JP2000134939A - 周波数変換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転形周波数変換装置と静止形周波数変換装
置を並列接続してなる周波数変換システムはなく、回転
形周波数変換装置と静止形周波数変換装置のそれぞれ異
なる特性を生かした制御方式はなかった。 【解決手段】 周波数変換システムの出力電流を計測す
る計測手段と、計測手段の出力が一定値を超えたことを
検出するレベル検出手段とを具備し、レベル検出手段が
一定値を超えたことを検出した場合に、静止形周波数変
換装置を起動することにより、負荷電流が少ない領域で
は回転形周波数変換装置を運転して無負荷損の少ない静
止形周波数変換装置を停止し、負荷電流が一定値を越え
た領域で回転形周波数変換装置に加えて静止形周波数変
換装置を運転することにより、周波数変換システム全体
の運転損失を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新幹線用の電源供
給のような、異なる周波数を持つ電力システムを連系す
るための周波数変換システムの制御に関わり、特に自己
消弧形素子から構成され交流を直流に直流を交流に変換
する電圧形自励式変換器からなる静止形周波数変換装置
と、同期電動機と交流発電機から構成されそれぞれ異な
る周波数を出力する回転形周波数変換装置とを並列接続
してなる周波数変換システムの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の周波数変換システムを図３１に示
す。図３１において、１は交流系統、２Ａ〜２Ｄは変圧
器、３Ａ，３Ｂは同期電動機、４Ａ，４Ｂは交流発電
機、５は交流発電機の出力を負荷へ送電する送電線、６
はスコット変圧器である。スコット変圧器の２次側には
図示していない列車負荷がつながる。

【０００３】図３１のシステムは、交流系統１の周波数
で同期電動機をまわし、同期電動機と同軸の発電機を回
転させ発電する。周波数を変換するため極数は、変換し
たい周波数比率となっている。例えば、交流系統１の５
０Ｈｚを６０Ｈｚに変換したい場合は、電動機側が５に
対し、発電機側が６の比率となっている。この様に電動
機と発電機を組み合わせて周波数を変換する装置を回転
形周波数変換装置と呼んでいる。

【０００４】このように従来は、負荷側（列車）が要求
する容量に応じて回転形周波数変換装置を並列接続し、
周波数変換システムを構成していた。一方、近年、ゲー
トターンオフサイリスタ（以下ＧＴＯと略す）等の自己
消弧形可能な素子の大容量化にともない、自励式変換器
による大容量の周波数変換装置の製作が可能となった。

【０００５】図３２に自励式変換器による周波数変換シ
ステムを示す。図３２において、既に説明済みの図３１
と同一の要素は同一の符号で表し説明は省略する。７
Ａ，７ＢはＧＴＯ等で構成され、交流を直流に直流を交
流に変換する電圧形自励式変換器、８は直流コンデンサ
である。

【０００６】図３２のシステムは、交流系統１の電力を
電圧形自励式変換器７Ａにて直流に変換し、直流コンデ
ンサ８を介して接続される電圧形自励式変換器７Ｂにて
所望の周波数の交流電力に変換する。また、負荷側から
電力が回生される場合は、電力は電圧形自励式変換器７
Ｂから直流コンデンサを経て電圧形自励式変換器７Ａへ
と流れる。なお、電圧形自励式変換器の一般的な動作に
ついては電気学会編「半導体電力変換回路」第６章、第
９章に詳しく記載されている。

【０００７】図３２に示すような半導体で構成される周
波数変換装置を静止形周波数変換装置と呼んでおり、静
止形周波数変換装置は回転形周波数変換装置に比較し
て、無負荷時の損失が少ない、起動停止が短時間に行え
る、出力電圧、出力電流を容易に制御できる等の利点が
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来、回転形周波数変
換装置と静止形周波数変換装置を並列接続してなる周波
数変換システムはなく、回転形周波数変換装置と静止形
周波数変換装置のそれぞれ異なる特性を生かした制御方
式はなかった。

【０００９】回転形周波数変換装置、静止形周波数変換
装置、負荷である列車の特徴を下記に示す。 ・回転形周波数変換装置 １）図３３に示す様に、損失が負荷によらずほぼ一定値
を示す。

【００１０】２）過負荷に対する時間耐量が大きい。 ３）起動停止に時間がかかる。（１０分以上） ４）予め他の回転形周波数変換装置が立ち上がってい
て、追加で回転形周波数変換装置を投入する場合に負荷
の制限が必要である。

【００１１】・静止形周波数変換装置 １）図３３に示すように損失が負荷により変動する。特
に無負荷時の損失が小さい。

【００１２】２）過負荷に対する時間耐量がない。 ３）起動停止が高速にできる。 ４）出力電圧、位相を高速に制御できる。

【００１３】５）予め他の周波数変換装置が立ち上がっ
ていても、追加投入に対する制限はない。 ・負荷（列車） １）単相負荷であるため逆用電流（通常の３相と逆回転
の相順を持つ電流）が大きい。

【００１４】図３４に図３１におけるスコット変圧器６
の２次側に負荷を投入した場合の波形を示す。図３４は
スコット変圧器のＭ座に３０ＭＷその８０期ｓ後にＴ座
に３０ＭＷの負荷投入をした場合の波形であり、Ｍ座、
Ｔ座の負荷が同量であれば逆相電流は流れないが、アン
バランスがあると逆相電流が発生する。

【００１５】２）列車のダイヤ、加減速度に応じて負荷
は絶えず変動する。 ３）列車が減速するときには有効電力が列車から電源へ
回生される。 本発明の目的は、上記のような特長を生かし、損失が少
なく、信頼性の高い回転形周波数変換装置と静止形周波
数変換装置を並列接続してなる周波数変換システムの制
御装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係る周波数変換システムによれ
ば、周波数変換システムの出力電流を計測する計測手段
と、計測手段の出力が一定値を超えたことを検出するレ
ベル検出手段とを具備し、レベル検出手段が一定値を超
えたことを検出した場合に、静止形周波数変換装置を起
動することにより、出力電流すなわち負荷電流が少ない
領域においては回転形周波数変換装置を運転して無負荷
損の少ない静止形周波数変換装置を停止し、負荷電流が
一定値を越えた領域で回転形周波数変換装置に加えて静
止形周波数変換装置を運転することにより、周波数変換
システム全体の運転損失を低減できる周波数変換システ
ムを提供できる。

【００１７】本発明の請求項２に係る周波数変換システ
ムによれば、周波数変換システムの出力電流を計測する
計測手段と、計測手段の出力の各相の実効値を検出する
実効値演算手段と、各相の実効値の最大値を選択する最
大値選択手段と、各相の実効値の最大値が一定値を超え
たことを検出するレベル検出手段とを具備し、３相の各
相毎の実効値のうち、１相でも一定値以上となった時に
静止形周波数変換装置を起動することにより、出力電流
の各相毎の実効値が低い領域においては、回転形周波数
変換装置だけを運転して無負荷損の少ない静止形周波数
変換装置を停止し、負荷電流が大きい領域で回転形周波
数変換装置に加えて静止形周波数変換装置を運転するこ
とにより、回転形周波数変換装置を過負荷にすることな
くかつ周波数変換システム全体の運転損失を低減できる
周波数変換システムを提供できる。

【００１８】本発明の請求項３に係る周波数変換システ
ムによれば、周波数変換システムの出力電流を計測する
計測手段と、計測手段の出力から逆相成分を検出する逆
相検出手段と、逆相成分が一定値を超えたことを検出す
るレベル検出手段とを具備し、出力電流の逆相成分が一
定値を越えたことで静止形周波数変換装置を起動するこ
とにより、出力電流の逆相成分が低い領域においては回
転形周波数変換装置だけを運転して無負荷損の少ない静
止形周波数変換装置を停止し、逆相成分が大きい領域に
おいては、回転形周波数変換装置に加えて静止形周波数
変換装置を運転することにより、回転形周波数変換装置
の逆相電流の過負荷を防止し、かつ周波数変換システム
全体の運転損失を低減できる周波数変換システムを提供
できる。

