JP2000060132A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変圧器の励磁電流の非線形な特性に影響され
ることなく変圧器の直流偏磁を安定して抑制できる電力
変換装置もしくは三相構成を採用した場合にも変圧器の
直流偏磁を確実に抑制できる電力変換装置を得ることを
目的とする。 【解決手段】 変圧器３の一次側および二次側電流を検
出する電流検出器５Ａ、５Ｂ、両電流検出器５Ａ、５Ｂ
の出力差から励磁電流を出力する減算器６、減算器６か
らの入力が第１の設定値Ｔ１以下の時または第２の設定
値Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）以上の時のみ出力を行う不感帯手
段１５、不感帯手段１５からの出力の直流成分を検出す
る直流成分検出器７、および電流制御手段１１からの電
圧指令値と直流成分検出器７からの励磁電流の直流成分
とを加算する加算器１２を備え、上記直流成分が零とな
るよう自励式変換器２の出力電圧を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、変圧器を介して
交流電力系統や負荷などの交流線路と接続される電力変
換装置において、上記変圧器の直流偏磁を防止する技術
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、例えば特開平７−２８５３４号
公報に開示されたこの種の従来の電力変換装置を示す図
である。

【０００３】図９において、１は交流電力系統、２はゲ
ート駆動信号に基づいて交流電圧を発生する自励式変換
器、３は交流電力系統１と自励式変換器２とを接続する
単相の変圧器、４は自励式変換器２に直流電圧を供給す
る直流電圧源、５Ａ、５Ｂは変圧器３の巻線に流れる電
流を検出する電流検出器、６は電流検出器５Ａと５Ｂと
の差分をとる減算器、７は減算器６の出力から直流成分
を検出する直流成分検出器、８は交流電力系統１の電圧
を検出する電圧検出器、９は交流電力系統１の設定電圧
を与える電圧基準、１０は交流電力系統１の電圧と電圧
基準９との偏差に応じて自励式変換器２の電流指令を作
成する系統電圧制御手段、１１は系統電圧制御手段１０
の出力する電流指令と電流検出器５Ａからの出力との偏
差に応じて自励式変換器２の出力電圧指令を作成する電
流制御手段、１２は直流成分検出器７の出力と電流制御
手段１１の出力とを加算する加算器、１３は加算器１２
の出力に従って自励式変換器２の自己消弧型素子の点弧
タイミングを決めゲートパルス信号を作成するパルス幅
変調（ＰＷＭ）制御回路、１４はパルス幅変調制御回路
１３の出力を増幅して自励式変換器２にゲート駆動信号
を与えるゲートパルス増幅回路である。

【０００４】次に図９に示した従来の電力変換装置の動
作について説明する。図９に示した電力変換装置におい
て、交流電力系統１の電圧もしくは自励式変換器２の出
力電圧に直流成分が含まれていた場合、変圧器３に直流
成分を含んだ励磁電流が流れることとなるが、この励磁
電流の直流成分が変圧器３を偏磁せしめ、その結果変圧
器３の鉄心が飽和する。

【０００５】変圧器３の鉄心が飽和した場合、変圧器鉄
心は図１０に示した励磁特性を有するため、わずかな電
圧変化で急激に電流が増加し、自励式変換器２にて過電
流が発生し保護停止する。

【０００６】変圧器３の巻線電流のうち、交流電力系統
１に接続された巻線に流れる電流を一次側巻線電流と
し、自励式変換器２に接続された巻線に流れる電流を二
次側巻線電流とすると、電流検出器５Ａによって検出さ
れた変圧器３の一次側巻線電流と、電流検出器５Ｂによ
って検出された変圧器３の二次側巻線電流とを入力とし
て、減算器６によって差分を得ることにより変圧器３の
励磁電流が求まるので、変圧器３の鉄心を偏磁せしめる
励磁電流に含まれる直流成分は、減算器６の出力から直
流分を検出する直流成分検出器７で検出される。

【０００７】一方、系統電圧制御手段１０は、電圧検出
器８にて検出された系統電圧の帰還値が電圧基準９と一
致するように自励式変換器２の出力すべき電流指令を作
成し、電流制御手段１１は電流検出器５Ａにて検出した
変圧器３の一次側電流が系統電圧制御手段１０の出力す
る電流指令に一致するように自励式変換器２の出力すべ
き電圧指令を作成する。

【０００８】直流成分検出器７にて検出された変圧器３
の励磁電流に含まれる直流成分は、電流制御手段１１に
て作成された電力変換器２の電圧指令と加算器１２によ
って加算され、自励式変換器２の電圧指令補正値として
作用する。

【０００９】パルス幅変調制御回路１３は加算器１２の
出力に従ってゲートパルス幅信号を作成し、ゲートパル
ス増幅回路１４ではゲートパルス幅信号に応じて自励式
変換器２の半導体素子を点弧、消弧するゲート駆動信号
を作成し、このゲート駆動信号を自励式変換器２に与え
ることにより、自励式変換器２は直流電圧源４の電圧に
従って自己消弧型素子をスイッチングして加算器１２の
出力に相当する電圧を発生する。

【００１０】以上述べたように、図９に示した従来の電
力変換装置は、自励式変換器２が加算器１２の出力に相
当する電圧を出力するので、交流電力系統１の電圧もし
くは自励式変換器２の出力電圧に直流成分が含まれた場
合、変圧器３の励磁電流に含まれる直流成分を検出し加
算器１２に与えることにより、交流電力系統１の電圧も
しくは自励式変換器２の出力電圧に含まれる直流成分を
打ち消す電圧を自励式変換器２が発生し、変圧器３の直
流偏磁を避けるように動作する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置は
以上のように構成されているので、減算器６にて変圧器
３の一次電流と二次電流との差分から励磁電流を求め、
その直流成分を直流成分検出器７にて抽出して加算器１
２に与えていることにより、自励式変換器２の出力する
電圧も励磁電流に比例した電圧となるが、図１０に示し
た通り変圧器３の鉄心の磁束と励磁電流との関係は非線
形であるため、飽和領域付近で急激に増加する励磁電流
に比例した電圧を自励式変換器２で出力すると過補償と
なり、不安定になる問題点があった。

【００１２】また、図１０に示した励磁電流特性におい
て、飽和に達しない領域でも、特に励磁電流の小さい領
域ではその値が通常定格電流の数％以下となり、電流検
出器５Ａ、５Ｂの精度を考えるとノイズ等による誤検出
や、デジタル制御系にてシステムを構築した場合の自励
式変換器２のスイッチングリップルに起因するエリアス
ノイズによる励磁電流直流成分の誤検出による動作不安
定の問題点があった。

【００１３】また、変圧器３ならびに自励式変換器２が
三相構成を採用した場合に考慮すべき巻線電流と相電流
との関係、相電圧と線間電圧との関係等について考慮さ
れていないという問題点があった。

【００１４】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたものであり、変圧器の励磁電流の非線形な
特性に影響されることなく変圧器の直流偏磁を安定して
抑制できる電力変換装置もしくは三相構成を採用した場
合にも変圧器の直流偏磁を確実に抑制できる電力変換装
置を得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電力変換
装置は、変圧器を介して交流線路に接続された電力変換
装置であって、上記変圧器の励磁状態量を検出する励磁
状態量検出手段、この励磁状態量検出手段からの出力の
直流成分を検出する直流成分検出手段、およびこの直流
成分検出手段からの出力が所定の目標値となるよう電圧
指令値に当該出力を加算した値に基づき上記電力変換装
置の出力電圧を制御する制御手段を備えたものにおい
て、上記励磁状態量検出手段と上記直流成分検出手段と
の間または上記直流成分検出手段と上記制御手段との間
に挿入され、入力が第１の設定値以下の時または上記第
１の設定値より大きい第２の設定値以上の時のみ出力を
行い、上記入力が上記第１の設定値を越え上記第２の設
定値未満の時は出力を行わない不感帯手段を備えたもの
である。

【００１６】また、この発明に係る電力変換装置は、変
圧器を介して交流線路に接続された電力変換装置であっ
て、上記変圧器の励磁状態量を検出する励磁状態量検出
手段、この励磁状態量検出手段からの出力の直流成分を
検出する直流成分検出手段、およびこの直流成分検出手
段からの出力が所定の目標値となるよう電圧指令値に当
該出力を加算した値に基づき上記電力変換装置の出力電
圧を制御する制御手段を備えたものにおいて、上記励磁
状態量検出手段と上記直流成分検出手段との間または上
記直流成分検出手段と上記制御手段との間に挿入され、
入力が第１の設定値以下の時または上記第１の設定値よ
り大きい第２の設定値以上の時、上記入力を制限した出
力を行うリミッタ手段を備えたものである。

【００１７】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の一次側電流を検出する第１
の電流検出器、上記変圧器の二次側電流を検出する第２
の電流検出器、および上記両電流検出器の出力差に基づ
き上記変圧器の励磁電流を算出する励磁電流算出手段を
備え、上記励磁電流を上記変圧器の励磁状態量として出
力するものである。

