JPH06335252A - 電力用自励式変換器の制御方法及びその装置 - Google Patents

電力用自励式変換器の制御方法及びその装置

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JPH06335252A
JPH06335252A JP5117059A JP11705993A JPH06335252A JP H06335252 A JPH06335252 A JP H06335252A JP 5117059 A JP5117059 A JP 5117059A JP 11705993 A JP11705993 A JP 11705993A JP H06335252 A JPH06335252 A JP H06335252A
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JP
Japan
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current
voltage
positive
power
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Application number
JP5117059A
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English (en)
Inventor
Hiroshige Kawazoe
裕成 川添
Hiroo Konishi
博雄 小西
Kenichi Suzuki
健一 鈴木
Tatsuto Nakajima
達人 中島
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Hitachi Ltd
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

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  • Rectifiers (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電圧位相θの変化に対する追従能力の優れた
3相交流電流のdq軸変換を行う。 【構成】 交流系統より3相の交流電圧Vu,Vv,Vw
と交流電流Iu,Iv,Iwを検出し、3相交流電圧は正
相分を演算101して3相正相電圧Vu1,Vv1,Vw1と
した後、これを2相正相電圧Vα1,Vβ1に変換102
Bする。3相交流電流は2相交流電流Iα,Iβに変換
102Aする。変換した2相交流電流と2相正相電圧を
用いて、実電力P1と虚電力Q1を計算103する。求め
た実電力と虚電力を2相正相電圧から演算回路104で
求めたピーク値V1pで除算105A,105Bすること
により、dq軸の電流のフィードバック信号Id,Iqを
求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電力用自励式変換器の制
御方法及びその装置に係り、特に、交流電圧の位相変化
に対する高速応答を図るのに好適な制御方法及びその装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】交流系統で事故が発生し系統電圧が著し
く変化した場合、電圧型の自励式変換器内部には過電流
が流れる。その結果、保護装置が働き、変換器は系統か
ら切り離されてしまい、本来の役割を果たさなくなって
しまうことがある。このような事態は、変換器の信頼性
の面からもできるだけ避けることが望ましく、運転を継
続するのが好ましい。そこで、過電流を抑制することに
なるが、この過電流を抑制するには、変換器を位相変化
に対して高速に応答させる必要がある。
【0003】従来から、3相の交流電流をd軸とq軸に
変換した2つのベクトル量を各々独立に、かつ高速に制
御する方式が開発されている。従来の交流電流のdq軸
変換方法は、論文「Apprication of digital instantan
eous current control forstatic induction thyristo
r converters in the utility line」PCIM'88PR
OCEEDINGS、「電力用アクティブフィルタ技
術」電気学会技術報告書第425号(1992年6月)等に
記載されている。この従来技術では、3相の交流電流を
d軸成分とq軸成分に変換(dq軸変換)するために、
交流電圧位相θを検出するハード(PLL)を必要とし
ている。
【0004】また、論文「位相連続比較PLLによるデ
ィジタル位相検出」昭和54年電気学会全国大会講演論文
集417に見られるように、系統に電圧位相θが変化する
ような外乱が発生した場合、変化した電圧位相θに対す
るハードの追従能力は1/2サイクル程度である。この
ため、交流電流のdq軸変換は、1/2サイクル程度遅
れることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、電力
用自励式変換器の応答性は高速であることが好ましい。
従来技術では、その応答性の上限はPLLを使用してい
る関係で、1/2サイクルであり、更に一層の高速化を
図るのが困難であるという問題がある。また、従来はハ
ード構成が複雑になるという問題もある。
【0006】本発明の目的は、電圧位相θを検出するた
めのPLLを不要とし、しかも、電圧位相θの変化に対
する追従能力をより速めた電力自励式変換器の制御方法
及びその装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、交流電流を
dq軸に変換した信号をフィードバック信号として使用
する電流制御系を備えた電力用自励式変換器において、
3相交流電圧から3相正相電圧を演算し、該3相正相電
