JP2001515338A

JP2001515338A - 下位の回路網部分の電圧の質の改善方法および装置

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Publication number: JP2001515338A
Application number: JP2000509138A
Authority: JP
Inventors: ワインホルト、ミヒァエル; ツロウスキ、ライナー; フォス、レオン
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2001-09-18
Also published as: EP1012946A1; DE19737590C1; CN1276096A; WO1999012242A1; ZA987727B; US6348778B1; CA2302344A1; NO20001006D0; NO20001006L; NO320726B1

Abstract

(57)【要約】本発明は、結合変圧器（１０）によって直列に伝送線（１２）のなかに接続されているパルス電力変換装置（４）を有する補償装置（２）によって下位の回路網部分（１６）の電圧の質を改善する方法および装置に関する。本発明によれば正相系および逆相系偏差（→ｕ_D、₁±）が求められ、それから基本伝達比空間ベクトル（→ｕ‥_b）が発生され、それからパルス電力変換装置（４）の中間回路電圧（Ｖ_dc）によってこれに対する制御信号（Ｓ_V）が発生され、それによって補償器電圧（ｕ_K）が直列に伝送線（１２）のなかに入結合される。こうして歪んだ回路網電圧（ｕ_N）から下位の回路網部分（１６）に対する理想的な供給回路網（１４）が発生される。図１

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、下位の回路網部分の電圧の質を、少なくとも１つの静電容量性蓄積
器を有するパルス電力変換装置と、整合フィルタと、調節および制御装置と、供
給装置とを含み、結合変圧器により回路網に直列に結合されている補償装置によ
って改善する方法および装置に関する。

【０００２】このような補償装置は雑誌“ＥＶＲｅｐｏｒｔ−Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｄｅｓＢｅｒｅｉｃｈｓＥｎｅｒｇｉｅｕｂｅｒｔｒａｇｕｎｇｕｎｄ‐
ｖｅｒｔｅｉｌｕｎｇ”、Ｓｉｅｍｅｎｓ社、第１６〜１８頁、１９９６、注文
番号Ｅ５０００１‐Ｕ７００‐Ｒ９６４に掲載の論文“Ｎｅｔｚｑｕａｌｉｔａ
ｅｔｉｍＧｒｉｆｆ”から知られている。ＳＩＰＣＯＮＳとも呼ばれるこ
の補償装置は直接にロードフローのなかへ接続される。この補償装置によって追
加的な電圧が回路網電圧に加えられ、こうして負荷の供給電圧が一定に（下位の
回路網部分）保たれる。その際に供給されるエネルギーは、連続的に供給装置と
してのダイオード整流器によって回路網から給電される電圧中間回路から取り出
される。供給装置としてエネルギー蓄積器も設けられていてよい。この補償装置
によって回路網のなかの非対称な電圧低下または電圧上昇（１または２極の障害
）も消去され得る。その際に電圧上昇を補償するためには供給装置が逆供給可能
に構成されていなければならない。さらに、高調波により発生される回路網電圧
のなかの電圧歪みがこの補償装置により負荷の供給電圧から遠ざけられ得る。

【０００３】この論文には、この補償装置のパルス電力変換装置として、直流電圧コンデン
サを有するパルス幅変調器されるＩＧＢＴ変換装置が設けられていることも記載
されている。回路網への結合は整合フィルタ、たとえばＬＣＲ組み合わせ、を介
して行われる。この補償装置の結合形式はその作用の仕方を決定する。直列の結
合形式は負荷に外から供給される電圧の質を最適化する。それに対して並列の結
合形式は負荷から回路網に入る電流の質を最適化する。それに応じて直列の結合
を有する補償装置は制御される電圧源に相応し、それに対して並列の結合を有す
る補償装置は制御される電流源に相応する。

【０００４】エネルギー供給回路網のなかの電圧変化はたとえば回路網障害または開閉操作
により生ずる。これらは許容される電圧範囲を外れ、こうして負荷の故障（たと
えば定格値の５０％への電圧低下は接触器のドロップまたは回転数可変ドライブ
のスイッチオフを生じさせる）またはさらに負荷の損傷（２０％の過電圧）に通
ずる。従って無障害の作動のためには、この回路網電圧を補償することが不可欠
である。研究により、電圧低下の最も頻繁な原因は送電および配電回路網のなか
の障害であることが示されている。障害認識までの継続時間は数周期と数秒との
間であり得る。これらの電圧低下（たとえば数周期にわたり７０％以下）は自動
化されたプロセスに擾乱を与える。なぜならば、コンピュータ、ロボットおよび
ドライブの機能は電圧の質に強く関係するからである。

【０００５】エネルギー供給回路網に使用される非線形の負荷（特にＰＣ、テレビジョン装
置などの電源部分に存在するダイオード整流器）が増えると、電圧の歪みも増え
る。すなわちそれらの電流は強く高調波を含んでおり、また回路網インピーダン
スに元々は正弦波状の回路網電圧に重畳する電圧降下を惹起する。これらの電圧
歪みは過度に大きい値の際に回路網作動手段（たとえば変圧器、補償設備）の過
負荷に通じ、他の負荷の正常な作動に擾乱を与える。

【０００６】従って電力会社および国家的ワーキンググループ（たとえばＩＥＣ）により、
負荷が惹起してよい最大許容電圧歪みに関する勧告が行われた。これらの勧告は
１９９６年１月以来有効なＥＮ規格に対する基礎としての役割をした。たとえば
低電圧回路網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
決定された。機器製造者はその製品を、これらの歪み値においても機器が無障害
で機能するように開発しなければならない。電力会社は、その回路網のなかでコ
ンパチビリティレベルが超過されないように注意しなければならない。

【０００７】しかしながら多くの回路網のなかの回路網電圧の歪みは既にコンパチビリティ
レベルに達しており、一層の上昇が予想される。従って、敏感な機器を回路網電
圧の存在する歪みに対して保護することが重要である。この問題には下位の回路
網部分のなかの集中化遠隔制御信号の望ましくないサクションも属する。