【００１９】本発明の請求項４に係る周波数変換システ
ムによれば、周波数変換システムの出力電流を計測する
計測手段と、計測手段の出力の各相の実効値を検出する
実効値検出手段と、各相の実効値の最大値を選択する最
大値選択手段と、各相の実効値の最大値が一定値を超え
たことを検出する第１のレベル検出手段と、出力電流を
計測する計測手段の出力から逆相成分を検出する逆相検
出手段と、逆相成分が一定値を超えたことを検出する第
２のレベル検出手段とを具備し、出力電流の各相の実効
値の最大値または逆相成分が一定値を越えたことで静止
形周波数変換装置を起動することにより、出力電流の各
相実効値及び逆相成分が小さく回転形周波数変換装置が
過負荷とならない領域においては回転形周波数変換装置
だけを運転して無負荷損の少ない静止形周波数変換装置
を停止し、各相実効値または逆相成分が大きい領域にお
いては、回転形周波数変換装置に加えて静止形周波数変
換装置を運転することにより、回転形周波数変換装置の
逆相電流および各相の過負荷を防止し、かつ周波数変換
システム全体の運転損失を低減できる周波数変換システ
ムを提供できる。

【００２０】本発明の請求項５に係る周波数変換システ
ムによれば、実効値を検出する実効値検出手段および逆
相成分を検出する逆相検出手段の後段に、それらの検出
値の一定時間における平均値を検出する手段を具備する
ことにより、回転形周波数変換装置の時間耐量に合わせ
て静止形周波数変換装置の起動停止を行えるため、静止
形周波数変換装置の起動判定レベル付近での負荷変動が
頻繁にあっても、不必要な静止形周波数変換装置の起動
が抑制でき、擾乱を低減した周波数変換システムを提供
できる。

【００２１】本発明の請求項６に係る周波数変換システ
ムによれば、各レベル検出手段にヒステリシス特性を持
たせることにより、回転形周波数変換装置の逆相電流お
よび各相の過負荷を防止できる上に、静止形周波数変換
装置の不要な起動停止を防止し、かつ周波数変換システ
ム全体の運転損失を低減できる周波数変換システムを提
供できる。

【００２２】本発明の請求項７に係る周波数変換システ
ムによれば、各レベル検出手段の検出レベルを回転形周
波数変換装置の定格電流とすることにより、負荷が回転
形周波数変換装置の定格に達するまでは静止形周波数変
換装置を停止しているため、周波数変換システム全体の
運転損失がより少なくなり、かつ、回転形周波数変換装
置の逆相電流および各相の過負荷を防止できる周波数変
換システムを提供できる。

【００２３】本発明の請求項８に係る周波数変換システ
ムによれば、レベル検出手段の動作により静止形周波数
変換装置が起動される前に、静止形周波数変換装置の直
流コンデンサをあらかじめ定格直流電圧に準ずる電圧に
充電しておくことにより、レベル検出手段が動作し起動
指令発生後、直流コンデンサの充電操作を経ずに静止形
周波数変換器を起動でき、高速な静止形周波数変換装置
の起動および負荷分担が可能となり、回転形周波数変換
装置の過負荷を防止できる周波数変換システムを提供で
きる。

【００２４】本発明の請求項９に係る周波数変換システ
ムによれば、静止形周波数変換装置の出力電流基準を、
周波数変換システム全体の出力電流に一定比率を乗算し
た値とすることにより、静止形周波数変換装置起動後
の、静止形周波数変換装置と回転形周波数変換装置の電
流分担を所望の比率にした運転が可能な周波数変換シス
テムを提供できる。

【００２５】本発明の請求項１０に係る周波数変換シス
テムによれば、一定比率を、周波数変換システム全体の
出力電流から回転形周波数変換装置の定格電流を減算
し、それを周波数変換システム全体の出力電流で除算し
た値とすることにより、静止形周波数変換装置の起動
後、出力電流に関係なくほば一定の損失がある回転形周
波数変換装置を定格電流で運転し、残りを静止形周波数
変換装置で分担することとなり、周波数変換システム全
体の運転損失を低減できる周波数変換システムを提供で
きる。

【００２６】本発明の請求項１１に係る周波数変換シス
テムによれば、一定比率を、周波数変換システム全体の
出力電流に含まれる逆相電流から回転形周波数変換装置
の定格逆相電流を減算し、それを周波数変換システム全
体の逆相電流で除算した値とすることにより、静止形周
波数変換装置の起動後、出力電流に関係なくほぼ一定の
損失がある回転形周波数変換装置を逆相電流の定格電流
で運転し、残りを静止形周波数変換装置で分担すること
となり、周波数変換システム全体の運転損失を低減で
き、かつ、回転形周波数変換装置の逆相分による過負荷
を防止できる周波数変換システムを提供できる。

【００２７】本発明の請求項１２に係る周波数変換シス
テムによれば、周波数変換システム全体の出力電流の逆
相電流検出手段を具備し、静止形周波数変換装置の起動
後の出力電流基準を、前記逆相電流検出手段の出力に一
定比率を乗算した値とすることにより、静止形周波数変
換装置の起動後、静止形周波数変換装置で逆相電流を分
担することとなり、周波数変換システム全体の運転損失
を低減でき、かつ、回転形周波数変換装置の逆相分によ
る過負荷を防止できる周波数変換システムを提供でき
る。

【００２８】本発明の請求項１３に係る周波数変換シス
テムによれば、一定比率を、システム全体の逆相電流か
ら回転形周波数変換装置の定格逆相電流を減算しそれを
システム全体の逆相電流で除算した値とすることによ
り、静止形周波数変換装置の起動後、出力電流に関係な
くほぼ一定の損失がある回転形周波数変換装置を逆相電
流の定格電流で運転し、残りの逆相電流を静止形周波数
変換装置で分担することとなり、周波数変換システム全
体の運転損失を低減でき、かつ、回転形周波数変換装置
の逆相成分による過負荷を防止できる周波数変換システ
ムを提供できる。

【００２９】本発明の請求項１４に係る周波数変換シス
テムによれば、静止形周波数変換装置が複数台からなる
周波数変換システムにおいては、静止形周波数変換装置
と同じ数のレベル検出手段を具備し、各レベル検出手段
の検出レベルを異ならせ、各レベル検出手段の出力で１
台ずつ静止形周波数変換装置を起動することにより、出
力電流に応じて静止形周波数変換装置の起動台数を最適
化することができ、周波数変換システム全体の運転損失
を低減できる周波数変換システムを提供できる。

【００３０】本発明の請求項１５に係る周波数変換シス
テムによれば、静止形周波数変換装置の出力電流基準
を、静止形周波数変換装置の定格電流以下に制限するこ
とにより、回転形周波数変換装置に比較して、過負荷の
時間耐量が少ない静止形周波数変換装置が過負荷になる
ことなく、信頼性の高い周波数変換システムを提供でき
る。

【００３１】本発明の請求項１６に係る周波数変換シス
テムによれば、周波数変換システム全体の出力電流を計
測する計測手段を具備し、静止形周波数変換装置の出力
電流基準を、計測手段の出力から、回転形周波数変換装
置の追加並入可能電流を減算した値以上とし、かつ、静
止形周波数変換装置の定格以下とすることにより、静止
形周波数変換装置が負荷電流を分担し、回転形周波数変
換装置の分担電流が追加並入可能電流以下となり、回転
形周波数変換装置の追加並入を容易に行える周波数変換
システムを提供できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態の構成図である。図ｌにおいて、図３１、図３
２と同一要素については同一符号を付し、説明を省略す
る。

【００３３】図１において、回転形周波数変換装置と静
止形周波数変換装置を並列接続してなる周波数変換シス
テムの出力側には出力電流を計測する交流電流検出器９
を接続し、この交流電流検出器９からの３相交流電流を
３相全波整流器１０で全波整流する。

【００３４】レベル設定器１１では静止形周波数変換装
置を起動するレベルが設定され、レベル検出器１２では
３相全波整流器１０の出力とレベル設定器１１の出力を
比較し、３相全波整流器１０の出力が大きい場合に静止
形周波数変換装置の起動指令５１を出力する。

【００３５】図１に示す回路は以下のように動作する。
図１のスコット変圧器６の２次側には図示していない列
車負荷があり、列車ダイヤ、加減速パタンに応じて絶え
ず変動している。その負荷電流を出力電流検出器９で検
出し、それを３相全波整流器で整流して直流量とし、レ
ベル検出器１２にてレベル設定器１１の出力と比較す
る。

【００３６】列車負荷が増大すると、負荷電流が増大
し、３相全波整流器１０の出力が増大し、レベル設定値
を超えた時点で、静止形周波数変換装置に起動指令が出
される。列車負荷が少なく、３相全波整流器１０の出力
がレベル設定値を越えない場合は、静止形周波数変換装
置は停止する。

