JP3324249B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電源系統に接続さ
れた交直流変換を行う電力変換装置に係り、特に直流送
電装置や無効電力調整装置や周波数変換装置を構成する
に適した電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体スイッチング素子を用いて交流を
直流に変換する順変換器または直流を交流に変換する逆
変換器の有効電力または無効電力を制御する自励式電力
変換装置では、有効，無効電力の演算で電流，電圧を検
出してｄ−ｑ軸の回転座標に変換するときや、自励式電
力変換器に与えるＰＷＭパルスを生成するときに、交流
の系統電圧の位相の検出が必要である。この例としては
特開平３−４５１２６号に示すように交流系統電圧から
直接位相を検出する手段がある。また特開平４−３６７
０１１号は系統の交流電圧と交流電流から実電力と虚電
力を求め、この実電力と虚電力を検出された交流電圧か
ら交流電圧の最大値で割算することで、系統電圧の位相
を検出することなく、ｄ−ｑ軸の回転座標の電流を求め
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】自励式電力変換器にお
いて３相交流から電圧，電流を検出して有効電力や無効
電力を制御したり、ベクトル制御方式を用いてｄ−ｑ軸
に座標変換して電流制御を行う。このとき、電圧の位相
θを用いて変換を行う。特開平3−45126号の例では交流
系統電圧から直接、位相θを検出するためＰＬＬ回路
（フェイズロック回路）を用いている。ＰＬＬ回路を用
いる時電源電圧の零点を基準に位相を制御するため、電
源の地絡事故による不平衡電圧になったり、波形歪によ
る電源の零点通過時にチャタリング等により零点を正確
に検出が出来なくなる事も生じる。

【０００４】また、特開平4−367011 号の例では系統電
圧の位相を検出しなくとも電力制御，電流制御を行える
利点があるが位相を検出することができない。そのた
め、電源の地絡事故等により不平衡電圧が発生した時に
自励式電力変換器が過電流になり装置が停止する事態に
なることもある。

【０００５】本発明の目的は、交流系統の異常により不
平衡電圧が発生しても、電力系統に電力変換器が接続さ
れる直流送電装置，無効電力制御装置，周波数変換装置
を安定に制御して無停止運転を可能にする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、３相交流電源
の電圧位相に基づいて交流電源の交流電力を直流電力に
変換する電力変換装置において、前記交流電源の３相分
の電圧信号を実軸と虚軸の各成分に分解し、該各成分か
ら瞬時対称座標法を用いて正相分の位相を検出する位相
角検出器を備え、該検出器からの正相分位相を前記電圧
位相とすることを特徴とする。

【０００７】また、交流電源の３相分の電圧信号を実軸
と虚軸の各成分に分解し、該各成分から瞬時対称座標法
を用いて逆相分の電圧の大きさを検出する手段と、該逆
相分の電圧の大きさに基づき該逆相分の電圧の大きさが
小さくなるように前記電力変換器の電圧を制御する手段
を備えたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】交流系統の３相電源の電圧を波形変換して実
軸，虚軸に分けて測定し、瞬時対称座標法により正相分
の演算から正相分位相を演算することで、安定した交流
系統の位相が検出でき、特に３相の内１線地落して電圧
が零になっても精度良く位相が検出できるため、該位相
に基づき電力変換器制御することにより電力変換器を停
止させることなく安定に運転を続行でき、電力系統に電
力変換器が接続される直流送電装置，無効電力制御装
置，周波数変換装置では重要な課題の一つである無停止
運転が可能となる。

