JP2000092843A

JP2000092843A - 交直電力変換装置

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Publication number: JP2000092843A
Application number: JP10261716A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Akamatsu; 昌彦赤松
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】交流系統と直流系統との間で電力変換する交
直電力変換器を備えた交直電力変換装置において、事故
時不平衡電圧下での運転特性と常時運転時の高効率特性
とを両立的に改良する。【解決手段】固定パルスパターンモードと可変パルス
幅パターンモ一ドとを有し、交直電力変換器３のゲート
を制御するゲート制御手段１３と、固定パルスパターン
モードで交流出力電圧の位相を制御する位相制御式制御
手段１４と、可変パルス幅パタ一ンモードで交流出力電
圧のベクトルを制御するＰＷＭ制御式制御手段１５と、
少なくとも交流系統１の電圧情報に基づき制御モードを
制御する制御モード管制手段１６と、交直電力変換装置
の入出力情報を検出する検出手段８１〜８３と備え、制
御モード管制手段により第一及び第二制御手段を制御し
て、固定パルスパターン及び可変パルス幅パターンモー
ドの併用により制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は交流系統と直流系
統との間で電力の変換又は制御を行う交直電力変換装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、交直電力変換装置の制御法と
して、パルス幅変調によるＰＷＭ制御法、固定パルス幅
状態で位相制御する位相制御法（振幅が変わるのでパル
ス振幅変調ＰＡＭとも言う）及び１パルスのパルス幅を
制御するＰＷＣ（ＰＷＭに含める場合が多い）がある。

【０００３】位相制御法における従来の交直電力変換装
置の構成の１例を図５に示す。この図５において、１は
交流系統、２は交流系統１に接続された変換器用変圧
器、３は変換器用変圧器２に接続された交直電力変換器
（以下単に変換器と呼ぶ）、３１は変換器３の直流側に
設けられた平滑キャパシタ（変換器３に内蔵される場合
もある、以下同じ）、４は変換器３の直流側に接続され
る直流系統（無効電力補償装置においては他へ接続され
ない場合がある、以下同じ）、５は固定パルスパターン
で変換器３を制御するゲート制御手段としての固定パル
スパターン発生手段、６は固定パルスパターン発生手段
５に接続される位相制御式制御手段、７は変換器３の入
出力電圧又は入出力電流を検出する検出手段８に接続さ
れて、その検出出力を処理して制御情報を位相制御式制
御手段６へ出力する帰還データ処理手段である。

【０００４】帰還データ処理手段７は、検出手段８から
の入力に基づき、電圧電流などを同期回転座標上の値に
変換したり、有効電力や無効電力などを演算する。ま
た、交流系統１の位相の基準になる基準位相θを導出す
る位相演算手段を内蔵している。この演算出力は位相制
御式制御手段６へ入力される。

【０００５】位相制御式制御手段６の詳細例を図６に示
す。図６において、位相制御式制御手段６は、ＰＩ制御
器等のレギュレータ６１と加算手段６２とを備えてい
る。帰還データ処理手段７から無効電流ＩＱ、無効電力
Ｑ、有効電流Ｉｐ、有効電力Ｐが位相制御式制御手段６
のレギュレータ６１へ帰還される。レギュレータ６１に
おいて、これらの帰還量Ｆ（すなわち無効電流ＩＱ、無
効電力Ｑ、有効電流Ｉｐ、有効電力Ｐ）は、それらに対
応する指令Ｒ（すなわち無効電流指令ＩＱｒ、無効電力
指令Ｑｒ、有効電流指令Ｉｐｒ、有効電力指令Ｐｒ）と
比較され増幅されて、位相をシフトすべき位相角φが出
力される。同様に、帰還データ処理手段７から入力され
る基準位相θと上記位相角φとが加算手段６２により合
成されて固定パルスパターン発生手段５へ与えられる。
固定パルスパターン発生手段５の出力に基づき、変換器
３の交流出力電圧位相が制御される。以上の結果、被制
御量である帰還量Ｆが所望値Ｒになるよう帰還制御され
るものである。

【０００６】また、パルス幅制御式の従来例を図７及び
図８に示す。図７において、９は可変パルス幅のＰＷＭ
パターンで変換器３を制御するＰＷＭパルスパターン発
生手段９、１０は帰還データ処理手段７の出力に基づい
て可変パルス幅パターンモードにより被制御量を制御す
るためのＰＷＭ制御式制御手段である。

