JPS6311033A - Electric source - 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、リップルの少ない直流電圧を発生するよう
な電源装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a power supply device that generates a DC voltage with little ripple.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第４図は、例えば、電気学会研究会資料“インバータ・
コンバータ方式超電導マグネット用電源装置”　（半導
体電力変換研究会、５ＰＣ−８４−７５、第１頁、１９
８４年１１月）に示された従来の電源装置を示す構成図
である。第４図において、１，２．および３はサイリス
タコンバータ、４は直流電流平滑用のリアクトル、５は
負荷となる超電導コイル、６はサイリスタコンバータ２
および３の交流端子間を互いに接続する交流線路、７は
上記交流線路６の交流電圧を安定に発生させるためのコ
ンデンサで、サイリスタコンバータ２゜３およびコンデ
ンサ７によりエネルギー転送回路９が構成されている。Figure 4 shows, for example, the Institute of Electrical Engineers of Japan study group material “Inverter
Converter type superconducting magnet power supply device” (Semiconductor Power Conversion Study Group, 5PC-84-75, p. 1, 19
1 is a configuration diagram showing a conventional power supply device shown in November 1984). In FIG. 4, 1, 2. 3 is a thyristor converter, 4 is a reactor for DC current smoothing, 5 is a superconducting coil serving as a load, and 6 is a thyristor converter 2
and an AC line connecting the AC terminals 3 to each other, and 7 a capacitor for stably generating an AC voltage on the AC line 6. The thyristor converter 2.3 and the capacitor 7 constitute an energy transfer circuit 9. .

８は制御装置である。8 is a control device.

次に第４図に示した従来の電源装置の運転動作を、第５
図を用いて説明する。Next, the operating operation of the conventional power supply device shown in FIG.
This will be explained using figures.

いま、電揮装置の各部にはいずれも電流が流れていない
とする。第５図において時刻ｔ１から、サイリスタコン
バータ２をバイパス動作させ、サイリスタコンバータ１
の出力電圧を上昇させることによってここに流れる電流
Ｉ、を上昇させる。Assume that no current is flowing through any part of the electrovoltaic device. In FIG. 5, from time t1, thyristor converter 2 is put into bypass operation, and thyristor converter 1
By increasing the output voltage of , the current I flowing therein is increased.

この電流値■、は、サイリスタコンバータ１によっであ
る所定の値まで上昇され、その後はこの所定の値を保つ
ように制御される。次に、サイリスタコンバータ２をイ
ンバータとして起動するための電圧を発生するように３
つのコンデンサ７のうち２つを充電する。その後、時刻
ｔ２においてバイパス動作状態にあるサイリスタコンバ
ータ２を前述のコンデンサ７の電圧による、交流線路６
の相間の電位差により内部のサイリスクの転流を行なわ
せ、インバータ動作の起動を行なう。サイリスタコンバ
ータ２がインバータとして一旦起動すると、ここから交
流線路６には交流電流が流れる。This current value (2) is increased to a certain predetermined value by the thyristor converter 1, and thereafter controlled to maintain this predetermined value. Next, 3
Two of the two capacitors 7 are charged. Thereafter, at time t2, the thyristor converter 2 in the bypass operation state is connected to the AC line 6 by the voltage of the capacitor 7 mentioned above.
The potential difference between the phases causes commutation of the internal sirisk and starts the inverter operation. Once the thyristor converter 2 is activated as an inverter, an alternating current flows from there to the alternating current line 6.

この交流電流は、コンデンサ７を繰り返し正方向。This alternating current passes through capacitor 7 repeatedly in the positive direction.

