JPH04368429A - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

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、直流送電，静止型無効
電力補償装置，ＣＶＣＦ（定電圧定周波電源装置）等の
電力変換装置の制御回路一般に係る。

【０００２】

【従来の技術】直流送電，静止型無効電力補償装置，Ｃ
ＶＣＦ（定電圧定周波電源装置）等の大容量変換装置に
自己消弧機能をもった変換素子の適用が進められている
。 この自励式変換装置を交流系統と連系して運転する場合
、該変換装置は交流系統と同期して運転することが必要
であるが、インバータを交流電圧位相に同期して運転す
るものについて考慮されたものは見当らない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】インバータを交流系統
の交流電圧位相に同期して運転することについては配慮
されていなかった。本発明の目的は、交流系統の電圧位
相と同期して運転を行い得る電力変換装置の制御装置を
提供するにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、電力変換装置の制御装置に、交流系統の周
波数に同期した信号を作成する同期信号作成手段と、前
記同期信号作成手段の出力信号に応じて前記交流系統の
電圧位相に同期した前記変換装置の制御パルスを作成す
る制御パルス作成手段とを設けたものである。

【０００５】

【作用】同期信号作成回路により交流系統の周波数に同
期した信号が出力され、この同期した信号に応じて制御
パルス作成回路が電力変換装置の制御パルスを作成され
るので、交流系統の電圧位相と同期して運転を行なうこ
とができる。

【０００６】なお、具体的には、交流系統と同期して運
転を行うための交流系統の電圧位相を検出し、波形成形
回路内の電圧制御発振器は交流系統の電圧位相と位相差
がある一定値に固定した位相で発振するように、発振器
の入力電圧が閉ループで制御される。該発振器の出力信
号（クロック信号）は交流系統の周波数の整数倍となっ
ており、この信号をカウントダウンした信号は交流系統
の電圧位相に同期している。従ってカウンタのクロック
で、記憶部（ＲＯＭ）に予め記憶されている基準パター
ン波形または信号を読み出す。このパターン波形または
信号は交流系統の電圧位相に同期している。パルス信号
作成回路は交流系統の電圧位相に同期したパターン波形
または信号と無効電力補償装置等の制御回路からの制御
信号とからインバータを制御する制御パルスを作成する
。

【０００７】

【実施例】図４に電力変換装置で構成される静止型無効
電力補償装置の制御装置の概略構成を示す。図において
、１は交流系統の電源、２は該電源から負荷３に至る交
流系統のインピーダンス、４は静止型無効電力補償装置
である。４１は変圧器で、無効電力補償装置はこれを介
して交流系統の母線４０につながる。４２は自己消弧機
能を持った変換素子で構成されるインバータでインバー
タの出力電圧を制御することによって交流系統母線４０
の無効電力を制御する。４３はインバータ直流側に設け
られた電力の出し入れを行うためのコンデンサ、４４は
交流系統母線の電圧を検出する交流電圧検出器、４５は
交流電圧の波形成形回路、４６は波形成形回路の出力信
号から交流系統の周波数に同期した信号を検出し、この
信号から前記インバータ４２を制御するパルス信号作成
のための基準波形を作成する同期信号作成回路、４７は
無効電力補償装置の制御回路、４８は制御回路４７から
の制御信号と前記同期信号作成回路からの信号から前記
インバータ４２の制御パルスを作成するためのパルス信
号作成回路（ＰＷＭ信号作成回路）である。

