JP6093283B2 - 同期投入装置 - Google Patents

Description

この発明は、一次側が遮断器を介して三相交流電源に連系される三相／二相変換変圧器を、三相交流電源に同期投入するための同期投入装置に関する。

電鉄用電力補償装置（Railway Static Power Conditioner：以下、ＲＰＣとも称する）は、たとえば非特許文献１に開示されるように、変電所に設けられた三相／二相変換変圧器の二次側のＭ座およびＴ座の間に設置される。ＲＰＣは、直流側が互いに接続されて、交流側がＭ座およびＴ座にそれぞれ接続された２つの単相インバータを有している。ＲＰＣは、Ｍ座およびＴ座の間で有効電力を融通可能であるとともに、Ｍ座およびＴ座の各々での無効電力を補償可能な装置である。

三相／二相変換変圧器は、その一次側が遮断器を介して三相交流電源に接続されている。この遮断器を投入して変圧器を電力系統に連系させる場合、遮断器の投入時に過渡的に大きな電流（いわゆる励磁突入電流）が流れる虞がある。

このような遮断器投入時の励磁突入電流を抑制するための技術として、たとえば特開２００１−１３５２０４号公報（特許文献１）には、変圧器の一次側と遮断器との間に断路器および抵抗の直列回路を接続するとともに、この直列回路と並列にバイパス遮断器を接続した過渡電流防止装置を開示する。特許文献１では、最初に遮断器および断路器を投入することにより、遮断器、断路器および抵抗のルートで変圧器に電圧が印加される。これにより、励磁突入電流は抵抗によって制限されて低減する。そして、励磁突入電流時間が経過して定常状態の励磁電流になると、バイパス遮断器を投入する一方で、断路器を開放して負荷に電力を供給する。

特開２００１−１３５２０４号公報

兎束哲夫他：「新幹線用電圧変動補償装置の開発と実用化」、電学論Ｂ、２００５年１２５巻９号

しかしながら、上記の特許文献１に記載される技術によれば、励磁突入電流時間において、変圧器からの励磁突入電流が抵抗を経由して流れる。励磁突入電流を制限するためには抵抗値の大きい抵抗が必要となる。そのため、過渡電流防止装置の大型化や高コスト化が問題となっていた。したがって、遮断器投入時の励磁突入電流を制限するための仕組み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、三相／二相変換変圧器を三相交流電源に同期投入することができる同期投入装置を提供することである。

この発明のある局面によれば、同期投入装置は、一次側が遮断器を介して三相交流電源に連系され、かつ、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／二相変換変圧器を、三相交流電源に同期投入する。同期投入装置は、第１の三相／二相変換変圧器の二次側に接続され、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、三相交流電源の電圧を検出する計器用変圧器と、計器用変圧器の出力に応じて遮断器の投入を制御するための制御回路とを備える。計器用変圧器は、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第２の三相／二相変換変圧器を含む。制御回路は、第２の三相／二相変換変圧器の第１および第２の出力に応じて、第１の三相／二相変換変圧器を二次側から励磁させるように第１および第２の単相インバータの交流側出力を制御するための励磁手段と、第１の三相／二相変換変圧器の励磁状態において、第１の三相／二相変換変圧器の一次側電圧が三相交流電源の電圧に同期したときに、遮断器を投入するための遮断器制御手段とを含む。

この発明によれば、簡易な構成で、一次側が遮断器を介して三相交流電源に連系される三相／二相変換変圧器を、三相交流電源に同期投入することができる。

この発明の実施の形態１による同期投入装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態１による同期投入装置における同期投入制御を説明する機能ブロック図である。 図２の電圧指令生成部による電圧指令値の設定を説明する図である。 この発明の実施の形態１の変更例による同期投入装置における同期投入制御を説明する機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２による同期投入装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態２による同期投入装置における同期投入制御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。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による同期投入装置の概略構成図である。

図１を参照して、本実施の形態１による同期投入装置１は、三相交流電源１０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る。三相電力供給システムは、一次側が遮断器２０を介して三相交流電源１０に連系されるスコット結線変圧器ＴＲ１を備える。スコット結線変圧器ＴＲ１は、三相／二相変換変圧器であり、三相交流電源１０からの三相交流を２つの単相交流に変換する。

