JP6069165B2 - 不平衡補償装置 - Google Patents

不平衡補償装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6069165B2
JP6069165B2 JP2013219082A JP2013219082A JP6069165B2 JP 6069165 B2 JP6069165 B2 JP 6069165B2 JP 2013219082 A JP2013219082 A JP 2013219082A JP 2013219082 A JP2013219082 A JP 2013219082A JP 6069165 B2 JP6069165 B2 JP 6069165B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
transformer
current
power
load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013219082A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015082881A (ja
Inventor
泰久 堀田
泰久 堀田
伸三 玉井
伸三 玉井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority to JP2013219082A priority Critical patent/JP6069165B2/ja
Publication of JP2015082881A publication Critical patent/JP2015082881A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6069165B2 publication Critical patent/JP6069165B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/50Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

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。
負荷による三相不平衡電流を補償するための不平衡補償装置として、たとえば非特許文献1には、三相交流電源に対して不平衡負荷と並列に接続された電力変換装置が開示される。この非特許文献1では、一次側が三相交流電源に接続された降圧変圧器の二次側において、線間電UV相間および線間電圧VW相間の各々にコンデンサおよびサイリスタ制御式リアクトルからなる単相無効電力補償装置を配置する。これにより、負荷が発生する逆相電力を補償する。
しかしながら、上記の単相無効電力補償装置は、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一方で、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。
そこで、負荷電流の力率によらず逆相電力を補償可能な構成として、特許文献1には、三相交流電源からの三相交流を2つの単相交流に変換するスコット結線変圧器と、スコット結線変圧器の第1および第2の出力にそれぞれ接続され、その直流側を互いに接続した第1および第2のインバータと、第1および第2のインバータの電流を制御することにより、逆相電力を補償する制御回路とを備えた不平衡補償装置が開示されている。
特開2012−120334号公報
武政他、「パワーエレクトロニクスの応用と保守(6)静止形不平衡電力補償装置(SUC)」、「鉄道と電気技術」1996年8月号、VOL.7 No.8
上記の特許文献1に記載される不平衡補償装置によれば、力率が1と異なる負荷に対しても逆相電力をすべて補償することができる。しかしながら、その一方で、スコット結線変圧器の二次側に接続された2つの単相インバータの電流を制御するためには、三相負荷電力を2つの単相交流に変換するための演算処理(三相/二相変換処理)が必要となる。そのため、逆相電力補償のための制御ロジックが複雑化してしまい、制御回路の演算負荷が高くなる可能性がある。これにより、制御回路の高コスト化や、制御回路のスペック上制御周期を長くせざるを得なくなることによる制御精度の低下が懸念される。したがって、逆相電力補償のための制御ロジックを簡素に構築できることが求められる。
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、その目的は、簡易な構成で、逆相電力を補償可能な不平衡補償装置を提供することである。
この発明のある局面による不平衡補償装置は、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接続され、負荷による不平衡電流を補償する不平衡補償装置であって、三相交流電源からの三相交流を2つの単相交流に変換する第1の三相/二相変換変圧器と、第1の三相/二相変換変圧器の第1および第2の出力にそれぞれ接続され、その直流側を互いに接続した第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、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制御回路と、負荷電流を検出する計器用変流器と、負荷電圧を検出する計器用変圧器とを備える。計器用変流器および計器用変圧器の各々は、三相交流を2つの単相交流に変換する第2の三相/二相変換変圧器を含む。制御回路は、計器用変流器および計器用変圧器の出力に基づいて第1および第2の単相インバータの電流を制御する。
