(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート信号に基づきオンオフ制御される複数のスイッチング素子を備え、交流電力系統と直流電力系統の間で電力変換を行う１台の交直電力変換手段と、
前記交直電力変換手段を高効率で運転可能なゲート信号を生成し、かつこのゲート信号を前記各スイッチング素子に対して与える第１のゲート生成手段、並びに、前記交直電力変換手段を高速で運転可能なゲート信号を生成し、かつこのゲート信号を前記各スイッチング素子に対して与える第２のゲート生成手段と、
切替指令により前記第１、第２のゲート生成手段から得られるゲート信号をいずれかに切り替える切替手段と、
前記交流電力系統の事故を検出したとき、前記切替手段に対して切替指令を与えることで、前記第１のゲート生成手段からのゲート信号が前記第２のゲート生成手段からのゲート信号に切り替えられる系統事故検出手段と、
を具備したことを特徴とする交直電力変換装置。
【請求項２】
前記系統事故検出手段において、系統事故からの復帰時に出力するゲート切替指令を一定時間遅らせる機能を具備した請求項１記載の交直電力変換装置。
【請求項３】
前記切替手段は、前記交流電力系統に接続された負荷の変動を検出する負荷変動検出値に基づきゲート切替指令を出力するものである請求項１記載の交直電力変換装置。
【請求項４】
前記切替手段は、前記交直電力変換手段の出力指令によりゲート信号を切り替えるものである請求項１記載の交直電力変換装置。
【請求項５】
前記切替手段は、前記交流電力系統を監視しているシステムからの監視信号により切り替えを行う機能を有した請求項１記載の交直電力変換装置。
【請求項６】
前記第１、第２のゲート生成手段は、系統事故の種類に応じて選択可能にした請求項１〜５のいずれか一つに記載の交直電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はゲート信号に基づきオンオフ制御されるスイッチング素子を備えた交直電力変換装置に係り、特に運転継続性を高めることが可能な交直電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自励変換器のゲート生成方式としてＰＷＭ制御方式や特別パルス方式など各種方式が使用されている。
【０００３】
従来、交直電力変換装置ではゲート生成方式を固定で使用しており、採用したゲート生成方式により効率や制御応答性・高調波特性が決定し系統状態や負荷変動が生じた場合には必ずしも最適な制御とはなっていなかった。
【０００４】
回転機制御などの用途では、低速領域でのリプル低減や高速領域における出力電圧の確保などを目的として回転数に応じゲートパルス数を増減するなどの切り替えを行っている例もあるが、ゲート生成方式としては同一手法を用いている。
【０００５】
特許文献１は、負荷や接続系統が安定状態においては変調率が一定になるよう直流電圧を制御し、負荷や接続系統が急変時には直流電圧制御に制限を行う様制御するものである。
【０００６】
特許文献２は、ゲートパルス数切り替え時、各相の切り替えタイミングにより出力電圧がアンバランスになることを抑制するため、ゲート切り替えタイミングを調整することを提案しているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１３４９５６号公報
【特許文献２】特開平６−７８５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は負荷や接続系統が安定状態においては高効率な運転を実現し、且つ、停電など系統事故時における運転継続性を高めることができる交直電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、ゲート信号に基づきオンオフ制御される複数のスイッチング素子を備え、交流電力系統と直流電力系統の間で電力変換を行う１台の交直電力変換手段と、
前記交直電力変換手段を高効率で運転可能なゲート信号を生成し、かつこのゲート信号を前記各スイッチング素子に対して与える第１のゲート生成手段、並びに、前記交直電力変換手段を高速で運転可能なゲート信号を生成し、かつこのゲート信号を前記各スイッチング素子に対して与える第２のゲート生成手段と、
切替指令により前記第１、第２のゲート生成手段から得られるゲート信号をいずれかに切り替える切替手段と、
前記交流電力系統の事故を検出したとき、前記切替手段に対して切替指令を与えることで、前記第１のゲート生成手段からのゲート信号が前記第２のゲート生成手段からのゲート信号に切り替えられる系統事故検出手段と、
