JP3682544B2 - Plant power rate control system using inverter drive device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、IGBT、GTD等自己消弧素子を用いた半導体PWM順変換器・逆変換器からなるインバータドライブ装置に係り、特に、PWM順変換器の余力変換機能を用いてプラント電源全体のカ率を制御するインバータドライブ装置によるプラント電源カ率制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
PWMコンバータ・インバータを用いたインバータドライブ装置は、「日立評論 1993年3月号 pp37〜40」に記載のように、ドライブ装置として、電源カ率を1.0に制御している。
従来のインバータドライブ装置の構成図を図6に示す。図6において、インバータドライブ装置6は、誘導電動機7の回転速度を直接制御するIGBTインバータ30と、IGBTインバータ30の入力直流電圧を電源トランス5から供給される三相交流より直流に変換し、制御するIGBTコンバータ40より構成される。IGBTインバータ30は、IGBTコンバータ40より供給される直流電源をもとに誘導電動機7の要求される回転速度に対応する交流電圧、周波数及び位相の三相交流に変換するPWMインバータ主回路31と、この主回路31を介して速度制御を行なう速度制御装置32とより構成される。速度制御装置32は、誘導電動機7に直結されたパルスエンコーダ33で検出される回転速度検出値Wrと速度制御指令Wr*とより、誘導電動機7の磁束を制御するための励磁電流(d軸成分電流)Id*成分と発生トルクを制御するためのトルク電流(q軸成分電流)Iq*成分とのベクトル演算により、誘導電動機7の磁束制御を含む速度制御演算を行ない、この演算結果のd軸、q軸電流指令Id*、Iq*に基づき、d軸、q軸電流制御を行なうとともに、すべり周波数fを演算し、すべり周波数演算結果と回転速度検出値ωrより一次周波数指令値ω1*を演算する。一方、d軸、q軸電流指令Id*、Iq*及び一次周波数指令値ω1*に基づき、ベクトル演算により三相交流電流制御を行ない、その演算結果である3相出力電圧指令に基づき、多重PWM制御により演算されるPWMパルスによりインバータ主回路31を制御し、誘導電動機7の速度制御を行なう。
IGBTコンバータ40は、電源カ率を1.0に制御すると共に、IGBTインバータ30の入力電源となる直流電圧を一定に制御する交流−直流変換のIGBTコンバータ主回路21とこの主回路21を介して電源カ率1.0制御及び直流電圧を一定に制御するコンバータ制御部42とより構成される。コンバータ制御部42では、直流電圧指令Ed*にコンバータ21の出力電圧Edが一致するように直流電圧制御部25で有効電流指令であるq軸電流指令Iq*を演算する。このq軸電流指令Iq*とカ率1.0とするためのd軸電流指令Id*44を指令値として、q軸及びd軸電流制御を電流制御部43で演算するとともに、電流制御部43では電源電圧、位相の検出器27の信号を基準として、d軸、q軸のベクトル演算を行ない、三相交流電流制御を行ない、IGBTコンバータ21のPWMパルスの基準となる三相交流電圧指令を演算する。この三相交流電圧指令に基づき、PWM制御部でPWMパルスを演算出力し、IGBTコンバータ21によって電流カ率を1.0、直流電圧Edを一定にする制御を行なう。
このようにインバータドライブ装置6は、単体として、電流カ率を1.0に制御し、誘導電動機7の速度制御を行なえる理想的なドライブ装置である。
しかし、図5に示すように、従来のプラント構成は、電源トランス1、遅れカ率負荷設備3−1〜3−n用のトランス2−1〜2−n、インバータドライブ装置6−1〜6−N用のトランス5−1〜5−N、電動機7−1〜7−N、プラント全体の無効電力を補償する無効電力補償設備4から構成され、インバータドライブ装置6−1〜6−Nとして図6のインバータドライブ装置6が使用されるが、一般に無効電力補償設備4は、進相コンデンサを数バンクの容量に分割して入切するため、遅れカ率負荷設備3の負荷変動により、プラント全体のカ率を常に一定に制御することが出来ず、プラント全体の電源カ率が変動し、電圧変動が発生する。これらの対策として、無効電力補償設備4として、無効電力を連続制御できる設備「負荷追従形無効電力補償装置」(SVC)があるが、設備コストが高くなるという問題があるため、導入されてない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては、単体として、電流カ率を1.0に制御し、誘導電動機7の速度制御を行なえる理想的なインバータドライブ装置6を使用しても、プラント全体の電源カ率を連続制御するには、設備コストの高いSVC装置が必要となるという問題があり、また、進相コンデンサバンクの段階的投入では、負荷の変動に連続で追従できないため、プラント全体の電源カ率変動、電圧変動を発生するという問題があった。また、電力コストの点からも、カ率変動分だけ余分なコストがかかっていた。
【0004】
本発明の課題は、プラントの中で大きな電力比率をもつPWMコンバータの無効電流供給余力機能を最大限に活用し、プラント全体の電源カ率を最適に制御するインバータドライブ装置によるプラント電源カ率制御方式を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、PWMコンバータので流せる最大定格電流とプラントで使用されるPWMインバータを介して電動機に流れる有効電流に基づいて各インバータドライブ装置の前記コンバータの余力無効電流供給可能量を演算し、この演算結果に基づいて前記コンバータの最大定格までの範囲でカ率補償用無効電流を流し、プラント全体のカ率を連続制御することによって、解決される。
