JP2007219924A - 電力変換装置の制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷電流を計測することなく、電源例えば電力系統網と電力変換装置との横流を抑制できる電力変換装置の制御装置及びその制御方法を提供すること。
【解決手段】電力系統４からの電力を連系用変圧器５を介して負荷６に供給し、４と連系して電圧形自励式電力変換器１を運転し、１で得られる電力を変換器用変圧器２を含む回路を介して６に供給する電力変換装置において、前記電力変換装置の規格化された出力電圧を検出する計器用変成器３Ａと、前記変圧器５の電源側の規格化された電圧を検出する計器用変成器５Ａと、３Ａで検出された出力電圧が、５Ａで検出された電源側電圧と等しくなるように、１の出力電圧を制御する制御回路８とを備えたもの。
【選択図】 図６

Description

本発明は、電源例えば電力系統に連系して運転され、負荷に電力を供給する電力変換装置において、その出力電圧または出力電流を制御する電力変換装置の制御装置及びその制御方法に関する。

電力変換装置を電力系統に連系し、負荷に電力を供給する場合の一般的な系統構成を図６（特許文献１参照）に示す。図６において、電力変換装置は電圧形自励式変換器１（以下、変換器１と称す）とインダクタンス要素例えば変換器用変圧器２からなり、母線３に接続される。母線３には電力系統網４と連系するための連系用変圧器５が設置され、更に母線３に負荷６が接続されることで、電力変換装置は電力系統網４に連系され、負荷６に電力を供給する。

ここで、電力系統網４とは、単一の電源に限定されるものではなく、複数の電源及び送変電設備、配電設備等を包含するものであり、連系用変圧器５とは異なる別の送電経路７を経由して負荷６に電力を供給している。

ここでは、説明を簡単にするため、電力系統網４を等価回路で表現し、短絡容量無限大の電源４１と、等価的な電源インピーダンス４２、連系用変圧器５の経路と送電経路７との共通電位部４３及び各経路のインピーダンス４４、４５から成るものとする。

なお、送電経路７は必ずしも必要ではなく、連系用変圧器５を経由して電力系統網４及び電力変換装置から負荷６に電力を供給する構成であっても構わない。

また、負荷６は便宜的にひとつで表現しているが、複数となる場合もある。

変換器１の構成例として、非特許文献１に記載の変換器がある。図７に単相ブリッジ電圧形自励式変換器の構成図を示す。図７において、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは自己消弧形デバイス、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは環流ダイオード、１３は直流電圧源、１４は出力端子であり、図６の変換器用変圧器２に接続される。尚、図７では自己消弧形デバイスのシンボルをＩＧＢＴとしているが、これはＩＧＢＴに限定するものではなく、ＧＴＯ、バイポーラトランジスタおよびＭＯＳＦＥＴなど自己消弧能力を持つデバイスであれば何でも構わない。

単相ブリッジ電圧形自励式変換器を３台用いることにより三相変換器を構成することが可能である。また、それらを多重化することにより、高調波を低減することが可能である。

このように、単相ブリッジ電圧形自励式変換器の適用範囲は広く、直流送電、無効電力補償装置および周波数変換装置等の電力変換装置に適用されている。

尚、図７では単相ブリッジの例を用いて説明したが、三相ブリッジ電圧形自励式変換器等の他の構成であっても差し支えない。また、直流電圧源１３は、交流電源から直流電力を得る順変換器とコンデンサ等のエネルギー蓄積要素であっても差し支えない。

図６において、８は変換器１の制御回路である。電力変換装置の制御方法として、大別して電圧制御方式と電流制御方式がある。

図８に示す電圧制御方式では、計器用変成器（本発明の出力電圧検出器に対応する）３Ａで検出される母線３の電圧ｖ_Ｂの振幅が一定値となるように変換器１の出力電圧ｖ_Ｃが制御される。このために、母線電圧ｖ_Ｂの規格化実効値Ｖ_Ｂ（ｐｕ値）を実効値検出回路８１で検出し、電圧基準Ｖｒｅｆに追従するよう電圧制御（ＡＶＲ）回路８２を設け、変換器１の電圧振幅指令値Ｖ_Ｃ ^＊を演算する。

これに母線電圧ｖ_Ｂ（瞬時値）を乗算器８３で乗じて電圧指令ｖ_Ｃ ^＊（瞬時値）を演算する。このようにして得られる電圧指令ｖ_Ｃ ^＊をゲート制御回路８４に入力し、自己消弧形デバイス１１Ａ〜Ｄのゲートパターンを決定して変換器１の出力電圧ｖ_Ｃを制御する。

この結果として、母線電圧ｖ_Ｂの振幅が一定値となり、負荷６にはそのインピーダンスで決まる電流ｉ_Ｌが流れ、電力系統網４と電力変換装置が分担して、負荷６に電力を供給する。

