(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効電流と無効電流を独立に制御できる半導体ＰＷＭ順変換器と、該順変換器の直流出力に接続され、その出力を電源として、電動機の速度制御を行なう半導体ＰＷＭ逆変換器とから構成される複数のインバータドライブ装置と、プラント電源の無効電力を検出する検出器と、全体のカ率を最適とするために前記インバータドライブ装置にカ率補償用無効電流指令を指令する全体カ率制御部とからなり、
前記各インバータドライブ装置によって、前記順変換器で流せる最大定格電流とプラントで使用される前記逆変換器を介して電動機に流れる有効電流に基づいて前記各インバータドライブ装置の前記順変換器の余力無効電流供給可能量を演算し、この演算結果に基づいて前記順変換器の最大定格までの範囲でカ率補償用無効電流を流し、プラント全体のカ率を連続制御することを特徴とするインバータドライブ装置によるプラント電源カ率制御方式。
【請求項２】
有効電流と無効電流を独立に制御できる半導体ＰＷＭ順変換器と、該順変換器の直流出力に接続され、その出力を電源として、電動機の速度制御を行なう半導体ＰＷＭ逆変換器とから構成される複数のインバータドライブ装置と、各インバータドライブ装置に運転パターンを指令する上位制御装置からなり、
前記上位制御装置によって、各インバータドライブ装置の負荷状態を検出し、前記順変換器で流せる最大定格電流とプラントで使用される前記逆変換器を介して電動機に流れる有効電流に基づいて前記各インバータドライブ装置の前記順変換器の余力無効電流供給可能量を演算し、この演算結果に基づいて前記順変換器の最大定格までの範囲でカ率補償用無効電流を流し、プラント全体のカ率を連続制御することを特徴とするインバータドライブ装置によるプラント電源カ率制御方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＧＢＴ、ＧＴＤ等自己消弧素子を用いた半導体ＰＷＭ順変換器・逆変換器からなるインバータドライブ装置に係り、特に、ＰＷＭ順変換器の余力変換機能を用いてプラント電源全体のカ率を制御するインバータドライブ装置によるプラント電源カ率制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＷＭコンバータ・インバータを用いたインバータドライブ装置は、「日立評論  １９９３年３月号  ｐｐ３７〜４０」に記載のように、ドライブ装置として、電源カ率を１．０に制御している。
従来のインバータドライブ装置の構成図を図６に示す。図６において、インバータドライブ装置６は、誘導電動機７の回転速度を直接制御するＩＧＢＴインバータ３０と、ＩＧＢＴインバータ３０の入力直流電圧を電源トランス５から供給される三相交流より直流に変換し、制御するＩＧＢＴコンバータ４０より構成される。ＩＧＢＴインバータ３０は、ＩＧＢＴコンバータ４０より供給される直流電源をもとに誘導電動機７の要求される回転速度に対応する交流電圧、周波数及び位相の三相交流に変換するＰＷＭインバータ主回路３１と、この主回路３１を介して速度制御を行なう速度制御装置３２とより構成される。速度制御装置３２は、誘導電動機７に直結されたパルスエンコーダ３３で検出される回転速度検出値Ｗｒと速度制御指令Ｗｒ*とより、誘導電動機７の磁束を制御するための励磁電流（ｄ軸成分電流）Ｉｄ*成分と発生トルクを制御するためのトルク電流（ｑ軸成分電流）Ｉｑ*成分とのベクトル演算により、誘導電動機７の磁束制御を含む速度制御演算を行ない、この演算結果のｄ軸、ｑ軸電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*に基づき、ｄ軸、ｑ軸電流制御を行なうとともに、すべり周波数ｆを演算し、すべり周波数演算結果と回転速度検出値ωｒより一次周波数指令値ω1*を演算する。一方、ｄ軸、ｑ軸電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*及び一次周波数指令値ω1*に基づき、ベクトル演算により三相交流電流制御を行ない、その演算結果である３相出力電圧指令に基づき、多重ＰＷＭ制御により演算されるＰＷＭパルスによりインバータ主回路３１を制御し、誘導電動機７の速度制御を行なう。