具体的には、スコット結線変圧器ＴＲ１は、Ｍ座およびＴ座から出力された２つの単相交流により、Ｍ座側き電線ＬＭおよびＴ座側き電線ＬＴにそれぞれき電する。列車１１０は、Ｍ座側き電線ＬＭおよびＴ座側き電線ＬＴから電力の供給を受けて走行する。

同期投入装置１は、このスコット結線変圧器ＴＲ１を、三相交流電源１０に同期投入するための装置である。同期投入装置１は、電鉄用電力補償装置（ＲＰＣ）１００に含まれる単相インバータ４０，４２の交流側出力を用いて、スコット結線変圧器ＴＲ１をその二次側から励磁する。そして、スコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧が三相交流電源１０の電圧に同期した状態において、遮断器２０を投入しスコット結線変圧器ＴＲ１を三相交流電源１０に連系させる。これにより、遮断器２０の投入時における励磁突入電流を抑制する。

具体的には、同期投入装置１は、ＲＰＣ１００と、主変圧器（ＰＴ：Potential Transformer）３０と、補助変圧器（補助ＰＴ）３２と、制御回路６０とを備える。

ＲＰＣ１００は、Ｍ座およびＴ座の有効電力が等しくなるように、Ｍ座およびＴ座の間で有効電力を融通する。さらにＲＰＣ１００は、Ｍ座の無効電力を打ち消すためにＭ座側に無効電力ＱＭを出力するとともに、Ｔ座の無効電力を打ち消すためにＴ座側に無効電力ＱＴを出力する。

ＲＰＣ１００は、単相インバータ４０，４２と、単相インバータ用変圧器４６，４８と、コンデンサ４４と、変流器（ＣＴ：Current Transformer）５０，５２とを含む。単相インバータ４０は、Ｍ座側き電線ＬＭの有効電力および無効電力を補償するための装置である。単相インバータ４２は、Ｔ座側き電線ＬＴの有効電力および無効電力を補償するための装置である。単相インバータ４０，４２の直流側は互いに接続される。単相インバータ４０，４２の直流側には、コンデンサ４４が接続される。単相インバータ４０の交流側は単相インバータ用変圧器４６を介してＭ座側き電線ＬＭに接続され、単相インバータ４２の交流側は単相インバータ用変圧器４８を介してＴ座側き電線ＬＴに接続される。

単相インバータ４０，４２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６０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４０，４２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。

単相インバータ用変圧器４６は、単相インバータ４０からの出力電圧を変圧してＭ座側き電線ＬＭに供給する。単相インバータ用変圧器４８は、単相インバータ４２からの出力電圧を変圧してＴ座側き電線ＬＴに供給する。

変流器５０は、単相インバータ４０の出力電流（以下、「Ｍ座電流」とも称する）ＩＭを検出する。変流器５２は、単相インバータ４２の出力電流（以下、「Ｔ座電流」とも称する）ＩＴを検出する。変流器５０，５２により検出された電流値ＩＭ，ＩＴは、制御回路６０へ出力される。

主変圧器３０は、三相交流電源１０の電圧を検出する。補助変圧器３２は、主変圧器３０１の二次側に設けられ、検出された三相交流電源１０の電圧を制御回路６０での処理に適した電圧に変換して制御回路６０へ出力する。

補助変圧器３２は、スコット結線変圧器ＴＲ２により構成される。具体的には、補助変圧器３２において、スコット結線変圧器ＴＲ２は、主変圧器３０からの三相交流電圧を２つの単相交流電圧（Ｍ座電圧ＶＭ、Ｔ座電圧ＶＴ）に変換する。補助変圧器３２は、スコット結線変圧器ＴＲ２により変換されたＭ座電圧ＶＭおよびＴ座電圧ＶＴを制御回路６０へ出力する。

すなわち、主変圧器３０および補助変圧器３２は、三相交流電源１０の電圧を検出する「計器用変圧器」を構成する。本発明の実施の形態１では、計器用変圧器は、三相交流電源１０の電圧を２つの単相交流電圧（Ｍ座電圧ＶＭ、Ｔ座電圧ＶＴ）に変換して制御回路６０に出力する。制御回路６０は、計器用変圧器からの２つの単相交流電圧に基づいて、スコット結線変圧器ＴＲ１の励磁および遮断器２０の投入を制御する。

