(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の入力値各々に対して９０°位相シフトした第１の三相出力を得る第１の位相シフト演算部と、
前記三相の入力値各々と、前記第１の三相出力各々を用い、１２０°位相シフトした第２の三相出力と、２４０°位相シフトした第３の三相出力を得る第２の位相シフト演算部と、
前記三相の入力値各々と、前記第２の三相出力各々と、前記第３の三相出力各々とを用い、前記三相の入力値各々の正相分各々と逆相分各々を求める正相逆相演算部を備えたことを特徴とする検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の検出装置を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２記載の電力変換装置において、
前記三相の入力値各々の正相分各々と逆相分各々を、それぞれｕｖｗ／αβ変換にて三相から二相に変換し、
該二相の各々は、さらに、正相分と逆相分が逆回転の関係となる回転座標に変換することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項３記載の電力変換装置において、
前記正相分と逆相分が逆回転の関係となる回転座標に変換された二相各々は、電流であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４記載の電力変換装置において、
前記三相の電圧を、ｕｖｗ／αβ変換にて三相から二相に変換し、さらに回転座標に変換し、
前記回転座標に変換された二相各々の電流と、該回転座標に変換した二相の電圧を、変換器制御回路の入力として用いることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５記載の電力変換装置において、前記変換器制御回路は、電力変換器を制御するものであり、
前記変換器制御回路は、前記電流をフィードバック値、また、前記電圧をフィードフォワード値として、前記電力変換器を制御することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流を入力とする検出装置、電力変換装置、三相交流を入力とした検出方法、電力変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の電圧不平衡補償や欠相事故時の運転継続機能を有する電力変換装置は、不平衡電流を出力することで、電力品質の維持向上や系統安定化に貢献する。対象とする電力変換装置で不平衡電流を制御するためには、電流の正相分に加えて逆相分を検出する必要がある。
【０００３】
電流の正相分に加えて逆相分を検出するには、例えば、三相電流を二相交流に変換し、この二相交流に含まれる基本波逆相分を直流に変換しかつ基本波正相分を第二次調波に変換した電流を回転座標変換で得て、この電流から一対の低域通過フィルタでそれぞれの直流分電流を抽出し、この直流分電流を回転座標変換二相交流に逆変換し、この二相交流を二相／三相変換で三相交流に変換して逆相分を得る技術が知られている。
【０００４】
このような三相電源における基本波逆相電流の検出に関する技術は、例えば、特開平７−２２９９４３号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２２９９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の回路構成では、逆相分を抽出するにあたって、第二次調波の正相分を除去する低域通過フィルタが必要であるため、三相交流入力の変化に対して、過渡的に大きな検出遅れを生じる可能性がある。
【０００７】
本発明で解決しようとする課題は、三相交流の正相或いは逆相分を高速に検出可能な三相交流を入力とする検出装置、電力変換装置、三相交流を入力とした検出方法、電力変換装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、入力値に対し対して位相シフトして出力を得る位相シフト部と、三相交流入力値の第１相の値である第１相値と、三相交流入力値の第２相の値である第２相値と、三相交流入力値の第２相の位相を前記位相シフトにより実質的に90°進めた値である第２相シフト値と、三相交流入力値の第３相の値である第３相値と、三相交流入力値の第３相の位相を前記位相シフトにより実質的に90°進めた値である第３相シフト値とに基づいて三相交流入力値の逆相分を求める演算部を備えるように構成した。
【０００９】
具体的には、三相交流の正相及び逆相分を検出する回路において、三相交流入力値の位相を90°進める手段と、前記三相交流入力の位相を90°進めた値と前記三相交流入力値から三相交流入力の位相を120°と240°進める手段と、前記三相交流入力の位相を120°と240°進めた値と三相交流入力値から三相交流入力の正相分と逆相分を求める手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
