JP2010519643A - アクチブ電圧調整用の磁束制御システム - Google Patents

Abstract

計算された補償電圧を幹線電力線に与えるために注入変圧器を使用する３相のアクチブ電圧調整装置のための磁束制御システム10である。磁束制御システム10は注入変圧器の磁束飽和を避けるため注入変圧器の１次端子に与えられる補償電圧Ｖａ、Ｖｂを変更するように構成されている。磁束制御システム10は注入変圧器のコア磁束レベルを計算するように構成されている磁束モデルモジュール24と、注入変圧器の任意の磁束オフセットを漸進的に減少させるために補償電圧に対して第１の変更を行うように構成されている磁束オフセットモジュール32と、コア磁束レベルが予め設定された範囲外へ動くことを防止するため補償電圧に対して第２の変更を行うように構成されているピーク磁束モジュール38とを具備している。
【選択図】図３

Description

本発明は３相の幹線電源のアクチブ電圧調整に関する。

公益事業および幹線電源の電圧の変動は工場および会社の自動化のための電子装置に依存する産業および商業ユーザには重要な問題である。電圧の低下は最も普通に発生する変動の１つとして特定されている。十分な大きさの幹線電圧の低下は電気又は電子装置を故障またはシャットダウンさせ、これは特に連続的なプロセスの応用では非常に高価になる可能性がある。この問題に対する１つの既知の対策は電源装置における電圧変動または低下を検出し、補正電圧を電源へ注入して信頼性を補償し確保するように構成されているオンサイトアクチブ電圧調整装置を設置することである。

典型的なアクチブ電圧調整装置の構造が図１に示されている。アクチブ電圧調整装置１は３相の幹線電力線５の電力を分配するローカル配電変圧器３の出力に接続されている。アクチブ電圧調整装置１は３相の電圧源インバータ７、バイパス回路９、配電変圧器３から入来する幹線電力線と負荷４との間に直列接続されている注入変圧器８を具備している。アクチブ電圧調整器の制御システムは入来する供給電圧を監視し、これが公称的な電圧レベルから逸脱するとき、インバータ７と一連の注入変圧器８を使用して適切な補償電圧を挿入し、負荷電圧４を公称値へ調節し、したがって負荷に影響する幹線電力線から電圧妨害を除去する。補償電圧のエネルギは直接的に又は変圧器或いはオート変圧器を介して入力電源へ接続された３相の整流器から発生され、それは必要なときに電力を供給するかインバータ７から電力を除去することができる。整流器はインバータ７の入力直流（ＤＣ）バス供給電圧を一定値に保持する方法で配電変圧器３から入力供給電源へ出入する電力流を制御する。このようにして、システムは必要とされるときに入力供給電源からさらに電力を引出すか、電圧補正が過剰に再発生されたエネルギを生じるならば入力供給電源へ戻してエネルギ平衡を行うように自動的に動作する。

制御システムは典型的に完全に平衡され調整された３相の供給電力から任意のベクトル電圧差を計算するように構成されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）マイクロプロセッサベースのシステムを使用し、その後、重要な注入変圧器８を介して個々の相上において位相及び大きさの両者で適切な補償電圧を挿入するようにインバータ７を制御するための適切なパルス幅変調（ＰＷＭ）波形を計算し生成するためにこれらの差を使用する。特にＤＳＰは典型的に入来する幹線電力線をサンプルし、注入変圧器８を通して与えられる補正又は補償電圧を計算して、出力を調整され平衡された３相の正弦波供給電力に回復するかシステムの補正能力内に可能な限り近づけるように構成される。典型的に、幹線電力線の３相の電圧は実時間で測定され、これらはαおよびβ項として表される静止基準フレームに変換される。これは技術でよく知られている標準的なベクトル制御原理の応用である。ＤＳＰはその後、ユーティリティ供給を設定公称レベルへ戻すために必要なα及びβ電圧補償項ＶａとＶｂを計算する。ＤＳＰはその後、適切な補償電圧を発生してそれを注入変圧器８の一次端子へ与えるようにインバータ７を制御するためのＰＷＭ波形を発生するようにＶａとＶｂを使用する。

種々の類似のアクチブ電圧調整構造が提案され、米国特許第5,319,534号、第5,610,501号、第6,327,162号明細書に提案され開示されており、これらはここで参考文献として組み込まれている。全てのこれらの構造も負荷への供給電圧を調整するためのインバータ供給注入変圧器トポロジを使用する。

このようなアクチブ電圧調整装置の動作中、ステップまたは突然の変化が注入変圧器の一次側の電圧に対して生じるとき、変圧器のコア磁束は与えられた電圧に比例して調節され、通常磁束オフセットも生じる。電圧のそれに続く変化はこの磁束オフセットに加算または減算され、これは電圧変化の位相及び大きさに応じてピークコア磁束レベルをさらに大きくまたは小さくすることができる。それ故、非常に高いインバータ電流とシステム制御の損失を生じ得るコア磁束飽和の危険性が存在する。この問題はアクチブ電圧調整装置の信頼性と効率を低下させる。

特許明細書、他の外部の文書又はその他の情報源を参照しているこの明細書では、これは通常発明の特徴を説明する状況を与える目的である。特別に述べていなければ、このような外部文書の参照はこのような文書またはこのような情報源が任意の司法権では従来技術であり、技術で共通の通常の知識の部分を形成するという承認としては解釈されない。

本発明の目的はアクチブ電圧調整装置の注入変圧器のコア磁束飽和の危険性を減少するための磁束制御システムを提供し、または少なくとも公に有用な選択肢を与えることである。

