JPH10234135A - 電力変換装置 - Google Patents
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- JPH10234135A JPH10234135A JP9049908A JP4990897A JPH10234135A JP H10234135 A JPH10234135 A JP H10234135A JP 9049908 A JP9049908 A JP 9049908A JP 4990897 A JP4990897 A JP 4990897A JP H10234135 A JPH10234135 A JP H10234135A
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Abstract
な系統電圧の位相を検出し、安定に制御して電力変換器
を運転継続することにある。 【解決手段】 周波数基準信号を積分して求めた基準位
相(θFi)を3相各相毎のフーリエ変換α成分及びβ
成分を求める三角関数演算に用い、フーリエ変換された
各相のα成分及びβ成分から正相電圧のα軸成分及びβ
軸成分を演算し、このα軸及びβ軸成分に基づいて正相
電圧位相(△θ)を求め、この位相を系統電圧の位相
(θs)と基準位相の位相差として、この位相差(△
θ)に基準位相を加算し、また、正相電圧絶対値を求め
ると共に、求めた正相電圧位相差を記憶し、正相電圧絶
対値が予め設定した基準値を超えた時、前記位相差(△
θ)の値を前記基準値を超えた時の前の値に一定に保
ち、この位相差に基準位相を加算し、得た制御位相(θ
u)を電力制御の三角関数の位相とする。
Description
続された交直流変換を行う電力変換装置に係り、特に、
直流送電装置、無効電力調整装置、周波数変換装置及び
無停電電源装置を構成するに適した電力変換装置に関す
る。
直流に変換する順変換器、または、直流を交流に変換す
る逆変換器など自励式電力変換装置において、有効、無
効電力の演算では電流、電圧を検出してd−q軸の回転
座標に変換したり、自励式電力変換器に与えるPWMパ
ルスを生成するときには、交流の系統電圧の位相の検出
が必要である。この例としては、特開平3−45126
号公報に示すように、交流系統電圧から直接位相を検出
する手段がある。また、特開平4−367011号公報
に示すように、系統の交流電圧と交流電流から実電力と
虚電力を求め、この実電力と虚電力を検出された交流電
圧から交流電圧の最大値で割算することにより、系統電
圧の位相を検出することなく、d−q軸の回転座標の電
流を求める手段がある。
いて、3相交流から電圧、電流を検出して有効電力や無
効電力を制御し、また、ベクトル制御方式を用いてd−
q軸成分に回転座標変換して電流制御を行う。このと
き、3相交流電圧の位相θを用いて変換を行う。特開平
3−45126号公報の例では、交流系統電圧から直
接、位相θを検出するため、PLL回路(フェイズロッ
ク回路)を用いている。PLL回路を用いる時、電源電
圧の零点を基準に位相を制御するため、電源の地絡事故
により不平衡電圧になったり、波形歪による電源の零点
通過時にチャタリング等により零点を正確に検出ができ
なくなる事が生じる。また、特開平4−367011号
公報の例では、系統電圧の位相を検出しなくとも電力制
御、電流制御を行える利点があるが、PWMパルスを生
成する場合にはやはりPLL回路等による位相を検出す
る必要がある。そのため、前記の従来例と同様、電源の
地絡事故等により不平衡電圧が発生した時に自励式電力
変換器が過電流になり、さらに、従来の位相検出方式で
は電源の至近端の3相地絡事故では電圧が検出できず、
位相検出が不能となり、電力変換器を運転継続すること
ができなる事が生じる。
ても、正確かつ確実な系統電圧の位相を検出し、安定に
制御して電力変換器を運転継続することにある。
信号を積分して求めた基準位相(θFi)を3相各相毎
のフーリエ変換α成分およびフーリエ変換β成分を求め
る三角関数演算に用い、フーリエ変換された各相のα成
分および各相のβ成分から正相電圧のα軸成分および正
相電圧のβ軸成分を演算し、このα軸成分およびβ軸成
分に基づいて正相電圧位相(△θ)を求め、この位相
(△θ)を系統電圧の位相(θs)と前記基準位相(θ
