JP5481055B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、ＬＬ（Load Leveling：負荷平準化）機能を有するシステムであって、系統事故により瞬低が発生した場合には、負荷に対して所要の電力を供給する二次電池システム、例えばナトリウム−硫黄電池（以下、ＮａＳ電池という。）システムを含む電力供給システムの制御手段を備える電力変換装置に関する。

近年、半導体工場などでは、落雷による系統事故による瞬低時には、速やかに負荷を系統から遮断し、負荷に対して所要の電力を供給する瞬低補償装置の導入が進んでいる。

この種の電力変換装置として、商用電源系を用いて瞬低が生じて、電圧低下が生じたときに、これを補償することができるようにした電力変換装置が出現している。

従来の電力変換装置について、図５および図６を参照して説明する。

図５は、従来の電力変換装置に係わるＳＰＳ（常時商用給電システム）の概要を説明するブロック図である。図６は、従来の３相交流波形の場合において、負荷電圧を時間積分した磁束波形であり、直流電磁の影響を受けることによる不平衡な波形を例示するグラフである。

図５に示す従来のＳＰＳ１は、商用電力（電力系統）９から高速スイッチ２を介して負荷３へ接続（給電）される。

高速スイッチ２と負荷３との間には、電力変換器４と、複数並列して接続される自立電源ユニット５とを備えている。これらの自立電源ユニット５として、ＮａＳ電池システムが用いられており、ＮａＳ電池６と、このＮａＳ電池６に接続される直流チョッパ回路７とにより構成されている。

複数並列して接続される自立電源ユニット５は、電力変換器４および変圧器８を介して負荷３に電力供給する電力系統９に接続される。

高速スイッチ２は、ＶＣＢ（真空遮断器）や半導体スイッチを利用する。

このように構成した自立電源ユニット５は、系統が健全時は負荷平準化またはピークカット運転を行うが、電力系統で瞬低が発生した場合は、高速スイッチ２を遮断し自立電源ユニット５から必要とされる（通常の数倍の）負荷全電力を放電することにより瞬低補償制御運転を行う。特に高速スイッチ２として、コストの低い、例えばサイリスタスイッチを適用する場合は、このスイッチを高速に遮断するためにオフアシスト制御系（図示せず）による制御を利用する場合がある。

従来のオフアシスト制御系として、固定値回路、直流電流制御回路、直流電圧制御回路、系統連系運転制御回路、自立運転回路、パルス制御回路、系統事故検出回路、サイリスタゲート駆動回路、極性判定回路、オフアシスト電圧指令生成回路、逆関数回路、系統連系スイッチオフ状態検出回路（以上図示せず）を備えていた。

系統が健全な場合は、直流電流制御回路は、固定値回路に設定されたインバータの出力指令値をＮａＳ電池６の直流電圧検出値で除算することにより直流電流指令値を算出し、この直流電流指令値と直流電流検出値の偏差がゼロになるように双方向チョッパ回路のスイッチをオン／オフする。

この結果、ＮａＳ電池６からは所定の電力が出力される。これと並行して、直流電圧制御回路は、電力変換器の直流電圧を一定に制御するように有効電流指令を出力する。

系統連系運転制御回路は、直流電圧制御回路から有効電流指令値を入力し、電流制御を実行し、制御モード切替器を介してパルス制御回路に対して電力変換器４の出力電圧指令を出力する。

パルス制御回路は、入力した電力変換器４の出力電圧指令を例えばパルス幅変調制御により電力変換器４のゲートパルス信号を生成し、電力変換器４に対して出力する。

系統に瞬低が発生した場合は、系統事故検出回路が検出した系統電圧振幅を瞬低検出のためのしきい値と比較することにより、瞬低の発生を検出し、瞬低発生信号を出力する。

サイリスタゲート駆動回路は、瞬低発生信号を検出すると、サイリスタのオフ信号を出力する。オフアシスト電圧指令生成回路は、瞬低が検出されるとオフアシスト電圧指令を生成し、出力する。

この結果、オフアシスト電圧指令に対するゲート信号が発生され電力系統９のサイリスタスイッチは速やかに遮断される。系統連系スイッチオフ状態検出回路は、サイリスタスイッチの系統側と負荷側の電圧とサイリスタ電流を入力し、サイリスタスイッチの両端の電圧が所定値以上でありサイリスタスイッチ電流が所定値以下である場合は、サイリスタスイッチがオフしたと判定しサイリスタスイッチオフ信号を出力する。制御モード切替装置は、サイリスタスイッチオフ信号を入力するとオフアシスト制御から自立運転制御に制御モードを切り替える。

