JPH0522938A

JPH0522938A - 電力変換システムの制御回路

Info

Publication number: JPH0522938A
Application number: JP3340028A
Authority: JP
Inventors: Mitsutoshi Yamamoto; 光俊山本
Original assignee: ADVANCE CO GENERATION SYST; ADVANCE KOOJIENEREESHIYON SYST GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Current assignee: ADVANCE CO GENERATION SYST; ADVANCE KOOJIENEREESHIYON SYST GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【目的】永久磁石発電機を周波数変換装置を介して電
力系統に連系させシステムにおいて、発電機端子電圧を
設定値に維持して電力の有効利用を図り、電力変換装置
の故障を防止する。【構成】発電機側制御系に電圧調節器３０を設け、電
圧検出器２８により検出した発電機１の端子電圧が電圧
指令値Ｅ*に一致するように点弧角調節器３２により電
力変換装置２ａの点弧位相指令を出力する。これによ
り、発電機内部誘起起電力に対する発電機端子電圧の位
相を操作し、発電機出力電流の位相、大きさを調節して
発電機端子電圧を設定値に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、任意の速度で回転する
永久磁石発電機の端子電圧を、発電機側及び系統側電力
変換装置からなる電圧形周波数変換装置を介し周波数変
換して電力系統に連系する電力変換システムの制御回
路、及び、任意周波数の交流電力を電圧形電力変換装置
により一旦、直流電力に変換した後、別の電圧形電力変
換装置により系統周波数の交流電力に変換して電力系統
に連系させる電圧形周波数変換装置からなる電力変換シ
ステムの制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に任意の回転速度で運転されている
発電機を電力系統に接続するためには、図７に示すよう
に、発電機１の端子電圧の周波数を電力系統６の周波数
に一致させるために、ＧＴＯサイリスタ等の電力用半導
体素子を用いた順変換装置としての発電機側電力変換装
置２ａ及び逆変換装置としての系統側電力変換装置２ｂ
からなる周波数変換装置２を設置することが必要とな
る。

【０００３】つまり、発電機１が出力する交流電圧及び
電流を発電機側電力変換装置２ａにより一旦直流に変換
してコンデンサ３に供給し、これらの直流量を自励式電
圧形インバータ等の系統側電力変換装置２ｂに供給して
出力電圧の周波数を電力系統６の周波数（５０Hzまたは
６０Hz）に変換し、電力系統６に連系させるシステムが
用いられている。なお、図７において、４は連系用リア
クトル、５は遮断器を示している。

【０００４】このようなシステムにおいて、一般に、系
統側電力変換装置２ｂはＰＷＭ制御を行なうことによ
り、出力電圧の位相及び大きさを制御して電力系統６に
出力する有効・無効電力を調整するが、発電機側電力変
換装置２ａにおいては、発電機１として高速発電機を使
用する場合には発電機１の出力周波数が高くなるためＰ
ＷＭ制御を行なうことができず、出力電圧の位相制御の
みを行なって発電機端子電圧（周波数変換装置２の直流
中間電圧）を制御している。

【０００５】図８は、発電機側電力変換装置２ａ及び系
統側電力変換装置２ｂに電圧形電力変換装置を用いた場
合における、従来の制御回路を示している（特願平１−
1６０６６５号参照）。同図において、７はｄ−ｑ軸電
流検出器、８は有効・無効電力検出器、９はＭ−Ｔ軸電
流検出器、１０は有効電力検出器、１１は直流電圧検出
器、１２ａ，１２ｂ，１２ｃは電力調節器、１３ａ，１
３ｂ，１３ｃ，１３ｄは電流調節器、１４，１５はベク
トル回転・２相／３相変換器、１６ａ，１６ｂは点弧角
調節器、１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１
８ｄ，１９，２１，２３，２５は加算器、２０ａ，２０
ｂは二乗演算器、２２は平方根演算器、２４は直流電圧
調節器、２６ａ，２６ｂは変流器である。