負荷６の電流ｉ_Ｌを電流検出器６Ａにより計測可能な場合には、図９に示す電流制御方式を採用できる。電流検出器６Ａで検出される負荷電流ｉ_Ｌから電力変換装置が負担すべき電流指令ｉ_Ｃ ^＊を電流指令演算回路８５で演算し、電流検出器（本発明の出力電流検出器に対応する）２Ａで検出される電力変換装置の出力電流ｉ_Ｃが、電流指令ｉ_Ｃ ^＊に追従するよう電流制御（ＡＣＲ）回路８６を設け、その出力を加算回路８７によって母線電圧ｖＢに加算して変換器１の電圧指令ｖ_Ｃ ^＊を演算する。その電圧指令ｖ_Ｃ ^＊に基づいて、ゲート制御回路８４によって変換器１の出力電圧ｖ_Ｃを制御することで、結果的に電力変換装置の出力電流ｉ_Ｃは負荷電流ｉ_Ｌに見合ったものとなる。

負荷６が制御回路８から距離的に離れている、または負荷６が不特定である等の理由によって、負荷電流ｉ_Ｌを計測できない場合には、図１０に示す潮流制御方式が採用される。これは電流制御方式の一手法であり、母線電圧ｖ_Ｂと電力変換装置の出力電流ｉ_Ｃを電力検出回路８８に入力して検出される出力有効電力Ｐ_Ｃ及び出力無効電力Ｑ_Ｃが、有効電力基準Ｐｒｅｆ、無効電力基準Ｑｒｅｆに追従するようＰＱ制御（ＡＰＲ）回路８９を設け、その出力を加算回路８７によって母線電圧ｖ_Ｂに加算して変換器１の電圧指令ｖ_Ｃ ^＊を演算する。その電圧指令ｖ_Ｃ ^＊に基づいて、ゲート制御回路８４によって変換器１の出力電圧ｖ_Ｃを制御することで、電力変換装置は一定の有効電力及び無効電力を出力し、負荷６に電力を供給する。
特開平０２−１５５４３６号公報 「半導体電力変換回路」電気学会半導体電力変換方式調査専門委員会編（オーム社）

図８に示す従来の電力変換装置の制御回路８では、母線電圧ｖ_Ｂを一定値に維持するべく作用するため、電力変換装置の出力電流ｉ_Ｃは、負荷電流ｉ_Ｌとは直接的には無関係であり、電力系統網４との負荷分担の観点からは最適な出力電流にならないという問題点が生じる。

すなわち、図６に示す電力系統においては、以下の関係式が成り立ち、その解として各部の電圧、電流が決定され、必ずしも電力変換装置の出力電流ｉ_Ｃは負荷電流ｉ_Ｌとは一致しない。

ｉ_Ｌ＝ｖ_Ｂ／Ｚ_Ｌ
ｉ_Ｓ＝（ｖ_Ｓ−ｖ_Ｂ）／Ｚ_Ｔ
ｉ_Ｃ＝（ｖ_Ｃ−ｖ_Ｂ）／Ｚ_Ｃ ・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、ｖ_Ｓ：連系用変圧器５の一次（電源側）電圧
ｖ_Ｂ：母線３の電圧
ｖ_Ｃ：変換器１の出力電圧
ｉ_Ｓ：連系用変圧器５の電流
ｉ_Ｃ：電力変換装置の出力電流
ｉ_Ｌ：負荷６の電流
Ｚ_Ｔ：連系用変圧器５の漏れインピーダンス
Ｚ_Ｃ：変換器用変圧器２の漏れインピーダンス
Ｚ_Ｌ：負荷６のインピーダンス
（１）式において、ｖ_Ｓとｖ_Ｃが異なれば、負荷６とは無関係に、電力変換装置には次式の電流が流れる。これは、電力系統網４と電力変換装置間の横流であり、負荷６への電力供給とはならず、無駄な電流である。

ｉ_Ｃ＝（ｖ_Ｃ−ｖ_Ｓ）／（Ｚ_Ｔ＋Ｚ_Ｃ） ・・・・・・・・・・・・（２）
また、負荷インピーダンスＺ_Ｌが小さくなると、負荷電流ｉ_Ｌが増加するが、（１）式に示すように、出力電流ｉ_Ｃは、母線電圧ｖ_Ｂと変換器出力電圧ｖ_Ｃの差で一義的に決まるので、出力電流ｉ_Ｃを制限することはできず、電力変換装置の定格電流を超過して過負荷となる問題点がある。

図９に示す従来の制御回路８では、負荷電流ｉ_Ｌに見合った変換器１の出力電流ｉ_Ｃとすることが可能であるため、前述の横流が生じることはないが、制御の前提として、負荷電流ｉ_Ｌを計測する必要があり、制御回路８と負荷電流の検出点が距離的に遠い場合、または負荷を特定できない場合には、実現できないという問題点がある。