しかしながら、瞬低事故が発生し、電力変換器４が系統連系運転制御モードからオフアシスト制御モードに切り替わり、オフアシスト制御によりサイリスタスイッチを遮断した後に自立運転制御モードに移行し負荷電圧制御を開始した場合は、負荷変圧器が直流偏磁することにより電力変換器４の出力過電流となり、ゲートブロックによりシステムが停止する場合がある。

この様な事象を図６に示す。この図６に示す波形は、３相の負荷電圧をそれぞれ時間積分した磁束波形であり不平衡な波形を負荷の磁束で表している。

すなわち、１相の実線で表す波形（負荷磁束ＴＲ）が、波形の山の点Ｑ１でピークの所要磁束の半分以下である一方、谷の点Ｑ２では底の所要磁束以下になっている。次に、他の位相の一点鎖線で表す波形（負荷磁束ＳＴ）が、波形の谷の点Ｒ１でピークの所要磁束の半分程度である一方、山の点Ｒ２では山の所要磁束を上回っている。なお、点線で表す波形（負荷磁束ＲＳ）については、略正常波形が保持されている。

したがって、直流偏磁に基づく、負荷の磁束の乱れによる不平衡な波形が部分的に生じてピーク電流が全体的に所要電流以上に上昇するという弊害があった。
特開２００４−２３８６０号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、負荷平準化機能を有する一方で、系統事故により瞬低が発生した場合には、系統連系スイッチを遮断し、インバータの出力過電流により電力変換器としての機能を停止させることなく、負荷に対して所要の電力を安定に供給する二次電池システム（例えばＮａＳ電池システム）を含む電力供給システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、負荷変圧器を有する負荷に対して、電源から高速スイッチを介して三相交流電力を供給する電力系統に並列に、変圧器とフィルタを介して常時接続され、前記電力系統と連系運転を行う二次電池システムおよびインバータを含む自立電源系と、前記電力系統において瞬低が発生した場合に、前記高速スイッチを遮断し前記負荷へ電力を安定に供給する前記自立電源系の出力電力を制御する自立電源制御系と、を具備し、前記自立電源制御系は、当該自立電源制御系の直流コンデンサ電圧を制御する直流電圧制御回路と、前記直流電圧制御回路からの出力に基づき直流電流を制御する直流電流制御回路と、系統健全時おいて、前記直流電圧制御回路からの出力に基づき前記自立電源系の出力電流を制御する系統連系運転制御回路と、瞬低事故を検出する系統事故検出回路と、前記系統連系運転制御回路の系統連系スイッチがオフしたことを検出する系統連系スイッチオフ状態検出回路と、瞬低発生時において、オフアシスト制御を行うオフアシスト制御系と、前記系統事故検出回路と系統連系スイッチオフ状態検出回路から入力した信号の状態から瞬低事故発生を判別し、前記自立電源系のインバータの制御モードを切り替える制御モード切替器と、負荷電圧信号および自立電源系出力電流信号を入力して負荷電圧を定格値に制御するようにインバータ出力電流制御を行いインバータの三相出力電圧指令信号を出力する自立運転制御手段と、前記制御モード切替器が出力する電圧指令および前記自立運転制御手段から出力する三相電圧指令信号に基づき前記インバータのスイッチング状態を制御するパルス制御回路と、を備え、前記自立運転制御手段は、前記三相出力電圧指令信号を出力する自立運転電流制御手段を備え、前記自立運転電流制御手段は、負荷電圧を定格値に制御するようにインバータ出力電流制御をなすようにインバータの三相出力電圧指令信号を出力する負荷電圧制御回路と、前記電流指令値をリミット値に制限する電流指令リミット回路と、前記電流制御される電流が、自立電源系の出力電流が負荷に対して過電流とならないように制御する電流制御回路とを備えたことを特徴とする電力変換装置を提供する。

本発明によれば、負荷平準化機能を有するとともに、系統事故により瞬低が発生した場合には、インバータの出力過電流により電力変換器としての機能を停止させることなく、負荷に対して所要の電力を安定に供給することができる。

以下、本発明の電力変換装置の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、電力変換装置１０Ａの第１の実施形態を示す回路構成図である。

図１に示す電力変換装置１０Ａは、瞬低補償機能を備えた自立電源制御系１３Ａおよびこの自立電源制御系１３Ａからの出力を受けて自立電力を供給する二次電池システム、例えばＮａＳ電池５０を含む自立電源系１４とから構成される。