【０００６】その動作を略述すると、発電機側電力変換
装置２ａに与える２相電圧指令値ｅ_T＊，ｅ_M＊は電流調
節器１３ｃ，１３ｄから出力され、二乗演算器２０ａ，
２０ｂによりそれぞれ二乗されて加算器２１で加算され
た後、平方根演算器２２に入力されて周波数変換装置２
の直流中間電圧指令値（コンデンサ３の電圧指令値）が
出力される。この指令値は加算器２３に入力されて直流
電圧検出器１１による直流電圧実際値との偏差が求めら
れ、この偏差は直流電圧調節器２４に入力される。そし
て加算器２５において、直流電圧調節器２４の出力と周
波数変換装置２が電力系統６に出力する有効電力指令値
Ｐ＊との偏差が求められ、この偏差が系統側電力変換装
置２ｂの有効電力指令値となる。この有効電力指令値と
有効・無効電力検出器８による有効電力実際値との偏差
が加算器１７ａにより求められ、また、無効電力指令値
Ｑ＊と無効電力実際値との偏差が加算器１７ｂにより求
められる。

【０００７】これらの偏差は電力調節器１２ａ，１２ｂ
に入力され、ｑ軸成分電流指令値ｉ_qi＊及びｄ軸成分電
流指令値ｉ_di＊がそれぞれ算出される。これらの電流指
令値ｉ_qi＊，ｉ_di＊とｄ−ｑ軸電流検出器７による各電
流実際値との偏差が加算器１８ａ，１８ｂにより算出さ
れ、これらの偏差は電流調節器１３ａ，１３ｂに入力さ
れてｑ軸成分電圧指令値ｅ_qi＊及びｄ軸成分電圧指令値
ｅ_di＊が算出される。電圧指令値ｅ_qi＊，ｅ_di＊はベク
トル回転・２相／３相変換器１４によって各相電圧指令
値ｅ_ai＊，ｅ_bi＊，ｅ_ci＊となり、点弧角調節器１６ｂ
及び図示されていないゲート駆動回路を介して各相の点
弧パルスに変換され、これらの点弧パルスを電力変換装
置２ｂに加えてその出力電圧の位相及び大きさを制御す
ることにより、電力系統６に出力する有効電力及び無効
電力を調整している。

【０００８】一方、発電機側電力変換装置２ａは、前記
有効電力指令値Ｐ＊と有効電力検出器１０からの有効電
力実際値との偏差を加算器１９により求めて電力調節器
１２ｃに入力し、有効電力指令値ｉ_T＊を算出すると共
に、別個に磁束電流指令値ｉ_M＊を算出する。そして、
Ｍ−Ｔ軸電流検出器９からの各電流実際値との偏差を加
算器１８ｃ，１８ｄにより求めて電流調節器１３ｃ，１
３ｄに入力することにより、電圧指令値ｅ_T＊，ｅ_M＊を
算出する。電圧指令値ｅ_T＊，ｅ_M＊はベクトル回転・２
相／３相変換器１５によって各相電圧指令値ｅ_a＊，ｅ_b
＊，ｅ_c＊となり、点弧角調節器１６ａ及びゲート駆動
回路を介して各相の点弧パルスに変換され、これらの点
弧パルスを電力変換装置２ａに加えてその出力電圧の位
相を制御することにより、発電機１が出力する電力を調
整している。

【０００９】次に、自励式電圧形周波数変換装置２にお
ける順変換装置の制御方式としての直流中間電圧一定制
御方式について、更に詳述する。図９は、電力系統６ａ
の任意周波数の交流電力を順変換装置としての自励式電
圧形電力変換装置２ａにより一旦、直流電力に変換し、
その後、逆変換装置としての自励式電圧形電力変換装置
２ｂにより任意周波数（電力系統６ｂの周波数）の交流
電力に変換して別の電力系統６ｂに連系させる電力変換
システムである。

【００１０】直流中間電圧一定制御方式としては、順変
換装置である電力変換装置２ａをＰＷＭ制御して電圧の
制御率を調整する方式のほか、前述の発電機１の出力電
圧の位相制御と同様に、電力変換装置２ａの入力電圧の
位相を進みから遅れまで制御し、入力リアクトル４ａに
流れる電流の位相を進みから遅れまで調整して直流中間
電圧を一定に制御する方式がある。なお、図１０ないし
図１２は入力電圧の位相を調整した場合の電力変換装置
２ａ側の電圧及び電流の関係を示すもので、これらの図
中、Ｅ_Cは電力変換装置２ａの入力電圧、Ｅ_Sは系統電
圧、Ｉ₁は入力リアクトル４ａに流れる電流、Ｘ₀は電力
変換装置２ａと電力系統６ａとの間の系統連系インピー
ダンス（リアクタンス）を示し、図１１は進み電流通流
時、図１２は遅れ電流通流時のベクトル図である。