【００３７】このように、図１に示す回路で静止形周波
数変換装置の起動停止を行えば、列車負荷が少ないとき
は、負荷による損失の変動が少ない回転形周波数変換装
置を運転し、無負荷時の損失が少ない静止形周波数変換
装置を停止するため、周波数変換システム全体の損失を
低減できる。

【００３８】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。図２は、本発明の第２の実施の形態の構成図で
ある。図２において、図１と同一要素については同一符
号を付し、説明を省略する。

【００３９】図２において、実効値演算回路１３Ａ〜１
３Ｃは出力電流検出器９の各相の電流を入力し、それぞ
れの実効値を演算し、最大値選択回路１４は実効値演算
回路１３Ａ〜１３Ｃの出力を入力し、その最大値を選択
する。この最大値選択回路１４の出力は、レベル検出器
１２の一方の入力となる。

【００４０】図２に示す回路は以下のように動作する。
列車負荷が増大すると、負荷電流が増大し、各相の実効
値が増大し、最大値選択回路１４の出力がレベル設定値
を超えた時点で、静止形周波数変換装置に起動指令が出
される。列車負荷が少なく、各相実効値の最大値がレベ
ル設定値を越えない場合は、静止形周波数変換装置は停
止する。

【００４１】なお、実効値を各相毎の検出とすることに
よって、例えば、逆相分が多く各相の出力電流がアンバ
ランスな場合も、最も負荷が重い相によって静止形周波
数変換装置の起動停止を決定するため、回転形周波数変
換装置の過負荷を防止できる。

【００４２】このように、図２に示す回路で、静止形周
波数変換装置の起動停止を行えば、列車負荷が少ないと
きは、負荷による損失の変動が少ない回棒形周波数変換
装置を運転し、無負荷時の損失が少ない静止形周波数変
換装置を停止するため、周波数変換システム全体の損失
を低減できる。

【００４３】なお、図３に示すように、各相の実効値演
算回路１３Ａ〜１３Ｃの後段に、各相毎にレベル検出器
１２Ａ〜１２Ｃを設け、レベル検出器１２Ａ〜１２Ｃの
出力を論理和回路１５に入力し、その出力で静止形周波
数変換装置を起動しても同様の効果が得られることは明
白である。

【００４４】次に本発明の第３の実施の形態について説
明する。図４は、本発明の第３の実施の形態の構成図で
ある。図４において、図１と同一要素については同一符
号を付し、説明を省略する。

【００４５】図４において、逆相検出回路１６は交流電
流検出器９の出力を入力し、逆相分を検出する。この逆
相検出回路１６の出力は、レベル検出器１２の一方の入
力となる。

【００４６】図４に示す回路は以下のように動作する。
スコット変圧器６の出力のＭ座、Ｔ座の負荷がアンバラ
ンスになると、出力電流の逆相成分が増大する。例え
ば、図５にスコット変圧器Ｍ座に３０ＭＷの力行負荷、
その８０ｍｓ後にＴ座に回生負荷３０ＭＷが投入された
ときの各部波形を示す。このとき、力行と回生が異なる
座に投入された場合の逆相分が最も大きく、図５におい
ては逆相分が約６０ＭＶＡと電流はほぼ逆相分だけとな
っている。

【００４７】一方、回転形周波数変換装置には流せる逆
相分の限界があり、一定値を越えると逆相リレー等が動
作しトリップする場合がある。そこで、図４のような回
路で周波数変換システムを制御すれば、列車負荷の逆相
分が増大すると、逆相検出器１６に出力が増大し、レベ
ル設定値を超えた時点で、静止形周波数変換装置に起動
指令５１が出され、静止形周波数変換装置で逆相分の一
部を分担し、回転形周波数変換装置の逆相分の低減がで
き、逆相分による回転形周波数変換装置のトリップを防
止することができる。

【００４８】次に本発明の第４の実施の形態について説
明する。図６は、本発明の第４の実施の形態の構成図で
ある。図６において、図２、図４と同一要素については
同一符号を付し、説明を省略する。

【００４９】図６において、論理和回路１５は、実効値
演算回路を基にしたレベル検出器１２Ａの出力と逆相検
出回路を基にしたレベル検出器１２Ｂの出力との論理和
を取り、静止形周波数変換装置の起動指令５１として出
力する。

【００５０】図６に示す回路は以下のように動作する。
列車負荷が増大すると、負荷電流が増大し、各相の実効
値演算回路１３Ａ〜１３Ｃの出力が増大し、最大値選択
回路１４の出力がレベル設定値１１Ａを超えた時点で、
静止形周波数変換装置に起動指令が出される。また、各
相電流実効値の最大値がレベル設定値１１Ａに達してい
なくても、片座力行と片座回生のように逆相電流が大き
い運転において逆相設定値１１Ｂを超えた場合、静止形
周波数変換装置に起動指令が出される。

【００５１】このように、回転形周波数変換装置の各相
実効値、逆相分と異なる設定ができ、いずれかが回転形
周波数変換装置の耐量を超えた時点で、静止形周波数変
換装置を起動することができ、より信頼性の高い制御が
可能となる。

【００５２】次に本発明の第５の実施の形態について説
明する。図７は、本発明の第５の実施の形態の構成図で
ある。図７において、図６と同一要素については同一符
号を付し、説明を省略する。

【００５３】図７において、実効値演算回路１３Ａ〜１
３Ｃと逆相検出回路１６の出力側に時間平均演算回路１
７Ａ〜１７Ｄが接続される。時間平均演算回路１７Ａ〜
１７Ｄはそれぞれの入力の一定時間内の平均値を演算す
るものである。

【００５４】図７に示す回路は以下のように動作する。
前述したように、回転形周波数変換装置には各相実効電
流の耐量、及び逆相分の耐量があるが、時間的には半導
体で構成される静止形周波数変換装置と比較し長い耐量
を持つ。すなわち、あるレベルを超えると瞬時に過負荷
で破損するわけではなく、一定時間は耐えうるのであ
る。

【００５５】そこで、図７に示すように、各相実効値演
算回路１３Ａ〜１３Ｃの出力、及び逆相検出回路１６の
出力の後段に、回転形周波数変換装置の時間耐量に合わ
せた時間の時間平均演算回路を設け、その出力で静止形
周波数変換装置の起動条件を決定する。

【００５６】これにより、レベルだけで静止形周波数変
換装置の起動するのに比較し、瞬時的な負荷変動には応
答しなくなるため、静止形周波数変換装置の起動停止回
数を低減でき、静止形周波数変換装置の起動停止に伴い
生じる擾乱の回数を低減できる。

【００５７】なお、図８に示すように、回路を簡単にす
るため、最大値選択回路１４の後段に時間平均演算回路
を設けても、同様の効果が得られる。また、図７及び図
８の時間平均演算回路は、単純なオンディレー回路とし
てもほぼ同様の効果を得ることができる。

【００５８】また、図９に示すように、論理利回路１５
の後段にオンデイレー回路１８を設けてもほば同様の効
果が得られる。なお、説明は第４の実施の形態に適用し
た場合で行ったが、同様に第１〜第３の実施の形態に適
用できることは言うまでもない。

【００５９】次に本発明の第６の実施の形態について説
明する。図１０は、本発明の第６の実施の形態の構成図
である。図１０において、図６と同一要素については同
一符号を付し、説明を省略する。

【００６０】図１０において、レベル検出器をヒステリ
シス特性付きレベル検出器１９Ａ〜１９Ｂとし、レベル
設定器１１Ａ〜１１Ｄでヒステリシス特性を決定する。
図１０に示す回路の動作を図１１に示す。波形Ａがヒス
テリシス特性のないレベル検出器を使用した場合の起動
停止指令である。逆相検出回路１６または最大値検出回
路１４の出力が検出レベルＡ付近で頻繁に変動すると静
止形周波数変換装置起動指令が頻繁に入り切りする。

【００６１】一方、ヒステリシス特性付きレベル検出器
にすると、起動指令は上側レベルＢ１で出力され、起動
指令の解除は下側レベルＢ２で行うため、起動停止指令
は波形Ｂになり、静止形周波数変換装置の起動停止回数
を低減でき、静止形周波数変換装置の起動停止に伴い生
じる擾乱の回数を低減できる。

【００６２】なお、説明は第４の実施の形態に適用した
場合で行ったが、同様に第１〜第３の実施の形態に適用
できることは言うまでもない。次に本発明の第７の実施
の形態について説明する。

