JPH09294380A - 偏磁抑制制御装置 - Google Patents

偏磁抑制制御装置

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JPH09294380A
JPH09294380A JP8106828A JP10682896A JPH09294380A JP H09294380 A JPH09294380 A JP H09294380A JP 8106828 A JP8106828 A JP 8106828A JP 10682896 A JP10682896 A JP 10682896A JP H09294380 A JPH09294380 A JP H09294380A
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Mikiya Nohara
幹也 野原
Shigeta Ueda
茂太 上田
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】あらゆる変換器の運転状態においても、変圧器
偏磁による過電流を瞬時に抑制できる偏磁抑制制御装置
を提供すること。 【解決手段】変換器交流出力電圧の直流成分を検出する
手段と、変圧器二次電流の微分値の極性を検出する手段
と、直流成分の極性と変圧器二次電流の極性または微分
値の極性に応じて、変換器交流出力電圧の直流成分の補
正ゲインを可変とする手段とを設ける。 【効果】補正ゲインを大きくすることにより電流の極性
によってはかえって過電流となるようなことがなく、変
換器交流出力電圧に直流成分が重畳される事によって起
きる変圧器偏磁による過電流を瞬時に抑制することが可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流出力を変圧器
を介して交流電源に接続して使用する大容量電力変換器
において、変圧器の偏磁による過電流を抑制する偏磁抑
制制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電力変換器容量の増加や高調波低減の目
的から電力変換器の交流出力を変圧器を介して電源に接
続する場合がある。電力変換器の変圧器の偏磁による過
電流を抑制する偏磁抑制制御の例として、平成7年電気
学会全国大会講演論文集1378「電圧形自励式変換器の新
しい偏磁抑制制御とその実証試験結果」に記載される技
術がある。この技術では、偏磁抑制制御として、電力変
換器の交流出力電圧の直流成分を補償する直流電圧補正
制御を使用している。この直流電圧補正制御は変換器出
力電圧に重畳される直流成分を補償して、変圧器の偏磁
を抑制する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来技術
では直流電圧補正制御の変換器の運転状態による影響が
考慮されていない。系統異常時の応答を良くするために
は補正ゲインを大きくすると効果的である。しかし、電
流の状態によっては、あまり補正ゲインを大きくすると
かえって過電流となる場合があるためにあまり補正ゲイ
ンを大きくすることができない。
【0004】本発明の目的はあらゆる変換器の運転状態
においても、変圧器偏磁による過電流を瞬時に抑制でき
る偏磁抑制制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、変換器交流出力電圧の直流成分の極性と変
圧器の変換器側電流の極性または微分値の極性に応じて
補正ゲインを可変とする手段を備えたことにある。
【0006】本発明によれば、変圧器交流出力電圧の直
流成分の極性と変圧器の変換器側電流の極性または微分
値の極性に応じて補正ゲインを可変とする事により、系
統事故時の変圧器偏磁による過電流を瞬時に抑制でき
る。
【0007】
【発明の実施の形態】図1に本発明の第1の実施例の構
成を示す。本実施例は電力変換器1が三相電力変換器の
場合であるが、簡略化のため、一相についてのみ説明す
る。1は半導体スイッチング素子で構成される三相の電
力変換器であり、駆動信号GP により運転する。2は変
圧器であり、一次側を三相交流電源に接続し、二次側を
変換器交流出力に接続する。3は三相交流電源である。
【0008】5は電流検出回路、6は電圧検出回路であ
る。それぞれ、変圧器の変換器側電流(以下、変圧器二
次電流と呼ぶ)i,変換器側電圧vI を検出する。
【0009】7は偏磁抑制制御装置である。電圧検出回
路6で検出したvIの直流成分vIDCを直流成分検出手段
