JP4764993B2

JP4764993B2 - 電力融通装置

Info

Publication number: JP4764993B2
Application number: JP2007051034A
Authority: JP
Inventors: 明夫鈴木
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008219989A

Description

本発明は、インバ-タを用いて単相交流間で電力融通を行う電力融通装置の制御方式に関する。

単相交流間で電力融通を行うためには、電力融通行うそれぞれの単相の電力を演算する必要がある。ここで、
瞬時電圧：e=Esin(wt) ・・・(1)
瞬時電流：i=Isin(wt+θ) ・・・(2)
とすると、瞬時電力pは、以下のようになる。
瞬時電力p=e*i= Esin(wt)* Isin(wt+θ) = P/2*(cosθ-cos(2wt+θ))・・・(3)
（但し、P=E*I、wは角周波数、θは位相角）
（3）式より単相の瞬時電力は、直流分（cosθ分）と基本波の2倍周波数の正弦波リプル分（cos(2wt+θ)分）とになる。このため、平均有効電力を求めるには、2倍周波数の正弦波リプル分を除去する必要がある。
2倍周波数の正弦波リプル分除去方法の従来の実施例を、図５に示す。従来の実施例としては、特許文献１「三相電気量の正相/逆相検知回路」がある。従来の技術では、正相ベクトル変換器の出力ＩdP、ＩqPに含まれる逆相分の除去(正相ベクトル変換器の出力は、正相分は直流、逆相分は基本波の2倍周波数の正弦波リプルとなる)、及び、逆相ベクトル変換器の出力ＩdN、ＩqNに含まれる正相分の除去（逆相ベクトル変換器の出力は、逆相分は直流、正相分は基本波の2倍周波数の正弦波リプルとなる）に、半周期移動平均(基本波の2倍周波数の移動平均)を使用している。即ち基本波の１８０°期間にわたり移動平均演算することにより、２ｍ（ｍは整数）倍の周波数の高調波成分を完全に除去することができる。
特開平６−２４５３８３号公報

上述のように、従来の技術では、平均有効電力の演算に半周期移動平均を使用しているため、半周期(基本波位相で１８０°)の演算遅れが生じ、有効電力の変動が大きい場合には、演算遅れにより電力融通量に誤差が発生するという課題がある。

上述の課題を解決するために、第1の発明においては単相交流間で電力融通を行う電力融通装置において、それぞれの相の瞬時負荷電圧と瞬時負荷電流を乗じて瞬時電力を演算し、前記瞬時電力から基本波位相で30°前の瞬時電力を減算し、さらに、基本波位相で60°前の瞬時電力を加算することにより平均有効電力を演算し、それぞれの相の有効電力の差分から電力融通を行う。

本発明では、単相交流間で電力融通を行う電力融通装置において、それぞれの相の瞬時負荷電圧と瞬時負荷電流を乗じて瞬時電力を演算し、前記瞬時電力から基本波位相で30°前の瞬時電力を減算し、さらに、基本波位相で60°前の瞬時電力を加算することにより平均有効電力を演算し、それぞれの相の有効電力の差分から電力融通を行うようにしているため、少ない演算遅れで単相の有効電力を演算できる。その結果、電鉄用電力融通装置などの負荷の有効電力が急変する装置に適用しても、演算遅れによる電力融通誤差を小さくでき、装置の高性能化が可能となる。

本発明の要点は、単相交流間で電力融通を行う電力融通装置において、平均有効電力の演算方法として、それぞれの相の瞬時負荷電圧と瞬時負荷電流を乗じて瞬時電力を演算し、前記瞬時電力から基本波位相で30°前の瞬時電力を減算し、さらに、基本波位相で60°前の瞬時電力を加算するようにしている点である。

図１に、瞬時電圧、瞬時電流、及び、瞬時電力の関係を説明する図を示す。（3）式に示したように、瞬時電力は、直流分と基本波の2倍周波数の正弦波リプル分になる。
図２に、第1の発明を説明する図を示す。(3)式のwtに、基本波位相で30°前の瞬時電力に相当するwt-30°を、及び基本波位相で60°前の瞬時電力に相当するwt-60°を、それぞれ代入すると、30°前の瞬時電圧p(-30)は(4)式のように、60°前の瞬時電圧p(-60)は(5)式のようになる。
p(-30)= P/2*(cosθ-cos(2(wt-30°)+θ))= P/2*(cosθ-cos(2wt+θ-60°))
=P/2*(cosθ＋cos(2wt+θ-240°))・・・(4)
p(-60)= P/2*(cosθ-cos(2(wt-60°)+θ))= P/2*(cosθ-cos(2wt+θ-120°))・・・(5)
従って、(3)式から、(4)式を減算し、(5)式を加算すると、
p- p(-30)+p(-60)= P/2*(cosθ-cos(2wt+θ))-P/2*(cosθ＋cos(2wt+θ-240°))
+P/2*(cosθ-cos(2wt+θ-120°))
=P/2*cosθ-P/2*(cos(2wt+θ)＋cos(2wt+θ-120°)＋cos(2wt+θ-240°))
=P/2*cosθ・・・(6)
(6)式のようになる。即ち、基本波の2倍周波数の正弦波リプルを除去でき、平均有効電力が求められる。本発明では、有効電力の演算遅れは、現在の値と、基本波位相で30°前、及び60°前の値を使用しているため、ほぼ30°相当の遅れで済む。