【００１１】図１３は、図９に示した周波数変換装置に
対して直流中間電圧一定制御方式を適用した場合の制御
回路を示している。図１３において、５１は有効・無効
電力，電流演算器、５２は同期信号生成器、５３ａ，５
３ｂはパルス増幅器、５５ａ，５５ｂは計器用変圧器で
あり、その他の構成要素は図８と同一である。この制御
回路において、順変換側の動作を略述すると、電圧検出
器１１により検出された直流中間電圧実際値と直流中間
電圧指令値Ｖ*との偏差が加算器２３により求められ、
この偏差が入力される直流電圧調節器２４では点弧角調
節器１６ａへの位相指令を演算し、この点弧角調節器１
６ａ及びパルス増幅器５３ａを介して電力変換装置２ａ
に点弧パルスを与える。こうして電力変換装置２ａが出
力する電圧の位相を制御することにより、電力系統６ａ
から流れ込む電流の力率を調整し、周波数変換装置２の
直流中間電圧を一定に制御することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記図８の制御回路に
より、電力系統６に接続された周波数変換装置２に対し
て通常の有効電力制御を行なっている場合、直流電圧調
節器２４の出力が任意の値で安定して有効電力指令値に
補設定が与えられたままとなり、電力系統６に対して所
望の有効電力を供給できない場合があると共に、発電機
側制御系と系統側制御系との干渉により制御の不安定現
象が発生するおそれがあった。また、発電機側制御系の
構成が比較的複雑であるという問題があった。更に、発
電機１として永久磁石形発電機を用いた場合には、通常
の同期発電機で採用されている界磁調整機能がないた
め、発電機漏れリアクタンスの影響から発電機１が出力
する電流の大きさ・位相に応じて発電機１の端子電圧が
変化する。例えば、上記原因により発電機１の端子電圧
が低下した場合には電力の有効利用が図れなくなり、逆
に端子電圧が上昇した場合には、電力変換装置の故障を
引き起こすという不都合があった。

【００１３】第１及び第２の発明は上記問題点を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、系
統側制御系については従来の直流電圧調節器による有効
電力指令値の補設定をなくして所望の有効・無効電力制
御を行なわせ、また、発電機側制御系と系統側制御系と
を分離させることにより制御を安定化し、しかも、発電
機側制御系については電圧制御により発電機端子電圧を
一定値に保って電力の有効利用及び電力変換装置の故障
防止を可能にした構成簡単な制御回路を提供することに
ある。

【００１４】一方、図１３に示した制御回路において、
周波数変換装置２の直流中間電圧は、最大定格有効・無
効電力を出力可能な値に設定されている。このため、有
効・無効電力の出力量が少ない場合にも直流中間回路は
定格直流電圧を維持することになる。しかるに、電力変
換装置２ａ，２ｂを構成する電力用半導体素子を保護す
るために図１４のようなスナバ回路５４を設ける場合、
このスナバ回路５４にかかる電圧が高くなり、半導体素
子一素子当たりのスナバ回路での電力損失（Ｃ・Ｖ²・
ｆ／２）（Ｃ：スナバコンデンサの容量，Ｖ：スナバ電
圧，ｆ：スイッチング周波数）が増大して装置全体とし
ての効率を低下させるという問題があった。第３の発明
は上記問題点を解決するためになされたもので、その目
的とするところは、電力系統に出力する有効・無効電力
量に応じて周波数変換装置の直流中間電圧を必要最低限
の値に調整し、スナバ損失を低減して装置の効率向上を
図った制御回路を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第１の発明は、任意の速度で回転する永久磁石発電
機の端子電圧を、順変換装置としての発電機側電力変換
装置及び逆変換装置としての系統側電力変換装置にて構
成される電圧形周波数変換装置を介し電力系統の周波数
と同一周波数に変換して電力系統に連系する電力変換シ
ステムの制御回路において、系統側電力変換装置から電
力系統に対し出力する有効・無効電力を制御する有効・
無効電力制御手段と、発電機の端子電圧実際値または周
波数変換装置の直流中間電圧実際値を電圧指令値に一致
させるように動作する電圧調節手段と、この電圧調節手
段の出力を入力として、発電機内部誘起起電力に対する
発電機端子電圧の位相角を制御することにより発電機出
力電流の位相及び大きさを調節して発電機端子電圧の大
きさを一定に制御するような点弧位相指令を生成する手
段と、この手段により生成された点弧位相指令に従って
発電機側電力変換装置を運転する手段とを備えたもので
ある。