電力系統１２には、サイリスタ１６が接続され、ゲート側にサイリスタゲート駆動回路１８が設けられる。この回路１８には、系統事故検出回路２６が接続され、電力系統１２の系統事故による瞬低が検出されることにより、サイリスタ１６の導通を停止するようにサイリスタ１６のゲートにオフ信号を出力するようになっている。

自立電源制御系１３Ａは、固定値回路２０、直流電流制御回路２１、直流電圧制御回路２２、系統連系運転制御回路２３、自立運転制御手段２４、パルス制御回路２５、系統事故検出回路２６、オフアシスト制御系２７、系統連系スイッチオフ状態検出回路３０およびパルス制御回路２５に対して制御モード切替信号を出力する制御モード切替器３１とから構成される。

固定値回路２０は、瞬低発生前の出力指令値を保持する回路である。

直流電流制御回路２１は、固定値回路２０とチョッパ回路５２に入力される直流電流と電池電圧検出値を用いて所定の出力になるように直流電流を制御する回路である。

直流電圧制御回路２２は、図１に示す状態に接続されており、系統連系運転制御回路２３へ接続される一方、切替スイッチ３３の常閉接点側を介して直流電流制御回路２１へ接続される。

系統連系運転制御回路２３は、インバータ５３の出力電流制御を実行し、制御モード切替器３１を介してパルス制御回路２５および自立運転制御手段２４に対して制御モード切替信号ｙ１を出力し、インバータ５３に対する出力電圧指令を行なう。これにより負荷１１側への通電が増えたときに自立電源系１４から放電を促す負荷平準化機能を実行する。

自立運転制御手段２４は、入力側において、電力系統１２の電圧検出器３２および３６に接続される電圧検出線路Ｃ１およびＣ２、自立電源系１４に接続される電圧検出線路Ｃ３を接続して自立電源系出力電流信号ｉ１を入力して、負荷電圧が定格値になるようにインバータ出力電流を制御するための三相信号ｘ８を演算し、パルス制御回路２５へ出力する。

この自立運転制御手段２４は、具体的には、自立運転電流制御手段４０Ａと、その前段側において接続されるＰＬＬ（位相同期制御器）４４と、２個の三相／二相変換器（３ｐ／２ｐと図示）４５ａ，４５ｂと、その後段に設けられる２個の二相／ｄｑ変換器（２ｐ／ｄｑと図示）４６ａ，４６ｂと、後段側において、自立運転電流制御手段４０Ａから出力する電流制御信号を入力してｄｑ／二相変換器（ｄｑ／２ｐ変換器と図示）４７および二相信号ｘ７を最初の三相信号ｘ８の状態に変換する二相／三相変換器（２ｐ／３ｐ変換器と図示）４８を備える。

自立運転電流制御手段４０Ａは、負荷偏磁を抑制制御する機能を有するもので、電流指令リミット機能と電流制御機能を追加した構成である。

自立運転電流制御手段４０Ａは、例えばインバータ出力過電流リミット値をインバータ５３の最大定格電流とするか、定格負荷時の電流値とするか、瞬低発生前の負荷電流値の最大値とするか、あるいは、瞬低発生前の負荷電流値の平均値を基準にした電流制御を行なうために負荷磁束が三相構成となる直流信号ｘ３を出力するものである。

ＰＬＬ４４は、電圧検出器３２を介して三相の入力電圧信号ｖ１をＰＵを介して位相同期制御機能を有する。

三相／二相変換器４５ａ，４５ｂは、電圧検出器３６を介して負荷電圧信号ｖ２をＰＵ変換して三相信号ｘ１を入力し、この三相信号ｘ１を二相信号に変換する。

二相／ｄｑ変換器４６ａ，４６ｂは、負荷電圧フィードバック信号ｘ２として変換する。この二相／ｄｑ変換器４６ａ，４６ｂは、自立運転電流制御手段４０Ａにおける制御を可能にするために二相交流信号を直流信号に変換する機能を有する。

なお、この二相／ｄｑ変換器４６ａ，４６ｂは、位相差を補正するための相電圧ベクトル移相信号ｋ（例えば、π／６＝３０°）を入力させ、自立運転電流制御手段４０Ａから出力される負荷磁束が三相構成となるようになされる。

