JP3226257B2 - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents
電力変換装置の制御装置Info
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Description
流出力を変圧器により直列に接続して運転する電力変換
装置において、各変換器の出力電圧の和を正弦波状に制
御すると共に変圧器の各巻線にかかる電圧に直流成分を
生じないように制御する電力変換装置の制御装置に関す
る。
使われている電力変換装置の主回路構成図である。図に
おいて、1は系統に接続される変圧器一次巻線、2A〜
2Dは変圧器一次巻線1に結合された変圧器二次巻線、
3A〜3Dはゲートターンオフサイリスタ(以下単にG
TOと記す)とダイオードで構成された変換器、4は直
流電源である。又、5〜10は変換器3AのGTOであ
る。
御する従来の制御装置の構成図である。図20におい
て、図19と同一記号のものは同一機能を備えたもので
あって、その説明は省略する。
電源系統11の線間電圧を検出する電圧検出器、13は
線間電圧→相電圧変換回路、14は線間電圧→相電圧変
換回路13の出力が印加される三相→二相変換回路、1
5は電流制御回路で変換器3A〜3Dの出力電流を制御
する。16は加算器で三相→二相変換回路14と電流制
御回路15の出力を加算する。18は位相角算出回路で
加算器16の出力の二相交流信号を位相角に変換する。
19は三角波発生回路で位相角の0°から360°に対
応した三角波を発生する。20はクロスポイント検出回
路で二相→三相変換回路17の出力と、三角波発生回路
19の出力が印加され、三角波と各三相電圧指令との交
点を検出して変換器3A〜3DのGTOをオンオフする
信号を発生する。70はゲートパルス発生回路で変換器
3A〜3DのGTOをオンオフするゲートパルスを発生
する。
御装置によって制御した場合の作用を説明するための波
形図である。以下、図19、図20、図21乃至図22
を参照しながら説明する。
電圧検出器12で検出される系統の線間電圧である。線
間電圧→相電圧変換回路13は下式の演算を行い線間電
圧VLUV、VLVW、VLWUを相電圧VLU、VL
V、VLWに変換する。
Wを直交AB座標系の二相信号VLA、VLBに変換す
る。ただしA軸をU相方向にとりB軸をA軸より90°
進んだ軸とする。
御回路15の出力は加算器16により加算されるが、以
下、説明を分り易くするため電流制御回路15の出力は
零と仮定する。即ち、変換器3A〜3Dが電源系統11
の電圧に等しい電圧を発生し、出力電流が零の状態につ
いて説明する。従って、加算器16の出力はVA、VB
はVLA、VLBに等しい。位相角演算回路18は下式
の演算を行い、VA、VBから位相角信号THを算出す
る。
の演算を行い、位相角信号THを三角波信号TRIUA
に変換する。
360゜×n+180゜より小さいとき TRIUA=ー1+(THOーn×360゜)÷90゜ THOが360゜×n(nは0以上の整数)+180゜
より大きく、 360゜×n+360゜より小さいとき TRIUA=3ーTHO÷90゜ TRIUAの波形を図21に示す。TRIUAは変換器
3AのU側GTOを制御する三角波信号である。同時に
三角波発生回路19は、
IUDを発生する。
示していないが変換器3B、3C、3DのU相GTOを
制御する三角波信号である。同時に三角波信号発生回路
19は、
IVC、TRIVDを発生する。
RIVDは図示していないが変換器3A、3B、3C、
3DのV相GTOを制御する三角波信号である。同時に
三角波信号発生回路19は、
IWC、TRIWDを発生する。
RIWDは図示していないが変換器3A、3B、3C、
3DのW相GTOを制御する三角波信号である。図21
において、VURはU相電圧指令である。VUVAは変
換器3AのUV線間電圧である。
回路20で比較し、VURがTRIUAより大きいとき
GTO5をオンし、VURがTRIUAより小さいとき
GTO8をオンする。同様にして、V相電圧指令VVR
とTRIVAを比較して、GTO6、GTO9のオンオ
フを決定し、W相電圧指令VWRとTRIWAを比較し
て、GTO7、GTO10のオンオフを決定する。同様
に、VUVB、VUVC、VUVDは変換器3B、3
C、3DのUV相の出力電圧である。
変圧器二次巻線2A,2B,2C,2DのUV相に加わ
り、変圧器一次巻線1のU相には正弦波状の電圧が発生
する。同様に変圧器一次巻線のV相にはU相電圧に対し
て120°位相の遅れた電圧が発生しU相とV相の線間
にはVUVの電圧が発生する。VUVは系統の線間電圧
VLUVと基本波が等しい電圧となる。FUVA、FU
VB、FUVC、FUVDはそれぞれVUVA、VUV
B、VUVC、VUVDを積分した値で変圧器二次巻線
2A、2B、2C、2DのUV相の磁束に相当する量で
ある。
刻t1 の時点で系統のW相の1線が絡した場合の動作波
形である。系統電圧がこのように歪んで非対称になった
状態でも、変換器が発生するUV相線間電圧VUVは系
統のUV相線間電圧VLUVに良く追従した波形とな
る。従って、系統電圧と変換器電圧の差による過電流は
発生しない。しかし、FUVA、FUVB、FUVC、
FUVDと偏磁してゆくことが分る。これは、各変換器
が発生する電圧VUVA、VUVB、VUVC、VUV