【０００９】また、交流系統の異常により不平衡電圧が
発生したとき、瞬時対称座標法により逆相分の演算から
正相分の絶対値を検出し、該絶対値に基づいて電力変換
器の電流を制御することにより変換器の過電流を抑制す
ることができるとともに、異常が解除されれば、正常に
運転復帰でき、電力系統に電力変換器が接続される直流
送電装置，無効電力制御装置，周波数変換装置において
電力系統の安定化が図れることができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例である無効電力調整
機能を備えた直流送電における電力変換装置の構成図を
示す。１０３は半導体スイッチング素子を用いて交流を
直流に、または直流を交流に変換する電力変換器で、交
流系統１０１と直流系統１０２間に配置され電力変換す
る。ここで、該変換器の半導体スイッチング素子にはＧ
ＴＯ等の自己消弧素子を用いている。電力変換器１０３
の交流側端子は、電圧の昇降を行う変圧器１０４とリア
クトル１０７−Ａを介して交流系統１０１が接続され
る。電力変換器１０３の直流側端子間にはコンデンサ１
０８が接続されるとともに、図示しないもう一方の電力
変換器の直流端子が直流送電線で接続される。尚、図示
の１０７−Ｄは直流送電線路に存在するリアクタンスを
表わしている。

【００１１】上記電力変換器を制御するところの制御装
置は以下の構成からなる。１０５−Ａは交流系の電圧を
測定する計器用変圧器、１０５−Ｄは変換器側の交流の
電圧を測定する計器用変圧器、１０６は交流系の電流を
測定する計器用変流器である。１０９は直流電圧指令Ｖ
dc* を出力する直流電圧指令部、１１０は直流電圧指令
Ｖdc* と変換器直流端子の電圧との偏差を求める加算
器、１１１は前記偏差がなくなるように有効電流指令Ｉ
p*を出力する直流電圧制御器である。１１２は計器用変
流器１０６で検出した３相系統電流から２相のα−β軸
座標に変換する３／２相電流変換器、１１３は計器用変
圧器１０５−Ｄで検出した３相系統電圧から２相のα−
β軸座標に変換する３／２相電圧変換器、１１４はα−
βに座標変換された電圧と電流から無効電力Ｑf を検出
する無効電力演算器、１１５は計器用変圧器１０５−Ａ
で検出した電圧より無効電力指令Ｑ* を求める無効電力
指令部、１１６は無効電力指令Ｑ* と無効電力検出値Ｑ
f との偏差を求める加算器、１１７は前記無効電力の偏
差がなくなるように無効電流指令Ｉq*を出力する無効電
力制御器である。

【００１２】一点鎖線で囲んだブロック１１８は本発明
が特徴とする後述詳細に説明するところの電圧位相角検
出器で、それを構成する１１９は計器用変圧器１０５−
Ｄで降圧した３相の電圧を実軸と虚軸に波形変換して各
相の実軸電圧成分と虚軸電圧成分を検出する電圧実軸虚
軸検出回路、１２０は正相分演算回路、１２１は変換器
側電圧の正相分の位相θFを演算する正相位相演算回路
である。

【００１３】１２２は３／２相電流変換器１１２よりの
α−β軸座標の電流成分Ｉα，Ｉβを正相分位相θFに
より有効−無効軸座標（ｐ−ｑ軸）における電流成分Ｉ
p，Ｉq に変換するｐ−ｑ軸演算回路、１２３は有効電
流の指令Ｉp*とその検出値Ｉp との偏差を求める加算
器、１２４は前記有効電流の偏差がなくなるように有効
電圧指令Ｖp を出力する有効電流制御器、１２５は無効
電流の指令Ｉq*とその検出値Ｉq との偏差を求める加算
器、１２６は前記無効電流の偏差がなくなるように無効
電圧指令Ｖq を出力する無効電流制御器、１２７は前記
有効，無効電圧指令Ｖp，Ｖqを正相分位相θF によりα
−β軸座標の電圧成分Ｖoα，Ｖoβに変換するα−β軸
電圧変換器、１２８は電圧成分Ｖoα，Ｖoβを３相電圧
成分指令Ｖou〜Ｖowに変換する２／３相電圧変換器、１
２９は３相電圧成分指令Ｖou〜Ｖowと正相分位相θF に
基づきＰＷＭ信号を発生させ、この信号により電力変換
器のスイッチング素子をオン，オフさせＰＷＭ制御を行
うＰＷＭ発生器である。次に上記本発明の電力変換装置
の動作原理を説明する。変換器１０３の直流端子電圧Ｖ
dcを制御するため、直流電圧指令部の指令値Ｖdc* とＶ
dcの偏差を加算器１１０で演算し、この偏差値を入力と
して直流電圧制御器１１１で比例積分演算を行い有効電
流指令Ｉp*を得る。

