JP3527041B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自己消弧型素子
で構成され、変圧器を介して交流電力系統や負荷と接続
される電力変換器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防止する技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、例えば特開平７−２８５３４
号公報に示された、変圧器を介して交流電力系統に接続
される電力変圧器を備えた従来の電力変換装置におい
て、その変圧器の直流偏磁を防止する構成を示す回路図
である。

【０００３】図１０において、１は交流電力系統、２は
ゲート駆動信号に基づいて交流電圧を発生する自励式変
換装置、３は交流電力系統１と自励式変換装置２を接続
する変圧器、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、５Ａ、５Ｂは変圧器３の巻線に流れる電
流を検出する電流検出器、６は電流検出器５Ａと５Ｂの
差分をとる減算器、７は減算器６の出力から直流成分を
検出する直流成分検出器、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
の信号に応じて自励式変換装置２の電圧指令を作成する
電圧指令値作成回路、１１は直流成分検出器７の出力と
電圧指令値作成回路１０の出力を加算する加算器、１２
は加算器１１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１３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。

【０００４】次に図１０に示した従来の電力変換装置の
動作について説明する。図１０に示した電力変換装置に
おいて、交流電力系統１の電圧もしくは自励式変換装置
２の出力電圧に直流成分が含まれていた場合、変圧器３
に直流成分を含んだ励磁電流が流れることとなり、この
励磁電流の直流成分が変圧器３を偏磁させ、変圧器３の
鉄心を飽和に至らせる。

【０００５】変圧器３の巻線電流のうち、交流電力系統
１に接続された巻線に流れる電流を一次側巻線電流と
し、自励式変換器２に接続された巻線に流れる電流を二
次側巻線電流とすると、電流検出器５Ａによって検出さ
れた変圧器３の二次側巻線電流と、電流検出器５Ｂによ
って検出された変圧器３の一次側巻線電流の二次電流を
入力として、減算器６によって差分を得ることにより変
圧器３の励磁電流が求まるので、変圧器３の鉄心を偏磁
させる励磁電流に含まれる直流成分は、減算器６の出力
から直流分を検出する直流成分検出器７で検出される。

【０００６】このようにして検出された変圧器３の励磁
電流に含まれる直流成分は、計器用変圧器８の出力と電
圧基準９に応じて電圧指令値作成回路１０で作成した自
励式変換装置２の電圧指令と加算器１１によって加算さ
れ、自励式変換装置２の電圧指令補正値として作用す
る。

【０００７】パルス幅変調制御回路１２は加算器１１の
出力に従ってゲートパルス信号を作成し、更にゲートパ
ルス信号から、ゲートパルス増幅回路１３によってゲー
ト駆動信号を作成し、このゲート駆動信号が自励式変換
装置２に与えることにより、自励式変換装置２は直流電
圧源４の電圧に従って自己消弧型素子をスイッチングし
て加算器１１の出力に相当する電圧を発生する。

【０００８】以上述べたように、図１０に示した従来の
電力変換装置は、自励式変換装置２が加算器１１の出力
に相当する電圧を出力するので、交流電力系統１の電圧
もしくは自励式変換装置２の出力電圧に直流成分が含ま
れた場合、変圧器３の励磁電流に含まれる直流成分を検
出し加算器１１に与えることにより、交流電力系統１の
電圧もしくは自励式変換装置２の出力電圧に含まれる直
流成分を打ち消す電圧を自励式変換装置２が発生し、変
圧器３の直流偏磁を避けるように動作する。

【０００９】

【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ているので、自励式変換装置２が
定常の稼働中には出力電圧に含まれる直流成分を打ち消
すように動作する。

【００１０】一方、交流電力系統１で電圧が完全に喪失
するような事故が起き、同時にゲートブロックした場合
に、再びゲートデブロックする際には、変圧器３に残留
磁束が残っているので、ゲートブロックした時の出力電
圧の位相と同位相でゲートデブロックを行わないと変圧
器３の磁束に直流分が重畳され変圧器３の鉄心が偏磁
し、励磁電流が増加し、過電流に至り自励式変換装置２
は保護停止する。最悪の場合には、変換装置を構成する
素子の破損に至ることもある。

