再生ドライブの基本原理–パート2
回生駆動の動作の概要を説明した前回の記事に続き、ここでは回生動作で考慮する必要のあるいくつかの特別な要素について説明します。
電力ネットワーク（AC電力グリッド）への影響
規制
これらは、組み込み発電が電力供給の安全性や信頼性を損なわないようにするために電力会社によって課せられた規制です。このセクションの残りの部分では、規制によって管理される最も重要なトピックについて説明します。再生システムを意図的な発電機として使用する場合は、使用場所で施行されている規制に準拠する必要があります。そうでない場合でも、再生システムの現在の定格が地域の電力システムの定格のかなりの部分である場合は常に、カバーされているトピックを検討して、障害または誤動作が発生した場合に他の接続された機器に損傷が発生しないようにする必要があります。
短絡電流
ローカル発電機は、電気的障害（短絡）への電流に寄与し、電気開閉装置の安全性または必要な定格に影響を与える可能性があります。提案されている発電機の設置では、追加の故障電流を計算する必要があります。ただし、Regenインバーターの影響はごくわずかです。これは、電子過電流保護が、回路ブレーカーまたはヒューズが機能するよりもはるかに迅速に過電流を遮断するためです。現世代のCTインバーターのピーク短絡電流は定格電流の260％であり、インバーターがトリップすると、電流は4ミリ秒未満でゼロに減衰します（a.c.チョークの値によって異なります）。保護定格のピーク電流は、供給周波数の少なくとも半サイクルにわたって使用されます。これらの要因が合わさって、故障電流の寄与は無視できるようになります。
島の運営
発電機が稼働している設備から電力網が切断されると、地域の発電が意図せずに地域の負荷に電力を供給し続ける電力「島」が発生する可能性があります。周波数を調整するために設計されたガバナーがなければ、需要と供給のバランスを確保することはできないため、これはあまり起こりそうにありません。通常、周波数はすぐに動作範囲から外れ、システムが作動します。また、電圧や無効電力の制御はありません。ただし、島が発生した場合、電力労働者に安全上のリスクがあり、電圧または周波数が安全範囲を超えた場合、島内のローカル機器に損傷を与えるリスクがあります。
Regenシステムにエネルギー源（エンジン、バッテリー、その他のエネルギー貯蔵庫など）があり、島の運用が可能である場合は、島の損傷から保護する必要があります。再生ドライブの周波数範囲は、パラメータ設定で安全な範囲に制限する必要があり、電圧が過剰になった場合にインバータをトリップするために過電圧リレーを組み込む必要があります。
意図的な発電機には、単独運転保護（「主電源喪失」保護（LOM）と呼ばれることもあります）の標準があります。これらの一部では、インバータが島の状態を検出するための特別なアルゴリズムを動作させる必要があります。 UnidriveMドライブ。一部のドライブには、独立した承認済みの保護リレーが必要です。
意図的な島、バックアップ生成
再生インバータは、主電源が失われた場合のバックアップ電源など、スタンドアロンの発電機として使用できないことに注意してください。同期する既存の電源と組み合わせてのみ使用できます。
ライドスルー
意図的な発電機は、電力網の障害の間も動作を継続する必要がある場合があります。最も一般的な状況は、電力ネットワークのどこかで障害（短絡）が発生し、その結果、発電機の端子で突然の電圧降下が発生する場合です。これは、3つのフェーズ間でバランスが取れている場合とバランスが取れていない場合があります。ライドスルー中、電圧が低すぎると定格電力を生成し続けることができない場合がありますが、電圧をサポートし、障害のある回路が自動保護デバイスによって切断された後、グリッドが制御を回復するのを支援するために無効電流が必要です。
単純なAFEは、主電源の電圧波形とインバーター内で生成される電圧の正確なバランスに依存して動作するため、電圧の乱れに非常に敏感です。ライドスルー機能がない限り、単純な整流器よりも厄介なトリップを引き起こす傾向があります。 Unidrive Mには、MVネットワークに接続された発電機のBDEWガイドラインなど、主要な国内標準要件を満たす選択可能なライドスルー機能があります。