【０００８】これまで回路網電圧高調波および集中化遠隔制御信号のサクションの問題は従
来通常の阻止フィルタ回路により解決される。８０年代半ばから、時間領域でも
周波数領域でも動作する能動的フィルタも使用されている。“Ｃｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＥＰＥ ′９５”、シベリア、第０．１
１７〜０．０２６頁に掲載のＨ．Ａｋａｇｉの“能動的フィルタの新しい傾向”
という表題の会議報告に種々の能動的フィルタが示されている。

【０００９】理想的な三相の供給回路網は負荷に、互いに１２０°（電気角）だけずらされ
、一定の同一の波高値（すなわち振幅として定格電圧を有する純粋な正相系空間
ベクトル）を有する一定の周波数を有する３つの純粋に正弦波状の電圧を与える
。この回路網に対する理想的な回路網電流は各々の相のなかで相応の線接地回路
網電圧に比例しており、その際に比例係数はすべての３つの相で等しく、定常的
な負荷の際には一定である。その場合すなわち所望のエネルギー量または有効電
力が最小の補正の電流実効値により、こうして回路網の最小可能な負荷により伝
達される。これらの電流は有効電流として定義される。このような理想的な負荷
は定常的に供給回路網に対して三相の対称なオーム性抵抗のように振舞う。

【００１０】この振舞いから偏差するあらゆる負荷は、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仮定のもとに、これらの無効電流は回路網周波数の
多数倍の周波数の高調波電流（直流成分を含む）と、回路網電圧基本振動と回路
網電流基本振動との間の位相ずれにより生ずる基本振動変位無効電流と、非対称
な負荷に原因を帰する基本振動‐逆相系電流とを含んでいる。高調波電流は一般
にハーモニックス（回路網周波数の整数の多数倍の高調波周波数）、インターハ
ーモニックス（回路網周波数の有理数の多数倍の高調波周波数）、擬似ハーモニ
ックス（回路網周波数の無理数の多数倍の高調波周波数）に分類される。

【００１１】これらの無効電流構成要素は回路網インピーダンスにおける望ましくない電圧
降下に通じ、他の負荷に対する歪んだ回路網電圧を惹起する。同じく定常的に（
周期的でなく）スイッチングされる負荷または回路網障害は他の負荷に対する歪
んだ電圧を惹起する。

【００１２】一般に回路網電圧は定格値の振幅を有する望ましい基本振動‐正相系成分と歪
み成分とから成っている。回路網電圧のこれらの歪み成分は下記のように区別さ
れる。：１．別の意味での基本振動成分（ハーモニックス、インターハーモニックス、擬似ハーモニックス）２．基本振動‐逆相系３．基本振動‐正相系の振幅の定格値に対する差。

【００１３】本発明の課題は、下位の回路網部分の電圧の質の改善方法および装置を提供す
ることである。

【００１４】この課題は、本発明によれば、請求項１または請求項７の特徴により解決され
る。

【００１５】下位の回路網部分の電圧の質を改善するためには、歪んだ回路網電圧成分がこ
の下位の回路網部分（たとえば負荷）から遠ざけられなければならない。そのた
めには補償装置がこの成分を直列に変圧器によって回路網と負荷との間に供給し
なければならない。この目的で回路網電圧空間ベクトルから先ず、補償すべき理
想的でない電圧成分が同定される。これらの同定された望ましくない電圧成分か
ら少なくとも１つの基本伝達比空間ベクトルが計算され、それにより次いで相応
の補償器電圧空間ベクトルが補償装置のパルス電力変換装置の出力端に発生され
る。この補償器電圧空間ベクトルによって望ましくない電圧成分を有する回路網
電圧空間ベクトルが回路網電圧目標空間ベクトルに変えられる。

【００１６】 “電力の高調波および質に関する国際会議”、ラスベガス、１９９６年１０月
１６〜１８日における刊行物“配電回路網の電力の質を改善するためのシャント
結合された電力変換調整装置”から、並列な結合を有する補償装置に対する制御
方法が知られている。この会議報告には、補償器電圧空間ベクトルは静電容量性
蓄積器において降下する電圧および伝達比空間ベクトルから計算されることが示
されている。さらに、この会議報告には、伝達比空間ベクトルは多くの部分伝達
比空間ベクトルから合成され得ることが示されている。さらに、どのようにして
部分伝達比空間ベクトルが決定されるかが示されている。冒頭に述べられている
ように、並列な結合を有する補償装置は制御される電流源のように振舞い、直列
な結合を有する補償装置は制御される電圧源のように振舞う。従ってこの公知の
補償装置に対する調節方法は直列な結合を有する補償装置に応用され得ない。

【００１７】回路網電圧の前記の歪み成分は個々にまたは任意の組み合わせで互いに消去さ
れ得る。回路網電圧空間ベクトルが（理想的な供給回路網の）振幅として定格電
圧を有する下位の回路網部分のただ正相系空間ベクトルを有するためには、少な
くとも１つのそれに応じた基本伝達比空間ベクトルが発生されなければならない
。

【００１８】有利な方法では、正相系および（または）逆相系の個々のハーモニックスが、
それに応じた部分伝達比空間ベクトルが請求項２により求められ、それらが次い
で基本伝達比空間ベクトルに加算されることによって、消去される。

【００１９】別の有利な方法では、有効電力伝達に対する部分伝達比空間ベクトルが求めら
れ、また少なくとも１つの基本伝達比空間ベクトルに重畳される。こうして望ま
しくない電圧成分が上位の回路網部分に及ぼされないだけでなく、有効電力交換
およびそれによってパルス電力変換装置の中間回路電圧の調節も行われる。

