JP3570913B2

JP3570913B2 - 半導体スイッチの制御装置

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Publication number: JP3570913B2
Application number: JP07719799A
Authority: JP
Inventors: 輝雄吉野
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP2000276243A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流系統に設置され、無効電力補償、交流電圧制御等を行う静止型無効電力補償装置（以下ＳＶＣ）等に使用されるサイリスタスイッチ等の半導体スイッチを適用した装置の制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下に於いては、半導体スイッチ適用装置の代表的な物であるサイリスタスイッチリアクトル（ＴＣＲ）を使用したＳＶＣを例に説明するが、他の半導体スイッチについても同様に本発明が適用できる。また、交流相数は３相で説明するが、本発明は３相以外の相数の場合にも適用が可能である。
【０００３】
また、半導体としては、スイッチを構成することの出来るものであれば、どのような物でもよく、例えば、トランジスタ、トライアック、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等々でも構わない。
【０００４】
図１３にＳＶＣの概略構成図を示す。図１３において、１は交流系統、２は交流母線、３は変圧器、４は２次母線である。ＳＶＣは、リアクトルに流れる電流をサイリスタスイッチで制御するサイリスタ制御リアクトル（ＴＣＲ）５と交流フィルタ（ＦＣ）６から構成される。
【０００５】
さらに、ＳＶＣ制御のために、計器用変成器７、変流器８、ＳＶＣ制御装置１０が設けられ、ＳＶＣ制御装置１０からの位相制御パルスＰＨＳにより、サイリスタスイッチの点弧位相が制御され、ＴＣＲ５の無効電力出力が調整される。
【０００６】
図１４は、図１３のＴＣＲ５部の３線結線図である。ＴＣＲ５は、サイリスタスイッチ５１、リアクトル５２から構成されており、各相のサイリスタスイッチは、各々Ｕ・Ｘサイリスタバルブ、Ｖ・Ｙサイリスタバルブ、Ｗ・Ｚサイリスタバルブから構成される。
【０００７】
図１５に図１３のＳＶＣの従来の制御装置１０の１例を示す。この制御装置１０は、電圧制御回路１１、無効電力／制御角変換回路１２、位相制御回路１３、交流電圧検出回路１４、交流電流検出回路１５から構成される。
【０００８】
無効電力／制御角変換回路１２は、電圧制御回路１１から出力される無効電力基準ＱｒｅｆをＴＣＲ５を位相制御するための制御角αに変換する。位相制御回路１３は、交流系統電圧に同期した制御角αの位相制御パルスＰＨＳをＴＣＲ５に出力し、ＴＣＲ５を構成するサイリスタスイッチの位相制御を行う。
【０００９】
交流電圧検出回路は１４は、図１３の計器用変成器７からの電圧信号から交流電圧実効値Ｖａｃを演算する。交流電流検出回路１５は、図１３の変流器８からの電流信号からＳＶＣの交流電流実効値ｌｓｖｃを演算する。
【００１０】
電圧制御回路１１は、交流母線２の交流電圧を一定に保つことを目的にする制御ブロックである。電圧制御回路１１の１例として、ゲイン１０１、積分回路１０２、スロープゲイン１０３、加算回路１０４から構成される例について説明する。尚、積分回路１０２の代わりに、比例積分、進み遅れ関数、１次遅れ関数等の関数を用いても良いし、また、その組合せとしても良い。
【００１１】
電圧制御回路１１は、交流電圧の基準電圧Ｖｒｅｆ、交流電圧検出値Ｖａｃ、さらに、ＳＶＣの出力電流Ｉｓｖｃとスロープゲイン１０３との積を加算回路１０４に入力し、電圧偏差信号△Ｖを下式に基づき作成する。
【００１２】
【数１】
△Ｖ＝Ｖａｃ＋Ｋｄ×Ｉｓｖｃ−Ｖｒｅｆ…（１）
電圧制御回路１１は、この電圧偏差信号△Ｖを用いて、ＳＶＣの出力すべき無効電力基準Ｑｒｅｆを決定する。
【００１３】
無効電力基準Ｑｒｅｆは無効電力／制御角変換回路１２により制御角αに変換され、このαに応じＴＣＲ５が位相制御され、ＴＣＲ５を流れる電流が決定される。そして、ＴＣＲ５と交流フィルタ６の無効電力の和がＳＶＣの無効電力となる。
【００１４】
以下に電圧制御回路１１により、交流電圧が制御される動作を説明する。
事前状態では、交流電圧基準Ｖｒｅｆと交流電圧Ｖａｃとが一致しており、ＳＶＣの出力電流Ｉｓｖｃは零であったと想定する。ここで、交流電圧基準Ｖｒｅｆが増加する場合の動作を説明する。
【００１５】