また、ｄｑ／二相変換器４７は、自立運転電流制御手段４０Ａから出力したｄｑ信号ｘ５にＰＬＬ４４の出力信号ｘ６を入力し、ｄｑ信号ｘ５を二相信号ｘ７に変換するものである。

更に、二相／三相変換器４８は、二相信号ｘ７を受信して、元の三相出力電圧指令信号ｘ９に変換する機能を有する。

次に、自立運転電流制御手段４０Ａについて具体的に説明する。

自立運転電流制御手段４０Ａは、負荷電圧制御回路４１、電流指令リミット回路４２Ａ、電流制御回路４３を備える。

負荷電圧制御回路４１は、ｄｑ軸に対する負荷電圧指令値に対して、負荷電圧検出値をＰＵ化してフィードバック制御し、インバータ５３の出力電流指令値を出力する。

この負荷電圧制御回路４１は、入力電圧信号ｖ１をＰＬＬ４４を介して入力する一方、負荷電圧信号ｖ２を二相／ｄｑ変換器４６ａにて変換したｄｑ軸成分信号である負荷電圧フィードバック信号ｘ２をフィードバックし、直流信号ｘ３を出力するものである。

電流指令リミット回路４２Ａは、交直変換出力過電流リミット値をインバータ５３の最大定格電流程度とし、直流偏磁が生じて負荷１１に過電流が流れようとした場合に、これを防止するために設けられるもので、出力電流指令信号を含む直流信号ｘ３を入力して、電流指令リミット制御信号である出力電流指令信号ｘ４を出力するものである。

この出力電流指令信号ｘ４によって、負荷１１の最大定格電流程度となるように制御される。

電流指令リミット回路４２Ａは、負荷電圧制御回路４１から入力するインバータ５３の出力電流指令値に対してあらかじめ設定しておいた電流リミット値と比較し、サイリスタ出力電流指令値が電流リミット値より大きい場合は、サイリスタ出力電流指令値を電流リミット値に制限する。

電流制御回路４３は、系統電圧ベクトルの位相信号と負荷電圧信号ｖ２と負荷電圧フィードバック信号ｘ２と出力電流フィードバック信号ｘ２１を入力して負荷電圧が一定になるようにインバータ５３の出力電圧指令信号を含むｄｑ信号ｘ５を出力するものである。

この電流制御回路４３は、電流指令リミット回路４２Ａから入力したインバータ５３の出力電流指令値に対してインバータ５３の出力電流検出値をＰＵ化してフィードバック制御し、インバータ５３の出力電圧指令値を出力する。

インバータ５３の出力電圧指令値は、パルス制御回路２５によりＰＷＭ（Pulse Ｗidth Ｍodulation）制御により演算された三相の出力電圧指令信号ｘ９をインバータ５３のゲート信号として出力する。

次に、パルス制御回路２５は、自立運転制御手段２４の自立運転電流制御手段４０Ａから入力した三相の出力電圧指令信号ｘ９とキャリア信号を用いてＰＷＭ制御を行い、インバータ５３に対して出力電圧指令信号ｘ９を出力するものであり、図示しないＰＷＭ制御回路を備える。

系統事故検出回路２６は、電圧検出器３２により電源Ｐの電圧を検出して系統事故である瞬低状態を検出する回路であり、瞬低を検出すると、サイリスタのオフ信号（図示せず）をサイリスタゲート駆動回路１８に出力する。

また、自立電源制御系１３Ａの系統事故検出回路２６、系統連系スイッチオフ状態検出回路３０およびオフアシスト電圧指令生成回路２７ｂには、電力系統１２の負荷電圧を示す負荷電圧信号ｖ２が入力できるように電圧検出器３６を含む電圧検出線路Ｃ２が接続される。

オフアシスト制御系２７は、極性判定回路２７ａ、オフアシスト電圧指令生成回路２７ｂおよび逆関数回路２７ｃを備える。

極性判定回路２７ａは、サイリスタ１６後段の電流を検出し、極性を判定する回路である。

この極性判定回路２７ａには、電力系統１２の電流検出器１７により電流を検出する電流検出線路Ｃ４が接続され、電流検出器１７にて検出した負荷入力電流信号ｉ２が電流検出線路Ｃ４を通じて入力するようになっている。

オフアシスト電圧指令生成回路２７ｂは、オフアシストが必要な状態になった場合に、サイリスタ１６の電流の極性に応じた電圧指令信号を生成する回路である。サイリスタ１６が切れるまでは作動するものである。

