(57)【要約】      （修正有）【課題】ＰＷＭコンバータを力行時にも動作させ、力行時および制動時のＰＷＭコンバータ安定な動作と、力行と制動との間の動作モードの円滑な相互移行とを、直流電流検出器を設けることなく行う装置を提供する。【解決手段】ダイオードコンバータとＰＭＷコンバータ５とを、交流側の変圧器４を介在させて互いに絶縁して交流電源系統Ｎに接続し、直流側では負荷に対して互いに共通接続したコンバータシステムにおいて、ＰＷＭコンバータ５の直流電圧１１を直流電圧検出値Ｖｄｃとして求め、ＰＷＭコンバータ５の交流側で有効電流成分を有効電流検出値Ｉｑとして求め、ダイオードコンバータの全波整流ピーク電圧以上の直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２と直流電圧検出値Ｖｄｃとの偏差に応じた調節動作に基づいて有効電流指令値Ｉｑ＊を生成した後、所定の制限値＋ＩＬ１，−ＩＬ１に制限し、有効電流調節器１４の出力にてＰＷＭコンバータを操作する。【選択図】図２
2014023310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードコンバータとＰＭＷコンバータとを、交流側では少なくとも一方に変圧器を介在させることにより互いに絶縁して交流電源系統に接続し、直流側では負荷に対して互いに共通接続したコンバータシステムの制御方法において、ＰＷＭコンバータの直流側で直流電圧を直流電圧検出値として求め、ＰＷＭコンバータの交流側で有効電流成分を有効電力の流れ方向に応じた極性を有する有効電流検出値として求め、ダイオードコンバータの全波整流ピーク電圧以上の電圧値に相当する直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との間の電圧制御偏差に応じた調節動作に基づいて有効電力の流れ方向に応じた極性を有する有効電流指令値を生成し、その有効電流指令値を予め与えられた制限値に制限し、その制限される有効電流指令値と前記有効電流検出値との間の有効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいてＰＷＭコンバータを操作する制御信号を生成することにより、ＰＷＭコンバータにおける力行と回生との間の動作モード移行が前記有効電流指令値の極性変化のみに基づいて行なわれるようにしたことを特徴とするコンバータシステムの制御方法。
【請求項２】
ＰＷＭコンバータの交流側で無効電流成分を無効電流検出値として求め、予め与えられた無効電流指令値と前記無効電流検出値との間の無効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいてＰＷＭコンバータを操作する制御信号を生成し、前記有効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいて生成した制御信号を第１成分とし、前記無効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいて生成した制御信号を第２成分とし、前記第１成分と第２成分とを合成してＰＷＭコンバータを操作する制御信号とすることを特徴とする請求項１記載のコンバータシステムの制御方法。
【請求項３】
交流電源系統の電圧レベル検出値に応じて前記直流電圧指令値を変更することを特徴とする請求項１又は２記載のコンバータシステムの制御方法。
【請求項４】
交流電源系統の電圧レベル検出値に応じて変化する可変係数を固定の設定値に乗算することにより、前記直流電圧指令値を得ることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のコンバータシステムの制御方法。
【請求項５】
ダイオードコンバータの直流側に平滑リアクトルが直列接続されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のコンバータシステムの制御方法。
【請求項６】
ＰＷＭコンバータの直流側に平滑コンデンサが並列接続されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のコンバータシステムの制御方法。
【請求項７】
ＰＷＭコンバータの交流側に交流リアクトルおよび／又はフィルタ回路が接続されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のコンバータシステムの制御方法。