通常の回生運転では、RegenインバーターがAC電源システムへの電力出力を調整して、DCバス電圧を目的の値に調整することを理解することが重要です。電圧障害の間、それはもはやその最大定格電力を生成することができないので、DC電圧の調整を続けることができないかもしれません。その後、電源がこの役割を引き継ぐ必要があります。これを行わない場合、入力電力が出力を超えると、過電圧トリップが発生する可能性があります。または、ブレーキ抵抗を接続して過剰な電力を吸収することもできます。
電力と周波数の調整
AC電力グリッドの需要と供給のバランスは、周波数を調整することによって実現されます。外部の電力コマンドに応答することによってこれを支援するため、または周波数に対する電力の制御機能を実装するために、意図的な発電機が必要になる場合があります。これは、ドライブ内のアプリケーションとしてプログラムできます。
高調波と相互調和
最初の再生ブログで説明したように、再生インバーターは無視できるレベルの真の高調波電流を生成します。つまり、AC供給周波数の整数倍です。電源上の既存の高調波と相互作用し、PWM変調積を生成します。これらは高周波であり、長年にわたって高調波の範囲を超えていると考えられていました。高調波は一般に40次で終わると考えられていました。しかし、最近の技術基準や機器では、100次までの高調波が考慮され始めています。
たとえば、公称ライン周波数60Hzおよびスイッチング周波数3kHzで動作するシステムを考えてみます。存在する主なスイッチング関連の周波数は、2880Hzと3120Hzになります。これらは供給周波数の48倍と52倍です。ただし、2つの周波数は通約可能な量ではありません。つまり、位相ロックされていません。ライン周波数が60.1Hzの場合、同等の製品周波数は2879.8Hzと3120.2Hzになります。このようなシステムに高調波分析機器が接続されている場合、標準の5 Hz帯域幅がある場合は、これらが48次および52次高調波として示されるか、データを同期できないことを示している可能性があります。
スイッチング周波数が4kHzの場合、存在する主な周波数は3880Hzと4120Hzであり、これらは高調波周波数ではありません。これらは、高調波機能を備えたアナライザによって「高調波」として示されるか、通常の5Hz帯域幅の基本的な高調波アナライザによって無視される可能性があります。
上記の高調波と相互高調波はすべて、正または負の位相シーケンスを持つ3相セットです。これらは、高周波コモンモードの「ノイズ」電圧とは異なり、変圧器を通過し、サイト供給変圧器を超えて干渉を引き起こす可能性があることを意味します。スイッチング周波数フィルターは、それらの大きさを許容値に減らすために必要です。
DC電源/シンクとの相互作用–電圧の制御
再生システムがDC電源または負荷に接続されている場合は、DC電圧の制御を考慮する必要があります。再生ドライブシステムでは、マシンドライブは事実上定電力源になり、再生インバーターはその電力エクスポートを調整して、必要なDC電圧で入力電力のバランスを取ります。他のシステムは、まったく異なる特性を持っている場合があります。たとえば、PVインバーターでは、DC電圧と電流は、特定の日射量と温度に対するPVアレイの電圧/電流曲線によって制御されます。インバーターは自然にどの電圧を選択するかを「認識」しないため、再生インバーターのDC電圧リファレンスは、最適な電力点を見つけるためにMPPTアルゴリズムによって適合させる必要があります。
DC電源コモンモード電圧
再生システムのDC電源には、異常なコモンモード電圧があります。これは、その極とアース間の平均電圧です。完全な電圧波形分析は非常に複雑ですが、最初のブログの図1の簡略化された回路図を参照すると、入力インバータトランジスタペアの1つが状態を変えると、DCバス回路の電圧の傾向があると推測できます。グランドに対してV_DCに等しいステップで変化します。実際、このステップは、入力チョーク周辺の分圧によって1/3V_DCに制限されています。このステップは、位相が切り替わるたびに、つまり各PWMスイッチングサイクルで6回発生します。
これは、AC電源がニュートラルがグランドに接続された従来の主電源LV電源である場合、DCバスは、広い周波数スペクトルを含む、立ち上がりの速いエッジを持つ複雑なPWMパターンである高いコモンモード電圧を伝送することを意味します。これによる影響の一部を次のリストに示します。
