JP7051672B2 - 三相不平衡抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、三相交流の不平衡を抑制する三相不平衡抑制装置に関する。

三相交流系統では、各相が担う負荷の大きさの相違等によって、その三相交流電圧が不平衡となることがある。この不平衡を補償するために、例えば特許文献１に開示されているような技術が提案されている。この技術では、配電線路に接続されたインバータが、各相に補償電流を供給する。このインバータの制御装置として、三相―二相変換回路、回転座標逆相変換回路、逆相電圧ゼロ制御回路、二相―三相変換回路を備えたものが使用される。この制御装置が、各相の逆相電圧がゼロとなるように、即ち不平衡率がゼロとなるように、インバータを制御する。

特開２００４－２０８３４５号公報

特許文献１の技術では、常に不平衡率をゼロに補償している。しかし、三相交流の系統には様々な事情があり、常に不平衡率をゼロに制御することが望ましくないことがある。

本発明は、不平衡率を任意に設定することが可能な電圧補償装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の三相不平衡抑制装置は、三相交流電源系統から線路を介して負荷に電力が供給されている。この負荷は、不平衡となることがある。この負荷側に三相インバータが接続されている。この三相インバータが三相交流電圧を平衡させる。前記三相交流電源系統の三相交流電圧を三相―二相変換手段が三相―二相変換する。回転座標変換手段が、前記三相―二相変換手段の二相電圧の正相電圧と逆相電圧とを求める。前記逆相電圧が零となるように前記逆相電圧を基に二相制御信号を不平衡制御手段が生成する。前記二相制御信号を二相―三相変換手段が三相制御信号に変換する。前記三相制御信号に基づいて前記三相インバータをインバータ制御手段が制御する。前記正相電圧と前記逆相電圧とに基づいて不平衡率を不平衡率算出手段が算出する。任意の不平衡率を不平衡率設定手段が設定する。算出された不平衡率と前記設定された不平衡率との偏差に基づいて前記二相制御信号を補正手段が補正する。

このように構成された三相不平衡抑制装置では、三相―二相変換手段及び回転座標変換手段によって検出された逆相電圧がゼロとなるように不平衡制御手段が生成した二相制御信号が二相―三相変換手段によって三相制御信号に変換されてインバータ制御手段に供給される。これによって、インバータは逆相電圧がゼロになるように制御しようとするが、不平衡率設定手段が設定した不平衡率と不平衡率算出手段によって算出された不平衡率との偏差に基づいて二相制御信号が補正されるので、インバータによって補償された三相交流電源系統は、任意の不平衡率になる。不平衡率算出手段及び補正手段を設けずに、不平衡制御手段において所望の不平衡率となる逆相電圧の値を定め、この逆相電圧となるように二相制御信号を生成することも考えられる。この場合、所望の不平衡率から必要となる逆相電圧を決定しなければならないが、逆相電圧は負荷の変動に応じて変化しており、所望の不平衡率に対応した逆相電圧を決定することは困難である。

前記補正手段は、前記逆相電圧の絶対値の最大値を決定するものとすることができる。例えば逆相電圧をゼロとするように生成された二相制御信号では、実際には逆相電圧の絶対値が大きくなるような場合があるが、補正手段を設けたことによって、逆相電圧の絶対値の最大値以下に制限される。

また、前記逆相電圧の絶対値を予め定めた上限値内に制限する制限手段を設けることもできる。制限手段を設けると、不平衡率設定手段によって設定された不平衡率では、逆相電圧の絶対値が大きくなりすぎる場合に、逆相電圧の絶対値を上限値に制限することができる。