交流電圧基準Ｖｒｅｆが増加すると、交流電圧基準Ｖｒｅｆ＞交流電圧Ｖａｃとなるので、電圧偏差△Ｖ＞０となり、ゲイン１０１を介して積分回路１０２により偏差が積算される。積分回路１０２からの出力は、ＳＶＣの無効電力基準Ｑｒｅｆになる。ＳＶＣの出力電流がこのＱｒｅｆとなるようＴＣＲ５が制御される。
【００１６】
ＳＶＣの出力がＱｒｅｆに応じた値になると、交流電圧が上昇するので、電圧偏差△Ｖは減少し、積分回路１０２への入力信号が減少する。このようなループが連続的に繰り返され、定常状態に落ち着く。
【００１７】
以上説明したようにＳＶＣの制御回路を構成することは公知の技術である。図１５においては、説明の簡単化のため、電圧制御回路がゲイン１０１と積分回路１０２とから構成されているとしたが、他の適切な伝達関数、１次遅れ、１次進み遅れ等、を使用しても同様な機能・性能が満足されることは明らかである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＳＶＣの制御において、交流系統の状態が変化し、特に、系統の短絡容量が小さくなり、調和用コンデンサ等の容量性インピーダンスとの共振周波数が低くなり、第２あるいは第４調波等の偶数調波電圧成分が増加すると、ＳＶＣを構成するＴＣＲ５のサイリスタスイッチ５１の通電電流が、正方向、負方向で非対称になる場合がある。この状況を図１６に示す。図１６では、Ｕ相電流が多く流れ、Ｘ相電流が少ない状況を示している。
【００１９】
電流が正負非対称になると、Ｕ−Ｘ相サイリスタスイッチに流れる電流には直流電流成分が重畳することになる。この直流電流成分が変圧器３に継続して流入すると、変圧器３が直流偏磁に至り、変圧器３の騒音増大、過熱に至り、破損に至るおそれがある。また、交流系統１からの励磁電流が正負非対称となり、交流系統電圧に偶数次の歪成分を誘起することになり、交流系統１内に設置されている調和用コンデンサ、フィルタ等の過熱、破損に至るおそれがある。
【００２０】
従来のＳＶＣ制御方式では、交流電圧の基本波実効値あるいは交流電流の基本波実効値のみを使用し、交流電圧を一定に制御するだけであり、高調波成分、直流電流成分に対し、適切な制御が出来ない。
【００２１】
以上説明したように、従来のＳＶＣ制御方式では、交流系統電圧に重畳する偶数次の高調波等により発生する直流電流成分に対し、適切な制御が取れないという不具合があった。
【００２２】
よって、本発明の目的は、上記の不具合を解決するものであり、半導体スイッチから交流回路側に流出する直流電流成分を抑制し、ＳＶＣ等の半導体スイッチを応用した装置の安定な運転を継続させることのできる制御装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る半導体スイッチの制御装置では、複数の相から交流回路に流出する直流電流成分をほぼ零にするように半導体スイッチの点弧タイミングを制御することにより、サイリスタスイッチから外部の交流回路に流出する直流電流成分を抑制することが可能であり、変圧器の直流偏磁、高調波の発生、各種機器の過負荷等の不具合を防止することができる。
【００２４】
本発明の請求項２に係る半導体スイッチの制御装置では、検出手段により各相に流れる直流電流成分を検出し、この直流電流成分が所定の制御目標値とほぼ一致するように各相の半導体スイッチの制御角を変調する。これにより、各相間で同じ直流電流成分が流れる状態となるので、直流電流成分は複数の相間を還流するだけとなり、サイリスタスイッチから外部の交流回路に流出する直流電流成分を抑制することが可能で、変圧器の直流偏磁、高調波の発生、各種機器の過負荷等の不具合を防止することができる。
【００２５】
本発明の請求項３に係る半導体スイッチの制御装置では、制御目標値を、半導体スイッチの複数の相を流れる直流電流成分の平均値とすることにより、任意に制御目標値を設定した場合と比較し、各相の制御角の変調量の和を小さくすることができる。
【００２６】
本発明の請求項４に係る半導体スイッチの制御装置では、制御目標値を、半導体スイッチの複数の相を流れる直流電流成分内の最大値と最小値の平均値とすることにより、任意に制御目標値を設定した場合と比較し、各相の制御角の変調量の和を小さくすることができる。
【００２７】
本発明の請求項５に係る半導体スイッチの制御装置では、制御目標値を、半導体スイッチの複数の相を流れる直流電流成分内の中間値とすることにより、任意に制御目標値を設定した場合と比較し、各相の制御角の変調量の和を小さくすることができる。
【００２８】
本発明の請求項６に係る半導体スイッチの制御装置では、検出手段を半導体スイッチと交流回路との接続部に配置し、線電流中の直流電流成分を検出する。この線電流中の直流電流成分を基に各相に流れる直流電流成分が所定の制御目標値とほぼ一致するように各相の半導体スイッチの制御角を変調することにより、サイリスタスイッチから外部の交流回路に流出する直流電流成分を抑制することが可能となり、変圧器の直流偏磁、高調波の発生、各種機器の過負荷等の不具合を防止することができる。