第１の特徴では、本発明は広い意味では計算された補償電圧を各相に対して１つ幹線電力線に与えるために注入変圧器を使用する３相のアクチブ電圧調整装置のための磁束制御システムにあり、磁束制御システムは注入変圧器の磁束飽和を避けるために注入変圧器の一次端子に与えられる補償電圧を変更するように構成されており、
補償電圧と、注入変圧器に特有の固有時定数項とに基づいて注入変圧器のコア磁束レベルを計算するように構成されている１又は複数の磁束モデルモジュールと、
１又は複数の磁束モデルモジュールにより計算されるコア磁束レベルと、注入変圧器の磁束オフセットを漸進的に減少させるために計算された外部時定数項とに基づいて補償電圧に対して第１の変更を行うように構成されている１または複数の磁束オフセットモジュールと、
好ましくは、コア磁束レベルが予め設定された範囲外へ動くことを防止するために補償電圧に対して第２の変更を行うように構成されている１又は複数のピーク磁束モジュールとを具備している。

好ましくは、前記各磁束モデルモジュールは補償電圧を積分しコア磁束レベルを出力するように構成されている積分器を具備し、コア磁束レベルは固有時定数項によってコア磁束レベルを増幅するように構成されている増幅器を具備する負のフィードバックループを介して積分器の入力にフィードバックされる。

好ましくは、前記各磁束オフセットモジュールは外部時定数項によりコア磁束レベルを増幅するように構成されている増幅器を具備する負のフィードバックループを介して計算されたコア磁束レベルを補償電圧に戻すように構成されている。

好ましくは、前記各ピーク磁束モジュールは、計算されたコア磁束レベルが０と予め設定された正の磁束しきい値間で規定された範囲内にあるならば実質的にゼロのリミタ項を生成し、または代わりに範囲外にある計算されたコア磁束レベルの量に大きさが依存するゼロではないリミタ項を生成するように構成されるデッドゾーン変更装置と、予め設定されたスカラーによりリミタ項を増幅し増幅器リミタ項を出力するように構成されている増幅器とを具備し、ピーク磁束モジュールはコア磁束レベルを増幅されたリミタ項によって乗算するように構成されている乗算器を具備している負のフィードバックループを介してコア磁束レベルを補償電圧にフィードバックするように構成されている。

１形態では、３相の補償電圧と磁束レベルは静止基準フレームで集合的に表されている。好ましくは、３ワイヤ３相システムでは、補償電圧と磁束レベルはガウス座標の静止基準フレームではα及びβ項として、または代わりに極座標として表される。別の形態では、電圧補償と磁束レベル項は回転する基準フレーム（ＤＱ表示）に関して説明されることができる。さらに別の形態では、３相の補償電圧と磁束レベルは相の量または他の非直交軸を使用して時間ドメインで個々に表されることができる。

第２の特徴では、本発明は計算された補償電圧を各相に対して１つ幹線電力線に与えるために注入変圧器を使用する３相のアクチブ電圧調整装置の磁気飽和を防止するため注入変圧器のコア磁束レベルを制御する方法にあり、
補償電圧を受取り、
補償電圧と、注入変圧器に特有の固有時定数項とに基づいて注入変圧器のコア磁束レベルを計算し、
計算されたコア磁束レベルと、注入変圧器の任意の磁束オフセットを漸進的に減少させるために計算された外部時間定数項とに基づいて補償電圧に対して第１の変更を行い、
コア磁束レベルが予め設定された範囲外へ動くことを防止するため補償電圧に対して第２の変更を行うステップを含んでいる。

注入変換器コア磁束レベルを計算するステップは、コア磁束レベルを発生するために補償電圧を積分し、固有時定数項によりコア磁束レベルを増幅し、負のフィードバックループを介して増幅されたコア磁束レベルを補償電圧に戻すステップを含んでいる。

好ましくは、補償電圧に対して第１の変更を行うステップは計算されたコア磁束レベルを外部時定数項により増幅し、増幅されたコア磁束レベルを負のフィードバックループを介して補償電圧へ戻すステップを含んでいる。

好ましくは、第２の変更を補償電圧に対して行うステップは、計算されたコア磁束レベルが０と予め設定された正の磁束しきい値との間で規定された範囲内にあるならば実質的にゼロのリミタ項を生成し、または代わりに範囲外にある計算されたコア磁束レベルの量に大きさが依存するゼロではないリミタ項を生成し、予め設定されたスカラーによりリミタ項を増幅し、計算されたコア磁束レベルを増幅されたリミタ項によって乗算し、乗算されたコア磁束レベルを負のフィードバックループを介して補償電圧にフィードバックするステップを含んでいる。

１形態では、３相の補償電圧と磁束レベルは静止基準フレームで集合的に表される。好ましくは、３ワイヤ３相システムでは、補償電圧と磁束レベルはガウス座標の静止基準フレームではα及びβ項として、または代わりに極座標として表される。代わりの形態では、電圧補償と磁束レベル項は回転する基準フレーム（ＤＱ表示）に関して説明されることができる。さらに別の形態では、３相の補償電圧と磁束レベルは位相の量または他の非直交軸を使用して時間ドメインで個々に表されることができる。

