JP6430230B2 - Power converter and control method of power converter - Google Patents

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本発明は,電力変換装置及び電力変換装置の制御方法に関し,特に,スイッチング素子とエネルギー貯蔵素子を備えた単位変換器を1つまたは複数直列接続して構成したアームと変圧器からなる交流−直流電力変換装置における変圧器の励磁電流の検出に好適な電力変換装置及び電力変換装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a power converter and a method for controlling the power converter, and more particularly to an AC-DC comprising an arm and a transformer configured by connecting one or more unit converters each having a switching element and an energy storage element in series. The present invention relates to a power converter suitable for detecting an exciting current of a transformer in a power converter and a method for controlling the power converter.

直流送電等に用いられる高圧で直流と交流を相互に変換する技術として単位変換器を直列に接続するMMCC(modular multilevel converter)が知られている。このMMCC技術として,MMCC−DSCC(modular multilevel converter based on double-star chopper cells)は,正弦波に近いマルチレベル波形,かつ,IGBT(insulated-gate bipolar transistor)等のスイッチング素子の耐圧以上の高電圧を直接出力できる交直電力変換回路である。このような技術は例えば非特許文献1に記載されている。
MMCC−DSCCでは,各相に2つのバッファリアクトルが必要であるので,MMCC−DSCCで必要であったバッファリアクトルを不要とする交直電力変換回路として,スイッチング素子とエネルギー貯蔵素子を備えた単位変換器を1つまたは複数直列接続して構成したアームを,変圧器の巻線と直列接続して動作する。
この技術では,電力変換装置を用いて交流−直流電力変換を行う場合,直流電力を授受するため直流電流を前記変圧器の2次巻線(アームを接続している巻線)に流す。一般的に,変圧器に直流電流を流すと,変圧器の鉄心に直流磁束が発生する。これを直流偏磁と称する。直流偏磁が過大である場合,磁束密度が鉄心の飽和磁束密度を超え,変圧器の正常な動作を阻害してしまう。
An MMCC (modular multilevel converter) in which unit converters are connected in series is known as a technology for mutually converting direct current and alternating current at a high voltage used for direct current power transmission and the like. As this MMCC technology, MMCC-DSCC (modular multilevel converter based on double-star chopper cells) is a multi-level waveform close to a sine wave and a high voltage higher than the breakdown voltage of a switching element such as an IGBT (insulated-gate bipolar transistor). Is an AC / DC power conversion circuit that can directly output. Such a technique is described in Non-Patent Document 1, for example.
In MMCC-DSCC, two buffer reactors are required for each phase. Therefore, a unit converter provided with a switching element and an energy storage element as an AC / DC power conversion circuit that does not require the buffer reactor required in MMCC-DSCC. An arm constructed by connecting one or more in series with the winding of the transformer operates in series.
In this technique, when AC-DC power conversion is performed using a power converter, a DC current is passed through the secondary winding (winding connected to the arm) of the transformer in order to exchange DC power. Generally, when a direct current is passed through a transformer, a direct current magnetic flux is generated in the iron core of the transformer. This is referred to as DC bias. If the DC bias is excessive, the magnetic flux density will exceed the saturation magnetic flux density of the iron core, impeding normal operation of the transformer.

そのため,前記変圧器の2次巻線を正側2次巻線と負側2次巻線の2つに分割している。前記の直流電流に起因して,正側2次巻線と負側2次巻線に直流起磁力が発生するが,正側2次巻線と負側2次巻線は鉄心に対して逆向きに巻回されているため,直流起磁力を互いにキャンセルする。したがって,直流電力を授受するための直流電流に起因する直流磁束は変圧器鉄心に発生しない。結果として,直流偏磁を引き起こすことなく,交直電力変換が可能となる。このような技術は例えば特許文献1に記載されている。 Therefore, the secondary winding of the transformer is divided into two, a positive secondary winding and a negative secondary winding. Due to the DC current, a DC magnetomotive force is generated in the positive secondary winding and the negative secondary winding, but the positive secondary winding and the negative secondary winding are opposite to the iron core. Since they are wound in the directions, the DC magnetomotive forces cancel each other. Therefore, the DC magnetic flux caused by the DC current for transmitting / receiving DC power is not generated in the transformer core. As a result, AC / DC power conversion is possible without causing DC bias. Such a technique is described in Patent Document 1, for example.

特開2013−099054号公報JP 2013-099054 A

H. Akagi, “Classification, terminology, and application of the modular multilevel cascade converter (MMCC),” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 11, Nov. 2011, pp. 3119-3129.H. Akagi, “Classification, terminology, and application of the modular multilevel cascade converter (MMCC),” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 11, Nov. 2011, pp. 3119-3129.

上記従来技術において,部品のバラツキ,IGBTのオン・オフ制御タイミングのバラツキ,電流・電圧センサ等のオフセット誤差等に起因して,変圧器の励磁電流に直流成分が発生する,すなわち直流偏磁が発生する恐れがある。 In the above-described prior art, a DC component is generated in the excitation current of the transformer due to component variations, IGBT on / off control timing variations, offset errors of current / voltage sensors, etc. May occur.

励磁電流の直流成分は,以上の説明で言及した「直流電力を授受するための直流電流」とは異なり,正側2次巻線と負側2次巻線によってその起磁力がキャンセルされるものではない。直流偏磁が過大になると,やはり変圧器の正常な動作を阻害してしまう。 The direct current component of the excitation current is different from the “direct current for transmitting and receiving DC power” mentioned in the above explanation, and its magnetomotive force is canceled by the positive secondary winding and the negative secondary winding. is not. If the DC bias becomes excessive, it will also hinder the normal operation of the transformer.

変圧器の直流偏磁を検知するためには,「励磁電流の直流成分」を「直流電力を授受するための直流電流」から分離して検出しなければならない。 In order to detect the DC bias of the transformer, the “DC component of the excitation current” must be detected separately from the “DC current for transmitting and receiving DC power”.

本発明の目的は,上記の問題に鑑みたもので,励磁電流の直流成分の検出が可能な電力変換装置及び電力変換装置の制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power converter capable of detecting a DC component of an exciting current and a method for controlling the power converter in view of the above problems.

上記の目的を達成するために,本発明は,一方次側の巻線に流れる電流を一方の電流検出手段に通し,2つの他方次側の巻線に流れる2つの電流を他方の電流検出手段に,互いの直流電流が逆方向に流れるように通し,一方と他方の電流検出手段の出力を相毎に1つの検出抵抗器に接続するように構成した。
或いは,一方次側の巻線に流れる電流を一方の電流検出手段に通し,2つの他方次側の巻線に流れる2つの電流を他方の電流検出手段に,互いの直流電流が逆方向に流れるように通し,一方と他方の電流検出手段の出力にそれぞれアナログ−ディジタル変換手段を設け,アナログ−ディジタル変換手段の出力ディジタル信号を減算する機能を備える。
或いは,一方次側の巻線に流れる電流を第1の電流検出手段に通し,2つの他方次側の巻線に流れる電流をそれぞれ第2,第3の電流検出手段に通し,第1〜3の電流検出手段を1つの検出抵抗器に接続するように構成した。
或いは,一方次側の巻線に流れる電流を第1の電流検出手段に通し,2つの他方次側の巻線に流れる電流をそれぞれ第2,第3の電流検出手段に通し,第1〜3の電流検出手段の出力にそれぞれアナログ−ディジタル変換手段を設け,アナログ−ディジタル変換手段の出力ディジタル信号を加算あるいは減算する機能を備えた。
或いは,第1の他方側次巻線に流れる電流の電流値と,第2の他方次側巻線に流れる電流の電流値と,一方側次巻線に流れる電流の電流値に基づいて変圧器の励磁電流の直流成分を検出するように構成した。
In order to achieve the above object, the present invention passes the current flowing in the primary winding through one current detection means and the two currents flowing in the two other windings as the other current detection means. In addition, it is configured such that the direct currents flow in opposite directions, and the outputs of one and the other current detection means are connected to one detection resistor for each phase.
Alternatively, the current flowing in the primary winding is passed through one current detection means, and the two currents flowing in the two other windings are passed through the other current detection means, and the direct currents flow in opposite directions. Thus, analog-digital conversion means are provided at the outputs of one and the other current detection means, respectively, and the function of subtracting the output digital signal of the analog-digital conversion means is provided.
Alternatively, the current flowing in the primary winding is passed through the first current detection means, and the current flowing in the two other windings is passed through the second and third current detection means, respectively. The current detection means is connected to one detection resistor.
Alternatively, the current flowing in the primary winding is passed through the first current detection means, and the current flowing in the two other windings is passed through the second and third current detection means, respectively. An analog-digital conversion means is provided at each output of the current detection means, and a function of adding or subtracting the output digital signal of the analog-digital conversion means is provided.
Alternatively, based on the current value of the current flowing in the first other side winding, the current value of the current flowing in the second other side winding, and the current value of the current flowing in the one side winding, the transformer The direct current component of the excitation current was detected.

本発明によれば,直流電力を授受するための直流電流から分離して,変圧器の励磁電流の直流成分を検出できるという効果を得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain an effect that the DC component of the exciting current of the transformer can be detected separately from the DC current for transmitting and receiving DC power.

本発明による電力変換装置の第1の形態1st form of the power converter device by this invention 双方向チョッパ形単位変換器Bidirectional chopper type unit converter フルブリッジ形単位変換器Full-bridge type unit converter 励磁電流検出手段を備えた変圧器(その1)Transformer with excitation current detection means (Part 1) 変圧器における磁束と励磁電流の関係(Φ−I特性)Relationship between magnetic flux and exciting current in transformer (Φ-I characteristics) 励磁電流の検出方法を説明する概略波形Schematic waveform explaining excitation current detection method 電流検出手段が理想変成器の場合When the current detection means is an ideal transformer 電流検出手段が実際の交流変流器の場合When the current detection means is an actual AC current transformer 励磁電流検出手段を備えた変圧器(その2)Transformer with excitation current detection means (Part 2) 励磁電流検出手段を備えた変圧器(その3)Transformer with excitation current detection means (Part 3) 励磁電流検出手段を備えた変圧器(その4)Transformer with excitation current detection means (Part 4)

以下,図面を用いて,本発明の発明を実施するための形態について説明する Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

まず,本発明の第1の実施形態について説明する。 First, a first embodiment of the present invention will be described.

実施例1は,電力変換装置における変圧器の1次巻線に流れる電流を検出する電流検出手段を各相に1つ接続し,また,2つの2次巻線に流れる電流の和を検出する1つの電流検出手段を各相に1つ接続した構成である。 In the first embodiment, one current detecting means for detecting the current flowing in the primary winding of the transformer in the power converter is connected to each phase, and the sum of the current flowing in the two secondary windings is detected. One current detection means is connected to each phase.

実施例1では,変圧器の励磁電流の直流成分を,直流電力を授受するための直流電流から分離して検出できるという効果を得られる。 In the first embodiment, the DC component of the exciting current of the transformer can be detected separately from the DC current for transmitting and receiving DC power.

以下,図1を参照して,実施例1の全体構成を説明する。 The overall configuration of the first embodiment will be described below with reference to FIG.

電力変換装置103は,交流系統101から直流装置113に,あるいはその逆に電力を伝送する装置である。 The power conversion device 103 is a device that transmits power from the AC system 101 to the DC device 113 or vice versa.

ここで,直流装置113は,直流電力を消費する負荷,あるいは直流電力を供給する電源に相当する装置であり,例えば,他の交直電力変換装置,直流送電網,負荷抵抗器,蓄電池等である。 Here, the DC device 113 is a device corresponding to a load that consumes DC power or a power source that supplies DC power, and is, for example, another AC / DC converter, a DC transmission network, a load resistor, a storage battery, or the like. .

