JPH11215840A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
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- JPH11215840A JPH11215840A JP10012287A JP1228798A JPH11215840A JP H11215840 A JPH11215840 A JP H11215840A JP 10012287 A JP10012287 A JP 10012287A JP 1228798 A JP1228798 A JP 1228798A JP H11215840 A JPH11215840 A JP H11215840A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/30—Reactive power compensation
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】低損失で、系統電圧が大幅に変動しても運転を
継続できる自励電力変換装置を提供する。 【解決手段】自励電力変換装置を方形波変換器とＰＷＭ
変換器とで構成し、方形波変換器にもＰＷＭ動作機能を
持たせ、系統電圧の大きな変動発生時には全部をＰＷＭ
変換器とすることにより系統事故時にも運転継続可能と
する。 【効果】定常状態では低損失であり、系統電圧が大幅に
変動しても運転を継続できる。
継続できる自励電力変換装置を提供する。 【解決手段】自励電力変換装置を方形波変換器とＰＷＭ
変換器とで構成し、方形波変換器にもＰＷＭ動作機能を
持たせ、系統電圧の大きな変動発生時には全部をＰＷＭ
変換器とすることにより系統事故時にも運転継続可能と
する。 【効果】定常状態では低損失であり、系統電圧が大幅に
変動しても運転を継続できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置に係わ
り、特に電力系統安定化装置などに適用するのに好適な
自励電圧型電力変換装置に関する。
り、特に電力系統安定化装置などに適用するのに好適な
自励電圧型電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自励電力変換装置は、バルブデバイスの
大容量化とともに大容量化が進み、転流失敗しないなど
の他励電力変換装置にない特徴を活かして、電力系統安
定化装置などにも適用されるようになってきている。
大容量化とともに大容量化が進み、転流失敗しないなど
の他励電力変換装置にない特徴を活かして、電力系統安
定化装置などにも適用されるようになってきている。
【０００３】一方、自励電力変換装置はスイッチング損
失が大きいためスイッチング周波数を下げて使おうとす
る考えもある。文献「ハイブリッドインバータ方式無効
電力補償装置」電気評論１９９７年６月号７１ページ〜
７５ページに示された方式はこの例である。この文献に
示された方式では、電力変換装置は方形波出力の変換器
（方形波インバータと記載されている。本明細書の変換
器では必ずしも逆変換器すなわちインバータで動作する
とはかぎらず、順変換器動作することもある。簡単化の
ため方形波変換器と表記する）とＰＷＭ（パルス幅変
調）制御された変換器（ＰＷＭインバータと記載してい
る。以下ＰＷＭ変換器と表記する）とを直列接続して構
成されている。そして、方形波変換器は系統電圧の定常
分に等しい電圧を出力しており、ＰＷＭ変換器は系統電
圧の変動分ないし制御電圧分を出力している。このため
大部分の出力電圧は方形波変換器から供給されるのでス
イッチング損失を小さくできる効果がある。
失が大きいためスイッチング周波数を下げて使おうとす
る考えもある。文献「ハイブリッドインバータ方式無効
電力補償装置」電気評論１９９７年６月号７１ページ〜
７５ページに示された方式はこの例である。この文献に
示された方式では、電力変換装置は方形波出力の変換器
（方形波インバータと記載されている。本明細書の変換
器では必ずしも逆変換器すなわちインバータで動作する
とはかぎらず、順変換器動作することもある。簡単化の
ため方形波変換器と表記する）とＰＷＭ（パルス幅変
調）制御された変換器（ＰＷＭインバータと記載してい
る。以下ＰＷＭ変換器と表記する）とを直列接続して構
成されている。そして、方形波変換器は系統電圧の定常
分に等しい電圧を出力しており、ＰＷＭ変換器は系統電
圧の変動分ないし制御電圧分を出力している。このため
大部分の出力電圧は方形波変換器から供給されるのでス
イッチング損失を小さくできる効果がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】自励電力変換装置は、
一般に電圧型であり、電力系統に連系して運転すること