制御回路６０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６０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、同期投入に係る制御を実行する。

図２は、この発明の実施の形態１による同期投入装置における同期投入制御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６０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６０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６０は、電圧指令生成部７０と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部７２と、判定部７４とを含む。

補助変圧器３２は、図１に示したように、スコット結線変圧器ＴＲ２により構成される。電圧指令生成部７０は、補助変圧器３２から２つの単相交流電圧（Ｍ座電圧ＶＭ、Ｔ座電圧ＶＴ）を受け、変流器５０，５２から単相インバータ４０，４２の出力電流（Ｍ座電流ＩＭ、Ｔ座電流ＩＴ）を受ける。そして、電圧指令生成部７０は、これらの入力された情報に基づいて、ＲＰＣ１００からＭ座側き電線ＬＭおよびＴ座側き電線ＬＴに出力すべき単相交流電圧を指令するための電圧指令値（ＶＭ＊，ＶＴ＊）を生成する。

具体的には、電圧指令生成部７０は、単相インバータ４０から単相インバータ用変圧器４６を介してＭ座側き電線ＬＭに出力されるＭ座電圧ＶＭを、補助変圧器３２からのＭ座電圧ＶＭに同期させるためのＭ座電圧指令値ＶＭ＊を生成する。また、電圧指令生成部７０は、単相インバータ４２から単相インバータ用変圧器４８を介してＴ座側き電線ＬＴに出力されるＴ座電圧ＶＴを、補助変圧器３２からのＴ座電圧ＶＴに同期させるためのＴ座電圧指令値ＶＴ＊を生成する。

図３を用いて、電圧指令生成部７０による電圧指令値の設定を詳細に説明する。
スコット結線変圧器ＴＲ１を起動する際、制御回路６０は、単相インバータ４０，４２の出力電圧の振幅を０から徐々に増加させるソフトスタート動作を行なう。これにより、スコット結線変圧器ＴＲ１を徐々に励磁させる。図３には、電圧指令生成部７０により生成される電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊、および単相インバータ４０，４２の出力電流ＩＭ，ＩＴの時間的変化を例示する。

電圧指令生成部７０は、単相インバータ４０，４２の運転が開始すると、電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊の振幅を０から基準電圧Ｖｒｅｆの振幅まで一定速度で増加させる。なお、基準電圧Ｖｒｅｆは、三相交流電源１０の電圧をスコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧に換算した値に予め設定されている。これにより、単相インバータ４０，４２の出力電圧ＶＭ，ＶＴの振幅を０から基準電圧Ｖｒｅｆの振幅まで徐々に増加させる。

このソフトスタート動作時において、電圧指令生成部７０は、変流器５０，５２により検出される単相インバータ４０，４２の出力電流ＩＭ，ＩＴに応じて、電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊の上昇速度を調整する。具体的には、単相インバータ４０，４２の出力電流ＩＭ，ＩＴは出力電圧ＶＭ，ＶＴの振幅の変化に応じて変動する。電圧指令生成部７０は、出力電流ＩＭ，ＩＴが単相インバータ４０，４２に流すことのできる許容電流Ｉｔｈに達した場合は、電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊の上昇速度を小さくし、出力電流ＩＭ，ＩＴが許容電流Ｉｔｈよりも小さくなるのを待つ。そして、出力電流ＩＭ，ＩＴが許容電流Ｉｔｈよりも低下した場合は、電圧指令生成部７０は、電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊を元の上昇速度で上昇させる。このように、出力電流ＩＭ，ＩＴに応じて電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊の上昇速度の増減を繰り返すことにより、単相インバータ４０，４２に過電流が流れるのを防止しながら、スコット結線変圧器ＴＲ１を迅速に励磁することができる。

