KR100441534B1

KR100441534B1 - 전력변환기의제어방법및전력변환시스템

Info

Publication number: KR100441534B1
Application number: KR1019970000296A
Authority: KR
Inventors: 요시타카 이와지; 도시아키 오쿠야마; 다카시 이키미; 마사히로 도비세
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 2004-10-26
Also published as: CN1163505A; CN1059522C; TW340989B; DE19701191A1; DE19701191B4; JPH09201056A; JP3236986B2; KR970060651A

Abstract

본 발명은 복수의 컨버터가 분산하여 배치되어 있는 경우에 전원계통에 유출하는 고조파를 억제하는 것을 목적으로 한다.

그를 위해 전력계통에 접속된 복수대의 전력 변환기를 지령치에 상당하는 기본파 성분 및 고조파성분을 포함하는 각각의 PWM 신호에 의해 각각 제어하는 전력 변환기의 제어법에 있어서 전력계통의 전원위상을 검출하며, PWM 신호에 포함되는 고조파 성분을 검출한 전원 전압 위상에 동기시켜 또 PWM 신호에 포함되는 고조파 성분의 위상을 서로 달리하는 값으로 한다.

Description

전력 변환기의 제어방법 및 전력 변환 시스템{A CONTROL METHOD OF POWER CONVERTER AND POWER CONVERTING SYSTEM}

본 발명은 전력 변환기의 제어방법 및 전력 변환 시스템에 관한 것이다.

철강 프로세스 라인 등의 플랜트에서는, 복수대의 전력변환기를 동시에 사용하는 경우가 있다. 그 경우 각각의 교류??직류 전력 변환기(이하, 컨버터라고 기재한다)에 의해 교류전원(계통 전원)을 일단 직류 전원으로 변환하고, 그 직류 전원을 사용하여 인버터 등의 부하를 구동한다. 각 컨버터는 각각 독립적으로 제어되고, 각각이 직류부의 제어, 입력 전류의 제어를 행하고 있다. 컨버터가 PWM 제어(펄스폭 변조 제어)에 의해 구동되는 경우, 계통에 고조파 전류를 유출한다. 이 고조파 전류를 억제하기 위한 종래 기술로서는 다음 것을 들수 있다.

(1) 컨버터 입력 전압(컨버터의 입력 전압 지령치)에 동기한 삼각파 캐리어를 사용하고, 컨버터 동기 PWM으로서 각각의 컨버터를 제어하여 고조파를 저감한다.

(2) 전원에 동기한 삼각파 캐리어를 사용하고, 전원 동기 PWM으로서 각각의 컨버터를 구동하여, 각각의 삼각파 캐리어의 위상을 바꿔 고조파를 저감한다.

(3) 고조파 필터를 부가함으로써 고조파를 억제한다.

컨버터 동기 PWM는 캐리어 주파수가 낮은 전력 변환기에 있어서, 고조파를 억제하는데 알맞은 PWM 방식이다. 컨버터의 입력 전압 지령에 삼각파 캐리어가 위상을 포함해서 동기하고 있기 때문에, 발생하는 고조파의 함유율을 거의 일정한 낮인 값에 유지할 수 있다. 그러나 실제 사용에 있어서 이하와 같은 문제가 생긴다.

컨버터 동기 PWM을 실현하기 위해서는, PLL(Phase Locked Loop) 등의 회로가 필요하며, 또한 컨버터 입력 전압은 부하 상태에 의해 크게 변화하기 때문에(특히, 계통 전원에 대한 위상이 변화한다) PLL이 추종하여 동기가 걸릴 때까지의 지연이 생긴다. 더구나, 복수대의 컨버터가 각각 독립한 부하를 갖는 경우, 각각의 컨버터의 동작 상태에 의존하여 발생하는 고조파의 위상(계통 전원에 대한 위상)이 변화 하기 때문에, 수전단(受電端)에서의 고조파는 각각의 부하 상태에 의해서 서로 상쇄되는 경우와 겹쳐서 증가하는 경우가 생겨, 고조파의 함유율은 크게 변화하게 된다. 이 때문에, 발생하는 고조파를 파악하는 것이 곤란하며, 수전단에서의 고조파의 억제가 어렵게 된다.

