(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流偏磁を検出する偏磁検出器を備える変圧器に接続された電力変換器と、該電力変換器の出力電圧を制御する制御装置を備える電力変換装置であって、
前記制御装置は、前記電力変換器に流れる電流と電流目標値とから前記電力変換器の出力電圧の目標信号を得る電流制御器と、偏磁発生電流を前記電流制御器に与えて前記電流制御器の出力を偏移させる偏磁発生手段と、前記変圧器における直流偏磁を抑制制御するに必要な偏磁補正電圧を得る偏磁抑制制御手段と、前記電力変換器の出力電圧の目標信号を前記偏磁補正電圧により補正する補正手段とを備え、該補正手段の出力電圧により前記電力変換器の出力電圧を制御するように構成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記偏磁抑制制御手段は、前記偏磁発生手段が与える偏磁発生電流と、前記偏磁検出器が検出する偏磁検出電圧の比から前記偏磁補正電圧を得ることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記電流制御器は、前記電力変換器に流れる電流と電流目標値の差から得られる信号に前記変圧器の電圧を加算して前記電力変換器の出力電圧の目標信号を得ることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記変圧器及び前記電力変換器は３相の設備であって、前記制御装置内の前記電流制御器と、前記偏磁発生手段と、前記偏磁抑制制御手段と、前記補正手段は各相毎に設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
直流偏磁を検出する偏磁検出器を備える変圧器に接続された電力変換器と、該電力変換器の出力電圧を制御する制御装置を備える電力変換装置であって、
前記制御装置は、前記電力変換器に流れる電流と電流目標値とから前記電力変換器の出力電圧の目標信号を得る電流制御器と、偏磁発生電流を前記電流制御器に与えて前記電流制御器の出力を偏移させる偏磁発生手段と、前記変圧器における直流偏磁を抑制制御するに必要な偏磁補正電圧を得る偏磁抑制制御手段と、前記電力変換器の出力電圧の目標信号を前記偏磁補正電圧により補正する補正手段とを備え、
前記偏磁抑制制御手段は、前記偏磁発生手段が与える偏磁発生電流の大きさに対応して前記偏磁検出器が検出する偏磁検出電圧の大きさの比として制御ゲインをそれぞれ記憶する記憶手段と、偏磁抑制制御を実行するに際し、前記記憶手段に記憶した制御ゲインの中から、偏磁抑制制御を実行するときに検知している前記偏磁検出電圧に対応する偏磁発生電流の時の制御ゲインを抽出して、当該制御ゲインを検知している前記偏磁検出電圧に乗じる可変制御ゲインとを備えており、前記偏磁補正電圧を得ることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置であって、
前記偏磁発生手段と前記偏磁抑制制御手段の前記記憶手段は、前記偏磁発生手段が前記偏磁発生電流を与えるときに前記記憶手段が前記偏磁検出電圧を得るように時刻合わせされていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の電力変換装置であって、
前記偏磁抑制制御手段の可変制御ゲインは、前記偏磁検出器が直流偏磁を検出するときに前記記憶手段から抽出した前記の制御ゲインを乗ずることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記記憶手段の記憶値をリセット信号により消去する手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置であって、
前記リセット信号が出力されたことを検出した後に、前記偏磁発生手段が前記偏磁発生電流を与えるとともに、前記記憶手段が前記偏磁検出電圧を得るように時刻合わせされており、前記制御ゲインを再演算し、記憶手段へ記憶することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項５から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記変圧器及び前記電力変換器は３相の設備であって、前記制御装置内の前記電流制御器と、前記偏磁発生手段と、前記偏磁抑制制御手段と、前記補正手段は相毎に設けられているとともに、
前記偏磁抑制制御手段内の前記記憶手段は、３相に共通に設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記偏磁抑制制御手段の他に、前記偏磁検出器が検出する偏磁検出電圧に対して、一定の制御ゲインと不感帯を介して前記偏磁補正電圧を得る固定ゲイン偏磁抑制制御手段を備え、前記偏磁抑制制御手段の出力と前記固定ゲイン偏磁抑制制御手段の出力のいずれかを選択する切替器を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置を備える電力変換システムであって、
