JPH01295677A - 電力変換装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、交流を直流に、或はその反対に直流を交流
に変換する電力変換装置の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図はインバータ回路（株式会社コロナ社発行）Ｋ記
載された従来の他励式電力変換装置を示す回路図であシ
、図において、１は交流電源、２は交流電源１のインピ
ーダンス、３ｍ及び３ｂは開閉装置、４はコンデンサ、
５はリアクトル、６ａ〜６ｄは交流を直流に変換する他
励式変換器の主構成要素であるサイリスタスイッチ、７
は電流平滑用の直流リアクトル、８はバッテリー或は他
の電力変換装置のような直流電源である。

９は直流電流を検出する直流電流判別手段としての例え
ばＤＣ−ＣＴのような直流電流センサであ〕、この直流
電流センサ９は直流電源８と直列に接続されている。１
０は直流電流を制御し、変換する電力の大きさを定める
ための電流基準設定器、１１は電流コントローラ、１２
は、交流電圧を検出するための交流電圧判別手段として
の交流電圧センサ、１３はサイリスタスイッチ６ａ〜６
ｄの点弧位相を定めるための位相回路、１４は上記サイ
リスタスイッチ６ａ〜６ｄの点弧回路であシ、この点弧
回路１４および上記直流電流センサ９．電流基準設定器
１０．電流コントローラ１１．交流電圧センサ１２９位
相回路１３とで制御回路２０を構成している。

次に第４図のタイミング図に基づいて動作を説明する。

他励式変換器の主構成要素であるサイリスタスイッチ６
ａ〜６ｄの点弧角αを制御回路２０にて制御することに
よプ、交流電力を直流電力に変換したシ、また、その反
対に直流電力を交流電力に変換できることは周知である
。

すなわち、第４図（ａ）に示すように、交流電源１の電
圧Ｖに対し、サイリスタスイッチ６ａ〜６ｄを点弧角α
で制御した場合、交流側の電力Ｐは、但し、Ｖ：交流電
圧センサ 工ｄ：直流電流平均値 で表わされる。

従って、点弧角が０くαくπのときはＰ＞Ｏとなシ、電
力は交流側よ）直流側へ供給され、点弧角が０〉α〈−
πの場合はその逆となる。

第４図において、ｂはサイリスタスイッチ６ａ。

６ｄの点弧信号であシ、同図（ｃ）は、６ａ＊６ｃの点
弧信号を示すものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の他励式の電力変換装置は以上のように構成されて
いるので、交流電源がなければ単独では動作しないもの
であるが、第３図に示すように、交流側にフィルタの目
的で挿入されるコンデンサ４或は浮遊のコンデンサが存
在すると、電力変換装置の運転中に開閉装置３ａ及び３
ｂを開き、交流電源１を切離しても電力変換装置は停止
せず、位相回路１３などの特性によル自励発振を行ない
、運転を継続しつづける。

従りて、何らかの理由で直流電源８の電圧が上昇した場
合、直流電力は交流側へ回生することができず、直流電
圧の上昇によシ、電力変換装置や直流電源８を破壊する
恐れがあるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、交流側の開閉装置の開放を検知して電力変換
装置を停止させるとともに、直流電源の電圧上昇を防止
するような指令を発生させる電力変換装置を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る電力変換装置は、直流電源の電圧および
電流の大きさを判別する直流電圧判別手段および直流電
流判別手段と交流電源の電圧の大きさを判別する交流電
圧判別手段の出力をディジタル量に変換して入力するマ
イクロプロセッサを備え、前記交流電圧波形を一定の周
期で７−リエ変換しその変換結果の最新情報を格納する
第１のメモリと、過去の情報を格納している第２のメモ
リと、前記第１のメモリと前記第２のメモリの格納情報
を比較してその差分を累積する累積プログラムと、前記
累積プログラムの結果が一定値を越えたかを判別するＦ
ＦＴ判別プログラムと、前記交流電圧が一定の範囲内に
あるか否かを判別する交流電圧判別プログラムと、前記
直流電流が一定値以下であるかを判別する直流電流判別
プログラムと、前記直流電圧が一定値を越えたかを判別
する直流電圧判別プログラムと、前記各判別プログラム
が全て論理積「１」または「０」の場合に故障信号Ｓを
発生する故障信号発生プログラムとを前記マイクロプロ
セッサに具備したものである。

〔作用〕

この発明における電力変換装置は、交流電圧波形を周波
数分析して前の状態と比較し、その前の状態との差およ
び交流電圧、直流電圧、直流電流の大きさ等を判別し、
その判別結果が全て論理積「１」または「０」の場合に
交流電源が切離されたと検知することによシ、その検知
精度が高く、交流電源が切離された場合における電力変
換装置の停止を確実に実施でき、電力変換装置および直
流電源の破壊を未然に防止する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。前記
第３図と同一部分に同一符号を付した第１図において、
１５は直流電圧を検出する直流電圧判別手段としての直
流電圧センナ、１６１〜１６ｃは、上記直流電流上ンサ
９．交流電圧七ンサ１２゜直流電圧センサ１５の出力を
それぞれ個別にディジタル量Ｖ”、Ｉｄ”ｌＥ”に変換
するアナログ／ディジタル（以下Ａ／Ｄと略称する）コ
ンバータ、１７はん勺コンバータ１６ａ〜１８ｃのディ
ジタル量Ｖ　。