ＩＧＢＴコンバータ４０は、電源カ率を１．０に制御すると共に、ＩＧＢＴインバータ３０の入力電源となる直流電圧を一定に制御する交流−直流変換のＩＧＢＴコンバータ主回路２１とこの主回路２１を介して電源カ率１．０制御及び直流電圧を一定に制御するコンバータ制御部４２とより構成される。コンバータ制御部４２では、直流電圧指令Ｅｄ*にコンバータ２１の出力電圧Ｅｄが一致するように直流電圧制御部２５で有効電流指令であるｑ軸電流指令Ｉｑ*を演算する。このｑ軸電流指令Ｉｑ*とカ率１．０とするためのｄ軸電流指令Ｉｄ*４４を指令値として、ｑ軸及びｄ軸電流制御を電流制御部４３で演算するとともに、電流制御部４３では電源電圧、位相の検出器２７の信号を基準として、ｄ軸、ｑ軸のベクトル演算を行ない、三相交流電流制御を行ない、ＩＧＢＴコンバータ２１のＰＷＭパルスの基準となる三相交流電圧指令を演算する。この三相交流電圧指令に基づき、ＰＷＭ制御部でＰＷＭパルスを演算出力し、ＩＧＢＴコンバータ２１によって電流カ率を１．０、直流電圧Ｅｄを一定にする制御を行なう。
このようにインバータドライブ装置６は、単体として、電流カ率を１．０に制御し、誘導電動機７の速度制御を行なえる理想的なドライブ装置である。
しかし、図５に示すように、従来のプラント構成は、電源トランス１、遅れカ率負荷設備３−１〜３−ｎ用のトランス２−１〜２−ｎ、インバータドライブ装置６−１〜６−Ｎ用のトランス５−１〜５−Ｎ、電動機７−１〜７−Ｎ、プラント全体の無効電力を補償する無効電力補償設備４から構成され、インバータドライブ装置６−１〜６−Ｎとして図６のインバータドライブ装置６が使用されるが、一般に無効電力補償設備４は、進相コンデンサを数バンクの容量に分割して入切するため、遅れカ率負荷設備３の負荷変動により、プラント全体のカ率を常に一定に制御することが出来ず、プラント全体の電源カ率が変動し、電圧変動が発生する。これらの対策として、無効電力補償設備４として、無効電力を連続制御できる設備「負荷追従形無効電力補償装置」（ＳＶＣ）があるが、設備コストが高くなるという問題があるため、導入されてない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては、単体として、電流カ率を１．０に制御し、誘導電動機７の速度制御を行なえる理想的なインバータドライブ装置６を使用しても、プラント全体の電源カ率を連続制御するには、設備コストの高いＳＶＣ装置が必要となるという問題があり、また、進相コンデンサバンクの段階的投入では、負荷の変動に連続で追従できないため、プラント全体の電源カ率変動、電圧変動を発生するという問題があった。また、電力コストの点からも、カ率変動分だけ余分なコストがかかっていた。
【０００４】
本発明の課題は、プラントの中で大きな電力比率をもつＰＷＭコンバータの無効電流供給余力機能を最大限に活用し、プラント全体の電源カ率を最適に制御するインバータドライブ装置によるプラント電源カ率制御方式を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、ＰＷＭコンバータので流せる最大定格電流とプラントで使用されるＰＷＭインバータを介して電動機に流れる有効電流に基づいて各インバータドライブ装置の前記コンバータの余力無効電流供給可能量を演算し、この演算結果に基づいて前記コンバータの最大定格までの範囲でカ率補償用無効電流を流し、プラント全体のカ率を連続制御することによって、解決される。
【０００６】
本発明は、プラントの中で大きな電力比率をもつ、インバータドライブ装置群のＰＷＭコンバータの無効電流制御機能を用いて、また、これらＰＷＭコンバータは常時最大負荷では運転されてないことを利用して、インバータドライブ装置のＰＷＭコンバータの余力無効電流供給機能を最大限に活用し、連続カ率制御可能なＳＶＣ装置の機能と同じように、プラント全体の電源カ率を負荷に追従して最適に制御することができる。また、独立したＳＶＣ装置を設置する必要がなくなるため、設備スペースを小さく、かつ、設備コストを低減することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による全体構成を示す。１は電源トランス、２−１〜２−ｎはトランス、３−１〜３−ｎは遅れカ率負荷設備、５−１〜５−Ｎはトランス、７−１〜７−Ｎは電動機、８−１〜８−ＮはＩＧＢＴＰＷＭコンバータ余力無効電流制御付インバータドライブ装置、９は全体カ率制御部、１０は無効電力検出器、１１は電圧検出器、１２は電流検出器を表わす。