【００２９】
本発明の請求項７に係る半導体スイッチの制御装置では、制御手段の数を相数より１つ少なく設け、制御手段の無い相には、他相の制御手段の出力信号を合成する合成手段の出力により制御する。制御手段が線形回路である場合には、１相の制御変調量は、他相の制御変調量から演算することができるので、制御手段の数を相数より１つ少なくしても請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
本発明の請求項８に係る半導体スイッチの制御装置では、交流系統事故時等の擾乱時及び擾乱が継続している期間は、制御手段の制御をリセットすることにより、事故直前に流れていた電流がサイリスタスイッチを循環することで、直流電流成分が検出され、制御角変調量が大きく変化するという現象を防止することができる。
【００３１】
本発明の請求項９に係る半導体スイッチの制御装置では、交流系統事故時等の擾乱時及び擾乱が継続している期間は、検出手段の検出をリセットすることにより、事故直前に流れていた電流がサイリスタスイッチを循環することで、直流電流成分が検出され、制御角変調量が大きく変化するという現象を防止することができる。
【００３２】
本発明の請求項１０に係る半導体スイッチの制御装置では、制御手段の応答時間を、交流系統事故時等の擾乱時及び擾乱が継続している期間をより十分長くすることにより、交流系統事故及びその後の擾乱に対して不要な応答することが無くなり、安定な直流電流抑制制御を実現することができる。
【００３３】
本発明の請求項１１に係る半導体スイッチの制御装置では、検出手段の応答時間を、交流系統事故時等の擾乱時及び擾乱が継続している期間をより十分長くすることにより、交流系統事故及びその後の擾乱に対して不要な応答することが無くなり、安定な直流電流抑制制御を実現することができる。
【００３４】
本発明の請求項１２に係る半導体スイッチの制御装置では、半導体スイッチが停止している期間は、制御手段の制御をリセットする。サイリスタスイッチへの位相制御パルスが停止しているゲートブロック状態では、サイリスタスイッチに電流は流れない。よって、検出手段にも電流は流れないが、検出手段の誤差、検出手段から制御手段に至る電気回路中のオフセット誤差等により、不要な直流電流成分信号が入力される恐れがあり、実際の直流電流成分はゼロであるにもかかわらず、誤差を累積し、不要に制御角を変調する可能性がある。そこで、半導体スイッチが停止している期間は、制御手段の制御をリセットすることにより、不要な制御角変調を防止することができる。
【００３５】
本発明の請求項１３に係る半導体スイッチの制御装置では、半導体スイッチが停止している期間は、検出手段の検出をリセットする。サイリスタスイッチへの位相制御パルスが停止しているゲートブロック状態では、サイリスタスイッチに電流は流れない。よって、検出手段にも電流は流れないが、検出手段の誤差、検出手段から制御手段に至る電気回路中のオフセット誤差等により、不要な直流電流成分信号が入力される恐れがあり、実際の直流電流成分はゼロであるにもかかわらず、誤差を累積し、不要に制御角を変調する可能性がある。そこで、半導体スイッチが停止している期間は、検出手段の検出をリセットすることにより、不要な制御角変調を防止することができる。
【００３６】
本発明の請求項１４に係る半導体スイッチの制御装置では、半導体スイッチが停止している期間は、検出手段のオフセットを自動的に調整する。サイリスタスイッチへの位相制御パルスが停止しているゲートブロック状態では、サイリスタスイッチに電流は流れない。よって、検出手段にも電流は流れないが、検出手段の誤差、検出手段から制御手段に至る電気回路中のオフセット誤差等により、不要な直流電流成分信号が入力される恐れがあり、実際の直流電流成分はゼロであるにもかかわらず、誤差を累積し、不要に制御角を変調する可能性がある。そこで、半導体スイッチが停止している期間は、検出手段のオフセットを自動的に調整することにより、オフセット誤差による不要な制御角変調を防止することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
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。
（第１の実施の形態）請求項１，２に対応
図１、２、３は、本発明の第１の実施の形態の構成図である。
【００３８】
図１は、第１の実施の形態のＴＣＲ５の構成図であり、従来のＳＶＣ制御のための検出手段に加え、直流変流器（以下ＤＣＣＴ）２０１を使用する構成となっている。