【請求項８】
ダイオードコンバータとＰＭＷコンバータとを、交流側では少なくとも一方に変圧器を介在させることにより互いに絶縁して交流電源系統に接続し、直流側では負荷回路に対して互いに共通接続したコンバータシステムの制御装置において、ＰＷＭコンバータの直流側で直流電圧を直流電圧検出値として求める電圧検出手段と、ＰＷＭコンバータの交流側で少なくとも有効電流成分を有効電力の流れ方向に応じた極性を有する有効電流検出値として求める有効電流検出手段と、ダイオードコンバータの全波整流ピーク電圧以上の電圧値に相当する直流電圧指令値を発生する電圧指令手段と、その直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との制御偏差に応じた調節動作に基づいて有効電力の流れ方向に応じた極性を有する有効電流指令値を生成する電圧調節手段と、その有効電流指令値を予め与えられた制限値に制限する電流制限手段と、その制限される有効電流指令値と前記有効電流検出値との間の制御偏差に応じた調節動作に基づいてＰＷＭコンバータを操作する制御信号を生成する有効電流調節手段と、有効電流調節手段からの制御信号に基づいてＰＷＭコンバータのためのゲートパルスを生成するＰＷＭコンバータ制御手段とを有することを特徴とするコンバータシステムの制御装置。
【請求項９】
ＰＷＭコンバータの交流側で無効電流成分を無効電流検出値として求める無効電流検出器手段と、予め与えられた無効電流指令値と前記無効電流検出値との間の無効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいてＰＷＭコンバータを操作する制御信号を生成する無効電流調節手段とを備え、前記ＰＷＭコンバータ制御手段は、前記有効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいて生成した制御信号を第１成分として、前記無効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいて生成した制御信号を第２成分として受け取り、前記第１成分と第２成分とを合成した制御信号に基づいてＰＷＭコンバータのためのゲートパルスを生成することを特徴とする請求項８記載のコンバータシステムの制御装置。
【請求項１０】
前記電圧指令手段は、交流電源系統の電圧レベル検出値に応じて前記直流電圧指令値を変更するように構成されていることを特徴とする請求項８又は９記載のコンバータシステムの制御装置。
【請求項１１】
前記電圧指令手段は、交流電源系統の電圧レベル検出値に応じて変化する可変係数を固定の設定値に乗算することにより前記直流電圧指令値を得るように構成されていることを特徴とする請求項８乃至１０の１つに記載のコンバータシステムの制御装置。
【請求項１２】
ダイオードコンバータの直流側に平滑リアクトルが直列接続されていることを特徴とする請求項８乃至１１の１つに記載のコンバータシステムの制御装置。
【請求項１３】
ＰＷＭコンバータの直流側に平滑コンデンサが並列接続されていることを特徴とする請求項８乃至１２の１つに記載のコンバータシステムの制御装置。
【請求項１４】
ＰＷＭコンバータの交流側に交流リアクトルおよび／又はフィルタ回路が接続されていることを特徴とする請求項８乃至１３の１つに記載のコンバータシステムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイオードコンバータとＰＭＷコンバータとを交流側は少なくとも一方に変圧器を介在させることにより互いに絶縁して交流電源系統に接続し、直流側は負荷回路に対して互いに共通接続したコンバータシステムの制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１はこの種の公知のコンバータシステムの主回路構成を示す。交流電源系統Ｎに変圧器１を介してダイオードコンバータ２が接続され、このダイオードコンバータ２の直流側は直流電流を平滑するための直流リアクトル３を介して直流母線ＤＣに接続されている。この直流母線ＤＣには力行／回生運転される負荷Ｚが接続されている。変圧器１の２次側には別の変圧器４を介してＰＷＭコンバータ５が接続され、このＰＷＭコンバータ５の直流側は直流母線ＤＣに接続されている。この種の典型的なコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータ５が回生コンバータとして使用され、変圧器４は回生コンバータが系統Ｎへ電力を回生するのに適した電圧に変換するために用いられる。力行運転時には専らダイオードコンバータ２が負荷Ｚに給電するのに対して、回生運転時には負荷Ｚからの電力回生により直流側電圧が上昇することによりダイオードコンバータ２が阻止状態となる。直流側電圧が予め設定された回生開始電圧レベルに達すると、ＰＷＭコンバータ５が回生コンバータとなって系統へ電力回生を行なって、直流側電圧の上昇を抑制する。