更に、三相交流入力値の位相を90°進める手段として、微分演算を用いたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、不平衡電流を制御する電力変換器を有する電力変換装置において、三相交流電流入力値の位相を90°進める手段と、前記三相交流電流入力の位相を90°進めた値と前記三相交流電流入力値から三相交流電流入力の位相を120°と240°進める手段と、前記三相交流電流入力の位相を120°と240°進めた値と三相交流電流入力値から三相交流電流入力の正相電流と逆相電流を求める手段と、前記正相電流と逆相電流を三相／二相変換する手段と、前記三相／二相変換した正相電流と逆相電流を回転座標変換する手段と、前記回転座標変換した正相電流と逆相電流を指令値に基づいて制御する手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
更に、前記電力変換器として、無効電力を補償する変換システムを用いたことを特徴とするものである。
【００１３】
更に、前記電力変換器として、直流エネルギを交流電力に変換するシステムを用いたことを特徴とするものである。
【００１４】
更に、前記電力変換器として、交流エネルギ、もしくは交流電力を一旦、直流電力に変換し、更にその直流電力を交流電力に変換するシステムを用いたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、三相交流の正相及び逆相分の検出方法において、三相交流入力値の位相を90°進めること、前記三相交流入力の位相を90°進めた値と前記三相交流入力値から三相交流入力の位相を120°と240°進めること、前記三相交流入力の位相を120°と240°進めた値と三相交流入力値から三相交流入力の正相分と逆相分を求めることを特徴とするものである。
【００１６】
更に、三相交流の正相及び逆相分の検出方法は、前記三相交流入力値の位相を90°進める方法として、微分演算を用いたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、不平衡電流を制御する電力変換器を有する電力変換装置の制御方法において、三相交流入力値の位相を90°進めること、前記三相交流入力の位相を90°進めた値と前記三相交流入力値から三相交流入力の位相を120°と240°進めること、前記三相交流入力の位相を120°と240°進めた値と三相交流入力値から三相交流入力の正相分と逆相分を求めること、前記正相電流と逆相電流を三相／二相変換すること、前記三相／二相変換した正相電流と逆相電流を回転座標変換すること、前記回転座標変換した正相電流と逆相電流を指令値に基づいて制御することを特徴とするものである。
【００１８】
更に、前記電力変換器として、無効電力を補償する変換システムを用いたことを特徴とするものである。
【００１９】
更に、前記電力変換器として、直流エネルギを交流電力に変換するシステムを用いたことを特徴とするものである。
【００２０】
更に、前記電力変換器として、交流エネルギ、もしくは交流電力を一旦、直流電力に変換し、さらに直流電力を交流電力に変換するシステムを用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、必要な不平衡補償量や系統安定化指令に対して高速に追従できるため、電力系統の電力品質や系統安定性を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の正相逆相検出回路の構成を示す図である。
【図２】三相交流入力の位相を90°進める微分演算のブロック図である。
【図３】本発明の正相逆相検出回路を適用した電力変換装置の構成を示す図である。
【図４】変換器制御回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態を以下、図を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の実施例である正相逆相検出回路の構成を示す図である。正相逆相検出回路１は、位相シフト演算部２、位相シフト演算部３、正相・逆相演算部４で構成され、三相交流入力U,V,W（三相交流の各相の電流値）から正相分U1,V1,W1（各相の電流の正相分）と逆相分U2,V2,W2（各相の電流の逆相分）を算出する。
【００２５】
位相シフト演算部２では、三相交流入力U,V,Wを入力として、三相交流入力U,V,Wの位相を90°進めた値U90,V90,W90を算出する。位相シフト演算部２には、微分演算器を用いる。微分演算器の詳細については、後述する。
