JP4265932B2

JP4265932B2 - Motor control device

Info

Publication number: JP4265932B2
Application number: JP2003145593A
Authority: JP
Inventors: 真志冨永; 伸三玉井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP2004350432A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統の交流電力を変換してモータの可変速駆動制御を行うモータ制御装置に係り、上記電力系統の周波数や電圧に変動が発生した場合に、その変動を抑制する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ負荷の中で、ファン、ポンプ向けの用途などのように、電力系統の交流電圧を変圧器で変圧して直接モータを駆動しているシステムは、電力系統の周波数や変圧後の交流電圧によってモータの回転数、消費電力が定まる。従って、電力系統の供給能力が低下して例えばその周波数が低下した場合、モータ負荷は、この周波数の低下に伴って低下し、電力系統の周波数低下を抑制する方向に変化することになる。
【０００３】
これに対して近年は、半導体デバイスを用いた電力変換装置によるモータの制御装置が普及し、電力系統の交流電圧を任意の周波数や電圧に変換・出力してモータの可変速駆動制御を行う場合が多く、ここでは、電力系統の周波数、電圧とは無関係に、かつ高速に出力制御を行うため、急激な負荷変動や力率の変化を引き起こし、電力系統に悪影響を及ぼす可能性がある。特に電力系統の定格容量を越えたモータ負荷の駆動や、系統側の事故などに起因する供給電力の低下など、電力系統にとって過負荷となる状況下では、これとは無関係にモータの制御装置が所定の電力をモータへ供給するように動作するため、発電システムの電力供給量が不足して系統周波数や電圧の異常低下を招き、最後には発電システムの停止や保護回路の作動などによって停電が発生してモータが停止し運転を継続することが出来なくなる。
【０００４】
過負荷時における運転継続の技術として、発電機の周波数を検知して負荷出力を抑制し、発電機を駆動するエンジンの回転数を適正に維持する制御方法がある(例えば、特許文献１参照)。これは発電機の出力が増大するのに伴ってエンジンの回転数が低下していく特性を利用するもので、エンジンの回転数または発電機の周波数を検知し、エンジン回転数または周波数が低下した場合に、定電流特性制御手段でトランジスタをスイッチング制御する、いわゆる直流チョッパによって負荷への出力を抑制する。
その結果、負荷への電力供給を止めることなく運転を継続し、エンジンの回転数を適正に維持して発電を行うことができる。
【０００５】
また、上記に類似した技術として、デマンド電力を集計し、ノン・カットでデマンドコントロールを行う方法がある(例えば、特許文献２参照)。これは電力ピークカットを目的に負荷の消費電力逓減を行うもので、発電所と変電所を管理する中央給電指令所においてリアルタイムにデマンド電力を計数し、ピークカット実行時にデマンドコントロール信号を発信する。インバータモータやインバータ照明器の両インバータはリモートターミナルを介してデマンドコントロール信号を受信し、これに従ってインバータモータの周波数を逓減、または照明器の電圧を逓減するようにノン・カットで出力制御を行う。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２６６０７９８号公報（段落０００９、図１、図２）
【特許文献２】
特開平７−２２２３６０号公報（段落０００４、図１、図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来技術、例えば、特許文献１のものでは、直流チョッパによる定電流制御が前提であるので、可変速駆動制御を行うモータ制御装置には適用できないという問題点があった。
また、特許文献２のものでは、１個所でデマンド電力を計数するので、複数の発電機や負荷などが電力系統に接続されている場合には、これらの機器の全てとオンラインで情報伝達を行う設備が必要となって装置が全体として複雑高価となり、更に、負荷逓減の制御はリモートコントロールで行うので、発電機や系統に事故が発生した場合やモータの高速出力制御に起因する、急激な負荷変動等には対応できないという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電力系統の周波数の異常低下に速やかに応答してモータ負荷を低減し、継続運転を可能とするモータ制御装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモータ制御装置は、電力系統の交流電力を受電し負荷であるモータの回転駆動用電力に変換し上記モータに供給する電力変換装置を備え、速度指令値を入力し、上記モータの速度が上記速度指令値となるよう上記電力変換装置を制御するモータ制御装置において、
上記電力系統の周波数を検出する周波数検出器、および上記検出周波数が上記電力系統の基準周波数以下の所定の設定周波数以下となったとき上記検出周波数と設定周波数との差に応じて上記速度指令値を低減する速度制御回路を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を示す構成図である。図１において、原動機１は発電機２と連結して発電システムを構成しており、発電システムの出力は変圧器３と遮断器４を介して電力系統５に接続している。電力系統５には、上記のような発電システムが複数接続されている。このような電力系統５に、遮断器６と変圧器７を介してモータ制御装置８とモータ９を接続している。モータ制御装置８は、変圧器７とモータ９との間に接続した電力変換装置１０と、速度検出器１１によって検出したモータ９の回転速度および周波数検出器１２によって検出した電力系統５の周波数を基にモータ９の速度に応じた出力指令値（速度指令値）を電力変換装置１０へ出力する速度制御回路１３と、から構成されている。
