JP5611009B2 - Unbalance compensator - Google Patents

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Description

この発明は、三相交流電源から負荷に電力を供給する三相電力供給システムにおいて、三相不平衡な負荷電力に対して逆相電力を補償することに好適な不平衡補償装置に関するものである。   The present invention relates to an unbalance compensator suitable for compensating reverse-phase power with respect to three-phase unbalanced load power in a three-phase power supply system for supplying power to a load from a three-phase AC power supply. .

従来の電力変換装置は、たとえば非特許文献1で提示されている。図7は、非特許文献1に開示された構成に基づく、従来の電力変換装置の構成を示す図である。図7を参照して、電力変換装置は不平衡電力補償装置であり、降圧変圧器8と、コンデンサ91,94と、高インピーダンス変圧器92,95と、サイリスタ電力変換器93,96とを備える。   A conventional power converter is presented in Non-Patent Document 1, for example. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a conventional power conversion device based on the configuration disclosed in Non-Patent Document 1. Referring to FIG. 7, the power converter is an unbalanced power compensator, and includes step-down transformer 8, capacitors 91 and 94, high impedance transformers 92 and 95, and thyristor power converters 93 and 96. .

不平衡負荷2は、三相交流電源1に接続され、スコット結線変圧器21および単相負荷22,23を有する。単相負荷22,23は、たとえば電車であり、それぞれ独立に電力を消費する。このため、三相側に不平衡な電流が流れる。   The unbalanced load 2 is connected to the three-phase AC power source 1 and has a Scott connection transformer 21 and single-phase loads 22 and 23. Single-phase loads 22 and 23 are trains, for example, and each consumes power independently. For this reason, an unbalanced current flows on the three-phase side.

図8は、負荷電流の一例を示した図である。図8を参照して、たとえばスコット結線変圧器21のT座のみに力率1の負荷電流が流れた場合、三相側には図8で示されるように電流Iv,Iu,Iwが流れる。すなわち、V相には、V相電圧から見て力率1の電流IvがV相に流れる。U相、W相には、電流Ivが均等に分流する。すなわちU相電流IuおよびW相電流Iwの大きさはV相電流の1/2である。また、U相電流Iuは、U相電圧Vuから見て遅れ位相であり、W相電流IwはW相電圧から見て進み位相である。このため、三相不平衡の電流が流れる。不平衡電流が流れると、ある相だけ多くの電流が流れる一方で、他の相に余裕があるといったように電源設備の利用率が低下する。また、三相の電力を送る発電機に逆相電力が流れることで、発電機の軸がねじり振動を起こして疲労を起こすといった不具合が生じる。   FIG. 8 is a diagram showing an example of the load current. Referring to FIG. 8, for example, when a load current having a power factor of 1 flows only in the T seat of Scott connection transformer 21, currents Iv, Iu, and Iw flow on the three-phase side as shown in FIG. That is, in the V phase, a current Iv having a power factor of 1 as viewed from the V phase voltage flows to the V phase. The current Iv is equally divided between the U phase and the W phase. That is, the magnitudes of U-phase current Iu and W-phase current Iw are ½ of the V-phase current. The U-phase current Iu is a lag phase when viewed from the U-phase voltage Vu, and the W-phase current Iw is a lead phase when viewed from the W-phase voltage. For this reason, a three-phase unbalanced current flows. When an unbalanced current flows, a large amount of current flows only in a certain phase, while the utilization rate of the power supply equipment decreases such that another phase has a margin. In addition, the negative phase power flows through the generator that sends the three-phase power, which causes a problem that the shaft of the generator causes torsional vibration and fatigue.

図9は、不平衡電流を正相電流と逆相電流とに分けて表わした図である。(A)は正相電流を示し、(B)は逆相電流を示す。図9を参照して、V相電流Ivは正相電流Iv1および逆相電流Iv2に分解される。同様に、U相電流Iuは、正相電流Iu1と逆相電流Iu2とに分解される。W相電流Iwは、正相電流Iw1と逆相電流Iw2とに分解される。   FIG. 9 is a diagram showing the unbalanced current divided into a positive phase current and a negative phase current. (A) shows a positive phase current, and (B) shows a negative phase current. Referring to FIG. 9, V-phase current Iv is decomposed into positive-phase current Iv1 and reverse-phase current Iv2. Similarly, the U-phase current Iu is decomposed into a positive-phase current Iu1 and a reverse-phase current Iu2. W-phase current Iw is decomposed into positive-phase current Iw1 and reverse-phase current Iw2.