전원 동기 PWM은, 전원으로부터 동기 신호를 만들고, 각 컨버터로 공통의 동기 신호를 보내, PWM 제어를 한다. 이 경우, 삼각파 캐리어는 계통 전원과 위상을 포함해서 동기하고 있기 때문에, 각각의 삼각파 캐리어의(계통 전원에 대한) 위상을 바꾸는 것으로, 수전단에서의 고조파를 억제할 수 있다. 특히 캐리어 주파수 fc의 짝수배조파(2fc, 4fc, …) 부근의 고조파 성분을 억제하는데 유효하다. 그러나, 컨버터 입력 전압의 위상이 변화한 경우(컨버터의 부하가 변화한 경우), 고조파의 함유율은 상당히 변화한다(이 경우는 고조파의 위상보다도 진폭이 변화한다). 따라서, 컨버터의 부하 상태에 의해서는, 역시 고조파의 발생량은 변화한다. 특히, 캐리어 주파수가 낮은 대용량기에서는 이 경향이 강하다.

또한, 전원 동기 PWM은 복수대의 컨버터에 공통의 동기 신호를 주고, 각각의 삼각파 캐리어의 위상을 바꾸고 있기 때문에, 협조 운전하기 위한 동기 신호가 필요하게 된다. 특개평 6-351106호 공보에 기재한 것과같이, 복수대의 컨버터가 하나의 변압기에 접속되어 있는 경우, 동기 신호의 공통화도 용이하지만, 압연 플랜트와 같이 몇개의 컨버터가 분산 배치되어 있는 경우에는 협조 운전이 어렵게 된다.

또한, 대용량 필터를 각각의 컨버터에 접속하는 경우는, 장치의 대형화, 출력의 저하 등의 원인이 된다. 또한, 대용량의 컨버터에서는, 발생하는 고조파의 주파수가 낮고, 필터를 설계할 때는 반공진을 충분히 고려할 필요가 있어, 필터 설계 그 자체가 매우 곤란한 것이 된다.

본 발명의 목적은, 복수의 컨버터가 분산하여 배치되어 있는 경우에 전력계통으로 유출하는 고조파를 억제할 수 있는 전력변환기의 제어방법 및 전력 변환 시스템을 제공하는 것에 있다.

상기 목적은, 각각의 전력변환기마다, 전력계통의 전원 전압 위상을 검출하고, PWM 신호에 포함되는 고주파 성분이 검출된 전원 전압 위상에 동기시키고, 또한 고주파 성분의 위상을 서로 다른 값으로 하는 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 목적은, 각각의 컨버터마다, 전력계통의 전원 전압 위상을 검출하고, 이 검출치에 근거해서 전원 전압 위상에 대해 동기를 취하는 동시에, 각각에 다른 위상을 설정한 삼각파 캐리어를 생성하며, 그 삼각파 캐리어를 사용하여 컨버터를 PWM 제어하는 것에 의해서도 달상된다. 여기서, 전력계통의 전원 전압 위상은, 전력계통으로부터 직접 검출하는 것 이외에도, 전력계통과 전력 변환장치와의 사이에 변압기 등이 없는 경우에는, 전력계통과 전력 변환장치의 사이에서 검출할 수가 있다.

이것에 의해, 전력계통으로 유출되는 고주파를 저감할 수가 있다. 그리고, 특히, 컨버터 사이의 협조운전을 위한 신호를 만들 필요가 없고, 또 고조파용의 필터가 불필요하게 되기 때문에, 장치의 소형화, 대용량화가 가능해진다.

본 발명의 또 다른 목적은, 고주파를 일정치 이하로 저감할 수 있는 전력 변환기의 제어방법 및 전력 변환시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 삼각파 캐리어의 반주기인 정(+)의 피크로부터 부(-)의 피크 까지의 기간, 및 부(-)의 피크로부터 정(+)의 피크까지의 기간의 어느 하나에서 지령치의 평균치를 근거하여 추정하고, 그 추정치를 사용하여 지령치를 보상하는 것에 의해 달성된다.

이 경우, 고조파의 진폭이 전압 지령 보상에 의해서 거의 일정하게 유지되기 때문에, 부하 상태에 대한 의존성은 적어지고, 고조파를 일정값 이하로 저감할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전력계통으로 유출하는 고조파를 최소화할 수 있는 전력변환기의 제어방법 및 전력변환 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적은, 각각의 전력 변환기의 입력 전류를 검출하고, 이들의 입력 전류치에 근거해서 각각의 고조파 성분의 위상을 결정하는 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 목적은, 각각의 전력변환기의 입력전류를 검출하고, 이들의 입력전류 검출치에 근거해서 삼각파 캐리어의 캐리어 위상 설정치를 결정하며, 그 캐리어 위상 설정치 및 전원전압 위상에 근거해서, 전원전압 위상에 동기한 삼각파 캐리어를 출력하는 것에 의해 달성된다.

