JP2000509599A - パルス変換装置を有する補償装置を用いた無効電流成分の補償方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、供給系統（１４）から供給される非理想的な負荷（１２）の無効電流成分を、負荷に電気的に並列に接続されており、少なくとも１つの容量性の蓄積器（６）を有するパルス変換装置（４）と整合フィルタ（８）と調節および制御装置（１０）とを有する補償装置（２）を用いて補償するための方法および装置に関する。本発明によれば、求められた系統電圧空間ベクトル（ｕ _N）、系統電流空間ベクトル（ｉ _N）、補償器電流空間ベクトル（ｉ _K）および容量性の蓄積器 計算され、それによってパルス変換装置（４）が中間回路電圧（２Ｅ_d）に関係して系統側で補償器電圧空間ベクトル（ｕ _K）を発生する。こうして補償器インダクタンス（Ｌ_K）として示されている整合フィルタ（８）を介して、望ましくない無効電流成分を系統（４）から分離する補償器電流空間ベクトル（ｉ _K）が生ずる。

Description

【発明の詳細な説明】 パルス変換装置を有する補償装置を用いた無効電流成分の補償方法及び装置 本発明は、供給系統から供給される非理想的な負荷の無効電流成分を、負荷に 電気的に並列に接続され、少なくとも１つの容量性の蓄積器を有するパルス変換 装置と整合フィルタと調節および制御装置とを有する補償装置を用いて補償する 方法および装置に関する。 請求項１の前文によるこの方法を実行するための方法および装置は刊行物“三 相電圧ｄｃリンクＰＷＭコンバータに対する最適な制御および適切なパルス幅変 調”、Ｒ．マルシャルコおよびＭ．ワインホルド、ヒャーストン／テキサス、１ ９９２年１０月、ＩＡＳ年次会合のＩＥＥＥ‐ＩＡＳ会議論文集、から知られて いる。 エネルギー供給系統のなかの非線型の負荷（特にたとえばＰＣ、テレビジョン 機器の電源部のなかに使用されているようなダイオード整流器）の使用の増大は 系統電圧をますます歪ませている。すなわちそれらの電流は強く高調波を含んで おり、また系統インピーダンスに、元々は正弦波状の系統電圧に重畳する電圧降 下を惹起する。これらの電圧歪みは過大な値の際に系統作動手段（たとえば変圧 器、補償設備）の過負荷に通じ、また他の負荷の正常な作動を乱す。 従ってエネルギー供給企業および国際研究チームにより、負荷が惹起してよい 最大許容電圧歪みに関する推奨がなされた。低電圧系統のなかの個々の高調波に 対するいわゆるコンパチビリティレベルが定められた。機器メーカーはその製品 がこれらの歪み値においても障害なく機能するように、製品を開発しなければな らない。エネルギー供給企業は、その系統のなかのコンパチビリティレベルが超 過されないように配慮しなければならない。しかしながら多くの系統のなかの系 統電圧歪みは既にコンパチビリティレベルに達しており、またさらに高くなるこ とが予想される。 配電系統における別の問題はたとえば産業の電源転流型サイリスタ変換装置ま たは非同期機の作動パラメータに関係する、従って変動する無効電力需要である 。 これらの機器のそのつどのオペレータはしばしば供給するエネルギー供給企業と の契約による取り決めから、上位の系統との連系点の視点から特定の力率を守る ように配慮しなければならない。 たとえば単相に接続されている負荷は三相電圧系統の非対称な負荷を惹起する 。系統短絡電力に関して大きい負荷は、系統インピーダンスに大きい非対称な系 統電圧降下を惹起する負荷電流の原因となる。これらは負荷の正常な作動を乱し 得る。 負荷の高い短時間の有効電力要求はエネルギー購入価格を上昇させる。なぜな らば、供給するエネルギー供給企業はエネルギーコストの一部分を時間間隔（し ばしば１年）の間に最大購入される有効電力に関係付けるからである。このピー ク負荷時間の間に先に供給されたエネルギーを出力するエネルギー蓄積器の使用 により、電力ピークは切り詰められ、電力価格は低減され得る。エネルギー蓄積 器の使用により一層費用のかかる系統拡張も避けられ得る。 これまで負荷電流高調波およびその結果としての系統電圧歪みの問題は従来通 常のフィルタ回路により解決される。８０年代の半ばから、時間領域でも周波数 領域でも調節動作をするアクティブフィルタも使用されている。セビラでのＥＰ Ｅ’９５の会議論文集の第０．０１７〜０．０２６頁のＨ．アカギの表題“アク ティブフィルタの新しい傾向”を有する会議報告に種々のアクティブフィルタが 紹介されている。 無効電力または力率調節の補償は現在は通常まだ従来通常のように調節される インダクタ有りまたはインダクタ無しの補償バンクにより実行される。