【００１４】３／２相電流変換器１１２では、計器用変
流器１０６で検出した３相系統電流から数１を用いて２
相のα−β座標に変換する。

【００１５】

【数１】

【００１６】ｐ−ｑ軸演算回路１２２では、位相角検出
器１１８からの出力位相角θF を基準として、３／２相
電流変換器１１２で得られたＩα，Ｉβから数２を用い
て有効電流検出値Ｉpと無効電流検出値Ｉqを得る。

【００１７】

【数２】

【００１８】同様に３／２相電圧変換器１１３では、計
器用変圧器１０５で検出した３相系統電圧から数３を用
いて２相のα−β座標に変換する。

【００１９】

【数３】

【００２０】無効電力演算器１１４では、α−β座標に
変換されたＶα，Ｖβ，Ｉα，Ｉβから数４を用いて交
流系統の無効電力Ｑfを算出する。

【００２１】

【数４】 Ｑf＝ＶβＩα−ＶαＩβ …（数４） ここで、無効電力Ｑを制御するため、無効電力指令部１
１５の指令値Ｑ*とＱfの偏差を加算器１１６で演算し、
この偏差値を入力として無効電力制御器１１７では比例
積分演算を行い無効電流指令Ｉq*を得る。

【００２２】有効電流制御器１２４では、直流電圧制御
器１１１の出力Ｉp*とｐ−ｑ軸演算回路１２２の出力Ｉ
pとの偏差を入力として比例積分演算を行い有効電圧指
令Ｖpを得る。

【００２３】無効電流制御器１２６では、無効電力制御
器１１７の出力Ｉq*とｐ−ｑ軸演算回路１２２の出力Ｉ
qとの偏差を入力として比例積分演算を行い無効電圧指
令Ｖqを得る。

【００２４】α−β軸電圧変換器１２７は、位相角検出
器１１８からの出力位相角θF を基準として、有効電流
制御器１２４の出力Ｖpと無効電流制御器１２６の出力
Ｖqから数５を用いてα軸β軸出力電圧指令ＶoαとＶo
βを得る。

【００２５】

【数５】

【００２６】２／３相変換器１２８は、α−β軸電圧変
換器１２７の出力ＶoαとＶoβから数６を用いて３相Ｐ
ＷＭ電圧指令Ｖoｕ，Ｖoｖ，Ｖoｗを得る。

【００２７】

【数６】

【００２８】ＰＷＭ発生器１２９は、３相ＰＷＭ電圧指
令Ｖoｕ，Ｖoｖ，Ｖoｗ の値と内蔵のタイマに位相角検
出器１１８からの位相信号θF を入力して得られた値と
比較してＰＷＭ電圧指令値とタイマの一致点でパルス発
生させるか３相ＰＷＭ電圧指令Ｖoｕ，Ｖoｖ，Ｖoｗ を
アナログに変換して三角波と比較してアナログ値と三角
波の一致点でパルス発生させ、該パルスを電力変換器１
０３のゲート信号として駆動させる。

【００２９】直流送電の制御は、２台ある電力変換器の
お互いの直流端子の直流電圧Ｖdcの大きさを制御するこ
とにより行う。

【００３０】なお、該直流送電装置を使用して、それぞ
れの交流系統の周波数の異なる交流系統に接合すれば周
波数変換装置になり、また、その他交流系統の周波数が
等しければ、ＢＴＢ(ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ)とな
る。また、電力変換器１０３が１台でその交流側を交流
系統１０１に接続するだけの構成とし、交流系統１０１
の交流電圧と変換器１０３の交流電圧の大きさを比較
し、制御すれば無効電力制御装置になる。