を具備した交直電力変換装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、交流電力系統が安定な状態では交直電力変換手段を高効率で運転可能なゲート生成方式を選択し、系統事故時には高速応答なゲート制御方式を選択切替えすることにより、高効率、且つ交流電力系統が事故時の運転継続性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の交直電力変換装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１の要部を説明するためのブロック図。
【図３】図１の交流系統における不完全事故が生じたときの連系点の電圧波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示すように、本発明の交直電力変換装置は、以下のように構成されている。パルスパターン信号に基づきオンオフ制御される複数個（ここでは６個）のスイッチング素子例えばＩＧＢＴと、これと逆並列接続されたダイオードからなるデバイス１Ｕ、１Ｖ、１Ｗ、１Ｘ、１Ｙ、１Ｚを備え、直流（ＤＣ）系統２及びリアクトル４１、４２、４３を介して配線する交流電力系統［交流（ＡＣ）系統］３の間で電力変換する交直電力変換手段１と、各デバイス１Ｕ、１Ｖ、１Ｗ、１Ｘ、１Ｙ、１Ｚのゲートに対してゲート信号を供給可能な第１のゲート生成手段、例えばＰＷＭ方式ゲート生成手段(１)５、第２のゲート生成手段、例えば特別パルス方式ゲート生成手段(２)６と、ゲート生成手段５、６から得られたゲート信号を切り替える切替手段７と、交流電力系統３の短絡・地絡等の事故を検出した時に、切替手段７に対して切替指令を与える系統事故検出手段(図示せず)を具備したものである。
【００１３】
前記系統事故検出手段は、系統事故を検出したとき切替手段７に対してゲート生成手段５からのゲート信号を選択し、系統事故を検出しないときはゲート生成手段６からのゲート信号を選択するように切替制御する。
【００１４】
ＰＷＭ方式ゲート生成手段５は図２に示すように、ＰＷＭ方式ゲート生成回路５１を備えており、搬送波と変調波として出力振幅との比較によりゲート信号を生成し、これを出力する。
【００１５】
特別パルス発生手段６は、図２に示すように特別パルス位相テーブル６１と、位相比較回路６２を備えている。特別パルス位相テーブル６１は、位相メモリテーブルを備え、この位相メモリテーブルに予め記憶された上記デバイスのゲートのオンオフタイミング情報（位相情報）を出力振幅指令(Ｖｍ）毎に準備し、振幅指令Ｖｍに対応する例えば５段階のゲートパターン位相情報θ１〜θ５を読み取り、これを出力するものである。
【００１６】
位相比較回路６２は、特別パルス位相テーブル６１の出力であるゲートパターン位相情報θ１〜θ５と出力位相指令θ０との比較により現状位相におけるゲート信号つまりゲートオンオフ指令を求めるものである。
【００１７】
このように構成された特別パルス方式パルス生成手段６及びＰＷＭ方式ゲート生成手段５は、次のような特徴を備えている。
【００１８】
特別パルス方式ゲート生成手段６は、これに備えている位相メモリテーブルは上記デバイスのゲートのオンオフタイミング情報を出力振幅(Ｖｍ)毎に準備し、さらに図示しない電流制御回路（ＡＣＲ）及び電力制御回路（ＡＰＲ）等の制御結果から得られる出力振幅Ｖｍ指令に応じ、上記位相メモリテーブルを参照しながらゲート制御を行う方式である。従って、上記デバイスの利用率を高く設定したり、特定高調波を抑制するなど、上記テーブルの作り方によって任意に設定可能であるという利点を有する。
【００１９】
利用率の高く設定することにより、同一出力を得る場合には、交直電力変換手段１の小型化が可能となり、同一外形寸法で考えた場合には、より高出力とすることが可能となる。特定高調波を抑制するように設定することにより、交直電力変換手段１に併設する交流フィルタを効率的に製作することが可能となる。
【００２０】
しかしながら特別パルス発生手段６の位相メモリテーブルは、交流系統電圧が３相平衡状態にあることを前提に計算し生成しており、歪みや高調波等もない条件で作成されているため、例えば１線地絡事故、２線短絡事故など３相不平衡状態で、地絡・短絡などの系統事故に対する対応性が低く、系統事故に伴い相間電圧にアンバランスが生じた場合、交直電力変換手段１の出力電流のアンバランスが抑制しきれず、過電流保護等により交直電力変換手段１が保護停止に到るという欠点がある。
【００２１】