이 경우, 컨버터 사이의 협조 운전을 다이내믹하게 행하여, 전력계통에 유출하는 고조파를 최소화 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 나타내는 전력 변환기 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 있어서 컨버터가 2대인 경우의 구성도.

도 3은 전원전압, 컨버터의 입력전압 및 삼각파 캐리어의 관계를 나타내는 도면.

도 4는 컨버터의 입력 전압을 나타내는 벡터도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예인 전력 변환 시스템의 구성도.

도 6A는 종래 방식에 있어서의 지령치와 삼각파 캐리어의 관계를 표시하는 도면.

도 6B는 도 5의 실시예에 있어서의 지령치와 삼각파 캐리어의 관계를 표시하는 도면.

도 7은 본 발명과 종래 방식의 고조파 발생량을 비교한 도면.

도 8은 본 발명의 다른 실시예인 전력 변환 시스템의 구성도.

도 9는 도 8의 실시예에 있어서의 고조파 억제 장치의 동작을 표시하는 알고리즘.

도 10은 컨버터의 부하 상태와 제 17차 고조파의 발생량을 나타내는 도면.

도 11은 컨버터의 부하 상태와 제5차 고조파의 발생량을 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 계통전원 2 : 수전단

3 : 전력 변환장치 4 : 지령치 발생기

5 : PWM 제어기 51 : 비교기

52 : 삼각파 발생기 6 : 캐리어 위상 설정기

7 : 컨버터부 71 : 컨버터 주회로

72 : 변압기 8 : 전원 위상 검출기

9 : 위상 지령 발생기 10 : 부하 장치

11 : 지령치 보상기 13 : 고조파 억제 장치

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 설명한다.

도 1는 본 발명의 한 실시예인 전력 변환 시스템의 구성을 나타낸 것이다. 도 1에 있어서, 1은 계통전원, 2는 본 시스템의 수전단, 3은 1대분의 전력 변환장치, 4는 컨버터의 입력 전압 지령을 주는 지령치 발생기, 52는 삼각파 캐리어를 발생하는 삼각파 발생기, 51은 지령치 발생기(4)의 출력과 삼각파 캐리어를 비교하는비교기(PWM 제어징치), 6은 삼각파 캐리어의 위상을 설정하는 캐리어 위상설정기, 7은 컨버터(71)과 변압기(72)로 이루어지는 컨버터부, 8은 입력 전압의 위상 θe를 검출하는 전원 위상검출기, 9는 전원전압위상 θe와 캐리어 위상설정치 Φs∼Φsn 에 근거하여, 삼각파 캐리어의 위상 θs를 연산하는 위상지령 발생기, 10은 인버터, 또은 교류전동기 등의 컨버터의 부하 장치이다.

다음에 도 1의 동작을 설명한다.

지령치 발생기(4)는, 부하 장치(10)에 필요한 전력을 공급하는 것과, 컨버터(71)의 역률을 1로 하는 것을 목표로, 전압 지령을 연산하여 출력한다. 한편, 전원 위상 검출기(8)에 의해 전원 위상θe를 검출하고, 위상 지령 발생기(9)에 있어서, 삼각파 캐리어를 전원 전압 위상 θe에 대해서 동기를 취하며, 전원 전압 위상 θe와 캐리어 위상 설정기(6)의 출력인 캐리어 위상 설정치 Φs∼Φsn(n는 컨버터(71)의 대수)를 각각 가산하여, 삼각파 캐리어의 위상 θs를 연산하여 출력한다. 여기에서, 캐리어 위상 설정치 Φs1∼Φsn 는 180°/n으로 구한다. 예를 들면, 컴버터(71)이 2대이면 0°, 90°로 되며, 4대이면 0°, 45°, 90°, 135°가 된다. 삼각파 발생기(52)는 위상지령 θs에 근거하여 삼각파 캐리어를 출력한다. 비교기(51)에서는, 지령치 발생기(4)의 출력신호와 삼각파 발생기(52)의 삼각파 캐리어를 비교하여, PWM 펄스를 작성한다. 컨버터(71)의 스위칭소자는 PWM 펄스에 의해서 스위치동작이 행하여진다. 이 PWM 펄스는 지령치에 상당하는 기본파 성분과 고조파성분을 포함하고 있고, 고조파 성분은 대응하는 전력변환장치(3)마다 각각 위상이 다르다.

이와 같이 하여, 본 실시예에서는 각각의 전력변환장치(3)에 전원 전압 위상을 검출하는 기능을 갖게 하여, 각각의 전력변환장치(3) 중에서 전원 동기 PWM을 실현하고, 전원 위상에 대한 삼각파의 캐리어 위상을 설정한다.