Fi)の位相差として、この位相差(△θ)に前記基準
位相(θFi)を加算した制御位相(θu)を電力制御
の三角関数の位相とすることにより、解決される。ま
た、前記α軸成分およびβ軸成分に基づいて正相電圧絶
対値を求めるとともに、前記求めた正相電圧位相差(△
θ)を記憶し、正相電圧絶対値が予め設定した基準値を
超えた時、前記位相差(△θ)の値を前記基準値を超え
た時の前の値に一定に保ち、この位相差(△θ)に前記
基準位相(θFi)を加算した制御位相(θu)を電力
制御の三角関数の位相とすることにより、解決される。
ここで、電力変換装置は、周波数基準信号の発生器と、
この周波数基準信号から基準位相(θFi)を演算する
角速度積分回路と、3相各相毎のフーリエ変換α成分演
算回路およびフーリエ変換β成分演算回路と、フーリエ
変換された各相のα軸を演算する回路およびβ軸を演算
する回路と、正相電圧絶対値および正相電圧位相(△
θ)を演算する正相電圧絶対値演算回路および位相差演
算回路と、前記正相電圧絶対値が予め設定した基準値を
超えたか否かを判定する絶対値判定回路と、前記位相差
(△θ)をスイッチを介して記憶する位相差記憶回路を
有する。
(Vu,Vv,Vw)の各相の電圧をそれぞれフーリエ
変換する。すなわち、フーリエ変換されたそれぞれ各相
の電圧のα成分Vαu、Vαv、Vαwを加えて正相電
圧の成分VαFとし、それぞれ各相の電圧のβ成分Vβ
u、Vβv、Vβwを加えて正相電圧の成分VβFとす
る。このVαF成分とVβF成分から正相電圧の位相と
絶対値を演算する。今、フーリエ変換するときに使用す
る位相角は、電源位相θsに同期しない一定の基準周波
数(角速度)に相当する。基準信号ω1を積分して得ら
れる基準位相θFiを用いる。基準周波数は交流系統の
定格周波数に等しくするフーリエ演算結果より、正相分
の演算を行い、得られた位相△θは交流電源の位相θs
と位相角θFiの位相差となる。そこで、フーリエ演算
された位相差△θと前記周波数(角速度)基準信号ω1
を積分して得られた基準位相θFiを加算した位相θu
は電源位相θsと一致する。これによって、系統電圧の
位相を精度よく検出することができるとともに、電源位
相が変動しても電力変換制御を円滑に実施できる。ま
た、系統に地絡等の重大な事故が発生し、系統電圧の位
相の演算に大きな誤差が生ずるような時は、正相電圧の
絶対値から異常状態を監視し、判断する。この絶対値の
大きさがある値以下になった時は事故と判断し、正常時
に記憶した正相演算から得られた位相差△θを基準位相
θFiに加算することにより、事故直前の交流電源位相
を保持した予測演算を行うことができる。これによっ
て、電力変換器は事故時にも制御を続けられる。また、
事故が回復したとき、正相電圧の絶対値から判断して、
事故時に一時演算を中断していた位相差△θの演算を復
活して正常な電源電圧の位相を演算し、これによって、
速やかに精度よく安定して電力変換器を制御することが
できる。
用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態である無
効電力調整機能を備えた直流送電における電力変換装置
の構成図を示す。電力変換器103は、交流系統101
と直流系統102間に配置され、半導体スイッチング素
子を用いて交流を直流に、または、直流を交流に電力変
換する。ここで、電力変換器103の半導体スイッチン
グ素子にはGTO等の自己消弧素子を用いる。電力変換
器103の交流側端子は、電圧の昇降を行う変圧器10
4を介して交流系統101が接続される。リアクトル1
07−Aは交流系統の短絡リアクタンスである。電力変
換器103の直流側端子間には、コンデンサ108が接
続されるとともに、直流送電路を介し、図示しない他端
の電力変換器の直流端子に接続される。なお、図示の1
07−Bは直流送電線路に存在するリアクタンスを表わ
す。
下の構成からなる。一点鎖線で囲んだブロック109は
電力変換器の有効電力および無効電力を制御する電力変
換制御部、110は系統電圧の位相を演算する位相角検
出器、111は電力変換制御器109および位相角検出
器110の演算を一定時間毎に行うためのサンプリング
タイマである。105−Aは交流系の電圧を測定する計
器用変圧器、105−Bは変換器側の交流の電圧を測定