電源の電圧検出器１１と電流検出器１２の信号より無効電力検出器１０により無効電力Ｑを検出し、全体カ率制御部９がその検出値によりプラント全体のカ率を最適とする無効電流指令ＩＱ*を演算し、インバータドライブ装置８−１〜８−Ｎに指令する。
【０００８】
インバータドライブ装置８の詳細を図２に示す。２０はＰＷＭコンバータ、２１はＰＷＭコンバータ変換部、２２はＰＷＭコンバータ制御部、２３は有効電流無効電流を独立制御するｄ、ｑ軸電流制御部、２４はＰＷＭコンバータの余力無効電流指令の最大値を制限制御するｉｄ*最大値制限制御部、２５は直流電圧制御部、２６は図１の全体カ率制御部９からの無効電流指令ＩＱ*、２７はｄ、ｑ軸電流制御部２３の基準位相検出のための電圧検出器、２８は電流検出器、３０はＩＧＢＴＰＷＭインバータ、３１はＰＷＭインバータ変換部、３２はＰＷＭインバータのドライブ制御部である。
【０００９】
ｉｄ*最大値制限制御部２４の詳細を図３に示す。５１はＰＷＭコンバータ２０のｄ、ｑ軸電流ｉｄ、ｉｑのベクトル加算電流である一次電流Ｉ1の最大定格値Ｉ1ｍａｘ（ＰＷＭコンバータ２０が流せる最大定格値）、５２は電動機負荷で決まるｑ軸電流ｉｑ（有効電流）、５３はコンバータ定格で決まるＩ1ｍａｘと電動機負荷で決まるｉｑとより、ＰＷＭコンバータの余力無効電流分ｉｄｍａｘ＝√（Ｉ1ｍａｘ）2−（ｉｑ）2を演算する演算部、５４は無効電流指令ＩＱ*に対してｉｄｍａｘを最大値に制限する制御部である。
【００１０】
図４に全体カ率制御部９の構成図を示す。１０１はプラント全体で要求される無効電力指令Ｑ*であり、プラント全体の電源カ率を１．０に制御する場合は“０”となる。１０２は減算器であり、無効電力指令Ｑ*と無効電力検出器１０より検出される検出値Ｑとの偏差を演算する。１０３は無効電力制御部であり、減算器１０２の演算結果を入力し、減算器１０２の偏差がなくなるように、すなわち、無効電力指令値Ｑ*にプラント全体の無効電力を補正するための無効電流指令ＩＱ*を演算し、その演算結果はインバータドライブ装置８−１〜８−Ｎに指令する。
【００１１】
次に、本実施形態の動作を説明する。ＰＷＭインバータのドライブ制御部３２の動作は従来例と同じであるので、省略し、ＰＷＭコンバータ制御部２２について説明する。
ＰＷＭコンバータ制御部２２では、直流電圧指令Ｅｄ*にコンバータ２１の出力電圧Ｅｄが一致するように直流電圧制御部２５で有効電流指令であるｑ軸電流指令Ｉｑ*を演算する。一方、全体カ率制御部９においてプラント全体の電源カ率を最適とするために演算された無効電流指令ＩＱ*は、各インバータドライブ装置８−１〜８−ＮのＰＷＭコンバータ制御部２２の図３に示すｉｄ*最大値制限制御部２４に入力され、この制御部２４では、余力無効電流分演算部５３においてＰＷＭコンバータ２０の一次電流Ｉ1の最大定格値Ｉ1ｍａｘ５１と電動機負荷で決まるｑ軸電流ｉｑ５２に基づいて各々のＰＷＭコンバータの余力無効電流分ｉｄｍａｘを演算し、この余力無効電流ｉｄｍａｘの制限範囲内で無効電流指令ｉｄ*をｄ、ｑ軸電流制御部２３に出力する。
ここで、無効電力制御部１０３の演算結果の無効電流指令値ＩＱ*は、Ｎ台のインバータドライブ装置で全体を補正するため、Ｎ台の各々の余力無効電流分Ｉｄｍａｘの最大値以下の値となる。例えば、各インバータドライブ装置の余力無効電流分Ｉｄｍａｘが８−１が０．５ＰＵ、８−２が０．４ＰＵ、８−３が０．３ＰＵ、８−４〜８−Ｎが０ＰＵで、全体の必要無効電流が１．０ＰＵの運転状態の場合、ＩＱ*は０．４ＰＵとなり、全体の必要無効電流が１．０ＰＵのうち、８−３は余力無効電流分の０．３ＰＵを分担、８−２も余力無効電流分の０．４ＰＵを分担し、８−１は余力無効電流分０．５ＰＵのうち０．４ＰＵを分担するように制御される。これは、図３のｉｄｍａｘ最大値制限制御部５４により、余力無効電流分の少ないインバータドライブ装置から余力無効電流分を分担する作用があるためである。
