JP2004140896A

JP2004140896A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2004140896A
Application number: JP2002301376A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Matsumoto; 松本　和則
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】通常運転時の電圧応答を確保し、かつ再起動及び起動時の入力電流を抑え、制御器の切替え時にシステムに外乱を与えない電力変換装置を提供する。
【解決手段】交流電源を直流電源に変換する整流回路と、直流電源を平滑する直流コンデンサと、直流電源を交流電源に変換するインバータ回路とから構成される電力変換装置において、直流コンデンサの電圧を電圧指令値に一致させるように制御する制御器と、制御器の出力信号から整流回路の位相指令を生成する位相指令回路と、制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの再起動制御器を有し、瞬停及び制御切替による再起動時は前記再起動制御器を選択し、電圧指令値と直流コンデンサの電圧の偏差が所定値以下になったとき、通常制御器に戻す切替装置を備えているので、再始動時又は起動時は通常運転時の制御器に対して制御ゲインを抑えた制御器に切替えることによって、再始動又は起動時の入力電流を抑制し、かつ通常運転時の制御特性を維持することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流電圧を交流電圧に変換する電圧形インバータを備えた電力変換装置に係り、特に再起動時及び起動時の入力電流を抑制し、出力電流が過大に流れることを防止する電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
瞬停又は制御切替による再起動時は、出力電流が流れることにより直流コンデンサ電圧が低下する。そして、電圧基準より直流コンデンサ電圧が低下するため、それを補正するように電圧制御が働く。従来、再起動時の電圧制御のゲインは通常運転時と制御ゲインを変えずに制御を行っていた。
【０００３】
以上のように、従来の技術では再起動時及び起動時の電圧制御のゲイン、特に偏差に対して敏感に働く比例ゲイン等が大きいため制御出力が大きくなり、入力電流が過大に流れ、その影響で出力電流も過大になり、再起動及び起動が失敗するという恐れがあった。また、再起動及び起動時に入力電流が過大にならないようにゲインを低くすると、通常運転時の電圧応答が劣化してしまう。
【０００４】
そこで、再起動及び起動時は制御器の低いゲインに切替え、通常時はゲインの高い制御器に戻す制御方法、例えば、特開平１−９１６６６号公報に開示されているように、直流電圧を設定値と比較してゲイン選択信号を出力し、平滑用コンデンサの充電完了を検知して、ゲイン選択回路を制御する制御方法、あるいは特開平７−１４７７７５号公報に開示されているように、平滑コンデンサの初期充電から電圧設定値までの立ち上げ時、フィードバック電圧のオーバーシュート量より電圧調整器のゲインを調整する電力変換器の制御方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような制御方法では、再起動及び起動時から通常運転時に切替える場合、つまりゲインの高い制御器に戻す時に、場合によってはゲインの変化によってシステムに外乱を与えてしまうという恐れがあった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その課題は、通常運転時の電圧応答を確保しながら、再起動及び起動時の入力電流を抑え、制御器の切替え時にシステムに外乱を与えない電力変換装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、三相交流電源と、その交流電源を直流電源に変換する整流回路と、直流電源を平滑する直流コンデンサと、直流電源を交流電源に変換するインバータ回路とから構成される電力変換装置において、前記直流コンデンサの電圧を電圧指令値に一致させるように制御する制御器と、前記制御器の出力信号から前記整流回路の位相指令を生成する位相指令回路と、前記制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの再起動制御器とを有し、瞬停及び制御切替による再起動時は前記再起動制御器を選択し、電圧指令値と前記直流コンデンサの電圧の偏差が所定値以下になったとき、前記通常制御器に戻す切替装置を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１によると、整流回路は直流コンデンサの電圧を電圧指令値に一致させるように制御する通常制御器の出力信号から生成される位相指令により制御される。