電圧指令信号を逆関数回路２７ｃは、フィルタ回路１９と変圧器１５の逆関数データ掛けたインバータ５３の出力電圧指令信号ｘ９を生成するものである。

系統連系スイッチオフ状態検出回路３０は、電圧検出器３２の電圧検出線路Ｃ１よりの入力電圧信号ｖ１、電圧検出器３６の電圧検出線路Ｃ２を介して入力する負荷電圧信号ｖ２、電流検出器１７より回路Ｃ４を介して入力するサイリスタ電流を入力して、制御モード切替器３１に対して制御モードの切り替えが必要な場合に、制御モード切替信号ｙ１を出力するものである。

パルス制御回路２５は、自立運転制御手段２４から入力する三相電圧指令に基づいた出力電圧指令信号ｘ９を出力電圧指令に基づきＰＷＭ制御された出力電圧指令信号ｘ９をインバータ５３へ出力する。

一方、自立電源系１４は、直流電圧源として用いる二次電池システムである。例えばＮａＳ電池５０と、その後段に順次設けられる双方向チョッパ回路５２と、ＮａＳ電池５０電圧を検出して直流電流制御回路２１および直流電圧制御回路２２へ検出信号を送出する電圧検出装置５１と、電力変換器としてのインバータ５３を備える。

ＮａＳ電池５０は、自立電源であるが、一定条件下では充・放電がなされ、電源Ｐが瞬低に陥った場合に、自前の電源として機能する構成になっている。

チョッパ回路５２は、ＮａＳ電池５０から所定の電力を供給するように直流電流を制御するものである。

このインバータ５３は、直流電力を交流電力に変換し、フィルタ回路１９および変圧器１５を介して電力系統１２の負荷１１側へ供給するものである。

固定値回路２０に設定されたＮａＳ電池５０の出力指令値を電池出力電圧検出値で除算することにより直流電流指令値を算出し、この直流電流指令値と直流電流検出値の偏差がゼロになるように双方向チョッパ回路５２のスイッチをオン／オフ制御する。

次に、電力変換装置１０Ａの作用を、系統が健全な場合と、瞬低の状態に陥った場合について、図１を参照して説明する。

［系統が健全な場合］
系統連系運転制御回路２３は、直流電圧制御回路２２から有効電流指令値を入力し、ＰＩ制御によりインバータからの出力電圧指令値を出力する。

パルス制御回路２５は、入力したインバータ５３の出力電圧指令を用いて例えばＰＷＭ制御によりゲートパルス信号としてインバータ５３に対して出力する。

［系統に瞬低が発生した場合］
系統連系運転制御回路２３は、系統事故検出回路２６が検出した系統電圧振幅を瞬低検出のための閾値と比較することにより、瞬低の検出信号を出力する。

サイリスタゲート駆動回路１８は、瞬低検出信号を入力すると、サイリスタ１６に対してゲートオフ信号を出力する。

同時にサイリスタ電流の極性判定回路２７ａは、サイリスタ電流の極性を判定し、電流極性信号をオフアシスト電圧指令生成回路２７ｂに出力する。逆関数回
路２７ｃは、フィルタ回路１９と変圧器１５の逆伝達関数を掛けることによりオフアシスト電圧指令信号を出力する。

オフアシスト電圧指令生成回路２７ｂは、瞬低が検出されるとオフアシスト電圧指令を生成し、出力する。

この結果、オフアシスト電圧指令に対するゲート信号が発生し、サイリスタ１６は速やかに遮断される。すると、系統連系スイッチオフ状態検出回路３０は、サイリスタ１６の系統側と負荷１１側の電圧とサイリスタ電流を入力しサイリスタ１６の両端の電圧が所定値以上でありサイリスタ電流が所定値以下である場合はサイリスタ１６がオフしたと判定しサイリスタオフ信号を出力する。同時に、制御モード切替器３１は、サイリスタオフ信号を入力してオフアシスト制御から自立運転制御に制御モードを切り替える。

この自立運転制御モードへの移行により、自立電源制御系１３Ａの自立運転電流制御手段４０Ａにより、負荷電圧制御回路４１は、負荷電圧の検出信号をＰＵ変換、３相／２相変換、２相／ｄｑ変換してフィードバックし、ＰＩ制御により
インバータ５３の出力電流指令信号を出力する。

自立電源制御系１３Ａの自立運転電流制御手段４０Ａの電流指令リミット回路４２Ａは、負荷電圧制御回路４１からインバータ出力電流指令値を入力し、インバータ出力電流指令値がインバータ５３の最大定格電流値以下になるように制限する。