【００１６】第２の発明は、前記有効・無効電力制御手
段と、前記電圧調節手段と、系統側電力変換装置に与え
られる有効電力指令値、発電機漏れリアクタンス、発電
機端子電圧指令値及び発電機内部誘起起電力に基づいて
発電機内部誘起起電力に対する発電機端子電圧の位相角
を求める位相角演算手段と、この位相角演算手段から出
力される位相角及び前記電圧調節手段の出力としての位
相角の補設定を入力として、発電機内部誘起起電力に対
する発電機端子電圧の位相角を制御することにより発電
機出力電流の位相及び大きさを調節して発電機端子電圧
の大きさを一定に制御するような点弧位相指令を生成す
る手段と、この手段により生成された点弧位相指令に従
って発電機側電力変換装置を運転する手段とを備えたも
のである。

【００１７】第３の発明は、第１または第２の発明と同
様に実質上、周波数変換装置の制御回路に関するもの
で、任意の周波数の交流電力を順変換装置としての第１
の電力変換装置及び逆変換装置としての第２の電力変換
装置にて構成される電圧形周波数変換装置を介し電力系
統の周波数と同一周波数に変換して電力系統に連系する
電力変換システムの制御回路において、第２の電力変換
装置から電力系統に対し出力する有効・無効電力を制御
する有効・無効電力制御手段と、第２の電力変換装置に
対する有効電力指令値及び無効電力指令値と、電力系統
の電圧と、電力系統と第２の電力変換装置との間の系統
連系インピーダンスとに基づき周波数変換装置の直流中
間電圧指令値を演算する手段と、周波数変換装置の直流
中間電圧実際値を上記直流中間電圧指令値に一致させる
ように動作する電圧調節手段と、この電圧調節手段の出
力に基づいて第１の電力変換装置を運転する手段とを備
えたものである。

【００１８】

【作用】第１の発明においては、発電機側制御系に電圧
調節手段を設け、発電機端子電圧または周波数変換装置
の直流中間電圧が電圧指令値に常に一致するような発電
機側電力変換装置の点弧位相指令を生成し、発電機内部
誘起起電力に対する発電機端子電圧の位相発電機側電力
変換装置の交流側出力電圧の位相）を操作することによ
り、発電機出力電流の位相及び大きさを調整して発電機
端子電圧の大きさを一定に制御する。

【００１９】第２の発明においては、系統側電力変換装
置に与えられる有効電力指令値及び第２図に示す永久磁
石発電機のベクトル図に基づき、発電機の内部誘起起電
力に対する発電機端子電圧の位相角を演算し、この位相
角及び後述する電圧調節手段の出力の加算出力に基づい
て発電機側電力変換装置に対する点弧位相指令を生成す
る。

【００２０】まず、系統側電力変換装置が出力する有効
電力Ｐと、発電機が出力する有効電力とは等しくなけれ
ばならない。この条件及び図２に示すベクトル図から、
上記有効電力Ｐは次の数式１により求めることができ
る。

【００２１】

【数１】Ｐ＝Ｅ_i・Ｉ・ｃｏｓψ

【００２２】上記数式１において、Ｅ_iは発電機端子電
圧を、Ｉは発電機出力電流を、ψはＩとＥ_iとの間の位
相角をそれぞれ示す。また、Ｅ₀を発電機内部誘起起電
力、Ｘを発電機漏れリアクタンス、δをＥ₀とＥ_iとの間
の位相角とすると、以下の数式２及び数式３が成り立
つ。

【００２３】

【数２】Ｅ₀（ｃｏｓψ−δ）＝Ｅ_i・ｃｏｓψ

【００２４】

【数３】Ｅ_i・ｓｉｎδ＝Ｘ・Ｉ（ｃｏｓψ−δ）

【００２５】また、上記数式２及び数式３から、以下の
数式４が導かれ、この数式４に前記数式１を代入して変
形すると数式５が得られる。更に、数式５を変形すると
数式６となる。