【００２０】別の有利な方法では、正相系目標電圧に、求められた基本振動変位無効電力お
よび定数に関係して求められる補正値が加算される。それにより基本振動‐正相
系の負荷電流成分により惹起される結合フィルタおよび変圧器における電圧降下
が補償される。

【００２１】本発明による方法を実施するための装置では、パルス電力変換装置の調節装置
は基本伝達比空間ベクトルを求めるための装置を有し、この装置は入力側に正相
系および逆相系チャネルを有し、その後に計算装置が接続されている。これらの
両方のチャネルによって正相系および逆相系偏差が求められ、この偏差から次い
で計算装置によってパルス電力変換装置の中間回路電圧および変圧伝達比に関係
して基本伝達比空間ベクトルが求められる。この基本伝達比空間ベクトルによっ
てパルス電力変換装置が補償器電圧空間ベクトルを発生し、それによって下位の
回路網部分のなかの回路網電圧空間ベクトルは振幅として定格電圧を有する正相
系空間ベクトルのみである。求められた正相系および逆相系偏差はそれぞれ、回
路網電圧のなかに存在するが、下位の回路網部分に及ぼされない歪み成分に対す
る尺度である。

【００２２】本装置の有利な実施例では伝達比空間ベクトルは基本伝達比空間ベクトルおよ
び正相系および逆相系のハーモニックスを補償し得る少なくとも１つの部分伝達
比空間ベクトルから成っている。すなわち、基本振動‐逆相系の歪み電圧成分、
回路網電圧の逆相系の第５ハーモニックスおよび正相系の第７ハーモニックスを
補償するためには、たとえば３つの別の調節器を必要とする。各々の調節器は求
められた電圧空間ベクトル（たとえば負荷電圧空間ベクトル）から、全伝達比空
間ベクトルに加算される部分伝達比空間ベクトルを計算する。

【００２３】本装置の別の有利な実施例では基本振動‐逆相系‐実際空間ベクトルが回路網
電圧空間ベクトルおよび同定された基本振動‐正相系‐実際空間ベクトルから求
められる。回路網電圧空間ベクトルが別の演算なしにそのために利用されるので
、基本振動‐実際空間ベクトルが直接的に時間遅れなしに得られる。それにより
基本伝達比空間ベクトルを求めるためのこの装置は非常に高いダイナミックスを
有する。しかしながら差形成により基本振動‐逆相系‐実際空間ベクトルだけで
なく、場合によっては存在する回路網電圧の高調波も得られる。基本振動‐逆相
系‐実際空間ベクトルが基本振動‐正相系‐実際空間ベクトルと全く同じく回路
網電圧空間ベクトルから同定されると、基本伝達比空間ベクトルを求めるための
この装置は決定的にダイナミックスを失う。

【００２４】本装置の別の有利な実施例では有効電力伝達に対する部分伝達比空間ベクトル
を求めるための装置がパルス電力変換装置の調節装置のなかに設けられている。
この装置は有効電力交換を行わせ、それによってパルス電力変換装置の中間回路
電圧が目標値に調節される。そのためにこの装置に補償器電流空間ベクトルが供
給され、それから離散的なフーリエ変換および逆の離散的なフーリエ変換によっ
て周波数系（たとえば基本振動‐正相系）が同定される。続いてこの同定された
空間ベクトルは中間回路電圧調節回路の操作量により乗算される。こうして得ら
れた部分伝達比空間ベクトルは少なくとも１つの基本伝達比空間ベクトルと共に
全伝達比空間ベクトルに加算される。

【００２５】以下に、パルス電力変換装置を有する補償装置を用いて下位の回路網部分の電
圧の室を改善するための本発明による方法を、本発明による方法を実施するため
の実施例の概要が示されている図面を参照して、一層詳細に説明する。

【００２６】図１は冒頭にあげた“ＥＶＲｅｐｏｒｔ−Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｅｓ
ＢｅｒｅｉｃｈｓＥｎｅｒｇｉｅｕｂｅｒｔｒａｇｕｎｇｕｎｄ‐ｖｅｒ
ｔｅｉｌｕｎｇ”という表題を有する会社雑誌に示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つの静電容量性蓄積器６
を有するパルス電力変換装置４と、供給装置としての供給電力変換装置８と、結
合変圧器とも呼ばれる変圧器１０とを含んでいる。供給電力変換装置８は交流側
で、供給回路網１４を下位の回路網部分（たとえば非線形の負荷１６）と接続す
る伝送線１２に接続されている。直流側でこの供給電力変換装置８はパルス電力
変換装置４の静電容量性蓄積器６に電気的に並列に接続されている。供給装置８
としてパルス電力変換装置が設けられていてもよく、それによってこの供給装置
８は逆供給能力を有する。さらに供給装置８として静電容量性または誘導性のエ
ネルギー蓄積器が設けられていてよい。パルス電力変換装置４は再び変圧器１０
によって伝送線１２のなかに直列に接続されている。供給電力変換装置８によっ
て静電容量性蓄積器６に中間回路電力が供給される。供給電力変換装置の形式は
パルス電力変換装置４の中間回路への有効電力伝達の要求から決められる。受動
的な負荷１６の電圧がサポートされるだけでよければ、パルス電力変換装置４は
有効電力を与えるだけでよいので、供給電力変換装置８はダイオードブリッジで
十分である。有効電力がパルス電力変換装置４の中間回路から回路網１４に与え
られる場合には、逆供給能力のある電力変換装置が供給電力変換装置８として必
要とされる。なお、図面においてアルファベットの例えば「ｉ」、「ｕ」の下に「→」を
記入されている符号は明細書での表記上以下においては「→ｉ」、「→ｕ」と表
示されている。また、「ｕ」の上に「‥」を記入されている符号は「ｕ‥」と表
示されている。従って、下に「→」を記入され上に「‥」を記入されている「ｕ
」は「→ｕ‥」と表示されている。

