JP2016119730A - 交流電力系統の偏磁検出装置および編磁抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連系用変圧器を介することなく直接交流電力系統に連系された系統連系電力変換装置の出力電流に含まれる励磁電流の検出および直流分の抽出ができ、電流検出範囲の広い高精度の電流検出器を必要としない偏磁検出装置および偏磁抑制装置を提供する。【解決手段】交流電力系統に直接または連系用変圧器を介して接続した連系電力変換装置において、前記連系電力変換装置の出力にリアクタンス素子を接続し、このリアクタンス素子に流れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器で検出された電流から直流分を抽出する直流分抽出回路とにより偏磁検出装置を構成する。【選択図】図１

Description

この発明は、電力変換装置の連系された交流電力系統の偏磁を検出する装置、および偏磁を抑制する装置に関する。

交流電力系統に連系された無効電力補償装置や分散電源装置にはインバータ等の電力変換装置が含まれる。電力変換装置は、上下のスイッチングアームのスイッチング動作遅れ等によって直流成分を含んだ交流出力が発生され、これが交流電力系統に供給される。

このため、交流電力系統に接続された電力変換装置を連系するための連系用変圧器や、負荷を接続するための負荷用変圧器等の変圧器が、この電力変換装置から出力される交流電力に含まれ直流成分により、偏磁される現象が生じる。交流電力系統に接続された変圧器が偏磁されると、交流電力変換装置に過大な励磁電流が流れたり、電圧波形にひずみが発生したりする不都合が生じる。

このような電力変換装置の連系された交流電力系統の変圧器の偏磁を抑制するために、従来から、例えば、特許文献１に示すように、電力変換装置を、連系用変圧器を介して交流電力系統に接続し、この変圧器の１次側と２次側の電流をそれぞれ検出し、その差分を求め、この差分から直流分を抽出することにより、直流偏磁状態を検出し、この抽出した直流分に応じて電力変換器を制御し偏磁を抑制する装置が知られている。

図３にこの特許文献１に記載された偏磁抑制装置の構成を示す。

図３において、３１は交流電力系統である。この交流電力系統３１に電力変換装置３２が連系用変圧器３３を介して接続される。３９は、変圧器３３の偏磁状態を検出する偏磁検出部であり、変圧器３３の１次側と２次側に１次電流および２次電流を検出する電流検出器３４および３５を備える。電流検出器３４、３５で検出された１次電流と２次電流を減算器３６に加えて両者の差分から変圧器３３の励磁電流を求める。そして、直流分抽出器３７によりこの励磁電流からその直流分を抽出する。この抽出した励磁電流の直流分により変圧器３３の偏磁状態を検出することができる。

そして、変圧器３３の偏磁を抑制するために、検出した励磁電流の直流分を、電力変換装置３２の制御部４０の加算器４５に補正値として加え、電流調節部４４から出力された出力電圧指令値を補正して電力変換装置の電圧制御を行うようにしている。なお、制御部４０の電圧調節部４２は、電圧検出器４１により検出された電力変換装置３２の出力電圧と電圧設定器４３に設定された設定電圧とを比較して、両電圧が一致するような電流指令を出力する。また、電流調節部４４は、電圧調節部４２から加えられた電流指令と電流検出器３５で検出された電力変換装置３２の出力電流とを比較して両者が一致するような電圧指令を出力する。ＰＷＭ(パルス幅変調)信号変換回路４６は、加算器４５から出力される補正された電圧指令をＰＷＭパルス信号に変換する。このＰＷＭパルス信号はパルス駆動回路４７により増幅して電力変換装置３２に加えられる。これにより電力変換装置３２のスイッチング素子の導通が所望の出力電圧が発生されるように制御される。この制御部４０よる電力変換装置３２の電圧制御過程で、出力電圧指令に変圧器の偏磁状態を示す励磁電流の直流分を補正値として加えることにより、電力変換装置の出力の直流分が抑制され、変圧器の偏磁を抑制することができる。

特開２０００-０６０１３２号公報

前記の従来装置は、電力変換装置を、連系用変圧器を介して交流電力系統に連系し、この変圧器の励磁電流を検出し、この励磁電流の直流分から偏磁状態を検出するようにしているが、系統連系電力変換装置には、連系変圧器を介さずに、直接交流電力系統に連系する構成もある。

この場合は、系統連系電力変換装置から出力される電流に含まれる直流分を検出することができないので、交流電力系統に多数連系された負荷用変圧器の直流偏磁を検出および抑制することができない。