【００１１】
モータ制御装置８は、モータ９の回転速度が所望の値となるようにモータ９の駆動制御を行う。具体的には、速度検出器１１で検出したモータ９の回転速度が所定値になるように速度制御回路１３で出力指令値を演算し、電力変換装置１０に与える。
電力変換装置１０は、変圧器７から交流電力を受電し、出力指令値に基づいてモータ９を駆動する交流電力を出力する。なお、電力変換装置１０としては、例えば交流電力を直流電力に変換するダイオード整流回路または高力率コンバータと、変換された直流電力を平滑する直流コンデンサと、直流電力を交流電力に変換してモータ９を駆動する自励式インバータとから構成されるコンバータ‐インバータ方式の電力変換装置、あるいはマトリクスコンバータによる交流‐交流変換方式の電力変換装置などがある。
【００１２】
図２は、図１の速度制御装置１３の内部制御ブロック図で、以下、この図２および図３〜５のタイミングチャートを参照して具体的な制御動作について説明する。
図２において、周波数検出器１２で検出された系統周波数ｆが、電力系統５の基準周波数以下で設定された所定の周波数ｆ１以上の場合は、減算器２２の出力は負で周波数制御器２３は出力せず、速度指令値ｗｒｅｆがそのまま速度指令値ｗ＊となって電力変換装置１０に供給される。これによって、モータ９は速度指令値ｗｒｅｆに対応する回転速度、即ち、以下で説明する本発明になる制御が動作する前の回転速度で運転される。
電力系統５が過負荷等になり系統周波数ｆが所定の周波数ｆ１より低くなると、減算器２２の出力が正となり、例えばＰＩ制御系からなる周波数制御器２３の出力が増大してその分減算器２６により速度指令値ｗｒｅｆから低減した速度指令値ｗ＊が電力変換装置１０に供給される。これによって、モータ９は速度指令値ｗｒｅｆより低い回転速度で運転されることになりその分出力が低減する。これは、電力系統５から見ると、負荷量の低減につながり、周波数低下の要因であった過負荷状態が軽減されるので、系統周波数ｆの低下程度が緩和され、やがて系統周波数ｆの低減量とモータ負荷の低減量とがバランスする平衡状態となる。
【００１３】
以上の動作を、各特性を単純化して示す以下のタイミングチャートを参照して確認することにする。
図３は、本願発明を適用しない場合、即ち、速度制御による負荷逓減を行わない場合で、上から順に、系統周波数ｆ、速度指令値ｗ＊およびモータ回転速度ｗを示す。電力系統５が過負荷等になり系統周波数ｆが下降を始めてもモータ９は速度指令値ｗｒｅｆで定まる回転速度のままで運転を継続する。従って、電力系統５の容量や当該モータ９負荷およびその他の負荷の容量との大小関係にも左右されるが、従来技術の欄で説明したように、系統周波数ｆの下降が進み、電圧を維持できなくなりやがて停電、モータ９が停止するという事態になる可能性がある。
【００１４】
図４は、本願発明を適用しリミッタ２４が動作しない場合、即ち、負荷逓減を行って周波数低下を抑制できる場合である。
系統周波数ｆが下降を始め、所定の周波数ｆ１を切ると周波数制御器２３の出力が立ち上がり、速度指令値ｗ＊が速度指令値ｗｒｅｆから下降を始め、これに伴いモータ回転速度ｗも下降しモータ９の出力も低下する。やがて、系統周波数ｆの低減量とモータ負荷の低減量とがバランスした平衡状態に至る。
【００１５】
図５は、本願発明を適用したが、系統周波数ｆの低下量が大きく、動作途中からリミッタ２４が働いてそれ以上速度指令値ｗ＊の低減が出来ない場合を想定したケースである。即ち、モータ９はその運転負荷特性により、継続運転ができる回転速度の下限値が決まる。リミッタ２４は、減算器がこの下限速度を下回らないよう周波数制御器２３からの出力に制限を加えるものである。
図５では、速度指令値ｗ＊は、リミッタ２４の働きにより（ｗｒｅｆ−ｗｌｍｔ）まで下降した後は一定値を維持している。従って、これ以降は、系統周波数ｆの下降を抑制する効果はなくなり、系統周波数ｆは更に下降を続け、場合によっては電力系統５の停電に至る。もっとも、この場合も、この発明の適用により停電に至る可能性は確率的に減少し、また、停電となっても該停電に至るまでの運転継続時間が長くなるという利点がある。
【００１６】
この図５のケースとしては、当該モータ９の容量より大きな容量の負荷が同じ電力系統５に接続されており、その大容量負荷で過負荷が発生して系統周波数ｆが低下する場合等が想定されるが、この大容量負荷を含め電力系統５に接続されるモータ負荷のすべてにこの発明になる負荷逓減手段が施されていれば、これらが一斉に負荷逓減動作を行い、その結果、図４で説明した現象に該当して、即ち、リミッタ２４の動作にかからず、停電等の支障が回避される可能性もある。
【００１７】
以上のように、この発明の実施の形態１においては、電力系統５の周波数ｆを検出する周波数検出器１２、および検出周波数ｆが電力系統５の基準周波数以下の所定の設定周波数ｆ１以下となったとき検出周波数ｆと設定周波数ｆ１との差に応じて速度指令値ｗ＊を低減する速度制御回路１３を備えたので、系統周波数ｆの異常低下に速やかに応答してモータ９の負荷を低減し、モータ９の継続運転が可能となる。
【００１８】
また、速度制御回路１３は、速度指令値ｗ＊の低減量を、モータ９の運転負荷特性から定まる所定の範囲内に制限するリミッタ２４を備えたので、モータ９の運転継続に支障を来すことなく、系統周波数ｆの低下を抑制するための負荷制御が確実になされる。
