JP4064566B2 - 周波数変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導機と電力変換装置で構成された周波数変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来例に係る誘導機と電力変換装置で構成された周波数変換装置の構成を示す図である。この種の装置は、例えば特開平６−２６９１７３号公報に開示されている。図６において、第１の電力系統１は周波数がｆ1 ［Ｈｚ］の系統であり、第２の電力系統２は第１の電力系統１と異なり周波数がｆ2 ［Ｈｚ］の系統である。
【０００３】
第１の巻線形誘導機３の１次巻線４は、第１の電力系統１に接続されている。第１の巻線形誘導機３の２次巻線５は、第２の電力系統２に接続されている。第２の巻線形誘導機６の回転子（図示せず）は第１の巻線形誘導機３の回転子（図示せず）と機械的に結合されており、その１次巻線７は第１の電力系統１に接続され、その２次巻線８は後述する静止形電力変換装置９を介して第２の電力系統２に接続されている。この電力変換装置９は２次巻線８の電流を制御するものである。
【０００４】
一方、電力検出器１０は第１の巻線形誘導機３から第１の電力系統１へ供給される電力を検出し、この電力検出値を潮流制御装置１２に入力する。また、回転速度検出器（ＴＧ）１１は、第２の巻線形誘導機６と機械的に結合されており、第１の巻線形誘導機３または第２の巻線形誘導機６の回転速度を検出して潮流制御装置１２に入力する。
【０００５】
上記潮流制御装置１２は、第１の電力系統１から第２の電力系統２への潮流制御の指令値を与える電力指令値１３と電力検出器１０で検出された電力値との偏差を求める加算器１４と、この加算器１４から出力される偏差を増幅する増幅器（ＡＭＰ）１５と、同期速度基準値１６と回転速度検出器１１で検出される回転速度との偏差を求める加算器１７と、この加算器１７の出力と増幅器 （ＡＭＰ）１５からの出力との偏差を求める加算器１８と、この加算器１８より入力される制御信号の振幅を制限する振幅制限器１９とから構成され、本周波数変換装置の潮流を制御する。
【０００６】
ここで、同期速度基準値１６は、第１の巻線形誘導機３の１次と２次の周波数比が第１の電力系統１と第２の電力系統２の周波数比に一致するような回転速度を示している。
【０００７】
図７は、上記静止形電力変換装置９の回路構成の一例を示す図である。静止形電力変換装置９は、自己消弧形スイッチング素子２０〜２５とダイオード２６〜３１から成るインバータ部、自己消弧形スイッチング素子３２〜３７とダイオード３８〜４３から成るコンバータ部、及び平滑用コンデンサ４４から構成され、第２の巻線形誘導機６の二次巻線８の交流励磁を行なう。
【０００８】
以上の構成において、電力指令値１３を０からステップ的に増加させると、振幅制限器１９の出力に制御信号が現れ、この制御信号は電力変換装置９に与えられる。電力変換装置９は、第２の巻線形誘導機６の１次電力を前記制御信号により制御する。電力の方向は誘導機から電力系統へ供給する方向を正とし、第２の巻線形誘導機６から第１の電力系統１へ供給される電力は正の方向に増加する。すなわち、第２の巻線形誘導機６は発電機として作用し、第１の巻線形誘導機３の回転速度を減少させる。したがって、回転速度検出器１１で検出される回転速度と同期速度基準値１６との偏差信号は負の方向に増加する。
【０００９】
また、この偏差の積分値に比例して、第１の巻線形誘導機３の２次側内部誘起電圧における第２の電力系統２の電圧に対する位相角が負の方向に増加し、第１の巻線形誘導機３における１次側内部誘起電圧の第１の電力系統１の電圧に対する位相角は正の方向に増加する。これにより、第１の巻線形誘導機３の１次から電力系統１へ供給される電力は正の方向に増加し、第１の巻線形誘導機３の２次から電力系統２へ供給される電力は負の方向に増加する。
【００１０】
加算器１７からの出力が負の方向に増加し、増幅器１５からの出力より大きくなると、振幅増幅器１９の出力極性が反転し、第２の巻線形誘導機６の１次電力の極性も反転する。このとき、第２の巻線形誘導機６は電動機として作用し、第１の巻線形誘導機３の回転速度を増加させる。したがって、回転速度検出器１１で検出される回転速度と同期速度基準値１６との偏差信号は減少する。このようにして、第１の巻線形誘導機３の１次電力は電力指令値に一致するように制御され、これに比例して第１の巻線形誘導機３の２次電力は負の方向に増加する。
【００１１】
最終的には、第１の巻線形誘導機３の１次電力と第２の巻線形誘導機６の１次電力の和と、第１の巻線形誘導機３の２次電力の大きさが等しくなる。このとき、第２の電力系統２から第１の電力系統１へ電力が供給される。
【００１２】
また、電力指令値１３を０からステップ的に負に変化させると、第２の巻線形誘導機６から第１の電力系統１へ供給される電力は負の方向に増加する。すなわち、第２の巻線形誘導機６は電動機として作用し、第１の巻線形誘導機３の回転速度を増加させる。したがって、回転速度検出器１１で検出される回転速度と同期速度基準値１６との偏差信号は正の方向に増加する。この偏差の積分値に比例して、第１の巻線形誘導機３の２次側内部誘起電圧における第２の電力系統２の電圧に対する位相角が正の方向に増加し、第１の巻線形誘導機３の１次側内部誘起電圧における第１の電力系統１の電圧に対する位相角は負の方向に増加する。これにより、第１の巻線形誘導機３の１次から電力系統１へ供給される電力は負の方向に増加し、第１の巻線形誘導機３の２次から電力系統２へ供給される電力は正の方向に増加する。
【００１３】
加算器１７からの出力が正の方向に増加し、増幅器１５からの出力より小さくなると、振幅増幅器１９の出力極性が反転し、第２の巻線形誘導機６の１次電力の極性も反転する。このとき第２の巻線形誘導機６は発電機として作用し、第１の巻線形誘導機３の回転速度を減少させる。したがって、回転速度検出器１１で検出される回転速度と同期速度基準値１６との偏差信号は小さくなる。このようにして、第１の巻線形誘導機３の１次電力は電力指令値に一致するように制御され、これに比例して第１の巻線形誘導機３の２次電力は増加する。
【００１４】
最終的には、第１の巻線形誘導機３の１次電力と第２の巻線形誘導機６の１次電力の和と、第１の巻線形誘導機３の２次電力の大きさが等しくなる。このとき、第１の電力系統１から第２の電力系統２へ電力が供給される。
【００１５】
以上のようにして、図６の装置は周波数変換装置として作用する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の構成では、二つの系統間の有効電力の融通は可能であるが、無効電力を制御して、周波数変換装置が接続された系統の電圧調整を行うことはできなかった。
【００１７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、無効電力の制御により電力変換器が接続された系統の電圧調整を簡単且つ容易に行うことができる周波数変換装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の周波数変換装置は以下の如く構成されている。
【００１９】
（１）本発明の周波数変換装置は、第１の誘導機の回転子と第２の誘導機の回転子とを機械的に結合し、前記第１の誘導機の１次巻線と前記第２の誘導機の１次巻線を第１の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線をタップ付き変圧器を介して第２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機の２次巻線を電力変換器を介して前記第１の誘導機の２次巻線と前記タップ付き変圧器との間に接続し、前記第１及び第２の誘導機の１次巻線側に設けた電力検出器からの出力信号と電力の指令値との電力偏差信号を求め、前記第１の誘導機または前記第２の誘導機の回転速度検出器からの出力信号と同期速度基準値との速度偏差信号を求め、前記電力偏差信号と前記速度偏差信号の偏差信号を基に前記電力変換器に制御信号を出力し、前記第２の誘導機の２次電流を制御して、前記第１の誘導機の回転速度を制御する周波数変換装置において、前記第２の電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器の出力信号から電圧信号を算出する電圧算出手段、この電圧算出手段で求められた電圧信号と電圧設定値との電圧偏差を求める加算手段と、許容偏差範囲が設定され且つ前記加算手段により求められた電圧偏差信号が前記許容偏差範囲内にあるか否かを判別する比較手段及びこの比較手段により電圧偏差信号が許容範囲外にあると判別されると前記タップ付き変圧器のタップを切替えるタップ操作器から構成されたタップ制御装置とを備える。