【００２６】

【数４】

【００２７】

【数５】

【００２８】

【数６】

【００２９】従って、数式６で表される位相角δを有効
電力Ｐ（有効電力指令値Ｐ＊）、発電機漏れリアクタン
スＸ、発電機端子電圧Ｅ_i（端子電圧指令値Ｅ_i＊）及び
内部誘起起電力Ｅ₀から演算し、電圧調節手段の出力を
位相角の補設定として前記位相角に加算した信号に基づ
き点弧位相指令を生成し、この点弧位相指令に従って発
電機側電力変換装置を運転することにより、発電機の端
子電圧を一定値に調整する。すなわちこの発明では、発
電機端子電圧と内部誘起起電力との間の位相角を直接求
めて点弧位相指令を生成することにより、フィードフォ
ワード的な制御を行なうため、第１の発明に比べてより
応答性のよい制御を行なうことが可能である。

【００３０】第３の発明においては、逆変換装置として
の第２の電力変換装置に対する有効電力指令値及び無効
電力指令値と、系統電圧と、系統連系インピーダンスと
から周波数変換装置の直流中間電圧を演算し、この直流
中間電圧を電圧指令値としてこれに直流中間電圧実際値
が一致するように順変換装置としての第１の電力変換装
置を制御する。

【００３１】図５及び図６は、逆変換装置としての電力
変換装置側の電圧及び電流の関係を示しており、図５に
おいてＶ_iは電力変換装置の出力電圧、Ｖ_Sは系統電圧、
Ｘ₀及びＲは電力変換装置と電力系統との間の系統連系
インピーダンス、Ｉ₂は電力系統に対する出力電流であ
る。図６のベクトル図から、系統出力電流Ｉ₂は数式７
のようになる。

【００３２】

【数７】

【００３３】系統出力電流Ｉ₂を２軸量に分割すると数
式８、数式９のようになり、これらの数式を電圧Ｖ_d，
Ｖ_qについて展開して数式１０、数式１１を得る。

【００３４】

【数８】

【００３５】

【数９】

【００３６】

【数１０】Ｖ_d＝Ｒ・Ｉ_d−Ｘ₀・Ｉ_q＋Ｖ_S

【００３７】

【数１１】Ｖ_q＝Ｘ₀・Ｉ_d＋Ｒ・Ｉ_q

【００３８】一方、有効・無効電力は数式１２、数式１
３により表現することができ、これらの数式１２、数式
１３を数式１０、数式１１に代入して電圧を有効・無効
電力により表現すると、数式１４、数式１５となる。

【００３９】

【数１２】Ｐ＝Ｖ_S・Ｉ_d

【００４０】

【数１３】Ｑ＝−Ｖ_S・Ｉ_q

【００４１】

【数１４】

【００４２】

【数１５】

【００４３】これらの数式１４、数式１５は、インピー
ダンスＸ₀，Ｒを介して電力系統に連系されている逆変
換装置としての電力変換装置が、任意の有効電力Ｐと無
効電力Ｑを出力するために必要とされる出力電圧の２軸
成分を示している。従って、上記電力変換装置の出力電
圧の大きさ｜Ｖ_i｜は数式１６のようになる。

【００４４】

【数１６】

【００４５】ここで、逆変換装置が出力する電圧は制御
方式により異なるが、三相ＰＷＭ制御の場合には基本波
電圧｜Ｖ_i｜＝√３・ａ・Ｅ_d／２（ａ：制御率（変調
度），Ｅ_d：直流中間電圧）となるから、これを数式１
６に代入することにより次の数式１７を得、有効電力Ｐ
及び無効電力Ｑを出力するために必要な直流中間電圧Ｅ
_dが求められる。

【００４６】

【数１７】

【００４７】従って、逆変換装置が系統に出力する有効
・無効電力指令値に応じて数式１７により直流中間電圧
を演算し、これを指令値として順変換装置に加え、直流
中間電圧の実際値が前記指令値に一致するように位相制
御またはパルス幅制御を行なって順変換装置を制御すれ
ばよい。

【００４８】

【実施例】以下、図に沿って各発明の実施例を説明す
る。図１は第１の発明の一実施例を示すもので、図８に
示したものと同一の構成要素には同一番号を付してあ
る。この実施例の系統側制御系において、有効・無効電
力検出器８により検出された有効電力及び無効電力の実
際値は電力・電流調節器２７に入力され、この調節器２
７にはｄ−ｑ軸電流検出器７からのｄ軸電流実際値及び
ｑ軸電流実際値が入力されている。そして、調節器２７
からは各相電圧指令値ｅ_ai＊，ｅ_bi＊，ｅ_ci＊が出力さ
れ、点弧角調節器１６ｂを介して系統側電力変換装置２
ｂに対する点弧位相指令が生成される。この点弧位相指
令に基づき図示されていないゲート駆動回路を介して生
成された点弧パルスにより系統側電力変換装置２ｂが運
転され、その出力電圧の位相及び大きさを制御して電力
系統６に出力する有効電力及び無効電力を調整する。

