォワード補償を備えたPI制御に基づいており、動作モードに関係なく電流をリファレンスに追従させるのに十分です。コントローラの中核は、単一の離散伝達関数によって表されます。双方向多機能コンバータがどのモードで動作するかは、モードセレクタSCADA入力によって決定できます。実際のアプリケーションでは、手動セレクタの代わりに、追加の意思決定アルゴリズムまたは上位の階層型コントローラによってモードが処理されます。

各動作モードには、次に示すように独自の電流リファレンスがあります。リファレンス ref_1 と ref_2 は、有効電力注入モードからのリファレンスです。 このモードでは、エネルギーが VS1 から取得されてグリッドに送信されるとき (ref_1) と、グリッドからのエネルギーが VS1 に蓄積されるとき (ref_2) の 2 つのオプションがあります。 両方のリファレンスは正弦波ですが、位相が反対です。 リファレンス ref_3、ref_4、ref_5 は、電力補償に使用されます。 リファレンス ref_4 は有効電力補償を表し、ref_5 と ref_6 は無効電力補償と高調波補償を表します。 リファレンス ref_6 と ref_7 は、以前のオプションのいくつかの組み合わせです。 リファレンス ref_6 は、コンバータが有効電力注入モードと高調波補償モードで同時に動作できることを意味します。 リファレンス ref_7 は、コンバータが有効電力消費モードと無効補償モードで同時に動作できることを意味します。 リファレンス ref_8 はスタンバイ モードを表します。

シミュレーション

このアプリケーションには、あらかじめ構築されたSCADAパネル（図3 ）が付属しています。このパネルには、シミュレーションの実行中に監視や操作を行うための、最も基本的なユーザーインターフェース要素（ウィジェット）が用意されています。ニーズに合わせて自由にカスタマイズできます。

以下の図は、コンバータが各動作モードで動作する際の制御動作を示しています。いずれの場合も、インバータ電流は基準電流（左上）に追従し、制御誤差信号はほぼゼロ（右下）です。負荷電流の波形も示されています（左下）。インバータ電流と負荷電流の合計が、右上に示されている系統電流です。これらの結果は、ブラジルのUFSCキャンパス・ブルメナウにある実際の実験室設備で実験的に検証されています。

テスト自動化

この例のテスト自動化はまだありません。ご協力いただける場合はお知らせください。アプリケーションノートへの署名を喜んで承ります。

要件の例

表1は、モデルをリアルタイムで実行するためのファイルの場所とハードウェア要件に関する詳細情報と、この最小限のハードウェア構成でモデルを実行した場合のHILデバイスのリソース使用率を示しています。この情報は、モデルの実行とカスタマイズを必要に応じて行う際に役立ちます。

著者

[1] ヨヴァナ・マルコビッチ