【０００７】このＰＷＭ制御式制御手段１０の詳細例を
図８に示す。図８において、ＰＷＭモードでは、電圧ベ
クトルの２軸成分Ｖｄ、Ｖｑを制御できるので、２軸制
御系が構成される場合が多い。図８において、１１ａ、
１１ｂはそれぞれｄ軸及びｑ軸のレギュレータ、１２は
ｄ軸及びｑ軸の電圧Ｖｄ、Ｖｑを三相電圧Ｖａｃに変換
する座標逆変換手段である。ｄ軸のレギュレータ１１ａ
への入力は、ｄ軸帰還信号Ｉｄ（有効電流Ｉｐ又は有効
電力Ｐ）とｄ軸指令Ｉｄｒ（有効電流指令Ｉｐｒ又は有
効電力指令Ｐｒ）であり、ｑ軸のレギュレータ１１ｂへ
の入力は、ｑ軸帰還信号Ｉｑ（無効電流ＩＱ又は無効電
力Ｑ）とｑ軸指令（無効電流指令ＩＱｒ又は無効電力指
令Ｑｒ）である。各レギュレータ１１ａ、１１ｂは各指
令値と帰還値とを比較増幅して各軸電圧指令Ｖｄ、Ｖｑ
を出力し、このベクトル値に基づき座標逆変換手段１２
により三相電圧信号Ｖａｃを生成し、更にＰＷＭパルス
パターン発生手段９によりゲート信号を生成して変換器
３を制御するものである。以上の結果、所望の被制御量
が所望の指令値になるように制御される。尚、図８にお
いて、座標変換手段１２とＰＷＭパルスパターン発生手
段９を統合でき、レギュレータ１１の出力により直接Ｐ
ＷＭパルスパターンを発生することもできる。後述の発
明においても同様である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の制御法
において、位相制御式制御法は１パルス／サイクル又は
１回スイッチング／サイクルでも適用できるため、スイ
ッチング損失が小さく、高効率が得られる特長がある。
反面交流系統の事故時に交流電圧が不平衡になると、不
平衡電圧下での制御性能が劣るという問題点があった。

【０００９】一方、可変パルス幅パターンモードを使う
ＰＷＭ制御式制御手段（２軸制御式制御手段）による制
御によれば、不平衡電圧下における制御性能が優れてい
るが、変換器の１サイクル当たりのスイッチング回数が
多くなり、損失が増加し、効率が低下するという問題点
があった。電力系統向け用途においては、ｄｉ／ｄｔ抑
制インダクタンスや直列接続用スナッバが必要なため、
上記スイッチング損失が増え、低効率となるという問題
点があった。

【００１０】また、多パルスＰＷＭにおいて、スイッチ
ング損失を減らすため、パルス数（スイッチング回数／
サイクル）を減らすと、交流系統１に設けられた図示し
ない調相キャパシタや交流フィルタのキャパシタが絡ん
だ振動が現れ、高調波が増幅されたり変換器の制御が難
しくなるという問題点もあった。

【００１１】すなわち、事故時の不平衡電圧下での運転
特性と常時運転時の高効率特性との両立ができないとい
う課題があった。

【００１２】そこで、この発明の目的は、交流系統と直
流系統との間で電力変換する交直電力変換器を備えた交
直電力変換装置において、事故時不平衡電圧下での運転
特性と常時運転時の高効率特性とを両立的に改良するこ
とにある。

【００１３】また、この発明の更なる目的は、交流系統
と直流系統との間で電力変換する交直電力変換器と、上
記交流系統に設けられたキャパシタとを備える交直電力
変換装置において、変換器が多パルスＰＷＭで運転され
る時の振動を防止することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の一側面によれば、交流系統と直流系統との
間で電力変換する交直電力変換器を備えた交直電力変換
装置において、固定パルスパターンモードと可変パルス
幅パターンモ一ドとを有し、上記交直電力変換器のゲー
トを制御するパルスパターン発生手段と、上記固定パル
スパターンモードで上記交流系統に対する上記交直電力
変換器の交流出力電圧の位相を制御する第一制御手段
と、上記可変パルス幅パタ一ンモードで上記交直電力変
換器の交流出力電圧のベクトルを制御する第二制御手段
と、少なくとも上記交流系統の電圧情報に基づき上記制
御モードを管理制御する制御モード管制手段と、上記交
直電力変換装置の入出力情報を検出する検出手段と、上
記検出手段の検出出力を処理して上記第一制御手段、上
記第二制御手段及び上記制御モード管制手段に制御情報
を与える制御情報処理手段とを備え、上記制御モード管
制手段により上記第一制御手段及び第二制御手段を制御
して、上記固定パルスパターンモードと上記可変パルス
幅パターンモードとを併用して上記交直電力変換器を制
御することを特徴とする交直電力変換装置が提供され
る。