【０００３】
この種の従来のコンバータシステムの出力比は力行を１００％とすると回生は５０％以下であることが多く、回生コンバータは回生時にのみ動作させていることから、力行にも使用して稼働率を上げることが望ましい。
【０００４】
回生時に回生動作をする自励式電力変換器を、力行時にも動作させて電力用ダイオード整流器と並列運転を行なうことにより過負荷耐量を増した電力変換装置が公知である（例えば、特許文献１）。この公知の装置では、自励式電力変換器の制御のために、直流側電圧を検出する直流電圧検出器のほかに、負荷に供給する直流電流（ＩＬ）を検出するための直流電流検出器（ＤＣＣＴ）が設けられている。更に、力行と回生との間で互いに異なる制御回路ルートを、直流電流検出器（ＤＣＣＴ）からの負荷電流検出値（ＩＬ）の極性に応じて切り換えるために切換スイッチ（ＳＷ）が設けられている。この切換スイッチ（ＳＷ）は、力行時には負荷電流検出値（ＩＬ）に比例した電流値によって自励式電力変換器の入力電流有効分を指令する制御回路ルートを選択し、回生時には直流側電圧を一定に保つ電圧調節動作に基づいて自励式電力変換器の入力電流有効分を指令する制御回路ルートを選択する。従って、この公知のコンバータシステムは、力行と回生との間で自励式電力変換器の動作モードを切り換えると共に力行時に入力電流有効分の指令値を発生させるために、直流電流検出器（ＤＣＣＴ）を用いて負荷電流（ＩＬ）を検出しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１８６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、自励式電力変換器としてのＰＷＭコンバータを力行時にも動作させ、しかも力行時および回生（制動）時のＰＷＭコンバータの安定な動作と、力行と回生との間の動作モードの円滑な相互移行とを、直流電流検出器で負荷電流を検出することなく簡単な手段で実現するコンバータシステムの制御方法および制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、制御方法に関しては、ダイオードコンバータとＰＭＷコンバータとを、交流側では少なくとも一方に変圧器を介在させることにより互いに絶縁して交流電源系統に接続し、直流側では負荷に対して互いに共通接続したコンバータシステムの制御方法において、ＰＷＭコンバータの直流側で直流電圧を直流電圧検出値として求め、ＰＷＭコンバータの交流側で有効電流成分を有効電力の流れ方向に応じた極性を有する有効電流検出値として求め、ダイオードコンバータの全波整流ピーク電圧以上の電圧値に相当する直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との間の電圧制御偏差に応じた調節動作に基づいて有効電力の流れ方向に応じた極性を有する有効電流指令値を生成し、その有効電流指令値を予め与えられた制限値に制限し、その制限される有効電流指令値と前記有効電流検出値との間の有効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいてＰＷＭコンバータを操作する制御信号を生成することにより、ＰＷＭコンバータにおける力行と回生との間の動作モード移行が前記有効電流指令値の極性変化のみに基づいて行なわれるようにしたことを特徴とする制御方法によって解決される。
【０００８】
