JP2004320964A

JP2004320964A - 電力変換システム

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Publication number: JP2004320964A
Application number: JP2003115146A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Toida; 憲一樋田; Kosei Kishikawa; 岸川　　孝生; Naoto Onuma; 大沼　　直人; Toshifumi Yoshikawa; 敏文吉川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】コンバータとインバータを備える電力変換装置を複数台並列運転する電力変換システムにおいて、比較的簡単な構成により各コンバータを同期させて並列運転する。
【解決手段】複数のコンバータ制御装置の内、一つの系のコンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号の位相を位相基準にして、残りの系のコンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号の位相を各々位相基準に合わせる。
【効果】コンバータ間に流れる零相電流が抑制され、相間リアクトルの容量を小さくできる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電力変換装置が並列運転される電力変換システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力変換装置は、電源側の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータから出力された直流電力を交流電力に変換するインバータとを備える。これらコンバータとインバータは、パルス幅制御すなわちＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって制御される。電力変換装置は、インバータで変換した交流電力の周波数でモータを可変速制御する。モータを利用した製品は可変速が必要なものが多いので、モータの可変速制御には電力変換装置が広く用いられている。
【０００３】
小容量モータの場合、回生エネルギーは回生抵抗などで消費させるが、大容量モータの場合、回生エネルギーを電源側へ電力として戻すために、コンバータにスイッチング素子を用いている。
【０００４】
ここで、さらに大容量のモータを制御するために、新しい電力変換装置を設計・製作するにはコストがかかるため、従来からある電力変換装置を並列運転することでコストを低減する。複数台の電力変換装置を並列運転すると、それぞれのコンバータの動作が同期しないため電源側に零相電流が流れる。零相電流は、リアクトル容量を大きくすると抑制できるが、装置が大型化するという問題が有る。
【０００５】
そこで、従来は、電流検出器の検出値の和より求めた零相電流を低減するように、同一ＰＷＭキャリア信号を用いて複数のコンバータを同期させる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２６０７９３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、零相電流を直接検出することにより零相電流を抑制するため、新たな制御回路部が必要となり、配線や信号が複雑になるなどの問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を考慮してなされたものであり、比較的簡単な構成により複数のコンバータを同期させて並列運転することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題が複数台を並列したコンバータが起動している時に零相電流が発生してしまうことに着目し、複数台が並列されているコンバータにおいてそれぞれのコンバータのＰＷＭキャリア信号を同期させることにより、零相電流を抑制する。
【００１０】
具体的には、複数台のコンバータにて基準となるコンバータのＰＷＭキャリア信号とその他のコンバータのＰＷＭキャリア信号を同期させる手段を設ける。
【００１１】
さらに、具体的には、複数台の並列された電力変換装置のうち、基準となるコンバータを１台決定する。他のコンバータは、自分自身のコンバータのＰＷＭ発生部のＰＷＭキャリア信号と、基準となるコンバータのＰＷＭ発生部のＰＷＭキャリア信号との差分を見ることにより、自分自身のコンバータのＰＷＭキャリア信号を、基準となるコンバータのＰＷＭキャリア信号と同期させる。これにより、複数台並列したコンバータのＰＷＭキャリア信号を同期することができる。
【００１２】