【００４９】すなわち、この実施例の系統側電力変換装
置２ｂによる有効・無効電力制御の内容は、図８の直流
電圧調節器２４による有効電力指令値Ｐ＊に対する補設
定入力を除き、実質的に図８において説明した従来の技
術と同一である。

【００５０】一方、永久磁石発電機１に連系された発電
機側制御系では、発電機端子電圧を整流した値を電圧検
出器２８により検出し、これを電圧実際値として発電機
端子電圧設定値Ｅ＊との偏差を加算器２９により求める
と共に、この偏差はＰＩ（比例積分）調節器等により構
成された電圧調節器３０に入力される。また、発電機端
子電圧と変流器２６ａにより検出した発電機出力電流と
から発電機１の内部誘起起電力を内部誘起起電力演算器
３１により演算し、この内部誘起起電力が点弧角調節器
３２に入力される。点弧角調節器３２では、発電機内部
誘起起電力を基準とする３相同期信号から点弧角を演算
し、内部誘起起電力と変換装置出力電圧との間の位相角
を演算して点弧位相指令を生成し、ゲート駆動回路３３
を介して電力変換装置２ａに点弧パルスを供給する。

【００５１】これにより、発電機内部誘起起電力と端子
電圧との位相差として電力変換装置２ａに点弧パルスが
与えられ、発電機端子電圧をその設定値Ｅ＊に維持する
ように発電機端子電圧と内部誘起起電力との位相角を調
節する。従って、発電機端子電圧は設定値Ｅ＊に従って
一定に保たれることになる。なお、電圧調節手段におい
ては、この実施例のように発電機端子電圧の整流値では
なく、周波数変換装置２の直流中間電圧を電圧実際値に
用いてその指令値との偏差を電圧調節器３０に入力して
もよい。

【００５２】次に、図３は第２の発明の一実施例を示し
ている。この実施例では、発電機端子電圧と内部誘起起
電力との位相角を、系統側電力変換装置２ｂに与えられ
る有効電力指令値Ｐ＊、発電機のリアクタンスＸ、発電
機端子電圧設定値Ｅ＊、内部誘起起電力Ｅ₀から前記数
式６を用いて演算するように乗算器３４、除算器３５，
３６及びａｒｃｓｉｎ演算器３７を制御系に備えてい
る。これらによって直接求めた位相角を加算器３８を介
して点弧角調節器３２に入力することにより、発電機側
電力変換装置２ａの点弧位相指令を生成するように構成
されている。そして、電圧検出器２８により検出した発
電機端子電圧実際値と端子電圧指令値Ｅ＊との偏差を加
算器２９により求めて前記電圧調節器３０に入力し、そ
の出力を位相角の補設定として加算器３７の他方の入力
に与えることにより、点弧位相指令を補正する構成とし
たものである。

【００５３】つまり、この実施例においては、前記数式
６を用いて演算した結果と電圧調節器３０の出力とを加
算器３７により加算し、点弧角調節器３２及びパルス増
幅器３３を介して発電機側電力変換装置２ａに点弧パル
スを供給する。これにより、図１の実施例と同様に発電
機端子電圧を指令値Ｅ＊に従って一定に維持することが
できる。この実施例によれば、発電機端子電圧と内部誘
起起電力との位相角を求める制御系がフィードフォワー
ド制御系として働くため、図１の実施例に比べて一層応
答性のよい制御が可能になる。

【００５４】次いで、図４は第３の発明の一実施例であ
る。図１３と同一の構成要素には同一符号を付して詳述
を省略し、以下、異なる部分を中心に説明すると、逆変
換装置としての第２の電力変換装置２ｂが電力系統６ｂ
に出力する有効・無効電力は計器用変圧器５５ｂを介し
て有効・無効電力検出器８に入力され、検出された有効
・無効電力実際値は、有効・無効電力，電流演算器５１
に送出される。また、電力変換装置２ｂの出力電圧すな
わち系統電圧は電流・電圧検出器６０に入力され、整流
されて電圧量Ｖ_Sとして後述の乗算器５７ａに送出され
る。