【０００８】次に図１を用いて同期信号作成回路４７お
よびＰＷＭ信号作成回路４８の詳細を説明する。４０１
は前記波形成形回路４５の出力と後述するデコーダ４０
７の出力を入力として、２つの信号の位相差を求める位
相差検出回路、４０２は位相差検出回路の出力を平滑す
るフィルタ、４０３はフィルタ出力にバイアス電圧ａを
加算する加算回路、４０４は加算回路の出力の演算増幅
回路で後述の電圧制御発振器の入力電圧の制御回路を構
成する。４０５は演算増幅回路の出力電圧の大きさに比
例した周波数で発振する電圧制御発振器、４０６は電圧
制御発振器４０５の出力をカウントし、交流系統の周波
数まで周波数をカウントダウンするカウンタで後述のデ
コーダ４０７でリセットされる。４０７はカウンタの下
位３ビットを入力として交流系統の１２倍の周波数から
１２相を作り出す。デコーダの出力は前述の位相差検出
回路４０１に導かれる。４０１から４０７で同期信号波
形作成回路４６を構成する。４０８はメモリー（ＲＯＭ
）回路で、前記インバータ４２の出力電圧波形のパター
ン波形（変調波）が記憶されている。これは前述のカウ
ンタ４０６の出力信号（カウント値）で時々刻々の変調
波の値がメモリーから読みだされる。４０９はもう１つ
のメモリー（ＲＯＭ）回路で、前記インバータ４２の出
力電圧波形をパターン波形に近づけるための搬送波の波
形が記憶されている。これも前述のカウンタ４０６の出
力のカウント値で時々刻々の搬送波の値が読みだされる
。４０８と４０９はいずれも前記制御回路４７からの位
相指令に従って変調波と搬送波の位相が制御され出力さ
れる。これら波形の移相は単に位相に相当する分だけメ
モリー回路のアドレスを増加または減少して読み出すこ
とによって行える。４１０と４１１はメモリー回路から
のディジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバ
ータで、このうち４１０では前記無効電力制御回路４７
からの振幅指令に従ってアナログ変換された変調波の振
幅が制御される。

【０００９】４１２は４１０と４１１のＤＡコンバータ
の出力である変調波と搬送波のアナログ値の大小を比較
する比較回路で、この回路の出力が前記インバータ４２
の制御パルス信号（ゲート信号）となる。４０８から４
１２でパルス信号作成回路（ＰＷＭ信号作成回路）４８
を構成する。

【００１０】以上の回路の動作と主な回路の動作波形を
図２を使って説明する。図中（ａ）は交流系統の電圧波
形１相分、（ｂ）は交流電圧の負側で「１」となる波形
成形回路４５の出力、（ｃ）はデコーダ４０７の１相分
の波形、（ｄ）は波形（ｂ）の立上りでセットし、波形
（ｃ）の立上りでリセットする位相差検出回路４０１の
出力波形で、このようにして位相差は検出される。図に
は１相分のみを示しているが、実際には１２相分の位相
差が検出される。（ｅ）は位相差１２相分のフィルタ４
０２の出力を示す。これに位相差を設定するバイアス電
圧ａが加算され、演算された電圧が電圧制御発振器４０
５に導かれる。電圧制御発振器ではこの電圧に従ってあ
る発振周波数で発振する。今、仮りに発振周波数が高く
なると位相差検出回路４０１の位相差が小さくなり、電
圧制御発振器４０５の制御電圧が小さくなるので発振周
波数が低くなる。逆に発振周波数が低くなると位相差検
出回路４０１の位相差が大きくなり電圧制御発振器４０
５の制御電圧が大きくなるので発振周波数が高くなる。 このように動作して交流電圧の位相と或る位相差をもっ
て発振周波数が固定される（交流系統の電圧位相と同期
する）。系統の交流電圧と発振周波数の位相差はバイア
ス電圧ａの値を変えることによって変えることができる
。（ｆ）はこのように動作して交流電圧の位相と或る位
相差をもって発振周波数が固定したときのカウンタ４０
６のカウント値のＤＡ変換した波形を示す。カウンタ４
０６はデコーダ４０７の出力波形（ｃ）の立ち下がり部
分と同じ時点でリセットされる。（ｇ）はカウンタ４０
６のカウント値に応じてメモリーから読み出した値をＤ
Ａ変換した変調波Ｍと搬送波Ｃの波形である。この波形
は交流系統に同期した信号を使って読み出されるので必
ず交流系統の周波数に同期している。なお、これらの波
形の位相は前述した方法により制御回路の位相信号に応
じてバイアス電圧ａの値を変えることによって制御され
る。（ｈ）は変調波＞搬送波となったとき「１」となる
比較回路４１２の出力のＰＷＭ波形１相分を示す。制御
回路からの信号により変調波の振幅を大きくすると、変
調波＞搬送波の期間が長くなる。一方、変調波の振幅を
小さくすると変調波＞搬送波の期間が短くなる。このよ
うにして得られたＰＷＭ波形でインバータを駆動するこ
とによって変調波に示した波形をインバータ出力として
得ることができ、インバータ出力を制御回路の制御信号
に応じて変えることができる。

