(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を出力する直流電源部と接続され、電流制御を行なうためのＰＷＭ指令演算部と、ＰＷＭ指令演算部からのＰＷＭ指令より直流電力を交流電力に変換する変換器と、前記変換器と外部の電力系統の間に接続されたフィルタを備えたコンバータ装置において、
前記ＰＷＭ指令演算部は、前記フィルタの電力系統側の電圧に基づいて周波数を算出する周波数演算部と、算出された周波数と閾値を比較する比較演算部と、前記比較演算部で比較した結果に基づき、前記変換器へのＰＷＭ指令の出力を遮断するゲートを備え、
前記外部の電力系統と前記フィルタ間の接続が遮断され、前記コンバータ装置の前記電力系統への電路の電流が遮断された場合に、前記比較演算部は、前記周波数演算部で算出された周波数が前記閾値を超えたとき、前記ゲートを閉じ前記ＰＷＭ指令の出力を遮断するブロック信号を出力することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のコンバータ装置において、
前記閾値は予め設定された閾値周波数であり、前記外部の電力系統と前記フィルタ間の接続が遮断された場合に、前記比較演算部は前記算出された周波数が閾値周波数より高い周波数のとき、ブロック信号を発生することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のコンバータ装置において、
前記閾値周波数は、前記変換器から出力される交流電力の定常周波数より高い周波数に設定されたことを特徴とするコンバータ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のコンバータ装置において、
前記ＰＷＭ指令演算部はさらに、前記周波数演算部から出力された周波数から位相を算出する位相演算部と、電流指令と前記変換器で変換された交流電力の電流と前記フィルタの電力系統側の電圧と前記位相演算部で算出された位相に基づいて電圧指令値を算出する電圧演算部を有することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のコンバータ装置において、
前記ＰＷＭ指令演算部はさらに、前記フィルタの電力系統側の電圧を受けて高周波成分を除去するローパスフィルタを備え、このローパスフィルタからの出力を前記周波数演算部に入力することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項６】
直流電力を出力する直流電源部と接続され、電流制御を行なうためのＰＷＭ指令演算部と、ＰＷＭ指令演算部からのＰＷＭ指令より直流電力を交流電力に変換する変換器と、前記変換器と外部の電力系統の間に接続されたフィルタを備え、変換された交流電圧に基づいてＰＷＭ指令を制御するコンバータ装置の制御方法において、
前記外部の電力系統と前記フィルタ間の接続が遮断され、前記コンバータ装置の前記電力系統への電路の電流が遮断された場合に、前記ＰＷＭ指令演算部は、前記フィルタの電力系統側の電圧に基づいて周波数を算出し、算出された周波数が閾値を超えたときブロック信号を発生し、前記ブロック信号により前記変換器へのＰＷＭ指令の出力を遮断することを特徴とするコンバータ装置の制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載のコンバータ装置の制御方法において、
前記閾値は予め設定された閾値周波数であり、前記外部電力系統と前記フィルタ間の接続が遮断された場合に、前記算出された周波数が閾値周波数より高い周波数のとき、ブロック信号を発生することを特徴とするコンバータ装置の制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載のコンバータ装置の制御方法において、
前記閾値周波数は、前記変換器から出力される交流電力の定常周波数より高い周波数に設定されたことを特徴とするコンバータ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の線路遮断に際し、機器を過電圧から保護するコンバータ装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＷＭコンバータの運転中に電力系統の電圧低下、停電、電源遮断等によって電路が解放されると、安定した電流制御ができなくなる。このため、同一系統に接続される回路に周期異常の電圧が印加される危険性がある。従来から、これを防止する対策が検討されている。