【００５５】一方、第２の電力変換装置２ｂに対する有
効・無効電力指令値Ｐ*，Ｑ*は有効・無効電力，電流演
算器５１に入力されると共に、有効電力指令値Ｐ*は倍
率器（増幅器）５６ａ及び倍率器５６ｄに、また、無効
電力指令値Ｑ*は倍率器５６ｂ及び倍率器５６ｃにそれ
ぞれ入力される。各指令値Ｐ*，Ｑ*はこれらの倍率器５
６ａ〜５６ｄにより図示された連系インピーダンスＸ₀
またはＲと乗算され、倍率器５６ａ，５６ｂの出力と乗
算器５７ａの出力とが加算器５８ａにより図示の符号で
加算される。また、倍率器５６ｃ，５６ｄの出力が加算
器５８ｂにより図示の符号で加算される。これらの加算
結果は乗算器５７ａ，５７ｂによりそれぞれ二乗された
後、加算器５８ｃにより加算され、平方根演算器５９に
より平方根が求められて前記数式１７の直流中間電圧指
令値Ｅ_d（Ｅ_d*）となる。

【００５６】なお、ここまでの演算処理では数式１７に
おける係数２／（√３・ａ）が省略されているが、この
係数は平方根演算器５９の後段に倍率器を設けたり、あ
るいは、比較される直流中間電圧実際値側で逆数を掛け
ること等により数式１７どおりの演算を行なうことが可
能である。

【００５７】この直流中間電圧指令値は電圧検出器１１
からの直流中間電圧実際値と加算器２３により比較さ
れ、その偏差がゼロとなるように後続の電圧調節器２４
が調節動作する。この電圧調節器２４の出力に基づいて
点弧角調節器１６ａが点弧角位相を演算し、パルス増幅
器５３ａを介して順変換装置としての第１の電力変換装
置２ａの位相制御が行なわれ、周波数変換装置２の直流
中間電圧が指令値に一致するような制御が行なわれる。

【００５８】このように本実施例では、数式１７から明
らかなごとく、第２の電力変換装置２ｂが電力系統６ｂ
に出力するべき有効・無効電力指令値Ｐ*，Ｑ*が直流中
間電圧指令値に反映され、有効・無効電力指令値に応じ
て直流中間電圧指令値が変化するため、直流中間回路電
圧が不必要に高く維持されるおそれがなく、電力用半導
体素子に付加されるスナバ回路の損失が大きくなること
もない。また、上記実施例では、電力変換装置２ａを位
相制御する場合につき説明したが、これに代えてパルス
幅制御を行なうようにすれば、電力変換装置２ａがＰＷ
Ｍ制御される制御方式をとる場合にも適用することがで
きる。

【００５９】

【発明の効果】以上のように第１及び第２の発明によれ
ば、系統側電力変換装置に対する有効・無効電力制御手
段と、発電機側電力変換装置に対する電圧制御手段とが
分離されるため、制御信号の干渉等により制御が不安定
になるといった心配がない。また、有効・無効電力制御
手段では直流電圧調節器による補設定が加えられないた
め、所望の有効電力・無効電力を電力系統に安定して供
給できるという効果がある。更に、発電機の端子電圧を
一定に制御することが可能であるため、電力の有効利用
を図ることができ、過電圧等によって電力変換装置が故
障するといった不都合もなく、発電機側制御系の構成を
簡略化することができる利点がある。また、第２の発明
においては、応答性に優れた電圧制御が可能になる等の
効果を有する。

【００６０】第３の発明によれば、第２の電力変換装置
に対する有効・無効電力指令値に応じて直流中間電圧指
令値が変化するため、直流中間回路電圧が不必要に高く
維持されるおそれがなく、各変換装置の電力用半導体素
子に付加されるスナバ回路の損失が大きくなることもな
い。これにより、周波数変換装置の効率を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】永久磁石発電機のベクトル図である。