【００１８】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の一次側電圧を検出する第１
の電圧検出器、上記変圧器の二次側電圧を検出する第２
の電圧検出器、および上記両電圧検出器の出力に基づき
上記変圧器の磁束量を算出する磁束量算出手段を備え、
上記磁束量を上記変圧器の励磁状態量として出力するも
のである。

【００１９】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の鉄心に流れる磁束量を検出
する磁束量検出手段を備え、上記磁束量を上記変圧器の
励磁状態量として出力するものである。

【００２０】また、この発明に係る電力変換装置は、三
相の変圧器を介して交流線路に接続された電力変換装置
であって、上記変圧器の三相の励磁状態量を検出する励
磁状態量検出手段、この励磁状態量検出手段からの三相
出力の直流成分を検出する直流成分検出手段、およびこ
の直流成分検出手段からの三相出力が所定の目標値とな
るよう三相電圧指令値に当該出力を加算した値に基づき
上記電力変換装置の出力電圧を制御する制御手段を備え
たものである。

【００２１】また、この発明に係る電力変換装置は、直
流成分検出手段と制御手段との間に挿入され、上記直流
成分検出手段からの三相出力を三相相電圧出力に変換す
る相電圧算出手段を備え、制御手段は、上記相電圧算出
手段からの出力が所定の目標値となるよう三相電圧指令
値に当該出力を加算した値に基づき電力変換装置の出力
電圧を制御するようにしたものである。

【００２２】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の一次側三相巻線電流を検出
する第１の電流検出手段、上記変圧器の二次側三相巻線
電流を検出する第２の電流検出手段、および上記両電流
検出手段の出力差に基づき上記変圧器の三相励磁電流を
算出する励磁電流算出手段を備え、上記三相励磁電流を
上記変圧器の三相励磁状態量として出力するものであ
る。

【００２３】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の一次側三相電圧を検出する
第１の電圧検出手段、上記変圧器の二次側三相電圧を検
出する第２の電圧検出手段、および上記両電圧検出手段
の出力に基づき上記変圧器の三相磁束量を算出する磁束
量算出手段を備え、上記三相磁束量を上記変圧器の三相
励磁状態量として出力するものである。

【００２４】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の鉄心に流れる三相磁束量を
検出する磁束量検出手段を備え、上記三相磁束量を上記
変圧器の三相励磁状態量として出力するものである。

【００２５】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がスター結線され
その零相電流路が形成されている場合、励磁状態量検出
手段は、三相の励磁状態量からその零相成分を検出し上
記三相の励磁状態量から上記零相成分を減じたものを出
力するようにしたものである。

【００２６】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がデルタ結線され
たものである場合、当該デルタ結線された側の電流検出
手段は、上記デルタ結線された側の相電流を検出する相
電流検出器、およびこの相電流検出器の出力から上記デ
ルタ結線された巻線の三相巻線電流を算出する巻線電流
算出手段を備えたものである。

【００２７】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がデルタ結線され
たものである場合、当該デルタ結線された側の電流検出
手段は、上記デルタ結線された側の各巻線に挿入され上
記三相巻線の巻線電流を検出する巻線電流検出器を備え
たものである。

【００２８】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がスター結線され
その零相電流路が形成されている場合、当該スター結線
された側の電流検出手段は、上記スター結線された側の
巻線電流を検出する巻線電流検出器、この巻線電流検出
器からの出力の零相成分を検出する零相成分検出器、お
よび上記巻線電流検出器の出力から上記零相成分を減じ
て三相の巻線電流を出力する減算器を備えたものであ
る。

【００２９】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がデルタ結線され
たものである場合、当該デルタ結線された側の電圧検出
手段は、上記デルタ結線された側の相電圧を検出する相
電圧検出器、およびこの相電圧検出器の出力から上記デ
ルタ結線された巻線の三相巻線電圧を算出する巻線電圧
算出手段を備えたものである。

【００３０】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がデルタ結線され
たものである場合、当該デルタ結線された側の電圧検出
手段は、上記デルタ結線された側の各巻線の電圧を検出
する巻線電圧検出器を備えたものである。

【００３１】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がスター結線され
たものである場合、当該スター結線された側の電圧検出
手段は、上記スター結線された側の線間電圧を検出する
線間電圧検出器、およびこの線間電圧検出器の出力から
上記スター結線された巻線の三相巻線電圧を算出する巻
線電圧算出手段を備えたものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１の電力変換
装置の構成を示す構成図である。図１において、１は交
流線路である交流電力系統、２はＧＴＯサイリスタ、Ｇ
ＣＴサイリスタ、ＩＧＢＴ、トランジスタ等の自己消弧
可能な半導体素子から構成され、ゲート駆動信号に基づ
いて交直変換可能な自励式変換器、３は交流電力系統１
と自励式変換器２とを接続する変圧器、４は自励式変換
器２に直流電圧を供給する直流電圧源、５Ａ、５Ｂは変
圧器３の巻線に流れる電流を検出する電流検出器、６は
電流検出器５Ａと５Ｂとの差分をとる減算器、７は減算
器６の出力から直流成分を検出する直流成分検出器、８
は交流電力系統１の電圧を検出する電圧検出器、９は交
流電力系統１の設定電圧を与える電圧基準、１０は交流
電力系統１の電圧と電圧基準９との偏差に応じて自励式
変換器２の電流指令を作成する系統電圧制御手段、１１
は系統電圧制御手段１０の出力する電流指令と電流検出
器５Ａからの出力との偏差に応じて自励式変換器２の出
力電圧指令を作成する電流制御手段、１２は直流成分検
出器７の出力と電流制御手段１１の出力とを加算する加
算器、１３は加算器１２の出力に従って自励式変換器２
の自己消弧型素子の点弧タイミングを決めゲートパルス
信号を作成するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路、１４
はパルス幅変調制御回路１３の出力を増幅して自励式変
換器２にゲート駆動信号を与えるゲートパルス増幅回
路、１５は入力値が一定以上または一定以下の場合のみ
出力する不感帯手段である。

【００３３】図２は、不感帯手段１５の動作特性を示す
図である。図に示すように、不感帯手段１５は、その入
力が第１の設定値Ｔ１以下の時または第２の設定値Ｔ２
（Ｔ２＞Ｔ１）以上の時のみ出力を行う、即ち、設定値
Ｔ１〜Ｔ２の範囲の不感帯を設けている。この設定値Ｔ
１、Ｔ２の絶対値としては、この不感帯手段１５を設け
なかった場合に誤動作の原因となる電流検出器５Ａ、５
Ｂのオフセットやノイズ分、自励式変換器２のスイッチ
ングリップル等に起因するエリアスノイズ等を除去でき
るレベルに設定する。

【００３４】次に動作について説明する。電流検出器５
Ａにて検出された変圧器３の一次側巻線電流と電流検出
器５Ｂにて検出された変圧器３の二次側巻線電流とから
減算器６にて励磁状態量としての励磁電流成分を求め
る。尚、変圧器３の一次巻線と二次巻線との巻数比が１
でない場合は電流検出器５Ａと減算器６との間に（式
１）に示した係数１を乗算するか、電流検出器５Ｂと減
算器６との間に（式２）に示した係数２を乗算すること
により励磁電流を求めることが出来る。 係数１＝一次巻線巻数／二次巻線巻数 ・・・（式１） 係数２＝二次巻線巻数／一次巻線巻数 ・・・（式２）

【００３５】減算器６の出力には励磁電流直流成分の誤
検出を招く電流検出器５Ａ、５Ｂのオフセット、ノイ
ズ、自励式変換器２のスイッチングリップルに起因する
エリアスノイズ等が含まれるが、上述した不感帯手段１
５によって一定以上一定以下の信号を除去することが可
能なため、これらを除去することができる。

【００３６】図３は、この不感帯手段１５の動作を示す
ものである。同図（ａ）は減算器６の出力として得られ
た変圧器３の励磁電流で、ここでは、変圧器３は偏磁し
ておらず、また、電流検出器５Ａ、５Ｂの出力にもオフ
セットが存在しない場合を示している。なお、現実の励
磁電流の波形は変圧器３の鉄心のヒステリシス特性等に
より、歪んだものとなるが、ここでは、図示の適宜上、
正弦波状のものとしている。上記した条件においては、
変圧器３の励磁電流に直流成分が含まれないため、直流
成分検出器７の出力は同図（ｂ）に示すように零とな
り、加算器１２は電流制御手段１１からの出力電圧指令
値をそのまま出力する。

【００３７】次に、変圧器３は偏磁していないが、仮
に、電流検出器５Ａまたは５Ｂの出力にオフセットが含
まれると、減算器６からの出力は同図（ｃ）の如くにな
る。図において、Δはオフセット量である。従って、不
感帯手段１５が存在しない従来の場合には、同図（ｄ）
に示す直流成分検出器７からの直流出力がそのまま加算
器１２に入力されることになる。このため、本来、変圧
器３は偏磁していないにもかかわらず、直流成分検出器
７からの誤った補正信号に基づいて自励式変換器２に直
流電圧成分を発生させ、変圧器３を偏磁に至らしめる。