する計器用変圧器、106は交流系の電流を測定する計
器用変流器である。
力を制御する電力変換制御部109を説明する。112
は直流電圧指令Vdc*を出力する直流電圧指令部、1
13は直流電圧指令Vdc*と変換器直流端子の電圧と
の偏差を求める加算器、114は前記偏差がなくなるよ
うに有効電流指令Ip*を出力する直流電圧制御器であ
る。また、115は計器用変流器106で検出した3相
変換器電流から2相の直交2軸であるα−β軸座標成分
に変換する3/2相電流変換器、116は計器用変圧器
105−Bで検出した3相変換器電圧から2相のα−β
軸座標に変換する3/2相電圧変換器、117はα−β
に座標変換された電圧と電流から無効電力Qfを検出す
る無効電力演算器、118は計器用変圧器105−Aで
検出した系統電圧より無効電力指令Q*を求める無効電
力指令部、119は無効電力指令Q*と無効電力検出値
Qfとの偏差を求める加算器、120は前記無効電力の
偏差がなくなるように無効電流指令Iq*を出力する無
効電力制御器である。また、121は3/2相電流変換
器115よりのα−β軸座標の電流成分Iα,Iβを、
演算された系統電圧位相θFiにより、有効−無効軸座
標(p−q軸)における電流成分Ip,Iqに変換する
p−q軸演算回路、122は有効電流の指令Ip*とそ
の検出値Ipとの偏差を求める加算器、123は前記有
効電流の偏差がなくなるように有効電圧指令Vpを出力
する有効電流制御器、124は無効電流の指令Iq*と
その検出値Iqとの偏差を求める加算器、125は前記
無効電流の偏差がなくなるように無効電圧指令Vqを出
力する無効電流制御器である。なお、有効電流指令Ip
*は定電力で与える場合もある。また、無効電流の指令
Iq*は交流電圧を一定とするように与える場合もあ
る。他の方式で指令値を与える方式にも適用可能であ
る。
出器110を説明する。位相角検出器110は本発明が
特徴とするものであり、詳細は後述する。126は計器
用変圧器105−Aで降圧した3相の系統電圧をA−D
変換器等でアナログからディジタルに変換して系統電圧
を検出する系統電圧検出回路、127は検出された系統
電圧をフーリエ変換演算を行い、α成分とβ成分に分け
て演算するフーリエ変換演算回路、128はフーリエ演
算されたα及びβ成分から正相分の絶対値および系統電
圧と正相位相との位相差を演算する正相分絶対値位相差
演算回路、129は位相調整部である。130は位相差
記憶回路、131は周波数基準信号ω1を発生させる周
波数基準信号器、132はサンプリング毎に周波数基準
信号ω1を積算して基準位相を発生する角速度積分回
路、133は位相差記憶回路130の位相△θと角速度
積分回路132の出力基準位相θFiを加算する加算器
である。134は加算器133の出力位相値θuから正
弦波および余弦波テーブルを引いて系統電源位相の正
弦、余弦を算出する位相演算回路である。また、角速度
積分回路132の出力値θFiは、フーリエ変換演算回
路127の演算を行う時にも使用する。
Vqを位相演算回路134の出力位相θuによりα−β
軸座標の電圧成分Voα,Voβに変換する逆α−β変
換器、136は電圧成分Voα,Voβを3相電圧成分
指令Vou,Vov,Vowに変換する2/3相変換
器、137は3相電圧成分指令Vou,Vov,Vow
と演算された位相θuに基づいてPWM信号を発生さ
せ、この信号により電力変換器のスイッチング素子をオ
ン,オフしてPWM制御を行うPWMパルス発生器であ
る。
理を説明する。電力変換器103の直流端子電圧Vdc
を制御するため、直流電圧指令部112の指令値Vdc
*とVdcの偏差を加算器113で演算し、この偏差値
を入力として直流電圧制御器114で比例積分演算を行
い、有効電流指令Ip*を得る。3/2相電流変換器1
15では、計器用変流器106で検出した3相系統電流
から(数1)を用いて2相のα−β座標に変換する。
の出力位相角θuを基準として、3/2相電流変換器1
15で得られたIα,Iβから(数2)を用いて、有効
電流検出値Ipと無効電流検出値Iqを得る。
105−Bで検出した3相変換器電圧から(数3)を用
いて、2相のα−β座標に変換する。
α,Vβ,Iα,Iβから(数4)を用いて、交流系統
の無効電力Qfを算出する。