【００１５】本発明の他の側面によれば、交流系統と直
流系統との間で電力変換する交直電力変換器を備えた交
直電力変換装置において、１パルスの可変パルス幅パタ
ーンモードと多パルスの可変パルス幅パターンモードを
有し、上記交直電力変換器のゲ一トを制御するパルスパ
ターン発生手段と、上記１パルスの可変パルス幅パター
ンモードで上記交直電力変換器の交流出力電圧のベクト
ルを制御する第一制御手段と、上記多パルスの可変パル
ス幅パターンモードで上記交直電力変換器の交流出力電
圧のベクトルを制御する第二制御手段と、少なくとも上
記交流系統の電圧情報に基づき上記制御モードを管理制
御する制御モード管制手段と、上記交直電力変換装置の
入出力情報を検出する検出手段と、上記検出手段の検出
出力を処理して、上記第一制御手段、上記第二制御手段
及び上記制御モード管制手段に制御情報を与える制御情
報処理手段とを備え、上記制御モード管制手段により上
記第一制御手段及び上記第二制御手段を制御して、上記
１パルスの可変幅パルスパターンモードと多パルスの可
変パルス幅パターンモードとを併用して上記交直電力変
換器を制御することを特徴とする交直電力変換装置が提
供される。

【００１６】この発明の一形態では、上記制御モード管
制手段は、上記交流系統の電圧の逆相成分に応答して上
記制御モードを管理制御するものである。

【００１７】この発明の他の形態では、上記制御モード
管制手段は、上記第一制御手段と上記第二制御手段のそ
れぞれの内部変数情報の伝達と管理を行う情報管理手段
を備えることにより、上記２つの制御モード間のモード
遷移を円滑に行わしめるものである。

【００１８】この発明の更に他の形態では、上記第一制
御手段と上記第二制御手段のそれぞれが積分制御手段を
備え、上記制御モード管制手段は上記積分制御手段の変
数情報の伝達と管理を行うことにより、上記２つの制御
モード間のモード遷移を円滑に行わしめるものである。

【００１９】この発明の更に他形態では、交直電力変換
装置は、上記交流系統に接続されたキャパシタと、上記
キャパシタが含まれる回路にダンピングをかけるダンピ
ング手段とを更に備え、上記可変パルス幅パターンモー
ドで上記交直電力変換器を制御する際に上記ダンピング
手段を作動させるものである。

【００２０】この発明の更なる側面によれば、交流系統
と直流系統との間で電力変換する交直電力変換器と、上
記交流系統に接続されたキャパシタとを備えた交直電力
変換装置において、１サイクル１回スイッチングのパタ
ーンモードと多パルスの可変パルス幅パターンモードと
を有し、上記交直電力変換器のゲートを制御するパルス
パターン発生手段と、上記１サイクル１回スイッチング
のパターンモードで交流出力電圧を制御する第一制御手
段と、上記多パルスの可変パルス幅パターンモードで上
記交流出力電圧を制御する第二制御手段と、上記交直電
力変換器の入出力情報を検出する検出手段と、上記検出
手段の検出出力を処理して上記第一制御手段と上記第二
制御手段に制御情報を与える制御情報処理手段と、上記
キャパシタが含まれる回路にダンピングをかけるダンピ
ング手段とを備え、上記第二制御手段により上記多パル
ス可変パルス幅パターンモードで上記交直電力変換器を
制御するときに、上記ダンピング手段を作動させること
を特徴とする交直電力変換装置が提供される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、添付図面を参照して説明する。

【００２２】実施の形態１．図１はこの発明の一実施の
形態に係る交直電力変換装置の構成を示している。この
図１において、８１、８２、８３は交直電力変換器３の
入力又は出力又は内部の電圧、電流、電力などの入出力
情報を検出する検出手段、１３は固定パルスパターンに
対応するゲート信号又は可変パルス幅ＰＷＭパターンに
対応するゲート信号で変換器３をゲート制御するパルス
パターン発生手段としてのゲート制御手段、１４は固定
パルスパターンで変換器３のゲートを制御するモードに
おいて変換器３の交流出力電圧の位相を制御する第一制
御手段としての位相制御式制御手段、１５は可変パルス
幅ＰＷＭパターンで変換器３をゲート制御するモードに
おいて変換器３の交流出力電圧ベクトルを制御する第二
制御手段としてのＰＷＭ制御式制御手段（２軸制御式制
御手段）、１６は上記２つの制御モードによる併用制御
を管理制御する制御モード管制手段、１７は検出手段８
１〜８３の検出出力を受けて同期回転座標上の値を演算
したり、有効電力や無効電力を演算して制御手段１４、
１５へ必要な制御情報（被制御量（帰還情報）や状態監
視情報）を与える制御情報処理手段である。単純な例と
して、位相制御式制御手段１４やＰＷＭ制御式制御手段
（２軸制御式制御手段）１５として、前記図６の位相制
御式制御手段６又は図８のＰＷＭ制御式制御手段１０を
用いることもできる。