Dに直流成分が有るためである。したがって、この直流
成分により変圧器が飽和するため運転を継続することは
出来ない。
換器3A、3B、3C、3Dの交流出力電圧を変圧器に
より直列に接続して運転する場合、地絡事故などにより
系統電圧の波形が歪むと変圧器にかかる電圧に直流成分
を生じるため、変圧器が飽和して運転を継続することが
出来なくなる。又、単位変換器3A、3B、3C、3D
の自己消弧形素子は一周期当り9回のオンオフを繰り返
しており、スイッチングに伴なう損失が大きく、変換器
の効率が低下する。
変圧器により、直列に接続して運転する電力変換装置に
おいて、自己消弧形素子のスイッチング回数を抑えなが
ら、変圧器の一次巻線に発生する電圧が正弦波状になる
ように変換器を制御する構成において、変圧器の巻線に
かかる電圧に直流分が生じないように制御することを目
的とする。
に、請求項1に記載の発明は、自己消弧形スイッチング
素子をブリッジ接続して成り、直流を交流に変換する複
数の単位変換器と該複数の単位変換器の交流出力を直列
接続する変圧器で構成された電力変換装置において、前
記変圧器の一次巻線が接続される交流系統電圧を検出
し、この検出電圧に基づいて前記一次巻線が出力すべき
電圧の指令値ベクトルを演算する手段と、前記電力変換
装置が出力できる電圧の実際値ベクトルを与える手段
と、前記指令値ベクトルに最も近い実際値ベクトルを選
択する手段と、前記各単位変換器が接続された前記変圧
器の各二次巻線に鎖交する磁束に相当する量を求める手
段と、前記磁束に相当する量と前記指令値ベクトルに基
いて自己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令を演算
する手段を備え、前記電力変換装置が指令値ベクトルに
最も近い電圧ベクトルを発生るように制御することを特
徴とするものである。
位変換器の出力電圧の和に対応する実際値電圧ベクトル
が、正弦波状に変化する系統電圧を表す指令値電圧ベク
トルに追従するように制御されるため、変換器の出力電
圧を正弦波状に制御することができ、実際値電圧ベクト
ルは、指令値電圧ベクトルが変化して他の実際値電圧ベ
クトルへの距離が、現状の実際値電圧ベクトルより小さ
くならないと変化しないので、自己消弧形スイッチング
素子のスイッチング回数は低く押えられると共に、変圧
器二次巻線に鎖交する磁束に相当する量の大小関係を判
別し、その大小関係に応じて各変換器の各線間出力電圧
の正側電圧時間積と負側電圧時間積がほぼ等しくなるよ
うに制御して、変圧器の巻線に直流分が生じないように
制御することができる。
に記載の発明における複数の変圧器の各相二次巻線に鎖
交する磁束に相当する量を求める手段を、それぞれの変
圧器の各二次巻線に印加される電圧を検出する電圧検出
器と、該電圧検出器の出力を積分する積分器で構成し、
該積分器の出力から前記変圧器の各二次巻線に鎖交する
磁束に相当する量を得ることを特徴としたものである。
器の各二次巻線に印加される電圧を検出する電圧検出器
の出力を積分器で積分し、変圧器の各二次巻線に鎖交す
る磁束に相当する量を間接的に検出して請求項1の効果
を得るようにしたものである。
に記載の発明における複数の変圧器の各相二次巻線に鎖
交する磁束に相当する量を求める手段を、それぞれの変
圧器の二次巻線の磁路に設置した磁束センサ―を用いる
ことを特徴とするものである。
巻線に鎖交する磁束に相当する量をそれぞれの変圧器の
二次巻線の磁路に設置した磁束センサ―で直接検出して
請求項1の効果を得るようにしたものである。
に記載の発明における複数の変圧器の各相二次巻線に鎖
交する磁束に相当する量を求める手段は、請求項2に記
載の電力変換装置の直流電圧に相当する量を検出する電
圧検出器と、該電圧検出器の出力と前記単位変換器の自
己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令とから前記単
位変換器の交流出力電圧に相当する量を演算する手段
と、前記交流出力電圧に相当する量を積分する積分器で
構成し、該積分器の出力から前記変圧器の各二次巻線に
鎖交する磁束に相当する量を得ることを特徴とするもの
である。
する量を検出する電圧検出器の出力と各単位変換器の自
己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令とから各単位
変換器の交流出力電圧に相当する量を演算し、その結果
を積分器で積分して、変圧器の各二次巻線に鎖交する磁
束に相当する量を間接的に検出して請求項1の効果を得
るようにしたものである。
に記載の発明における複数の変圧器の各相二次巻線に鎖
交する磁束に相当する量を求める手段を、請求項1に記
載の電力変換装置の直流電圧指令に相当する量と前記単
位変換器の自己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令
とから前記単位変換器の交流出力電圧に相当する量を演
算する手段と、前記交流出力電圧に相当する量を積分す
る積分器から成り、該積分器の出力から前記変圧器の各
二次巻線に鎖交する磁束に相当する量を得ることを特徴
とするものである。
各単位変換器の自己消弧形スイッチング素子のオンオフ
指令とから各単位変換器の交流出力電圧に相当する量を
演算し、その結果を積分器で積分して、変圧器の各二次