【００１９】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を示す構成図である。
図６において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図６に示すように、モータ制御装置８は、実施の形態１の構成に加えて、電力系統５の系統電圧を検出する電圧検出器１４と、出力指令値を演算して電力変換装置１０へ出力する交流電圧制御回路１５と、から構成されている。
【００２０】
図７は、図６の交流電圧制御回路１５の内部制御ブロック図で、以下、この図７および図８〜１０のタイミングチャートを参照して具体的な制御動作について説明する。
なお、以下の交流電圧制御回路１５の動作は、実施の形態１で説明した速度制御装置１３の動作と独立して行われる。
図７において、交流電圧制御回路１５は、電圧検出器１４で検出された系統電圧ｖと電力系統５の基準電圧である交流電圧指令値ｖｒｅｆとが等しくなるように無効電流指令値ｉｑｒｅｆを出力して電力変換装置１０に供給する。即ち、系統電圧ｖが交流電圧指令値ｖｒｅｆより低くなると、減算器３２からの電圧差分ｖ＊は正となり電圧制御器３３からは進相無効電流に相当する無効電流指令値ｉｑｒｅｆを出力し系統電圧ｖを上昇させるように動作する。反対に、系統電圧ｖが交流電圧指令値ｖｒｅｆより高くなると、減算器３２からの電圧差分ｖ＊は負となり電圧制御器３３からは遅相無効電流に相当する無効電流指令値ｉｑｒｅｆを出力し系統電圧ｖを下降させるように動作する。これによって、後述するリミッタ３４が動作しない範囲では、系統電圧ｖは交流電圧指令値ｖｒｅｆの値一定に保たれることになる。
【００２１】
以上の動作を、各特性を単純化して示す以下のタイミングチャートを参照して確認することにする。
図８は、本願発明を適用しない場合、即ち、電力系統５の電圧変動に基づく無効電流制御を行わない場合で、上から順に、系統電圧ｖ、電圧差分ｖ＊、無効電流指令値ｉｑｒｅｆを示す。系統電圧ｖが変化しても、無効電流制御は行わないので、電圧変動がそのまま現れる。
図９は、本願発明を適用し、無効電流制御を行って電力系統５の電圧が一定に保たれている場合を示す。即ち、図では、系統電圧ｖおよび電圧差分ｖ＊はそれぞれ交流電圧指令値ｖｒｅｆおよび零レベルを維持しているように見えるが、実際は、系統電圧ｖが交流電圧指令値ｖｒｅｆから変動して電圧差分ｖ＊が発生しそれに応じて電圧制御器３３が動作して無効電流指令値ｉｑｒｅｆを出力し、系統電圧ｖを交流電圧指令値ｖｒｅｆにほぼ等しい値に留めているわけである。
【００２２】
図１０は、本願発明を適用したが、系統電圧ｖの変化量が大きく、無効電流制御を行っても系統電圧ｖを一定に維持できない場合である。即ち、電力変換装置１０の容量は、本来、モータ９を回転駆動するのに必要な値に設定されている。従って、電力変換装置１０で発生できる無効電力、無効電流は、このモータ９の容量に応じて決められた電力変換装置１０の容量の範囲内に制限される。リミッタ３４は、無効電流指令値ｉｑｒｅｆがこの制限値を越えないよう電圧制御器３３からの出力に制限を加えるものである。
図１０では、系統電圧ｖの一定範囲までの変動に対しては、無効電流による電圧一定制御が実現しているが、リミッタ３４が働き、無効電流指令値ｉｑｒｅｆがリミット値ｉｑｌｍｔに至った後は、電圧一定制御はならず、系統電圧ｖは交流電圧指令値ｖｒｅｆから逸脱している。
このように、一定範囲までの電圧変動抑制効果となるが、電力変換装置１０が過負荷となることが無く、安定した動作が補償されるという利点がある。
【００２３】
以上のように、この発明の実施の形態２においては、電力系統５の交流電圧ｖを検出する電圧検出器１４、および上記検出電圧ｖと所定の設定電圧ｖｒｅｆとの差に応じ、上記差が低減するように電力変換装置１０の発生無効電力を制御する交流電圧制御回路１５を備えたので、電力系統５の電圧変動を抑制して、より安定したモータ９の継続運転が可能となる。
【００２４】
また、交流電圧制御回路１５は、制御する発生無効電力を、電力変換装置１０がモータ９を回転駆動することから定まる容量の範囲内に制限するリミッタ３４を備えたので、電力変換装置１０が過負荷となることなく、安定した動作が補償される。
【００２５】
実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３におけるモータ制御装置を示す構成図である。
図１１において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図１１に示すように、モータ制御装置８は、実施の形態１の構成に加えて、電力系統５の系統電圧を検出する電圧検出器１４と、電力系統５の系統電圧の経時変化量である振動成分を取り出すフィルタ１６と、出力指令値を演算して電力変換装置１０へ出力する交流電圧制御回路１７と、から構成されている。
【００２６】
図１２は、図１１の交流電圧制御回路１７の内部制御ブロック図で、以下、この図１２および図１３〜１５のタイミングチャートを参照して具体的な制御動作について説明する。
なお、以下の交流電圧制御回路１７の動作は、実施の形態１で説明した速度制御装置１３の動作と独立して行われる。
図１２において、フィルタ１６は、電圧検出器１４で得られた系統電圧ｖから直流分を除去し、経時変化量で有る振動成分ｖ＊のみを交流電圧制御回路１７へ出力する。交流電圧制御回路１７では、電圧制御器４３が系統電圧ｖの振動成分から無効電流指令値ｉｑｒｅｆを出力して電力変換装置１０に供給する。
即ち、系統電圧ｖは必ずしも基準電圧値でなくても、定常状態であれば直流となり、フィルタ１６は直流成分を除去するので、無効電流指令値ｉｑｒｅｆは出力されない。
【００２７】
