JP2004159416A - ３相−２相変換装置用不平衡補償装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置容量を大きくすることなく、目的に応じた効果的な補償を可能とする。
【解決手段】スコット変圧器１の２次側に接続した２台の単相インバータ１０，１１により２相交流回路の力率，電力バランス，高調波を補償すべく、３相側に設けた電流検出器３６，３７と、単相インバータ１０，１１側に設けた電流検出器１７，２０とによって検出した電流から、負荷の正相無効電流，逆相電流，高調波を抽出してそれぞれに適宜重み付けをし、これを変圧器１の２次側電流に変換した値に基づき単相インバータ１０，１１を制御することで、目的に応じた効果的な補償を可能にする。
【選択図】 図２
【解決手段】スコット変圧器１の２次側に接続した２台の単相インバータ１０，１１により２相交流回路の力率，電力バランス，高調波を補償すべく、３相側に設けた電流検出器３６，３７と、単相インバータ１０，１１側に設けた電流検出器１７，２０とによって検出した電流から、負荷の正相無効電流，逆相電流，高調波を抽出してそれぞれに適宜重み付けをし、これを変圧器１の２次側電流に変換した値に基づき単相インバータ１０，１１を制御することで、目的に応じた効果的な補償を可能にする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スコット変圧器等を用いて３相交流から２相交流に変換する変電所等に設置される自励式不平衡補償装置に関する。このような変電システムは、主に交流電気鉄道に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
このような不平衡補償装置として、図３に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このシステムは、スコット変圧器１の単相側の電流および電圧から瞬時有効電力と瞬時無効電力とを演算し、瞬時有効電力の変動分と瞬時無効電力を補償するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−１０７７４４号公報（図１，２、第２，３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３の方式では瞬時有効電力の変動分と瞬時無効電力とを補償するため、実際に補償する必要がない成分をインバータが出力することになり、装置容量が大きくなると言う問題がある。
したがって、この発明の課題は、目的に応じた効果的な補償をすることにより、装置容量を低減することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、３相交流から２相交流に変換する変圧器の２次側に直流回路を共有する単相インバータを２台接続し、３相の電流および単相インバータの電流の各検出値から正相無効電流，逆相電流，高調波電流を抽出してそれぞれに重み付けをし、これに直流コンデンサ電圧の補償電流を加えた値を前記変圧器２次側の座標基準値に変換して、各単相インバータの電流指令を求めることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示すブロック図、図２はこの発明が適用されるシステム構成図で、図１は図２の制御器（３８）の内部構成を示すものである。図２に示すように、ここでは検出器３６，３７により３相側の電流Ｉｒ１，Ｉｔ１を検出するとともに、検出器１７，２０により変換器１０，１１の電流ＩＭ，ＩＴをそれぞれ検出する。
【０００７】
図１では、変換器３６１において変換器１０，１１の電流ＩＭ，ＩＴを次の（１）式により、３相側の電流Ｉｒ，Ｉｔに換算する。
Ｉｒ＝ＩＭ−ＩＴ／√３
Ｉｔ＝−ＩＭ−ＩＴ／√３…（１）
【０００８】
負荷電流検出回路３７１では、上記３相側の電流Ｉｒ，ＩｔとＩｒ１，Ｉｔ１とから、次の（２）式により負荷電流ＩＬＲ，ＩＬＴを求める。このとき、検出器３６，３７では系統から変圧器に流れる電流を正として検出し、検出器１７，２０では変換器から出力する電流を正として検出する。
ＩＬＲ＝Ｉｒ＋Ｉｒ１
ＩＬＴ＝Ｉｔ＋Ｉｔ１
…（２）
【０００９】
次に、３相−２相変換回路３８では、上記負荷電流ＩＬＲ，ＩＬＴを下記（３）式によりα，β軸成分ＩＬα，ＩＬβにそれぞれ変換する。
ＩＬα＝ＩＬＲ
ＩＬβ＝−ＩＬＲ／√３−２ＩＬＴ／√３
…（３）
【００１０】
電圧同期回路２６では、図２に示す検出器１４，１５で検出した系統電圧を基準に、座標変換で使用するｃｏｓθ，ｓｉｎθを演算する。正相変換器３９では数１で示す下記（４）式を用い、正相ｄ軸分ＩＬｄ（−），正相ｑ軸分ＩＬｑ（−）を直流量に変換し、逆相分は基本波の２倍周波数成分に変換する。なお、符号Ｉに「−」を付して平均値を示し、以下同様とする。
【数１】
【００１１】