第３の特徴では、本発明は静止基準フレームで計算されたαおよびβ電圧補償項に基づいて補償電圧を幹線電力線に与えるために注入変圧器を使用する３相のアクチブ電圧調整装置の磁束制御システムにあり、磁束制御システムは注入変圧器の磁気飽和を防止するためにαおよびβ項を変更するように構成され、
それぞれα及びβ電圧補償項を受信し、変更された補償項を出力するように構成されているαおよびβ磁束制御サブシステムを具備し、
前記各サブシステムは、αまたはβ電圧補償項と、注入変圧器に特有の固有時定数項とに基づいてαまたはβ磁束項を発生するように構成されている磁束モデルモジュールと、
磁束モデルモジュールにより発生されたαまたはβ磁束項と、注入変圧器の磁束オフセットを漸進的に減少するように計算された外部時定数項とに基づいてαまたはβ電圧補償項に対して第１の変更を行うように構成された磁束オフセットモジュールとを具備し、
さらに、α及びβ磁束制御サブシステムからのα及びβ磁束項に基づいて注入変圧器のピーク磁束レベル表示を計算し、予め設定された正の磁束しきい値に対する計算されたピーク磁束レベル表示の比較に基づいてリミタ項を発生するように構成されているピーク磁束リミタとを具備し、
さらに、前記α及びβ磁束制御サブシステムはそれぞれさらに、
磁束モデルモジュールにより発生されたα又はβ磁束項と、注入変圧器のピーク磁束レベル表示が予め設定された正の磁束しきい値を超過しないようにするためにピーク磁束リミタにより発生されるリミタ項とに基づいてαまたはβ電圧補償項へ第２の変更を行うように構成されているピーク磁束モジュールを具備している。

好ましくは、各磁束モデルモジュールはαまたはβ電圧補償項を積分しαまたはβ磁束項を出力するように構成されている積分器を具備し、αまたはβ磁束項は固有時定数項によってαまたはβ磁束項を増幅するように構成されている増幅器を具備する負のフィードバックループを介して積分器の入力にフィードバックされる。

好ましくは、各磁束オフセットモジュールは外部時定数項によりαまたはβ磁束項を増幅するように構成されている増幅器を具備する負のフィードバックループを介してαまたはβ磁束項をαまたはβ電圧補償項にフィードバックされるように構成されている。

好ましくは、ピーク磁束リミタはαおよびβ磁束制御サブシステムからのα及びβ磁束項に基づいて注入変圧器のピーク磁束レベル表示を計算するように構成されているピーク磁束レベルモジュールと、ピーク磁束レベル表示が０と予め設定された正の磁束しきい値間の範囲内にあるならば実質的にゼロのリミタ項を生成し、または代わりに正の磁束しきい値を超過する計算されたピーク磁束レベル表示の量に大きさが依存するゼロではないリミタ項を生成するように構成されているデッドゾーン変更装置と、予め設定されたスカラーによりリミタ項を増幅し増幅器リミタ項を出力するように構成されている増幅器とを具備している。

好ましくは、各ピーク磁束モジュールはピーク磁束リミタからの増幅されたリミタ項によりα又はβ磁束項を乗算するように構成されている乗算器を具備する負のフィードバックループを介してα又はβ磁束項をαまたはβ電圧補償項へフィードバックするように構成されている。

第４の特徴では、本発明は静止基準フレーム中で計算されたαおよびβ電圧補償項に基づいて幹線電力線へ補償電圧を与えるために注入変圧器を使用する３相のアクチブ電圧調整装置の磁気飽和を防止するために注入変圧器のコア磁束を制御する方法にあり、その方法は、
α及びβ電圧補償項を受取り、
注入変圧器磁束をモデル化し、それぞれαおよびβ電圧補償項と、注入変圧器に特有の固有時定数項とに基づいてα及びβ磁束項を発生し、
それぞれ発生されたα及びβ磁束項と、注入変圧器の磁束オフセットを漸進的に減少させるために計算された外部時間定数項とに基づいてα及びβ電圧補償項に対して第１の変更を行い、
α及びβ磁束項に基づいて注入変圧器のピーク磁束レベル表示を計算し、予め設定された正の磁束しきい値に対する計算されたピーク磁束レベル表示の比較に基づいてリミタ項を生成し、
それぞれ発生されたαおよびβ磁束項と、注入変圧器のピーク磁束レベル表示が予め設定された正の磁束しきい値を超過することを防止するために発生されたリミタ項とに基づいてα及びβ電圧補償項に対して第２の変更を行うステップを含んでいる。

好ましくは、注入変圧器磁束をモデル化し、α及びβ磁束項を発生するステップは、それぞれのα及びβ磁束項を発生するためにα及びβ電圧補償項を積分し、固有時定数項によりα及びβ磁束項を増幅し、負のフィードバックループを介して増幅されたα及びβ磁束項をそれぞれのα及びβ電圧補償項にフィードバックするステップを含んでいる。

好ましくは、α及びβ電圧補償項に対して第１の変更を行うステップはα及びβ磁束項を外部時定数項により増幅し、増幅されたα及びβ磁束項を負のフィードバックループを介してそれらのそれぞれのα及びβ電圧補償項へフィードバックするステップを含んでいる。

予め設定された正の磁束しきい値に対する計算されたピーク磁束レベル表示の比較に基づいてリミタ項を発生するステップは、計算されたピーク磁束レベル表示が０と予め設定された正の磁束しきい値との間の範囲内にあるならば実質的にゼロのリミタ項を生成し、または代わりに正の磁束しきい値を超過する計算されたピーク磁束レベル表示の量に大きさが依存するゼロではないリミタ項を生成し、リミタ項を予め設定されたスカラーにより増幅するステップを含んでいる。

好ましくは、αおよびデータ電圧補償項に対して第２の変更を行うステップは、α及びβ磁束項を増幅されたリミタ項によって乗算し、乗算されたα及びβ磁束項を負のフィードバックループを介してそれらのそれぞれのα及びβ電圧補償項にフィードバックするステップを含んでいる。

第５の特徴では、本発明は本発明の第１乃至第４の特徴の何れかに関して説明したシステム又は方法を実行するためのコンピュータ命令を有しているコンピュータプログラムまたはコンピュータソフトウェアにある。