【００３８】これに対し、この発明の不感帯手段１５を
設けた場合は、同図（ｅ）に示すように、正常な範囲の
励磁電流分に電流検出器５Ａまたは５Ｂのオフセットが
加わった値では、入力が不感帯手段１５の不感帯の範囲
に入り、不感帯手段１５の出力は零となる（同図
（ｆ））。従って、当然ながら、直流成分検出器７の出
力も零となって、自励式変換器２が直流電圧成分を発生
する不要な動作を行うことはない。

【００３９】減算器６からの励磁電流が、不感帯手段１
５の不感帯を越えて大きく、変圧器３を偏磁飽和に至ら
しめるその直流成分は、直流成分検出器７によって検出
される。直流成分検出器７は、直流成分を含む交流信号
から直流成分のみを抽出する検出器であり、例えば、ロ
ーパスフィルタ、積分器、移動平均フィルタなどで構成
することができる。

【００４０】一方、系統電圧制御手段１０は、電圧検出
器８にて検出された系統電圧の帰還値が電圧基準９と一
致するように自励式変換器２の出力すべき電流指令を作
成し、電流制御手段１１は電流検出器５Ａにて検出した
変圧器３の一次側電流が系統電圧制御手段１０の出力す
る電流指令に一致するように自励式変換器２の出力すべ
き電圧指令を作成する。

【００４１】不感帯手段１５の設定値を超える、直流成
分検出器７にて検出された変圧器３の励磁電流に含まれ
る直流成分は、電流制御手段１１にて作成された電力変
換器２の電圧指令と加算器１２によって加算され、自励
式変換器２の電圧指令補正値として作用し、パルス幅変
調制御回路１３は加算器１２の出力に従ってゲートパル
ス幅信号を作成し、ゲートパルス増幅回路１４ではゲー
トパルス幅信号に応じて自励式変換器２の半導体素子を
点弧、消弧するゲート駆動信号を作成し、このゲート駆
動信号を自励式変換器２に与えることにより、自励式変
換器２は直流電圧源４の電圧に従って自己消弧型素子を
スイッチングして加算器１２の出力に相当する電圧を発
生するので、即ち、直流成分検出器７の出力が十分低レ
ベルの所定の設定値（通例は零レベル）となるよう制御
されることになり、自励式変換器２の出力する電圧が変
圧器３の偏磁を抑制するように作用する訳である。

【００４２】尚、図１では不感帯手段１５は加算器６と
直流成分検出器７との間に設けているが、電流検出器５
Ａと減算器６との間もしくは電流検出器５Ｂと減算器６
との間または直流成分検出器７と加算器１２との間に設
けても同様の効果が得られる。もっとも、不感帯手段１
５の挿入位置によって、その設定値は適当に変更する必
要があることは言うまでもない。

【００４３】また、本実施の形態では変圧器３の巻数比
が１でない場合に（式１）もしくは（式２）に示した係
数を乗じて励磁電流を求める手法を説明したが、電流検
出器５Ａと減算器６との間で一次巻線巻数を、電流検出
器５Ｂと減算器６との間で二次巻線巻数を乗算して得ら
れる起磁力を励磁状態量として求めるようにしても、励
磁電流に比例した量であるため同様の効果が期待でき
る。

【００４４】また、本実施の形態では、変圧器３の励磁
状態量を、電流検出器５Ａ、５Ｂにて検出した変圧器３
の一次側電流と二次側電流との差分を減算器６にて求め
て励磁電流を求めることによって得ているが、電流検出
器５Ａ、５Ｂの代わりに電圧検出器を用いその出力を積
分した値に基づき励磁状態量を得ても、あるいは変圧器
３の鉄心の磁束量を検出する例えばホール素子やサーチ
コイル等の磁気検出器を設けて直接に変圧器３の励磁状
態量を得ても同様の効果が得られる。即ち、それぞれで
得られた磁気状態量を不感帯手段１５を経て取り出し加
算器１２で加算することにより、電流検出器のオフセッ
ト等に起因する不要な偏磁動作を防止するという効果が
得られる。

【００４５】以上述べたように図１に示した実施の形態
１の電力変換装置は、励磁電流直流成分の誤検出を招
く、電流検出器５Ａならび５Ｂにて検出した電流に含ま
れるオフセット、ノイズ、自励式変換器２のスイッチン
グリップルに起因するエリアスノイズ等を不感帯手段１
５によって除去することができるので、変圧器磁束の励
磁電流の直流成分を誤算出することなく正しい直流成分
を求めることによって、正しく出力電圧直流分補正を行
うことができるため、当該変圧器の直流偏磁を抑制する
効果が得られ、過電流による保護停止を避けて運転継続
性の高い高信頼の電力変換装置を提供することが出来
る。

【００４６】実施の形態２．図４は本発明の実施の形態
２の電力変換装置の構成を示す構成図である。図１と異
なるのは、不感帯手段１５に替えてリミッタ手段１６を
設けた点である。

【００４７】図５は、リミッタ手段１６の動作特性を示
す図である。図に示すように、リミッタ手段１６は、そ
の入力が第１の設定値Ｔ１以下の時または第２の設定値
Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）以上の時、その入力を制限した出力
を行う。この設定値Ｔ１、Ｔ２の絶対値は、変圧器３の
鉄心の飽和特性を考慮し、入力である励磁電流の急峻な
増大による過補償の電圧指令補正を出力を防止する観点
から決定される。

【００４８】次に動作について説明する。電流検出器５
Ａ、５Ｂにて検出された電流を減算器６にて減算し励磁
電流を求め、直流成分検出器７にて変圧器３を偏磁飽和
に至らしめる直流成分を抽出する動作は図１に示した実
施の形態１の電力変換装置と同様である。

【００４９】従来技術にて説明したとおり、直流成分検
出器７の出力をそのまま電圧指令補正値として加算器１
２を介して出力した場合、変圧器３の鉄心の励磁電流と
磁束との関係は図１０に示した通り非線形な関係である
ので、特に飽和領域付近で電圧の変化が小さいにもかか
わらず急激に励磁電流が増加し、励磁電流の直流成分を
そのまま電圧指令補正値として出力した場合、必要以上
の補正電圧を出力してしまい、不安定になる恐れがあ
る。

【００５０】しかしながら、本実施の形態では、直流成
分検出器７の出力をリミッタ手段１６を介してその最大
値ならびに最小値を制限することにより、図１０に示し
た変圧器鉄心の非線形な関係に応じて、必要以上の過大
な電圧指令補正値を出力することなく、適切な電圧指令
補正値を出力する。リミッタ手段１６の出力は加算器１
２にて加算され実施の形態１と同様電圧指令補正値とし
て作用する。

【００５１】尚、本実施の形態では、リミッタ手段１６
を直流成分検出器７と加算器１２との間に設けている
が、実施の形態１の場合と同様、電流検出器５Ａと減算
器６との間または電流検出器５Ｂと減算器６との間、も
しくは減算器６と直流成分検出器７との間に設けても同
様の効果が得られる。

【００５２】また、実施の形態１と同様に、変圧器３の
巻数比が１でない場合に（式１）もしくは（式２）に示
した係数を乗じて励磁電流を求める手法を説明したが、
電流検出器５Ａと減算器６との間で一次巻線巻数を、電
流検出器５Ｂと減算器６との間で二次巻線巻数を乗算し
て得られる起磁力を励磁状態量として求めるようにして
も、励磁電流に比例した量であるため同様の効果が期待
できる。

【００５３】また、実施の形態１と同様に、変圧器３の
励磁状態量を、電流検出器５Ａ、５Ｂにて検出した変圧
器３の一次側電流と二次側電流との差分を減算器６にて
求めて励磁電流を求めることによって得ているが、電流
検出器５Ａ、５Ｂの代わりに電圧検出器を用いその出力
を積分した値に基づき励磁状態量を得ても、あるいは変
圧器３の鉄心の磁束量を検出する例えばホール素子やサ
ーチコイル等の磁気検出器を設けて直接に変圧器３の励
磁状態量を得ても同様の効果が得られる。即ち、それぞ
れで得られた磁気状態量をリミッタ手段１６を経て取り
出し加算器１２で加算することにより、変圧器鉄心の飽
和特性に起因する必要以上の補正電圧を出力するという
不具合が解消される。

【００５４】以上述べたように、図４に示した実施の形
態２の電力変換装置は、リミッタ手段１６を設けて電圧
指令補正値の最大値および最小値を制限することによ
り、変圧器鉄心の飽和領域付近で励磁電流が急激に増加
する場合でも、必要以上の過大な電圧指令補正値を制限
して正しく電圧指令値補正を行うことができるため、過
補償による不安定動作を避けて当該変圧器の直流偏磁を
抑制する効果が得られ、過電流による保護停止を避けて
運転継続性の高い高信頼の電力変換装置を提供すること
が出来る。