電力変換装置103は,遮断器102,変圧器104を介して交流系統101に接続している。また,直流送電線112P,112Nを介して直流装置113に接続している。 The power conversion device 103 is connected to the AC system 101 via the circuit breaker 102 and the transformer 104. Further, it is connected to the DC device 113 via the DC power transmission lines 112P and 112N.

また,電力変換装置103は,制御手段106を備えており,少なくとも後述する各部の電圧・電流を検出し,電力変換装置103に含まれるスイッチング素子のオン・オフを制御する機能を有する。 In addition, the power conversion device 103 includes a control means 106, and has a function of detecting at least voltage and current of each unit described later and controlling on / off of switching elements included in the power conversion device 103.

以下,変圧器104の1次巻線の端子a,b,c,正側2次巻線の端子u,v,w,負側2次巻線の端子r,s,t点の接続について説明する。 Hereinafter, the connection of the terminals a, b, c of the primary winding of the transformer 104, the terminals u, v, w of the positive secondary winding, and the terminals r, s, t of the negative secondary winding will be described. To do.

変圧器104のa,b,c点は,遮断器102を介して電力系統101に接続している。 Points a, b, and c of the transformer 104 are connected to the power system 101 via the circuit breaker 102.

また,変圧器のu,v,w点には,アーム105u,v,wの一端を接続している。アーム105u,v,wの他端は,P点でスター接続され,正側直流送電線112Pに接続している。 Also, one end of the arm 105u, v, w is connected to the u, v, w point of the transformer. The other ends of the arms 105u, v, and w are star-connected at point P and connected to the positive side DC power transmission line 112P.

同様に,変圧器のr,s,t点には,アーム105r,s,tの一端を接続している。アーム105r,s,tの他端は,N点でスター接続され,負側直流送電線112Nに接続している。 Similarly, one ends of the arms 105r, s, and t are connected to the r, s, and t points of the transformer. The other ends of the arms 105r, s, and t are star-connected at the N point and connected to the negative-side DC transmission line 112N.

本明細書では,特に区別する必要がない場合,各アーム105u,v,w,r,s,tを総称して単に「アーム105」と表記する。 In the present specification, the arms 105u, v, w, r, s, and t are collectively referred to simply as “arm 105” unless it is necessary to distinguish between them.

各アーム105は,単位変換器111を1つまたは複数直列接続した構成である。単位変換器111の内部構成については後述する。 Each arm 105 has a configuration in which one or a plurality of unit converters 111 are connected in series. The internal configuration of the unit converter 111 will be described later.

以下,制御手段106に入力される各部の電圧・電流の検出値と,制御手段106から出力されるスイッチング素子のオン・オフ指令について説明する。 The voltage / current detection values of the respective parts input to the control means 106 and the switching element on / off commands output from the control means 106 will be described below.

図1に示すように,各アーム105を流れる電流をIu,Iv,Iw,Ir,Is,Itと表記し,アーム電流と称することにする。 As shown in FIG. 1, the currents flowing through the arms 105 are expressed as Iu, Iv, Iw, Ir, Is, It and are called arm currents.

各アーム電流を検出するために,各アーム105には電流検出手段109を接続している。電流検出手段109は,アーム電流の検出値を制御手段106に伝送する。 In order to detect each arm current, current detection means 109 is connected to each arm 105. The current detection means 109 transmits the arm current detection value to the control means 106.

また,交流系統101の相電圧をVSa,VSb,VScと表記し,線間電圧をVSab,VSbc,VScaと表記する。特に区別する必要がない場合,交流系統101の相電圧または線間電圧を総称して単に「系統電圧」と称することにする。 Further, the phase voltage of the AC system 101 is expressed as VSa, VSb, VSc, and the line voltage is expressed as VSab, VSbc, VSca. When it is not particularly necessary to distinguish, the phase voltage or the line voltage of the AC system 101 is generically referred to as “system voltage”.

交流系統101の相電圧または線間電圧を検出するため,電圧検出手段110が交流a系統101に接続している。電圧検出手段110は,交流系統101の相電圧または線間電圧の検出値を制御手段106に伝送する。 In order to detect the phase voltage or the line voltage of the AC system 101, the voltage detection means 110 is connected to the AC system 101. The voltage detection unit 110 transmits the detected value of the phase voltage or line voltage of the AC system 101 to the control unit 106.

また,図2,3を参照して後述する通り,各単位変換器111はコンデンサ203と,コンデンサ203の電圧を検出する電圧検出手段205を備えている。電圧検出手段205は,コンデンサ203の電圧の検出値を,制御通信線107を介して制御手段106に伝送する。以下,コンデンサ203の電圧を単に「コンデンサ電圧」と称することにする。 As will be described later with reference to FIGS. 2 and 3, each unit converter 111 includes a capacitor 203 and voltage detection means 205 that detects the voltage of the capacitor 203. The voltage detection means 205 transmits the detected value of the voltage of the capacitor 203 to the control means 106 via the control communication line 107. Hereinafter, the voltage of the capacitor 203 is simply referred to as “capacitor voltage”.

さらに,変圧器104は,本発明の特徴である励磁電流検出手段を備えており,励磁電流の検出値VBab,VBbc,VBcaを制御手段106に伝送する。なお,励磁電流検出手段については,図4を参照して後述する。 Furthermore, the transformer 104 includes excitation current detection means that is a feature of the present invention, and transmits detection values VBab, VBbc, VBca of excitation current to the control means 106. The excitation current detection means will be described later with reference to FIG.

制御手段106は,検出したアーム電流,系統電圧,コンデンサ電圧に基づいて処理を行い,制御通信線108を介して,各単位変換器111のスイッチング素子(図2,3を参照して説明するスイッチング素子201XP,XN,YP,YN)のオン・オフ指令を伝送する。 The control means 106 performs processing based on the detected arm current, system voltage, and capacitor voltage, and the switching element of each unit converter 111 (switching described with reference to FIGS. 2 and 3) via the control communication line 108. An ON / OFF command for the elements 201XP, XN, YP, YN) is transmitted.

制御手段106の働きによって,電力変換装置103は交流系統101との間で,所望の有効電力と無効電力を授受できる。また,制御手段106の働きによって,電力変換装置103は,直流装置113に所望の電圧を供給する,あるいは直流装置103と所望の電力を授受できる。 Due to the action of the control means 106, the power conversion device 103 can exchange desired active power and reactive power with the AC system 101. Further, the power conversion device 103 can supply a desired voltage to the DC device 113 or exchange desired power with the DC device 103 by the function of the control means 106.

N点を基準としたP点の電圧をVDCと表記し,システム直流電圧と称することにする。また,P点において電力変換装置103から直流装置113に流れる電流をIDCと表記し,システム直流電流と称することにする。 The voltage at point P with reference to point N is denoted as VDC and is referred to as the system DC voltage. In addition, the current flowing from the power conversion device 103 to the DC device 113 at the point P is denoted as IDC and is referred to as a system DC current.

電力変換装置103が交流系統101との間で所望の有効電力や無効電力を授受する原理,および電力変換装置103が直流装置113に所望の電圧を供給する,あるいは直流装置113と所望の電力を授受する原理については,単位変換器111の内部構成の説明の後で説明する。 The principle that the power converter 103 exchanges desired active power and reactive power with the AC system 101, and the power converter 103 supplies a desired voltage to the DC device 113, or the DC device 113 and the desired power are supplied. The principle of exchange will be described after the description of the internal configuration of the unit converter 111.

以下,図2を参照して単位変換器111の1つの例である双方向チョッパ形単位変換器111cの内部構成を説明する。 Hereinafter, the internal configuration of the bidirectional chopper type unit converter 111c, which is an example of the unit converter 111, will be described with reference to FIG.

ただし,図2に限らず,スイッチング素子とエネルギー貯蔵素子を備えている単相電圧形変換器であれば,本発明の効果を得ることができる。 However, the effect of the present invention can be obtained as long as it is not limited to FIG. 2 and is a single-phase voltage source converter including a switching element and an energy storage element.

図2に示す通り,スイッチング素子201XPと環流ダイオード202XPの逆並列回路と,スイッチング素子201XNと環流ダイオード202XNの逆並列回路を,x点で直列接続している。 As shown in FIG. 2, the antiparallel circuit of the switching element 201XP and the freewheeling diode 202XP and the reverse parallel circuit of the switching element 201XN and the freewheeling diode 202XN are connected in series at the point x.

さらに,前記の直列回路とエネルギー貯蔵素子の一種であるコンデンサ203をp点とn点で並列接続している。 Further, the series circuit and the capacitor 203 which is a kind of energy storage element are connected in parallel at the p point and the n point.

特に区別する必要がない場合,スイッチング素子201XP,XN,さらに後述する図3のスイッチング素子201YP,YNを総称して,単に「スイッチング素子201」と称することにする。同様に,環流ダイオード202XP,XN,さらに後述する図3の環流ダイオード202YP,YNを総称して,単に「環流ダイオード」と称することにする。 When there is no need to distinguish between them, the switching elements 201XP and XN and switching elements 201YP and YN of FIG. 3 to be described later are collectively referred to as “switching element 201”. Similarly, the free-wheeling diodes 202XP and XN and the free-wheeling diodes 202YP and YN of FIG. 3 to be described later are collectively referred to simply as “free-wheeling diodes”.

コンデンサ203の電圧をVCjkと表記し,単に「コンデンサ電圧」と称することにする。また,n点を基準とするx点の電圧をVjkと表記し,「単位変換器の出力電圧」と称することにする。ただし,jは各単位変換器の所属しているアームを表わし,j=u,v,w,r,s,tである。また,kは各アーム105内での単位変換器の番号であり,k=1,2,…,Ncである。ただし,Ncは各アーム105内の単位変換器111の個数である。 The voltage of the capacitor 203 is denoted as VCjk and is simply referred to as “capacitor voltage”. In addition, the voltage at the point x with respect to the point n is denoted as Vjk and is referred to as “the output voltage of the unit converter”. Here, j represents the arm to which each unit converter belongs, and j = u, v, w, r, s, t. K is the number of the unit converter in each arm 105, and k = 1, 2,..., Nc. Nc is the number of unit converters 111 in each arm 105.

以下,スイッチング素子201のオン・オフ状態を制御することで,双方向チョッパ形単位変換器111cの出力電圧Vjkを制御できることを説明する。 Hereinafter, it will be described that the output voltage Vjk of the bidirectional chopper type unit converter 111c can be controlled by controlling the on / off state of the switching element 201.

スイッチング素子201XPがオン,スイッチング素子201XNがオフである場合,電流Ijの方向に関わらず,x点とp点が概ね同電位になることから,概ねVjk=VCjkとなる。 When the switching element 201XP is on and the switching element 201XN is off, the point x and the point p are substantially at the same potential regardless of the direction of the current Ij, so that Vjk = VCjk.

スイッチング素子201XPがオフ,スイッチング素子201XNがオンである場合,電流Ijの方向に関わらず,x点とn点が概ね同電位になることから,概ねVjk=0となる。 When the switching element 201XP is off and the switching element 201XN is on, the point x and the point n are substantially at the same potential regardless of the direction of the current Ij, so that Vjk = 0.

したがって,スイッチング素子201のオン・オフ状態を制御することで,双方向チョッパ形単位変換器の出力電圧をVjk=VCjkあるいはVjk=0に制御できる。 Therefore, by controlling the on / off state of the switching element 201, the output voltage of the bidirectional chopper type unit converter can be controlled to Vjk = VCjk or Vjk = 0.

単位変換器111cは双方向チョッパ形単位変換器制御手段204を備えており,双方向チョッパ形単位変換器制御手段204は,制御手段106から制御通信線107を介して受信したオン・オフ指令gjkに基づいて,スイッチング素子201XP,XNのゲート・エミッタ間電圧を制御することで,オン・オフ状態を制御する。 The unit converter 111c includes a bidirectional chopper type unit converter control means 204. The bidirectional chopper type unit converter control means 204 receives an on / off command gjk received from the control means 106 via the control communication line 107. On / off state is controlled by controlling the gate-emitter voltage of the switching elements 201XP and XN based on the above.