118の指令値Q*とQfの偏差を加算器119で演算
し、この偏差値を入力として無効電力制御器120で比
例積分演算を行い、無効電流指令Iq*を得る。有効電
流制御器123では、直流電圧制御器114の出力Ip
*とp−q軸演算回路121の出力Ipとの偏差を入力
として比例積分演算を行い、有効電圧指令Vpを得る。
また、無効電流制御器125では、無効電力制御器12
0の出力Iq*とp−q軸演算回路121の出力Iqと
の偏差を入力として比例積分演算を行い、無効電圧指令
Vqを得る。
出器110からの出力位相角θuを基準として、有効電
流制御器123の出力Vpと無効電流制御器125の出
力Vqから(数5)を用いて、α軸,β軸出力電圧指令
VoαとVoβを得る。
の出力VoαとVoβから(数6)を用いて、3相PW
M電圧指令Vou,Vov,Vowを得る。
ov,Vowの値と内蔵のタイマに位相角検出器110
からの位相信号θuを入力して得られた値と比較し、P
WM電圧指令値とタイマの一致点でパルスを発生させる
か、3相PWM電圧指令Vou,Vov,Vowをアナ
ログに変換し、θuを用いて発生する電源に同期した三
角波の搬送波と比較してアナログ値と三角波との大小に
応じてパルスを発生させ、このパルスを電力変換器10
3のゲート信号として駆動させる。
お互いの直流端子の直流電圧Vdcの大きさおよび電力
を制御することにより行う。なお、直流送電装置を使用
して、それぞれの交流系統の周波数の異なる交流系統に
接合すれば、周波数変換装置になり、また、二つの交流
系統の周波数が等しければ、BTB(back−to−
back)となる。また、電力変換器103が1台でそ
の交流側を交流系統101に接続するだけの構成とし、
交流系統101の交流電圧と変換器103の交流電圧の
大きさを比較し、制御すれば、無効電力制御装置にな
る。
る。図2に、位相角検出器110の詳細を示す。位相角
検出器110は、フーリエ変換に基づいて3相交流電圧
における正相分の振幅及び位相を演算する。系統電圧検
出回路126から3相交流系統電源の電圧をA/D変換
してディジタル値Vu,Vv,Vwを得る。U相フーリ
エ変換α成分演算回路127−1は、(数7)により演
算してU相の電圧をα成分に変換する。U相フーリエ変
換β成分演算回路127−2は、(数8)により演算し
てU相の電圧をβ成分に変換する。
分するものとして表した。同様に、V相フーリエ変換α
成分演算回路127−3は、(数9)により演算してV
相の電圧をα成分に変換する。V相フーリエ変換β成分
演算回路127−4は、(数10)により演算してV相
の電圧をβ成分に変換する。
は、(数11)により演算してW相の電圧をα成分に変
換する。W相フーリエ変換β成分演算回路127−6
は、(数12)により演算してW相の電圧をβ成分に変
換する。
してもよい。α軸演算回路127−7は、各相(U,
V,W)のα成分を(数13)により演算して正相分の
α軸成分VFαを求め、β軸演算回路127−8は、各
相(U,V,W)のβ成分を(数14)により演算して
正相分のβ軸成分VFβを求める。
ーリエ変換演算回路127により正相分のα軸成分VF
αと正相分のβ軸成分VFβから正相分の演算を行う。
正相電圧演算回路128−1は、絶対値演算回路128
−2と位相差演算回路128−3を有し、絶対値演算回
路128−2は(数15)により正相分絶対電圧VABS
を演算し、位相差演算回路128−3は(数16)によ
り位相差△θを演算する。また、絶対値判定回路128
−4は正相電圧の絶対値から地絡事故を判定する。この
判定は図7(詳細は後述する。)に基づいて行う。
る。位相差演算回路128−3により求めた位相差△θ
は、角速度積分回路132により得た基準位相θFiと
系統電圧位相θsとの偏差位相に相当する。加算器13
3は角速度積分回路132により得た位相θFiと位相
差演算回路128−3により求めた位相差△θを加算
し、位相θuを求め、電力制御の位相角として使用す
る。また、位相差記憶回路130は位相差△θをサンプ
リング時間毎に記憶する。
周波数基準信号による角速度ω1を積分して基準位相角
θFiを作る。また、系統電圧の各相毎の電圧に対して
基準位相角θFiを用いてフーリエ変換を行い、それぞ
れα軸及びβ軸に分解し、フーリエ変換された各相電圧
をα軸に関して加え合わせて、正相電圧のα軸成分VF