이때, 대용량의 컨버터에 있어서 스위칭 주파수를 높게 하는 것은, 스위칭 소자의 성능면에서 어렵기 때문에, 통상적으로는 낮은 주파수가 사용된다. 그 경우, 비트 현상을 피하기 위해, 동기형의 PWM 제어가 사용된다.

여기에서, 동기 PWM이라는 이름에는 다음 두가지의 의미가 있다. 그 하나는, 기본파의 주파수 f1(컨버터의 경우에는 전원의 주파수)과, 삼각파 캐리어의 주파수 fs의 비 N(= fs/f1)가 정수인 경우(삼상교류를 취급하는 경우에는 특히, N가 3의 배수이고, 기수인 경우)를 동기 PWM라고 부르는 경우와, 또 하나는, 이들 조건에 덧붙여, 삼각파 캐리어의 위상과 기본파의 위상이 완전히 일치하고 있는 경우를 동기 PWM라고 부르는 경우가 있다. 전자의 조건의 동기 PWM이면, 기본파와 삼각파 캐리어와는 어떤 일정한 위상차로 운전한는 것으로 되지만, 후자의 조건의 동기 PWM이면 그것의 위상차를 영을 유지하게 된다. 본 실시예에서는 전자를 동기 PWM라 정의하여 취급하는 것으로 한다.

또한, 전원에 대하여 동기를 취하는지, 혹은 컨버터의 입력 전압(지령치 발생기(4)의 출력하는 전압)에 대하여 동기를 취하는지에 의해, 전원 동기 PWM와 컨버터 동기 PWM로 나뉜다.

도 2∼도 4를 사용하여, 본 실시예에 있어서 수전단(2)에서의 고조파가 저감되는 원리를 설명한다. 도 2는, 전원 계통(1)에 컨버터가 2대 접속된 경우를 나타낸 것이다. 컨버터 1에 관해서, 전원 전압 E에 대하여 컨버터 입력 전압 Vc는, 변압기(72)의 누설 인덕턴스만큼만 위상이 어긋난다. E에 대한 Vc의 위상차를 Φ1로 하면, E와 Vc의 파형의 관계는 도 3a와 같아진다. 또한, 이 관계를 벡터도로 나타내면 도 4와 같아진다. 도 4에서 분명한 바와 같이, 예컨데, 입력 전류 i가 커지면, 입력 ACL(교류 리액터) 전압 VL이 증대하여 위상차 Φ1이 커진다. 따라서, 입력 역률을 1로 유지하기 위해서는(E와 i를 동위상으로 하기 위해서는), 입력전류 i의 크기에 맞추어, Φ1 및 Vc의 크기를 바꿀 필요가 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 삼각파 캐리어의 위상도 이것에 동기하여 변화하게 된다. 컨버터 2에 관해서도 마찬가지이다.

따라서, 도 3b 및 도 3c에 나타낸 것과 같이, 각각 E에 대한 삼각파 캐리어의 위상 Φs를 컨버터 1과 컨버터 2의 각각의 캐리어 위상설정기(6)에 의해 0도와 90도에 설정하면, 발생하는 고조파의 위상(특히 캐리어 주파수의 짝수배 부근의 성분의 위상)은, Φ1의 변화에 거의 의존하지 않고 발생한다. 이 경우, 고조파의 위상은 서로 역위상이 되어, 2대의 컨버터를 사용할 때, 각각의 고조파 성분이 서로 상쇄되어 수전단(2)에서의 고조파를 저감소하게 된다.

이와 같이 본 실시예에서는, 컨버터를 전원 동기 PWM으로 하면서, 각 컨버터에 전원위상 검출기(8)과 위상 지령 발생기(9)를 설치하여, 각 컨버터 각각이 전원계통(1)의 전원전압 위상과 동기를 취하는 기능을 갖고, 전원 계통(1)과 삼각파 캐리어의 위상을 각 컨버터에 있어서 캐리어 위상 설정기(6)에 의해 처음에 설정하고 있다. 즉, 전력계통(1)에 대한 각각의 캐리어 위상을 바꿔 설정하는 것에 의해, 복수대의 컨버터를 사용하는 경우에는 수전단(2)에서의 고조파를 저감할 수 있다.

