(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器を介して交流線路に接続された電力変換器、出力電圧が出力電圧指令値に一致するよう上記電力変換器を制御する制御手段、上記変圧器の交流線路側に接続された巻線に流れる電流を検出する第１の電流検出器、上記変圧器の電力変換器側に接続された巻線に流れる電流を検出する第２の電流検出器、上記第１、第２の電流検出器の出力から上記変圧器の励磁電流を演算する励磁電流演算回路、この励磁電流演算回路の出力から上記変圧器の磁束密度直流成分を演算する磁束密度直流成分演算手段、およびこの磁束密度直流成分演算手段の出力が磁束密度直流成分指令値に一致するよう電圧指令補正値を演算する電圧指令補正値演算回路を備え、上記出力電圧指令値に上記電圧指令補正値を加算するようにした電力変換装置において、
上記交流線路における事故の発生を検出する系統事故判定回路、上記事故が発生していないとき上記変圧器の磁束密度が所定量偏磁するように所定のバイアスを上記励磁電流演算回路の出力に加算する励磁電流バイアス設定回路、および上記事故が発生したとき上記偏磁を消滅させるように所定のバイアスを上記電圧指令補正値演算回路の出力に加算する電圧指令補正値バイアス設定回路を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
電圧指令値バイアス設定回路は、交流線路における事故発生後交流１周期の期間、バイアスを出力することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
系統事故判定回路は、交流線路の電圧を検出する電圧検出器、この電圧検出器の出力が所定値以下になったことから上記交流線路における事故の発生を検出する系統事故発生検出回路、上記電圧検出器の出力の高調波成分を除去するフィルタ回路、このフィルタ回路の出力が所定値以上になったことから上記交流線路における事故の復帰を検出する系統事故復帰検出回路、および上記系統事故発生検出回路と系統事故復帰検出回路との出力から系統事故の発生時および復帰時を決定する系統事故決定回路を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、変圧器を介して交流線路に接続された電力変換器、および出力電圧が出力電圧指令値に一致するよう上記電力変換器を制御する制御手段を備えた電力変換装置に係り、特にその変圧器の直流偏磁を確実に防止し、また、系統事故時の偏磁現象に伴う弊害を防止する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、例えば特開平１０−５６７３９号公報に示された、従来の電力変換装置で、その変圧器の直流偏磁を防止する回路の構成を示す図である。図において、励磁電流演算回路１５は、電流検出器５Ａで検出した変圧器３の交流電力系統１側巻線の電流に更に変圧器３の巻数比で定まる定数を乗算器１４で乗じて求まる電流と、電流検出器５Ｂで検出した変圧器３の自励式変換装置２側巻線の電流との差を減算器６Ａで演算して変圧器３の磁励電流を求める。
【０００３】
次に、励磁電流演算回路１５で得られた励磁電流を磁束密度演算回路１６で磁束密度に変換し、直流成分検出器７でその直流成分を検出する。この磁束密度直流成分は、減算器６Ｂにより磁束密度直流成分指令値設定回路１７で設定される零指令値との偏差が演算され、更に、電圧指令補正値演算回路１８はこの偏差を零にするための電圧指令補正値を出力し、この補正値を加算器１１Ａにより電圧指令値作成回路１０からの電圧指令値に加算することで、自励式変換装置２は変圧器３の直流偏磁を打ち消す方向に出力電圧を補正する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力変換装置は以上のように構成され、特に、励磁電流演算回路１５で得られた変圧器３の励磁電流から偏磁量、即ち、磁束密度の直流成分を求める場合、先ず、磁束密度演算回路１６により励磁電流を磁束密度に変換し、しかる後、直流成分検出器７によりその直流成分を検出する構成としている。
【０００５】
ところで、磁束密度演算回路１６による励磁電流から磁束密度への変換は、変圧器鉄心の磁気特性から、例えば図１２に示す如く、非線形な関数を用いて演算される。