以上のように、本発明によれば、任意に設定された不平衡率に調整することができる。

本発明の1実施形態の三相不平衡抑制装置のブロック図である。 図１の電圧調整装置での不平衡率の制限状態の説明図である。

本発明の１実施形態の三相不平衡抑制装置１は、図１に示す三相系統の電圧の不平衡を抑制するためのものである。発電所のような三相系統電源２から、リアクタンスと抵抗とを含むインピーダンスを有する線路３を介して複数の負荷４に電力が供給される。このとき、線路３を流れる電流によって、線路３では電圧降下ＶＩＮＶが発生し、三相系統電源２の電圧Ｖｓから電圧降下ＶＩＮＶだけ低下した電圧が各負荷４に供給される。このとき、三相交流電源系統２の電圧Ｖｓは、三相インバータ５の出力電圧をＶＳＶＧとすると、ＶＳＶＧ＋ＶＩＮＶによって表される。各負荷４の不平衡に起因して三相系統電源２から不平衡電流が線路３を介して各負荷４に流れる。これによって三相系統電源２の電圧Ｖｓから遠方に配置された三相不平衡装置１の検出電圧Ｖｄｅｔが不平衡電圧となる。これを抑制するために三相不平衡抑制装置１が使用される。

この三相不平衡抑制装置１は、複数の負荷４と並列に接続されたインバータ手段、例えば三相インバータ５を有している。この三相インバータ５が線路３に電力を供給することによって三相不平衡を抑制する。その抑制は、三相系統電源２の各電圧から正相及び逆相電圧を求め、その逆相電圧を抑制するように三相インバータ５を制御する。この制御には回転座標変換を使用している。

そのために、三相系統電源２の電圧Ｖｓから遠方に配置された三相不平衡装置１の検出電圧Ｖｄｅｔは三相―二相変換器８に供給され、二相電圧Ｖα、Ｖβに変換される。これらＶα、Ｖβは、回転座標変換部１０に供給され、回転座標変換され、正相電圧Ｖ１ｄ、Ｖ１ｑと逆相電圧Ｖ２ｄ、Ｖ２ｑとが算出される。

逆相電圧Ｖ２ｄ、Ｖ２ｑは、それぞれ加算器１２ｑ、１２ｄに供給され、不平衡率電圧目標値であるゼロとの差分がそれぞれ算出され、それぞれの差分は逆相電圧ゼロ制御部１４に供給される。逆相電圧ゼロ制御部１４は、逆相電圧をゼロとするように、供給された２つの差分に対してそれぞれ例えばＰＩ制御して、二相の制御信号、例えばゼロ制御ｄ成分及びｑ成分を生成する。このゼロ制御ｄ成分及びｑ成分は、逆相指令リミッタ１６に供給され、ｄ成分及びｑ成分の合成値の絶対値が、後述するリミッタ３４が指示する大きさを超えることが無いように、ゼロ制御ｄ成分及びｑ成分がそれぞれ制御される。

この逆相指令リミッタ１６からの制御されたゼロ制御ｄ成分及びｑ成分は、二相―三相変換部１８に供給され、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相の制御信号、例えばゼロ制御Ｕ、Ｖ、Ｗ信号に変換される。これらゼロ制御Ｕ、Ｖ、Ｗ信号のうちの二相、例えばゼロ制御Ｖ、Ｗ信号は、対応する三相インバータ５のＶ、Ｗ電流とそれぞれ加算器２０Ｗ、２０Ｖで差分が算出され、即ち、フィードフォワード補正され、これら補正された差分とゼロ制御Ｕ信号とが瞬時電流波形制御部２２に供給され、ここで例えばＰＤ制御され、その制御信号がＰＷＭ制御部２４に供給される。ＰＷＭ制御部２４は、瞬時波形制御部２２からの制御信号に基づいてインバータ５の各スイッチング素子を制御する。逆相指令リミッタ１６を設けているので、ｄ成分及びｑ成分の合成値の絶対値が、逆相指令リミッタ１６が指示する大きさを超えないと逆相電圧を零にできない場合には、逆相電圧は零とならず、三相系統電源の電圧ＶＳは不平衡であるが、その大きさは逆相指令リミッタ１６によって決定される。