本発明による制御方法によれば、有効電流指令値および有効電流検出値は、ＰＷＭコンバータの有効電力の流れ方向に応じた極性を有する。例えば、正極性は力行モードに対応し、負極性は回生モードに対応する。低負荷状態での力行時には、ダイオードコンバータの全波整流ピーク電圧以上の電圧値を直流電圧指令値として直流電圧一定制御が行なわれ、それによって、ダイオードコンバータによる電力供給が阻止され、ＰＷＭコンバータのみによって電力供給が行なわれる。負荷増大にともなって電流制限動作領域に入ると有効電流一定制御に移行するために、ＰＷＭコンバータの直流側電圧が低下し、それによってＰＷＭコンバータとダイオードコンバータとが並列運転される。即ち、ＰＷＭコンバータの制限電流レベルを上回る負荷電流の超過分はダイオードコンバータが負担する。負荷側からの回生電力によってＰＷＭコンバータの直流側電圧が上昇して直流電圧検出値が直流電圧指令値を上回ると、電圧制御偏差が負に転じることにより有効電流指令値の極性も負に転じる。有効電流調節動作に基づいてＰＷＭコンバータを操作する制御信号が回生モードに移行する。回生時には、ダイオードコンバータの全波整流ピーク電圧以上の電圧値に設定されている直流電圧指令値と直流電圧検出値に応じた調節動作に基づく電圧一定制御と、力行時と同様にその内側ループでの有効電流調節動作による電流制限制御とにより、ＰＷＭコンバータが回生モードで動作して直流側電圧を一定に保つ。このように、本発明によれば、力行モードと回生モードとの間で制御構成を特別に変更することなく、しかもモード間の相互移行のために特別な切換え器を使用することもなく、直流電圧制御偏差に応じた調節動作により生成される有効電流指令値の極性のみに基づいて力行および回生のモード制御が実現されている。
【０００９】
本発明による制御方法の好ましい実施形態では、ＰＷＭコンバータの交流側で無効電流成分を無効電流検出値として求め、予め与えられた無効電流指令値と前記無効電流検出値との間の無効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいてＰＷＭコンバータを操作する制御信号を生成し、前記有効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいて生成した制御信号を第１成分とし、前記無効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいて生成した制御信号を第２成分とし、前記第１成分と第２成分とを合成してＰＷＭコンバータを操作する制御信号とする。無効電流指令値は固定又は可変設定とし、電源系統側で発生する定常的および／又は過渡的な無効電力変動の少なくとも一部を無効電力調節動作によって補償することができる。更に、第１および第２の成分は、系統電圧ベクトルの有効分および無効分の方向を基準とする直交２軸成分として与えることができる。この直交２軸成分は直流量信号であるが、公知の座標変換技術によりＰＷＭコンバータを直接的に制御できる交流量信号を経てゲートパルスに変換することができる。
【００１０】
本発明による制御方法の他の実施形態では、交流電源系統の電圧レベル検出値に応じて前記直流電圧指令値を変更する。これは、電源容量が比較的小さい電源系統の場合、電源系統に接続されている他の負荷の急変の影響で想定を超えた系統電圧レベル上昇が起こり得るので、その際に生じる問題を解消することを意図している。系統電圧レベルの上昇にともなってダイオードコンバータによる電力供給で直流側電圧が上昇することによって、直流電圧検出値が直流電圧指令値を上回ると、直流電圧制御偏差に応じた調節動作により生成される有効電流指令値の極性反転より、ＰＷＭコンバータが回生モードに移行させられる。即ち、負荷が力行運転状態にあっても、ダイオードコンバータが負荷の需要を上回る余分の電力を供給し、その余分の電力をＰＷＭコンバータが電源系統に回生するという動作が生じ得る。これによってＰＷＭコンバータが過負荷となる危惧が存在する。この実施形態によれば、負荷の回生運転に基づかないこのようなＰＷＭコンバータの願わしくない回生動作が防止される。更に他の好ましい実施形態に従って、前記直流電圧指令値は、交流電源系統の電圧レベル検出値に応じて変化する可変係数を固定の設定値に乗算することによりを得るとよい。
【００１１】
更に、前記課題は、制御装置に関しては、ダイオードコンバータと自励式電力変換器としてのＰＭＷコンバータとを、交流側では少なくとも一方に変圧器を介在させることにより互いに絶縁して交流電源系統に接続し、直流側では負荷回路に対して互いに共通接続したコンバータシステムの制御装置において、ＰＷＭコンバータの直流側で直流電圧を直流電圧検出値として求める電圧検出手段と、ＰＷＭコンバータの交流側で有効電流成分を有効電力の流れ方向に応じた極性を有する有効電流検出値として求める有効電流検出手段と、ダイオードコンバータの全波整流ピーク電圧以上の電圧値に相当する直流電圧指令値を発生する電圧指令手段と、その直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との制御偏差に応じた調節動作に基づいて有効電力の流れ方向に応じた極性を有する有効電流指令値を生成する電圧調節手段と、その有効電流指令値を予め与えられた制限値に制限する電流制限手段と、その制限される有効電流指令値と前記有効電流検出値との間の制御偏差に応じた調節動作に基づいてＰＷＭコンバータを操作する制御信号を生成する有効電流調節手段と、有効電流調節手段からの制御信号に基づいてＰＷＭコンバータのためのゲートパルスを生成するＰＷＭコンバータ制御手段とを有するコンバータシステムの制御装置によって解決される。