しかし、事故等で系統電圧ｖが経時的に変動すると、フィルタ１６はその振動成分ｖ＊を出力しこの振動成分が低減するよう電圧制御器４３が無効電流指令値ｉｑｒｅｆを出力する。電圧制御器４３の出力側には、電力変換装置１０へ供給する無効電流指令値ｉｑｒｅｆを、電力変換装置１０がモータ９を回転駆動することから定まる容量の範囲内に制限するリミッタ４４が設けられている。
【００２８】
以上の動作を、各特性を単純化して示す以下のタイミングチャートを参照して確認することにする。
図１３は、本願発明を適用しない場合、即ち、電力系統５の電圧振動成分に基づく無効電流制御を行わない場合で、上から順に、系統電圧ｖ、電圧振動成分ｖ＊、無効電流指令値ｉｑｒｅｆを示す。振動成分ｖ＊が発生しても、無効電流制御は行わないので、電圧の振動成分がそのまま現れる。
図１４は、本願発明を適用し、無効電流制御を行って電力系統５の電圧振動成分がほぼ零のレベルに保たれている場合を示す。即ち、図では、系統電圧ｖおよび振動成分ｖ＊はそれぞれ一定値および零レベルを維持しているように見えるが、実際は、系統電圧ｖが変動して振動成分が発生しそれに応じて電圧制御器４３が動作して無効電流指令値ｉｑｒｅｆを出力し、系統電圧ｖの経時変化をほぼ零に留めているわけである。
【００２９】
図１５は、本願発明を適用したが、系統電圧ｖの経時変化量が大きく、リミッタ４４が動作し、系統電圧ｖを一定に維持できない場合である。即ち、振動成分ｖ＊の一定範囲までの値に対しては、無効電流による電圧振動成分抑制制御が実現しているが、リミッタ４４が働き、無効電流指令値ｉｑｒｅｆがリミット値ｉｑｌｍｔに至った後は、振動成分抑制制御はならず、振動成分は発生し系統電圧ｖも経時的に変動している。
このように、一定範囲までの電圧振動成分抑制効果となるが、電力変換装置１０が過負荷となることが無く、安定した動作が補償されるという利点がある。
【００３０】
以上のように、この発明の実施の形態３においては、電力系統５の交流電圧ｖを検出する電圧検出器１４、上記検出電圧ｖからその経時変化量を出力するフィルタ１６、および上記経時変化量に応じ、上記経時変化量が低減するように電力変換装置１０の発生無効電力を制御する交流電圧制御回路１７を備えたので、電力系統５の電圧振動成分を抑制して、より安定したモータ９の継続運転が可能となる。
【００３１】
また、交流電圧制御回路１５は、制御する発生無効電力を、電力変換装置１０がモータ９を回転駆動することから定まる容量の範囲内に制限するリミッタ４４を備えたので、電力変換装置１０が過負荷となることなく、安定した動作が補償される。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係るモータ制御装置は、電力系統の交流電力を受電し負荷であるモータの回転駆動用電力に変換し上記モータに供給する電力変換装置を備え、速度指令値を入力し、上記モータの速度が上記速度指令値となるよう上記電力変換装置を制御するモータ制御装置において、
上記電力系統の周波数を検出する周波数検出器、および上記検出周波数が上記電力系統の基準周波数以下の所定の設定周波数以下となったとき上記検出周波数と設定周波数との差に応じて上記速度指令値を低減する速度制御回路を備えたので、系統周波数の異常低下に速やかに応答してモータの負荷を低減し、モータの継続運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を示す構成図である。
【図２】図１の速度制御装置１３の内部制御ブロック図である。
【図３】本願発明を適用しない場合の、電力系統５の周波数変動を示すタイミングチャートである。
【図４】負荷逓減を行って周波数低下を抑制する動作を示すタイミングチャートである。
【図５】リミッタ２４が働いた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を示す構成図である。
【図７】図６の交流電圧制御回路１５の内部制御ブロック図である。
【図８】本願発明を適用しない場合の、電力系統５の電圧変動を示すタイミングチャートである。
【図９】無効電流制御を行って交流電圧を一定に維持する動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】リミッタ３４が働いた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態３におけるモータ制御装置を示す構成図である。
【図１２】図１１の交流電圧制御回路１７の内部制御ブロック図である。
【図１３】本願発明を適用しない場合の、電力系統５の電圧変動を示すタイミングチャートである。
【図１４】無効電流制御を行って交流電圧の振動成分を抑制する動作を示すタイミングチャートである。
【図１５】リミッタ４４が働いた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
５電力系統、８モータ制御装置、９モータ、１０電力変換装置、
１１速度検出器、１２周波数検出器、１３速度制御装置、
１４電圧検出器、１５交流電圧制御回路、１６フィルタ、
１７交流電圧制御回路、２３周波数制御器、２４リミッタ、
３３電圧制御器、４３電圧制御器、４４リミッタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control apparatus that performs variable speed drive control of a motor by converting AC power of a power system, and relates to a technique for suppressing the fluctuation when the frequency or voltage of the power system occurs. It is.
