KR19990014077A - 전력변환장치의 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 전력변환장치의 제어장치는 교류계통에 직렬로 변압기를 접속, 이 변압기를 거쳐서 상기의 교류계통에 인버터를 통해 직렬로 전압을 삽입할 때에 이 변압기의 임피던스에 의해서 생긴 전압 강하분을 구해서 이 전압 강하분을 보상하도록 상기의 인버터의 출력을 제어하는 수단을 갖고 있는 것임.

Description

전력변환장치의 제어 장치
본 발명은 교류계통에 직렬로 접속된 변압기를 거쳐서 교류출력을 공급하고, 이 교류계통의 전압, 전류 또는 전력을 변화시킬 전력변환장치의 제어장치에 관한 것이다.
교류계통은 거대한 회로망이며, 송전선은 분포정수회로로 간주된다. 이 송전선이 길어지면 임피던스 강하가 커지고, 전류의 지상도 커지므로 송전 가능한 전력이 감소된다.
따라서 기존의 교류시스템과 직렬에 전압원을 설치, 이 전압원에서 교류시스템에 인가하는 전압의 크기와 위상을 변화시켜, 교류시스템에 의해 송부된 전력을 부하의 요구에 의해서 증강하기 위하여 교류시스템의 유효전력과 무효전력을 제어하는 전력조정장치가 있다.
도1은 이와 같은 전력조정장치를 포함한 교류계통의 구성도이다.
이것을 일반적인 교류계통을 간략화한 것이며, 송전단(1)에 송전선(2)이 접속되어 이 송전선(2)에 전압형의 인버터(3)를 사용한 전력조정장치(4)가 접속되어 있다.
여기에서 송전단(1)의 전압과 위상이란 E1, θ1이며, 수전단(5)의 전압과 위상은 E2, θ2이다.
전력조정장치(4)가 없는 경우에 대해서 설명하면 교류계통에 송전되는 전력(P)은 진상에서 지상의 방향으로 송부되어 다음 식으로 표현된다. 또한 δ는 상차각이다.
P = (E1·E2/ ×)·sinδ
δ=θ1- θ2× 는 교류계통의 임피던스 ........ (1)
이와 같은 전력조정장치(4)가 없는 교류계통에서는 수전단(5)이 큰 유효전력이나 지연무효전력이 요구될 경우 송전선(2)의 전압강하가 커진다. 상기 식(1)에서 수전단(5)의 전압(E2)이 작아지면 송전전력을 유지하기 위해서 위상(θ2)이 뒤져서 상차각(δ)이 커진다.
그러나 안정된 전력을 공급하기 위해서는 상차각(δ)은 90°이내가 되어야한다. 또한, 실제로 상차각 90°은 여유를 갖고 운전할 필요가 있고, 그런 의미에서 송전전력에는 한계가 존재한다.
또한 송전단(1)측에 부하가 존재하고 수전단(5)측에도 발전시설이 있을 경우, 이들 송전단(1)과 수전단(5)을 연결하는 송전선(2)에 보내진 전력을 조정하며 전력의 융통을 이루는 경우도 있다. 이때에는 송전단(1)과 수전단(5)과의 각각의 발전설비로 전압과 위상을 조정하여 협조를 이루면서 운전해야하며, 목표로 삼은 전력을 정확히 보낸다는 것은 매우 곤란하다.
그러나 상기 전력조정장치(4)는 직류전원(6)에 의해서 제어된 직류콘덴서(7)의 전압을 인버터(3)에 의해서 교류로 변환하고, 이 교류를 송전선(2)에 직렬로 삽입된 직렬변압기(8)를 거쳐서 송전선(2)에 인가하고, 이것으로 교류계통과의 유효전력 및 무효전력의 수수를 이루며 교류계통의 유효전력과 무효전력을 조정하는 기능을 갖고 있다.
이하에 구체적으로 설명한다면 수전단(5)의 전압(E2)과 동위상의 좌표를 d축으로 하고 90°나아간 위상을 q축으로 한 회전좌표계 상에 수전단(5)의 전압(E2)과 모선전류(IB)를 변환한 것을 d, q축전압E2d, E2q및 d, q축전류 IBd, IBq로 하면, q축전압(E2q)은 영으로 된다. 이때의 수전단(5)의 유효전력(P)과 무효전력(Q)은 다음 식으로 표시된다.
P = E2d· IBd.........(2)
Q = -E2d·IBd......... (3)
교류계통의 전압은 그다지 크게 변화하지 않도록 제어되고 있기 때문에 상기 식(1)과 식(3)에서 유효전력(P)은, d축전류(IBd)에 비례하고, 무효전력(Q)은 q축전류(IBq)에 비례한다고 할 수 있다. 결국 모선전류를 제어하면 교류계통의 유효전력(P)과 무효전력(Q)이 제어된다.
교류계통 임피던스×는 거의 인덕턴스 성분이므로, 전력조정장치(4)의 출력전압(VC)의 d축성분(VCd)을 조정하면 모선전류의 q축전류(IBq)가 제어되고, 또한 출력전압(VC)의 q축성분(VCq)을 조정하면, 모선전류의 d축전류(IBd)가 제어된다.
이와 같은 사실로부터 전력검출부(9)는 송전선(2)에 보내진 전력의 유효전력(P)과 무효전력(Q)을 검출하여 각각 유효전력제어부(10), 무효전력제어부(11)에 송출한다.
이들 유효전력제어부(10), 무효전력제어부(11)는 비례적분 제어기등으로 구성되고 각각 전력검출부(9)에 의해서 검출된 유효전력(P), 무효전력(Q)을 지령치에 가깝게 하기 위해서 직렬보상전압(VC)의 d, q축성분의 지령치 VCd *, VCq *를 출력한다.
한편, 위상정보검출부(12)는 모선전류(IB)의 위상정보를 검출, 이 위상정보를 좌표역변화부(13)에 송출한다.
이 좌표역변환부(13)는 위상정보검출부(12)에 의해서 검출된 위상정보를 사용, 직렬보상전압VC의 d, q축성분의 지령치 VCd *, VCq *를 모선전류와 동기한 교류로 역변환하여 인버터(3)가 출력하는 3상의 전압지령으로 변환하여, 그3상의 전압지령을 게이트제어부(14)에 준다.
이 게이트 제어부14는 좌표역변화부(13)로부터의 인버터(3)의 전압지령에 따라 인버터(3)를 구성한 스위칭소자의 게이트를 온·오프 컨트롤한다.
단, 직렬변압기(8)는 임피던스가 있기 때문에 직렬보상전압(VC)의 d, q축성분의 지령치 VCd *, VCq *와 실제의 d, q축성분 VCd, VCq사이에는 오차가 있으나, 유효전력제어부(10)와 무효전력제어부(11)의 작동에 의해서 교류계통의 유효전력(P)과 무효전력(Q)의 통제를 가능케 하고 있다.
교류계통의 유효전력(P) 또는 무효전력(Q)을 충분히 제어하기 위해서는 매우 큰 용량의 전력조정장치가 필요하게 된다. 대용량 전력조정장치는 매우 고가인 장치인 동시에 현재의 기술로는 제작하는 것 자체가 곤란하다.
또한, 교류계통에 접속된 전력조절장치에는 교류계통의 유효전력(P) 또는 무효전력(Q)의 제어 외에 교류계통이 동요할 때의 안전화를 이룩하는 기능을 부가하는 것이 소망된다.
이 안정화 기능은 교류계통의 유효전력(P) 또는 무효전력(θ)을 충분히 제어하는데 필요한 용량에 대해서 적은 용량의 전력조정장치로 가능하게 된다. 이 때문에, 한정된 전력조정장치 용량으로 교류계통의 안전화를 이룩하는 기능과 교류계통의 유효전력(P) 또는 무효전력(Q)을 제어할 필요가 있다.