Ｉｄ”、Ｅ’を入力する例えば、ＤＳＰ　（デイエスピ
ー）などのようなマイクロプロセッサであシ、第２図に
示すようにソフトウェア（Ｓ／Ｗ）的に構成されている
。

第２図において、１７＆は歪波交流を周波数分析するた
めのＦＦＴ　（エフエフティ）プログラム、１７ｂはＦ
ＦＴ結果を格納しておくメモリ、１７ｃはメそり１７ｂ
に格納されるＦＦＴ結呆り、よシ過去のＦＦＴ結果り、
を格納しておくメモリ、１７ｄはメモリ１７ｂとメモリ
１７ｃの差Σ（ｈｔ−ｈｔ）を累積する累積プログラム
、１７・は累積プログラム１７ｄの結果Ｃが一定値Ｃ０
を越えたかを判別するＦＦＴ判別プログラム、１７ｆは
交流電圧ＶｌｌＩ！が一定の範囲内（Ｃ８くｖ”＞ｃｗ
）にあるか否かを判別する交流電圧判別プログラム、１
７ｇは直流電流Ｉｄ　　が一定値以下（Ｉａ”＜Ｃｓ）
であるかを判別する直流電流判別プログラム、１７ｈは
直流電圧Ｅ　が一定値Ｃ４を越え丸か（Ｅ”＞Ｃ４）を
判別する直流電圧判別プログラム、　１７ｉは上記各判
別プログラム１７ｅ〜１７ｈが真の場合に信号Ｓを発生
する故障信号発生プログラムである。

次に動作について説明する。上記実施例構成の電力変換
装置においては、交流電圧センサ１２で検出される電圧
は一般的に交流電源１の電圧波形に近く波形歪も少ない
。

ところが、電力変換装置の運転中に開閉装置３１〜３ｂ
が何らかの故障で開放されると、コンデンサ４の蓄積エ
ネルギによシ、サイリスタスイッチ６ｍ。

６ｄ或は同６ｂｅｖｅのうち現在導通状態のペアをＯＦ
Ｆとし、次に現在ＯＦＦのペアをＯＮ状態とし、上記の
繰シ返しによシ自励発振が起こる。

この発振周波数は、位相回路１３等の特性によるもので
あるが、はぼ交流電源１０周波数に近似しておシ、あた
かも開閉装置３ａ、３ｂが閉じられている如き動作をす
る。

従って、電気鉄道用の電力変換装置や直流送電などのよ
うな長距離の送電線中に開閉装置３　ａ　ｅ３ｂが設置
された場合は、上記開閉装置３ａｅ３ｂが開放されたか
否かの判別は困難である。

しかし、開閉装置３ａ、３ｂが開放した場合には、交流
電圧波形成は直流電圧・電流の大きさに次の特徴がみら
れる。

（１）交流電圧に含まれる高調波成分のスペクトルが変
化する。

（２）直流電流の値は一般的に少ない。

（３）直流電圧は通常の値よシも大きくなる。

（４）交流電圧の大きさは通常の値の範囲から外れる。

従りて、上記の特徴を事前に装置毎にマイクロプロセッ
サ１Ｔの各判別プログラム１７ｅ〜１７ｈ内に格納して
おき、電力変換装置の運転中に定期的に上記マイクロプ
ロセッサ１Ｔの各プログラムを実行させることによシ、
開閉装置３ａ、３ｂの状態を検知できる。

すなわち、交流電圧は、交流電圧センサ１２を経てＡ／
’Ｄコンバータ１６＆によシディジタル量Ｖ＊に変換さ
れる。同様Ｋ、直流電流は直流電流上ンサ９を経てＡ／
Ｄコンバータ１６ｂによシディジタル量Ｉｄ’に変換さ
れ、又、直流電圧は直流電圧センサ１５を経てＡ／Ｄコ
ンバータ１６Ｃによシデイジタル量Ｅ０に変換される。

上記の各ディジタル量はマイクロプロセッサ１Ｔに交流
電圧の一周期に相当する期間のデータＮ個をそれぞれ時
系列の順に入力する。一般的ＫＮは、１００以上の値で
ある。

マイクロプロセッサ１γでは、各判別プログラム１７ｅ
〜１７ｈＫよシ、次のように動作し、結果的に故障信号
発生プログラム１７ｉの入力が全て真になると（例えば
論理値Ｉｌｌ　）、電力変換装置の点弧回路１４を付勢
し、サイリスタスイッチ６ａ〜６ｄへの点弧信号を消滅
させるように動作する。