少なくとも１つの前記電力変換装置が、少なくとも１つの交流系統と、少なくとも１つの変圧器を介して連系する自励式無効電力補償装置として運転することを特徴とする電力変換システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置を備える電力変換システムであって、
少なくとも２つの前記電力変換装置が、少なくとも２つの交流系統と少なくとも２つの変圧器を介して連系し、少なくとも２つの交流系統間の電力を融通する電力変換装置として運転することを特徴とする電力変換システム。
【請求項１４】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置を備える電力変換システムであって、
少なくとも２つの交流系統と少なくとも２つの変圧器を介して連系し、少なくとも２つの電力変換装置がバスバー、ケーブルあるいは架空送電線を介して接続されることで電力を融通する自励式直流送電システムとして運転することを特徴とする電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器を介して交流系統に連系された電力変換装置および電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流系統と連系する電力変換装置は、交流電圧の昇降圧や、電気的な絶縁の確保という観点から、交流系統との間に変圧器を設置することが一般的である。このような変圧器と連系した電力変換装置は、変圧器の鉄心に直流電圧、直流電流を出力しないよう制御することで、鉄心の磁束密度に直流成分が重畳することによる磁気飽和を防止する。本明細書では、変圧器鉄心の磁束密度に直流成分が重畳することを、直流偏磁（ＤＣ  ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）と称することにする。
【０００３】
しかし、電圧検出器ＶＴ（Ｖｏｌｔａｇｅ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）や、電流検出器ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）の検出値、または電力変換装置をフィードバック制御する制御手段にオフセット誤差が存在する場合、直流偏磁が発生する。
【０００４】
過度な直流偏磁は、変圧器の鉄心を磁気飽和させる恐れがある。直流偏磁により変圧器の鉄心が磁気飽和すると、変圧器の鉄心内を通らない漏洩磁束が増加するため、変圧器タンクの側板や、締付ボルト等の漂遊負荷損を増加させる。漂遊負荷損は、タンクの側板や、締付ボルト等を過熱させるため、変圧器の機械的強度を弱めてしまう恐れがある。また、直流偏磁により変圧器の鉄心が磁気飽和すると、変圧器が持つ励磁インダクタンスが低下するため、励磁電流が増加する。その励磁電流の一部は、電力変換装置にも流れるため、電力変換装置の許容電流値を超過し、装置を過電流停止させる恐れがある。さらに、変圧器鉄心が飽和すると変圧器が発生する騒音も増加する。
【０００５】
上述のように、変圧器の鉄心に磁気飽和が発生すると様々な問題が生じるため、変圧器鉄心の直流偏磁や磁気飽和を何らかの手段で抑制する必要がある。磁気飽和を発生させない手段の例としては、前記電圧検出器ＶＴや、電流検出器ＣＴ等のオフセット誤差の存在をあらかじめ想定し、偏磁耐量を高めた変圧器を用いるという手段がある。しかし、偏磁耐量を高めるためには、変圧器の鉄心断面積を大型化しなければならないという課題がある。
【０００６】
上述のような課題により、偏磁耐量を高めた変圧器を用いずとも直流偏磁を検出して、それを電力変換装置が抑制する偏磁抑制制御手段が望まれている。そのような偏磁抑制制御手段としては、例えば、変圧器の一次側（交流系統側）と、変圧器の二次側（電力変換装置側）各々に交流電流検出器ＡＣＣＴを設置して、これら交流電流検出器ＡＣＣＴからの信号に基づいて変圧器の鉄心の直流偏磁状況を検出し、電力変換装置が制御する技術が知られている。このような技術は、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１５０５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の従来技術は、変圧器一次側と二次側の各々に流れる励磁電流、負荷電流の２つの電流を交流電流検出器ＡＣＣＴで検出し、２つの検出電流の差分電流から変圧器の励磁電流の交流成分を検出し、励磁電流の交流成分の正ピーク値と、負ピーク値の和である偏磁検出値を得る。特許文献１のように、偏磁検出手段から得られる偏磁検出値に、偏磁制御ゲインを乗算することで偏磁補正値を生成し、この偏磁補正値に基づいて、変圧器の鉄心の直流偏磁を抑制するように電力変換装置が制御する手法が一般的によく知られている。
【０００９】