この発明によれば、簡易な構成で、逆相電力を補償可能な不平衡補償装置を実現できる。
この発明の実施の形態に係る三相電力供給システムの概略構成図である。 本発明の実施の形態による不平衡補償装置における逆相電力補償を説明する機能ブロック図である。
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、その説明を繰り返さない。
図1は、この発明の実施の形態に係る不平衡補償装置を適用した三相電力供給システムの概略構成図である。
図1を参照して、三相電力供給システムは、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は、三相交流電源1と、不平衡負荷2と、不平衡補償装置100とを備える。
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と、単相負荷22,23とを含む。単相負荷22,23は、例えば電車であり、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。
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、主変圧器(PT:Potential Transformer)41と、主変流器(CT:Current Transformer)51と、補助変圧器(補助PT)42と、補助変流器(補助CT)52とを備える。
スコット結線変圧器3は、三相/二相変換変圧器であり、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の各々は、GTOサイリスタ等の電力用半導体スイッチング素子によって構成され、制御回路6から各々に入力されるゲートパルス信号によって動作する。単相インバータ31,32の構成には公知の構成を適用できるので、ここでは詳細な説明を繰り返さない。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。
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、主変圧器41および主変流器51の検出値に基づいて行なわれる。制御回路6は、代表的には、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などのメモリ領域と、入出力インターフェイスとを主体として構成される。そして、制御回路6は、予めROMなどに格納されたプログラムをCPUがRAMに読み出して実行することによって、逆相電力補償に係る制御を実行する。
主変圧器41は、三相負荷電圧を検出する。補助変圧器42は、主変圧器41の二次側に設けられ、検出された三相負荷電圧を制御回路6での処理に適した電圧に変換して制御回路6へ出力する。主変圧器41および補助変圧器42は「計器用変圧器」を構成する。
主変流器51は、三相負荷電流を検出する。補助変流器52は、主変流器51の二次側に設けられ、検出された三相負荷電流を制御回路6での処理に適した電流に変換して制御回路6へ出力する。主変流器51および補助変流器52は「計器用変流器」を構成する。
補助変圧器42および補助変流器52の各々は、スコット結線変圧器により構成される。具体的には、補助変圧器42において、スコット結線変圧器は、主変圧器41からの三相交流電圧を2つの単相交流電圧(T座電圧VT、M座電圧VM)に変換する。補助変圧器42は、スコット結線変圧器により変換されたT座電圧VTおよびM座電圧VMを制御回路6へ出力する。
補助変流器52において、スコット結線変圧器は、主変流器51からの三相交流電流を2つの単相交流電流(T座電流IT、M座電流IM)に変換する。補助変流器52は、スコット結線変圧器により変換されたT座電流ITおよびM座電流IMを制御回路6へ出力する。
このような構成とすることにより、三相負荷電圧および三相負荷電流はそれぞれ、T座成分とM座成分とに分解されて制御回路6に与えられる。そして、制御回路6は、このT座成分およびM座成分に従って単相インバータ31,32の電流を制御する。
図2は、本発明の実施の形態による不平衡補償装置100における逆相電力補償を説明する機能ブロック図である。なお、図2に記載された各機能ブロックについては、予め設定されたプログラムに従って制御回路6がソフトウェア処理を実行することにより実現することができる。あるいは、制御回路6の内部に、当該機能ブロックに相当する機能を有する回路(ハードウェア)を構成することも可能である。
図2を参照して、制御回路6は、M座電力検出部61と、T座電力検出部62と、差電力検出部63と、不平衡電力制御部64と、PWM制御部65とを含む。
図1で示したように、補助変圧器42は、変圧器41からの三相負荷電圧を2つの単相交流電圧(T座電圧VT、M座電圧VM)に変換する。補助変流器52は、変流器51からの三相負荷電流を2つの単相交流電流(T座電流IT、M座電流IM)に変換する。