を特徴としている。ところが電圧型電力変換装置は電圧
源として機能するため、系統電圧変動があると過電流に
なりやすい。このために系統電圧変動に応じて高速に応
答させて過電流を防止する必要がある。
一般に電圧型であり、電力系統に連系して運転すること
を特徴としている。ところが電圧型電力変換装置は電圧
源として機能するため、系統電圧変動があると過電流に
なりやすい。このために系統電圧変動に応じて高速に応
答させて過電流を防止する必要がある。
【０００５】文献に示された方式は系統電圧がほぼ一定
である場合には低損失で優れた方式であるが、しかしな
がら系統電圧が事故などで大幅に低下した場合には系統
電圧変動に応答できなくなり過電流となって停止しまう
問題が生じる。特に電力系統安定化用途では系統電圧が
急変したような過渡的な状態にこそ運転して機能する必
要があり、運転継続が必須である。
である場合には低損失で優れた方式であるが、しかしな
がら系統電圧が事故などで大幅に低下した場合には系統
電圧変動に応答できなくなり過電流となって停止しまう
問題が生じる。特に電力系統安定化用途では系統電圧が
急変したような過渡的な状態にこそ運転して機能する必
要があり、運転継続が必須である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、方形波変換器
にもＰＷＭ制御機能を併せ持たせ、系統電圧が定常状態
では方形波変換器として動作させ、系統電圧が低下した
ような過渡的な場合にはＰＷＭ変換器として動作させる
ように制御の切換えができるようにした。
にもＰＷＭ制御機能を併せ持たせ、系統電圧が定常状態
では方形波変換器として動作させ、系統電圧が低下した
ような過渡的な場合にはＰＷＭ変換器として動作させる
ように制御の切換えができるようにした。
【０００７】本発明では、系統電圧が定常状態では方形
波変換器とＰＷＭ変換器とで動作するため損失が小さく
なる。また、系統電圧が低下したような場合には方形波
変換器の部分もＰＷＭ変換器として動作させるため高速
応答が可能となり過電流とならずに運転を継続できる。
波変換器とＰＷＭ変換器とで動作するため損失が小さく
なる。また、系統電圧が低下したような場合には方形波
変換器の部分もＰＷＭ変換器として動作させるため高速
応答が可能となり過電流とならずに運転を継続できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１に示す。自
励電圧型電力変換装置１は、方形波変換器２３，２４と
ＰＷＭ変換器２１，２２とが変換装置用変圧器３で直列
接続されて多重化構成されている。方形波変換器は出力
電圧の高調波を減らすため多重化しており、この例では
２多重であるが一般には４〜８多重とする。ＰＷＭ変換
器は数ｋＨｚ程度の高周波でスイッチングさせれば多重
化しなくてもよいが、大容量変換器では高周波動作でき
る大容量バルブデバイスがないのでやはり一般には多重
化する。方形波変換器は大容量であるため例えばＧＴＯ
（ゲートターンオフサイリスタ）を用いた変換器とす
る。ＰＷＭ変換器は高い周波数でスイッチングするが小
容量であるので例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ）を用いた変換器とする。なおこの実施
例では直流電源が共通なので両変換器の直流電圧は同じ
であるが、変換装置用変圧器の巻数比を変えることによ
りＰＷＭ変換器側の方の容量を減らすことができる。
励電圧型電力変換装置１は、方形波変換器２３，２４と
ＰＷＭ変換器２１，２２とが変換装置用変圧器３で直列
接続されて多重化構成されている。方形波変換器は出力
電圧の高調波を減らすため多重化しており、この例では
２多重であるが一般には４〜８多重とする。ＰＷＭ変換
器は数ｋＨｚ程度の高周波でスイッチングさせれば多重
化しなくてもよいが、大容量変換器では高周波動作でき
る大容量バルブデバイスがないのでやはり一般には多重
化する。方形波変換器は大容量であるため例えばＧＴＯ
（ゲートターンオフサイリスタ）を用いた変換器とす
る。ＰＷＭ変換器は高い周波数でスイッチングするが小
容量であるので例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ）を用いた変換器とする。なおこの実施
例では直流電源が共通なので両変換器の直流電圧は同じ
であるが、変換装置用変圧器の巻数比を変えることによ
りＰＷＭ変換器側の方の容量を減らすことができる。
【０００９】制御装置８には変換装置の出力有効電力・
無効電力などを制御するための出力制御装置８２があ
る。この詳細は省略するが、一般にはこの制御には変換
装置の出力交流電流を制御する交流電流制御装置が内蔵
されており、変換装置が過電流などにならずに所定の電
流で動作できるようにしている。この出力はＰＷＭパル
ス発生器８１に入力される。ＰＷＭパルス発生器では入