교류계통의 송전용량에 대해서 소용량의 전력 조정장치로 상기와 같은 교류계통의 유효전력(P) 또는 무효전력(Q)의 제어를 하면, 그 제어할 수 있는 폭은 매우 적은 범위이다. 이 제어 가능한 범위내에서, 전력조정장치에 교류계통의 유효전력(P) 또는 무효전력(Q)의 지령을 보낸다는 것은 매우 곤란하다.
그러므로 본 발명은 한정된 용량으로 효과적으로 교류계통의 유효전력 또는 무효전력을 안정하게 조정할 수 있는 전력변환장치의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적이외 하나는 교류계통에 변압기를 접속하여 이 변압기를 거쳐서 인버터의 교류출력을 교류계통에 공급, 이 교류계통의 전압, 전류 또는 전력을 변화시키는 전력변환장치의 제어장치에서, 변압기 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구해서, 이 변압강하분을 보상하도록 인버터의 출력을 제어하는 피드백제어수단을 갖춘 전력변환장치의 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명과 본 발명에 따른 이점의 보다 완전한 판단은 다음의 상세한 설명을 첨부 도면과 연관해서 참조해 본 발명이 보다 잘 이해될 때 이루어진다.
도1은, 종래의 전력조정장치를 포함한 교류계통의 구성도.
도2는, 본 발명에 의한 전력교환장치의 제어장치의 제1의 실시예를 나타내는 구성도.
도3은, 본 발명에 의한 전력변환장치의 제어장치의 제2실시예를 나타내는 구성도.
제4도는 본 발명에 의한 전력변환장치의 제어장치의 제3 실시예를 나타내는 구성도.
제5도는 본 발명에 의한 전력변환장치의 제어장치의 제4실시예를 나타내는 구성도.
제6도는 본 발명에 의한 전력변환장치의 제어장치의 제5의 실시예를 나타내는 구성도.
제7도는 본 발명에 의한 전력변환장치의 제어장치에 적용되는 위상정보 검출수단의 제6의 실시예를 나타내는 구성도.
제8도는 본 발명에 의한 전력변환장치의 제어장치에 적용되는 위상정보 검출수단의 제7의 실시예를 나타내는 구성도.
제9도는 모선전압을 기준으로 직렬변압기의 양단의 모선전압과 직렬보상전압(VC)을 그린 벡터도.
제10도는 본 발명에 의한 전력변환장치의 제어장치의 제8의 실시예를 나타내는 구성도.
제11도는 리액터 및 저항의 임피던스를 포함한 3상의 교류모선을 나타내는 도면.
본 발명의 상기목적은, 전력변환장치의 제어장치에 있어서, 피드백제어수단은 교류계통의 모선전압 또는 모선전류로부터 위상정보를 검출하는 위상정보검출수단과,
교류계통의 전류, 변압기의 임피던스 및 위상정보검출수단에 의해서 검출된 위상정보에 의거해서 변압기의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구하는 임피던스강하보상부와,
교류계통에 변압기를 거쳐서 공급하는 전압에 있어서의 교류계통의 모선전압과 동위상의 제1의 전압성분, 그리고 이 위상에서 소정위상으로 나아간 위상의 제2의 전압성분에 대한 각 지령전압을 입력, 이들 지령압력에서 임피던스강하보상부에 의해서 구해진 전압강하분을 감산, 이것을 인버터의 전압지령으로 출력하는 가산기와,
이 가산기에서 출력된 인버터의 전압지령을 위상정보검출수단에 의해서 검출된 위상정보에 의거해서 교류계통의 상으로 되돌려 인버터를 동작제어하는 인버터제어수단을 갖는 전력변환장치의 제어장치를 제공하는 것으로 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 전력변환장치의 제어장치에 있어, 교류계통에 변압기를 거쳐서 공급한 전압을 좌표변환하여 교류계통의 모선전압과 동위상의 제1의 전압성분, 그리고 이 위상에서 소정위상 나아간 위상의 제2전압 성분을 출력하는 좌표변환부와,
이 좌표변화부에서 출력된 제1 및 제2의 전압성분과 이들 지령전압과의 각 편차를 구해, 이들 편차를 적게 하는 각 전압을 각 지령전압으로서 가산기에 보낸 전압제어부를 갖는 전력변환장치의 제어장치를 제공함으로써 달성된다.
또한 본 발명의 상기 목적은 전력변환장치의 제어장치에 있어서, 모선전류와 미리 설정된 임계치를 비교, 모선전류가 임계치보다 적은 경우에 모선전압을 위상정보검출수단에 주어, 또한 모선전류가 임계치보다 큰 경우 모선 전류를 위상정보검출수단에 주는 신호절환부를 갖춘 전력변화장치의 제어장치를 제공함으로써 달성된다.
또한 본 발명의 상기 목적은, 전력변환장치의 제어장치에 있어서, 모선전류에서 진폭을 검출해 이 진폭의 크기에 따라 모선전압 또는 모선전류를 위상정보검출수단에 주어 또한 진폭이 소정의 영역에서 변화하지 않은 경우에 과거에 사용하고 있었던 신호와 동일 종류의 신호를 위상정보검출수단에 주는 신호절환부를 갖춘 전력변환장치의 제어장치를 제공함으로써 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 전력변환장치의 제어장치에 있어서, 위상정보검출수단은 모선전압의 위상정보를 검출하는 제1의 위상검출기와,
모선전류의 위상정보를 검출하는 제2의 위상검출기와,
모선전류의 크기에 따라 위상선택신호를 출력하는 위상선택부와,
모선전압의 위상 또는 모선전류의 위상과 적어도 임피던스강하보상부에 주는 위상정보와의 차 또는 일차 뒤진 특성의 출력을 얻은 필터수단과,
위상선택부에서 출력된 위상선택신호에 따라 필터수단의 출력을 선택하는 위상절환부를 갖는 전력변환장치의 제어장치를 제공함으로써 달성된다.
또한 본 발명의 상기목적은, 전력변환장치의 제어장치에 있어서, 교류계통에 변압기를 거쳐서 공급하는 전압중 교류계통의 모선전압에 대해서 동위상의 제1의 전력성분과 모선전압에 의거한 제1의 전압성분의 위상에서 소정위상 나아간 위상의 제2전압성분에 대한 각 지령전압을 연산, 이들 지령전압을 전압제어부에 주는 제2의 전압성분연산부를 갖춘 전력변환장치의 제어장치를 제공함으로써 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 전력변환장치의 제어장치에 있어 모선전류와 모선전압의 위상정보, 그리고 변압기의 임피던스의 지령에 의거해서 교류계통에 변압기를 거쳐서 공급한 전압에 있어서의 제1 및 제2 전압성분을 연산, 이들 제1 및 제2 전압성분을 전압제어분에 주는 전압지령연산부를 갖춘 전력변환장치의 제어장치를 제공함으로써 달성된다.
(1) 다음 몇 개 도면의 동일 또는 대응부분을 표시하고 있는 도면, 특히 이중 도 2를 참조해서 본 발명의 실시예를 기술한다.
또한, 도1과 동일부분에는 동일부호를 달아 그 상세한 설명은 생략한다.
도2는 전력변환장치의 제어장치의 구성도이다.
이 전력변환장치의 제어장치에는, 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구해 이 전압강하분을 보상하도록 인버터(3)의 출력을 제어하는 피드백제어수단(20)이 갖추어져 있다.
다시 말하자면, 위상정보검출부(21)는 교류계통(이하, 송전선(2)으로서 설명한다)의 모선전압(E2)에서 위상정보(θ)를 검출하는 기능을 갖고 있다.
좌표변환부(22)는 송전선(2)에 직렬변압기(8)를 거처서 직렬에 삽입하는 직렬보상전압(VC)을 3상에서 좌표변환하여 송전선(2)의 모선전압(E2)과 동위상의 d축성분(VCd)(제1의 전압성분)과 이 d축성분(VCd)의 위상에서 90°나아간 위상의 q축성분(VCq)(제2전압성분)을 출력하는 기능을 갖고 있다.
