JPH0152993B2 - - Google Patents

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JPH0152993B2
JPH0152993B2 JP57171820A JP17182082A JPH0152993B2 JP H0152993 B2 JPH0152993 B2 JP H0152993B2 JP 57171820 A JP57171820 A JP 57171820A JP 17182082 A JP17182082 A JP 17182082A JP H0152993 B2 JPH0152993 B2 JP H0152993B2
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JP
Japan
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phase
current
power
power supply
voltage
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JP57171820A
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JPS5960619A (en
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Shigeru Tanaka
Susumu Tadakuma
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPH0152993B2 publication Critical patent/JPH0152993B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/70Regulating power factor; Regulating reactive current or power

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  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は多相不平衡低力率負荷に対して力率の
改善と多相平衡化を図ると共に負荷の高調波リツ
プルを補償することのできる電力調整装置に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention is capable of improving the power factor and achieving polyphase balancing for a multiphase unbalanced low power factor load, as well as compensating harmonic ripple of the load. The present invention relates to a power adjustment device.

〔発明の技術的背景及びその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

多相交流電源にとつては、負荷に対して各相の
電流値が等しく平衡化し、また高調波リツプルを
含むことなく、同時に電流と電圧との位相差が
零、つまり力率が1であることが望ましい。上記
要件が満されない場合には、電力設備容量の著し
い増大を招き、また、電力利用率の低下を招く。
For a multiphase AC power supply, the current values of each phase are equally balanced with respect to the load, there is no harmonic ripple, and at the same time the phase difference between the current and voltage is zero, that is, the power factor is 1. This is desirable. If the above requirements are not met, this will lead to a significant increase in the power equipment capacity and a decrease in the power utilization rate.

しかるにアーク炉装置やサイリスタを用いた静
止レオナード装置等の多相不平衡低力率負荷にあ
つては無効電力を多く消費し、しかもその変動に
より同一電源系統に接続された他の負荷に対して
悪影響を及ぼす問題を有している。また、サイク
ロコンバータ装置等の負荷においては、電源周波
数以外の高周波成分を発生し、ラジオノイズ等の
誘導障害を招来し、かつ系統の高調波損失を増大
させている。
However, multi-phase unbalanced low power factor loads such as arc furnace equipment and stationary Leonard equipment using thyristors consume a large amount of reactive power, and due to its fluctuations, it is It has problems that have a negative impact. Furthermore, in loads such as cycloconverter devices, high frequency components other than the power supply frequency are generated, causing induction disturbances such as radio noise, and increasing harmonic loss in the system.

そこで従来、力率改善を目的として、進相コン
デンサや調相機が主に用いられているが、電力損
失が増大し、負荷変動に対する応答性が悪く、補
償精度が限界に達する等の問題があつた。これが
為にその使用条件が大きく制約される。
Conventionally, phase advance capacitors and phase adjusters have been mainly used for the purpose of power factor improvement, but these have had problems such as increased power loss, poor response to load fluctuations, and compensation accuracy reaching its limit. Ta. This greatly limits the conditions for its use.

一方、三相電力の平衡化を目的とした技術が、
特開和52−87650号公報等に紹介されている。こ
れに示される「電力調整装置」は、自動コンバー
タを用い、高調波分も含めた無効電力補償を行
い、合わせて電源側から供給される電流の三相平
衡化も行い得ることを示している。しかし、自動
コンバータは強制転流するための複雑な回路が必
要となり、いきおい、高価な装置とならざるを得
なかつた。また、点弧ノイズ等により転流失敗す
る可能性もあり、システムとしての信頼性に欠け
る面があつた。
On the other hand, technology aimed at balancing three-phase power is
It is introduced in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-87650. The "power adjustment device" shown here uses an automatic converter to compensate for reactive power, including harmonics, and also shows that it can perform three-phase balancing of the current supplied from the power supply side. . However, automatic converters require complicated circuits for forced commutation, making them expensive devices. Additionally, there is a possibility that commutation may fail due to ignition noise, etc., resulting in a lack of reliability as a system.

