JPH04248368A - 三相系の対称化方法および装置 - Google Patents

三相系の対称化方法および装置

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JPH04248368A
JPH04248368A JP3229475A JP22947591A JPH04248368A JP H04248368 A JPH04248368 A JP H04248368A JP 3229475 A JP3229475 A JP 3229475A JP 22947591 A JP22947591 A JP 22947591A JP H04248368 A JPH04248368 A JP H04248368A
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JP3229475A
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Ruediger Braun
リユデイガー ブラウン
Wilhelm Forstbauer
ウイルヘルム フオルストバウエル
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Siemens AG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、中性点形成器を後置さ
れているフィルタを出力端に有するインバータにより直
流電圧源から発生される三相系の対称化のための方法お
よび装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ヨーロッパ特許第 0208088号明
細書から、負荷可能な零線を有する対称な三相出力電圧
系を発生するための装置は公知である。この装置はイン
バータ装置および電圧変換装置、特に一次側でインバー
タ装置に接続されている二次側星形回路を有する無電位
の三相電圧変圧器を含んでいる。さらに、フィルタが電
圧変換装置と直列に接続されている。目標値設定器が3
つの角度対称な目標値を設定する。それぞれ目標値およ
びインバータ装置の交流出力端に調節装置が対応付けら
れており、その後に制御装置が接続されている。インバ
ータ装置としてはパルス幅変調される三相のブリッジ変
換装置が設けられている。電圧変換装置の構造を写像す
る減結合回路網は、直列回路の出力端における相電圧に
相応する瞬時値から、電圧変換装置の入力端における電
圧系に相応する変換された瞬時値を形成する。調節装置
および減結合回路網は、それらが出力電圧系のスター電
圧に対する目標値および測定値から、インバータ装置の
1つの出力端で動作する枝路対に対する制御電圧を供給
し、制御電圧により変換された測定値の目標値からの偏
差が補正可能であるように一括接続されている。この装
置により出力電圧系の端子に生ずる瞬時の非対称性が、
インバータ装置の各対が固有の制御装置から非対称性な
電圧系の仕方で、迅速に変更される制御電圧により駆動
されることによって、迅速に補正され得る。減結合回路
網は、二次側で負荷可能な中性点と結び付けられた測定
量を零線なしの系の等価測定量に換算することを許す。 それにより仮想の電圧系が電圧変換装置の入力端に調節
のために用意されている。形成される制御電圧は非対称
である。
【0003】論文“三相回路網の補償および対称化のた
めの多変数‐調節システムに対する座標変換”、シーメ
ンス研究開発報告、第6巻(1977)、第1号、第2
9〜38頁から、無効電流補償装置のサイリスタを常に
、回路網の無効電流負荷ができるかぎりわずかで、でき
るかぎり一定であるように、また回路網負荷が全体とし
てできるかぎり対称であるように制御する課題を有する
1つの調節システムは知られている。調節システム(上
記論文の第19図)は、炉電流およびサイリスタ電流を
正相および逆相系の有効および無効電流成分に変換する
2つのベクトル処理装置を含んでいる。炉電流の正相お
よび逆相系の有効および無効電流成分は補償装置の調節
に対する指令量として予定されている。両ベクトル処理
装置の各々はそれぞれ入力側の変換装置(2つのフェー
ザへの三相系の変換)から成っており、その出力端の後
に後段に接続されているベクトル回転器を有するそれぞ
れ1つのベクトルアイデンティファイアが接続されてお
り、その際にベクトル回転器の出力端は変換装置(正相
系成分および逆相系成分への静止ベクトルの変換)と結
び付けられている。さらに上記論文にはベクトルアイデ