M座電力検出部61は、補助変圧器42からM座電圧VMを受け、補助変流器52からM座電流IMを受ける。M座電力検出部61は、M座電流IMを、M座電圧VMに平行な有効電力成分と、M座電圧VMに直交する無効電力成分とに分解する。そしてM座電力検出部61は、これらの算出値に基づいて、M座有効電力PMおよびM座無効電力QMを演算する。
T座電力検出部62は、補助変圧器42からT座電圧ITを受け、補助変流器52からT座電流ITを受ける。T座電力検出部62は、T座電流ITを、T座電圧VTに平行な有効電力成分と、T座電圧VTに直交する無効電力成分とに分解する。そしてT座電力検出部62は、これらの算出値に基づいて、T座有効電力PTおよびT座無効電力QTを演算する。
差電力検出部63は、M座電力検出部61からM座有効電力PMおよびM座無効電力QMを受け、T座電力検出部62からT座有効電力PTおよびT座無効電力QTを受ける。そして、差電力検出部63は、M座有効電力PMとT座有効電力との差電力ΔP(=|PM−PT|)と、M座無効電力QMとT座無効電力QTとの差電力ΔQ(=|QM−QT|)とを算出する。
不平衡電力制御部64は、差電力検出部63により算出された差電力ΔP,ΔQに基づいて、逆相電力の有効電力成分および無効電力成分を補償するための制御を行なう。具体的には、不平衡電力制御部64は、差電力ΔPに基づいて、M相有効電力PMとT相有効電力QMとが等しくなるようにM相とT相との間で融通させる有効電力の融通量を算出する。この有効電力融通量に基づいて、逆相電力のうち、M相有効電力成分およびT相有効電力成分を補償するように、単相インバータ31,32が制御される。不平衡電力制御部64は、算出された有効電力融通量に基づいて、M座の単相インバータ31の有効電力出力指令値およびT座の単相インバータ32の有効電力出力指令値を生成する。なお、M座の単相インバータ31の有効電力出力指令値と、T座の単相インバータ32の有効電力出力指令値とは、反対極性で絶対値が同一である。
不平衡電力制御部64はさらに、M座無効電力成分がゼロになるように、M座の単相インバータ31の無効電力出力指令値を生成する。また、不平衡電力制御部64は、T座無効電力成分がゼロになるように、T座の単相インバータ32の無効電力出力指令値を生成する。具体的には、不平衡電力制御部64は、M座の単相インバータ31およびT座の単相インバータ32が差電力ΔQの1/2をそれぞれ出力するように、各々の無効電力出力指令値を生成する。
不平衡電力制御部64は、M座の単相インバータ31の有効電力出力指令値および無効電力指令値に従って単相インバータ31の出力電流を制御するための電圧指令値VM*を生成する。また、不平衡電力制御部64は、T座の単相インバータ32の有効電力出力指令値および無効電力出力指令値に従って単相インバータ32の出力電流を制御するための電圧指令値VT*を生成する。
PWM(Pulse Width Modulation)制御部65は、電圧指令値VM*に基づいて、単相インバータ31を構成する電力用半導体スイッチング素子をPWM制御するためのゲートパルス信号を生成する。また、PWM制御部65は、電圧指令値VT*に基づいて、単相インバータ32を構成する電力用半導体スイッチング素子をPWM制御するためのゲートパルス信号を生成する。単相インバータ31,32の各々は、PWM制御部65から与えられるゲートパルス信号に応じて、スコット結線変圧器3およびコンデンサ33の間で電力変換動作を実行する。
このように、不平衡補償装置100は、負荷電流の逆相成分を補償するために、単相インバータ31,32の電流を制御する。この一連の制御において、スコット結線変圧器3の二次側が2つの単相交流電圧であるため、電圧指令値VM*,VT*の生成にあたっては、三相負荷電圧および三相負荷電流の各々を2つの単相交流に変換する必要がある。すなわち、三相負荷電圧および三相負荷電流の各々を2つの単相交流に変換するための演算処理(三相/二相変換処理)が必要となる。
本発明の実施の形態においては、三相負荷電圧を検出する「計器用変圧器」および三相負荷電流を検出する「計器用変流器」の各々にスコット結線変圧器を適用したことにより、上述した逆相電力補償の制御において、この三相/二相変換処理が不要となる。換言すれば、制御回路6におけるソフトウェア処理に含まれていた三相/二相変換処理を、計器用変圧器および計器用変流器に含まれるスコット結線変圧器を用いてハードウェア上で実行する。これにより、逆相電力補償のための制御ロジックが簡素化されるため、制御回路6における演算負荷を軽減できる。その結果、簡易な構成で逆相電力を補償することが可能となる。
なお、上記の実施の形態においては、不平衡補償装置が計器用変圧器(主変圧器41および補助変圧器42)および計器用変流器(主変流器51および補助変流器52)を備える構成について説明したが、不平衡補償装置が計器用変圧器および計器用変流器の検出値を受けて、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構成とすることも可能である。
また、上述した実施の形態では、三相/二相変換変圧器の一例として、スコット結線変圧器を用いた構成について説明したが、任意の形式の三相/二相変換変圧器をスコット結線変圧器に代えて適用することができる。
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。
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 主変圧器、42 補助変圧器、51 主変流器、52 補助変流器、100 不平衡補償装置。