【００２０】
（２）本発明の周波数変換装置は、第１の誘導機の回転子と第２の誘導機の回転子とを機械的に結合し、前記第１の誘導機の１次巻線と第２の誘導機の１次巻線とを第１の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線を第２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機の２次巻線を電力変換器を介して前記第２の電力系統に接続し、前記第１及び第２の誘導機の１次巻線側に設けた電力検出器からの出力信号と電力の指令値との電力偏差信号を求め、前記第１の誘導機または前記第２の誘導機の回転速度検出器からの出力信号と同期速度基準値との速度偏差信号を求め、前記電力偏差信号と前記速度偏差信号の偏差信号を基に前記電力変換器に制御信号を出力し、前記第２の誘導機の２次電流を制御して、前記第１の誘導機の回転速度を制御する周波数変換装置において、前記第２の電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、前記電力変換器より前記第２の電力系統へ出力される電流を検出する電流検出器と、前記電圧検出器の出力信号から電圧信号を算出する電圧算出手段、この電圧算出手段で求められた電圧信号と電圧設定値との電圧偏差を求める第１の加算手段、前記電圧検出器で検出された電圧をもとに位相信号を作成する位相検出手段、この位相検出手段より出力される位相信号と前記電流検出器で検出された電流信号とから無効電流信号を算出する無効電流検出手段及びこの無効電流信号と前記第１の加算手段より得られる電圧偏差との差を求め、この偏差信号を前記電力変換器に無効電力制御信号として出力する第２の加算手段から構成された無効電力制御装置とを備える。
【００２２】
（３）本発明の周波数変換装置は、第１の誘導機の回転子と第２の誘導機の回転子とを機械的に結合し、前記第１の誘導機の１次巻線と前記第２の誘導機の１次巻線とを第１の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線をタップ付き変圧器を介して第２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機の２次巻線を電力変換器を介して前記第１の誘導機の２次巻線と前記タップ付き変圧器との間に接続し、前記第１及び第２の誘導機の１次巻線側に設けた電力検出器からの出力信号と電力の指令値との電力偏差信号を求め、前記第１の誘導機または前記第２の誘導機の回転速度検出器からの出力信号と同期速度基準値との速度偏差信号を求め、前記電力偏差信号と前記速度偏差信号の偏差信号を基に前記電力変換器に制御信号を出力し、前記第２の誘導機の２次電流を制御して、前記第１の誘導機の回転速度を制御する周波数変換装置において、前記第２の電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、前記電力変換器より前記第２の電力系統へ出力される電流を検出する電流検出器と、前記電圧検出器の出力信号から電圧信号を算出する電圧算出手段、この電圧算出手段で求められた電圧信号と電圧設定値との電圧偏差を求める第１の加算手段、許容偏差範囲が設定され且つ前記第１の加算手段により求められた電圧偏差信号が前記許容偏差範囲内にあるか否かを判別する比較手段及びこの比較手段により電圧偏差信号が許容範囲外にあると判別されると前記タップ付き変圧器のタップを切替えるタップ操作器、前記電圧検出器で検出された電圧をもとに位相信号を作成する位相検出手段、この位相検出手段より出力される位相信号と前記電流検出器で検出された電流信号とから無効電流信号を算出する無効電流検出手段及びこの無効電流信号と前記第１の加算手段より得られる電圧偏差との差を求め、この偏差信号を前記電力変換器に無効電力制御信号として出力する第２の加算手段から構成された制御装置とを備える。
【００２３】
従って、上記（１）乃至（４）に記載の発明にあっては、誘導機と電力変換器を用いた周波数変換装置において、無効電力を制御して電力変換器が接続された系統の電圧調整が可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明による周波数変換装置の第１の実施の形態を示す回路構成図である。なお、図１において、従来例の構成として示す図６と同一部分には同符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【００２６】
図１において、第１の巻線形誘導機３の２次巻線５をタップ付き変圧器４４を介して第２の電力系統２に接続し、また第２の電力系統２の電圧を検出する電圧検出器４５を設け、この電圧検出器４５より３相系統電圧が入力され、タップ付き変圧器４４のタップを調整するタップ制御装置４６を設ける構成としたものである。
【００２７】
上記タップ制御装置４６は、電圧検出器４５により検出された３相系統電圧から系統電圧値を算出する電圧算出回路４７と、この電圧算出回路４７の出力と第２の電力系統２の電圧設定値４８とを加算して偏差を求める加算器４９と、この加算器４９より偏差が入力され、この偏差をタップ付き変圧器４４の最小タップ変化による電圧調整幅に対応する許容偏差上限値５１及び許容偏差下限値と比較する比較器５０と、この比較器５０の出力が動作指令として与えられ、タップ付き変圧器４４のタップを操作するタップ操作器５３とから構成されている。
【００２８】
ここで、上記比較器５０は図２に示すように入力が正の値を持つ許容偏差上限値５１を超えると、出力が１となり、負の値を持つ許容偏差下限値５２より小さくなると、出力は−１となる。また、入力が許容偏差上限値５１以下で許容偏差下限値５２以上の場合は、比較器５０の出力は０となる。
【００２９】
この比較器５０よりタップ操作器５３に１，０，−１が入力されると、このタップ操作器５３は次のような動作を行う。
【００３０】
（１）入力が１の場合には、タップ付き変圧器４４のタップを１段階１次電圧が上昇する方向に切替える。
【００３１】
（２）入力が０の場合には、現状のタップ状態を維持する。
【００３２】
（３）入力が−１の場合には、タップ付き変圧器４４のタップを１段階１次電圧が減少する方向に切替える。
【００３３】
次に上記のように構成された周波数電力変換装置の作用を図１及び図２を用いて説明する。
【００３４】
第２の電力系統２において、無効電力を消費する負荷が増大し、第２の電力系統のリアクタンスにより第２の電力系統２の電圧が低下した状況を考える。このような状況にあるとき、電圧検出器４５により検出された第２の電力系統２の電圧は通常よりも低目の電圧として検出され、タップ制御装置４６の電圧算出回路４７に入力される。
【００３５】
この電圧算出回路４７では電圧検出器４５より出力される第２の電力系統２の三相線間電圧ＶＵＶ，ＶＶＷ，ＶＷＵから、次式の演算により系統電圧の実効値に相当する値ＶＬを算出する。
【００３６】
ＶＡ＝ＶＵＶ／３＋ＶＷＵ／３
ＶＢ＝−ＶＵＶ／（３×Sqrt(3)）−ＶＷＵ／（３Sqrt(3)）
ＶＬ＝Sqrt(ＶＡ×ＶＡ＋ＶＢ×ＶＢ)／Sqrt(2)
加算器４９において、電圧加算回路４７で求められた系統電圧の実効値に相当する値と電圧設定値との偏差が算出され、この偏差は比較器５０に与えられる。比較器５０では、加算器４９より入力される偏差と許容偏差上限値５１及び許容偏差下限値５２とを比較し、偏差が許容偏差上限値５１より大きくなると、比較器５０の出力が変化し、タップ操作器５３に動作指令を与える。これにより、タップ操作器５３はタップ付き変圧器４４のタップを一次側電圧が１段階上昇するようにタップを変更する。
【００３７】