【００１１】本発明の電力変換装置を無効電力補償装置
に適用した他の実施例を図３に示す。前図と同じ番号の
ものは同じものを示すので、異なった新しいものについ
て説明すると、４２０と４２１は同期信号作成回路４６
のカウンタ４０６の出力を入力として時々刻々の正弦波
形及び余弦波形の値を出力するメモリー（ＲＯＭ）回路
で、各々正弦波及び余弦波の値が記憶されており、アド
レスをカウンタ値に応じて指定することによってその時
刻の正弦波及び余弦波の値が読みだされる。

【００１２】４２２と４２３はメモリー回路から読み出
されたディジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡコ
ンバータ、４２４は系統に流れる交流電流の３相の瞬時
検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを次式にしたがって２軸変換す
る第１の変換回路、

【００１３】

【数１】

【００１４】４２５は２軸変換された信号を前述のＤＡ
コンバータ４２２，４２３から読み出した正弦波及び余
弦波のＤＡ変換された値を使って次式に従って固定座標
に変換する第２の変換回路、

【００１５】

【数２】

【００１６】ここにωは系統の角周波数、ｔは制御して
いる現時点の時刻である。４２４は変換されたｉｄ，ｉ
ｑから文献　Ｙ．　Ｔｏｋｉｗａ　ｅｔ　ａｌ．，　”
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｄｉｇｉｔａｌｉ
ｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｔ
ｒｏｌ　ｆｏｒ　ｓｔａｔｉｃ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　
ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｉｎ　ｔｈ
ｅ　ｕｔｉｌｉｔｙ　ｌｉｎｅ”，　　ＰＣＩＭ’８８
　ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ，ｐｐ３４３−３５１　に記
されているようにして電流制御回路が構成される。この
出力の合成された信号が前述のパルス信号作成回路（Ｐ
ＷＭ信号作成回路）４８の入力となり、前記したと同様
にしてインバータの制御パルス信号が作られる。（数２
）中のωｔが同期信号作成回路のカウンタのカウント値
またはこれにバイアス値を加えた値に等価であることは
、図２（ｆ）のカウンタ値のＤＡ変換した信号が現時点
の位相に比例した信号を表わしていることからも明らか
であり、上記文献に示されている制御装置が図３の簡単
な構成で得られる。 以上のように本実施例によれば、簡単な構成により交流
系統に同期した電力変換装置の制御装置を実現できる。

【００１７】

【発明の効果】交流系統の電圧位相と同期して運転を行
える電力変換装置の制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である電力変換装置の制御装置
の構成図である。

【図２】本発明の実施例である電力変換装置の制御装置
の主な部分の動作波形を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例である電力変換装置の制御
装置の構成図である。

【図４】本発明の実施例である電力変換装置の制御装置
の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

４５…波形成形回路、４６…同期信号作成回路、４７…
制御回路、４８…パルス信号作成回路、４０１…位相差
検出回路、４０２…フィルタ回路、４０３…加算回路、
４０４…演算回路、４０５…電圧制御発振器、４０６…
カウンタ、４０７…デコーダ、４０８，４０９，４２０
，４２１…メモリー回路、４１０，４１１，４２２，４
２３…ＤＡコンバータ、４１２…比較回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自己消弧機能をもつ変換素子で構成される
   電力変換装置が交流系統と連系して運転される場合の該
   変換装置の制御装置において、交流系統の周波数に同期
   した信号を作成する同期信号作成手段と、前記同期信号
   作成手段の出力信号に応じて前記交流系統の電圧位相に
   同期した前記変換装置の制御パルスを作成する制御パル
   ス作成手段とを設けたことを特徴とする電力変換装置の
   制御装置。
2. 【請求項２】請求項１の電力変換装置の制御装置におい
   て、前記同期信号作成回路は、前記交流系統の電圧を入
   力し電圧位相を検出する位相検出部と、予め定められた
   位相差で発振する電圧制御発振器と、前記発振器の出力
   信号をカウントするカウンタとを有することを特徴とす
   る電力変換装置の制御装置。
3. 【請求項３】請求項１の電力変換装置において、前記制
   御パルス作成手段は、前記制御パルスを作成するための
   搬送波及び変調波の波形パターンをそれぞれ記憶する記
   憶部と、前記同期信号作成手段の出力信号に応じて前記
   記憶部から波形パターンを読み出し当該波形パターン間
   を比較する比較部とを有することを特徴とする電力変換
   装置の制御装置。