逆方向に充電し、これによって交流線路６には三相交流
電圧を発生する。そして、この三相交流電圧によってサ
イリスタコンバータ２は内部のサイリスクを転流してゆ
き、インバータとしての動作を継続することになる。こ
のときの交流線路６の電圧の周波数は、サイリスタコン
バータ２のインバータ動作周波数ｆによって決定され、
制御装置８によって任意に選ぶことができ、通常２００
〜６００Ｈｚ程度の系統よりも高い周波数で運転される
。Charging is performed in the reverse direction, thereby generating a three-phase AC voltage on the AC line 6. Then, the thyristor converter 2 commutates the internal thyristor by this three-phase AC voltage, and continues to operate as an inverter. The frequency of the voltage on the AC line 6 at this time is determined by the inverter operating frequency f of the thyristor converter 2,
Can be arbitrarily selected by the control device 8, usually 200
It operates at a higher frequency than the grid, which is about ~600Hz.

次に、時刻ｔ３において負荷コイル５の励磁指令が制御
装置８に下されると、サイリスタコンバータ３が交流線
路６の交流電力系を入力として整流器動作を開始する。Next, at time t3, when an excitation command for the load coil 5 is given to the control device 8, the thyristor converter 3 starts rectifier operation using the AC power system of the AC line 6 as input.

これによって負荷コイル５には直流電圧が印加され電流
が流れ始める。As a result, a DC voltage is applied to the load coil 5, and current begins to flow.

いま、この装置の動作を交流線路６に注目してみる。こ
の交流線路６にはサイリスタコンバータ２．３のほかに
コンデンサ７が接続されているのみである。コンデンサ
７は、有効電力を消費せず、無効電力のみを消費するこ
とから次式が成立する。Let us now focus on the operation of this device on the AC line 6. In addition to the thyristor converter 2.3, only a capacitor 7 is connected to this AC line 6. Since the capacitor 7 does not consume active power but only reactive power, the following equation holds true.

ＰＳ＋ＰＬ＝Ｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（１）Ｑｓ　＋　　ＰＬ　　＝　　２７Ｃ
ｆ−Ｖ”　Ｃ・＋ｍｍ（２１ここで Ｐ、：　サイリスタコンバータ２の直流側出力有効電力 ＰＬ　：　サイリスタコンバータ３の直流側出力有効電
力 Ｑ、：　サイリスタコンバータ２が交流側へ発生する無
効電力 ＱＬ　：　サイリスタコンバータ３が交流側へ発生する
無効電力 ｆ　：　交流線路６における交流電圧の周波数 Ｖ　：　交流線路６における交流電圧の電圧値 Ｃ：　コンデンサ７の一相分の電圧 この式において、ＰＬは負荷側の要求から決定される。PS+PL=O・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・(1) Qs + PL = 27C
f-V" C・+mm (21 where P,: DC side output active power PL of thyristor converter 2: DC side output active power Q, of thyristor converter 3: Reactive power QL generated by thyristor converter 2 on the AC side: Reactive power f generated by the thyristor converter 3 on the AC side: Frequency of the AC voltage on the AC line 6 V: Voltage value of the AC voltage on the AC line 6 C: Voltage for one phase of the capacitor 7 In this equation, PL is the load side determined from the requirements of

その場合、サイリスタコンバータ２は制御装置８によっ
て ＰＳ＝　　　ＰＬ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（３）となるように制御角
が決定される。ブリッジ型サイリスタコンバータにおい
て、制御量は位相制御角αによってのみ調整されるもの
であるから、有効電力を決定すると、それぞれの無効電
力は一義的に決定される。そして、この両サイリスタコ
ンバータ２．゛３の無効電力がコンデンサ７に全て供給
され、これによって（２）式が成立するような交流電圧
■が発生する。In that case, the thyristor converter 2 is controlled by the control device 8 so that PS=PL...
The control angle is determined so that it becomes (3). In the bridge type thyristor converter, the control amount is adjusted only by the phase control angle α, so when the active power is determined, each reactive power is uniquely determined. And this double thyristor converter 2. All of the reactive power of ``3'' is supplied to the capacitor 7, thereby generating an alternating current voltage ``2'' that satisfies equation (2).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来の電源装置は以上のように構成されているので、エ
ネルギー転送回路の交流線路の周波数を高くすることに
よって、サイリスタコンバータの発生する電圧リップル
の周波数を高くし、電流すップルを低減させようとする
ものである。しかしながら、従来の電源装置は電圧リッ
プルの大きさを小さくするものではなく、電流リップル
を低減させるもので、依然として電圧リップルは大きな
値のままである。Conventional power supplies are configured as described above, so by increasing the frequency of the AC line of the energy transfer circuit, the frequency of the voltage ripple generated by the thyristor converter is increased, and the current spipple is reduced. It is something to do. However, the conventional power supply device does not reduce the magnitude of the voltage ripple, but reduces the current ripple, and the voltage ripple still remains at a large value.