また特別パルス方式ゲート生成手段６は、位相比較回路６２により、基準位相θ０との比較を行っているため原理的に位相情報に重畳するリツプルの影響を受けやすい。具体的には、系統事故などで系統電圧に歪みが生じた場合、系統電圧より得られる位相情報にも歪みが生じることなり、見掛け上位相が遡る現象が生じることもある。さらにゲート生成手段６はゲートのオンとオフを反転させる位相メモリテーブルの値と基準位相θ０を比較し、交差点でゲートのオンとオフを反転させるため、位相情報が断続的に遡った場合、位相が遡った部位でゲートのオン・オフが繰り返されることとなる。位相遡りによるスイッチング動作は本来不要な動作であり、当初想定のスイッチング周波数に対しスイッチング回数が増加することによる損失が増加する。系統事故など極端に位相情報が乱れた場合、スイッチング回数増加に伴い損失が上昇し、スイッチング素子の過熱破損などが懸念される。位相情報安定化のためにフィルタを付加する場合、制御応答性の悪化とのトレードオフとなり、系統事故など外乱に対する運転継続性を高めるためにはフィルタを付加するにも制限があるという欠点がある。
【００２２】
これに対しＰＷＭ方式ゲート生成手段５は次のような特徴がある。すなわち、一定周期繰り返しの搬送波と変調波として出力振幅を直接比較し、レベルの大小によりゲート信号を生成していることから、系統事故など系統電圧に歪みが生じた場合でもスイッチング周波数は影響を受けず一定に維持される。またＰＷＭ方式ゲート生成手段５では一般的に３相個別にゲート信号を生成することから、３相電圧に不平衡状態が生じた場合にも運転継続性を高く維持することが可能となるという利点を有する。さらに、特別パルス方式ゲート生成手段６のように位相情報へのフィルタ処理が不要なことから制御応答性を高く設定することが可能となり、このことも運転継続性に寄与するという利点を有する。
【００２３】
しかしながら、ＰＷＭ方式ゲート生成手段５は、搬送波と変調波として出力振幅との直接比較によりゲート信号を生成する方式であるため、上記デバイスの利用率は固定（前述した特別パルス方式のように調整できないため、相対的に利用率が低い）となり、交直電力変換手段１より出力される高調波の周波数成分も調整できないという欠点がある。
【００２４】
本発明の実施形態では、前述のＰＷＭ方式ゲート生成手段５と、特別パルス方式ゲート生成手段６を切替手段７で切替えられるように構成し、交流系統事故検出手段が系統事故を検出したとき切替手段７に対してＰＷＭ方式ゲート生成手段５からのゲート信号を選択し、交流系統事故検出手段が系統事故を検出しない定常状態のときは特別パルス方式ゲート生成手段６からのゲート信号を選択することにより、特別パルス方式ゲート生成手段６及びＰＷＭ方式ゲート生成手段５の特徴を生かすことが可能となる。この結果、定常運転時には高効率な運転を実現し、かつ系統事故時には運転継続性を高めることができる交直電力変換装置を得ることが可能となる。
【００２５】
図３は、交流系統電圧波形と交流系統事故検出手段の動作に対するゲート生成方式の選択状況を示す図である。３相平衡の遠方短絡により、一定の電圧が残った状態を例示している。
【００２６】
本発明は、以上述べた実施形態に限定されず、次のように変形して実施できる。
【００２７】
１) 前記系統事故検出手段において、系統事故からの復帰時に出力するゲート切替指令を一定時間遅らせる機能を具備したものとし、系統事故が断続的に継続した場合のゲート生成手段に切替に伴う、系統擾乱を抑制することが可能になる。
【００２８】
２)図１における切替手段7は、交流電力系統３に接続される負荷(図示せず)の変動を検出する負荷変動検出値に基づきゲート切替指令を出力するようにしてもよい。
【００２９】
３) 図１における切替手段7は、交直電力変換手段１の出力指令によりゲート信号を切り替えるようにしてもよい。
【００３０】
４) 図１における切替手段7は、交流電力系統３を監視している上位の監視システムからの監視信号により切り替えを行う機能をもたせてもよい。
【００３１】
５) 図１におけるゲート生成手段５、６を複数種類備え、系統事故の種類に応じて選択可能に構成してもよい。例えば、近距離で系統事故が発生する場合にはゲート生成方式に瞬時値制御方式を選択追加するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
前述のＰＷＭ制御手段は、正弦波の搬送波と、三角波の変調波の比較方式に限らず、電流の瞬時値制御方式であってもよい。
【００３３】
前述の特別パルス発生手段は、例えば１１パルスの場合であるが、これに限らず他の数のパルスであってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１…交直電力変換手段、２…直流系統、３…交流系統（交流電力系統）、４１、４２、４３…リアクトル、５…ゲート生成手段(１)、５１…ＰＷＭ方式ゲート生成回路、６…ゲート生成手段(２)、６１…特別パルス位相テーブル、６２…位相比較回路、７…切替手段。
【図１】
0005588749.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005588749.tif 000004