【００２７】図２には補償装置２のパルス電力変換装置４が一層詳細に示されている。この
パルス電力変換装置４は電力変換装置回路（ハードウェア）の他に調節および制
御装置１８（ソフトウェア）および整合フィルタ２０を有する。整合フィルタ２
０はここには等価的にインダクタンスＬ_Kにより示されており、それに対して冒頭にあげたＳｉｅｍｅｎｓ社の雑誌にはこの整合フィルタ２０が詳細に示されて
いる。調節および制御装置１８は伝達比空間ベクトル→ｕ‥を決定するための調
節装置２２と、破線で示されているパルス幅変調器２４とを有する。伝達比空間
ベクトル→ｕ‥はパルス電力変換装置４の操作量であり、パルス幅変調器２４に
よってこのパルス電力変換装置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３に一層詳細に示されている。このパルス電力変換装置４は変圧
器１０によって伝送線１２に直列に接続されている。

【００２８】調節および制御装置１８には回路網電圧空間ベクトル→ｕ_Nと、下位の回路網部分１６の電圧空間ベクトル→ｕ_Lと、補償器電流空間ベクトル→ｉ_Kと、パルス
電力変換装置４の両方の静電容量性蓄積器６の両端に降下する中間回路電圧Ｖ_dc ＝２Ｅ_dとが供給される。これらの空間ベクトル→ｕ_N、→ｕ_Lおよび→ｉ_Kは空間
ベクトル変換装置によって、測定された相電圧、負荷電圧および補償器電流から
発生される。一般に回路網電圧→ｕ_Nは定格値振幅を有する所望の基本振動‐正相系成分→ｕ_N、₁₊および歪み成分→ｕ_N、_V±から成っている。歪んだ回路網電圧成分→ｕ_N、_Vが負荷１６に悪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→ｕ_N、_V±を直列に結合変圧器１０によって回路網１４と負荷１６との間に供給しなければならない。この目的で回路網電圧空間ベクトル→ｕ_Nから先ず補償すべき非理想的な成分→ｕ_N、_V±が計算される。調節装置２２の課題は、補償器電圧空間ベクトル→ｕ_Kを発生するために必要な全伝達比空間ベクトル→ｕ‥を中間回路電圧Ｖ_dcと回路網側の補償器電圧空間ベクトル→ｕ_Kとの間で決定することである。中間回路電圧Ｖ_dc＝２Ｅ_dは供給電力変換装置８により予め与えられる。

【００２９】個々のハーモニックス、基本振動‐正相系および基本振動‐逆相系に関して非
理想的な回路網電圧成分→ｕ_N、_V±の補償を実行し得るように、図３による調節および制御装置１０は各々の構成要素に対して別々の調節器２６、２８、３０、
３２、３４および３６を有し、それらの出力端は加算点３８と接続されている。
調節器２６の構成は図５または図６中に一層詳細に示されており、それに対して
調節器２８、３０、３２、３４および３６は図４の代表的な調節構造により一層
詳細に示されている。調節器２６には、求められた回路網電圧空間ベクトル→ｕ _N と、パラメータとしての正相系目標電圧ｕ _Nsoll、中間回路電圧Ｖ_dcおよび変圧
伝達比ｕ‥_Trの逆数値とが供給されている。特に有利な実施例では同じく補償器
電流空間ベクトル→ｉ_Kが供給されている。調節器２８ないし３６にはそれぞれ下位の回路網部分１６の電圧空間ベクトル→ｕ_Lが供給されている。各々の調節器２６ないし３６はその入力信号から部分伝達比空間ベクトル→ｕ‥_b、→ｕ‥₁ _- 、→ｕ‥_5-、→ｕ‥₇₊、→ｕ‥_11-および→ｕ‥₁₃₊を計算し、それらから加算点３８によって全伝達比空間ベクトル→ｕ‥が形成される。

【００３０】調節器２６は部分伝達比空間ベクトルとして基本振動‐正相系‐電圧差を補償
するための基本伝達比空間ベクトル→ｕ‥_bを計算する。調節器２８は下位の回路網部分１６の基本振動‐正相系‐電圧を補償するために部分伝達比空間ベクト
ル→ｕ‥_1-を計算し、それに対して調節器３０ないし３６は下位の回路網部分１
６の回路網電圧ｕ_Lの４つの最大のハーモニックスを補償するためにそれぞれ部分伝達比空間ベクトル→ｕ‥_5-、→ｕ‥₇₊、→ｕ‥_11-および→ｕ‥₁₃₊を計算す
る。

【００３１】部分伝達比空間ベクトル→ｕ‥_1-、→ｕ‥_5-、→ｕ‥₇₊、→ｕ‥_11-および→ ｕ‥₁₃₊を発生する調節器２８、３０、３２、３４および３６は高調波の次数ｖにより、またこれらが正相系（＋）で生ずるか逆相系（−）で生ずるかによって
区別される。従ってこれらの調節器２８、…、３６を代表して一般化された調節
構造が図４に一層詳細に示されている。