[0002]
[Prior art]
Among conventional motor loads, systems that directly drive the motor by transforming the AC voltage of the power system with a transformer, such as for fans and pumps, use the frequency of the power system and the AC after the transformation. The motor speed and power consumption are determined by the voltage. Therefore, when the supply capability of the power system is reduced and, for example, the frequency thereof is reduced, the motor load is reduced as the frequency is reduced, and the motor load is changed to suppress the frequency reduction of the power system.
[0003]
On the other hand, in recent years, motor control devices using power conversion devices using semiconductor devices have become widespread, and variable voltage drive control of motors is performed by converting and outputting AC voltage of the power system to an arbitrary frequency or voltage. Here, because output control is performed at high speed regardless of the frequency and voltage of the power system, sudden load fluctuations and power factor changes may be caused, which may adversely affect the power system. In particular, in situations where the power system is overloaded, such as driving a motor load that exceeds the rated capacity of the power system or a reduction in power supply due to an accident on the system side, the motor control device is independent of this. Since the system operates to supply predetermined power to the motor, the power supply amount of the power generation system is insufficient, leading to an abnormal drop in system frequency and voltage. Occurs and the motor stops and the operation cannot be continued.
[0004]
As a technique for continuing operation at the time of overload, there is a control method for detecting the frequency of the generator to suppress the load output and appropriately maintaining the rotational speed of the engine that drives the generator (see, for example, Patent Document 1). . This utilizes the characteristic that the engine speed decreases as the generator output increases. The engine speed or generator frequency is detected and the engine speed or frequency decreases. In this case, the output to the load is suppressed by a so-called DC chopper that controls the switching of the transistor by the constant current characteristic control means.
As a result, the operation can be continued without stopping the power supply to the load, and power generation can be performed while maintaining the engine speed properly.
[0005]
In addition, as a technique similar to the above, there is a method of collecting demand power and performing demand control in a non-cut manner (see, for example, Patent Document 2). This is to reduce the power consumption of the load for the purpose of power peak cut, and demand power is counted in real time at the central power supply command station that manages the power plant and substation, and a demand control signal is transmitted at the time of peak cut execution. Both inverters of the inverter motor and the inverter illuminator receive a demand control signal via the remote terminal, and perform output control in a non-cut manner so as to decrease the frequency of the inverter motor or decrease the voltage of the illuminator according to the demand control signal.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2660798 (paragraph 0009, FIGS. 1 and 2)
[Patent Document 2]
JP-A-7-222360 (paragraph 0004, FIG. 1 and FIG. 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional technology, for example, in Patent Document 1, is based on constant current control by a DC chopper, and therefore has a problem that it cannot be applied to a motor control device that performs variable speed drive control.
Moreover, in the thing of patent document 2, since demand electric power is counted in one place, when several generators, loads, etc. are connected to the electric power grid, information transmission is performed online with all of these devices. Equipment becomes necessary and the equipment becomes complicated and expensive as a whole.In addition, since the load reduction control is performed by remote control, a sudden load caused by an accident in the generator or system or high-speed output control of the motor There was a problem that it could not cope with fluctuations.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and obtains a motor control device that can respond to an abnormal decrease in the frequency of the power system quickly and reduce the motor load to enable continuous operation. For the purpose.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A motor control device according to the present invention includes a power conversion device that receives AC power of a power system, converts the AC power into rotation drive power of a motor that is a load, and supplies the power to the motor. In the motor control device that controls the power converter so that the speed becomes the speed command value,
A frequency detector for detecting the frequency of the power system, and the speed command value according to a difference between the detected frequency and the set frequency when the detected frequency is equal to or lower than a predetermined set frequency equal to or lower than a reference frequency of the power system. Is provided with a speed control circuit for reducing the above.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a motor control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a prime mover 1 is connected to a generator 2 to form a power generation system, and an output of the power generation system is connected to a power system 5 via a transformer 3 and a circuit breaker 4. A plurality of power generation systems as described above are connected to the power system 5. A motor control device 8 and a motor 9 are connected to such a power system 5 via a circuit breaker 6 and a transformer 7. The motor control device 8 includes the power conversion device 10 connected between the transformer 7 and the motor 9, the rotational speed of the motor 9 detected by the speed detector 11, and the frequency of the power system 5 detected by the frequency detector 12. A speed control circuit 13 that outputs an output command value (speed command value) corresponding to the speed of the motor 9 to the power conversion device 10 is formed.
[0011]
The motor control device 8 performs drive control of the motor 9 so that the rotational speed of the motor 9 becomes a desired value. Specifically, the output control value is calculated by the speed control circuit 13 so that the rotation speed of the motor 9 detected by the speed detector 11 becomes a predetermined value, and is given to the power converter 10.
The power converter 10 receives AC power from the transformer 7 and outputs AC power that drives the motor 9 based on the output command value. The power converter 10 includes, for example, a diode rectifier circuit or a high power factor converter that converts AC power to DC power, a DC capacitor that smoothes the converted DC power, and a motor that converts DC power to AC power. There is a converter-inverter type power conversion device composed of a self-excited inverter that drives 9 or an AC-AC conversion type power conversion device using a matrix converter.