V相では正相電流Iv1および逆相電流Iv2の位相が一致している。U相、W相では正相電流ベクトルの向きと逆相電流ベクトルの向きが異なる。正相電流Iu1のベクトルの向きは、U相電圧Vuのベクトル(OからUへの向きのベクトル)と同じである。一方、逆相電流Iu2は、U相電圧Vuから見て120°位相が進んでいる。正相電流Iw1のベクトルの向きは、W相電圧Vwのベクトル(OからWへの向きのベクトル)と同じであるが、逆相電流Iw2はW相電圧Vwのベクトルから見て120°位相が遅れている。   In the V phase, the phases of the positive phase current Iv1 and the negative phase current Iv2 are the same. In the U phase and the W phase, the direction of the positive phase current vector and the direction of the negative phase current vector are different. The direction of the vector of the positive phase current Iu1 is the same as the vector of the U phase voltage Vu (vector of the direction from O to U). On the other hand, the reverse-phase current Iu2 is advanced in phase by 120 ° when viewed from the U-phase voltage Vu. The direction of the vector of the positive phase current Iw1 is the same as the vector of the W phase voltage Vw (vector of the direction from O to W), but the reverse phase current Iw2 has a 120 ° phase when viewed from the vector of the W phase voltage Vw. Running late.

正相電力は、元の電源から供給される。逆相電力は有効電力にはならず、無効電力になる。この無効電力が上記の課題を生じさせるので、この無効電力を補償する必要がある。このため三相交流電源1に対して不平衡負荷2と並列に不平衡補償装置が接続される。不平衡補償装置が負荷による逆相電流を補償することで、三相交流電源1から見て正相電力しか流れていない状態となる。   The positive phase power is supplied from the original power source. The reverse phase power does not become active power but becomes reactive power. Since this reactive power causes the above problem, it is necessary to compensate for this reactive power. Therefore, an unbalance compensator is connected to the three-phase AC power source 1 in parallel with the unbalanced load 2. When the unbalance compensator compensates the negative phase current due to the load, only the positive phase power flows when viewed from the three-phase AC power source 1.

図10は、図9(B)に示した逆相電流Iv2を2つの電流ベクトルに分けて示した図である。図10を参照して、逆相電流Iv2は、電流ベクトルIv2uvと、Iv2vwとに分けて示される。電流ベクトルIv2uvは逆相電流ベクトルIu2と大きさが同じであり、かつその方向が互いに逆方向であるので、これらの電流ベクトルを足し合わせるとゼロになる。同様に、電流ベクトルIv2vwは、逆相電流ベクトルIw2と大きさが同じでありかつその方向が互いに逆であるため、これらの電流ベクトルを足し合わせるとゼロになる。   FIG. 10 is a diagram showing the reverse phase current Iv2 shown in FIG. 9B divided into two current vectors. Referring to FIG. 10, reverse phase current Iv2 is divided into current vector Iv2uv and Iv2vw. Since the current vector Iv2uv has the same magnitude as the reverse phase current vector Iu2 and the directions are opposite to each other, the sum of these current vectors becomes zero. Similarly, the current vector Iv2vw has the same magnitude as that of the reverse-phase current vector Iw2 and the directions thereof are opposite to each other, so that when these current vectors are added, they become zero.

また、電流ベクトルIv2uvと逆相電流ベクトルIu2とは、UV相線間電圧Vuvと直交している。このため、電流ベクトルIv2uvと逆相電流Iu2とは線間電圧Vuvから見ると単相無効電力となる。同様に、電流ベクトルIv2vwと逆相電力Iw2とはVW相線間電圧と直交しているので、線間電圧Vvwから見ると電流ベクトルIv2vwおよび逆相電流Iw2とは単相無効電力となる。すなわち、UV相線間電圧に電流Iv2uv,Iu2を流すことのできる無効電流発生源を配置し、同じくVW相線間電圧に電流Iv2vw,Iw2を流すことのできる無効電力発生源を配置することによって、逆相電流Iu2,Iv2,Iw2を補償することが可能となる。これによって、三相交流電源1側に逆相電流が流れることを抑制することができる。   The current vector Iv2uv and the negative phase current vector Iu2 are orthogonal to the UV phase line voltage Vuv. For this reason, when viewed from the line voltage Vuv, the current vector Iv2uv and the reverse phase current Iu2 become single-phase reactive power. Similarly, since current vector Iv2vw and reverse phase power Iw2 are orthogonal to the VW phase line voltage, when viewed from line voltage Vvw, current vector Iv2vw and reverse phase current Iw2 are single-phase reactive power. In other words, by disposing a reactive current generating source capable of flowing the currents Iv2uv and Iu2 in the UV phase line voltage and similarly arranging a reactive power generating source capable of flowing the currents Iv2vw and Iw2 in the VW phase line voltage. Thus, it is possible to compensate for the reverse phase currents Iu2, Iv2, and Iw2. Thereby, it can suppress that a negative phase electric current flows into the three-phase alternating current power supply 1 side.