ここで、偏磁検出値と、偏磁補正値は非線形な特性を有する。これは、変圧器の励磁電流と磁束の関係性に起因しており、変圧器鉄心の磁束、励磁電流のピーク値が磁気飽和していない場合と、磁気飽和した場合で非線形な関係にあることからも分かる。このような非線形特性に対応するためには、例えば、偏磁検出値と、偏磁補正値の非線形曲線を線形近似することで、一定値の偏磁制御ゲインを求め、線形近似による誤差が大きい領域は、不感帯を適用する手法などが考えられる。しかし、前述の手法では、近似波形から偏磁制御ゲインを決定するため、本来の非線形曲線からの誤差により、ゲインが低く（若しくは高く）設定される領域が存在し、そのような領域では、制御性能が劣化するという課題があった。また、不感帯を適用することから、偏磁抑制制御の制御範囲が限定されてしまうという課題があった。
【００１０】
以上のことから本発明の目的は、上記の課題を解決するものであり、偏磁抑制制御の制御範囲を拡大し、制御性能を劣化させることのない電力変換装置および電力変換システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明においては、直流偏磁を検出する偏磁検出器を備える変圧器に接続された電力変換器と、電力変換器の出力電圧を制御する制御装置を備える電力変換装置であって、制御装置は、電力変換器に流れる電流と電流目標値とから電力変換器の出力電圧の目標信号を得る電流制御器と、偏磁発生電流を電流制御器に与えて電流制御器の出力を偏移させる偏磁発生手段と、変圧器における直流偏磁を抑制制御するに必要な偏磁補正電圧を得る偏磁抑制制御手段と、電力変換器の出力電圧の目標信号を偏磁補正電圧により補正する補正手段を備え、補正手段の出力電圧により電力変換器の出力電圧を制御するように構成した。
【００１２】
また本発明によれば、直流偏磁を検出する偏磁検出器を備える変圧器に接続された電力変換器と、電力変換器の出力電圧を制御する制御装置を備える電力変換装置であって、制御装置は、電力変換器に流れる電流と電流目標値とから電力変換器の出力電圧の目標信号を得る電流制御器と、偏磁発生電流を電流制御器に与えて電流制御器の出力を偏移させる偏磁発生手段と、変圧器における直流偏磁を抑制制御するに必要な偏磁補正電圧を得る偏磁抑制制御手段と、電力変換器の出力電圧の目標信号を偏磁補正電圧により補正する補正手段とを備え、偏磁抑制制御手段は、偏磁発生手段が与える偏磁発生電流の大きさに対応して偏磁検出器が検出する偏磁検出電圧の大きさの比として制御ゲインをそれぞれ記憶する記憶手段と、偏磁抑制制御を実行するに際し、記憶手段に記憶した制御ゲインの中から、偏磁抑制制御を実行するときに検知している偏磁検出電圧に対応する偏磁発生電流の時の制御ゲインを抽出して、当該制御ゲインを検知している偏磁検出電圧に乗じる可変制御ゲインとを備えており、前記偏磁補正電圧を得るように構成した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、偏磁抑制制御の制御ゲインを偏磁検出値に応じて自動的に設定するため、偏磁抑制制御の制御範囲を拡大することができる。
【００１４】
また、本発明の実施例によれば、線形近似による制御性能の劣化がないため、低偏磁検出領域においても精度良く偏磁抑制制御が可能となる。また、不感帯による制御範囲の制限を見越して、変圧器の偏磁耐量を予め増加させるなどの対策が必要無いため、変圧器の鉄心断面積の小型化によるコスト低減や、設置面積低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置１０２の全体構成を示す図。
【図２】偏磁検出値と偏磁補償値量の関係を示す図。
【図３】本発明の実施例１に係る偏磁抑制制御手段１１０の構成を示す図。
【図４】偏磁抑制制御手段１１０の制御ゲイン変更シーケンスを示す図。
【図５】本発明の実施例２に係る電力変換装置１０２の全体構成を示す図。
【図６】本発明の実施例２に係る偏磁抑制制御手段１１０の構成を示す図。
【図７】実施例２に係る偏磁抑制制御手段１１０の制御ゲイン変更と、ゲインテーブルリセットシーケンスを示す図。
【図８】本発明の実施例３に係る偏磁抑制制御手段１１０の構成を示す図。
【図９】本発明の実施例４に係る偏磁抑制制御手段１１０の構成を示す図。
【図１０】記憶装置３０２に生成されたゲインテーブルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明の実施例について図を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
まず、図１を参照して、本発明の実施例１に係る電力変換装置１０２の全体構成を説明する。
【００１８】
本発明の電力変換装置１０２は、交流系統１０１と接続されている。なお、本発明は単相交流系統や三相交流系統のどちらか一方に限定するものではなく、どちらの電力系統に適用しても同様の効果を得ることができる。また、図１では１つの電力変換装置が、１つの電力系統と接続されている自励式無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）のような電力変換システムを示しているが、本発明はそのような用途に限定するものではなく、例えば、交流電力系統間の電力を融通するＢＴＢ（Ｂａｃｋ  Ｔｏ  Ｂａｃｋ）方式の電力変換装置や、自励式高圧直流送電システムなど、複数の電力変換装置と複数の交流系統が接続されるような電力変換システムにおいても、本発明と同様の効果を得ることができる。
【００１９】