力信号に応じてＰＷＭ変換器が所要出力電圧を出すよう
に変換器の動作パルスを発生し、この出力パルスに従っ
てＰＷＭ変換器２１，２２が動作する。一般的な三角波
変調波比較方式による変調をしたときのＰＷＭ変換器か
らの出力電圧は三相変換装置の場合、次式で与えられ
る。
無効電力などを制御するための出力制御装置８２があ
る。この詳細は省略するが、一般にはこの制御には変換
装置の出力交流電流を制御する交流電流制御装置が内蔵
されており、変換装置が過電流などにならずに所定の電
流で動作できるようにしている。この出力はＰＷＭパル
ス発生器８１に入力される。ＰＷＭパルス発生器では入
力信号に応じてＰＷＭ変換器が所要出力電圧を出すよう
に変換器の動作パルスを発生し、この出力パルスに従っ
てＰＷＭ変換器２１，２２が動作する。一般的な三角波
変調波比較方式による変調をしたときのＰＷＭ変換器か
らの出力電圧は三相変換装置の場合、次式で与えられ
る。
【００１０】 Ｕ１＝ｎ１×ｗ１×{√３／(２×√２)}×ｋ１×Ｅｄ ここに ｎ１：ＰＷＭ変換器の多重数 ｗ１：変換装置用変圧器の巻数比（ＰＷＭ変換器側） ｋ１：変調度（ＰＷＭ変換器側） Ｅｄ：直流電圧 出力制御装置８２から変調度に比例した出力電圧信号を
出せば、それに応じてＰＷＭ変換器が所要電圧を出力で
きる。
出せば、それに応じてＰＷＭ変換器が所要電圧を出力で
きる。
【００１１】一方、方形波変換器は方形波パルス発生器
８３からのパルスに従って動作する。方形波変換器から
の出力電圧は一般に次式となる。
８３からのパルスに従って動作する。方形波変換器から
の出力電圧は一般に次式となる。
【００１２】Ｕ２＝ｎ２×ｗ２×(√６／π)×Ｅｄ ここに ｎ２：方形波変換器の多重数 ｗ２：変換装置用変圧器の巻数比（方形波変換器側） 方形波変換器は直流電圧に応じて出力電圧が決まってし
まう。一般的には定格直流電圧のときに定格交流電圧を
出力できるように変換装置用変圧器の巻数比を決める。
このようにすることによりＰＷＭ変換器の容量を小さく
でき、損失を最小にできる。方形波パルス発生器は方形
波変換器の出力電圧が系統電圧の位相と一致するような
パルスを出す。
まう。一般的には定格直流電圧のときに定格交流電圧を
出力できるように変換装置用変圧器の巻数比を決める。
このようにすることによりＰＷＭ変換器の容量を小さく
でき、損失を最小にできる。方形波パルス発生器は方形
波変換器の出力電圧が系統電圧の位相と一致するような
パルスを出す。
【００１３】このような制御装置の構成により系統電圧
が定常的な場合には方形波変換器で定格交流電圧を出力
し、ＰＷＭ変換器で制御出力分を出力し通常の制御動作
をする。また方形波変換器はスイッチング周波数が系統
周波数であり、スイッチング損失が少なく、低損失で運
転することができる。
が定常的な場合には方形波変換器で定格交流電圧を出力
し、ＰＷＭ変換器で制御出力分を出力し通常の制御動作
をする。また方形波変換器はスイッチング周波数が系統
周波数であり、スイッチング損失が少なく、低損失で運
転することができる。
【００１４】本実施例では上記に加えて方形波変換器に
もＰＷＭパルス発生器８４を備えている。方形波変換器
はスイッチング周波数を高くできないのでＰＷＭのパル
ス数は３程度とする。この場合のパルス発生を図２に示
す。入力信号と３倍周波数の三角波とを比較して出力パ
ルスを発生している。このときの出力電圧は近似的に次
式で与えられる。
もＰＷＭパルス発生器８４を備えている。方形波変換器
はスイッチング周波数を高くできないのでＰＷＭのパル
ス数は３程度とする。この場合のパルス発生を図２に示
す。入力信号と３倍周波数の三角波とを比較して出力パ
ルスを発生している。このときの出力電圧は近似的に次
式で与えられる。
【００１５】 Ｕ２＝ｎ２×ｗ２×(√６／π)×ｋ２×Ｅｄ ここに ｋ２：変調度（入力正弦波の振幅の三角波振幅
に対する比） したがって入力信号を系統電圧として、その振幅を定格
電圧のときに変調度が１になるようにすれば、系統電圧
が低下したときにこの出力パルスに従って方形波変換器
をＰＷＭ動作させたとき、方形波出力時の電圧から変調
度が１より小さくなったようになって連続的に出力電圧
が低下して追従し、方形波変換器は系統電圧に追従して
動作することができる。ＰＷＭのパルス数を２または３
とした場合にはこのように方形波出力時の電圧からＰＷ
Ｍ制御時の電圧へ変調度を１としたところから連続的に
移行できる特徴がある。
に対する比） したがって入力信号を系統電圧として、その振幅を定格
電圧のときに変調度が１になるようにすれば、系統電圧
が低下したときにこの出力パルスに従って方形波変換器
をＰＷＭ動作させたとき、方形波出力時の電圧から変調
度が１より小さくなったようになって連続的に出力電圧
が低下して追従し、方形波変換器は系統電圧に追従して
動作することができる。ＰＷＭのパルス数を２または３