図7に戻り、コンデンサ91は、UV線間に進み無効電力を供給するコンデンサである。高インピーダンス変圧器92およびサイリスタ電力変換器93は、高インピーダンス変圧器92の二次側端子をオンオフして遅れ無効電力を供給するサイリスタ制御式リアクトルを構成する。コンデンサ91とサイリスタ制御式リアクトル(92,93)によって、サイリスタ電力変換器93をオフにした場合には、コンデンサ91による進み無効電力がUV線間に流れる。一方、サイリスタをオンした場合、高インピーダンス変圧器92による無効電力が流れて、コンデンサ91による進み無効電力を打ち消して遅れ無効電力をUV線間に流す。交流1周期の間にサイリスタをオンオフさせてそのタイミングを制御することにより、UV線間に流れる進み無効電力から遅れ無効電力までを連続的に制御できる。同様に、コンデンサ94、高インピーダンス変圧器95およびサイリスタ電力変換器96によって、VW線間に流れる無効電力を、進み無効電力から遅れ無効電力まで連続的に制御することができる。   Returning to FIG. 7, the capacitor 91 is a capacitor that advances between UV rays and supplies reactive power. The high impedance transformer 92 and the thyristor power converter 93 constitute a thyristor-controlled reactor that turns on and off the secondary terminal of the high impedance transformer 92 to supply delayed reactive power. When the thyristor power converter 93 is turned off by the capacitor 91 and the thyristor-controlled reactor (92, 93), the advance reactive power by the capacitor 91 flows between the UV rays. On the other hand, when the thyristor is turned on, reactive power by the high-impedance transformer 92 flows, canceling forward reactive power by the capacitor 91 and flowing delayed reactive power between the UV rays. By controlling the timing by turning the thyristor on and off during one AC cycle, it is possible to continuously control from the reactive power that is flowing between the UV rays to the delayed reactive power. Similarly, the reactive power flowing between the VW lines can be continuously controlled from the advanced reactive power to the delayed reactive power by the capacitor 94, the high impedance transformer 95, and the thyristor power converter 96.

したがって、図8に示すような負荷電流が流れると、その逆相成分(図9(B)を参照)における電流ベクトルIu2をUV線間に流すようにサイリスタ電力変換器93を制御し、電流ベクトルIw2をVW線間に流すようにサイリスタ電力変換器96を制御すると、V相には電流ベクトルIv2uvと電流ベクトルIv2vwを合成した電流Iv2を流すことができる。すなわち、逆相電流Iu2,Iv2,Iw2が流れるので、三相交流電源1側には正相電流Iu1,Iv1,Iw1だけが流れて逆相電力補償が達成される。   Therefore, when a load current as shown in FIG. 8 flows, the thyristor power converter 93 is controlled so that the current vector Iu2 in the opposite phase component (see FIG. 9B) flows between the UV rays, and the current vector When the thyristor power converter 96 is controlled so that Iw2 flows between the VW lines, a current Iv2 obtained by synthesizing the current vector Iv2uv and the current vector Iv2vw can be supplied to the V phase. That is, since the negative phase currents Iu2, Iv2, and Iw2 flow, only the positive phase currents Iu1, Iv1, and Iw1 flow on the three-phase AC power supply 1 side, and the negative phase power compensation is achieved.

「鉄道と電気技術」1996年8月号、VOL.7 No.8 「パワーエレクトロニクスの応用と保守(6)静止型不平衡電力補償装置(SUC)」“Railway and Electrical Technology” August 1996, VOL. 7 No. 8 “Application and Maintenance of Power Electronics (6) Static Unbalanced Power Compensator (SUC)”

従来の電力変換装置は以上のように構成されており、線間電圧UV相間および線間電圧VW相間に単相無効電力補償装置を配置することによって、負荷が発生する逆相電力を補償していた。しかしながら、送電線のL成分などによって、力率が1と異なる負荷電流が流れる。したがって、逆相電力をすべて補償できないという問題が発生する。   The conventional power conversion device is configured as described above, and by disposing the single-phase reactive power compensator between the line voltage UV phase and the line voltage VW phase, the negative phase power generated by the load is compensated. It was. However, a load current having a power factor different from 1 flows depending on the L component of the transmission line. Therefore, there arises a problem that all the negative phase power cannot be compensated.

すなわち、従来の電力変換装置は、図8に示されるような、逆相電力ベクトルが線間電圧UV相、VW相に直交する負荷には有効であるが、負荷電流のベクトルの方向が異なる、すなわち力率が1とは異なる負荷に対しては、逆相電力をすべて補償できないという問題があった。   That is, the conventional power conversion apparatus is effective for a load in which the negative phase power vector is orthogonal to the line voltage UV phase and the VW phase as shown in FIG. 8, but the direction of the load current vector is different. That is, there is a problem that all the negative phase power cannot be compensated for a load having a power factor different from 1.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、負荷電流の力率によらず、逆相電力を補償可能な不平衡補償装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an unbalance compensator that can compensate for reverse phase power regardless of the power factor of the load current.