【００３９】
図２は、第１の実施の形態の直流電流成分抑制回路であり、ＤＣＣＴ２０１からの信号より直流電流成分を抽出する直流成分検出回路２０２と、直流電流成分の基準を設定する直流成分基準回路２０３と、直流成分検出回路２０２の出力と直流成分基準回路２０３の出力とを基に直流電流成分が直流成分基準にほぼ一致するように制御する直流成分抑制回路２０４と、加算回路２０５と、減算回路２０６とから構成される。
【００４０】
図３は、第１の実施の形態の直流成分抑制回路２０４の１相分の一例であり、減算回路２１１と、不感帯回路２１２と、積分回路２１３とからなる。
図１、２、３により、本実施の形態の作用を説明する。
【００４１】
ＴＣＲ５を構成するサイリスタスイッチ各相に直流電流成分が発生すると、ＤＣＣＴ２０１はその電流波形を忠実に信号変換するので、ＤＣＣＴ２０１の出力信号は、正負非対称となる。直流成分検出回路２０２は、この正負非対称の信号から、その直流電流成分を抽出する。
【００４２】
直流電流成分を抽出する方法としては、低域通過フィルタを使用する方法、低域通過フィルタを数段組み合わせて行う方法、半サイクル毎に電流信号の積分を行い正波の積分と負波の積分との差により直流電流成分を検出する方法等がある。
【００４３】
直流成分基準回路２０３は、ＴＣＲ５の中を循環する直流電流成分の大きさの基準値となる直流成分基準Ｉｄｒｅｆを作成する。
直流成分抑制回路２０４は、直流成分基準Ｉｄｒｅｆと直流成分検出回路２０２の出力の直流電流成分Ｉｄａｂ、Ｉｄｂｃ、Ｉｄｃａとを入力する。図３にてＵ−Ｘ相スイッチの例により動作説明する。
【００４４】
減算回路２１１により、直流電流成分Ｉｄａｂと直流成分基準Ｉｄｒｅｆとの差を演算し、その差が所定値より大きいことを不感帯回路２１２により演算し、その出力を積分器２１３に入力する。積分器２１３は、直流電流成分Ｉｄａｂと直流成分基準Ｉｄｒｅｆがほぼ一致するまで、その差を積分しつづけ、制御角変調信号△αａｂを出力する。他の相についても同様な演算が行われ、△αｂｃ、△αｃａが演算される。
【００４５】
図３では、不感帯回路、リミッタ付き積分回路から構成される例を示したが、不感帯は無くても良いし、また、リミッタは無くても良い。さらに、積分回路の代わりに１次遅れ回路等を用いても良い。
【００４６】
直流成分抑制回路２０４の出力は、加算回路２０５、減算回路２０６に入力され、各相のサイリスタスイッチの制御角αｕ〜ｚを変調することで、直流電流成分が直流成分基準Ｉｄｒｅｆとほぼ一致するように制御する。
【００４７】
このように、３相間で同じ直流電流成分が流れる状態になれば、直流電流成分は３相のサイリスタスイッチアーム間を還流するだけになり、サイリスタスイッチから外部の２次母線４、変圧器３、交流系統１には流出しなくなる。
【００４８】
ここで、図１４において３相交流の内のＡ−Ｂ相電圧に２次の高調波が重畳し、Ｕ−Ｘ相サイリスタスイッチに直流電流成分が流れた場合の作用につき説明する。
【００４９】
Ｕ−Ｘ相サイリスタスイッチにおいて、正方向のＵ相サイリスタバルブ電流が小さく、負方向のＸ相サイリスタバルブ電流が大きい状態で、直流電流成分が発生したとする。この直流電流成分は、ＴＣＲ５と変圧器３とを接続する交流母線Ａから流出し、変圧器３を経由し、交流母線Ｂと通って、サイリスタスイッチに還流する。
【００５０】
この直流電流成分を直流電流成分検出手段により検出して、直流電流成分検出手段の出力信号に応じ、直流成分抑制手段は制御角の変調量を演算する。制御角変調手段は、その変調量に応じ、Ｕ相サイリスタバルブの制御角を進め、Ｘ相サイリスタの制御角を遅らすように、個々のサイリスタバルブの点弧タイミングを調整する。
【００５１】
ＴＣＲの特性として、制御角を進めると通電電流が増加し、また、制御角を遅らすと通電電流は減少する。従って、Ｕ相サイリスタバルブを流れる正方向電流は増加し、Ｘ相サイリスタバルブを流れる負方向電流は減少する。
【００５２】
この動作により、正方向電流と負方向電流の大きさが平衡し、直流電流成分がほぼ零に制御され、Ｕ−Ｘ相サイリスタスイッチを流れる直流電流成分がほぼ零になるので、変圧器３を流れる直流電流成分もほぼ零になる。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、サイリスタスイッチに流れる電流に直流電流成分が重畳した場合、正負のサイリスタバルブの制御角を変調することで、サイリスタスイッチから外部の交流回路に流出する直流電流成分を抑制することが可能であり、変圧器の直流偏磁、高調波の発生、各種機器の過負荷等の不具合を防止することができる。
（第２の実施の形態）請求項３に対応