図１０に示す従来の制御回路８では、電力変換装置が一定の有効電力Ｐ_Ｃ及び無効電力Ｑ_Ｃを出力するように作用するため、負荷６が消費しない部分は電力系統網４との横流となる問題点がある。

本発明は、上記問題点を解決し、負荷電流を計測することなく、電源例えば電力系統網と電力変換装置との横流を抑制できる電力変換装置の制御装置及びその制御方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に対応する発明は、電源からの電力を変圧器を介して負荷に供給し、前記電源と連系して電圧形自励式電力変換器を運転し、前記電力変換器で得られる電力をインダクタンス要素を含む回路を介して前記負荷に供給する電力変換装置において、前記変圧器の電源側の規格化された電圧値を目標値とし、前記電力変換装置の規格化された出力電圧値をフィードバック値とし、このフィードバック値が前記目標値と等しくなるように、前記電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法である。

上記目的を達成するために、請求項５に対応する発明は、電源からの電力を変圧器を介して負荷に供給し、前記電源と連系して電圧形自励式電力変換器を運転し、前記電力変換器で得られる電力をインダクタンス要素を含む回路を介して前記負荷に供給する電力変換装置において、前記変圧器に流れる電流の目標値を零として、前記変圧器の電流が目標値に追従するように、前記電力変換装置の出力電流を制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法である。

上記目的を達成するために、請求項６に対応する発明は、電源からの電力を変圧器を介して負荷に供給し、前記電源と連系して電圧形自励式電力変換器を運転し、前記電力変換器で得られる電力をインダクタンス要素を含む回路を介して前記負荷に供給する電力変換装置において、前記電力変換装置の規格化された出力電圧を検出する出力電圧検出器と、前記変圧器の電源側の規格化された電圧を検出する電源側電圧検出器と、前記出力電圧検出器で検出された出力電圧が、前記電源側電圧検出器で検出された電源側電圧と等しくなるように、前記電力変換器の出力電圧を制御する制御回路と、を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置である。

本発明によれば、電源からの電力を変圧器を介して負荷に供給し、前記電源と連系して電圧形自励式電力変換器を運転し、前記電力変換器で得られる電力をインダクタンス要素を含む回路を介して前記負荷に供給する電力変換装置において、前記変圧器の電源側の規格化された電圧値を目標値とし、前記電力変換装置の規格化された出力電圧値をフィードバック値とし、このフィードバック値が前記目標値と等しくなるように、前記電力変換器の出力電圧を制御するようにしたので、負荷電流を計測することなく、電源と電力変換装置の横流を抑制することが可能となる電力変換装置の制御装置及びその制御方法を提供できる。

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。

尚、電力変換装置を電力系統に連系し、負荷に電力供給する場合の系統構成を表わす図６、変換器１の構成を示す図７は本発明においても同様であるので説明を省略する。また、従来の制御回路を表わす図８から図１０と同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

また、以降の説明において、各部の電圧、電流は規格化された値（ｐｕ値）として扱うものとし、その説明を省略する。

始めに、本発明の概略構成について、図６を参照して説明する。すなわち、電源例えば電力系統からの電力を変圧器例えば連系用変圧器５を介して負荷６に供給し、前記電源と連系して電圧形自励式電力変換器１を運転し、前記電力変換器１で得られる電力をインダクタンス要素例えば変換器用変圧器２を含む回路を介して前記負荷６に供給する電力変換装置において、前記電力変換装置の規格化された出力電圧を検出する出力電圧検出器例えば計器用変成器３Ａと、前記変圧器５の電源側の規格化された電圧を検出する電源側電圧検出器例えば計器用変成器５Ａと、前記計器用変成器３Ａで検出された出力電圧が、前記計器用変成器５Ａで検出された電源側電圧と等しくなるように、前記電力変換器１の出力電圧を制御する制御回路８とを備えたものである。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態を表わす制御回路（図６の８に対応する）の構成図である。 図１においては、計器用変成器（本発明の電源側電圧検出器に対応する）５Ａで検出される電源側の規格化された電圧値例えば連系用変圧器５の一次電圧（瞬時値）ｖ_Ｓを目標量、電力変換装置の規格化された電圧値例えば計器用変成器３Ａにより検出される母線３の電圧（瞬時値）ｖ_Ｂをフィードバック量として変換器１の出力電圧（瞬時値）ｖ_Ｃを制御する。すなわち、減算回路８１０にてｖ_Ｓとｖ_Ｂの偏差を演算し、電圧制御（ＡＶＲ）回路８１１によって前記偏差が零となるよう電圧指令ｖ_Ｃ ^＊を演算する。ゲート制御回路８４は、ｖ_Ｃ ^＊に応じてゲートパターンを決定することでｖ_Ｃを制御する。

以上の結果として、本発明の第１の実施形態では、ｖ_Ｂがｖ_Ｓに等しくなるよう作用する。従って、（１）式において、電流検出器５Ｂにより検出される連系変圧器５の電流ｉ_Ｓは零となり、電力系統網４と電力変換装置間の横流が抑制される。