この発明に係る不平衡補償装置は、三相交流電源から第1〜第3の配線を介して負荷に電力を供給する三相電力供給システムに接続され、第1〜第3の配線に流れる不平衡電流を補償する不平衡補償装置である。不平衡補償装置は、三相交流電圧を受ける第1〜第3の1次側端子と、2つの単相交流電圧を受ける第1および第2の2次側端子とを含み、第1〜第3の1次側端子が第1〜第3の配線に接続されるスコット結線変圧器と、それらの交流出力端子が第1および第2の2次側端子にそれぞれ接続され、それらの直流入力端子が互いに接続された第1および第2の単相インバータと、第1および第2の単相インバータの電流を制御することにより、第1〜第3の配線にそれぞれ流れる第1〜第3の逆相電流を補償するための補償電流を調整する制御回路とを備える。 An unbalance compensator according to the present invention is connected to a three-phase power supply system that supplies power to a load from a three-phase AC power source through first to third wirings, and flows to the first to third wirings. This is an unbalance compensator that compensates for a balanced current. The imbalance compensation device includes a first to third primary-side terminal for receiving three-phase AC voltage, and first and second secondary terminals receiving the two single-phase AC voltage, first to 3 of the primary-side terminal and the first to third Scott connection transformer that will be connected to the wiring, their AC output terminal connected to the first and second secondary-side terminal, its these DC By controlling the currents of the first and second single-phase inverters whose input terminals are connected to each other and the first and second single-phase inverters, the first to third currents flowing in the first to third wirings, respectively. And a control circuit for adjusting a compensation current for compensating the negative phase current of the control circuit.

この発明によれば、負荷電流の力率によらず、逆相電力を補償することができる。   According to the present invention, reverse phase power can be compensated regardless of the power factor of the load current.

この発明の実施の形態に係る不平衡補償装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the unbalance compensation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 逆相電流Iu2,Iv2,Iw2とスコット結線変圧器3の二次側M相およびT相とのベクトル図である。4 is a vector diagram of the reverse phase currents Iu2, Iv2, Iw2 and the secondary side M phase and T phase of the Scott connection transformer 3. FIG. 力率が1から変化した場合の負荷電流を示したベクトル図である。It is a vector diagram showing a load current when the power factor changes from 1. 図3に示した負荷電流の正相成分および逆相成分を示すベクトル図である。FIG. 4 is a vector diagram showing a normal phase component and a negative phase component of the load current shown in FIG. 3. 図4(B)に示した逆相電流Iv2を2つの電流ベクトルで示した図である。It is the figure which showed the reverse phase electric current Iv2 shown in FIG.4 (B) with two electric current vectors. 図4(B)に示した逆相電流をM相およびT相に示した分解図である。It is the exploded view which showed the reverse phase current shown to FIG. 4 (B) in the M phase and the T phase. 非特許文献1に開示された構成に基づく、従来の電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional power converter device based on the structure disclosed by the nonpatent literature 1. 負荷電流の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of load current. 不平衡電流を正相電流と逆相電流とに分けて表わした図である。It is the figure which divided and expressed the unbalanced current into the positive phase current and the negative phase current. 図9(B)に示した逆相電流Iv2を2つの電流ベクトルに分けて示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the reverse phase current Iv2 shown in FIG. 9B divided into two current vectors.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

図1は、この発明の実施の形態に係る不平衡補償装置の概略構成図である。図1を参照して、不平衡補償装置は、三相交流電源1から不平衡負荷2に電力を供給する三相電力供給システムに接続される。不平衡補償装置100は、不平衡負荷2による不平衡電流を補償する。不平衡負荷2は、スコット結線変圧器21および単相負荷22,23を有する。単相負荷22,23はたとえば電車であり、それぞれ独立に電力を消費する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an unbalance compensator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the unbalance compensation device is connected to a three-phase power supply system that supplies power from a three-phase AC power source 1 to an unbalanced load 2. The unbalance compensator 100 compensates for an unbalanced current caused by the unbalanced load 2. The unbalanced load 2 includes a Scott connection transformer 21 and single-phase loads 22 and 23. The single-phase loads 22 and 23 are trains, for example, and each consumes power independently.

不平衡補償装置100は、スコット結線変圧器3と、単相インバータ31,32と、制御回路6とを備える。スコット結線変圧器3は、三相交流電源1からの三相交流を2つの単相交流に変換する。スコット結線変圧器3には、直流側が相互に接続された単相インバータ31,32が接続される。単相インバータ31,32は自励式インバータである。単相インバータ31,32により、スコット結線変圧器3のT座からM座へ、あるいはM座からT座へ電力が融通される。また、単相インバータ31,32は自励式インバータであるので、それぞれの相で無効電力を補償できる。   The unbalance compensation device 100 includes a Scott connection transformer 3, single-phase inverters 31 and 32, and a control circuit 6. The Scott connection transformer 3 converts the three-phase alternating current from the three-phase alternating current power source 1 into two single-phase alternating currents. The Scott connection transformer 3 is connected to single-phase inverters 31 and 32 whose DC sides are connected to each other. Single-phase inverters 31 and 32 are self-excited inverters. The single-phase inverters 31 and 32 allow electric power to be exchanged from the T seat to the M seat or from the M seat to the T seat of the Scott connection transformer 3. Since the single-phase inverters 31 and 32 are self-excited inverters, reactive power can be compensated for in each phase.