ンティファイアおよびベクトル回転器に対する実施例が
示されている。調節システムは主として指令量変更のみ
を処理すればよく、また擾乱量変更は母線電圧のごくわ
ずかな変動の形態でしか生じないので、調節器がわずか
な偏差のみを補正すればよいように、予制御が予定され
ている。この調節システムにより回路網電流の正相系の
無効成分はできるかぎり小さくかつ一定の値に調節され
、それに対して逆相系の成分は同時に非常に小さい値に
調節される。さらに回路網負荷が対称であるべきであれ
ば、サイリスタ回路はすべての相で互いに無関係に制御
されなければならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、三相
系の対称化のための方法および装置であって、多変数調
節システムにより、発生される三相系が迅速かつ簡単に
対称化され得る方法および装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、請求項1にあげられている方法過程により解決さ
れる。測定された電圧は2つの電圧成分に変換され、こ
れらはそれぞれ1つの回転ベクトルに変換される。これ
らの回転ベクトルは、再び正相系および逆相系成分に変
換される静止ベクトル(フェーザ)に変換される。これ
らの正相系および逆相系成分は、負荷(不平衡負荷、単
相負荷)に無関係に対称にとどまるべき発生される三相
系の調節量を形成する。発生される三相系はまさに、正
相系成分のみが線電圧のなかに現れるときに対称である
。すなわち、発生される逆相系調節量は零に調節される
。正相系絶対値調節量は予め定められた指令値に調節さ
れ、また正相系位相調節量は零に調節される。それによ
り、正相系位相操作量を例外として相電圧操作量に変換
される正相系および逆相系操作量が得られ、それらは角
度対称な制御装置によりインバータに制御信号として供
給される。正相系位相操作量は3つの操作信号の位相を
共通に調節する。こうして、発生される三相系を単相負
荷の際にも対称に保つことが可能である。
【0006】本方法を実施するための本発明による装置
の構成は請求項2にあげられており、その有利な構成は
請求項3ないし7にあげられている。
【0007】
【実施例】以下、本発明による方法を実施するための装
置の1つの実施例の概要が示されている図面を参照して
本発明を説明する。
【0008】図1には、電力部分2および調節部分4か
ら成り、出力端R、SおよびTを有する三相系を発生す
るための装置が示されている。
【0009】電力部分2は発電機6、たとえば回転する
整流器励磁の同期発電機から成っており、後段に接続さ
れている直流電圧源10、たとえば電圧中間回路を有す
る整流器8が後置されている。整流器8の代わりにイン
バータまたは二方向変換装置も使用され得る。電圧中間
回路10には入力側にインバータ12が接続されており
、このインバータは出力側にフィルタ14を設けられて
いる。フィルタ14の後には、中性点を形成する中性点
形成器16が接続されている。それにより単相負荷が可
能である。形成された三相系18の個々の三相出力端R
、SおよびTと中性点Mとの間にはそれぞれ負荷20が
接続されている。発電機6はたとえばすべり歯車により
駆動され得る。それによって、発生される三相系18は
たとえば3×115V、400Hzの航空機内回路網で
ある。しかし、三相系18が離島電源を成すように、発
電機6は風力により駆動されてもよく、または電圧中間
回路10は燃料電池であってよい。発電機6の代わりに
、発生される三相系18(無停電電源)が保護された三
相系であるように、給電回路網が設けられていてもよい
【0010】調節部分4は入力側に3つの変成器22、
24および26を含んでおり、これらによりフィルタ1
4の3つの出力電圧、すなわち電圧uR 、uS およ
びuT が検出され得る。これらの測定された電圧uR
 、uS およびuT はベクトル処理装置28に供給
され、その出力端に電圧uR 、uS およびuT の
正相および逆相系成分u1s1、u1c1、u2s1お
よびu2c1が生ずる。
【0011】正相系成分u1s1またはu1c1は実際
値として比較器30または32に、また逆相系成分u2
c1またはu2s1は同じく実際値として比較器34ま
たは36に供給されている。比較器30または32また
は34または36の正入力端には指令量u1s2または
u1 2またはu2c2またはu2s2が与えられてい
る。比較器30、32、34、36の出力端はそれぞれ
調節器38、40、42、44と接続されている。調節
器38、40の後にそれぞれ加算器46、48が接続さ