例えば、特許文献１には、回生モード運転中に電源が遮断されたとき、入力電圧波形検出回路の出力により電源遮断を検出し、ＰＷＭコンバータ運転を停止することにより、ＰＷＭコンバータに接続される電源系統に異常電圧の印加を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３２２６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、コンバータは電力系統と接続する正弦波フィルタを内蔵しており、電力系統との電力の受け渡しは遮断機（ブレーカ）を介して行われている。コンバータ運転中にブレーカが遮断されて電路が解放されると、連系インバータの制御系が不安定となり、正弦波フィルタ部分に電圧振動が発生する。この時、電圧振動により正弦波フィルタが共振すると過電圧が発生し、正弦波フィルタなどの付属機器に高圧が印加される危険性がある。この電圧振動による周波数は１ｋＨｚ前後であって、通常の系統の周波数（５０/６０Ｈｚ）よりもかなり高くなる。
【０００５】
この様子を図３で説明すると、図３（ａ）には、正弦波に電圧振動発生と同時に振動成分が重なっているのが示されており、図３（ｂ）には、電圧振動により周波数が上昇していくのが示されている。
【０００６】
通常、コンバータにおける出力電圧は、ローパスフィルタを通して取り込まれてから検出されているので、上記電圧振動による高い周波数帯域は、ローパスフィルタでカットされて検出ゲインが小さくなり、過電圧を検出できない恐れがある。
【０００７】
上記特許文献１では、停電時にＰＷＭスイッチング周波数成分が検出されることを利用してＰＷＭコンバータの運転を停止している。しかしながら、上記のようなローパスフィルタを含む電圧検出を行っている場合、ＰＷＭスイッチングの様な高い周波数を検出することは困難で、停電の発生を検出することができない恐れがある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑み、電力系統の電路解放時に、付属機器に過電圧を与えないコンバータ装置およびその制御方法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】
上記課題を解決するために、本発明は、直流電力を出力する直流電源部と接続され、電流制御を行なうためのＰＷＭ指令演算部と、ＰＷＭ指令演算部からのＰＷＭ指令より直流電力を交流電力に変換する変換器と、前記変換器と外部の電力系統の間に接続されたフィルタを備えたコンバータ装置において、
前記ＰＷＭ指令演算部は、前記フィルタの電力系統側の電圧に基づいて周波数を算出する周波数演算部と、算出された周波数が閾値を超えた場合ブロック信号を発生する比較演算部と、前記ブロック信号発生により前記変換器へのＰＷＭ指令の出力を遮断するゲートを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記に記載のコンバータ装置において、前記閾値は予め設定された閾値周波数であり、前記比較演算部は前記算出された周波数が閾値周波数より高い周波数のとき、ブロック信号を発生することを特徴とする。
【００１１】
また、上記に記載のコンバータ装置において、前記閾値周波数は、前記変換器から出力される交流電力の定常周波数より高い周波数に設定されたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記に記載のコンバータ装置において、前記ＰＷＭ指令演算部はさらに、前記周波数演算部から出力された周波数から位相を算出する位相演算部と、電流指令と前記変換器で変換された交流電力の電流と前記フィルタの電力系統側の電圧と前記位相演算部で算出された位相に基づいて電圧指令値を算出する電圧演算部を有することを特徴とする。
【００１３】
また、上記に記載のコンバータ装置において、前記ＰＷＭ指令演算部はさらに、前記フィルタの電力系統側の電圧を受けて高周波成分を除去するローパスフィルタを備え、このローパスフィルタからの出力を前記周波数演算部に入力することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、直流電力を出力する直流電源部と接続され、電流制御を行なうためのＰＷＭ指令演算部と、ＰＷＭ指令演算部からのＰＷＭ指令より直流電力を交流電力に変換する変換器と、前記変換器と外部の電力系統の間に接続されたフィルタを備え、変換された交流電圧に基づいてＰＷＭ指令を制御するコンバータ装置の制御方法において、