また、最近、他励コンバータを用いた電力用能
動フイルタ(昭和57年電気学会全国大会、論文No.
608)が発表され、高調波分も含めた無効電力の
補償ができることを示している。しかし、ここで
使われているコンバータは常に正群コンバータと
負群コンバータを対にして動作させることが必要
で、三相電源に対して補償電流を供給するには、
少なくとも6台の他励コンバータを用意しなけれ
ばならない。故に装置の構成が複雑となり、高価
なものとなる欠点があつた。
In addition, recently, a power active filter using a separately excited converter (1983 National Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Paper No.
608) was announced, showing that it is possible to compensate for reactive power including harmonics. However, the converter used here always requires a positive group converter and a negative group converter to operate in pairs, and in order to supply compensation current to a three-phase power supply,
At least six separately excited converters must be prepared. Therefore, the structure of the device becomes complicated and expensive.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は以上に鑑みてなされたもので、他励コ
ンバータだけで、多相電力の平衡化と高調波成分
も含めた無効電力補償を行うもので、しかも他励
コンバータの台数を上記従来装置の台数の半分で
実施できる電力調整装置を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above, and is capable of balancing multiphase power and compensating reactive power including harmonic components using only separately excited converters, and moreover, reduces the number of separately excited converters compared to the conventional device described above. The purpose is to provide a power adjustment device that can be implemented with half the number of devices.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明はこの目的を達成するために、電力調整
装置を、多相交流電源と、コンデンサあるいはコ
ンデンサと交流リアクトルから構成される高周波
無効電力源と、この高周波無効電力源に絶縁トラ
ンスを介して交流側端子を接続し、かつ直流側端
子を直流リアクトルを介して一方向の循環電流が
流れるように構成した少なくとも3台の交直電力
変換器からなるコンバータと、前記多相交流電源
と前記コンバータの直流側端子の間に設けられる
交流リアクトルで構成し、前記高周波無効電力源
の電圧検出値と指令値との偏差に応じて前記多相
交流電源から供給される多相平衡化電流の指令値
を与えるようにしたことを特徴とする。
In order to achieve this object, the present invention provides a power adjustment device that includes a multiphase AC power source, a high frequency reactive power source composed of a capacitor or a capacitor and an AC reactor, and an AC power source connected to the high frequency reactive power source through an isolation transformer. A converter consisting of at least three AC/DC power converters having side terminals connected to each other and configured so that a unidirectional circulating current flows through the DC side terminals via a DC reactor, and a DC power supply between the multiphase AC power source and the converter. It is composed of an AC reactor provided between the side terminals, and provides a command value for the multiphase balanced current supplied from the multiphase AC power supply according to the deviation between the voltage detection value of the high frequency reactive power source and the command value. It is characterized by the following.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図は本発明の電力調整装置の一実施例を示
す主回路構成図である。図中U,V,Wは3相交
流電源の電線路、Loadは3相不平衡負荷、TRS
は電源トランス、AL1,AL2,AL3は交流リアク
トル、L1,L2,L3は直流リアクトル、SS1,SS
2,SS3は交直電力変換器(他励コンバータ)、
TRCは絶縁トランス、CAPは高周波無効電力源
となる進相コンデンサ、CT1〜CT6は変流器、
PTS,PTOは変成器、Dは整流回路である。
FIG. 1 is a main circuit configuration diagram showing an embodiment of the power adjustment device of the present invention. In the figure, U, V, W are the electric lines of the 3-phase AC power supply, Load is the 3-phase unbalanced load, TR S
is a power transformer, AL 1 , AL 2 , AL 3 are AC reactors, L 1 , L 2 , L 3 are DC reactors, SS1, SS
2, SS3 is an AC/DC power converter (separately excited converter),
TR C is an isolation transformer, CAP is a phase advance capacitor that serves as a source of high frequency reactive power, CT 1 to CT 6 are current transformers,
PTS and PTO are transformers, and D is a rectifier circuit.

第2図は、第1図の装置の制御回路の一実施例
を示す構成図である。図中、CO,CU,CVは比較
器、GO(S),GU(S),GV(S)は制御補償回路、
MLU,MLVは乗算器、A1,A2,A3は加算器、
K1,K2は反転増幅器、PH−1,PH−2,PH
−3は位相制御回路、PTGは3相正弦波発生器
を各々示す。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the control circuit of the apparatus shown in FIG. In the figure, C O , C U , C V are comparators, G O (S), G U (S), G V (S) are control compensation circuits,
ML U and ML V are multipliers, A 1 , A 2 , A 3 are adders,
K 1 and K 2 are inverting amplifiers, PH-1, PH-2, PH
-3 indicates a phase control circuit, and PTG indicates a three-phase sine wave generator.

第1図の3相負荷Loadは3相不平衡電流ILU
ILV、LLWをとるものとし、各相電流の大きさ及び
電圧に対する位相角はまちまちとなつている。た
だし、3相−3線式であるから、ILU+ILV+ILW
Oを満足するものと考える。第3図aは、そのと
きの電圧電流ベクトル図を示す。VU,VVVWは電
源各相の電圧で、それに対し、負荷電流ILU,ILV
ILWが流れた場合、破線で示す補償電流ICU,ICV
ICWを供給することにより電源からは3相平衡電
流ISU,ISVが供給されることを示している。
The three-phase load Load in Figure 1 is the three-phase unbalanced current I LU ,
It is assumed that I LV and L LW are taken, and the magnitude of each phase current and the phase angle with respect to the voltage are different. However, since it is a 3-phase-3-wire system, I LU + I LV + I LW =
It is assumed that O is satisfied. FIG. 3a shows a voltage-current vector diagram at that time. V U , V V V W are the voltages of each phase of the power supply, whereas the load currents I LU , I LV ,
When I LW flows, the compensation currents I CU , I CV ,
It is shown that by supplying I CW , three-phase balanced currents I SU and I SV are supplied from the power supply.