따라서, 컨버터 동기 PWM은 지령치(입력 전압 Vc의 지령치)와 삼각파 캐리어가 동기하고 있기 때문에, 각 컨버터의 고조파는 항상 일정값 이하에 억제할 수 있다. 그러나, 컨버터는 Vc가 부하 상태(입력전류)에 의해 크게 변화하기 때문에(특히 위상 Φ1이 크게 변화한다), 그것에 맞추어 동기를 취할 필요가 있다. 입력 전류의 변화가 큰 시스템에서는, 동기를 취할 때까지의 지연이 생겨, 그 사이의 고조파에는 과도적이지만 여러가지 주파수 성분의 것이 발생한다. 또한, 컨버터를 한 개의 구성요소로 사용하는 경우에는, 고조파의 발생량은 일정하지만, 복수대의 컨버터가 각각 독립적으로 구동되고 있는 경우, 수전단에서의 고조파는 각 컨버터의 위상 변화에 의존하여, 서로 상쇄되는 경우와 서로 강조되는 경우가 나온다. 이 때문에, 고조파를 특정치 이하로 억제하는 것은 어렵다.

또한, 종래예로서 나타낸 특개평 6-351106호 공보에서는, 전원으로부터 동기 신호를 만들고, 그것을 복수대의 컨버터에 공통으로 주어, 각각의 삼각파 캐리어의 위상을 어긋나게 하여 수전단에서의 고조파를 억제하고 있지만, 본 실시예에 의한 전력변환 시스템에서는, 각 컨버터에 전원 위상 검출기(8)과 위상 지령 발생기(9)를 설치하고, 각 컨버터 각각이 전원과의 동기를 취하는 기능을 가지고 있기 때문에, 컨버터 사이에서 동기 신호를 끌어들일 필요가 없으며, 또한, 전원과 삼각파 캐리어의 위상각을 각 컨버터에 있어서 캐리어 위상 설정기(6)에 의해 처음에 설정해 버리면, 수전단에서의 고조파를 저감할 수 있기 때문에, 각각의 컨버터의 독립성이 강하여, 각 컨버터가 분산되어 설치되어 있는 시스템에 대하여, 그 효과가 크고 유효한 수단으로 된다.

또한, 본 실시예에 의하면, 고조파 언제를 위한 필터를 접속할 필요가 없어지므로, 장치의 소형화가 가능하게 된다. 또한, 컨버터의 커리어 주파수를 낮게 설정할 수 있기 때문에, 스위칭 손실을 저감할 수 있어, 장치의 대용량화가 가능하게 된다.

다음에, 도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 본 실시예는, 도 1의 시스템에 지령치 보상기(11)를 부가한 것이다. 지령치 보상기(11)의 동작을 도 6A 및 도 6B를 사용하여 설명한다.

여기에서, 우선 종래의 PWM 방식을 도 6A에 나타낸다. 종래의 PWM 방식에서는, 지령치 v(t)*와 삼각파 캐리어 et(t)를 비교하여 PWM 펄스를 발생시키고 있다. 삼각파 비교법이란, 지령치의 순시치(높이)를 삼각파 캐리어의 반주기마다(도 6A 및 도 6B의 Δt 기간마다) 삼각파를 사용하여 샘플링(도 6A 및 도 6B의 점 p에서 샘플링)하여 지령치의 높이를 펄스폭으로 변환하는 것이다. 그러나, 도 6A와 같이, 캐리어 주파수가 낮은 경우(지령치의 주파수의 10배 정도까지 낮게 되면,) 샘플점 p가 반드시 Δt 기간을 대표하는 값에서는 없어진다. 즉, PWM 에 의한 오차가 증가한다. 이 결과, 지령치 v(t)*와 삼각파 캐리어 et(t)의 위상 상태에 의해, 발생하는 고조파량이 크게 변화하게 된다.

따라서, 캐리어 주파수가 낮은 경우, 도 1의 시스템에 있어서 각 컨버터가 독립한 기능을 하면, 각 컨버터의 고조파 발생량이 달라져 버려, 수전단에서의 고조파가 서로 상쇄되는 양이 변화하고, 조건에 따라서는 고조파의 억제효과가 약해지는 경우가 생긴다.

이들 문제들을 해결하기 위해, 본 실시예에서는 지령치 보상장치(11)를 부가한다. 지령치 보상장치(11)는, 도 6B와 같이, 지령치 v(t)*를 Δt 기간마다 평균화하여, 그 값을 갖고 새로운 지령치 v(t)로 하고, 삼각파 캐리어 et(t)와의 비교을 행한다. 지령치의 평균값 v(t)는, 원래의 지령치 v(t)*의 순간값을 사용하여 추정 연산한다. 이 결과, 삼각파 캐리어 et(t)와 지령치v(t)*의 위상차에 의한 고조파 발생량의 변화가 적어져, 각 컨버터가 발생하는 고조파는 조건에 관계없이, 거의 같은 정도로 서로 상쇄하게 된다.