また,双方向チョッパ形単位変換器制御手段204は,電圧検出手段205によってコンデンサ203の電圧VCjkを検出し,制御通信線107を介して,これを制御手段106に伝送する。 Further, the bidirectional chopper type unit converter control means 204 detects the voltage VCjk of the capacitor 203 by the voltage detection means 205 and transmits it to the control means 106 via the control communication line 107.

以下,図3を参照して,単位変換器111の別の構成例であるフルブリッジ形単位変換器111fの内部構成を示す。 Hereinafter, with reference to FIG. 3, an internal configuration of a full bridge type unit converter 111f, which is another configuration example of the unit converter 111, is shown.

図3に示す通り,スイッチング素子201XPと環流ダイオード202XPの逆並列回路と,スイッチング素子201XNと環流ダイオード202XNの逆並列回路を,x点で直列接続している。これを第1の直列回路と称する。 As shown in FIG. 3, the antiparallel circuit of switching element 201XP and freewheeling diode 202XP and the reverse parallel circuit of switching element 201XN and freewheeling diode 202XN are connected in series at point x. This is referred to as a first series circuit.

同様に,スイッチング素子201YPと環流ダイオード202YPの逆並列回路と,スイッチング素子201YNと環流ダイオード202YNの逆並列回路を,y点で直列接続している。これを第2の直列回路と称する。 Similarly, an antiparallel circuit of the switching element 201YP and the freewheeling diode 202YP and an antiparallel circuit of the switching element 201YN and the freewheeling diode 202YN are connected in series at the point y. This is referred to as a second series circuit.

前記第1と第2の直列回路とコンデンサ203をp点とn点で並列接続している。 The first and second series circuits and the capacitor 203 are connected in parallel at points p and n.

y点を基準とするx点の電圧をVjkと表記し,「単位変換器の出力電圧」と称することにする。ただし,jは各単位変換器の所属しているアームを表わし,j=u,v,w,r,s,tである。また,kは各アーム105内での単位変換器の番号であり,k=1,2,…,Ncである。ただし,Ncは各アーム105内の単位変換器111の個数である。
以下,スイッチング素子201のオン・オフ状態を制御することで,双方向チョッパ形単位変換器111cの出力電圧Vjkを制御できることを説明する。
The voltage at the point x with respect to the point y is denoted as Vjk and will be referred to as “unit converter output voltage”. Here, j represents the arm to which each unit converter belongs, and j = u, v, w, r, s, t. K is the number of the unit converter in each arm 105, and k = 1, 2,..., Nc. Nc is the number of unit converters 111 in each arm 105.
Hereinafter, it will be described that the output voltage Vjk of the bidirectional chopper type unit converter 111c can be controlled by controlling the on / off state of the switching element 201.

スイッチング素子201XPがオン,スイッチング素子201XNがオフ,スイッチング素子201YPがオン,スイッチング素子201YNがオフである場合,電流Ijの方向に関わらず,x点とy点がともにp点と概ね同電位になることから,概ねVjk=0となる。 When the switching element 201XP is on, the switching element 201XN is off, the switching element 201YP is on, and the switching element 201YN is off, both the point x and the point y are approximately the same potential as the point p regardless of the direction of the current Ij. Therefore, Vjk = 0 in general.

スイッチング素子201XPがオン,スイッチング素子201XNがオフ,スイッチング素子201YPがオフ,スイッチング素子201YNがオンである場合,電流Ijの方向に関わらず,x点がp点と,y点がn点とそれぞれ概ね同電位になることから,概ねVjk=VCjkとなる。 When the switching element 201XP is on, the switching element 201XN is off, the switching element 201YP is off, and the switching element 201YN is on, the x point is approximately the p point and the y point is approximately the n point regardless of the direction of the current Ij. Since the potential is the same, Vjk = VCjk.

スイッチング素子201XPがオフ,スイッチング素子201XNがオン,スイッチング素子201YPがオフ,スイッチング素子201YNがオンである場合,電流Ijの方向に関わらず,x点とy点がともにn点と概ね同電位になることから,概ねVjk=0となる。 When the switching element 201XP is off, the switching element 201XN is on, the switching element 201YP is off, and the switching element 201YN is on, the x point and the y point are approximately the same potential as the n point regardless of the direction of the current Ij. Therefore, Vjk = 0 in general.

スイッチング素子201XPがオフ,スイッチング素子201XNがオン,スイッチング素子201YPがオン,スイッチング素子201YNがオフである場合,電流Ijの方向に関わらず,x点がn点と,y点がp点とそれぞれ概ね同電位になることから,概ねVjk=−VCjkとなる。 When the switching element 201XP is off, the switching element 201XN is on, the switching element 201YP is on, and the switching element 201YN is off, the x point is approximately the n point and the y point is approximately the p point regardless of the direction of the current Ij. Since the potential is the same, Vjk = −VCjk.

したがって,スイッチング素子201のオン・オフ状態を制御することで,双方向チョッパ形単位変換器の出力電圧をVjk=VCjk,Vjk=0,あるいはVjk=−VCjkに制御できる。 Therefore, by controlling the ON / OFF state of the switching element 201, the output voltage of the bidirectional chopper type unit converter can be controlled to Vjk = VCjk, Vjk = 0, or Vjk = −VCjk.

単位変換器111fはフルブリッジ形単位変換器制御手段301を備えており,フルブリッジ形単位変換器制御手段301は,制御手段106から制御通信線107を介して受信したオン・オフ指令gjkに基づいて,スイッチング素子201XP,XN,YP,YNのゲート・エミッタ間電圧を制御することで,オン・オフ状態を制御する。 The unit converter 111f includes a full bridge type unit converter control means 301. The full bridge type unit converter control means 301 is based on an on / off command gjk received from the control means 106 via the control communication line 107. Thus, the on / off state is controlled by controlling the gate-emitter voltage of the switching elements 201XP, XN, YP, YN.

また,フルブリッジ形単位変換器制御手段301は,電圧検出手段205によってコンデンサ203の電圧VCjkを検出し,制御通信線107を介して,これを制御手段106に伝送する。 Further, the full bridge unit converter control means 301 detects the voltage VCjk of the capacitor 203 by the voltage detection means 205 and transmits it to the control means 106 via the control communication line 107.

図2,3では,スイッチング素子201としてIGBT(insulated-gate bipolar transistor)の記号を描いているが,オン・オフ制御可能なスイッチング素子であれば,MOSFET(metal-oxide semiconductor field effect transistor),GCT(gate-commutated thyristor),BJT(bipolar junction transistor)等,他の種類のスイッチング素子であっても,本発明の効果を得ることができる。 2 and 3, the symbol of IGBT (insulated-gate bipolar transistor) is drawn as the switching element 201. However, if the switching element can be controlled to be turned on / off, it is a MOSFET (metal-oxide semiconductor field effect transistor), GCT. The effects of the present invention can be obtained even with other types of switching elements such as (gate-commutated thyristor) and BJT (bipolar junction transistor).

以下,図4を参照して,変圧器104の内部構成を説明する。 Hereinafter, the internal configuration of the transformer 104 will be described with reference to FIG.

変圧器104は,鉄心脚401ab,bc,ca,1次巻線402ab,bc,ca,正側2次巻線403u,v,w,負側2次巻線403r,s,tを備えている。 The transformer 104 includes iron core legs 401ab, bc, ca, primary windings 402ab, bc, ca, positive secondary windings 403u, v, w, and negative secondary windings 403r, s, t. .

また,励磁電流検出手段として,電流検出手段404,405,検出抵抗器406,電圧検出手段407を備えている。 In addition, current detection means 404 and 405, a detection resistor 406, and a voltage detection means 407 are provided as excitation current detection means.

まず,鉄心脚401abに着目して,巻回されている巻線の結線について説明する。電流検出手段404,405,検出抵抗器406,電圧検出手段407については後述する。 First, focusing on the iron core leg 401ab, the connection of the wound winding will be described. The current detection means 404 and 405, the detection resistor 406, and the voltage detection means 407 will be described later.

鉄心脚401abには,1次巻線402ab,正側2次巻線403u,負側2次巻線403rが巻回されている。 A primary winding 402ab, a positive secondary winding 403u, and a negative secondary winding 403r are wound around the iron core leg 401ab.

正側2次巻線403uと負側2次巻線403rの巻数は概ね同じであり,かつ互いをM点で接続している。このとき,M点を基準としたu点の起電力と,M点を基準としたr点の起電力が同極性になるように接続している。 The number of turns of the positive side secondary winding 403u and the negative side secondary winding 403r is substantially the same, and they are connected to each other at the M point. At this time, the connection is made so that the electromotive force at the point u based on the point M and the electromotive force at the point r based on the point M have the same polarity.

また,鉄心脚401bcには,1次巻線402bc,正側2次巻線403v,負側2次巻線403sが巻回されている。 A primary winding 402bc, a positive secondary winding 403v, and a negative secondary winding 403s are wound around the iron core leg 401bc.

正側2次巻線403vと負側2次巻線403sの巻数は概ね同じであり,かつ互いをM点で接続している。このとき,M点を基準としたv点の起電力と,M点を基準としたs点の起電力が同極性になるように接続している。 The number of turns of the positive side secondary winding 403v and the negative side secondary winding 403s is substantially the same, and they are connected to each other at the M point. At this time, the connection is made so that the electromotive force at the point v with respect to the point M and the electromotive force at the point s with respect to the point M have the same polarity.

同様に,鉄心脚401caには,1次巻線402ca,正側2次巻線403w,負側2次巻線403tが巻回されている。 Similarly, a primary winding 402ca, a positive secondary winding 403w, and a negative secondary winding 403t are wound around the iron core leg 401ca.

正側2次巻線403wと負側2次巻線403tの巻数は概ね同じであり,かつ互いをM点で接続している。このとき,M点を基準としたw点の起電力と,M点を基準としたt点の起電力が同極性になるように接続している。 The number of turns of the positive secondary winding 403w and the negative secondary winding 403t is substantially the same, and they are connected to each other at the M point. At this time, the electromotive force at the point w with respect to the point M and the electromotive force at the point t with respect to the point M are connected so as to have the same polarity.

以下,特に区別する必要が無い場合,鉄心脚401ab,bc,caを総称して単に「鉄心脚401」と称することにする。同様に,1次巻線402ab,bc,caを総称して単に「1次巻線402」,正側2次巻線403u,v,wを総称して単に「正側2次巻線」,負側2次巻線403r,s,tを総称して単に「負側2次巻線」と称することにする。また,正側2次巻線と負側2次巻線を総称して単に「2次巻線」と称することにする。 Hereinafter, when there is no need to distinguish between them, the iron core legs 401ab, bc, ca are collectively referred to as “iron legs 401”. Similarly, the primary windings 402ab, bc, ca are collectively referred to simply as “primary winding 402”, and the positive secondary windings 403u, v, w are collectively referred to simply as “positive secondary winding”, The negative secondary windings 403r, s, and t are collectively referred to simply as “negative secondary windings”. Further, the positive secondary winding and the negative secondary winding are collectively referred to simply as “secondary winding”.

以下,電力変換装置103が交流系統101と交流有効・無効電力を授受する原理について説明する。 Hereinafter, the principle by which the power converter 103 exchanges AC active / reactive power with the AC system 101 will be described.

まず,各アーム105u,v,w,r,s,tの出力電圧をそれぞれVu,Vv,Vw,Vr,Vs,Vtと表記することにする。 First, the output voltages of the arms 105u, v, w, r, s, and t will be expressed as Vu, Vv, Vw, Vr, Vs, and Vt, respectively.