【００３２】この調節構造は入力側に複素フーリエ係数Ｃ _V+またはＣ _V-を形成するための装
置４０を有し、その後にＰＩ調節器４２が接続されている。出力側でこのＰＩ調
節器４２は部分伝達比空間ベクトル→ｕ‥_V+または→ｕ‥_V-を形成するための装
置４４と接続されている。装置４０は後段に接続されている平均値形成器４８を
有する複素乗算器４６を有し、その際にこの複素乗算器４６の入力端は単位空間
ベクトル形成器５０の出力端と接続されている。この複素乗算器４６の第２の入
力端には下位の回路網部分１６の回路網電圧空間ベクトル→ｕ_Lが与えられている。複素乗算器４６の出力端に生ずる積ｙ（ｔ）から平均値形成器４８により回
路網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。ここでｖは補
償する高調波の次数であり、“＋”または“−”は正相系または逆相系を示す。
共役複素単位空間ベクトル→ｅ^*は正相系のなかで回転周波数＋ｖωにより、逆相系のなかで回転周波数−ｖωにより回転する。ここでωは回路網電圧基本振動
空間ベクトルの回転周波数である。回路網周期にわたっての平均値形成により下
位の回路網部分１６の回路網電圧空間ベクトル→ｕ_Lおよび共役複素単位空間ベクトル→ｅ^*の積ｙ（ｔ）から相応の回路網電圧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４２の出力信号は別の複素乗算器５２により単
位空間ベクトル→ｅと乗算される。単位空間ベクトル→ｅは別の単位空間ベクト
ル形成器５４により形成される。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４２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、下位の回路網部分１６の回路網電圧ｕ_Lのなかの正相系または逆相系の第ｖ次数の相応のハーモニックスが消去されるまで、
変更する。

【００３３】各々の補償すべき高調波に対して調節器２８、…、３６が設けられなければな
らない。基本振動非対称性を補償するためには次数ｖ＝１を有する逆相系調節器
が設けられていなければならない（調節器２８）。

【００３４】図５はその出力端に基本伝達比空間ベクトル→ｕ‥ｂを生ずる調節器２６の第
１の調節構造を示す。この調節器２６は入力側に正相系および逆相系チャネル５
６および５８を有し、これらのチャネルは出力側で計算ユニット６０と接続され
ている。正相系チャネル５６は入力側に離散的なフーリエ変換のための装置６２
を有し、その後に逆の離散的なフーリエ変換のための装置６４が接続されている
。この装置６２の構成は図４の複素フーリエ係数を形成するための装置４０の構
成に相当し、その際に下位の回路網部分１６の回路網電圧空間ベクトル→ｕ_Lの代わりにここには回路網電圧空間ベクトル→ｕ_Nが使用される。装置６４は図４の装置４４に相当する。装置６４の出力端には基本振動‐正相系‐実際空間ベク
トル→ｕ_N、₁₊が生ずる。装置６４の出力端は一方では比較器６６の反転入力端、
他方では基本振動‐正相系‐目標空間ベクトル→ｕ_N、_1+sollを形成するための装
置６８を介してこの比較器６６の非反転入力端と接続されている。

【００３５】基本振動‐正相系‐目標空間ベクトル→ｕ_N、_1+sollを形成するための装置６８
は絶対値形成器７０、逆数形成器７２および２つの乗算器７４および７６を有す
る。絶対値形成器７０はこの装置６８の入力側に配置され、入力側で装置６４の
出力端と接続されている。出力側でこの絶対値形成器７０は逆数形成器７２と接
続され、この逆数形成器７２は出力側で乗算器７４の第１の入力端と接続されて
いる。この乗算器７４の第２の入力端は装置６４の出力端と接続されている。出
力側でこの乗算器７４は第２の乗算器７６の第１の入力端と接続され、それに対
してその第２の入力端には予め決定された正相系目標電圧→ｕ_Nsollが与えられている。この第２の乗算器７６の出力端に、形成された基本振動‐正相系‐目標
空間ベクトル→ｕ_N、_1+sollが生ずる。

【００３６】逆相系チャネル５８は装置６２、６４および比較器７８のみを有する。これら
の両方の装置６２、６４は同じく電気的に値の直列に接続されている。出力側で
装置６４はこの比較器７８の非反転入力端と接続され、その反転入力端には基本
振動‐逆相系‐目標空間ベクトル→ｕ_N、_1-sollが与えられている。この目標空間
ベクトル→ｕ_N、_1-sollの値はここでは零に等しい。従ってこの比較器７８は省略
され得る。

【００３７】正相系および逆相系チャネル５６および５８の出力端に正相系および逆相系偏
差→ｕ_D、₁₊および→ｕ_D、_1-が生じ、これらは計算ユニット６０の入力側の加算器
８０により加算される。この加算器８０の出力端は乗算器８２の第１の入力端と
接続され、その第２の入力端には変圧伝達比ｕ‥_Trの逆数値が与えられている。
出力側でこの乗算器８２は第２の乗算器８４の第１の入力端と接続され、その第
２の入力端は第２の逆数値形成器８６の出力端と接続されている。この逆数値形
成器８６の入力端には中間回路電圧Ｖ_dcの値２Ｅ_dが与えられている。この計算ユニット６０によって、求められた偏差→ｕ_D、₁₊および→ｕ_D、_1-から全偏差→ｕ _D、₁ が形成され、この全偏差が結合変圧器１０の電力変換装置側に換算され、また基本伝達比空間ベクトル→ｕ‥_bとして加算点３８に供給される。

【００３８】この基本振動調節器２６によって回路網電圧ｕ_Nの基本振動‐正相系が先ず同定される。この同定された空間ベクトル→ｕ_N、₁₊はその大きさにより除算され、
この同定された空間ベクトル→ｕ_N、₁₊と乗算される。その結果は、基本振動‐正
相系‐空間ベクトル→ｕ_N、₁₊の方向を向き、また大きさ１を有する基本振動‐正
相系‐単位空間ベクトル→ｅ_N、₁₊である。この単位空間ベクトル→ｅ_N、₁₊は正相
系電圧ｕ_Nsollの目標値により重み付けされる。重み付けされた単位空間ベクトル→ｕ_N、_1+soll＝→ｕ_Nsoll・→ｅ_N、₁₊と同定された成分→ｕ_N、₁₊との間の差は補償器から発生すべき基本振動‐正相系‐電圧→ｕ_K、₁₊を生ずる。