【００１１】また、交流電力系統１で１相あるいは２相
の電圧が残るような事故が起きた場合には、変圧器３が
中性点接地系の時、定格電流の数十倍の零相電流が流
れ、電流検出器５Ａや電流検出器５Ｂが飽和して正確な
電流を検出できず、誤った電流計測値で偏磁抑制制御を
行うため、逆に偏磁を促進するような誤った電圧補正値
を出力する場合がある。

【００１２】また、交流電力系統１で１相あるいは２相
の電圧が残るような事故が起きた場合には、変圧器３が
スター・デルタ結線で中性点接地系の時、通常電流検出
器５Ｂは変圧器につながる相電流を検出する位置に設置
されているので、電流検出器５Ａには零相電流が流れる
が電流検出器５Ｂには零相電流が流れず、ただ両者の差
をとるだけでは零相電流が残るため、直流電流を正確に
検出できない。このため、誤った電流計測値で偏磁抑制
制御を行うこととなり、逆に偏磁を促進するような誤っ
た電圧補正値を出力する場合がある。

【００１３】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、交流電力系統１の電圧が喪失
するような事故時や、自励式変換装置２がゲートブロッ
クとゲートデブロックを繰り返すような非定常時にも正
確に出力電圧に含まれる直流成分を検出し、変圧器の直
流偏磁を防止あるいは抑制できる電力変換装置を得るこ
とを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る電力変
換装置は、上記変圧器の直流偏磁を防止又は抑制するた
めに、ゲートブロックしてからゲートデブロックするま
でのタイミングを演算するゲートタイミング演算回路を
備え、ゲートデブロックの指令（以下ＧＤＢ指令とい
う）に基づきゲートデブロックし、上記出力電圧指令に
基づいて電圧を出力するようにしたものである。

【００１５】このような構成によれば、変換器がゲート
ブロックしてからゲートデブロックするまでのタイミン
グを演算することによりゲートブロックした後、もっと
も適正なタイミングでゲートデブロックし、変圧器が偏
磁することを防止することができる。

【００１６】また、第２の発明に係る電力変換装置は、
上述の第１の発明において、そのゲートタイミング演算
回路は、上記変圧器に印加される電圧を積分することに
より上記変圧器の磁束密度を演算し、ゲートブロックし
た時の磁束密度の位置を記憶しておき、同じ位置でＧＤ
Ｂ指令を出力する演算回路から構成されたものである。

【００１７】このような構成によれば、ゲートタイミン
グ演算回路では出力電圧から変圧器の磁束密度を演算
し、ゲートブロックした時と同じ磁束密度の位置でゲー
トデブロックし、変圧器が偏磁することを防止すること
ができる。

【００１８】また、第３の発明に係る電力変換装置は、
上述の第１の発明において、そのゲートタイミング演算
回路は、上記交流線路の電圧の１周期の時間をあらかじ
め記憶しておき、ゲートブロックしてからタイマにより
ＧＤＢ指令を出力するタイミングを演算する回路から構
成されたものである。

【００１９】このような構成によれば、ゲートタイミン
グ演算回路では、タイマーカウンタによりゲートブロッ
クした時から出力電圧周期の整数倍の時間が過ぎた点で
ゲートデブロックし、変圧器が偏磁することを防止する
ことができる。

【００２０】また、第４の発明に係る電力変換装置は、
上述の第１の発明において、そのゲートタイミング演算
回路は、上記交流線路の電圧の位相を演算する位相検出
回路を備え、ゲートブロックしたときの位相を記憶し、
その位相と同じ位相でＧＤＢ指令を出力する演算回路か
ら構成されたものである。

【００２１】このような構成によれば、ゲートタイミン
グ演算回路では交流線路の電圧の位相を演算する位相検
出回路で位相を演算し、ゲートブロックした時の位相と
同位相でゲートデブロックし、変圧器が偏磁することを
防止することができる。