以下の特徴は前述の本発明の第１乃至第５の特徴の１以上に適用することができる。

例により説明すると、アクチブ電圧調整装置は３相の幹線電力線を調整する。好ましくは注入変圧器の１次端子が３相のインバータの出力に直接的に又は間接的に接続される。さらに好ましくは、計算された補償電圧または静止基準フレームで計算されたαおよびβ電圧補償項は注入変圧器の１次端子に与えるための適切な補償電圧を発生するようにインバータを駆動する対応するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生するために使用される。

好ましくは、アクチブ電圧調整装置は、これが連続して幹線電力線電圧を監視し、電圧供給を調整するために注入変圧器を介して連続して補償電圧を与える点でオンラインである。

例により説明すると、磁束制御システムはアクチブ電圧調整装置の全体の制御システムのサブシステムであってもよく、または代わりに別の制御モジュールであってもよい。磁束制御システム及び関連される方法はハードウェア、ソフトウェア又はその組合せで実行されてもよいことが認識されよう。例えば、磁束制御システム及び関連される方法はマイクロプロセッサ、マイクロ制御装置又は任意の他のプログラム可能な装置のコンピュータソフトウェアで実行されてもよい。

用語「α」と「β」は静止基準フレームにおいて電圧及び磁束レベルのような３相の特徴のガウス座標を表すことを意図される。

用語「具備する（comprising）」はこの明細書及び請求項で使用されるとき「少なくとも部分的に構成される」を意味する。用語「具備する（comprising）」を含むこの明細書及び請求項の各陳述を解釈するとき、その用語の前に書かれている特性以外の特性が存在する可能性がある。

本発明は前述の説明に存在し、さらに以下の説明で単なる例が挙げられている構造を考慮する。

３相の幹線電力線を調整するための既知のアクチブ電圧調整装置構造の概略図である。 特にα及びβ磁束制御サブシステムとピーク磁束リミタを示している本発明の好ましい形態の磁束制御システムの概略図である。 磁束制御システムのα磁束制御サブシステムの概略図である。 磁束制御システムのピーク磁束リミタの概略図である。

本発明の好ましい実施形態を例示によって、図面を参照して説明する。
好ましい形態の磁束制御システム及び関連方法は前述した方法で補償電圧を幹線電力線に与えるために注入変圧器を使用するオンラインの３相のアクチブ電圧調整装置に対するものである。特に、磁束制御システムは、注入変圧器の一次端子に与えられるように計算された補正又は補償電圧を変更するために使用され、それによって幹線電力線を調整するだけでなく、システム制御の損失及び信頼性のない電圧調整になる可能性のある動作期間中の磁気飽和を防止するために注入変圧器のコア磁束が制御され限定されることを確実にするための最適な性能を実現する。

簡単に言えば、好ましい形態の磁束制御システムは、変圧器の一次端子に与えられる計算された補償電圧に基づいて注入変圧器のコアの磁束の大きさおよび角度位置を連続して予測または評価するように構成されている。磁束制御システムはその後、磁束の予測された大きさおよび角度位置に基づいて計算された補償電圧の大きさおよび位相を変更し、それによって変圧器のコアの磁気飽和を生じる最大の予め設定された磁束レベル又は大きさを超過せずに与えられる電圧の印加を最大にする。

説明したように、アクチブ電圧調整装置の制御システムは典型的に静止基準フレームにおいて３相の幹線電力線を設定された公称レベルへ戻すために必要なα及びβ電圧補償項Ｖａ、Ｖｂを計算する。制御システムはその後、各個々の相を補正又は調整するために適切な補償電圧を発生し、注入変圧器の一次端子へ与えるために３相インバータを制御するためのＰＷＭ波形を発生するためにＶａ、Ｖｂを使用する。

簡単に言えば、好ましい形態の磁束制御システムはアクチブ電圧調整装置の制御システムのサブシステムとして動作し、Ｖａ、Ｖｂと、注入変圧器に特有の固有時定数項のような固有特性とに基づいて注入変圧器のコア磁束レベルをモデル化し、予測し、又は計算するように構成されている。磁束制御システムはその後、注入変圧器のコアの任意の磁束オフセットを漸進的に減少させるために第１の変更をＶａ、Ｖｂに対して行い、必要ならばピークコア磁束レベルが予め定められた正のしきい値よりも低く維持されることを確実にするためにＶａ、Ｖｂに対して第２の変更を行う。変更されたαおよびβ電圧補償項ＶｏａとＶｏｂはその後、注入変圧器を磁気飽和させることなく幹線電力線を調整し調節するために注入変圧器の一次端子へ適切な補償電圧を与えるようにインバータを制御するＰＷＭ信号又は波形を発生するために残りの制御システムにより使用される。

図２を参照すると、好ましい形態の磁束制御システム10は入力としてαおよびβ電圧補償項Ｖａ、Ｖｂを受取り、変更されたα及びβ電圧補償項ＶｏａとＶｏｂを出力する。Ｖａ、Ｖｂは磁束制御システム10の分離したα12およびβ14の磁束制御サブシステムにより独立して変更される。α12とβ14の磁束制御サブシステムは構造において同じであり、例示として図３は以下より詳細に説明するα磁束制御サブシステム12を示している。

α磁束制御サブシステム12はそれぞれその入力ポート16と18で磁束制御システムのピーク磁束リミタ13からＶａとリミタ項Ｗｔを受取り、出力ポート20と22でＶｏａとα磁束項φａをそれぞれ出力する。α磁束制御サブシステム12はα電圧補償項Ｖａと、注入変圧器特性に特有の固有時定数項とに基づいてα磁束項φａを発生するように構成されている磁束モデルモジュール24を具備している。特に磁束モデルモジュール24はＶａを積分し、φａを出力するように構成されている積分器26を具備している。さらに磁束モデルモジュール24は固有時定数項Ｒｉによりφａを増幅するように構成されている増幅器30を備えている負フィードバックループ28を介して積分器26の入力へφａをフィードバックするように構成されている。好ましい形態では、固有時定数項Ｒｉは注入変換器の特性に基づいて選択され、特に磁化インダクタンスＬにわたる実際の変圧器抵抗Ｒを表している。