とした場合にはこのように方形波出力時の電圧からＰＷ
Ｍ制御時の電圧へ変調度を１としたところから連続的に
移行できる特徴がある。
【００１６】本実施例では系統電圧を基準値と比較する
比較器８５を備えている。系統で事故が発生したような
場合、一般に電圧が低下する。電圧が規定値よりも低下
したことを検出してパルス切換器８６により方形波変換
器がＰＷＭ動作するように切換える。この結果、系統事
故時には方形波変換器もＰＷＭ動作し、系統電圧に追従
するので変換装置は過電流にならずに運転を継続するこ
とができる。
比較器８５を備えている。系統で事故が発生したような
場合、一般に電圧が低下する。電圧が規定値よりも低下
したことを検出してパルス切換器８６により方形波変換
器がＰＷＭ動作するように切換える。この結果、系統事
故時には方形波変換器もＰＷＭ動作し、系統電圧に追従
するので変換装置は過電流にならずに運転を継続するこ
とができる。
【００１７】本発明を自励変換装置を用いた無効電力補
償装置，直流送電システムなどの電力系統安定化装置に
利用すれば系統異常時にも運転を継続でき、高性能を発
揮することができる。
償装置，直流送電システムなどの電力系統安定化装置に
利用すれば系統異常時にも運転を継続でき、高性能を発
揮することができる。
【００１８】他の実施例を図３に示す。直流電圧は必ず
しも一定ではないので方形波変換器は必ずしも定格電圧
を出力できない。このようなとき、図１の実施例ではＰ
ＷＭ変換器がフィードバック制御によりこの差分も吸収
するように動作する。図３の実施例では差電圧検出器８
７により系統電圧と直流電圧とから方形波変換器が出力
する電圧と系統電圧との差電圧信号を発生し、これをＰ
ＷＭ変換器のＰＷＭ発生器にフィードフォワード信号と
して入力している。本実施例によれば直流電圧の変動が
大きい場合にも安定した出力ができる。
しも一定ではないので方形波変換器は必ずしも定格電圧
を出力できない。このようなとき、図１の実施例ではＰ
ＷＭ変換器がフィードバック制御によりこの差分も吸収
するように動作する。図３の実施例では差電圧検出器８
７により系統電圧と直流電圧とから方形波変換器が出力
する電圧と系統電圧との差電圧信号を発生し、これをＰ
ＷＭ変換器のＰＷＭ発生器にフィードフォワード信号と
して入力している。本実施例によれば直流電圧の変動が
大きい場合にも安定した出力ができる。
【００１９】また他の実施例を図４に示す。この実施例
では高調波検出器８８においてPWM発生器の出力パルス
から方形波変換器が発生する電圧を合成し、ＰＷＭパル
ス発生器の入力信号との差をとっている。この差はＰＷ
Ｍ制御動作となったときの方形波変換器の発生高調波で
ある。この差の信号をＰＷＭ変換器のＰＷＭパルス発生
器の入力信号に加えることによりＰＷＭ動作時の方形波
変換器の発生高調波をＰＷＭ変換器で吸収できる効果が
ある。方形波出力時においても同様である。
では高調波検出器８８においてPWM発生器の出力パルス
から方形波変換器が発生する電圧を合成し、ＰＷＭパル
ス発生器の入力信号との差をとっている。この差はＰＷ
Ｍ制御動作となったときの方形波変換器の発生高調波で
ある。この差の信号をＰＷＭ変換器のＰＷＭパルス発生
器の入力信号に加えることによりＰＷＭ動作時の方形波
変換器の発生高調波をＰＷＭ変換器で吸収できる効果が
ある。方形波出力時においても同様である。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、系統電圧が定常状態で
は低損失であり、系統電圧が低下したような場合にも運
転を継続できる自励電圧型電力変換装置を提供できる。
は低損失であり、系統電圧が低下したような場合にも運
転を継続できる自励電圧型電力変換装置を提供できる。
【図１】本発明の一実施例を説明するための図。
【図２】ＰＷＭパルスの発生方法を説明するための図。
【図３】本発明の他の実施例を説明するための図。
【図４】本発明のまた別の実施例を説明するための図。
１…電力変換装置、３…変換装置用変圧器、４…遮断
器、５…電力系統、６…ＰＴ（電圧変成器）、７…直流
電源、８…制御装置、２１，２２…ＰＷＭ変換器、２
３，２４…方形波変換器、８１，８４…ＰＷＭパルス発
生器、８２…出力制御装置、８３…方形波パルス発生
器、８５…比較器、８６…パルス切換器、８７…差電圧
検出器、８８…高調波検出器。
器、５…電力系統、６…ＰＴ（電圧変成器）、７…直流
電源、８…制御装置、２１，２２…ＰＷＭ変換器、２
３，２４…方形波変換器、８１，８４…ＰＷＭパルス発
生器、８２…出力制御装置、８３…方形波パルス発生
器、８５…比較器、８６…パルス切換器、８７…差電圧
検出器、８８…高調波検出器。
Claims (7)
- 【請求項１】電力系統に連系した自励電圧型電力変換装
置であって、方形波出力の変換器とＰＷＭ制御された変