このＩＬｄ（−）をローパスフィルタ（ＬＰＦ）４１で抽出し、ＩＬｄから減算することで、変換器が補償すべき逆相分，高調波分を抽出する。同様に、ＩＬｑ（−）をローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２で抽出し、これにゲイン要素４５でゲインを掛けた値をＩＬｑから減算することで、変換器が優先して補償すべき逆相分，高調波分を抽出する。
【００１２】
逆相変換器４０では，下記数２に示す（５）式を用い逆相ｄ軸分ＩＬＮｄ（−），逆相ｑ軸分ＩＬＮｑ（−）を直流量に変換し、正相分は基本波の２倍周波数成分に変換する。
【数２】
【００１３】
このＩＬＮｄ（−），ＩＬＮｑをローパスフィルタ（ＬＰＦ）４３，４４で抽出し、正相変換器４６，４７によって変換した値にゲイン要素４８，４９で各ゲインを掛けた値を上記補償成分から減算することにより、高調波分を優先した補償成分を抽出する。つまり、ゲイン要素４５，４８，４９の各ゲインを適宜に選ぶことで、正相無効分，逆相分，高調波分のいずれを優先して補償するかを選択することが可能となる。
【００１４】
上記補償成分に、直流電圧制御回路（電圧調節器）２８の出力を加算した値（Ｉｃｄ，Ｉｃｑ）を、（５）式と同様の変換を行なう逆相変換器５０でα，β軸成分Ｉｃα，Ｉｃβに変換した後、変換回路５１で次の（６）式のような２相−３相変換を行なう。
Ｉｃｒ＝Ｉｃα
Ｉｃｔ＝−Ｉｃα／２−√３Ｉｃβ／２…（６）
【００１５】
そして、この電流を変換回路５２による下記（７）式のような演算より、Ｔ座，Ｍ座基準の電流ＩＣＴ，ＩＣＭに変換する。
ＩＣＴ＝−√３Ｉｃｒ／２−√３Ｉｃｔ／２
ＩＣＭ＝Ｉｃｒ／２−Ｉｃｔ／２…（７）
【００１６】
上式で求めた電流ＩＣＴ，ＩＣＭを電流指令とし、検出器１７，２０で検出した変換器の電流が一致するように電流制御回路（電流調節器）３４，３４１で電圧指令を演算し、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路３５，３５１で単相インバータの駆動パルスを生成する。
【００１７】
【発明の効果】
この発明によれば、補償成分に対し力率改善，不平衡補償，高調波補償といった目的に応じて重みを付した補償ができるので、装置容量を従来のものよりも小さくできるという利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図
【図２】この発明が適用されるシステム構成図
【図３】従来例を示すシステム構成図
【符号の説明】
１…３相交流電源、２…スコット変圧器、３…Ｍ座負荷、４…Ｔ座負荷、５，８…遮断器、６，７…交流リアクトル、９…直流コンデンサ、１０，１１…単相インバータ、１２…自己消弧素子、１３…ダイオード、１４，１５，１８，２１…電圧検出器、１６，１７，２０，２２，３６，３７…電流検出器、３６１，３８１，５１，５２…電流変換回路、１９…直流電圧検出器、２３…Ｔ座用変換器制御器、２４…Ｍ座用変換器制御器、２５…電力融通回路、２６…電圧同期回路、２７…、２８…直流電圧制御回路、２９…無効分演算回路、３０…有効分演算回路、３１…高調波分演算回路、３２…無効電力検出回路、３３…電流指令回路、３４，３４１…電流制御回路、３５，３５１…パルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路、３８…制御器、３９，４６，４７…正相変換回路、４０，５０…逆相変換回路、４１〜４４…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、４５，４８，４９…ゲイン要素。
【発明の属する技術分野】
この発明は、スコット変圧器等を用いて３相交流から２相交流に変換する変電所等に設置される自励式不平衡補償装置に関する。このような変電システムは、主に交流電気鉄道に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
このような不平衡補償装置として、図３に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このシステムは、スコット変圧器１の単相側の電流および電圧から瞬時有効電力と瞬時無効電力とを演算し、瞬時有効電力の変動分と瞬時無効電力を補償するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−１０７７４４号公報（図１，２、第２，３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３の方式では瞬時有効電力の変動分と瞬時無効電力とを補償するため、実際に補償する必要がない成分をインバータが出力することになり、装置容量が大きくなると言う問題がある。