しかも、上記エネルギー転送回路の周波数には限界があ
るため、例えば超電導コイルのようにコイルの安定性の
面から極力電流リップルを抑制することが望ましい負荷
の場合や、インダクタンス分が小さく抵抗分の大きい負
荷において電流リップルを小さくすることが要求される
場合には電圧リップルを小さくしなければならないとい
う問題点があった。Moreover, since there is a limit to the frequency of the energy transfer circuit described above, for example, in the case of a load such as a superconducting coil where it is desirable to suppress current ripple as much as possible from the standpoint of coil stability, or when the inductance component is small and the resistance component is large. There is a problem in that when it is required to reduce the current ripple in the load, the voltage ripple must be reduced.

この発明は、かかる問題点を解消するためになされたも
ので、電圧リップルの周波数を高くするのみでなく、こ
の電圧リップルの大きさを小さくすることによって、さ
らに負荷の電流リップルを低減させることのできる電源
装置を得ることを目的とする。This invention was made to solve this problem, and it is possible to further reduce the current ripple of the load by not only increasing the frequency of the voltage ripple but also reducing the magnitude of the voltage ripple. The purpose is to obtain a power supply device that can.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係る電源装置は直流電源に交流側無効電力制
御可能な第１の電力変換装置を接続し、この第１の電力
変換装置の交流側端子に線路を介して第２の電力変換装
置の交流側端子を接続し、かつ上記線路にコンデンサを
接続し、上記第１および第２の電力変換装置を制御する
制御装置を設けたものである。A power supply device according to the present invention connects a first power converter capable of controlling AC side reactive power to a DC power source, and connects a second power converter to an AC side terminal of the first power converter via a line. A control device is provided that connects the AC side terminal and connects a capacitor to the line, and controls the first and second power conversion devices.

〔作用〕[Effect]

この発明における電源装置はインバータ動作をする電力
変換装置の無効電力を制御して線路の電圧の大きさを整
流器動作をする電力変換装置の出力電圧のリップルが小
さくなるような電圧値とするように制御する。The power supply device according to the present invention controls the reactive power of the power conversion device that operates as an inverter, and sets the line voltage to a voltage value that reduces ripples in the output voltage of the power conversion device that operates as a rectifier. Control.

〔溌朔吻実施例〕[Example of the proboscis]

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す構成図で、第４図と同一
構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。第
１図において、１０は交流側無効電力制御の可能な縦続
接続形サイリスタコンバータ（第１電力変換装置）、１
１は縦続接続形サイリスタコンバータ１０の出力電圧を
合成して極めてきれいな三相交流正弦波電圧を得るため
の多重トランスで、縦続接続形サイリスタコンバータ１
０、多重トランス　１１、サイリスクフカ１′−夕３　
（第２の電力変換装置）およびコンデンサ７によりエネ
ルギー転送回路１２が構成されている。１３はサイリス
タコンバータ１，３および縦続接続形サイリスタコンバ
ータ１０を制御する制御装置である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
The figure is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention, and the same components as those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and their explanation will be omitted. In FIG. 1, 10 is a cascade-connected thyristor converter (first power converter) capable of AC side reactive power control;
1 is a multiplex transformer for synthesizing the output voltages of the cascaded thyristor converter 10 to obtain an extremely clean three-phase AC sine wave voltage; the cascaded thyristor converter 1
0, Multiplex transformer 11, Sairiskfuka 1'-Yu 3
(the second power converter) and the capacitor 7 constitute an energy transfer circuit 12 . A control device 13 controls the thyristor converters 1 and 3 and the cascaded thyristor converter 10.