また,(1)〜(3)式のように,Vur,Vvs,Vwtを定義する。
〔数1〕
Vur=(−Vu+Vr)/2 ……(1)
Vvs=(−Vv+Vs)/2 ……(2)
Vwt=(−Vw+Vt)/2 ……(3)
Further, Vur, Vvs, and Vwt are defined as in the equations (1) to (3).
[Equation 1]
Vur = (− Vu + Vr) / 2 (1)
Vvs = (− Vv + Vs) / 2 (2)
Vwt = (− Vw + Vt) / 2 (3)

さらに,(4)〜(6)式のように,Iur,Ivs,Iwtを定義する。
〔数2〕
Iur=Iu+Ir ……(4)
Ivs=Iv+Is ……(5)
Iwt=Iw+It ……(6)
Further, Iur, Ivs, and Iwt are defined as in the equations (4) to (6).
[Equation 2]
Iur = Iu + Ir (4)
Ivs = Iv + Is (5)
Iwt = Iw + It (6)

ここで,1次巻線402,正側2次巻線,負側2次巻線の巻数がそれぞれN1,N2,N2である場合,(7)〜(9)式が成立する。
〔数3〕
Iab=(N2/N1)Iur+Imab ……(7)
Ibc=(N2/N1)Ivs+Imab ……(8)
Ica=(N2/N1)Iwt+Imab ……(9)
Here, when the numbers of turns of the primary winding 402, the positive secondary winding, and the negative secondary winding are N1, N2, and N2, respectively, equations (7) to (9) are established.
[Equation 3]
Iab = (N2 / N1) Iur + Imab (7)
Ibc = (N2 / N1) Ivs + Imab (8)
Ica = (N2 / N1) Iwt + Imab (9)

ただし,Imab,Imbc,Imcaは,それぞれ,鉄心脚401ab,bc,caの1次巻線に換算した励磁電流である。 However, Imab, Imbc, and Imca are excitation currents converted into primary windings of the iron core legs 401ab, bc, and ca, respectively.

以下の説明では,励磁電流Imab,Imbc,Imcaは十分小さいとして無視して説明する。なお,励磁電流Imab,Imbc,Imcaの検出手段については,電力変換装置103が交流系統101と有効・無効電力を授受する原理を説明した後で説明する。 In the following description, the excitation currents Imab, Imbc, and Imca are ignored because they are sufficiently small. The means for detecting the excitation currents Imab, Imbc, and Imca will be described after explaining the principle that the power converter 103 exchanges active / reactive power with the AC system 101.

(1)式は,変圧器104の正側2次巻線403u,負側2次巻線403rに印加される電圧の和を意味する。また,(2)式は,変圧器104の正側2次巻線403v,負側2次巻線403sに印加される電圧の和を意味する。同様に,(3)式は,変圧器104の正側2次巻線403w,負側2次巻線403tに印加される電圧の和を意味する。 Equation (1) means the sum of voltages applied to the positive secondary winding 403u and the negative secondary winding 403r of the transformer 104. Equation (2) means the sum of voltages applied to the positive secondary winding 403v and the negative secondary winding 403s of the transformer 104. Similarly, equation (3) means the sum of voltages applied to the positive secondary winding 403w and the negative secondary winding 403t of the transformer 104.

各アーム105の出力電圧は,そのアームに含まれる単位変換器111の出力電圧Vjkの和であるから,Vjkを制御することによって,Vu,v,w,r,s,tを制御できる。また,Vu,v,w,r,s,tを制御することによって,Vur,vs,wtを制御できる。 Since the output voltage of each arm 105 is the sum of the output voltages Vjk of the unit converters 111 included in the arm 105, Vu, v, w, r, s, and t can be controlled by controlling Vjk. Moreover, Vur, vs, wt can be controlled by controlling Vu, v, w, r, s, t.

まず,鉄心脚401abに巻回されている1次巻線402ab,正側2次巻線403ur,負側2次巻線403vsに着目して,交流系統101と電力変換装置103の有効・無効電力の授受について説明する。ただし,簡単のため,変圧器104の巻数比を1:1:1として説明する。 First, paying attention to the primary winding 402ab, the positive secondary winding 403ur, and the negative secondary winding 403vs wound around the iron core leg 401ab, the active / reactive power of the AC system 101 and the power conversion device 103 is considered. Explaining the exchange of However, for simplicity, the turns ratio of the transformer 104 will be described as 1: 1: 1.

遮断器102が投入されている場合,1次巻線402abには,交流系統101の線間電圧VSabが印加されている。 When the circuit breaker 102 is turned on, the line voltage VSab of the AC system 101 is applied to the primary winding 402ab.

この状態で,(1)式に示すVurの周波数をVSabと等しく制御し,かつ,振幅と位相を以下の説明のように制御すると,交流系統101と電力変換装置103の間の有効・無効出力を制御できる。 In this state, when the frequency of Vur shown in the equation (1) is controlled to be equal to VSab and the amplitude and phase are controlled as described below, the valid / invalid output between the AC system 101 and the power converter 103 is obtained. Can be controlled.

VurとVSabの周波数,振幅,位相がすべて等しくなるように制御した場合,変圧器401の漏れインダクタンスに印加される電圧は零となる。したがって,定常的には電流は流れないため,交流系統101と電力変換装置103の間の有効・無効電力は零となる。 When control is performed so that the frequency, amplitude, and phase of Vur and VSab are all equal, the voltage applied to the leakage inductance of the transformer 401 becomes zero. Accordingly, since no current flows constantly, the active / reactive power between the AC system 101 and the power converter 103 is zero.

VurとVSabの周波数と振幅が等しく,Vurの位相がVSabの位相よりも遅れるように制御した場合,変圧器401の漏れインダクタンスに印加される電圧は,VSabよりも90°進んだ電圧となる。したがって,電流Iurの位相はVSabと等しくなる。言い換えると,交流系統101から電力変換装置103に有効電力が流入する。すなわち,電力変換装置103は整流器として動作する。 When the frequency and amplitude of Vur and VSab are equal and the phase of Vur is controlled so as to be delayed from the phase of VSab, the voltage applied to the leakage inductance of the transformer 401 is a voltage advanced by 90 ° from VSab. Therefore, the phase of the current Iur becomes equal to VSab. In other words, active power flows from the AC system 101 to the power converter 103. That is, the power converter 103 operates as a rectifier.

VurとVSabの周波数と振幅が等しく,Vurの位相がVSabの位相よりも進むように制御した場合,変圧器401の漏れインダクタンスに印加される電圧は,VSabよりも90°遅れた電圧となる。したがって,電流Iurの位相はVSabと逆位相となる。言い換えると,交流系統101に電力変換装置103から有効電力が流出する。すなわち,電力変換装置103はインバータとして動作する。 When the frequency and amplitude of Vur and VSab are equal and the phase of Vur is controlled to advance from the phase of VSab, the voltage applied to the leakage inductance of the transformer 401 is a voltage delayed by 90 ° from VSab. Therefore, the phase of the current Iur is opposite to that of VSab. In other words, active power flows out from the power converter 103 into the AC system 101. That is, the power converter 103 operates as an inverter.

VurとVSabの周波数と位相が等しく,Vurの振幅がVSabの振幅よりも大きくなるように制御した場合,変圧器401の漏れインダクタンスに印加される電圧は,VSabと逆位相の電圧となる。したがって,電流Iurの位相はVSabより90°進む。言い換えると,交流系統101に電力変換装置103からキャパシティブな無効電力が供給される。すなわち,電力変換装置103は進相コンデンサとして動作する。 When the frequency and phase of Vur and VSab are equal and the amplitude of Vur is controlled to be larger than the amplitude of VSab, the voltage applied to the leakage inductance of the transformer 401 is a voltage having a phase opposite to that of VSab. Therefore, the phase of the current Iur advances by 90 ° from VSab. In other words, capacitive reactive power is supplied from the power converter 103 to the AC system 101. That is, the power converter 103 operates as a phase advance capacitor.

VurとVSabの周波数と位相が等しく,Vurの振幅がVSabの振幅よりも小さくなるように制御した場合,変圧器401の漏れインダクタンスに印加される電圧は,VSabと同位相の電圧となる。したがって,電流Iurの位相はVSabより90°遅れる。言い換えると,交流系統101に電力変換装置103からインダクティブな無効電力が供給される。すなわち,電力変換装置103は分路リアクトルとして動作する。 When control is performed so that the frequency and phase of Vur and VSab are equal and the amplitude of Vur is smaller than the amplitude of VSab, the voltage applied to the leakage inductance of the transformer 401 is a voltage having the same phase as VSab. Therefore, the phase of the current Iur is delayed by 90 ° from VSab. In other words, inductive reactive power is supplied from the power converter 103 to the AC system 101. That is, the power converter 103 operates as a shunt reactor.

以上では,鉄心脚401abに巻回されている各巻線に着目して説明したが,鉄心脚401bc,caに巻回されている各巻線についても同様の原理が成立する。 In the above, description has been given focusing on the windings wound around the iron core legs 401ab, but the same principle holds true for the windings wound around the iron core legs 401bc and ca.

以上で,交流系統101と電力変換装置103の間で有効・無効電力を授受する原理を説明した。 In the foregoing, the principle of transferring active / reactive power between the AC system 101 and the power converter 103 has been described.

次に,電力変換装置103が直流装置113に所望の直流電圧を供給する原理を説明する。 Next, the principle that the power conversion device 103 supplies a desired DC voltage to the DC device 113 will be described.

変圧器104の漏れインダクタンスに印加される電圧を無視すれば,システム直流電圧Vdcは(10)式のように表わすことができる。
〔数4〕
Vdc={(Vu+Vr)+(Vv+Vs)+(Vw+Vt)}/3 ……(10)
If the voltage applied to the leakage inductance of the transformer 104 is ignored, the system DC voltage Vdc can be expressed as in equation (10).
[Equation 4]
Vdc = {(Vu + Vr) + (Vv + Vs) + (Vw + Vt)} / 3 (10)

したがって,各アーム105の出力電圧Vu,Vv,Vw,Vr,Vs,Vtを制御することによって,Vdcを所望の電圧に制御できる。 Therefore, by controlling the output voltages Vu, Vv, Vw, Vr, Vs, and Vt of each arm 105, Vdc can be controlled to a desired voltage.

例えば,直流装置113が抵抗器であった場合,以上の原理で制御したVdcと直流装置113の抵抗値に従ってシステム直流電流Idcが流れる。このとき,電力変換装置103は直流装置113に,直流電力Vdc×Idcを供給する。 For example, when the DC device 113 is a resistor, the system DC current Idc flows in accordance with Vdc controlled by the above principle and the resistance value of the DC device 113. At this time, the power converter 103 supplies the DC power Vdc × Idc to the DC device 113.

次に,電力変換装置103が直流装置113と所望の直流電力を授受する原理を説明する。 Next, the principle that the power conversion device 103 exchanges desired DC power with the DC device 113 will be described.

例えば,直流装置113が直流電圧源であり,その電圧がVdc’であった場合,直流装置113の電圧Vdc’と,システム直流Vdcの差Vdc−Vdc’を制御することによって,直流送電線112および変圧器104に印加される電圧を制御し,結果としてシステム直流電流Idcを制御できる。Idcを制御できれば,直流電力Vdc×Idcを制御できる。 For example, when the DC device 113 is a DC voltage source and the voltage is Vdc ′, the DC transmission line 112 is controlled by controlling the voltage Vdc ′ of the DC device 113 and the difference Vdc−Vdc ′ of the system DC Vdc. In addition, the voltage applied to the transformer 104 can be controlled, and as a result, the system DC current Idc can be controlled. If Idc can be controlled, DC power Vdc × Idc can be controlled.

