電圧障害通過のための適応型PLL技術を用いたパワーエレクトロニクス変圧器

      本稿では、配電網向けの新しいPET（Flexible Power Distribution Unit）を提案し、ネットワークと負荷間のエネルギー交換メカニズムを明らかにします。30 kW 600 VAC/220 VAC/110 VDCの中周波隔離型プロトタイプを開発し、実証しました。また、特に電圧障害条件下での電力配電網へのPETの主要な制御戦略についても示しています。さらに、グリッド接続三相PETに関連する安定性の問題についてインピーダンスに基づく分析で検討し、確認しました。PETプロトタイプはテストされ、電圧障害通過機能を通過しました。 

1.序論

     配電変圧器は、電力配電網において最も重要かつ一般的な設備であり、電圧変換と電圧絶縁を担当しています。従来の配電変圧器は非常に信頼性が高いですが、体積が大きく扱いにくいという欠点があります。一次側と二次側間の高調波を絶縁することはできず、故障の可能性があるため、追加の機器が必要となります。現在、これらの欠点は学術界と産業界における大きな懸念事項となっています。したがって、パワーエレクトロニクスベースの変圧器と呼ばれるパワー電子変圧器、スマートユニバーサル変圧器、固体変圧器、スマート変圧器、エネルギールーターなどは、過去10年間で特に航空宇宙、鉄道牽引、スマートグリッド、エネルギーインターネットアプリケーションにおいて注目されるテーマとなりました。これらの初期の使用は、コストと効率よりもサイズと重量が重要な特殊なアプリケーションである場合が多いです。

2.PETの構造と仕様

    多巻線中周波隔離DC/DCコンバータには固定スイッチング周波数オープンループ制御法が採用されています。これはDC変圧器と呼ばれ、調整されていない出力電圧を提供します。規制要件を減らし、入力電圧範囲を狭めることで、フィルタチョークを排除しても標準的な調整変圧器よりも高い効率と大出力を達成することができます。三相インバータは、三つの同一のモジュール式単相フルブリッジH4インバータで構成されており、優れた内部不均衡負荷補正能力を持っています。または、三相インバータに他の追加制御方法を適用することもあります。交流出力電圧は二重ループ制御器で制御され、外側ループは電圧のRMS値を制御し、内側ループは電圧の瞬時値を制御します。さらに、双極性SPWM制御戦略は無効電力をサポートします。

3.電圧障害通過のためのPETの主要戦略

     グリッド電圧障害下で動作するPETの場合、観測可能性と制御可能性は不可欠です。グリッド電圧の周波数と位相角の正確かつ迅速な検出は、参照信号の正確な生成と、特に高調波、電圧サージ、周波数変動、位相ジャンプなどの一般的な電力品質障害下での電力会社コードへの対応のために必要です[21]。グリッド電圧の動的変化は、高速制御のために考慮する必要があります。したがって、このセクションでは、PETのための二つの主要な戦略について調査し、それぞれ説明します。これらには、位相同期回路（PLL）設計法、制御原理、および三相PWM整流器の小信号モデルが含まれます。また、グリッド接続三相PETに関連する安定性の問題についても議論します。

4.結論

        本稿では、配電網向けの新しいPET（Flexible Power Distribution Unit）を提案します。三相インバータのDC/DC絶縁は、一つのコンパクトな多巻線変圧器を通じて実現され、システムの複雑さを軽減します。PETのグリッドコードに関する問題、例えば電圧障害通過や高調波共振については、これまで遭遇したことがありませんでしたが、この原稿では歪んだグリッド条件下での主要なPLL設計法、制御原理、小信号モデル、および三相PWM整流器の入力アドミタンスについて詳細に述べています。これにより、PETを使用したパワーエレクトロニクスベースの電力システムにおける高調波共振の理解が深まります。

Source: IEEE Xplore

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