【００５５】実施の形態３．図６は本発明の実施の形態
３の電力変換装置の構成を示す構成図である。図６にお
いて、３はスター結線された一次巻線とデルタ結線され
た二次巻線とを備えた変圧器、５１Ａ〜５１Ｃは変圧器
３の一次側三相電流を検出する電流検出器、５２Ａ〜５
２Ｃは変圧器３の二次側三相電流を検出する電流検出
器、６１Ａ〜６１Ｃは電流検出器５２Ａ〜５２Ｃにて検
出した変圧器３の二次側三相電流から変圧器３の巻線電
流を算出するための減算を行う減算器、１７１Ａ〜１７
１Ｃは減算器６１Ａ〜６１Ｃの出力を定数倍して変圧器
３の巻線電流を算出する乗算器、６２Ａ〜６２Ｃは電流
検出器５１Ａ〜５１Ｃにて検出した変圧器３の一次側三
相電流と乗算器１７１Ａ〜１７１Ｃにて算出した変圧器
３の二次側三相巻線電流を減算して変圧器３の各相鉄心
巻線の励磁電流を算出する減算器、７Ａ〜７Ｃは減算器
６２Ａ〜６２Ｃにて算出した励磁電流から変圧器３の鉄
心を偏磁飽和に至らしめる直流成分を検出する直流成分
検出器、６３Ａ〜６３Ｃは直流成分検出器７Ａ〜７Ｃに
て検出した変圧器３の各相鉄心巻線の励磁電流の直流成
分から自励式変換器２の各相の電圧指令補正値を算出す
るための減算を行う減算器、１７２Ａ〜１７２Ｃは減算
器６３Ａ〜６３Ｃの出力を定数倍して自励式変換器２の
各相の電圧指令補正値を算出する乗算器、１２１Ａ〜１
２１Ｃは乗算器１７２Ａ〜１７２Ｃにて算出した自励式
変換器２の各相の電圧指令補正値と電流制御手段１１に
て算出した各相電圧指令値を加算して自励式変換器２の
最終電圧指令値を算出する加算器である。

【００５６】次に動作について説明する。電流検出器５
２Ａ〜５２Ｃを自励式変換器２と変圧器３の二次側との
間の結線に設けた場合、検出可能な電流は各相の相電流
となる。ここで、変圧器３の二次側の相電流をＩｕ２、
Ｉｖ２、Ｉｗ２、変圧器３の二次側巻線電流をＩｕｖ
２、Ｉｖｗ２、Ｉｗｕ２とすると（式３）〜（式５）が
成立する。 Ｉｗｕ２＋Ｉｕ２＝Ｉｕｖ２・・・（式３） Ｉｕｖ２＋Ｉｖ２＝Ｉｖｗ２・・・（式４） Ｉｖｗ２＋Ｉｗ２＝Ｉｗｕ２・・・（式５） 従って、（式３）〜（式５）より（式６）〜（式８）が求められる。 Ｉｕｖ２＝（Ｉｕ２−Ｉｖ２）／３＋（Ｉｕｖ２＋Ｉｖｗ２＋Ｉｗｕ２）／３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（式６） Ｉｖｗ２＝（Ｉｖ２−Ｉｗ２）／３＋（Ｉｕｖ２＋Ｉｖｗ２＋Ｉｗｕ２）／３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（式７） Ｉｗｕ２＝（Ｉｗ２−Ｉｕ２）／３＋（Ｉｕｖ２＋Ｉｖｗ２＋Ｉｗｕ２）／３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（式８） ここで、（Ｉｕｖ２＋Ｉｖｗ２＋Ｉｗｕ２）は各相巻線
間のインピーダンスが不平衡の場合にのみ現れる項で、
通常無視しうる程度に小さいのでこれを零として相電流
Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２から巻線電流Ｉｕｖ２、Ｉｖｗ
２、Ｉｗｕ２を求めることができる。

【００５７】従って、図６において、変圧器３の二次側
相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２を電流検出器５２Ａ〜５
２Ｃにて求め、減算器６１Ａ〜６１Ｃにて減算を行い、
乗算器１７１Ａ〜１７１Ｃにて１／３倍の乗算を行うこ
とにより（式６）〜（式８）の演算を行うことが出来る
ので、変圧器３の二次側巻線電流Ｉｕｖ２、Ｉｖｗ２、
Ｉｗｕ２を正しく求めることが出来る。

【００５８】乗算器１７１Ａ〜１７１Ｃにて求めた変圧
器３の二次側巻線電流をそれぞれ電流検出器５１Ａ〜５
１Ｃにて検出された一次側巻線電流と減算器６２Ａ〜６
２Ｃにて減算することによって変圧器３の各相の鉄心の
励磁電流を励磁状態量として求めることが出来る。この
様にして求められた変圧器３の各相の鉄心の励磁電流よ
り直流成分検出器７Ａ〜７Ｃにて直流成分を検出するこ
とにより、実施の形態１と同様に、自励式変換器２によ
り変圧器３の各相の鉄心に印加すべき各相の電圧指令補
正値を求めることができる。尚、本実施の形態では変圧
器３の構成が一次側スター結線、二次側デルタ結線の場
合について説明したため、相電流より巻線電流を求める
演算を二次側についてのみ行ったが、変圧器構成が一次
側デルタ結線、二次側スター結線の場合には（式６）〜
（式８）に相当する相電流より巻線電流を求める演算を
一次側について行い、変圧器構成が一次側デルタ結線、
二次側デルタ結線の場合には（式６）〜（式８）に相当
する相電流より巻線電流を求める演算を一次側および二
次側の両方で行えば同様の効果が期待できる。

【００５９】直流成分検出器７Ａ〜７Ｃの出力は変圧器
３の二次側各相鉄心の巻線に印加すべき電圧指令補正値
であるため、パルス幅変調制御回路１３に与える最終電
圧指令値が相電圧指令値である場合、変圧器３の二次側
巻線に印加される巻線電圧から変圧器３に印加される二
次側相電圧を求める必要がある。

【００６０】変圧器３の二次側巻線電圧をＶｕｖ２、Ｖ
ｖｗ２、Ｖｗｕ２、二次側相電圧をＶｕ２，Ｖｖ２，Ｖ
ｗ２とすると、（式９）〜（式１１）が成立する。 Ｖｕｖ２＝Ｖｕ２−Ｖｖ２・・・（式９） Ｖｖｗ２＝Ｖｖ２−Ｖｗ２・・・（式１０） Ｖｗｕ２＝Ｖｗ２−Ｖｕ２・・・（式１１） 従って、（式９）〜（式１１）より（式１２）〜（式１４）が求められる。 Ｖｕ２＝（Ｖｕｖ２−Ｖｗｕ２）／３＋（Ｖｕ２＋Ｖｖ２＋Ｖｗ２）／３・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・（式１２） Ｖｖ２＝（Ｖｖｗ２−Ｖｕｖ２）／３＋（Ｖｕ２＋Ｖｖ２＋Ｖｗ２）／３・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・（式１３） Ｖｗ２＝（Ｖｗｕ２−Ｖｖｗ２）／３＋（Ｖｕ２＋Ｖｖ２＋Ｖｗ２）／３・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・（式１４） ここで、（Ｖｕ２＋Ｖｖ２＋Ｖｗ２）は二次側相電圧が
不平衡の場合にのみ現れる項であるが、変圧器巻線構成
がデルタ結線である場合、仮に零でない（Ｖｕ２＋Ｖｖ
２＋Ｖｗ２）成分が相電圧に印加された場合でも（式
９）〜（式１１）よりわかるとおり、巻線電圧Ｖｕｖ
２、Ｖｖｗ２、Ｖｗｕ２に影響を与えないため、（Ｖｕ
２＋Ｖｖ２＋Ｖｗ２）を零として（式１２）〜（式１
４）の演算を行えばよい。

【００６１】従って、直流成分検出器７Ａ〜７Ｃの出力
は、減算器６３Ａ〜６３Ｃおよび乗算器１７２Ａ〜１７
２Ｃにて（式１２）〜（式１４）に相当する演算を行う
ことによって、変圧器３の二次側各相鉄心の巻線に印加
すべき電圧指令補正値からパルス幅変調制御回路１３に
与えるべき相電圧指令補正値を演算することが出来るの
で、加算器１２１Ａ〜１２１Ｃにて加算してパルス幅変
調制御回路１３に与えられることによって自励式変換器
２の出力電圧で変圧器３の偏磁を適切に補正することが
出来る。

【００６２】尚、本実施の形態では、（式６）〜（式
８）に相当する演算ならびに（式１２）〜（式１４）に
相当する演算を行う手段として、減算を行った後に乗算
を行っているが、これらの順序は入れ替わっても同様の
効果が期待できる。