【００３１】次に、図１の本発明の一実施例における特
徴部であるブロック１１８の電圧位相角検出器について
以下詳細に説明する。

【００３２】図２は瞬時対称座標法に基づいて３相交流
電圧における正相分の振幅及び位相を検出するもので同
図には正相分検出に加え逆相分の検出回路も入った構成
になっている。１は同検出回路に入力に接続される３相
交流系統電源の電圧を検出する計器用変圧器１０５−Ｄ
の二次側巻線で、この巻線には３相交流系統電源に比例
した電圧が印加されている。２は検出した電圧から実
軸，虚軸成分の交流信号を検出する第１の検出回路で、
それを構成する２１，２２，２３はＵ，Ｖ，Ｗ相の実軸
成分検出器、３は実軸，虚軸成分を検出する第２の検出
回路で、それを構成する３０（３１〜３６）は第２の検
出回路の内、実軸，虚軸の交流信号をサンプルホールド
するサンプルホールダ、３１，３３，３５はＵ，Ｖ，Ｗ
相の虚軸サンプルホールダを３２，３４，３６はＵ，
Ｖ，Ｗ相の実軸サンプルホールダ、４０（４１〜４６）
はそのアナログ値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換
器である。４（４７〜４９）は各相を実軸，虚軸のベク
トルに評価する３相ベクトル演算回路、５は該３相ベク
トルと演算子を用いて正相分と逆相分の実軸，虚軸成分
に演算する正相逆相演算器、５１と５３は掛算器、５２
は対称座標演算子ａまたはａ²、５４は対称座標演算子
ａ²またはａ、６は実軸，虚軸演算器、６１は正相実軸
演算器、６２は正相虚軸演算器、６３逆相実軸演算器、
６４は逆相虚軸演算器である。７は正相逆相ベクトルか
ら振幅と位相を生成する正相逆相振幅位相演算器で、７
１は正相振幅演算器、７２は正相位相演算器、７３は逆
相振幅演算器、７４は逆相位相演算器である。８は正相
逆相信号発生器で、８１は基準正相正弦波発生器、８２
は基準逆相正弦波発生器、８３，８４は８１，８２から
の信号をデジタル信号に変換するＤ／Ａ変換器、８５は
３０，８３，８４の各回路におけるサンプリングの割込
み与えるサンプリング信号発生器である。

【００３３】ここで、図１におけるブロック１１８内の
各構成要素を構成する図２の各構成要素は、電圧実軸虚
軸検出回路１１９が２，３，４の要素で、正相分検出演
算回路１２０が５，７の要素で、正相位相演算回路１２
１が８の要素でそれぞれ構成される。

【００３４】次に図２における動作を以下に説明する。
図３は３相交流電源電圧の３相バランス時の各相の実
軸，虚軸波形である。３相電圧波形Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相は
互いに電気角で１２０度異なりその波高値をＣm とする
とき各相の波形は数７，数８，数９で表される。また、
虚軸波形は実軸波形より９０度進んでいる。

【００３５】

【数７】 ＶU＝Ｃmsinθ …（数７）

【００３６】

【数８】

【００３７】

【数９】

【００３８】今、図３の時間軸のｔ1，ｔ2時点における
電圧をベクトル表現をすると、図４になる。横軸を実軸
Ｒに、縦軸を虚軸ｊ、ベクトルの回転方向を反時計方向
とし、Ｕ相のベクトルが実軸に一致し、さらに実軸が位
相角０度と仮定する。同図のt1時点は位相角０度の時間
軸におけるベクトルであり、ｔ2 時点は３０度の時間軸
におけるベクトル図である。このベクトルを実軸，虚軸
に対して表現し、サンプルホールドするために図３の実
軸波形と虚軸波形を作る必要がある。