α磁束制御サブシステム12はまた磁束モデルモジュール24により発生されるφａと、注入変圧器の磁束オフセットを漸進的に減少するために計算される外部時定数項Ｒｘのような外部特性とに基づいてＶａに対する第１の変更を行うように構成されている磁束オフセットモジュール32も具備している。特に、磁束オフセットモジュール32は外部時定数項Ｒｘを介してφａを増幅するように構成されている増幅器36を具備している負のフィードバックループ34を介してφａをＶａへフィードバックするように構成されている。好ましい形態では、外部時定数項Ｒｘは実際の注入変圧器をモデル化しないが、代わりに任意の磁束オフセットを時間にわたって実質的にゼロへ漸進的にリセットするように正確な位相及び大きさの１次注入変圧器を横切って小さい電圧を発生する。磁束モデルモジュール24の固有時定数項Ｒｉは実際の注入変圧器特性に一致するように調節されるが、磁束オフセットモジュール32の外部時定数項Ｒｘはアクチブ電圧調整装置により出力された補償電圧に深刻な歪みを生じずに妥当な時間に任意の磁束オフセットをリセットするように調節される。

α磁束制御システム12は磁束モデルモジュール24により発生されたφａ項と、注入変換器のコアのピーク磁束レベルが予め設定された正の磁束しきい値を超過しないようにするためにピーク磁束リミタ13により発生されるリミタ項Ｗｔとに基づいてＶαへ第２の変更を行うように構成されているピーク磁束モジュール38も具備している。特にピーク磁束モジュール38はピーク磁束リミタ13からのＷｔによりφａを乗算するように構成されている乗算器42を備えている負のフィードバックループ40を介してφａをＶａへフィードバックするように構成されている。

図４を参照すると、磁束制御システムのピークリミタ13がさらに詳細に説明されている。ピーク磁束リミタ13は入力としてα12及びβ14の磁束制御サブシステムからφａとφｂを受取る。φａとφｂは静止基準フレームの注入変圧器のコア磁束レベルを表している。φａとφｂは注入変圧器のコアのピーク磁束レベルを表しているか、その関数である値φｐを計算するように構成されているピーク磁束レベルモジュール44を通過される。好ましい形態では、モジュール44により計算された値φｐは注入変圧器のコアのピーク磁束レベルの２乗である。特にモジュール44は通常のベクトル計算を通してφａとφｂ項から生じるベクトルの大きさまたはノルムの２乗を計算するように構成される。ベクトルの大きさまたはノルムは直交ベクトルφａとφｂ項の２乗の和の平方根を取ることを含んでいることが認識されよう。別の形態では、モジュール44はピーク磁束レベル自体のベクトルノルムまたは大きさを表す値φｐを計算し出力するように構成されることができる。しかしながら好ましい形態では、図４に示されているようにφｐのピーク磁束レベルのベクトルノルム又は大きさの２乗を使用することは計算的に集約的ではない。これはまた磁束の大きさにおける大きなエクスカーションを強調する利点も有する。所望ならば値φｐとしてベクトルノルム又は大きさの任意の他の負ではない非線形の関数が計算され出力されることができることも認識されよう。

ピーク磁束レベルモジュール44の出力φｐは、φｐが０と予め設定された正の磁束しきい値との間で規定された範囲内にあるならば実質的にゼロのリミタ項を生成し、または代わりに範囲外にある、即ちφｐの量が正の磁束しきい値を超える大きさに依存するゼロではないリミタ項を生成するように構成されるデッドゾーン変更装置46に与えられる。好ましい形態では、リミタ項はφｐが範囲外にある量にしたがって線形に増加する。正のしきい値は注入変圧器の特性と、このレベルを超えると磁束飽和が生じるピーク磁束レベルにより決定される。リミタ項はその後リミタ項出力Ｗｔを発生するように増幅器48でスケーラＫにより増幅される。

要約すると、磁束制御システムは正常の定常状態の動作条件下で注入変圧器の磁束が実時間でモデル化され、適切なスケールされ整列された電圧オフセットを与えることにより任意の磁束オフセットがゼロに又はそれに近く漸進的にリセットされる方法で動作する（第１の変更）。さらに、ピーク変圧器の磁束をデッドゾーン限度で規定されたレベルを超えさせる電圧補償変化が要求されるならば、オフセット電圧が発生され、これは大きな磁束エクスカーションを防止するためインバータにより発生される実際の電圧を限定する（第２の変更）。このようにして、オンラインのアクチブ電圧調整装置は結果的な問題である注入変圧器の磁気飽和なしに許容可能な最速の電圧の調節を行うように動作する。

磁束制御システムはアクチブ電圧調整装置の制御システム内のサブシステムとして構成されることができることが認識されよう。特に、磁束制御システム又はアルゴリズムはマイクロプロセッサ、マイクロ制御装置又は制御システムの一部である他のプログラム可能な装置で作動するコンピュータソフトウェア又はコンピュータプログラムとして実行されることができる。代わりに磁束制御システムはハードウェア等に埋設された独立したモジュールの形態を取ってもよく、これは制御システムと協動する。