【００１２】
本発明による制御装置の好ましい実施形態では、ＰＷＭコンバータの交流側で無効電流成分を無効電流検出値として求める無効電流検出器手段と、予め与えられた無効電流指令値と前記無効電流検出値との間の無効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいてＰＷＭコンバータを操作する制御信号を生成する無効電流調節手段とを備え、前記ＰＷＭコンバータ制御手段は、前記有効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいて生成した制御信号を第１成分として、前記無効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいて生成した制御信号を第２成分として受け取り、前記第１成分と第２成分とを合成した制御信号に基づいてＰＷＭコンバータのためのゲートパルスを生成する。無効電流指令値は固定又は可変設定とし、電源系統側で発生する定常的および／又は過渡的な無効電力変動の少なくとも一部を無効電力調節動作によって補償することができる。
【００１３】
本発明による制御装置の他の実施形態では、前記電圧指令手段が、交流電源系統の電圧レベル検出値に応じて前記直流電圧指令値を変更するように構成されている。これによって電源容量が比較的小さい電源系統の場合に起こり得る直流側電圧の異常上昇に起因したＰＷＭコンバータの願わしくない回生モードへの移行が回避される。更に、前記電圧指令手段が、交流電源系統の電圧レベル検出値に応じて変化する可変係数を固定の設定値に乗算することにより前記直流電圧指令値を得るように構成されているとよい。
【００１４】
本発明によるコンバータシステムの制御方法および制御装置の他の実施形態の特徴、利点および詳細は、図面を参照する実施例の説明およびそれぞれの従属請求項において明らかにする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるコンバータシステム制御方法およびコンバータシステムによれば、ＰＷＭコンバータを力行時にも動作させることによって、ダイオードコンバータ単独運転の場合に比べて電源系統への高調波流出を低減すると共に、負荷電流を検出する直流電流検出器や特別な動作モード切換スイッチを設けることなく、電圧制御偏差に応じた調節動作により生成される有効電流指令値の極性に基づいて力行と回生との間の相互の円滑な動作モード移行を実現し、いずれの動作モードにおいても有効電流調節ループを内側に有する電圧調節ループを構成して安定にＰＷＭコンバータを動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のコンバータシステムの主回路構成を示す単線図である。
【図２】本発明のコンバータシステムの制御構成の第１の実施例を示すブロック図である。
【図３】本発明のコンバータシステムの制御構成の第２の実施例を示すブロック図である。
【図４】ダイオードコンバータの系統側電流を示す波形図である。
【図５】ダイオードコンバータとＰＷＭコンバータとの並列運転時の合成系統側電流を示す波形図である。
【図６】力行時の負荷に依存したＰＷＭコンバータ直流電圧の変化を示す特性図である。
【図７】力行時の負荷に依存した変換器出力の変化を示す特性図である。
【図８】本発明における直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２と系統電圧Ｖａｃの関係を示す特性図である。
【図９】本発明のコンバータシステムにおける力行時の有効電力の流れを説明する図である。
【図１０】本発明のコンバータシステムにおける回生状態の有効電力の流れを説明する図である。