このような構成にすることにより、複数台並列されたコンバータ制御装置のそれぞれのＰＷＭキャリア信号が同期し、零相電流を抑制することができる。さらに、零相電流の抑制に伴い、相間リアクトル容量も小さく設定できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の１実施例であり、２台の電力変換装置を並列接続して運転する電力変換システムを示す。ここで、負荷はエレベータとする。基準となる電力変換装置をＡ系、他方の電力変換装置をＢ系と呼ぶことにする。
【００１４】
図１の電力変換システムのブロック図において、１は電源として利用する三相交流電源、２は三相交流電源１のフィルタとして利用されるＡ系コンバータ側のリアクトル、３はリアクトル２から出力された電流を検出するＡ系コンバータ側の電流検出器である。
【００１５】
４は三相の交流電力を直流電力に変換するＡ系コンバータ、５はコンバータ側のＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のＡ系トランジスタ素子、６はコンバータ４で整流した直流電圧を平滑するＡ系平滑コンデンサ、７は平滑コンデンサ６で平滑した直流電圧を所定電圧および所定周波数の交流電力に変換するＡ系インバータである。
【００１６】
８はインバータ７から出力された電流を検出するＡ系インバータ側の電流検出器、９は２並列のインバータ間を接続する相間リアクトル、１０は誘導電動機、１１は誘導電動機１０の速度検出のためのエンコーダ、１２は誘導電動機１０に直結されたエレベータの巻上機、１３はエレベータのそらせ車、１４は乗りかご、１５はつり合いおもりである。
【００１７】
１６はコンバータ側の電圧を制御するＡ系電圧制御回路、１７は電流検出器３と電圧制御回路１６から出力された信号で電流制御するＡ系コンバータ側のＡＣＲ、１８はＡＣＲ１７より出力された信号を計算するＡ系コンバータ側のＰＷＭ制御回路、１９はＰＷＭ制御回路１８から出力された信号をＩＧＢＴ５へ出力するＡ系コンバータのゲート駆動回路である。
【００１８】
２０はエンコーダ１１より出力された信号を受けとるＡ系速度制御回路、２１は電流検出器８と速度制御回路２０から出力された信号で電流制御するＡ系インバータ側のＡＣＲ、２２はＡＣＲ２１より出力された信号を計算するＡ系インバータ側のＰＷＭ制御回路、２３はＰＷＭ制御回路２２から出力された信号をインバータ７へ出力するＡ系インバータのゲート駆動回路である。
【００１９】
さらに、図１において、２４は三相交流電源１のフィルタとして利用されるＢ系コンバータ側のリアクトル、２５はリアクトル２４から出力された電流を検出するＢ系コンバータ側の電流検出器、２６は三相の交流電力を直流電力に変換するＢ系コンバータ、２７はコンバータ側のＩＧＢＴのＢ系トランジスタ素子、２８はコンバータ２６で整流した直流電圧を平滑するＢ系平滑コンデンサ、２９は平滑コンデンサ２８で平滑した直流電圧を所定電圧および所定周波数の交流電力に変換するＢ系インバータである。３０はインバータ２９から出力された電流を検出するＢ系インバータ側の電流検出器である。
【００２０】
３１はコンバータ側の電圧を制御するＢ系電圧制御回路、３２は電流検出器２５と電圧制御回路３１から出力された信号で電流制御するＢ系コンバータ側のＡＣＲ、３３はＡＣＲ３２より出力された信号を計算するＢ系コンバータ側のＰＷＭ制御回路、３４はＰＷＭ制御回路３３から出力された信号をＩＧＢＴ２７へ出力するＢ系コンバータのゲート駆動回路である。３５は電流検出器３０から出力された信号で電流制御するＢ系インバータ側のＡＣＲ、３６はＡＣＲ３５より出力された信号を計算するＢ系インバータ側のＰＷＭ制御回路、３７はＰＷＭ制御回路３６から出力された信号をインバータ２９へ出力するＡ系インバータのゲート駆動回路である。また、３８はＡ系コンバータ制御回路とＢ系コンバータ制御回路をあわせたコンバータ制御装置である。
【００２１】
三相交流電源１より入力された交流は並列となった２台の電力変換装置に分けられる。交流電力を直流電力に変換するＡ系コンバータ４，Ｂ系コンバータ２６で整流され、整流した直流電圧を平滑するＡ系コンデンサ６，Ｂ系コンデンサ２８で平滑され一定電圧の直流に変換される。平滑された直流電圧は所定電圧および所定周波数の交流電力に変換するＡ系インバータ７，Ｂ系インバータ２９で交流電力に変換され、Ａ系インバータ７とＢ系インバータ２９から出力された交流電力をもとに相間リアクトル９を介して、誘導電動機１０が回転する。この誘導電動機１０の回転により、エレベータの巻上機１２が回転し、乗りかご１４が上下に移動する。
【００２２】
ここで、三相交流電源１から出力された交流電力はＡ系およびＢ系にそれぞれ分割される。コンバータ側は、三相交流電源１で交流電力をＡ系電流検出器３，Ｂ系電流検出器２５で検出し、それをＡ系コンバータ側ＡＣＲ１７，Ｂ系コンバータ側ＡＣＲ３２に送る。また、Ａ系平滑コンデンサ６，Ｂ系平滑コンデンサ２８での直流電圧の値をもとにＡ系電圧制御回路１６，Ｂ系電圧制御回路３１に送り、Ａ系コンバータ側ＡＣＲ１７，Ｂ系コンバータ側ＡＣＲ３２で、Ａ系電流検出器３，Ｂ系電流検出器２５からの信号とあわせてＡ系コンバータ側ＰＷＭ制御回路１８，Ｂ系コンバータ側ＰＷＭ制御回路３３に送られ、ＰＷＭ制御回路で計算されたＰＷＭキャリア信号でコンバータ側のそれぞれのＩＧＢＴを制御している。