れており、その第2の入力端には予制御値uRa、u1
2が与えられている。加算器48の出力端および調節器
42および44の出力端は変換装置50と接続されてお
り、この変換装置50の1つの実施例は図2にさらに詳
細に示されている。この変換装置50の出力端には相電
圧操作量Ustr 、Usts およびUstt が生
じ、また加算器46の出力端には位相操作量Ustφが
生ずる。これらの操作量Ustr 、Usts および
Ustt はインバータ12の各制御装置76、78、
80と接続されている。3つの制御装置76、78、8
0は角度対称に制御される。正相系位相操作量Ustφ
は共通に制御装置76、78、80の位相を制御する。
【0012】ベクトル処理装置28は入力側に変換装置
52を有し、その出力端には後段に接続されているベク
トル回転器56を有するベクトルアイデンティファイア
54が設けられている。ベクトル回転器56の出力端は
別の変換装置58と接続されており、その正相系出力端
60および62およびその逆相系出力端64および66
はそれぞれ実際値平滑回路68を設けられている。ベク
トルアイデンティファイア54の出力端は、後段に接続
されているベクトル回転器56を有する変換装置58と
接続されていてもよい。ベクトル処理装置28の出力端
を形成する実際値平滑回路68の出力端は比較器30、
32、34および36の負入力端と接続されている。
【0013】このようなベクトル処理装置28は論文“
三相回路網の補償および対称化のための多変数‐調節シ
ステムに対する座標変換”、シーメンス研究開発報告、
第6巻(1977)、第1号、第29〜38頁から知ら
れている。さらに、この論文にはベクトルアイデンティ
ファイア54、ベクトル回転器56、入力側の変換装置
52および別の変換装置58に対する実施例が示されて
いる。従って、ここではベクトル処理装置28の要素の
実施例の説明は省略する。
【0014】測定された電圧uR 、uS およびuT
 は三相の電圧系R、SおよびTを形成し、この電圧系
はベクトル処理装置28の入力側の変換装置52により
2つの電圧成分uαおよびuβに変換される。各電圧成
分は、たとえば
【数2】 により表される振動を呈する。
【0015】ベクトルアイデンティファイア54は、与
えられたコサイン振動に対して、それぞれ
【数3】 により表される付属のサイン振動を求める。
【0016】それぞれ両振動は一緒に回転ベクトルuα
およびuβを形成し、そのなかで与えられたコサイン振
動は実数部として、またそれに対して求められたサイン
振動は虚数部として定義され、
【数4】 により表される。
【0017】これらの回転ベクトルuαおよびuβは、
参照ベクトルr=cos(ωt)+j・sin(ωt)
が供給されているベクトル回転器56により、フェーザ
uα1およびuβ2とも呼ばれる静止ベクトルに変換さ
れる。参照ベクトルrは単位ベクトルとも呼ばれる。こ
れらのuα1およびuβ2は下記のように示され得る。
【数5】
【0018】これらのuα1およびuβ2はいまさらに
別の変換装置58により正相および逆相系成分u1c´
1、u1s´1、u2c´1およびu2s´1に変換さ
れる。 これらの正相および逆相系成分u1c´1、u1s´1
、u2c´1およびu2s´1は下記のように表され得
る。
【数6】 ここで、′によりフィルタされない成分が示される。
【0019】いま正相系の位相角φ1 に対して0°(
電気角)を選定すると、正相系成分u1c1は正相系の
絶対値に対する量を指示する。正相系の位相角φ1 に
対して90°(電気角)を選定すると、正相系成分u1
s1は正相系の絶対値に対する量を指示する。しかし正
相系の位相角φ1 に対して0°(電気角)と360°
(電気角)との間の任意の値も選定され得る。簡単な調
節を顧慮してここでは位相角φ1 =0°(電気角)で
あり、それにより正相系に対する指令量u1s2は零で
ある。すなわち、発生される正相系成分u1s1は零に
、また正相系成分u1c1は予め定められた正相系絶対
値指令量u1 2に調節される。
【0020】発生される三相系18は負荷状態に無関係
に常に対称にとどまるべきであるので、正相系成分しか
測定された電圧uR 、uS およびuT のなかに存
在してはならない。従って、逆相系成分u2c1および
u2s1は零に調節される。比較器30、32、34お
よび36に与えられている成分に従って調節器38、4
0、42および44は正相系位相調節器38、正相系絶
対値調節器40および逆相系絶対値調節器42および4
4とも呼ばれる。