圧と3相交流電流を各々2相に変換した信号を演算して
実電力と虚電力を求め、前記3相正相電圧の絶対値のピ
ーク値で前記実電力を除算して実電流を求めると共に前
記ピーク値で前記虚電力を除算して虚電流を求め、前記
実電流及び前記虚電流を前記フィードバック信号として
電流制御することで、達成される。
【0008】
【作用】交流系統より3相の交流電圧と交流電流を検出
し、3相交流電圧は正相分を演算して3相正相電圧とし
た後、3相正相電圧を2相正相電圧に変換する。一方、
3相交流電流は2相交流電流に変換する。変換した2相
交流電流と2相正相電圧を用いて、実電力と虚電力を計
算する。求めた実電力と虚電力を2相正相電圧から求め
たピーク値で除算する。正相電圧を用いることで、交流
電圧に逆相分が発生した場合でも正確なdq軸の電流の
フィードバック信号が得られる。これにより安定で高速
な電流制御が行える。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明の一実施例を適用した無効電力
補償装置の構成図である。1は交流系統、2は送電線の
インピーダンス、3は自励式変換器4を交流系統と連系
する変換器用変圧器、4はGTOサイリスタ等の自己消
弧形スイッチング素子とダイオードで構成される電圧型
の自励式変換器、5は変換器4の直流電流を制限するリ
アクトル、6は変換器4の直流電圧が充電されるコンデ
ンサを表し、3〜6で自励式無効電力補償装置を構成す
る。
【0010】本発明の一実施例に係る電力自励式変換器
4の制御装置7は、交流系統より、交流電圧検出器D1
及び交流電流検出器D2を介して、3相交流電圧Vu,V
v,Vwと3相交流電流Iu,Iv,Iwを取り込む。取り
込んだ3相の交流電圧と交流電流は、詳細は後述する3
相/αβ相/dq軸変換回路100によって、d軸成
分,q軸成分の電流フィードバック信号Id,Iqに変換
される。加算回路500A,500Bは、夫々、d軸成
分の電流指令値Idrと電流フィードバック信号Id、q
軸成分の電流指令値Iqrと電流フィードバック信号Iq
の各偏差を求める。求めた各偏差は、それぞれ電流制御
回路501A、501Bに導かれ、偏差に応じた制御量
が出力される。
【0011】掛算器502A,502Bは、d軸成分,
q軸成分の夫々の電流フィードバック信号Id,Iqに変
換器用変圧器3のリアクタンスを掛ける。加算回路50
2C,502Dは、掛算器502A,502Bの出力信
号と、電流制御回路501A,501Bから出力される
制御量と、d軸成分,q軸成分の電圧フィードフォワー
ド信号Vd,Vqを夫々合成し、出力すべき電圧ベクトル
量が作られる。この電圧ベクトル量は、dq軸/αβ相
変換回路503およびαβ相/3相変換回路504で3
相の交流電圧成分に変換され、PWM制御回路505に
導かれる。PWM制御回路505は、3相の交流電圧成
分の振幅と位相に応じた制御パルスを作成し、この制御
パルスによって、自励式変換器4のスイッチング素子の
オン・オフを決定する。
【0012】図2は、図1に示す3相/αβ相/dq軸
変換回路100の詳細ブロック構成図である。交流系統
より取り込まれた3相交流電圧Vu,Vv,Vwは、正相
電圧演算回路101で、3相正相電圧Vu1,Vv1,Vw1
が演算される。3相正相電圧は次の数1により求まる。
【0013】
【数1】
【0014】上記数1において、aは240°遅れ、a2
120°遅れることを表す。この正相電圧の演算を図3の
ベクトル図で説明する。図3は、Vu1についての演算を
示している。Vvに対して120°遅れた交流成分a2・Vv
と、Vwに対して240°遅れた(−Vwより60°遅れた)
交流成分a・Vwと、Vuとを加算した値に、1/3を掛
けることで、u相の正相電圧Vu1を求めることができ
る。また、v相、w相の正相電圧についても同様に、数
1に従って求まる。
【0015】一方、3相交流電流Iu,Iv,Iwは、3
相/αβ相変換回路102Aで2相交流電流Iα,Iβ
に変換される。変換式は次の数2で与えられる。
【0016】
【数2】
【0017】数1によって求められた3相正相電圧Vu
1,Vv1,Vw1は、3相/αβ相変換回路102Bで、
2相交流電圧Vα1,Vβ1に変換される。変換式は次の
数3で与えられる。
【0018】
【数3】
【0019】3相/αβ変換回路102A,102Bで
求められた2相交流電流Iα,Iβと2相交流電圧Vα
1,Vβ1は、PQ演算回路103に導かれ、実電力P
1,虚電力Q1が次の数4で計算される。
【0020】
【数4】
【0021】この実電力P1,虚電力Q1の計算は従来公
知の方法であり、、例えば論文「瞬時無効電力の一般化
理論とその応用」電気学会論文誌B分冊58−B60
(昭58-7月)に記載される方法を用いる。
【0022】変換回路102A,102Bで算出された
2相交流正相Vα1,Vβ1は、各々位相が90°ずれた交
流成分であり、この正相電圧の絶対値のピーク値V1p
は、図4に示すようになる。このピーク値V1pは、次の
数5で求められる。
【0023】
【数5】
【0024】実電力P1,虚電力Q1,正相電圧のピー
ク値V1pは、除算器105A,105Bに導かれ、
【0025】
【数6】 d軸成分 Id=P1/V1p q軸成分 Iq=Q1/V1p として、dq軸の各電流フィードバック信号Id,Iqが
求められる。
【0026】追従能力は、正相電圧の遅れが120°であ
ることから、1/3サイクルとなり、従来技術の1/2
サイクルより高速となる。
【0027】図2に示した各演算を行う回路101,1
02,103,104,105は、これを専用のハード
ウェアで構成することも可能であるが、ハードウェアの
増量を抑える必要がある場合には、マイクロコンピュー
タで代用し、各演算をソフトウェア処理することで対処
することができることはいうまでもない。図2の構成に
おいて、本実施例で特徴とする構成は、演算処理10