【００６３】第７の実施の形態は、レベル設定器の設定
値の決定方法について記載したものである。ここでは、
第２の実施の形態に適用したときの動作を図１２を用い
て説明する。図１２において実線は図２における最大値
検出回路１４の出力、点線はレベル設定器１１の設定値
であり、レベル１は回転形周波数変換装置の定格、レベ
ル２はそれより低い値を表す。

【００６４】レベル設定器１１の出力をレベル１とすれ
ば、静止形周波数変換装置は回転形周波数変換装置が定
格を越えてから起動するため、静止形周波数変換装置が
起動しているのべ時間は、レベル２の設定値に比較して
短くなる。

【００６５】回転形周波数変換装置と静止形周波数変換
装置の出力と損失の関係は前述の図３１に示したよう
に、回転形周波数変換装置は出力に無関係にほぼ一定損
失であるので、レベル１の場合もレベル２の場合も同じ
損失である。一方、静止形周波数変換装置の損失は出力
に従って増加するため、静止形周波数変換装置の起動の
べ時間が長いレベル２の方が大きくなる。

【００６６】従って、回転形周波数変換装置をなるべく
多く使用するように、レベル設定器を回転形周波数変換
装置の定格値ないしは連続過負荷定格値に設定すること
により、損失の少ない周波数変換システムを提供でき
る。

【００６７】なお、説明は第２の実施の形態に適用した
場合で行ったが、同様に第１、第３、第４の実施の形態
に適用できることは言うまでもない。次に本発明の第８
の実施の形態について説明する。

【００６８】図１３は、本発明の第８の実施の形態の起
動シーケンスの説明図であり、図１４は、自励式変換器
による周波数変換システムの構成図である。図１４にお
いて、図３２と同一要素については同一符号を付し、説
明を省略する。

【００６９】図１４において、電圧形自励式変換器と系
統を連系する遮断器２０と、直流コンデンサの初期充電
を行うための初期充電回路２１が設けられている。図１
３のシーケンスＡは一般的な電圧形自励式変換器の起動
シーケンスの一例を示している。

【００７０】まず、直流コンデンサ充電指令が与えられ
ると、初期充電回路２１を投入し、直流コンデンサを充
電する。直流コンデンサが一定レベルまで充電された
ら、遮断器２０を投入し、電圧形自励式変換器にゲート
を与え運転を開始する。なお、電圧形自励式変換器を起
動した後、遮断器を投入する場合もある。停止時は自励
式変換器のゲートを停止し遮断器を開放する。停止後、
直流コンデンサの電圧は分圧抵抗等直流の母線間に入っ
ている抵抗分で放電される。

【００７１】直流コンデンサの充電は、初期充電回路の
容量を小さくするため数十秒から数分かけておこなうの
が一般的である。従って、従来のシーケンスでは、初期
充電に時間がかかり負荷の急変時等に静止形周波数変換
装置を高速に起動することができなかった。

【００７２】図１３のシーケンスＢは第８の実施の形態
による起動停止シーケンスである。システム全体の起動
時に、一旦直流コンデンサを充電した後は、先の実施の
形態で説明したように負荷が少なく静止形周波数変換装
置を起動しない場合も、直流コンデンサは放電はせずに
定格直流電圧に近い値を維持する。これにより、負荷が
増加し、次の起動指令受信時には直流コンデンサの充電
操作を省略できるため起動時間を短縮できる。

【００７３】なお、直流コンデンサの電圧の維持は、充
電回路を常時接続しておく、ないしは、直流電圧が定格
電圧より一定値以上低下した場合は自励式変換器を運転
（ゲートデブロック）し交流系統から充電する等の方法
で行う。

【００７４】次に本発明の第９の実施の形態について説
明する。図１５は、電圧形自励式変換器の一般的な制御
ブロック図であり、図１６は、本発明の第９の実施の形
態の制御ブロック図である。図１６において、図１と同
一要素については同一符号を付し、説明を省略する。

【００７５】図１５において、９Ａは交流電流検出器、
２２は交流電圧検出器、２３は交流電流検出器９Ａで検
出した電流と交流電圧検出器２２から３相２相変換、及
び静止−回転座標変換を行い有効電流成分（Ｉｄ）５２
と無効電流成分（Ｉｑ）５３を検出する座標変換回路、
２４は有効電流指令値（Ｉｄｒｅｆ）５３、無効電流指
令値（Ｉｑｒｅｆ）５４を与える上位制御装置、２５は
有効電流指令値５３と有効電流成分５２の差分と、無効
電流指令値５４と無効電流成分５３の差分を入力しその
差が零となるように動作する定電流制御回路、２６は有
効分出力指令値５６と無効分出力指令値５７を入力し、
回転静止座標変換、２相−３相座標変換を実施し３相交
流出力指令値に変換する座標逆変換回路、２７は座標逆
変換回路から出力される３相交流出力指令値から自励式
変換器７Ａをオンオフするパルスパターンを作成するパ
ルス幅変調回路である。

【００７６】交流系統と接続される電圧形自励式変換器
の有効電力、無効電力の制御原理については「半導体電
力変換回路」（電気学会編）Ｐ２１５〜Ｐ２２０等に開
示されており詳細な説明を省略する。また、定電流制御
回路の原理、実現方法についても特開平１−７７１１０
号公報他で開示されているので詳細な説明を省略する。

【００７７】図１５において、電圧形自励式変換器７Ａ
は、上位制御系から与えられる有効電流基準、無効電流
基準に出力電流が一致するように、高速に定電流制御を
行っている。一般的に、交流系統等の交流電圧源と連系
する電圧形自励式変換器は出力電流の定電流制御を行っ
ている。なお、定電流制御の方法として、図１５におい
ては、電流の座標変換して有効電流成分、無効電流成分
に分離して行っているが、３相瞬時値指令（正弦波状）
に対し３相瞬時値電流をフィードバックして電流制御を
行う場合もある。

【００７８】図１６は本発明の第９の実施の形態の制御
ブロックを示す図である。図１６において、２３Ｂは交
流電流検出器９で検出した周波数変換システムの出力電
流と、交流電圧検出器２２で検出した周波数変換システ
ムの出力電圧から、３相２相変換、及び静止回転座標変
換を行い出力電流有効成分５８、出力電流無効成分５９
を検出する座標変換回路、２８は出力電流有効成分５
８、出力電流無効成分５７に１以下のゲインをかけ、静
止形周波数変換装置の電流基準を演算するゲイン調整器
である。２９は静止形周波数変換装置へ与えるゲートパ
ターンと起動指令の論理積を取る論理積回路である。

【００７９】なお、回転形周波数変換装置が電圧源とし
て作用するため、図１５に示した系統連系用自励式変換
器の制御回路と同じ構成を取ることができる。また、自
励式変換器７Ａ側の制御回路は図示していないが、図１
５に示した回路で制御しており、上位制御として通常、
無効電力一定制御と直流コンデンサ電圧一定制御を具備
し、それぞれから出力される無効電流指令値、有効電流
指令値をもとに定電流制御されている。

【００８０】第９の実施の形態の作用について説明す
る。負荷が増大し、レベル検出器１２から静止形周波数
変換装置起動指令５１が出力されると、論理積回路２９
の出力が生かされ、静止形周波数変換装置が運転を開始
しする。

【００８１】このとき、周波数変換システム全体の出力
電流に一定比率をかけた値を静止形周波数変換装置の電
流基準とすることで、その静止形周波数変換装置で分担
する比率分だけ、回転形周波数変換装置の分担電流を低
減することができ、回転形周波数変換装置の過負荷が防
止できる。

【００８２】また、周波数変換システム全体の出力電流
を検出して電流基準としているため、負荷変動や、負荷
が力行から回生に変化した場合についても、負荷状態の
検出、判定による電流基準の切り替え操作等を行う必要
がなく、無駄のない制御装置を提供できる。

【００８３】なお、図１６は２３Ａ，２３Ｂの座標変換
回路、２６の座標逆変換回路を設けて、有効電流成分、
無効電流成分毎に制御しているが、座標変換を行わず、
３相瞬時値で演算しても同等の効果が得られる。

【００８４】なお、説明は第１の実施の形態に適用した
場合で行ったが、同様に第２〜第４の実施の形態に適用
できることは言うまでもない。次に本発明の第１０の実
施の形態について説明する。

【００８５】本発明の第１０の実施の形態は、第９の実
施の形態のゲイン調整回路の演算方法について規定した
ものである。図１７は、ゲイン調整器２８の演算方法を
示した図である。