【００２６】
次に、位相シフト演算部３では、三相交流入力U,V,Wの位相を90°進めた値U90,V90,W90を入力として、三相交流入力U,V,Wとの位相を、120°進めた値AU,AV,AWと240°進めた値A2U,A2V,A2Wを算出する。これら６つの値は、三相交流入力U,V,Wと位相を90°進めた値U90,V90,W90を入力として、三角関数の加法定理を用いて、（数１）と（数２）により求める。位相シフト演算部２と位相シフト演算部３は別々のロジック回路として所望の演算を実現するようにしても良いし、また、後述する制御装置１０を含めて、計算機として構成し、その計算機の動作ソフトウエアで演算を実現するようにしても良い。
【００２７】
【数１】
0006419565.tif 000002
【００２８】
【数２】
0006419565.tif 000003
【００２９】
最後に、正相逆相演算部４で、三相交流入力U,V,W、位相を120°進めた値AU,AV,AWと240°進めた値A2U,A2V,A2Wを入力として、三相交流入力U,V,Wの正相分U1,V1,W1と逆相分U2,V2,W2を（数３）（数４）により算出する。（数３）（数４）は、それぞれの相を基準とする対称座標法を応用した演算式である。
【００３０】
【数３】
0006419565.tif 000004
【００３１】
【数４】
0006419565.tif 000005
【００３２】
図２は、位相シフト演算部２の微分演算ブロックである。遅延回路５A、５B、５Cの出力は、三相交流入力U,V,Wの前回値である。三相交流入力U,V,Wの位相を90°進めた値U90,V90,W90は、三相交流入力U,V,Wの今回値と前回値の差分にゲインGdをゲイン乗算部６A、６B、６Cで乗算して求める。ゲインGdは、（数５）により設定する。f0は三相交流入力U,V,Wの基本周波数（たとえば、50Hz、または60Hz)、Δtはサンプリング周期である。位相シフト演算部２の微分演算ブロックでは、遅延時間をサンプリング周期Δtとする三相交流入力の位相を90°進めた値が得られる。このように「位相を90°進めた値」は、微分により得られた値を含むものであり、さらには、三相交流入力U,V,Wの今回値と前回値の差分にて得られる微分相当の値をも含む概念である。
【００３３】
【数５】
0006419565.tif 000006
【００３４】
以上、述べたように、本発明の実施例である正相逆相検出回路は、三相交流入力を基に位相シフト演算、正相・逆相演算のデジタル演算処理を行うもので、正相分及び逆相分の検出遅れは、１サンプリング周期である。更に、ハードウェアに演算処理速度の速いデジタルシグナルプロセッサ(DSP)等のマイクロプロセッサを用いることで、三相交流の正相分と逆相分を高速に検出できる。
【実施例２】
【００３５】
図３は、本発明の実施例である正相逆相検出回路を適用した電力変換装置の構成を示す図である。電力変換器７は、連系用変圧器８を介して電力系統９に接続される。
【００３６】
電力変換器７は、無効電力を補償する変換システム、または直流エネルギを交流電力に変換するシステム、または交流エネルギ、もしくは交流電力を一旦、直流電力に変換し、更にその直流電力を交流電力に変換するシステムである。具体的には、無効電力補償装置、蓄電池システム、燃料電池発電システム、太陽光発電システム、直流送電システム、風力発電システム等である。
【００３７】
次に制御装置１０について説明する。制御装置１０では、電流検出器CTと電圧検出器VTで検出した三相の交流電流と電圧を制御入力値として取り込み、電力変換器７を駆動するためのゲートパルスを出力する。
【００３８】
電力変換器７はスイッチング素子を含んでおり、このスイッチング素子はゲートパルスに応じてオンオフするものであり、このオンオフ動作により連係用変圧器８を介して供給された電力系統９からの電力を直流に変換したり、あるいは、電力系統９とは電圧や位相が異なる電力に変換することで、直流送電に供したり、また、無効電力補償に供したりするものである。
【００３９】
高調波除去フィルタ１１A、１１Bは、取り込んだ三相の交流電流と電圧の重畳する高調波を除去するフィルタで、制御対象とする基本波に対する位相遅れは小さい。高調波を除去した三相の交流電流と電圧は、A/D変換器１２A、１２Bでアナログ値からデジタル値に変換する。
【００４０】
正相逆相検出回路１では、実施例１で述べた方法で交流電流Iu、Iv、Iwの正相電流Iu1、Iv1、Iw1と逆相電流Iu2、Iv2、Iw2を算出する。
【００４１】
uvw／αβ変換１３A、１３Bは、正相電流Iu1、Iv1、Iw1と逆相電流Iu2、Iv2、Iw2を三相から二相(αβ相)に変換するブロックである。正相電流Iα1、Iβ1と逆相電流Iα2、Iβ2は、（数６）、（数７）により算出する。正相電流は、Iα1に対してIβ1が90°位相が遅れ、逆相電流は、Iα2に対してIβ2が90°位相が進んだ関係となる。