【００２３】次に、この実施の形態１の作用について説
明する。各制御モード毎の各モードにおける制御手段１
４、１５については先に説明したので、最初に制御モー
ド管制手段１６が運転すべきモードを決める方法を説明
する。

【００２４】図２は制御モード管制手段１６が備える情
報管理手段としてのモード判別手段１５０の一例を示す
詳細図である。図２において、モード判別手段１５０
は、交流系統１の交流電圧Ｖｓを制御情報手段１７から
受ける。この交流系統電圧Ｖｓに基づいて、同電圧の逆
相分演算手段１５１、同電圧の正相分演算手段１５２及
び同電圧の絶対値演算手段１５３により、それぞれ同電
圧の逆相電圧成分Ｖｎ、正相電圧成分Ｖｐ及び絶対値Ｖ
ａｂｓが演算される。次に、必要に応じて、第１比率演
算手段（除算手段）１５４により逆相分Ｖｎの正相分に
対する比Ｖｎ／Ｖｐすなわち不平衡率Ｘａを演算する
か、又は、第２比率演算手段（除算手段）１５５により
絶対値Ｖａｂｓに対する逆相分Ｖｎの比Ｖｎ／Ｖａｂす
なわち逆相分の含有率Ｘｃを演算する。上記逆相分Ｖｎ
もこれ自体判別変数Ｘｂとして用いることができる。上
記の如く演算された判別変数Ｘ（Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ）の
内いずれか一つ又は複数を判別手段１５６へ入力し、こ
の判別手段１５６が判別変数Ｘに基づき制御モードを判
別する。

【００２５】例えば、判別変数Ｘを横軸にして判別結果
であるモード変数Ｍを縦軸とすると、判別手段１５６内
に図示したヒステリシス特性付きのコンパレータによ
り、逆相分が大きくなると、ハイレベルの“１”（又は
ローレベルの“Ｏ”）となるＭｃを出すことができる。
モード変数Ｍｃは系統電圧の逆相分が小さい通常運転時
に、位相制御式制御手段１４を有効に作動させる。すな
わち、位相制御式制御手段１４をアクティブにする。一
方、系統電圧の逆相分が大きくなる（不平衡率が高い）
事故時に、ＰＷＭ制御式制御手段１５を有効に作動させ
る。すなわち、ＰＷＭ制御式制御手段１５をアクティブ
にする。

【００２６】判別法の他の例として、判別手段１５６内
の重なり遷移領域付きコンパレータ（又は簡単な関数発
生器）により、モード変数Ｍａ、Ｍｂを出すことができ
る。モード変数Ｍｂは系統電圧の逆相分が大きくなる
（不平衡率が高い）事故時に、ＰＷＭ制御式制御手段１
５の出力や内部状態量に高い重み付けをして優先させ
る。モード変数Ｍａは系統電圧の逆相分が小さい通常運
転時に、位相制御式制御手段１４の出力や内部状態量に
高い重み付けをして優先させる。

【００２７】上記モードの切り換えや重み付けにより、
制御モードを遷移させることができる。モード切り換え
やモード遷移させるのに際して、上記逆相成分の検出に
よりモードを切り換えたり遷移させたりする他に、
（１）交流系統電圧Ｖｓの各相の電圧波高値を検出し
ておき、いずれか一相の電圧の波高値の低下により事故
時パルスパタ一ンモードに切り換え又は遷移させる方
法、（２）事故検出手段を備え、この事故検出手段の
検出出力により事故時パルスパターンモードに切り換え
又は遷移させる方法、を採用することができる。

【００２８】［モード遷移の円滑化１］次に、制御手段
１４、１５側での作用について説明する。基本的な制御
作用は、従来の位相制御法や２軸制御法が使用できるの
で、制御モードの円滑な遷移法につき説明する。

【００２９】まず、モード遷移時の変換器３の出力電圧
を円滑に変化させるためには、変換器３の直流キャパシ
タ３１の静電容量が小さいことが望ましい。この場合、
直流電圧や変換器３の交流出力電圧の変動による擾乱を
少なくできる。次いで、変換器３の交流出力電圧の位相
変動についての考慮が望まれる。２軸制御式における電
圧ベクトルＶは振幅Ｖｍａｇと位相φ２による極座標表
示（Ｖｍａｇ、φ２）と直交２軸値（Ｖｄ、Ｖｑ）によ
る表示ができ、相互に他の表示による変数へ変換でき
る。この関係式を次式（１）に示す。 φ２=ｔａｎ^−１(Ｖｑ/Ｖｄ)、Ｖｍａｇ=(Ｖｄ^２＋Ｖｑ^２)^１/２（１）