なお、図３では、出力電流ＩＭ、ＩＴが許容電流Ｉｔｈを達した場合に電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊の上昇速度を小さくする構成を例示したが、出力電流ＩＭ，ＩＴが許容電流Ｉｔｈを達した場合に電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊の上昇を一旦停止させる構成を採用してもよい。このとき、電圧指令生成部７０は、出力電流ＩＭ，ＩＴが許容電流Ｉｔｈより小さくなるのを待つとともに、出力電流ＩＭ，ＩＴが許容電流Ｉｔｈより低下した場合には電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊を再び上昇させる。すなわち、電圧指令生成部７０は、単相インバータ４０，４２の出力電流ＩＭ，ＩＴが許容電流Ｉｔｈを超えないように、出力電流ＩＭ，ＩＴに応じて電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊を上昇させたり、その上昇を一旦停止することを繰り返す。

再び図２を参照して、電圧指令生成部７０は、生成した電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊をＰＷＭ制御部７２へ出力するとともに、判定部７４へ出力する。

ＰＷＭ制御部７２は、Ｍ座電圧指令値ＶＭ＊に基づいて、単相インバータ４０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７２は、Ｔ座電圧指令値ＶＴ＊に基づいて、単相インバータ４２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４０，４２の各々は、ＰＷＭ制御部７２から与えられるゲートパルス信号に応じて、コンデンサ４４からの直流電力を交流電力に変換する。単相インバータ用変圧器４６は、単相インバータ４０からの出力電圧を変圧してＭ座き電線ＬＭに出力する。単相インバータ用変圧器４８は、単相インバータ４２からの出力電圧を変圧してＴ座き電線ＬＴに出力する。これにより、スコット結線変圧器ＴＲ１が励磁され、その一次側には単相インバータ４０，４２の交流側出力をスコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧に換算した電圧が現れる。

このように、電圧指令生成部７０およびＰＷＭ制御部７２は、補助変圧器３２により三相／二相変換された三相交流電源１０の電圧ＶＭ，ＶＴに基づいて、スコット結線変圧器ＴＲ１の励磁を制御する。すなわち、電圧指令生成部７０およびＰＷＭ制御部７２は「励磁手段」に対応する。

判定部７４は、スコット結線変圧器ＴＲ１の励磁状態において、スコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧が三相交流電源１０の電圧に同期したか否かを判定する。具体的には、判定部７４は、ＲＰＣ１００からＭ座き電線ＬＭおよびＴ座き電線ＬＴに出力される電圧（スコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧に相当）ＶＭ，ＶＴが、三相交流電源１０の電圧のスコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧への換算値に同期したか否かを判定する。

具体的には、判定部７４は、比較器８０，８２，８４，８６と、論理積回路８８とを含む。比較器８０は、変流器５０により検出される単相インバータ４０の出力電流（Ｍ座電流）ＩＭと、許容電流Ｉｔｈとを比較する。比較器８０は、Ｍ座電流ＩＭが許容電流Ｉｔｈ以下となるときに出力信号をＨ（論理ハイ）レベルに設定する一方で、Ｍ座電流ＩＭが許容電流Ｉｔｈより大きいときに出力信号をＬ（論理ロー）レベルに設定する。

比較器８２は、変流器５２により検出される単相インバータ４２の出力電流（Ｔ座電流）ＩＴと、許容電流Ｉｔｈとを比較する。比較器８２は、Ｔ座電流ＩＴが許容電流Ｉｔｈ以下となるときに出力信号をＨレベルに設定する一方で、Ｔ座電流ＩＴが許容電流Ｉｔｈより大きいときに出力信号をＬレベルに設定する。

比較器８４は、電圧指令生成部７０からのＭ座電圧指令値ＶＭ＊と、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。比較器８４は、Ｍ座電圧指令値ＶＭ＊と基準電圧Ｖｒｅｆとの偏差が判定値ΔＶｔｈ以下であるときに出力信号をＨレベルに設定する一方で、Ｍ座電圧指令値ＶＭ＊と基準電圧Ｖｒｅｆとの偏差が判定値ΔＶｔｈより大きいときに出力信号をＬレベルに設定する。

比較器８６は、電圧指令生成部７０からのＴ座電圧指令値ＶＴ＊と、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。比較器８６は、Ｔ座電圧指令値ＶＴ＊と基準電圧Ｖｒｅｆとの偏差が判定値ΔＶｔｈ以下であるときに出力信号をＨレベルに設定する一方で、Ｔ座電圧指令値ＶＴ＊と基準電圧Ｖｒｅｆとの偏差が判定値ΔＶｔｈより大きいときに出力信号をＬレベルに設定する。