また、実際の演算動作は、電流検出器５Ａ，５Ｂで検出した電流値に係るアナログ情報をディジタル信号に変換（いわゆるＡ／Ｄ変換）し、このディジタル信号に変換された励磁電流を入力し、これに対応する磁束密度を読み出して出力する。
このため、Ａ／Ｄ変換に伴う誤差、いわゆる量子化誤差が非線形の励磁電流／磁束密度変換のステップで更に拡大される可能性があり、常に、高い精度で偏磁成分を得るという点で満足のいくものではなかった。
【０００６】
また、変圧器の巻線に流れる電流を検出する電流検出器も、その種類によっては、温度等の環境変化や経年変化により電流検出器にオフセット誤差が発生し、励磁電流を高い精度で検出できない場合があった。
更に、系統が正常で変圧器の励磁電流が極く小さい場合、電流検出器の精度上の限界から、この励磁電流が小さい範囲で変圧器が多少いずれかの方向に偏磁している場合が生じる。この状態で系統に事故が発生すると、正常時の偏磁分に事故発生に伴う磁束変化量が重量し、偏磁に伴う過電流が発生して電力変換装置が保護停止する等の不具合が起こることがあった。
【０００７】
この発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、変圧器の偏磁分の抑制を高い精度で実現することができる電力変換装置を得ることを目的とする。
また、電流検出器のオフセット誤差を低減して、励磁電流が高精度に検出可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
更に、系統事故の発生時における変圧器の偏磁量を抑制することができる電力変換装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力変換装置は、変圧器を介して交流線路に接続された電力変換器、出力電圧が出力電圧指令値に一致するよう上記電力変換器を制御する制御手段、上記変圧器の交流線路側に接続された巻線に流れる電流を検出する第１の電流検出器、上記変圧器の電力変換器側に接続された巻線に流れる電流を検出する第２の電流検出器、上記第１、第２の電流検出器の出力から上記変圧器の励磁電流を演算する励磁電流演算回路、この励磁電流演算回路の出力から上記変圧器の磁束密度直流成分を演算する磁束密度直流成分演算手段、およびこの磁束密度直流成分演算手段の出力が磁束密度直流成分指令値に一致するよう電圧指令補正値を演算する電圧指令補正値演算回路を備え、上記出力電圧指令値に上記電圧指令補正値を加算するようにした電力変換装置において、
上記交流線路における事故の発生を検出する系統事故判定回路、上記事故が発生していないとき上記変圧器の磁束密度が所定量偏磁するように所定のバイアスを上記励磁電流演算回路の出力に加算する励磁電流バイアス設定回路、および上記事故が発生したとき上記偏磁を消滅させるように所定のバイアスを上記電圧指令補正値演算回路の出力に加算する電圧指令補正値バイアス設定回路を備えたものである。
【０００９】
また、この発明に係る電力変換装置の電圧指令値バイアス設定回路は、交流線路における事故発生後交流１周期の期間、バイアスを出力するものである。
【００１０】
また、この発明に係る電力変換装置の系統事故判定回路は、交流線路の電圧を検出する電圧検出器、この電圧検出器の出力が所定値以下になったことから上記交流線路における事故の発生を検出する系統事故発生検出回路、上記電圧検出器の出力の高調波成分を除去するフィルタ回路、このフィルタ回路の出力が所定値以上になったことから上記交流線路における事故の復帰を検出する系統事故復帰検出回路、および上記系統事故発生検出回路と系統事故復帰検出回路との出力から系統事故の発生時および復帰時を決定する系統事故決定回路を備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電力変換装置を示す構成図である。図において、１は交流線路としての交流電力系統、２は変圧器３を介して交流電力系統１に接続された自励式変換装置、４は自励式変換装置２に直流電圧を供給する直流電圧源である。５Ａは変圧器３の交流電力系統１側巻線に流れる電流を検出する第１の電流検出器、５Ｂは変圧器３の自励式変換装置２側巻線に流れる電流を検出する第２の電流検出器、１４は電流検出器５Ａの出力に、変圧器３の両巻線の巻回数の比に応じた係数を乗算する乗算器、６Ａは乗算器１４の出力と電流検出器５Ｂの出力との差分をとる減算器で、乗算器１４と減算器６Ａとで励磁電流演算回路１５を構成する。
【００１２】