【0021】対称化に対して正相系のみが意義があるの
で、また正相系の調節量はそれぞれ指令量だけ変動する
ので、正相系位相調節器38および正相系絶対値調節器
40の後にそれぞれ加算器46または48が接続されて
おり、それにより発生された操作量U´stφに予制御
値uRaが、また発生された操作量U´st1cに予制
御値u1 2(正相系絶対値指令量)が加算される。
【0022】インバータ12の出力端における電圧系R
′、S′およびT′はただ1つの仮想的中性点を有する
ので、この多変数調節システムでは零系は無視され得る
。なぜならば、それは発生される三相系18の対象化に
影響を有していないからである。
【0023】図2には、正相系絶対値調節器40および
逆相系絶対値調節器42および44により発生された正
相および逆相系操作量Ust1c、Ust2cおよびU
st2sから相電圧操作量Ustr 、Usts およ
びUstt を形成する変換装置50の1つの実施例が
さらに詳細に示されている。その際に相電圧操作量Us
tr 、Usts およびUstt は正相および逆相
系操作量Ust1c、Ust2cおよびUst2sから
下式に従って発生される。
【数7】 ここで、
【数8】
【0024】これらの式に従って変換装置50は3つの
加算器70、72および74および符号を有する重み係
数から成っている。正相系操作量Ust1cはそれぞれ
3つの加算器70、72および74の1つの入力端に導
かれる。加算器70の第2の入力端には係数2で重み付
けされた逆相系操作量Ust2cが与えられており、こ
の操作量はさらに係数−1で重み付けされてそれぞれ加
算器72および74の第2の入力端に与えられている。 加算器72および74の第3の入力端にはそれぞれ係数
√3=1,732で重み付けされた逆相系操作量Ust
2sが与えられており、その際にこの係数√3は相電圧
操作量Usts を求めるために負である。
【0025】公知の構成要素から成るこれらの多変数調
節システムにより、逆相系成分が零に、また正相系絶対
値成分が予め定められた指令値に調節されるならば、発
生される三相系18の負荷に無関係に常に対称に保たれ
得る。この調節システムは大部分をソフトウェアにより
構成されていてよいので、コンパクトな構造が得られる
。この装置は機内回路網に対して使用される。さらに、
この装置は離島電源または保護された三相系の発生のた
めにも使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の接続図である。
【図2】本発明の調節部分の実施例の接続図である。
【符号の説明】
2    電力部分 4    調節部分 6    発電機 8    整流器 10    直流電圧源(電圧中間回路)12    
インバータ 14    フィルタ 16    中性点形成器 18    交流回路網 20    負荷 22〜26    変成器 28    ベクトル処理装置 30〜36    比較器 38    調節器(位相調節器) 40    調節器(正相系絶対値調節器)42、44
    調節器(逆相系絶対値調節器)46、48、7
0〜74    加算器50    変換装置 52    入力側の変換装置 54    ベクトルアイデンティファイア56   
 ベクトル回転器 58    別の変換装置 60、62    正相系出力端 64、66    逆相系出力端 68    実際値平滑化回路 76〜80    制御装置 R、S、T    交流側出力端、電圧系M    中
性点 uR 、uS 、uT     電圧 u1c1、u1s1    正相系成分u2c1、u2
s1    逆相系成分u1s2、u1 2、u2c2
、u2s2  指令量uRa  、u1 2    予
制御値U str、Usts 、Ustt     相
電圧操作量Ustφ    位相操作量 uα、uβ    電圧成分 uα、uβ    回転ベクトル r    参照ベクトル uα1、uβ1    フェーザ φ1     位相角 R′、S′、T′    電圧系 Ust1c    正相系操作量

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  中性点形成器(16)を後置されてい
    るフィルタ(14)を出力端に有するインバータ(12
    )により直流電圧源(10)から発生される三相系(1
    8)の対称化のための方法において、 a)3つの測定された電圧(uR 、uS 、uT )
    を2つの電圧成分(uα、u β)に変換する過程と、