巻線に鎖交する磁束に相当する量を間接的に検出して請
求項1の効果を得るようにしたものである。
に記載の発明における複数の変圧器の各相二次巻線に鎖
交する磁束に相当する量を求める手段を、請求項1に記
載の電力変換装置の直流電圧に相当する量を検出する電
圧検出器と、該電圧検出器の出力と前記単位変換器の自
己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令とから前記単
位変換器の交流出力電圧に相当する量を演算する手段
と、前記交流出力電圧に相当する量を不完全積分する不
完全積分器から成り、該不完全積分器の出力から前記変
圧器の各二次巻線に鎖交する磁束に相当する量を得るこ
とを特徴とするものである。
する量を検出する電圧検出器の出力と各単位変換器の自
己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令とから各単位
変換器の交流出力電圧に相当する量を演算し、その結果
を不完全積分器で不完全積分して、変圧器の各二次巻線
に鎖交する磁束に相当する量を間接的に検出し請求項1
の効果を得るようにしたものである。
に記載の発明における複数の変圧器の各相二次巻線に鎖
交する磁束に相当する量を求める手段を、請求項1に記
載の電力変換装置の直流電圧指令に相当する量と前記単
位変換器の自己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令
とから前記単位変換器の交流出力電圧に相当する量を演
算する手段と、前記交流出力電圧に相当する量を不完全
積分する不完全積分器から成り、該不完全積分器の出力
から前記変圧器の各二次巻線に鎖交する磁束に相当する
量を得ることを特徴とするものである。
各単位変換器の自己消弧形スイッチング素子のオンオフ
指令とから各単位変換器の交流出力電圧に相当する量を
演算し、その結果を不完全積分器で不完全積分して、変
圧器の各二次巻線に鎖交する磁束に相当する量を間接的
に検出して請求項1の効果を得るようにしたものであ
る。
に記載の発明における複数の変圧器の各相二次巻線に鎖
交する磁束に相当する量を求める手段を、請求項1に記
載の電力変換装置の直流電圧に相当する量を検出する電
圧検出器と、該電圧検出器の出力と前記単位変換器の自
己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令とから前記単
位変換器の交流出力電圧に相当する量を演算する手段
と、前記交流出力電圧に相当する量を不完全積分する不
完全積分器から成り、該不完全積分器の時定数を前記変
圧器の各二次巻線の鎖交磁束の消失特性に合わせ、前記
不完全積分器の出力から前記変圧器の各二次巻線に鎖交
する磁束に相当する量を得ることを特徴とするものであ
る。
する量を検出する電圧検出器の出力と各単位変換器の自
己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令とから各単位
変換器の交流出力電圧に相当する量を演算し、その結果
を時定数を変圧器の各二次巻線の鎖交磁束の消失特性に
あわせた不完全積分器で不完全積分して、変圧器の各二
次巻線に鎖交する磁束に相当する量を間接的に検出して
請求項1の効果を得るようにしたものである。
に記載の発明における複数の変圧器の各相二次巻線に鎖
交する磁束に相当する量を求める手段を、請求項1に記
載の電力変換装置の直流電圧指令と前記単位変換器の自
己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令とから前記単
位変換器の交流出力電圧に相当する量を演算する手段
と、前記交流出力電圧に相当する量を不完全積分する不
完全積分器から成り、該不完全積分器の時定数を前記変
圧器の各二次巻線の鎖交磁束の消失特性に合わせ、前記
不完全積分器の出力から前記変圧器の各二次巻線に鎖交
する磁束に相当する量を得ることを特徴とするものであ
る。
各単位変換器の自己消弧形スイッチング素子のオンオフ
指令とから各単位変換器の交流出力電圧に相当する量を
演算し、その結果を、時定数を変圧器の各二次巻線の鎖
交磁束の消失特性にあわせた不完全積分器で不完全積分
して、変圧器の各二次巻線に鎖交する磁束に相当する量
を間接的に検出して請求項1の効果を得るようにしたも
のである。
載の発明における複数の変圧器の各二次巻線に鎖交する
磁束に相当する量を求める手段を、それぞれの変圧器の
各二次巻線に印加される電圧を検出する電圧検出器と、
該電圧検出器の出力を不完全積分する不完全積分器で構
成し、該積分器の出力から前記変圧器の各二次巻線に鎖
交する磁束に相当する量を得ることを特徴とするもので
ある。
圧器の各二次巻線に印加される電圧を検出する電圧検出
器の出力を不完全積分器で不完全積分し、変圧器の各二
次巻線に鎖交する磁束に相当する量を間接的に検出して
請求項1の効果を得るようにしたものである。
1に記載の発明における複数の変圧器の各二次巻線に鎖
交する磁束に相当する量を求める手段と、それぞれの変
圧器の各二次巻線に印加される電圧を検出する電圧検出
器と、該電圧検出器の出力を不完全積分する不完全積分
器で構成し、該不完全積分器の時定数を前記変圧器の各
二次巻線の鎖交磁束の消失特性に合わせ、該不完全積分
器の主力から前記変圧器の各二次巻線に鎖交する磁束に
相当する量を得ることを特徴とするものである。