換器とを直列に接続して構成し、方形波出力の変換器に
はＰＷＭ制御機能も併せ備えて、方形波出力とＰＷＭ制
御との制御の切換えを可能としたことを特徴とする電力
変換装置。 - 【請求項２】請求項１の電力変換装置であって、方形波
出力の変換器の出力交流電圧を通常時における系統電圧
とほぼ等しくしたことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項３】請求項１の電力変換装置であって、系統電
圧を常時監視し、系統電圧が規定の値よりも低下したと
きに方形波出力の変換器の制御をＰＷＭ制御に切換える
ようにしたことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項４】請求項１の電力変換装置であって、方形波
出力の変換器用のＰＷＭ制御時におけるＰＷＭのパルス
数を２または３としたことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項５】請求項１の電力変換装置であって、ＰＷＭ
制御された変換器のＰＷＭパルスを発生する制御装置に
方形波出力の変換器が発生する電圧と系統電圧との差を
相殺するような制御信号を加えて、ＰＷＭ制御された変
換器にフィードフォワードで前記電圧の差を相殺させる
ようにしたことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項６】請求項１の電力変換装置であって、ＰＷＭ
制御された変換器に方形波出力の変換器が発生する高調
波を抑制する機能を持たせたことを特徴とする電力変換
装置。 - 【請求項７】請求項１の電力変換装置を用いた電力系統
安定化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10012287A JPH11215840A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10012287A JPH11215840A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11215840A true JPH11215840A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11801149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10012287A Pending JPH11215840A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11215840A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001086766A (ja) * | 1999-09-16 | 2001-03-30 | Hitachi Ltd | 多重電力変換装置の制御方法及び多重電力変換装置 |
| JP2011259619A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 交直電力変換装置 |
| JP2012010532A (ja) * | 2010-06-28 | 2012-01-12 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
| JP2012239309A (ja) * | 2011-05-12 | 2012-12-06 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
-
1998
- 1998-01-26 JP JP10012287A patent/JPH11215840A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001086766A (ja) * | 1999-09-16 | 2001-03-30 | Hitachi Ltd | 多重電力変換装置の制御方法及び多重電力変換装置 |
| JP2011259619A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 交直電力変換装置 |
| JP2012010532A (ja) * | 2010-06-28 | 2012-01-12 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
| JP2012239309A (ja) * | 2011-05-12 | 2012-12-06 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
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