７は励磁電流演算回路１５の出力から直流成分を検出する直流成分検出器、１９は直流成分検出器７の出力から変圧器３の磁束密度直流成分を演算する磁束密度直流成分演算回路、１７は磁束密度直流成分指令値を与える磁束密度直流成分指令値設定回路、６Ｂは磁束密度直流成分演算回路１９の出力と磁束密度直流成分指令値設定回路１７の出力との差分をとる減算器、１８は減算器６Ｂの出力から電圧指令補正値を演算する電圧指令補正値演算回路、８は交流電力系統１の電圧を検出する計器用変圧器、９は交流電力系統１の設定電圧を与える電圧基準、１０は電圧基準９と計器用変圧器８との信号に応じて自励式変換装置２の出力電圧指令値を作成する電圧指令値作成回路、１１Ａは電圧指令補正値演算回路１８の出力と電圧指令値作成回路１０の出力とを加算する加算器、１２は加算器１１Ａの出力に従って自励式変換装置２の自己消弧型素子の点弧タイミングを決めゲートパルス信号を作成するパルス幅変調制御回路、１３はパルス幅変調制御回路１２の出力を増幅して自励式変換装置２にゲート駆動信号を与えるゲートパルス増幅回路である。
【００１３】
また図２は磁束密度直流成分演算回路１９の構成例を示す構成図である。図２において、２４は励磁電流直流成分と磁束密度直流成分との関係を保存するメモリテーブル、２５は入力に従いメモリテーブル２４を参照して磁束密度直流成分を出力するメモリテーブル参照回路である。
【００１４】
次に動作について説明する。
変圧器３の一次側巻線電流を電流検出器５Ａにて検出し、変圧器３の二次側巻線電流を電流検出器５Ｂにて検出する。電流検出器５Ａの出力は、式１に示された変圧器３の一次側巻線と二次側巻線との巻回数の比に応じた係数１を乗算器１４で乗じる。
係数１＝（一次側巻線回数）／（二次側巻線巻回数）      ・・・（１）
【００１５】
乗算器１４の出力と電流検出器５Ｂの出力とから減算器６Ａで差分をとったものが変圧器３の励磁電流となる。この励磁電流に含まれる直流成分は、直流成分検出器７によって検出される。直流成分検出器７は、直流成分を含む交流信号から直流成分のみ抽出する検出器であり、励磁電流には系統交流電圧に同期した基本波成分が含まれることより、基本波周期に同期した１周期のリセット積分にて基本波成分を除去し、直流成分のみを抽出する。
既述したように、電流検出器５Ａ、５Ｂからの出力は、Ａ／Ｄ変換回路を経てディジタル信号に変換される段階でこのＡ／Ｄ変換に伴う量子化誤差の発生が避けられない。しかるに、この発明の実施の形態１においては、励磁電流演算回路１５からの出力は、先ず、直流成分検出器７により平均化、即ち、上述したように、１周期のリセット積分処理がなされる。従って、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化誤差は、この積分処理の過程で正負の誤差成分が相殺される傾向となり、少なくとも、従来のように、Ａ／Ｄ変換後直ちに磁束密度に変換するためにＡ／Ｄ変換に伴う量子化誤差が拡大されるという不具合がなくなる訳である。
【００１６】
磁束密度直流成分演算回路１９は直流成分検出器７の出力である変圧器３の励磁電流直流成分から鉄心の磁束密度直流成分を演算する。磁束密度直流成分演算回路１９の構成例を図２に示す。
図２に示した磁束密度直流成分演算回路１９の構成例では、実験もしくは論理計算にてあらかじめ得られた変圧器３の励磁電流直流成分と磁束密度直流成分との関係をコンピュータのメモリー等に記憶して随時取り出す方式である。
図２において、メモリーテーブル２４はあらかじめ励磁電流直流成分と磁束密度直流成分との関係を記憶しておく。メモリーテーブル参照回路２５は、直流成分検出器７の出力である変圧器３の励磁電流直流成分に対応する磁束密度直流成分をメモリーテーブル２４を参照して出力する。
【００１７】