以下、本発明の電力調整装置による上記補償電
流の制御法を、第1図及び第2図の実施例を参照
しながら説明する。
Hereinafter, a method of controlling the compensation current using the power adjustment device of the present invention will be explained with reference to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2.

第1図の他励コンバータSS1,SS2,SS3と
直流リアクトルL1,L2,L3は三角結線の循環電
流式サイクロコンバータを構成するもので、直流
リアクトルL1,L2,L3の中間タツプから、交流
リアクトルAL1,AL2,AL3及び電源トランス
TRSを介して3相交流電源に補償電流ICU,ICV
よびICWを供給するようになつている。
Separately excited converters SS1, SS2, SS3 and DC reactors L 1 , L 2 , L 3 in Figure 1 constitute a triangularly connected circulating current type cycloconverter, which is located between the DC reactors L 1 , L 2 , and L 3 . From the tap, AC reactors AL 1 , AL 2 , AL 3 and power transformer
Compensation currents I CU , I CV and I CW are supplied to the three-phase AC power supply via TR S.

また、他励コンバータSS1,SS2,およびSS
3の交流側端子は絶縁トランスTRCを介して高周
波無効電力源たる進相コンデンサCAPに接続さ
れている。
In addition, separately excited converters SS1, SS2, and SS
The AC side terminal of No. 3 is connected to a phase advancing capacitor CAP, which is a source of high frequency reactive power, via an isolation transformer TRC .

無効電力源の周波数は前記三角結線サイクロコ
ンバータ点弧制御周波数によつて決定され、進相
コンバータCAPがとる進み無効電力とサイクロ
コンバータがとる遅れ無効電力とがちつうど打ち
消し合うようにサイクロコンバータの循環電流が
流れる。
The frequency of the reactive power source is determined by the firing control frequency of the triangularly connected cycloconverter, and the cycloconverter circulates so that the leading reactive power taken by the phase advancing converter CAP and the lagging reactive power taken by the cycloconverter cancel each other out. Current flows.

以上、無効電力源の電圧は最初交流電源から有
効電流をとり入れることによつて確立させ、その
後は当該電圧がほぼ一定になるように、損失分に
相当する有効電力を交流電源から供給すればよ
い。
As mentioned above, the voltage of the reactive power source can be established by first taking in active current from the AC power source, and after that, the active power corresponding to the loss can be supplied from the AC power source so that the voltage becomes almost constant. .

無効電力源の交流電圧を変成器PTOで検出し、
それを整流器Dを介して直流電圧VOとする。検
出電圧VOを第2図の比較器COに入力し、設定電
圧値VO *と比較する。その偏差εO=VO *−VOは制
御補償回路GO(S)を介して、有効電流の波高値
指令Inとなる。制御補償回路GO(S)は通常積分
要素で構成され、前記偏差εOの定常分が零になる
ように制御する。
The AC voltage of the reactive power source is detected by the transformer PTO ,
It is made into a DC voltage V O through a rectifier D. The detected voltage V O is input to the comparator C O shown in FIG. 2 and compared with the set voltage value V O * . The deviation ε O =V O * −V O becomes the peak value command I n of the effective current via the control compensation circuit G O (S). The control compensation circuit G O (S) is usually composed of an integral element, and controls so that the steady-state component of the deviation ε O becomes zero.

前記、波高値指令Inは次の乗算器MLU及び
MLVに入力され、交流電源電圧VU及びVVに同期
した単位電圧の正弦波VU′,VV′と掛け合せられ
る。なお、上記単位電圧正弦波VU′,VV′は電源
端に接続された変成器PTSによつて得られる。
Above, the peak value command I n is given by the following multipliers M U and
It is input to ML V and multiplied by unit voltage sine waves V U ′ and V V ′ synchronized with AC power supply voltages V U and V V . Note that the unit voltage sine waves V U ′ and V V ′ are obtained by a transformer PTS connected to the power supply terminal.

すなわち、乗算器MLU及びMLVの出力は次式
のようになる。
That is, the outputs of the multipliers M U and M V are as shown in the following equations.

IPU=In×VU′=In・sinωst IPV=In×VV′=In・sin(ωst−2〓/3) 次に、加算器A1によつてU相負荷電流検出値
ILUと上記乗算器MLUの出力IPUの反転値−IPUを加
え合せU相補償電流の指令値I* CU=ILU−IPUを求め
る。
I PU = I n ×V U ′ = I n・sinωst I PV = I n ×V V ′=I n・sin (ωst−2〓/3) Next, adder A 1 calculates the U-phase load current. Detected value
Add I LU and the inverted value of the output I PU of the multiplier ML U - I PU to obtain the command value of the U-phase compensation current I * CU = I LU - I PU .