好ましい形態の磁束制御システムはα及びβ項を使用して静止基準フレームにおいて行われる。時間ドメインにおける３相の表示とα及びβ項としての静止基準フレームにおける表示との間の変換は技術でよく知られている。α及びβ項は静止基準フレームではガウス座標であり、磁束制御システムは代わりに極座標または任意の他の適切なフォーマットで動作するように変更されることができることが認識されよう。さらに磁束制御システムは他のドメインで実行又は行われることができることが認識されよう。例えば磁束制御システムは必ずしも静止基準フレームで実行される必要はなく、回転基準フレームでまたは位相量または他の非直交軸を使用して動作するように変更されることができることが認識されよう。特に各個々の相では、相の１次端子に与えられる電圧と、変圧器に特有の固有時定数項とに基づいて注入変圧器のコア磁束レベルを評価し、磁束制御システムは評価された磁束レベルと、任意の磁束オフセットを実質的にゼロまで漸進的に減少するための外部時定数項とに基づいて与えられる電圧を変更し、ピーク磁束レベルが予め設定された範囲外に動かないように与えられる電圧を変更するように構成されることができることが認識されよう。本質的に、注入変圧器のコアの磁束レベルのモデル化と、３相の注入変圧器に与えられる電圧に対する変更（磁束オフセット変更及びピーク磁束変更）が任意の適切なドメインとフォーマット、例えば集約ベース（静止基準フレーム）又は個別的に相単位で行われることができる。

本発明の前述の説明はその好ましい形態を含んでいる。変更は請求の範囲により規定されているように本発明の技術的範囲を逸脱せずに行われることができる。

Claims (46)