電流制御回路４３は、インバータの出力電流信号検出値をＰＵ変換、三相／二相変換、二相／ｄｑ変換してフィードバックし、ＰＩ制御によりインバータ５３の出力電圧指令信号を出力する。

上記の制御により、インバータ５３の出力電流を制御して負荷電圧制御を開始の際、負荷１１が直流偏磁することによりインバータ５３による電力変換器としての出力過電流を防止し、図６の点線ｚで示すように、磁束波形を正常値に近い状態に修正することができ、安定な瞬低補償制御を実現させることができる電力変換装置を得ることができる。

このようにインバータの出力電流指令値を制限することで、インバータ５３の最大定格電流値までインバータ電流指令値を取りうるので、高速スイッチであるサイリスタ１６において、高速な不作動応答を実現することが可能である。

また、電流指令リミット回路４２Ａは、負荷電圧制御回路４１からインバータ出力電流指令値を入力し、インバータ出力電流指令値が負荷１１の定格電流値以下になるように制限することもできる。

このように電流指令値を制限することによりインバータ出力電流指令値が負荷１１の定格電流値以下になるように制限することができる。

したがって、インバータ５３の電力変換器として出力過電流により、システム全体を停止させることなく瞬低補償制御の信頼性の高い電力変換装置１０Ａを実現する。

［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について、図２および図３を参照して説明する。

図２は、本発明の第２の実施形態を示す電力変換装置１０Ｂの回路構成図である。図３は、図２に示す電流指令リミット回路の具体的な構成図である。

図２に示す自立電源制御系１３Ｂの自立運転電流制御手段４０Ｂは、この自立運転電流制御手段４０Ｂの電流指令リミット回路４２Ｂは、交直変換出力過電流リミット値をインバータ５３の最大定格電流程度とし、直流偏磁が生じて負荷１１に過電流が流れようとした場合に、これを防止するために設けられるもので、直流信号ｘ３を入力して、電流指令リミット制御信号である直流信号ｘ４１を出力するものである。

この構成により、インバータ５３の最大定格電流値を電流リミット値として定格負荷時の電流値とすることができる。

電流指令リミット回路４２Ｂは、具体的には、図２に示すように負荷入力電流検出系、すなわち電流検出線路Ｃ５が追加されており、自立電源系１４の負荷入力電流信号ｉ３を三相／二相変換器（３ｐ／２ｐと図示）４５ｃおよび二相／ｄｑ変換器（２ｐ／ｄｑと図示）４６ｃより直流信号化したｄｑ軸成分信号ｘ１０を入力するようになされる。

自立運転電流制御手段４０Ｂから出力される負荷磁束が三相構成となるようになされる。

また、後段側においては、自立運転電流制御手段４０Ｂから出力する電流制御信号を入力してｄｑ／二相変換器４７および二相信号ｘ７１を最初の三相信号ｘ８１の状態に変換する二相／三相変換器４８を備える。

この二相／三相変換器４８は、二相信号ｘ７１を受信して、元の三相出力電圧指令信号ｘ９１に変換する機能を有する。

ｄｑ／二相変換器４７は、自立運転電流制御手段４０Ｂから出力したｄｑ信号ｘ５１にＰＬＬ４４の出力信号ｘ６を入力し、ｄｑ信号ｘ５１を二相信号ｘ７１に変換するものである。

図３に電流指令リミット回路４２Ｂの構成を示す。

この回路は、電流指令振幅演算部７１と、最大値検出部７２と、比較部７３と、除算器７４と、乗算器７５、直流信号ｘ３と除算器７４および乗算器７５、切替スイッチとしての選択部７６、負荷電流振幅演算回路７７から構成される。

次に、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。

電流指令振幅演算部７１は、負荷電圧制御回路４１からインバータ出力電流指令値を入力するとともに負荷電圧ｄｑ軸成分信号ｘ１０を入力し、電流指令振幅信号ｘ１１を出力する。

最大値検出部７２は、負荷電流振幅演算回路７７から電流指令振幅信号ｘ３０を入力し、保存している前回の電流指令振幅信号ｘ３０と比較して、等しいかまたは大きい方の信号を電流指令振幅最大値信号ｘ１２として出力する。

次に、比較部７３は、電流指令振幅信号ｘ１１と電流指令振幅最大値信号ｘ１２を入力し電流指令振幅信号ｘ１１が電流指令振幅最大値信号ｘ１２より小さい場合は０を出力し、そうでない場合は１を出力する。

