交流インダクタを用いない小規模水力発電用高効率パワーコンディショナの開発

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24360104
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 藤田 英明 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (40238580)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 小規模水力発電 / パワーコンディショナ / 交流インダクタ / 系統連系

Research Abstract

本研究課題の目的は,交流インダクタを用いない新しい電力変換器のシステム構成を提案することにより,小規模水力発電の系統連系に適用可能な低コストかつ高効率なパワーコンディショナを開発することにある。これは,発電機が発電した交流電力を直流に変換することなく,直接系統電圧・周波数を有する交流電力に変換する点に特長がある。発電機の漏れインダクタンスを交流インダクタとして活用し,系統側出力端に交流コンデンサのみを接続して構成することにより,変換器のコスト削減と小型化,高効率化を可能にする。
平成24年度は,交流インダクタを用いないパワーコンディショナの動作特性を理論的に解析し,解析結果に基づいて実験回路の設計を行った。まず,回路シミュレータPSCAD/EMTDCを用いて,新しい交流インダクタを用いないパワーコンディショナの制御アルゴリズムを開発した。発電機が発電した交流電力を系統周波数の交流電力に変換するためには,各スイッチング素子の動通期間を制御し,系統周波数で出力コンデンサを充放電する必要がある。発電機電圧・電流と系統電圧・電流の瞬時値から,各スイッチング素子の導通期間を決定する新しいアルゴリズムを開発した。開発したアルゴリズムでは,スイッチング素子を位相制御することにより,電圧ひずみの少ない単相交流電圧を得ることができる。次に,解析の結果に基づいて実験装置の設計を行った。新しい制御アルゴリズムを実行するためには,従来のPWM制御ではなく,位相制御を行う必要があり,これを実行可能な制御回路と双方向スイッチを用いて構成した主回路が必要となる。制御回路については既に試作を完了した。主回路に関しては,平成24年度中に双方向スイッチに適した新しい素子が開発されたため,一部の設計を変更し,平成25年度に新しい素子を入手して試作を行う予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

予定通り制御アルゴリズムの開発し,基本設計を完了している。主回路の双方向スイッチに使用する新しい素子の入手を除いては,基本的な実験準備まで整っているので,当初予定通りの達成度と考えられる。

Strategy for Future Research Activity

平成24年度の基本設計に基づいて,パワーコンディショナの主回路を試作し,実験的に動作原理とその特性を検討する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

新しいスイッチング素子に合わせて設計変更を行ったため,素子の入手が間に合わなかった。本年度中に新しい素子を本試作回路に実装して動作確認を行うとともに,位相制御を実行するソフトウエアの開発を行う。安全を確保しつつ動作確認等を行うために,電流制限が可能な電源装置と絶縁が可能な電圧・電流波形観測装置を用いる.