【図１１】従来のコンバータシステムの主回路構成を示す単線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下において、図面に示す本発明の実施例に基づいて本発明によるコンバータシステムおよびコンバータシステムの制御方法を説明する。図１〜４において従来装置と同じ構成要素には同じ符号が付されている。
【００１８】
図１に示された本発明によるコンバータシステムの主回路構成によれば、３相交流電源系統Ｎに３相変圧器１を介してダイオードコンバータ２が接続され、ダイオードコンバータ２の直流側は直流母線ＤＣに接続されている。ダイオードコンバータ２と直流母線ＤＣとの間には直流リアクトル３を接続することが好ましい。直流母線ＤＣには負荷Ｚが接続されている。３相変圧器1の二次側には別の３相変圧器４を介してＰＷＭコンバータ５が接続され、ＰＭＷコンバータ５の直流側は直流母線ＤＣに接続されている。ＰＷＭコンバータ５の直流側に平滑コンデンサ６を接続し、変圧器４とＰＷＭコンバータ５との間にフィルタ回路７および交流リアクトル８を接続することが好ましい。
【００１９】
ダイオードコンバータ２は、例えばダイオードの３相ブリッジ結線からなる。ＰＷＭコンバータ５は、パワー半導体素子、例えばそれぞれ逆並列ダイオードを有するＩＧＢＴ素子の３相ブリッジ結線からなる。変圧器１は系統電圧をダイオードコンバータに適した電圧に変換するために使用され、変圧器４はＰＷＭコンバータ５およびダイオードコンバータ２の交流側を互いに絶縁して接続するために使用されている。平滑コンデンサ６はＰＷＭコンバータ５の直流側電圧を平滑するために使用され、直流リアクトル３はダイオードコンバータ２の出力電流を平滑するために使用される。フィルタ回路７はＰＷＭコンバータ５により出力される高調波電流を抑制する動作をする。交流リアクトル８はＰＷＭコンバータ５のスイッチング動作により所定の直流電圧を得るための昇圧リアクトルである。負荷Ｚは力行および回生運転される負荷、例えばインバータ給電の可変速交流電動機を含む。
【実施例１】
【００２０】
図２に本発明による制御装置の実施例がブロック図で示されている。ＰＷＭコンバータ５の平滑コンデンサ６を接続した直流端子間では直流電圧検出器１１によって直流電圧検出値Ｖｄｃが取り出され、直流電圧調節器１２の入力部に導かれる。直流電圧調節器１２は、その入力部において、与えられた直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２と直流電圧検出値Ｖｄｃとを突き合わせて電圧制御偏差（Ｖｄｃ＊２−Ｖｄｃ）を求め、その電圧制御偏差に応じた調節動作に基づいて、即ち電圧制御偏差に例えば比例積分演算を施すことにより、有効電流指令値Ｉｑ＊を生成する。直流電圧調節器１２の出力部では出力制限が行なわれる。直流電圧調節器１２が出力する有効電流指令値Ｉｑ＊は極性を有し、各極性に対してそれぞれ別個に制限値＋ＩＬ１および−ＩＬ２が設定可能である。
【００２１】
ＰＷＭコンバータ５の交流側に挿入された変流器を含む電流検出回路１３によって、ＰＷＭコンバータ５の交流入力電流が無効電流成分Ｉｄと有効電流成分Ｉｑとに分離されて検出される。この分離は、交流側で検出された図示していない系統電圧同期信号に基づいて行なわれる。有効電流検出値Ｉｑおよび無効電流検出値Ｉｄは極性を有する。例えば系統側からＰＷＭコンバータ側への有効電力の流れが正極性に、その逆の流れが負極性に選ばれている。従って、有効電流検出値Ｉｑおよび上記有効電流指令値Ｉｑ＊の正極性は力行モードに対応し、負極性は回生モードに対応する。このため、ＰＷＭコンバータの力行モードと回生モードとの間の相互移行は、直流電圧制御偏差に応じた調節動作により生成される有効電流指令値の極性に基づいて自動的に行なわれる。
【００２２】
有効電流調節器１４はその入力部において有効電流指令値Ｉｑ＊と有効電流検出値Ｉｑとを突き合わせて有効電流制御偏差（Ｉｑ＊−Ｉｑ）を求め、有効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいて、即ちその制御偏差に例えば比例積分演算を施すことにより、ＰＷＭコンバータ５を操作するための制御信号を第１成分として生成する。同様に無効電流調節器１５が無効電流指令値Ｉｄ＊と無効電流検出値Ｉｄとから無効電流制御偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）を求め、無効電流制御偏差に応じた調節動作に基づいて、即ちその制御偏差に例えば比例積分演算を施すことにより、ＰＷＭコンバータ５を操作するための制御信号を第２成分として生成する。