前記ＰＷＭ指令演算部は、前記フィルタの電力系統側の電圧に基づいて周波数を算出し、算出された周波数が閾値を超えたときブロック信号を発生し、前記ブロック信号により前記変換器へのＰＷＭ指令の出力を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、周波数を監視することにより当該制御系の不安定時においても、速やかにＰＷＭ出力を遮断し付属機器を過電圧から保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明実施例のコンバータ装置の構成図である。
【図２】本発明実施例のコンバータ装置のＰＷＭ指令演算部分を説明するブロックダイアグラムである。
【図３】本発明実施例のコンバータ装置運転中に、遮断機が遮断された時の電圧波形の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。本実施例では、回生時のコンバータ装置の例を説明する。
【００１８】
図１は、モータ（ＩＭ）の制御を行なう、インバータ１０５に接続された回生コンバータ１０８の例である。１００は電力変換装置で、１０１の変換器、１０２の平滑コンデンサ、１０３の電流検出器、１０４のＰＷＭ指令演算部から構成される。１０３は変換器１０１の交流出力を電流を検出する電流検出器、１０７は電流検出器１０３と外部の電力系統２００に介在して接続される正弦波フィルタ、１０６は正弦波フィルタ１０７の電力系統側の電圧を検出する電圧検出器である。上記各部によって回生コンバータ１０８が構成される。
【００１９】
２０１は回生コンバータ１０８と電力系統２００の間に設置される遮断機である。
【００２０】
回生運転時にインバータ１０５は直流電源部となって直流電力を発生し、平滑コンデンサ１０２で平滑された状態で前記変換器１０１に供給する。直流電力は、電力変換装置１００で交流電力に変換され、正弦波フィルタ１０７と遮断機２０１を経由して外部の電力系統２００に供給される。
【００２１】
電力変換装置１００は、電流制御を行なう為に、電流検出器１０３の電流検出値（電流信号）と電圧検出器１０７の電圧検出値（電圧信号）からＰＷＭ指令演算部１０４でＰＷＭ指令（指令値）を算出する。変換器１０１は、該ＰＷＭ指令値に基づいて直流電力を交流電力に変換して出力する。この交流電力は外部に設けられた１０７の正弦波フィルタ、及び、２０１の遮断機を介しての電力系統２００へ供給される。
【００２２】
ここで、遮断機２０１は、通常運転中は投入状態にあり、回生コンバータ１０８と電力系統２００の電路は接続状態にある。また、１０７の正弦波フィルタは、Ｌ（インダクタンス）とＣ（コンデンサ）から構成され、共振周波数を持つ。ただし、共振抑制のために抵抗Ｒを介してＬとＣを接続しても構わない。この共振周波数は、ＰＷＭのリップルを除去のため、通常１ｋＨｚ程度以上に設定されている。
【００２３】
１０３の電流検出器は、例えばシャント抵抗や、ホールＣＴで構成され、コンバータの交流出力部に配置されて交流の電流を検出する。１０６の電圧検出器は、フィルタ１０７の電力系統側に配置されて交流電圧が検出される。交流電圧はＰＴ等のトランスの出力でもよく、抵抗等により分圧した電圧信号でもよい。また、交流側の電圧信号と電流信号については通常３相の信号であるが、零相電流が流れない場合、２相分の検出でもよく、他の残り１相を演算で決定することが可能である。
【００２４】
図２は、電力変換装置１００に備えたＰＷＭ指令演算部１０４を説明するブロックダイアグラムの例である。
【００２５】
ＰＷＭ指令演算部１０４は、マイコンなどのソフトウェアで構築してもよく、一部、または、全てをアナログ回路で構築してもよい。Ｄ９９は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）で、電圧検出器１０６からの電圧信号に含まれる高周波成分を取り除いて出力する。Ｄ１００は周波数演算部で、上記で高周波成分が除かれた電圧信号に含まれる周波数を演算し出力する。Ｄ１０１は位相演算部で、周波数演算部Ｄ１００から出力される周波数から、位相を演算する。
【００２６】
Ｄ１０２は電圧演算部で、電流指令（電流指令値）と、上記で検出された交流電力の電流信号と、電圧信号、及び位相演算部Ｄ１０１からの位相に基づいて、電圧指令値を演算出力する。Ｄ１０３はＰＷＭ信号生成部で、上記で演算された電圧指令値よりＰＷＭ指令（ＰＷＭ指令信号）を生成する。
【００２７】
Ｄ１０４は比較演算部で、予め設定記憶された閾値周波数と、周波数演算部Ｄ１００から出力される演算周波数を比較し、演算周波数が閾値周波数以上のときゲートブロック信号（レベル０）を発生し、演算周波数が閾値周波数未満の場合にゲートブロック信号を発生させない（レベル１）。ここで、回生運転で出力される定常周波数を５０Ｈｚとしたとき、閾値周波数は定常周波数（電源周波数）よりも２０％上昇した６０Ｈｚに設定される。
