JPS6377327A - 無効電力制御形サイクロコンバ−タ装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は負荷に可変電圧可変周波数の交流電力を供給す
ると共に循環電流によって無効電力を任意に制御できる
無効電力制御形サイクロコンバータ装置に関するもので
ある。

（従来の技術） サイクロコンバータは一定周波数の交流電力を他の異な
る周波数の交流電力に直接交換する装置であるが、その
構成素子たるサイリスタを電源電圧によって転流させる
ため、電源から多くの無効電力をとる欠点がある。また
その無効電力は負荷側の周波数に同期して常に変動して
いる。このため電源系統設備の容量を増大させるだけで
なく、無効電力変動により同一系統に接続された電気機
器に種々の悪影響を及ぼしている。

第３図は受電端の無効電力を検出して無効電力を制御す
る無効電力制御形サイクロコンバータ装置の構成図であ
る。（この制御はフィードバック制御で以後Ｆ−Ｂ制御
と略す。） 図中ＣＣは循環電流式サイクロコンバータ本体、５ｓ−
ｐ及び５Ｓ−Ｎはその正群及び負群コンバーターＬＯ１
及びＬｏｔは中間タップ付直流リアクトル、ＬＯＡＤは
負荷である。またＴＲは電源トランス、ＣはΔ又はＹ接
続された進相コンデンサ、ＢＵＳは３相電線路である。

制御回路としては受電端の３相交流電流を検出する変流
器ＣＴｓ、　３相交流電圧を検出する変成器ＰＴ、無効
電力演算器ＶＡＲ，制御補償回路Ｈ（ｓ）、正群コンバ
ータ５ｓ−ｐの出力電流ＩＰを検出する変流ＣＴＰ、負
群コンバータ５Ｓ−Ｎの出力電流１．を検出する変流器
ＣＴＮ、加算器Ａ１〜Ａ５、演算増幅器に０〜に２、反
転増幅器に１、比較器０１〜Ｃ１、絶対値回路ＡＢＳ及
び位相制御回路ＰＨ−Ｐ、ＰＨ−Ｎが用いられる。

加算器Ａ、によってＩＰ−ＩＮ＝ＩＬを求める。これが
負荷電流の検出値である。また、加算器Ａ工。

Ａ２と絶対値回路ＡＢＳ及び増幅器に、（１／２倍）に
よって次の演算を行う。

Ｉｏ＝（Ｉｒｉ　Ｉｒｉ　　ｌ　ＩＬｌ　）／　２　　
・・・・・・■これが循環電流の検出値である。

まず負荷電流制御の動作を説明する。

負荷電流指令ＩＬ兼と実際に流れる負荷電流の検出値Ｉ
Ｌを比較し、その偏差ε、に比例した電圧をサイクロコ
ンバータから発生するように位相制御回路ＰＨ−Ｐ、Ｐ
Ｈ−Ｎを制御する。ＰＨ−Ｐの出力位相αＰに対してＰ
Ｈ−Ｎの出力相αＮは、αＮ＝１８０°−αＰの関係を
保つように増幅器に２から反転増幅器に３を介してＰＨ
−Ｈに入力される。

すなわち、正群コンバータ５ｓ−ｐの出力電圧ｖＰ＝ｋ
ｖ−ｖｓ−ｃｏｓαＰと負群コンバータ５Ｓ−Ｎの出力
電圧ｖＮ＝ｋｖｅＶｓｅｃＯ３αＮ＝ｋｖ曾ｖ３・ｃｏ
ｓ（１８０°−αＰ）は負荷端子でつり合った状態で通
常の運転が行なわれる。負荷電流指令１し％を正弦波状
に変化させるとそれに応じて偏差ｉ３　　も変化し負荷
に正弦波電流ＩＬが流れるように前記α２及びαＮが制
御される。　この通常の運転では正群コンバータ５ｓ−
Ｐの出力電圧と負群コンバータ５ｓ−Ｎの出力電圧は等
しくつり合っているため循環電流工０はほとんど流れな
い。