制御回路6は、単相インバータ31,32の電流を制御することにより、負荷電流の逆相成分を補償するための補償電流を調整する。補償電流の調整は、たとえば、U相電流センサ41、V相電流センサ42、UV線間電圧センサ51およびVW線間電圧センサ52の各々の検出値に基づいて行なわれる。   The control circuit 6 adjusts the compensation current for compensating for the negative phase component of the load current by controlling the current of the single-phase inverters 31 and 32. The compensation current is adjusted based on, for example, detection values of the U-phase current sensor 41, the V-phase current sensor 42, the UV line voltage sensor 51, and the VW line voltage sensor 52.

次に、本発明の実施の形態に係る不平衡補償装置100の動作について、図8に示した負荷電流と同様の負荷電流の場合について説明する。   Next, the operation of the unbalance compensation apparatus 100 according to the embodiment of the present invention will be described in the case of a load current similar to the load current shown in FIG.

図2は、逆相電流Iu2,Iv2,Iw2とスコット結線変圧器3の二次側M相およびT相とのベクトル図である。図2を参照して、スコット結線変圧器3のT相から見ると、V相の逆相電流Iv2はT相と同じ相であり同じ方向になる。すなわち、T相電圧軸において有効電力が消費される。   FIG. 2 is a vector diagram of the reverse phase currents Iu2, Iv2, Iw2 and the secondary side M phase and T phase of the Scott connection transformer 3. Referring to FIG. 2, when viewed from the T phase of the Scott connection transformer 3, the reverse phase current Iv <b> 2 of the V phase is the same phase as the T phase and is in the same direction. That is, active power is consumed on the T-phase voltage axis.

逆相電流Iu2は、UW相線間電圧すなわちM相電圧に平行な電流成分Iu2mと、M相電圧に直交する成分Iu2vとに分解される。同様に、逆相電流Iw2も、UW相線間電圧、すなわちM相電圧に平行する成分Iw2mとM相電圧に直交する成分Iw2vとに分解される。なおM相電圧に直交するU相電流成分Iu2vおよびW相電流成分Iw2vは、V相逆相電流Iv2がU相およびW相を通じて分流する成分である。U相電流成分Iu2mは、UW線間電圧の方向とは逆方向に流れ、W相電流成分Iw2mは、WU線間電圧の方向とは逆方向に流れるので、有効電力を回生している。   The reverse phase current Iu2 is decomposed into a current component Iu2m parallel to the UW phase line voltage, that is, the M phase voltage, and a component Iu2v orthogonal to the M phase voltage. Similarly, the reverse phase current Iw2 is also decomposed into a UW phase line voltage, that is, a component Iw2m parallel to the M phase voltage and a component Iw2v orthogonal to the M phase voltage. The U-phase current component Iu2v and the W-phase current component Iw2v orthogonal to the M-phase voltage are components that the V-phase reverse-phase current Iv2 is shunted through the U-phase and the W-phase. The U-phase current component Iu2m flows in the direction opposite to the direction of the UW line voltage, and the W-phase current component Iw2m flows in the direction opposite to the direction of the WU line voltage, thereby regenerating active power.

すなわちV相は電力を消費するが、U相、W相は電力を回生している。全体として、消費される電力量と回生される電力量とは釣り合っている。そこで、制御回路6は、単相インバータ31,32のうちM相に接続された単相インバータ31によってM相から電力を取り出して、その電力が単相インバータ32からT相に供給されるように単相インバータ31,32に流れる電流を調整する。単相インバータ31によって取出された電力は、直流側を介して単相インバータ32へと送られ、単相インバータ32は、その電力をT相へと供給する。この場合、V相の電流Iv2をT相の電流ITと同じ方向に流すのでT相で電力が消費される。その消費される電力(=IT×VT)と同じ電力(=IM×VM)をM相から回生(融通)する。   That is, the V phase consumes power, but the U phase and W phase regenerate power. Overall, the amount of power consumed and the amount of power regenerated are balanced. Therefore, the control circuit 6 takes out electric power from the M phase by the single phase inverter 31 connected to the M phase among the single phase inverters 31 and 32 so that the electric power is supplied from the single phase inverter 32 to the T phase. The current flowing through the single-phase inverters 31 and 32 is adjusted. The electric power taken out by the single-phase inverter 31 is sent to the single-phase inverter 32 via the direct current side, and the single-phase inverter 32 supplies the electric power to the T-phase. In this case, since the V-phase current Iv2 flows in the same direction as the T-phase current IT, power is consumed in the T-phase. The same power (= IM × VM) as the consumed power (= IT × VT) is regenerated (consolidated) from the M phase.