次に、動作について第２図の波形図を用いて説明する。Next, the operation will be explained using the waveform diagram in FIG. 2.

第１図において各サイリスタコンバータ１．３．１０に
は電流が流れていないとする。まず、時刻１．において
′＃１続接続形サイリスタコンバータ１０を同一相の上
下アームのサイリスタを導通させるバイパス動作をさせ
て、等価的に直流側を短絡させた状態として、サイリス
タコンバータ１の整流器動作によりこの回路に電流を通
電する。このサイリスタコンバータｌの電流■、を所定
の値まで上昇させ、その後は一定に保つようにサイリス
タコンバータ１を制御する。In FIG. 1, it is assumed that no current flows through each thyristor converter 1.3.10. First, time 1. In this case, the #1 connected thyristor converter 10 is operated in a bypass operation to conduct the upper and lower arm thyristors of the same phase, and the DC side is equivalently short-circuited. energize. The thyristor converter 1 is controlled so that the current (2) of the thyristor converter 1 is increased to a predetermined value and then kept constant.

次いで、時刻ｔ２にお（・て従来の電源装置と同様に、
交流線路６に接続されたコンデンサ７を充電し、この電
圧を利用してＩＩＭ接続形サイリスタコンバータ１０を
インバータ動作で起動する。この時の′＃１続接続形サ
イリスタコンバータ１０は、無効電力が最も大きくなる
状態に制御し、これにより充分なコンデンサ電圧を確保
する。また、この時のインバータ周波数は従来の電源装
置と同様２００〜６００）１ｚ程度の高い値に設定して
おく。Then, at time t2, as in the conventional power supply device,
A capacitor 7 connected to an AC line 6 is charged, and this voltage is used to start an IIM-connected thyristor converter 10 by inverter operation. At this time, the '#1 connected type thyristor converter 10 is controlled to a state where the reactive power is maximized, thereby ensuring a sufficient capacitor voltage. Further, the inverter frequency at this time is set to a high value of about 200 to 600)1z, similar to the conventional power supply device.

そして、次に時刻ｔ、よりサイリスタコンバータ３の整
流器動作を開始し、負荷コイル５の励磁を始める。この
時のサイリスタコンバータ３の出力電圧は、負荷コイル
５の電流値が制御装置１３に与えられる負荷電流指令値
に一致するような電圧値に制御される。この場合、従来
の電源装置では負荷側のサイリスタコンバータ３に与え
る制御角αをＩＪｉＩＬでいた。このため、この制御角
αを大きくし、９０°に近づけていくと、出力電圧のリ
ップルは第３図（ａ）に示すように大きくなってしまう
。そこで、この実施例の電源装置では制御角αを調整す
るのではなく、制御角αは電圧リップルが小さくなる０
°近くに保ち、縦続接続形サイリスタコンバータｌＯの
交流側無効電力を最も大きくするように制御することに
よって交流線路６の電圧の大きさを制御してサイリスタ
コンバータ３の直流出力電圧をホ制御する（第３図ｆｂ
）参照）。Then, at time t, the rectifier operation of the thyristor converter 3 is started, and the excitation of the load coil 5 is started. At this time, the output voltage of the thyristor converter 3 is controlled to a voltage value such that the current value of the load coil 5 matches the load current command value given to the control device 13. In this case, in the conventional power supply device, the control angle α given to the thyristor converter 3 on the load side was IJiIL. Therefore, if the control angle α is increased and approached to 90°, the ripple in the output voltage will increase as shown in FIG. 3(a). Therefore, in the power supply device of this embodiment, the control angle α is not adjusted, but the control angle α is set to 0, which reduces the voltage ripple.
By controlling the AC side reactive power of the cascade-connected thyristor converter lO to be the largest, the magnitude of the voltage on the AC line 6 is controlled, and the DC output voltage of the thyristor converter 3 is controlled ( Figure 3 fb
)reference).