数年来、 電源転流される変換装置、いわゆるス静止形無効電力補償装置（ＳＶＣ）および 自己転流形ＧＴＯまたはＩＧＢＴ変換装置、いわゆる静止形コンデンサ（ＳＴＡ ＴＣＯＮ）による解決策も使用されている。 ＩＧＢＴパルス変換装置を有するこのような補償装置は１９９６年４月９〜１ １日の電力供給の将来に関するＥＰＲＩ会議の会議論文集のＤ.ポーブおよびＭ. ワインホルドの表題“配電系統に対するＦＡＣＴＳの開発”を有する刊行物に詳 細に記載されている。このような補償装置は電力コンディショナ、特にシーメン ス電力コンディショナ（ＳＩＰＣＯＮ）とも呼ばれる。このような電力コンディ ショナは、並列にＬＣＲフィルタを介して系統に連結されているパルス変換装置 を有する。ＬＣＲフィルタの役目は、パルス幅変調のゲート制御装置のスイッチ ング周波数の反作用を減少することにある。回転数調節される駆動部に対して開 発され、大きい個数で２ｋＶＡないし１．５ＭＶＡの範囲内の定格電力で製造さ れる使用される変換装置はＳＩＰＣＯＮの基本である。この電力コンディショナ は、有効電力の喪失を橋渡しし、負荷の変動を一様にするためにエネルギー蓄積 器により拡張され得る。通常の応用は並列な連結である。この結合は無効電力に よる電圧変動の調節および負荷の低次の高調波のフィルタリングのために最も適 している。別の可能性は、電力コンディショナを直列に接続することにある。こ の応用は、負荷が改善された電圧の質により供給されるべきとき、及びしばしば 過渡的な電圧変動が生ずるときに有利である。 この電力コンディショナの調節構造は、３つのモードの間を切換えられ得るよ うに構成されている。入力側に調節構造は空間ベクトル変換装置を有し、それに より測定された系統電流、線間電圧および補償器電流から系統電流空間ベクトル 、線間電圧空間ベクトルおよび補償器電流空間ベクトルが発生される。これらの 空間ベクトルはディジタル化され、また電圧調節、無効電流補償およびフリッカ 調節に供給され、その際に調節器の出力は切換スイッチを介してパルス変換装置 のパルス幅変調器に供給可能である。 電圧調節モードが選ばれているならば、系統電圧の空間ベクトルが目標値と比 較される。次いでＰＩ調節器が、電圧偏差を消去するために必要とされる無効電 力を求める。無効電力調節器の出力値はパルス幅変調器に伝達される。 負荷対称化はこれまで通常の仕方でスタインメッツ回路により実行される。こ れらは、必要に応じてスイッチまたは変換装置（たとえば三相交流電力制御装置 ）を介して追加接続される無効要素（コンデンサおよびリアクトル）から成って いる。 エネルギー蓄積器はこれまで主として発電所故障および周波数調節の際の予備 のために使用される。ドイツ特許出願公開第42 15 550号明細書から、交流系統 に対して直流蓄積器から電気エネルギーを供給するための装置は知られており、 その際に非常に高い蓄積器効率を有する直流蓄積器として超伝導性の磁気的なエ ネルギー蓄積器（ＳＭＥＳ）が使用される。 冒頭にあげた会議報告（ヒューストン）には、電力コンディショナが基本波シ フト無効電力を補償し得る調節方法が紹介されている。負荷の望ましくない無効 電流成分が供給系統に影響を与えないようにするためには、補償装置がこれらの 成分を負荷に対して並列に供給し、それによってポイント‐オブ‐コモン‐カッ プリング（ＰＣＣ）としても知られている共通結合点において補償器の電流成分 が負荷の無効電流成分を相殺するようにしなければならない。この目的で系統電 圧空間ベクトルおよび系統電流空間ベクトルから先ず系統電流のなかに含まれて いる無効電流成分がが計算される。系統電流側の補償器電圧空間ベクトルと系統 電圧空間ベクトルとの間の差がいま補償器インダクタンスとして示されている結 合フィルタを介して、望ましくない無効電流成分が供給系統に影響を与えないよ うにし、また追加的に直流電圧回路に供給する電流空間ベクトルを発生しなけれ ばならない。電力コンディショナの調節の役目は、この電圧の発生のために必要 な、パルス変換装置の中間回路電圧と系統側の補償器電圧空間ベクトルとの間の 求められた系統電圧空間ベクトルおよび求められた共役複素系統電流空間ベク トルを用いて瞬時無効電力が計算され、またＰＩ調節器に供給され、その出力端 に、系統電圧空間ベクトルと伝達比空間ベクトルとの間の角度シフトを示す角度 値が生ずる。この角度から、伝達比空間ベクトルの方向を指す単位空間ベクトル および一定の大きさ値を用いて、パルス変換装置のパルス幅変調器に供給される 伝達比空間ベクトルが発生される。