同様に、加算器A2によつてV相角荷電流検出
値ILVと上記乗算器MLVの出力IPVの反転値−IPV
加え合せ、V相補償電流の指令値I*CV=ILV−IPV
求める。
Similarly, adder A 2 adds the V-phase angular load current detection value I LV and the inverted value of the output I PV of the multiplier ML V - I PV to obtain the V-phase compensation current command value I *CV = Find I LV − I PV .

U相補償電流ICUは次のように制御される。 The U-phase compensation current ICU is controlled as follows.

まず、比較器CUにU相補償電流検出値ICUと前
記指令値I* CUを入力し、偏差εU=I* CU−ICUを求め
る。偏差εUを次の制御補償回路GU(S)に入力
し、比列増幅あるいは積分等を行う。制御補償回
路GU(S)の出力eUは、1つは反転増幅器K1及び
加算器A3を介して位相制御回路PH−1に入力さ
れ、もう1つは、直接位相制御回路PH−2に入
力される。ここで説明の便宜上、V相、補償電流
制御回路からの位相入力信号eVは零として話を進
める。
First, the U-phase compensation current detection value ICU and the command value I * CU are input to the comparator CU, and the deviation εU =I * CUICU is determined. The deviation ε U is input to the next control compensation circuit G U (S), and ratio sequence amplification or integration is performed. One of the outputs e U of the control compensation circuit G U (S) is input to the phase control circuit PH-1 via the inverting amplifier K 1 and the adder A 3 , and the other is input to the direct phase control circuit PH- 2 is input. For convenience of explanation, the discussion will proceed assuming that the V phase and the phase input signal eV from the compensation current control circuit are zero.

指令値I* CUが検出値・ICUより大きい場合、偏差
εU=I* CU−ICUは正の値となつて、位相入力信号eU
の値を増加させる。すると、コンバータSS−2、
の出力電圧V2は入力eUに比例して正の電圧を発
生し、コンバータSS−1の出力電圧V1は入力−
eUに比例して負の電圧を発生する。なお、コンバ
ータSS−3の出力電圧V3は、入力eV=0である
ため、零電圧を発生する。従つてV1=−V2、V2
=0となり、補償電流ICU=−ICWは、電圧V2によ
つて、SS2→L1→AL1→TRS→AL3→L3→SS2
の経路で増加し、指令値I* CUに等しくなつて落ち
着く。このとき、V相補償電流ICVは、コンバー
タSS−1の出力電圧V1とコンバータSS−2の出
力電圧V2がつり合つているため、ICV=0となる。
すなわち、V相電流制御系には影響を与えない。
When the command value I * CU is larger than the detected value / I CU , the deviation ε U = I * CU − I CU becomes a positive value, and the phase input signal e U
Increase the value of Then, converter SS-2,
The output voltage V 2 of the converter SS-1 generates a positive voltage proportional to the input e U , and the output voltage V 1 of the converter SS-1 is proportional to the input -
e Generates a negative voltage proportional to U. Note that the output voltage V 3 of the converter SS-3 generates zero voltage because the input e V =0. Therefore, V 1 = −V 2 , V 2
= 0, and the compensation current I CU =-I CW is determined by the voltage V 2 as follows: SS2 → L 1 → AL 1 → TR S → AL 3 → L 3 → SS2
increases along the path of , and settles down to become equal to the command value I * CU . At this time, the V-phase compensation current I CV becomes I CV =0 because the output voltage V 1 of the converter SS-1 and the output voltage V 2 of the converter SS-2 are balanced.
That is, it does not affect the V-phase current control system.

指令値I* CUが検出値ICUより小さくなつた場合も
同様に制御され、最終的にI* CU=ICUとなつて落着
く。
When the command value I * CU becomes smaller than the detected value I CU , control is performed in the same way, and finally I * CU = I CU .

次にV相補償電流ICVの制御動作を説明すると
下記の様になる。
Next, the control operation of the V-phase compensation current ICV will be explained as follows.

比較的CVにV相補償電流検出値ICVとその指令
値I* CUを入力し、偏差εV=I* CU−ICVを求める。偏差
εVを次の制御補償回路GV(S)に入力し、比例増
幅あるいは積分等を行う。制御補償回路GV(S)
の出力eVは、1つは反転増幅器K2を介して位相
制御回路PH−3に入力され、もう1つは加算器
A3を介して位相制御回路PH−1に入力される。
なお、U相補償電流ICUはその指令値I* CUに等しく
制御されている状態を初期条件として話を進め
る。
Input the V-phase compensation current detection value I CV and its command value I * CU to comparative C V and find the deviation ε V = I * CU − I CV . The deviation ε V is input to the next control compensation circuit G V (S), and proportional amplification or integration is performed. Control compensation circuit G V (S)
One of the outputs eV is input to the phase control circuit PH-3 via the inverting amplifier K2 , and the other is input to the adder.
It is input to the phase control circuit PH-1 via A3 .
The discussion will proceed with the initial condition being that the U-phase compensation current ICU is controlled to be equal to its command value I * CU .