도 7에, 지령치 v(t)*에 대한 삼각파 캐리어 et(t)의 위상각 Δs를 변화시켰을 때의 고조파 전류 Ih(전고조파 성분의 실효치)의 변화를 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내었다(컨버터를 한 개의 구성요소로 한 경우. N＝9 일 때). 도 7의 점선에 의해 나타낸 지령치 보상이 없는 경우(종래 방식)에는, 최악의 경우에는 1.5배 정도까지 고조파가 증가하는 경우가 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 7의 실선으로 나타낸 것과 같이, 지령치 보상을 추가하는 것으로, Φs에 대한 고조파의 의존성이 거의 없어지는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에서는, 고조파의 진폭이 전압 지령 보상 의해 거의 일정하게 유지되기 때문에, 부하 상태에 대한 의존성은 적어지며, 또 캐리어 주파수가 낮은 경우에 있어서도 고조파 발생량을 거의 일정치로 억제할 수 있으므로, 수전단(2)에서의 고조파는, 각 컨버터가 독립적으로 구동되고 있었다고 해도, 거의 일정값 이하로 억제할 수 있다.

또한, 도 8은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도 1 및 도 5의 실시예에서는, 각 컨버터(71)를 각각 독립적으로 구동하고, 캐리어 위상 설정치 Φs를 초기 설정하는 것에 의해, 수전단(2)에서의 고조파를 억제하고 있다. 그러나, 어떤 특정한 고조파를 특별히 억제하고 싶은 경우, 또는 한계까지 고조파를 억제하고 싶은 경우에는, 도 8의 실시예를 사용하는 것이 유효하다.

본 실시예는, 삼각파 캐리어의 위상 설정치 Φs를 각 컨버터의 부하 상태에 따라서 실시간으로 변화시켜, 컨버터 사이의 협조 운전을 행한다. 도 8에 있어서, 12는 각 컨버터의 입력 전류 i1, I2, i3, ∼, in을 검출하는 전류 검출기, 13은 수전단(2)에 있어서의 고조파를 억제하기 위해, 각 컨버터의 입력 전류를 판독하고, 각 캐리어 위상 설정기(6)에 적절한 커리어 위상 설정치 Φs(Φs1, Φs2, Φs3,∼, Φsn)를 제공하는 고조파 억제장치이다.

도 9에 고조파 억제장치(13)의 동작을 표시하는 알고리즘을 나타내었다. 우선 처음에, 각 컨버터의 입력 전류 i1∼ in을 판독하고, 그 전류치로부터, 각 컨버터의 동작 상태를 나타내는 x의 값(x1∼xn)를 계산한다. x는, 도 4에 도시한 바와 같이, x=tanΦ1이며, 또 x=ωLi/E로서 구할 수 있다(요컨대, 입력 전류 i을 알면, 전원 전압 E와 인덕턴스 L에서 계산할 수 있다). x가 정(+)의 값일 때는, 부하에 전력을 공급하고 있는 상태(역행), 부(-)일 때는 회생 상태, 영은 무부하 상태를 나타낸다. 다음에, 캐리어 위상각 Φs1∼Φsn을 적당한 값으로 임시로 설정한다(예컨데, 복수대의 컨버터의 내에서, 절반을 0도, 절반을 90도와 같이 설정한다). 다음에, 이들 값과 x1∼xn의 값으로부터, 각 컨버터가 발생하는 고조파 Hn를 추정한다. 고조파 Hn는, 컨버터의 직류 전압에 대한 고조파의 발생 비율을 나타내는 양으로, 컨버터가 발생하는 전류 고조파에 상당하는 것이다. 도 10 및 도 11에, 각각 17차, 5차 sin 성분의 Hn 값을 나타내었다. Hn는, 이것들의 도면과 같이, Φs와 x의 함수로서, 미리 계산하여 테이블화하여 놓는다. 수전단(2)에서의 고조파는 각 컨버터의 Hn의 총합이 되어 발생한다. x의 값은 컨버터의 운전 상태로 결정되어 버리지만, Φs의 값은 임의로 선택할 수 있기 때문에, 전체의 고조파양(Hn의 총합)을 Φs를 사용하여 최소화할 수 있다. 요컨대, 도 9에 나타낸 바와 같이, Φs를 설정한 후에 Hn의 총합(수전단에서의 고조파)을 계산하고, 고조파 발생량을 판정하여, 값이 나쁘면 다시 Φs를 설정하여 고쳐서, Hn의 총합을 계산하는 것과 같은 작업을 반복하는 것에 의해, Hn의 최소점을 찾을 수 있다. 이와 같이 해서 구해진 Hn 의 최소점에 대응하는 캐리어 위상 설정치 Φs1∼Φsn는, 각각의 캐리어 위상 설정기(6)로 주어진다.