전압제어부(23)는 좌표변환부(22)에서 출력된 직렬보상 전압(VC)의 d축성분(VCd), 그리고 q축성분(VCq)과 이들의 지령전압(VCd *, VCq *)과를 비교해서 그 각 편차를 구해 이들 편차가 적게 되도록 각각의 편차를 비례적분한 결과를 지령전압(V1d, V1q)으로서 출력해 각각 가산기(24, 25)에 보내는 기능을 갖고 있다.
한편, 임피던스강하보상부(26)는 송전선(2)의 모선전류(IB), 직렬변압기(8)의 임피던스 및 위상정보검출부(21)에 의해서 검출된 위상정보(θ)에 의거해서 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생기 전압강하분을 구한다. 다시 말해서, 다음 식(4)의 우변을 연산하는 기능을 갖고 있다.
즉, 직렬변압기(8)는 권선비=1로 하고, 저항(R)과 인덕턴스(L)로 등가적으로 표현한 경우, 인버터(3)의 출력전압(VI)과 직렬보상전압(VC)과의 사이에는 다음 식의 관계가 존재한다.
이중, s는 미분연산자, IB는 모선전류, VI, VC, IB의 첨자 d, q는 상기와 같이 각 전압·전류의 모선전압(E2)와 동상의 d축성분, 90°나아간 q축성분을 나타낸다.
상기 식(4)에서 본 바와 같이, 직렬변압기(8)에 포함된 임피던스와 그 임피던스에 흐르는 전류(IB)에 의해서 생기는 전압강하의 분만큼 차가 생긴다. 또한, 임피던스강하보상부(26)에서는 모선전류(IB)에서 d, q축전류(IBd, IBq)를 연산하는데 위상정보(θ)를 사용한다.
상기 각 가산기(24, 25)는 각각 전압제어부(23)부터 출력된 각 지령전압( V1d, V1q)을 입력, 이들 지령 전압(V1d, V1q)에서 임피던스강하보상부(26)에 의해서 구해진 전압강하분을 감산하고, 인버터(3)의 전압지령의 d축성분과 q축성분으로서 각각 좌표역변환부(13)에 송출하는 기능을 갖고 있다.
다음에 상기와 같이 구성된 장치의 작용에 대해서 설명한다.
위상정보검출부(21)는 송전선(2)의 모선전압(E2)에서 위상정보(θ)를 검출해 이 위상정보(θ)를 좌표변환부(22), 임피던스강하보상부(26)와 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이중 좌표변환부(22)는 직렬변압기(8)에서 송전선(2)에 공급한 직렬보상전압(VC)을 3상에서 좌표변환하여 모선전압(E2)과 동위상의 d축성분(VCd)과 이 d축성분(VCd)의 위상에서 90°나아간 위상의 q축성분(VCq)을 출력한다.
전압제어부(23)는 좌표변환부(22)에서 출력된 직렬보상전압(VC)의 d축성분(VCd) 및 q축성분(VCq)과 이들 지령전압(VCd *, VCq *)과를 비교해서 그 각 편차를 구하고, 이들 편차가 작아지도록 각각의 편차를 비례적분한 결과를 지령전압(V1d, V1q)으로서 출력한다.
한편, 임피던스강하보상부(26)는 송전선 2의 모선전류(IB), 직렬변압기(8)의 임피던스 및 위상정보검출부(21)에 의해서 검출된 위상정보(θ)에 의거해서 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구해 이 전압강하분을 각 가산기(24, 25)에 송출한다.
이들 가산기(24, 25)는 각각 전압제어부(23)에서 출력된 각 지령전압(V1d, V1q)에서 임피던스강하보상부(26)에 의해서 구해진 전압강하분을 감산, 인버터(3)의 전압지령의 d축성분과 q축 성분으로서 각각 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이 좌표역변환부(13)는 위상정보검출부(21)에 의해서 검출된 위상정보(θ)를 사용, 직렬보상전압(VC)의 d, q축성분의 지령치(VCd *, VCq *)를 모선전류와 동기한 교류로 역변환하여 인버터(3)가 출력한 3상의 전압지령으로 변환하고, 그 3상의 전압지령을 게이트제어부(14)에 준다.
이 게이트제어부(14)는 좌표역변환부(13)로부터의 인버터(3)의 전압지령에 따라 인버터(3)를 구성하는 스위칭소자의 게이트를 온·오프 컨트롤한다.
이와 같이 상기 제1의 실시예에 있어서는 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구해 이 전압강하분을 보상하도록 인버터(3)의 출력전압을 제어함으로 직렬변압기(8)를 통해서 송전선(2)에 직렬로 삽입된 직렬 보상전압VC의 d, q축성분(VCd, VCq)을 독립적으로 또한 고속으로 그러면서도 안정하게 제어할 수 있는 다시 말해서 한정된 용량으로 효과적으로 교류계통의 유효전력(P) 또는 무효전력(Q)을 안정하게 조정할 수 있다.
또한 직렬변압기(8)의 저항(R) 및 인덕턴스(L)를 정확히 안다는 것은 곤란하기 때문에 현실적으로는 직렬변압기(8)의 설계치로서 얻어지는 저항(R) 및 인덕턴스(L)를 사용하거나 장치를 조정하면서 저항(R) 및 인덕턴스(L)를 구하든지 한다. 이와 같이 해서 얻어진 저항(R) 및 인덕턴스(L)의 값을 사용하더라도 본 발명의 취지를 벗어난 것은 아니다.
또한 상기 식(4)이 우변에는 모선전류(IB)를 미분하는 항이 포함되고 있으나, 이 항의 생략이나 간략화해서 제어장치를 구성하더라도 실용상 큰 문제가 되지 않은 경우에는 모선전류(IB)를 미분하는 항을 생략 또는 간략화해도 좋다.
(2) 다음에 본 발명의 제2의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한 도2와 동일부분에는 동일부호를 붙여서 그 상세한 설명은 생략한다.
도3은 전력변환장치의 제어장치의 구성도이다.
각 가산기(24, 25)는 각각 송전선(2)에 직렬로 삽입한 직렬보상전압(VC)의 d, q축 성분(VCd, VCq)의 각 지령전압(VCd *, VCq *)을 입력, 이들 지령전압(VCd *, VCq *)으로부터 임피던스강하보상부(26)에 의해서 구해진 전압강하분을 감산, 인버터(3)의 전압지령으로서 출력하는 기능을 갖고 있다.
다음에 상기와 같이 구성된 장치의 작용에 대해서 설명한다.
위상정보검출부(21)는 모선전압(E2)에서 위상정보(θ)를 검출하여 이 위상정보(θ)를 임피던스강하보상부(26) 및 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이중 임피던스강하보상부(26)는 송전선(2)의 모선전류(IB), 직렬변압기(8)의 임피던스 및 위상정보검출부(21)에 의해서 검출된 위상정보(θ)에 의거해서 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구하고, 이 전압강하분을 각 가산기(24, 25)에 송출한다.
이들 가산기(24, 25)는 각각 송전선(2)에 직렬로 삽입한 직렬보상전압(VC)의 d, q축성분(VCd, VCq)의 각지령전압(VCd *, VCq *)을 입력, 이들 지령전압(VCd *, VCq *)으로부터 임피던스강하보상부(26)에 의해서 구해진 전압강하분을 감산, 인버터(3)의 전압지령으로서 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이 좌표역변환부(13)는 위상정보검출부(12)에 의해서 검출된 위상정보(θ)를 사용, 직렬보상전압(VC)의 d, q축성분의 지령치(VCd *, VCq *)를 모선전류와 동기한 교류로 역변환해서 인버터(3)가 출력하는 3상의 전압지령으로 변환 그 3상의 전압지령을 게이트제어부(14)에 준다.
이 게이트제어부(14)는 좌표역변환부(13)에서 인버터(3)의 전압지령에 따라 인버터(3)를 구성하는 스위칭소자의 게이트를 온·오프 컨트롤한다.
이와 같이, 상기 제2의 실시예에 있어서도 상기 제1의 실시예와 동일하게 송전선(2)에 직렬로 삽입한 직렬보상전압(VC)의 d, q축성분(VCd, VCq)을 독립적이며 고속인 그러면서도 안정하게 제어할 수 있는 다시 말해서 한정된 용량으로 효과적으로 교류계통의 유효전력(P) 또는 무효전력(Q)을 안정하게 조절할 수 있다.