逆相指令リミッタ１６が指示する大きさを決定するために、逆相指令リミッタ回転座標変換部１０において得られた正相電圧Ｖ１ｄ、Ｖ１ｑと逆相電圧Ｖ２ｄ、Ｖ２ｑとは、不平衡率算出部２６に供給されて、正相電圧の絶対値に対する逆相電圧の絶対値の比である不平衡率が算出される。この不平衡率は、三相インバータ５によって制御されている実際の三相系統電源２の電圧Ｖｓの不平衡率である。算出された不平衡率は加算器２８に供給され、この加算器２８に不平衡率設定器３０から供給された不平衡率との差が、加算器２８によって算出される。

不平衡率設定器３０には、この電圧調整装置の使用者が三相系統電圧の事情等に応じて設定した不平衡率が設定されている。加算器２８の出力は不平衡率一定制御部３２に供給され、例えば比例制御される。この制御信号は、逆相指令リミッタ１６に供給されて、リミッタレベルとして作用する。例えば図２に示すように、本来であれば破線で示す大きさに逆相電圧の大きさがなるのを、不平衡率一定制御部３２の制御信号によって実線で示す大きさに制限する。但し、不平衡率一定制御部３２の制御信号は、リミッタ３４に供給されており、リミッタ３４にはリミッタレベル上限設定値が設定されており、不平衡率一定制御部３２からの制御信号によって逆相電圧を制御しても、その逆相電圧の大きさが、図２に二点鎖線で示すリミッタ上限レベルを超える一点鎖線で示す大きさの場合には、リミッタ上限レベルが支持する逆相電圧の大きさに逆相電圧の大きさを制限するように、リミッタ３４が不平衡率一定制御部３２の制御信号を制限して、逆相指令リミッタ１６に供給する。従って、三相不平衡率は、不平衡率設定値によって設定された値に抑圧され、その不平衡率設定値によって設定された三相不平衡率ではリミッタレベル上限設定値によって設定された不平衡率を超える場合には、リミッタレベル上限設定値によって設定された不平衡率とされる。

このように不平衡率算出部２６、加算器２８、不平衡率設定器３０、不平衡率一定制御部及びリミッタ３４は、逆相電圧ゼロ制御部１４による制御を補正する補正手段として機能する。

上記の実施形態では、本発明の電圧補償装置は、三相系統電源に使用したが、これに限らず、例えばパワーコンディショナーに使用することもできる。

５ 三相インバータ
８ 三相―二相変換部
１０ 回転座標変換部
１４ 逆相電圧ゼロ制御部（不平衡制御手段）
１８ 二相―三相変換部
２４ ＰＷＭ制御部（インバータ制御手段）
２６ 不平衡率算出部
３０ 不平衡率設定部
３２ 不平衡率一定制御部（補正手段）

Claims (3)

1. 三相交流電源系統から線路を介して電力が供給されている負荷側に接続された三相インバータと、
   前記三相交流電源系統の三相交流電圧を三相―二相変換する三相―二相変換手段と、
   前記三相―二相変換手段の二相電圧の正相電圧と逆相電圧とを求める回転座標変換手段と、
   前記逆相電圧が零となるように前記逆相電圧を基に二相制御信号を生成する不平衡制御手段と、
   前記二相制御信号を三相制御信号に変換する二相―三相変換手段と、
   前記三相制御信号に基づいて前記三相インバータを制御するインバータ制御手段と、
   前記正相電圧と前記逆相電圧とに基づいて不平衡率を算出する不平衡率算出手段と、
   任意の不平衡率を設定する不平衡率設定手段と、
   算出された不平衡率と前記設定された不平衡率との偏差に基づいて前記二相制御信号を補正する補正手段とを、
   有する三相不平衡抑制装置。
2. 請求項１記載の三相不平衡抑制装置において、前記補正手段は、前記逆相電圧の絶対値の最大値を決定する三相不平衡抑制装置。
3. 請求項１または２記載の三相不平衡抑制装置において、前記逆相電圧の絶対値を予め定めた上限値内に制限する制限手段を有する三相不平衡抑制装置。

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