[0012]
FIG. 2 is an internal control block diagram of the speed control device 13 of FIG. 1, and a specific control operation will be described below with reference to the timing charts of FIG. 2 and FIGS.
In FIG. 2, when the system frequency f detected by the frequency detector 12 is equal to or higher than a predetermined frequency f1 set below the reference frequency of the power system 5, the output of the subtractor 22 is negative and the frequency controller 23 is Without output, the speed command value wref is directly converted into the speed command value w * and supplied to the power converter 10. Thus, the motor 9 is operated at a rotational speed corresponding to the speed command value wref, that is, a rotational speed before the control according to the present invention described below operates.
When the power system 5 becomes overloaded or the like and the system frequency f becomes lower than the predetermined frequency f1, the output of the subtractor 22 becomes positive. For example, the output of the frequency controller 23 composed of the PI control system increases, and the subtracter accordingly. 26, the speed command value w * reduced from the speed command value wref is supplied to the power converter 10. As a result, the motor 9 is operated at a rotational speed lower than the speed command value wref, and the output is reduced accordingly. This leads to a reduction in the load amount when viewed from the electric power system 5, and the overload state that is a factor of the frequency reduction is reduced. Therefore, the degree of reduction in the system frequency f is alleviated, and the reduction amount of the system frequency f is eventually reduced. And the reduction amount of the motor load are balanced.
[0013]
The above operation will be confirmed with reference to the following timing chart showing simplified characteristics.
FIG. 3 shows the system frequency f, the speed command value w *, and the motor rotation speed w in order from the top when the present invention is not applied, that is, when the load is not reduced by speed control. Even if the power system 5 becomes overloaded or the like and the system frequency f starts to decrease, the motor 9 continues to operate at the rotational speed determined by the speed command value wref. Therefore, although it depends on the magnitude relationship between the capacity of the power system 5 and the capacity of the motor 9 load and other loads, as described in the section of the prior art, the decrease in the system frequency f proceeds and the voltage is maintained. There is a possibility that a power failure and the motor 9 will stop soon.
[0014]
FIG. 4 shows a case where the present invention is applied and the limiter 24 does not operate, that is, a case where frequency reduction can be suppressed by performing load reduction.
When the system frequency f starts to decrease and the predetermined frequency f1 is cut, the output of the frequency controller 23 rises, the speed command value w * starts to decrease from the speed command value wref, and the motor rotational speed w also decreases accordingly. The output of 9 also decreases. Eventually, an equilibrium state is reached in which the reduction amount of the system frequency f and the reduction amount of the motor load are balanced.
[0015]
FIG. 5 shows a case in which the present invention is applied, but the amount of decrease in the system frequency f is large and the limiter 24 is activated from the middle of the operation so that the speed command value w * cannot be further reduced. That is, the lower limit value of the rotational speed at which the motor 9 can be continuously operated is determined by the operation load characteristics. The limiter 24 limits the output from the frequency controller 23 so that the subtracter does not fall below the lower limit speed.
In FIG. 5, the speed command value w * is maintained at a constant value after being lowered to (wref−wlmt) by the action of the limiter 24. Therefore, after this, the effect of suppressing the decrease in the system frequency f is lost, the system frequency f continues to decrease further, and in some cases, the power system 5 is interrupted. However, also in this case, the possibility of a power failure due to the application of the present invention is reduced probabilistically, and there is an advantage that the operation continuation time until the power failure is prolonged even if a power failure occurs.
[0016]
As the case of FIG. 5, it is assumed that a load having a capacity larger than the capacity of the motor 9 is connected to the same power system 5, an overload occurs due to the large capacity load, and the system frequency f decreases. However, if the load reducing means according to the present invention is applied to all the motor loads connected to the electric power system 5 including this large-capacity load, they perform the load decreasing operation all at once. 4 corresponds to the phenomenon described in FIG. 4, that is, the operation of the limiter 24 is not involved, and troubles such as a power failure may be avoided.
[0017]
As described above, in the first embodiment of the present invention, the frequency detector 12 that detects the frequency f of the power system 5 and the detection frequency f is equal to or lower than the predetermined set frequency f1 that is equal to or lower than the reference frequency of the power system 5. Since the speed control circuit 13 for reducing the speed command value w * according to the difference between the detected frequency f and the set frequency f1 is provided, the load on the motor 9 is reduced in response to an abnormal decrease in the system frequency f. Then, the motor 9 can be continuously operated.
[0018]
Further, since the speed control circuit 13 includes the limiter 24 that limits the reduction amount of the speed command value w * within a predetermined range determined from the driving load characteristics of the motor 9, the operation of the motor 9 is hindered. Therefore, load control for suppressing a decrease in the system frequency f is reliably performed.
[0019]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing a motor control device according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same or equivalent. As shown in FIG. 6, in addition to the configuration of the first embodiment, the motor control device 8 calculates the output command value to the power converter 10 by detecting the system voltage of the power system 5 and the voltage detector 14. And an AC voltage control circuit 15 for outputting.
[0020]
FIG. 7 is an internal control block diagram of the AC voltage control circuit 15 of FIG. 6, and a specific control operation will be described below with reference to the timing charts of FIG. 7 and FIGS.
The following operation of the AC voltage control circuit 15 is performed independently of the operation of the speed control device 13 described in the first embodiment.