尚、図６において、ｉ_Ｓ＝０とは、連系変圧器５の経路に電流が流れない状態であることから、ｖ_Ｂは電力系統網４内の共通電位部４３と同電位である。従って、別の送電経路７にも電流が流れず、負荷電流ｉ_Ｌの全てを電力変換装置が供給するという特徴がある。これは、別の送電経路７のインピーダンス、電力系統網４内の経路インピーダンス４４、４５の大きさに関係しない。なお、図６の計器用変成器５Ａは、一般的には変電所内における連系用変圧器５の保護のために用いられることは、周知の事実である。

このように制御回路を構成すれば、連系用変圧器５の電流、更には別の送電経路７の電流を零とすることができるので、負荷電流を計測することなく、電力系統網４と電力変換装置の横流を抑制することが可能となり、更に負荷電流の全てを電力変換装置で供給することが可能である。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態を表わす制御回路の構成図である。

図２においては、計器用変成器５Ａによって検出される連系用変圧器５の一次電圧ｖ_Ｓを直交座標変換して得られる値を目標量、母線３の電圧ｖ_Ｂを直交座標変換して得られる値をフィードバック量として変換器１の出力電圧ｖ_Ｃを制御する。実施の形態としては、直交座標変換の方法に関連して種々考案されるが、ここでは、三相電圧である場合の一例を以下に示す。

直交座標変換回路８１２ａ，８１２ｂでは、ｖ_ＢのＲ相電圧位相θを基準として、ｖ_Ｓの直交座標成分Ｖ_Ｓｄ、Ｖ_Ｓｑ及びｖ_Ｂの直交座標成分Ｖ_Ｂｄ、Ｖ_Ｂｑを次式により演算する。尚、ここで符号Ｒ，Ｓ，Ｔは各三相電圧の相を、ａ，ｂは直交する交流電圧（瞬時値）の軸を意味している。

減算回路８１０ａ、８１０ｂにより、Ｖ_ＳｄとＶ_Ｂｄの偏差及びＶ_ＳｑとＶ_Ｂｑの偏差を各々演算し、電圧制御回路８１３ａ、８１３ｂによって前記偏差が零となるよう軸毎の電圧指令値Ｖ_Ｃｄ ^＊、Ｖ_Ｃｑ ^＊を演算する。出力電圧演算回路８１４は、前記軸毎の電圧指令値を三相交流（瞬時値）の電圧指令ｖ_Ｃ ^＊に変換するものであり、次式の演算を行う。ゲート制御回路８４は、電圧指令ｖ_Ｃ ^＊に応じてゲートパルスパターンを決定することでｖ_Ｃを制御する。

以上の結果として、本発明の第２の実施形態では、第１の実施の形態と同様に、母線電圧ｖ_Ｂが一次電圧ｖ_Ｓに等しくなるよう作用する。従って、連系変圧器５の電流ｉ_Ｓは零となり、電力系統網４と電力変換装置間の横流が抑制され、負荷電流ｉ_Ｌの全てを電力変換装置が供給する。

このように制御回路を構成すれば、連系用変圧器５の電流、更には別の送電経路７の電流を零とすることができるので、負荷電流を計測することなく、電力系統網４と電力変換装置の横流を抑制することが可能となり、更に電流検出器６Ａの負荷電流ｉ_Ｌの全てを電力変換装置で供給することが可能である。

尚、以上は、三相電圧の場合を例とした場合であるが、単相電圧であっても同様に構成することが可能である。すなわち、（３）式において、ｖ_Ｓａはｖ_ＳＲと同相成分、ｖ_Ｓｂはｖ_ＳＲに対して電気角で９０度遅れの成分と定義しているので、単相電圧をｖ_Ｓａとし、その９０度遅れの交流を生成しｖ_Ｓｂとする。単相電圧を９０度遅らせる手法としては、その電圧を積分する等が考えられる。（４）式のｖ_Ｂについても同様に処理すれば、（５）式以降は同様の手順となり、三相電圧の場合と同様に作用し、同じ効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態を表わす制御回路の構成図である。

図３では、本発明の第２の実施の形態を表す制御回路の構成図である図２において、電圧制御回路８１３ａ、８１３ｂの出力にリミッタ回路８１５ａ、８１５ｂを設け、その出力Ｖ_Ｌｄ、Ｖ_Ｌｑを加算回路８７ａ、８７ｂによって母線電圧ｖ_Ｂの直交座標成分Ｖ_Ｂｄ、Ｖ_Ｂｑに加算して、電圧指令値Ｖ_Ｃｄ ^＊、Ｖ_Ｃｑ ^＊を演算する構成としている。