瞬停及び制御切替による再起動時、インバータ回路側は停止中に推定した負荷の位相でゲートを制御しながら起動する。整流回路側は通常制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの再起動制御器に切替えて位相指令を生成し、電圧指令値と直流コンデンサの電圧との偏差が所定値以下になったとき、切替装置で通常制御器に切替えて位相を生成することにより、通常運転時の制御特性を確保しつつ、再起動時の入力電流を抑え、システムに外乱を与えずに制御器を切替えることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、三相交流電源と、その交流電源を直流電源に変換する整流回路と、前記直流電源を平滑する直流コンデンサと、直流電源を交流電源に変換するインバータ回路とから構成される電力変換装置において、前記直流コンデンサの電圧を電圧指令値に一致させるように制御する制御器と、前記制御器の出力信号から前記整流回路の位相指令を生成する位相指令回路と、前記制御器のゲインに対して所定値以下のゲインに抑えている起動制御器とを有し、停止時からの起動時は前記起動制御器を選択し、電圧指令値と前記直流コンデンサの電圧の偏差が所定値以下になったとき、前記通常制御器に戻す切替装置を備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２によると、整流回路は直流コンデンサの電圧を電圧指令値に一致させるように制御する通常制御器の出力信号から生成される位相指令により制御される。起動時、インバータ回路側は低速の起動周波数で起動する。整流回路側は通常制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの再起動制御器に切替えて位相指令を生成し、電圧指令値と直流コンデンサの電圧の偏差が所定値以下になったとき、切替装置で通常制御器に切替えて位相を生成することにより、通常運転時の制御特性を確保しつつ、起動時の入力電流を抑え、システムに外乱を与えずに制御器を切替えることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、瞬停及び制御切替による再起動直後又は起動直後は制限値を通常運転時の制限レベルの所定値以下に下げて前記制御器の出力を抑制し、その後、レートに従って制限レベルを通常運転時の制限レベルに戻すリミット回路を前記制御器の出力段に備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３によると、瞬停及び制御切替による再起動直後又は起動直後は制限値を通常運転時の制限レベルの所定値以下に下げて制御器の出力を抑制し、制御器の切替後は、レートに従って制限レベルを通常運転時の制限レベルに戻すことにより、通常運転時の制御特性を確保しつつ、再起動時又は起動時の入力電流を抑え、システムに切替時の影響を与えずに制御器を切替えることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、フィルタ回路を前記制御器の出力段に備えていることを特徴とする。
請求項４によると、瞬停及び制御切替による再起動時又は起動時は制御器を切替え、切替えた時の制御出力の影響をフィルタ回路で緩和させることにより、通常運転時の制御特性を確保しつつ、再起動時の入力電流を抑え、システムに切替時の影響を与えずに制御器を切替えることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１または請求項３に記載の電力変換装置において、再起動及び起動後に位相指令が増加した場合は前記制御器出力を抑え、前記位相指令が減少した場合は前記制御器出力を増加させる出力調整器を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５によると、再起動時又は起動時に通常制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの制御器に切替える。そして、出力調整器は位相指令が増加した場合は制御器出力を抑え、位相指令が減少した場合は制御器出力を上げるように調整することにより、通常運転時の制御特性を確保しつつ、再起動時の入力電流を抑え、システムに切替時の影響を与えずに制御器を切替えることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、再起動及び起動後に入力電流が増加した場合は制御器出力を抑え、前記入力電流が減少した場合は前記制御器出力を増加させる出力調整器を備えていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６によると、再起動時又は起動時に通常制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの制御器に切替える。