【００２３】
このとき、基準となるＡ系コンバータ側ＰＷＭ制御回路１８のＰＷＭキャリア信号をＢ系コンバータ側ＰＷＭ制御回路３３に送り、Ｂ系は、Ａ系のＰＷＭ波形と同期させることにより、Ａ系およびＢ系コンバータ側のＰＷＭ制御回路を同期させ、Ａ系およびＢ系ゲート駆動制御回路を制御し、インバータ側ＩＧＢＴを同期されたＰＷＭキャリア信号でスイッチングさせる。
【００２４】
本実施例は、コンバータ制御装置３８内Ａ系コンバータ側ＰＷＭ制御回路１８とＢ系コンバータ側ＰＷＭ制御回路３３を同期させるものである。
【００２５】
図２は図１中のコンバータ制御装置３８のうち、ＰＷＭ波形発生部の詳細である。複数台電力変換装置におけるコンバータの同期について説明するため、図２は３並列のコンバータ制御装置を示している。図２のブロック図において、１０１は３台並列されたコンバータの基準となるＡ系コンバータのＰＷＭ発生部、１０２はＢ系コンバータのＰＷＭ発生部、１０３はＣ系コンバータのＰＷＭ発生部、
１０４はＡ系コンバータのＰＷＭキャリア信号発生部、１０５はＢ系コンバータのＰＷＭキャリア信号発生部、１０６はＣ系コンバータのＰＷＭキャリア信号発生部、１０７はＢ系コンバータのＰＷＭキャリア信号演算回路、１０８はＣ系コンバータのＰＷＭキャリア信号演算回路である。
【００２６】
複数台並列された電力変換装置のコンバータ制御装置のうち、基準となるＡ系コンバータは、Ａ系ＰＷＭキャリア信号発生部１０４にて出力されたＰＷＭ波形がＡ系ＰＷＭ発生部１０１を介してＰＷＭ波形が出力される。一方Ｂ系コンバータは、Ｂ系ＰＷＭキャリア信号発生部１０５から出力されたＰＷＭキャリア信号がＢ系ＰＷＭ発生部１０２を介して出力されるが、これだけでは、Ａ系コンバータのＰＷＭ発生部１０１から出力された波形と同期されていない。もし、同期されていないと、Ａ系およびＢ系コンバータ間に零相電流が発生する。
【００２７】
そこで、Ａ系コンバータのＰＷＭキャリア信号発生部１０４から出力された
ＰＷＭキャリア信号を位相基準とし、Ｂ系コンバータのＰＷＭキャリア信号発生部１０５から出力されたＰＷＭキャリア信号との差分を計算し、Ｂ系コンバータの演算回路１０７を介してＰＷＭキャリア信号発生部１０５からＰＷＭキャリア信号が発生し、Ｂ系ＰＷＭ発生部１０２から出力される。これにより、Ａ系コンバータのＰＷＭ発生部１０１から出力される波形とＢ系コンバータのＰＷＭ発生部１０２から出力される波形の位相差がＢ系コンバータの演算回路１０７を介す前の出力波形と比べて小さくなる。ＰＷＭキャリア信号の差分の計算を繰り返すことで、Ａ系コンバータのＰＷＭ発生部１０１から出力される波形とＢ系コンバータのＰＷＭ発生部１０２から出力される波形との位相差が、徐々に小さくなり、最終的に位相差がほぼ無くなり、同期する。
【００２８】
Ｃ系コンバータについてもＢ系コンバータと同様にＡ系コンバータのＰＷＭキャリア信号発生部１０４から出力されたＰＷＭキャリア信号を位相基準とし、Ｃ系コンバータのＰＷＭキャリア信号発生部１０６との差分をとり、Ｃ系コンバータの演算部１０８を介して、ＰＷＭキャリア信号発生部１０６から出力される。これを繰り返すことにより、Ａ系コンバータのＰＷＭ発生部１０１から出力される波形とＣ系コンバータのＰＷＭ発生部１０３から出力される波形との位相差が、徐々に小さくなり、最終的に位相差がほぼ無くなり、同期する。
【００２９】
以上より、Ａ系，Ｂ系，Ｃ系それぞれのコンバータをＡ系コンバータのＰＷＭキャリア信号を位相基準として、演算したものをＢ系およびＣ系コンバータのＰＷＭキャリア信号とすることにより、Ａ系，Ｂ系，Ｃ系のコンバータの位相差がほぼ無くなり、Ａ系，Ｂ系，Ｃ系のコンバータが発生するＰＷＭ波形は同期することとなる。
【００３０】
図３は、図２のコンバータ制御装置のＰＷＭ制御回路部分のフロー図である。コンバータ制御装置にコンバータ起動の信号が入るとＡ系，Ｂ系，Ｃ系のコンバータ制御装置が起動する（ＳＴＥＰ２０１）。Ａ系コンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号を基準とし、Ｂ系Ｃ系のＰＷＭキャリア信号の差分を求める（ＳＴＥＰ２０２）。ＰＷＭキャリア信号の差分がほぼ無くなるまで、差分を求め続け、差分がほぼ無くなるとＡ系，Ｂ系，Ｃ系のＰＷＭキャリア信号が同期する（ＳＴＥＰ２０３，２０４）。
【００３１】
本実施例をもとにして、複数台を並列にした電力変換装置におけるコンバータ制御装置において、１台の基準とするコンバータのＰＷＭキャリア信号を位相基準として他のコンバータのＰＷＭキャリア信号の位相を基準とするコンバータの位相との差分に基づいて位相差をほぼ無くすことで、複数台の並列された電力変換装置におけるコンバータ制御装置の全てのＰＷＭキャリア信号を同期させることができ、零相電流を抑制できる。