71によって求める。vIDC は例えば(数1)に示すよ
うに現在の時刻tまでの三相交流電源の過去一周期
(T)分の平均値を求めることで求まる。
【0010】
【数1】
【0011】直流成分と変圧器二次電流の状態判別手段
72ではvIDC とiを入力して信号SIGを出力する。
【0012】図2は電圧補正値と電流の状態判別手段7
2の動作を説明する図を示す。Δiを得る手段721に
電流iを入力してΔiを得る。722はΔiの極性を求
める手段でありΔi≧0なら“1”をΔi<0なら
“0”を出力する。723はvIDCの極性を求める手段
でありvIDC≧0なら“1”をvIDC<0 なら“0”を
出力する。722と723の出力を論理回路724に入
力して信号SIGが得られる。ΔiとvIDCの状態によ
るSIGの出力を表1に示す。
【0013】
【表1】
【0014】図3はΔiを得る手段721の詳細図であ
る。(a)はiの微分値を演算しΔiとする。(b)は
iをフィルタを通したあと微分値を演算しΔiとする。
【0015】(c)はiの微分値を演算した後、フィル
タを通しΔiとする。(b)および(c)ではフィルタ
を通すことによりiが脈動している場合でも安定した出
力Δiが得られる。(d)はiの値をそのままΔiとす
る。(e)はiをフィルタを通してΔiとする。(e)
ではフィルタを通すことでiが脈動している場合でも安
定した出力Δiが得られる。
【0016】こうして得られた信号SIGにより、補正
ゲイン可変手段73で補正ゲインを変化させ、直流成分
IDCに変化させた補正ゲインを乗じて電圧補正値vC
得る。出力電圧指令値補正手段74にvCを入力し出力
電圧指令値vrefを補正し、補正された出力電圧指令値
ref′ を得る。図3を用いて出力電圧指令値補正手段
74を説明する。出力電圧指令値vref は図4(1)に
示す正弦波である。補正された出力電圧指令値vref
は図4(2)に示すように電圧補正値vCを負のオフセ
ット値とした波形となる。
【0017】変換器駆動回路4では、補正された出力電
圧指令値vref′ を入力し、三相電力変換器1を駆動す
る信号GP を出力する。図5に変換器駆動回路4のPW
M制御動作の一例を示す。vref′と搬送波eCの大小を
比較し、vref′≧eCの時はGP をHighレベル、
ref′<eCの時はGPをLowレベルとし、これらを出力
する。この時の出力相電圧は補正された分、平均電圧と
して破線で示したような直流成分が重畳した波形とな
る。図5において、Ed は変換器直流電圧である。
【0018】次に、図6,図7を用いて本実施例の動作
原理を説明する。今、ディジタル制御を行っている場合
を考え、演算周期をTS とする。以下、Δiとしてiの
微分値を使用することとし、電流iが上昇中の場合につ
いて説明する。
【0019】図6(a)は補正ゲインを変化させない時
の動作である。補正値vC は直流分vIDCに一定の補正
ゲインを掛けた値である。図のようにvIDCが負の値の
方向に拡大していった時、vC により出力電圧は電流を
増加させる方向に補正される。iは上昇中であるので、
補正しない場合より補正した場合の方が電流が大きくな
り、補正ゲインがあまり大きいと、かえって過電流とな
ってしまう恐れがある。そこで図6(b)に示すよう
に、補正ゲインに信号SIGを乗じて変化させれば、直
流分vIDCが負でかつ変圧器二次電流iが上昇中には補
正値vCを“0”にして過電流となることを防ぐ。
【0020】図7は図6とは逆に直流分vIDC が正の値
の方向に拡大していった場合を示す。この時補正値vC
によって電圧を補正すれば電流を減少させる方向に補正
されるので、偏磁による過電流を抑制できる。
【0021】本実施例によれば、変圧器二次電流が上昇
中であれば電流を増大する方向の補正を行わず、逆に下
降中であれば電流を減少させる方向の補正を行わないの
で電流の絶対値の増大を抑制できるため、補正ゲインを
大きくすることができ、変換器出力電圧に直流成分が重
畳されることによって発生する変圧器偏磁による過電流
を瞬時に抑制する事ができる。また、iの値をそのまま
Δiとして使用する場合でも同様の効果が得られる。
【0022】図8は本発明の第2の実施例の構成を示
す。本実施例では、第1の実施例における出力電圧指令
値vrefを変圧器二次電流の指令値irefを制御すること
によって求める電圧制御回路8を備えている。8として
は、例えば変圧器二次電流の検出値iと指令値iref