また、従来装置において励磁電流を検出するために使用される変圧器の１次電流および２次電流検出用の電流検出器は、交流電力系統へ供給される負荷電流と、この負荷電流に比べてはるかに小さい変圧器の励磁電流の双方を検出する必要があるので、高精度が要求される。

この発明は、これらの問題を解決するために、連系用変圧器を介することなく直接交流電力系統に連系された系統連系電力変換装置の出力電流に含まれる励磁電流の検出および直流分の抽出ができ、電流検出範囲の広い高精度の電流検出器を必要としない偏磁検出装置および偏磁抑制装置を提供することを課題とするものである。

このような課題を解決するため、この発明の偏磁検出装置は、交流電力系統に直接または連系用変圧器を介して接続した連系電力変換装置において、前記連系電力変換装置の出力にリアクタンス素子を接続し、このリアクタンス素子に流れる励磁電流を検出する電流検出器と、電流検出器で検出された励磁電流からその直流分を抽出する直流分抽出回路とを設けたことを特徴とするものである。

この発明の偏磁抑制装置は、交流電力系統に直接または連系用変圧器を介して接続した連系電力変換装置において、前記連系電力変換装置の出力にリアクタンス素子を接続し、このリアクタンス素子に流れる励磁電流を検出する電流検出器と、電流検出器で検出された励磁電流からその直流分を抽出する直流分抽出回路とにより構成した偏磁検出装置を備えるとともに、前記連系電力変換装置の出力電圧制御する電圧制御回路を備え、前記偏磁検出装置で抽出された励磁電流の直流分により前記電圧制御回路に加える電圧指令値に補正して、前記連系電力変換装置の出力電圧制御することを特徴とするものである。

前記の各発明において、前記リアクタンス素子としては、リアクトルまたは２次側を無負荷とした変圧器を使用することができる。

この発明は、交流電力系統に接続された連系電力変換装置の出力にリアクタンス素子を接続し、このリアクタンス素子に流れる励磁電流を検出し、この検出した励磁電流の直流分から偏磁状態を検出し、この検出した偏磁状態により電力変換装置を、出力に含まれる直流分が抑制されるように制御することにより、電流検出器には励磁電流のみが流れるので、測定範囲の狭い電流検出器が使用でき、また、連系用変圧器を使用しないで電力変換装置を連系した交流電力系統においてもこの系統に接続された負荷変圧器等の直流偏磁が検出可能となる。

この発明の装置の第１の実施例を示すブロック構成図。 この発明の装置の第２の実施例を示すブロック構成図。 従来の装置の構成を示すブロック回路構成図。

この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。

図１はこの発明の第１の実施例を示すブロック構成図である。

この図１において、１は交流電力系統である。この交流電力系統１に直接電力変換装置２が接続されている。なお、この実施の形態では交流電力系統１に直接電力変換装置２を接続しているが、図３と同様に交流電力系統１に連系用変圧器を介して電力変換装置２を接続するようにしてもよい。この電力変換装置２の出力には、リアクタンス素子として２次側が無負荷の検出用の変圧器３が接続され、この変圧器３の１次側にこれに流れる励磁電流を検出するための電流検出器４が挿入される。電流検出器４の出力には、直流分抽出回路５が接続され、この直流分抽出回路５の出力が電力変換装置２の制御回路６に電圧指令信号を補正する信号として加えられる。

また、交流電力系統１には、他に、一般的な負荷９が負荷変圧器８を介して接続される。

このような構成において、変圧器３は無負荷であるので、その容量は、電力変換装置２の容量に比べて十分小さくてよい。交流電力系統１に接続された連系電力変換装置２の出力電流は、電力系統１に供給されるとともに、変圧器３に供給されるが、変圧器３は無負荷であるので励磁電流のみが流れる。電流検出器４は、この励磁電流を検出する。この電流検出器４は変圧器３の励磁電流のみを検出するので電流検出範囲のごく狭いもので精度よく検出することができるので、電流検出器を高精度の構成とする必要はない。

直流分抽出回路５は、電流検出器４で検出した励磁電流の正側の値と負側の値とを比較し、その差分をとることにより、励磁電流に含まれる直流分を抽出する。この抽出した直流分は、連系電力変換装置２から交流電力系統１に供給される電流にも含まれるので、この交流電力系統１に接続された負荷８用の変圧器にも流れる。