【００８６】先ず、出力電流有効成分（Ｉｄｏｕｔ）５
８と、出力電流無効成分（Ｉｑｏｕｔ）５９から、出力
電流の大きさ（Ｉｏｕｔ）を求める。次に、Ｉｏｕｔ、
及びＩｄｏｕｔ，ｌｑｏｕｔから、静止形周波数変換装
置の有効電流指令値（Ｉｄｒｅｆ）５４、無効電流指令
値（Ｉｑｒｅｆ）５５を求める。

【００８７】このように、静止形周波数変換装置の有効
電流指令値と無効電流指令を図１７のように演算するこ
とは、図１８に示すように、出力電流のうち、回転形周
波数変換装置の定格を越えた分を静止形周波数変換装置
で分担することに相当する。

【００８８】本方式で静止形周波数変換装置の電流基準
を決定する場合、第７の実施の形態で説明したように、
静止形周波数変換装置の起動の為の出力電流の検出レベ
ルを、回転形周波数変換装置の定格電流とする場合と組
み合わせるとより効果的である。

【００８９】すなわち、出力電流が回転形周波数変換装
置の定格を越えたら静止形周波数変換装置を起動し、そ
の時の静止形周波数変換装置の電流基準は、回転形周波
数変換装置の定格を越えた分として与えられるからであ
る。

【００９０】次に本発明の第１１の実施の形態について
説明する。図１９は、本発明の第１１の実施の形態の構
成図であり、図２０は、ゲイン調整器の演算方法を示し
た図である。図１４、図２０において、図１６、図１７
と同一要素については同一符号を付し、説明を省略す
る。

【００９１】ゲイン調整器２８では、逆相検出回路１６
の出力である出力電流逆相分（ＩＮｏｕｔ）６０と回転
形周波数変換装置の逆相許容値（ＩＮＲ）、出力電流有
効成分（Ｉｄｏｕｔ）５８と、出力電流無効成分（Ｉｑ
ｏｕｔ）５９から、静止形周波数変換装置の有効電流指
令値（Ｉｄｒｅｆ）５４、無効電流指令値（Ｉｑｒｅ
ｆ）５５を図２０に示す式で求める。

【００９２】この様にすれば、負荷が不平衡で逆相電流
が増加し、回転形周波数変換装置の逆相許容値（ＩＮ
Ｒ）を超えた場合には、その超えた比率に応じて静止形
周波数変換装置が逆相電流を分担することとなり、回転
形周波数変換装置が逆相リレー等でトリップすることを
防止できる。

【００９３】なお、本発明を、本発明の第３の実施の形
態、第４の実施の形態と組み合わせて実施し、出力逆相
電流が一定値を越えたら静止形周波数変換装置を起動
し、静止形周波数変換装置の電流基準を図２０に示す式
で与えると、損失が少なく、かつ回転形周波数変換装置
の逆相分を許容値以下にすることができる。

【００９４】図２１〜図２３に、第１１の実施の形態の
方式で制御した場合の解析波形を示す。負荷に３０ＭＶ
Ａ（０．６ｐｕ：１ｐｕ＝５０ＭＶＡ）の逆相分をと
り、回転形周波数変換装置の逆相許容値（図２０におけ
るＩＮＲの値）を変化させ３ケース実施している。

【００９５】図２１は、逆相許容値が１．ｌｐｕ（＝５
５ＭＶＡ）の場合を示している。負荷の逆相分が逆相許
容値に達していないため、静止形周波数変換装置は分担
せず、負荷の逆相分をそのまま回転形周波数変換装置が
分担している。

【００９６】図２２は、逆相許容値を０．４ｐｕに設定
した場合を示している。負荷の逆相分は０．６ｐｕで図
２１の場合と変わらないが、静止形周波数変換装置が逆
相分を分担し、回転形周波数変換装置の逆相分は０．４
ｐｕに低下している。

【００９７】図２３は、逆相許容値を０．２ｐｕに設定
した場合を示している。このときは、図２２に比較し、
静止形周波数変換装置分担分が増え、回転形周波数変換
装置の逆相分が減少している。

【００９８】これらの解析波形からも判るように、本発
明に従い静止形周波数変換装置の電流基準を決定すれ
ば、回転形周波数変換装置の逆相電流の低減ができ、設
定値によって、その値を制御することができる。

【００９９】次に本発明の第１２の実施の形態について
説明する。図２４は、本発明の第１２の実施の形態の構
成図である。図２４において、図１９と同一要素につい
ては同一符号を付し、説明を省略する。

【０１００】図２４において、逆相分抽出回路３０は、
出力電流有効成分（Ｉｄｏｕｔ）５８と、出力電流無効
成分（Ｉｑｏｕｔ）５９からそれぞれの逆相分だけを抽
出し、出力電流逆相有効成分６１と出力電流逆相無効成
分６２を出力する。

【０１０１】通常、３相交流は逆相分、正相分、零相分
に分離できることが知られている。更に、電圧と電流の
位相関係から、それぞれ有効分と無効分に分離できる。
零相分は十分小さいと仮定すると、３相交流電流は下記
に分解できる。

【０１０２】

【数１】 ３相交流電流＝正相有効電流成分＋正相無効電流成分 ＋逆相有効電流成分十逆相無効電流成分 （式１） 逆相分抽出回路３０は上記式１のうち、逆相有効電流成
分と逆相無効電流成分を抽出する。

【０１０３】そして、その成分にゲイン調整器２８で適
当な比率をかけて、静止形周波数変換装置の出力電流基
準にし、静止形周波数変換装置から逆相分を供給すれ
ば、回転形周波数変換装置の逆相分を低減できる。

【０１０４】第１１の実施の形態と第１２の実施の形態
との違いは、第１１の実施の形態が出力電流全体に一定
比率をかけた値を静止形周波数変換装置の出力電流基準
をすることにより、静止形周波数変換装置で正相分と逆
相分の双方を分担しているのに対し、第１２の実施の形
態は静止形周波数変換装置は逆相分だけを分担する点で
ある。

【０１０５】次に本発明の第１３の実施の形態について
説明する。本発明の第１３の実施の形態は、第１２の実
施の形態のゲイン調整回路の演算方法について規定した
ものである。

【０１０６】図２５は、ゲイン調整器の演算方法を示し
た図である。ゲイン調整器２８では、逆相検出回路１６
の出力である出力電流逆用分（Ｉｎｏｕｔ）６０と回転
形周波数変換装置の逆相許容値（ＩＮＲ）と、出力電流
逆相有効成分（ＩｄＮ）５８と、出力電流逆相無効成分
（ＩｑＮ）５９から、静止形周波数変換装置の有効電流
指令値（Ｉｄｒｅｆ）、無効電流指令値（Ｉｑｒｅｆ）
を図２３に示す式で求める。

【０１０７】この様にすれば、負荷が不平衡で逆相電流
が増加し、回転形周波数変換装置の逆相許容値を超えた
場合には、その超えた比率に応じて静止形周波数変換装
置が逆相電流を分担することとなり、回転形周波数変換
装置が逆相リレー等でトリップすることを防止できる。

【０１０８】次に本発明の第１４の実施の形態について
説明する。図２６は、本発明の第１４の実施の形態の構
成図であり、図２７は、負荷変動と静止形周波数変換装
置の運転台数の一例を示した図である。図２６におい
て、図２と同一要素については同一符号を付し、説明を
省略する。

【０１０９】図２６は、静止形周波数変換装置が２台接
続された例である。図２６において、静止形周波数変換
装置１０１Ａはレベル検出器１２Ａの出力である５１Ａ
で起動し、静止形周波数変換装置１０１Ｂはレベル検出
器１２Ｂの出力である５１Ｂで起動する。

【０１１０】図２６の様に構成すれば、レベル設定器１
１Ａ、レベル設定器１１Ｂの設定値に応じて、２台の静
止形周波数変換装置は両方停止、片側のみ運転、両方運
転と、負荷に応じて運転台数を選択することができる。

【０１１１】図２７は、図２６に示す回路を適用した場
合の、負荷変動と静止形周波数変換装置の運転台数の一
例を示した図である。負荷がレベル１１Ａに達するまで
は回転形周波数変換装置だけを運転し、負荷がレベル１
１Ａから１１Ｂの間は静止形周波数変換装置を１台運転
し、レベル１１Ｂ以上の負荷の場合は２台運転となる。

【０１１２】この様にすれば、静止形周波数変換装置が
複数台あるシステムにおいて、図２６、２７に示すよう
に静止形周波数変換装置台数分のレベル検出器を設け、
それぞれの検出レベルを異ならせ、装置毎に運転停止を
決定すれば、システム全体として最も損失を少なくでき
る周波数変換装置の制御装置を提供できる。

