JPS5959083A - 自励式電力変換装置の起動方式 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、他の交流電源と連糸運転される交流連系シス
テムに係り、特に起動時間の短縮化を図り、所定の電力
制御への応答を改善するに適した自励式電力変換装置の
起動方式に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

従来、異なる系統の交流電源を並列運転するには無効電
力の偏差で谷交流電源間の電圧差を、有効電力の偏差で
各交流電源間の位相差をそれぞれ制御することが知られ
ている。インバータ装置に代表される直流−交流〜、力
笈換装置と電力系統を連系する場合は電力系統は制御で
きないので変換装置に自励式電力変換装置（以下電力変
換装置と略す）を用いて有効電力、無効電力を制御する
方法が採用される。このような電力変換装置の起動方法
としては従来電力変換装置と交流を源の間に設けられた
開閉器あるいはしゃ断器（以Ｆ開閉器に代表する）を開
としておぎ、電力変換装置を起動し、出力電圧制御が所
定の動作に達した後、電力変換装置と父流亀諒の電圧位
相が同期している条件で開閉器を閉とし、電力変換装置
と交流電泥を理系運転した後、所定の電力副側］をする
よう構成される。第１図にその従来例を示す。

図中、Ｉは直流電源で、直流電源１の直流出力は電力変
換装置２により交流に変換され、変圧器３により所定の
電圧に変換され、開閉器４を介して電力系統５へ接続さ
れる。

制御回路１００にあっては［庄基準２Ｉと電力変換装置
２の変圧器３の２？′に検出電圧１２とを比較し、その
偏差２５ａは切替スイッチ２５を介して誤差増幅器２４
へ印加される。無効電力基準２２と無効電力検出回路２
３の出力を比較し、その偏差２５ｂは切替スイッチ２５
を介して誤差増幅器２４に印加され、誤差増幅器２４の
出力は電圧制御回路２６の入力となっている。同様に、
上動電力基準３）と鳴動電力検出回路３２の出力を比較
し、その偏差３３ａは誤差増幅器３３０入力へ与えられ
、誤差増幅器３３の出力はフェーズロックループ（ｐｈ
ａｓｅ　１ｏｃｋｅｄｌｏｏｐ　）いわゆるＰＬＬ回路
３４の１つの入カイ　となっている。３５は分周器でｌ
）　Ｌ　Ｌ回路３４の出力周波数を分周し、その出力は
ＰＬＩ。

回路３４の他の１つの入力　ハ　となる。ＰＬＬ回路３
４の他の１つ、の入力　ロ　には電力系統検出電圧１３
が位相基準として与えられる。

ここでＰＬＬ１ａｌ路３４は周知の回路であるが、簡単
に説明する。第２図はＰＬＬ回路３４のブロック図の１
例であり、ＰＬＬ回路３４の構成は位相誤差検出器Ｐ　
）４　ＪＪ　、低減沢波器１．　ｌ’　Ｆそして電比制
御発振器■ＣＯから構成される。

これ等各太素の概要を玩明すると、位相誤差検出器Ｐ　
ＨＤは位相基準信号口　と位相帰還信号・ごとの位相差
に比例した信号二を発生する。この位相差に比例した信
号′二′が低域ｆ波器ＬＰＦの入力となり、この低域１
波器Ｌ　Ｐ　Ｆで高調波成分を除去すると共に、位相誤
差を増幅する。そして電圧制御発振器■ＣＯは低域沢波
器ＬＰＦの出力ホ′に比例した周汲数を出力し、この電
圧制御発＆器ＶＣＯの出力へは、分周器３５へ接続され
る。分周器３５の段数をＮとすれば、電圧制御発振器ｖ
ＣＯの発振周波数は位相基準信号口　のＮ倍となる。こ
こでＮは電力変換装置Ｉのインバータ回路の相数により
、任意の整数に選ばれる。分周８Ｊ３５の出力は位相誤
差検出器ｐ　ｉｔ　ｕの位相帰還信号ハ　となって〜・
るので、電圧副側［発振益Ｖ　ＣＯの共振との位相が一
致するように自動制御される。ここでＰＬＬ回路３４の
１つの入カイ　の働きは、低域Ｐａ器１．　Ｐ　１”へ
信号を与えることになり位を任意に設定可能となる。