磁束密度直流成分演算回路１９の出力は、磁束密度直流成分のフィードバック値となっているので、磁束密度直流成分指令値設定回路１７の出力からの差分を減算器６Ｂでとり、電圧指令補正値演算回路１８を介することによりフィードバック制御系を構成し、変圧器３の磁束密度直流成分を磁束密度直流成分指令値に一致させることができ、磁束密度直流成分指令値としての零の値を与えておけば、電圧指令補正回路１８は変圧器３の直流偏磁を零に抑制するのに必要な電圧指令補正値を出力する。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１では、励磁電流演算回路１５からの励磁電流出力を先ず、直流成分検出器７で平均化し、しかる後、磁束密度直流成分演算回路１９により磁束密度に変換するようにしたので、変圧器３の直流偏磁量を高精度に検出することができ、従って、その偏磁抑制を一層確実に達成することができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２における電力変換装置を示す構成図である。ここでは、励磁電流を検出する最上流の構成要素である電流検出器５Ａ、５Ｂに着目し、そのオフセットによる誤差を抑制して、励磁電流のより正確な検出を実現することを目的としている。即ち、電流検出器は、当初、出力の零点調整がなされるが、一般に、温度等の環境変化や経年変化により出力にオフセットが存在する。このオフセット量はわずかな値であるが、本願発明では、特に小電流域の励磁電流を問題にするため、オフセット誤差の低減が重要な課題となる。
図３において、先の実施の形態１の電力変換装置と同一の機能をもつ要素については同一の符号を付して個々の説明は省略する。
【００２０】
２０は、自励式変換装置２の出力を停止するゲートブロック状態、またはこのゲートブロック状態を解除するゲートデブロック状態を指令するゲートブロック／ゲートデブロック状態信号、２１Ａおよび２１Ｂは、それぞれ電流検出器５Ａおよび５Ｂの出力側に挿入された電流検出器オフセット補正回路で、それぞれ電流検出器５Ａ、５Ｂの出力からオフセットを検出する電流検出器オフセット演算回路２２Ａ、２２Ｂ、検出したオフセットを保有する電流検出器オフセット記憶回路２３Ａ、２３Ｂ、そして、電流検出器５Ａ、５Ｂの出力からオフセットを減算する減算器６Ｃ、６Ｄから構成されている。
【００２１】
次に、この電流検出器オフセット補正回路２１Ａ、２１Ｂの動作を図４により詳細に説明する。この実施の形態２は、自励式変換装置２がゲートブロック状態のときは電流検出器５に流れる電流が零であることを利用して電流検出器５のオフセット誤差を補正するものである。図４（ａ）（ｂ）に示すように、ゲートブロック状態で電流検出器５にオフセットが存在すると、電流検出器オフセット演算回路２２Ａ、２２Ｂはこの出力を移動平均または一次遅れ等のフィルタを介してノイズを除去しその積分周期毎にメモリに格納する（図４（ｃ））。
電流検出器オフセット記憶回路２３Ａ、２３Ｂは、ゲートブロック状態からゲートデブロック状態に変化するタイミングで、ゲートブロック状態中の最後にメモリに格納していた値をホールドする（図４（ｄ））。減算器６Ｃ、６Ｄはこのホールドされた値を電流検出器５Ａ、５Ｂの出力から減算して出力する（図４（ｅ））。
【００２２】
以上のように、自励式変換装置２のゲートブロック／ゲートデブロック状態信号２０を有効に活用して、電流検出器５Ａ、５Ｂのオフセット量を検出し、その補正を行うことで、小電流域の励磁電流を精度よく検出することができる。また、このように、電流検出器５のオフセット誤差を確実に補正することができるので、電流検出器として比較的安価な製品を採用しても十分な検出精度が得られ経済面で有利となる。
なお、図３では、電流検出器オフセット補正回路２１を電流検出器５Ａと５Ｂの両者に設けたが、各電流検出器５の特性、性能によっては、いずれか一方にのみ設けるようにしてもよい。
【００２３】
実施の形態３．
先の実施の形態２では、自励式変換装置２のゲートブロック／ゲートデブロック状態信号２０を利用して電流検出器のオフセット誤差を補正するようにしたが、この実施の形態３においては、ゲートブロック／ゲートデブロック状態信号２０を入力することなく、同様のオフセット補正動作を実現するもので、以下、このオフセット補正に係る部分について説明する。
図５は、この発明の実施の形態３における電流検出器オフセット補正回路３３を示す構成図で、図において、３４は電流検出器５の出力を、電流波形の１周期（交流電力系統１の商用周波１周期が相当する）毎の平均演算を行い、オフセット量を求める電流検出器オフセット演算回路、３６は電流検出器５の出力から電流波形の１周期間の電流値が、「常に所定のしきい値以下でかつ極性が不変である」という条件を満たしているか否かを判定し、この条件を満たしているときはオフセットホールド信号をＯＦＦ、条件を満たしていないときはオフセットホールド信号をＯＮとするオフセットホールド信号を生成するオフセットホールド信号生成回路、３５はオフセットホールド信号生成回路３６から出力されるオフセットホールド信号が、ＯＦＦからＯＮに変化するタイミングで電流検出器オフセット演算回路３４の出力をホールドする。