또한, 컨버터의 대수가 적은 경우에는, 이러한 반복계산을 행하지 않아도, Φs를 설정할 수 있다. 그 구체적인 Φs의 설정방법을 설명한다.

도 2와 같이, 컨버터가 2대이고, 제 17차 고조파(도 10)를 억제하는 것을 고려한다. 지금, 컨버터 1은 Φs1=90도로 세트되고, x=0.1의 상태 A에서 구동하고 있는 것으로 한다. 또한, 컨버터 2의 쪽은, x=-0.1의 상태에서 구동하고 있는 것으로 한다. 컨버터 1과 2가 발생하는 고조파를 수전단(2)에서 서로 상쇄되게 하기 위해서는, 양자의 고조파 성분의 부호가 역방향으로 절대치가 가까운 편이 좋다. 도 10에 있어서, A의 크기와 같은 것은, B보다도 C의 쪽이기 때문에, Φs2는 0도 보다도180도로 하는 쪽이 17차의 성분이 억제된다. 따라서, 이 상태에서는, 고조파 억제 장치(13)은 캐리어 위상 설정치(6)에 대해서 Φs1= 90도, Φs 2=180도의 캐리어 위상 지령을 제공한다. 이에 따라, 고조파 성분은 최소화된다.

다음에, 컨버터 2는 x=-0.1의 상태인 상태로, 컨버터 1이 x=-0.1의 상태로 변화하였다고 한다(고조파 발생량은 A′으로 변화). 이번에는, A′의 크기에 가까운 것은 B의 쪽이기 때문에, Φs2=0도로 하는 쪽이 이 성분의 고조파는 억제되게 된다. 따라서, Φs2=0도의 지령치가 컨버터(2)에 출력된다. 이에 따라 고조파 성분은 최소화된다.

이상과 같이 Φs를 적절히 바꾸는 것에 의해, 수전단(2)에서의 특정한 고조파를 억제하는 것, 또한, 더욱 한계까지 고조파를 억제할 수 있다. 또한, 제 17차 고조파에 한정되지 않고, 도 11에 나타낸 제 5차 고조파 및 다른 고조파 성분에 관해서도 동일한 것을 행할 수 있다. 특정한 고조파를 억제하는 것은, 수전단(2)에 필터 등을 삽입할 때, 반공진을 방지할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 복수대의 컨버터의 모든 동작 상태에 대하여, 수전단(2)에서의 고조파 발생량이 어떻게 변화하는가를 미리 계산해 놓고, 그들 전체가 항상 최소가 되는 캐리어 위상을 제공하는 것도 가능하다.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따르면, 복수의 컨버터가 분산하여 배치되어 있는 경우에 전력계통으로 유출하는 고조파를 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 고주파를 일정치 이하로 저감할 수 있다. 더구나, 본 발명에 따르면, 전력계통으로 유출하는 고조파를 최소화할 수 있다.

Claims

전력계통과, 해당 전력계통에 있어서의 한 개의 수전단과, 해당 수전단에 접속된 복수대의 독립한 전력변환장치로 이루어지고, 각각의 상기 전력변환장치가 지령을 주는 지령치발생기와, 삼각파 캐리어를 발생하는 삼각파 캐리어발생기와, 상기 지령치와 상기 삼각파 캐리어를 비교하여 PWM펄스를 출력하는 PWM(펄스폭변조)제어기와, 컨버터부를 구비하고, 상기 PWM펄스에 의해 상기 컨버터부의 스위칭소자를 제어하는 전력변환시스템에 있어서,

상기 각각의 전력변환장치가, 상기 전력계통의 전원위상을 검출하고, 이 검출치에 근거하여 동기신호를 발생시키고, 상기 삼각파 캐리어를 상기 전원위상에 대해 동기로 취함과 동시에, 상기 각 컨버터부의 발생하는 고조파를 제거하도록 상기 삼각파 캐리어의 위상을 상기 각각의 전력변환장치마다에 미리 설정하여, 삼각파 캐리어를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제 1 항에 있어서,