電力変換装置１０２は、変圧器１０３と、ＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＣＴ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｇａｔｅ−ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）等の自己消弧形素子で構成された自励式電力変換器１０４（以後、単に電力変換器と称す）と、電流検出器ＣＴと、電圧検出器ＶＴと、変圧器の直流偏磁を検出する偏磁検出手段１０７と、電力変換器の出力電圧指令値Ｖｒｅｆｕを制御するための制御装置１０８と、自己消弧形素子のオン、オフを制御するためのゲートパルスｇｕを生成するＰＷＭ回路１０９を主要な要素機器として構成されている。なお、図１では例えば単相としてｕ相の回路構成を示しているので、各部記号の末尾にｕ相を意味する記号ｕを付与している。従って、３相で構成する場合には、同様設備を相毎に備えればよい。
【００２０】
このうち電力変換器１０４は、例えば、少なくとも１つの電力蓄積要素と、複数の自己消弧形素子で構成された２レベル、３レベル、マルチレベル方式の電力変換器である。
【００２１】
電流検出器ＣＴと、電圧検出器ＶＴは、それぞれ、電力変換器１０４の電流Ｉｕと、交流系統１０１の電圧Ｖｓを検出し、制御装置１０８へ入力することで、電力変換器１０４をフィードバック制御する。なお、図１の電流検出器ＣＴは、変圧器１０３の電力変換器１０４側（以後、単に二次側と称す）に設置してあるが、変圧器１０３の交流系統１０１側（以後、単に一次側と称す）に設置してもよく、電圧検出器ＶＴに関しても、変圧器１０３の一次側、二次側どちらに設置してもよい。
【００２２】
偏磁検出手段１０７は、変圧器１０３から得られる入力信号から、変圧器１０３の直流偏磁を検出する。偏磁検出手段１０７は、例えば、特許文献１のように、入力信号から変圧器の直流偏磁量を推定できれば、どのような偏磁検出手段を用いても本発明と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
制御装置１０８は、複数の制御系統が複合されたものであるが、大別すると、電力変換器１０４に対する本来の制御系統である電流制御系統と、変圧器１０３に人為的に偏磁を発生させる偏磁発生系統と、変圧器１０３内の偏磁を抑制制御するための偏磁抑制制御系統を含んでいる。
【００２４】
電流制御系統は、電流制御手段１１２を主体に構成されており、電力変換器１０４が出力すべき電流の指令値であるＩｒｅｆｕと、電圧検出器ＶＴから得られる電圧Ｖｓを用いて電力変換器１０４に流れる電流Ｉｕを制御すべく、ＰＷＭ回路１０９に制御信号を与える。ＰＷＭ回路１０９は、制御装置１０８から与えられる出力電圧指令Ｖｒｅｆｕに応じて電力変換器１０４の自己消弧形素子のオン、オフを制御するためのゲートパルスｇｕを出力する。
【００２５】
なお電流制御手段１１２の具体的な回路構成について述べると、これは電流指令値Ｉｒｅｆｕと電流帰還値Ｉｕの偏差を調節回路において比例積分演算を行った値に電圧Ｖｓを加算して電圧指令値Ｖｒｅｆｕ０としたものである。
【００２６】
偏磁発生系統は、偏磁発生手段１１３を主体に構成されており、偏磁発生手段１１３は、直流電流Ｉｄｃｕと、ゲインテーブル生成／記憶開始信号Ｓｇｕを入力として、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕを出力する。偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕは、電流検出器ＣＴの検出電流Ｉｕに重畳され、電流制御手段１１２の帰還信号が本来の電流検出器ＣＴの検出電流Ｉｕから偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕを加味した修正帰還信号Ｉｕ’に修正されることで、電力変換器１０４が変圧器１０３に、直流偏磁を意図的に発生させる機能を有する。この場合の変圧器１０３に発生された直流偏磁は、意図的に作成され、電流制御系統に混入された偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕに対応したものとなる。偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕを電流検出器ＣＴの検出電流に重畳することで、電力変換器１０４が変圧器１０３に、直流偏磁を意図的に発生させる機能のものである。
【００２７】
なお偏磁発生手段１１３は、最終的には電流制御手段１１２の出力を偏移させるものであればよい。従って、図１の実施例では帰還信号である検出電流Ｉｕに偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕを加算することで偏移を生じせしめているが、これは電流制御手段１１２の目標信号である電流指令値Ｉｒｅｆｕに加算させることによっても同様に電流制御手段１１２の出力を偏移させることが可能である。要するに、電流制御手段１１２の出力Ｖｒｅｆｕを偏移させるものであればよい。
【００２８】