したがって、この発明の課題は、目的に応じた効果的な補償をすることにより、装置容量を低減することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、３相交流から２相交流に変換する変圧器の２次側に直流回路を共有する単相インバータを２台接続し、３相の電流および単相インバータの電流の各検出値から正相無効電流，逆相電流，高調波電流を抽出してそれぞれに重み付けをし、これに直流コンデンサ電圧の補償電流を加えた値を前記変圧器２次側の座標基準値に変換して、各単相インバータの電流指令を求めることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示すブロック図、図２はこの発明が適用されるシステム構成図で、図１は図２の制御器（３８）の内部構成を示すものである。図２に示すように、ここでは検出器３６，３７により３相側の電流Ｉｒ１，Ｉｔ１を検出するとともに、検出器１７，２０により変換器１０，１１の電流ＩＭ，ＩＴをそれぞれ検出する。
【０００７】
図１では、変換器３６１において変換器１０，１１の電流ＩＭ，ＩＴを次の（１）式により、３相側の電流Ｉｒ，Ｉｔに換算する。
Ｉｒ＝ＩＭ−ＩＴ／√３
Ｉｔ＝−ＩＭ−ＩＴ／√３…（１）
【０００８】
負荷電流検出回路３７１では、上記３相側の電流Ｉｒ，ＩｔとＩｒ１，Ｉｔ１とから、次の（２）式により負荷電流ＩＬＲ，ＩＬＴを求める。このとき、検出器３６，３７では系統から変圧器に流れる電流を正として検出し、検出器１７，２０では変換器から出力する電流を正として検出する。
ＩＬＲ＝Ｉｒ＋Ｉｒ１
ＩＬＴ＝Ｉｔ＋Ｉｔ１
…（２）
【０００９】
次に、３相−２相変換回路３８では、上記負荷電流ＩＬＲ，ＩＬＴを下記（３）式によりα，β軸成分ＩＬα，ＩＬβにそれぞれ変換する。
ＩＬα＝ＩＬＲ
ＩＬβ＝−ＩＬＲ／√３−２ＩＬＴ／√３
…（３）
【００１０】
電圧同期回路２６では、図２に示す検出器１４，１５で検出した系統電圧を基準に、座標変換で使用するｃｏｓθ，ｓｉｎθを演算する。正相変換器３９では数１で示す下記（４）式を用い、正相ｄ軸分ＩＬｄ（−），正相ｑ軸分ＩＬｑ（−）を直流量に変換し、逆相分は基本波の２倍周波数成分に変換する。なお、符号Ｉに「−」を付して平均値を示し、以下同様とする。
【数１】
このＩＬｄ（−）をローパスフィルタ（ＬＰＦ）４１で抽出し、ＩＬｄから減算することで、変換器が補償すべき逆相分，高調波分を抽出する。同様に、ＩＬｑ（−）をローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２で抽出し、これにゲイン要素４５でゲインを掛けた値をＩＬｑから減算することで、変換器が優先して補償すべき逆相分，高調波分を抽出する。
【００１２】
逆相変換器４０では，下記数２に示す（５）式を用い逆相ｄ軸分ＩＬＮｄ（−），逆相ｑ軸分ＩＬＮｑ（−）を直流量に変換し、正相分は基本波の２倍周波数成分に変換する。
【数２】
このＩＬＮｄ（−），ＩＬＮｑをローパスフィルタ（ＬＰＦ）４３，４４で抽出し、正相変換器４６，４７によって変換した値にゲイン要素４８，４９で各ゲインを掛けた値を上記補償成分から減算することにより、高調波分を優先した補償成分を抽出する。つまり、ゲイン要素４５，４８，４９の各ゲインを適宜に選ぶことで、正相無効分，逆相分，高調波分のいずれを優先して補償するかを選択することが可能となる。
【００１４】
上記補償成分に、直流電圧制御回路（電圧調節器）２８の出力を加算した値（Ｉｃｄ，Ｉｃｑ）を、（５）式と同様の変換を行なう逆相変換器５０でα，β軸成分Ｉｃα，Ｉｃβに変換した後、変換回路５１で次の（６）式のような２相−３相変換を行なう。
Ｉｃｒ＝Ｉｃα
Ｉｃｔ＝−Ｉｃα／２−√３Ｉｃβ／２…（６）
【００１５】
そして、この電流を変換回路５２による下記（７）式のような演算より、Ｔ座，Ｍ座基準の電流ＩＣＴ，ＩＣＭに変換する。
ＩＣＴ＝−√３Ｉｃｒ／２−√３Ｉｃｔ／２
ＩＣＭ＝Ｉｃｒ／２−Ｉｃｔ／２…（７）
【００１６】
上式で求めた電流ＩＣＴ，ＩＣＭを電流指令とし、検出器１７，２０で検出した変換器の電流が一致するように電流制御回路（電流調節器）３４，３４１で電圧指令を演算し、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路３５，３５１で単相インバータの駆動パルスを生成する。
【００１７】
【発明の効果】
この発明によれば、補償成分に対し力率改善，不平衡補償，高調波補償といった目的に応じて重みを付した補償ができるので、装置容量を従来のものよりも小さくできるという利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図
【図２】この発明が適用されるシステム構成図
【図３】従来例を示すシステム構成図
【符号の説明】
１…３相交流電源、２…スコット変圧器、３…Ｍ座負荷、４…Ｔ座負荷、５，８…遮断器、６，７…交流リアクトル、９…直流コンデンサ、１０，１１…単相インバータ、１２…自己消弧素子、１３…ダイオード、１４，１５，１８，２１…電圧検出器、１６，１７，２０，２２，３６，３７…電流検出器、３６１，３８１，５１，５２…電流変換回路、１９…直流電圧検出器、２３…Ｔ座用変換器制御器、２４…Ｍ座用変換器制御器、２５…電力融通回路、２６…電圧同期回路、２７…、２８…直流電圧制御回路、２９…無効分演算回路、３０…有効分演算回路、３１…高調波分演算回路、３２…無効電力検出回路、３３…電流指令回路、３４，３４１…電流制御回路、３５，３５１…パルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路、３８…制御器、３９，４６，４７…正相変換回路、４０，５０…逆相変換回路、４１〜４４…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、４５，４８，４９…ゲイン要素。