変換器用変圧器２の漏れリアクタンスをＸ_Ｃ（電力変換装置の定格容量ベースｐｕ値）とし、抵抗分を無視すると、変換器１の出力電圧ｖ_Ｃと電力変換装置の出力電流ｉ_Ｃには以下の関係式が成り立つ。

ｖ_Ｃ＝ｖ_Ｂ＋ｊＸ_Ｃ・ｉ_Ｃ
ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｃｄ−ｊＩ_Ｃｑ
∴ｖ_Ｃ＝ｖ_Ｂ＋Ｘ_Ｃ・Ｉ_Ｃｑ＋ｊＸ_Ｃ・Ｉ_Ｃｄ ・・・・・・・・・・（９）
ここで、Ｉ_Ｃｄ：ｉ_Ｃの有効電流であり、ｖ_Ｂと同相成分
Ｉ_Ｃｑ：ｉ_Ｃの無効電流であり、ｖ_Ｂに対して９０度遅れ成分
一方、（４）式と（６）式より、母線電圧ｖ_Ｂのｄ軸成分Ｖ_Ｂｄはｖ_Ｂの同相成分、ｑ軸成分Ｖ_Ｂｑはｖ_Ｂの９０度遅れ成分と定義しているので、次式で表すことができる。

ｖ_Ｂ＝Ｖ_Ｂｄ−ｊＶ_Ｂｑ ・・・・・・・・・・・（１０）
変換器１の出力電圧ｖ_Ｃのｄ軸成分Ｖ_Ｃｄ、ｑ軸成分Ｖ_Ｃｑについても同様に定義し、次式で表す。

ｖ_Ｃ＝Ｖ_Ｃｄ−ｊＶ_Ｃｑ ・・・・・・・・・・・（１１）
従って、（９）式に（１０）式、（１１）式を代入して変形すると、次式を得る。

Ｖ_Ｃｄ−ｊＶ_Ｃｑ＝Ｖ_Ｂｄ−ｊＶ_Ｂｑ＋Ｘ_Ｃ・Ｉ_Ｃｑ＋ｊＸ_Ｃ・Ｉ_Ｃｄ
Ｖ_Ｃｄ−ｊＶ_Ｃｑ＝（Ｖ_Ｂｄ＋Ｘ_Ｃ・Ｉ_Ｃｑ）−ｊ（Ｖ_Ｂｑ −Ｘ_Ｃ・Ｉ_Ｃｄ）
∴Ｖ_Ｃｄ＝Ｖ_Ｂｄ＋Ｘ_Ｃ・Ｉ_Ｃｑ
Ｖ_Ｃｑ＝Ｖ_Ｂｑ−Ｘ_Ｃ・Ｉ_Ｃｄ ・・・・・・（１２）
（１２）式は、図３における加算回路８７ａ、８７ｂの出力Ｖ_Ｃｄ ^＊、Ｖ_Ｃｑ ^＊と等価であることから、Ｘ_Ｃ・Ｉ_Ｃｑはリミッタ回路８１５ａの出力Ｖ_Ｌｄに対応して無効電流による変換器用変圧器２のリアクタンス降下を意味し、−Ｘ_Ｃ・Ｉ_Ｃｄはリミッタ回路８１５ｂの出力Ｖ_Ｌｑに対応して有効電流によるリアクタンス降下を意味する。電力変換装置の出力電流は、リアクタンス降下で決定されるので、ｄ軸、ｑ軸毎にリアクタンス降下すなわちＶ_Ｌｄ、Ｖ_Ｌｑを制限すれば、無効電流及び有効電力を独立して制限可能であることを（１２）式は意味している。

図３はこれを具現するものであり、リミッタ回路８１５ａ、８１５ｂは、電圧制御回路８１３ａ、８１３ｂの出力をある値に制限するように作用し、軸毎のリミッタ値Ｖ_Ｌｄ、Ｖ_Ｌｑに対し、出力電流の各軸成分Ｉ_Ｃｑ、Ｉ_Ｃｄは次式に制限される。

Ｉ_Ｃｑ＝Ｖ_Ｌｄ／Ｘ_Ｃ
Ｃｄ＝−Ｖ_Ｌｑ／Ｘ_Ｃ ・・・・・・・・（１３）
このように制御回路を構成すれば、ｄ軸、ｑ軸毎に変換器用変圧器２のリアクタンス降下を制限できるので、無効電流、有効電流を独立して制限することが可能となり、過負荷を防止できる。

尚、リミッタ回路８１５ａ、８１５ｂのリミッタ値は用途に応じて選択することが可能である。また、リミッタ値は固定である必要はなく、可変値としても構わない。リミッタ値の例と、その場合の動作を以下に示す。

（ａ）Ｖ_Ｌｄ＝±１ｐｕ、Ｖ_Ｌｑ＝±１ｐｕ
無効電流出力、有効電流出力とも定格値まで出力する。従って、負荷力率と同じ力率で電力変換装置が運転される。

（ｂ）Ｖ_Ｌｄ＝０ｐｕ、Ｖ_Ｌｑ＝±１ｐｕ
無効電流出力は零となり、有効電流出力を定格値まで出力する。従って、負荷力率に関わらず、電力変換装置は力率１で運転される。