その結果、第２の電力系統２に対して、周波数電力変換装置の出力する電圧が上昇し、第２の電力系統２に無効電力を供給する。従って、第２の電力系統２には周波数変換装置から無効電力が供給されるので、リアクタンス降下による電圧降下が緩和され、系統電圧が上昇する。
【００３８】
電圧検出器４５により検出される電圧が上昇すると、加算器４９によって算出される偏差が減少し、比較器５０において許容偏差上限値５１以下の値になると比較器５０の出力が０に変化する。これにより、タップ操作器５３は、現状のタップを保持する。もし、１段階のタップ変更で、第２の電力系統２の電圧上昇が十分でなく、電圧検出器４５の出力と電圧設定値４８の偏差が許容偏差上限値５１以下とならない場合、比較器５０の出力は前回と同様に１であり、タップ操作器５３はさらにもう１段階１次電圧が上昇するようにタップを変更する。
【００３９】
以上の動作を行うことで、第２の電力系統２の電圧と電圧設定値４８との偏差が許容偏差上限値５１以下の値に調整される。
【００４０】
この一連の動作において、第２の電力系統２に供給される無効電力は、第１の電力系統１から供給されることになる。電力変換器９の潮流制御装置１２は有効電力に対してだけ動作するので、周波数変換装置を介して第１の電力系統１から第２の電力系統２に無効電力が供給されても、特に動作せず、それまでの有効電力の制御を継続する。
【００４１】
一方、第２の電力系統２において、無効電力を消費する負荷が減少し、相対的に無効電力を発生する負荷が増え、第２の電力系統２の電圧が上昇した場合には、電圧設定値４８と電圧検出器４５の出力との偏差が負の値となり、比較器５０において、その偏差が許容偏差下限値５２以下の値になると、比較器５０の出力は−１に変化し、タップ操作器５３はタップ付き変圧器４４の１次電圧が減少する方向に１段階タップを切替える。
【００４２】
その結果、第２の電力系統２に対して、周波数電力変換装置の出力する電圧が降下し、第２の電力系統２から無効電力を吸収する。従って、第２の電力系統２は周波数変換装置により無効電力が吸収されるので、リアクタンスによる電圧上昇が緩和され、系統電圧が低下する。
【００４３】
電圧検出器４５により検出される電圧が低下し、加算器４９によって算出される偏差が負の値で減少し、比較器５０において許容偏差下限値５２以下の値になると比較器５０の出力が０に変化する。これにより、タップ操作器５３は、現状のタップを保持する。以上の動作を電圧検出器４５の出力と電圧設定値４８との偏差偏差が許容偏差下限値５２以下になるまで繰返す。
【００４４】
以上の動作を行うことで、第２の電力系統２の電圧と電圧設定値４８との偏差は許容偏差下限値５２以上の値に調整される。
【００４５】
この一連の動作において、第２の電力系統２から吸収された無効電力は、第１の電力系統１に供給されることになり、電力変換器９の潮流制御装置１２は有効電力に対してだけ動作するので、周波数変換装置を介して第１の電力系統１から第２の電力系統２に無効電力が供給されても、特に動作せず、それまでの有効電力の制御を継続する。
【００４６】
以上の動作を行うことで、第２の電力系統２の電圧は、許容偏差上限値５１と許容偏差下限値５２に対応する範囲に制御される。
【００４７】
以上の説明では、タップ付き変圧器４４を第２の電力系統２側に設け、第２の電力系統２の電圧を調整する方式について説明したが、第１の電力系統１側にタップ付き変圧器を設けて第１の電力系統１の電圧を調整するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００４８】
図３は本発明による周波数変換装置の第２の実施の形態を示す回路構成図である。なお、図１において、従来例の構成として示す図６と同一部分には同符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【００４９】
図３において、第２の電力系統２の電圧を検出する電圧検出器４５と、電力変換器９より第２の電力系統２へ出力する電流を検出する電流検出器５４と、これら電圧検出器４５の出力電圧及び電流検出器５４の出力電流が入力される無効電力制御装置５５とを設け、この無効電力制御装置５５の出力により電力変換器９を制御して無効電力調整を行なうようにしたものである。
【００５０】
上記無効電力制御装置５５は、電圧検出器４５により検出された３相系統電圧から系統電圧値を算出する電圧算出回路４７と、この電圧算出回路４７の出力と第２の電力系統２の電圧設定値４８とを加算して偏差を求める加算器４９と、この加算器４９より得られる偏差を増幅する増幅器（ＡＭＰ）と、電圧検出器４５より入力される系統電圧を基準として位相信号を作成する位相検出回路５７と、電流検出器５４の出力及び位相検出回路５７の出力が入力され、これら電流及び位相信号より無効電流を検出する無効電流検出回路５８と、この無効電流検出回路５８の出力及び前記増幅器５６の出力との偏差を求める加算器５９と、この加算器５９の出力を増幅する増幅器６０と、この増幅器６０より制御信号が入力され、その制御信号の振幅を制限して電力変換器９を制御する振幅制限器６１とから構成されている。
【００５１】
次に上記のように構成された周波数電力変換装置の作用を説明する。
【００５２】
第２の電力系統２において、無効電力を消費する負荷が増大し、第２の電力系統のリアクタンスにより第２の電力系統２の電圧が低下した状況を考える。このような状況にあるとき、電圧検出器４５により検出された第２の電力系統２の電圧は通常よりも低目の電圧として検出され、無効電力制御装置５５の電圧算出回路４７に入力される。
【００５３】
この電圧算出回路４７では電圧検出器４５の出力から第１の実施の形態と同様に系統電圧の実効値に相当する電圧を算出する。
【００５４】
加算器４９において、電圧加算回路４７で求められた系統電圧の実効値に相当する値と電圧設定値との偏差が正の値として算出され、この偏差は増幅器５６により増幅されて加算器５９に与えられる。
【００５５】
一方、位相検出回路５７により第２の電力系統２の電圧を基準とする位相信号を無効電流検出回路５８に入力する。この無効電流検出回路５８は位相信号と電流検出器５４により検出された電流とから無効電流を算出し、この無効電流を加算器５９に与える。
【００５６】
加算器５９では無効電流検出回路５８により算出された無効電流と前記増幅器５６により増幅された偏差との差を求める。この加算器５９の出力は第２の電力系統２の電圧低下により加算器５９の出力は正の値へ増加する。この加算器５９の出力は増幅器６０により増幅され、制御信号として確立した後、振幅制限器６１を介して電力変換器９へ出力される。
【００５７】
この電力変換器９では、無効電力制御装置６１からの制御信号が増加したことで、第２の電力系統２へ無効電力を供給する方向に電流を出力する。これによりリアクタンス降下による電圧降下が緩和され、第２の電力系統２の電圧が上昇する。従って、この動作を繰返すことにより第２の電力系統２の電圧は、電圧設定値を維持することが可能となる。
【００５８】
この一連の動作において、第２の電力系統２に供給された無効電力は電力変換器９の有効電力制御に影響を及ぼすことはない。
【００５９】
一方、第２の電力系統２において、無効電力を消費する負荷が減少し、相対的に無効電力を発生する負荷が増え、第２の電力系統２の電圧が上昇した場合には、電圧設定値４８と電圧検出器４５の出力との偏差が負の値となり、その偏差は増幅器５６にて増幅される。
【００６０】
また、無効電流検出回路５８の出力と前記増幅器５６の出力との差が加算器５９にて算出される。この加算器５９の出力は負の値で減少し、電力変換器９へ出力される。
【００６１】
この電力変換器９は、無効電力制御装置５５からの制御信号が負の値で減少したことにより、第２の電力系統２から無効電力を吸収する方向に電流を出力する。これにより第２の電力系統２の電圧が減少する。このような動作を繰返すことで、第２の電力系統２の電圧は電圧設定値を維持することが可能となる。
【００６２】
この一連の動作において、第２の電力系統２から吸収された無効電力は、電力変換器９で処理されるので、電力変換器９の有効電力制御に影響を及ぼすことはない。
【００６３】