Claims (1)
- ３相交流から２相交流に変換する変圧器の２次側に直流回路を共有する単相インバータを２台接続し、３相の電流および単相インバータの電流の各検出値から正相無効電流，逆相電流，高調波電流を抽出してそれぞれに重み付けをし、これに直流コンデンサ電圧の補償電流を加えた値を前記変圧器２次側の座標基準値に変換して、各単相インバータの電流指令を求めることを特徴とする３相−２相変換装置用不平衡補償装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002322148A JP2004159416A (ja) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | ３相−２相変換装置用不平衡補償装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002322148A JP2004159416A (ja) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | ３相−２相変換装置用不平衡補償装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004159416A true JP2004159416A (ja) | 2004-06-03 |
Family
ID=32802414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002322148A Pending JP2004159416A (ja) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | ３相−２相変換装置用不平衡補償装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004159416A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012120334A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 不平衡補償装置 |
| KR101174396B1 (ko) * | 2010-11-15 | 2012-08-16 | 한국전기연구원 | 불평형 전원을 보정하기 위한 장치 및 그 방법 |
| JP2012196124A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-10-11 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 変圧器の磁束制御装置 |
| JP2013141365A (ja) * | 2012-01-05 | 2013-07-18 | Toshiba Corp | インバータ制御装置 |
| JP2013198359A (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | インバータ制御装置 |
| JP2015082881A (ja) * | 2013-10-22 | 2015-04-27 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 不平衡補償装置 |
| JP2015089213A (ja) * | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 同期投入装置 |
-
2002
- 2002-11-06 JP JP2002322148A patent/JP2004159416A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101174396B1 (ko) * | 2010-11-15 | 2012-08-16 | 한국전기연구원 | 불평형 전원을 보정하기 위한 장치 및 그 방법 |
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| JP2013198359A (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | インバータ制御装置 |
| JP2015082881A (ja) * | 2013-10-22 | 2015-04-27 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 不平衡補償装置 |
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