したがって本発明の実施の形態によれば、負荷の逆相電力に相当する電力を不平衡補償装置100が供給することができるので、逆相電力補償を達成することができる。   Therefore, according to the embodiment of the present invention, since the unbalance compensation device 100 can supply power corresponding to the negative phase power of the load, the negative phase power compensation can be achieved.

なお、M相電圧に直交するU相電流成分Iu2vおよびW相電流成分Iw2vは、V相に流れる逆相電流Iv2がU相およびW相に分流したものであるので、V相に流れる逆相電流を補償することによって補償することができる。   The U-phase current component Iu2v and the W-phase current component Iw2v that are orthogonal to the M-phase voltage are the reverse-phase current that flows in the V-phase because the reverse-phase current Iv2 that flows in the V-phase is divided into the U-phase and the W-phase. Can be compensated by compensating for

さらに、本発明の実施の形態によれば、図8に示した場合と比べて力率が変化した不平衡負荷に対しても逆相電力を補償することができる。図3は、力率が1から変化した場合の負荷電流を示したベクトル図である。   Furthermore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to compensate the negative phase power even for an unbalanced load whose power factor has changed as compared with the case shown in FIG. FIG. 3 is a vector diagram showing the load current when the power factor changes from 1.

図3を参照して、電流ベクトルIvは電圧Vvの方向(OからVへの方向)から傾いている。同じく電流Iu,Iwも図8に示す方向から電流Ivとは逆に傾いている。   Referring to FIG. 3, current vector Iv is inclined from the direction of voltage Vv (the direction from O to V). Similarly, the currents Iu and Iw are inclined in the direction opposite to the current Iv from the direction shown in FIG.

図4は、図3に示した負荷電流の正相成分および逆相成分を示すベクトル図である。(A)は図3に示した負荷電流の正相成分を示す。(B)は図3に示した負荷電流の逆相成分を示す。図5は、図4(B)に示した逆相電流Iv2を2つの電流ベクトルで示した図である。まず、図5に示されるように、逆相電流Iv2は、2つの電流ベクトルIv2uv,Iv2vwで表現できる。ただし電流ベクトルIv2uvは、UV相間の線間電圧Vuvに直交していない。このため、従来技術では逆相電流Iu2のうちUV相間の線間電圧から見て直交する成分だけしか補償できない。この点については、逆相電流Iw2についても同様である。   FIG. 4 is a vector diagram showing a normal phase component and a negative phase component of the load current shown in FIG. (A) shows the positive phase component of the load current shown in FIG. (B) shows the negative phase component of the load current shown in FIG. FIG. 5 is a diagram showing the reverse phase current Iv2 shown in FIG. 4B with two current vectors. First, as shown in FIG. 5, the reverse-phase current Iv2 can be expressed by two current vectors Iv2uv and Iv2vw. However, the current vector Iv2uv is not orthogonal to the line voltage Vuv between the UV phases. For this reason, in the conventional technology, only the component orthogonal to the reverse phase current Iu2 when viewed from the line voltage between the UV phases can be compensated. The same applies to the reverse phase current Iw2.

図4を参照して、正相電流Iu1,Iv1,Iw1は、図9(A)に示した方向から傾いている。正相成分は、このまま流れる。   Referring to FIG. 4, positive phase currents Iu1, Iv1, Iw1 are tilted from the direction shown in FIG. The positive phase component flows as it is.

図6は、図4(B)に示した逆相電流をM相およびT相に示した分解図である。図4および図6を参照して、T相で補償すべき電流は、V相の逆相電流Iv2である。一方、M相で補償すべき電流は、U相逆相電流Iu2、W相逆相電流Iw2からV相逆相電流Iv2のU相流入分Iu2v,Iw2vをベクトル的にそれぞれ差し引いた電流Iu2m,Iw2mである。電流ベクトルIu2v,Iw2vは、逆相電流Iv2の大きさの1/2の大きさを有し、かつ、その方向が逆相電流Iv2のベクトルの向きと逆である。電流ベクトルIu2v,Iw2vは、逆相電流Iv2が流れることで必然的に生じる成分である。すなわちIv2を補償することで、電流ベクトルIu2v,Iw2vが補償される(なくなる)。   FIG. 6 is an exploded view showing the reverse-phase current shown in FIG. 4B in the M-phase and the T-phase. Referring to FIGS. 4 and 6, the current to be compensated for in the T phase is a V phase reverse phase current Iv2. On the other hand, the currents to be compensated for in the M phase are the currents Iu2m and Iw2m obtained by subtracting the U-phase inflows Iu2v and Iw2v of the V-phase reverse-phase current Iv2 from the U-phase reverse-phase current Iu2 and W-phase reverse-phase current Iw2, respectively. It is. The current vectors Iu2v and Iw2v have a magnitude that is ½ of the magnitude of the reverse phase current Iv2, and the direction thereof is opposite to the direction of the vector of the reverse phase current Iv2. The current vectors Iu2v and Iw2v are components that are inevitably generated when the reverse-phase current Iv2 flows. That is, by compensating Iv2, the current vectors Iu2v and Iw2v are compensated (removed).