以上の説明では、電力変換器を第２の電力系統２側に設け、第２の電力系統２の電圧を調整する方式について説明したが、第１の電力系統１側に電力変換器を設けて第１の電力系統１の電圧を調整するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００６４】
図４は本発明による周波数変換装置の第３の実施の形態を示す回路構成図である。なお、図１において、従来例の構成として示す図６と同一部分には同符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【００６５】
図４において、第１の巻線形誘導機３の一次巻線４と第１の電力系統１との接続間にコンデンサ６２からなるコンデンサ群６３を並列に接続し、同様に第１の巻線形誘導機３の二次巻線５と第２の電力系統２との接続間にコンデンサ６２からなるコンデンサ群６４を並列に接続する。
【００６６】
なお、図４ではコンデンサ６２を単体構成としたが、複数台を直並列に接続して適切なコンデンサ容量を選択できる構成としてもよい。また、コンデンサ群を複数台用意して、適切なコンデンサ容量を選択できる構成としてもよい。
【００６７】
このような構成の周波数電力変換装置とすれば、第１の電力系統１および第２の電力系統２において、無効電力を消費する負荷が増大し、電力系統のリアクタンスにより電力系統の電圧が低下した場合、コンデンサ６２から電力系統に無効電力を供給することが可能となるので、リアクタンス降下による電圧降下が緩和され、系統電圧を上昇させることができる。
【００６８】
また、複数台のコンデンサを適切に接続することにより、系統電圧の調整を行なうことができる。
【００６９】
この一連の動作において、第２の電力系統２に供給された無効電力はコンデンサ６２で処理されるので、電力変換器９の有効電力制御に影響を及ぼすことはない。
【００７０】
図５は本発明による周波数変換装置の第４の実施の形態を示す回路構成図である。なお、図５において、従来例の構成として示す図６と同一部分には同符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【００７１】
図５において、第１の巻線形誘導機３の２次巻線５をタップ付き変圧器４４を介して第２の電力系統２に接続し、また第２の電力系統２の電圧を検出する電圧検出器４５と、電力変換装置９より第２の電力系統２へ出力する電流を検出する電流検出器５４とを設け、これら電圧検出器４５の出力電圧及び電流検出器５４の出力電流を入力してタップ付き変圧器４４のタップ調整と電力変換器９の無効電力制御を組合せて制御する制御装置６５を設ける構成としたものである。
【００７２】
上記制御装置６５は、電圧検出回路４７、加算器４８、比較器５０及びタップ操作器５３からなる図１に示すタップ制御装置４６と、位相検出回路５７、無効電流検出回路５８、前記加算器４９の出力を増幅する増幅器５６、加算器５９、増幅器６０及び振幅制限器６１からなる図３に示す無効電力制御装置５５とを組合せたものである。
【００７３】
ここで、制御装置６５の各構成要素の機能並びにタップ付き変圧器４４と電力変換器９の無効電力の制御については重複するため、ここではその説明を省略する。
【００７４】
このような構成の周波数変換装置とすれば、タップ付き変圧器４４と電力変換器９とを組合せて制御することで、タップ付き巻線のタップ間における無効電力調整が周波数変換装置の働きにより可能となり、滑らかな無効電力調整を実現することができる。また、電力変換器９単体で無効電力制御を行なう場合と比較して無効電力を調整するための電力変換器の容量をタップ付き変圧器のタップ間の無効電力容量にすることができ、電力変換器９の小型、軽量化を図ることができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、無効電力の制御により電力変換器が接続された系統の電圧調整を行うことができる周波数変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による周波数変換装置の第１の実施の形態を示す回路構成図。
【図２】同実施の形態における比較器の入出力関係を示すタイムチャート。
【図３】本発明による周波数変換装置の第２の実施の形態を示す回路構成図。
【図４】本発明による周波数変換装置の第３の実施の形態を示す回路構成図。
【図５】本発明による周波数変換装置の第４の実施の形態を示す回路構成図。
【図６】従来例に係る周波数変換装置の構成図。
【図７】従来例に係る静止形電力変換装置の回路構成の一例を示す図。
【符号の説明】
１…第１の電力系統
２…第２の電力系統
３…第１の巻線形誘導機
４…第１の巻線形誘導機の１次巻線
５…第１の巻線形誘導機の２次巻線
６…第２の巻線形誘導機
７…第２の巻線形誘導機の１次巻線
８…第２の巻線形誘導機の２次巻線
９…電力変換装置
１０…電力検出器
１１…回転速度検出器
１２…潮流制御装置
１３…電力指令値
１４…加算器
１５…増幅器
１６…同期速度基準値
１７…加算器
１８…加算器
１９…振幅制限器
２０〜２５…自己消弧形スイッチング素子
２６〜３１…ダイオード
３２〜３７…自己消弧形スイッチング素子
３８〜４３…ダイオード
４４…タップ付き変圧器
４５…電圧検出器
４６…タップ制御装置
４７…電圧算出回路
４８…電圧設定値
４９…加算器
５０…比較器
５１…許容偏差上限値
５２…許容偏差下限値
５３…タップ操作器
５４…電流検出器
５５…無効電力制御装置
５６…増幅器
５７…位相検出器
５８…無効電流検出回路
５９…加算器
６０…増幅器
６１…振幅制限器
６２…コンデンサ
６３，６４…コンデンサ群
６５…制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導機と電力変換装置で構成された周波数変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来例に係る誘導機と電力変換装置で構成された周波数変換装置の構成を示す図である。この種の装置は、例えば特開平６−２６９１７３号公報に開示されている。図６において、第１の電力系統１は周波数がｆ1 ［Ｈｚ］の系統であり、第２の電力系統２は第１の電力系統１と異なり周波数がｆ2 ［Ｈｚ］の系統である。
【０００３】
第１の巻線形誘導機３の１次巻線４は、第１の電力系統１に接続されている。第１の巻線形誘導機３の２次巻線５は、第２の電力系統２に接続されている。第２の巻線形誘導機６の回転子（図示せず）は第１の巻線形誘導機３の回転子（図示せず）と機械的に結合されており、その１次巻線７は第１の電力系統１に接続され、その２次巻線８は後述する静止形電力変換装置９を介して第２の電力系統２に接続されている。この電力変換装置９は２次巻線８の電流を制御するものである。
【０００４】
一方、電力検出器１０は第１の巻線形誘導機３から第１の電力系統１へ供給される電力を検出し、この電力検出値を潮流制御装置１２に入力する。また、回転速度検出器（ＴＧ）１１は、第２の巻線形誘導機６と機械的に結合されており、第１の巻線形誘導機３または第２の巻線形誘導機６の回転速度を検出して潮流制御装置１２に入力する。
【０００５】
上記潮流制御装置１２は、第１の電力系統１から第２の電力系統２への潮流制御の指令値を与える電力指令値１３と電力検出器１０で検出された電力値との偏差を求める加算器１４と、この加算器１４から出力される偏差を増幅する増幅器（ＡＭＰ）１５と、同期速度基準値１６と回転速度検出器１１で検出される回転速度との偏差を求める加算器１７と、この加算器１７の出力と増幅器 （ＡＭＰ）１５からの出力との偏差を求める加算器１８と、この加算器１８より入力される制御信号の振幅を制限する振幅制限器１９とから構成され、本周波数変換装置の潮流を制御する。
【０００６】
ここで、同期速度基準値１６は、第１の巻線形誘導機３の１次と２次の周波数比が第１の電力系統１と第２の電力系統２の周波数比に一致するような回転速度を示している。
【０００７】
図７は、上記静止形電力変換装置９の回路構成の一例を示す図である。静止形電力変換装置９は、自己消弧形スイッチング素子２０〜２５とダイオード２６〜３１から成るインバータ部、自己消弧形スイッチング素子３２〜３７とダイオード３８〜４３から成るコンバータ部、及び平滑用コンデンサ４４から構成され、第２の巻線形誘導機６の二次巻線８の交流励磁を行なう。
【０００８】