【００２２】また、第５の発明に係る電力変換装置は、
上記交流線路の電圧を検出する電圧検出器、上記変圧器
の各巻線電流を検出する第１の電流検出器、上記第１の
電流検出器と同じ電流を検出するが飽和電流値が大きい
ため精度の低い第２の電流検出器、上記第１、第２の電
流検出器からの入力のうちどちらか適正な方を選択する
入力選択回路、上記入力選択回路によって選択された第
１または第２の電流検出器の出力から上記変換器の出力
電圧に含まれる直流成分を演算する直流成分演算回路、
上記直流成分演算回路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を備え、上記出力電圧指令値と上
記電圧指令補正値とに基づいて電圧を出力するようにし
たものである。

【００２３】このような構成によれば、交流事故時には
飽和電流の小さな電流検出器から飽和電流の大きな電流
検出器に切り替えることにより、電流検出器の出力が飽
和すること無く、出力電圧に含まれる直流成分を正確に
検出することができる。

【００２４】また、第６の発明に係る電力変換装置は、
上述の第５の発明において、その入力選択回路は、上記
電圧検出器の出力から交流線路が地絡あるいは短絡した
ことを検出し、上記第１、第２の電流検出器からの入力
を切り替える演算回路から構成されたものである。

【００２５】このような構成によれば、入力切換回路に
交流電圧の検出値を用いて上記２つの電流検出器からの
入力を切り替えることにより出力電圧に含まれる直流成
分を正確に検出することができる。

【００２６】また、第７の発明に係る電力変換装置は、
上述の第５の発明において、その入力選択回路は、上記
電流検出器からの入力を比較し、より大きい方を選択す
る演算回路から構成されたものである。

【００２７】このような構成によれば、入力切換回路は
上記２つの電流検出器からの入力の最大値を選択する回
路とすることにより、出力電圧に含まれる直流成分を正
確に検出することができる。

【００２８】また、第８の発明に係る電力変換装置は、
交流線路の電圧を検出する電圧検出器、上記変圧器につ
ながる各相電流を検出する電流検出器、第１の電流検出
器と同じ電流を検出するが飽和電流値が大きいため精度
の低い第２の電流検出器、これら第１、第２の電流検出
器からの入力のうちどちらか適正な方を選択する入力選
択回路、上記入力選択回路によって選択された電流検出
器の出力からスター側の零相電流を演算する零相演算回
路、上記入力選択回路によって選択された電流検出器の
出力と上記零相電流とに基づいて上記変換器の出力電圧
に含まれる直流成分を演算する直流成分演算回路、上記
直流成分演算回路から電圧指令補正値を演算する電圧指
令補正値演算回路を備え、上記出力電圧指令値と上記電
圧指令補正値とに基づいて電圧を出力するようにしたも
のである。

【００２９】このような構成によれば、変圧器のスター
側に流れる零相成分を電流検出器の出力から演算するこ
とにより、デルタ側に現れない上記零相成分を除いて正
確に出力電圧に含まれる直流成分を検出することができ
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図１に
基づいて説明する。図において、図１０に示した従来の
電力変換装置と同一の機能を持つ要素に付いては同一の
符号を付し、その説明を省略する。

【００３１】１４はゲートブロック、ゲートデブロック
を行うＧＢ・ＧＤＢ指令回路、１５は自励式変換器２の
ＧＢ・ＧＤＢ状態信号（ゲートブロック・ゲートデブロ
ック状態信号）、１６はＧＢ・ＧＤＢ指令回路１４の出
力とＧＢ・ＧＤＢ状態信号１５と計器用変圧器８の出力
よりゲートデブロックタイミングを演算するゲートタイ
ミング演算回路、１７はＧＢ・ＧＤＢ指令である。

【００３２】また、図２は変圧器３に印加される電圧と
磁束密度の関係である。１８は変圧器３に印加される電
圧、ここで、点線部分は電圧が喪失している部分であ
る。１９Ａは２２Ａのタイミングでゲートデブロックし
た場合の変圧器３の磁束密度、１９Ｂは２２Ｂのタイミ
ングでゲートデブロックした変圧器３の磁束密度、２０
は２１のタイミングでゲートブロックしたときの変圧器
３の残留磁束である。