다음에 본 발명의 제3의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한 도2와 동일부분에는 동일부호를 부여해서 그 상세한 설명을 생략한다.
도4는 전력변환장치의 제어장치의 구성도이다.
위상정보검출부(27)는 송전선(2)의 모선전류(IB)에서 위상정보(θ)를 검출, 이 위상정보(θ)를 좌표변환부(22), 임피던스강하보상부(26) 및 좌표역변환부(13)에 송출하는 기능을 갖고 있다.
다음에 상기와 같이 구성된 장치의 작용에 대해서 설명한다.
위상정보검출부(27)는 송전선(2)의 모선전류(IB)로부터 위상정보(θ)를 검출, 이 위상정보(θ)를 좌표변환부(22), 임피던스강하보상부(26) 및 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이 중 좌표변환부(22)는 송전선(2)에 공급하는 직렬보상 전압(VC)을 좌표변환해서 모선전압(E2)과 동위상의 d축성분(VCd) 및 q축성분(VCq)을 출력, 전압제어부(23)는, 이들 d축성분(VCd) 및 q축 성분(VCq)과 이들 지령전압(VCd *, VCq *)과의 편차가 작아지도록 각각 편차를 비례적분한 결과를 지령전압(V1d, V1q)으로서 출력한다.
한편, 임피던스강하보상부(26)는 송전선(2)의 모선전류(IB), 직렬변압기(8)의 임피던스 및 위상정보검출부(21)에 의해서 검출된 위상정보(θ)에 의거해서 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구해 이 전압강하분을 각 가산기(24, 25)에 송출한다.
이들 가산기(24, 25)는 각각 전압제어부(23)에서 출력된 각지령전압(V1d, V1q)에서 임피던스강하보상부(26)에 의해서 구해진 전압강하분을 감산, 인버터(3)의 전압지령의 d축성분과 q축성분으로서 각각 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이 좌표역 변환부(13)는 위상 정보검출부(12)에 의해서 검출된 위상정보(θ)를 사용, 직렬보상전압(VC)의 d, q축 성분의 지령치(VCd *, VCq *)를 모선전류와 동기한 교류로 역변환하여 인버터(3)가 출력한 3상의 전압지령으로 변환하여 게이트제어부(14)에 주고, 이 게이트제어부(14)는 이들 3상의 전압지령에 따라, 인버터(3)를 구성하는 스위칭소자의 게이트를 온·오프 컨트롤한다.
이와 같이, 상기 제 3 의 실시예에 의하면, 모선전류(IB)에서 위상정보(θ)를 구해, 이 위상정보(θ)를 사용해서 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구하고, 이 전압강하분을 보상하도록 인버터(3)의 출력전압을 제어함으로, 송전선 2에 직렬로 삽입한 직렬보상전압(VC)의 모선전류(IB)와 동상의 성분(VCd)과 90。 나아가 성분( VCq)을 독립적이고 고속이면서도 안정하게 제어할 수 있는 다시 말해서 한정된 용량으로 효과적으로 교류계통의 유효전력(P) 또는 무효전력(Q)을 안정하게 조정할 수 있다.
다음에 본 발명의 제 4 실시예에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 도 2와 동일한 부분에는 동일부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 전력변환장치의 제어장치의 구성도이다.
신호절환부(28)는 모선전류(IB)와 미리 설정된 한계치를 비교, 모선전류(IB)가 임계치보다 작을 경우 모선전압(E2)을 위상정보검출부(29)에 주며, 또한 모선전류(IB)가 임계치보다 클 경우 모선전류(IB)를 위상정보검출부(29)에 주는 기능을 갖고 있다.
이 위상정보검출부(29)는 신호절환부(28)의 절환동작에 의해서 모선전류(IB) 또는 모선전압(E2)을 입력, 이들 모선전류(IB) 또는 모선전압(E2)에서 위상정보(θ)를 검출해서 좌표변환부(22), 임피던스강하보상부(26) 및 좌표역변환부(13)에 송출하는 기능을 갖고 있다.
다음에, 상기와 같이 구성된 장치의 작용에 대해 설명한다.
신호절환부(28)는 모선전류(IB)와 미리 설정된 임계치를 비교, 모선전류(IB)가 임계치보다 작은 경우에 모선전압(E2)을 위상정보검출부(29)에 주며, 또한 모선전류(IB)가 임계치보다 클 경우 모선전류(IB)를 위상정보검출부(29)에 준다.
즉, 모선전류(IB)가 작아지면, 모선전류(IB)의 검출기의 오차나 전자소음등에 의해서 정확한 모선전류(IB)의 위상정보(θ)를 얻는 것이 곤란하게 된다. 정확한 모선전류(IB)의 위상정보(θ)를 얻을 수 없는 경우, 교류계통에 직렬을 삽입한 직렬보상 전압(VC)의 모선전류(IB)와 동상의 성분(VCd)과 90。 나아가 성분(VCq)을 독립적이며 안정하게 제어하는 것이 불가능하게 된다.
교류계통에 있어 모선전류(IB)는 부하상태등에 의해서 그 크기가 현저하게 변화한데 대해서, 모선전압(E2)은 거의 일정하게 유지된다.
그러므로, 신호절환부(28)에 의해 모선전류(IB)가 임계치보다 작은 경우, 모선전압(E2)을 위상정보검출부(29)에 줌으로써 모선전류(IB)가 작은 상태에서 교류계통에 직렬로 삽입한 직렬보상전압(VC)이 불안정하게 되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 위상정보검출부(29)는 신호절환부(28)의 절환동작에 의해 모선전류(IB) 또는 모선전압(E2)을 입력해서, 이들 모선전류(IB) 또는 모선전압(E2)으로부터 위상정보(θ)를 검출하여 좌표변환부(22), 임피던스강하보상부(26) 및 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이하, 상기 제 1 의 실시예의 동작과 같이, 좌표변환부(22)는 직렬보상전압(VC)을 3상에서 좌표변환하여 d축성분(VCd) 및 q축 성분(VCq)을 출력하고, 전압제어부(23)는 이들 d축성분(VCd) 및 q축 성분 VCq와 이들 지령전압(VCd *, VCq *)과의 편차가 작게 되도록 각각의 편차를 비례적분한 결과를 지령전압(V1d, V1q)으로서 출력한다.
한편, 임피던스강하보상부(26)는, 송전선(2)의 모선전류(IB), 직렬변압기(8)의 임피던스 및 위상정보(θ)에 의거해서 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구해서 각 가산기(24, 25)에 송출한다.
이들 가산기(24, 25)는 상기 각지령전압(V1d, V1q)에서 임피던스강하보상부(26)에 의해서 구해진 전압강하분을 감산, 인버터(3)의 전압지령의 d축성분과 q축성분으로서 각각 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이 좌표역변환부(13)는 위상정보(θ)를 사용해서 직렬보상 전압(VC)의 d, q축선분의 지령치(VCd *, VCq *)를 모선전류와 동기한 교류로 역변환해서 3상의 전압지령으로서 게이트 제어부(14)에 주어, 이 게이트제어부(14)는 이들 3상의 전압지령에 따라, 인버터(3)를 구성하는 스위칭소자의 게이트를 온·오프를 컨트롤한다.
이와 같이 상기 제 4의 실시예에 의하면, 상기 제 1 의 실시예와 같이 송전선 2에 직렬로 삽입한 직렬보상전압(VC)의 모선전류(IB)와 통상의 성분(VCd)과 90。나아가 성분(VCq)을 독립적이며 고속으로 그러면서도 안정하게 제어할 수 있고, 한정된 용량으로 효과적으로 교류계통의 유효전력(P) 또는 무효 전력(θ)을 안정하게 조절할 수 있고, 이에 더하여 신호절환부(28)에 의해서 모선전류(IB)가 임계치보다 작은 경우, 모선전압(E2)을 위상정보 검출부(29)에 부여함으로써 모선전류(IB)가 작은 상태에 있어서, 교류계통에 직렬로 삽입한 직렬보상전압(VC)이 불안정하게 된 것을 방지할 수 있다.