次に、時刻１コより負荷コイル５を励磁する際、サイリ
スクコンバーク３を制御角αをＯｏで動作させると、こ
のサイリスタコンバータ３は力率１で動作するため、交
流側に無効電力を発生しないこととなり、よって（２）
式は次のように書き直せる。Next, when the load coil 5 is excited from time 1, if the thyristor converter 3 is operated with a control angle α of Oo, this thyristor converter 3 operates at a power factor of 1, so reactive power is transferred to the AC side. Therefore, (2)
The formula can be rewritten as follows.

Ｑｓ−２πｒ・■２　・Ｃ・・・・・・・・・・・・＋
４１すなわち、縦続接続形サイリスタコンバータ１０の
無効電力Ｑ、を増減調整することにより交流線路６の電
圧値を制御することができ、したがって第３図（ｂｌの
ようにサイリスタコンバータ３の出力電圧を電圧リップ
ルの小さい状態で制御することができる。この時、有効
電力のやりとりについてはやはり（３）式が成立する必
要がある。Qs-2πr・■2 ・C・・・・・・・・・・・・＋
41 That is, by increasing or decreasing the reactive power Q of the cascade-connected thyristor converter 10, the voltage value of the AC line 6 can be controlled. Therefore, as shown in FIG. Control can be performed in a state with small ripples.At this time, equation (3) must also hold regarding the exchange of active power.

なお、上記実施例では縦続接続形サイリスタコンバータ
を用いた電力変換装置を示したが、この電力変換装置と
しては並列多重形コンバータ、ＧＴｏサイリスタコンバ
ータのような他の無効電力制御可能なものを用いてもよ
い。In the above embodiment, a power conversion device using a cascade-connected thyristor converter is shown, but this power conversion device may also be a parallel multiplex converter, a GTo thyristor converter, or other devices capable of controlling reactive power. Good too.

また、上記実施例では縦続接続形サイリスタコンバータ
１０のみを無効電力制御する場合を示したが、これにサ
イリスタコンバータ３を縦続接続形コンバータのバイパ
スベア制御のように電圧リップルの小さくなる動作状態
を複数持つような制御を行なえばさらに電圧リップルを
低減できる。Further, in the above embodiment, only the cascaded thyristor converter 10 is subjected to reactive power control, but the thyristor converter 3 can be controlled in multiple operating states in which the voltage ripple is reduced, such as bypass bare control of the cascaded converter. Voltage ripple can be further reduced if control is performed to maintain this voltage.

そして、直流電源として上記実施例ではサイリスタコン
バータと平滑リアクトルの直列回路を用いたが、これを
超電逗エネルギー貯蔵コイルを用いれば、これから負荷
へエネルギーを転送するエネルギー転送回路の負荷に加
わる電圧リップルを減少させることができる。In the above embodiment, a series circuit of a thyristor converter and a smoothing reactor was used as a DC power supply, but if a superelectric energy storage coil is used for this, the voltage ripple applied to the load of the energy transfer circuit that transfers energy to the load will be reduced. can be reduced.