【００３０】一方、制御手段１４の位相φ１と制御手段
１５の位相φ２（上式（１）により表され、内部で演算
可能であり、またゲート制御手段１３側でも計算でき
る）の位相差を次式（２）で表し、その値をδとする。 δ=φ１−φ２（２）

【００３１】今、ＰＷＭ制御式制御手段１５が優先して
いる時は、位相φ２を優先させ、位相φ１の重みを軽く
する。或いは、位相φ１を位相差δだけ補正して出力す
る。この際、位相制御式制御手段１４の内部に持つ制御
変数としての位相情報φ１と実際に出力する位相φ１と
を区別することができる。

【００３２】他方、位相制御式制御手段１４が優先して
いる時は、位相差δに基づき式（３）により演算して出
力電圧ベクトルＶを回転させて位相を補正できる。

【数１】この際、同様に、ＰＷＭ制御式制御手段１５の内部に持
つ制御変数としての電圧ベクトルと実際に出力する電圧
ベクトルとを区別することができる。

【００３３】以上の要領により、交流系統１の不平衡の
状態や逆相成分の大きさに応じて制御モードを遷移させ
ると共に、優先して作動させている制御手段の出力の位
相に他方の制御手段の出力位相を合わせさせて、遷移時
の出力電圧位相の変動を最小化できる。すなわち、切り
換えやモード遷移による擾乱を軽減できる。更に、上記
動作を実行するため図示矢印のように、相互に必要変数
をやりとりできる。その際、今あるべきモードが分かっ
ている制御モード管制手段１６があるべき変数に補正し
たり、又は、補正すべき情報を制御手段１４、１５に渡
すことができる。

【００３４】また、双方の制御手段１４、１５の出力位
相φ１、φ２と出力電圧ベクトルＶを受け取ったゲート
制御手段１３により、前記優先動作とモードの遷移に伴
う擾乱防止を行うことができ、この場合、モード変数Ｍ
（Ｍａ、Ｍｂ、Ｍｃ）を点線図示のようにゲート制御手
段１３へ渡すことができる。更には、ゲート制御手段１
３内に、モード判別手段１５０を設けることもできる。

【００３５】以上により、制御モードの切り換えや遷移
による交流出力電圧の変化が軽減され、円滑なモード変
化を行うことができる効果が得られる。［モード遷移の円滑化２］

【００３６】更に、モードの遷移を円滑にする方法につ
き説明する。位相制御式制御手段１４やＰＷＭ制御式制
御手段１５には、しばしばＰＩレギュレータの積分要素
等の積分手段が用いられる。また、その他にも、帰還さ
れてくる状態量を含めて状態量が制御に用いられる。こ
の場合、モードの遷移に際して、状態量が連続しない場
合に、モードの遷移による変動が生じる。

【００３７】この問題を解決するため、制御モード管制
手段１６は必要な双方の制御手段１４、１５の状態量
（積分手段の出力等の状態量を含む）を読み出して、優
先して作動している側の制御手段の変数（出力を含む）
や状態量などの情報に基づき、非優先側制御手段又は従
属すべき制御手段の変数又はパラメータを操作して、遷
移時に変動が解消するよう修正することができる。この
ために、制御モード管制手段１６の管理下で必要な情報
を、制御手段１４、１５間でやりとりしたり、制御モー
ド管制手段１６が適正な処理を施して従属側の制御手段
へ渡すことができる。従属側制御手段を、制御モード管
制手段１６からの操作で修正するか、又は制御モード管
制手段１６からの指令により修正することができる。

【００３８】以上により、モードの切り替わりや遷移に
際して、制御手段１４、１５内の状態量も円滑に引き継
がれて変化するので、モード切り換えや遷移によるショ
ックを防止できる効果が得られる。

【００３９】この実施の形態１によれば、位相制御モー
ドとＰＷＭ制御モードとを円滑に切り換え又は遷移させ
て併用できるので、事故時不平衡電圧下での運転特性と
常時運転時の高効率特性とを両立的に改良できる効果が
得られる。

【００４０】実施の形態２．図３は、この発明の他の実
施の形態２に係る交直電力変換装置の構成を示す。図３
において、１００は、交流系統１に接続された少なくと
もキャパシタを備えた交流フィルタ又は調相装置であ
る。交流フィルタを例にとると、キャパシタ１０１、第
１の高調波電圧類を抑制するためのＬＣ共振フィルタ用
キャパシタ１０２とリアクトル１０４、第２の高調波電
圧類を抑制するためのＬＣ共振フィルタ用キャパシタ１
０３とリアクトル１０５などからなる。