の交流出力電圧を、時定数を変圧器の各二次巻線の鎖交
磁束の消失特性にあわせた不完全積分器で不完全積分し
て、変圧器の各二次巻線に鎖交する磁束に相当する量を
間接的に検出して請求項1の効果を得るようにしたもの
である。
の構成図である。図1において、1、2A〜2D、3A
〜3D、4、11、12は従来の実施例の説明で既に述
べたのでここでは説明を省略する。
御する電流制御回路である。系統電圧検出器12で検出
された系統電圧と電流制御回路15の出力は指令値ベク
トル演算回路30に送られ、電力変換器3A〜3Dが出
力すべき出力ベクトルを出力する。一方、実際値ベクト
ル発生回路50は、電力変換器が実際に出力できる実際
値出力ベクトルを発生する。ベクトル選択回路40は、
実際値ベクトルのうち、指令値電圧ベクトルに最も近い
電圧ベクトルを選択する。
圧ベクトルに対応して、電力変換器3Aから3DのGT
Oをオンオフするゲ―トパルスを発生する。更に、図1
及び図2から図10を用いて、図1の動作を説明する。
図2は図1の指令値ベクトル演算回路30の動作を説明
するための図である。電圧検出器12で検出された電源
系統の線間電圧VLUV、VLVW、VLWU、は線間
→相電圧変換回路301において、次式にしたがって相
電圧VLU、VLV、VLWに変換される。
変換回路302において、次式にしたがってVLA、V
LBに変換される。ただし、A軸をU相方向により、B
軸をA軸より90°進んだ軸とする。
制御回路15の出力は加算器303により加算される
が、以下、説明をわかりやすくするために電流制御回路
15の出力は零と仮定する。すなわち、変換器3A〜3
Dが系統電圧11に等しい電圧を発生し、出力電流が零
の状態について説明する。したがって、加算器303の
出力CVA、CVBはVLA、VLBに等しい。以上の
結果として、図3に示す電圧指令値ベクトルが決定され
る。
圧は0か6の7通りのベクトルで表すことができる。各
ベクトル0〜6に対応する自己消弧形スイッチング素子
のスイッチング状態との関係は下記のようになる。
する電圧に対応する実際値電圧ベクトルを表す図であ
る。図5において原点と各黒丸を結ぶベクトルが実際値
ベクトルを表しており、図5では61通りのベクトルを
表している。実際値ベクトル発生回路50は、図5の実
際値ベクトルのうち図6に示す60゜区間の15個の実
際値ベクトルAB座標値として以下のように発生する。
の1次側相電圧を表す。電圧ベクトル選択回路40は指
令値ベクトル演算回路30から出力された指令値ベクト
ルと実際値ベクトル発生回路50で発生した実際値ベク
トルを入力とし、変換器1の一次側に実際に発生させる
電圧ベクトルを選択する。
説明するための図である。指令値ベクトル演算回路30
から出力された指令値ベクトルのAB座標値(VA,V
B)から位相角演算回路401によって次式で指令値ベ
クトルの位相角THを算出する。
いとき TH=tan-1(VB/VA) VBが正でVBが(VAの絶対値)より大きいとき TH=−tan-1(VA/VB)+90゜ VAが負でVAが−(VBの絶対値)より小さいとき TH=tan-1(VB/VA)+180゜ VBが負でVBが−(VAの絶対値)より小さいとき TH=−tan-1(VB/VA)+270゜ 位相角判別回路402は、以下の論理にしたがって、電
圧ベクトルがどの60゜区間に属するか表す位相角TH
Aを決定する。
Aにしたがって指令値電圧ベクトル(VA,VB)を次
式で座標変換する。
ベクトルVR=(VAR,VBR)と実際値ベクトル発
生回路50の出力であるV0〜V14と距離L0〜L1
4を次式で演算する。
算した指令値ベクトルと実際値ベクトルの距離L0〜L
14の最小値を検出し、最小値に対応する実際値ベクト
ルのAB座標値(VAn,VBn)を出力する。座標変
換回路406は(VAn,VBn)をTHAに基づいて
次式で座標変換する。
すべき電圧ベクトルを決定する。Step1) ベクトル選択回路40の出力である電圧ベクトルを単位
変換器が出力する電圧ベクトルに次のように分解する。
ここで、ベクトル選択回路の出力ベクトルをAB座標値
で表し、単位変換器が出力する電圧ベクトルを図4に記
した0から6の数字で表すこととし、3Aから3Dの変
換器が出力する電圧ベクトルを一組として[1,1,
1,1]のように表現する。
をなす線との間にある場合の合成出力の電圧ベクトルと
単位変換器の関係であるが、これ以外の電圧ベクトルも
同様にして単位変換器の出力する電圧ベクトルに分解す
る。 Step2) 各単位変換器の現在の出力電圧ベクトルを3A、3B、
3C、3Dの順にチェックし、単位変換器が出力すべき
電圧ベクトルの組を単位変換器3A〜3Dに割り付け
る。例えば、現状の変換器の出力電圧ベクトルが 変換器3A 1 変換器3B 2 変換器3C 2 変換器3D 1 のとき、各単位変換器の出力すべき電圧ベクトル指令が
[1,2,2,2]であるとする。
ルが1であり、電圧ベクトル指令の組に1のベクトルは
含まれるので、変換器3Aの次回の出力ベクトルを1と
し電圧ベクトル指令の組からベクトル1を除く。(電圧
ベクトル指令の組は[2,2,2]となる。)
ルが2であり、電圧ベクトル指令の組に含まれるので、
変換器3Bの次回の出力ベクトルを2とし、電圧ベクト
ル指令の組からベクトル2を除く。(電圧ベクトル指令
の組は[2,2]となる。)