選択部７６は、選択信号ｘ１３が０の場合は、インバータ出力電流指令値のｄｑ軸成分を含む直流信号ｘ３を出力する。

また、選択部７６は、選択信号ｘ１３が１の場合は、除算器７４により直流信号ｘ３を電流指令振幅信号ｘ１１で除算し、乗算器７５により電流指令振幅最大値信号ｘ１２を掛けた値をインバータ出力電流指令値のｄｑ軸成分信号ｘ１４として出力する。

したがって、インバータ５３が出力できた実績のある最大値までのインバータ出力電流指令により電流制御を行うので、過電流によりシステム全体を停止させることがなくなり、瞬低補償制御の信頼性を向上させる信頼性の高い電力変換装置１０Ｂを実現する。

［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態の電力変換装置について、図２および図４を参照して説明する。

図４は、図３に示す電流指令リミット回路と異なる実施形態を示す具体的な構成図である。

図４に示す電流指令リミット回路４２Ｃは、自立電源系１４の出力電流検出部として平均値検出部８３を設けた構成である。

次に、本発明の第３の実施形態の作用について図２および図４を参照して説明する。

電流指令リミット回路４２Ｃの電流指令振幅演算部７１は、負荷電圧制御回路４１からインバータ出力電流指令値を含む直流信号ｘ３を入力し、電流指令振幅信号ｘ２０を出力する。

平均値検出部８３は、電流指令振幅信号ｘ３０を入力し、平均値を算出し平均電流指令振幅信号ｘ４０として出力する。

比較部７３は、電流指令振幅信号ｘ２０と平均電流指令振幅信号ｘ４０を入力し電流指令振幅信号ｘ２０が平均電流指令振幅信号ｘ４０より小さい場合は０を出力し、そうでない場合は１の選択信号ｘ２２を出力する。

次に、選択部７６は、選択信号ｘ２２が０の場合は、インバータ出力電流指令値を含む直流信号ｘ４１１を出力する。

また、選択部７６は、選択信号ｘ２２が１の場合は、除算器７４によりインバータ出力電流指令値を含む直流信号ｘ３を電流指令振幅信号ｘ２０で除算し、乗算器７５により平均電流指令振幅信号ｘ４０を掛けた値をインバータ出力電流指令値のｄｑ軸成分信号ｘ２３として出力する。

したがって、インバータ５３が出力できた実績のある平均値までのインバータ出力電流指令により電流制御を行うので、インバータ５３の電力変換器として出力過電流により、システム全体を停止させることなく瞬低補償制御の信頼性の高い電力変換装置を実現する。

なお、この平均値検出部８３は、実績値の平均を取ったもので、上述した第２の実施形態における、実績のある最大値までのインバータ出力電流指令による電流制御の場合に比べて、瞬低発生時にあって負荷１１に対して一層安全な電力制御が可能になる。