図４は、本発明の第２の実施の形態の直流成分基準回路の構成図である。図４は、第１の実施の形態の構成において、直流成分基準Ｉｄｒｅｆとして、３相のサイリスタスイッチに流れている直流電流成分の平均値を用いる構成とするため、直流成分基準回路２０３を加算回路２２３、係数２２４から構成する。
【００５４】
直流成分基準回路２０３は、３相のサイリスタスイッチの直流電流成分Ｉｄａｂ、Ｉｄｂｃ、Ｉｄｃａを加算回路２２３により加算し、係数２２４により１／３を乗ずるので、その出力として直流電流成分の平均値を得ることができる。
【００５５】
この出力を直流成分基準Ｉｄｒｅｆとして用いることにより、第１の実施の形態に説明した作用と同様な作用により、直流電流成分の抑制が可能である。さらに、任意に直流電流成分基準Ｉｒｅｆを設定した場合に比較し、３相の制御角の変調量の和が小さくなる利点がある。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
（第３の実施の形態）請求項４に対応
図５は、本発明の第３の実施の形態の構成図である。図５は、第１の実施の形態の構成において、直流成分基準Ｉｄｒｅｆとして、３相のサイリスタスイッチに流れている直流電流成分の内の最大値と最小値の平均値を用いる構成とするため、直流成分基準回路２０３を最大値検出回路２３１、最小値検出回路２３２、加算回路２３３、係数２３４から構成する。
【００５７】
直流成分基準回路２０３は、３相のサイリスタスイッチの直流電流成分Ｉｄａｂ、Ｉｄｂｃ、Ｉｄｃａの最大値を最大値検出回路２３１により選択し、最小値を最小値検出回路２３２により選択する。その最大値と最小値を加算回路２３３により加算し、係数２３４により１／２を乗ずるので、その出力として直流電流成分の最大値と最小値の平均値を得ることができる。
【００５８】
この出力を直流成分基準Ｉｄｒｅｆとして用いることにより、第１の実施の形態に説明した作用と同様な作用により、直流電流成分の抑制が可能である。さらに、任意に直流電流成分基準Ｉｒｅｆを設定した場合に比較し、３相の制御角の変調量の和が小さくなる利点がある。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
（第４の実施の形態）請求項５に対応
図６は、本発明の第４の実施の形態の構成図である。図６は、第１の実施の形態の構成において、直流成分基準Ｉｄｒｅｆとして、３相のサイリスタスイッチに流れている直流電流成分の内の中間値（ミディアン）を用いる構成とするため、直流成分基準回路２０３を中間値選択回路２４１から構成する。
【００６０】
直流成分基準回路２０３は、３相のサイリスタスイッチの直流電流成分Ｉｄａｂ、Ｉｄｂｃ、Ｉｄｃａの中間値を中間値検出回路２４１により得ることができる。
【００６１】
この出力を直流成分基準Ｉｄｒｅｆとして用いることにより、第１の実施の形態に説明した作用と同様な作用により、直流電流成分の抑制が可能である。さらに、任意に直流電流成分基準ｌｒｅｆを設定した場合に比較し、３相の制御角の変調量の和が小さくなる利点がある。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
（第５の実施の形態）請求項６に対応
図７、８は、本発明の第５の実施の形態の構成図である。
【００６３】
図７は、第５の実施の形態のＴＣＲ５の構成図であり、ＴＣＲ５と２次母線との接続部にＤＣＣＴ２０１を配置した構成となっている。
図８は、第５の実施の形態の直流電流成分抑制回路であり、ＤＣＣＴ２０１からの直流変流器出力信号より線電流直流電流成分を抽出する直流成分検出回路２０２と、２つの線電流直流電流成分より直流成分合成信号を求める減算回路２０７と、直流分の基準を設定する直流成分基準回路２０３と、減算回路２０７の出力と直流成分基準回路２０３の出力とを基に直流電流成分が直流成分基準にほぼ一致するように制御する直流成分抑制回路２０４と、加算回路２０５と、減算回路２０６とから構成される。
【００６４】
ここで仮に、ＴＣＲ５内のＵ−Ｘ相サイリスタスイッチに正方向の直流電流成分Ｉｄａｂが正方向流れており、他の相には流れていないと想定する。この状態では、線電流中の直流電流成分は、Ｉｄａ＝ｌｄａｂ、Ｉｄｂ＝−Ｉｄａｂとなる。従って、減算回路２０７の出力信号は、２×Ｉｄａｂとなる。この信号が直流成分抑制回路２０４に使用されるので、第１の実施の形態と同様にＵ−Ｘ相サイリスタスイッチの直流電流成分を制御できる。
【００６５】
また、他の相に直流電流成分が流れている場合でも、１つの相に直流電流成分が流れている状態の重ね合わせと考えられるので、同様にＴＣＲ５内の直流電流成分を制御でき、線電流中の直流電流成分流Ｉｄａ、Ｉｄｂ、Ｉｄｃを零に制御できる。
【００６６】