ルが2であり、電圧ベクトル指令の組に含まれるので変
換器3Bの次回の出力ベクトルを2とし、電圧ベクトル
指令の組からベクトル2を除く。(電圧ベクトル指令の
組は[2]となる。)
ルは1であり、電圧ベクトル指令の組に含まれない。電
圧ベクトル指令の組に残っているベクトル2を次回の出
力ベクトルとして変換器3Dに割り当てる。(この例で
は、電圧ベクトル指令の組には1つのベクトルしか残っ
ていないが、複数のベクトルが残っている場合には最初
のベクトルを割り当てる。) ゲ―トパルス発生回路70は前述の電圧ベクトルとGT
Oのスイッチング状態の対応を示した関係に従って、G
TOのオンオフ状態を決定し、ゲートパルスを生成す
る。
る。本実施の形態によれば、三相交流電圧指令に対応す
る電圧ベクトルに最も近い電圧ベクトルに対応する電圧
を発生するように変換器が制御されるので、変圧器1の
1次側に正弦波状の電圧を発生する。また、単位変換器
の各GTOは1周期当り1回ずつオンオフを繰り返して
おり、従来の技術で述べた方法に対して1/9のスイッ
チング回数となるので、変換器のスイッチング損失が低
減され、高効率な電力変換器が実現できる。
表す図である。図において、80は変圧器二次巻線2A
から変圧器二次巻線2Dの各巻線に鎖交する磁束がバラ
ンスするように制御するバランス回路である。90は変
圧器二次巻線2Aから変圧器二次巻線2Dに鎖交する磁
束に相当する量を検出する磁束検出回路である。
図である。磁束検出回路90は電圧検出器9011〜9
121の出力を積分する積分器9012〜9122、積
分器の出力の差を算出する減算器9013〜9023か
ら成る。
出回路90の出力の大小の順序を決定する比較回路80
1と比較回路801の出力とベクトル選択回路40の出
力から各単位変換器出力する電圧ベクトルを決定する論
理回路802から成る。
る。図9において、電圧ベクトル指令変換回路によっ
て、単位変換器の出力すべき電圧ベクトルの組が決定さ
れるまでの動作は第1の実施の形態と同一であるため説
明を省略する。
変圧器2A〜2DのUV相磁束とVW相磁束の差に相当
する量を得る。変圧器二次巻線2AのUV相に印加され
る電圧を電圧検出器で検出し、その出力を積分器901
2で積分し、その出力としてFUVAを得る。
電圧を電圧検出器で検出し、その出力を積分器9022
で積分し、その出力としてFVWAを得る。積分器90
12と積分器9022の出力の差FUVA−FVWAを
減算器で算出する。
電圧を電圧検出器で検出し、その出力を積分器9042
で積分し、その出力としてFUVBを得る。変圧器二次
巻線2BのVW相に印加される電圧を電圧検出器で検出
し、その出力を積分器9052で積分し、その出力とし
てFVWBを得る。
差FUVB−FVWBを減算器で算出する。変圧器二次
巻線2CのUV相に印加される電圧を電圧検出器で検出
し、その出力を積分器9072で積分し、その出力とし
てFUVCを得る。
電圧を電圧検出器で検出し、その出力を積分器9082
で積分し、その出力としてFVWCを得る。積分器90
72と積分器9082の出力の差FUVC−FVWCを
減算器で算出する。
電圧を電圧検出器で検出し、その出力を積分器9102
で積分し、その出力としてFUVDを得る。変圧器二次
巻線2DのVW相に印加される電圧を電圧検出器で検出
し、その出力を積分器9112で積分し、その出力とし
てFVWDを得る。
差FUVD−FVWDを減算器で算出する。変圧器二次
巻線2A〜2DのVW相磁束とWU相磁束の差に相当す
る量FVWA−FWUA、FVWB−FWUB、FVW
C−FWUC、FVWD−FWUD、WU相磁束とUV
相磁束の差に相当する量FWUA−FUVA、FWUB
−FUVB、FWUC−FUVC、FWUD−FUVD
についても同様の演算で算出する。
01によって、磁束検出回路90から出力されたUV相
磁束とVW相磁束の差に相当する量、VW相磁束とWU
相磁束の差に相当する量、WU相磁束とUV相磁束の差
に相当する量それぞれの大小の順序を決定する 次に、論理回路802は、第1の実施の形態で説明した
のと同様にして、ベクトル選択回路40の出力から、各
単位変換器が出力すべき電圧ベクトルの組を算出する。
次に以下の論理にしたがって、単位変換器の出力すべき
電圧ベクトルの組を単位変換器3A〜3Dに割り付け
る。
ックし、そのベクトルがベクトル1である時、3Aから
3Dの変換器のうち、それぞれの変圧器二次巻線2A〜
2Dに鎖交するUV相磁束とVW相磁束の差に相当する
量FUVA−FVWA、FUVB−FVWB、FUVC
−FVWC、FUVD−FVWDが最小の変換器にベク
トル1を割り付ける。
器のうち、それぞれの変圧器二次巻線2A〜2Dに鎖交
するWU相磁束とUV相磁束の差に相当する量FWUA
−FUVA、FWUB−FUVB、FWUC−FUV
C、FWUD−FUVDが最大の変換器にベクトル2を
割り付ける。
器のうち、それぞれの変圧器二次巻線2A〜2Dに鎖交
するVW相磁束とWU相磁束の差に相当する量FVWA
−FWUA、FVWB−FWUB、FVWC−FWU
C、FVWD−FWUDが最小の変換器にベクトル3を
割り付ける。
器のうち、それぞれの変圧器二次巻線2A〜2Dに鎖交
するUV相磁束とVW相磁束の差に相当する量FUVA
−FVWA、FUVB−FVWB、FUVC−FVW
C、FUVD−FVWDが最大の変換器にベクトル4を
割り付ける。