パルス変換装置はその系統側の出力端に容量 性の蓄積器における電圧および伝達比空間ベクトルに関係してその整合フィルタ のインダクタンスを経て補償電流を流す補償器電圧空間ベクトルを発生する。 負荷がいま基本波シフト無効電力を必要とするならば、これは先ず供給系統か ら取り入れられる。系統のなかのこの無効電力の発生はＰＩ調節器を経て系統電 圧空間ベクトルと系統側の補償器電圧空間ベクトルとの間の角度を変化させる。 このことは、なかんずく有効成分を含んでいる補償器電流空間ベクトルが生ずる ことに通ずる。それによって系統とパルス変換装置の中間回路との間の有効電力 交換および中間回路電圧の変化が生ずる。角度および中間回路電圧はいま、系統 のなかに生じた基本波シフト無効電力が消滅するまで変化する。定常的な状態で は角度は再び零に等しく、補償装置は正確に負荷が必要とする基本波シフト無効 電力を供給する。しかし無負荷の場合にくらべて中間回路電圧が変化している。 負荷が誘導性の基本波シフト無効電力を必要とすると仮定すると、補償装置は容 量性の無効電力を供給しなければならず、また系統側の補償器電圧空間ベクトル は系統電圧空間ベクトルよりもかなり大きい。それにより中間回路電圧は無負荷 の場合にくらべて上昇し、作動点に関係して定まっている。 理想的な三相の供給系統は、一定の周波数を有し、１２０°（電気角）だけ互 いに位相をずらされており、また一定の同一の波高値を有する３つの純粋に正弦 波状の電圧を負荷に与える。この系統に対する理想的な系統電流は各々の相で相 応の線‐接地間電圧に比例し、その際に比例係数はすべての３つの相において等 しい。その場合に所望のエネルギー量または有効電力が最小の全体的電流実効値 により、従って系統の最小可能な負荷により伝達される。従ってこれらの電流は 有効電流と呼ばれる。このような理想的な負荷は供給系統に対して三相の対称な オーム抵抗のように振る舞う。 この振る舞いから外れるあらゆる負荷は、有効電力伝達のために寄与しない電 流成分を惹起する。これらは無効電流と呼ばれる。供給電圧が近似的に上記の理 想的な場合に相当するという前提のもとに、これらの無効電流は系統周波数の多 数倍の周波数を有する高調波電流（直流成分をも含む）と、系統電圧基本波と系 統電流基本波との間の位相シフトにより生ずる基本波シフト無効電流と、非対称 な負荷に起因する基本波非対称無効電流とを含んでいる。 そこで、本発明の課題は、パルス変換装置を有する公知の補償装置を調節する ための方法を、系統のなかの基本波シフト無効電力の補償の際に補償器の基本波 シフト無効電力も考慮に入れ、系統電圧が調節され得るように改良することであ る。 この課題は、本発明によれば、請求項１にあげられている特徴により解決され る。 定常的な場合にはいま補償装置は、負荷および補償装置の基本波シフト無効電 力をカバーする基本波シフト無効電力を供給する。その際に容量性の蓄積器は、 たとい系統の基本波シフト無効電力の補償が抑制されとしても、常に整然と供給 される。系統のなかの有効電力が計算されることにより、系統電圧空間ベクトル および系統電流空間ベクトルの基本波正相分の意図される位相シフトが達成され る。すなわち、系統の計算された有効電力および予め定められた位相シフトに関 係して系統電圧が調節される。 有利な方法は請求項１および２の特徴により特徴付けられている。 この有利な方法により、系統周波数の多数倍の周波数を有する高調波電流と負 荷の非対称に起因する基本波非対称無効電流とを含んでいる無効電流成分が補償 され得る。これらの無効電流成分を別々に個々の高調波および基本波非対称性に 従って実行し得るように、各々の無効電力形式に対して部分伝達比空間ベクトル が発生され、これらが次いで基本伝達比空間ベクトルと全伝達比空間ベクトルと して加え合わされる。 基本波非対称性および系統電流高調波の同定は系統電流空間ベクトルの複素フ ーリエ級数展開に基づいている。系統電圧基本波空間ベクトルが回転周波数ωを 有するならば、第ν次の高調波を同定するために先ず、正相分に対して＋νω、 また逆相分に対して−νωの回転周波数を有する単位空間ベクトルが発生される 。系統周期にわたっての平均化により次いで系統電流空間ベクトルおよび共役複 素単位空間ベクトルの積から相応の系統電流成分の複素フーリエ係数が求められ る。この複素フーリエ係数はＩ調節器に供給され、その出力信号が単位空間ベク トルと乗算される。それが正相分であるか逆相分であるかに関係して、虚数単位 ｊまたは−ｊとの乗算の後に部分伝達比空間ベクトルが得られる。