【００３９】図３の実線波形を虚軸波形と仮定すると、
この実線の虚軸波形から一点鎖線の実軸波形を作る図２
の２１〜２３の構成の一例はオペアンプと抵抗とコンデ
ンサＣで積分反転回路で実施するかまたは微分回路を形
成するか、あるいは変圧器とコンデンサか変圧器とリア
クトルの回路で９０度波形を進めることにより、実軸と
虚軸の関係を作ることができる。（実軸波形と虚軸波形
の関係は実軸と虚軸の関係と位相０度をどこのベクトル
に基準点をとるかで決定する。）今、各相のベクトルの
大きさが単位ベクトル１であると仮定して説明すると、
図３のｔ1 時点における位相角０度の時の各相の実線波
形と虚軸波形をサンプルホールドすれば良い。図２にお
いて、３相実軸虚軸電圧検出器３ではサンプリング信号
発生器８５からの信号で一定時間毎に各相の実軸虚軸電
圧をサンプルホールダ３１，３２，３３，３４，３５，
３６でサンプリングし、このアナログ値をＡ／Ｄ変換器
４１，４２，４３，４４，４５，４６でディジタルに変
換し、３相ベクトル演算回路４では各相毎の実軸，虚軸
成分に分解する。Ｕ相のベクトル演算回路４７のベクト
ルは数１０，同様にＶ相のベクトル演算回路４８のベク
トルは数１１，Ｗ相のベクトル演算回路４９のベクトル
数１２で求められる。

【００４０】

【数１０】 Ｖu＝ｕ＋ｊｘ …（数１０）

【００４１】

【数１１】 Ｖv＝ｖ＋ｊｙ …（数１１）

【００４２】

【数１２】 Ｖw＝ｗ＋ｊｚ …（数１２） 今、サンプルホールドした位相が図４の０度であると仮
定するとＡ／Ｄ変換器４１，４２からＵ相のベクトル演
算回路４７で数１０に従い１＋ｊ０と分解できる。同様
にＶ相は数１１に従い−１／２−ｊ√３／２、Ｗ相は数
１２に従い−１／２＋ｊ√３／２と分解できる。同様に
図４の３０度の位相の点で演算器４７，４８，４９でＵ
相，Ｖ相，Ｗ相に関し分解すると、√３／２＋ｊ１／
２，０−ｊ１，−√３／２＋ｊ１／２と分解できる。

【００４３】３相実軸，虚軸ベクトル数１０，数１１，
数１２と数１３，数１４で表わすベクトル演算子ａ，ａ
² から正相逆相実軸虚軸検出器５で数１５を用いて正相
の実軸成分ＡFと虚軸成分ＢFを、数１８を用いて逆相の
実軸成分ＡBと虚軸成分ＢBを求める。

【００４４】

【数１３】

【００４５】

【数１４】

【００４６】

【数１５】

【００４７】

【数１６】

【００４８】

【数１７】

【００４９】

【数１８】

【００５０】

【数１９】

【００５１】

【数２０】

【００５２】図２の正相振幅演算器７１は数１６に基づ
いて正相実軸演算器６１で求めたＡF と正相虚軸演算器
６２で求めたＢF から正相の振幅値（絶対値）ＣF を演
算し、正相位相演算器７２は数１７に基づいて前記ＡF
とＢF から正相の位相θＦを演算する。また、逆相振幅
演算器７３は数１９に基づいて逆相実軸演算器６３で求
めたＡＢ と逆相虚軸演算器６４で求めたＢB から逆相
の振幅値（絶対値）ＣB を演算し、逆相位相演算器７４
は数２０に基づいて前記ＡBとＢBから逆相の位相θB を
演算する。

【００５３】基準正相正弦波発生器８１及び基準逆相正
弦波発生器８２では、上記Ｕ相に対して求められた正相
の振幅値（絶対値）ＣF，位相θF、及び逆相の振幅値
（絶対値）ＣB，位相θBより数２１〜数２６を用いて３
相の基準正相正弦波信号ＶUF，ＶVF，ＶWF及び基準逆相
正弦波信号ＶUB，ＶVB，ＶWBを演算する。

【００５４】

【数２１】 ＶUF＝ＣFsinθF …（数２１）

【００５５】

【数２２】

【００５６】

【数２３】

【００５７】

【数２４】 ＶUB＝ＣBsinθB …（数２４）

【００５８】

【数２５】

【００５９】

【数２６】

【００６０】そして、上記基準正相正弦波発生８１の出
力のＶUF,ＶVF,ＶWF及び基準逆相正弦波発生８２の出力
のＶUB,ＶVB,ＶWBはそれぞれＤ／Ａ変換器８３，８４に
よりアナログ信号として得ることができる。なお、正相
振幅演算器７１，正相位相演算器７２，逆相振幅演算器
７３，逆相位相演算器７４の出力をそれぞれ取り出せば
それぞれの状態をとりだすことができる。