電力変換装置103と直流装置113が直流電力Vdc×Idcを授受する場合,システム直流電流Idcが各相に1/3ずつ分流して変圧器104の2次巻線の各相に流れる。システム直流電流が各相に1/3ずつ分流した電流,すなわちIdc/3が,以上の説明で言及した「直流電力を授受するための直流電流」である。 When the power converter 103 and the DC device 113 exchange the DC power Vdc × Idc, the system DC current Idc is shunted by 1/3 to each phase and flows to each phase of the secondary winding of the transformer 104. The current obtained by dividing the system DC current by 1/3 in each phase, that is, Idc / 3 is the “DC current for transferring DC power” mentioned in the above description.

以下,変圧器104の正側,負側の2つの2次巻線の接続方法によって,直流電力を授受するための直流電流が変圧器2次巻線に流れても,変圧器鉄心を直流偏磁させることなく,交直電力変換を行うことができる原理を説明する。 In the following, even if a DC current for transmitting and receiving DC power flows through the transformer secondary winding by connecting the two secondary windings on the positive and negative sides of the transformer 104, the transformer core is The principle of AC / DC power conversion without magnetizing will be described.

鉄心脚401abに着目して説明する。 Description will be made by focusing on the iron core leg 401ab.

r点からM点に向かって流れるIdc/3は,負側2次巻線403rに直流起磁力を発生させる。その向きは図4において上向きであり,その大きさは,負側2次巻線403rの巻数をN2とすれば,N2Idc/3である。 Idc / 3 flowing from the r point toward the M point generates a DC magnetomotive force in the negative secondary winding 403r. The direction is upward in FIG. 4, and the magnitude is N2Idc / 3, where N2 is the number of turns of the negative secondary winding 403r.

一方,M点からu点に向かって流れるIdc/3は,正側2次巻線403uに直流起磁力を発生させる。その向きは図4において下向きであり,その大きさは,正側2次巻線403uの巻数をN2とすれば,N2Idc/3である。 On the other hand, Idc / 3 flowing from the M point toward the u point generates a DC magnetomotive force in the positive secondary winding 403u. The direction is downward in FIG. 4, and the magnitude is N2Idc / 3 if the number of turns of the positive secondary winding 403u is N2.

前述のように,正側2次巻線と負側2次巻線の巻数は等しくN2である。したがって,正側2次巻線403uと負側2次巻線403rに起因する直流起磁力の大きさが等しく,向きが逆であるため,互いに相殺する。 As described above, the number of turns of the positive secondary winding and the negative secondary winding is equal to N2. Accordingly, since the magnitudes of the DC magnetomotive forces caused by the positive secondary winding 403u and the negative secondary winding 403r are equal and opposite in direction, they cancel each other.

したがって,鉄心脚401abに発生する直流磁束を概ね零にできる。したがって,変圧器の巻線に直流電流を流しても,変圧器鉄心を直流偏磁させることなく,交直電力変換を行うことができる。 Therefore, the DC magnetic flux generated in the iron core leg 401ab can be made substantially zero. Therefore, even if a direct current is passed through the windings of the transformer, AC / DC power conversion can be performed without causing the transformer core to be DC-biased.

以下,図4を参照して,本発明の特徴的な部分である,変圧器104の励磁電流検出手段および励磁電流検出方法について説明する。 Hereinafter, the exciting current detecting means and the exciting current detecting method of the transformer 104, which are characteristic parts of the present invention, will be described with reference to FIG.

まず,鉄心脚401abに巻回されている1次巻線402ab,正側2次巻線403u,負側2次巻線403rに着目して説明する。 First, the description will be made focusing on the primary winding 402ab, the positive secondary winding 403u, and the negative secondary winding 403r wound around the iron core leg 401ab.

電流検出手段404は,1次巻線402abに流れる電流Iabを検出し,電流Iab’を出力する。 The current detection means 404 detects the current Iab flowing through the primary winding 402ab and outputs a current Iab '.

ここで,電流検出手段404の検出比は,Iab’が(11)式を満たすように設定する。ただし,N1は1次巻線402abの巻数,N0は適当な正の基準値である。
〔数5〕
Iab’=N1×Iab/N0 ……(11)
Here, the detection ratio of the current detection means 404 is set so that Iab ′ satisfies the expression (11). However, N1 is the number of turns of the primary winding 402ab, and N0 is an appropriate positive reference value.
[Equation 5]
Iab ′ = N1 × Iab / N0 (11)

電流検出手段405は,正側2次巻線403uと負側2次巻線403rに流れる電流Iu,Irの和Iur=Iu+Irを検出し,電流Iur’を出力する。 The current detection means 405 detects the sum Iur = Iu + Ir of the currents Iu and Ir flowing through the positive secondary winding 403u and the negative secondary winding 403r, and outputs a current Iur '.

ここで,電流検出手段405の検出比は,Iur’が(12)式を満たすように設定する。ただし,N2は正側2次巻線403uと負側2次巻線403rの巻数,N0は適当な正の基準値である。
〔数6〕
Iur’=N2×Iur/N0 ……(12)
Here, the detection ratio of the current detection means 405 is set so that Iur ′ satisfies the equation (12). However, N2 is the number of turns of the positive secondary winding 403u and the negative secondary winding 403r, and N0 is an appropriate positive reference value.
[Equation 6]
Iur ′ = N2 × Iur / N0 (12)

2つの電流検出手段404,405は共通の検出抵抗器406に接続している。検出抵抗器の抵抗値をRとすると,RにはIab’とIur’の差電流が流れるから,その両端電圧VBabは(13)式のようになる。
〔数7〕
VBab=(N1×Iab−N2×Iur)/N0 ……(13)
The two current detection means 404 and 405 are connected to a common detection resistor 406. Assuming that the resistance value of the detection resistor is R, a difference current between Iab ′ and Iur ′ flows through R, and thus the voltage VBab at both ends thereof is expressed by the following equation (13).
[Equation 7]
VBab = (N1 × Iab−N2 × Iur) / N0 (13)

ここで,(13)式は(14)式のように書き換えられる。
〔数8〕
VBab=N1×{Iab−(N2/N1)×Iur}/N0 ……(14)
Here, equation (13) is rewritten as equation (14).
[Equation 8]
VBab = N1 × {Iab− (N2 / N1) × Iur} / N0 (14)

さらに,(7)式と(14)式を比較することにより,(15)式を得る。
〔数9〕
VBab=(N1/N0)×Imab ……(15)
Further, the equation (15) is obtained by comparing the equations (7) and (14).
[Equation 9]
VBab = (N1 / N0) × Imab (15)

N1とN0は定数であるから,検出抵抗器406の両端電圧VBabとして,励磁電流Imabに比例した電圧信号を得ることができる。 Since N1 and N0 are constants, a voltage signal proportional to the excitation current Imab can be obtained as the voltage VBab across the detection resistor 406.

鉄心脚401bcに巻回されている1次巻線402bc,正側2次巻線403v,負側2次巻線403sの励磁電流Imbc,鉄心脚401caに巻回されている1次巻線402ca,正側2次巻線403w,負側2次巻線403tの励磁電流Imcaについても同様に,(16),(17)式を得ることができる。
〔数10〕
VBbc=(N1/N0)×Imbc ……(16)
VBca=(N1/N0)×Imca ……(17)
Primary winding 402bc wound around the iron core leg 401bc, positive side secondary winding 403v, exciting current Imbc of the negative side secondary winding 403s, primary winding 402ca wound around the iron core leg 401ca, Similarly, the equations (16) and (17) can be obtained for the exciting current Imca of the positive secondary winding 403w and the negative secondary winding 403t.
[Equation 10]
VBbc = (N1 / N0) × Imbc (16)
VBca = (N1 / N0) × Imca (17)

電圧検出手段407は,検出したVBab,VBbc,VBcaを制御手段106に伝送する。 The voltage detection unit 407 transmits the detected VBab, VBbc, VBca to the control unit 106.

以上より,電流検出手段404,405,検出抵抗器406,電圧検出手段407を用いることによって,変圧器104の励磁電流に比例した電圧信号を得られることを説明した。 From the above, it has been explained that a voltage signal proportional to the exciting current of the transformer 104 can be obtained by using the current detection means 404, 405, the detection resistor 406, and the voltage detection means 407.

ただし,以上の説明は,電流検出手段404,405が理想変成器,あるいはそれに十分近い特性を有する電流出力形の直流CT(current transformer)である場合を想定したものである。 However, the above description assumes that the current detection means 404 and 405 are ideal transformers or current output type direct current CT (current transformer) having characteristics sufficiently close thereto.

電流検出手段404,405が例えば交流CTである場合については,図6,図8を用いて後述する。 The case where the current detection means 404 and 405 are, for example, AC CT will be described later with reference to FIGS.

以下,図5〜8を参照して,検出したVBab,VBbc,VBcaより,励磁電流Imab,Imbc,Imcaの直流成分を検出する方法について説明する。 Hereinafter, a method for detecting the DC component of the excitation currents Imab, Imbc, and Imca from the detected VBab, VBbc, and VBca will be described with reference to FIGS.

図5は,変圧器104の励磁特性,すなわち磁束鎖交数Φと励磁電流Iの関係を示したΦ−I特性の例である。ただし,簡単のためヒステリシスを無視している。 FIG. 5 is an example of the Φ-I characteristic showing the excitation characteristics of the transformer 104, that is, the relationship between the flux linkage number Φ and the excitation current I. However, hysteresis is ignored for simplicity.

図6を参照した以下の説明では,変圧器104が図5の太線の範囲で動作している場合,すなわち,磁束鎖交数Φ,励磁電流Iにそれぞれ直流成分Φdc,Idcが重畳し,磁束鎖交数の最大値が飽和磁束鎖交数Φsatを超えている場合を想定する。言い換えると,変圧器104が直流偏磁している場合を想定する。 In the following description with reference to FIG. 6, when the transformer 104 is operating in the range of the thick line in FIG. 5, that is, the DC components Φdc and Idc are superimposed on the flux linkage number Φ and the excitation current I, respectively. Assume that the maximum value of the number of linkages exceeds the saturation flux linkage number Φsat. In other words, a case where the transformer 104 is DC-biased is assumed.

図6は,電力変換装置が整流器として運転している場合の概略波形である。 FIG. 6 is a schematic waveform when the power converter is operating as a rectifier.

交流系統101の線間電圧VSabと概ね同位相の電流Iabが1次巻線402abに流れている。 A current Iab having substantially the same phase as the line voltage VSab of the AC system 101 flows through the primary winding 402ab.

正側2次巻線403u,負側2次巻線403rに流れる電流Iu,Irの交流成分は,Iabと同位相であり,直流成分はそれぞれIdc/3,−Idc/3である。 The alternating current components of the currents Iu and Ir flowing in the positive secondary winding 403u and the negative secondary winding 403r have the same phase as Iab, and the direct current components are Idc / 3 and -Idc / 3, respectively.

したがって,IuとIrの和であるIurは,Iabと同位相の交流電流となる。 Therefore, Iur, which is the sum of Iu and Ir, is an alternating current having the same phase as Iab.

鉄心脚401abの磁束鎖交数Φabは,その印加電圧VSabの時間積分に概ね比例する。したがって,VSabが正弦波であるならば,Φabの交流成分はVSabより90°位相の遅れた波形となる。 The magnetic flux linkage number Φab of the iron core leg 401ab is approximately proportional to the time integration of the applied voltage VSab. Therefore, if VSab is a sine wave, the AC component of Φab has a waveform delayed by 90 ° from VSab.

以下,Φabが直流成分Φabdcを含有している場合,すなわち変圧器104が直流偏磁している場合を例にして説明する。 Hereinafter, the case where Φab contains the DC component Φabdc, that is, the case where the transformer 104 is DC-magnetized will be described as an example.