【0006】
本発明は、プラントの中で大きな電力比率をもつ、インバータドライブ装置群のPWMコンバータの無効電流制御機能を用いて、また、これらPWMコンバータは常時最大負荷では運転されてないことを利用して、インバータドライブ装置のPWMコンバータの余力無効電流供給機能を最大限に活用し、連続カ率制御可能なSVC装置の機能と同じように、プラント全体の電源カ率を負荷に追従して最適に制御することができる。また、独立したSVC装置を設置する必要がなくなるため、設備スペースを小さく、かつ、設備コストを低減することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態による全体構成を示す。1は電源トランス、2−1〜2−nはトランス、3−1〜3−nは遅れカ率負荷設備、5−1〜5−Nはトランス、7−1〜7−Nは電動機、8−1〜8−NはIGBTPWMコンバータ余力無効電流制御付インバータドライブ装置、9は全体カ率制御部、10は無効電力検出器、11は電圧検出器、12は電流検出器を表わす。
電源の電圧検出器11と電流検出器12の信号より無効電力検出器10により無効電力Qを検出し、全体カ率制御部9がその検出値によりプラント全体のカ率を最適とする無効電流指令IQ*を演算し、インバータドライブ装置8−1〜8−Nに指令する。
【0008】
インバータドライブ装置8の詳細を図2に示す。20はPWMコンバータ、21はPWMコンバータ変換部、22はPWMコンバータ制御部、23は有効電流無効電流を独立制御するd、q軸電流制御部、24はPWMコンバータの余力無効電流指令の最大値を制限制御するid*最大値制限制御部、25は直流電圧制御部、26は図1の全体カ率制御部9からの無効電流指令IQ*、27はd、q軸電流制御部23の基準位相検出のための電圧検出器、28は電流検出器、30はIGBTPWMインバータ、31はPWMインバータ変換部、32はPWMインバータのドライブ制御部である。
【0009】
id*最大値制限制御部24の詳細を図3に示す。51はPWMコンバータ20のd、q軸電流id、iqのベクトル加算電流である一次電流I1の最大定格値I1max(PWMコンバータ20が流せる最大定格値)、52は電動機負荷で決まるq軸電流iq(有効電流)、53はコンバータ定格で決まるI1maxと電動機負荷で決まるiqとより、PWMコンバータの余力無効電流分idmax=√(I1max)2−(iq)2を演算する演算部、54は無効電流指令IQ*に対してidmaxを最大値に制限する制御部である。
【0010】
図4に全体カ率制御部9の構成図を示す。101はプラント全体で要求される無効電力指令Q*であり、プラント全体の電源カ率を1.0に制御する場合は“0”となる。102は減算器であり、無効電力指令Q*と無効電力検出器10より検出される検出値Qとの偏差を演算する。103は無効電力制御部であり、減算器102の演算結果を入力し、減算器102の偏差がなくなるように、すなわち、無効電力指令値Q*にプラント全体の無効電力を補正するための無効電流指令IQ*を演算し、その演算結果はインバータドライブ装置8−1〜8−Nに指令する。
【0011】
次に、本実施形態の動作を説明する。PWMインバータのドライブ制御部32の動作は従来例と同じであるので、省略し、PWMコンバータ制御部22について説明する。
PWMコンバータ制御部22では、直流電圧指令Ed*にコンバータ21の出力電圧Edが一致するように直流電圧制御部25で有効電流指令であるq軸電流指令Iq*を演算する。一方、全体カ率制御部9においてプラント全体の電源カ率を最適とするために演算された無効電流指令IQ*は、各インバータドライブ装置8−1〜8−NのPWMコンバータ制御部22の図3に示すid*最大値制限制御部24に入力され、この制御部24では、余力無効電流分演算部53においてPWMコンバータ20の一次電流I1の最大定格値I1max51と電動機負荷で決まるq軸電流iq52に基づいて各々のPWMコンバータの余力無効電流分idmaxを演算し、この余力無効電流idmaxの制限範囲内で無効電流指令id*をd、q軸電流制御部23に出力する。
ここで、無効電力制御部103の演算結果の無効電流指令値IQ*は、N台のインバータドライブ装置で全体を補正するため、N台の各々の余力無効電流分Idmaxの最大値以下の値となる。例えば、各インバータドライブ装置の余力無効電流分Idmaxが8−1が0.5PU、8−2が0.4PU、8−3が0.3PU、8−4〜8−Nが0PUで、全体の必要無効電流が1.0PUの運転状態の場合、IQ*は0.4PUとなり、全体の必要無効電流が1.0PUのうち、8−3は余力無効電流分の0.3PUを分担、8−2も余力無効電流分の0.4PUを分担し、8−1は余力無効電流分0.5PUのうち0.4PUを分担するように制御される。これは、図3のidmax最大値制限制御部54により、余力無効電流分の少ないインバータドライブ装置から余力無効電流分を分担する作用があるためである。
また、無効電流指令id*は、各々のPWMコンバータの余力無効電流idmaxの制限範囲内の値であり、この余力無効電流idmaxの制限範囲内で全体カ率補償用無効電流を各々のPWMコンバータより供給することになる。
d、q軸電流制御部23では、q軸電流指令Iq*とd軸電流指令Id*を指令値とし、電源電圧、位相の検出器27の信号を基準として、d軸、q軸のベクトル演算を行ない、IGBTコンバータ21の一次電流指令I1*を出力する。この一次電流指令I1*と電流検出器28の信号に基づいて三相交流電流制御を行ない、IGBTコンバータ21のPWMパルスの基準となる三相交流電圧指令を演算し、この三相交流電圧指令に基づき、PWM制御部でPWMパルスを演算出力し、IGBTコンバータ21によってプラント全体の電源カ率を負荷に追従して最適に制御する。