【００２４】
次に動作を図６により説明する。今、電流検出器５からの電流値が同図（ａ）に示すように変化したとすると、第２周期目までは、その値がしきい値以下でかつ極性（ここでは＋極性）が不変であるので、電流検出器５には交流電流は流れておらず、電流検出器５はオフセット量を出力しているとみなす。この間、オフセットホールド信号生成回路３６はオフセットホールド信号をＯＦＦとしている（同図（ｂ））。ここでしきい値としては、予想されるオフセットの最大値に近い値を採用する。電流検出器オフセット演算回路３４は電流検出器５の出力を１周期毎に平均し、その値をメモリに格納、更新している（同図（ｃ））。
【００２５】
第３周期目に入ると、電流検出器５の出力が交番し、かつ、一部でしきい値を越えているので、オフセットホールド信号生成回路３６はこれを判別して第３周期目が終了したタイミングでオフセットホールド信号をＯＮとする（同図（ｂ））。これを受けて、電流検出器オフセット記憶回路３５は、前回のホールド値を電流検出器オフセット演算回路３４からの値に置き換える（同図（ｄ））。この結果、減算器６で減算されるオフセット量が最新の検出値に置き換えられることになり、以降、電流検出器オフセット補正回路３３の出力は、オフセット誤差がほぼ解消された精度の高い電流値が得られる訳である。
【００２６】
以上のように、この実施の形態３においては、自励式変換装置２のゲートブロック／ゲートデブロック状態信号２０を利用することなく、電流検出器５の出力自体からそのオフセット量を検出し、その誤差補正を行うようにしたので、その適用が容易になるという利点がある。
なお、この電流検出器オフセット補正回路３３を電流検出器５Ａ、５Ｂの双方に設けてもよいし、いずれか一方に設けてもよいことは実施の形態２で説明したと同様である。
【００２７】
更に、電流検出器５のオフセット量の検出方式は以上で説明した構成のものに限られる訳ではなく、他の方式のものでもよい。要は、電流検出器５のオフセット量を検出し、電流検出器５の出力からこのオフセット量を減算して出力する電流検出器オフセット補正回路を採用することにより、特に、電流検出器５の小電流域の出力値に基づく励磁電流の検出精度が向上し、変圧器の偏磁抑制を図るという本願発明の目的がより一層確実に達成される。
なお、電流検出器５の検出精度を向上させるという点に注目すれば、上述した電流検出器オフセット補正回路２１、３３を従来の図１１に示す電力変換装置に適用してもその効果を発揮するものである。
【００２８】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４における電力変換装置を示す構成図である。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。図において、２６は計器用変圧器８の出力から交流電力系統１における事故の発生を検出する系統事故判定回路、２７は系統事故判定回路２６の出力に基づき交流電力系統１に事故が発生していないとき、励磁電流演算値に対して一定極性の微小なバイアスを設定する励磁電流バイアス設定回路、１１Ｂは励磁電流演算回路１５からの出力に励磁電流バイアス設定回路２７の出力を加算する加算器、２８は系統事故判定回路２６の出力に基づき交流電力系統１に事故が発生したとき励磁電流バイアス設定回路２７が出力するバイアスと逆極性の所定のバイアスを設定する電圧指令補正値バイアス設定回路、１１Ｃは電圧指令補正値演算回路１８からの出力に電圧指令補正値バイアス設定回路２８の出力を加算する加算器である。
【００２９】
先ず、この実施の形態４の動作原理について解説する。先に触れた通り、電力変換装置をディジタル回路で構成した場合、電流検出器によって検出した電流値をアナログ／ディジタル変換回路にてアナログ値からディジタル値に変換する必要があるが、上記ディジタル値のｂｉｔ精度はアナログ／ディジタル変換の分解能に依存する。
上記電流検出器に定格電流まで検出可能な検出器を用いた場合、励磁電流は一般的に定格電流の数％に過ぎないために、励磁電流自体は２，３ｂｉｔの検出精度しかなく、誤差率は大きくなる。