1,104,105である。正相電圧演算処理101
は、3相電圧がバランスしているときは不要な処理であ
るが、3相電圧のバランスがくずれたときは、この演算
手段101による数1の乗算処理により、バランスのく
ずれに対応した正相電圧Vu1,Vv1,Vwが求められ、
これらから求めた2相交流電圧Vα1,Vβ1で実電力P
1,虚電力Q1を除算するだけで、フィードバック信号I
d,Iqが求められる。上述した様に、図2に示す各演算
手段101〜105で行う処理は、交流電圧と交流電流
に対して、数1〜数6に示す演算つまり加減乗除だけの
演算を施すだけのため、これをソフト処理するだけでも
十分高速処理が可能となる。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、電圧位相θの変化に対
する従来のハード(PLL)の追従能力より優れた3相
交流電流のdq軸変換ができ、安定で高速な電流制御が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を適用した自励式無効電力補
償装置のブロック構成図である。
【図2】図1に示す3相/αβ相/dq軸変換回路10
0の詳細ブロック図である。
【図3】正相電圧の演算を説明するベクトル図である。
【図4】正相電圧のピーク値の演算を説明する波形図で
ある。
【符号の説明】
1…交流系統、2…送電線のインピーダンス、3…変換
器用変圧器、4…自励式変換器、5…直流リアクトル、
6…直流コンデンサ、7…制御装置、D1…交流電圧検
出器、D2…交流電流検出器、100…3相/αβ相/
dq軸変換回路、101…正相電圧演算回路、102
A,102B…3相/αβ相変換回路、103…PQ演
算回路、104…ピーク値演算回路、105A,105
B…除算器、500A,500B,500C,500D
…加算回路、501A,501B…電流制御回路、50
2A,502B…掛算器、503…dq軸/αβ相変換
回路、504…αβ相/3相変換回路、505…PWM
制御回路、Iu,Iv,Iw…3相交流電流、Vu,Vv,
Vw…3相交流電圧、Idr,Iqr…d軸成分,q軸成分
の電流指令値、Id,Iq…d軸成分,q軸成分の電流フ
ィードバック信号、Vd,Vq…d軸成分,q軸成分の電
圧フィードフォワード信号、Vu1,Vv1,Vw1…3相正
相電圧、Iα,Iβ…2相交流電流、Vα1,Vβ1…2
相正相電圧、P1,Q1…実電力と虚電力、V1p…正相電
圧の絶対値のピーク値、Vu2,Vv2,Vw2…3相逆相電
圧、a・Vw…Vwに対して240°遅れた交流成分、a2
・Vv…Vvに対して120°遅れた交流成分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 健一 東京都調布市西つつじヶ丘二丁目4番1号 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 中島 達人 東京都調布市西つつじヶ丘二丁目4番1号 東京電力株式会社技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電流をdq軸に変換した信号をフィ
    ードバック信号として使用する電流制御系を備えた電力
    用自励式変換器の制御方法において、3相交流電圧から
    3相正相電圧を演算し、該3相正相電圧と3相交流電流
    を各々2相に変換した信号を演算して実電力と虚電力を
    求め、前記3相正相電圧の絶対値のピーク値で前記実電
    力を除算して実電流を求めると共に前記ピーク値で前記
    虚電力を除算して虚電流を求め、前記実電流及び前記虚
    電流を前記フィードバック信号として電流制御すること
    を特徴とする電力用自励式変換器の制御方法。
  2. 【請求項2】 交流電流をdq軸に変換した信号をフィ
    ードバック信号として使用する電流制御系を備えた電力
    用自励式変換器の制御装置において、3相交流電圧から
    3相正相電圧を演算する手段と、該3相正相電圧と3相
    交流電流を各々2相に変換した信号を演算して実電力と
    虚電力を求める手段と、前記3相正相電圧の絶対値のピ
    ーク値で前記実電力を除算して実電流を求める手段と、
    前記ピーク値で前記虚電力を除算して虚電流を求める手
    段と、前記実電流及び前記虚電流を前記フィードバック
    信号として電流制御する手段とを備えることを特徴とす
    る電力用自励式変換器の制御装置。
JP5117059A 1993-05-19 1993-05-19 電力用自励式変換器の制御方法及びその装置 Pending JPH06335252A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH104682A (ja) * 1996-06-14 1998-01-06 Mitsubishi Electric Corp 基準信号発生回路
JP2009176236A (ja) * 2008-01-28 2009-08-06 Hitachi Ltd 電力変換装置
CN108390382A (zh) * 2018-02-27 2018-08-10 杭州电力设备制造有限公司 一种电能质量扰动的抑制方法和统一电能质量调节器
JP2019022309A (ja) * 2017-07-14 2019-02-07 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
JP2020137300A (ja) * 2019-02-21 2020-08-31 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 コンバータ装置、処理方法及びプログラム

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