【００３２】
また、コンバータが多数並列運転される場合、隣り合ったＰＷＭキャリア信号の差分を求めることにより、位相差をほぼ無くして同期させ、さらに隣り合ったＰＷＭキャリア信号の差分を取ることにより、位相差をほぼ無くして同期させることによっても、各コンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号を同期させ、コンバータ側の零相電流を抑制できる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的簡単な構成により複数台並列したコンバータに発生する零相電流を抑制することができる。また、これにより、コンバータ側のリアクトル容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である電力変換システム。
【図２】コンバータ制御装置のＰＷＭ制御回路部分の詳細図。
【図３】コンバータ制御装置のＰＷＭ制御回路部分のフロー図。
【符号の説明】
３…Ａ系コンバータ側の電流検出器、４…Ａ系コンバータ、５…ＩＧＢＴのＡ系トランジスタ素子、９…相間リアクトル、１０…誘導電動機、１１…エンコーダ、１２…巻上機、１６…Ａ系コンバータ側の電圧制御回路、１７…Ａ系コンバータ側のＡＣＲ、１８…Ａ系コンバータ側のＰＷＭ制御回路、１９…Ａ系コンバータのゲート駆動回路、２５…Ｂ系コンバータ側の電流検出器、２６…Ｂ系コンバータ、２７…ＩＧＢＴのＢ系トランジスタ素子、３１…Ｂ系コンバータ側の電圧制御回路、３２…Ｂ系コンバータ側のＡＣＲ、３３…Ｂ系コンバータ側のＰＷＭ制御回路、３４…Ｂ系コンバータのゲート駆動回路、３８…コンバータ制御装置、１０１…Ａ系コンバータのＰＷＭ制御回路、１０２…Ｂ系コンバータ制御装置のＰＷＭ制御回路、１０３…Ｃ系コンバータ制御装置のＰＷＭ制御回路、１０４…Ａ系コンバータ制御装置のＰＷＭ発生部、１０５…Ｂ系コンバータ制御装置のＰＷＭ発生部、１０６…Ｃ系コンバータ制御装置のＰＷＭ発生部、１０７…Ｂ系コンバータ制御装置のＰＷＭ発生部の演算回路、１０８…Ｃ系コンバータ制御装置のＰＷＭ発生部の演算回路。

Claims

交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータをＰＷＭ制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータが出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータをＰＷＭ制御するインバータ制御装置と、を有する電力変換装置が、複数台並列運転され、
前記各コンバータの運転時に前記各コンバータのＰＷＭキャリア信号の位相を合わせる手段を備える電力変換システム。
請求項１において、前記各コンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号の位相を合わせる手段は、一つの系のコンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号の位相を位相基準にして、残りの系のコンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号の位相を各々位相基準に合わせる手段である電力変換システム。
請求項１において、前記各コンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号の位相を合わせる手段は、一つの系のコンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号の位相を位相基準にして、残りの系のコンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号の位相と、前記位相基準となるコンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号の位相との差分を取り、この差分を零にするように、前記残りの系のコンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号の位相を変更する手段である電力変換システム。
請求項２において、基準となるコンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号位相と各コンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号位相との差分を求める手段を備える電力変換システム。
請求項１において、他コンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号位相と自コンバータ制御装置のＰＷＭキャリア信号位相の差分を求める手段を備える電力変換システム。