【０１１３】なお、説明は第２の実施の形態に適用した
場合で行ったが、同様に第１、第３、第４の実施の形態
に適用できることは言うまでもない。次に本発明の第１
５の実施の形態について説明する。

【０１１４】図２８は、本発明の第１５の実施の形態の
構成図である。図２８において、図１６と同一要素につ
いては同一符号を付し、説明を省略する。図２８におい
て、リミッタ回路３１は、ゲイン調整器２８から出力さ
れる有効電流基準５４、無効電流基準５５にリミッタを
かける。

【０１１５】静止形周波数変換装置は前述したように、
過負荷に対する時間耐量が比較的短いという特徴があ
る。従って、負荷変動で過渡的に過負荷になった場合で
も、ゲイン調整器２８の出力する有効電流基準５４、無
効電流基準５５が静止形周波数変換装置の定格を越えな
いようにリミッタをかける。

【０１１６】このとき、リミッタをかけたために、静止
形周波数変換装置で分担できなくなった負荷は回転形周
波数変換装置から供給される。回転形周波数変換装置は
静止形周波数変換装置に比較して過負荷に対する時間耐
量があり、短時間であれば問題ない。

【０１１７】図２９に本発明の第１０の実施の形態、第
１１の実施の形態、第１５の実施の形態を組み合わせた
ときの構成図を示す。図２９において出力電流有効成分
（Ｉｄｏｕｔ）５８と、出力電流無効成分（Ｉｑｏｕ
ｔ）５９をゲイン調整器２８Ａ及び２８Ｂに入力する。

【０１１８】ゲイン調整器２８Ａにおいては図１７に示
す演算を行い、静止形周波数変換装置有効電流基準５４
Ａ、および無効電流基準５５Ａを出力する。クィン調整
器２８Ｂにおいては図２０に示す演算を行い静止形周波
数変換装置有効電流基準５４Ｂ、および無効電流基準５
５Ｂを出力する。

【０１１９】それらの基準を最大値選択回路１４Ａに入
力し、大きい方の値を静止形周波数変換装置の電流基準
とする。但し、静止形周波数変換装置の定格を越えない
ようにリミッタ３１をもうける。

【０１２０】図２７のように構成すれば、逆相分または
実効電流のいずれか大きい値を静止形周波数変換装置の
電流基準とするため、負荷が大きく変動しても回転形周
波数変換装置の出力が適正な値に保たれる。

【０１２１】次に本発明の第１６の実施の形態について
説明する。図３０は、本発明の第１６の実施の形態の構
成図である。図３０において、図２６と同一要素につい
ては同一符号を付し、説明を省略する。

【０１２２】回転形周波数変換装置が既に１台以上運転
中に、更にもう一台の回転形周波数変換装置を追加並入
する場合、通電流や擾乱を防止するために先行して運転
中の回転形周波数変換装置の負荷を一定値（追加並入可
能電流と称す）以下とする必要がある。

【０１２３】静止形周波数変換装置は、電流基準に応じ
て出力電流の制御ができるため、回転形周波数変換装置
を追加並入する際に、運転中の回転形周波数変換装置の
出力電流を追加並入可能電流以下となるように静止形周
波数変換装置で分担すればよい。

【０１２４】図３０においては、レベル設定器１１Ｃに
て設定した値を交流電流検出器９にて検出した周波数変
換システムの出力電流から減算し、その値を静止形周波
数変換装置の電流基準として与えることにより、回転形
周波数変換装置の分担電流はレベル設定器１１Ｃの値以
上にはならない。

【０１２５】但し、第１５の実施の形態にて説明したよ
うに、静止形周波数変換装置の定格（連続過負荷耐量）
以上の電流基準とならないように最終段で静止形周波数
変換装置の電流基準のリミッタ３１を設けている。

【０１２６】なお、前述したように、無負荷時の損失は
回転形周波数変換装置に比較して静止形周波数変換装置
は少ないため、常時運転中に図２９に示す電流基準とす
る必要はなく、常時運転中は本発明の第９の実施の形態
から第１３の実施の形態にて説明したいずれかの電流基
準で静止形周波数変換装置を運転し、回転形周波数変換
装置の追加並入予告信号を受信したときに、静止形周波
数変換装置の電流基準を図３０に示すように切り替え、
並入終了後、元の電流基準に戻すと入った操作を行え
ば、定常運転中の損失を低減でき、かつ、回転形周波数
変換装置並入時の操作が容易となる周波数変換システム
の制御装置を提供できる。

【０１２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係る周波数変換システムによれば、周波数変換システ
ムの出力電流を計測する計測手段と、計測手段の出力が
一定値を超えたことを検出するレベル検出手段とを具備
し、レベル検出手段が一定値を超えたことを検出した場
合に、静止形周波数変換装置を起動することにより、出
力電流すなわち負荷電流が少ない領域においては回転形
周波数変換装置を運転して無負荷損の少ない静止形周波
数変換装置を停止し、負荷電流が一定値を越えた領域で
回転形周波数変換装置に加えて静止形周波数変換装置を
運転することにより、周波数変換システム全体の運転損
失を低減できる周波数変換システムを提供できる。

【０１２８】本発明の請求項２に係る周波数変換システ
ムによれば、周波数変換システムの出力電流を計測する
計測手段と、計測手段の出力の各相の実効値を検出する
実効値演算手段と、各相の実効値の最大値を選択する最
大値選択手段と、各相の実効値の最大値が一定値を超え
たことを検出するレベル検出手段とを具備し、３相の各
相毎の実効値のうち、１相でも一定値以上となった時に
静止形周波数変換装置を起動することにより、出力電流
の各相毎の実効値が低い領域においては、回転形周波数
変換装置だけを運転して無負荷損の少ない静止形周波数
変換装置を停止し、負荷電流が大きい領域で回転形周波
数変換装置に加えて静止形周波数変換装置を運転するこ
とにより、回転形周波数変換装置を過負荷にすることな
くかつ周波数変換システム全体の運転損失を低減できる
周波数変換システムを提供できる。

【０１２９】本発明の請求項３に係る周波数変換システ
ムによれば、周波数変換システムの出力電流を計測する
計測手段と、計測手段の出力から逆相成分を検出する逆
相検出手段と、逆相成分が一定値を超えたことを検出す
るレベル検出手段とを具備し、出力電流の逆相成分が一
定値を越えたことで静止形周波数変換装置を起動するこ
とにより、出力電流の逆相成分が低い領域においては回
転形周波数変換装置だけを運転して無負荷損の少ない静
止形周波数変換装置を停止し、逆相成分が大きい領域に
おいては、回転形周波数変換装置に加えて静止形周波数
変換装置を運転することにより、回転形周波数変換装置
の逆相電流の過負荷を防止し、かつ周波数変換システム
全体の運転損失を低減できる周波数変換システムを提供
できる。

【０１３０】本発明の請求項４に係る周波数変換システ
ムによれば、周波数変換システムの出力電流を計測する
計測手段と、計測手段の出力の各相の実効値を検出する
実効値検出手段と、各相の実効値の最大値を選択する最
大値選択手段と、各相の実効値の最大値が一定値を超え
たことを検出する第１のレベル検出手段と、出力電流を
計測する計測手段の出力から逆相成分を検出する逆相検
出手段と、逆相成分が一定値を超えたことを検出する第
２のレベル検出手段とを具備し、出力電流の各相の実効
値の最大値または逆相成分が一定値を越えたことで静止
形周波数変換装置を起動することにより、出力電流の各
相実効値及び逆相成分が小さく回転形周波数変換装置が
過負荷とならない領域においては回転形周波数変換装置
だけを運転して無負荷損の少ない静止形周波数変換装置
を停止し、各相実効値または逆相成分が大きい領域にお
いては、回転形周波数変換装置に加えて静止形周波数変
換装置を運転することにより、回転形周波数変換装置の
逆相電流および各相の過負荷を防止し、かつ周波数変換
システム全体の運転損失を低減できる周波数変換システ
ムを提供できる。

【０１３１】本発明の請求項５に係る周波数変換システ
ムによれば、実効値を検出する実効値検出手段および逆
相成分を検出する逆相検出手段の後段に、それらの検出
値の一定時間における平均値を検出する手段を具備する
ことにより、回転形周波数変換装置の時間耐量に合わせ
て静止形周波数変換装置の起動停止を行えるため、静止
形周波数変換装置の起動判定レベル付近での負荷変動が
頻繁にあっても、不必要な静止形周波数変換装置の起動
が抑制でき、擾乱を低減した周波数変換システムを提供
できる。