【００６３】また、実施の形態１と同様に、変圧器３の
巻数比が１でない場合に（式１）もしくは（式２）に示
した係数を乗じて励磁電流を求める手法を説明したが、
電流検出器５１Ａ〜５１Ｃと減算器６２Ａ〜６２Ｃとの
間で一次巻線巻数を、電流検出器５２Ａ〜５２Ｃと減算
器６２Ａ〜６２Ｃの間で二次巻線巻数を乗算して得られ
る起磁力を励磁状態量として求めるようにしても、励磁
電流に比例した量であるため同様の効果が期待できる。

【００６４】また、実施の形態１と同様に、変圧器３の
励磁状態量を、電流検出器５１Ａ〜５１Ｃ、５２Ａ〜５
２Ｃにて検出した変圧器３の一次側電流と二次側電流と
の差分を減算器６２Ａ〜６２Ｃにて求めて励磁電流を求
めることによって得ているが、電流検出器５１Ａ〜５１
Ｃ、５２Ａ〜５２Ｃの代わりに電圧検出器を用い、その
出力を積分した値に基づき励磁状態量を得ても、あるい
は変圧器３の鉄心の磁束量を検出する例えばホール素子
やサーチコイル等の磁気検出器を設けて直接に変圧器３
の励磁状態量を得ても同様の効果が得られる。

【００６５】なお、電圧検出結果から励磁状態量を求め
る場合であって、変圧器の巻線がデルタ結線されている
ときは、以下の要領で巻線電圧を求めることができる。
即ち、当該デルタ結線された側の相電圧を検出する相電
圧検出器を備え、この相電圧検出器の出力から、図６で
説明したと同様の方式により、減算器および乗算器を使
用して上記デルタ結線された巻線の三相巻線電圧を算出
する。また、別方式として、変圧器のデルタ結線された
側の各巻線の電圧を検出する巻線電圧検出器を備えるよ
うにしてもよい。

【００６６】更に、変圧器の巻線がスター結線されてい
るときは、当該スター結線された側の線間電圧を検出す
る線間電圧検出器を備え、この線間電圧検出器の出力か
ら、減算器および乗算器を使用して上記スター結線され
た巻線の三相巻線電圧を算出すればよい。

【００６７】以上述べたように、図６に示した実施の形
態３の電力変換装置は、減算器６１Ａ〜６１Ｃならびに
乗算器１７１Ａ〜１７１Ｃにてデルタ巻線を有する三相
変圧器の相電流から巻線電流を求めることが出来るの
で、三相変圧器３の各相鉄心の励磁電流を正確に求める
ことが出来、三相変圧器３の励磁状態を正確に算出する
ことが出来ると共に、減算器６３Ａ〜６３Ｃおよび乗算
器１７２Ａ〜１７２Ｃにて三相変圧器３の巻線に印加す
べき電圧指令補正値からパルス幅変調制御回路１３に与
えるべき相電圧指令補正値を算出することが出来るの
で、自励式変換器２の出力電圧により適正な補正出力を
得ることが出来、当該変圧器の直流偏磁を確実に抑制す
る効果が得られ、過電流による保護停止を避けて運転継
続性の高い高信頼の電力変換装置を提供することが出来
る。

【００６８】実施の形態４．図７は本発明の実施の形態
４の電力変換装置の構成を示す構成図である。図７にお
いて、１８は変圧器３の一次側スター結線の中性点を接
地する中性点接地、１２２は電流検出器５１Ａ〜５１Ｃ
にて検出した変圧器３の一次側電流の加算を行う加算
器、１７３は加算器１２２の出力を定数倍する乗算器、
６４Ａ〜６４Ｃは乗算器１７３の出力を電流検出器５１
Ａ〜５１Ｃにて検出した変圧器３の一次側電流から減算
して零相成分を除く減算器である。

【００６９】次に動作について説明する。図７に示した
とおり、変圧器３の一次側スター結線の中性点が接地さ
れていた場合、交流電力系統１で地絡事故が発生する
と、中性点接地１８を介して零相電流が流れる場合があ
り、この零相電流が直流成分を含んだ場合、変圧器３の
鉄心は前記零相電流の直流成分に応じて偏磁する。先の
図６に示した実施の形態３の電力変換装置では、この零
相電流がそのまま減算器６２Ａ〜６２Ｃの出力に残る
が、この零相成分の直流成分を直流成分検出器７Ａ〜７
Ｃにて抽出し、電圧指令補正値を出力した場合、（式
９）〜（式１１）より Ｖｕｖ２＋Ｖｖｗ２＋Ｖｗｕ２＝０・・・（式１５） であるため、自励式変換器２の出力電圧により変圧器３
の二次側巻線零相成分電圧を印加することができない。
このため、自励式変換器２の出力電圧によって零相電流
による偏磁を抑制することが出来ないので、自然に減衰
していくまで直流成分検出器７Ａ〜７Ｃの入力に直流成
分が含まれることになるが、直流成分検出器７Ａ〜７Ｃ
等が積分要素を含んだ場合、この直流成分により直流成
分検出器７Ａ〜７Ｃ等に含まれる積分要素等の飽和要素
が飽和する恐れがある。

【００７０】図７に示した本実施の形態の電力変換装置
は、直流成分検出器７Ａ〜７Ｃ等に含まれる積分要素を
飽和に至らしめる零相成分の直流成分を除去するもので
ある。図７において、電流検出器５１Ａ〜５１Ｃにて検
出した変圧器３の一次側電流には、一次側スター結線の
中性点が接地されていた場合、交流電力系統１で地絡事
故等が発生して、中性点接地１８を介して零相電流が流
れる場合がある。この場合、電流検出器５１Ａ〜５１Ｃ
にて検出した変圧器３の一次側電流に含まれる零相成分
は、加算器１２２にて三相成分を加算し、乗算器１７３
にて定数倍することにより求めることが出来、減算器６
４Ａ〜６４Ｃにて変圧器３の一次側電流から減算するこ
とにより零相成分を除去することが出来る。

【００７１】この様にして零相成分を除去した変圧器３
の一次側電流は減算器６２Ａ〜６２Ｃにて二次側電流と
減算されることにより励磁電流が求められ、直流成分検
出器７Ａ〜７Ｃ、減算器６３Ａ〜６３Ｃ、乗算器１７２
Ａ〜１７２Ｃにて電圧指令補正値を求めて加算器１２１
Ａ〜１２１Ｃにて電流制御回路１１の出力する電圧指令
値と加算されることにより電圧指令補正値として作用
し、変圧器３の一次側電流が零相成分を含んだ場合で
も、直流成分検出器７Ａ〜７Ｃ等に含まれる積分要素等
飽和要素の飽和をさけることが出来る。

【００７２】尚、本実施の形態では変圧器３の構成が一
次側スター結線、二次側デルタ結線の場合について説明
したため、零相成分を除去する演算を一次側についての
み行ったが、変圧器構成が一次側デルタ結線、二次側ス
ター結線の場合には零相成分を除去する演算を二次側に
ついて行い、変圧器構成が一次側スター結線、二次側ス
ター結線の場合には零相成分を除去する演算を一次側お
よび二次側の両方で行えば同様の効果が期待できる。

【００７３】また、本実施の形態では、変圧器３のスタ
ー結線の中性点が直接接地された場合について説明した
が、直接接地されていなくても、抵抗等を介して間接に
接地された場合や、３相４線式等の中性点が別の中性点
と直接または抵抗等を介して接続された場合など、零相
電流路が形成されている場合に同様の効果が期待でき
る。

【００７４】また、零相成分を抽出する演算を行う手段
として、減算を行った後に乗算を行っているが、これら
の順序は入れ替わっても同様の効果が期待できる。

【００７５】また、実施の形態１と同様に、変圧器３の
巻数比が１でない場合に（式１）もしくは（式２）に示
した係数を乗じて励磁電流を求める手法を説明したが、
電流検出器５１Ａ〜５１Ｃと減算器６２Ａ〜６２Ｃとの
間で一次巻線巻数を、電流検出器５２Ａ〜５２Ｃと減算
器６２Ａ〜６２Ｃとの間で二次巻線巻数を乗算して得ら
れる起磁力を励磁状態量として求めるようにしても、励
磁電流に比例した量であるため同様の効果が期待でき
る。

【００７６】また、実施の形態１と同様に、変圧器３の
励磁状態量を、電流検出器５１Ａ〜５１Ｃ、５２Ａ〜５
２Ｃにて検出した変圧器３の一次側電流と二次側電流と
の差分を減算器６２Ａ〜６２Ｃにて求めて励磁電流を求
めることによって得ているが、電流検出器５１Ａ〜５１
Ｃ、５２Ａ〜５２Ｃの代わりに電圧検出器を用い、その
出力を積分した値に基づき励磁状態量を得ても、あるい
は変圧器３の鉄心の磁束量を検出する例えばホール素子
やサーチコイル等の磁気検出器を設けて直接に変圧器３
の励磁状態量を得ても同様の効果が得られる。