次に循環電流制御の動作を説明する。電源端子には電流
検出器ＣＴｓ及び電圧検出器ＦＴが設置され、無効電力
演算器ＶＡＲによってその無効電力Ｑが演算される。無
効電力の指令値Ｑ１Ｇは通常零に設定され、比較器Ｃ１
によって偏差εｉ＝Ｑ”−Ｑが発生させられる。制御補
償回路（Ｈ）ｓは定常偏差ε、を零にするため通常積分
要素が使われ、その出力１０Ｍが循環電流工０の指令値
となる。比較器Ｃ２によって偏差ε、＝Ｉ。Ｉ′ｌ−工
。をとり増幅器に１を介して加算器Ａ４及びＡ、に入力
する。

従って、　ＰＨ−Ｐ及びＰＨ−Ｎへの入力ｉ、及びε、
は各４次のようになる。ただしＫ　ｓ　”　　１とする
。

ｇ、＝に、・ξ、十に８・ｈ　・・・・・・■ε、　＝
−に、・ｉ３＋に、・ε２　・・・・・・■故にαＮ＝
１８０＠−αＰの関係はくずれ、Ｋ１・ｃ２に比例した
分だけ正群コンバータ５ｓ−ｐの出力電圧ＶＰと負群コ
ンバータ５Ｓ−Ｎの出力電圧ｖＮとが不平衡になる。そ
の差電圧が直流リアクトルＬＯＩ及びＬｏ□に印加され
、循環電流が流れる。工〇が指令値１０ｍより流れすぎ
ればε、が減少して上記差電圧を小さくする。結果的に
は工０は工０にに等しくなるように制御される。

無効電力Ｑが進みの場合、ε、＝Ｑ’−Ｑ＝−Ｑは正と
なり、工０共を増加させサイクロコンバータの遅れ無効
電流を大きくする。最終的にはＱ＝０になるように循環
電流ＩＯが制御される。

逆にＱが遅れの場合ε１く０となり、　工０炎を減少さ
せ同じくＱ＝０になるように工０を制御している。この
ようにして受電端の無効電力が零、すなわち基本波力率
を１に保持することができる。

以上のように受電端に進相コンデンサＣを設置し、その
受電端の無効電力Ｑを検出して、進相コンデンサＣに流
れる進み無効電流Ｉ　ｃａｐと循環式サイクロコンバー
タＣＣで流れる遅れ無効電流工。

の打消し合って制御する無効電力制御サイクロコンバー
タには次のような欠点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 受電端の無効電力の検出に伴うむだ時間や検出遅れがあ
ることと、及び制御系を安定化し、無効電力を零にして
入力基本彼方率を１にするため制御補償要素として積分
要素を用いているためにより無効電力制御系の応答を高
くとることができない、従って、負荷側の周波数が低い
ときは比較的よく追従し、受電端の無効電力を零に制御
することができるが、負荷側の周波数が高くなるに従い
。

制御遅れが目立つようになり、受電端の無効電力は制御
遅れの分だけ残ることになる。

（発明の構成〕 （問題点を解決するための手段及び作用）本発明は以上
に鑑みてなされたもので、受電端に設けた進相コンデン
サと循環電流式サイクロコンバータを並列運転し、受電
端の力率を改善する無効電力制御形サイクロコンバータ
装置において、上記無効電力を制御するためのＦ−Ｂ制
御の出力信号ΔＩＣ貝をフィードフォワード制御（以下
Ｆ、Ｆと略す）の循環電流指令値Ｉｃ鍼に加算し、Ｆ、
Ｆ制御回路に入力し、その出力値を循環電流指令値１０
１４として与え、無効電力制御の制御応答の向上と、無
効電力の変化に対し、常に受電端の久方基本波力率を１
に制御するようにした無効電力制御形サイクロコンバー
タを提供することを目的とする。

（実施例） 第１図は本発明の無効電力制御形サイクロコンバータの
実施例を示す０図においてｃｃはＵ、Ｖ。

Ｗの循環電流式サイクロコンバータ本体でＣ０ＮＴ−Ｕ
、Ｃ０ＮＴ−Ｖ、Ｃ０ＮＴ−Ｗは負荷電流制御回路及び
循環電流制御回路でその構成及び制御動作は従来例（第
３図）と同じなので説明は省略する。