【０１３２】本発明の請求項６に係る周波数変換システ
ムによれば、各レベル検出手段にヒステリシス特性を持
たせることにより、回転形周波数変換装置の逆相電流お
よび各相の過負荷を防止できる上に、静止形周波数変換
装置の不要な起動停止を防止し、かつ周波数変換システ
ム全体の運転損失を低減できる周波数変換システムを提
供できる。

【０１３３】本発明の請求項７に係る周波数変換システ
ムによれば、各レベル検出手段の検出レベルを回転形周
波数変換装置の定格電流とすることにより、負荷が回転
形周波数変換装置の定格に達するまでは静止形周波数変
換装置を停止しているため、周波数変換システム全体の
運転損失がより少なくなり、かつ、回転形周波数変換装
置の逆相電流および各相の過負荷を防止できる周波数変
換システムを提供できる。

【０１３４】本発明の請求項８に係る周波数変換システ
ムによれば、レベル検出手段の動作により静止形周波数
変換装置が起動される前に、静止形周波数変換装置の直
流コンデンサをあらかじめ定格直流電圧に準ずる電圧に
充電しておくことにより、レベル検出手段が動作し起動
指令発生後、直流コンデンサの充電操作を経ずに静止形
周波数変換器を起動でき、高速な静止形周波数変換装置
の起動および負荷分担が可能となり、回転形周波数変換
装置の過負荷を防止できる周波数変換システムを提供で
きる。

【０１３５】本発明の請求項９に係る周波数変換システ
ムによれば、静止形周波数変換装置の出力電流基準を、
周波数変換システム全体の出力電流に一定比率を乗算し
た値とすることにより、静止形周波数変換装置起動後
の、静止形周波数変換装置と回転形周波数変換装置の電
流分担を所望の比率にした運転が可能な周波数変換シス
テムを提供できる。

【０１３６】本発明の請求項１０に係る周波数変換シス
テムによれば、一定比率を、周波数変換システム全体の
出力電流から回転形周波数変換装置の定格電流を減算
し、それを周波数変換システム全体の出力電流で除算し
た値とすることにより、静止形周波数変換装置の起動
後、出力電流に関係なくほば一定の損失がある回転形周
波数変換装置を定格電流で運転し、残りを静止形周波数
変換装置で分担することとなり、周波数変換システム全
体の運転損失を低減できる周波数変換システムを提供で
きる。

【０１３７】本発明の請求項１１に係る周波数変換シス
テムによれば、一定比率を、周波数変換システム全体の
出力電流に含まれる逆相電流から回転形周波数変換装置
の定格逆相電流を減算し、それを周波数変換システム全
体の逆相電流で除算した値とすることにより、静止形周
波数変換装置の起動後、出力電流に関係なくほぼ一定の
損失がある回転形周波数変換装置を逆相電流の定格電流
で運転し、残りを静止形周波数変換装置で分担すること
となり、周波数変換システム全体の運転損失を低減で
き、かつ、回転形周波数変換装置の逆相分による過負荷
を防止できる周波数変換システムを提供できる。

【０１３８】本発明の請求項１２に係る周波数変換シス
テムによれば、周波数変換システム全体の出力電流の逆
相電流検出手段を具備し、静止形周波数変換装置の起動
後の出力電流基準を、前記逆相電流検出手段の出力に一
定比率を乗算した値とすることにより、静止形周波数変
換装置の起動後、静止形周波数変換装置で逆相電流を分
担することとなり、周波数変換システム全体の運転損失
を低減でき、かつ、回転形周波数変換装置の逆相分によ
る過負荷を防止できる周波数変換システムを提供でき
る。

【０１３９】本発明の請求項１３に係る周波数変換シス
テムによれば、一定比率を、システム全体の逆相電流か
ら回転形周波数変換装置の定格逆相電流を減算しそれを
システム全体の逆相電流で除算した値とすることによ
り、静止形周波数変換装置の起動後、出力電流に関係な
くほぼ一定の損失がある回転形周波数変換装置を逆相電
流の定格電流で運転し、残りの逆相電流を静止形周波数
変換装置で分担することとなり、周波数変換システム全
体の運転損失を低減でき、かつ、回転形周波数変換装置
の逆相成分による過負荷を防止できる周波数変換システ
ムを提供できる。

【０１４０】本発明の請求項１４に係る周波数変換シス
テムによれば、静止形周波数変換装置が複数台からなる
周波数変換システムにおいては、静止形周波数変換装置
と同じ数のレベル検出手段を具備し、各レベル検出手段
の検出レベルを異ならせ、各レベル検出手段の出力で１
台ずつ静止形周波数変換装置を起動することにより、出
力電流に応じて静止形周波数変換装置の起動台数を最適
化することができ、周波数変換システム全体の運転損失
を低減できる周波数変換システムを提供できる。

【０１４１】本発明の請求項１５に係る周波数変換シス
テムによれば、静止形周波数変換装置の出力電流基準
を、静止形周波数変換装置の定格電流以下に制限するこ
とにより、回転形周波数変換装置に比較して、過負荷の
時間耐量が少ない静止形周波数変換装置が過負荷になる
ことなく、信頼性の高い周波数変換システムを提供でき
る。

【０１４２】本発明の請求項１６に係る周波数変換シス
テムによれば、周波数変換システム全体の出力電流を計
測する計測手段を具備し、静止形周波数変換装置の出力
電流基準を、計測手段の出力から、回転形周波数変換装
置の追加並入可能電流を減算した値以上とし、かつ、静
止形周波数変換装置の定格以下とすることにより、静止
形周波数変換装置が負荷電流を分担し、回転形周波数変
換装置の分担電流が追加並入可能電流以下となり、回転
形周波数変換装置の追加並入を容易に行える周波数変換
システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態の構成図。

【図２】 本発明の第２の実施の形態の構成図。

【図３】 本発明の第２の実施の形態の他の構成を示す
図。

【図４】 本発明の第３の実施の形態の構成図。

【図５】 本発明の第３の実施の形態の動作説明図。

【図６】 本発明の第４の実施の形態の構成図。

【図７】 本発明の第５の実施の形態の構成図。

【図８】 本発明の第５の実施の形態の他の構成を示す
図。

【図９】 本発明の第５の実施の形態の他の構成を示す
図。

【図１０】 本発明の第６の実施の形態の構成図。

【図１１】 本発明の第６の実施の形態の動作説明図。

【図１２】 本発明の第７の実施の形態の動作説明図。

【図１３】 本発明の第８の実施の形態の動作説明図。

【図１４】 本発明の第８の実施の形態の構成図。

【図１５】 電圧形自励式変換器の一般的な制御回路を
示した図。

【図１６】 本発明の第９の実施の形態の構成図。

【図１７】 本発明の第１０の実施の形態の構成図。

【図１８】 本発明の第１０の実施の形態の動作説明
図。

【図１９】 本発明の第１１の実施の形態の構成図。

【図２０】 本発明のゲイン調整器の説明図。

【図２１】 本発明の第１１の実施の形態の動作説明
図。

【図２２】 本発明の第１１の実施の形態の動作説明
図。

【図２３】 本発明の第１１の実施の形態の動作説明
図。

【図２４】 本発明の第１２の実施の形態の構成図。

【図２５】 本発明のゲイン調整器の説明図。

【図２６】 本発明の第１４の実施の形態の構成図。

【図２７】 本発明の第１４の実施の形態の動作説明
図。

【図２８】 本発明の第１５の実施の形態の構成図。

【図２９】 本発明の第１５の実施の形態の他の構成を
示す図。

【図３０】 本発明の第１６の実施の形態の構成図。

【図３１】 従来の回転形周波数変換装置の構成を示す
図。

【図３２】 電圧形自励式変換器による周波数変換装置
の構成を示す図。

【図３３】 回転形周波数変換装置と静止形周波数変換
装置の負荷と損失の関係を示す図。

【図３４】 負荷である列車を投入した場合の周波数変
換システムの各部波形を示す図。

【符号の説明】

１・・・交流系統 ２Ａ〜２Ｈ・・・変
圧器 ３Ａ，３Ｂ・・・同期電動機 ４Ａ，４Ｂ・・・交
流発電機 ５・・・送電線 ６・・・スコット変
圧器 ７Ａ〜７Ｄ・・・電圧形自励式変換器 ８、８Ａ，８Ｂ・・・直流コンデンサ ９、９Ａ・・・交流電流検出器 １０・・・３相全波
整流器 １１Ａ〜１１Ｄ・・・レベル設定器 １２Ａ〜１２Ｃ・・・レベル検出器 １３Ａ〜１３Ｃ・・・実効値演算回路 １４、１４Ａ・・・最大値選択回路 １５・・・論理和回路 １６・・・逆相検出
回路 １７Ａ〜１７Ｄ・・・時間平均演算回路 １８・・・オンディレー回路 １９Ａ，１９Ｂ・・・ヒステリシス特性付きレベル比較
器 ２０・・・遮断器 ２１・・・初期充電
回路 ２２・・・交流電圧検出器 ２３・・・座標変換
回路 ２４・・・上位制御回路 ２５・・・定電流制
御回路 ２６・・・座標逆変換回路 ２７・・・パルス幅
変調回路 ２８・・・ゲイン調整回路 ２９・・・論理積回
路 ３０・・・逆相分抽出回路 ３１・・・リミッタ
回路 １０１・・・静止形周波数変換装置 １０２・・・回転形周波数変換装置