（ｃ）Ｖ_Ｌｄ＝Ｖ_Ｌｑ＝±２ｐｕとし、電圧制御回路８１３ａ、８１３ｂの出力が所定時間１ｐｕを超過した場合Ｖ_Ｌｄ＝Ｖ_Ｌｑ＝±１ｐｕ
電力変換装置が短時間過負荷耐量を有する場合に採用できる。過負荷耐量時間の範囲内では、リミッタを大きく設定し、所定の時間を超過した場合には定格出力に制限する。

リミッタ値に反限時特性を持たせ、電力変換装置の過負荷耐量カーブと協調した時間関数としても良い。

また、本発明の第２の実施の形態と基本機能は同一であるため、負荷電流を計測することなく、電力系統網４と電力変換装置の横流を抑制することが可能である。尚、負荷電流が出力電流の制限値を超過した場合には、電力系統網４から負荷６に不足分の電力を供給することになる。

（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４の実施の形態を表わす制御回路の構成図である。

図４では、本発明の第３の実施の形態を表す制御回路の構成図である図３において、電圧制御回路８１３ａ、８１３ｂの出力を、係数回路８１６ａ、８１６ｂによって、変換器用変圧器２の漏れリアクタンスＸ_Ｃ（電力変換装置の定格容量ベースｐｕ値）で除し、更にリミッタ回路８１５ａ、８１５ｂで制限して出力電流指令ｉ_Ｃｄ ^＊、ｉ_Ｃｑ ^＊を演算する。一方、直交座標変換回路８１２ｃにて電力変換装置の出力電流ｉ_Ｃを直交座標変換し、その出力であるＩ_Ｃｄ、Ｉ_Ｃｑをフィードバック量として、出力電流指令ｉ_Ｃｄ ^＊、ｉ_Ｃｑ ^＊との偏差を減算回路８１０ｃ、８１０ｄで演算し、その偏差が零となるよう電流制御回路８１７ａ、８１７ｂにて制御する構成としている。以下に、その作用を説明する。

電圧制御回路８１３ａ、８１３ｂの出力は、前述の様に変換器用変圧器２のｄ軸及びｑ軸のリアクタンス降下を意味するので、係数回路８１６ａ、８１６ｂにてＸ_Ｃで除することで、電力変換装置のｑ軸電流、ｄ軸電流とみなすことができ、リミッタ回路８１５ａ、８１５ｂでその出力をある値に制限することで、（１３）式に示す各軸電流相当の指令Ｉ_Ｃｑ ^＊、Ｉ_Ｃｄ ^＊を得る。

直交座標変換回路８１２ｃでは、ｖ_ＢのＲ相電圧位相θを基準として、ｉ_Ｃの直交座標成分Ｉ_Ｃｄ、Ｉ_Ｃｑを、（３）式、（５）式と同様に演算する。

上記ｑ軸電流指令Ｉ_Ｃｑ ^＊とｑ軸フィードバック量Ｉ_Ｃｑの偏差、ｄ軸電流指令Ｉ_Ｃｄ ^＊とｄ軸フィードバック量Ｉ_Ｃｄの偏差を減算回路８１０ｃ、８１０ｄで各々演算し、電流制御回路８１７ａ、８１７ｂにより、それらの偏差が零になるよう制御する。その出力を加算回路８７ａ、８７ｂでｖ_Ｂのｄ軸成分Ｖ_Ｂｄ、ｑ軸成分Ｖ_Ｂｑに加算して、電圧指令値Ｖ_Ｃｄ ^＊、Ｖ_Ｃｑ ^＊を演算し、出力電圧ｖ_Ｃを制御することで、出力電流ｉ_Ｃが電流指令に追従するよう作用する。

このように制御回路を構成すれば、本発明の第３の実施の形態と同一の出力電流が得られるので、同一の効果が得られる。すなわち、電流検出器６Ａにより負荷電流ｉ_Ｌを計測することなく、電力系統網４と電力変換装置の横流を抑制することが可能であり、かつ無効電流、有効電流を独立して制限することが可能となり、過負荷を防止できる。

尚、リミッタ回路８１５ａ、８１５ｂによる電流指令制限の考え方は、本発明の第３の実施の形態と同様である。

（第５の実施の形態）
図５は、本発明の第５の実施の形態を表わす制御回路の構成図である。

図５では、従来の制御回路の構成を表す図９において、電流指令ｉ_Ｃ ^＊の演算を電流検出器５Ｂで検出される連系用変圧器５の電流ｉ_Ｓを用い、ｉ_Ｓが０アンペアとなるように構成するものである。