Ｉ調節器によ り部分伝達比空間ベクトルの大きさおよび角度が、系統電流のなかの相応の高調 波が消去されるまで、変更される。定常的な状態では部分伝達比空間ベクトル、 従って負荷電流のなかの相応の高調波を補償する連結インダクタンスの両端の付 属の電圧部分は補償電流成分に直交している。 各々の補償すべき高調波に対して部分伝達比空間ベクトルが発生されなければ ならない。基本波非対称性を補償するためには、Ｉ調節器の出力信号が回転周波 数ωを有する単位空間ベクトルおよび虚数単位−ｊを乗算され、それによって非 対称性を補償する部分伝達比空間ベクトルが発生される。 請求項１の特徴を有する本発明による方法を実施するための装置の構成は請求 項３の特徴部分にあげられており、請求項４ないし９にはこの装置の有利な実施 態様があげられている。 以下に、パルス変換装置を有する補償装置を用いた本発明による無効電流成分 の補償方法およびこの方法を実施するための装置を、本発明による装置の実施例 の概要を示す図面を参照して説明する。 図１はパルス変換装置を有する公知の補償装置のブロック回路図を示す。 図２は全伝達比空間ベクトルを発生するための調節器の構成を示す。 図３は基本伝達比空間ベクトルを発生するための公知の調節構造を示す。 図４は複素平面のなかで付属のベクトル図を示す。 図５は本発明による方法の調節構造を示す。 図６は部分伝達比空間ベクトルを発生するための公知の調節構造を示す。 図７は複素平面のなかでそれに付属のベクトル図を示す。 図８は図１による補償装置の有利な実施例のブロック回路図を示す。 なお、図面においてはアルファベットの小文字の下に矢印（→）を付された表 示がされているが、以下の説明では矢印（→）の代わりにバー（ー）を付した表 示にて説明することにする。従って、図面における矢印（→）を付された表示と 以下の説明におけるバー（ー）を付した表示とは同じものと理解されたい。 図１は冒頭にあげた表題“三相電圧ｄｃリンクＰＷＭコンバータに対する最適 な制御および適切なパルス幅変調”を有する会議報告に紹介され、その作用の仕 方を詳細に説明されている公知の補償装置のブロック回路図を示す。この補償装 置２は少なくとも１つの容量性の蓄積器６を有するパルス変換装置４と整合フィ ルタ８と調節および制御装置１０とを有する。この補償装置２は、供給系統１４ から供給される非理想的な負荷１２に並列に接続されている。調節および制御装 置１０には系統電圧空間ベクトルｕ _Nと、系統電流空間ベクトルｉ _Nと、補償器電 流空間ベクトルｉ _Kと、パルス変換装置４の両方の容量性の蓄積器６の両端に降 下する中間回路電圧２Ｅ_dとが供給されている。これらの空間ベクトルｕ _N、ｉ _N およびｉ _Kは測定された線間電圧、系統電流および補償器電流から空間ベクトル 変換装置を用いて発生される。この装置は表題“配電系統に対するＦＡＣＴ Ｓの開発”を有する前記の会議報告から知られているので、この図示の際には補 償装置２の本質的な部分のみが示されている。整合フィルタ８はここでは等価的 にインダクタンスＬ_Kにより示されており、それに対して前記の会議報告のなか にはこの整合フィルタ８が詳細に示されている。調節および制御装置１０は、伝 達比空間ベクトルｕを決定するための調節装置１６と、破線により示されている 作量であり、この操作量はパルス幅変調器１８を用いてこのパルス変換装置４に 対する制御信号Ｓ_Vに変換される。調節装置１６の構成は図２に一層詳細に示さ れている。 負荷１２として理想的な負荷は予定されていないので、この非理想的な負荷１ ２は、有効電力伝達のために寄与しない電流成分を惹起する。この電流成分は無 効電流と呼ばれる。供給電圧が近似的に、一定の周波数を有し、１２０°（電気 角）だけ互いに位相をずらされており、また一定の同一の波高値を有する３つの 純粋に正弦波状の電圧であるという前提のもとに、これらの無効電流は、系統周 波数の多数倍の周波数を有する高調波電流（直流成分をも含む）と、系統電圧基 本波と系統電流基本波との間の位相シフトにより生ずる基本波シフト無効電流と 、非対称な負荷に起因する基本波非対称無効電流とを含んでいる。 負荷１２の望ましくない無効電流成分が供給系統に影響を与えないようにする ためには、補償装置２がこれらの成分を負荷１２に対して並列に供給し、それに よって共通結合点２０において補償器の電流成分が負荷１２の無効電流成分を相 殺するようにしなければならない。この目的で系統電圧空間ベクトルおよび系統 電流空間ベクトルｕ _Nおよびｉ _Nから先ず系統電流ｉ _Nのなかに含まれている無効 電流成分が計算される。