本実施形態では、各々のPWMコンバータの余力無効電流idmaxの制限範囲内で全体カ率補償用無効電流を各々のPWMコンバータより供給することにより、プラント全体の電力のうち大きな比率をもつインバータドライブ装置群のPWMコンバータの余力無効電流供給能力を負荷追従形無効電力補償装置(SVC)の代わりに活用することにより、別に設備を設置することなく、プラント全体の電源カ率を負荷に追従して最適に制御することができる。
【0012】
なお、本発明は、各インバータドライブ装置の負荷状態をドライブ装置の上位制御装置により監視し、各インバータドライブ装置の余力無効電流供給能力を上位制御装置で演算し、各インバータドライブ装置に無効電流指令を分配するようにしても実施可能である。
また、図2の実施形態ではIGBTPWMインバータを用いたが、本発明は、GTQ、IGCT等他の自己消弧素子を用いたPWM変換器でも同じ効果が得られる。
また、本発明は、プラント全体の構成より、インバータドライブ装置のPWMコンバータの容量をインバータ部に比べて大きく設定する等により最適化を図れるという機能も付加することができる。
【0013】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インバータドライブ装置として、もともと持つているPWMコンバータの余力無効電流供給能力を最大限に活用するので、負荷追従形無効電力補償(SVC)装置の機能と同じように、プラント全体の電源カ率を負荷に追従して最適に制御することができる。
また、独立したSVC装置を設置する必要がなくなるため、設備スペースを小さく、かつ、設備コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による全体構成図
【図2】本発明のインバータドライブ装置の詳細図
【図3】本発明のId*最大値制限制御部の詳細図
【図4】本発明の全体カ率制御部の構成図
【図5】従来例の全体構成図
【図6】従来例のインバータドライブ装置
【符号の説明】
1…電源トランス、2−1〜2−n…トランス、3−1〜3−n…遅れカ率負荷設備、5−1〜5−N…トランス、7−1〜7−N…電動機、8−1〜8−N…IGBTPWMコンバータ余力無効電流制御付インバータドライブ装置、9…全体カ率制御部、10…無効電力検出器、11…電圧検出器、12…電流検出器、20…PWMコンバータ、21…PWMコンバータ変換部、22…PWMコンバータ制御部、23…d、q軸電流制御部、24…id*最大値制限制御部、25…直流電圧制御部、26…無効電流指令IQ*、27…電圧検出器、28…電流検出器、30…IGBTPWMインバータ、31…PWMインバータ変換部、32…PWMインバータのドライブ制御部、53…PWMコンバータの余力無効電流分idmaxを演算する演算部、54…idmaxを最大値に制限する制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter drive device composed of a semiconductor PWM forward converter and an inverse converter using self-extinguishing elements such as IGBTs and GTDs, and more particularly, to the capacity of the entire plant power supply using the remaining power conversion function of the PWM forward converter. The present invention relates to a plant power supply rate control system using an inverter drive device for controlling the rate.
[0002]
[Prior art]
As described in “Hitachi Review, March 1993, pp 37-40”, the inverter drive device using the PWM converter / inverter controls the power supply rate to 1.0 as a drive device.
A configuration diagram of a conventional inverter drive device is shown in FIG. In FIG. 6, the
The
Thus, the
However, as shown in FIG. 5, the conventional plant configuration includes a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, as a single unit, the power rate of the entire plant is continuously controlled even when an ideal
[0004]