【００４２】
【数６】
0006419565.tif 000007
【００４３】
【数７】
0006419565.tif 000008
【００４４】
αβ／dq変換１４A、１４Bは、正相電流Iα1、Iβ1と逆相電流Iα2、Iβ2を回転座標(dq軸)に変換するブロックである。正相電流Id1、Iq1と逆相電流Id2、Iq2は、（数８）、（数９）により算出する。逆相電流は、正相電流に対して、逆に回転する座標でdq軸に変換する。f0は、基本周波数（たとえば、50Hz、または60Hz)、ｔは時間、θ1は、交流電圧Vu、Vv、Iwの位相である。
【００４５】
【数８】
0006419565.tif 000009
【００４６】
【数９】
0006419565.tif 000010
【００４７】
uvw／αβ変換１３Cは、交流電圧Vu、Vv、Vwを三相から二相(αβ相)に変換するブロックである。電圧Vα1、Vβ1は、（数１０）により算出する。
【００４８】
【数１０】
0006419565.tif 000011
【００４９】
αβ／dq変換１４Cは、電圧Vα、Vβを回転座標(dq軸)に変換するブロックである。電圧Vd、Vqは、（数１１）により算出する。
【００５０】
【数１１】
0006419565.tif 000012
【００５１】
変換器制御回路１５では、正相電流Id1、Iq1と逆相電流Id2、Iq2をフィードバック値、電圧Vd、Vqをフィードフォワード値として、電力変換器７の出力電流を制御する。
【００５２】
図４は、変換器制御回路１５のブロック図である。電流制御器(ACR)１６A、１６B、１６C、１６Dでは、正相電流Id1、Iq1と逆相電流Id2、Iq2が電流指令値Id1ref、Iq1ref、Id2ref、Iq2refとなるように制御する。電流制御器(ACR)には、たとえば、比例積分(PI)制御を用いる。ωLは、図３の連系用変圧器８の漏れインピーダンス値で、電流指令値（もしくはそれに対応するフィードバック値）とωLの乗算値をたすき掛けに電流制御器(ACR)１６A、１６Bの出力に加減算することで、dq軸の電流の干渉を抑制する。また、電流制御器(ACR)１６A、１６Bには、電圧Vd、Vqをフィードフォワード値として加算する。
【００５３】
dq／αβ変換１７A、１７Bは、上記電流制御系の電圧指令値Vd1*、Vq1*、Vd2*、Vq2*を固定座標(αβ軸)に逆変換するブロックである。電圧指令値Vα1*、Vβ1*、Vα2*、Vβ2*は、（数１２）、（数１３）により算出する。θ2は、前述した高調波除去フィルタ、及びサンプリング(無駄時間)による遅れを補正する値である。
【００５４】
【数１２】
0006419565.tif 000013
【００５５】
【数１３】
0006419565.tif 000014
【００５６】
αβ／uvw変換１８は、正相分と逆相分を合成した電圧指令値Vα*、Vβ*を二相から三相(uvw相)に逆変換するブロックである。電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*は、（数１４）により算出する。
【００５７】
【数１４】
0006419565.tif 000015
【００５８】
PWM制御回路１９では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*から変調波を生成し、変調波と搬送波(キャリア)を大小比較することで、電力変換器７を駆動するためのゲートパルスを作成する。
【００５９】
このように、本発明の実施例である正相逆相検出回路を適用した電力変換装置は、高速に検出した三相の正相電流と逆相電流を三相／二相変換、回転座標(dq)変換し、更にdq軸電流の干渉化、電圧フィードフォワード補償を行うベクトル制御を用いることで、正相電流と逆相電流を高速に制御できる。
【符号の説明】
【００６０】
１：正相逆相検出回路
２：位相シフト演算部
３：位相シフト演算部
４：正相逆相演算部
５A、５B、５C：遅延回路
６A、６B、６C：ゲイン乗算部
７：電力変換器
８：連系用変圧器
９：電力系統
CT：電流検出器
VT：電圧検出器
１０：制御装置
１１A、１１B：高調波除去フィルタ
１２A、１２B：A/D変換器
１３A、１３B、１３C：uvw/αβ変換
１４A、１４B、１４C：αβ/dq変換
１５：変換器制御回路
１６A、１６B、１６C、１６D：電流制御器
１７A、１７B：dq/αβ変換
１８：αβ/uvw変換
１９：PWM制御回路
【図１】
0006419565.tif 000016
【図２】
0006419565.tif 000017
【図３】
0006419565.tif 000018
【図４】
0006419565.tif 000019