次に本発明に係る回路構成及び制御動作について述べる
。Ｆ、Ｂ制御からの循環電流指令値ΔＩＣ１４とＦ、Ｆ
制御の循環電流指令値ＩＣ１４を加算器Ａ８で加算され
、その出力値Ｉｃａ−はＦ、Ｆ制御の循環電流指令演算
回路ＲＩ○に与えられる。第２図に回路ＲＩＯの具体例
を示す、その制御構成と制御動作は次のようになる。

図中、ＡＢＳＵ、ＡＢＳＶ、ＡＢＳＷは絶対値回路、Ｋ
、、Ｋａυ、にαｖ、にαｖは演算増幅器、Ｍｖ。

Ｍｙ、Ｍｖは乗算器、ＳＱＵ、ＳＱＶ、ＳＱＷは正弦値
を出力する演算回路、Ａ６．Ａ７は加算器、ＤＩＶは割
算器、Ｃ４は比較器、ＶＲは無効電力設定器である。

各相サイクロコンバータの位相制御入力電圧Ｖαυ、Ｖ
αＶｙ　ｖａ萱を取り出し循環電流指令回路ＲＩＯに入
力する。　Ｖαυは第３図の増幅器に２の出力信号を取
り出したもので、ＣＯＳαｐｕと−ｃｏｓαＮυの平均
値に比例した値をとる。故にｖａ。

を増幅器にαυによって定数倍することによって点弧位
相角αυの余弦値ＣＯ８αυが求められる。この信号Ｃ
Ｏ８αυは演算回路ＳＱＵで Ｊｌ−ＣＯ８αυの演算を行い、点弧位相角αυの正弦
値ＳＩＮαυが求まる。同様にＶαＶがら５ＩＮａｖが
、Ｖａｌｌから５ＩＮ（ＥＶが求められる。

次に循環電流指令回路ＲＩＯへ入力する負荷電流制御回
路υ−ＩＶ’ｙＩＶ−は絶対値回路ＡＢＳＵ。

ＡＢＳＶ、ＡＢＳＷで絶対値ｌ　”ｕ’ｌ　ｒ　　Ｉ　
Ｉｖ’ｌ　＋ＩＩｖ”ｌを検出し、その絶対値は乗算器
ＭＵ、　Ｍｖ。

Ｍｗで正弦値Ｓ　Ｉ　Ｎａｖ、　Ｓ　Ｉ　Ｎａｖ、　Ｓ
　Ｉ　Ｎａｙと個々に乗算し、加算器Ａ、で１工υに１
・ＳＩＮαυ＋　Ｉ　Ｉｕ’ｌ　　・Ｓ　ＩＮａｖ＋　
ｌ　Ｉｖ％ｌ　・ｓＩＮαｙと加算される。その出力は
無効電力設定器ＶＲがらの信号Ｉ　ｃａｐ’と比較し、
その出力信号ａ　＝　Ｉ　ｃａｐ’−（ｌ　Ｉｇ’ｌ　
・Ｓ　Ｉ　Ｎ（！Ｕ＋ｌ　Ｉｙ’ｌＳ　Ｉ　Ｎ　（！Ｖ
＋ｌ　Ｉｖ’ｌ５ＩＮαＶ）は割算器ＤＩＶに入力する
。

また、割算器ＤＩＶには前記正弦値ＳＩＮαυ。

Ｓ　Ｉ　Ｎａｖ、　Ｓ　Ｉ　Ｎａ＠を加算器Ａ７で加算
され、増幅器に４で２倍し、その出方信号 ｂ＝２（Ｓ　Ｉ　Ｎａｕ＋Ｓ　Ｉ　Ｎａｖ＋Ｓ　Ｉ　Ｎ
ａｙ）が入力され、ａ　／　ｂを計算することによって
、その出力は循環電流指令回路０＾が次のように求まる
。