【００３９】基本振動‐調節器２６のこの第１の実施例の際に基本振動‐逆相系‐実際空間
ベクトル→ｕ_N、_1-は（基本振動‐正相系‐実際空間ベクトル→ｕ_N、₁₊と類似して
）同じく離散的なフーリエ変換によって回路網電圧空間ベクトル→ｕ_Nから同定されるので、基本振動‐逆相系‐実際空間ベクト→ｕ_N、_1-がなんらかの高調波な
しに得られる。しかし基本振動‐逆相系‐実際空間ベクトル→ｕ_N、_1-は同じく離
散的なフーリエ変換によって計算されるので、基本振動調節器２６のこの第１の
実施例のダイナミックスは非常に高くはない。

【００４０】図６には基本振動調節器２６の有利な実施例が一層詳細に示されている。この
実施例は、逆相系チャネル５８が装置６２、６４をもはや有していないことによ
り、図５による実施例と相違する。その代わりにこの有利な実施例では比較器８
８が設けられている。この比較器８８の非反転入力端には回路網電圧空間ベクト
ル→ｕ_Nが，この比較器８８の反転入力端には同定された基本振動‐正相系‐実際空間ベクトル→ｕ_N、₁₊が与えられている。この比較器８８の出力端は比較器７
８の非反転入力端と接続されている。この比較器８８の出力端にいま、基本振動
‐逆相系だけでなく場合によっては存在する回路網電圧ｕ_Nの高調波をも含んでいる空間ベクトル→ｕ_N、_1-が生ずる。実際にはそれはなかんずく第５高調波の逆
相系および第７高調波の正相系である。

【００４１】この実施例では正相系および逆相系チャネル５６および５８の出力端はそれぞ
れ乗算器９０および９２を設けられ、それらの第２の入力端にはそれぞれ回転角
度ｅ^jδおよびｅ―^jδが与えられ、それにより離散的な計算のむだ時間が補償さ
れる。回転角度ｅ―^jδは基本振動‐逆相系に対してのみ正しいので、逆相系チャネル５８によって求められた空間ベクトル→ｕ_N、_1-のなかの高調波は補償され
ずに、これらの高調波は回路網電圧ｕ_Nのなかで変化する。

【００４２】しかし基本振動‐逆相系は回路網電圧空間ベクトル→ｕ_Nおよび同定された基本振動‐正相系‐実際空間ベクトル→ｕ_N、₁₊の差から計算されるので、基本振動
‐逆相系‐空間ベクトル→ｕ_N、_1-が直接的に時間遅れなしに得られる。それによ
り基本振動調節器２６のこの実施例は非常に高いダイナミックスを有する。

【００４３】図５による実施例に比べて正相系チャネル５６はさらに補正値ｕ_Nkorを求める
ための装置９４を有する。この装置９４は入力側に基本振動変位無効電力Ｑ_Lを決定するための装置９６を、出力側に２つの乗算器９８および１００を有する。
基本振動変位無効電力Ｑ_Lを決定するための装置９６はトランスバーサル無効電力とも呼ばれる瞬時電力ｑ_Lを決定するための計算装置１０２と、その後に接続されている平均値形成器１０４とを有する。この平均値形成器１０４は回路網周
期にわたってトランスバーサル無効電力ｑ_Lの平均値を形成する。トランスバーサル無効電力ｑ_Lは計算装置１０２によって、同定された基本振動‐正相系‐実際空間ベクトル→ｕ_N、₁₊および共役複素補償器電流空間ベクトル→ｉ_K ^*から計算
される。平均値形成器１０４の出力端に生ずる基本振動変位無効電力Ｑ_Lは第１の乗算器９８に供給される。この乗算器９８の第２の入力端は第２の乗算器１０
０の出力端と接続されている。第１の入力端は基本振動‐逆相系‐目標空間ベク
トル→ｕ_N、_1-sollを形成するための装置６８の逆数値形成器７２の出力端と接続
されており、その際に第２の入力端には補償器インダクタンスのインピーダンス
の値ω・Ｌ_Kが与えられている。第１の乗算器９８の出力端に補正値ｕ_Nkorが生じ、それによって予め決定された正相系目標電圧ｕ_Nsollが補正される。この装置９４によって結合変圧器１０および整合フィルタ２０における基本振動‐正相
系の電圧降下が補償される。

【００４４】図７は、有効電力伝達に対する部分伝達比空間ベクトル→ｕ‥_W、_V±を発生する別の調節装置１０６の調節構造を示す。この調節装置１０６は離散的なフーリ
エ変換のための装置６２、逆の離散的なフーリエ変換のための装置６４、中間回
路電圧調節回路１０８および２つの乗算器１１０、１１２を有する。両方の装置
６２、６４は電気的に直列に接続され、この調節装置１０６の入力側に接続され
ている。装置６４は出力側で乗算器１１０を介して調節装置１０６の出力側に配
置されている乗算器１１２の入力端と接続されている。乗算器１１０の第２の入
力端は中間回路電圧調節回路１０８の出力端と接続されている。出力側の乗算器
１１２の第２の入力端にはむだ時間補償のために回転角度ｅ^jδが与えられている。中間回路電圧調節回路は比較器１１４および電圧調節器１１６を有する。こ
の比較器１１４の非反転入力端には中間回路電圧目標値Ｖ_dcsollが、この比較器
１１４の反転入力端には中間回路電圧実際値Ｖ_dcが与えられている。形成された
電圧差ΔＶ_dcは電圧調節器１１６によって零に調節される。電圧調節器１１６と
してはＩ調節器が設けられている。