器のうち、それぞれの変圧器二次巻線2A〜2Dに鎖交
するWU相磁束とUV相磁束の差に相当する量FWUA
−FUVA、FWUB−FUVB、FWUC−FUV
C、FWUD−FUVDが最小の変換器にベクトル5を
割り付ける。
器のうち、それぞれの変圧器二次巻線2A〜2Dに鎖交
するVW相磁束とWU相磁束の差に相当する量FVWA
−FWUA、FVWB−FWUB、FVWC−FWU
C、FVWD−FWUDが最大の変換器にベクトル6を
割り付ける。
ていな残りの変換器に全てベクトル0を割り付ける。ゲ
ートパルス発生回路70は、単位変換器3A〜3Dに割
り付けられた電圧ベクトルから、GTOのスイッチング
状態の対応を示した図2にしたがって、GTOのオンオ
フ状態を決定し、ゲートパルスを発生する。
いる。本実施の形態によれば、三相交流電圧指令に対応
する電圧ベクトルに最も近い電圧ベクトルに対応する電
圧を発生するように変換器が制御されので、変圧器1の
1次側に正弦波状の電圧が発生する。また、単位変換器
の各GTOは1周期当り1回ずつオンオフを繰り返して
おり、従来の技術で述べた方法に対して1/9のスイッ
チング回数となるので、変換器のスイッチング損失は低
減され、高効率な電力変換器が実現できる。更に、変圧
器の2次巻線に鎖交する磁束に相当する量を検出して、
単位変換器が出力すべき電圧ベクトルの組と磁束に相当
する量の大きさに応じて各単位変換器の自己消弧形スイ
ッチング素子のオンオフ制御を行い、二次巻線に鎖交す
る磁束に相当する量がバランスするように制御している
ため、二次巻線にかかる電圧に直流分が生じないように
制御できる。従って、系統の地絡事故等により系統電圧
が大幅に歪んだときも、変圧器が飽和することなく変換
器の運転を継続することができる。
変圧器を介して直列に接続して運転する場合について説
明したが、4台以外の複数の変換器を変圧器を介して直
列に接続して運転する場合についても同様に実施出来
る。また、一例としてGTOをブリッジ接続して変換器
を構成する場合について説明したが、GTO以外の自己
消弧形スイッチング素子をブリッジ接続しても良い。
くするため、電流制御回路15の出力を零として説明し
たが、電流制御回路15を活かせば、電圧ベクトル選択
回路40での選択の基準になる電圧指令ベクトルに電流
制御回路15の出力のリップルが重畳してPWM動作が
加わり、電流波形がより正弦波に近づく。このPWM動
作によってスイッチング関数が若干増えるが、従来の技
術で述べた方式に比べるとスイッチング回数は1/4か
ら1/3となり、スイッチング損失を低減できる。
当する量を検出する手段として、請求項2の変圧器二次
巻線に印加される電圧を電圧検出器にて検出して、その
値を積分する方式について説明したが、以下に述べる請
求項3以下の磁束に相当する量の検出方式を用いても良
い。
の実施の形態の構成図である。変圧器二次巻線2A〜2
Dに鎖交する磁束に相当する量を変圧器二次巻線2A〜
2Dの磁路に磁束センサを設置して、磁束を直接検出し
て請求項1と同じ効果を得るものである。図は変圧器二
次巻線2Aについての構成を示したが、変圧器二次巻線
2B〜2Dについても同様に構成する。
の実施の形態を表す構成図である。直流電源4の電圧を
電圧検出器で検出し、ゲートパルス発生回路70で生成
されるGTOのオンオフ信号を正規化回路で振幅1のオ
ンオフ信号に変換し、乗算器で直流電圧と正規化された
オンオフ信号を乗算する。その結果を積分器で積分し、
変圧器二次巻線2A〜2Dに鎖交する磁束に相当する量
を得る。図は変圧器二次巻線2Aについての構成を示し
たが、変圧器二次巻線2B〜2Dについても同様に構成
する。
制御で使用する電圧検出器を利用して磁束に相当する量
を検出することができ、新たに電圧検出器を設けること
なしに請求項1の効果を得ることができる。
実施の形態を表す構成図である。直流電源指令回路(図
示せず)からの直流電源4の直流電圧を制御する直流電
圧指令とゲ―トパルス発生回路で生成されるGTOのオ
ンオフ信号を正規化回路で振幅1に正規化したオンオフ
信号を、乗算器で乗算する。その結果を積分器で積分
し、変圧器二次巻線2A〜2Dに鎖交する磁束に相当す
る量を得る。図は変圧器二次巻線2Aについての構成を
示したが、変圧器二次巻線2B〜2Dについても同様に
構成する。
ることなしに請求項1の効果を得ることができる。図1
6は請求項6及び8に記載の磁束検出回路の実施の形態
を表す構成図である。直流電源4の直流電圧を電圧検出
器で検出し、ゲ―トパルス発生回路で生成されるGTO
のオンオフ信号を正規化回路で振幅1のオンオフ信号に
変換し、乗算器で直流電圧と正規化されたオンオフ信号
を乗算する。その結果を不完全積分器で不完全積分し、
変圧器二次巻線2A〜2Dに鎖交する磁束に相当する量
を得る。図は変圧器二次巻線2Aについての構成を示し
たが、変圧器二次巻線2B〜2Dについても同様に構成
する。
制御で使用する電圧検出器を利用して磁束に相当する量
を検出することができ、新たに電圧検出器を設ける必要
が無くなると共に、変換器起動時等の過渡的な電圧によ
り、検出される磁束に相当する量が偏ることを回避して
請求項1の効果を得ることができる。
直流電圧制御で使用する電圧検出器を利用して磁束に相
当する量を検出する事が出来、新に電圧検出器を設ける
必要がなくなると共に、変換器起動時等の過渡的な電圧