【００２８】
Ｄ１０５は比較演算部Ｄ１０４の出力と、前記ＰＷＭ信号生成部Ｄ１０３の出力を受けるゲートで、ゲートブロック信号（レベル０）の発生時にゲートが閉じられて、ＰＷＭ信号生成部Ｄ１０３からのＰＷＭ指令信号が遮断される。ＰＷＭ指令信号が遮断されると、変換器１０１は、直流電力から交流電力への変換動作を停止し、交流電力の出力が停止される。ブロック信号が発生してない（レベル１）ときは、ＰＷＭ信号生成部Ｄ１０３からのＰＷＭ指令信号が、ゲートＤ１０５を通じて出力され、前記変換器１０４に供給される。
【００２９】
次に、上記構成における回生運転中に電路が遮断された時の回生コンバータの動作を説明する。図３は、遮断機２０１が回生コンバータ運転中に突如遮断された時の電圧波形と周波数の上昇を示す説明図である。
【００３０】
回生運転中に２０１の遮断機が突如遮断されると、電力系統２００への電路の電流が遮断されるので、電流検出器１０３で検出される電流信号が小さくなる。ＰＷＭ指令演算部１０４に入力される電流信号が小さくなると、電流指令値（一定に設定）との偏差が大きくなるため、電圧演算部Ｄ１０２が上記偏差を小さくするべく、電圧指令値を大きくするように制御する。電圧指令値が大きくなると、ＰＷＭ指令により変換器１０１は交流電流を増加させるように制御がなされる。
【００３１】
しかしながら、電力系統２００への電路が遮断機２０１で遮断されて電流が流れないため、交流電流を増加させようとする上記制御が繰返されて発散し、結果的に正弦波フィルタ１０７の共振周波数に向かって変換器１０１の出力電圧に振動が発生する。
【００３２】
図３（ａ）には、開始から０．０１秒後に電路が遮断されたときの、電力変換装置１００の出力電圧が示され、正弦波に共振周波数が重なった波形となっている。図３（ｂ）には、上記電圧振動による周波数の上昇傾向を示している。正常な回生動作では５０Ｈｚの周波数で動作しているが、電路の遮断と共に周波数が上昇していく傾向を示している。
【００３３】
上記のように、電圧振動により正弦波フィルタで共振すると過電圧が発生し、正弦波フィルタなどの付属機器に高圧が印加される危険性がある。この過電圧は電力系統の周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚに比較して高周波のため、ローパスフィルタＤ９９で濾過されて検出時のゲインが下がってしまう。従って、共振による過電圧を検出できない危険性がある。
【００３４】
本発明の実施例では、例えば回生運転で出力される定常周波数を５０Ｈｚとしたとき、閾値周波数として、定常周波数（電源周波数）よりも高い、定常周波数から２０％上昇した６０Ｈｚに設定している。遮断機２０１が遮断されると、周波数演算部Ｄ１００で算出された周波数は振動しながら共振周波数へ向かって上昇する。図３（ｂ）に示すｔ１のタイミングで、周波数演算部Ｄ１００の出力周波数が６０Ｈｚに達すると、比較演算部Ｄ１０４からゲートブロック信号（レベル０）が発生する。このゲートブロック信号はゲートＤ１０を閉じ、ＰＷＭ信号生成部Ｄ１０３から出力されたＰＷＭ指令が遮断される。ＰＷＭ指令が遮断されると、変換器１０１は直流電力から交流電力への変換動作を停止し、出力が停止される。従って、変換器１０１の出力電圧の振動に基づく過電圧の発生前に、出力を停止することができる。
【００３５】
このように、本実施例によれば、電力変換装置１００から出力される交流電圧の周波数を監視し、この周波数が予め設定した電源周波数よりも高い閾値周波数を超えたとき、ゲートブロック信号を発生させることで、周波数上昇による過電圧発生を事前に防止することができる。したがって、過電圧から電力変換装置１００の出力側に接続されている、正弦波フィルタなどの付属機器を過電圧から保護することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１００  電力変換装置
１０１  変換器
１０２  平滑コンデンサ
１０３  電流検出器
１０４  ＰＷＭ指令演算部
１０５  インバータ（直流電源部）
１０６  電圧検出器
１０７  正弦波フィルタ
１０８  回生コンバータ
２００  電力系統
２０１  遮断機
Ｄ９９  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
Ｄ１００  周波数演算部
Ｄ１０１  位相演算部
Ｄ１０２  電圧演算部
Ｄ１０３  ＰＷＭ信号生成部
Ｄ１０４  比較演算部
Ｄ１０５  ゲート。
【図１】
0005854609.tif 000002
【図２】
0005854609.tif 000003
【図３】
0005854609.tif 000004