以上説明したように、本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様な効果が得られる。尚、本実施の形態においても、既に説明した実施の形態と同様、直流電流成分基準Ｉｄｒｅｆを様々な値に設定することが可能であることは明らかである。
（第６の実施の形態）請求項７に対応
図９に本発明の第６の実施の形態の構成図を示す。図９において、第５の実施の形態の構成と異なる点は、直流成分検出回路２０２、直流成分抑制回路２０４は、２相分だけが設置され、２相目の直流成分合成のためには、係数２５１、加算回路２５２を設け、３相目の直流成分抑制のためには、加算回路２５３、係数２５４を設ける構成となっている。
【００６７】
ＴＣＲの３相から流出する線電流を考えると、直流成分の総和は常に零である。従って、２相の直流電流成分が検出可能であれば、残りの１相の直流成分はその２相の直流電流成分から合成が可能であり、例えばＩｄｃ＝−Ｉｄａ−Ｉｄｂで計算できる。従って、２相目の直流成分合成信号は、Ｉｄｂ’＝２×Ｉｄｂ＋Ｉｄａで演算できる。
【００６８】
また、直流電流成分検出回路２０２以降の制御回路は線形回路であるので、２相の直流成分抑制回路２０４の出力、制御角変調量から、残りの１相の制御角変調量を演算できる。例えば、△αｃａ＝−△αａｂ−△αｂｃとなる。
【００６９】
従って、図９の構成によっても、ＴＣＲ内の直流電流成分を制御でき、線電流中の直流電流成分Ｉｄａ、Ｉｄｂ、Ｉｄｃを零に制御できる。
以上説明したように、本実施の形態によっても、第５の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
（第７の実施の形態）請求項８，９に対応
図１０は、本発明の第７の実施の形態の構成図である。本実施の形態は、第１の実施の形態の構成とほぼ同様で異なる点は、交流系統事故を検出する事故検出回路２６１を設け、直流成分検出回路２０２、直流成分抑制制御回路２０４をリセット可能な回路にした点である。
【００７０】
交流系統事故を検出する事故検出回路としては、交流電圧低下を検出する回路、事故電流が流れた事を検出する回路、事故除去用遮断器が動作したことを検出する回路等、一般に交流系統事故を検出・除去するための回路が適用できる。
【００７１】
交流系統に事故が発生し、特に、ＴＣＲ５から見て、その両端が短絡したように見える事故の場合は、事故直前にリアクトルに流れていた電流がリアクトル、サイリスタスイッチを循環する現象が発生する。
【００７２】
このような現象が発生すると、ＴＣＲ５には非常に大きな直流電流が継続して流れたことになり、直流成分検出回路２０２が、通常よりも大きな直流電流成分を検出することになる。
【００７３】
この状態をそのまま放置すると、直流成分抑制回路２０４の出力である制御角変調量が大きく変化し、制御角を不要に変調してしまうおそれがある。
よって、本実施の形態の構成では、このような現象が発生ずる可能性のある期間は、事故検出回路２６１の出力信号で、直流成分検出回路２０２及び直流成分抑制回路２０４をリセットすることにより、不要な制御角変調を防止することができる。
【００７４】
例えば、直流成分検出回路２０２、直流成分抑制回路２０４がディジタル演算にて実現されている場合は、その入力変数、内部変数、出力変数を全て強制的に零にすることでリセットが実現可能である。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態により、上述した実施の形態につき、交流系統事故が発生した場合でも、不要な動作を防止でき、さらに安定に直流電流成分抑制制御が可能になる。本実施の形態では、直流電流成分検出回路及び積分回路を双方ともリセットする構成を示したが、いずれか一方をリセットすることでも本実施の形態と同様な効果が得られることは明らかである。
（第８の実施の形態）請求項１０，１１に対応
本発明の第８の実施の形態は、既に説明した図２、８、及び９において、直流成分検出回路２０２の応答時間を、想定される交流系統事故及び事故後の擾乱が継続する期間程度では影響を受けないパラメータとする構成である。
【００７６】
これにより、交流系統に事故が発生し、また、その後擾乱が発生しても、直流成分検出回路２０２の出力は特に影響を受けないので、直流成分抑帝制制御２０４の出力が不要に変動せず安定な制御が行える。
【００７７】
例えば、直流成分検出回路２０２が低域通過フィルタで構成されている場合は、そのフィルタの周波数特性を、積分回路で構成されている場合は、積分回路後段にフィルタを設ける等により、応答時間を調整することができる。
【００７８】
以上説明したように、交流系統事故及びその後の擾乱に対し、不要な応答をすることが無くなるので、安定な直流電流抑制制御が実現できる。