従って、電力変換装置は停止する。

すなわち、 （１）貫τ判別プログラム１７ｅは交流電圧Ｖ＊のＮ個
のデータを次の式によシフーリエ変換し、Ｋ個データを
メモ１ｊ１７ｂに格納する。０次調波の場合 １−に次調波−＝ＶＦＴか　　　　・・・（３）（２ｘ
ｅｋ−ｎ／（Ｎ−１）））・”（４）（Ｎ−１））　　
　　　　　　・・・（５）但し、ｋ＝　１　Ｃ２ｍ”−
Ｋ　＃　ｎ＝１　＋２”’Ｎメモリ１７ｂは次のデータ
Ｎが入力されると、上記メモリ１７ｂ内のに＋１個のデ
ータをメモリ１７ｃに移し、メモリ１７ｂには新たＫＫ
＋１個の最新のデータが入力される。累積プログラム１
７ｄでは、上記メモリ１７ｃとメモリ１７ｂの内容を比
較し、その各データ毎（最大に個）の差を累積し、その
値ｅが一定値Ｃ０を越すと、　ＦＦＴ判別プログラム１
７ｅの結果は真となる。

（２）交流電圧判別プログラム１７ｆは交流電圧の実効
値を計算し、その値が許容値Ｃ，−Ｃ，を越えると、結
果が真となる。一般的に許容値は定格電圧の±１０’％
に設定される〇 （３）直流電流判別プログラム１７ｇは直流電流の平均
値を計算し、その値が一定値Ｃ３以下になると、結果が
真となる。一般的に一定値Ｃ３はＯに近い値である。

（４）　　直流電圧判別プログラム１７ｈは直流電圧の
平均値を計算し、その値が一定値Ｃ１以上になると、結
果が真となる。

なお、上記の実施例では、交流電源及び電力変換装置は
単相のものを示したが、三相回路の構成でもよく、上記
実施例と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、交流電圧波形を周波
数分析し、常に前の状態と比較し、その前の状態との差
および交流電圧、直流電圧、直流電流の大きさ等を判別
し、その判別結果が全て論理積「１」または「０」の場
合に交流電源が切離されたと検知するように構成したの
で、その検知精度が高く、交流電源が切離された場合に
おける電力変換装置の停止を確実に実施できる。

従りて、何らかの原因により、直流電圧が上昇した場合
、電力変換装置を停止させ、かつ、その停止情報を直流
電源などに出力できるので、電力変換装置及び直流電源
の破壊を未然に防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電力変換装置を示す
ブロック図、第２図はソフトウェアで構成されたマイク
ロプロセッサを示すブロック、第３図は従来の電力変換
装置を示すブロック図、第４図はその電力変換装置の動
作説明図である。 図において、１は交流電源、３ａｓ３ｂは開閉装置、６
ａ〜６ｄは他励式電力変換器（サイリスタ）、Ｔは直流
リアクトル、８は直流電源、９は直流電流判別手段（直
流電流センナ）、１２は交流電圧判別手段（交流電圧セ
ンナ）、１５は直流電圧判別手段（直流電圧センサ）、
１７はマイクロプロセッサ、１７ｂ、１７ｃは第１．第
２のメモリ、１７ｄは累積プログラム、１７ｅはＦＦＴ
判別プログラム、１７ｆは交流電圧判別プログラム、１
７ｇは直流電流判別プログラム、１７ｈは直流電圧判別
プログラム、１７１は故障信号発生プログラム。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 ９：直ｉ茂情フ代セリサ １２：交流電圧モンサ １５；を流電圧ゼンサ １７；マイフロアロ七−Ｉす 第　２　図 １７ｂ、１７ｃ　：　１！Ｊ１．第２０メＥす１７ｄ：
Ｘ積プログラム １７ｅ　：　ＦＦＴ判別プロブ７ム １フｆ：咬洩電圧幹１．＞３１１７’ロフ゛ラム１７９
：厘浅４Ｌ幾判別１０ブウム １７ｈ　：　、ｉ１浪電圧利別デログウム１７１：故障
４ｓ号完生７゛ロゲッム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源と他励式変換器の間に設置される開閉装置と、
   前記他励式変換器の直流出力側に接続された直流電源と
   、前記他励式変換器の点弧角を定める制御回路を有する
   電力変換装置において、前記直流電源の電圧および電流
   の大きさを判別する直流電圧判別手段および直流電流判
   別手段と、前記交流電源の電圧の大きさを判別する交流
   電圧判別手段と、前記交流電圧波形を一定の周期でフー
   リエ変換しその変換結果の最新情報を格納する第１のメ
   モリと過去の情報を格納している第２のメモリと前記第
   １のメモリと前記第２のメモリの格納情報を比較してそ
   の差分を累積する累積プログラムと前記累積プログラム
   の結果が一定値を越えたかを判別するＦＦＴ判別プログ
   ラムと前記交流電圧が一定の範囲内にあるか否かを判別
   する交流電圧判別プログラムと前記直流電流が一定値以
   下であるかを判別する直流電流判別プログラムと前記直
   流電圧が一定値を越えたかを判別する直流電圧判別プロ
   グラムと前記各判別プログラムが全て論理積「１」また
   は「０」の場合に故障信号Ｓを発生する故障信号発生プ
   ログラムを有するマイクロプロセッサとを具備したこと
   を特徴とする電力変換装置。