偏差を0にする比例積分制御を行うものなどがある。第
1の実施例では変圧器二次電流の検出値の状態で補正ゲ
インを変化させていたのに対し、本実施例では変圧器二
次電流の指令値の状態で補正ゲインを変化させる所が異
なる以外は全て第1の実施例と同様の動作をする。
【0023】本実施例によれば、状態を判定するのに検
出値に比べて脈動成分の少ない変圧器二次電流の指令値
を使用することで安定した信号SIGを得ることができ
る。図9に本発明の第3の実施例の構成を示す。本実施
例は、第1の実施例とは変圧器の交流電源側の電流(以
下、変圧器一次側電流と呼ぶ)の状態に応じて補正ゲイ
ンを変化させる所が異なる以外は全て同様の動作をす
る。電流検出器5は変圧器一次電流を検出し、これを電
流の状態を判定する手段72に入力する。
【0024】本実施例によれば、電流の状態を判定する
のに変圧器一次電流を使用するため、例えば多重電力変
換システムに適用した場合、多重数がいくらであっても
電流検出器は電源相数分で済み、装置の小型化を図れ
る。
【0025】図10に本発明の第4の実施例の構成を示
す。本実施例は、第3の実施例における出力電圧指令値
refを変圧器一次電流の指令値irefを制御することに
よって求める電圧制御回路8を備えている。8として
は、例えば変圧器一次電流の検出値iと指令値iref
偏差を0にする比例積分制御を行うものなどがある。本
実施例は第3の実施例では変圧器一次電流の検出値の状
態で補正ゲインを変化させていた所を変圧器一次電流の
指令値の状態で変化させる所が異なる以外は全て第3の
実施例と同様の動作をする。
【0026】本実施例によれば、状態を判定するのに検
出値に比べて脈動成分の少ない変圧器一次電流の指令値
を使用することで、安定した信号SIGを得ることがで
きる。
【0027】図11に本発明の第5の実施例の構成を示
す。本実施例は第1の実施例を多重変換システムに適用
した例である。m台の単位電力変換器11〜1mの交流
出力を多重変圧器21〜2mを介して交流電源に接続す
る。変圧器21〜2mは二次側は各単位電力変換器11
〜1mの交流出力に接続され、一次側は多重接続して三
相交流電源3に接続される。
【0028】偏磁抑制制御装置7では各電力変換器毎に
出力電圧vI1〜vImと変圧器二次電流i1〜imを検出
し、出力電圧の直流成分の極性と電流の微分値の極性に
応じて、補正ゲインを単位変換器で個別に変化させる。
偏磁抑制制御装置7では、電圧指令値vrefの単位変換
器毎に補正された電圧指令値vref1′〜vrefm′ を出
力する。駆動回路41〜4mは各単位変換器毎の駆動信
号GP1〜GPmを出力する。本実施例によれば、各単位変
換器毎に個別に直流電圧成分を補正することで、複数台
の変圧器の偏磁を個別に抑制できる。
【0029】図12に本発明の第6の実施例の構成を示
す。上記第1〜第5の実施例では補正ゲインを“0”ま
たはある一定の値で切り換えたが、本実施例は補正ゲイ
ンを連続的に変化させる場合の例である。図12では、
図1における偏磁抑制制御装置7に補正ゲインを連続的
に変化させる手段75を加えてある。75以外の他の部
分は第1の実施例と同様の動作をする。
【0030】補正ゲインを連続的に変化させる手段75
の動作を図13を用いて説明する。まず、751によっ
て電流検出値iの微分値Δiを求める。次に752では
Δiの絶対値|Δi|が0の時に補正ゲインKGを0と
し、|Δi|が0から大きくなるにつれてその大きさに
応じてKGを増加させ、ある任意の値KG1でKGを飽
和させる。
【0031】第2〜第5の実施例においても、補正ゲイ
ンを連続して変化させる手段75を用いることができ
る。この場合、第2の実施例および第4の実施例ではΔ
iを電流指令値iref の微分値とする。
【0032】本実施例によれば補正ゲインを電流の変化
量に応じて変化させるため、電流の変化量が大きく変圧
器偏磁の影響が大きい場合には補正ゲインを大きくして
変圧器偏磁による過電流を瞬時に抑制し、電流の変化量
が小さく変圧器偏磁の影響が小さい場合には補正ゲイン
を小さくして安定した運転ができる。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、変換器出力電圧の直流
成分の補正を、変圧器電流が上昇中の時には電流を増加
させる方向の補正を行わず、電流が下降中の時には電流
の減少する方向の補正を行わないことにより、補正ゲイ
ンを大きくすることによってかえって過電流になるよう
な弊害を避けることができ、変換器出力電圧に直流成分