αとし、各相電圧をβ軸に関して加え合わせて、正相電
圧のβ軸成分VFβとする。α軸成分VFαとβ軸成分
VFβから、位相差△θを演算する。この位相差△θは
系統電圧の位相θsと基準位相角θFiとの位相差に相
当することになるから、この位相差△θに基準位相角θ
Fiを加算することにより系統電圧位相θsを得る。こ
のようにして得た系統電圧の位相θs(図2では制御位
相θuとして表現)を有効電力および無効電力を制御す
る電力変換制御に用いる。以上、本実施形態では、位相
差△θをフーリエ変換から求め、この位相差△θに基準
位相角θFiを加算することにより系統電圧の位相θs
を得るので、系統電圧の位相θsを精度よく検出するこ
とができ、このため電源位相が変動しても、電力変換制
御を円滑に実施することができる。なお、位相角が0〜
360度の範囲を超えたときは補正し、0〜360度の
範囲とし、値が発散しないようにする。
に関してフーリエ変換演算方法の原理を示すタイムチャ
ートである。図3に、U相フーリエ変換α成分演算回路
127−1の例を示す。U相の電源波形Vui、位相角
θFi、余弦波形cos(θFi)、Vαui=Vui
×cos(θFi)の波形である。今、例題として、始
動時に周波数基準信号ω1により作られた基準位相角θ
Fiは、電源電圧の位相θsより位相差△θ=22.5
度ずれているところから零値で始まったと仮定する。図
3中、位相角θFiは電源位相に対し22.5度を零と
し、θmaを最高値とした鋸歯状波形となる。その結
果、cos(θFi)波形は22.5度のところが最大
値となる。また、VαuiはU相の電源波形Vuiとc
os(θFi)を乗じた値である。この値を180度区
間積分してπ/2で除算すれば、(数7)を実行するこ
とができる。すなわち、鋸歯状波は位相角θFiの状態
を示す。図3中、○印内はマイクロコンピュータ等で演
算する時の詳細説明図であり、サンプリング時間毎に鋸
歯状波(位相角θFiに等しい。)は角速度ω=ω1を
加える様子を拡大したものである。また、サンプリング
毎にU相の電源波形Vui×cos(θFi)を計算
し、記憶素子に記憶させる。記憶するデータの数は18
0度区間でよい。マイクロコンピュータの演算はこの1
80度の区間記憶されたデータを全て加え合わせ、18
0度間のサンプリング回数で除算すれば、部分積分を行
ったことになり、(数7)を実施したことと等しい。同
様に、図4に、U相フーリエ変換β成分演算器127−
2の例を示す。すなわち、U相の電源波形Vui、位相
角θFi、正弦波形sin(θFi)、Vβui=Vu
i×sin(θFi)の波形である。図3と同様に考え
ると、sin(θFi)は22.5度のところが零とな
る。また、VβuiはU相の電源波形Vuiとsin
(θFi)を乗じた値である。この値を180度区間加
えて合わせてπ/2で除算すれば、(数8)を実施した
ことと等しい。以下、V相とW相の値(Vvi,Vw
i)に関しては、乗ずる正弦波信号と余弦波信号を{V
相に関しては(θFi−2/3π)、W相に関しては
(θFi−4/3π)}とすることにより、(数9)、
(数10)、(数11)、(数12)を実行し、U相の
α軸成分Vαuとβ軸成分Vβuにそれぞれ同軸上に乗
ることになる。すなわち、Vαu,Vαv,Vαwはα
軸上に、Vβu,Vβv,Vβwはβ軸上になるので、
スカラ量として(数13)、(数14)を演算すること
ができる。
実施するためのテーブルを示す。図5(a)はtanテ
ーブルである。このテーブルには、tanθ1からta
nθnのデータをn個のテーブルに入れ、これらテーブ
ルの値と(数18)で演算して求めた値(VFα/VF
β)を比較し、値が一致または一番近い値のデータのテ
ーブルθnを見つけ、そのテーブルのアドレスを位相△
θとすることができる。テーブルの数はn個である。
算の正弦波値、余弦波値を求めるときに使用するsin
テーブル、cosテーブルである。テーブルの数はma
個とする。例えば、あるサンプル時点のときの図2にお
ける角速度積分回路132の出力基準位相θFiの値を
図5(b)sin、cosテーブルから引けばよい。本
実施形態は、図5(a)(b)のテーブルを用いること
により、(数7)から(数16)の演算を高速に行うこ
とができる。