【００２３】
ＰＷＭコンバータ５の制御ユニット１６では有効電流調節器１４からの第１成分（ｑ軸成分）と無効電流調節器１５からの第２成分（ｄ軸成分）とが合成されて最終的にゲートパルスに変換される。そのために、この実施例では、座標変換器１７が図示していない系統電圧同期信号に基づいてｄ軸成分およびｑ軸成分を２相交流量信号に変換し、この２相交流量信号が２相−３相変換器１８で３相交流量信号に変換された後にゲートパルス生成回路１９に入力される。ゲートパルス生成回路１９はＰＷＭ変調によりパルス成形されたゲートパルス信号をＰＷＭコンバータ５に出力する。そのゲートパルス信号に従ってＰＷＭコンバータ５のパワー半導体素子がスイッチングする。
【００２４】
このように、本発明によれば、力行モードと回生モードとの間で制御構成を特別に変更することなく、しかもモード間の相互移行のために特別な切換え器を使用することもなく、直流電圧制御偏差に応じた調節動作により生成される有効電流指令値の極性のみに基づいて力行および回生のモード制御が実現されている。
【００２５】
図６は力行時における負荷（有効電流Ｉｑ）に依存した直流電圧Ｖｄｃの経過を示し、図７は力行時における負荷（有効電流Ｉｑ）に依存した両コンバータの総出力Ｐ（ダイオードコンバータの供給電力Ｐ２とＰＷＭコンバータの供給電力Ｐ５との和）の経過を示す。低負荷状態での力行時には、ダイオードコンバータ２の全波整流ピーク電圧以上の高い電圧値を直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２とした直流電圧一定制御（図６の領域（ａ）参照）が行なわれることにより、ダイオードコンバータ２からの給電が阻止され、ＰＷＭコンバータ５のみによって給電が行なわれる（図７の領域（ａ）参照）。負荷増大にともなって有効電流指令値Ｉｑ＊が制限値＋ＩＬ１に制限される電流制限動作領域に入ると、有効電流一定制御に移行するためＰＷＭコンバータ５の直流側電圧Ｖｄｃが低下し（図６の領域（ｂ）参照）、それによってＰＷＭコンバータ５とダイオードコンバータ２とが並列運転される（図７の領域（ｂ）参照）。即ち、ＰＷＭコンバータ５の制限電流レベルを上回る負荷電流の超過分はダイオードコンバータ２が供給する。
【００２６】
本発明によれば、ＰＷＭコンバータ５とダイオードコンバータ２との並列運転により、ダイオードコンバータ２のみによる運転に比べて、高調波の低次成分の低減が期待できる。即ち、ダイオードコンバータ２のみによる運転の場合には系統側に図４の波形で電流が流れるのに対して、ＰＷＭコンバータ５とダイオードコンバータ２との並列運転時には系統側の電流波形は図５のようになる。図４および図５において、横軸は時間ｔ、縦軸は電流瞬時値ｉａｃを表す。
【００２７】
先に説明した力行時のダイオードコンバータ２とＰＷＭコンバータ５の並列運転の際には、系統Ｎから負荷Ｚへの有効電力の流れは図９に太い矢印線で示すようになる。しかし、ダイオードコンバータ２は系統電圧を整流して直流電圧を出力するので、系統電圧上昇に伴い直流電圧値が上昇してしまい、その結果この直流電圧検出値Ｖｄｃが直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２を超えると、電圧制御偏差（Ｖｄｃ＊２−Ｖｄｃ）に応じた調節動作に基づいて生成される有効電流指令値Ｉｑ＊の極性が負に転じて、ＰＷＭコンバータ５が回生モードの動作に移行する。従って、図１０に太い矢印線で示すように、ダイオードコンバータ２が負荷の需要を超える余分の電力を系統から取り出し、その余分の電力を常時ＰＷＭコンバータ５が系統へ回生してしまう。電源容量が比較的小さい電源系統の場合、直流側電圧の想定した以上の異常上昇が起こり得る。このような場合にはＰＷＭコンバータ５が願わしくない回生動作により過負荷となり得るので対策が必要である。
【実施例２】
【００２８】
図３にその対策を講じた本発明による制御装置の実施形態の要部を示す。これによれば、変圧器４の１次側に計器用変圧器２０が接続され、この変圧器２０によって検出された３相系統電圧が３相−２相変換器２１によって２相量の系統電圧信号に変換される。３相−２相変換器２１の２相量の系統電圧信号は座標変換器２２によって直流量に変換される。図３に示された実施形態において、計器用変圧器２０、３相−２相変換器２１および座標変換器２２は、新たに追加された構成要素ではなく、ＰＷＭコンバータを制御するための位相基準を与える系統電圧同期信号を導出するために元々存在している構成要素を利用することができる。