したがってM相で補償すべきは、電流Iu2m,Iw2mとなる。これらは、M相から見るとM相電流IMとなる。結果的にM相電流ITとT相電流IMとは必ず位相が90°ずれている。またM相電流ITとT相電流IMの大きさは同じである。   Therefore, the currents Iu2m and Iw2m are to be compensated for in the M phase. When viewed from the M phase, these become the M phase current IM. As a result, the phase of the M-phase current IT and the T-phase current IM is always shifted by 90 °. The magnitudes of the M-phase current IT and the T-phase current IM are the same.

T相電流は、T相電圧に平行な有効電力成分と、T相電圧に直交する無効電力成分とに分解される。M相電流も同様に、M相電圧に平行な有効電力成分と、M相電圧に直交する無効電力成分とに分解される。ここで、M相有効電力成分は回生となり、T相有効電力成分は力行(消費)となるので、上記の場合と同様に、スコット結線変圧器3のM相に接続された単相インバータ31によってM相から電力を取出すとともに、その電力を単相インバータ31,32の直流を介して単相インバータ32に送り、単相インバータ32からT相に電力を供給する。   The T-phase current is decomposed into an active power component parallel to the T-phase voltage and a reactive power component orthogonal to the T-phase voltage. Similarly, the M-phase current is decomposed into an active power component parallel to the M-phase voltage and a reactive power component orthogonal to the M-phase voltage. Here, the M-phase active power component is regenerative and the T-phase active power component is power running (consumption), and thus, by the single-phase inverter 31 connected to the M-phase of the Scott connection transformer 3 as in the above case. The electric power is taken out from the M phase, and the electric power is sent to the single phase inverter 32 through the direct current of the single phase inverters 31 and 32, and the electric power is supplied from the single phase inverter 32 to the T phase.

すなわちM相とT相との間で電力を融通することで、逆相電力成分のうち、M相有効電力成分およびT相有効電力成分を補償することができる。また、単相インバータ31,32が自励式インバータであるので、M相無効電力成分およびT相無効電力成分も補償することができる。この結果、逆相電力を補償することが可能となる。さらに、力率に応じて逆相電流の位相が様々に変化しても、M相−T相間で電力を融通することで有効電力成分を補償できる。また、単相インバータ31,32の各々で、M相無効電力成分およびT相無効成分を補償できる。   That is, by interchanging power between the M phase and the T phase, it is possible to compensate for the M phase active power component and the T phase active power component among the antiphase power components. Moreover, since the single-phase inverters 31 and 32 are self-excited inverters, the M-phase reactive power component and the T-phase reactive power component can also be compensated. As a result, it is possible to compensate for negative phase power. Furthermore, even if the phase of the reverse-phase current changes variously according to the power factor, the active power component can be compensated by accommodating power between the M phase and the T phase. Further, each of single-phase inverters 31 and 32 can compensate for the M-phase reactive power component and the T-phase reactive component.

以上のように、本発明によれば、直流側で互いに接続された2つの単相インバータをスコット結線変圧器の二次側(M相およびT相)の巻線に接続し、三相負荷電流の逆相成分をM相成分とT相成分とに分解する。そしてそのM相成分およびT相成分に従ってM相およびT相単相インバータ(31,32)の電流を制御する。これによって、三相逆相電流を補償することができる。   As described above, according to the present invention, two single-phase inverters connected to each other on the DC side are connected to the secondary-side (M-phase and T-phase) windings of the Scott connection transformer, and a three-phase load current is obtained. Are separated into an M-phase component and a T-phase component. Then, the currents of the M-phase and T-phase single-phase inverters (31, 32) are controlled according to the M-phase component and the T-phase component. As a result, the three-phase reverse phase current can be compensated.

なお、上記の実施の形態では、負荷の逆相電流をM相とT相とに分解してM相およびT相インバータを制御するものである。但し、逆相電流のM相成分とT相成分とは互いに直交し、かつその大きさが同じであるので、M相電流またはT相電流のいずれか1つを検出すれば、位相を90°ずらすことでもう一方の電流を検出することができる。したがって、M相およびT相単相インバータの電流を制御することが可能である。   In the above embodiment, the reverse phase current of the load is decomposed into the M phase and the T phase to control the M phase and T phase inverters. However, since the M-phase component and the T-phase component of the reverse-phase current are orthogonal to each other and have the same magnitude, if one of the M-phase current and the T-phase current is detected, the phase is 90 °. The other current can be detected by shifting. Therefore, it is possible to control the current of the M-phase and T-phase single-phase inverters.