다음에 본 발명의 제 5의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한 도 1과 동일 부분에는 동일부호를 붙여 그 상세한 설명을 생략한다.
도 6은 전력변환장치의 제어장치의 구성도이다.
신호절환부(30)는 모선전류(IB)에서 진폭(IBM)을 검출, 이 진폭(IBM)의 크기에 따라 모선전압(E2) 또는 모선전류(IB)를 위상정보검출부(31)에 주며, 또한 진폭(IBM)이 소정의 영역에서 변화하지 않은 경우, 과거에 사용하고 있었던 신호와 동일종류의 신호를 위상정보 검출부(31)에 주는 기능을 갖고 있다.
구체적으로 말하면, 신호절환부(30)는 모선전류(IB)에서 진폭(IBM)을 검출, 이 진폭(IBM)이 제 1 임계치 R1보다 작은 영역에 있는 경우에는 모선전압(E2)을 위상정보검출부(31)에 주어, 진폭(IBM)이 제 2의 임계치(R2(R1))보다 큰 영역에 있는 경우에는 모선전류(IB)를 위상정보검출부(31)에 주는 기능을 갖고 있다.
또, 신호절환부(30)는, 진폭(IBM)이 제 1의 임계치(R1)보다 작은 상태에서 큰 상태에 변화한 경우에는 모선전압(E2)을 위상정보 검출부(31)에 계속 주고, 또한 진폭(IBM)이 제 2의 임계치 R2보다 큰 상태에서 작은 상태로 변화한 경우에는 모선전류(IB)를 위상정보 검출부(31)에 계속 주며, 나아가 진폭(IBM)이 제 1 임계치 R1보다 크고 제 2 의 임계치(R2)보다 작은 영역에서 변화하지 않는 경우에는 과거에 사용되고 있었던 신호와 동일종류의 신호를 위상정보검출부(31)에 계속 주는 기능을 갖고 있다.
다음에, 상기와 같이 구성된 장치의 작용에 대해서 설명한다.
상기와 같이 신호절환부(30)는 모선전류(IB)에서 진폭(IBM)을 검출하여 이 진폭(IBM)이 제 1의 임계치 R1보다 작은 영역에 있는 경우에는 모선전압(E2)을 위상정보검출부(31)에 주어 진폭(IBM)이 제 2 의 임계치(R2)(R1)보다 큰 영역에 있는 경우에는 모선전류(IB)를 위상정보검출부(31)에 준다.
또, 신호절환부(30)는 진폭(IBM)이 제 1의 임계치(R1)보다 작은 상태에서 큰 상태로 변화한 경우에는 모선전압(E2)을 위상정보 검출부(31)에 계속 주고, 진폭(IBM)이 제 2의 임계치(R2)보다 큰 상태에서 작은 상태로 변화하는 경우에는 모선전류(IB)를 위상정보 검출부(31)에 계속 주며, 나아가 진폭(IBM)이 제 1의 임계치(R1)보다 크고 제 2의 임계치(R2)보다 작은 영역에서 변화하지 않은 경우에는 과거에 사용되고 있었던 신호와 동일 종류의 신호를 위상정보 검출부(31)에 계속 준다.
이와 같이 모선전류(IB)에서의 진폭(IBM)의 크기에 따라 모선전압(E2) 또는 모선전류(IB)가 절환되어 위상정보 검출부(31)에 주어지면, 이 위상정보검출부(31)는 절환된 모선전압(E2) 또는 모선전류(IB)에서 위상정보(θ)를 검출, 이 위상정보(θ)를 좌표변환부(22), 임피던스강하보상부(26) 및 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이하, 상기 제 1 실시예의 동작과 같이 좌표변환부(22)는 직렬보상전압(VC)을 좌표변환해서 d축성분(VCd)과 q축성분(VCq)을 출력하며 전압제어부(23)는 이들 d축성분(VCd)과 q축성분(VCq)을 출력하며 전압제어부(23)는 이들 d축성분(VCd) 및 q축성분(VCq)과 이들 지령전압 (VCd *, VCq *)과의 편차가 작아지도록 각각의 편차를 비례적분한 결과를 지령전압(V1d, V1q)으로서 출력한다.
한편, 임피던스강하보상부(26)는 송전선(2)의 모선전류(IB), 직렬변압기 8의 임피던스 및 위상정보(θ)에 의거해서 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구해서 각 가산기(24, 25)에 송출한다.
이들 가산기(24, 25)는 상기 각지령전압(V1d, V1q)으로부터 임피던스강하보상부(26)에 의해서 구해진 전압강하분을 감산, 인버터(3)의 전압지령의 d축성분과 q축성분으로서 각각 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이 좌표역변환부(13)는 위상정보(θ)를 사용해서 직렬보상전압(VC)의 d, q축 성분의 지령치(VCd *, VCq *)를 모선전류와 동기한 교류로 역변환하여 3상의 전압지령으로서 게이트제어부(14)에 주며, 이 게이트 제어부(14)는 이들 3상의 전압지령에 따라 인버터(3)를 구성하는 스위칭소자의 게이트를 온·오프 컨트롤한다.
이와같이 상기 제 5의 실시예에 의하면, 상기 제 1 의 실시예와 동일한 효과를 거두는 것은 말할 나위도 없고, 예컨대 모선전류(IB)가 1 임계치 부근에서는 모선전류(IB)의 크기와 임계치와의 비교결과가 단시간에 여러 번 변화하는 한칭현상을 일으키는 경우가 있으나, 모선전류(IB)에서 진폭(IBM)을 검출, 이 진폭(IBM)의 크기에 따라 모선전압(E2) 또는 모선전류(IB)를 위상정보 검출부(31)에 주며, 또한 진폭(IBM)이 소정의 영역에서 변화하지 않은 경우 과거에 사용되고 있었던 신호와 동일 종류의 신호를 위상정보검출부(31)에 주도록 히스테리시스 특성을 갖게 했음으로 모선전류(IB)의 크기와 임계치와의 비교결과가 단시간에 여러 번 변화하는 한칭현상을 억제할 수 있고, 교류계통에 삽입한 직렬보상전압(VC)의 안정된 제어를 할 수 있다.
다음에 본 발명 제 6의 실시예에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 도면 1과 동일한 부분에는 동일부호를 붙여서 상세한 설명을 생략한다.
도 7은 전력변환장치의 제어장치에 적용한 위상정보검출수단의 구성도이며, 이 위상정보 검출수단은 예를 들자면 상기 제 4 의 실시예의 신호절환부(28) 및 위상정보검출부(29) 대신에 사용된다.
즉, 상기 제 4 의 실시예에서는 모선전류(IB) 또는 모선전압(E2)의 위상정보(θ)를 사용해서 교류계통에 직렬로 삽입한 직렬보상 전압(VC)을 제어하고 있고, 여기에서는 모선전류(IB) 또는 모선전압(E2)의 위상이 크게 상이한 경우에는 사용한 위상정보(θ)를 절환할때는 큰 과도현상이 생겨 직렬보상전압(VC)이 크게 변화, 직렬보상전압(VC)의 안전성이나 교류계통의 조류에 과도적 영향을 준다.
따라서, 도 7이 나타내는 위상검출수단을 써서 과도적 영향을 경감하는 것이다.
제 1의 위상검출기(40)는 모선전압(E2)의 위상정보(θV)를 검출하는 기능을 갖는 것이며, 제 2의 위상검출기(41)는 모선전류(IB)의 위상정보(θC)를 검출하는 기능을 갖고 있다.
또 위상선택부(42)는 모선전류(IB)의 크기에 상응한 위상 선택신호(SEL), 예컨대 모선전류(IB)가 미리 설정된 임계치에 대해 작은 경우에 「1」의 위상선택신호(SEL)를 출력하고, 큰 경우에는 「0」의 위상선택신호 SEL를 출력하는 기능을 갖고 있다.