により、検出される磁束に相当する量が偏ることを回避
するとともに、不完全積分の時定数を磁束の消失特性に
合せているので、変圧器の二次巻線に鎖交する磁束をよ
り正確に演算することができ、請求項1の効果を高める
ことができる。
回路の実施の形態を表す構成図である。直流電源4の直
流電圧を制御するための直流電圧指令とゲ―トパルス発
生回路で生成されるGTOのオンオフ信号をを正規化回
路で振幅1に正規化したオンオフ信号を乗算器で乗算す
る。その結果を不完全積分器で不完全積分し、変圧器二
次巻線A2〜2Dに鎖交する磁束に相当する量を得る。
図は変圧器二次巻線2Aについての構成を示したが、変
圧器二次巻線2B〜2Dについても同様に構成する。
ることなしに磁束に相当する量を得ることができ、変換
器起動時等の過渡的な電圧により、検出される磁束に相
当する量が偏ることを回避して請求項1の効果を得るこ
とができる。更に、請求項9の発明によれば、変換器の
直流電圧制御で使用する電圧検出器を利用して磁束に相
当する量を検出する事が出来、新に電圧検出器を設ける
必要がなくなくなるとと共に、変換器起動時等の過渡的
な電圧により、検出される磁束に相当する量が偏ること
を回避するとともに、不完全積分の時定数を磁束の消失
特性に合せているので、変圧器の二次巻線に鎖交する磁
束をより正確に演算することができ、請求項1の効果を
高めることができる。
検出回路の実施の形態を表す構成図である。出力電圧を
出力電圧検出器で検出し、その検出結果を時定数を各変
圧器の二次巻線に鎖交する磁束の消失特性に合せた不完
全積分器で不完全積分し、変圧器二次巻線A2〜2Dに
鎖交する磁束に相当する量を得る。
過渡的な電圧により、検出される磁束に相当する量が偏
ることを回避するとともに、不完全積分の時定数を磁束
の消失特性に合せているので、変圧器の二次巻線に鎖交
する磁束をより正確に演算することができ、請求項1の
効果を高めることができる。
複数の単位変換器の交流出力電圧を変圧器の二次巻線に
接続し、変圧器の一次巻線を直列接続して運転する電力
変換装置において、変圧器の一次巻線が接続される交流
系統電圧を検出し、交流系統電圧ベクトルに電力変換器
の指令電圧ベクトルから各単位変換器が出力すべき電圧
ベクトルを決定し、単位変換器の自己消弧形スイッチン
グ素子をオンオフ制御することにより、電力変換装置の
出力電圧を指令値に追従して階段状の波形に制御するこ
とができる。従って、歪みの少ない正弦波状の出力電圧
を得ることができると共に、事故時の系統電圧の急変に
も遅れなく追従することができる。更に、定常運転状態
では、変換器の各自己消弧形スイッチング素子が一周期
に一回ずつオンオフを繰り返すだけなので、スイッチン
グ回数が少なく、スイッチング損失を低減できる。ま
た、変圧器の二次巻線に鎖交する磁束に相当する量を検
出して、単位変換器の出力電圧ベクトル指令と磁束に相
当する量の大きさに応じて単位変換器の自己消弧形スイ
ッチング素子のオンオフ制御を行うことで、二次巻線に
鎖交する磁束に相当する量がバランスするように制御し
ているため、二次巻線にかかる電圧に直流成分を生じな
いように制御出来る。従って、系統の地絡事故などによ
り系統電圧が大幅に歪んだとしても、変圧器が飽和する
ことなく変換器の運転を継続することができる。
を表すブロック図。
回路の詳細な構成図を示すブロック図。
す図。
図。
ベクトルを表す図。
表す図。
図。
細な構成を表す図。
の詳細な構成を表す図。
図。
成図。
構成図。
の構成図。
成図。
装置のブロック図。
器二次巻線 3A〜3D…単位変換器 4 …直流
電源 5〜10 …GTO 11 …系統
電圧 12 …系統電圧検出器 13 …線間
電圧相電圧変換回路 14 …三相二相変換回路 15 …電流
制御回路 16 …加算器 17 二相
三相変換回路 18 …位相角算出回路 19 …三角
波発生回路 20 …クロスポイント検出回路30 …指令
値ベクトル演算回路 40 …ベクトル選択回路 50 …実際
値ベクトル発生回路 60 …論理回路 70 …ゲ―
トパルス発生回路 80 …バランス制御回路路 90 …磁束
検出回路
Claims (11)
- 【請求項1】 自己消弧形スイッチング素子をブリッジ
接続して成り、直流を交流に変換する複数の単位変換器
と、該複数の単位変換器の交流出力を直列接続する変圧
器で構成された電力変換器において、 前記変圧器の一次巻線が接続される交流系統電圧を検出
し、この検出電圧に基づいて前記一次巻線が出力すべき
電圧の指令値ベクトルを演算する手段と、 前記電力変換装置が出力できる電圧の実際値ベクトルを
与える手段と、 前記指令値ベクトルに最も近い実際値ベクトルを選択す
る手段と、 前記単位変換器が接続された前記変圧器の各二次巻線に
鎖交する磁束に相当する量を求める手段と、 前記磁束に相当する量と前記指令値ベクトルに基づいて
自己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令を演算する
手段を備え、 前記電力変換装置が指令値ベクトルに最も近い電圧ベク
トルを発生するように制御することを特徴とする電力変
換装置の制御装置。 - 【請求項2】 前記磁束に相当する量を求める手段は、
前記変圧器の各二次巻線に印加される電圧を検出す電圧
検出器と、該電圧検出器の出力を積分する積分器から成
り、該積分器の出力から前記変圧器の各二次巻線に鎖交