電流制御（ＡＣＲ）回路８６ａは、目標値を０アンペアとし、フィードバック量ｉ_Ｓが目標値に追従するように制御される。そのためには、電力変換装置の出力電流ｉ_Ｃが負荷電流ｉ_Ｌと釣り合う必要があるので、電流制御（ＡＣＲ）回路８６ａの出力は自動的にｉ_Ｌと見合った値に制御され、これが電力変換装置の電流指令ｉ_Ｃ ^＊となる。電流制御（ＡＣＲ）回路８６以降は、従来の制御回路と同一に作用し、出力電流ｉ_Ｃが電流指令ｉ_Ｃ ^＊と一致するよう制御される。

このように制御回路を構成すれば、連系用変圧器５には電流が流れないので、電流検出器６Ａにより負荷電流を計測することなく、電力系統網４と電力変換装置の横流を抑制することが可能である。

本発明の第１の実施の形態を表す制御回路の構成図。 本発明の第２の実施の形態を表す制御回路の構成図。 本発明の第３の実施の形態を表す制御回路の構成図。 本発明の第４の実施の形態を表す制御回路の構成図。 本発明の第５の実施の形態を表す制御回路の構成図。 電力変換装置を電力系統に連系し、負荷に電力を供給する場合の一般的な系統構成図。 図６における単相ブリッジ電圧形自励式変換器の構成図。 従来の電圧制御方式による制御回路の構成図。 従来の電流制御方式による制御回路の構成図。 従来の潮流制御方式による制御回路の構成図。

符号の説明

１…電圧形自励式変換器、２…変換器用変圧器、２Ａ、５Ｂ、６Ａ…電流検出器、３…母線、３Ａ、５Ａ…計器用変成器、４…電力系統網、４１…短絡容量無限大の電源、４２…等価的な電源インピーダンス、４３…共通電位部、４４、４５…インピーダンス、５…連系用変圧器、６…負荷、７…送電経路、８…制御回路、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ…自己消弧形デバイス、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ…還流ダイオード、１３…直流電圧源、１４…出力端子、８１…実効値検出回路、８２…電圧制御（ＡＶＲ）回路、８３…乗算器、８４…ゲート制御回路、８５…電流指令演算回路、８６、８６ａ…電流制御（ＡＣＲ）回路、８７、８７ａ、８７ｂ…加算回路、８８…電力検出回路、８９…ＰＱ制御（ＡＰＲ）回路、８１０、８１０ａ、８１０ｂ…減算回路、８１１…電圧制御（ＡＶＲ）回路、８１２ａ、８１２ｂ、８１２ｃ…直交座標変換回路、８１３ａ、８１３ｂ…電圧制御回路、８１４…出力電圧演算回路、８１５ａ、８１５ｂ…リミッタ回路、８１６ａ、８１６ｂ…係数回路、８１７ａ、８１７ｂ…電流制御回路。

Claims (11)