が重畳されることによって発生する変圧器偏磁による過
電流を瞬時に抑制する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の構成を示す図。
【図2】直流成分と変圧器二次電流の状態を判別する手
段72を説明する図。
【図3】Δiを得る手段721を説明する図。
【図4】出力電圧指令値を補正する手段74を説明する
図。
【図5】駆動回路4の一例を示す図。
【図6】第1の実施例の原理を示す図。
【図7】第1の実施例の原理を示す図。
【図8】第2の実施例の構成を示す図。
【図9】第3の実施例の構成を示す図。
【図10】第4の実施例の構成を示す図。
【図11】第5の実施例の構成を示す図。
【図12】第6の実施例の構成を示す図。
【図13】補正ゲインを連続的に変化させる手段75の
動作を説明する図。
【符号の説明】
1…三相電力変換器、2…変圧器、3…三相交流電源、
4…変換器駆動回路、5…電流検出回路、6…電圧検出
回路、7…偏磁抑制制御装置、8…電圧制御回路。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流側を変圧器を介して交流電源に接続
    し、交流を直流または直流を交流に変換する電力変換器
    の、前記変圧器の偏磁による過電流を抑制する偏磁抑制
    制御装置において、 該電力変換器の交流出力電圧の直流成分を検出する手段
    と、該直流成分に補正ゲインを乗じた値を前記電力変換
    器の出力電圧指令値の直流成分補正値として、前記交流
    出力電圧の直流成分を補正する手段と、前記変圧器の変
    換器側電流に応じて前記補正ゲインを可変とする手段と
    を設けたことを特徴とする偏磁抑制制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記出力電圧指令値を
    前記変圧器の変換器側電流指令値の制御によって求める
    手段と、前記電流指令値に応じて前記補正ゲインを可変
    とする手段とを設けたことを特徴とする偏磁抑制制御装
    置。
  3. 【請求項3】交流側を変圧器を介して交流電源に接続
    し、交流を直流または直流を交流に変換する電力変換器
    の、前記変圧器の偏磁による過電流を抑制する偏磁抑制
    制御装置において、 該電力変換器の交流出力電圧の直流成分を検出する手段
    と、該直流成分に補正ゲインを乗じた値を前記電力変換
    器の出力電圧指令値の直流成分補正値として、前記交流
    出力電圧の直流成分を補正する手段と、前記変圧器の交
    流電源側電流に応じて前記補正ゲインを可変とする手段
    とを設けたことを特徴とする偏磁抑制制御装置。
  4. 【請求項4】請求項3において、前記出力電圧指令値を
    前記変圧器の交流電源側電流指令値の制御によって求め
    る手段と、該電流指令値に応じて前記補正ゲインを可変
    とする手段とを設けたことを特徴とする偏磁抑制制御装
    置。
  5. 【請求項5】請求項1から請求項4において、前記交流
    出力電圧の直流成分の極性と前記変圧器の変換器側電流
    の検出値または指令値もしくは前記変圧器の交流電源側
    電流の検出値または指令値の極性により、前記補正ゲイ
    ンを可変とする手段を設けたことを特徴とする偏磁抑制
    制御装置。
  6. 【請求項6】請求項1から請求項4において、前記交流
    出力電圧の直流成分の極性と前記変圧器の変換器側電流
    の検出値または指令値もしくは前記変圧器の交流電源側
    電流の検出値または指令値の微分値の極性により、前記
    補正ゲインを可変とする手段を設けたことを特徴とする
    偏磁抑制制御装置。
  7. 【請求項7】請求項1から請求項6において、前記電力
    変換器は三相電力変換器であり、変圧器の変換器側電流
    に応じて三相個別に前記補正ゲインを可変とする手段を
    設けたことを特徴とする偏磁抑制制御装置。
  8. 【請求項8】複数の単位電力変換器を該単位電力変換器
    の交流出力を変圧器を介して多重化し、交流電源に接続
    した多重電力変換システムにおいて、 請求項1〜請求項7に記載の偏磁抑制制御装置を、前記
    各単位電力変換器毎に適用したことを特徴とする多重電
    力変換システム。
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