分の演算をマイクロコンピュータ等を用いて実現させる
ため、記憶テーブルを用いる方法について説明したもの
である。図6には、系統電圧の1/2周期の間にm回サ
ンプリングする例を示し、(a)はタイムチャート、
(b)は記憶テーブルである。テーブル数はm個であ
る。今、U相に関して説明する。記憶テーブルはサンプ
リング毎にt1からtmまでのU相の電源波形Vui×
cos(θFi)と電源波形Vui×sin(θFi)
の値をその都度U相の三角関数演算メモリに記憶させ、
t1からtmまでのm個をそれぞれについて加算し、V
αuu、Vβuuとする。この加算結果Vαuu、Vβ
uuをmで除算すれば、(数7)、(数8)のフーリエ
演算をマイクロコンピュータにより演算することができ
る。(数7−1)と(数8−1)は(数7)、(数8)
をテーブルで加算する式である。この例は電気角で18
0度に相当する半周期の時間を表わしたものである。こ
のときサンプリング時間は電気角で180度内に1/m
である必要が生じる。
積算するのは時間がかかる。簡易演算として、tn番目
で演算するときは、(数7−1)は余弦波振幅全積算結
果Vαuuであり、このVαuuを記憶しておき、n番
目の演算をするとき、記憶素子に残っている前回演算結
果のデータ{Vun×cos(θFi)}を全積算結果
Vαuuから引き、今回演算したデータ{Vun×co
s(θFi)}を前記全積算結果Vαuuに加算し、m
で除算することにより、(数7−1)を実施することが
できる。同様に、正弦波振幅全積算結果Vβuuを記憶
しておき、n番目の演算をするとき、記憶素子に残って
いる前回演算結果のデータ{Vun×sin(θF
i)}を全積算結果Vβuuから引き、今回演算したデ
ータ{Vun×sin(θFi)}を前記全積算結果V
βuuに加算し、mで除算することにより、(数8−
1)を実施することができる。V相、W相に関しても、
同様に記憶テーブルが必要となる。全積算結果Vαv
v,全積算結果Vβvv,全積算結果Vαww,全積算
結果Vβwwは、それぞれ(数9−1)、(10−
1)、(11−1)、(12−1)により表わされる。
を用いてsin(θFi)およびcos(θFi)を求
める。テーブル数をma個とすると、テーブルを360
度分持つとき、テーブルの分解能は360/ma度とな
る。また、角速度積分回路132の(数17)により求
めた出力θFiは、大きさがθmaに達したら、零にク
リアすることでテーブルを効率よく使用することができ
る。
相分の大きさの変化を示す。図7において、横軸に正相
分絶対値および二乗加算値の大きさ(パーセント)、縦
軸に地絡相数を表わす。すなわち、実線は地絡事故が発
生した時の正相電圧の絶対値(数15)を表した曲線で
ある。また、グラフの右軸に○印に対応した地絡事故の
状況に見合った条件を記す。また、マイクロコンピュー
タで平方根(数15)の演算をするのは時間が長くかか
るので、(数19)に示すように、二乗加算(破線)で
も地絡状況を判断することができる。
では図7の特性を判定条件に使用する。例えば、2相1
00パーセント地絡が発生したとき、正相分の絶対値の
大きさは、(数15)により演算すると、定常時の正相
電圧の大きさに比べ、33パーセントに落ちる。それを
基準にすると定義すれば、この基準値により正相電圧の
大きさが小さくなったとき、絶対値判定回路128−4
は、2相100パーセント地絡〜3相100パーセント
地絡が発生したと判断し、スイッチ138を解放する。
スイッチ138の解放により、位相差記憶回路130は
今の出力位相△θの値もしくは1回前の値を保持し、こ
の位相△θを事故期間保持する。加算器133はサンプ
リング時間毎に角速度積分回路132の出力基準位相θ
Fiを加算するので、事故前の制御位相θuが保たれ、
この制御位相θuにより、位相演算回路134を用いて
電力変換装置を制御する。この結果、事故前の制御位相
θuつまり位相予測により制御装置を停止することな
く、運転が継続することになる。そして、事故の解除
は、絶対値判定回路128−4が正相分の絶対値の大き
さを監視し、定常時の33パーセント以上(基準値)の
大きさに回復すれば、事故が解除されたと判断し、スイ
ッチ138を投入する。復帰後に位相差記憶回路130
を動作させれば、加算器133の出力の制御位相θuは