系統電流側の補償器電圧空間ベクトルと系統電圧空間ベ クトルとの間の求められた差が補償器インダクタンスＬ_Kとして示されている結 合フィルタを介して、望ましくない無効電流成分が供給系統１４に影響を与えな いようにし、また追加的に容量性の蓄積器６に供給する補償電流空間ベクトルｉ_K を発生する。 調節および制御装置１０の役目は、この電圧を発生するために必要な中間回路 電圧２Ｅ_dと系統側の補償器電圧空間ベクトルｕ _Kとの間の伝達比空間ベクトル 無効成分の補償を別々に個々の高調波、基本波シフト無効電力および基本波非 対称性に従って実行し得るように、図２による調節および制御装置１０は各々の 無効電力形式に対して、また各々の高調波に対して調節器２２、２４、２６、２ ８、３０および３２を有し、それらの出力端が加算点３４と接続されている。調 節器２２の構成は部分的に図３に、また部分的に図５に示され、それに対して調 節器２４、２６、２８、３０および３２は図６の代表的な調節器構造により一層 詳細に示されている。調節器２２には求められた系統電圧空間ベクトルｕ _Nおよ び系統電流空間ベクトルｉ _Nが供給され、それに対して調節器２４、・・・、３２に は系統電流空間ベクトルｉ _Nのみが供給されている。各々の調節器２２、・・・、３ 形成される。 調節器２２は部分伝達比空間ベクトルとして基本波シフト無効電力を補償する ため、またパルス変換装置４の容量性の蓄積器６に供給するための基本伝達比空 クトルとして系統高調波および系統非対称性を補償するための部分伝達比空間ベ の調節装置１６は６パルス‐サイリスタブリッジの４つの高調波を補償するため の調節器２６、２８、３０および３２と、基本波シフト無効電力を補償するため の調節器２２と、基本波非対称性を補償するための調節器２４とを有する。 図３は冒頭にあげた会議報告（ヒューストン）から既に知られている調節器２ ２の第１の部分を示す。調節器２２のこの第１の部分は基本波シフト無効電力Ｑ_N を決定するための装置３８と、ＰＩ調節器４０と、基本伝達比空間ベクトルｕ _b を形成するための装置４２とを有する。基本波シフト無効電力Ｑ_Nを決定するた めの装置３８は、トランスバーサル無効電力とも呼ばれる瞬時無効電力ｑ_Nを決 定するための計算装置４４と、その後段に接続されている平均値形成器４６とを 有する。この平均値形成器４６は系統周期にわたってのトランスバーサル無効電 力ｑ_Nの平均値を形成する。トランスバーサル無効電力ｑ_Nは計算装置４４を用い て系統電圧空間ベクトルｕ _Nおよび共役複素系統電流空間ベクトルｉ _N ^*から計算 される。平均値形成器４６の出力端に生ずる基本波シフト無効電力Ｑ_NはＰＩ調 節器４０に供給され、その出力量は系統電圧空間ベクトルｕ _Nと基本伝達比空 発生器４８を有し、その出力端に関数ｅｘｐ（−ｊδ）が生じており、この関数 が乗算器５０を用いて別の関数発生器５２の出力信号と乗算される。この別の関 の大きさは制限されているので、大きさｕ _boは、高調波および基本波非対称性を が十分に残されているように選ばれなければならない。それによって系統側の補 償器電圧空間ベクトルｕ _Kbの基本部分の角度は角度δを差し引いた系統電圧角度 に等しく、また補償器電圧空間ベクトルｕ _Kbの大きさは中間回路電圧２Ｅ_dに関 係する(図４)。 先ず、負荷１２が基本波シフト無効電力Ｑ_Nを必要としないと仮定すると、系 統電圧空間ベクトルｕ _Nと系統側の補償器電圧空間ベクトルｕ _Kbの基本部分とは 同一である。それによって角度δは零に等しく、中間回路電圧の高さは２Ｅ_d＝ る。 負荷１２がいま基本波シフト無効電力Ｑ_Nを必要とするならば、これは先ず供 給系統１４から取り入れられる。系統のなかのこの無効電力Ｑ_Nの発生はＰＩ調 節器４０を経て系統電圧空間ベクトルｕ _Nと系統側の補償器電圧空間ベクトルｕ _{K b} との間の角度δを変化させる。このことは、なかんずく有効成分を含んでいる 補償器電流空間ベクトルｉ _Kが生ずることに通ずる。それによって系統１４と容 量性の蓄積器６との間の有効電力交換が生じ、それによって中間回路電圧２Ｅ_d が変化する。角度δおよび中間回路電圧２Ｅ_dはいま、系統１４のなかに生じた 基本波シフト無効電力Ｑ_Nが消滅するまで変化する。定常的な状態では角度δは 再び零に等しく、補償装置２は正確に負荷１２が必要とする基本波シフト無効電 力Ｑ_Nを供給する。しかし無負荷の場合にくらべて中間回路電圧２Ｅ_dが変化して いる。負荷１２が誘導性の基本波シフト無効電力Ｑ_Nを必要とすると仮定すると 、補償装置２は容量性の無効電力を供給しなければならず、また系統側の補償器 電圧空間ベクトルｕ _Kは大きさが系統電圧空間ベクトルｕ _Nよりも大きい。