In FIG. 7, the AC voltage control circuit 15 outputs a reactive current command value iqref so that the system voltage v detected by the voltage detector 14 is equal to the AC voltage command value vref that is the reference voltage of the power system 5. To the power converter 10. That is, when the system voltage v becomes lower than the AC voltage command value vref, the voltage difference v * from the subtractor 32 becomes positive, and the voltage controller 33 outputs the reactive current command value iqref corresponding to the phase advance reactive current to output the system voltage. Operates to increase v. On the contrary, when the system voltage v becomes higher than the AC voltage command value vref, the voltage difference v * from the subtractor 32 becomes negative and the voltage controller 33 outputs the reactive current command value iqref corresponding to the delayed reactive current and outputs the system. It operates so as to decrease the voltage v. As a result, the system voltage v is kept constant at the AC voltage command value vref in a range where the limiter 34 described later does not operate.
[0021]
The above operation will be confirmed with reference to the following timing chart showing simplified characteristics.
FIG. 8 shows the system voltage v, the voltage difference v *, and the reactive current command value iqref in order from the top when the present invention is not applied, that is, when the reactive current control based on the voltage fluctuation of the power system 5 is not performed. . Even if the system voltage v changes, the reactive current control is not performed, so that the voltage fluctuation appears as it is.
FIG. 9 shows a case where the present invention is applied, reactive current control is performed, and the voltage of the power system 5 is kept constant. That is, in the figure, the system voltage v and the voltage difference v * seem to maintain the AC voltage command value vref and the zero level, respectively, but actually, the system voltage v varies from the AC voltage command value vref and the voltage difference v * is generated and the voltage controller 33 operates in response thereto to output the reactive current command value iqref, and the system voltage v is kept at a value substantially equal to the AC voltage command value vref.
[0022]
FIG. 10 shows a case where the present invention is applied, but the amount of change in the system voltage v is large, and the system voltage v cannot be maintained constant even if reactive current control is performed. That is, the capacity of the power conversion device 10 is originally set to a value necessary for rotationally driving the motor 9. Therefore, the reactive power and reactive current that can be generated in the power converter 10 are limited within the capacity range of the power converter 10 determined according to the capacity of the motor 9. The limiter 34 limits the output from the voltage controller 33 so that the reactive current command value iqref does not exceed the limit value.
In FIG. 10, the voltage constant control by the reactive current is realized for the fluctuation of the system voltage v up to a certain range. However, after the limiter 34 works and the reactive current command value iqref reaches the limit value iqlmt. The constant voltage control is not performed, and the system voltage v deviates from the AC voltage command value vref.
As described above, the voltage fluctuation suppressing effect up to a certain range is obtained, but there is an advantage that the power converter 10 is not overloaded and a stable operation is compensated.
[0023]
As described above, in the second embodiment of the present invention, the difference is determined according to the voltage detector 14 that detects the AC voltage v of the power system 5 and the difference between the detected voltage v and the predetermined set voltage vref. Since the AC voltage control circuit 15 that controls the reactive power generated by the power conversion device 10 is provided so as to reduce the voltage fluctuation of the power system 5, the more stable continuous operation of the motor 9 becomes possible.
[0024]
In addition, the AC voltage control circuit 15 includes the limiter 34 that limits the generated reactive power to be controlled within the capacity range determined by the power converter 10 driving the motor 9 to rotate. Stable operation is compensated without load.
[0025]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is a block diagram showing a motor control device according to Embodiment 3 of the present invention.
In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts. As shown in FIG. 11, in addition to the configuration of the first embodiment, the motor control device 8 includes a voltage detector 14 that detects a system voltage of the power system 5 and a temporal change amount of the system voltage of the power system 5. The filter 16 is configured to extract a vibration component, and an AC voltage control circuit 17 that calculates an output command value and outputs the output command value to the power converter 10.
[0026]
FIG. 12 is an internal control block diagram of the AC voltage control circuit 17 of FIG. 11. Hereinafter, a specific control operation will be described with reference to FIG. 12 and timing charts of FIGS.
The following operation of the AC voltage control circuit 17 is performed independently of the operation of the speed control device 13 described in the first embodiment.
In FIG. 12, the filter 16 removes a direct current component from the system voltage v obtained by the voltage detector 14, and outputs only the vibration component v * that is a change over time to the alternating voltage control circuit 17. In the AC voltage control circuit 17, the voltage controller 43 outputs the reactive current command value iqref from the vibration component of the system voltage v and supplies it to the power converter 10.
That is, even if the system voltage v is not necessarily a reference voltage value, it becomes DC in a steady state, and the filter 16 removes a DC component, so that the reactive current command value iqref is not output.
[0027]
However, when the system voltage v fluctuates with time due to an accident or the like, the filter 16 outputs the vibration component v *, and the voltage controller 43 outputs the reactive current command value iqref so that the vibration component is reduced. On the output side of the voltage controller 43, there is provided a limiter 44 that limits the reactive current command value iqref to be supplied to the power converter 10 within a capacity range determined by the power converter 10 rotating the motor 9. ing.
[0028]
The above operation will be confirmed with reference to the following timing chart showing simplified characteristics.
FIG. 13 shows the case where the present invention is not applied, that is, the case where the reactive current control based on the voltage oscillation component of the power system 5 is not performed, and the system voltage v, the voltage oscillation component v *, the reactive current command value iqref in order from the top. Indicates. Even if the vibration component v * is generated, the reactive current control is not performed, so that the voltage vibration component appears as it is.