偏磁抑制制御系統は、偏磁抑制制御手段１１０を主体に構成されており、偏磁を抑制制御するに必要な大きさ、位相の偏磁補正電流Ｉｃｏｍｐｕを作成し、偏磁補正電圧Ｖｅｘｄｃｕに変換後、ＰＷＭ回路１０９に偏磁補正信号を与える。さらに詳細に述べると、偏磁抑制制御系統は、偏磁検出手段１０７で求めた偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕから変圧器１０３の偏磁を制御するための偏磁抑制制御手段１１０と、偏磁抑制制御手段１１０から出力される偏磁補正電流Ｉｃｏｍｐｕを、偏磁補正電圧Ｖｅｘｄｃｕへ変換する電圧／電流変換手段１１１とを含む。なお偏磁抑制制御手段１１０の具体的な回路構成について、図３を用いて後述する。
【００２９】
次に、図２を参照して、偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕと、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕの関係を説明する。図２は、縦軸に偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕを、横軸に偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕを示している。この図は、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕを意図的に可変して印加した場合に、観測される偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕとの対応関係を示している。
【００３０】
図２の特性についてより詳細に述べる。図１の偏磁抑制制御手段１１０からの出力が零、かつ、電流検出器ＣＴから得られる電流Ｉｕに、偏磁発生手段１１３からの偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕが加算された場合、電流制御手段１１２は、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕを流すような電圧を電力変換器１０４が出力するよう動作する。この偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕが変圧器１０３に流れると、変圧器１０３の鉄心に直流磁束が重畳するため直流偏磁する。この直流偏磁を偏磁検出手段１０７において直流偏磁電圧Ｖｍａｇｕとして検出する。図２から分かるとおり、直流偏磁電圧Ｖｍａｇｕと偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕは、非線形な特性を有する。これは、変圧器１０３の励磁特性に起因しており、変圧器鉄心の磁束、励磁電流のピーク値が非磁気飽和時と磁気飽和時で非線形であることが影響している。
【００３１】
図２の非線形特性を、その領域ごとに簡便に表現すると、直流偏磁電圧Ｖｍａｇｕの大きさがＶｍａｇｕ１未満の時のゲインをＫｍａｇｕ１、直流偏磁電圧Ｖｍａｇｕの大きさがＶｍａｇｕ１以上、Ｖｍａｇｕ２未満の時のゲインをＫｍａｇｕ２、直流偏磁電圧Ｖｍａｇｕの大きさがＶｍａｇｕ２以上の時のゲインをＫｍａｇｕ３とする直線近似が可能である。なお、ゲインＫｍａｇｕ＝Ｖｍａｇｕ／Ｉｅｘｄｃｕである。
【００３２】
次に、図３を参照して、本発明の電力変換装置１０２の実施例１を示した偏磁抑制制御手段１１０の構成について説明する。
【００３３】
偏磁抑制制御手段１１０は、偏磁検出手段１０７から得られる偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕに、可変制御ゲイン１１４と、偏磁抑制制御の開始信号Ｓｓｔｕを乗算することで、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕをキャンセルするための偏磁補正電流Ｉｃｏｍｐｕを出力する。
【００３４】
ゲインテーブル生成／記憶手段１１５は、偏磁検出値Ｖｍａｇｕと、偏磁発生手段１１３の偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕと、ゲインテーブル生成／記憶開始信号Ｓｇｕを入力として、制御ゲインＫｍａｇｕ演算手段３０１により可変制御ゲイン１１４を演算し、記憶装置３０２により各種パラメータを記憶し、制御ゲインＫｍａｇｕ設定手段３０３により可変制御ゲイン１１４に制御ゲインＫｍａｇｕを設定する。この場合に、制御ゲインＫｍａｇｕは、図２の非直線特性を領域ごとに直線近似して定めた係数である。図３のゲインテーブル生成／記憶手段１１５は、要するに図２の領域ごとの近似係数を定めたものである。
【００３５】
次に図４を参照して、本発明の偏磁抑制制御手段１１０の制御ゲイン変更シーケンスを示す。図４は、上からゲインテーブル生成／記憶開始信号Ｓｇｕ、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕ、偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕ、偏磁抑制制御の開始信号Ｓｓｔｕを示す。図４の横軸は、時間ｔを示す。