そして、出力調整器は入力電流が増加した場合は制御器出力を抑え、入力電流が減少した場合は制御器出力を上げるように調整することにより、通常運転時の応答特性を確保しつつ、再起動時の入力電流を抑え、システムに切替時の影響を与えずに制御器を切替えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態の電力変換装置の回路図である。
図１において、本実施形態の電力変換装置は、交流電圧を直流電圧に整流する整流回路１１と、整流回路１１から出力される直流電圧を平滑する直流リアクトル１２及び直流コンデンサ１３と、この直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、負荷３０を駆動するインバータ回路１４から構成されている。
【００１９】
次に、本実施形態の動作を図２を参照して説明する。
瞬停または運転系で故障が起きると、整流回路１１とインバータ回路１４を停止する。停止中に制御器を通常制御器２１から再起動制御器２２に切替える。インバータ回路側は停止中に推定した負荷の位相でゲートを制御しながら再起動し、整流回路側は制御器のゲインが所定値以下の再起動制御器２２により、位相指令４１の立ち上がりを遅くして、入力電流４４の立ち上がりを抑制する。すなわち、従来技術では、再起動時のコンデンサ電圧の落ち込みにより、図２の点線のように位相指令が上がり入力電流が過大に流れるのに対して、本発明では再起動時はゲインを抑えることにより図２の実線のように入力電流を抑制する。その後、電圧指令４１とコンデンサ電圧４２の差分が所定値以下になると、制御器を再起動制御器２２から通常制御器２１に切替える。
【００２０】
本実施形態によると、整流回路は直流コンデンサの電圧を電圧指令値に一致させるように制御する通常制御器の出力信号から生成される位相指令により制御される。瞬停及び制御切替による再起動時、インバータ回路側は停止中に推定した負荷の位相でゲートを制御しながら起動する。整流回路側は通常制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの再起動制御器に切替えて位相指令を生成し、電圧指令値と直流コンデンサの電圧の偏差が所定値以下になったとき、切替装置で通常制御器に切替えて位相を生成することにより、通常運転時の制御特性を確保しつつ、再起動時の入力電流を抑え、システムに外乱を与えずに制御器を切替えることができる。
【００２１】
図３は本発明の第２実施形態の電力変換装置の回路図である。
図３において、本実施形態の電力変換装置は、直流コンデンサ１２により平滑した直流電圧を出力する整流回路１１、この直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、負荷３０を駆動するインバータ回路１４から構成されている。
【００２２】
次に、本実施形態の動作について説明する。
起動前の停止中に制御器を通常制御器２１から起動制御器２５に切替える。インバータ回路側は極低速で起動し、整流回路側は制御器のゲインが所定値以下の再起動制御器２２により、位相指令４１の立ち上がりを遅くして、入力電流４４の立ち上がりを抑制する。その後、電圧指令４１とコンデンサ電圧４２の差分が所定値以下になると、制御器を再起動制御器２２から通常制御器２１に切替える。
【００２３】
本実施形態によると、整流回路は直流コンデンサの電圧を電圧指令値に一致させるように制御する通常制御器の出力信号から生成される位相指令により制御される。起動時、インバータ回路側は低速の起動周波数で起動する。整流回路側は通常制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの再起動制御器に切替えて位相指令を生成し、電圧指令値と前記直流コンデンサの電圧の偏差が所定値以下になったとき、切替装置で通常制御器に切替えて位相を生成することにより、通常運転時の制御特性を確保しつつ、起動時の入力電流を抑え、システムに外乱を与えずに制御器を切替えることができる。
【００２４】
図４は本発明の第３実施形態の電力変換装置の構成図である。
図４において、本実施形態の電力変換装置は、直流コンデンサ１２により平滑した直流電圧を出力する整流回路１１と、この直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、負荷３０を駆動するインバータ回路１４とから構成されている。