ΦabにΦabdcが含有しているため,Φabの最大値は飽和磁束鎖交数Φsatを超える。 Since Φabdc is contained in Φab, the maximum value of Φab exceeds the saturation flux linkage number Φsat.

ΦabがΦsatを超えると,励磁電流Imabも飽和電流Isatを超える。図5に示したΦ−I特性に沿って,励磁電流Imabの正のピーク値が急増し,歪みが生じる。 When Φab exceeds Φsat, the excitation current Imab also exceeds the saturation current Isat. Along with the Φ-I characteristic shown in FIG. 5, the positive peak value of the excitation current Imab increases rapidly and distortion occurs.

図7に,電流検出手段404,405が理想変流器,あるいはそれに十分近い特性を有する電流出力形の直流CTである場合のVBabの概略波形を示す。 FIG. 7 shows a schematic waveform of VBab when the current detection means 404 and 405 is an ideal current transformer or a current output type direct current CT having characteristics sufficiently close thereto.

VBabはImabと比例した波形となるから,その直流成分VBabdcを,例えばローパスフィルタや移動平均フィルタ等を介して検出することによって,変圧器104の鉄心脚401abが直流偏磁していることを検知できる。 Since VBab has a waveform proportional to Imab, the DC component VBabdc is detected through, for example, a low-pass filter or a moving average filter to detect that the core leg 401ab of the transformer 104 is DC-biased. it can.

図8に,電流検出手段404,405が交流CTである場合のVBabの概略波形を示す。 FIG. 8 shows a schematic waveform of VBab when the current detection means 404 and 405 are AC CT.

VBabはImabと相似の波形となるが,交流CTではその直流成分Imabdcを検知できない。しかし,直流偏磁に伴ってImabの波形とそれに比例したVBabの波形が歪むことを利用し,例えばVBabの正のピークVBabpと負のピークVBabnの絶対値の差として(18)式を演算することで,変圧器104の鉄心脚401abが直流偏磁していることを検知できる。
〔数11〕
VBabpb=|VBabp|−|VBabp| ……(18)
Although VBab has a waveform similar to Imab, the AC component cannot detect the DC component Imabdc. However, using the fact that the waveform of Imab and the waveform of VBab proportional to it are distorted along with the DC bias, for example, the equation (18) is calculated as the difference between the absolute values of the positive peak VBabp and the negative peak VBapn of VBab. Thus, it can be detected that the iron core leg 401ab of the transformer 104 is DC-biased.
[Equation 11]
VBabpb = | VBabp | − | VBabp | (18)

あるいは,直流偏磁に伴ってVBabの波形が歪み,正負非対称となることを利用し,VBabの2次高調波成分等の偶数次高調波成分を検出することでも,変圧器104の鉄心脚401abが直流偏磁していることを検知できる。 Alternatively, by utilizing the fact that the waveform of VBab is distorted and becomes asymmetric between positive and negative with DC bias, and detecting even-order harmonic components such as the second-order harmonic component of VBab, the core leg 401ab of the transformer 104 is also detected. Can be detected as being dc-biased.

以上の説明では,鉄心脚401abに着目して説明したが,鉄心脚401bc,caについても同様の原理で直流偏磁を検知できる。 In the above description, the explanation has been given focusing on the iron core leg 401ab, but the iron core legs 401bc and ca can also detect DC bias magnetism based on the same principle.

また,以上の説明では,鉄心脚401abの磁束鎖交数および励磁電流が正方向に直流偏磁している場合を例に説明したが,負方向に直流偏磁している場合についても同様の原理で直流偏磁を検知できる。 In the above description, the case where the number of magnetic flux linkages of the iron core leg 401ab and the excitation current are DC-biased in the positive direction has been described as an example. DC bias can be detected in principle.

以下,図12を参照して,変圧器104に直流偏磁を抑制する手段を備えた制御手段106の内部構成の一例を説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 12, an example of the internal configuration of the control means 106 provided with means for suppressing the DC bias in the transformer 104 will be described.

制御手段106は,各単位変換器111のコンデンサ電圧VCjk,アーム電流Iu,v,w,r,s,t,交流系統101の線間電圧VSab,VSbc,VScaを検出する。 The control means 106 detects the capacitor voltage VCjk of each unit converter 111, the arm currents Iu, v, w, r, s, t, and the line voltages VSab, VSbc, VSca of the AC system 101.

コンデンサ電圧制御手段1204は,検出したコンデンサ電圧VCjkが概ね一定になるように,d軸電流指令値Id*を演算する。 The capacitor voltage control means 1204 calculates the d-axis current command value Id * so that the detected capacitor voltage VCjk is substantially constant.

検出したアーム電流IuとIrの和Iur=Iu+Irを加算器1208にて演算する。同様に,Ivs,Iwtを演算する。 The adder 1208 calculates the sum Iur = Iu + Ir of the detected arm currents Iu and Ir. Similarly, Ivs and Iwt are calculated.

得られたIur,Ivs,Iwtをα−β変換演算器1201にて座標変換し,Iα,Iβを得る。 The obtained Iur, Ivs, and Iwt are coordinate-transformed by an α-β conversion computing unit 1201 to obtain Iα and Iβ.

さらに,Iα,Iβをd−q変換演算器1203にて座標変換し,d軸電流Id,q軸電流Iqを得る。ここで,座標変換に用いる位相角θは,位相角検出手段1202によって検出した交流系統101の線間電圧VSabの位相角である。 Further, Iα and Iβ are coordinate-converted by a dq conversion calculator 1203 to obtain a d-axis current Id and a q-axis current Iq. Here, the phase angle θ used for the coordinate conversion is the phase angle of the line voltage VSab of the AC system 101 detected by the phase angle detection means 1202.

また,交流系統101の線間電圧VSab,VSbc,VScaをα−β変換演算器1201にて座標変換し,VSα,VSβを得る。 Further, the line voltages VSab, VSbc, VSca of the AC system 101 are coordinate-converted by the α-β conversion calculator 1201 to obtain VSα, VSβ.

さらに,VSα,VSβをd−q変換演算器1203にて座標変換し,交流系統d軸電圧VSd,交流系統q軸電圧VSqを得る。ここで,座標変換に用いる位相角θは,位相角検出手段1202によって検出した交流系統101の線間電圧VSabの位相角である。この場合,VSqは概ね零となる。 Further, VSα and VSβ are coordinate-converted by a dq conversion calculator 1203 to obtain an AC system d-axis voltage VSd and an AC system q-axis voltage VSq. Here, the phase angle θ used for the coordinate conversion is the phase angle of the line voltage VSab of the AC system 101 detected by the phase angle detection means 1202. In this case, VSq is approximately zero.

d軸電流Id,q軸電流Iq,d軸電流指令値Id*,q軸電流指令値Iq*,交流系統d軸電圧VSd,交流系統q軸電圧VSqから,(19),(20)式にてd軸電圧指令値Vd*,q軸電圧指令値Vq*を演算する。
〔数12〕
Vd*=VSd−G1×(Id*−Id)−RId+ωLIq ……(19)
Vq*=VSq−G1×(Iq*−Iq)−RIq−ωLIq ……(20)
From the d-axis current Id, the q-axis current Iq, the d-axis current command value Id *, the q-axis current command value Iq *, the AC system d-axis voltage VSd, and the AC system q-axis voltage VSq, the equations (19) and (20) D-axis voltage command value Vd * and q-axis voltage command value Vq * are calculated.
[Equation 12]
Vd * = VSd−G1 × (Id * −Id) −RId + ωLIq (19)
Vq * = VSq−G1 × (Iq * −Iq) −RIq−ωLIq (20)

ここで,G1は電流制御ゲイン,Rは変圧器の巻線抵抗,ωLは変圧器の漏れインダクタンスである。 Here, G1 is the current control gain, R is the winding resistance of the transformer, and ωL is the leakage inductance of the transformer.

得られたVd*,Vq*を逆d−q変換演算器1209,逆α−β変換演算器1210にて座標変換し,交流電圧指令値Vur*,Vvs*,Vwt*を得る。 The obtained Vd * and Vq * are coordinate-transformed by an inverse dq conversion calculator 1209 and an inverse α-β conversion calculator 1210 to obtain AC voltage command values Vur *, Vvs *, and Vwt *.

得られたVur*,Vvs*,Vwt*から,後述する直流偏磁抑制制御部114の出力であるDMPur,vs,wtを減算器1205にて減算し,補正された交流電圧指令値Vur*’,Vvs*’,Vwt*’を得る。 From the obtained Vur *, Vvs *, and Vwt *, DMPur, vs, and wt, which are outputs of a DC demagnetization suppression control unit 114, which will be described later, are subtracted by a subtractor 1205, and the corrected AC voltage command value Vur * ' , Vvs * ′, Vwt * ′.

得られたVur*,Vvs*,Vwt*から,(21)〜(26)式にて各アームの出力電圧指令値Vu*,Vr*,Vv*,Vs*,Vw*,Vt*を演算する。
〔数13〕
Vu*=−Vur*+Vdc*/2 ……(21)
Vr*=Vur*+Vdc*/2 ……(22)
Vv*=−Vvs*+Vdc*/2 ……(23)
Vs*=Vvs*+Vdc*/2 ……(24)
Vw*=−Vwt*+Vdc*/2 ……(25)
Vt*=Vwt*+Vdc*/2 ……(26)
From the obtained Vur *, Vvs *, Vwt *, the output voltage command values Vu *, Vr *, Vv *, Vs *, Vw *, Vt * of each arm are calculated by the equations (21) to (26). .
[Equation 13]
Vu * = − Vur * + Vdc * / 2 (21)
Vr * = Vur * + Vdc * / 2 (22)
Vv * = − Vvs * + Vdc * / 2 (23)
Vs * = Vvs * + Vdc * / 2 (24)
Vw * = − Vwt * + Vdc * / 2 (25)
Vt * = Vwt * + Vdc * / 2 (26)

得られたVu*,Vr*,Vv*,Vs*,Vw*,Vt*を各単位変換器111に分配し,変調部1213にて例えばパルス幅変調(pulse-width modulation)することにより,各単位変換器111のスイッチング素子201のオン・オフ指令gjk(j=u,v,w,r,s,t,k=1,2,…,N)を得る。 The obtained Vu *, Vr *, Vv *, Vs *, Vw *, Vt * are distributed to each unit converter 111, and each of the units is subjected to, for example, pulse-width modulation by the modulation unit 1213. An on / off command gjk (j = u, v, w, r, s, t, k = 1, 2,..., N) of the switching element 201 of the unit converter 111 is obtained.

得られたgjkは,制御通信線108を介して,各単位変換器に伝送する。 The obtained gjk is transmitted to each unit converter via the control communication line 108.

以下,本発明の特徴的な部分である,直流偏磁抑制制御部1214について説明する。 Hereinafter, the direct-current bias suppression control unit 1214, which is a characteristic part of the present invention, will be described.

図4の電流検出手段404,405,検出抵抗器406,電圧検出手段407によって検出したVBab,VBbc,VBcaから,例えばローパスフィルタ,移動平均フィルタを用いて直流成分を検出する。あるいは,正のピーク値と負のピーク値の絶対値の差を検出する。直流成分あるいは正のピーク値と負のピーク値の絶対値の差にゲインG2を乗算し,直流偏磁抑制制御のための補正信号DMPur,DMPvs,DMPwtを得る。 A DC component is detected from the VBab, VBbc, and VBca detected by the current detection means 404, 405, the detection resistor 406, and the voltage detection means 407 in FIG. 4 using, for example, a low-pass filter and a moving average filter. Alternatively, the difference between the absolute values of the positive peak value and the negative peak value is detected. The gain G2 is multiplied by the difference between the DC component or the absolute value of the positive peak value and the negative peak value to obtain correction signals DMPur, DMPvs, and DMPwt for DC bias suppression control.

