JP2005051907A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【目的】変圧器を介して電力系統に接続され、出力電流指令値に基づいて電流を出力する電力変換装置の制御方法において、負荷から突入電流が発生した時に電流調節器ＡＣＲの動きと偏磁抑制制御の動きを協調させ、相反してしまわないようにする。
【構成】電流調節器へのフィードバック信号を通常運転時は変圧器の系統側の電流とし、負荷突入電流発生時は変圧器の変換器側の電流とする。なお、ここでは、変圧器励磁電流に基づいて直流成分を抑制するために算出された偏磁抑制制御出力値が予め決められた所定のレベルを超えたときを前記負荷突入電流発生時とみなしてもよいし、負荷電流の値が予め決められた所定のレベルを超えたときを前記負荷突入電流発生時とみなしてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、変圧器を介して電力系統に接続され、出力電流指令値に基づいて電流を出力する電力変換装置、詳しくは負荷突入電流に対する耐性を向上する制御手段を備えた電力変換装置の制御方法に関するものである。

直列２多重変圧器が用いられる電力変換装置の例として、図３を示す。この図３においては、単相インバータ１ａと１ｂとで構成された電力変換装置１は、直列２多重変圧器２を介して電力系統１０に接続され、負荷４０へ交流電力を供給している。電流調節器ＡＣＲ２０は、出力電流を電流指令に追従するようにパルス指令を作成する。

ところで、多重インバータ電力変換装置においては、多重変圧器系統側（一次側）の電流は各単相インバータ１ａ、１ｂのそれぞれの出力電流から変圧器を介して生じた合成電流ということになるので、変圧器の系統側（一次側）の出力電流を検出し、電流調節器ＡＣＲ２０へフィードバックして制御を行うのが通常である。以下にその理由を詳述する。図６を用いて、多重変換器ではない電力変換装置を用いた場合で説明するが、ここで示すように、出力変圧器系統側（一次側）の実際の電流には、負荷に必要となる出力電流のほかに、変圧器の励磁電流も含まれる。例えば変圧器の変換器側（二次側）の電流を電流調節器へフィードバックすると、前述の励磁電流が考慮されないことや変圧器変流比の誤差などの影響により、変圧器系統側（一次側）に実際に流れる電流は電流指令と一致しなくなり、出力電流精度が劣化してしまう。そのため、変圧器を介して系統に接続された電力変換装置を制御するにあたっては、変圧器系統側の電流を電流調節器へフィードバックすることが通常である。

その電力変換装置の出力変圧器の偏磁を抑制するために、様々な手段を用いて変圧器の磁束密度の直流成分を算出し、その磁束密度の直流成分をゼロになるように、パルスまたは電圧指令を修正している。ここで、偏磁抑制制御による過電流を防止する従来技術として、図５を示す（特許文献１を参照）。この図５において、４はインバータ出力電流検出器、３２は電圧検出回路である。点線で囲んだ部分の２７は偏磁抑制制御手段である。変換装置交流出力電圧の直流成分の極性、変圧器二次電流微分値の極性から状態判断手段３４の出力に応じて、出力過電流が生じないように、変換装置交流出力電圧の直流成分の補正ゲインを可変とする。
特開平９−２９４３８０号公報