이 위상선택부(42)에서 출력된 위상선택신호 SEL는 제 1의 일차 뒤진 필터회로(43) 및 위상절환부(44)에 송출됨과 동시에 반전기(48)를 통해 제 2의 일차 뒤진 필터회로(46)에 보내진다.
또, 제 1의 감산기(47)는 제 1의 위상검출부(40)에서 출력된 모선전압(E2)의 위상(θV)과 위상정보 검출수단의 출력인 위상신호(θI)와의 차를 구해 이것을 제 1의 일차 뒤진 필터회로(43)에 송출하는 기능을 갖고 있다.
제 2 의 감산기(48)는 제 2의 위상검출부(41)에서 출력된 모선전류(IB)의 위상 (θC)과 위상정보 검출수단의 출력인 위상신호(θI)와의 차를 구해, 이것을 제 2 의 일차 뒤진 필터회로(46)에 송출하는 기능을 갖고 있다.
제 1의 일차 뒤진 필터 회로(43)는 위상선택 신호(SEL)가 「0」일 때, 제 1의 감산기(47)의 출력, 다시 말해서 제 1의 위상검출부(40)에서 모선전압(E2)의 위상(θV)과 위상신호(θI)와의 차를 출력하고, 또한 위상선택신호(SEL)가 「1」이 되면, 모선전압(E2)의 위상(θV)과 위상신호(θI)와의 차를 초기치로 하고, 0을 최종치로 하는 일차 뒤진 특성으로 출력 변화시킬 기능을 갖고 있다.
제 2의 일차 뒤진 필터회로(46)는 위상선택신호(SEL)가 「0」일 때, 제 2의 감산기(47)의 출력, 다시 말해서, 제 2의 위상검출부(40)로부터의 모선전압 IB의 위상(θC)과 위상신호(θI)와의 차를 출력하고, 또한 위상선택신호(SEL)가 「1」이 되면, 모선전류(IB)의 위상(θC)과 위상신호(θI)와의 차를 초기치로 하고, 0을 최종치로 하는 일차 뒤진 특성으로 출력변화시킨 기능을 갖고 있다.
제 3 의 감산기(49)는 제 1의 위상검출부(40)로부터의 모선전압(E2)의 위상(θV)과 제 1 의 일차 뒤진 필터회로(43)의 출력과의 차(θIV)를 구해, 이것을 위상절환부(44)에 송출하는 기능을 갖고 있다.
제 4 의 감산기(50)는 제 2 의 위상검출부(41)로부터의 모선전압 IB의 위상(θC)과 제 2의 일차 뒤진 필터 회로(46)의 출력과의 차(θIC)를 구해, 이것을 위상절환부(44)에 송출하는 기능을 갖고 있다.
이 위상절환부(44)는 위상선택신호(SEL)가 「1」일 때, 제 3의 감산기(49)에서 출력된 차(θIV)를 위상신호(θI)로서 출력하며, 또한 위상선택신호(SEL)가 「0」일 때, 제 4의 감산기(50)에서 출력된 차(θIC)를 위상신호(θI)로서 출력하는 기능을 갖고 있다.
또한, 이 위상절환부(44)에서 출력된 위상신호(θI)는 좌표변환부(22), 임피던스 강화보상부(26) 및 좌표역변환부(13)에 보내지도록 되어 있다.
다음에, 상기와 같이 구성된 장치의 작용에 대해서 설명한다.
위상선택부(42)는 모선전류(IB)의 임계치에 대한 크기를 판단, 모선전류(IB)가 임계치에 비해서 작은 경우 「1」의 위상선택신호(SEL)를 출력하고, 클 경우에는 「0」의 위상선택신호(SEL)를 출력한다.
이 중, 모선전류(IB)가 임계치에 대해서 작을 경우, 제 1의 일차 뒤진 필터 회로(43)는 위상선택신호(SEL) 「1」이 입력하는 것에 의해서, 모선전압(E2)의 위상(θV)과 위상신호(θI)와의 차를 초기치로 하고 0을 최종치로 하는 일차 뒤진 특성으로 출력 변화하며, 제 3의 감산기(49)는 제 1의 위상검출부(40)로부터의 모선전압(E2)의 위상(θV)과 제 1의 일차 뒤진 필터회로(43)의 출력과의 차(θIV)를 구해, 이 것을 위상절환부(44)에 송출한다.
이와 함께 제 2의 일차 뒤진 필터회로(46)는 반전부(45)를 통해 위상선택신호(SEL)「0」이 입력하는 것에 의해서, 제 2 의 감산기(47)의 출력, 다시 말해서 제 2의 위상검출부41로부터의 모선전류(IB)의 위상(θC)과 위상신호(θI)와의 차를 출력한다.
따라서, 위상절환부(44)에서 출력된 위상신호(θI)는 모선전류(IB)의 위상(θC)에서 제 2의 일차 뒤진 필터회로(46)의 시정수에 의해서 모선전압(E2)의 위상(θV)으로 서서히 변화한다.
한편, 모선전류(IB)가 임계치에 대해서 커질 경우, 제 1 의 일차 뒤진 필터 회로(43)는 위상선택신호(SEL)「0」이 입력됨으로서 제 1의 일차 뒤진 필터회로(43)는, 제 1의 위상검출부(40)로부터의 모선전압(E2)의 위상(θV)과 위상신호(θI)와의 차를 출력한다. 이와 동시에, 제 2의 일차 뒤진 필터회로(46)는 위상선택신호(SEL)가 「0」일 때, 제 2의 위상 검출부(40)로부터의 모선전류(IB)의 위상(θC)과 위상신호(θ1)와의 차를 출력한다.
따라서, 위상절환부(44)에서 출력된 위상신호(θ1)는 모선전압(E2)의 위상(θV)에서 제1의 일차 뒤진 필터회로(43)의 시정수에 의해 모선전류(IB)의 위상(θC)으로 서서히 변화한다.
그리고 이들 위상신호(θI)는 좌표변환부(22), 임피던스강하보상부(26) 및 좌표역변환부(13)에 보내진다.
이하, 상기 제1의 실시예의 동작과 동일하게 좌표변환부(22)는 직렬보상전압(VC)을 좌표변환하여 d축성분(VCd) 및 q축성분(VCq)을 출력, 전압제어부(23)는 이들 d축성분(VCd)및 q축성분(VCq)과 이들 지령 전압(VCd *, VCq *)과의 편차가 작아지도록 각각 편차를 비례적분한결과를 지령전압(V1d, V1q)으로서 출력한다.
반면 임피던스강하보상부(26)는 송전선(2)의 모선전류(IB), 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구해서 각 가산기(24, 25)에 송출한다.
이들 가산기(24, 25)는 상기 각지령전압(V1d, V1q)에서 임피던스강하보상부(26)에 의해서 구해진 전압강하분을 감산, 인버터(3)의 전압지령의 d축성분과 q축성분으로서 각각 좌표변환부(13)에 송출한다.
이 좌표역변환부(13)는 위상정보(θ)를 사용, 직렬보상전압(VC)의 d, q축성분의 지령치(VCd *, VCq *)를 모선전류와 동기한 교류로 역변환하여 3상의전압지령으로서 게이트제어부(14)에 주며 이 게이트제어부(14)는 이들 3상의 전압명령에 따라 인버터(3)를 구성한 스위칭소자의 게이트를 온·오프 컨트롤한다.
이와같이 상기 제6의 실시예에 의하면 상기 제1의 실시예와 동일한 효과를 가져온 것은 말할 것도 없고, 직렬보상전압(VC)의 제어에 사용한 위상정보(θ)가 급변하지 않도록 되며, 직렬보상전압(VC)의 제어에 사용한 위상정보(θ)를 전환할 때 생긴 직렬보상전압(VC)의 안전성이나 교류계통의 조류에의 과도적 영향을 경감할 수 있다.
(7) 다음에 본 발명 제7의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한 도1과 동일한 부분에는 기호를 붙여서 상세한 설명을 생략한다.