【００４５】特定のコンフィギュレーション（補償器定格電力に比較して少ない有効電力伝
達が必要）の場合、たとえば純粋な高調波補償の場合には、下位の回路網部分１
６の回路網電流→ｉ_Lのなかに存在する周波数系（たとえば基本振動‐正相系）が有効電力伝達のために利用され得る。この課題は図７による調節装置１０６が
引き受ける。求められた補償器電流空間ベクトル→ｉ_Kから離散的なフーリエ変換（装置６２）および逆の離散的なフーリエ変換（装置６４）によって周波数系
“＋”または“−”の成分ｖが同定される。続いて同定された電流空間ベクトル
→ｉ_K、_V±は乗算器１１６の出力端に生ずる位相補正係数Ｖ_dcyにより乗算される
。乗算器１１０の出力端に生ずる空間ベクトルの振幅は電圧調節器１１６の出力
量Ｖ_dcyであり、その入力量ΔＶ_dcは中間回路電圧目標値Ｖ_dcsollと測定された中間回路電圧Ｖ_dcとの間の差である。乗算器１１２の出力端に生ずる求められた
部分伝達比空間ベクトル→ｕ‥_W、_V±はパルス電力変換装置４の調節および制御装置１８のパルス幅変調器２４に伝達され、有効電力交換を生ぜしめ、それによ
って目標値Ｖ_dcsollへの中間回路電圧Ｖ_dcの調節を行わせる。

【００４６】この本発明による方法により、直列の結合を有し、少なくとも１つの静電容量
性蓄積器６を有するパルス電力変調装置４を有する補償装置２が、多くの負荷を
有し得る下位の回路網部分１６の電圧の質を改善し得る。その際にこの下位の回
路網部分１６の電圧の質を改善するための多くの措置が個々にまたは互いに任意
に組み合わせて同時に実行される。これらの措置には回路網電圧高調波の能動的
フィルタリング、電圧低下および電圧変動のダイナミックかつ定常的な補償およ
び集中化遠隔制御信号の阻止が属する。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の補償装置のブロック回路図。