【００４１】ところで、これら調相用キャパシタやフィ
ルタ用キャパシタ１０１−１０３は、変換器３が多パル
スＰＷＭモードで運転するときに、特定高調波を増幅さ
せたり、変換器３の制御の障害になる場合がある。交流
系統１には、進相コンデンサや調相コンデンサが繋がっ
ており、変換器３からの距離や繋がっている線路や変圧
器２のリアクタンスによって、共振点が現れる。同様
に、変換器３が発生する高調波を抑制する目的のフィル
タにも共振点がある。これに対して、位相制御モードや
１パルスモードでは、変換器３が発生する高調波が限ら
れるので、予め上述したような共振を避けやすい。しか
し、多パルスＰＷＭモードでは、上述の共振を避けにく
く、これを避けるためにはＰＷＭ周波数を極めて高くす
る必要がある。しかし、この場合には、スイッチング損
失が過大になる。

【００４２】前述したように、この発明では、交流系統
１が異常な場合にのみ多パルスＰＷＭモードを用い、そ
の使用時間は事故時の数十ｍｓｅｃ又は最大１ｓｅｃの
不平衡時間以内である。通常は、位相制御又は後述の１
パルスのパルス幅制御を用いる。この通常運転中は、交
流系統１側のキャパシタによる共振を避けることができ
る。従って、この発明では、ＰＷＭ制御を用いる異常時
の短い運転期間中のみ上記共振に対処すればよい。

【００４３】この実施の形態２においては、キャパシタ
１０１−１０３が接続された回路にダンピング要素（例
えば抵抗又は、インピーダンスを模擬した電圧源などに
よるアクティブダンパ一）１０６とその動作を停止させ
る手段（例えばスイッチやサイリスタスイッチ等の半導
体スイッチ）１０７から成るダンピング手段としての可
変ダンパ１１０を備える。

【００４４】図３において、ＰＷＭ制御式制御モードが
作動して変換器３が多パルスＰＷＭモードで運転される
時、モード変数Ｍにより可変ダンパ１１０を作動させ
る。例えば、スイッチ１０７をオフにして、抵抗１０６
を挿入する。これにより、キャパシタ１０１−１０３の
共振による高調波の増幅作用を抑制し、変換器３の制御
もしやすくする。この時間は限られているので、長い通
常運転中の損失にならず、電力量の損失は僅かで済む。
また、ダンピング手段としての可変ダンパ１１０の熱損
失エネルギも時間が短いので軽微になり、設備費用も少
なくて済む。

【００４５】通常運転中は、スイッチでバイパスされて
通常フィルタや調相設備として作用し、障害にならない
ことは言うまでもない。アクティブダンパーの場合は、
出力電圧を零にすればダンパー作用を止めることができ
る。

【００４６】以上、本実施の形態２によれば、交流系統
１と直流系統４との間で電力変換する交直電力変換器３
と、交流系統１に設けられたキャパシタ１０１−１０３
とを備えた交直電力変換装置において、キャパシタ１０
１−１０３が含まれる回路に可変ダンパ１１０を設けた
ので、変換器３が多パルスＰＷＭモードで運転される時
の振動を防止できる効果が得られる。また、運転状況に
応じて可変ダンパ１１０によりダンピング作用を抑えれ
ば、該可変ダンパ１１０による損失を抑制できる。

【００４７】実施の形態３．図４は、この発明の更に他
の実施の形態３に係る交直電力変換装置の構成を示す。
図４において、２０は１パルスのパルス幅を制御するＰ
ＷＣモード（１パルスＰＷＭモード）で変換器３を制御
する場合の制御手段としての１パルスＰＷＣ式制御手
段、２１は多パルスのパルスのパルス幅を制御するモー
ドで変換器３を制御する場合の制御手段としての多パル
スＰＷＭ式制御手段である。上記実施の形態１のＰＷＭ
制御式制御手段１５は１パルスＰＷＭモードの場合を含
んでいたが、多パルスＰＷＭ式制御手段２１が多パルス
ＰＷＭに限られる点、及び１パルスＰＷＣ式制御手段２
０が１パルスＰＷＣ（ＰＷＭ）モードである点において
上記実施の形態１と異なる。

【００４８】多パルスＰＷＭ式制御手段２１は例えば図
８に示したような２軸制御手段を用いることができる。
また、１パルスＰＷＣ制御モードも１パルスの位相と幅
を制御できるので、変換器３の交流出力ベクトルを制御
することができる。従って、１パルスＰＷＣ式制御手段
２０も、例えば図８の２軸制御手段を用いることができ
る。

【００４９】更に、制御モード管制手段１６も前述した
図２のモード判別手段１５０を用いることができる。但
し、不平衡率や逆相電圧成分が小さいときには１パルス
ＰＷＣモード制御を優先させ、不平衡率や逆相電圧成分
が大きい異常状態のときには多パルスＰＷＭモード制御
を優先させる。このために、前記モード変数Ｍ（Ｍａ、
Ｍｂ、Ｍｃ）を用いることができる。