なお、比較部８４，８６における判定値ΔＶｔｈは、電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊と基準電圧Ｖｒｅｆとが同一の振幅および位相となった同期状態であるか否かを判別するための閾値である。

比較器８４は、Ｍ座電圧指令値ＶＭ＊が基準電圧Ｖｒｅｆに同期したとき、Ｍ座き電線ＬＭの電圧ＶＭが三相交流電源１０の電圧のスコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧への換算値に同期したと判定する。比較器８６は、Ｔ座電圧指令値ＶＴ＊が基準電圧Ｖｒｅｆに同期したとき、Ｔ座き電線ＬＴの電圧ＶＴが三相交流電源１０の電圧のスコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧への換算値に同期したと判定する。

論理積回路８８は、比較器８０，８２，８４，８６の間の出力信号の論理積演算結果を、遮断器２０の投入指令として出力する。具体的には、単相インバータ４０，４２の出力電流ＩＭ，ＩＴが許容電流Ｉｔｈ以下であって、かつ、Ｍ座側き電線ＬＭの電圧ＶＭおよびＴ座側き電線ＬＴの電圧ＶＴと三相交流電源１０の電圧のスコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧への換算値とが同期したときに、論理積回路８８は、比較器８０，８２，８４，８８の各々からＨレベルの信号を受ける。したがって、論理積回路８８は、Ｈレベルに活性化された投入指令を生成して遮断器２０へ出力する。投入指令に従って遮断器２０が投入されることにより、スコット結線変圧器ＴＲ１が三相交流電源１０に連系される。

一方、単相インバータ４０，４２の出力電流ＩＭ，ＩＴが許容電流Ｉｔｈより大きいとき、または、Ｍ座側き電線ＬＭの電圧ＶＭおよびＴ座側き電線ＬＴの電圧ＶＴと三相交流電源１０の電圧のスコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧への換算値とが同期していないときには、論理積回路８８は、比較器８０，８２，８４，８８の少なくとも１つからＬレベルの信号を受ける。したがって、論理積回路８８は、Ｌレベルに非活性化された投入指令を生成して遮断器２０へ出力する。よって、スコット結線変圧器ＴＲ１は三相交流電源１０に連系されない。すなわち、判定部７４は「遮断器制御手段」に対応する。

なお、判定部７４において、単相インバータ４０，４２の出力電流ＩＭ，ＩＴが許容電流Ｉｔｈより大きいときに投入指令を非活性化させることとしたのは、遮断器２０の投入時に単相インバータ４０，４２に許容電流Ｉｔｈを上回る電流が流れるのを防止するためである。

このように、同期投入装置１は、スコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧が三相交流電源１０の電圧に同期した状態とするために、単相インバータ４０，４２の交流側出力を用いて、スコット結線変圧器ＴＲ１をその二次側から励磁する。そして、スコット結線変圧器ＴＲ１の励磁状態において、スコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧と三相交流電源１０の電圧のスコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧への換算値との同期判定を行ない、その判定結果に基づいて遮断器２０を投入する。このような一連の制御において、スコット結線変圧器ＴＲ１は二次側が２つの単相交流電圧であるため、電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊の生成および同期の判定にあたっては、三相交流電圧１０の電圧をスコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧に換算する必要がある。すなわち、三相交流電圧１０の電圧を２つの単相交流電圧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。

本実施の形態１では、三相交流電源１０の電圧を検出する「計器用変圧器」にスコット結線変圧器ＴＲ２を適用したことにより、図２に示した同期投入制御において、この三相／二相変換を行なうための演算処理が不要となる。換言すれば、制御回路６０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、計器用変圧器に含まれるスコット結線変圧器ＴＲ２を用いてハードウェア上で実行する。これにより、同期投入のための制御ロジックが簡素化されるため、制御回路６０における演算負荷を軽減できる。その結果、簡易な構成でスコット結線変圧器ＴＲ１を三相交流電源１０に同期投入することが可能となる。

（変更例）
上記の実施の形態１では、制御回路６０における判定部７４を、電圧指令生成部７０により生成された電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊と予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する構成とした。