本実施の形態では、直流成分検出回路２０２の応答時間につき、適切な速度とすることで説明したが、直流成分抑制回路２０４の応答時間を、交流系統事故及びその後の擾乱では応答することの無いような特性としても同様な効果が得られることは明らかである。
（第９の実施の形態）請求項１２，１３に対応
図１１は、本発明の第９の実施の形態の構成図である。図１１は、第１の実施の形態の構成とほぼ同様であり異なる点は、直流成分検出回路２０２、直流成分抑制制御回路２０４をゲートブロック信号ＧＢでリセット可能な回路にした点である。
【００７９】
ＳＶＣが停止中は、ＴＣＲ５を構成するサイリスタスイッチへの位相制御パルスが停止する。この状態をゲートブロック状態と言い、この状態では、サイリスタスイッチは電流を流さないので、ＤＣＣＴ２０１には電流が流れない。
【００８０】
しかし、ＤＣＣＴ２０１の誤差、ＤＣＣＴ２０１から直流成分検出回路２０２に至る電気回路中のオフセット誤差等により、不要な直流電流成分信号が入力されるおそれがあり、実際の直流電流成分は零であるにもかかわらず、直流電流成分抑制回路２０４が誤差を累積し、ＴＣＲ停止中にもかかわらず、不要に制御角を変調するおそれがある。
【００８１】
そこで、本実施の形態の構成では、このような現象が発生する可能性のある期間は、直流成分検出回路２０２及び直流成分抑制回路２０４をリセットすることにより、不要な制御角変調を防止することができる。
【００８２】
以上説明したように、本実施の形態により、ＴＣＲが停止中の不要な動作を防止でき、安定に直流電流成分抑制制御が可能になる。本実施の形態では、直流電流成分検出回路及び積分回路を双方ともリセットする構成を示したが、いずれか一方をリセットすることでも本実施の形態と同様な効果が得られることは明らかである。
（第１０の実施の形態）請求項１４に対応
図１２は、本発明の第１０の実施の形態の構成図である。図１２において、第１の実施の形態と異なる点は、ＴＣＲのゲートブロック信号ＧＢにより直流成分検出回路２０２の出力を保持するホールド回路２７１及び減算回路２７２を設けた点である。
【００８３】
第９の実施の形態で説明したように、ゲートブロック中に、ＤＣＣＴ２０１の誤差、ＤＣＣＴ２０１から直流成分検出回路２０２に至る電気回路中のオフセット誤差等により、不要な直流電流成分信号が入力されるおそれがある。
【００８４】
そこで、本実施の形態ではゲートブロック中の直流成分検出回路２０２の出力信号をホールド回路２７１により保持し、その値を直流成分検出回路２０２の出力から減算回路２７２により差し引くことで、自動的にオフセット誤差を零にする。
【００８５】
オフセット誤差があると、実際の直流電流成分は零であるにもかかわらず、オフセット誤差が累積することで、直流電流成分抑制回路が不要に制御角を変調するおそれがある。しかし、本実施の形態の構成では、オフセット誤差がゲートブロック中に自動的に補正されるので、オフセット誤差による不要な制御が行われない。
【００８６】
以上説明したように、本実施の形態の構成では、直流電流成分検出回路に関係するオフセット誤差を自動的に補正するので、直流電流成分抑制回路の精度を向上し、安定な動作を実現できる。
【００８７】
本実施の形態では、オフセット誤差を補正するために、減算回路２７２を直流成分検出回路２０２の出力側に設けたが、入力側に設けても同様な効果が得られる。また、保持回路２７１を使用する構成としたが、あるタイミングで信号を保持する機能が実現できる他の回路によっても同様な効果が得られることは明らかである。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、複数の相から構成される半導体スイッチから発生する直流電流成分を安定にほぼ零にし、半導体スイッチを適用するシステムを安定に運転できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＴＣＲの構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の直流電流成分抑制回路の構成図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の直流成分抑制回路の構成図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の直流成分基準回路の構成図。
【図５】本発明の第３の実施の形態の直流成分基準回路の構成図。
【図６】本発明の第４の実施の形態の直流成分基準回路の構成図。
【図７】本発明の第５の実施の形態のＴＣＲの構成図。
【図８】本発明の第５の実施の形態の直流電流成分抑制回路の構成図。
【図９】本発明の第６の実施の形態の直流電流成分抑制回路の構成図。