また、逆相電流のM相成分とT相成分とは互いに直交してその大きさが同じであり、T相電流はV相逆相電流と同方向である。このため、T相電流を演算し、その後、そのT相電流の位相を90°ずらすことでM相電流を演算し、そのT相電流およびM相電流に従ってM相およびT相単相インバータの電流を制御してもよい。これによって、制御回路の構成を簡略化することができる。   Further, the M phase component and the T phase component of the negative phase current are orthogonal to each other and have the same magnitude, and the T phase current is in the same direction as the V phase negative phase current. Therefore, the T-phase current is calculated, and then the M-phase current is calculated by shifting the phase of the T-phase current by 90 °, and the currents of the M-phase and T-phase single-phase inverters according to the T-phase current and M-phase current. May be controlled. Thereby, the configuration of the control circuit can be simplified.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 三相交流電源、2 不平衡負荷、3,21 スコット結線変圧器、6 制御回路、8 降圧変圧器、22,23 単相負荷、31,32 単相インバータ、41 U相電流センサ、42 V相電流センサ、51 UV線間電圧センサ、52 VW線間電圧センサ、91,94 コンデンサ、92,95 高インピーダンス変圧器、93,96 サイリスタ電力変換器、100 不平衡補償装置。   1 Three-phase AC power supply, 2 Unbalanced load, 3,21 Scott connection transformer, 6 Control circuit, 8 Step-down transformer, 22, 23 Single-phase load, 31, 32 Single-phase inverter, 41 U-phase current sensor, 42 V Phase current sensor, 51 UV line voltage sensor, 52 VW line voltage sensor, 91,94 capacitor, 92,95 high impedance transformer, 93,96 thyristor power converter, 100 unbalance compensator.

Claims (4)

三相交流電源から第1〜第3の配線を介して負荷に電力を供給する三相電力供給システムに接続され、前記第1〜第3の配線に流れる不平衡電流を補償する不平衡補償装置であって、
三相交流電圧を受ける第1〜第3の1次側端子と、2つの単相交流電圧を受ける第1および第2の2次側端子とを含み、前記第1〜第3の1次側端子が前記第1〜第3の配線に接続されるスコット結線変圧器と、
それらの交流出力端子が前記第1および第2の2次側端子にそれぞれ接続され、それらの直流入力端子が互いに接続された第1および第2の単相インバータと、
前記第1および第2の単相インバータの電流を制御することにより、前記第1〜第3の配線にそれぞれ流れる第1〜第3の逆相電流を補償するための補償電流を調整する制御回路とを備える、不平衡補償装置。
An unbalance compensator that is connected to a three-phase power supply system that supplies power from a three-phase AC power source to the load via the first to third wirings and compensates for the unbalanced current flowing through the first to third wirings. Because
The first to third primary-side terminal for receiving three-phase AC voltage, and a first and second secondary terminals receiving the two single-phase AC voltage, the first to third primary-side a Scott connection transformer terminal Ru is connected to the first to third wirings,
These AC output terminal connected to said first and second secondary-side terminal, its first and second single-phase inverters these DC input terminals are connected to each other,
A control circuit for adjusting a compensation current for compensating the first to third reverse-phase currents flowing in the first to third wirings by controlling the currents of the first and second single-phase inverters , respectively. An unbalance compensation device comprising:
前記制御回路は、前記第1〜第3の逆相電流の各々をM相成分およびT相成分に分解することにより、前記補償電流を演算する、請求項1に記載の不平衡補償装置。 The unbalance compensation apparatus according to claim 1, wherein the control circuit calculates the compensation current by decomposing each of the first to third negative-phase currents into an M-phase component and a T-phase component. 前記第1および第2の単相インバータは、自励式インバータである、請求項2に記載の不平衡補償装置。   The unbalance compensation apparatus according to claim 2, wherein the first and second single-phase inverters are self-excited inverters. さらに、それぞれ前記第1および第2の配線に流れる電流を検出する第1および第2の電流センサと、And first and second current sensors for detecting currents flowing through the first and second wirings, respectively.
前記第1および第2の配線間の電圧を検出する第1の電圧センサと、A first voltage sensor for detecting a voltage between the first and second wirings;
前記第2および第3の配線間の電圧を検出する第2の電圧センサとを備え、A second voltage sensor for detecting a voltage between the second and third wirings,
前記制御回路は、前記第1および第2の電流センサと前記第1および第2の電圧センサの検出結果に基づいて前記第1および第2の単相インバータの電流を制御する、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の不平衡補償装置。The control circuit controls currents of the first and second single-phase inverters based on detection results of the first and second current sensors and the first and second voltage sensors. The unbalance compensator according to any one of claims 3 to 4.
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