An object of the present invention is to control a plant power supply rate by an inverter drive device that optimally controls a power supply rate of the entire plant by making the most of the reactive current supply surplus function of a PWM converter having a large power ratio in the plant. To provide a method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is to calculate the remaining available current supply amount of the converter of each inverter drive device based on the maximum rated current that can be flowed by the PWM converter and the effective current that flows to the motor via the PWM inverter used in the plant, and this calculation This can be solved by flowing a reactive current for power ratio compensation in the range up to the maximum rating of the converter based on the result, and continuously controlling the power ratio of the entire plant.
[0006]
The present invention uses the reactive current control function of the PWM converter of the inverter drive device group having a large power ratio in the plant, and utilizes that these PWM converters are not always operated at the maximum load, Utilizes the remaining reactive current supply function of the PWM converter of the inverter drive device to the maximum, and controls the power rate of the entire plant following the load in the same way as the function of the SVC device capable of continuous power rate control. be able to. Moreover, since it is not necessary to install an independent SVC device, the equipment space can be reduced and the equipment cost can be reduced.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an overall configuration according to an embodiment of the present invention. 1 is a power transformer, 2-1 to 2-n are transformers, 3-1 to 3-n are delay rate load facilities, 5-1 to 5-N are transformers, 7-1 to 7-N are motors, 8 -1 to 8-N are inverter drive devices with IGBT PWM converter remaining power reactive current control, 9 is an overall power ratio control unit, 10 is a reactive power detector, 11 is a voltage detector, and 12 is a current detector.
Reactive power Q is detected by the
[0008]
The details of the
[0009]
Details of the id * maximum value
[0010]
FIG. 4 shows a configuration diagram of the overall power rate control unit 9.
[0011]
Next, the operation of this embodiment will be described. Since the operation of the
In the PWM
Here, the reactive current command value IQ * of the calculation result of the reactive
Further, the reactive current command id * is a value within the limit range of the remaining reactive current idmax of each PWM converter, and the total power ratio compensating reactive current is supplied from each PWM converter within the limited range of the remaining reactive current idmax. Will be supplied.