- DCバスに接続されたドライブも、Regenインバーター自体も、内部EMCフィルターコンデンサーを配置する必要はありません。これらのコンデンサーは、コモンモード電圧によって過負荷になり、高い循環接地電流が発生する可能性があるためです。インバータの誤動作。
- 1と同じ理由で、DCバスにRFIフィルターを接続する必要はありません。
- DCバスは「ノイズが多い」ため、遮蔽されていない導体を介して分配されると、近くの信号回路に干渉を引き起こす可能性があります。 DC電力をかなりの距離に分散させる場合は、遮蔽ケーブルに接続する必要があります。ただし、ケーブルが長い場合、浮遊容量の高周波接地電流により、再生チョークで追加の電力損失が発生します。
- コモンモード電圧に耐えられることが確認されない限り、他の機器をDCバスに接続することはできません。 （たとえば、DC電源で動作するように設計された機器には、コモンモード電圧を許容できない独自のRFIフィルターが搭載されている可能性があります。ただし、ほとんどの電流および電圧トランスデューサーは、コモンモード電圧を許容するように設計されています。） >
これらの影響が許容できない特殊なアプリケーションの場合、1つの解決策は、AC電源がアースから絶縁されるように、入力に絶縁トランスを使用することです。これにより、DCバスの1つの極を直接グランドに接続して動作させることができるため、コモンモード電圧は発生しません。または、必要に応じてコンデンサを介してグランドまたはRFIフィルタに接続し、干渉を引き起こす可能性が最も高い高周波コモンモードノイズを低減することができます。これは、たとえば太陽光発電インバーターや、DC電力を複数の負荷に分配する必要があるシステムで使用されます。
フィルター、供給インピーダンス、電流制御
スイッチング周波数フィルタは、同じ供給回路に接続されている他の機器への干渉を回避することに関連して、上記で説明されています。フィルタは、インバータ制御システムへの影響という観点からも考慮する必要があります。
3 kHzインバーターでは、フィルターのターンオーバー周波数は約800 Hzであるため、2900Hzで有用な減衰が得られます。ターンオーバーは、これらの異常な周波数では不明な電源インピーダンスの影響を受けます。これは、インバータの電流ループゲインを高く設定しすぎないようにする必要があることを意味します。そうしないと、800 Hz付近の安定性が限界になり、システムが外乱に敏感になり、誤動作しやすくなります。従来のドライブアプリケーションの大部分、つまり再生システムが産業用LV配電ネットワークの多くの負荷の1つである場合、特別な要件が発生しない十分な自然減衰があります。通常、デフォルト値が有効です。
1つまたは複数の再生システムが専用電源から供給され、他にほとんど接続されていない場合、電流ループが過小減衰する可能性があります。これは、オシロスコープを使用してライン電流波形を表示することで簡単に識別できます。これは、発振バースト（「リンギング」）が約800 Hzの周期で発生し、多くの場合、各メインサイクルの6ポイントで発生するためです。この状況では、電流制御ループのP項を減らすことで安定性を回復できます。また、より遅い電流ループによって引き起こされる減衰不足の電圧制御を回避するために、電圧ループのゲインを下げる必要がある場合があります。アプリケーションが非常に動的であり、これらの低いゲインが受け入れられない場合は、ダンピングを改善するための代替方法が必要です。 2つのオプションがあります：
- さらにフィルターコンデンサを追加します。これにより、フィルターのターンオーバー周波数が、電流制御ループの位相遅れが少なく、アクティブダンピングに寄与する値まで下がります。
- 減衰フィルターを使用します。これは、いくつかの追加のコンデンサと小さな抵抗を使用してダンピングを提供します。詳細については、CTテクニカルサポートから入手できます。
どちらのオプションも効果的に使用されています。オプション1の欠点は、いくつかのコンデンサが必要になる可能性があり、スペースを占有し、また、インバータの無効電流制御機能によってオフセットする必要がある可能性のある高い定常無効電流を引き起こす可能性があることです。オプション2の欠点は、抵抗によって一定の電力損失が発生することです。また、電源に異常な高調波が発生した場合に過負荷から保護する必要があるため、オプションがかなり複雑になります。
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