それに より中間回路電圧２Ｅ_dは無負荷の場合にくらべて上昇し、また作動点に関係し て定まっている。従って、この調節回路により同時に直流電圧回路の整然とした 供給が保証されている。なぜならば、その作動点に応じた値からの中間回路電圧 ２Ｅ_dのあらゆる偏差は必然的に基本波シフト無効電力の生起に通ずるからであ る。 図５には調節装置１６の第２の部分５４が示されており、その際に調節器２２ の第１の部分３６の部分が一緒に示されており、それによって調節器２２のこれ らの両部分３６および５４がどのように相互に密接に連関し合うかが認識可能に なる。基本波シフト無効電力Ｑ_Nを決定するための装置３８は出力側で比較器５ ６の反転入力端と接続されており、その非反転入力端は乗算器５８の出力端と、 またその出力端はＩ調節器６０と接続されている。出力側でこのＩ調節器６０は 別の比較器６２の非反転入力端と接続されており、その出力端は調節器２２の第 １の部分３６のＰ１調節器４０と、またその反転入力端は補償器無効電力Ｑ_Kを 決定するための装置６４の出力端と接続されている。乗算器５８の入力端は一方 で定数要素６３と、また他方で有効電力Ｐ_Nを決定するための装置６６と接続さ れている。この装置６６、乗算器５８および定数要素６３は一緒になって目標値 形成器６８を形成し、その出力端に基本波シフト無効電力Ｑ_Nの目標値が生ずる 。装置６４および６６はそれぞれ、後段に接続されている平均値形成器４６を有 する計算装置４４を有し、その際に装置６４には系統電圧空間ベクトルｕ _Nおよ び共役複素補償器電流空間ベクトルｉ _K ^*が、また装置６６には系統電圧空間ベク トルｕ _Nおよび共役複素系統電流空間ベクトルｉ _N ^*が供給されている。 調節器２２のこの第２の部分５４により、系統１４のなかに生ずる基本波シフ ト無効電力Ｑ_Nとならんで、系統１４のなかの有効電力Ｐ_Nおよび補償装置２の基 本波シフト無効電力Ｑ_Kも計算される。この仕方で、必要とされるならば、たと えば系統電圧調節を実行するため、入力信号として定数要素６３に与えられる 意図される位相シフトφ_sollが系統電圧空間ベクトルｕ _Nの基本波正相分と系統 電流空間べクトルｉ _Nとの間に達成され得る。この目的で系統有効電力Ｐ_Nは定数 ｔａｎφ_sollを乗算され、また基本波シフト無効電力Ｑ_Nの目標値として基本波 シフト無効電力Ｑ_Nの実際値と比較される。制御偏差は次いでＩ調節器６０によ り処理される。Ｉ調節器６０の出力信号は補償器無効電力Ｑ_Kの目標値として補 償器無効電力Ｑ_Kの実際値と比較され、また求められた制御偏差は調節器２２の 第１の部分３６のＰＩ調節器４０に供給される。 この調節器２２を用いて基本伝達比空間ベクトルｕ _bが発生され、それにより 系統１４の基本波シフト無効電力Ｑ_Nだけでなく補償装置２の補償器シフト無効 電力Ｑ_Kも補償され得る。系統１４の基本波シフト無効電力Ｑ_Nが補償されるべき でないならば、Ｉ調節器６０の調節増幅率が零に選ばれる。この場合にもパルス 変換装置４の容量性の蓄積器６は整然として供給される。 ２４、２６、２８、３０および３２は高調波の次数νにより、またこれらが正相 分（＋）のなかに生ずるか逆相分（−）のなかに生ずるかに関係して異なる。従 って、これらの調節器２４、・・・、３２の代表として一般化された調節器構造７ ０が図６に詳細に示されている。 この調節器構造７０は入力側に複素フーリエ係数ｃ _V-またはｃ _V-を形成するか めの装置７２を有し、その後段にＰＩ調節器７４が接続されている。出力側でこ 置７６と接続されている。装置７２は、後段に接続されている平均値形成器８０ を有する乗算器７８を有し、この乗算器７８の入力端は単位空間ベクトル形成器 ８２の出力端と接続されている。この乗算器７８の第２の入力端には系統電流空 間ベクトルｉ _Nが与えられている。乗算器７８の出力端に生ずる積ｙ（ｔ）から 平均値形成器８０を用いて系統周期に関して複素フーリエ係数ｃ _V+またはｃ _V-が 求められる。その際にνは補償すべき高調波の次数を、また＋または−は正相分 または逆相分を表す。共役複素単位空間ベクトルｅ ^*は正相分のなかでは回転周 波数＋νωで、また逆相分のなかでは回転周波数−νωで回転する。その際にω は系統基本波空間ベクトルの回転周波数である。系統周期にわたっての平均値形 成により系統電流空間ベクトルｉ _Nおよび共役複素単位空間ベクトルｅ ^*の積ｙ（ ｔ）から相応の系統電流成分の複素フーリエ係数ｃ _V+またはｃ _V-が求められる。 