する磁束に相当する量を得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装置。 - 【請求項3】 前記磁束に相当する量を求める手段は、
前記変圧器の各二次巻線の磁路に設置した磁束センサ―
を用いることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装
置の制御装置。 - 【請求項4】 前記磁束に相当する量を求める手段は、
前記電力変換装置の直流電圧に相当する量を検出する電
圧検出器と、該電圧検出器の出力と前記単位変換器の自
己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令とから前記単
位変換器の交流出力電圧に相当する量を演算する手段
と、前記交流出力電圧に相当する量を積分する積分器か
ら成り、該積分器の出力から前記変圧器の各二次巻線に
鎖交する磁束に相当する量を得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装置。 - 【請求項5】 前記磁束に相当する量を求める手段は、
前記電力変換装置の直流電圧指令に相当する量と前記単
位変換器の自己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令
とから前記単位変換器の交流出力電圧に相当する量を演
算する手段と、前記交流出力電圧に相当する量を積分す
る積分器から成り、該積分器の出力から前記変圧器の各
二次巻線に鎖交する磁束に相当する量を得ることを特徴
とする請求項1に記載の電力変換装置の制御装置。 - 【請求項6】 前記磁束に相当する量を求める手段は、
前記電力変換装置の直流電圧に相当する量を検出する電
圧検出器と、該電圧検出器の出力と前記単位変換器の自
己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令とから前記単
位変換器の交流出力電圧に相当する量を演算する手段
と、前記交流出力電圧に相当する量を不完全積分する不
完全積分器から成り、該不完全積分器の出力から前記変
圧器の各二次巻線に鎖交する磁束に相当する量を得るこ
とを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置の制御装
置。 - 【請求項7】 前記磁束に相当する量を求める手段は、
前記電力変換装置の直流電圧指令に相当する量と前記単
位変換器の自己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令
とから前記単位変換器の交流出力電圧に相当する量を演
算する手段と、前記交流出力電圧に相当する量を不完全
積分する不完全積分器から成り、該不完全積分器の出力
から前記変圧器の各二次巻線に鎖交する磁束に相当する
量を得ることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装
置の制御装置。 - 【請求項8】 前記磁束に相当する量を求める手段は、
前記電力変換装置の直流電圧を検出する電圧検出器と、
該電圧検出器の出力と前記単位変換器の自己消弧形スイ
ッチング素子のオンオフ指令とから前記単位変換器の交
流出力電圧に相当する量を演算する手段と、前記交流出
力電圧に相当する量を不完全積分する不完全積分器から
成り、該不完全積分器の時定数を前記変圧器の各二次巻
線の鎖交磁束の消失特性に合わせ、前記不完全積分器の
出力から前記変圧器の各二次巻線に鎖交する磁束に相当
する量を得ることを特徴とする請求項1に記載の電力変
換装置の制御装置。 - 【請求項9】 前記磁束に相当する量を求める手段は、
前記電力変換装置の直流電圧指令と前記単位変換器の自
己消弧形スイッチング素子のオンオフ指令とから前記単
位変換器の交流出力電圧に相当する量を演算する手段
と、前記交流出力電圧に相当する量を不完全積分する不
完全積分器から成り、該不完全積分器の時定数を前記変
圧器の各二次巻線の鎖交磁束の消失特性に合わせ、前記
不完全積分器の出力から前記変圧器の各二次巻線に鎖交
する磁束に相当する量を得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装置。 - 【請求項10】 前記磁束に相当する量を求める手段
は、前記変圧器の各二次巻線に印加される電圧を検出す
電圧検出器と、該電圧検出器の出力を不完全積分する不
完全積分器から成り、該不完全積分器の出力から前記変
圧器の各二次巻線に鎖交する磁束に相当する量を得るこ
とを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置の制御装
置。 - 【請求項11】 前記磁束に相当する量を求める手段
は、前記変圧器の各二次巻線に印加される電圧を検出す
電圧検出器と、該電圧検出器の出力を不完全積分する不
完全積分器から成り、該不完全積分器の時定数を前記変
圧器の各二次巻線の鎖交磁束の消失特性に合わせ、前記
不完全積分器の出力から前記変圧器の各二次巻線に鎖交
する磁束に相当する量を得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装置。
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