【００２９】
直流量としての系統の電圧レベル検出値Ｖａｃは、好ましくはノイズ除去フィルタ２３を通過させた後に、実際の系統電圧変動範囲内でＰＷＭコンバータの過電圧もしくは不足電圧にならないレベルに設定した系統電圧補償上限値Ｖａｃｍａｘおよび系統電圧補償下限値Ｖａｃｍｉｎで制限し、更に除算器２４において系統電圧補償下限値Ｖａｃｍｉｎで除算することによりユニット量に変換するとよい。
【００３０】
直流電圧調節器１２の入力部において直流電圧検出器１１からの直流電圧検出値Ｖｄｃと突き合わされる直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２は、この実施形態では、予め与えられる固定の直流電圧指令値Ｖｄｃ＊１を乗算器２５で係数補正することによって作り出される。即ち、系統の電圧レベル検出値Ｖａｃが、系統電圧補償下限値Ｖａｃｍｉｎを基準とするユニット量に変換された後に、係数入力として乗算器２５において固定設定値として与えられる初期の直流電圧指令値Ｖｄｃ＊１に乗算される。従って、系統の電圧レベル検出値Ｖａｃが制限値ＶａｃｍａｘおよびＶａｃｍｉｎの範囲内にあるときは、直流電圧調節器１２に入力される直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２は、
Ｖｄｃ＊２＝（Ｖａｃ／Ｖａｃｍｉｎ）・Ｖｄｃ＊１        （１）
となる。従って、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２は系統電圧Ｖａｃの変動に依存して図８に示されているように補正される。
【００３１】
このように、直流電圧調節器１２に入力する直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２を系統の電圧レベル検出値Ｖａｃの変動量に応じて補正することによって、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２を常にダイオードコンバータ２の全波整流ピーク電圧以上の電圧値に保つことができる。従って、力行時にもかかわらずＰＷＭコンバータ５が回生動作をしてしまうことが防止される。即ち、力行時の並列運転の際に有効電力の流れを常に図９に示した状態に保ち、有効電力の流れが図１０に示した状態になることを防止することができる。
【００３２】
直流電圧の上限は、ＩＧＢＴ素子の遮断能力の限界から或るレベルに制限される。直流電圧指令値Ｖｄｃ＊２の上限は系統電圧補償上限値Ｖａｃｍａｘによって決まっていても、実際の直流電圧Ｖｄｃは、系統側もしくは負荷側又はコンバータシステム自体の異常によって上記制限レベルに達することがあり得る。制限レベル到達時には装置保護のためにＰＷＭコンバータの運転停止やその他の保護手段の作動が実行される。
【００３３】
図３の実施形態においては、上記説明以外の、特に電圧調節器１２以降の後段の構成および動作については図２の実施形態において図示しかつ説明した内容がそのまま通用するので、それに対応した部分の図示および詳細説明を省略している。
【符号の説明】
【００３４】
１          変圧器
２          ダイオードコンバータ
３          直流リアクトル
４          変圧器
５          ＰＷＭコンバータ
６          平滑コンデンサ
７          フィルタ回路
８          交流リアクトル
１１        直流電圧検出器
１２        直流電圧調節器
１３        電流検出回路
１４        有効電流調節器
１５        無効電流調節器
１６        ＰＷＭコンバータ制御ユニット
１７        座標変換器
１８        ２相−３相変換器
１９        ゲートパルス生成器
２０        計器用変圧器
２１        ３相−２相変換器
２２        座標変換器
２３        ノイズ除去フィルタ
２４        除算器
２５        乗算器
ＤＣ        直流母線
Ｎ          交流電源系統
Ｚ          負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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