【００３３】次に動作について説明する。何らかの要因
で交流電力系統１の電圧が完全に喪失し、ＧＢ・ＧＤＢ
指令回路１４からＧＢ指令が出力されると自励式変換装
置２はゲートブロックする。ゲートタイミング演算回路
はＧＢ・ＧＤＢ状態信号１５により自励式変換装置２が
ゲートブロックした位置を認識する。次にＧＢ・ＧＤＢ
指令回路１４からＧＤＢ指令が出力されるとゲートタイ
ミング演算回路１４は最適な位置でＧＤＢ指令をゲート
パルス増幅回路１３に出力し自励式変換装置２を再起動
する。

【００３４】なお、ＧＢ・ＧＤＢ指令はゲートパルス増
幅回路に出力せずとも直接自励式変換装置２に出力す
る、あるいは電圧指令値作成回路１０等に出力して自励
式変換装置２を操作しても良い。

【００３５】ここで、ゲートデブロックする最適な位置
について図２を参照して説明する。自励式変換装置２が
２１のタイミングでゲートブロックすると変圧器３に印
加される電圧１８は喪失する。ここで、変圧器３の残留
磁束は２０の位置で保持される。次にゲートデブロック
するタイミングがいま、２２Ａで行われた場合変圧器３
の磁束密度は１９Ａとなり定格磁束の３倍まで上昇し、
変圧器３の鉄心が偏磁し、励磁電流が増加し、過電流に
至り自励式変換装置２は保護停止する。最悪の場合に
は、変換装置を構成する素子の破損に至ることもある。
そこでゲートタイミング演算回路の出力から２２Ｂのタ
イミングでゲートデブロックすることにより変圧器３の
鉄心は偏磁することもなく安定に運転継続することが可
能となる。つまり自励式変換装置２がゲートブロックし
たときの変圧器３の鉄心の磁束と同じ磁束の位置で自励
式変換装置２をゲートデブロックすることが最適な位置
でのゲートデブロックとなる。なお、この最適なゲート
デブロックの位置とはゲートブロックしてから交流電圧
系統の電圧周期の整数倍の時間が経過した位置とも言え
る。また、ゲートブロックしたときの交流電圧系統の同
じ位相であるとも言える。

【００３６】以上述べたように図１０に示した従来の電
力変換装置は自励式変換装置２がゲートブロックした後
のゲートデブロックする際のゲートタイミング演算回路
１６を持たないため、ゲートデブロックするタイミング
は常に一定せず、図２および段落番号［００３５］で示
したとおりゲートデブロックした際の変圧器３の鉄心の
偏磁を抑制することは不可能であったが、図１に示した
実施の形態１の電力変換装置はゲートタイミング演算回
路１６を用いてゲートデブロックするタイミングを演算
することにより、ゲートデブロックした際の変圧器３の
鉄心の偏磁を防止することが可能である。

【００３７】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図３に基づいて説明する。図において、図１０に
示した従来の電力変換装置と同一の機能を持つ要素に付
いては同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００３８】１４はＧＢ・ＧＤＢ指令回路、１５は自励
式変換器２のＧＢ・ＧＤＢ状態信号、１６はＧＢ・ＧＤ
Ｂ指令回路１４の出力とＧＢ・ＧＤＢ状態信号１５と計
器用変圧器８の出力よりＧＤＢタイミングを演算するゲ
ートタイミング演算回路、１７はＧＢ・ＧＤＢ指令、２
３は変圧器３に印加されている電圧から磁束密度を演算
する磁束演算回路、２４はＧＢ・ＧＤＢ状態信号１５と
磁束演算回路２３の出力からゲートブロックの磁束密度
の位置を記憶し、ＧＢ・ＧＤＢ指令回路１４の出力から
最適なゲートデブロックのタイミングを演算出力する記
憶演算回路である。

【００３９】次に動作について説明する。まず、常に計
器用変圧器の出力である変圧器３への印加電圧から式
（１）に従って磁束演算回路２３において変圧器３の磁
束密度を演算しておく。