1. 計算された補償電圧を各相に対して１つ幹線電力線に与えるために注入変圧器を使用し、注入変圧器の磁束飽和を避けるために注入変圧器の１次端子に与えられる補償電圧を変更するように構成されている３相のアクチブ電圧調整装置のための磁束制御システムにおいて、
   補償電圧と、注入変圧器に特有の固有時定数項とに基づいて注入変圧器のコア磁束レベルを計算するように構成されている１又は複数の磁束モデルモジュールと、
   磁束モデルモジュールにより計算されたコア磁束レベルと、注入変圧器の磁束オフセットを漸進的に減少するために計算された外部時間定数項とに基づいて補償電圧に対して第１の変更を行うように構成されている１又は複数の磁束オフセットモジュールと、
   コア磁束レベルが予め設定された範囲外へ動くことを防止するため補償電圧に対して第２の変更を行うように構成されているピーク磁束モジュールとを具備している磁束制御システム。
2. 前記磁束モデルモジュールは補償電圧を積分し、コア磁束レベルを出力するように構成されている積分器を具備し、そのコア磁束レベルは固有時定数項によってコア磁束レベルを増幅するように構成されている増幅器を具備する負のフィードバックループを介して積分器の入力にフィードバックされる請求項１記載の磁束制御システム。
3. 固有時定数項は注入変圧器の磁化インダクタンスにより割算される実際の注入変圧器抵抗を表している請求項１または２記載の磁束制御システム。
4. 積分器はＺドメインでモデル化されたディスクリートな時間積分器である請求項２または３記載の磁束制御システム。
5. 前記磁束オフセットモジュールは外部時定数項によりコア磁束レベルを増幅するように構成されている増幅器を具備する負のフィードバックループを介して計算されたコア磁束レベルを補償電圧にフィードバックするように構成されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の磁束制御システム。
6. 外部時間定数項は時間にわたって注入変換器の磁束オフセットを実質的にゼロに漸進的にリセットするために正確な位相及び大きさの小さい電圧を注入変圧器の１次端子間に発生するように計算される請求項５記載の磁束制御システム。
7. 前記ピーク磁束モジュールは、計算されたコア磁束レベルが０と予め設定された正の磁束しきい値間で規定された範囲内にあるならば実質的にゼロのリミタ項を生成し、または代わりに範囲外にある計算されたコア磁束レベルの量に大きさが依存するゼロではないリミタ項を生成するように構成されるデッドゾーン変更装置と、予め設定されたスカラーによりリミタ項を増幅し増幅器リミタ項を出力するように構成されている増幅器とを具備し、ピーク磁束モジュールはコア磁束レベルを増幅されたリミタ項によって乗算するように構成されている乗算器を具備している負のフィードバックループを介してコア磁束レベルを補償電圧に戻すように構成されている請求項１乃至６のいずれか１項記載の磁束制御システム。
8. ゼロではないリミタ項の大きさは範囲外にある計算されたコア磁束レベルの量にしたがって線形に増加する請求項７記載の磁束制御システム。
9. ３相の補償電圧と磁束レベルは静止基準フレームで集合的に表される請求項１乃至８のいずれか１項記載の磁束制御システム。
10. ３相の補償電圧と磁束レベルはα及びβ項としてガウス座標の静止基準フレームで表される請求項９記載の磁束制御システム。
11. ３相の補償電圧と磁束レベルは回転基準フレームの項で表される請求項１乃至８のいずれか１項記載の磁束制御システム。
12. ３相の補償電圧と磁束レベルは時間ドメインで独立に表される請求項１乃至８のいずれか１項記載の磁束制御システム。
13. アクチブ電圧調整装置は３相の幹線電力線を調整するためのものである請求項１乃至１２のいずれか１項記載の磁束制御システム。
14. 注入変圧器の１次端子が３相のインバータの出力に接続され、計算された補償電圧は注入変圧器の１次端子に与えるための適切な補償電圧を発生するようにインバータを駆動する対応したパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生するように使用される請求項１乃至１３のいずれか１項記載の磁束制御システム。
15. アクチブ電圧調整装置は、連続して幹線電力線電圧を監視し、電圧供給を調整するために注入変圧器を介して連続して補償電圧を与えるようにオンラインである請求項１乃至１４のいずれか１項記載の磁束制御システム。
16. 計算された補償電圧を各相に対して１つ幹線電力線に与えるために注入変圧器を使用する３相のアクチブ電圧調整装置における磁気飽和を防止するために注入変圧器のコア磁束レベルを制御する方法において、
    補償電圧を受信し、
    補償電圧と、注入変圧器に特有の固有時定数項とに基づいて注入変圧器のコア磁束レベルを計算し、
    計算されたコア磁束レベルと、注入変圧器の磁束オフセットを漸進的に減少するために計算された外部時間定数項とに基づいて補償電圧に対して第１の変更を行い、
    コア磁束レベルが予め設定された範囲外へ移動することを防止するために補償電圧に対して第２の変更を行うステップを含んでいる方法。
17. 注入変換器コア磁束レベルを計算するステップは、コア磁束レベルを発生するため補償電圧を積分し、固有時定数項によりコア磁束レベルを増幅し、負のフィードバックループを介して増幅されたコア磁束レベルを補償電圧にフィードバックするステップを含んでいる請求項１６記載の方法。
18. 前記固有時定数項は注入変圧器の磁化インダクタンスにより割算される実際の注入変圧器抵抗を表している請求項１６または１７記載の方法。
19. コア磁束レベルを生成するために補償電圧を積分するステップはＺドメインでモデル化されたディスクリートな時間積分器を動作するステップを含んでいる請求項１７または１８記載の方法。
20. 補償電圧に対して第１の変更を行うステップは、計算されたコア磁束レベルを外部時定数項により増幅し、増幅されたコア磁束レベルを負のフィードバックループを介して補償電圧へフィードバックするステップを含んでいる請求項１６乃至１９のいずれか１項記載の方法。
21. 外部時定数項は時間にわたって注入変圧器の磁束オフセットを実質的にゼロへ漸進的にリセットするために正確な位相及び大きさの小さい電圧を注入変圧器の１次端子間に発生するように構成される請求項２０記載の方法。
22. 補償電圧に対して第２の変更を行うステップは、計算されたコア磁束レベルが０と予め設定された正の磁束しきい値との間の規定された範囲内にあるならば実質的にゼロのリミタ項を生成し、または代わりに範囲外にある計算されたコア磁束レベルの量に大きさが依存するゼロではないリミタ項を生成し、予め設定されたスカラーによりリミタ項を増幅し、計算されたコア磁束レベルを増幅されたリミタ項によって乗算し、乗算されたコア磁束レベルを負のフィードバックループを介して補償電圧に戻すステップを含んでいる請求項１６乃至２１のいずれか１項記載の方法。
23. 範囲外に存在する計算されたコア磁束レベルの量に大きさが依存するゼロではないリミタ項を発生するステップは、計算されたコア磁束レベルが範囲外にある量にしたがって線形にリミタ項を増加するステップを含んでいる請求項２２記載の方法。
24. ３相の補償電圧と磁束レベルは静止基準フレームで集合的に表される請求項１６乃至２３のいずれか１項記載の方法。
25. 補償電圧と磁束レベルはα及びβ項として、ガウス座標の静止基準フレームで表される請求項２４記載の方法。
26. ３相の補償電圧と磁束レベルは回転する基準フレームに関して表される請求項１６乃至２３のいずれか１項記載の方法。
27. ３相の補償電圧と磁束レベルは時間ドメインで個々に表される請求項１６乃至２３のいずれか１項記載の方法。
28. アクチブ電圧調整装置は３相の幹線電力線を調節するものである請求項１６乃至２７のいずれか１項記載の方法。
29. 注入変圧器の１次端子が３相のインバータの出力に接続され、計算された補償電圧は注入変圧器の１次端子に与えるための適切な補償電圧を発生するようにインバータを駆動する対応するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生するように使用される請求項１６乃至２８のいずれか１項記載の方法。