得られたDMPur,DMPvs,DMPwtを,前述のようにVur*,Vvs*,Vwt*から減算し,補正された交流電圧指令値Vur*’,Vvs*’,Vwt*’を得る。 The obtained DMPur, DMPvs and DMPwt are subtracted from Vur *, Vvs * and Vwt * as described above to obtain corrected AC voltage command values Vur * ', Vvs *' and Vwt * '.

これによって,変圧器104の鉄心脚401に発生した直流偏磁と逆方向の電圧を,変圧器104の2次巻線に印加することになる。 As a result, a voltage in the direction opposite to the direct-current bias generated in the iron core leg 401 of the transformer 104 is applied to the secondary winding of the transformer 104.

鉄心脚401の磁束鎖交数Φab,bc,caは,変圧器104の各巻線の印加電圧の時間積分である。 The magnetic flux linkage number Φab, bc, ca of the iron core leg 401 is a time integral of the voltage applied to each winding of the transformer 104.

本発明の直流偏磁抑制制御部1214を用いることによって,何らかの要因で発生してしまった直流磁束と逆方向の磁束を発生させるように,各アームに電圧を印加させるため,結果として直流偏磁を減衰させることができという効果を得られる。 By using the DC demagnetization suppression control unit 1214 of the present invention, a voltage is applied to each arm so as to generate a magnetic flux in the opposite direction to the DC magnetic flux that has been generated for some reason. Can be attenuated.

次に,図13を参照して,直流偏磁抑制制御の別の方法を説明する。ただし,図12と図13の相違点についてのみ説明する。 Next, with reference to FIG. 13, another method of DC bias suppression control will be described. However, only the differences between FIG. 12 and FIG. 13 will be described.

図13では,偏磁抑制制御1214の出力であるDMPur,DMPvs,DMPwtを,交流電圧指令値Vur*’,Vvs*’,Vwt*’ではなく,アーム電流の各相での和Iur,Ivs,Iwtから減算している。 In FIG. 13, DMPur, DMPvs, and DMPwt, which are the outputs of the demagnetization suppression control 1214, are not the AC voltage command values Vur * ′, Vvs * ′, and Vwt * ′, but the sums Iur, Ivs, Subtracted from Iwt.

これによって,Iur,Ivs,Iwtを補正することができるため,(19),(20)式に示した電流制御によって,変圧器104の直流偏磁をキャンセルするような電流を,各アームが流すように制御することになる。 As a result, Iur, Ivs, and Iwt can be corrected. Therefore, each arm flows a current that cancels the DC bias of the transformer 104 by the current control shown in equations (19) and (20). Will be controlled.

したがって,図13のように直流偏磁抑制制御を構成しても,結果として直流偏磁を減衰させることができという効果を得られる。 Therefore, even if the DC demagnetization suppression control is configured as shown in FIG. 13, it is possible to obtain the effect that the DC demagnetization can be attenuated as a result.

なお,以上の説明では明言していなかったが,鉄心脚401ab,bc,caは独立した磁路を構成していても,三脚鉄心を構成していても,五脚鉄心を構成していても,本発明の効果を得ることができる。 Although not explicitly stated in the above description, the iron core legs 401ab, bc, ca may constitute an independent magnetic path, a tripod iron core, or a pentapod iron core. The effects of the present invention can be obtained.

以上で説明した電力変換装置を少なくとも1つ用いて,自励高圧直流送電システム(HVDC),多端子HVDC,あるいはDCグリッドを構成できる。
なお,本実施例では,正側2次巻線403uと負側2次巻線403rが接続され,正側2次巻線403vと負側2次巻線403sが接続され,正側2次巻線403wと負側2次巻線403tが接続されている例を示したが,これらの配線の接続に限定されるものでなく,異なる2次分割巻線の組み合わせを用いいわゆる千鳥結線となっている場合にも適用可能であり,例えば,正側2次巻線403uと負側2次巻線403sが接続され,正側2次巻線403vと負側2次巻線403tが接続され,正側2次巻線403wと負側2次巻線403rが接続されるようにしても良い。
また,本実施例では,正側2次巻線403uと負側2次巻線403rとの組合せの一方端と他方端の各々にアーム105uとアーム105rが接続され,正側2次巻線403vと負側2次巻線403sとの組合せの一方端と他方端の各々にアーム105vアーム105sが接続され,正側2次巻線403wと負側2次巻線403tとの組合せの一方端と他方端の各々にアーム105wとアーム105tが接続される例を示したが,他の変形例でも良く,例えば,正側2次巻線403uと負側2次巻線403rとの組合せには一方端のみにアーム105uだけが接続され(他方端のアーム105rは省かれる),正側2次巻線403vと負側2次巻線403sとの組合せの一方端のみアーム105vだけが接続され(他方端のアーム105sが省かれる),正側2次巻線403wと負側2次巻線403tとの組合せの一方端のみにアーム105wが接続され(他方端のアーム105tは省かれる)ようにしても良い。
A self-excited high-voltage direct current power transmission system (HVDC), a multi-terminal HVDC, or a DC grid can be configured by using at least one of the power conversion devices described above.
In this embodiment, the positive secondary winding 403u and the negative secondary winding 403r are connected, the positive secondary winding 403v and the negative secondary winding 403s are connected, and the positive secondary winding is connected. Although an example in which the wire 403w and the negative secondary winding 403t are connected is shown, the present invention is not limited to the connection of these wires, and a combination of different secondary divided windings is used to form a so-called staggered connection. For example, the positive secondary winding 403u and the negative secondary winding 403s are connected, and the positive secondary winding 403v and the negative secondary winding 403t are connected. The side secondary winding 403w and the negative secondary winding 403r may be connected.
In this embodiment, the arm 105u and the arm 105r are connected to one end and the other end of the combination of the positive secondary winding 403u and the negative secondary winding 403r, respectively, and the positive secondary winding 403v. The arm 105v arm 105s is connected to one end and the other end of the combination of the negative secondary winding 403s and one end of the combination of the positive secondary winding 403w and the negative secondary winding 403t, respectively. Although the example in which the arm 105w and the arm 105t are connected to each of the other ends has been shown, other modified examples may be used. For example, there is one combination of the positive side secondary winding 403u and the negative side secondary winding 403r. Only the arm 105u is connected to only the end (the other end arm 105r is omitted), and only the arm 105v is connected to only one end of the combination of the positive side secondary winding 403v and the negative side secondary winding 403s (the other side The end arm 105s Karel), may be positive secondary winding 403w and the negative secondary winding 403t and one end only to the arm 105w combination of connected (the arms 105t of the other end is omitted).

以下,本発明の第2の実施形態について説明する。 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.

実施例2と実施例1の相違点は,変圧器104の各巻線の電流を検出する電流検出手段404,405にアナログ−ディジタル変換器を接続した点である。 The difference between the second embodiment and the first embodiment is that an analog-digital converter is connected to current detection means 404 and 405 for detecting the current of each winding of the transformer 104.

実施例2では,変圧器の励磁電流の直流成分をディジタル演算で得ることができるため,検出した励磁電流を制御手段106に伝送する際のノイズ耐量を向上できるという効果を得られる。 In the second embodiment, since the direct current component of the exciting current of the transformer can be obtained by digital calculation, it is possible to improve the noise tolerance when transmitting the detected exciting current to the control means 106.

実施例2の全体構成は,変圧器104が図9の変圧器109に置き換わる点を除いて実施例1と同様である。したがって,以下では図9を参照して,実施例2の変圧器901の内部構成を説明する。ただし,実施例1の変圧器104(図4)との相違点のみを説明する。 The overall configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the transformer 104 is replaced with the transformer 109 of FIG. Therefore, the internal configuration of the transformer 901 according to the second embodiment will be described below with reference to FIG. However, only differences from the transformer 104 (FIG. 4) of the first embodiment will be described.

実施例2では,電流検出手段404,405のそれぞれに検出抵抗器406を設け,検出抵抗器406の両端電圧をアナログ−ディジタル変換器902にてディジタル信号に変換する。 In the second embodiment, a detection resistor 406 is provided in each of the current detection means 404 and 405, and the voltage across the detection resistor 406 is converted into a digital signal by the analog-digital converter 902.

1次巻線402abの電流Iabをアナログ−ディジタル変換した信号から,2次巻線403u,403rの電流の和Iurをアナログ−ディジタル変換した信号を,減算器903にて減算し,VBabを得る。 A signal obtained by analog-digital conversion of the sum Iur of the secondary windings 403u and 403r is subtracted by a subtractor 903 from a signal obtained by analog-digital conversion of the current Iab of the primary winding 402ab to obtain VBab.

また,1次巻線402bcの電流Ibcをアナログ−ディジタル変換した信号から,2次巻線403v,403sの電流の和Ivsをアナログ−ディジタル変換した信号を,減算器903にて減算し,VBbcを得る。 Further, a signal obtained by analog-digital conversion of the current Ibc of the secondary windings 403v and 403s is subtracted by a subtractor 903 from a signal obtained by analog-digital conversion of the current Ibc of the primary winding 402bc, and VBbc is obtain.

同様に,1次巻線402caの電流Icaをアナログ−ディジタル変換した信号から,2次巻線403w,403tの電流の和Iwtをアナログ−ディジタル変換した信号を,減算器903にて減算し,VBcaを得る。 Similarly, a signal obtained by analog-digital conversion of the current Ica of the secondary windings 403w and 403t is subtracted by a subtractor 903 from a signal obtained by analog-digital conversion of the current Ica of the primary winding 402ca, and VBca Get.

減算器903および信号の経路はディジタル演算部904に含まれるため,アナログ信号を用いていた実施例1に比較してノイズ耐量を向上できるという効果を得られる。 Since the subtractor 903 and the signal path are included in the digital operation unit 904, the noise immunity can be improved as compared with the first embodiment in which the analog signal is used.

以下,本発明の第3の実施形態について説明する。 The third embodiment of the present invention will be described below.

実施例3と実施例1の相違点は,変圧器104の正側2次巻線403u,v,wと負側2次巻線r,s,tのそれぞれに電流検出手段405を設けた点である。 The difference between the third embodiment and the first embodiment is that current detecting means 405 is provided in each of the positive secondary windings 403u, v, w and the negative secondary windings r, s, t of the transformer 104. It is.

実施例1では,1つの電流検出手段405で2つの2次巻線の電流の和を検出するため,例えば円環形の直流CTや交流CTに2つの電線を通す必要があった。 In the first embodiment, since one current detection unit 405 detects the sum of the currents of the two secondary windings, for example, it is necessary to pass two electric wires through an annular DC CT or AC CT.

実施例3では,1つの電流検出手段405に1つの電線のみを通す構成であるため,電流検出手段への電線の引き回しを簡略化できるという効果を得られる。 In the third embodiment, since only one electric wire is passed through one current detection unit 405, an effect of simplifying the routing of the electric wire to the current detection unit can be obtained.

実施例3の全体構成は,変圧器104が図10の変圧器1001に置き換わる点を除いて実施例1と同様である。したがって,以下では図10を参照して,実施例2の変圧器1001の内部構成を説明する。ただし,実施例1の変圧器104(図4)との相違点のみを説明する。 The overall configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment except that the transformer 104 is replaced with the transformer 1001 of FIG. Therefore, the internal configuration of the transformer 1001 according to the second embodiment will be described below with reference to FIG. However, only differences from the transformer 104 (FIG. 4) of the first embodiment will be described.

1次線402ab,bc,caのそれぞれに電流検出手段404を設け,アーム電流Iab,Ibc,Icaの検出値Iab’,Ibc’,Ica’を得る。 Current detection means 404 is provided for each of the primary lines 402ab, bc, and ca to obtain detection values Iab ', Ibc', and Ica 'of the arm currents Iab, Ibc, and Ica.