【００４０】 磁束密度＝ ｛∫（印加電圧）ｄｔ｝/｛（変圧器巻線巻き数）/（鉄心断面積）｝・・・(1)

【００４１】磁束演算回路２３で演算した磁束密度を記
憶演算回路２４で常にトレースしておき、自励式変換装
置２がゲートブロックした瞬間の磁束密度を記憶してお
く。次にＧＢ・ＧＤＢ指令回路１４からＧＤＢ指令が記
憶演算回路２４に出力されると段落番号［００３５］で
説明したようにゲートブロックしたときの変圧器３の鉄
心の磁束と同じ磁束の位置でＧＤＢ指令を出力する。

【００４２】以上述べたように図１０に示した従来の電
力変換装置は自励式変換装置２がゲートブロックした後
のゲートデブロックする際のゲートタイミング演算回路
１６を持たないため、ゲートデブロックするタイミング
は常に一定せず、図２および段落番号［００３５］で示
したとおりゲートデブロックした際の変圧器３の鉄心の
偏磁を抑制することは不可能であったが、図３に示した
実施の形態２の電力変換装置はゲートタイミング演算回
路１６を用いて、ゲートブロックしたときの変圧器３の
鉄心の磁束と同じ磁束の位置でＧＤＢ指令を出力するこ
とにより、ゲートデブロックした際の変圧器３の鉄心の
偏磁を防止することが可能である。

【００４３】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３を図４に基づいて説明する。図において、図１０に
示した従来の電力変換装置と同一の機能を持つ要素に付
いては同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００４４】１４はＧＢ・ＧＤＢ指令回路、１５は自励
式変換器２のＧＢ・ＧＤＢ状態信号、１６はＧＢ・ＧＤ
Ｂ指令回路１４の出力とＧＢ・ＧＤＢ状態信号１５より
ＧＤＢタイミングを演算するゲートタイミング演算回
路、１７はＧＢ・ＧＤＢ指令、２５はタイマカウンタ、
２４はＧＢ・ＧＤＢ状態信号１５とタイマカウンタ２５
の出力からゲートブロックの時間を記憶し、ＧＢ・ＧＤ
Ｂ指令回路１４の出力から最適なゲートデブロックのタ
イミングを演算出力する記憶演算回路である。

【００４５】次に動作について説明する。記憶演算回路
２４には前もって交流電力系統の電圧周期を演算し記憶
しておく。自励式変換装置２がゲートブロックした瞬間
からタイマカウンタ２５の出力により、カウントを開始
し、ＧＢ・ＧＤＢ指令回路１４からＧＤＢ指令が記憶演
算回路２４に出力されると、段落番号［００３５］で説
明したとおり、上記記憶していた電圧周期の整数倍のタ
イミングでＧＤＢ指令を出力する。

【００４６】以上述べたように図１０に示した従来の電
力変換装置は自励式変換装置２がゲートブロックした後
のゲートデブロックする際のゲートタイミング演算回路
１６を持たないため、ゲートデブロックするタイミング
は常に一定せず、図２および段落番号［００３５］で示
したとおりゲートデブロックした際の変圧器３の鉄心の
偏磁を抑制することは不可能であったが、図４に示した
実施の形態２の電力変換装置はゲートタイミング演算回
路１６を用いて、ゲートブロックしてから常に電圧周期
の整数倍の時間後にＧＤＢ指令を出力することにより、
ゲートデブロックした際の変圧器３の鉄心の偏磁を防止
することが可能である。

【００４７】実施の形態４．以下、この発明の実施の形
態４を図５に基づいて説明する。図において、図１０に
示した従来の電力変換装置と同一の機能を持つ要素に付
いては同一の符号を付すので、その説明を省略する。