【００６１】次に、この瞬時対称座標法に基づく検出回
路で交流電源に３相アンバランスが生じた場合に検出結
果への影響について述べる。

【００６２】例えば図５のようにＵ相が単位ベクトルで
１／２に減少した時の各相の実軸虚軸波形を想定する。
この時、時間軸のｔ1，ｔ2時点における各ベクトル表現
をすると図６になる。ｔ1時点は位相角０度であり、ｔ2
時点は位相角３０度の時である。この３０度の時をサン
プルホールダ３１，３２，３３，３４，３５，３６でサ
ンプリングし、このアナログ値をＡ／Ｄ変換器４１，４
２，４３，４４，４５，４６でディジタルに変換し、３
相ベクトル演算回路４で数１０,数１１,数１２を用いて
各相毎の実軸，虚軸成分に分解すると数２７，数２８，
数２９となる。

【００６３】

【数２７】

【００６４】

【数２８】Ｖv＝０−ｊ
…（数２８）

【００６５】

【数２９】

【００６６】これを数１５に代入して正相分を正相逆相
実軸虚軸検出器５で演算すると、正相分＝１／１２（√
３＋ｊ）を得る。これより正相振幅演算器７１で数１６
を用いて絶対値ＣF を求めると５／６になる。また、正
相位相演算器７２で数１７を用いて位相θF を求めると
３０度になる。これはＵ相と同相で大きさが５／６のベ
クトルとなる。このベクトルから基準正相正弦波発生器
８１で数２１，数２２，数２３を用いて正相による３相
瞬時値を求めることができる。この結果をベクトルで表
すと図７となる。

【００６７】これからわかるようにＵ相の電圧の大きさ
が１／２になったにもかかわらず、正相分の検出出力値
は５／６に留まっており、従って、本願発明の瞬時対称
座標法を用いた正相及び逆相成分検出器によれば、３相
電源にアンバランスが生じても正相及び逆相成分を精度
良く検出することができる。

【００６８】交流系統の異常により不平衡で歪んだ３相
波形になったとき、従来のような１相からの電圧からＰ
ＬＬ回路等による位相検出ではかなり不正確になった
り、最悪位相検出不能になり、その信号に基づく電力変
換器の制御は不能になることがある。しかし、本願の一
実施例によれば、本発明の３相電圧から波形変換して実
軸，虚軸に分けて測定し、正相分の演算から正相分位相
を演算することで、安定した交流系統の位相を検出する
ことができ、特に３相の内１線地落して電圧が零になっ
ても精度良く位相が検出できるので電力変換器を停止さ
せることなく安定に運転を続行し、無停止運転が可能と
なる。このことは電力系統に電力変換器が接続される直
流送電装置，無効電力制御装置，周波数変換装置では重
要な課題の一つである。

【００６９】図８は本発明の他の実施例を示す電力変換
装置の構成図である。同図の要素の番号と図１の要素の
同一番号は同一物である。本実施例は図１の電力変換装
置に破線で示した不平衡補償回路１３０を付加している
ことに特徴がある。同回路の構成は電圧実軸虚軸検出回
路１１９からの検出信号と、図２で示す対称座標演算子
ａ，ａ² より逆相実軸及び逆相虚軸成分を演算する逆相
実軸演算器６３と逆相虚軸演算器６４を備えた逆相分演
算回路１３１と、その出力から逆相振幅値ＣBを演算す
る逆相振幅演算回路７３、及びこの逆相振幅値ＣB を有
効電流指令信号Ｉp*より減算する逆相減算器１３３を備
えたものである。

【００７０】電力変換装置の交流系統の３相電圧の大き
さが等しく互いに１２０度の位相差を保ったバランス状
態の時は数１９で演算する逆相振幅演算回路の出力ＣB
は零となるので制御特性に影響ないが、交流系統１０１
に異常が発生し３相が不平衡になると、逆相振幅演算回
路７３は出力ＣB を発生する。この時、逆相加算器１３
３は直流電圧制御器１１１の有効電流指令Ｉp*の絶対値
が小さくなるようにＩp*からＣBを減算し、それによっ
て得られる電流指令Ｉp**を小さくするように制御す
る。