【００３６】
偏磁抑制制御手段１１０が、変圧器１０３の直流偏磁を抑制するには、偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕと、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕの非線形特性から、各領域の制御ゲインＫｍａｇｕを演算する必要がある。そのため、まず、時刻ｔ１にて、Ｋｍａｇｕに関するゲインテーブルを生成開始する。なお、記憶装置３０２がゲインテーブルを記憶している期間である時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、ゲインテーブル生成終了時刻ｔ２から偏磁抑制制御手段１１０出力開始時刻ｔ３までの期間は、偏磁抑制制御手段１１０から偏磁補正電流Ｉｃｏｍｐｕは、出力しないものとする。
【００３７】
なお図３、図４には記載されていないが、ゲインテーブル生成／記憶開始信号Ｓｇｕは同時に偏磁発生手段１１３にも与えられており、偏磁発生手段１１３の機能により偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕが図４に示すように逐次増加制御されることにより、結果として偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕが変化している。偏磁抑制制御手段１１０は、上記制御の結果を受けて変更された偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕ及び偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕを検知して、その比を制御ゲインＫｍａｇｕとして得るものである。
【００３８】
図４において、ゲインテーブル生成／記憶開始信号Ｓｇｕがオフからオンに変化すると、記憶装置３０２は、制御ゲインＫｍａｇｕ演算手段３０１から得られる偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕ、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕ、制御ゲインＫｍａｇを記憶する。その後、偏磁発生手段１１３の偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕを徐々に変化させていくと、偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕにも何らかの変化が発生する。２つの偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕと、２つの偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕの傾きから、その領域における制御ゲインＫｍａｇを決めることが出来る。このＫｍａｇｕと、Ｖｍａｇｕ、Ｉｃｏｍｐｕを記憶装置３０２が記憶する。
【００３９】
具体例として、例えば、図３のＫｍａｇ２は、（１）式で決まる。
［数１］
Ｋｍａｇｕ２＝（Ｉｅｘｄｃｕ２−Ｉｅｘｄｃｕ１）／（Ｖｍａｇｕ２−Ｖｍａｇｕ１）…（１）
この（１）式は、制御ゲインＫｍａｇｕ演算手段３０１が検出したＶｍａｇｕ２とＩｃｏｍｐｕ２と、記憶装置３０２が記憶した前回値のＶｍａｇｕ１とＩｃｏｍｐｕ１を呼び出すことでＫｍａｇｕ２を決定する。
【００４０】
そして、制御ゲインＫｍａｇｕ演算手段３０１が検出したＶｍａｇｕ２とＩｃｏｍｐｕ２は、Ｋｍａｇｕ２と同様に記憶装置３０２に記憶し、次の期間の制御ゲインＫｍａｇを決める際に用いる。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間で、このような手段を繰り返すことで、記憶装置３０２は図１０のようなゲインテーブルを生成するよう動作する。
【００４１】
なお、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕは、変圧器が持つ偏磁耐量（直流電流耐量）を超過しないように予め上限値を決めるなどして、ゲインテーブル生成時に変圧器が持つ偏磁耐量を超過しないような手段を設けても良い。また、図４の動作シーケンスは、電力変換器１０４の稼動／停止のどちらか一方に限定されるものではなく、運転状態によらずにゲインテーブル生成期間を設けても良い。
【００４２】
図１０のようなゲインテーブルを生成した後、時刻ｔ２で、ゲインテーブル生成／記憶開始信号Ｓｇｕをオンからオフに変化させ、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕの出力を停止させる。そして、時刻ｔ３で、検出した偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕに基づいて、記憶装置３０２内部に記憶したゲインテーブルから最適な制御ゲインＫｍａｇｕを選択し、制御ゲインＫｍａｇｕ設定手段３０３が可変制御ゲイン１１４に設定する。また、偏磁抑制制御の開始信号Ｓｓｔｕをオフからオンに変更することで偏磁抑制制御手段からの偏磁補正電流Ｉｃｏｍｐｕを出力する。上述のように構成することで、制御ゲインＫｍａｇｕを偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕに応じて自動演算し、かつ、偏磁抑制制御ゲインＫｍａｇｕを自動調整することが可能となる。