指令値I* CUが検出値ICVより大きい場合、偏差εV
は正の値となつて位相入力信号eVの値を増加させ
る。すると、コンバータSS−1の出力電圧V1
入力eVに比例して、正の電圧を発生し、コンバー
タSS−3の出力電圧V3は入力−eVに比例して負
の電圧を発生する。故に、電圧V1によつて、電
流ICVが、SS−1→L2→AL2→TRS→AL1→L1
SS1の経路で流れはじめ、この結果I* CU>ICUとな
り、V2を正方向に増加させ、V1を減少させよう
とする。この結果、W相の補償電流ICWが矢印と
反対方向に流れ、最終的にICU=I* CU、ICV=I* CV
ICW=−ICU−ICVとなつて落ち着く。
If the command value I * CU is larger than the detected value I CV , the deviation ε V
becomes a positive value and increases the value of the phase input signal eV . Then, the output voltage V 1 of converter SS- 1 generates a positive voltage in proportion to the input e V , and the output voltage V 3 of converter SS- 3 generates a negative voltage in proportion to the input -e V. do. Therefore, depending on the voltage V 1 , the current I CV becomes SS−1 → L 2 → AL 2 → TR S → AL 1 → L 1
It begins to flow along the path of SS1, and as a result, I * CU > I CU , increasing V 2 in the positive direction and decreasing V 1 . As a result, the W-phase compensation current I CW flows in the direction opposite to the arrow, and finally I CU = I * CU , I CV = I * CV ,
It settles down as I CW = −I CU −I CV .

I* CV<ICVとなつた場合も同様に制御され、最終
的にI* CV=ICV、I* CU=ICUとなつて落ち着く。
When I * CV < I CV , the control is performed in the same way, and finally I * CV = I CV and I * CU = I CU .

W相の補償電流ICWは上記U相及びの電流制御
の結果、一意的に決定されるので、制御ループを
構成する必要はない。
Since the W-phase compensation current I CW is uniquely determined as a result of the above-mentioned U-phase and current control, there is no need to configure a control loop.

上記コンバータSS1,SS2,SS3の出力電圧
は、過渡的な場合を除けば、V1+V2+V3=0と
なつてつり合つている。
The output voltages of the converters SS1, SS2, and SS3 are balanced as V 1 +V 2 +V 3 =0, except for transient cases.

V1+V2+V3>0とすると、三角結線サイクロ
コンバータの循環電流IOが増加し、逆にV1+V2
+V3<0とすると当該循環電流IOは減少する。
When V 1 +V 2 +V 3 >0, the circulating current I O of the triangular connected cycloconverter increases, and conversely, V 1 +V 2
When +V 3 <0, the circulating current I O decreases.

高周波電源側から見たサイクロコンバータの遅
れ無効電力QCCは上記循環電流IOの大きさに比例
する。
The delayed reactive power Q CC of the cycloconverter seen from the high-frequency power supply side is proportional to the magnitude of the above-mentioned circulating current I O.

第4図は高周波電源側の等価回路を表わしたも
ので、破線で囲まれた部分がサイクロコンバータ
である。前記循還電流IOが増加すると、遅れ無効
電力QCCが増加し、可変インダクタンスLCCの値を
減少させる。故にコンデンサCAPと当該インダ
クタンスLCCによる共振周波数すなわち発振周波
Oは増加する。逆にIOが減少すると、QCCも減
少するので、LCCが大きくなつたよう作用し、発
振周波数Oを低減させる。
FIG. 4 shows an equivalent circuit on the high frequency power supply side, and the part surrounded by the broken line is the cycloconverter. When the circulating current I O increases, the delayed reactive power Q CC increases, causing the value of the variable inductance L CC to decrease. Therefore, the resonance frequency, that is, the oscillation frequency O due to the capacitor CAP and the inductance L CC increases. Conversely, when I O decreases, Q CC also decreases, which acts to increase L CC and reduces the oscillation frequency O.

実際には、上記発振周波数Oが第2図の3相正
弦波発生器PTGの出力周波数O *に一致するよう
に、上記循還電流IOは自動的に決定される。その
原理は次の通りである。
In fact, the circulating current I O is automatically determined so that the oscillation frequency O matches the output frequency O * of the three-phase sine wave generator PTG in FIG. The principle is as follows.

第2図の3相正弦波発生器PTGは、前記位相
制御回路PH−1,PH−2,PH−3に位相基準
を与えるもので、その出力周波数O *は例えば1k
Hz一定となつている。ここで説明を簡単にするた
め、位相制御入力信号eU,eVは一定として考え
る。故にコンバータSS−1,SS−2及びSS−3
の点弧位相角α1、α2及びα3は一定となり出力電圧
V1、V2及びV3を発生している。
The three-phase sine wave generator PTG in Fig. 2 provides a phase reference to the phase control circuits PH-1, PH-2, and PH-3, and its output frequency O * is, for example, 1k.
Hz is constant. Here, to simplify the explanation, it is assumed that the phase control input signals e U and e V are constant. Therefore converters SS-1, SS-2 and SS-3
The firing phase angles α 1 , α 2 and α 3 of are constant and the output voltage
It generates V 1 , V 2 and V 3 .