【図１０】本発明の第７の実施の形態の直流電流成分抑制回路の構成図。
【図１１】本発明の第９の実施の形態の直流電流成分抑制回路の構成図。
【図１２】本発明の第１０の実施の形態の直流電流成分抑制回路の構成図。
【図１３】静止型無効電力補償装置の概略構成図。
【図１４】ＴＣＲ部の３線結線図。
【図１５】従来の静止型無効電力補償装置の制御回路図。
【図１６】２次高調波電圧成分重畳時の電流波形図。
【符号の説明】
１・・・交流系統
２・・・交流母線
３・・・変圧器
４・・・２次母線
５・・・ＴＣＲ（サイリスタ制御リアクトル）
６・・・交流フィルタ
７・・・計器用変成器
８・・・変流器
１０・・・ＳＶＣ制御装置
５１・・・サイリスタスイッチ
５２・・・リアクトル
２０１・・・直流変流器（ＤＣＣＴ）
２０２・・・直流成分検出回路
２０３・・・直流成分基準回路
２０４・・・直流成分抑制回路
２０５，２２３，２３３，２５２，２５３・・・加算回路
２０６，２０７，２１１，２７２・・・減算回路
２１２・・・不感帯回路
２１３・・・積分回路
２２４，２３４，２５１，２５４・・・係数
２３１・・・最大値選択回路
２３２・・・最小値選択回路
２４１・・・中間値選択回路
２６１・・・事故検出回路
２７１・・・ホールド回路

Claims

半導体スイッチを有する複数の相をΔ接続して構成される半導体スイッチの制御装置において、複数の相から交流回路に流出する直流電流成分をほぼ零にするように半導体スイッチの点弧タイミングを制御する制御手段を有することを特徴とする半導体スイッチの制御装置。
半導体スイッチを有する複数の相をΔ接続して構成される半導体スイッチの制御装置において、各相に流れる直流電流成分を検出する検出手段と、前記直流電流成分が所定の制御目標値となるように半導体スイッチの点弧タイミングを制御する制御手段を有することを特徴とする半導体スイッチの制御装置。
前記制御目標値を、半導体スイッチの複数の相を流れる直流電流成分の平均値とする手段を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
前記制御目標値を、半導体スイッチの複数の相を流れる直流電流成分内の最大値と最小値の平均値とする手段を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
前記制御目標値を、半導体スイッチの複数の相を流れる直流電流成分内の中間値とする手段を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
前記検出手段を半導体スイッチと交流回路との接続部に配置することを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
前記制御手段の数を相数より１つ少なく設け、前記制御手段の無い相には、他相の前記制御手段の出力信号を合成する合成手段の出力により制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体スイッチの制御装置。
交流系統事故時等の擾乱時及び擾乱が継続している期間を検出する擾乱検出手段と、この擾乱検出手段からの信号により前記制御手段の制御をリセットするリセット手段を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
交流系統事故時等の擾乱時及び擾乱が継続している期間を検出する擾乱検出手段と、この擾乱検出手段からの信号により前記検出手段の検出をリセットするリセット手段を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
前記制御手段の応答時間を、交流系統事故時等の擾乱時及び擾乱が継続している期間をより十分長くすることを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
前記検出手段の応答時間を、交流系統事故時等の擾乱時及び擾乱が継続している期間をより十分長くすることを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
半導体スイッチが停止している期間は、前記制御手段の制御をリセットすることを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
半導体スイッチが停止している期間は、前記検出手段の検出をリセットすることを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
半導体スイッチが停止している期間に前記検出手段のオフセットを自動的に調整する手段を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。