【００５０】変換器３は、制御手段２０、２１に対応し
て、１パルスＰＷＣパターン又は多パルスＰＷＭパター
ンに合うゲート信号で制御される。それぞれの制御手段
２０、２１は電圧ベクトル指令Ｖ１、Ｖ２を出力でき、
それぞれ絶対値Ｖと位相とによる表示又は直交２軸成分
で表示できる。

【００５１】この実施の形態３では、いずれか一方の制
御手段２０或いは２１が優先して制御しているモードに
おいて、２つのベクトル成分又は２つのベクトル表示値
を他方の同ベクトル成分又は表示値に合わせる（従属さ
せる）ようにする。すなわち、制御モード管制手段１６
は位相だけでなく振幅も追従させることができる。従属
すべき制御手段のベクトル成分は優先すべき制御手段の
それぞれ対応する成分に追従させる。更に、その他の状
態量も、制御手段が同様な構成で良いので、互いに対応
する状態量を制御モード管制手段１６の管理下でやりと
りして追従させることができる。以上の結果、ベクトル
指令を互いに正確に一致させることができる。

【００５２】また、交流系統１に調相用キャパシタやフ
ィルタ用キャパシタがある場合において、モード変数Ｍ
を用いて、多パルスＰＷＭ制御モードでは可変ダンパで
ダンピングをかけ、一方、共振が起きにくい１パルスＰ
ＷＣモードではダンパーの作動を停止又は抑制すること
ができる。

【００５３】この実施の形態３によれば、１パルスＰＷ
Ｃモード制御式制御手段２０を備えたので、通常時に高
効率な１サイクル１回スイッチングで変換器３を運転で
き、両モードともベクトル制御なのでモード間の切り換
えや遷移が一層円滑に実行できる効果が得られる。勿
論、交流系統１の異常時には、良好な運転特性が得られ
る。また、可変ダンパを備えれば、交流系統１の異常時
における多パルスＰＷＭ制御モードにおける交流系統側
にキャパシタがある場合の共振やこれによる制御への悪
影響を抑制できる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように、本発明の交直電力変換装
置によれば、位相制御モードとＰＷＭ制御モード或いは
１パルスの可変幅パルスパルスパターンモードと多パル
スの可変幅パルスパルスパターンモードとを円滑に切り
換え又は遷移させて併用することができるので、事故時
不平衡電圧下での運転特性と常時運転時の高効率特性と
を両立的に改良できる効果が得られる。また、制御モー
ドの切り換えや遷移による交流出力電圧の変化が軽減さ
れ、円滑なモード変化を行うことができる。更に、制御
モードの切り替わりや遷移に際して、第一及び第二制御
手段内の状態量も円滑に引き継がれて変化するので、モ
ード切り換えや遷移によるショックを防止できる。更に
また、１パルスの可変パルス幅パターンモードで交流系
統の交流出力電圧をベクトル制御することにより、通常
時に高効率な１サイクル１回スイッチングで交直電力変
換器を運転できる上、両制御モードともベクトル制御を
行うことによりモード間の切り換えや遷移を一層円滑に
実行することができると共に、交流系統の異常時にも、
良好な運転特性が得られるものである。また、交流系統
と直流系統との間で電力変換する交直電力変換器と、交
流系統に接続されたキャパシタとを備えた交直電力変換
装置において、キャパシタが含まれる回路にダンピング
手段を設けることにより、交直電力変換器が多パルスＰ
ＷＭモードで運転される時の振動を防止することがで
き、更に、運転状況に応じてダンピング手段によりダン
ピング作用を抑えれば、該ダンピング手段による損失を
抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る交直電力変換
装置の構成を示す図である。