例えば、図８（ａ）のように励磁電流と磁束密度との関係を示す曲線の傾きが急な特性を持つ変圧器を用いた場合、従来の電力変換装置では、定常運転時は磁束密度が励磁電流の微小領域でしか変化しないので、先に説明したアナログ／ディジタル変換の分解能による誤差の影響を受け、励磁電流から磁束密度を正しく求めることができない。従って、この電流検出器の検出出力に基づいて動作する制御系は、偏磁零を指令して制御していても、実際は図８（ｂ）のように磁束密度が多少負側に偏磁しているという現象が生じ得る。
【００３０】
この状態で、系統事故等が発生し、磁束密度が急峻に変化した場合、その変化する方向（極性）が負側であると、その変化は１周期後に反映されるので電圧指令補正値演算回路１８の出力では偏磁を抑制することができず、変圧器の鉄心が飽和し、過電流になる。
【００３１】
そこで、この実施の形態４では、定常運転時には図８（ｃ）のように意図的に本来の励磁電流の値にバイアス（直流成分）を加算することでアナログ／ディジタル変換の分解能による影響が少ない（励磁電流から磁束の位置を正確に把握することができる）領域で磁束密度を多少偏磁させて制御する。
従って、現在の磁束密度の変化領域を正確に把握しているので系統事故を検出した瞬間に電圧指令補正値演算回路１８の出力に上記バイアスとは逆極性の適正なバイアス量を加算することで図８（ｄ）のように磁束密度の変化する中心を零付近に制御することができる。
以上のように、系統事故により磁束密度が正負どちらかの方向（極性）に急峻に変化しても、系統事故の検出を瞬時に行い、磁束密度が変化するまでに、磁束密度の変化の中心を零付近に制御しておけば、変圧器の鉄心が飽和し、過電流になることを防ぐことができる。
【００３２】
次に、図７に示す具体的な装置における動作を図９を参照して説明する。なお、同図９で、算用数字を丸で囲んだ記号は、以下では、括弧で挟んで、例えば［１］のように表記するものとする。同図（ａ）は、励磁電流バイアス設定回路２７および電圧指令補正値バイアス設定回路２８を設けない従来または実施の形態１の場合の各波形図を示すもので、上述の動作原理で説明したように、たとえ実際の磁束密度が［３］に示すように、多少、偏磁していても、検出精度の関係で励磁電流演算回路１５の出力で見る限り、正負平衡の波形と誤認され［１］、最終的に得られる磁束密度直流成分は零となっている［４］。
この状態で系統事故が発生すると、この例では、磁束密度が元々偏磁していた負の方向に急速に変換する［３］。しかるに、直流成分検出器は、事故発生直後からの積分処理によってはじめて直流分（偏磁分）を検出することになるので［４］、［５］に示すように、電圧指令を補正する動作のスタートタイミングが遅れ、結果として、変圧器３に磁束飽和の現象が生じ過電流が発生する可能性が出てくることになる。
【００３３】
これに対し、図９（ｂ）はこの実施の形態４の場合の動作を説明するもので、系統事故判定回路２６が事故を検出していないときは、励磁電流バイアス設定回路２７が所定量のバイアスを出力し、［３］、このバイアスが励磁電流演算回路１５の出力に加算され［４］、直流成分検出器７の出力［５］および磁束密度直流成分演算回路１９の出力［６］はともに、この例では正の直流成分を有したものとなる。その結果、電圧指令を負側へづらす補正出力がなされ［７］、［９］、変圧器３の磁束密度は図８（ｃ）に示したように、磁束密度の位置が把握できる程度に偏磁したレベルとなる。
【００３４】
この状態で系統事故判定回路２６が事故の発生を検出すると、直ちに励磁電流バイアス設定回路２７からのバイアス出力は停止し［３］、同時に、電圧指令補正値バイアス設定回路２８から逆極性のバイアスを出力する［８］。この例では、交流１周期間のみ出力し、それまで意図的に偏磁させていた変圧器３の磁束レベル（図８（ｃ））を、瞬時に強制的にほぼ零中心のレベル（図８（ｄ））に引き上げる。先の形態例で説明した直流成分検出器７→磁束密度直流成分演算回路１９→電圧指令補正値演算回路１８の出力波形［５］、［６］、［７］は、周期積分演算によるものであるので、その追従動作は少なくとも１周期の遅れが生じるが、この実施の形態４では、事故発生検出と同時に予め設定したバイアス量を電圧指令補正値バイアス設定回路２８から出力させるので、変圧器３の磁束レベルを零を中心としたレベルに戻す。従って、事故復帰時の過渡現象で変圧器３の磁束密度がどちらの極性にシフトしても到達偏磁量が低減され、結果として、磁気飽和による過電流のレベルが大幅に抑制される訳である。
【００３５】