【００７７】以上述べたように、図７に示した実施の形
態４の電力変換装置は、電流検出器５１Ａ〜５１Ｃにて
検出した変圧器３の一次側電流を加算器１２２にて加算
し、乗算器１７３にて定数を乗算し、減算器６４Ａ〜６
４Ｃにて減算することにより、変圧器３の中性点から中
性点接地１８に流れる零相電流成分を除去することが出
来、直流成分検出器７Ａ〜７Ｃ等に積分要素等の飽和要
素が含まれた場合でもその飽和を避けることができるの
で、自励式変換器２の出力電圧により適正な補正出力を
得ることが出来、当該変圧器の直流偏磁を確実に抑制す
る効果が得られ、過電流による保護停止を避けて運転継
続性の高い高信頼の電力変換装置を提供することが出来
る。

【００７８】実施の形態５．図８は本発明の実施の形態
５の電力変換装置の構成を示す構成図である。図６に示
した実施の形態３の電力変換装置と異なる点は、電流検
出器５２Ａ〜５２Ｃを変圧器３と自励式変換器２との間
の結線に設けるのではなく、変圧器３の二次側デルタ巻
線自体に設ける点である。

【００７９】次に動作について説明する。図８におい
て、変圧器３の二次巻線の各相巻線電流は電流検出器５
２Ａ〜５２Ｃにて直接検出される。図６に示した実施の
形態３の電力変換装置では、電流検出器５２Ａ〜５２Ｃ
にて検出した変圧器３の二次側相電流から減算器６１Ａ
〜６１Ｃ、乗算器１７１Ａ〜１７１Ｃを用いて（式６）
〜（式８）に示した演算を行うことによって変圧器３の
二次側巻線電流を求めるが、（Ｉｕｖ２＋Ｉｖｗ２＋Ｉ
ｗｕ２）の項を検出できないため、これが零であるとし
て変圧器３の二次側巻線電流を求めている。

【００８０】一般に（Ｉｕｖ２＋Ｉｖｗ２＋Ｉｗｕ２）
は各相巻線間のインピーダンスが不平衡の場合にのみ現
れる項で、通常無視しうる程度に小さいが、例えば、あ
る相の巻線のみ変圧器鉄心が飽和領域付近にある場合
は、図１０に示した変圧器巻線の励磁電流と磁束の非線
形な関係により、インピーダンスが不平衡となる場合が
あり、その際には（Ｉｕｖ２＋Ｉｖｗ２＋Ｉｗｕ２）が
零とならないため、変圧器３の励磁電流の直流成分を誤
検出する恐れがある。

【００８１】図８に示した実施の形態５の電力変換装置
は、電流検出器５２Ａ〜５２Ｃを変圧器３の二次側巻線
自体に設けたことにより、変圧器３の二次側巻線電流を
常に正確に検出できると共に、検出値が即巻線電流であ
るため、図６に示した実施の形態３の電力変換装置中の
減算器６１Ａ〜６１Ｃおよび乗算器１７１Ａ〜１７１Ｃ
による演算を必要とすることなく、電流検出器５２Ａ〜
５２Ｃの出力を直接減算器６２Ａ〜６２Ｃにて減算する
ことにより変圧器３の励磁電流を求めることが出来、部
品点数の削減もしくは演算時間の短縮を図ることが出来
る。

【００８２】この様にして電流検出器５２Ａ〜５２Ｃに
て検出された変圧器３の二次側巻線電流は電流検出器５
１Ａ〜５１Ｃにて検出された変圧器３の一次側電流と減
算器６２Ａ〜６２Ｃにて減算されることによって励磁電
流が算出され、直流成分検出器７Ａ〜７Ｃにて直流成分
が検出され、減算器６３Ａ〜６３Ｃ、乗算器１７２Ａ〜
１７２Ｃにてパルス幅変調制御回路１３に与えられるべ
き相電圧指令補正値が算出され、加算器１２１Ａ〜１２
１Ｃにて加算されて相電圧指令補正値として作用する。

【００８３】尚、本実施の形態では変圧器３の構成が一
次側スター結線、二次側デルタ結線の場合について説明
したため、電流検出器の設置場所を二次側のみ変更して
いるが、変圧器構成が一次側デルタ結線、二次側スター
結線の場合には電流検出器の設置場所の変更を一次側に
ついて行い、変圧器構成が一次側デルタ結線、二次側デ
ルタ結線の場合には電流検出器の設置場所の変更を一次
側および二次側の両方で行えば同様の効果が期待でき
る。

【００８４】また、実施の形態１と同様に、変圧器３の
巻数比が１でない場合に（式１）もしくは（式２）に示
した係数を乗じて励磁電流を求める手法を説明したが、
電流検出器５１Ａ〜５１Ｃと減算器６２Ａ〜６２Ｃとの
間で一次巻線巻数を、電流検出器５２Ａ〜５２Ｃと減算
器６２Ａ〜６２Ｃとの間で二次巻線巻数を乗算して得ら
れる起磁力を励磁状態量として求めるようにしても、励
磁電流に比例した量であるため同様の効果が期待でき
る。

【００８５】また、実施の形態１と同様に、変圧器３の
励磁状態量を電流検出器５１Ａ〜５１Ｃ、５２Ａ〜５２
Ｃにて検出した変圧器３の一次側電流と二次側電流との
差分を減算器６２Ａ〜６２Ｃにて求めて励磁電流を求め
ることによって得ているが、電流検出器５１Ａ〜５１
Ｃ、５２Ａ〜５２Ｃの代わりに電圧検出器を用い、その
出力を積分した値に基づき励磁状態量を得ても、あるい
は変圧器３の鉄心の磁束量を検出する例えばホール素子
やサーチコイル等の磁気検出器を設けて直接に変圧器３
の励磁状態量を得ても同様の効果が得られる。

【００８６】また、変圧器３の一次側中性点が接地され
る場合、本実施の形態に実施の形態４に用いた零相電流
除去手段を併せて設けても実施の形態４と同様の効果が
得られる。

【００８７】以上述べたように、図８に示した実施の形
態５の電力変換装置は、電流検出器５２Ａ〜５２Ｃを変
圧器３の二次側巻線に設けたことにより、変圧器３の二
次側巻線電流を正確に検出することが可能なため、三相
変圧器の各鉄心の励磁電流を正確に求めることが出来、
三相変圧器の励磁状態量を正確に算出することが出来る
ので、自励式変換器２の出力電圧により適正な補正出力
を得ることが出来、当該変圧器の直流偏磁を確実に抑制
する効果が得られ、過電流による保護停止を避けて運転
継続性の高い高信頼の電力変換装置を提供することが出
来る。

【００８８】尚、実施の形態１〜実施の形態２では、説
明を簡単にするため単相構成にて説明したが、二相以上
の多相の場合でも構わず、三相構成で、変圧器結線がス
ター／スター結線でもスター／デルタ結線でもデルタ／
デルタ結線でも同様の手法を用いて同様の効果を得るこ
とが出来る。

【００８９】また、実施の形態１〜実施の形態５では、
変圧器１段のみの構成にて説明したが、一次側もしくは
二次側を直列にした多段構成でも、共通の磁路を介して
外鉄型変圧器もしくは内鉄型変圧器にて多重接続した場
合でも同様の効果が得られる。

【００９０】また、実施の形態１〜実施の形態５では、
パルス幅変調制御回路１３の出力に従って電圧を発生す
る変換器としてＧＴＯ、ＧＣＴ，ＩＧＢＴ、トランジス
タ等自己消弧可能な半導体素子を用いた自励式変換器を
用いて説明したが、電圧指令に従った電圧を発生する変
換器であればサイリスタ変換器、サイクロコンバータ等
何れでもよい。

【００９１】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る電力変換
装置は、変圧器を介して交流線路に接続された電力変換
装置であって、上記変圧器の励磁状態量を検出する励磁
状態量検出手段、この励磁状態量検出手段からの出力の
直流成分を検出する直流成分検出手段、およびこの直流
成分検出手段からの出力が所定の目標値となるよう電圧
指令値に当該出力を加算した値に基づき上記電力変換装
置の出力電圧を制御する制御手段を備えたものにおい
て、上記励磁状態量検出手段と上記直流成分検出手段と
の間または上記直流成分検出手段と上記制御手段との間
に挿入され、入力が第１の設定値以下の時または上記第
１の設定値より大きい第２の設定値以上の時のみ出力を
行い、上記入力が上記第１の設定値を越え上記第２の設
定値未満の時は出力を行わない不感帯手段を備えたの
で、特にこの不感帯手段により励磁状態量に含まれるオ
フセット、ノイズ、電力変換装置のスイッチングリップ
ルに起因するエリアスノイズ等が除去され、誤った直流
成分を電圧指令値に加算して変圧器を不要な偏磁状態に
至らしめる恐れがなくなり、変圧器の直流偏磁を確実に
抑制し、過電流による保護停止を避けて運転継続性の高
い高信頼の電力変換装置を提供することができる効果が
ある。