しかしながら、三相交流電源１０の電圧は三相交流電源１０から電力供給を受ける負荷の大きさに応じて変動するため、実際に遮断器２０を投入したときのスコット結線変圧器ＴＲ１の二次側電圧が、予め定められた基準電圧Ｖｒｅｆと異なる場合が生じる。このような場合、同期投入制御によっても励磁突入電流を十分に抑制できない可能性がある。

したがって、本変更例では、三相交流電源１０の電圧変動を同期投入制御に反映させる。これにより、励磁突入電流をより確実に抑制する。なお、本変更例による同期投入装置は、制御回路６０の制御構造を除いて、図１に示す同期投入装置１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

図４は、この発明の実施の形態１の変更例による同期投入装置における同期投入制御を説明する機能ブロック図である。

図４を参照して、制御回路６０Ａにおける制御構造は、図２に示す制御回路６０の制御構造において、判定部７４に代えて、判定部７６を設けたものである。判定部７６は、判定部７４と比較して、比較器８４，８６に代えて、比較器８４Ａ，８６Ａを含む点で異なる。

比較器８４Ａは、電圧指令生成部７０からのＭ座電圧指令値ＶＭ＊と、補助変圧器３２からのＭ座電圧ＶＭとを比較する。比較器８４Ａは、Ｍ座電圧指令値ＶＭ＊とＭ座電圧ＶＭとの偏差が判定値ΔＶｔｈ以下であるときに出力信号をＨレベルに設定する一方で、Ｍ座電圧指令値ＶＭ＊とＭ座電圧ＶＭとの偏差が判定値ΔＶｔｈより大きいときに出力信号をＬレベルに設定する。

比較器８６Ａは、電圧指令生成部７０からのＴ座電圧指令値ＶＴ＊と、補助変圧器３２からのＴ座電圧ＶＴとを比較する。比較器８６Ａは、Ｔ座電圧指令値ＶＴ＊とＴ座電圧ＶＴとの偏差が判定値ΔＶｔｈ以下であるときに出力信号をＨレベルに設定する一方で、Ｔ座電圧指令値ＶＴ＊とＴ座電圧ＶＴとの偏差が判定値ΔＶｔｈより大きいときに出力信号をＬレベルに設定する。

すなわち、比較部８４Ａは、Ｍ座電圧指令値ＶＭ＊が補助変圧器３２からのＭ座電圧ＶＭに同期したときに、Ｍ座き電線ＬＭの電圧ＶＭが三相交流電源１０の電圧を三相／二相変換したＭ座電圧ＶＭに同期したと判定する。比較器８６Ａは、Ｔ座電圧指令値ＶＴ＊が補助変圧器３２からのＴ座電圧ＶＴに同期したときに、Ｔ座き電線ＬＴの電圧ＶＴが三相交流電源１０の電圧を三相／二相変換したＴ座電圧に同期したと判定する。

本変更例では、三相交流電源１０の電圧変動を受けて補助変圧器３２から比較部８４Ａ，８６Ａに入力される２つの単相交流電圧ＶＭ，ＶＴも変動する。このように、同期判定基準となる２つの単相交流電圧ＶＭ，ＶＴに三相交流電源１０の電圧変動が反映されるため、比較部８４Ａ，８６Ａは、三相交流電源１０の電圧変動に影響されず、安定して同期判定を行なうことができる。この結果、同期投入制御の精度をより向上することが可能となる。

［実施の形態２］
上述の実施の形態１による同期投入装置１では、三相交流電源１０の電圧に基づいて電圧指令生成部７０により生成される電圧指令値ＶＭ＊，ＶＴ＊と、基準電圧Ｖｒｅｆ（または補助変圧器３２の出力電圧ＶＭ，ＶＴ）とを比較することにより、スコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧が三相交流電源１０の電圧に同期したか否かを判定する構成について説明した。

この発明の実施の形態２では、励磁状態のスコット結線変圧器ＴＲ１の一次側に実際に出力される電圧を用いて同期を判定する構成について説明する。なお、本発明の実施の形態２による同期投入装置１Ｂにおいて、ＲＰＣ１０２の構成は、制御回路６０での制御構造を除いて、図１に示すＲＰＣ１００と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