また、上記説明では、この発明を可変電圧低リップル電
圧の電源装置に利用する場合を示したが、例えばこの装
置の負荷側コンバータ３にサイクロコンバータを用いれ
ば、低リツプル電圧のサイクロコンバータに応用できる
。Further, in the above description, the present invention is applied to a variable voltage, low ripple voltage power supply device, but if a cycloconverter is used as the load side converter 3 of this device, it can be applied to a low ripple voltage cycloconverter. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明の電源装置は、エネルギー転送
回路中のコンバータの無効電力を制御することによって
交流線路の電圧の大きさを制御するように構成したので
、エネルギー転送回路の負荷側コンバータが負荷に印加
する電圧のリップルを小さくすることができる効果があ
る。As described above, the power supply device of the present invention is configured to control the voltage of the AC line by controlling the reactive power of the converter in the energy transfer circuit. This has the effect of reducing ripples in the voltage applied to the load.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図はこの発明の一実施例による電源装置を示す構成
図、第２図は第１図の運転動作を説明するための動作波
形図、第３図は交流線路電圧の制御によって電圧リップ
ルを小さくできることを説明するための波形図、第４図
は従来の電源装置を示す構成図、第５図は第４図の運転
動作を説明するための動作波形図である。 １はサイリスタコンバータ（直流電源）、１０はサイリ
スタコンバータ（第１の電力変換装置）、３はサイリス
タコンバータ（第２の電力変換装置）、７はコンデンサ
、１３は制御装置。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 特許出願人　　三菱電機株式会社　　−−ｍ−＋、’： （クト　Ｚ　９コノ 第１図 ７：コ５テ°：／７ 第２図 （ａ） 第３図 （ｂ） （ａ）：コシハ゛−フ仙立才日制９缶Ｐ”よるポカ宅圧
制イ陸の１１ト （ｂ）：無、タ刀宅力帛“］１缶Ｐ１・よろボカを圧隼
すｆ缶Ｐ醇易イト第４図 ｓ 剥く卸信号 第５図 手続補正書（自発） ６１．１０．１７ 昭和　　年　　月　　日FIG. 1 is a configuration diagram showing a power supply device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an operation waveform diagram for explaining the operation of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing voltage ripples by controlling AC line voltage. FIG. 4 is a configuration diagram showing a conventional power supply device, and FIG. 5 is an operation waveform diagram for explaining the operation of FIG. 4. 1 is a thyristor converter (DC power supply), 10 is a thyristor converter (first power converter), 3 is a thyristor converter (second power converter), 7 is a capacitor, and 13 is a control device. In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. Patent Applicant Mitsubishi Electric Corporation --m-+,': 11 points on land (b): Nothing, Tatou home force "] 1 can P1, f can P that overwhelms Yoroboka No. 4 Figure s Peeling wholesale signal Figure 5 procedural amendment (voluntary) 61.10.17 Showa year, month, day

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）直流電源と、この直流電源に接続された交流側無
効電力制御可能な第１の電力交換装置と、この第１の電
力変換装置の交流側端子に線路を介して交流側端子が接
続された第２の電力変換装置と、上記線路に接続される
コンデンサと、上記第２の電力変換装置の直流出力電圧
の大小に応じて前記線路の交流電圧を大小変化させて制
御する制御装置とを備えた電源装置。(1) A DC power supply, a first power exchange device connected to the DC power supply and capable of controlling AC side reactive power, and an AC side terminal connected to the AC side terminal of this first power conversion device via a line. a second power converter, a capacitor connected to the line, and a control device that controls the AC voltage of the line by changing the magnitude thereof in accordance with the magnitude of the DC output voltage of the second power converter; Power supply with. （２）直流電源は電力変換装置とリアクトルとの直列回
路で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の電源装置。(2) The power supply device according to claim 1, wherein the DC power supply is constituted by a series circuit of a power conversion device and a reactor. （３）直流電源として誘導性エネルギー蓄積装置を用い
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電源装
置。(3) The power supply device according to claim 1, characterized in that an inductive energy storage device is used as the DC power supply. （４）第１の電力変換装置としてＧＴＯサイリスタコン
バータを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の電源装置。(4) The power supply device according to claim 1, wherein a GTO thyristor converter is used as the first power conversion device. （５）第１の電力変換装置として縦続接続型サイリスタ
コンバータを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の電源装置。(5) The power supply device according to claim 1, characterized in that a cascade-connected thyristor converter is used as the first power conversion device. （６）第１の電力交換装置として並列多重型サイリスタ
コンバータを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の電源装置。(6) The power supply device according to claim 1, characterized in that a parallel multiplex thyristor converter is used as the first power exchange device. （７）第２の電力変換装置にも交流側無効電力制御の可
能な電力変換装置を用いたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の電源装置。(7) The power supply device according to claim 1, wherein the second power conversion device is also a power conversion device capable of AC side reactive power control.