30. アクチブ電圧調整装置は、連続して幹線電力線電圧を監視し、電圧供給を調整するために注入変圧器を介して連続して補償電圧を与えるようにオンラインである請求項１６乃至２９のいずれか１項記載の方法。
31. 静止基準フレームで計算されたαおよびβ電圧補償項に基づいて補償電圧を幹線電力線に与えるために注入変圧器を使用し、注入変圧器の磁気飽和を防止するためにαおよびβ項を変更するように構成されている３相のアクチブ電圧調整装置の磁束制御システムにおいて、
    それぞれα及びβ電圧補償項を受信し、変更された補償項を出力するように構成されているαおよびβ磁束制御サブシステムと、
    α及びβ磁束制御サブシステムからのα及びβ磁束項に基づいて注入変圧器のピーク磁束レベル表示を計算し、予め設定された正の磁束しきい値に対する計算されたピーク磁束レベル表示の比較に基づいてリミタ項を発生するように構成されているピーク磁束リミタとを具備し、
    前記各サブシステムは、
    αまたはβ電圧補償項と、注入変圧器に特有の固有時定数項とに基づいてαまたはβ磁束項を発生するように構成されている磁束モデルモジュールと、
    磁束モデルモジュールにより発生されたαまたはβ磁束項と、注入変圧器の任意の磁束オフセットを漸進的に減少するように計算された外部時定数項とに基づいてαまたはβ電圧補償項に対して第１の変更を行うように構成された磁束オフセットモジュールとを具備し、
    前記α及びβ磁束制御サブシステムはそれぞれさらに、
    磁束モデルモジュールにより発生されたα又はβ磁束項と、注入変換器のピーク磁束レベル表示が正の磁束しきい値を超過しないようにするためピーク磁束リミタにより発生されるリミタ項とに基づいてαまたはβ電圧補償項へ第２の変更を行うように構成されているピーク磁束モジュールを具備している磁束制御システム。
32. 各磁束モデルモジュールはαまたはβ電圧補償項を積分しαまたはβ磁束項を出力するように構成されている積分器を具備し、αまたはβ磁束項は固有時定数項によってαまたはβ磁束項を増幅するように構成されている増幅器を含む負のフィードバックループを介して積分器の入力にフィードバックされる請求項３１記載の磁束制御システム。
33. 各磁束オフセットモジュールは外部時定数項によりαまたはβ磁束項を増幅するように構成されている増幅器を含む負のフィードバックループを介してαまたはβ磁束項をαまたはβ電圧補償項にフィードバックするように構成されている請求項３１又は３２記載の磁束制御システム。
34. ピーク磁束リミタはαおよびβ磁束制御サブシステムからのα及びβ磁束項に基づいて注入変圧器のピーク磁束レベル表示を計算するように構成されているピーク磁束レベルモジュールと、ピーク磁束レベル表示が０と予め設定された正の磁束しきい値間の範囲内にあるならば実質的にゼロのリミタ項を生成し、または代わりに正の磁束しきい値を超過する計算されたピーク磁束レベル表示の量に大きさが依存するゼロではないリミタ項を生成するように構成されているデッドゾーン変更装置と、予め設定されたスカラーによりリミタ項を増幅し増幅器リミタ項を出力するように構成されている増幅器とを具備している請求項３１乃至３３のいずれか１項記載の磁束制御システム。
35. 各ピーク磁束モジュールはピーク磁束リミタからの増幅されたリミタ項によりα又はβ磁束項を乗算するように構成されている乗算器を具備する負のフィードバックループを介してα又はβ磁束項をαまたはβ電圧補償項へ与えるように構成されている請求項３１乃至３４のいずれか１項記載の磁束制御システム。
36. アクチブ電圧調整装置は３相の幹線電力線を調整するためのものである請求項３１乃至３５のいずれか１項記載の磁束制御システム。
37. 注入変圧器の１次端子が３相のインバータの出力に接続され、静止基準フレームで計算されたα及びβ電圧補償項は注入変圧器の１次端子に与えるための適切な補償電圧を発生するようにインバータを駆動する対応するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生するために使用される請求項３１乃至３６のいずれか１項記載の磁束制御システム。
38. アクチブ電圧調整装置は、連続して幹線電力線電圧を監視し、電圧供給を調整するために注入変圧器を介して連続して補償電圧を与えるようにオンラインである請求項３１乃至３７のいずれか１項記載の磁束制御システム。
39. 静止基準フレームで計算されたαおよびβ電圧補償項に基づいて幹線電力線へ補償電圧を与えるために注入変圧器を使用する３相のアクチブ電圧調整装置の磁気飽和を防止するために注入変圧器のコア磁束を制御する方法において、
    α及びβ電圧補償項を受信し、
    注入変圧器磁束をモデル化し、それぞれαおよびβ電圧補償項と、注入変圧器に特有の固有時定数項とに基づいてα及びβ磁束項を生成し、
    それぞれ生成されたα及びβ磁束項と、注入変圧器の任意の磁束オフセットを漸進的に減少させるために計算された外部時間定数項とに基づいてα及びβ電圧補償項に対して第１の変更を行い、
    α及びβ磁束項に基づいて注入変圧器のピーク磁束レベル表示を計算し、予め設定された正の磁束しきい値に対する計算されたピーク磁束レベル表示の比較に基づいてリミタ項を生成し、
    それぞれ発生されたαおよびβ磁束項と、注入変圧器のピーク磁束レベル表示が正の磁束しきい値を超過することを防止するために発生されたリミタ項とに基づいてα及びβ電圧補償項に対して第２の変更を行うステップを含んでいる方法。
40. 注入変圧器磁束をモデル化し、α及びβ磁束項を発生するステップは、それぞれのα及びβ磁束項を発生するためにα及びβ電圧補償項を積分し、固有時定数項によりα及びβ磁束項を増幅し、負のフィードバックループを介して増幅されたα及びβ磁束項をそれぞれのα及びβ電圧補償項にフィードバックするステップを含んでいる請求項３９記載の方法。
41. 第１の変更をα及びβ電圧補償項に対して行うステップは、α及びβ磁束項を外部時定数項により増幅し、増幅されたα及びβ磁束項を負のフィードバックループを介してそれらのそれぞれのα及びβ電圧補償項へフィードバックするステップを含んでいる請求項３９又は４０記載の方法。
42. 予め設定された正の磁束しきい値に対する計算されたピーク磁束レベル表示の比較に基づいてリミタ項を生成するステップは、計算されたピーク磁束レベルが０と予め設定された正の磁束しきい値との間の範囲内にあるならば実質的にゼロのリミタ項を生成し、または代わりに大きさが正の磁束しきい値を超過する計算されたピーク磁束レベル表示の量に大きさが依存するゼロではないリミタ項を生成し、リミタ項を予め設定されたスカラーにより増幅するステップを含んでいる請求項３９乃至４１のいずれか１項記載の方法。
43. 第２の変更をαおよびデータ電圧補償項に対して行うステップはα及びβ磁束項を増幅されたリミタ項によって乗算し、乗算されたα及びβ磁束項を負のフィードバックループを介してそれらのそれぞれのα及びβ電圧補償項にフィードバックするステップを含んでいる請求項３９乃至４２のいずれか１項記載の方法。
44. アクチブ電圧調整装置は３相の幹線電力線を調整するものである請求項３９乃至４３のいずれか１項記載の方法。
45. 注入変圧器の１次端子が３相のインバータの出力に接続され、静止基準フレームで計算されたαおよびβ電圧補償項は注入変圧器の１次端子に与えるための適切な補償電圧を発生するようにインバータを駆動するように対応するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生するために使用される請求項３９乃至４４のいずれか１項記載の方法。
46. アクチブ電圧調整装置は、連続して幹線電力線電圧を監視し、電圧供給を調整するために注入変圧器を介して連続して補償電圧を与えるようにオンラインである請求項３９乃至４５のいずれか１項記載の方法。

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