本発明の電力変換装置の第１および第３の実施形態を示す回路構成図。 本発明の電力変換装置の第２の実施形態を示す回路構成図。 図２に示す電流指令リミット回路の具体的な構成図。 本発明の電力変換装置の第３の実施形態を示す電流指令リミット回路の具体的な構成図。 従来の電力変換装置に係わる瞬低補償回路の概要を示す構成図。 従来の電力変換装置に係わる作用を説明するグラフ。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ 電力変換装置
１１ 負荷
１２ 電力系統
１３Ａ，１３Ｂ 自立電源制御系
１４ 自立電源系
１５ 変圧器
１６ 高速スイッチ（サイリスタ）
１７ 電流検出器
１８ サイリスタゲート駆動回路
１９ フィルタ回路
２０ 固定値回路
２１ 直流電流制御回路
２２ 直流電圧制御回路
２３ 系統連系運転制御回路
２４ 自立運転制御手段
２５ パルス制御回路
２６ 系統事故検出回路
２７ オフアシスト制御系
２７ａ 極性判定回路
２７ｂ オフアシスト電圧指令生成回路
２７ｃ 逆関数回路
３０ 系統連系スイッチオフ状態検出回路
３１ 制御モード切替器
３２，３６ 電圧検出器
３３ 切替スイッチ
４０Ａ，４０Ｂ 自立運転電流制御手段
４１ 負荷電圧制御回路
４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ 電流指令リミット回路
４３ 電流制御回路
４４ 位相同期制御器（ＰＬＬ）
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ 三相−二相変換器
４６ａ，４６ｂ，４６ｃ 二相／ｄｑ変換器
４７ ｄｑ／二相変換器
４８ 二相／三相変換器
５０ ナトリウム−硫黄電池（ＮａＳ電池）
５１ 電圧検出装置
５２ チョッパ回路
５３ インバータ
７１ 電流指令振幅演算部
７２ 最大値検出部
７３ 比較部
７４ 除算器
７５ 乗算器
７６ 選択部
７７ 負荷電流振幅演算回路
８３ 平均値検出部
Ｐ 電源
Ｃ１〜Ｃ３ 電圧検出線路
Ｃ４，Ｃ５ 電流検出線路
ｉ１ 自立電源系出力電流信号
ｉ２，ｉ３ 負荷入力電流信号
ｖ１ 入力電圧信号
ｖ２ 負荷電圧信号
ｙ１ 制御モード切替信号
ｘ１，ｘ８，ｘ８１ 三相信号
ｘ２ 負荷電圧フィードバック信号
ｘ３，ｘ４１，ｘ４１１ 直流信号
ｘ４ 出力電流指令信号
ｘ５，ｘ５１ ｄｑ信号
ｘ６ 出力信号
ｘ７，ｘ７１ 二相信号
ｘ９，ｘ９１ 出力電圧指令信号
ｘ１０，ｘ１４，ｘ２３ ｄｑ軸成分信号
ｘ１１，ｘ２０ 電流指令振幅信号
ｘ１２ 電流指令振幅最大値信号
ｘ１３，ｘ２２ 選択信号
ｘ２１ 出力電流フィードバック信号
ｘ３０ 電流指令振幅信号
ｘ４０ 平均電流指令振幅信号
k 相電圧ベクトル移相信号

Claims (5)

1. 負荷変圧器を有する負荷に対して、電源から高速スイッチを介して三相交流電力を供給する電力系統に並列に、変圧器とフィルタを介して常時接続され、前記電力系統と連系運転を行う二次電池システムおよびインバータを含む自立電源系と、
   前記電力系統において瞬低が発生した場合に、前記高速スイッチを遮断し前記負荷へ電力を安定に供給する前記自立電源系の出力電力を制御する自立電源制御系と、を具備し、
   前記自立電源制御系は、当該自立電源制御系の直流コンデンサ電圧を制御する直流電圧制御回路と、
   前記直流電圧制御回路の出力に基づき直流電流を制御する直流電流制御回路と、
   系統健全時おいて、前記直流電圧制御回路からの出力に基づき前記自立電源系の出力電流を制御する系統連系運転制御回路と、
   瞬低事故を検出する系統事故検出回路と、
   前記系統連系運転制御回路の系統連系スイッチがオフしたことを検出する系統連系スイッチオフ状態検出回路と、
   瞬低発生時において、オフアシスト制御を行うオフアシスト制御系と、
   前記系統事故検出回路と系統連系スイッチオフ状態検出回路から入力した信号の状態から瞬低事故発生を判別し、前記自立電源系のインバータの制御モードを切り替える制御モード切替器と、
   負荷電圧信号および自立電源系出力電流信号を入力して負荷電圧を定格値に制御するようにインバータ出力電流制御を行いインバータの三相出力電圧指令信号を出力する自立運転制御手段と、
   前記制御モード切替器が出力する電圧指令および前記自立運転制御手段から出力する三相電圧指令信号に基づき前記インバータのスイッチング状態を制御するパルス制御回路と、を備え、
   前記自立運転制御手段は、前記三相出力電圧指令信号を出力する自立運転電流制御手段を備え、
   前記自立運転電流制御手段は、
   負荷電圧を定格値に制御するようにインバータ出力電流制御をなすようにインバータの三相出力電圧指令信号を出力する負荷電圧制御回路と、
   前記電流指令値をリミット値に制限する電流指令リミット回路と、
   前記電流制御される電流が、自立電源系の出力電流が負荷に対して過電流とならないように制御する電流制御回路とを備えたこと
   を特徴とする電力変換装置。
2. 前記電流指令リミット回路は、その交直変換出力過電流リミット値をインバータの最大定格電流以下としたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記電流指令リミット回路は、その交直変換出力過電流リミット値を定格負荷時の電流値以下としたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
4. 前記電流指令リミット回路は、その交直変換出力過電流リミット値を瞬低発生前の負荷電流値の最大値としたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
5. 前記電流指令リミット回路は、その交直変換出力過電流リミット値を瞬低発生前の負荷電流値の平均値としたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。

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