第5図は3相正弦波発生器PTGの1相分出力
波形と点弧タイミングを示したもので、位相角α1
で制御されている。破線で示す如く高周波電源の
発振周波数Oが上記3相正弦波発生器PTGの出
力周波数O *より低くなつた場合、破線(実電圧)
に対する点弧位相角α1′は実線に対する位相角α1
より進み、コンバータSS−1の出力電圧V1を正
の方向に増加させる。同様、コンバータSS−2,
SS−3の出力電圧V2、V3も増加し、V1+V2
V3>0となる。故に循環電流IOが増加し、第4図
の可変インダクタンスLCCが減少して、発振周波
Oが高くなる。最終的にO *Oになるような
循環電流IOが流れて落ち着く。OO *より高く
なつた場合にはV1+V2+V3<0となつて、IO
減少し、Oが低くなつて、やはりOO *となつ
て落ち着く。
Figure 5 shows the output waveform and firing timing for one phase of the three-phase sine wave generator PTG, and the phase angle α 1
is controlled by. As shown by the broken line, when the oscillation frequency O of the high frequency power supply becomes lower than the output frequency O * of the three-phase sine wave generator PTG, the broken line (actual voltage)
The firing phase angle α 1 ′ for the solid line is the firing phase angle α 1 ′ for the solid line.
The output voltage V 1 of the converter SS-1 increases in the positive direction. Similarly, converter SS-2,
The output voltages V 2 and V 3 of SS-3 also increase, and V 1 +V 2 +
V 3 >0. Therefore, the circulating current I O increases, the variable inductance L CC in FIG. 4 decreases, and the oscillation frequency O increases. Eventually, a circulating current I O flows such that O * = O and settles down. When O becomes higher than O * , V 1 +V 2 +V 3 <0, I O decreases, O becomes lower, and O = O * , which settles down.

すなわち、高周波電源の発振周波数Oは第2図
の3相正弦波発生器PTGの出力周波数O *と等し
くなるように制御される。
That is, the oscillation frequency O of the high frequency power source is controlled to be equal to the output frequency O * of the three-phase sine wave generator PTG shown in FIG.

次に、高周波電源の電圧制御の動作を説明す
る。
Next, the operation of voltage control of the high frequency power supply will be explained.

まず、負荷電流ILU,ILV及びILWが零の場合を述
べる。最初VO=0に対して指令値VO *>0を与え
る。すると、偏差εO=VO *は正の値となつて、有
効電流指令値の波高値Inを増加させる。故に、U
相及びV相の有効電流指令IPU及びIPVが次式のよ
うに与えられる。
First, the case where the load currents I LU , I LV and I LW are zero will be described. Initially, a command value V O * >0 is given for V O =0. Then, the deviation ε O =V O * becomes a positive value and increases the peak value I n of the effective current command value. Therefore, U
The active current commands I PU and I PV of the phase and V phase are given as follows.

IPU=In・sinωt IPV=In・sin(ωt−2π/3) 負荷電流ILU,ILVはともに零であるから、補償
電流指令値は各々、I*CU=−IPU,I*CV=−IPVとな
り、電源から有効電流IPU,IPVをとり入れる。こ
のときW相の補償電流ICWは当然−(ICU+ICV)と
なる。もちろん電源電流ISU=IPU,ISV=IPV,ISW
IPWは3平衡電流となつて無効電力は零である。
I PU = I n・sinωt I PV = I n・sin (ωt−2π/3) Since the load currents I LU and I LV are both zero, the compensation current command values are respectively I *CU = −I PU , I *CV = -I PV , and the effective currents I PU and I PV are taken from the power supply. At this time, the W-phase compensation current I CW naturally becomes -(I CU +I CV ). Of course, the power supply current I SU = I PU , I SV = I PV , I SW =
I PW becomes a three-balanced current and the reactive power is zero.

電源から有効電流を取り入れた結果、そのエネ
ルギーは、高周波電源たる進相コンデンサCPA
に蓄えられ、その電圧VOを上昇させる。このと
き周波数Oは前に述べた如く、3相正弦波発生器
PTGの出力周波数O *に一致する。
As a result of taking effective current from the power supply, the energy is transferred to the phase advance capacitor CPA, which is a high frequency power supply.
is stored in , increasing its voltage VO . At this time, the frequency O is a three-phase sine wave generator, as mentioned earlier.
Matches the PTG output frequency O * .