    b)それぞれ電圧成分(uα、uβ)から回転ベクトル
    (uα、uβ)を形成する過程と、 c)各形成された回転ベクトル(uα、uβ)を参照ベ
    クトル(r)によりフェーザ(uα1、uβ1)に変換
    する過程と、 d)両フェーザ(uα1、uβ1)を正相および逆相成
    分(u1c1、u1s1、u2c1、u2s1)に変換
    する過程と、 e)これらの正相および逆相成分(u1c1、u1s1
    、u2c1、u2s1)を、これらの正相および逆相成
    分(u1c1、u1s1、u2c1、u2s1)が正相
    絶対値量(u1c1)を例外として零に調節されるよう
    に、それぞれ予め定められた指令値(u1 2、u1s
    2、u2c2、u2s2)に調節する過程と、 f)発生された正相および逆相操作量(Ust1c、U
    st2c、Ust2s)を、正相および逆相操作量(U
    st1c、Ust2c、Ust2s)から式 【数1】 により導き出される3つの相電圧操作量(Ustr 、
    Usts 、Ustt )に変換する過程と、g)3つ
    の相電圧操作量(Ustr 、Usts 、Ustt 
    )を3つの角度対称な制御装置(76、78、80)に
    供給する過程とを含んでいることを特徴とする三相系の
    対称化方法。
  2. 【請求項2】  形成された回転ベクトル(uα、uβ
    )が正相および逆相成分(u1c1、u1s1、u2c
    1、u2s1)に変換され、これらが次いで参照ベクト
    ル(r)によりフェーザに変換されることを特徴とする
    請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】  請求項1による方法を実施するための
    装置であって、各インバータ出力端(R、S、T)に、
    発生された三相系(18)の電圧(uR 、uS 、u
    T )を求めるための変換器(22、24、26)が対
    応付けられており、その後にベクトル処理装置(28)
    が接続されており、その出力端がそれぞれ比較器(30
    、32、34、36)の負入力端と接続されており、こ
    れらの比較器(30、32、34、36)の正入力端に
    指令量(u1s2、u1 2、u2c2、u2s2)が
    与えられており、また比較器(30、32、34、36
    )の後にそれぞれ調節器(38、40、42、44)が
    接続されており、それらの出力端が正相系位相調節器(
    38)を例外として変換装置(50)と接続されており
    、それらの出力端がそれぞれ制御装置(76、78、8
    0)と接続されており、制御装置(76、78、80)
    がそれぞれ正相系位相調節器(38)の出力端と接続さ
    れていることを特徴とする三相系の対称化装置。
  4. 【請求項4】  ベクトル処理装置(28)が入力側に
    変換装置(52)を有し、その両出力端の後にそれぞれ
    ベクトル回転器(56)を後置されたベクトルアイデン
    ティファイア(54)が接続されており、両ベクトル回
    転器(56)の出力端が別の変換装置(60)と接続さ
    れており、その両正相系出力端(60、62)およびそ
    の両逆相系出力端(64、66)がベクトル処理装置(
    28)の出力端を形成していることを特徴とする請求項
    3記載の装置。
  5. 【請求項5】  正相系出力端(60、62)および逆
    相系出力端(64、66)がそれぞれ実際値平滑化装置
    (68)を設けられていることを特徴とする請求項4記
    載の装置。
  6. 【請求項6】  ベクトル処理装置(28)のベクトル
    アイデンティファイア(54)の各出力端の後にそれぞ
    れベクトル回転器(56)を後置された変換装置(58
    )が接続されていることを特徴とする請求項4記載の装
    置。
  7. 【請求項7】  正相系位相調節器(38)および正相
    系絶対値調節器(40)の後にそれぞれ加算器(46、
    48)が接続されており、その第2の入力端に予制御値
    (uRa、u1 2)が与えられていることを特徴とす
    る請求項3記載の装置。
  8. 【請求項8】  調節器(38、40、42、44)と
    してそれぞれPI調節器が設けられていることを特徴と
    する請求項3記載の装置。
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