도8은 전력변환장치의 제어장치의 구성도이다.
d축지령(제2의 전압성분)연산부(51)는 송전선(2)에 직렬변압기(8)를 거쳐서 공급한 직렬보상전압(VC)중 d축성분(VCd) 및 q축성분(VCq)에 대한 각지령전압 VCd *, VCq *를 전압제어부(23)에 주는 기능을 갖고 있다.
도9는 모선전압(E2)을 기준(d축)으로 하여 직렬변압기(8)의 양단의 모선전압(E2), E3과 직렬보상전압(VC)을 그린 벡터도이다.
여기에서 모선전압(E2)의 크기E2m과 모선전압(E3)의 크기 E3m을 동일하게 하기 위한 관계는 다음 식으로 표시된다.
...... (5)
이 식(5)이 보여준 바와 같이 직렬보상전압(VC)의 d축성분(VCd)을 모선전압(E2)의 크기 E2m과 직렬보상전압(VC)의 q축성분(VCq)에서 계산될 수 있도록 하는 값으로 제어하면 모선전압(E2)의 크기 E2m과 모선전압(E3)의 크기 E3m을 동일하게 하는 것이 가능하다. 그러므로 다음 식(6)과 (7)에서 d축지령가(VCd *)를 연산함으로서 직렬전압기(8)의 양단의 모선전압의 크기를 동일하게 할 수 있다.
...... (6)
...... (7)
상기 식(6)을 직렬보상전압(VC)의 d축지령가 VCd *를 모선전압(E2)의 크기 E2m와 검출치와 직렬보상전압(VC)의 q축성분(VCq)의 지령치에서 계산하는 식이며, 식(7)은 모선전압(E2)의 크기 E2m의 검출치와 직렬보상전압(VC)의 q축성분(VCq)의 지령치에서 계산하는 식이다.
그러나, d축지령연산부(51)는 상기 식(7)에서 d축지령치(VCd *)를 연산해서 구하는 기능을 갖고 있다. 다만, d축지령연산부(51)의 입력의 하나인 d축 지령치 (VCd *) 대신에 직렬보상전압(VC)의 d축성분(VCd)를 입력으로하고, 상기 식(6)에서 d축지령치(VCd *)를 연산하도록 해도 좋다.
다음에 상기와 같이 구성된 장치의 작용에 대해서 설명한다.
위상정보검출부(21)는 모선전압(E2)으로부터 위상정보(θ)를 검출해서 좌표변환부(22), 임피던스강하보상부(26)와 좌표역변환부(13)에 송출한다.
그중 좌표변환부(22)는 직렬변압기(8)부터 송전선(2)에 가해진 직렬보상전압(VC)을 좌표변환해서 d축성분(VCd) 및 q축성분(VCq)을 출력한다.
또한, d축지령연산부(51)는, 직렬보상전압VC중 d축성분(VCd) 및 q축성분(VCq) 에 대한 각지령전압(VCd *, VCq *)을 연산, 이들 지령전압(VCd *, VCq *)을 전압제어부(23)에 준다.
이 전압제어부(23)는, 직렬보상전압VC의 d축성분(VCd) 및 q축성분(VCq) 와 이들 지령전압(VCd *, VCq *)과를 비교해서 그 각 편차를 구하고, 이들 편차가 작게 되도록 각각의 편차를 비례적분한 결과를 지령전압(V1d, V1q)으로서 출력한다.
이하, 상기 제1의 실시예의 동작과 동일하게, 임피던스강하보상부(26)는, 모선전류(IB), 직렬변압기(8)의 임피던스 및 위상정보(θ)에 의거해서 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구해서 각 가산기(24, 25)에 송출한다.
이들 가산기(24, 25)는, 상기 각지령전압( V1d, V1q)에서 임피던스강하보상부(26)에 의해서 구해진 전압강하분을 감산, 인버터(3)의 전압지령의 d축성분과 q축성분으로서 각각 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이 좌표역변환부(13)는, 위상정보(θ)를 사용해서 직렬보상전압(VC)의 d, q축성분의 지령치(VCd *, VCq *)를 모선전류와 동기한 교류로 역변환해서 3상의 전압지령으로서 게이트제어부(14)에 주고, 이 게이트제어부(14)는, 이들 3상의 전압지령에 따라, 인버터(3)를 구성하는 스위칭소자의 게이트를 온. 오프 컨트롤한다.
이와같이, 상기 제7의 실시예에 의하면, 상기 제1실시예와 동일한 효과를 거두는 것은 말할 것도 없거니와, 직렬변압기(8)의 양단의 모선전압의 크기를 동일하게 할 수 있고, 직렬보상전압(VC)을 교류계통에 직렬로 삽입함으로써 생긴 모선전압의 변동을 적게 할 수 있다.
(8) 다음에, 본 발명 제8의 실시예에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 도1과 동일부분에는 동일부호를 붙여서 그 상세한 설명은 생략한다.
도10은, 전력변환장치의 제어장치의 구성도이다.
전압지령연산부(52)는, 모선전류(IB)와 모선전압부(E2)의 위상정보(θ), 및 직렬변압기(8)의 임피던스보상지령치(R*, L*)에 의거해서 송전선(2)에 직렬변압기(8)를 거쳐서 공급하는 직렬보상전압(VC)에 있어서의 d, q축 성분의 지령치(VCd *, VCq *)를 연산, 이들 d, q축성분지령치(VCd *, VCq *)를 전압제어부(23)에 주는 기능을 갖고 있다.
도11은, 리액터(L)와 저항(R)으로 이루어진 임피던스가 포함되고 있는 3상의 교류모선을 나타낸다.
모선전류(IB)와 임피던스에 의한 전압강하(VL)사이에는, 다음 식의 관계가 성립된다.
여기에서, s는 미분연산자, ω는 교류모선의 각 주파수다.
따라서, 상기 식(8)에서 계산된 전압강하(VL)와 동일한 전압을 교류모선에 직렬로 삽입하면, 교류계통의 임피던스를 등가적으로 바꿀 수가 있다.
그러나, 전압지령연산부(52)는, 위상정보검출부(21)에 의해서 얻어진 모선전압(E2)의 위상정보(θ)를 사용, 모선전류(IB)의 d, q축성분(IBd, IBq)을 추출해서, 임피던스보상지령치(R*, L*)에서 다음 식을 써 직렬보상전압지령 ( VCd *, VCq *)을 연산하는 기능을 갖고 있다.
단, 상기 식(9)에 포함된 과도항(sL*)은, 교류계통을 불안정하게 할 것이 생각됨으로 생략해도 좋다.
다음에, 상기와 같이 구성된 장치의 작용에 대해 설명한다.
위상정보검출부(21)는, 모선전압(E2)부터 위상정보(θ)를 검출해서 좌표변환부(22), 임피던스강하보상부(26) 및 좌표역변환부(13)에 송출하고, 이중 좌표변환부(22)는 직렬변압기(8)에서 송전선(2)에 공급하는 직렬보상전압(VC)을 좌표변환해서 d축성분(VCd)과 q축성분(VCq)을 출력한다.
또, 전압지령연산부(52)는, 위상정보검출부(21)에 의해서 얻어진 모선전압(E2)의 위상정보(θ)를 사용, 모선전류(IB)의 d, q축성분(IBd, IBq)을 추출하고, 임피던스보상지령치(R*, L*)에서 직렬보상전압지령(VCd *, VCq *)을 연산해서 구하여, 전압제어부(23)에 송출한다.
이 전압제어부(23)는, 직렬보상전압VC의 d축성분(VCd), q축성분(VCq)과 지열보상전압지령(VCd *, VCq *)과를 비교해서 그 편차를 구해, 이들 편차가 작아지도록 각각의 편차를 비례적분한 결과를 지령전압(V1d, V1q)으로서 출력한다.
이하, 상기 제1의 실시예의 동작과 동일하게 임피던스강하보상부(26)는, 모선전류(IB), 직렬변압기(8)의 임피던스 및 위상정보(θ)에 의거해서 직렬변압기(8)의 임피던스에서 생긴 전압강하분을 구해서 가산기(24,25)에 송출한다.