以上の構成において、電力指令値１３を０からステップ的に増加させると、振幅制限器１９の出力に制御信号が現れ、この制御信号は電力変換装置９に与えられる。電力変換装置９は、第２の巻線形誘導機６の１次電力を前記制御信号により制御する。電力の方向は誘導機から電力系統へ供給する方向を正とし、第２の巻線形誘導機６から第１の電力系統１へ供給される電力は正の方向に増加する。すなわち、第２の巻線形誘導機６は発電機として作用し、第１の巻線形誘導機３の回転速度を減少させる。したがって、回転速度検出器１１で検出される回転速度と同期速度基準値１６との偏差信号は負の方向に増加する。
【０００９】
また、この偏差の積分値に比例して、第１の巻線形誘導機３の２次側内部誘起電圧における第２の電力系統２の電圧に対する位相角が負の方向に増加し、第１の巻線形誘導機３における１次側内部誘起電圧の第１の電力系統１の電圧に対する位相角は正の方向に増加する。これにより、第１の巻線形誘導機３の１次から電力系統１へ供給される電力は正の方向に増加し、第１の巻線形誘導機３の２次から電力系統２へ供給される電力は負の方向に増加する。
【００１０】
加算器１７からの出力が負の方向に増加し、増幅器１５からの出力より大きくなると、振幅増幅器１９の出力極性が反転し、第２の巻線形誘導機６の１次電力の極性も反転する。このとき、第２の巻線形誘導機６は電動機として作用し、第１の巻線形誘導機３の回転速度を増加させる。したがって、回転速度検出器１１で検出される回転速度と同期速度基準値１６との偏差信号は減少する。このようにして、第１の巻線形誘導機３の１次電力は電力指令値に一致するように制御され、これに比例して第１の巻線形誘導機３の２次電力は負の方向に増加する。
【００１１】
最終的には、第１の巻線形誘導機３の１次電力と第２の巻線形誘導機６の１次電力の和と、第１の巻線形誘導機３の２次電力の大きさが等しくなる。このとき、第２の電力系統２から第１の電力系統１へ電力が供給される。
【００１２】
また、電力指令値１３を０からステップ的に負に変化させると、第２の巻線形誘導機６から第１の電力系統１へ供給される電力は負の方向に増加する。すなわち、第２の巻線形誘導機６は電動機として作用し、第１の巻線形誘導機３の回転速度を増加させる。したがって、回転速度検出器１１で検出される回転速度と同期速度基準値１６との偏差信号は正の方向に増加する。この偏差の積分値に比例して、第１の巻線形誘導機３の２次側内部誘起電圧における第２の電力系統２の電圧に対する位相角が正の方向に増加し、第１の巻線形誘導機３の１次側内部誘起電圧における第１の電力系統１の電圧に対する位相角は負の方向に増加する。これにより、第１の巻線形誘導機３の１次から電力系統１へ供給される電力は負の方向に増加し、第１の巻線形誘導機３の２次から電力系統２へ供給される電力は正の方向に増加する。
【００１３】
加算器１７からの出力が正の方向に増加し、増幅器１５からの出力より小さくなると、振幅増幅器１９の出力極性が反転し、第２の巻線形誘導機６の１次電力の極性も反転する。このとき第２の巻線形誘導機６は発電機として作用し、第１の巻線形誘導機３の回転速度を減少させる。したがって、回転速度検出器１１で検出される回転速度と同期速度基準値１６との偏差信号は小さくなる。このようにして、第１の巻線形誘導機３の１次電力は電力指令値に一致するように制御され、これに比例して第１の巻線形誘導機３の２次電力は増加する。
【００１４】
最終的には、第１の巻線形誘導機３の１次電力と第２の巻線形誘導機６の１次電力の和と、第１の巻線形誘導機３の２次電力の大きさが等しくなる。このとき、第１の電力系統１から第２の電力系統２へ電力が供給される。
【００１５】
以上のようにして、図６の装置は周波数変換装置として作用する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の構成では、二つの系統間の有効電力の融通は可能であるが、無効電力を制御して、周波数変換装置が接続された系統の電圧調整を行うことはできなかった。
【００１７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、無効電力の制御により電力変換器が接続された系統の電圧調整を簡単且つ容易に行うことができる周波数変換装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の周波数変換装置は以下の如く構成されている。
【００１９】
（１）本発明の周波数変換装置は、第１の誘導機の回転子と第２の誘導機の回転子とを機械的に結合し、前記第１の誘導機の１次巻線と前記第２の誘導機の１次巻線を第１の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線をタップ付き変圧器を介して第２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機の２次巻線を電力変換器を介して前記第１の誘導機の２次巻線と前記タップ付き変圧器との間に接続し、前記第１及び第２の誘導機の１次巻線側に設けた電力検出器からの出力信号と電力の指令値との電力偏差信号を求め、前記第１の誘導機または前記第２の誘導機の回転速度検出器からの出力信号と同期速度基準値との速度偏差信号を求め、前記電力偏差信号と前記速度偏差信号の偏差信号を基に前記電力変換器に制御信号を出力し、前記第２の誘導機の２次電流を制御して、前記第１の誘導機の回転速度を制御する周波数変換装置において、前記第２の電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器の出力信号から電圧信号を算出する電圧算出手段、この電圧算出手段で求められた電圧信号と電圧設定値との電圧偏差を求める加算手段と、許容偏差範囲が設定され且つ前記加算手段により求められた電圧偏差信号が前記許容偏差範囲内にあるか否かを判別する比較手段及びこの比較手段により電圧偏差信号が許容範囲外にあると判別されると前記タップ付き変圧器のタップを切替えるタップ操作器から構成されたタップ制御装置とを備える。
【００２０】
（２）本発明の周波数変換装置は、第１の誘導機の回転子と第２の誘導機の回転子とを機械的に結合し、前記第１の誘導機の１次巻線と第２の誘導機の１次巻線とを第１の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線を第２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機の２次巻線を電力変換器を介して前記第２の電力系統に接続し、前記第１及び第２の誘導機の１次巻線側に設けた電力検出器からの出力信号と電力の指令値との電力偏差信号を求め、前記第１の誘導機または前記第２の誘導機の回転速度検出器からの出力信号と同期速度基準値との速度偏差信号を求め、前記電力偏差信号と前記速度偏差信号の偏差信号を基に前記電力変換器に制御信号を出力し、前記第２の誘導機の２次電流を制御して、前記第１の誘導機の回転速度を制御する周波数変換装置において、前記第２の電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、前記電力変換器より前記第２の電力系統へ出力される電流を検出する電流検出器と、前記電圧検出器の出力信号から電圧信号を算出する電圧算出手段、この電圧算出手段で求められた電圧信号と電圧設定値との電圧偏差を求める第１の加算手段、前記電圧検出器で検出された電圧をもとに位相信号を作成する位相検出手段、この位相検出手段より出力される位相信号と前記電流検出器で検出された電流信号とから無効電流信号を算出する無効電流検出手段及びこの無効電流信号と前記第１の加算手段より得られる電圧偏差との差を求め、この偏差信号を前記電力変換器に無効電力制御信号として出力する第２の加算手段から構成された無効電力制御装置とを備える。
【００２２】