次に無効電力設定器ＶＲのＩ　ｃａｐ’の設定値を考え
る。

一般に循環電流式サイクロコンバータｃｃの無効電流成
分Ｉ　ＲＢＡＣＴは０式のように表わすことができる。

ただし、３相の無効電流成分である。

ＩＲＩ！ＡＣ？＝２’Ｋｘ−ＩＯ”（ｓＩＮ（ＩＬＩ＋
ＳＩＮ　αｙ＋５Ｉｔｌｌ　（ＥＶ）＋ｌＩ♂ｌ・５Ｉ
Ｎａυ＋ＩＩ♂Ｉ・ＳＩＮαｖ＋ＩＩｔ／’ｌ・ｓＤ１
αｖ　　−（ＥＱ（イ）式と０式は次のような関係式に
なる。

Ｉ　Ｉ？Ｉ！ＡＣＴ＝　Ｋｌ　′Ｉ　ｃａｐ’　・・・
・・・０したがって受電端の進相コンデンサＣに遡れる
電流Ｉ　ｃａｐをＩ　ｃａｐ’＝　Ｉ　ｃａｐ／　Ｋ　
、に設置すればＩ　ＩＩＢＡｃＴ＝Ｉｃａｐとなりサイ
クロコンバータ全体の遅れ無効電流Ｉ　ＲＥＡＣＴと進
相コンデンサＣの進み無効電流１　ｃａｐが互いに打ち
消し合い、受電端の基本波力率は１に制御されることに
なる。

以上のようにＦ、Ｆ制御のＩ　ｃａｐ’＝　Ｉ　Ｃ”＋
へＩｃＭを与えると、従来のＦ、Ｂ制御単独に比較して
、検出遅れ及び積分要素が含まれないために、定常の無
効電力に対しては制御応答が速い制御特性を得ることが
でき、かつ受電端の電圧変動による無効電力の変動に対
してはＦ、Ｂ制御の循環電流指令値ΔＩＣ誠によって、
循環電流工０が補正されて、受電端の入力力率を常に１
にする。上記でＦ、Ｂ制御のΔＩｃ＊は受電端の進相コ
ンデンサＣを分割投入しても同様な働きをする。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は受電端の真相コンデンサと循環電
流式サイクロコンバータを並列運転して受電端の力率を
改善する無効電力制御形サイクロコンバータ装置におい
て、無効電力制御にＦ、Ｂ制御とＦ、Ｆ制御の循環電流
指令値ΔＩｃ′とＩＣＩ′ｔの和をＦ、Ｆ制御に与える
ことによって、受電端の無効電力変動に対してはＦ、Ｂ
制御で、循環電流を補正し、常に入力基本波力率を１に
制御できる無効電力制御形サイクロコンバータ装置を提
供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す無効電力制御形サイク
ロコンバータの構成図、第２図は第１図における循環電
流指令演算回路の構成図、第３図は従来方式の無効電力
制御形サイクロコンバータの構成図である。 ＣＣ・・・サイクロコンバータ本体 ５ｓ−ｐ・・・正群コンバータ ５Ｓ−Ｎ・・・負群コンバータ Ｌ　Ｏｔ　ｔ　Ｌ　Ｏｓ・・・直流リアクトルＬＯＡＤ
・・・負荷　　　ＴＲ・・・電源トランスＣ・・・進相
コンデンサ　ＢＵＳ・・・３相電線路ＣＴｓ・・・変流
器　　　ＰＴ・・・変成器ＶＡＲ・・・無効電力演算器 Ｈ（ｓ）・・・制御補償回路　Ｃ，、Ｃ，・・・比較器
に、・・・増幅器 Ｃ０ＮＴ−Ｕ、Ｖ、Ｗ・・・循環電流、負荷電流制御回
路 ＲＩＯ・・・循環電流指令演算回路 代理人　弁里士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負荷に可変電圧可変周波数の交流電力を供給すると共に
   循環電流によって遅れ無効電力を任意に制御できる循環
   電流式サイクロコンバータを進相コンデンサと並列運転
   して受電端の力率を改善する無効電力制御形サイクロコ
   ンバータ装置において、循環電流指令値Ｉ＿ｏ＾＊を上
   記無効電力を制御するためのフィードバック制御系の出
   力信号ΔＩ＿ｃ＾＊と、フィードフォワード制御系の循
   環電流指令値Ｉ＿ｃ＾＊の和をフィードフォワード制御
   系に与えるようにしたことを特徴とする無効電力制御形
   サイクロコンバータ装置。