再び第１図に戻り、その動作の説明を行うと、ＰＬＬ回
路３４の位相基準信号口　としては電力系統５０位相が
印加されているので、Ｐ　Ｌ　Ｌ回路３４の出力周波数
は電力系統５の位相と同期し、従って電力変換装置２の
位相も電力系統５０位相と同期している。開閉器４が開
の；に態ではスイッチ２５は偏差２５ａを選択しており
、電力変換装置２の出力電圧１２が電圧基準２１に等し
くなるよう目動制御される。また、誤差増幅器３３の入
出力はスイッチ３６で短絡されており、有効電力の偏差
３３ａによる？に力変換装置２の位相を開側Ｊする鳴動
１ｔｌ、力制御回路は形成されていない。次に開閉器４
ケ閉の状態にすると、切換スイッチ２５は偏差２５ｂを
選択し電力変換装置２の無効電力が無効−力恭準２２に
等しくなるよう、電力変換装置２の出力電圧が自即Ｊ市
り徊」される。

又、開閉器４を閉の状態にすると同時に、スイッチ３６
が開き、誤差増幅器３３の入出力の短絡が解除され、電
力変換装置２のイｊ効電力が鳴動電力基準３１と等しく
なるよう′電力変換装置２の電圧位相が自動制御］され
る。この′電力変換装置２の起動にあたっては開閉器４
を開としておき、電力変換装置２に起動指令が与えられ
ると電圧基準２１あるいは誤差増幅器２４に設けられた
図示されない制御系のソフト起如１指令により電力変換
装置２の出力電圧か徐々に立ち上がるようなソフト起動
方式がとられる。このソフト起動は変圧器３の電圧印加
時の突入電流を抑えると同時に電力変換装置２のフィー
ドバックルーズの確立に必要な機能である１゜この起動
時のタイムチャートを第３図にボす。図中ＴＩが出力電
圧のソフト起動時間である。出力ＩＬ川が確立すると電
力変換装置２と電力系統５のそれぞれの電圧位相が同期
したことを図ボされない同期検定器により確認した後、
開閉器４に投入指令を与え。連系運転がされる。この鎌
、連系時の電力蓋の急変を抑えるための電力ｆｌ＋！Ｉ
　ｆｉｌｉｔ糸のソフト起動の時間Ｔ４の後、所定の電
力ｆｌｉ制御が行われる。

図中、Ｔ２は同期の確認時間、′■゛３は開閉器４に投
入指令が与えられた後、投入が完了するまでの操作時間
である。

一般的には、図中、出力電圧のソフト起動時間１゛１は
０．３秒程度、同期確認時間′↓゛雪は０．１程度屋、
開閉器操作時間Ｔ３は０．２秒程度、電力制御系ソフト
起動時間′１゛４は０．５秒程度である。

〔背景技術の問題点〕

従って従来の起動力式では電力変換装置２に起動指令が
与えられても、Ｆ９［定の電力制御を行うまでに要する
時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４　）は１．１秒程度を要
してしまう欠点かあった。

又、この欠点を避けるため起動指令を与えてかも所定の
電力制御を行うまでの時間σ）短縮化を図るため、電力
変換装置２をあらかじめ無負荷運転の状態とし、電力系
統５と同期運転をさせておいて、開閉器４０投入（ｂ今
により、連糸運転をさせる方式が考えられる。こσ）方
式は第３図にボす開閉器４の操作時間Ｔ３と′電力制御
系のソフト起動時間′ｌ゛４の時間で爵むためＨ１定の
電力制御を行うまでに要する時間は０．７秒程度である
が、開閉器４０投入指令が与えられるまでの間、電力変
換装置Ｍ、２は無負荷運転をしているため、直流電源ｌ
は電力変換装置２の無負荷損失分の電力を無駄に損失し
でしまう欠点を生じる。