図５は、この発明の実施の形態２による同期投入装置の概略構成図である。
図５を参照して、同期投入装置１Ｂは、図１に示す同期投入装置１に対して、主変圧器３４および補助変圧器３６をさらに設けたものである。

主変圧器３４は、スコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧を検出する。補助変圧器３６は、主変圧器３４の二次側に設けられ、検出されたスコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧を制御回路６２での処理に適した電圧に変換して制御回路６２へ出力する。

補助変圧器３６は、スコット結線変圧器ＴＲ３により構成される。スコット結線変圧器ＴＲ３は、主変圧器３４からのスコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧を２つの単相交流電圧（Ｍ座電圧ＶＭ，Ｔ座電圧ＶＴ）に変換する。補助変圧器３６は、スコット結線変圧器ＴＲ３により変換されたＭ座電圧ＶＭおよびＴ座電圧ＶＴを制御回路６２へ出力する。

図６は、この発明の実施の形態２による同期投入装置における同期投入制御を説明する機能ブロック図である。

図６を参照して、制御回路６２における制御構造は、図２に示す制御回路６０の制御構造において、判定部７４に代えて、判定部７８を含む点で異なる。

判定部７８は、補助変圧器３２（スコット結線変圧器ＴＲ２）により三相／二相変換された三相交流電源１０の電圧ＶＭ，ＶＴを受け、補助変圧器３４（スコット結線変圧器ＴＲ３）により三相／二相変換されたスコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧ＶＭ，ＶＴを受ける。そして、判定部７８は、これら２つの補助変圧器３２，３６からの電圧を比較することにより、スコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧が三相交流電源１０の電圧に同期しているか否かを判定する。

具体的には、判定部７８は、比較部９０，９２と、論理積回路９４とを含む。比較部９０は、補助変圧器３２からのＭ座電圧ＶＭと、補助変圧器３６からのＭ座電圧ＶＭとを比較する。比較部９０は、これら２つのＭ座電圧の偏差が判定値ΔＶｔｈ１以下であるときに出力信号をＨレベルに設定する一方で、当該偏差が判定値ΔＶｔｈ１より大きいときに出力信号をＬレベルに設定する。

比較部９２は、補助変圧器３２からのＴ座電圧ＶＴと、補助変圧器３６からのＴ座電圧ＶＴとを比較する。比較部９２は、これら２つのＴ座電圧の偏差が判定値ΔＶｔｈ１以下であるときに出力信号をＨレベルに設定する一方で、当該偏差が判定値ΔＶｔｈ１より大きいときに出力信号をＬレベルに設定する。なお、比較部９０，９２における判定値ΔＶｔｈ１は、補助変圧器３２の出力電圧と補助変圧器３４の出力電圧とが同期状態であるか否かを判別するための閾値である。

論理積回路９４は、比較器９０，９２の出力信号の論理積演算結果を、遮断器２０の投入指令として出力する。具体的には、スコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧と三相交流電源１０の電圧とが同期したときには、論理積回路９４は、比較器９０，９２の各々からＨレベルの信号を受ける。したがって、論理積回路９４は、Ｈレベルに活性化された投入指令を生成して遮断器２０へ出力する。投入指令に従って遮断器２０が投入されることにより、スコット結線変圧器ＴＲ１が三相交流電源１０に連系される。

一方、スコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧と三相交流電源１０の電圧とが同期していないときには、論理積回路９４は、比較器９０，９２の少なくとも１つからＬレベルの信号を受ける。したがって、論理積回路９４は、Ｌレベルに非活性化された投入指令を生成して遮断器２０へ出力する。よって、スコット結線変圧器ＴＲ１は三相交流電源１０に連系されない。すなわち、判定部７８は「遮断器制御手段」に対応する。

この発明の実施の形態２によれば、三相交流電源１０の電圧とスコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧との同期を判定する構成において、三相交流電源１０の電圧を検出する計器用変圧器およびスコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧を検出する計器用変圧器にスコット結線変圧器ＴＲを適用したことにより、図６に示した同期投入制御において、三相／二相変換を行なうための演算処理が不要となるため、上述の本発明の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