【図２】図１による補償装置のパルス電力変換装置のブロック回路図。

【図３】全伝達比空間ベクトルを発生するための調節器の構造を示すブロック回路図。

【図４】部分伝達比空間ベクトルを発生する公知の調節構造を示すブロック回路図。

【図５】基本伝達比空間ベクトルを発生する第１の調節構造を示すブロック回路図。

【図６】基本伝達比空間ベクトルを発生する第２の調節構造を示すブロック回路図。

【図７】有効電力伝達に対する部分伝達比空間ベクトルを発生する調節構造を示すブロ
ック回路図。

【符号の説明】

２補償装置４パルス電力変換装置６静電容量性蓄積装置８供給装置１０結合変圧器１４理想的な供給回路網１６下位の回路網部分１８調節および制御装置２０整合フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フォス、レオンドイツ連邦共和国デー‐91054 エルランゲンイムホイシュラーク 19 Ｆターム(参考） 5G066 DA07 5H420 BB03 BB16 CC04 DD03 EA10 EA20 EA27 EB09 EB39 EB40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下位の回路網部分（１６）の電圧の質を、少なくとも１つの
静電容量性蓄積器（６）を有するパルス電力変換装置（４）と、整合フィルタ（
２０）と、調節および制御装置（１８）と、供給装置（８）とを含み、結合変圧
器（１０）により回路網（１４）に直列に結合されている補償装置（２）によっ
て改善する方法において、ａ）予め決定された正相系目標電圧（ｕ_Nsoll）に関係して求められた回路網電圧空間ベクトル（→ｕ_N）の基本振動‐正相系偏差（→ｕ_D、₁₊）を求める過程と、ｂ）予め決定された基本振動‐逆相系‐目標空間ベクトル（→ｕ_N、_1-soll）に関
係して求められた回路網電圧空間ベクトル（→ｕ_N）の基本振動‐逆相系偏差（ →ｕ_D、_1-）を求める過程と、ｃ）求められた基本振動‐正相系および逆相系偏差（→ｕ_D、₁₊、→ｕ_D、_1-）、結
合変圧器（１０）の変圧伝達比（ｕ‥_Tr）およびパルス電力変換装置（４）の中
間回路電圧（Ｖ_dc）の値に関係して基本伝達比空間ベクトル（ｕ‥_b）を求める過程と、ｄ）パルス電力変換装置（４）の中間回路電圧（Ｖ_dc）のこの求められた基本伝
達比‐空間ベクトル（ｕ‥_b）に関係して補償装置（２）のパルス電力変換装置（４）に対する制御信号（Ｓ_V）を発生する過程とを含んでいることを特徴とする下位の回路網部分の電圧の質の改善方法。
【請求項２】ｅ）下位の回路網部分（１６）の回路網電圧空間ベクトル（→
ｕ_L）および共役複素単位空間ベクトル（→ｅ^*）の積（ｙ（ｔ））から正相系お
よび（または）逆相系の少なくとも１つの複素フーリエ係数（Ｃ _V+またはＣ _V-）
を求める過程と、ｆ）求められた複素フーリエ係数（Ｃ _V+）および単位空間ベクトル（→ｅ）に関
係して部分伝達比空間ベクトル（→ｕ‥_V±）を決定する過程と、ｇ）基本伝達比空間ベクトル（→ｕ‥_b）および部分伝達比空間ベクトル（→ｕ ‥_V±）を全伝達比空間ベクトル（→ｕ‥）として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。
【請求項３】ｈ）求められた補償器電流空間ベクトル（→ｉ_K）の電流成分（→ｉ_K、_V±）を求める過程と、ｉ）中間回路電圧実際値（Ｖ_dc）および中間回路電圧目標値（Ｖ_dcsoll）に関係
して位相補正係数（Ｖ_dcy）を求める過程と、ｊ）同定された電流成分（→ｉ_K、_V±）と求められた位相補正係数（Ｖ_dcy）との
乗算により伝達比空間ベクトル（→ｕ_W、_V±）を計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。
【請求項４】ｋ）求められた電圧空間ベクトル（→ｕ_N）の基本振動‐正相系‐実際空間ベクトル（→ｕ_N、₁₊）を求める過程と、ｌ）この同定された基本振動‐正相系‐実際空間ベクトル（→ｕ_N、₁₊）の基本振
動‐正相系‐単位空間ベクトル（→ｅ_N、₁₊）を計算する過程と、ｍ）この基本振動‐正相系‐単位空間ベクトル（→ｅ_N、₁₊）および正相系目標電
圧（ｕ_Nsoll）に関係して基本振動‐正相系‐目標空間ベクトル（→ｕ_N、_1+soll ）を求める過程と、ｎ）基本振動‐正相系‐実際空間ベクトル（→ｕ_N、₁₊）と基本振動‐正相系‐目
標空間ベクトル（→ｕ_N、_1+soll）との比較により基本振動‐正相系偏差（→ｕ_D、 ₁₊ ）を求め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。
【請求項５】ｏ）基本振動‐逆相系‐実際空間ベクトル（→ｕ_N、_1-）を求め
る過程と、ｐ）基本振動‐逆相系‐実際空間ベクトル（→ｕ_N、_1-）と予め決定された基本振
動‐逆相系‐目標空間ベクトル（→ｕ_N、_1-soll）との比較により基本振動‐逆相
系偏差（→ｕ_D、_1-）を求め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。
【請求項６】予め決定された正相系目標電圧（ｕ_Nsoll）に、求められた基本振動‐正相系‐実際空間ベクトル（ｕ_N、₁₊）および求められた補償器電流空
間ベクトル（→ｉ_K）から決定される基本振動変位無効電力（Ｑ_L）と定数との乗
算により決定される補正値（ｕ_Nkor）が加算されることを特徴とする請求項１記
載の方法。
【請求項７】少なくとも１つの静電容量性蓄積器（６）を有するパルス電
力変換装置（４）と、整合フィルタ（２０）と、調節および制御装置（１８）と
、供給装置（８）とを含み、結合変圧器（１０）により供給回路網（１４）に直
列に結合され、調節および制御装置（１８）が伝達比空間ベクトル（→ｕ‥）を
決定するための調節装置（２２）と、出力端にパルス電力変換装置（４）に対す
る制御信号（Ｓ_V）を生ずるパルス幅変調器（２４）とを有している補償装置（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、調節装置（２２）が基本伝達比空間ベクトル（→ｕ‥_b）を求めるための調節器（２６）を有し、この調節器が入力側に正相系および逆相系チャネル（５６、
５８）を有し、これらのチャネルが出力側で出力側の計算装置（６０）の入力端
と接続され、この計算装置の出力端に基本伝達比空間ベクトル（→ｕ‥_b）が生じ、正相系および逆相系チャネル（５６、５８）にそれぞれ求められた回路網電
圧空間ベクトル（→ｕ_N）が供給され、これらのチャネルの出力端にそれぞれ基本振動‐正相系および逆相系偏差（→ｕ_D、₁₊、→ｕ_D、_1-）が生じ、計算装置（６
０）にパルス電力変換装置（４）の静電容量性蓄積器（６）の中間回路電圧（Ｖ _dc ）の値と、結合変圧器（１０）の変圧伝達比（ｕ‥_Tr）の値とが与えられてい
ることを特徴とする下位の回路網部分の電圧の質の改善装置。
【請求項８】調節装置（２２）がそれぞれ複素フーリエ係数（Ｃ_V+）を形
成するための装置（４０）、Ｉ調節器（４２）および部分伝達比空間ベクトル（
→ｕ‥_V±）を形成するための装置（４４）を有するｎ個の部分伝達比空間ベクトル（→ｕ‥_V±）を決定するためのｎ個の別の調節器（２８、…、３６）を有し、これらのｎ個の別の調節器（２８、…、３６）の出力端が、第１の入力端で
基本伝達比空間ベクトル（→ｕ‥_b）を求めるための調節器（２６）の出力端と接続されている加算点（３８）と接続されていることを特徴とする請求項７記載
の装置。
【請求項９】正相系チャネル（５６）が入力側に離散的なフーリエ変換の
ための装置（６２）を有し、この装置（６２）の後に逆の離散的なフーリエ変換
のための装置（６４）が接続され、この装置（６４）の出力端が一方では比較器
（６６）の反転入力端と、他方では基本振動‐正相系‐目標空間ベクトル（→ｕ _N、_1+soll ）を形成するための装置（６８）を介してこの比較器（６６）の非反転
入力端と接続されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１０】逆相系チャネル（５８）が入力側に離散的なフーリエ変換
のための装置（６２）を有し、この装置（６２）の後に逆の離散的なフーリエ変
換のための装置（６４）が接続され、この装置（６４）の出力端が、反転入力端
に基本振動‐逆相系‐目標空間ベクトル（→ｕ_N、_1-soll）を与えられている比較
器（７８）の非反転入力端と接続されていることを特徴とする請求項７記載の装
置。
【請求項１１】逆相系チャネル（５８）が入力側に、反転入力端で逆の離
散的なフーリエ変換のための装置（６４）の出力端と接続され、非反転入力端で
逆相系チャネル（５８）の入力側と接続され、出力端で別の比較器（７８）の非
反転入力端と接続されている比較器（８８）を有し、この別の比較器（７８）の
反転入力端に基本振動‐逆相系‐目標空間ベクトル（→ｕ_N、_1-soll）が与えられ
ていることを特徴とする請求項７または９記載の装置。
【請求項１２】伝達比空間ベクトル（→ｕ‥）を決定するための調節装置
（２２）が有効電力伝達に対する部分伝達比空間ベクトル（→ｕ‥_W、_V±）を求めるための装置（１０６）を有し、この装置（１０６）が入力側に一方では離散
的なフーリエ変換のための装置（６２）およびその後に接続されている逆の離散
的なフーリエ変換のための装置（６４）を、他方では中間回路電圧調節回路（１
０８）を、また出力側に乗算器（１１０）を有し、この乗算器の両方の入力端が
一方では調節回路（１０８）の出力端と、他方では装置（６４）の出力端と接続
されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１３】調節装置（２２）として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７記載の装置。