電圧VOが上昇してきて、その指令値VO *より高
くなると、今度は偏差εOは負の値となつて、波高
値Inを減少させ、さらにはIn<0となる。従つて IPU=−In・sinωt IPV=−In・sin(ωt−2π/3) IPW=(IPU+IPV)=−In sin(ωt+2π/3) となつて、有効電流を交流電源にもどす。故にエ
ネルギーが高周波電源から交流電源にもどつて、
電圧VOは低下する。このようにして、VO *=VO
となつて落ち着く。指令値VO *を変化せれば、そ
れに従つて電圧VOも追従する。
When the voltage V O increases and becomes higher than the command value V O * , the deviation ε O becomes a negative value, and the peak value I n decreases, furthermore, I n <0. Therefore, I PU = −I n・sinωt I PV = −I n・sin (ωt − 2π/3) I PW = (I PU + I PV ) = −I n sin (ωt + 2π/3), and the effective current Return to AC power. Therefore, energy returns from the high frequency power source to the AC power source,
Voltage VO decreases. In this way, V O * = V O
It calms down. If the command value V O * is changed, the voltage V O will follow accordingly.

次に、第3図のベクトル図に示した負荷電流
ILU,ILV,ILWが流れた場合の制御動作を説明す
る。
Next, the load current shown in the vector diagram in Figure 3
The control operation when I LU , I LV , and I LW flows will be explained.

最初VO *=VOとなつているので、偏差εO=VO *
−VOは零となる。故にIPU=IPV=0となり、補償
電流は各々、I* CU=ILU、I* CV=ILVに制御される。す
なわち、負荷電流を全て補償することになる。そ
の結果、高周波電源のエネルギーが減少し、電圧
VOも低下する。すると、εO=VO *−VOは正の値と
なつてInを増加させ、有効電流指令IPU,IPVをふ
やす。故に補償電流は、各々I* CU=ILU−IPU、I* CV
ILV−IPVに制御され、交流電源からは、ISU=IPU
ISV、ISW=−(IPU+IPW)が供給されるようになり、
高周波電源の電圧VOも上昇してきて、VO=VO *
になつて落ち着く。
Initially, V O * = V O , so the deviation ε O = V O *
−V O becomes zero. Therefore, I PU =I PV =0, and the compensation currents are controlled to I * CU = I LU and I * CV = I LV , respectively. In other words, the entire load current is compensated. As a result, the energy of the high frequency power supply is reduced and the voltage
V O also decreases. Then, ε O =V O * −V O becomes a positive value, increases In , and increases the effective current commands I PU and I PV . Therefore, the compensation currents are I * CU = I LU − I PU , I * CV =
Controlled by I LV − I PV , from AC power supply, I SU = I PU ,
I SV , I SW = -(I PU + I PW ) are now supplied,
The voltage V O of the high frequency power supply also increases, and V O = V O *
I get used to it and calm down.

最終的に、交流電源から3相平衡有効電流ISU
ISV,ISWが供給され、補償電流はICU,ICV,ICW
なる。このとき、第3図bに示す如く、ICU+ICV
+ICW=0を満足する。
Finally, from the AC power supply, the three-phase balanced effective current I SU ,
I SV and I SW are supplied, and the compensation currents are I CU , I CV , and I CW . At this time, as shown in Figure 3b, I CU + I CV
+I CW =0 is satisfied.

負荷電流ILU,ILV,ILWが変化した場合も同様に
制御され、VO *=VOとなるように交流電源から3
相平衡電流が供給される。
When the load currents I LU , I LV , and I LW change, they are controlled in the same way, and 3
A phase balanced current is supplied.

第6図は、負荷電流ILUに高調波成分を含む場
合の各部分波形を示すもので、VUはU相電源電
圧、ILUはU相負荷電流、I* CUは相補償電流指令値、
ISUはU相電源電流を表わす。
Figure 6 shows each partial waveform when the load current I LU includes harmonic components, where V U is the U-phase power supply voltage, I LU is the U-phase load current, and I * CU is the phase compensation current command value. ,
ISU represents the U-phase power supply current.

有効電流指令としてIPU=ISUを与えた場合、補
償電流指令値はI* CU=ILU−IPUとなつて、負荷電流
の高調波成分も含めて補償するように指令を与え
る。故に実補償電流ICUが上記指令値I* CUに等しく
なるように制御されることにより、電源電流ISU
は高調波を含まない有効電流成分だけとなる。V
相、W相も同様である。
When I PU = I SU is given as the effective current command, the compensation current command value becomes I * CU = I LU - I PU , and a command is given to compensate for the harmonic components of the load current as well. Therefore, by controlling the actual compensation current I CU to be equal to the above command value I * CU , the power supply current I SU
is only the effective current component without harmonics. V
The same applies to the phase and W phase.

以上は、3交流相電源について説明したが、2
相あるいは6相電源等に対しても同様に適用でき
ることは言うまでもない。
The above explained the 3 AC phase power supply, but 2
Needless to say, the present invention can be similarly applied to phase or six-phase power supplies.