図３は、本発明を電鉄用電力融通装置に適用した場合の実施例を示す回路図である。三相交流電源１１をき電トランス１２で、９０°位相のずれた単相交流であるM座、T座のそれぞれの電圧vM,vTに変換し、Ｍ座のラインには電流検出器１３を介してＭ座負荷１７、及び電圧検出器１５が、Ｔ座のラインには電流検出器１４を介してＴ座負荷１８、及び電圧検出器１６が、またＭ座ラインには電力融通装置として、トランス（ＴｒＭ）１９を介して交流入力としたインバータ（ＩＮＶＭ）２１が、Ｔ座ラインには電力融通装置としてトランス（ＴｒＴ）２０を介して交流入力としたインバータ（ＩＮＶＴ）２２が接続され、インバータ２１とインバータ２２の直流部は共通に接続されている。
電力融通用インバータ２１への電力指令PM*とインバータ２２への電力指令PT*は下記のように生成される。
Ｍ座の平均有効電力PMは、電流検出器１３で検出した交流負荷電流iMとM座の交流電圧vMとを乗算器２３で掛算して求めた瞬時電力pMを平均有効電力演算器２５に入力し、この演算器２５で基本波位相で30°前の瞬時電力を減算し、さらに基本波位相で60°前の瞬時電力を加算して求める。またT座の平均有効電力PTは、電流検出器１４で検出した交流負荷電流iTとT座の交流電圧vTとを乗算器２４で掛算して求めた瞬時電力pTを平均有効電力演算器２６に入力し、この演算器２６で基本波位相で30°前の瞬時電力を減算し、さらに基本波位相で60°前の瞬時電力を加算して求める。
さらに、Ｍ座の平均有効電力PMとＴ座の平均有効電力PTとの差が加算器２７で求められ、この差の半分を割算器２８で求めて、これをインバータ２１への電力指令PM*とする。また、インバータ２１への電力指令PM*の符号を符号反転器２９で反転したものをインバータ２２への電力指令PT*とする。
ここで、平均有効電力演算器２５、２６の構成例を図４に示す。Ｔ座での例であるが、Ｍ座においても同様である。平均有効電力演算器(PA)２５では、瞬時電力pM(T)に、メモリ（MEM）３１に格納された30°前の瞬時電力pM(T)(-30°)を減算し、さらにメモリ（MEM）３１に格納された60°前の瞬時電力pM(T)(-60°)を加算している。メモリ（MEM）３１は、60°の期間に相当するリングバッファで構成される。例えば、60°の期間に相当するリングバッファの数を60個（ｄ１〜ｄ６０）とし、60°前の瞬時電力が10番目のバッファ（ｄ１０）に格納されているとすると、10番目のバッファ（ｄ１０）より60°前の瞬時電力pM(T)(-60°)を読み出し、10番目のバッファ（ｄ１０）より30°相当位相の進んだ40番目バッファ（ｄ４０）より30°前の瞬時電力pM(T)(-30°)を読み出し、加減算を行っている。そして、10番目のバッファより60°前の瞬時電力pM(T)(-60°)を読み出した後に、現在の瞬時電力pM(T)を格納する。次に平均有効電力を演算する時には、11番目のバッファが60°前の瞬時電力pM(T)(-60°)となり、41番目バッファ（ｄ４０）が30°前の瞬時電力pM(T)(-30°)となる。このように、メモリMEMの読込みと格納を逐次行うことにより、
平均有効電力PM（T）を演算している。
以上のように、Ｍ座の平均有効電力PMとＴ座の平均有効電力PTを算出し、これらの差分の半分の電力をインバータINVM、INVTの電力指令PM*、PT*とし、電力融通することにより、き電トランス(FT)１２のM座電力PM’、T座電力PT’は、(7)式，(8)式のようになり、平衡化できる。

M座電力：PM’= PM-PM*=PM-1/2*(PM-PT)=1/2*(PM＋PT)・・・(7)
T座電力：PT’= PT-PT*=PT+1/2*(PM-PT)=1/2*(PM＋PT)・・・(8)

本発明は、交流き電鉄道のき電トランス出力（M座，T座）間の電力不平衡の解消に適用可能である。

瞬時電圧、瞬時電流、瞬時電力を説明する図本発明の原理を説明するための図本発明の実施例を示す回路ブロック図平均有効電力演算器の構成例従来の平均有効電力演算の例

符号の説明

１１・・・三相交流電源１２・・・き電トランス
１３、１４・・・電流検出器１５、１６・・・電圧検出器
１７・・・M座負荷１８・・・T座負荷
１９，２０・・・トランス２１、２２・・・インバータ
２３、２４・・・乗算器２５、２６・・・平均有効電力演算器
２７・・・加算器２８・・・割算器２９・・・符号反転器
３０・・・加算器３１・・・メモリ

Claims

単相交流間で電力融通を行う電力融通装置において、
それぞれの相の瞬時負荷電圧と瞬時負荷電流を乗じて瞬時電力を演算し、前記瞬時電力から基本波位相で30°前の瞬時電力を減算し、さらに、基本波位相で60°前の瞬時電力を加算することにより平均有効電力を演算し、それぞれの相の有効電力の差分から電力融通を行うことを特徴とした電力融通装置。