【００４３】
実施例１によれば、偏磁抑制制御手段１１０の可変制御ゲイン１１４を偏磁検出値Ｖｍａｇに応じて自動調整できるため、偏磁抑制制御手段１１０の制御範囲を拡大することができる。また、制御性能が劣化しないため、低偏磁検出領域においても精度良く偏磁抑制制御が適用可能となる。また、不感帯による制御範囲の制限を見越して、変圧器の偏磁耐量を予め増加させるなどの対策が必要無いため、変圧器の鉄心断面積の小型化によるコスト低減や、設置面積低減が可能となる。
【実施例２】
【００４４】
図５を参照して、本発明の実施例２に係る電力変換装置１０２の全体構成を説明する。ただし、実施例１と同じ、または、相当する部分については説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００４５】
実施例１との相違点は、偏磁抑制制御手段１１０の内部構成であり、図５の偏磁抑制制御手段１１０は、可変制御ゲイン１１４と、ゲインテーブル生成／記憶／リセット手段５０３から構成されている。
【００４６】
図５の構成が図１の構成と相違しているのはゲインテーブル生成／記憶／リセット手段５０３であり、ここでは、偏磁検出値Ｖｍａｇｕと、偏磁発生手段１１３の偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕと、ゲインテーブル生成／記憶開始信号Ｓｇｕと、記憶装置６０２のゲインテーブルをリセットする機能を有するゲインテーブルリセット信号ＳｕＲｅｓｅｔを入力として、可変制御ゲイン５０２に制御ゲインＫｍａｇｕを設定する。
【００４７】
次に、図６を参照して、本発明の電力変換装置１０２の実施例２に係る偏磁抑制制御手段１１０を説明する。
【００４８】
実施例２の偏磁抑制制御手段１１０は、偏磁検出手段１０７から得られる偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕに、可変制御ゲイン１１４と、偏磁抑制制御の開始信号Ｓｓｔｕを乗算することで、偏磁発生電流をキャンセルするための偏磁補正電流Ｉｃｏｍｐｕを出力する。
【００４９】
ゲインテーブル生成／記憶／リセット手段５０３は、可変制御ゲイン１１４を演算するための制御ゲインＫｍａｇｕ演算／リセット手段６０１と、各種パラメータを記憶する記憶装置６０２と、可変制御ゲイン１１４に制御ゲインＫｍａｇｕを演算する制御ゲインＫｍａｇｕ設定手段６０３から構成されている。実施例２では、制御ゲインＫｍａｇｕ演算／リセット手段６０１の入力信号として、記憶装置６０２のゲインテーブルをリセットするためのゲインテーブルリセット信号ＳｕＲｅｓｅｔを追加した。
【００５０】
次に図７を参照して、本発明による電力変換装置１０２の実施例２に係る偏磁抑制制御手段１１０の制御ゲイン変更と、ゲインテーブルリセットシーケンスを説明する。なお、ｔ１からｔ３までの期間は、図４と同じ動作をするため説明を省略する。
【００５１】
図７において、時刻ｔ４で、ゲインテーブルリセット信号ＳｕＲｅｓｅｔにオンパルスが出力されると記憶装置６０２のゲインテーブルをリセットし、リセット信号ＳｕＲｅｓｅｔのオンを検出した後の時刻ｔ５で、ゲインテーブル生成／記憶開始信号Ｓｇｕをオンし、偏磁発生手段１１３の偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕを再出力することで、ゲインテーブルを再記憶する。時刻ｔ６でゲインテーブルの生成が終了しＳｇｕをオフした後、時刻ｔ７にて、偏磁抑制制御の開始信号Ｓｓｔｕをオンすることで偏磁抑制制御を再開する。なお、ゲインテーブルリセット信号ＳｕＲｅｓｅｔのオンパルスは、記憶装置６０２のゲインテーブルをリセットできれば、特に限定されるものではなく、例えば、外部信号からの入力を受けて動作してもよく、また、周期的にオンパルスを出力するような動作をしても良い。
【００５２】
実施例２によれば、ゲインテーブルリセット信号ＳｕＲｅｓｅｔにより、定期的にゲインテーブルをリセット／再記憶するため、偏磁検出手段２０７内部のアンプがもつ温度ドリフトや、検出装置の経年劣化に起因するオフセットの変化に対応可能となる。
【実施例３】
【００５３】
図８を参照して、本発明の電力変換装置１０２の実施例３に係る偏磁抑制制御手段１１０を説明する。ただし、実施例１と同じ、または、相当する部分については説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００５４】