【００２５】
次に、本実施形態の動作について説明する。
停止中に制御器を通常制御器２１から再起動制御器２２に切替え、リミット回路２６の制限値を通常運転時の制限値に対して所定値以下に設定する。インバータ回路側は停止中に推定した負荷の位相でゲートを制御しながら再起動し、整流回路側は制御器のゲインが所定値以下の再起動制御器２２により、位相指令４３の立ち上がりを遅くし、入力電流４４の立ち上がりを抑制する。その後、電圧指令４１とコンデンサ電圧４２の差分が所定値以下になると、制御器を再起動制御器２２から通常制御器２１に切替える。そして、リミット回路２６の制限値をレートに従って通常運転時の制限値まで戻し、切替時の影響をシステムに与えないようにする。
【００２６】
本実施形態によると、瞬停及び制御切替による再起動直後又は起動直後は制限値を通常運転時の制限レベルの所定値以下に下げて制御器の出力を抑制し、制御器の切替後は、レートに従って制限レベルを通常運転時の制限レベルに戻すことにより、通常運転時の制御特性を確保しつつ、再起動時又は起動時の入力電流を抑え、システムに切替時の影響を与えずに制御器を切替えることができる。
【００２７】
図５は本発明の第４実施形態の電力変換装置の構成図である。
図５において、本実施形態の電力変換装置は、直流コンデンサ１２により平滑した直流電圧を出力する整流回路１１と、この直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、負荷３０を駆動するインバータ回路１４とから構成されている。
【００２８】
次に、本実施形態の動作について説明する。
停止中に制御器を通常制御器２１から再起動制御器２２に切替える。インバータ回路側は停止中に推定した負荷の位相でゲートを制御しながら再起動し、整流回路側は制御器のゲインが所定値以下の再起動制御器２２により、位相指令４１の立ち上がりを遅くし、入力電流４４の立ち上がりを抑制する。その後、電圧指令４１とコンデンサ電圧４２の差分が所定値以下になると、制御器を再起動制御器２２から通常制御器２１に切替える。そして、後段のフィルタ回路２７により、切替時の影響をシステムに与えないようにする。
【００２９】
本実施形態によると、瞬停及び制御切替による再起動時又は起動時は制御器を切替え、切替えた時の制御出力の影響をフィルタ回路で緩和させることにより、通常運転時の制御特性を確保しつつ、再起動時の入力電流を抑え、システムに切替時の影響を与えずに制御器を切替えることができる。
【００３０】
図６は本発明の第５実施形態の電力変換装置の構成図である。
図６において、本実施形態の電力変換装置は、直流コンデンサ１２により平滑した直流電圧を出力する整流回路１１と、この直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、負荷３０を駆動するインバータ回路１４とから構成されている。
【００３１】
次に、本実施形態の動作について説明する。
停止中に制御器を通常制御器２１から再起動制御器２２に切替える。インバータ回路側は停止中に推定した負荷の位相でゲートを制御しながら再起動し、整流回路側は制御器のゲインが所定値以下の再起動制御器２２により、位相指令４１の立ち上がりを遅くし、入力電流４４の立ち上がりを抑制する。その後、電圧指令４１とコンデンサ電圧４２の差分が所定値以下になると、制御器を再起動制御器２２から通常制御器２１に切替える。出力調整器２８は、位相指令４３が増加した場合には制御器出力を抑制し、位相指令４３が減少した場合には制御器出力を上げるように調整することにより、切替時の影響をシステムに与えないようにする。
【００３２】
本実施形態によると、再起動時又は起動時に通常制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの制御器に切替える。そして、出力調整器は位相指令が増加した場合は制御器出力を抑え、位相指令が減少した場合は制御器出力を上げるように調整することにより、通常運転時の制御特性を確保しつつ、再起動時の入力電流を抑え、システムに切替時の影響を与えずに制御器を切替えることができる。
【００３３】
図７は本発明の第６実施形態の電力変換装置の構成図である。
図７において、本実施形態の電力変換装置は、直流コンデンサ１２により平滑した直流電圧を出力する整流回路１１と、この直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、負荷３０を駆動するインバータ回路１４とから構成されている。
【００３４】
次に、本実施形態の動作について説明する。