ところが、上記の従来技術では、電力変換装置に接続された負荷装置から突入電流が発生した時の偏磁抑制制御と電流調節器の協調性が考慮されていない。図４に示すような新幹線き電区分所（ＳＰ）においては、き電区分所末端の電圧や無効電力を補償するため、上記の電力変換装置、例えば、静止形無効電力補償装置（ＳＶＣ）や電力融通式変換装置（ＲＰＣ）などが設置される。ところで、負荷装置としての新幹線車両４１に搭載された変圧器４２には鉄心が存在するので、新幹線車両４１がき電区分所１１を通過する際に、新幹線車両の変圧器４２から大きな突入電流が発生する。この場合、その突入電流が系統電源１０、電力変換装置１の双方に流れる。系統電源１０に流れた突入電流分は系統電圧の歪みの原因となり、直列多重変圧器の系統側２ｂには直流電流が流れる。このとき、電流調節器ＡＣＲ２０は電力変換装置の出力電流を電流指令と一致するように動作するため、電力変換装置に突入電流が流れないような制御を行う。その結果、インバータ出力電流には直流成分が含まれる。すなわち、インバータは直流成分を増加させるように動作するのある。一方、偏磁抑制制御機能は、直列多重変圧器励磁電流の直流成分を検出して直流成分をゼロになるように制御するから、直流成分を増加させる制御と、減少させる制御が相反することになる。

このように、負荷から突入電流が発生した時には、電流調節器ＡＣＲの動きと偏磁抑制制御の動きが相反してしまうことになり、そのままこの制御を続けると、直列多重変圧器が偏磁してインバータの出力電流が急に増加し、過電流になって電力変換装置を運転停止せざるを得なくなる、という事態が生じる。このように、負荷から発生した突入電流により電力変換装置の安定性と運転連続性に悪影響を及ぼすことになっていた。

そこで本発明では、電力変換装置の突入電流に対する耐性を向上させ、大きな突入電流が発生した場合でも電力変換装置が安定的に連続運転できるよう電流調節と偏磁抑制制御を協調させるべく、突入電流の発生時に電流フィードバック値を変圧器の一次側、二次側で変更させる。

より具体的には、変圧器を介して電力系統に接続され、出力電流指令値に基づいて電流を出力する電力変換装置の制御方法において、電流調節器へのフィードバック信号を通常運転時は変圧器の系統側の電流とし、負荷突入電流発生時は変圧器の変換器側の電流とする。なお、ここでは、変圧器励磁電流に基づいて直流成分を抑制するために算出された偏磁抑制制御出力値が予め決められた所定のレベルを超えたときを前記負荷突入電流発生時とみなしてもよいし、負荷電流の値が予め決められた所定のレベルを超えたときを前記負荷突入電流発生時とみなしてもよい。

本発明によれば、電力変換装置の突入電流に対する耐性が向上し、かつ大きな突入電流が発生しても制御系が飽和することなく電力変換装置が連続運転できるようになり、安定した出力電流調節と偏磁抑制制御の協調を達成できる。

本発明では、変圧器を介して電力系統に接続され、出力電流指令値に基づいて電流を出力する電力変換装置電流調節器へのフィードバック信号を、通常運転時は変圧器の系統側の電流とし、負荷突入電流発生時は変圧器の変換器側の電流とした。

第一実施例について図１を用いて説明する。図１において、１は単相インバータ１ａと１ｂから構成され、直列２多重変圧器２を介して電力系統１０に接続された電力変換装置、３は電力変換器直列多重変圧器の系統側に出力され、電流を検出する計器用変流器、４ａ、４ｂは直列多重変圧器の変換器側の電流を検出する計器用変流器、２０は電流が指令に追従するように働く電流調節器ＡＣＲ、２１と２１’はＡＣＲの出力からパルスを作成する回路、２２はゲート駆動回路、２３、２４と２４’は電流検出器が検出した出力電流を同一の定格値で規格化する演算回路、２５と２５’は直列多重変圧器系統側電流とインバータ側電流から励磁電流を算出する減算器、２６と２６’は直流成分を検出する演算回路、２７と２７’は変圧器の偏磁を抑制するための偏磁抑制制御、２８と２８’は偏磁抑制制御の出力を制限するリミッタ、２９はＡＣＲへのフィードバック信号を選択するスイッチである。