なお、図９に示す例では、電圧指令補正値バイアス設定回路２８は事故発生から１周期間のみバイアスを出力するようにして［８］急速に磁束レベルをシフトさせるようにしたが、系統や機器の条件によっては、この出力期間を１周期でない値に設定してもよい。
【００３６】
実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５における電力変換装置を示す構成図である。先の形態４の図７と異なるのは系統事故判定回路２６の部分のみであり、以下、この部分を中心に説明する。ここでの系統事故判定回路２６は、交流電力系統１における事故の発生および事故の復帰をより正確に判定することができるものである。
【００３７】
図において、２９は計器用変圧器８の出力が所定値以下になったことから交流電力系統１における事故の発生を検出する系統事故発生検出回路、３０は計器用変圧器８の出力の高調波成分を除去して商用周波成分を抽出するフィルタ回路としての系統事故復帰電圧演算回路、３１は系統事故復帰電圧演算回路３０の出力が所定値以上になったことから交流電力系統１における事故の復帰を検出する系統事故復帰検出回路、３２は系統事故発生検出回路２９の出力と系統事故復帰検出回路３１の出力とから系統事故の発生時および復帰時を決定する系統事故決定回路である。
【００３８】
次に動作について説明する。系統事故発生検出回路２９は計器用変圧器８で検出された系統電圧を直接入力し、その値が所定値以下となったことで事故発生を速やかに検出する。一方、系統事故復帰検出回路３１は計器用変圧器８で検出された系統電圧が系統事故復帰電圧演算回路３０のフィルタ要素（例えば、移動平均フィルタや一次遅れフィルタ等）を経て高調波成分が除去された電圧を入力し、その値が所定値以上となったことで事故復帰を検出する。
一般に、系統復帰直前には系統電圧は不安定となり、かなりなレベルの高調波電圧振動が発生する場合が多い。系統事故復帰電圧演算回路３０はこの不安定な高調波電圧成分を抑制し、確実な事故復帰状態となる前に上記した不安定な電圧で事故復帰時点を誤認することを防止するものである。
【００３９】
系統事故決定回路３２は、系統事故発生検出回路２９が系統事故を検出したときは、系統事故復帰検出回路３１の出力の有無にかかわらず、系統事故発生と判定して系統事故検出状態の信号を出力し、系統事故発生検出回路２９が系統事故発生を検出しておらず、かつ、系統事故復帰検出回路３１が系統事故の復帰を検出したときのみ系統事故復帰と判定して系統事故復帰状態の信号を出力する。
【００４０】
系統事故判定回路２６より後段の動作は、先の形態４と同一であるので説明は省略するが、以上のように、この実施の形態５においては、系統事故判定回路２６に、その判定確度がより高いものを採用したので、系統事故から復帰したときの、変圧器３の到達偏磁量を抑制して偏磁過電流を低減するという先の実施の形態４の効果がより一層確実に得られる訳である。
【００４１】
なお、上記実施の形態４、５では、系統事故判定回路２６は計器用変圧器８の出力を基に系統事故の発生、復帰を検出するようにしたが、電流など他の要素を加えて検出するようにしてもよく、また、別途設けられた他の方式の事故検出手段の出力を利用するようにしてもよい。
また、以上の系統事故判定回路２６、励磁電流バイアス設定回路２７、電圧指令補正値バイアス設定回路２８および加算器１１Ｂは、従来の図１１の回路に適用しても、それらによる効果を奏することは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る電力変換装置は、変圧器を介して交流線路に接続された電力変換器、出力電圧が出力電圧指令値に一致するよう上記電力変換器を制御する制御手段、上記変圧器の交流線路側に接続された巻線に流れる電流を検出する第１の電流検出器、上記変圧器の電力変換器側に接続された巻線に流れる電流を検出する第２の電流検出器、上記第１、第２の電流検出器の出力から上記変圧器の励磁電流を演算する励磁電流演算回路、この励磁電流演算回路の出力から上記変圧器の磁束密度直流成分を演算する磁束密度直流成分演算手段、およびこの磁束密度直流成分演算手段の出力が磁束密度直流成分指令値に一致するよう電圧指令補正値を演算する電圧指令補正値演算回路を備え、上記出力電圧指令値に上記電圧指令補正値を加算するようにした電力変換装置において、