停止中に制御器を通常制御器２１から再起動制御器２２に切替える。インバータ回路側は停止中に推定した負荷の位相でゲートを制御しながら再起動し、整流回路側は制御器のゲインが所定値以下の再起動制御器２２により、位相指令４１の立ち上がりを遅くし、入力電流４４の立ち上がりを抑制する。その後、電圧指令４１とコンデンサ電圧４２の差分が所定値以下になると、制御器を再起動制御器２２から通常制御器２１に切替える。出力調整器２８は、入力電流４４が増加した場合には制御器出力を抑制し、入力電流４４が減少した場合には制御器出力を上げるように調整することにより、切替時の影響をシステムに与えないようにする。
【００３５】
本実施形態によると、再起動時又は起動時に通常制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの制御器に切替える。そして、出力調整器は入力電流が増加した場合は制御器出力を抑え、入力電流が減少した場合は制御器出力を上げるように調整することにより、通常運転時の応答特性を確保しつつ、再起動時の入力電流を抑え、システムに切替時の影響を与えずに制御器を切替えることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、再始動時又は起動時は通常運転時の制御器に対して制御ゲインを抑えた制御器に切替えることによって、再始動又は起動時の入力電流を抑制し、かつ通常運転時の制御特性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の電力変換装置の回路図。
【図２】図１のタイムチャート。
【図３】本発明の第２実施形態の電力変換装置の回路図。
【図４】本発明の第３実施形態の電力変換装置の回路図。
【図５】本発明の第４実施形態の電力変換装置の回路図。
【図６】本発明の第５実施形態の電力変換装置の回路図。
【図７】本発明の第６実施形態の電力変換装置の回路図。
【符号の説明】
１１…整流回路、１２…直流リアクトル、１３…直流コンデンサ、１４…インバータ回路、２１…通常制御器、２２…再起動制御器、２３…切替装置、２４…位相指令回路、２５…起動制御器、２６…リミット回路、２７…フィルタ回路、２８…出力調整器、４１…電圧指令、４２…コンデンサ電圧、４３…位相指令、４４…入力電流。

Claims

三相交流電源と、その交流電源を直流電源に変換する整流回路と、前記直流電源を平滑する直流コンデンサと、直流電源を交流電源に変換するインバータ回路とから構成される電力変換装置において、前記直流コンデンサの電圧を電圧指令値に一致させるように制御する制御器と、前記制御器の出力信号から前記整流回路の位相指令を生成する位相指令回路と、前記制御器のゲインに対して所定値以下のゲインの再起動制御器とを有し、瞬停及び制御切替による再起動時は前記再起動制御器を選択し、電圧指令値と前記直流コンデンサの電圧の偏差が所定値以下になったとき、前記通常制御器に戻す切替装置を備えていることを特徴とする電力変換装置。
三相交流電源と、その交流電源を直流電源に変換する整流回路と、前記直流電源を平滑する直流コンデンサと、直流電源を交流電源に変換するインバータ回路とから構成される電力変換装置において、前記直流コンデンサの電圧を電圧指令値に一致させるように制御する制御器と、前記制御器の出力信号から前記整流回路の位相指令を生成する位相指令回路と、前記制御器のゲインに対して所定値以下のゲインに抑えている起動制御器とを有し、停止時からの起動時は前記起動制御器を選択し、電圧指令値と前記直流コンデンサの電圧の偏差が所定値以下になったとき、前記通常制御器に戻す切替装置を備えていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、瞬停及び制御切替による再起動直後又は起動直後は制限値を通常運転時の制限レベルの所定値以下に下げて前記制御器の出力を抑制し、その後、レートに従って制限レベルを通常運転時の制限レベルに戻すリミット回路を前記制御器の出力段に備えていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、フィルタ回路を前記制御器の出力段に備えていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１または請求項３に記載の電力変換装置において、再起動及び起動後に位相指令が増加した場合は前記制御器出力を抑え、前記位相指令が減少した場合は前記制御器出力を増加させる出力調整器を備えていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、再起動及び起動後に入力電流が増加した場合は制御器出力を抑え、前記入力電流が減少した場合は前記制御器出力を増加させる出力調整器を備えていることを特徴とする電力変換装置。