次に動作を中心に説明する。図１においては、フィードバック信号選択スイッチを設け、通常運転状態では、偏磁抑制制御２７の出力が小さいのでフィードバック信号選択スイッチ２９をａ側に接続し、直列多重変圧器系統側の電流をフィードバックする。このときは電力変換装置の制御動作などは前述した従来技術と同じであり、電力変換装置の出力が電流指令に追従する。それに対して、突入電流が発生したときに偏磁抑制制御２７の出力が大きくなり、出力がリミッタにかかると、フィードバック信号選択スイッチ２９をｂ側に切り替えて、直列多重変圧器の変換器側の電流を電流調節器ＡＣＲ２０へフィードバックする。このとき前述したように、電流フィードバック値を変換器側にした場合には、電流調節器の電流精度に若干の誤差のため通常時に比べて精度が落ちる。しかし、この変換器側電流には負荷突入電流に応じて生じる直流成分が検出されないので、この変換器側電流値をフィードバックしても電流調節器の入力に直流成分が影響されずにすみ、結果直流成分が原因となる直流成分を含んだ出力指令が電流調節器から発生することはない。このため、突入電流による直流成分が原因となる電流制御系の異常が回避できる。

第二実施例について図２を用いて説明する。図２において、図１に示した第一実施例と同一の機能を持つ要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。電力系統に電流検出器３０を設け、レベル判断３１を用いて検出した系統電流信号から突入電流の大きさを判別する。ここで判別される系統電流信号の大きさとしては、電流の実効値でもよいし、振幅値でもよいが、突入電流検知の応答性を高めるには、電流瞬時値の大きさを用いた方がより好ましい。突入電流のない通常状態、すなわち系統電流の大きさがある所定のレベルを超えない場合では、フィードバック信号選択スイッチ２９をａ側に接続して出力電流を制御する。一方系統電流の大きさがある所定のレベルを超えたとレベル判断３１が判断した場合は、突入電流がある一定レベル以上と判断され、フィードバック信号選択スイッチ２９をｂ側に切り替え、直列多重変圧器の変換器側の電流を電流調節器ＡＣＲ２０へフィードバックする。

本発明の第１の実施形態を示した図である。 本発明の第１の実施形態を示した図である。 従来の直列多重変換装置の構成例を示した図である。 従来の直列多重変換装置の構成例を示した図である。 従来の直列多重変換装置の偏磁抑制制御を行う構成例を示した図である。 変圧器の１次側で検出する電流と出力電流指令により電力変換装置を行う例を示した図である。

符号の説明

１ 電力変換装置
２ 出力変圧器
３ 出力電流検出器
４ 電力変換装置出力電流検出器
１０ 交流電力系統
２０ 電流調節器（ＡＣＲ）
２１ パルス生成回路
２２ ゲート駆動回路
２３ 出力電流規格化回路
２４ 電力変換装置出力電流規格化回路
２５ 減算器
２６ 直流成分検出回路
２７ 偏磁抑制制御回路
２８ 偏磁抑制出力リミッタ
２９ フィードバック信号選択スイッチ
３０ 系統電流検出器
３１ 系統電流レベル判断器
３２ 電圧検出器
３３ 乗算器
３４ 状態判断手段
４０ 負荷装置
４１ 新幹線車両
４２ 新幹線車両に含んだ変圧器

Claims (3)

1. 変圧器を介して電力系統に接続され、出力電流指令値に基づいて電流を出力する電力変換装置の制御方法において、電流調節器へのフィードバック信号を通常運転時は変圧器の系統側の電流とし、負荷突入電流発生時は変圧器の変換器側の電流とすることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
2. 変圧器励磁電流に基づいて直流成分を抑制するために算出された偏磁抑制制御出力値が予め決められた所定のレベルを超えたときを前記負荷突入電流発生時とみなして、電流調節器へのフィードバック信号を変圧器の変換器側の電流に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御方法。
3. 負荷電流の値が予め決められた所定のレベルを超えたときを前記負荷突入電流発生時とみなして、電流調節器へのフィードバック信号を変圧器の変換器側の電流に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御方法。
   

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