Ｉ調節器７４の出力信号は別の乗算器８４を用いて単位空間ベクトルｅおよび虚 数単位ｊまたは−ｊを乗算される。この乗算の積は部分伝達比空間ベクトルｕ _V+ またはｕ _V-である。Ｉ調節器７４は部分伝達比空間ベクトルｕ _V+またはｕ _V-の大 きさおよび角度を次いで、系統のなかの第νの次数の相応の高調波が消去される まで、変化させる。定常的な状態では部分伝達比空間ベクトルｕ _V+またはｕ _V-、 従ってまた補償器電圧空間ベクトルｕ _Kの付属の電圧部分−ｕ _KV+または−ｕ _KV- は、負荷電流ｉ _Lのなかの第ν次の相応の高調波を補償する補償器電流成分空間 ベクトルｉ _KV+またはｉ _KV-に直交している(図７)。 補償すべき各々の高調波に対して調節器２６、・・・、３２が設けられなければ ならない。基本波非対称性を補償するためには次数ν＝１を有する逆相分調節器 が設けられていなければならない(調節器２４)。 系統１４から供給される有効電力Ｐ_Nの影響が補償装置２により実行されるべ きであれば、負荷１２に対して並列に接続されている補償装置２は有効電力Ｐ_N を受け入れまたは送り出す立場になければならない。この目的で、補償装置２を 経て導かれる系統電力と負荷電力との問の差ΔＰを蓄積しまたは送り出す追加的 なエネルギー蓄積器８６がパルス変換装置４の直流電圧中間回路に連結され得る 。エネルギー蓄積器８６は電流調節されて供給されなければならない。すなわち 、それは電流目標値信号ｉ_{E soll}に相応して補償装置２の中間回路から定められ た直流電流ｉ_Eを取り出すことができなければならない。電流目標値信号ｉ_{E sol l} は供給すべき電力差ΔＰおよび補償装置２の中間回路電圧２Ｅ_dから計算される 。系統１４から有効電力Ｐ_Nが取り出されるべきであれば、電流目標値信号ｉ_{E s oll} は正でなければならない。それによってエネルギー蓄積器８６はパルス変換 装置４の中間回路からエネルギーを取り出す。このことは中間回路電圧２Ｅ_dの 低下に通ずる。系統側の補償器電圧空間べクトルｕ _Kbは低下し、基本波シフト無 効電力Ｑ_Nの変化が生ずる。この基本波シフト無効電力Ｑ_Nは調節器２２の第１の 部分を用いて、系統電圧空間ベクトルｕ _Nと補償器電圧空間ベクトルｕ _Kbの基本 部分との間の角度δを開くことによって、補償される。その結果としてのパルス 変 換装置４の中間回路のなかの有効電力の流れは中間回路電圧２Ｅ_dを、従って補 償器電圧空間ベクトルｕ _Kbの基本部分を再び上昇させる。しかしいまエネルギー 蓄積器８６は連続的に電力ΔＰ＝２Ｅ_d・ｉ_{E soll}を中間回路から取り出すので 、系統シフト無効電力Ｑ_Nの補償後に角度δは零に等しくなく、エネルギー蓄積 器８６から取り出される補償装置２の電力を系統１４から供給するために必要で ある角度にとどまる。 エネルギー蓄積器８６は直流電流蓄積器と付属の制御装置を有する操作端とを 有し、それによって電流目標値Ｉ_{E soll}が設定され得る。直流電流蓄積器として はたとえば超伝導性の磁気的なエネルギー蓄積器（ＳＭＥＳ）が使用され得る。 フライホィール蓄積器または蓄電池のような他のエネルギー蓄積器も直流電流蓄 積器として使用され得る。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 計算され、それによってパルス変換装置（４）が中間回 路電圧（２Ｅ_d）に関係して系統側で補償器電圧空間ベ クトル（ｕ _K）を発生する。こうして補償器インダクタ ンス（Ｌ_K）として示されている整合フィルタ（８）を 介して、望ましくない無効電流成分を系統（４）から分 離する補償器電流空間ベクトル（ｉ _K）が生ずる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．供給系統（１４）から供給される非理想的な負荷（１２）の無効電流成分を 、負荷（１２）に電気的に並列に接続され、少なくとも１つの容量性の蓄積器（ ６）を有するパルス変換装置（４）と整合フィルタ（８）と調節および制御装置 （１０）とを有する補償装置（２）を用いて補償するための方法であって、 ａ）測定された系統線間電圧および系統電流から系統電圧空間ベクトル（ｕ _N） および共役複素系統電流空間ベクトル（ｉ _N ^*）を求める過程と、 ｂ）求められた空間ベクトル（ｕ _N、ｕ _N ^*）を用いて系統（１４）の基本波 シフト無効電力（Ｑ_N）を決定する過程と、 ｃ）決定された基本波シフト無効電力（Ｑ_N）から、パルス変換装置（４）に対 