【００７１】交流系統の異常により不平衡電圧は発生し
たとき、電力変換器に異常電流が流れ過電流で変換器が
停止することがある。しかし、本発明の実施例によれ
ば、３相電圧から波形変換して実軸，虚軸に分けて測定
し、逆相分の絶対値を検出し、この逆相に相当した量を
有効電流指令で小さくすることで、変換器の過電流を抑
制することができる。また、異常が解除されれば、正常
に運転復帰できるため系統の安定化が図れるという効果
が得られる。

【００７２】図９は本発明の他の実施例を示す電力変換
装置の構成図である。同図の要素の番号と図８の要素の
同一番号は同一物である。本実施例の図８と異なるとこ
ろは不平衡補償回路１３０を構成する逆相振幅演算回路
７３の出力ＣB を、直流電圧制御器１１１の有効電流指
令Ｉｐ*の絶対値が小さくなるようにＩｐ*からＣB を減
算し電流指令Ｉｐ**を小さくする構成に加え、無効電力
制御器１１７の無効電流指令Ｉｑ*の絶対値が小さくな
るようにＩｑ*からＣB を減算し電流指令Ｉｑ**を小さ
くするように構成したものである。

【００７３】本発明の実施例によれば、両方の電流成分
の指令値を制御するので過電流に対して動作する抑制効
果が大きく応答が向上し、図８より更に安定化が図れ
る。

【００７４】なお、図８，図９では、逆相振幅演算回路
７３からの出力ＣB を電流指令に加味しているが、電流
制御器１２４，１２６の出力である電圧指令Ｖｐ，Ｖｑ
に加味しても良く、これにより過電流を抑制するという
同様な効果が得られることはもちろんである。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、系
統の３相電源の電圧を波形変換して実軸，虚軸に分けて
測定し、瞬時対称座標法により正相分の演算から正相分
位相を演算することで、安定した交流系統の位相が検出
でき、特に３相の内１線地落して電圧が零になっても精
度良く位相が検出できるので、該位相に基づき電力変換
器制御することにより電力変換器を停止させることなく
安定に運転を続行でき、電力系統に電力変換器が接続さ
れる直流送電装置，無効電力制御装置，周波数変換装置
では重要な課題の一つである無停止運転が可能となる。

【００７６】また、交流系統の異常により不平衡電圧が
発生したとき、瞬時対称座標法により逆相分の演算から
正相分の絶対値を検出し、該絶対値に基づいて電力変換
器の電流を制御することにより変換器の過電流を抑制す
ることができるとともに、異常が解除されれば、正常に
運転復帰でき、電力系統に電力変換器が接続される直流
送電装置，無効電力制御装置，周波数変換装置において
電力系統の安定化が図れることができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電力変換装置の構成図
である。