電源位相θsに限りなく近づき、正常な電力制御を行
う。なお、事故復帰の基準値を33パーセントより大き
い値を選択し、復帰電圧にヒステリシスを設ければ、さ
らに安定な動作を行う。
絡等の事故が発生したとき、系統電圧が低下して逆相電
圧が発生した分、正相電圧の大きさが小さくなる。この
正相電圧を用いて異常状態を検出し、判断し、重大な異
常の時は、系統の電圧からフーリエ変換を用いた位相差
△θの演算を一時中断し、正常時の位相差△θを一定に
保持し、角速度積分回路の出力基準位相θFiとこの正
常時に記憶した位相差△θの値をサンプリング時間ごと
に加算して位相を予測する。これにより、本実施形態で
は、事故時にも滑らかな位相検出を行うことができ、そ
のため、有効電力および無効電力を制御する電力変換制
御を停止させることなく、円滑に制御することができ
る。
て、位相角θFiで記憶メモリが動作している時、正相
分絶対値の大きさが基準値以下になり、異常状態と判断
したとき、この基準値によりスイッチ138を解放する
とともに、位相差記憶回路130の値△θもしくは1回
前の値を保持し、この位相差△θの値を事故期間保持
し、サンプリング時間毎に周波数基準信号ω1を積分し
て得られた基準位相θFiと位相差△θを加算すれば、
事故前の角速度を保つとともに、これから得た位相によ
り、位相演算回路134を用いて電力変換装置を制御
し、定常時の33パーセント以上(基準値)の大きさに
回復すれば、事故が解除されたと判断し、スイッチ13
8を投入するとともに、位相差△θを動作させれば、系
統電圧の位相にかなり近い値であることと、すでに記憶
メモリは初期状態と違い、データが記憶されているの
で、復帰後の位相変動が僅かですむ。
系統電圧の各相をフーリエ変換を行い、正相電圧の位相
△θを演算し、この位相△θは系統電圧の位相θsと基
準位相θFiとの位相差に相当することになることか
ら、位相差△θと基準位相θFiを加算することによ
り、系統電圧の位相θsを精度よく検出することができ
る。また、このように検出した系統電圧の位相θsを制
御位相θuとして有効電力および無効電力を制御する電
力変換制御に用いることにより、電源位相が変動しても
電力変換制御を円滑に実施できる。また、交流系統の異
常により電圧低下あるいは不平衡になったとき、正相分
の絶対値の大きさから判断し、系統電圧異常と判定した
ときは、位相差記憶回路の位相△θを事故の期間中、中
断し、このとき、位相差記憶回路の位相△θを事故直前
の値に保持し、フーリエ演算は周波数基準信号に加算し
て基準位相θFiを用いて行い、基準位相θFiと正常
時の位相差△θを加算した位相θuを電力変換器の制御
に用いるので、事故期間中ほぼ正常時に近い系統電圧位
相を予測でき、電力変換器装置を停止せず、継続して制
御することが可能となる。また、位相差△θの演算は、
正相電圧の演算から行うため、地絡事故等のとき、系統
電圧に高調波が含まれても正確に演算でき、特に、系統
に3相の地落事故等で電圧が零になったときでも、予測
位相制御を行って位相を演算するので、電力変換器を停
止させることなく、安定に運転を続行し、無停止運転が
可能となる。このことは、電力系統に電力変換器が接続
される直流送電装置、無効電力制御装置、周波数変換装
置では特に有効である。
図
詳細図
換α成分演算の原理説明図
換β成分演算の原理説明図
n,sin,cosテーブル
の変化を示す図
流器 110 位相角検出器 111 サンプリ
ングタイマ 126 系統電圧検出回路 127 フーリエ
変換演算回路 127−1 U相フーリエ変換α成分演算回路 127−2 U相フーリエ変換β成分演算回路 127−3 V相フーリエ変換α成分演算回路 127−4 V相フーリエ変換β成分演算回路 127−5 W相フーリエ変換α成分演算回路 127−6 W相フーリエ変換演β成分算回路 127−7 α軸演算回路 127−8 β軸
演算回路 128 正相絶対値位相差演算回路 128−1 正相
電圧演算回路 128−2 絶対値演算回路 128−3 位相
差演算回路 128−4 絶対値判定回路 130 位相差記
憶回路 131 位相差比例積分制御回路 131 周波数基
準信号器 132 角速度積分回路 133 加算器 134 位相演算回路 134−1 正弦
波演算回路 134−2 余弦波演算回路 135 逆α−β