1. 電源からの電力を変圧器を介して負荷に供給し、前記電源と連系して電圧形自励式電力変換器を運転し、前記電力変換器で得られる電力をインダクタンス要素を含む回路を介して前記負荷に供給する電力変換装置において、
   前記変圧器の電源側の規格化された電圧値を目標値とし、前記電力変換装置の規格化された出力電圧値をフィードバック値とし、このフィードバック値が前記目標値と等しくなるように、前記電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
2. 請求項１に記載の電力変換装置の制御方法において、前記目標値は前記変圧器の電源側規格化電圧を直交座標変換して得られる値とし、前記フィードバック値は前記電力変換装置の規格化された出力電圧値を直交座標変換して得られる値とすることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
3. 請求項２に記載の電力変換装置の制御方法において、前記目標値と前記フィードバック値の差分が、ある値以下となるようにすることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
4. 請求項３に示す電力変換装置の制御方法において、前記目標値と前記フィードバック値の差分を前記電力変換装置の規格化出力のインピーダンスで除算して得られる電流基準に基づき、前記電力変換装置の出力電流を制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
5. 電源からの電力を変圧器を介して負荷に供給し、前記電源と連系して電圧形自励式電力変換器を運転し、前記電力変換器で得られる電力をインダクタンス要素を含む回路を介して前記負荷に供給する電力変換装置において、
   前記変圧器に流れる電流の目標値を零として、前記変圧器の電流が目標値に追従するように、前記電力変換装置の出力電流を制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
6. 電源からの電力を変圧器を介して負荷に供給し、前記電源と連系して電圧形自励式電力変換器を運転し、前記電力変換器で得られる電力をインダクタンス要素を含む回路を介して前記負荷に供給する電力変換装置において、
   前記電力変換装置の規格化された出力電圧を検出する出力電圧検出器と、
   前記変圧器の電源側の規格化された電圧を検出する電源側電圧検出器と、
   前記出力電圧検出器で検出された出力電圧が、前記電源側電圧検出器で検出された電源側電圧と等しくなるように、前記電力変換器の出力電圧を制御する制御回路と、
   を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
7. 前記制御回路は、
   前記電源側電圧検出器で検出された電源側電圧値を目標値とし、前記出力電圧検出器で検出された出力電圧値をフィードバック値とし、前記フィードバック値と前記目標値との偏差を求める減算回路と、
   前記減算回路からの偏差が零となる電圧指令を求める電圧制御回路と、
   前記電圧制御回路からの電圧指令に基づき前記電力変換器のゲートパターンを決定するゲート制御回路とで構成したことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置の制御装置。
8. 前記制御回路は、
   前記電源側電圧検出器で検出された電源側電圧値をｄ軸及びｑ軸の直交座標に変換する第１の直交座標変換回路と、
   前記出力電圧検出器で検出された出力電圧値をｄ軸及びｑ軸の直交座標に変換する第２の直交座標変換回路と、
   前記第１及び第２の直交座標変換回路からのｄ軸の電圧値の偏差を求める第１の減算回路と、
   前記第１及び第２の直交座標変換回路からのｑ軸の電圧値の偏差を求める第２の減算回路と、
   前記第１及び第の減算回路の偏差がそれぞれ零となるように各軸毎の電圧指令を演算する第１及び第２の電圧制御回路と、
   前記電圧制御回路からの各軸毎の電圧指令値に基づき前記電源と同じ相の交流に対応した電圧指令に変換する出力電圧演算回路と、
   前記出力電圧演算回路からの電圧指令に基づき前記電力変換器のゲートパターンを決定するゲート制御回路とで構成したことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置の制御装置。
9. 請求項８に記載の制御回路に、
   前記第１及び第２の電圧制御回路からの電圧指令を各々所定値に制限するリミッタと、
   前記各リミッタの出力と前記第１及び第２の減算回路からの出力とをそれぞれ加算した値を前記出力電圧演算回路に入力する加算回路と、
   を追加したことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
10. 前記制御回路は、
    前記電源側電圧検出器で検出された電源側電圧値をｄ軸及びｑ軸の直交座標に変換する第１の直交座標変換回路と、
    前記出力電圧検出器で検出された出力電圧値をｄ軸及びｑ軸の直交座標に変換する第２の直交座標変換回路と、
    前記第１及び第２の直交座標変換回路からのｄ軸の電圧値の偏差を求める第１の減算回路と、
    前記第１及び第２の直交座標変換回路からのｑ軸の電圧値の偏差を求める第２の減算回と、
    前記第１及び第の減算回路の偏差がそれぞれ零となるように各軸毎の電圧指令を演算する第１及び第２の電圧制御回路と、
    前記第１及び第２の電圧制御回路の出力をそれぞれ前記電力変換器の規格化出力インピーダンスで除算して各軸毎の電流指令に変換する電流変換回路と、
    前記電流変換回路からの各軸の電流指令を所定の値に制限するリミッタと、
    前記電力変換器の出力電流を検出する出力電流検出器と、
    前記出力電流検出器からの出力電流値をｄ軸及びｑ軸の直交座標に変換する第３の直交座標変換回路と、
    前記リミッタからの各軸に対応する出力から前記第３の直交座標変換回路の各軸の出力をそれぞれ減算する第３の減算回路と、
    前記第３の減算回路の出力が零となるように制御するための各軸毎に出力を電流制御回路と、
    前記電流制御回路の各軸毎の出力と前記第２の直交座標変換回路の出力を各軸毎に加算して各軸毎の電圧指令を出力する加算回路と、
    前記加算回路からの各軸毎の電圧指令値に基づき前記電源と同じ相の交流に対応した電圧指令に変換する出力電圧演算回路と、
    前記出力電圧演算回路からの電圧指令に基づき前記電力変換器のゲートパターンを決定するゲート制御回路とで構成したことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置の制御装置。
11. 電源からの電力を変圧器を介して負荷に供給し、前記電源と連系して電圧形自励式電力変換器を運転し、前記電力変換器で得られる電力をインダクタンス成分を含む回路を介して前記負荷に供給する電力変換装置において、
    前記電力変換装置の規格化された出力電圧を検出する出力電圧検出器と、
    前記変圧器の電流を検出する電流検出器と、
    前記電力変換器の出力電流を検出する出力電流検出器と、
    前記電流検出器で検出した電流の目標値を０として前記変圧器の電流が、追従する電流指令を求める第１の電流制御回路と、
    前記電流制御回路からの電流指令と、前記出力電流検出器で検出された出力電流を入力し電圧信号に変換する第２の電流制御回路と、
    前記第２の電流制御回路の出力と前記出力電圧検出器で検出された電圧を加算して電圧指令を演算する加算回路と、
    前記加算回路からの電圧指令に基づき前記電力変換器のゲートパターンを決定するゲート制御回路とで構成したことを特徴とする電力変換装置の制御装置。

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