삼각파 캐리어의 반주기인 정의 피크에서 부의 피크 또는, 부의 피크에서 정의 피크까지의 기간(??t)에 있어서의 전력변환기의 지령치의 평균치를 그 지령치의 순시의 값에서 추정하고, 그 값으로 전력변환기의 지령치를 보상하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 각각의 전력변환장치마다에 미리 설정하는 삼각파 캐리어의 위상을 각각의 전력변환장치의 동작상태에 근거하여 결정되는 각각의 삼각파 캐리어의 위상각으로 하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
전력계통과, 해당 전력계통에 있어서의 한 개의 수전단과, 해당 수전단에 접속된 복수대의 독립한 전력변환장치로 이루어지고, 각각의 상기 전력변환장치가 지령을 주는 지령치발생기와, 삼각파 캐리어를 발생하는 삼각파 캐리어발생기와, 상기 지령치와 상기 삼각파 캐리어를 비교하여 PWM펄스를 출력하는 PWM(펄스폭변조)제어기와, 컨버터부를 구비하고, 상기 PWM펄스에 의해 상기 컨버터부의 스위칭 소자를 제어하는 전력변환시스템에 있어서,

상기 각각의 전력변환장치에, 상기 전력계통의 전원위상을 검출하는 수단과, 상기 각 컨버터부의 발생하는 고조파를 제거하도록 상기 삼각파 캐리어의 위상을 미리 설정하는 캐리어위상 설정수단과, 상기 전원위상과 상기 캐리어위상 설정치에 근거하여 상기 삼각파 캐리어의 위상을 연산하는 위상지령 발생수단을 구비하고, 상기 연산한 캐리어 위상에 근거하여 삼각파 캐리어를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 각각의 전력변환장치에 지령치 발생기에서 발생하는 지령치를 보상하는지령치보상수단을 설치하고,

상기 지령치 보상수단은, 삼각파 캐리어의 반주기인 정의 피크에서 부의 피크, 또는 부의 피크에서 정의 피크까지의 기간(??t)에 있어서의 상기 지령치 발생기의 지령치의 평균값을 그 지령치의 순시의 값에서 추정하고, 그 추정치를 사용해 보상치로 하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 각각의 전력변환장치의 캐리어위상 설정수단에 대하여 위상지령을 주는 고조파제어수단을 설치하고,

상기 위상지령은, 상기 각각의 전력변환장치의 동작상태에 근거하여 결정하는 삼각파 캐리어의 위상각으로 하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 고조파제어수단은, 상기 각 컨버터부의 입력전류를 판독하고, 상기 각 컨버터부의 동작상태를 나타내는 값을 계산함과 동시에, 캐리어위상각을 설정하고, 상기 계산값과 상기 설정위상각에 근거하여 상기 각 컨버터부의 발생하는 고조파를 추정하고, 수전단에 있어서의 고조파발생량을 계산,판정하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 삼각파 캐리어의 반주기인 정의 피크로부터 부의 피크까지의 기간 및 상기 반주기인 부의 피크로부터 정의 피크까지의 기간의 어느 하나에 있어서 상기 지령치의 평균치를 상기 지령치에 근거해서 추정하고, 그 추정치를 사용하여 상기 지령치를 보상하는 지령치 보상장치를 구비한 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
제 6 항에 있어서,

각각의 상기 전력 변환기의 입력 전류를 검출하기 위해서 각각의 상기 전력 변환기마다 설치된 입력 전류 검출기와, 이들 입력 전류 검출기로부터의 입력 전류 검출치를 입력하며, 상기 삼각파 캐리어 발생장치마다 다른 캐리어 위상 설정치를 상기 입력전류 검출치에 근거해서 결정하는 수단을 구비하고, 상기 삼각파 캐리어 발생장치는, 검출된 상기 전원 전압 위상 및 상기 캐리어 위상 설정치에 근거하여 상기 전원 전압 위상에 동기한 상기 삼각파 캐리어를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
제 8 항에 있어서,

각각의 상기 전력 변환기의 입력 전류를 검출하기 위해서 각각의 상기 전력 변환기마다 설치된 입력 전류 검출기와, 이들의 입력 전류검출기로부터의 입력 전류 검출치를 입력하며, 상기 삼각파 캐리어 발생장치마다 다른 캐리어 위상 설정치를 상기 입력 전류 검출치에 근거해서 결정하는 수단을 구비하고, 상기 삼각파 캐리어 발생장치는, 검출된 상기 전원 전압 위상 및 상기 캐리어 위상 설정에 근거하여 상기 전원전압 위상에 동기된 상기 삼각파 캐리어를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.