The d and q axis
In the present embodiment, an inverter drive device having a large proportion of the electric power of the entire plant by supplying the total power ratio compensating reactive current from each PWM converter within the limit range of the remaining reactive current idmax of each PWM converter. By utilizing the surplus reactive current supply capability of the group PWM converters instead of the load-following reactive power compensator (SVC), the power supply rate of the entire plant can be optimally tracked to the load without installing separate equipment. Can be controlled.
[0012]
In the present invention, the load state of each inverter drive device is monitored by the host controller of the drive device, the remaining reactive current supply capability of each inverter drive device is calculated by the host controller, and a reactive current command is sent to each inverter drive device. It is also possible to distribute the above.
Further, although the IGBT PWM inverter is used in the embodiment of FIG. 2, the present invention can achieve the same effect even in a PWM converter using other self-extinguishing elements such as GTQ and IGCT.
In addition, the present invention can add a function that can be optimized by setting the capacity of the PWM converter of the inverter drive device larger than that of the inverter unit, etc., compared to the configuration of the entire plant.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the remaining reactive current supply capability of the original PWM converter is utilized to the maximum extent as the inverter drive device, the function of the load following reactive power compensation (SVC) device is Similarly, the power supply rate of the entire plant can be optimally controlled following the load.
Moreover, since it is not necessary to install an independent SVC device, the equipment space can be reduced and the equipment cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a detailed diagram of an inverter drive device of the present invention. FIG. 3 is a detailed diagram of an Id * maximum value limit control unit of the present invention. FIG. 5 is a block diagram of an overall power ratio control unit of the conventional apparatus. FIG. 5 is an overall block diagram of a conventional example. FIG.
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記各インバータドライブ装置によって、前記順変換器で流せる最大定格電流とプラントで使用される前記逆変換器を介して電動機に流れる有効電流に基づいて前記各インバータドライブ装置の前記順変換器の余力無効電流供給可能量を演算し、この演算結果に基づいて前記順変換器の最大定格までの範囲でカ率補償用無効電流を流し、プラント全体のカ率を連続制御することを特徴とするインバータドライブ装置によるプラント電源カ率制御方式。A semiconductor PWM forward converter that can control the active current and the reactive current independently, and a semiconductor PWM reverse converter that is connected to the DC output of the forward converter and uses the output as a power source to control the speed of the motor. A plurality of inverter drive devices, a detector for detecting the reactive power of the plant power supply, and an overall power rate control unit for commanding a reactive current command for power compensation to the inverter drive device in order to optimize the overall power rate; Consists of
Based on the maximum rated current that can be flowed by the forward converter and the effective current that flows to the motor through the reverse converter used in the plant by each inverter drive apparatus, the remaining capacity of the forward converter of each inverter drive apparatus is invalidated An inverter drive characterized in that a current supplyable amount is calculated, a reactive current for power rate compensation is passed in a range up to the maximum rating of the forward converter based on a result of the calculation, and the power rate of the entire plant is continuously controlled. Plant power rate control system using equipment.
前記上位制御装置によって、各インバータドライブ装置の負荷状態を検出し、前記順変換器で流せる最大定格電流とプラントで使用される前記逆変換器を介して電動機に流れる有効電流に基づいて前記各インバータドライブ装置の前記順変換器の余力無効電流供給可能量を演算し、この演算結果に基づいて前記順変換器の最大定格までの範囲でカ率補償用無効電流を流し、プラント全体のカ率を連続制御することを特徴とするインバータドライブ装置によるプラント電源カ率制御方式。A semiconductor PWM forward converter that can control the active current and the reactive current independently, and a semiconductor PWM reverse converter that is connected to the DC output of the forward converter and uses the output as a power source to control the speed of the motor. It consists of a plurality of inverter drive devices and a host control device that commands the operation pattern to each inverter drive device.
The host controller detects the load state of each inverter drive device, and based on the maximum rated current that can flow in the forward converter and the effective current that flows to the motor via the reverse converter used in the plant The amount of remaining reactive current that can be supplied to the forward converter of the drive device is calculated, and based on the calculation result, a reactive current for compensating the power ratio is supplied in the range up to the maximum rating of the forward converter, and the power ratio of the entire plant is calculated. A plant power rate control system using an inverter drive device, characterized by continuous control.
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