【図２】本発明の特徴部を示す図１の電圧位相角検出器
の構成図である。

【図３】本発明の動作を説明するに用いた３相バランス
時の３相交流電源電圧の各相における実軸，虚軸波形の
図である。

【図４】本発明の動作を説明するに用いた図３の実軸，
虚軸電圧波形のベクトル図である。

【図５】本発明の動作を説明するに用いた３相アンバラ
ンス時の３相交流電源電圧の各相における実軸，虚軸波
形の図である。

【図６】本発明の動作を説明するに用いた図５の実軸，
虚軸電圧波形のベクトル図である。

【図７】本発明の動作を説明するに用いた図５の正相分
のベクトル図である。

【図８】本発明の他の実施例を示す電力変換装置の構成
図である。

【図９】本発明の他の実施例を示す電力変換装置の構成
図である。

【符号の説明】

１０１…交流系統、１０２…直流系統、１０３…電力変
換器、１０４…変圧器、１０５…計器用変圧器、１０６
…計器用変流器、１０７−Ａ…リアクトル、１０８…コ
ンデンサ、１０９…直流電圧指令部、１１１…直流電圧
制御器、112，１１３…３／２相電流変換器、１１４…
無効電力演算器、１１５…無効電力指令部、１１７…無
効電力制御器、１１８…位相角検出器、１１９…電圧実
軸虚軸検出回路、１２０…正相分演算回路、１２１…正
相位相演算回路、１２２…ｐ−ｑ軸演算回路、１２４…
有効電流制御器、１２６…無効電流制御器、１２７…α
軸−β軸変換器、１２８…２／３相電圧変換器、１２９
…ＰＷＭ発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｆ (56)参考文献 特開 平５−30752（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−252746（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−285472（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−26933（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−199658（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05F 1/70 H02J 3/18 H02M 7/155 H02M 7/48

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３相交流電源の電圧位相に基づいて該３相
   交流電源の交流電力を直流電力に変換する電力変換装置
   において、 該電力変換装置は、 半導体スイッチ素子を用いて交流を直流に変換する電力
   変換器と、 前記交流電力の回転座標上における直交するｐ−ｑ軸電
   流成分（有効，無効電流成分）を検出する電流検出手段
   と、 前記ｐ−ｑ軸の各電流成分の指令値を生成する電流指令
   値生成手段と、 前記ｐ−ｑ軸の各電流成分の検出値と指令値との偏差に
   基づいてｐ−ｑ軸の各電圧成分の指令値を生成する電圧
   指令値生成手段と、 該生成手段からの各電圧成分の指令値を２相のα−β軸
   座標の電圧成分に変換するα−β軸電圧変換器と、該α
   −β軸電圧変換器の出力を３相交流電圧指令値に変換す
   る２／３相変換器と、 該３相電圧指令値に基づきパルス幅変調信号を生成する
   ＰＷＭ信号生成手段と、 前記ＰＷＭ信号生成手段からのパルス信号に基づいて前
   記電力変換器の半導体スイッチ素子を制御する制御手段
   と、 前記３相交流電源の３相分の電圧信号をそれぞれ実軸と
   虚軸の各成分に分解し、該各成分から瞬時対称座標法を
   用いて正相分の位相を検出する位相角検出器と を備え、該 位相角検出器からの正相分位相に基づき前記ｐ−ｑ軸
   成分の電流検出手段と、α−β軸電圧変換器と、ＰＷＭ
   信号生成手段との演算をすることを特徴とする電力変換
   装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記位相角検出器は、 ３相交流電源から各相毎の電圧信号を検出する第１の３
   相交流電圧信号検出回路と、 前記第１の３相交流信号検出回路が出力する３相電圧信
   号から３相分の実軸成分と、虚軸成分とを検出する第２
   の検出回路と、 前記３相分の実軸成分と虚軸成分とから３相電圧信号の
   位相と振幅とを演算する演算回路と、 該演算回路の出力する３相電圧信号の位相と振幅とか
   ら、３相分基準電圧信号を出力する基準信号発生部と を
   備え、 前記演算回路は、前記第２の検出回路からの実軸成分と
   虚軸成分の検出値に基づいて３相ベクトルを演算する手
   段と、 前記３相ベクトルから瞬時対称座標法を用いて正相分と
   逆相分のそれぞれの実軸成分と虚軸成分を演算する手段
   と、 前記正相、逆相それぞれの実軸成分と虚軸成分とから正
   相分と逆相分の位相を演算する手段と、前記正相、逆相
   それぞれの実軸成分と虚軸成分とから正相分と逆相分の
   各振幅とを演算する手段とを有し、 前記基準信号発生部が正相基準電圧信号と逆相基準電圧
   信号とを出力する ことを特徴とする電力変換装置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記位相角検出器の実
   軸成分と虚軸成分を検出する第２の検出回路には、前記
   ３相交流電圧信号を積分もしくは微分する回路を備える
   ことを特徴とする電力変換装置。
4. 【請求項４】請求項２において、前記位相角検出器が出
   力する逆相分の電圧の振幅に基づき該逆相分の電圧の振
   幅が小さくなるように前記電力変換器の出力電圧を制御
   する手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。