変換器 136 逆2/3相変換器 137 PWMパ
ルス発生器 138 スイッチ
Claims (4)
- 【請求項1】 3相交流電源の電圧位相に基づいて交流
電力と直流電力との間で電力を変換する電力変換装置に
おいて、周波数基準信号を積分して求めた基準位相(θ
Fi)を3相各相毎のフーリエ変換α成分およびフーリ
エ変換β成分を求める三角関数演算に用い、フーリエ変
換された各相のα成分および各相のβ成分から正相電圧
のα軸成分および正相電圧のβ軸成分を演算し、このα
軸成分およびβ軸成分に基づいて正相電圧位相(△θ)
を求め、この位相(△θ)を系統電圧の位相(θs)と
前記基準位相(θFi)の位相差として、この位相差
(△θ)に前記基準位相(θFi)を加算した制御位相
(θu)を電力制御の三角関数の位相とすることを特徴
とする電力変換装置。 - 【請求項2】 請求項1において、周波数基準信号の発
生器と、この周波数基準信号から基準位相(θFi)を
演算する角速度積分回路と、3相各相毎のフーリエ変換
α成分演算回路およびフーリエ変換β成分演算回路と、
フーリエ変換された各相のα成分および各相のβ成分か
ら正相電圧のα軸成分および正相電圧のβ軸成分を演算
する回路と、正相電圧位相(△θ)を演算する位相差演
算回路を有することを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項3】 請求項1において、前記α軸成分および
β軸成分に基づいて正相電圧絶対値を求めるとともに、
前記求めた正相電圧位相差(△θ)を記憶し、前記正相
電圧絶対値が予め設定した基準値を超えた時、前記位相
差(△θ)の値を前記基準値を超えた時の前の値に一定
に保ち、この位相差(△θ)を前記基準位相(θFi)
に加算することを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項4】 請求項3において、周波数基準信号の発
生器と、この周波数基準信号から基準位相(θFi)を
演算する角速度積分回路と、3相各相毎のフーリエ変換
α成分演算回路およびフーリエ変換β成分演算回路と、
フーリエ変換された各相のα成分および各相のβ成分か
ら正相電圧のα軸成分および正相電圧のβ軸成分を演算
する回路と、正相電圧絶対値および正相電圧位相(△
θ)を演算する正相電圧絶対値演算回路および位相差演
算回路と、前記正相電圧絶対値が予め設定した基準値を
超えたか否かを判定する絶対値判定回路と、前記位相差
(△θ)をスイッチを介して記憶する位相差記憶回路を
有することを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04990897A JP3358965B2 (ja) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP04990897A JP3358965B2 (ja) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | 電力変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10234135A true JPH10234135A (ja) | 1998-09-02 |
JP3358965B2 JP3358965B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=12844120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04990897A Expired - Lifetime JP3358965B2 (ja) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP3358965B2 (ja) |
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-
1997
- 1997-02-18 JP JP04990897A patent/JP3358965B2/ja not_active Expired - Lifetime
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