さらに、この発明の実施の形態２によれば、三相交流電源１０の電圧の実測値とスコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧の実測値とを比較するため、三相交流電源１０の電圧変動およびスコット結線変圧器ＴＲ１の一次側電圧の変動に影響されず、安定した同期投入制御を行なうことができる。

なお、上述した実施の形態１および２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。

１，１Ｂ 同期投入装置、１０ 三相交流電源、２０ 遮断器、３０ 主変圧器、３２ 補助変圧器、４０，４２ 単相インバータ、４４ コンデンサ、４６，４８ 変圧器、５０，５２ 変流器、６０，６０Ａ，６２ 制御回路、７０ 電圧指令生成部、７２ ＰＷＭ制御部、７４，７６，７８ 判定部、８０，８２，８４，８４Ａ，８６，８６Ａ，９０，９２ 比較部、８８，９４ 論理積回路、１００，１０２ ＲＰＣ、１１０ 列車、ＴＲ１〜ＴＲ３ スコット結線変圧器、ＬＭ Ｍ座側き電線、ＬＴ Ｔ座側き電線。

Claims (6)

1. 一次側が遮断器を介して三相交流電源に連系され、かつ、前記三相交流電源からの三相交流を、二次側として２つの単相交流に変換するスコット結線変圧器である第１の三相／二相変換変圧器を、前記三相交流電源に同期投入するための同期投入装置であって、
   前記第１の三相／二相変換変圧器の２つの二次側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、
   前記三相交流電源の電圧を検出する計器用変圧器と、
   前記計器用変圧器の出力に応じて前記遮断器の投入を制御するための制御回路とを備え、
   前記計器用変圧器は、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スコット結線変圧器である第２の三相／二相変換変圧器を含み、
   前記制御回路は、
   前記第２の三相／二相変換変圧器により変換された前記２つの単相交流である第１および第２の出力に応じて、前記第１の三相／二相変換変圧器を二次側から励磁させるように前記第１および第２の単相インバータの交流側出力を制御するための励磁手段と、
   前記第１の三相／二相変換変圧器の励磁状態において、前記第１の三相／二相変換変圧器の一次側電圧が前記三相交流電源の電圧に同期したときに、前記遮断器を投入するための遮断器制御手段とを含む、同期投入装置。
2. 前記遮断器制御手段は、少なくとも前記第２の三相／二相変換変圧器の第１および第２の出力を用いて、前記第１の三相／二相変換変圧器の一次側電圧が前記三相交流電源の電圧に同期しているか否かを判定する、請求項１に記載の同期投入装置。
3. 前記遮断器制御手段は、前記第２の三相／二相変換変圧器の第１および第２の出力と、前記第１および第２の単相インバータの交流側出力とを比較することにより、前記第１の三相／二相変換変圧器の一次側電圧が前記三相交流電源の電圧に同期しているか否かを判定する、請求項２に記載の同期投入装置。
4. 前記励磁手段は、前記第１および第２の単相インバータの出力電流が許容電流を超えない範囲で、前記第２の三相／二相変換変圧器の第１および第２の出力に応じて前記第１および第２の単相インバータの交流側出力を制御し、
   前記遮断器制御手段は、前記第１の三相／二相変換変圧器の一次側電圧が前記三相交流電源の電圧に同期したときであって、かつ、前記第１および第２の単相インバータの出力電流が前記許容電流以下であるときに、前記遮断器を投入する、請求項１から３のいずれか１項に記載の同期投入装置。
5. 前記第１の三相／二相変換変圧器の一次側に接続され、前記第１の三相／二相変換変圧器の一次側電圧を、二次側として２つの単相交流に変換するスコット結線変圧器である第３の三相／二相変換変圧器をさらに備え、
   前記遮断器制御手段は、前記第１の三相／二相変換変圧器の励磁状態において、前記第３の三相／二相変換変圧器により変換された前記２つの単相交流である第１および第２の出力と、前記第２の三相／二相変換変圧器の第１および第２の出力とが同期したときに、前記遮断器を投入する、請求項１に記載の同期投入装置。
6. 前記計器用変圧器は、
   前記三相交流電源の電圧を検出する主変圧器と、
   前記主変圧器の二次側に設けられ、前記第２の三相／二相変換変圧器により構成された補助変圧器とを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の同期投入装置。

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