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自己消弧形素子から構成され交流を直流
   に直流を交流に変換する第１の電圧形自励式変換器と前
   記第１の電圧形自励式変換器の直流端子が接続される直
   流コンデンサと前記直流コンデンサに直流端子が接続さ
   れる第２の電圧形自励式変換器からなる静止形周波数変
   換装置と、同期電動機と交流発電機から構成される回転
   形周波数変換装置とを並列接続してなる周波数変換シス
   テムにおいて、周波数変換システムの出力電流を計測す
   る計測手段と、前記計測手段の出力が一定値を超えたこ
   とを検出するレベル検出手段とを具備し、前記レベル検
   出手段の出力に基づいて静止形周波数変換装置を起動す
   ることを特徴とする周波数変換システム。
2. 【請求項２】 自己消弧形素子から構成され交流を直流
   に直流を交流に変換する第１の電圧形自励式変換器と前
   記第１の電圧形自励式変換器の直流端子が接続される直
   流コンデンサと前記直流コンデンサに直流端子が接続さ
   れる第２の電圧形自励式変換器からなる静止形周波数変
   換装置と、同期電動機と交流発電機から構成される回転
   形周波数変換装置とを並列接続してなる周波数変換シス
   テムにおいて、周波数変換システムの出力電流を計測す
   る計測手段と、前記計測手段の出力の各相の実効値を検
   出する実効値検出手段と、各相の実効値の最大値を選択
   する最大値選択手段と、各相の実効値の最大値が一定値
   を超えたことを検出するレベル検出手段とを具備し、前
   記レベル検出手段の出力に基づいて静止形周波数変換装
   置を起動することを特徴とする周波数変換システム。
3. 【請求項３】 自己消弧形素子から構成され交流を直流
   に直流を交流に変換する第１の電圧形自励式変換器と前
   記第１の電圧形自励式変換器の直流端子が接続される直
   流コンデンサと前記直流コンデンサに直流端子が接続さ
   れる第２の電圧形自励式変換器からなる静止形周波数変
   換装置と、同期電動機と交流発電機から構成される回転
   形周波数変換装置とを並列接続してなる周波数変換シス
   テムにおいて、周波数変換システムの出力電流を計測す
   る計測手段と、前記計測手段の出力から逆相成分を検出
   する逆相検出手段と、逆相成分が一定値を超えたことを
   検出するレベル検出手段とを具備し、前記レベル検出手
   段の出力に基づいて静止形周波数変換装置を起動するこ
   とを特徴とする周波数変換システム。
4. 【請求項４】 自己消弧形素子から構成され交流を直流
   に直流を交流に変換する第１の電圧形自励式変換器と前
   記第１の電圧形自励式変換器の直流端子が接続される直
   流コンデンサと前記直流コンデンサに直流端子が接続さ
   れる第２の電圧形自励式変換器からなる静止形周波数変
   換装置と、同期電動機と交流発電機から構成される回転
   形周波数変換装置とを並列接続してなる周波数変換シス
   テムにおいて、周波数変換システムの出力電流を計測す
   る計測手段と、前記計測手段の出力の各相の実効値を検
   出する実効値検出手段と、各相の実効値の最大値を選択
   する最大値選択手段と、各相の実効値の最大値が一定値
   を超えたことを検出する第１のレベル検出手段と、前記
   計測手段の出力から逆相成分を検出する逆相検出手段
   と、逆相成分が一定値を超えたことを検出する第２のレ
   ベル検出手段とを具備し、第１のレベル検出手段と第２
   のレベル検出手段の出力に基づいて静止形周波数変換装
   置を起動することを特徴とする周波数変換システム。
5. 【請求項５】 前記実効値検出手段および逆相検出手段
   の後段に、それらの検出値の一定時間における平均値を
   検出する時間平均演算手段を具備したことを特徴とする
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の周波数変換シ
   ステム。
6. 【請求項６】 前記レベル検出手段にヒステリシス特性
   を持たせたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のい
   ずれかに記載の周波数変換システム。
7. 【請求項７】 前記レベル検出手段の検出レベルを回転
   形周波数変換装置の定格電流としたことを特徴とする請
   求項１乃至請求項４のいずれかに記載の周波数変換シス
   テム。
8. 【請求項８】 前記静止形周波数変換装置の直流コンデ
   ンサをあらかじめ定格直流電圧に準ずる電圧に充電して
   おくことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
   に記載の周波数変換システム。
9. 【請求項９】 前記静止形周波数変換装置の起動後の出
   力電流基準を、周波数変換システムの出力電流に一定比
   率を乗算した値とすることを特徴とする請求項１乃至請
   求項４のいずれかに記載の周波数変換システム。
10. 【請求項１０】 前記周波数変換システムの出力電流に
    乗算する一定比率は、周波数変換システムの出力電流か
    ら回転形周波数変換装置の定格電流を減算し、その値を
    周波数変換システムの出力電流で除算した値とすること
    を特徴とする請求項９記載の周波数変換システム。
11. 【請求項１１】 前記周波数変換システムの出力電流に
    乗算する一定比率は、周波数変換システムの出力電流に
    含まれる逆相電流から回転形周波数変換装置の許容逆相
    電流を減算し、その値を周波数変換システムの逆相電流
    で除算した値とすることを特徴とする請求項９記載の周
    波数変換システム。
12. 【請求項１２】 前記周波数変換システムの出力電流に
    含まれる逆相成分を検出する逆相電流検出手段を具備
    し、静止形周波数変換装置の起動後の出力電流基準を、
    前記逆相電流検出手段の出力に一定比率を乗算した値と
    することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
    に記載の周波数変換システム。
13. 【請求項１３】 前記逆相電流検出手段の出力に乗算す
    る一定比率は、周波数変換システムの逆相電流から回転
    形周波数変換装置の定格逆相電流を減算し、その値を周
    波数変換システムの逆相電流で除算した値とすることを
    特徴とする請求項１２記載の周波数変換システム。
14. 【請求項１４】 前記静止形周波数変換装置が複数台接
    続された周波数変換システムにおいては、静止形周波数
    変換装置と同数のレベル検出手段を具備し、各レベル検
    出手段の検出レベルを異ならせ、各レベル検出手段の出
    力で対応する各静止形周波数変換装置を起動すること特
    徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の周波
    数変換システム。
15. 【請求項１５】 前記静止形周波数変換装置の出力電流
    基準を、静止形周波数変換装置の定格電流以下に制限す
    るリミット手段を具備したことを特徴とする請求項９乃
    至請求項１３のいずれかに記載の周波数変換システム。
16. 【請求項１６】 自己消弧形素子から構成され交流を直
    流に直流を交流に変換する第１の電圧形自励式変換器と
    前記第１の電圧形自励式変換器の直流端子が接続される
    直流コンデンサと前記直流コンデンサに直流端子が接続
    される第２の電圧形自励式変換器からなる静止形周波数
    変換装置と、同期電動機と交流発電機から構成される複
    数の回転形周波数変換装置とを並列接続してなる周波数
    変換システムにおいて、周波数変換システムの出力電流
    を計測する計測手段を具備し、静止形周波数変換装置の
    出力電流基準を、前記計測手段の出力から、回転形周波
    数変換装置の追加並入可能電流を減算した値以上とし、
    かつ、静止形周波数変換装置の定格以下とすることを特
    徴とする周波数変換システム。