したがって、偏磁検出装置７の直流分抽出回路５から出力される励磁電流の直流分示す信号は、系統１内の変圧器８の直流偏磁の状態を示すことになる。

この直流分は、図３に示す従来装置と同様に、電力変換装置２の電圧を制御する制御装置６に、電力変換装置２への電圧指令値に対する補正値として加えられる。電力変換装置２の出力電圧が励磁電流の直流分により完全に補正さるようになれば、電力変換装置２の出力電流に含まれる直流分はほぼゼロに抑制されるため、電力変換装置２から交流電力変換装置２へ供給される電流に含まれる直流分もほぼゼロとなる。このため、この交流電力系１内の変圧器の直流偏磁が抑制されるので、系統電力変換装置２に過大な電流が流れることなく、安定して運転することができる。

このように、偏磁検出装置７を設けることにより、交流電力系統１に連系用変圧器を介することなく直接電力変換装置を接続した交流電力系統においても、偏磁を検出し、これに応じて電力変換装置の出力電圧を補正制御することにより交流電系統に１における変圧器の偏磁を抑制することができる。

図２にこの発明の第２の実施例のブロック構成図を示す。

この第２の実施例は、図１の第１の実施例とは、リアクタンス素子として用いた２次側が無負荷の変圧器に代えて、リアクトル３Ｌを用いている点が異なるだけで、その他の構成は同じである。

第２の実施例においては、交流電力系統１に接続された連系電力変換装置２の出力電流が交流電力系統１に供給されるとともに、リアクトル３Ｌに供給されるので、リアクトル３Ｌに励磁電流が流れる。この励磁電流を電流検出器４により検出し、直流分抽出回路５で、この電流検出器４で検出された励磁電流に含まれる直流分を抽出する。

直流分抽出回路５は、検出された励磁電流の正側の値と負側の値とを比較し、両者の差分をとることにより励磁電流の直流分を抽出する。

この抽出された直流分は、電力変換装置２から交流電力系統１に供給される電流にも含まれ、これによって、負荷９に接続されて負荷変圧器８が直流偏磁されるので、この変圧器８の直流偏磁状態を示すことになる。

この励磁電流の直流分は、電力変換装置２の出力電圧を制御する制御装置６に電圧指令値に対する補正値として加えられる。電力変換装置２の出力電圧が励磁電流の直流分により完全に補正さるようになれば、電力変換装置２の出力に含まれる直流分はほぼゼロに抑制されるため、電力変換装置２から交流電力系統１へ供給される電流に含まれる直流分もほぼゼロとなる。このため、この交流電力系１内の変圧器の直流偏磁が抑制される。

このように、偏磁検出装置７を設けることにより、交流電力系統１に連系用変圧器を介することなく直接接続した連系電力変換装置の場合も、偏磁を検出し、これに応じて電力変換装置の出力電圧を補正制御することにより交流電系統に１における変圧器の偏磁を抑制することができる。

１：交流電力系統
２：連系電力変換装置
３：リアクタンス素子(２次側無負荷の変圧器)
３Ｌ：リアクタンス素子(リアクトル)
４：電流検出器
５：直流分抽出回路
６：電力変換装置の制御装置
７：偏磁検出装置

Claims (6)

1. 交流電力系統に直接または連系用変圧器を介して接続した連系電力変換装置において、前記連系電力変換装置の出力にリアクタンス素子を接続し、このリアクタンス素子に流れる励磁電流を検出する電流検出器と、電流検出器で検出された励磁電流からその直流分を抽出する直流分抽出回路とを設けたことを特徴とする系統電力変換装置の偏磁検出装置。
2. 交流電力系統に直接または連系用変圧器を介して接続した連系電力変換装置において、前記連系電力変換装置の出力にリアクタンス素子を接続し、このリアクタンス素子に流れる励磁電流を検出する電流検出器と、電流検出器で検出された励磁電流からその直流分を抽出する直流分抽出回路とにより構成した偏磁検出装置を備えるとともに、前記連系電力変換装置の出力電圧制御する電圧制御回路を備え、前記偏磁検出装置で抽出された励磁電流の直流分により前記電圧制御回路に加える電圧指令値に補正して、前記連系電力変換装置の出力電圧制御することを特徴とする系統電力変換装置の偏磁抑制装置。
3. 請求項１に記載の装置において、前記リアクタンス素子を、２次側を無負荷とした変圧器とすることを系統電力変換装置の偏磁検出装置。
4. 請求項１に記載の装置において、前記リアクタンス素子をリアクトルとすることを系統電力変換装置の偏磁検出装置。
5. 請求項２に記載の装置において、前記リアクタンス素子を、２次側を無負荷とした変圧器とすることを系統電力変換装置の偏磁抑制装置。
6. 請求項２に記載の装置において、前記リアクタンス素子をリアクトルとすることを系統電力変換装置の偏磁抑制装置。

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