【００４８】１４はＧＢ・ＧＤＢ指令回路、１５は自励
式変換器２のＧＢ・ＧＤＢ状態信号、１６はＧＢ・ＧＤ
Ｂ指令回路１４の出力とＧＢ・ＧＤＢ状態信号１５より
ＧＤＢタイミングを演算するゲートタイミング演算回
路、１７はＧＢ・ＧＤＢ指令、２６は変圧器３に印加さ
れている電圧から電圧の位相を求める位相検出回路、２
４はＧＢ・ＧＤＢ状態信号１５と位相検出回路２６の出
力からゲートブロックした時の交流電力系統の電圧の位
相を記憶し、ＧＢ・ＧＤＢ指令回路１４の出力から最適
なゲートデブロックのタイミングを演算出力する記憶演
算回路である。

【００４９】次に動作について説明する。まず、常に計
器用変圧器の出力である変圧器３への印加電圧の位相を
位相検出回路２６で演算しておく。位相検出回路２６で
演算した電圧位相を記憶演算回路２４で常にトレースし
ておき、自励式変換装置２がゲートブロックした瞬間の
電圧位相を記憶しておく。次にＧＢ・ＧＤＢ指令回路１
４からＧＤＢ指令が記憶演算回路２４に出力されると段
落番号［００３５］で説明とおりゲートブロックしたと
きの交流電力系統の電圧の位相と同位相でＧＤＢ指令を
出力する。

【００５０】以上述べたように図１０に示した従来の電
力変換装置は自励式変換装置２がゲートブロックした後
のゲートデブロックする際のゲートタイミング演算回路
１６を持たないため、ゲートデブロックするタイミング
は常に一定せず、図２および段落番号［００３５］で示
したとおりゲートデブロックした際の変圧器３の鉄心の
偏磁を抑制することは不可能であったが、図５に示した
実施の形態１の電力変換装置はゲートタイミング演算回
路１６を用いてゲートブロックした時の交流電力系統の
電圧位相と同じ位相でＧＤＢ指令を出力することによ
り、ゲートデブロックした際の変圧器３の鉄心の偏磁を
防止することが可能である。

【００５１】実施の形態５．以下、この発明の実施の形
態５を図６に基づいて説明する。図において、図１０に
示した従来の電力変換装置と同一の機能を持つ要素に付
いては同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００５２】図６において５Ｃ、５Ｄは５Ａ、５Ｂに比
べて飽和電流の大きな電流検出器、２７は電流検出器５
Ａと５Ｃあるいは電流検出器５Ｂと５Ｄからの入力を切
り換える入力切換回路である。

【００５３】次に動作について説明する。交流電力系統
１の電圧の１相あるいは２相が地絡するような事故が発
生した際、変圧器３の中性点が接地されていると交流電
力系統１には過大な零相電流が流れる。この時、通常制
御に使用している電流検出器５Ａ、５Ｂは精度がよい分
飽和電流が小さいので、飽和して正確な電流を検出する
ことが困難になる。そこで、入力切換回路２７で電流検
出器５Ｃ、５Ｄを制御に使用するように切り替えること
により、より正確な電流計測値で制御を実施する。

【００５４】以上述べたように図１０に示した従来の電
力変換装置は２つの異なる飽和特性の電流検出器と、そ
れらからの入力を切り替える入力切換回路を持たないた
め、交流電力系統で１相あるいは２相が地絡するような
事故時には正確な電流を検出できず、正確な電圧補正値
を得て変圧器３の鉄心の偏磁を抑制することは困難であ
ったが、図６に示した実施の形態２の電力変換装置は２
つの異なる飽和特性の電流検出器と、それらからの入力
を適時切り替えることにより、電力系統で１相あるいは
２相が地絡するような事故時にも正確な電流を検出し、
より正確な電圧補正値を演算し変圧器３の鉄心の偏磁を
抑制することが可能となる。

【００５５】実施の形態６．以下、この発明の実施の形
態６を図７に基づいて説明する。図において、図１０に
示した従来の電力変換装置と同一の機能を持つ要素に付
いては同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００５６】図７において５Ｄは５Ｂに比べて飽和電流
の大きな電流検出器、２７、２７Ａはそれぞれ電流検出
器５Ｂと５Ｄおよび電流検出器５Ｃと５Ａからの入力を
切り換える入力切換回路、２８、２８Ａは計器用変圧器
８の出力より交流電力系統１の電圧の低下を検出する電
圧低下検出回路、２９、２９Ａは電圧低下検出回路２８
の出力により電流検出器５Ｂと５Ｄおよび電流検出器５
Ａと５Ｃからの入力を切り替える入力切換スイッチであ
る。