〔発明の目的〕

本発明の目的はこの点にがんかみ他の交流電源と連糸運
転される交流連系システムにおいて連系運転前における
電力変換装置２の無負荷損失もなく、電力変換装置２の
起動時間と、交流＄１．との連糸するまでに要する時間
の短縮を行い、所定の電力制御の応答時間を改善するこ
とができる自励式電力変換装置の起動方式を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は、前述の目的を達成するために、自励式電力変
換装置のゲートをブロックした状態で連系用しゃ断器を
弁して他の又派亀諒と連系しておぎ、直流電源と他の交
流電源のそれぞれの電圧からゲートデブロック時自励式
電力変換装置の出力電圧が所望の値となるよりなｆｌｊ
ｌＪ御角を算出し起動指令と同時にゲートをデブロック
することにより自励式電力変換装置を起動するようにし
たこと′を特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第４図に示す一実施例によって説明する
。第４図で第１図と四狗号のものは同一機能のものであ
る。第４図で第１図と異なる点は第１図の電圧基準２ノ
と電力変換装置２の変圧器３の２次検出亀圧１２とを比
較し、その偏差２５ａと、無効電力基準２２と無効電力
検出回路２３の出力を比較し、その偏差２５ｂが切替ス
イッチ２５を介して誤差増幅器２４に印加され、誤差増
幅５２４の出力が電圧開側］回路２６の一つの入力とな
っているのに対し、第４図では直流電圧検出回路４１０
山カイぎ号４Ｊａと電力系統検出奄王１３とを入力とづ
る閾坤１回路４２の出力信号４２ａと、又無効′「ム、
力基準２２と無効電力検出回路２３の出力とを比較し、
その偏差２５ｂは誤差増幅器２４に印加され、誤差増幅
器２４の出力信号２４ａが切替スイッチ４４を介して、
アナログ記憶回路４３に与えられ、アナログ記憶回路４
３の出力信号４３ａが電圧制御回ｌｌｉ！２６の一つの
入力となっている点である。

すなわち、第４図において直ηＬ’ｆｈ源Ｉの直流電圧
を直流電圧検出回路４１で検出し、その出力信号４１ａ
と電力系統検出を圧１３から電力変換装置２の出力電圧
パルス「１ｊを決定１−るためのアナログ輩を演算して
出力する演算回＃！１４２を設けておく。この演算回路
４２の出力信号４２ａを電圧制御回路２６に入力するこ
とにより、直流電比と′電力系統電圧に悪した電力変換
装置２のパルス巾を決定できるため従来のような電圧フ
ィードバックループを必要としない。

又変圧器３は電力変換装置２の起動前にあらかじめ、開
閉ｊ器４を投入し電力系統５の血圧で励磁をかけておく
ことにより突入枇ｂ口、を防止できる。ここで電力変換
装置２を構成する自励式インバータのパルス巾と出力電
圧との関係は周知のことであるが、簡単に説明する。イ
ンバータの出力′電圧を所定の埴に１ｔｊｌＪ　ｌ′ｔ
ｉ１するための手段の一つとして、１ンバータの出力パ
ルス幅を制御する方法がある。インバータのパルス幅１
０す御を単相インバータでかつ、サイリスク等の電子ス
イッチを接点におきかえ簡略化した第５図で説明する。

図中７０は第４の直流′電源であり、８１〜８４はサイ
リスク等の電子スイッチ（以下スイッチと称す）、８５
は第４図で変圧器３以住の回路でインバータの負向とな
るものであり、９１．９２はそれぞれ端子である。スイ
ッチ８ノとスイッチ８２、又はスイッチ８３とスイッチ
８４はそれぞれ１８０°の期間交互に開閉を行うもので
スイッチ８ノとスイッチ８３が閉とすると、スイッチ８
２とスイッチ８４は開の状態となる。この状態では端子
９１と端子９２は共に直流電源７０と等しい電位となる
ため端子９１と端子９２０間の電位は苓で負荷８５には
電圧が印加されないことになる。又、スイッチ８１とス
イッチ８４が閉でスイッチ８２とスイッチ８３が開とす
ると端子９１と端子９２の間の電圧は端子９２に対して
端子９ノが正で直流電源７０に等しい電圧が印加される
ことになる。スイッチ８ノに約してスイッチ８３を１８
０遅らせて開閉するとすれば、第６図（ａ）に示される
ような電圧波形が負荷８５に印加されることになる。叉
、スイッチ８１に対してスイッチ８３を開閉させるタイ
ミング、すなわち制御角ｒを変化させると負荷８５に印
加される電ＥＥ波形が第６図（ａ）〜（ｅ）に示され罵
るよう変化する。このようにスイッチ８１〜８４の開閉
のタイミングによりインバータの出力＠上を１問掛する
ことをパルス幅１ｉｌＪ　（１１−１という。すなわち
、直流電源７０の電圧が変化してもスイッチ８１に対し
てスイッチ８３を開閉させる制御角γ馨自動制御するこ
とにより、負荷電圧を所定の憧に保つことができる。こ
の直流電源７０の電圧なＥｄ　　とし、制御角γによる
端子９１．９２間の端子間電圧ｅの関係を示すと、 なる関数で表わされる。このうち基本波のみをとり出し
たと′１″ると ６−」匹ｓｉｎ　Ｌ（：、００ｗｔ π　　２ この実効値は 端子間電圧ｅを電力系統検出電圧１３の検出電圧Ｅａｃ
に等しく制イ１１するには制御角γは上式より で表わされる。すなわち、直流′電圧と電力系統電圧か
ら電力変換装置２のパルス幅を決定することができる。