程と、 路電圧（２Ｅ_d）に関係して補償電圧空間ベクトル（ｕ _K）を発生する過程 と を含んでいる方法において、 ｅ）求められた空間ベクトル（ｕ _N、ｕ _N ^*）を用いて系統有効電力（Ｐ_N）を 決定する過程と、 ｆ）決定された系統有効電力（Ｐ_N）に定数（ｔａｎφ_soll）を乗算することに より基本波シフト無効電力（Ｑ_N）の目標値を決定する過程と、 ｇ）基本波シフト無効電力（Ｑ_N）の実際値および目標値の比較に関係して補償 器無効電力（Ｑ_K）の目標値を決定する過程と、 ｈ）求められた空間ベクトル（ｕ _N）および求められた共役複素補償器電流空間 ベクトル（ｉ _K ^*）から補償器無効電力（Ｑ_K）を決定する過程と、 ｉ）補償器無効電力（Ｑ_K）の求められた制御偏差から基本伝達比空間ベクトル を含んでいることを特徴とする無効電流成分の補償方法。 ２．ｊ）系統電流空間ベクトル（ｉ _N）および共役複素単位空間ベクトル（ｅ ^*） から複素フーリエ係数（ｃ _V+、ｃ _V-）を決定する過程と、 ｋ）求められた複素フーリエ係数（ｃ _V+、ｃ _V-)、単位空間ベクトル（ｅ）およ び 定する過程と、 をベクトル的に加算する過程と を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．少なくとも１つの容量性の蓄積器（６）を有するパルス変換装置（４）と整 合フィルタ（８）と調節および制御装置（１０）とを有し、その際にこの調節お よび制御装置（１０）が伝達比空間ベクトル（ｕ）を決定するための調節器装置 （１６）と、パルス変換装置（４）に対する制御信号（Ｓ_V）を出力端に生ずる パルス幅変調器（１８）とを有し、その際にこの調節器装置（１６）が基本波シ フト無効電力（Ｑ_N）を決定するための装置（３８）とＰＩ調節器（４０）と基 置（２）に対して請求項１による方法を実施するための装置において、基本波シ フト無効電力（Ｑ_N）を決定するための装置（３８）が出力側で比較器（５６） の反転入力端と接続され、その非反転入力端が基本波シフト無効電力（Ｑ_N）に 対する目標値形成器（６８）の出力端と、またその出力端がＩ調節器（６０）を 介して別の比較器（６２）の非反転入力端と接続され、その反転入力端が補償器 無効電力（Ｑ_K）を決定するための装置（６４）の出力端と、その出力端がＰＩ 調節器（４０）の入力端と接続され、目標値形成器（６８）の入力端に、求めら れた系統電圧空間ベクトル（ｕ _N）、求められた共役複素系統電流空間ベクトル （ｉ _N ^*）および位相角（φ_soll）が生じ、補償器無効電力（Ｑ_K）を決定するた めの装置（６４）の入力端に、求められた系統電圧空間ベクトル（ｕ _N）、求め られた共役複素補償器電流空間ベクトル（ｉ _K ^*）が生ずることを特徴とする無効 電流成分の補償装置。 るためのｎ個の別の調節器（２４、・・・、３２）を有し、これらの調節器がそれ ぞれ複素フーリエ係数（ｃ _V+、ｃ _V-）を形成するための装置（７２）、Ｉ調節器 （７ を有し、これらのｎ個の別の調節器（２４、・・・、３２）の出力端が加算点と接 続 節器（２２）の出力端と接続されていることを特徴とする請求項３記載の装置。 ５．複素フーリエ係数（ｃ _V+、ｃ _V-）を形成するための装置（７２）が、後段に 平均値形成器（８０）を接続されている乗算器（７８）を有し、乗算器（７８） の入力端が単位空間ベクトル形成器（８２）の出力端と接続されていることを特 徴とする請求項４記載の装置。 空間ベクトル形成器（８２）および乗算器（８４）を有し、この乗算器が入力側 で一方ではＩ調節器（７４）と、他方では単位空間ベクトル形成器（８２）と接 続されていることを特徴とする請求項４記載の装置。 ７．基本波シフト無効電力（Ｑ_N）に対する目標値形成器（６８）が瞬時有効電 力（ｐ_N）を決定するための計算装置（４４）、平均値形成器（４６）、定数要 素（６３）および乗算器（５８）を有し、平均値形成器（４６）が入力側で計算 装置（４４）の出力端と、出力側で乗算器（５８）の入力端と接続され、乗算器 （５８）の第２の入力端が定数要素（６３）と接続されていることを特徴とする 請求項３記載の装置。 ８．補償器無効電力（Ｑ_K）を決定するための装置（６４）が、後段に平均値形 成器（４６）を接続されている瞬時無効電力（ｑ_N）を決定するための計算装置 （４４）を有することを特徴とする請求項３記載の装置。 ９．調節器装置（１６）に対する信号プロセッサが設けられていることを特徴と する請求項４ないし８の１つに記載の装置。