FIG. 14 shows a case where the present invention is applied, reactive current control is performed, and the voltage oscillation component of the power system 5 is maintained at a substantially zero level. That is, in the figure, the system voltage v and the vibration component v * seem to maintain a constant value and a zero level, respectively, but actually, the system voltage v fluctuates to generate a vibration component, and a voltage controller is generated accordingly. 43 operates to output the reactive current command value iqref, and the change with time of the system voltage v is kept almost zero.
[0029]
FIG. 15 shows a case where the present invention is applied, but the amount of change with time of the system voltage v is large, the limiter 44 operates, and the system voltage v cannot be maintained constant. That is, for the value up to a certain range of the vibration component v *, the voltage vibration component suppression control by the reactive current is realized. However, after the limiter 44 operates and the reactive current command value iqref reaches the limit value iqlmt. The vibration component suppression control is not performed, the vibration component is generated, and the system voltage v varies with time.
As described above, the voltage oscillation component suppression effect up to a certain range is obtained, but there is an advantage that the power conversion device 10 is not overloaded and a stable operation is compensated.
[0030]
As described above, in the third embodiment of the present invention, the voltage detector 14 that detects the AC voltage v of the power system 5, the filter 16 that outputs the change over time from the detected voltage v, and the change over time. Accordingly, since the AC voltage control circuit 17 that controls the reactive power generated by the power conversion device 10 is provided so that the amount of change with time is reduced, the voltage oscillation component of the power system 5 is suppressed and the motor 9 is more stable. Continuous operation is possible.
[0031]
In addition, the AC voltage control circuit 15 includes the limiter 44 that limits the generated reactive power to be controlled within a capacity range determined by the power converter 10 rotating the motor 9. Stable operation is compensated without load.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, the motor control device according to the present invention includes the power conversion device that receives AC power of the power system, converts the AC power into the rotational drive power of the motor that is a load, and supplies the power to the motor, and inputs a speed command value. In the motor control device that controls the power converter so that the speed of the motor becomes the speed command value,
A frequency detector for detecting the frequency of the power system, and the speed command value according to a difference between the detected frequency and the set frequency when the detected frequency is equal to or lower than a predetermined set frequency equal to or lower than a reference frequency of the power system. Since the speed control circuit for reducing the motor frequency is provided, the motor load can be reduced by quickly responding to the abnormal drop in the system frequency, and the motor can be continuously operated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a motor control device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an internal control block diagram of the speed control device 13 of FIG.
FIG. 3 is a timing chart showing frequency fluctuations of the power system 5 when the present invention is not applied.
FIG. 4 is a timing chart showing an operation for suppressing a decrease in frequency by reducing the load.
FIG. 5 is a timing chart showing the operation when the limiter 24 is activated.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a motor control device according to Embodiment 2 of the present invention.
7 is an internal control block diagram of the AC voltage control circuit 15 of FIG.
FIG. 8 is a timing chart showing voltage fluctuations in the power system 5 when the present invention is not applied.
FIG. 9 is a timing chart showing an operation for maintaining the AC voltage constant by performing reactive current control.
FIG. 10 is a timing chart showing the operation when the limiter 34 is activated.
FIG. 11 is a configuration diagram showing a motor control device according to Embodiment 3 of the present invention.
12 is an internal control block diagram of the AC voltage control circuit 17 of FIG.
FIG. 13 is a timing chart showing voltage fluctuations in the power system 5 when the present invention is not applied.
FIG. 14 is a timing chart showing an operation of performing reactive current control to suppress a vibration component of an AC voltage.
FIG. 15 is a timing chart showing the operation when the limiter 44 is activated.
[Explanation of symbols]
5 power system, 8 motor control device, 9 motor, 10 power conversion device,
11 speed detector, 12 frequency detector, 13 speed control device,
14 voltage detector, 15 AC voltage control circuit, 16 filter,
17 AC voltage control circuit, 23 Frequency controller, 24 Limiter,
33 Voltage controller, 43 Voltage controller, 44 Limiter.

Claims

A power converter is provided that receives AC power from the power system, converts it into power for rotational driving of a motor that is a load, and supplies the power to the motor. A speed command value is input so that the speed of the motor becomes the speed command value. In the motor control device that controls the power converter,
A frequency detector for detecting the frequency of the power system, and the speed command value according to a difference between the detected frequency and the set frequency when the detected frequency is equal to or lower than a predetermined set frequency equal to or lower than a reference frequency of the power system. A motor control device provided with a speed control circuit for reducing noise.

2. The motor control device according to claim 1, wherein the speed control circuit includes a limiter that limits a reduction amount of the speed command value within a predetermined range determined from an operation load characteristic of the motor.

Voltage detector for detecting an AC voltage of above SL power system, and the detection voltage and corresponding to the difference between the predetermined set voltage, the AC voltage control for controlling the generation reactive power of the power converter so that the difference is reduced motor control apparatus according to claim 1 or 2 you comprising the circuit.

Voltage detector for detecting an AC voltage of above SL power system, the filter outputs the temporal change amount from the detected voltage, and depending on the time variation, the generation of the power conversion apparatus as described above changes over time the amount is reduced it comprising the AC voltage control circuit for controlling the reactive power motors control apparatus according to claim 1 or 2.

5. The AC voltage control circuit according to claim 3, further comprising a limiter for limiting the generated reactive power to be controlled within a capacity range determined by the power conversion device rotating the motor. The motor control apparatus described.