（３）本発明の周波数変換装置は、第１の誘導機の回転子と第２の誘導機の回転子とを機械的に結合し、前記第１の誘導機の１次巻線と前記第２の誘導機の１次巻線とを第１の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線をタップ付き変圧器を介して第２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機の２次巻線を電力変換器を介して前記第１の誘導機の２次巻線と前記タップ付き変圧器との間に接続し、前記第１及び第２の誘導機の１次巻線側に設けた電力検出器からの出力信号と電力の指令値との電力偏差信号を求め、前記第１の誘導機または前記第２の誘導機の回転速度検出器からの出力信号と同期速度基準値との速度偏差信号を求め、前記電力偏差信号と前記速度偏差信号の偏差信号を基に前記電力変換器に制御信号を出力し、前記第２の誘導機の２次電流を制御して、前記第１の誘導機の回転速度を制御する周波数変換装置において、前記第２の電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、前記電力変換器より前記第２の電力系統へ出力される電流を検出する電流検出器と、前記電圧検出器の出力信号から電圧信号を算出する電圧算出手段、この電圧算出手段で求められた電圧信号と電圧設定値との電圧偏差を求める第１の加算手段、許容偏差範囲が設定され且つ前記第１の加算手段により求められた電圧偏差信号が前記許容偏差範囲内にあるか否かを判別する比較手段及びこの比較手段により電圧偏差信号が許容範囲外にあると判別されると前記タップ付き変圧器のタップを切替えるタップ操作器、前記電圧検出器で検出された電圧をもとに位相信号を作成する位相検出手段、この位相検出手段より出力される位相信号と前記電流検出器で検出された電流信号とから無効電流信号を算出する無効電流検出手段及びこの無効電流信号と前記第１の加算手段より得られる電圧偏差との差を求め、この偏差信号を前記電力変換器に無効電力制御信号として出力する第２の加算手段から構成された制御装置とを備える。
【００２３】
従って、上記（１）乃至（４）に記載の発明にあっては、誘導機と電力変換器を用いた周波数変換装置において、無効電力を制御して電力変換器が接続された系統の電圧調整が可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明による周波数変換装置の第１の実施の形態を示す回路構成図である。なお、図１において、従来例の構成として示す図６と同一部分には同符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【００２６】
図１において、第１の巻線形誘導機３の２次巻線５をタップ付き変圧器４４を介して第２の電力系統２に接続し、また第２の電力系統２の電圧を検出する電圧検出器４５を設け、この電圧検出器４５より３相系統電圧が入力され、タップ付き変圧器４４のタップを調整するタップ制御装置４６を設ける構成としたものである。
【００２７】
上記タップ制御装置４６は、電圧検出器４５により検出された３相系統電圧から系統電圧値を算出する電圧算出回路４７と、この電圧算出回路４７の出力と第２の電力系統２の電圧設定値４８とを加算して偏差を求める加算器４９と、この加算器４９より偏差が入力され、この偏差をタップ付き変圧器４４の最小タップ変化による電圧調整幅に対応する許容偏差上限値５１及び許容偏差下限値と比較する比較器５０と、この比較器５０の出力が動作指令として与えられ、タップ付き変圧器４４のタップを操作するタップ操作器５３とから構成されている。
【００２８】
ここで、上記比較器５０は図２に示すように入力が正の値を持つ許容偏差上限値５１を超えると、出力が１となり、負の値を持つ許容偏差下限値５２より小さくなると、出力は−１となる。また、入力が許容偏差上限値５１以下で許容偏差下限値５２以上の場合は、比較器５０の出力は０となる。
【００２９】
この比較器５０よりタップ操作器５３に１，０，−１が入力されると、このタップ操作器５３は次のような動作を行う。
【００３０】
（１）入力が１の場合には、タップ付き変圧器４４のタップを１段階１次電圧が上昇する方向に切替える。
【００３１】
（２）入力が０の場合には、現状のタップ状態を維持する。
【００３２】
（３）入力が−１の場合には、タップ付き変圧器４４のタップを１段階１次電圧が減少する方向に切替える。
【００３３】
次に上記のように構成された周波数電力変換装置の作用を図１及び図２を用いて説明する。
【００３４】
第２の電力系統２において、無効電力を消費する負荷が増大し、第２の電力系統のリアクタンスにより第２の電力系統２の電圧が低下した状況を考える。このような状況にあるとき、電圧検出器４５により検出された第２の電力系統２の電圧は通常よりも低目の電圧として検出され、タップ制御装置４６の電圧算出回路４７に入力される。
【００３５】
この電圧算出回路４７では電圧検出器４５より出力される第２の電力系統２の三相線間電圧ＶＵＶ，ＶＶＷ，ＶＷＵから、次式の演算により系統電圧の実効値に相当する値ＶＬを算出する。
【００３６】
ＶＡ＝ＶＵＶ／３＋ＶＷＵ／３
ＶＢ＝−ＶＵＶ／（３×Sqrt(3)）−ＶＷＵ／（３Sqrt(3)）
ＶＬ＝Sqrt(ＶＡ×ＶＡ＋ＶＢ×ＶＢ)／Sqrt(2)
加算器４９において、電圧加算回路４７で求められた系統電圧の実効値に相当する値と電圧設定値との偏差が算出され、この偏差は比較器５０に与えられる。比較器５０では、加算器４９より入力される偏差と許容偏差上限値５１及び許容偏差下限値５２とを比較し、偏差が許容偏差上限値５１より大きくなると、比較器５０の出力が変化し、タップ操作器５３に動作指令を与える。これにより、タップ操作器５３はタップ付き変圧器４４のタップを一次側電圧が１段階上昇するようにタップを変更する。
【００３７】
その結果、第２の電力系統２に対して、周波数電力変換装置の出力する電圧が上昇し、第２の電力系統２に無効電力を供給する。従って、第２の電力系統２には周波数変換装置から無効電力が供給されるので、リアクタンス降下による電圧降下が緩和され、系統電圧が上昇する。
【００３８】
電圧検出器４５により検出される電圧が上昇すると、加算器４９によって算出される偏差が減少し、比較器５０において許容偏差上限値５１以下の値になると比較器５０の出力が０に変化する。これにより、タップ操作器５３は、現状のタップを保持する。もし、１段階のタップ変更で、第２の電力系統２の電圧上昇が十分でなく、電圧検出器４５の出力と電圧設定値４８の偏差が許容偏差上限値５１以下とならない場合、比較器５０の出力は前回と同様に１であり、タップ操作器５３はさらにもう１段階１次電圧が上昇するようにタップを変更する。
【００３９】
以上の動作を行うことで、第２の電力系統２の電圧と電圧設定値４８との偏差が許容偏差上限値５１以下の値に調整される。
【００４０】
この一連の動作において、第２の電力系統２に供給される無効電力は、第１の電力系統１から供給されることになる。電力変換器９の潮流制御装置１２は有効電力に対してだけ動作するので、周波数変換装置を介して第１の電力系統１から第２の電力系統２に無効電力が供給されても、特に動作せず、それまでの有効電力の制御を継続する。
【００４１】
一方、第２の電力系統２において、無効電力を消費する負荷が減少し、相対的に無効電力を発生する負荷が増え、第２の電力系統２の電圧が上昇した場合には、電圧設定値４８と電圧検出器４５の出力との偏差が負の値となり、比較器５０において、その偏差が許容偏差下限値５２以下の値になると、比較器５０の出力は−１に変化し、タップ操作器５３はタップ付き変圧器４４の１次電圧が減少する方向に１段階タップを切替える。
【００４２】
その結果、第２の電力系統２に対して、周波数電力変換装置の出力する電圧が降下し、第２の電力系統２から無効電力を吸収する。従って、第２の電力系統２は周波数変換装置により無効電力が吸収されるので、リアクタンスによる電圧上昇が緩和され、系統電圧が低下する。
【００４３】
電圧検出器４５により検出される電圧が低下し、加算器４９によって算出される偏差が負の値で減少し、比較器５０において許容偏差下限値５２以下の値になると比較器５０の出力が０に変化する。これにより、タップ操作器５３は、現状のタップを保持する。以上の動作を電圧検出器４５の出力と電圧設定値４８との偏差偏差が許容偏差下限値５２以下になるまで繰返す。
【００４４】
以上の動作を行うことで、第２の電力系統２の電圧と電圧設定値４８との偏差は許容偏差下限値５２以上の値に調整される。
【００４５】