【図２】この発明に用い得るモード判別手段１５０の
構成を示す図である。

【図３】この発明の他の実施の形態２に係る交直電力
変換装置の構成を示す図である。

【図４】この発明の更に他の実施の形態３に係る交直
電力変換装置の構成を示す図である。

【図５】従来の交直電力変換装置の構成を示す図であ
る。

【図６】図５の位相制御式制御手段の構成を示す図で
ある。

【図７】従来の他の交直電力変換装置の構成を示す図
である。

【図８】図７のＰＷＭ制御式制御手段の構成を示す図
である。

【符号の説明】

１交流系統、３交直電力変換器、４直流系統、１
３ゲート制御手段（ＰＷＭパルスパターン発生手
段）、１４位相制御式制御手段（第一制御手段）、１
５ＰＷＭ制御式制御手段（第二制御手段）、１６制
御モード管制手段、１７制御情報処理手段、２０１
パルスＰＷＣ式制御手段（第一制御手段）、２１多パ
ルスＰＷＭ式制御手段（第二制御手段）、８１〜８３
検出手段、１０１−１０３キャパシタ、１１０可変
ダンパ（ダンピング手段）、１５０モード判別手段（情
報管制手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流系統と直流系統との間で電力変換す
る交直電力変換器を備えた交直電力変換装置において、固定パルスパターンモードと可変パルス幅パターンモー
ドとを有し、上記交直電力変換器のゲートを制御するパ
ルスパターン発生手段と、上記固定パルスパターンモードで上記交流系統に対する
上記交直電力変換器の交流出力電圧の位相を制御する第
一制御手段と、上記可変パルス幅パターンモードで上記交直変換器の交
流出力電圧のベクトルを制御する第二制御手段と、少なくとも上記交流系統の電圧情報に基づき上記制御モ
ードを管理制御する制御モード管制手段と、上記交直電力変換装置の入出力情報を検出する検出手段
と、上記検出手段の検出出力を処理して上記第一制御手段、
上記第二制御手段及び上記制御モード管制手段に制御情
報を与える制御情報処理手段と、を備え、上記制御モード管制手段により上記第一制御手段及び第
二制御手段を制御して、上記固定パルスパターンモード
と上記可変パルス幅パターンモードとを併用して上記交
直電力変換器を制御することを特徴とする交直電力変換
装置。
【請求項２】交流系統と直流系統との間で電力変換す
る交直電力変換器を備えた交直電力変換装置において、１パルスの可変パルス幅パターンモードと多パルスの可
変パルス幅パターンモードを有し、上記交直電力変換器
のゲートを制御するパルスパターン発生手段と、上記１パルスの可変パルス幅パターンモードで上記交直
電力変換器の交流出力電圧のベクトルを制御する第一制
御手段と、上記多パルスの可変パルス幅パターンモードで上記交直
電力変換器の交流出力電圧のベクトルを制御する第二制
御手段と、少なくとも上記交流系統の電圧情報に基づき上記制御モ
ードを管理制御する制御モード管制手段と、上記交直電力変換装置の入出力情報を検出する検出手段
と、上記検出手段の検出出力を処理して、上記第一制御手
段、上記第二制御手段及び上記制御モード管制手段に制
御情報を与える制御情報処理手段と、を備え、上記制御モード管制手段により上記第一制御手段及び上
記第二制御手段を制御して、上記１パルスの可変幅パル
スパターンモードと多パルスの可変パルス幅パターンモ
ードとを併用して上記交直電力変換器を制御することを
特徴とする交直電力変換装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の交直電力変換装
置において、上記制御モード管制手段は、上記交流系統
の電圧の逆相成分に応答して上記制御モードを管理制御
することを特徴とする交直電力変換装置。
【請求項４】請求項１乃至３の何れかに記載の交直電
力変換装置において、上記制御モード管制手段は、上記
第一制御手段と上記第二制御手段のそれぞれの内部変数
情報の伝達と管理を行う情報管理手段を備えることによ
り、上記２つの制御モード間のモード遷移を円滑に行わ
しめることを特徴とする交直電力変換装置。
【請求項５】請求項４に記載の交直電力変換装置にお
いて、上記第一制御手段と上記第二制御手段のそれぞれ
が積分制御手段を備え、上記制御モード管制手段は上記
積分制御手段の変数情報の伝達と管理を行うことによ
り、上記２つの制御モード間のモード遷移を円滑に行わ
しめることを特徴とする交直電力変換装置。
【請求項６】上記請求項１乃至５の何れかに記載の交
直電力変換装置において、上記交流系統に接続されたキャパシタと、上記キャパシタが含まれる回路にダンピングをかけるダ
ンピング手段と、を更に備え、上記可変パルス幅パターンモードで上記交直電力変換器
を制御する際に上記ダンピング手段を作動させることを
特徴とする交直電力変換装置。
【請求項７】交流系統と直流系統との間で電力変換す
る交直電力変換器と、上記交流系統に接続されたキャパ
シタとを備えた交直電力変換装置において、１サイクル１回スイッチングのパターンモードと多パル
スの可変パルス幅パターンモードとを有し、上記交直電
力変換器のゲートを制御するパルスパターン発生手段
と、上記１サイクル１回スイッチングのパターンモードで交
流出力電圧を制御する第一制御手段と、上記多パルスの可変パルス幅パターンモードで上記交流
出力電圧を制御する第二制御手段と、上記交直電力変換器の入出力情報を検出する検出手段
と、上記検出手段の検出出力を処理して上記第一制御手段と
上記第二制御手段に制御情報を与える制御情報処理手段
と、上記キャパシタが含まれる回路にダンピングをかけるダ
ンピング手段と、を備え、上記第二制御手段により上記多パルス可変パルス幅パタ
ーンモードで上記交直電力変換器を制御するときに、上
記ダンピング手段を作動させることを特徴とする交直電
力変換装置。