また、高周波電源に進相コンデンサCAPのみ
を接続したが、コンデンサに交流リアクトルを並
列あるいは直列に接続しても同様の動作が可能で
ある。並列リアクルトの場合、循環電流IOは減少
し、直列リアクルトの場合、IOは増加する。
Furthermore, although only the phase advancing capacitor CAP was connected to the high frequency power supply, the same operation is possible by connecting an AC reactor in parallel or series to the capacitor. For parallel reactants, the circulating current IO decreases, and for series reactants, IO increases.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明の電力調整装置は、他励
コンバータだけで、多相交流電源の平衡化を行
い、負荷電流高調波を補償し、電源力率=1とす
ることができる。しかも従来装置に比較し、他励
コンバータの台数を半分にすることができ、シス
テムの小形軽量化を図ることができる。
As described above, the power adjustment device of the present invention can balance a multiphase AC power supply, compensate for load current harmonics, and set the power source power factor to 1 using only a separately excited converter. Furthermore, compared to conventional devices, the number of separately excited converters can be halved, making it possible to reduce the size and weight of the system.

また、高周波電源の電圧偏差に応じて3相平衡
化有効電流の指令値としているため、特別な電力
演算装置は必要なく、しかも速応性にすぐれた電
力調整装置を提供することができる。
Further, since the command value of the three-phase balanced effective current is determined according to the voltage deviation of the high-frequency power source, a special power calculation device is not required, and a power adjustment device with excellent quick response can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の電力調整装置の実施例を示す
主回路構成図、第2図は、第1図の装置の制御回
路を示すブロツク図、第3図a,bは、第1図の
装置の動作を説明するための電圧、電流ベクトル
図、第4図は、第1図の装置の動作を説明するた
めの等価回路図、第5図は、同じく点弧タイミン
グ図、第6図は、同じく第1図の装置の動作を説
明するための電圧電流波形図である。 U,V,W……3相交流電源、Load……3相
不平衡低力率負荷、TRS……電源トランス、
AL1,AL2,AL3……交流リアクルト、L1,L2
L3……直流リアクルト、SS1,SS2,SS3……
他励コンバータ、TRC……絶縁トランス、CAP
……進相コンデンサ、PTS,PTO……変成器、
CT1〜CT6……交流器、D……整流回路、CO
CU,CV……比較器、A1,A2,A3……加算器、GO
(S),GU(S),GV(S)……制御補償回路、
MLU,MLV……乗算器、K1,K2……反転増幅
器、PH−1,PH−2,PH−3……位相制御回
路、PTG……3相正弦波発生器。
FIG. 1 is a main circuit configuration diagram showing an embodiment of the power adjustment device of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a control circuit of the device in FIG. 1, and FIGS. 4 is an equivalent circuit diagram for explaining the operation of the device in FIG. 1, FIG. 5 is an ignition timing diagram, and FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the device. FIG. 2 is a voltage and current waveform diagram for explaining the operation of the device shown in FIG. 1. FIG. U, V, W...3-phase AC power supply, Load...3-phase unbalanced low power factor load, TR S ...Power transformer,
AL 1 , AL 2 , AL 3 ... AC reactor, L 1 , L 2 ,
L 3 ...DC reactor, SS1, SS2, SS3...
Separately excited converter, TR C ...Isolation transformer, CAP
... Phase advance capacitor, PT S , P O ... Transformer,
CT 1 to CT 6 ... AC generator, D ... Rectifier circuit, C O ,
C U , C V ... Comparator, A 1 , A 2 , A 3 ... Adder, G O
(S), G U (S), G V (S)...control compensation circuit,
ML U , ML V ...multiplier, K1 , K2 ...inverting amplifier, PH-1, PH-2, PH-3...phase control circuit, PTG...3-phase sine wave generator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 多相交流電源と、コンデンサあるいはコンデ
ンサと交流リアクトルから構成される高周波無効
電力源と、該高周波無効電力源に絶縁トランスを
介して交流側端子を接続し、かつ直流側端子を直
流リアクトルを介して一方向の循環電流が流れる
ように構成した少なくとも3台の交直電力変換器
からなるコンバータと、前記多相交流電源と前記
コンバータの直流側端子の間に介在する交流リア
クトルとからなり、前記高周波無効電力源の電圧
検出値と指令値との偏差に応じて、前記多相交流
電源から供給される多相平衡化電流の指令値を与
えることを特徴とする電力調整装置。
1. A high-frequency reactive power source consisting of a polyphase AC power supply, a capacitor or a capacitor and an AC reactor, an AC side terminal connected to the high frequency reactive power source via an isolation transformer, and a DC side terminal connected via a DC reactor. a converter consisting of at least three AC/DC power converters configured to allow a unidirectional circulating current to flow; and an AC reactor interposed between the multiphase AC power supply and the DC side terminal of the converter, A power adjustment device characterized in that a command value of a multiphase balanced current supplied from the multiphase AC power source is given according to a deviation between a voltage detection value of a reactive power source and a command value.
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