【００９２】また、この発明に係る電力変換装置は、変
圧器を介して交流線路に接続された電力変換装置であっ
て、上記変圧器の励磁状態量を検出する励磁状態量検出
手段、この励磁状態量検出手段からの出力の直流成分を
検出する直流成分検出手段、およびこの直流成分検出手
段からの出力が所定の目標値となるよう電圧指令値に当
該出力を加算した値に基づき上記電力変換装置の出力電
圧を制御する制御手段を備えたものにおいて、上記励磁
状態量検出手段と上記直流成分検出手段との間または上
記直流成分検出手段と上記制御手段との間に挿入され、
入力が第１の設定値以下の時または上記第１の設定値よ
り大きい第２の設定値以上の時、上記入力を制限した出
力を行うリミッタ手段を備えたので、特にこのリミッタ
手段により変圧器鉄心の飽和領域付近で励磁状態量が急
変する場合でも過度な誤った直流成分を電圧指令値に加
算して変圧器を不要な偏磁状態に至らしめる恐れがなく
なり、変圧器の直流偏磁を確実に抑制し、過電流による
保護停止を避けて運転継続性の高い高信頼の電力変換装
置を提供することができる効果がある。

【００９３】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の一次側電流を検出する第１
の電流検出器、上記変圧器の二次側電流を検出する第２
の電流検出器、および上記両電流検出器の出力差に基づ
き上記変圧器の励磁電流を算出する励磁電流算出手段を
備え、上記励磁電流を上記変圧器の励磁状態量として出
力するので、変圧器の励磁状態量である励磁電流を電流
検出器から直接得ることができる。

【００９４】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の一次側電圧を検出する第１
の電圧検出器、上記変圧器の二次側電圧を検出する第２
の電圧検出器、および上記両電圧検出器の出力に基づき
上記変圧器の磁束量を算出する磁束量算出手段を備え、
上記磁束量を上記変圧器の励磁状態量として出力するの
で、変圧器の励磁状態量である磁束量を電圧検出器の出
力の積分演算出力から得ることができる。

【００９５】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の鉄心に流れる磁束量を検出
する磁束量検出手段を備え、上記磁束量を上記変圧器の
励磁状態量として出力するので、変圧器の励磁状態量で
ある磁束量を磁束量検出手段から直接得ることができ
る。

【００９６】また、この発明に係る電力変換装置は、三
相の変圧器を介して交流線路に接続された電力変換装置
であって、上記変圧器の三相の励磁状態量を検出する励
磁状態量検出手段、この励磁状態量検出手段からの三相
出力の直流成分を検出する直流成分検出手段、およびこ
の直流成分検出手段からの三相出力が所定の目標値とな
るよう三相電圧指令値に当該出力を加算した値に基づき
上記電力変換装置の出力電圧を制御する制御手段を備え
たので、三相変圧器の場合の直流偏磁を抑制し、過電流
による保護停止を避けて運転継続性の高い高信頼の電力
変換装置を提供することができる効果がある。

【００９７】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の直流成分検出手段と制御手段との間に挿入され、上記
直流成分検出手段からの三相出力を三相相電圧出力に変
換する相電圧算出手段を備え、制御手段は、上記相電圧
算出手段からの出力が所定の目標値となるよう三相電圧
指令値に当該出力を加算した値に基づき電力変換装置の
出力電圧を制御するようにしたので、励磁状態量の直流
成分の三相電圧指令値への加算補正を、相電圧基準によ
り適正に行うことができる。

【００９８】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の一次側三相巻線電流を検出
する第１の電流検出手段、上記変圧器の二次側三相巻線
電流を検出する第２の電流検出手段、および上記両電流
検出手段の出力差に基づき上記変圧器の三相励磁電流を
算出する励磁電流算出手段を備え、上記三相励磁電流を
上記変圧器の三相励磁状態量として出力するので、三相
変圧器の励磁状態量である三相励磁電流を電流検出器か
ら直接得ることができる。

【００９９】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の一次側三相電圧を検出する
第１の電圧検出手段、上記変圧器の二次側三相電圧を検
出する第２の電圧検出手段、および上記両電圧検出手段
の出力に基づき上記変圧器の三相磁束量を算出する磁束
量算出手段を備え、上記三相磁束量を上記変圧器の三相
励磁状態量として出力するので、三相変圧器の励磁状態
量である三相磁束量を電圧検出器の出力の積分演算出力
から得ることができる。

【０１００】また、この発明に係る電力変換装置の励磁
状態量検出手段は、変圧器の鉄心に流れる三相磁束量を
検出する磁束量検出手段を備え、上記三相磁束量を上記
変圧器の三相励磁状態量として出力するので、三相変圧
器の励磁状態量である三相磁束量を磁束量検出手段から
直接得ることができる。

【０１０１】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がスター結線され
その零相電流路が形成されている場合、励磁状態量検出
手段は、三相の励磁状態量からその零相成分を検出し上
記三相の励磁状態量から上記零相成分を減じたものを出
力するようにしたので、直流成分検出器等に積分要素等
の飽和要素が含まれている場合にもその飽和を避けるこ
とができ、三相変圧器の直流偏磁を確実に抑制し、過電
流による保護停止を避けて運転継続性の高い高信頼の電
力変換装置を提供することができる効果がある。

【０１０２】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がデルタ結線され
たものである場合、当該デルタ結線された側の電流検出
手段は、上記デルタ結線された側の相電流を検出する相
電流検出器、およびこの相電流検出器の出力から上記デ
ルタ結線された巻線の三相巻線電流を算出する巻線電流
算出手段を備えたので、変圧器のデルタ結線された三相
巻線の各相巻線電流が検出でき、励磁状態量としての正
確な三相励磁電流を得ることができる。

【０１０３】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がデルタ結線され
たものである場合、当該デルタ結線された側の電流検出
手段は、上記デルタ結線された側の各巻線に挿入され上
記三相巻線の巻線電流を検出する巻線電流検出器を備え
たので、変圧器のデルタ結線された三相巻線の各相巻線
電流が検出でき、励磁状態量としての正確な三相励磁電
流を得ることができる。

【０１０４】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がスター結線され
その零相電流路が形成されている場合、当該スター結線
された側の電流検出手段は、上記スター結線された側の
巻線電流を検出する巻線電流検出器、この巻線電流検出
器からの出力の零相成分を検出する零相成分検出器、お
よび上記巻線電流検出器の出力から上記零相成分を減じ
て三相の巻線電流を出力する減算器を備えたので、スタ
ー結線された側に設けられた巻線電流検出器の出力自体
により、三相励磁電流からその零相成分を除去する処理
が可能となり、直流成分検出器等に積分要素等の飽和要
素が含まれている場合にもその飽和を避けることがで
き、三相変圧器の直流偏磁を確実に抑制し、過電流によ
る保護停止を避けて運転継続性の高い高信頼の電力変換
装置を提供することができる効果がある。

【０１０５】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がデルタ結線され
たものである場合、当該デルタ結線された側の電圧検出
手段は、上記デルタ結線された側の相電圧を検出する相
電圧検出器、およびこの相電圧検出器の出力から上記デ
ルタ結線された巻線の三相巻線電圧を算出する巻線電圧
算出手段を備えたので、変圧器のデルタ結線された三相
巻線の各相巻線電圧が検出でき、その積分演算出力に基
づき励磁状態量としての三相磁束量を得ることができ
る。

【０１０６】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がデルタ結線され
たものである場合、当該デルタ結線された側の電圧検出
手段は、上記デルタ結線された側の各巻線の電圧を検出
する巻線電圧検出器を備えたので、変圧器のデルタ結線
された三相巻線の各相巻線電圧が検出でき、その積分演
算出力に基づき励磁状態量としての三相磁束量を得るこ
とができる。

【０１０７】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の変圧器の一次側または二次側の巻線がスター結線され
たものである場合、当該スター結線された側の電圧検出
手段は、上記スター結線された側の線間電圧を検出する
線間電圧検出器、およびこの線間電圧検出器の出力から
上記スター結線された巻線の三相巻線電圧を算出する巻
線電圧算出手段を備えたので、変圧器のスター結線され
た三相巻線の各相巻線電圧が検出でき、その積分演算出
力に基づき励磁状態量としての三相磁束量を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の電力変換装置を示す
構成図である。