この副側［角γと直流電圧、電力系統電圧の関係が示す
演算回路４２の一具体例を第８図に示す。すなわち、電
力系統検出電圧１３と直流電圧検出回路４Ｉの出力信号
４１ａを除算回路５Ｉに入力し、電力系＠、検出電圧１
３の検出電圧ＥａＣを直流検出電圧Ｅｄｃで割算した結
果を定数回路５２でθ「定の定数を捌けて５ｉｆｔ−’
回路５３で５１１１　　のび所を１′る。コノ＠算結果
を電圧換算回路５４で制御の所定の電圧レベルに比例換
算し、出力信号４２ａが得られる。

再び第４図に戻り、その動作の祝り］を行うと、電力変
換装置２の起１ｊ前にあらかじめ、開閉器４を投入し、
変圧器３を励磁した状態としておぎ電力変換装置２のゲ
ートをブロックしておく。

この時起動指令と同時に、ゲートをデブロックし、直流
電圧検出回路４ノの出力信号４１ａと寛力系統検出亀圧
１３とから故算回ｗ５４２で演算された制御角γで電力
変換装置ｊＭ、２を起動ずれは変圧器３の突入を流もな
く電力変換装置２の出力電圧を瞬時に立ち上げることが
できる。この起動時のタイムチャートを第７図に示す、
すなわち、電力変換装置２の起動指令が与えられて所定
の電力制御を行うまでに要する時間は電力制御系のソフ
ト起動時間Ｔ４のみでこの時間は０，５秒程度である。

電力変換装置２が起動完了すると同時に切替スイッチ４
４を切り替え、第１図の従来例同様、無効電力基準２２
と無効電力検出回路２３０偏差２５ｂを誤差増幅器２４
の入力とし、その出力信号２Ｊａをアナログ記憶回路４
３を弁して電圧制御回路２６の入力とすることにより無
効電力制御を行うことができる。図中アナログ記憶回路
４３は周知のサンプルホールド回路等によるアナログ賞
の記憶回路で切替スイッチ４４の切り替え時Ｑ）み動作
させることにより定當状態での応答にむま影響しないよ
うにすることができる。１−なわち９Ｊ替スイツチ４４
が演／！Ａ、回路４２σ）出力信号４２ａを選択してい
る状態では誤差増幅器２４１スイツチ２７により短絡さ
れていて出力信号２４８＆ま零であるが、切替スイッチ
４４が課差増Ｉ鵬器２４の出力信号２４ａを選択′１−
るとアナログ記憶回路４３が動作し、切り替え直前σ）
演算回路４２の出力信号４２Ｂのアナログ呈を記憶１−
る。

又、切り替えと同時に誤差増幅器２４力；スイッチ２７
による短絡が解除され、その出力（Ｍ号２４ａが所定の
値に達するまで、ある〜・し′ｉνｊり替え後の所定の
時間の間のみこＪ）演算回ｗ５４２を動作させれば良い
。