正側2次巻線403u,v,wのそれぞれに電流検出手段405を設け,アーム電流Iu,Iv,Iwの検出値Iu’,Iv’,Iw’を得る。 Current detection means 405 is provided in each of the positive side secondary windings 403u, v, and w to obtain detection values Iu ′, Iv ′, and Iw ′ of arm currents Iu, Iv, and Iw.

負側2次巻線403r,s,tのそれぞれに電流検出手段405を設け,アーム電流Ir,Is,Itの検出値Ir’,Is’,It’を得る。 Current detection means 405 is provided for each of the negative side secondary windings 403r, s, and t to obtain detected values Ir ', Is', It' of the arm currents Ir, Is, It.

正側2次巻線403u,v,wに接続された電流検出手段405と負側2次巻線403r,s,tに接続された電流検出手段405は,鉄心脚401ab,bc,ca毎に接続され,電流検出値の和Iur’,Ivs’,Iwt’を得る。 The current detection means 405 connected to the positive side secondary windings 403u, v, w and the current detection means 405 connected to the negative side secondary windings 403r, s, t are provided for each iron leg 401ab, bc, ca. Connected to obtain the sum Iur ′, Ivs ′, Iwt ′ of the current detection values.

1次巻線402の電流検出手段404の電流検出値Iu’,Iv’,Iw’とIur’,Ivs’,Iwt’のそれぞれの差は,検出抵抗器406に流れる。したがって,実施例1と同様に,検出抵抗器406の両端電圧VBab,VBbc,VBcaとして,変圧器1001の励磁電流に概ね比例した電圧信号を得ることができる。 Differences between the current detection values Iu ′, Iv ′, Iw ′ of the current detection unit 404 of the primary winding 402 and Iur ′, Ivs ′, Iwt ′ flow to the detection resistor 406. Therefore, as in the first embodiment, voltage signals approximately proportional to the exciting current of the transformer 1001 can be obtained as the voltages VBab, VBbc, VBca across the detection resistor 406.

実施例3では,1つの電流検出手段404および405が1つの電線の電流のみを検出するため,電流検出手段404および405への電線引き回しを簡略化できるという効果を得られる。 In the third embodiment, since one current detection unit 404 and 405 detects only the current of one electric wire, the effect of simplifying the routing of the electric wire to the current detection unit 404 and 405 can be obtained.

以下,本発明の第4の実施形態について説明する。 The fourth embodiment of the present invention will be described below.

実施例4は,実施例2と同様に,電流検出手段404,405のそれぞれにアナログ−ディジタル変換器を接続し,実施例3と同様に正側2次巻線と負側2次巻線のそれぞれに電流検出手段405を設けた構成である。 In the fourth embodiment, an analog-digital converter is connected to each of the current detection means 404 and 405 as in the second embodiment, and the positive secondary winding and the negative secondary winding are connected as in the third embodiment. Each is provided with a current detection means 405.

実施例4では,実施例2と同様に,変圧器の励磁電流の直流成分をディジタル演算で得ることができるため,検出した励磁電流を制御手段106に伝送する際のノイズ耐量を向上できるという効果を得られる。 In the fourth embodiment, as in the second embodiment, the DC component of the excitation current of the transformer can be obtained by digital calculation, so that the noise immunity when the detected excitation current is transmitted to the control means 106 can be improved. Can be obtained.

また,実施例4では,実施例3と同様に,1つの電流検出手段405に1つの電線のみを通す構成であるため,電流検出手段への電線の引き回しを簡略化できるという効果を得られる。 Further, in the fourth embodiment, as in the third embodiment, since only one electric wire is passed through one current detection unit 405, an effect that the wiring of the electric wire to the current detection unit can be simplified can be obtained.

実施例4の全体構成は,変圧器104が図11の変圧器1101に置き換わる点を除いて実施例1と同様である。したがって,以下では図11を参照して,実施例4の変圧器1101の内部構成を説明する。ただし,実施例1の変圧器104(図4)との相違点のみを説明する。 The overall configuration of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment except that the transformer 104 is replaced with the transformer 1101 of FIG. Therefore, the internal configuration of the transformer 1101 of the fourth embodiment will be described below with reference to FIG. However, only differences from the transformer 104 (FIG. 4) of the first embodiment will be described.

実施例4では,電流検出手段404,405のそれぞれに検出抵抗器406を設け,検出抵抗器406の両端電圧をアナログ−ディジタル変換器902にてディジタル信号に変換する。 In the fourth embodiment, a detection resistor 406 is provided in each of the current detection means 404 and 405, and the voltage across the detection resistor 406 is converted into a digital signal by the analog-digital converter 902.

1次巻線402abの電流Iabをアナログ−ディジタル変換した信号から,2次巻線403u,403rの電流Iu,Irをそれぞれアナログ−ディジタル変換した信号を,減算器903にて減算し,VBabを得る。 A signal obtained by analog-digital conversion of the currents Iu and Ir of the secondary windings 403u and 403r from the signal obtained by analog-digital conversion of the current Iab of the primary winding 402ab is subtracted by a subtractor 903 to obtain VBab. .

また,1次巻線402abの電流Ibcをアナログ−ディジタル変換した信号から,2次巻線403v,403sの電流Iv,Isをそれぞれアナログ−ディジタル変換した信号を,減算器903にて減算し,VBbcを得る。 Further, a signal obtained by analog-digital conversion of the currents Iv and Is of the secondary windings 403v and 403s is subtracted by a subtractor 903 from a signal obtained by analog-digital conversion of the current Ibc of the primary winding 402ab, and VBbc. Get.

同様に,1次巻線402caの電流Icaをアナログ−ディジタル変換した信号から,2次巻線403w,403tの電流Iw,Itをそれぞれアナログ−ディジタル変換した信号を,減算器903にて減算し,VBcaを得る。 Similarly, the subtracter 903 subtracts the signals obtained by analog-digital conversion of the currents Iw and It of the secondary windings 403w and 403t from the signal obtained by analog-digital conversion of the current Ica of the primary winding 402ca, Obtain VBca.

実施例4では,減算器903および信号の経路はディジタル演算部904に含まれるため,アナログ信号を用いていた実施例1に比較してノイズ耐量を向上できるという効果を得られる。 In the fourth embodiment, since the subtractor 903 and the signal path are included in the digital operation unit 904, the noise immunity can be improved as compared with the first embodiment in which the analog signal is used.

また,実施例4では,1つの電流検出手段404および405が1つの電線の電流のみを検出するため,電流検出手段404および405への電線引き回しを簡略化できるという効果を得られる。 Further, in the fourth embodiment, since one current detection unit 404 and 405 detects only the current of one electric wire, the effect of simplifying the routing of the electric wire to the current detection unit 404 and 405 can be obtained.

101・・・交流系統
102・・・遮断器
103・・・電力変換装置
104・・・励磁電流検出手段を設けた変圧器
105・・・アーム
106・・・制御手段
107,108・・・制御通信線
109・・・電流検出手段
110・・・電圧検出手段
111・・・単位変換器
112P,N・・・直流送電線
113・・・直流装置
201XP,XN,YP,YN・・・スイッチング素子
202XP,XN,YP,YN・・・環流ダイオード
203・・・コンデンサ
204・・・双方向チョッパ形単位変換器制御手段
205・・・電圧検出手段
301・・・フルブリッジ形単位変換器制御手段
401・・・鉄心脚
402・・・1次巻線
403u,v,w・・・正側2次巻線
403r,s,t・・・負側2次巻線
404,405・・・電流検出手段
406・・・検出抵抗器
407・・・電圧検出手段
901・・・励磁電流検出手段を設けた変圧器の第2の形態
902・・・アナログ−ディジタル変換器
903・・・減算器
1001・・・励磁電流検出手段を設けた変圧器の第3の形態
1001・・・励磁電流検出手段を設けた変圧器の第4の形態
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... AC system 102 ... Circuit breaker 103 ... Power converter 104 ... Transformer 105 provided with exciting current detection means Arm 106 ... Control means 107, 108 ... Control Communication line 109 ... Current detection means 110 ... Voltage detection means 111 ... Unit converter 112P, N ... DC power transmission line 113 ... DC device 201XP, XN, YP, YN ... Switching element 202 XP, XN, YP, YN... Freewheeling diode 203... Capacitor 204... Bidirectional chopper type unit converter control means 205... Voltage detection means 301. ... Iron core leg 402 ... Primary windings 403u, v, w ... Positive secondary windings 403r, s, t ... Negative secondary windings 404, 405 ... Current detection means 40 ... Detection resistor 407 ... Voltage detection means 901 ... Second form of transformer 902 provided with excitation current detection means ... Analog-digital converter 903 ... Subtractor 1001 ... Third form of transformer 1001 provided with exciting current detecting means. Fourth form of transformer provided with exciting current detecting means.

Claims (4)

単位変換器を1つまたは複数直列接続したアームを相毎に有し,一方次側の巻線と相毎に少なくとも2つの他方次側の巻線を備えた変圧器を備え,前記相毎の2つの他方次側の巻線の一方のいずれかと前記相毎の2つの他方次側の巻線の他方のいずれかを前記アームに相毎に接続して相毎の回路を構成した電力変換装置において,前記一方次側の巻線に流れる電流を一方の電流検出手段に通し,前記2つの他方次側の巻線に流れる2つの電流を他方の電流検出手段に,互いの直流電流が逆方向に流れるように通し,前記一方と他方の電流検出手段の出力を相毎に1つの検出抵抗器に接続したことを特徴とする電力変換装置。 One or more unit converters are connected in series to each phase, and each transformer has a primary winding and at least two secondary windings for each phase. One of two other-side windings and one of the other two-side windings for each phase are connected to the arm for each phase to constitute a circuit for each phase. , The current flowing through the primary winding is passed through one current detection means, the two currents flowing through the two other windings are passed through the other current detection means, and the direct currents of each other are reversed. The power conversion device is characterized in that the output of the one and the other current detection means is connected to one detection resistor for each phase. 単位変換器を1つまたは複数直列接続したアームを相毎に有し,一方次側の巻線と相毎に少なくとも2つの他方次側の巻線を備えた変圧器を備え,前記相毎の2つの他方次側の巻線の一方のいずれかと前記相毎の2つの他方次側の巻線の他方のいずれかを前記アームに相毎に接続して相毎の回路を構成した電力変換装置において,前記一方次側の巻線に流れる電流を一方の電流検出手段に通し,前記2つの他方次側の巻線に流れる2つの電流を他方の電流検出手段に,互いの直流電流が逆方向に流れるように通し,前記一方と他方の電流検出手段の出力にそれぞれアナログ−ディジタル変換手段を設け,前記アナログ−ディジタル変換手段の出力ディジタル信号を減算する機能を備えた電力変換装置。 One or more unit converters are connected in series to each phase, and each transformer has a primary winding and at least two secondary windings for each phase. One of two other-side windings and one of the other two-side windings for each phase are connected to the arm for each phase to constitute a circuit for each phase. , The current flowing through the primary winding is passed through one current detection means, the two currents flowing through the two other windings are passed through the other current detection means, and the direct currents of each other are reversed. A power converter having a function of subtracting the output digital signal of the analog-digital conversion means, provided with analog-digital conversion means at the outputs of the one and other current detection means, respectively. 請求項1あるいは2のいずれか1項に記載の電力変換装置において,前記単位変換器が双方向チョッパ回路であることを特徴とする電力変換装置。3. The power conversion device according to claim 1, wherein the unit converter is a bidirectional chopper circuit. 4. 請求項1あるいは2のいずれか1項に記載の電力変換装置において,前記単位変換器がフルブリッジ回路であることを特徴とする電力変換装置。3. The power conversion device according to claim 1, wherein the unit converter is a full bridge circuit. 4.
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