Claims (4)

  1. 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接続され、前記負荷による不平衡電流を補償する不平衡補償装置であって、
    前記三相交流電源からの三相交流を2つの単相交流に変換する第1の三相/二相変換変圧器と、
    前記第1の三相/二相変換変圧器の第1および第2の出力にそれぞれ接続され、その直流側を互いに接続した第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、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制御回路と、
    前記負荷電流を検出する計器用変流器と、
    荷電圧を検出する計器用変圧器とを備え、
    前記計器用変流器および前記計器用変圧器の各々は、三相交流を2つの単相交流に変換する第2の三相/二相変換変圧器を含み、
    前記制御回路は、前記計器用変流器および前記計器用変圧器の出力に基づいて前記第1および第2の単相インバータの電流を制御する、不平衡補償装置。
  2. 前記計器用変流器は、前記負荷電流をM座成分およびT座成分に分解し、
    前記計器用変圧器は、前記負荷電圧をM座成分およびT座成分に分解し、
    前記制御回路は、前記負荷電流の逆相電流のM座成分およびT座成分に従って前記第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に記載の不平衡補償装置。
  3. 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。
  4. 前記計器用変流器は、前記負荷電流を検出する主変流器と、前記主変流器の二次側および前記制御回路の間に設けられた前記第2の三相/二相変換変圧器からなる補助変流器とを含み、
    前記計器用変圧器は、前記負荷電圧を検出する主変圧器と、前記主変圧器の二次側および前記制御回路の間に設けられた前記第2の三相/二相変換変圧器からなる補助変圧器とを含む、請求項1から3のいずれか1項に記載の不平衡補償装置。
JP2013219082A 2013-10-22 2013-10-22 不平衡補償装置 Active JP6069165B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013219082A JP6069165B2 (ja) 2013-10-22 2013-10-22 不平衡補償装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013219082A JP6069165B2 (ja) 2013-10-22 2013-10-22 不平衡補償装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015082881A JP2015082881A (ja) 2015-04-27
JP6069165B2 true JP6069165B2 (ja) 2017-02-01

Family

ID=53013244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013219082A Active JP6069165B2 (ja) 2013-10-22 2013-10-22 不平衡補償装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6069165B2 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105846453A (zh) * 2016-05-10 2016-08-10 北京泰豪电力科技有限公司 一种治理低压配电网三相负荷不平衡的方法
CN107069745B (zh) * 2016-09-12 2019-07-16 东北电力大学 一种新型无变压器式电能质量综合调节器控制方法
CN108725217B (zh) * 2017-04-13 2023-04-07 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种电力机车试验线平衡供电系统
CN109193709B (zh) * 2018-10-24 2022-05-20 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种10kV变220V的低压单相供电系统
CN109510221A (zh) * 2018-11-29 2019-03-22 国网安徽省电力有限公司滁州供电公司 基于用电信息采集系统的三相不平衡调整的装置及方法
CN112305361B (zh) * 2020-11-06 2024-08-27 江苏省电力试验研究院有限公司 一种温升试验三相不平衡电流补偿系统及控制方法
CN113315149B (zh) * 2021-05-28 2023-03-14 武汉大学 一种斯科特变压器及使用方法
CN116316712B (zh) * 2023-04-07 2024-02-09 国网江苏省电力有限公司南通市通州区供电分公司 一种基于用电特征的三相负载智能化协同调控方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001047894A (ja) * 1999-08-04 2001-02-20 Toshiba Corp 交流き電装置及び交流き電装置の制御方法
JP2004159416A (ja) * 2002-11-06 2004-06-03 Fuji Electric Systems Co Ltd 3相−2相変換装置用不平衡補償装置
JP5611009B2 (ja) * 2010-12-01 2014-10-22 東芝三菱電機産業システム株式会社 不平衡補償装置
JP6045792B2 (ja) * 2012-01-05 2016-12-14 株式会社東芝 インバータ制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015082881A (ja) 2015-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6069165B2 (ja) 不平衡補償装置
JP5822732B2 (ja) 3レベル電力変換装置
JP6509352B2 (ja) 電力変換装置
JP2010187431A (ja) 無停電電源装置
JP5192258B2 (ja) クランプ式電力変換装置
JP6730946B2 (ja) 電力変換器の制御装置
JP4783174B2 (ja) 電力変換装置
KR102337945B1 (ko) 전력 변환 장치
JP2011045210A (ja) 電力供給装置及び無効電力補償装置
JP5351390B2 (ja) 電力変換装置
KR20160053336A (ko) 3레벨 인버터 중성점 전압의 불균형을 제어하는 장치 및 방법
JP6834018B2 (ja) 電力変換装置
JP2010088162A (ja) インバータ装置
JP5490263B2 (ja) 電力変換装置
JP5115730B2 (ja) Pwmコンバータ装置
JP4844180B2 (ja) 電力変換器およびその制御方法
JP2017225214A (ja) 三相インバータの並列運転制御方法及び並列運転制御装置
JPH0515070A (ja) 並列運転制御装置
US20230188030A1 (en) Power conversion device and control device
JP2009153297A (ja) 自励式変換器の制御装置
JP2010110120A (ja) 交流電源システム
JP6392708B2 (ja) 自励式電力変換装置
JP6352848B2 (ja) 三相平衡装置
WO2018051433A1 (ja) 電力供給システム
US11855459B2 (en) Method for three-phase supply into an alternating voltage network, and three-phase inverter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160119

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160920

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161004

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161220

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6069165

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250