이들 가산기(24, 25)는, 상기 각지령전압(V1d, V1q)에서 임피던스강하보상부(26)에 의해서 얻어진 전압강하분을 감산, 인버터(3)의 전압지령의 d축성분과 q축성분으로서 각각 좌표역변환부(13)에 송출한다.
이 좌표역변환부(13)는, 위상정보(θ)를 사용 직렬보상전압(VC)의 d, q축성분의 지령치(VCd *, VCq *)를 모선전류와 동기한 교류로 역변환해서 3상의 전압지령으로서 게이트제어부(14)에 주고, 이 게이트(14)는, 이들 3상의 전압지령에 따라, 인버터(3)를 구성하는 스위칭소자의 게이트를 온·오프 컨트롤한다.
여기에서, 전압지령연산부(52)에 입력할 임피던스보상지령치(R*, L*)를 마이너스 값으로 함으로써 교류모선의 임피던스를 등가로 내려, 플러스값으로 함으로써 교류계통의 임피던스를 등가로 올릴 수 있게 된다.
이와같이, 상기 제8의 실시예에 의하면, 상기 제1의 실시예와 동일한 효과를 거두는 것은 말할 것도 없거니와, 임피던스보상지령치(R*, L*)를 마이너스값으로 함으로써 교류모선의 임피던스를 등가로 내리며, 플러스값으로 함으로써 교류계통의 임피던스를 등가로 높일 수가 있어, 교류모선의 조류의 조정이나 송전한계를 향상시킬 수 있다.
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 한정된 용량으로 효과적으로 교류계통의 유효전력 또는 무효전력을 안정하게 조정 가능하게 할 수 있는 전력변환장치의 제어장치를 제공한다.
또, 본 발명에 의하면, 모선전류가 작은 상태에서 교류계통에 직렬로 삽입한 직렬보상전압이 불안정하게 되는 것을 방지할 수 있는 전력변환장치의 제어장치를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 모선전류의 크기와 임계치와의 비교결과가 단시간에 여러 번 변화하는 한칭현상을 억제하게 되고, 교류계통에 삽입한 직렬보상전압의 안정된 제어가 될 수 있는 전력변환장치의 제어장치를 제공한다.
또, 본 발명에 의하면, 직렬보상전압의 제어에 사용한 위상정보를 절환할 때 생긴 직렬보상전압의 안전성이나 교류계통의 조류에의 과도한 영향을 경감할 수 있는 전력변환장치의 제어장치를 제공한다.
또, 본 발명에 의하면, 직렬변압기의 양단의 모선전압의 크기를 동일하게 할 수 있고, 직렬보상전압을 교류계통에 직렬로 삽입한 것으로서 모선전압의 변동을 적게 할 수 있는 전력변환장치의 제어장치를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 교류모선의 임피던스를 등가로 내리거나 또는 등가로 높일 수가 있어서, 교류모선의 조류의 조정이나 송전한계를 향상할 수 있는 전력변환장치의 제어장치를 제공한다.
분명히, 앞에서 살펴본 바에 비추어볼 때 본 발명의 많은 추가변경이나 변화가 가능하다. 그러므로 첨부된 청구범위내에서 본 발명이 여기에서 특별히 기술된 바와는 상이하게 실시될 수도 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (8)

  1. 교류계통에 변압기를 접속하여, 이 변압기를 거쳐서 인버터의 교류출력을 상기 교류계통에 공급하고 이 교류계통의 전압, 전류 또는 전력을 바꾸는 전력변환장치의 제어장치에 있어서,
    상기 변압기의 임피던스에서 생기는 전압강하분을 구해 이 전압강하분을 보상할 수 있도록 상기 인버터의 출력을 제어하는 피드백제어수단을 구비한 전력변환장치의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피드백 제어수단은 상기 교류계통의 모선전압 또는 모선전류에서 위상정보를 검출하는 위상정보검출수단과,
    상기 교류계통의 전류, 상기 변압기의 임피던스 및 상기 위상정보검출수단에 의해서 검출된 위상정보에 의거해서 상기 변압기의 임피던스에서 생기는 전압강하분을 구하는 임피던스강하보상부와,
    상기 교류계통에 상기 변압기를 거쳐서 공급하는 전압에 있어서의 상기 교류계통의 모선전압과 동위상의 제1의 전압성분 그리고 이 위상에서 소정위상 나아간 위상의 제2의 전압성분에 대한 각지령전압을 입력하고, 이들 지령전압에서 상기 임피던스 강하 보상부에 의해서 구해진 전압강하분을 감산해서 상기 인버터의 전압지령으로서 출력하는 가산기와,
    이 가산기에서 출력된 인버터의 전압지령을 상기 위상정보 검출수단에 의해 검출된 위상정보에 의거해서 상기 교류계통의 상에 되돌려 상기 인버터를 동작제어하는 인버터제어수단을 갖는 전력변환장치의 제어장치.
  3. 상기 제2항에 있어서, 상기 교류계통에 상기 변압기를 거쳐서 공급한 전압을 좌표변환해서 상기 교류계통의 모선전압과 동위상의 제1의 전압성분 그리고 이 위상에서 소정위상 나아간 위상의 제2의 전압성분을 출력하는 좌표변환부와,
    이 좌표변환부에서 출력된 제1 및 제2의 전압성분과 이들 지령전압과의 각 편차를 구해 이들 편차를 작게 하는 각 전압을 상기 각지령전압으로서 상기 가산기에 보낸 전압제어부를 갖는 전력변환장치의 제어장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 모선전류와 미리 설정된 한계지 와를 비교하여 상기 모선전류가 임계치보다 작은 경우 상기 모선전압을 상기 위상정보검출수단에 주며 또한 상기 모선전류가 임계치보다 큰 경우에는 상기 모선전류를 상기 위상정보검출수단에 주는 신호절환부를 갖춘 전력변환장치의 제어장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 모선전류로부터 진폭을 검출해서 이 진폭의 크기에 따라 상기 모선전압 또는 상기 모선전류를 상기 위상정보 검출수단에 주며 또한 상기 진폭이 소정의 영역에서 변화하지 않는 경우에는 과거에 사용하고 있었던 신호와 동일종류의 신호를 상기 위상정보검출수단에 주는 신호절환부를 갖춘 전력변환장치의 제어장치.
  6. 상기 제2항에 있어서, 상기 위상정보검출수단은, 상기 모선전압의 위상정보를 검출하는 제1의 위상검출기와,
    상기 모선전류의 위상정보를 검출하는 제2의 위상검출기와,
    상기 모선전류의 크기에 따라 위상선택신호를 출력하는 위상선택부와,
    상기 모선전압의 위상 또는 상기 모선전류의 위상과 적어도 상기 임피던스강하보상부에 주는 위상정보와의 차 또는 일차 뒤진 특성의 출력을 얻은 필터수단과,
    상기 위상선택부에서 출력된 위상선택신호에 따라 상기 필터수단의 출력을 선택하는 위상절환부를 갖는 전력변환장치의 제어장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 교류계통에 상기 변압기를 거쳐서 공급하는 전력중 상기 교류계통의 모선전압에 대해서 동위상의 제1의 전압성분과 상기 모선전압에 의거한 상기 제1의 전압성분의 위상에서 소정위상 나아간 위상의 제2의 전압성분에 대한 각지령전압을 연산하여 이들 지령전압을 상기 전압제어부에 주는 제2의 전압성분연산부를 갖춘 전력변환장치의 제어장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 모선전류와 상기 모선전압의 위상정보 그리고 상기 변압기의 임피던스의 지령에 의거해서 상기 교류계통에 상기 변압기를 거쳐서 공급한 전압에 있어서의 상기 제1 및 제2의 전압성분을 연산하여 이들 제1 및 제2의 전압성분을 상기 전압제어부에 주는 전압지령연산부를 갖춘 전력변환장치의 제어장치.
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