この一連の動作において、第２の電力系統２から吸収された無効電力は、第１の電力系統１に供給されることになり、電力変換器９の潮流制御装置１２は有効電力に対してだけ動作するので、周波数変換装置を介して第１の電力系統１から第２の電力系統２に無効電力が供給されても、特に動作せず、それまでの有効電力の制御を継続する。
【００４６】
以上の動作を行うことで、第２の電力系統２の電圧は、許容偏差上限値５１と許容偏差下限値５２に対応する範囲に制御される。
【００４７】
以上の説明では、タップ付き変圧器４４を第２の電力系統２側に設け、第２の電力系統２の電圧を調整する方式について説明したが、第１の電力系統１側にタップ付き変圧器を設けて第１の電力系統１の電圧を調整するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００４８】
図３は本発明による周波数変換装置の第２の実施の形態を示す回路構成図である。なお、図１において、従来例の構成として示す図６と同一部分には同符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【００４９】
図３において、第２の電力系統２の電圧を検出する電圧検出器４５と、電力変換器９より第２の電力系統２へ出力する電流を検出する電流検出器５４と、これら電圧検出器４５の出力電圧及び電流検出器５４の出力電流が入力される無効電力制御装置５５とを設け、この無効電力制御装置５５の出力により電力変換器９を制御して無効電力調整を行なうようにしたものである。
【００５０】
上記無効電力制御装置５５は、電圧検出器４５により検出された３相系統電圧から系統電圧値を算出する電圧算出回路４７と、この電圧算出回路４７の出力と第２の電力系統２の電圧設定値４８とを加算して偏差を求める加算器４９と、この加算器４９より得られる偏差を増幅する増幅器（ＡＭＰ）と、電圧検出器４５より入力される系統電圧を基準として位相信号を作成する位相検出回路５７と、電流検出器５４の出力及び位相検出回路５７の出力が入力され、これら電流及び位相信号より無効電流を検出する無効電流検出回路５８と、この無効電流検出回路５８の出力及び前記増幅器５６の出力との偏差を求める加算器５９と、この加算器５９の出力を増幅する増幅器６０と、この増幅器６０より制御信号が入力され、その制御信号の振幅を制限して電力変換器９を制御する振幅制限器６１とから構成されている。
【００５１】
次に上記のように構成された周波数電力変換装置の作用を説明する。
【００５２】
第２の電力系統２において、無効電力を消費する負荷が増大し、第２の電力系統のリアクタンスにより第２の電力系統２の電圧が低下した状況を考える。このような状況にあるとき、電圧検出器４５により検出された第２の電力系統２の電圧は通常よりも低目の電圧として検出され、無効電力制御装置５５の電圧算出回路４７に入力される。
【００５３】
この電圧算出回路４７では電圧検出器４５の出力から第１の実施の形態と同様に系統電圧の実効値に相当する電圧を算出する。
【００５４】
加算器４９において、電圧加算回路４７で求められた系統電圧の実効値に相当する値と電圧設定値との偏差が正の値として算出され、この偏差は増幅器５６により増幅されて加算器５９に与えられる。
【００５５】
一方、位相検出回路５７により第２の電力系統２の電圧を基準とする位相信号を無効電流検出回路５８に入力する。この無効電流検出回路５８は位相信号と電流検出器５４により検出された電流とから無効電流を算出し、この無効電流を加算器５９に与える。
【００５６】
加算器５９では無効電流検出回路５８により算出された無効電流と前記増幅器５６により増幅された偏差との差を求める。この加算器５９の出力は第２の電力系統２の電圧低下により加算器５９の出力は正の値へ増加する。この加算器５９の出力は増幅器６０により増幅され、制御信号として確立した後、振幅制限器６１を介して電力変換器９へ出力される。
【００５７】
この電力変換器９では、無効電力制御装置６１からの制御信号が増加したことで、第２の電力系統２へ無効電力を供給する方向に電流を出力する。これによりリアクタンス降下による電圧降下が緩和され、第２の電力系統２の電圧が上昇する。従って、この動作を繰返すことにより第２の電力系統２の電圧は、電圧設定値を維持することが可能となる。
【００５８】
この一連の動作において、第２の電力系統２に供給された無効電力は電力変換器９の有効電力制御に影響を及ぼすことはない。
【００５９】
一方、第２の電力系統２において、無効電力を消費する負荷が減少し、相対的に無効電力を発生する負荷が増え、第２の電力系統２の電圧が上昇した場合には、電圧設定値４８と電圧検出器４５の出力との偏差が負の値となり、その偏差は増幅器５６にて増幅される。
【００６０】
また、無効電流検出回路５８の出力と前記増幅器５６の出力との差が加算器５９にて算出される。この加算器５９の出力は負の値で減少し、電力変換器９へ出力される。
【００６１】
この電力変換器９は、無効電力制御装置５５からの制御信号が負の値で減少したことにより、第２の電力系統２から無効電力を吸収する方向に電流を出力する。これにより第２の電力系統２の電圧が減少する。このような動作を繰返すことで、第２の電力系統２の電圧は電圧設定値を維持することが可能となる。
【００６２】
この一連の動作において、第２の電力系統２から吸収された無効電力は、電力変換器９で処理されるので、電力変換器９の有効電力制御に影響を及ぼすことはない。
【００６３】
以上の説明では、電力変換器を第２の電力系統２側に設け、第２の電力系統２の電圧を調整する方式について説明したが、第１の電力系統１側に電力変換器を設けて第１の電力系統１の電圧を調整するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００６４】
図４は本発明による周波数変換装置の第３の実施の形態を示す回路構成図である。なお、図１において、従来例の構成として示す図６と同一部分には同符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【００６５】
図４において、第１の巻線形誘導機３の一次巻線４と第１の電力系統１との接続間にコンデンサ６２からなるコンデンサ群６３を並列に接続し、同様に第１の巻線形誘導機３の二次巻線５と第２の電力系統２との接続間にコンデンサ６２からなるコンデンサ群６４を並列に接続する。
【００６６】
なお、図４ではコンデンサ６２を単体構成としたが、複数台を直並列に接続して適切なコンデンサ容量を選択できる構成としてもよい。また、コンデンサ群を複数台用意して、適切なコンデンサ容量を選択できる構成としてもよい。
【００６７】
このような構成の周波数電力変換装置とすれば、第１の電力系統１および第２の電力系統２において、無効電力を消費する負荷が増大し、電力系統のリアクタンスにより電力系統の電圧が低下した場合、コンデンサ６２から電力系統に無効電力を供給することが可能となるので、リアクタンス降下による電圧降下が緩和され、系統電圧を上昇させることができる。
【００６８】
また、複数台のコンデンサを適切に接続することにより、系統電圧の調整を行なうことができる。
【００６９】
この一連の動作において、第２の電力系統２に供給された無効電力はコンデンサ６２で処理されるので、電力変換器９の有効電力制御に影響を及ぼすことはない。
【００７０】
図５は本発明による周波数変換装置の第４の実施の形態を示す回路構成図である。なお、図５において、従来例の構成として示す図６と同一部分には同符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【００７１】
図５において、第１の巻線形誘導機３の２次巻線５をタップ付き変圧器４４を介して第２の電力系統２に接続し、また第２の電力系統２の電圧を検出する電圧検出器４５と、電力変換装置９より第２の電力系統２へ出力する電流を検出する電流検出器５４とを設け、これら電圧検出器４５の出力電圧及び電流検出器５４の出力電流を入力してタップ付き変圧器４４のタップ調整と電力変換器９の無効電力制御を組合せて制御する制御装置６５を設ける構成としたものである。
【００７２】
上記制御装置６５は、電圧検出回路４７、加算器４８、比較器５０及びタップ操作器５３からなる図１に示すタップ制御装置４６と、位相検出回路５７、無効電流検出回路５８、前記加算器４９の出力を増幅する増幅器５６、加算器５９、増幅器６０及び振幅制限器６１からなる図３に示す無効電力制御装置５５とを組合せたものである。