図８は、図１の電力系統１０１、変圧器１０３、電力変換器１０４が三相交流で構成された場合の偏磁抑制制御手段１１０の構成を示している。偏磁抑制制御手段１１０は、偏磁検出手段１０７から得られる各相の偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕ、Ｖｍａｇｖ、Ｖｍａｇｗに、各相の可変制御ゲイン１１４ｕ、１１４ｖ、１１４ｗと、各相の偏磁抑制制御の開始信号Ｓｓｔｕ、Ｓｓｔｖ、Ｓｓｔｗを乗算することで、偏磁発生電流をキャンセルするために各相に与える偏磁補正電流Ｉｃｏｍｐｕ、Ｉｃｏｍｐｖ、Ｉｃｏｍｐｗを出力する。
【００５５】
この場合に、ゲインテーブル生成／記憶手段１１５は、各相の偏磁抑制制御手段１１０ｕ、１１０ｖ、１１０ｗにそれぞれ設置してもよいが、ここではｕ相の偏磁抑制制御手段１１０ｕに纏めて設置することにした。各相の偏磁検出電圧Ｖｍａｇｕ、Ｖｍａｇｖ、Ｖｍａｇｗと、偏磁発生手段１１３の偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕと、ゲインテーブル生成／記憶開始信号Ｓｇｕを入力として、可変制御ゲイン１１４に制御ゲインＫｍａｇｕを設定する。なお、実施例２に記載したゲインテーブルリセット信号ＳｕＲｅｓｅｔをゲインテーブル生成／記憶手段１１５の入力に加えても良い。
【００５６】
変圧器１０３が持つ励磁特性が各相で概ね一致している場合、各相の偏磁検出電圧と、偏磁発生電流の特性は概ね一致する。そのため、ゲインテーブル生成／記憶手段１１５は、３相のうちのいずれか１相の直流偏磁電圧Ｖｍａｇｕと、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕの特性からゲインテーブルを生成し、そのゲインテーブルに応じて各相の可変制御ゲインＫｍａｇｕ、Ｋｍａｇｖ、Ｋｍａｇｗを変更するように構成しても本発明の効果を得られる。
【００５７】
実施例３によれば、３相のうちのいずれか１相の直流偏磁電圧Ｖｍａｇｕと、偏磁発生電流Ｉｅｘｄｃｕの特性から、ゲインテーブルを生成するため、ゲインテーブル取得期間を約１／３に短縮できる。
【００５８】
本発明は、ゲインテーブル生成のために、変圧器を意図的に直流偏磁させるため、ゲインテーブル生成期間（偏磁発生期間）が短縮されることで、変圧器１０３に発生する直流偏磁に起因する損失、振動等のストレスが低減できる。
【実施例４】
【００５９】
図９を参照して、本発明の電力変換装置１０２の実施例４に係る偏磁抑制制御手段９０１を説明する。ただし、実施例１と同じ、または、相当する部分については説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００６０】
偏磁抑制制御手段９０１は、可変ゲインを適用した偏磁抑制制御手段１１０と、固定制御ゲイン９０７からなる固定ゲインを適用した偏磁抑制制御手段９０３と、上記２つの偏磁抑制制御手段を切り替える切替器９０８からなる。
【００６１】
可変ゲインを適用した偏磁抑制制御手段１１０は、実施例１などと同じもので、可変制御ゲイン１１４と、ゲインテーブル生成／記憶手段１１５からなる。固定ゲインを適用した偏磁抑制制御手段９０３は、不感帯９０６と、固定制御ゲイン９０７からなる。なお、実施例２に記載したゲインテーブルリセット信号ＳｕＲｅｓｅｔをゲインテーブル生成／記憶手段９０５の入力に加えても良い。切替器９０８は、切替信号Ｓｓｗｕからの信号で偏磁抑制制御手段を切り替える。
【００６２】
実施例４によれば、２つの偏磁抑制制御手段１１０、９０３を切り替えることが可能となるため、経年劣化や書き込み制限等による記憶装置への書き込みエラーによる故障を検出した場合に、バックアップ偏磁抑制制御手段として固定ゲインを適用した偏磁抑制制御手段９０３を動作させるなどの運用が可能となる。
【００６３】
そのため、偏磁抑制制御手段の故障による制御停止期間中の直流偏磁拡大を防止することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０１：交流系統
１０２：電力変換装置
１０３：変圧器
１０４：自励式電力変換器
ＣＴ：電流検出器
ＶＴ：電圧検出器
１０７：偏磁検出手段
１０８：制御装置
１０９：ＰＷＭ回路
１１０：偏磁抑制制御手段
１１１：電圧／電流変換手段
１１２：電流制御手段
１１３：偏磁発生手段
１１４：可変制御ゲイン
１１５：ゲインテーブル生成／記憶手段
３０１：偏磁抑制制御ゲイン演算手段
３０２：記憶装置
３０３：偏磁抑制制御ゲイン設定手段
５０３：ゲインテーブル生成／記憶／リセット手段
６０１：偏磁抑制制御ゲイン演算／リセット手段
６０２：記憶装置
６０３：偏磁抑制制御ゲイン設定手段
９０１：偏磁抑制制御手段
９０３：固定ゲインを適用した偏磁抑制制御手段
９０６：不感帯
９０７：固定偏磁抑制制御ゲイン
９０８：切替手段
【図１】
0006625929.tif 000002
【図２】
0006625929.tif 000003
【図３】
0006625929.tif 000004
【図４】
0006625929.tif 000005
【図５】
0006625929.tif 000006
【図６】
0006625929.tif 000007
【図７】
0006625929.tif 000008
【図８】
0006625929.tif 000009
【図９】
0006625929.tif 000010
【図１０】
0006625929.tif 000011