【図２】 図１の不感帯手段１５の特性図である。

【図３】 図１の不感帯手段１５の動作を説明する図で
ある。

【図４】 本発明の実施の形態２の電力変換装置を示す
構成図である。

【図５】 図４のリミッタ手段１６の特性図である。

【図６】 本発明の実施の形態３の電力変換装置を示す
構成図である。

【図７】 本発明の実施の形態４の電力変換装置を示す
構成図である。

【図８】 本発明の実施の形態５の電力変換装置を示す
構成図である。

【図９】 従来の電力変換装置を示す構成図である。

【図１０】 変圧器鉄心の励磁電流と磁束の関係を示す
図である。

【符号の説明】

１ 交流電力系統、２ 自励式変換器、３ 変圧器、４
直流電圧源、５Ａ，５Ｂ，５１Ａ〜５１Ｃ，５２Ａ〜
５２Ｃ 電流検出器、６，６１Ａ〜６１Ｃ，６２Ａ〜６
２Ｃ，６３Ａ〜６３Ｃ，６４Ａ〜６４Ｃ 減算器、７
直流成分検出器、８ 電圧検出器、９ 系統電圧基準、
１０ 系統電圧制御手段、１１ 電流制御手段、１２，
１２１Ａ〜１２１Ｃ 加算器、１３ パルス幅変調制御
回路、１４ ゲートパルス増幅回路、１５ 不感帯手
段、１６ リミッタ手段、１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２
Ａ〜１７２Ｃ 乗算器、１８ 中性点接地、Ｔ１ 第１
の設定値、Ｔ２ 第２の設定値。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森島 直樹 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 船橋 眞男 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 角尾 武司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5G043 AA02 CC02 5H006 AA05 BB02 CA05 CA07 CB01 CB08 DA02 DA04 DB05 DC02

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器を介して交流線路に接続された電
   力変換装置であって、 上記変圧器の励磁状態量を検出する励磁状態量検出手
   段、この励磁状態量検出手段からの出力の直流成分を検
   出する直流成分検出手段、およびこの直流成分検出手段
   からの出力が所定の目標値となるよう電圧指令値に当該
   出力を加算した値に基づき上記電力変換装置の出力電圧
   を制御する制御手段を備えたものにおいて、 上記励磁状態量検出手段と上記直流成分検出手段との間
   または上記直流成分検出手段と上記制御手段との間に挿
   入され、入力が第１の設定値以下の時または上記第１の
   設定値より大きい第２の設定値以上の時のみ出力を行
   い、上記入力が上記第１の設定値を越え上記第２の設定
   値未満の時は出力を行わない不感帯手段を備えたことを
   特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 変圧器を介して交流線路に接続された電
   力変換装置であって、 上記変圧器の励磁状態量を検出する励磁状態量検出手
   段、この励磁状態量検出手段からの出力の直流成分を検
   出する直流成分検出手段、およびこの直流成分検出手段
   からの出力が所定の目標値となるよう電圧指令値に当該
   出力を加算した値に基づき上記電力変換装置の出力電圧
   を制御する制御手段を備えたものにおいて、 上記励磁状態量検出手段と上記直流成分検出手段との間
   または上記直流成分検出手段と上記制御手段との間に挿
   入され、入力が第１の設定値以下の時または上記第１の
   設定値より大きい第２の設定値以上の時、上記入力を制
   限した出力を行うリミッタ手段を備えたことを特徴とす
   る電力変換装置。
3. 【請求項３】 励磁状態量検出手段は、変圧器の一次側
   電流を検出する第１の電流検出器、上記変圧器の二次側
   電流を検出する第２の電流検出器、および上記両電流検
   出器の出力差に基づき上記変圧器の励磁電流を算出する
   励磁電流算出手段を備え、上記励磁電流を上記変圧器の
   励磁状態量として出力することを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 励磁状態量検出手段は、変圧器の一次側
   電圧を検出する第１の電圧検出器、上記変圧器の二次側
   電圧を検出する第２の電圧検出器、および上記両電圧検
   出器の出力に基づき上記変圧器の磁束量を算出する磁束
   量算出手段を備え、上記磁束量を上記変圧器の励磁状態
   量として出力することを特徴とする請求項１または２記
   載の電力変換装置。
5. 【請求項５】 励磁状態量検出手段は、変圧器の鉄心に
   流れる磁束量を検出する磁束量検出手段を備え、上記磁
   束量を上記変圧器の励磁状態量として出力することを特
   徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
6. 【請求項６】 三相の変圧器を介して交流線路に接続さ
   れた電力変換装置であって、 上記変圧器の三相の励磁状態量を検出する励磁状態量検
   出手段、この励磁状態量検出手段からの三相出力の直流
   成分を検出する直流成分検出手段、およびこの直流成分
   検出手段からの三相出力が所定の目標値となるよう三相
   電圧指令値に当該出力を加算した値に基づき上記電力変
   換装置の出力電圧を制御する制御手段を備えた電力変換
   装置。
7. 【請求項７】 直流成分検出手段と制御手段との間に挿
   入され、上記直流成分検出手段からの三相出力を三相相
   電圧出力に変換する相電圧算出手段を備え、制御手段
   は、上記相電圧算出手段からの出力が所定の目標値とな
   るよう三相電圧指令値に当該出力を加算した値に基づき
   電力変換装置の出力電圧を制御するようにしたことを特
   徴とする請求項６記載の電力変換装置。
8. 【請求項８】 励磁状態量検出手段は、変圧器の一次側
   三相巻線電流を検出する第１の電流検出手段、上記変圧
   器の二次側三相巻線電流を検出する第２の電流検出手
   段、および上記両電流検出手段の出力差に基づき上記変
   圧器の三相励磁電流を算出する励磁電流算出手段を備
   え、上記三相励磁電流を上記変圧器の三相励磁状態量と
   して出力することを特徴とする請求項６または７記載の
   電力変換装置。
9. 【請求項９】 励磁状態量検出手段は、変圧器の一次側
   三相電圧を検出する第１の電圧検出手段、上記変圧器の
   二次側三相電圧を検出する第２の電圧検出手段、および
   上記両電圧検出手段の出力に基づき上記変圧器の三相磁
   束量を算出する磁束量算出手段を備え、上記三相磁束量
   を上記変圧器の三相励磁状態量として出力することを特
   徴とする請求項６または７記載の電力変換装置。
10. 【請求項１０】 励磁状態量検出手段は、変圧器の鉄心
    に流れる三相磁束量を検出する磁束量検出手段を備え、
    上記三相磁束量を上記変圧器の三相励磁状態量として出
    力することを特徴とする請求項６または７記載の電力変
    換装置。
11. 【請求項１１】 変圧器の一次側または二次側の巻線が
    スター結線されその零相電流路が形成されている場合、
    励磁状態量検出手段は、三相の励磁状態量からその零相
    成分を検出し上記三相の励磁状態量から上記零相成分を
    減じたものを出力するようにしたことを特徴とする請求
    項６ないし１０のいずれかに記載の電力変換装置。
12. 【請求項１２】 変圧器の一次側または二次側の巻線が
    デルタ結線されたものである場合、当該デルタ結線され
    た側の電流検出手段は、上記デルタ結線された側の相電
    流を検出する相電流検出器、およびこの相電流検出器の
    出力から上記デルタ結線された巻線の三相巻線電流を算
    出する巻線電流算出手段を備えたことを特徴とする請求
    項８記載の電力変換装置。
13. 【請求項１３】 変圧器の一次側または二次側の巻線が
    デルタ結線されたものである場合、当該デルタ結線され
    た側の電流検出手段は、上記デルタ結線された側の各巻
    線に挿入され上記三相巻線の巻線電流を検出する巻線電
    流検出器を備えたことを特徴とする請求項８記載の電力
    変換装置。
14. 【請求項１４】 変圧器の一次側または二次側の巻線が
    スター結線されその零相電流路が形成されている場合、
    当該スター結線された側の電流検出手段は、上記スター
    結線された側の巻線電流を検出する巻線電流検出器、こ
    の巻線電流検出器からの出力の零相成分を検出する零相
    成分検出器、および上記巻線電流検出器の出力から上記
    零相成分を減じて三相の巻線電流を出力する減算器を備
    えたことを特徴とする請求項８記載の電力変換装置。
15. 【請求項１５】 変圧器の一次側または二次側の巻線が
    デルタ結線されたものである場合、当該デルタ結線され
    た側の電圧検出手段は、上記デルタ結線された側の相電
    圧を検出する相電圧検出器、およびこの相電圧検出器の
    出力から上記デルタ結線された巻線の三相巻線電圧を算
    出する巻線電圧算出手段を備えたことを特徴とする請求
    項９記載の電力変換装置。
16. 【請求項１６】 変圧器の一次側または二次側の巻線が
    デルタ結線されたものである場合、当該デルタ結線され
    た側の電圧検出手段は、上記デルタ結線された側の各巻
    線の電圧を検出する巻線電圧検出器を備えたことを特徴
    とする請求項９記載の電力変換装置。
17. 【請求項１７】 変圧器の一次側または二次側の巻線が
    スター結線されたものである場合、当該スター結線され
    た側の電圧検出手段は、上記スター結線された側の線間
    電圧を検出する線間電圧検出器、およびこの線間電圧検
    出器の出力から上記スター結線された巻線の三相巻線電
    圧を算出する巻線電圧算出手段を備えたことを特徴とす
    る請求項９記載の電力変換装置。