また、無効電流指令ｉｄ*は、各々のＰＷＭコンバータの余力無効電流ｉｄｍａｘの制限範囲内の値であり、この余力無効電流ｉｄｍａｘの制限範囲内で全体カ率補償用無効電流を各々のＰＷＭコンバータより供給することになる。
ｄ、ｑ軸電流制御部２３では、ｑ軸電流指令Ｉｑ*とｄ軸電流指令Ｉｄ*を指令値とし、電源電圧、位相の検出器２７の信号を基準として、ｄ軸、ｑ軸のベクトル演算を行ない、ＩＧＢＴコンバータ２１の一次電流指令Ｉ1*を出力する。この一次電流指令Ｉ1*と電流検出器２８の信号に基づいて三相交流電流制御を行ない、ＩＧＢＴコンバータ２１のＰＷＭパルスの基準となる三相交流電圧指令を演算し、この三相交流電圧指令に基づき、ＰＷＭ制御部でＰＷＭパルスを演算出力し、ＩＧＢＴコンバータ２１によってプラント全体の電源カ率を負荷に追従して最適に制御する。
本実施形態では、各々のＰＷＭコンバータの余力無効電流ｉｄｍａｘの制限範囲内で全体カ率補償用無効電流を各々のＰＷＭコンバータより供給することにより、プラント全体の電力のうち大きな比率をもつインバータドライブ装置群のＰＷＭコンバータの余力無効電流供給能力を負荷追従形無効電力補償装置（ＳＶＣ）の代わりに活用することにより、別に設備を設置することなく、プラント全体の電源カ率を負荷に追従して最適に制御することができる。
【００１２】
なお、本発明は、各インバータドライブ装置の負荷状態をドライブ装置の上位制御装置により監視し、各インバータドライブ装置の余力無効電流供給能力を上位制御装置で演算し、各インバータドライブ装置に無効電流指令を分配するようにしても実施可能である。
また、図２の実施形態ではＩＧＢＴＰＷＭインバータを用いたが、本発明は、ＧＴＱ、ＩＧＣＴ等他の自己消弧素子を用いたＰＷＭ変換器でも同じ効果が得られる。
また、本発明は、プラント全体の構成より、インバータドライブ装置のＰＷＭコンバータの容量をインバータ部に比べて大きく設定する等により最適化を図れるという機能も付加することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インバータドライブ装置として、もともと持つているＰＷＭコンバータの余力無効電流供給能力を最大限に活用するので、負荷追従形無効電力補償（ＳＶＣ）装置の機能と同じように、プラント全体の電源カ率を負荷に追従して最適に制御することができる。
また、独立したＳＶＣ装置を設置する必要がなくなるため、設備スペースを小さく、かつ、設備コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による全体構成図
【図２】本発明のインバータドライブ装置の詳細図
【図３】本発明のＩｄ*最大値制限制御部の詳細図
【図４】本発明の全体カ率制御部の構成図
【図５】従来例の全体構成図
【図６】従来例のインバータドライブ装置
【符号の説明】
１…電源トランス、２−１〜２−ｎ…トランス、３−１〜３−ｎ…遅れカ率負荷設備、５−１〜５−Ｎ…トランス、７−１〜７−Ｎ…電動機、８−１〜８−Ｎ…ＩＧＢＴＰＷＭコンバータ余力無効電流制御付インバータドライブ装置、９…全体カ率制御部、１０…無効電力検出器、１１…電圧検出器、１２…電流検出器、２０…ＰＷＭコンバータ、２１…ＰＷＭコンバータ変換部、２２…ＰＷＭコンバータ制御部、２３…ｄ、ｑ軸電流制御部、２４…ｉｄ*最大値制限制御部、２５…直流電圧制御部、２６…無効電流指令ＩＱ*、２７…電圧検出器、２８…電流検出器、３０…ＩＧＢＴＰＷＭインバータ、３１…ＰＷＭインバータ変換部、３２…ＰＷＭインバータのドライブ制御部、５３…ＰＷＭコンバータの余力無効電流分ｉｄｍａｘを演算する演算部、５４…ｉｄｍａｘを最大値に制限する制御部
【図１】
0003682544.tif 000002
【図２】
0003682544.tif 000003
【図３】
0003682544.tif 000004
【図４】
0003682544.tif 000005
【図５】
0003682544.tif 000006
【図６】
0003682544.tif 000007