【図３】第２の発明の一実施例を示す回路図である。

【図４】第３の発明の一実施例を示す回路図である。

【図５】逆変換装置側の電圧、電流の関係を示す図であ
る。

【図６】図５における電圧、電流のベクトル図である。

【図７】永久磁石発電機を周波数変換装置を介して電力
系統に連系させた電力変換システムの構成図である。

【図８】従来の技術を示す回路図である。

【図９】電力系統相互間を周波数変換装置を介して連系
させた電力変換システムの構成図である。

【図１０】順変換装置側の電圧、電流の関係を示す図で
ある。

【図１１】図１０における電圧、電流のベクトル図であ
る。

【図１２】図１０における電圧、電流のベクトル図であ
る。

【図１３】従来の技術を示す回路図である。

【図１４】スナバ回路の構成図である。

【符号の説明】

１永久磁石発電機２周波数変換装置２ａ，２ｂ電力変換装置３コンデンサ４ａ，４ｂ系統連系リアクトル５遮断器６，６ａ，６ｂ電力系統７ｄ−ｑ軸電流検出器８有効・無効電力検出器１６ａ，１６ｂ点弧角調節器２３，２９，３８，５８ａ，５８ｂ，５８ｃ加算器２４，３０電圧調節器２６ａ，２６ｂ変流器２７電力・電流調節器２８電圧検出器３１内部誘起起電力演算器３２点弧角調節器３３ゲート駆動回路３４，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ乗算器３５，３６除算器３７ａｒｃｓｉｎ演算器５１有効・無効電力，電流演算器５２同期信号生成器５３ａ，５３ｂパルス増幅器５５ａ，５５ｂ計器用変圧器５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ倍率器５９平方根演算器６０電流・電圧検出器

【数１８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】任意の速度で回転する永久磁石発電機の
端子電圧を、順変換装置としての発電機側電力変換装置
及び逆変換装置としての系統側電力変換装置にて構成さ
れる電圧形周波数変換装置を介し電力系統の周波数と同
一周波数に変換して電力系統に連系する電力変換システ
ムの制御回路において、系統側電力変換装置から電力系統に対し出力する有効・
無効電力を制御する有効・無効電力制御手段と、発電機の端子電圧実際値または周波数変換装置の直流中
間電圧実際値を電圧指令値に一致させるように動作する
電圧調節手段と、この電圧調節手段の出力を入力として、発電機内部誘起
起電力に対する発電機端子電圧の位相角を制御すること
により発電機出力電流の位相及び大きさを調節して発電
機端子電圧の大きさを一定に制御するような点弧位相指
令を生成する手段と、この手段により生成された点弧位相指令に従って発電機
側電力変換装置を運転する手段と、を備えたことを特徴とする電力変換システムの制御回
路。
【請求項２】任意の速度で回転する永久磁石発電機の
端子電圧を、順変換装置としての発電機側電力変換装置
及び逆変換装置としての系統側電力変換装置にて構成さ
れる電圧形周波数変換装置を介し電力系統の周波数と同
一周波数に変換して電力系統に連系する電力変換システ
ムの制御回路において、系統側電力変換装置から電力系統に対し出力する有効・
無効電力を制御する有効・無効電力制御手段と、発電機の端子電圧実際値または周波数変換装置の直流中
間電圧実際値を発電機の端子電圧指令値に一致させるよ
うに動作する電圧調節手段と、系統側電力変換装置に与えられる有効電力指令値、発電
機漏れリアクタンス、発電機端子電圧指令値及び発電機
内部誘起起電力に基づいて発電機内部誘起起電力に対す
る発電機端子電圧の位相角を求める位相角演算手段と、この位相角演算手段から出力される位相角及び電圧調節
手段の出力としての位相角の補設定を入力として、発電
機内部誘起起電力に対する発電機端子電圧の位相角を制
御することにより発電機出力電流の位相及び大きさを調
節して発電機端子電圧の大きさを一定に制御するような
点弧位相指令を生成する手段と、この手段により生成された点弧位相指令に従って発電機
側電力変換装置を運転する手段と、を備えたことを特徴とする電力変換システムの制御回
路。
【請求項３】任意の周波数の交流電力を順変換装置と
しての第１の電力変換装置及び逆変換装置としての第２
の電力変換装置にて構成される電圧形周波数変換装置を
介し電力系統の周波数と同一周波数に変換して電力系統
に連系する電力変換システムの制御回路において、第２の電力変換装置から電力系統に対し出力する有効・
無効電力を制御する有効・無効電力制御手段と、第２の電力変換装置に対する有効電力指令値及び無効電
力指令値と、電力系統の電圧と、電力系統と第２の電力
変換装置との間の系統連系インピーダンスとに基づき周
波数変換装置の直流中間電圧指令値を演算する手段と、周波数変換装置の直流中間電圧実際値を上記直流中間電
圧指令値に一致させるように動作する電圧調節手段と、この電圧調節手段の出力に基づいて第１の電力変換装置
を運転する手段と、を備えたことを特徴とする電力変換システムの制御回
路。