【００７３】
ここで、制御装置６５の各構成要素の機能並びにタップ付き変圧器４４と電力変換器９の無効電力の制御については重複するため、ここではその説明を省略する。
【００７４】
このような構成の周波数変換装置とすれば、タップ付き変圧器４４と電力変換器９とを組合せて制御することで、タップ付き巻線のタップ間における無効電力調整が周波数変換装置の働きにより可能となり、滑らかな無効電力調整を実現することができる。また、電力変換器９単体で無効電力制御を行なう場合と比較して無効電力を調整するための電力変換器の容量をタップ付き変圧器のタップ間の無効電力容量にすることができ、電力変換器９の小型、軽量化を図ることができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、無効電力の制御により電力変換器が接続された系統の電圧調整を行うことができる周波数変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による周波数変換装置の第１の実施の形態を示す回路構成図。
【図２】同実施の形態における比較器の入出力関係を示すタイムチャート。
【図３】本発明による周波数変換装置の第２の実施の形態を示す回路構成図。
【図４】本発明による周波数変換装置の第３の実施の形態を示す回路構成図。
【図５】本発明による周波数変換装置の第４の実施の形態を示す回路構成図。
【図６】従来例に係る周波数変換装置の構成図。
【図７】従来例に係る静止形電力変換装置の回路構成の一例を示す図。
【符号の説明】
１…第１の電力系統
２…第２の電力系統
３…第１の巻線形誘導機
４…第１の巻線形誘導機の１次巻線
５…第１の巻線形誘導機の２次巻線
６…第２の巻線形誘導機
７…第２の巻線形誘導機の１次巻線
８…第２の巻線形誘導機の２次巻線
９…電力変換装置
１０…電力検出器
１１…回転速度検出器
１２…潮流制御装置
１３…電力指令値
１４…加算器
１５…増幅器
１６…同期速度基準値
１７…加算器
１８…加算器
１９…振幅制限器
２０〜２５…自己消弧形スイッチング素子
２６〜３１…ダイオード
３２〜３７…自己消弧形スイッチング素子
３８〜４３…ダイオード
４４…タップ付き変圧器
４５…電圧検出器
４６…タップ制御装置
４７…電圧算出回路
４８…電圧設定値
４９…加算器
５０…比較器
５１…許容偏差上限値
５２…許容偏差下限値
５３…タップ操作器
５４…電流検出器
５５…無効電力制御装置
５６…増幅器
５７…位相検出器
５８…無効電流検出回路
５９…加算器
６０…増幅器
６１…振幅制限器
６２…コンデンサ
６３，６４…コンデンサ群
６５…制御装置
Claims (3)
- 第１の誘導機の回転子と第２の誘導機の回転子とを機械的に結合し、前記第１の誘導機の１次巻線と前記第２の誘導機の１次巻線を第１の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線をタップ付き変圧器を介して第２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機の２次巻線を電力変換器を介して前記第１の誘導機の２次巻線と前記タップ付き変圧器との間に接続し、前記第１及び第２の誘導機の１次巻線側に設けた電力検出器からの出力信号と電力の指令値との電力偏差信号を求め、前記第１の誘導機または前記第２の誘導機の回転速度検出器からの出力信号と同期速度基準値との速度偏差信号を求め、前記電力偏差信号と前記速度偏差信号の偏差信号を基に前記電力変換器に制御信号を出力し、前記第２の誘導機の２次電流を制御して、前記第１の誘導機の回転速度を制御する周波数変換装置において、
前記第２の電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器の出力信号から電圧信号を算出する電圧算出手段、この電圧算出手段で求められた電圧信号と電圧設定値との電圧偏差を求める加算手段と、許容偏差範囲が設定され且つ前記加算手段により求められた電圧偏差信号が前記許容偏差範囲内にあるか否かを判別する比較手段及びこの比較手段により電圧偏差信号が許容範囲外にあると判別されると前記タップ付き変圧器のタップを切替えるタップ操作器から構成されたタップ制御装置とを備えたことを特徴とする周波数変換装置。 - 第１の誘導機の回転子と第２の誘導機の回転子とを機械的に結合し、前記第１の誘導機の１次巻線と第２の誘導機の１次巻線とを第１の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線を第２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機の２次巻線を電力変換器を介して前記第２の電力系統に接続し、前記第１及び第２の誘導機の１次巻線側に設けた電力検出器からの出力信号と電力の指令値との電力偏差信号を求め、前記第１の誘導機または前記第２の誘導機の回転速度検出器からの出力信号と同期速度基準値との速度偏差信号を求め、前記電力偏差信号と前記速度偏差信号の偏差信号を基に前記電力変換器に制御信号を出力し、前記第２の誘導機の２次電流を制御して、前記第１の誘導機の回転速度を制御する周波数変換装置において、
前記第２の電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、前記電力変換器より前記第２の電力系統へ出力される電流を検出する電流検出器と、前記電圧検出器の出力信号から電圧信号を算出する電圧算出手段、この電圧算出手段で求められた電圧信号と電圧設定値との電圧偏差を求める第１の加算手段、前記電圧検出器で検出された電圧をもとに位相信号を作成する位相検出手段、この位相検出手段より出力される位相信号と前記電流検出器で検出された電流信号とから無効電流信号を算出する無効電流検出手段及びこの無効電流信号と前記第１の加算手段より得られる電圧偏差との差を求め、この偏差信号を前記電力変換器に無効電力制御信号として出力する第２の加算手段から構成された無効電力制御装置とを備えたことを特徴とする周波数変換装置。 - 第１の誘導機の回転子と第２の誘導機の回転子とを機械的に結合し、前記第１の誘導機の１次巻線と前記第２の誘導機の１次巻線とを第１の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線をタップ付き変圧器を介して第２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機の２次巻線を電力変換器を介して前記第１の誘導機の２次巻線と前記タップ付き変圧器との間に接続し、前記第１及び第２の誘導機の１次巻線側に設けた電力検出器からの出力信号と電力の指令値との電力偏差信号を求め、前記第１の誘導機または前記第２の誘導機の回転速度検出器からの出力信号と同期速度基準値との速度偏差信号を求め、前記電力偏差信号と前記速度偏差信号の偏差信号を基に前記電力変換器に制御信号を出力し、前記第２の誘導機の２次電流を制御して、前記第１の誘導機の回転速度を制御する周波数変換装置において、
前記第２の電力系統の電圧を検出する電圧検出器と、前記電力変換器より前記第２の電力系統へ出力される電流を検出する電流検出器と、前記電圧検出器の出力信号から電圧信号を算出する電圧算出手段、この電圧算出手段で求められた電圧信号と電圧設定値との電圧偏差を求める第１の加算手段、許容偏差範囲が設定され且つ前記第１の加算手段により求められた電圧偏差信号が前記許容偏差範囲内にあるか否かを判別する比較手段及びこの比較手段により電圧偏差信号が許容範囲外にあると判別されると前記タップ付き変圧器のタップを切替えるタップ操作器、前記電圧検出器で検出された電圧をもとに位相信号を作成する位相検出手段、この位相検出手段より出力される位相信号と前記電流検出器で検出された電流信号とから無効電流信号を算出する無効電流検出手段及びこの無効電流信号と前記第１の加算手段より得られる電圧偏差との差を求め、この偏差信号を前記電力変換器に無効電力制御信号として出力する第２の加算手段から構成された制御装置とを備えたことを特徴とする周波数変換装置。
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