上記交流線路における事故の発生を検出する系統事故判定回路、上記事故が発生していないとき上記変圧器の磁束密度が所定量偏磁するように所定のバイアスを上記励磁電流演算回路の出力に加算する励磁電流バイアス設定回路、および上記事故が発生したとき上記偏磁を消滅させるように所定のバイアスを上記電圧指令補正値演算回路の出力に加算する電圧指令補正値バイアス設定回路を備えたので、系統事故復帰時の過渡現象に伴う変圧器の偏磁過電流を抑制することができる。
【００４３】
また、この発明に係る電力変換装置の電圧指令値バイアス設定回路は、交流線路における事故発生後交流１周期の期間、バイアスを出力するようにしたので、系統事故発生後、変圧器の磁束密度の中心が速やかに零レベルにシフトし、事故復帰後の偏磁過電流が確実に抑制される。
【００４４】
また、この発明に係る電力変換装置の系統事故判定回路は、交流線路の電圧を検出する電圧検出器、この電圧検出器の出力が所定値以下になったことから上記交流線路における事故の発生を検出する系統事故発生検出回路、上記電圧検出器の出力の高調波成分を除去するフィルタ回路、このフィルタ回路の出力が所定値以上になったことから上記交流線路における事故の復帰を検出する系統事故復帰検出回路、および上記系統事故発生検出回路と系統事故復帰検出回路との出力から系統事故の発生時および復帰時を決定する系統事故決定回路を備えたので、系統事故の発生時および復帰時の判断がより正確になされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１における電力変換装置を示す構成図である。
【図２】  図１の磁束密度直流成分演算回路１９の詳細を示す構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態２における電力変換装置を示す構成図である。
【図４】  図３の電流検出器オフセット補正回路２１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】  この発明の実施の形態３における電流検出器オフセット補正回路３３を示す構成図である。
【図６】  図５の電流検出器オフセット補正回路３３の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】  この発明の実施の形態４における電力変換装置を示す構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態４の動作原理を説明するための励磁特性図である。
【図９】  図７の電力変換装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】  この発明の実施の形態５における電力変換装置を示す構成図である。
【図１１】  従来の電力変換装置を示す構成図である。
【図１２】  変圧器３の励磁特性を示す図である。
【符号の説明】
１  交流電力系統、２  自励式変換装置、３  変圧器、５Ａ，５Ｂ  電流検出器、
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ  減算器、７  直流成分検出器、８  計器用変圧器、９  電圧基準、
１０  電圧指令値作成回路、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ  加算器、１４  乗算器、
１５  励磁電流演算回路、１７  磁束密度直流成分指令値設定回路、
１８  電圧指令補正値演算回路、１９  磁束密度直流成分演算回路、
２０  ゲートブロック／ゲートデブロック状態信号、
２１，３３  電流検出器オフセット補正回路、
２２，３４  電流検出器オフセット演算回路、
２３，３５  電流検出器オフセット記憶回路、２６  系統事故判定回路、
２７  励磁電流バイアス設定回路、２８  電圧指令補正値バイアス設定回路、
２９  系統事故発生検出回路、３０  系統事故復帰電圧演算回路、
３１  系統事故復帰検出回路、３２  系統事故決定回路、
３６  オフセットホールド信号生成回路。
【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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【図１２】
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