尚、前述の実施例では直流電圧検出回路４１の出力信号
４１ａと電力系統恢出を圧１３を入力として演算回路４
２で演算させ一〇（・る力５、電力系統５が停電時等電
力を喪失して〜・る状態では電力系統検出電圧１３０代
わりに所定の電圧信号におきかえることにより電力系統
５との連糸運転は力・つでなく電力変換装置２のみによ
る電力給電を行うことができる。又、前述の実施例では
起動時の制御角γの演算による制御から無効を力制御回
路に切り替えるようにしているが、第９図に示すように
無効電力基＄２２があらかじめ起動時に与えられていれ
は、この無効電力基準２２を演算回路４２の電圧換算回
路５４に与えて、補正を加えれは起動時においても所定
の無効電力量に近似した制ｆ１１１を行うことができる
。又、Ｍ！Ｊ述の実施例では電力系統との連系システム
で説明したが、交流電源は、他の電力変換装置であって
も同様に適用できる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明によれば、直流電源と他の
異なる交流電源を接続する交流連糸システムにおいて、
交流連系運転前に電力変換装置２を起動しておく必要が
ないため、直流電源の労費もなく、又、電力変換装置に
瞬時にＤ［定の制御角を与えることができるため、ソフ
ト起動が不要となり、自動式電力変換装置の起動から所
定の電力制御までの応答時間を従来の１／２以下の時間
に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

＼ 第１図は従来の交流連糸システムのｆ１７１Ｊ御方式を
示すブロック図、第２図は第１図のＰＬＬ回路の具体的
な回路構成図、第３図は第１図の起動時の各部の動作を
示すタイムチャート図、第４図は本発明の一実施例をン
バーブロック図、第５図はパルス幅制御の説明のだめの
単相インバータの基本構成図、第６図は第５図のインバ
ータ両力波形と制御角ｒとの関係を示す波形図。 第７図は第４図の各部の動作を示ずタイムチャート図、
第８図は第４図の演算回路の具体的な回路構成図、第９
図は本発明の他の実施例を示す構成図である。 ！、７０・・・直流電源、２・・・自動式電力変換装置
、３・・・変圧器、４・・・開閉器あるいはしゃ断器、
５・・・電力系統、ＩＩ・・出力↑０．υ’＋Ｌ、Ｉ２
・・・変圧器３の２次検出電圧、１３・・・電力系統検
出電圧・２ノ電圧基準、２２・・・無効亀力へ準、２３
・・・無効電力検出回路、２４・・・誤差増幅器、２４
ａ・・・出力信号、２５・・・切替スイッチ、２５　ａ
　、２ｓｂ・・・偏差、２６・・・電圧制御回路、２７
・・・スイッチ、３ノ・・・有効電力基準、３２・・・
不動電力検出回路、３３・・・誤差増幅器、３４・・・
ＰＬＬ回路、３５・・・分周器、３６・・スイッチ、４
１・・・直流電圧検出回路、４１ａ・・・出力信号、４
２・・・演算回路、４２ａ・・・出力信号、４３・・・
アナログ記１．は回路、４３ａ・・・出力信号、４４・
・・切替スイッチ、８ノ〜８４・・・スイッチ、８５・
・・負荷、９１．９２・・・端子、５ノ・・・除算回路
、５２・・・定数回路、５３・・・ｓｔｎ回路、５４・
・・電圧換算回路。 出願人代理人　弁理士　　鈴　江　武　彦第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 ｅ。 第７図 第８図 ム２ 手続補止１−ト □ｕ　ｉｙ、’・’　ＪＪ’　”’　！１１　　特許庁
長官　　若　　杉　　和　　夫　　　殿■、事件の表示 特願昭５７−１６８８５７シナ ２、発明の名称 自励式電力変換装置の起動方式 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （３０７）東京芝浦市気株式会社 ４、代理人 ５、自発禎ｉ正 ７捕正の内容 は）　明細書箱７貞第１０１−ｊ目の「へ指令を与え。 」を１入指令′ＩＬＩｊえ、」と訂ｉＥする。 （２）　　明細書第１３頁第１４行１］の正する。 （３）　　明細書箱１３頁］　７　？−ｉ目の４Ｅ（，
１，７−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源の出力を交流に変換する自励式インバータ回路
   から構成される自励式電力変換装置が開閉器を介して他
   の交流電源に接続される電力変換システムにおいて、ｆ
   ｉｔｉ記自励式電力変換装置の起動前に前記開閉器を投
   入し、前記直流電源および自励式電力変換装置と他の又
   流電源をあらかじめ接続し、前記自励式電力変換装置の
   ゲートをブロックしておき、前記直流電源の直流電圧と
   前記交流電源の交流１Ｌ出から、ゲートデブロック時に
   前記自励式電力変換装置の出力電圧が所望の値となるよ
   うな制御角を算出し、起動指令と同時にゲートをデブロ
   ック１−ることにより前記自励式電力変換装置を起動さ
   せることを特徴とする自励式電力変換装置の起動方式。