【００５７】次に動作について説明する。まず、電圧が
どの程度低下したら過電流になるかあらかじめシミュレ
ーションあるいは計算で確認しておきその値を電圧低下
検出回路２８に設定しておく。交流電力系統１で事故が
発生した場合には計器用変圧器８の出力より交流電力系
統１の電圧の低下を検出し、上記設定値以下であれば通
常電流検出器５Ｂを選択しているスイッチを電流検出器
５Ｄを選択するように切り替えその値を出力する。

【００５８】以上述べたように図１０に示した従来の電
力変換装置は２つの異なる飽和特性の電流検出器と、そ
れらからの入力を切り替える入力切換回路を持たないた
め、交流電力系統で１相あるいは２相が地絡するような
事故時には正確な電流を検出できず、正確な電圧補正値
を得て変圧器３の鉄心の偏磁を抑制することは困難であ
ったが、図７に示した実施の形態６の電力変換装置は２
つの異なる飽和特性の電流検出器をもち、電圧低下時に
はそれらからの入力を適時切り替えることにより、電力
系統で１相あるいは２相が地絡するような事故時にも正
確な電流を検出し、より正確な電圧補正値を演算し変圧
器３の鉄心の偏磁を抑制することが可能となる。

【００５９】実施の形態７．以下、この発明の実施の形
態７を図８に基づいて説明する。図において、図１０に
示した従来の電力変換装置と同一の機能を持つ要素に付
いては同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００６０】図８において５Ｄは５Ｂに比べて飽和電流
の大きな電流検出器、２７は５Ｂと５Ｄからの入力を切
り替える入力切換回路、３０は電流検出器５Ｂと５Ｄの
最大値を選択する最大値検出回路である。

【００６１】次に動作について説明する。最大値検出回
路３０では、電流検出回路５Ｂと５Ｄからの入力を比較
し、その最大値を選択する。これは、電流検出器５Ｄの
変成比をわずかに落としておくことにより、通常電流計
測時には電流検出器５Ｂの出力が選択されるが、過電流
検出時には電流検出器５Ｂが飽和することにより、電流
検出器５Ｂの出力が頭打ちとなるため、結果的に交流電
力系統１の事故時には電流検出器５Ｄの出力が選択され
ることとなる。

【００６２】以上述べたように図１０に示した従来の電
力変換装置は２つの異なる飽和特性の電流検出器と、そ
れらからの入力を切り替える入力切換回路を持たないた
め、交流電力系統で１相あるいは２相が地絡するような
事故時には正確な電流を検出できず、正確な電圧補正値
を得て変圧器３の鉄心の偏磁を抑制することは困難であ
ったが、図８に示した実施の形態７の電力変換装置は２
つの異なる飽和特性の電流検出器をもち、それらを比較
し、最大値を選択することにより、電力系統で１相ある
いは２相が地絡するような事故時にも正確な電流を検出
し、より正確な電圧補正値を演算し変圧器３の鉄心の偏
磁を抑制することが可能となる。

【００６３】実施の形態８．以下、この発明の実施の形
態８を図９に基づいて説明する。図において、図１０に
示した従来の電力変換装置と同一の機能を持つ要素に付
いては同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００６４】図９において、５Ｅは変圧器３の巻線電流
ではなく、変圧器３の各端子と自励式変換器２の各端子
間を流れる相電流を測定する電流検出器、３１は入力切
換回路の出力より交流電力系統１の電流の零相成分を演
算する零相演算回路、３２は電流検出器５Ｅの出力より
相電流から変圧器３の巻線電流を演算する巻線電流演算
回路である。また、入力切換回路２７は図６、図７ある
いは図８に示してある回路と同等であるため説明を省
く。

【００６５】次に動作について説明する。交流電力系統
１の電圧の１相あるいは２相が地絡するような事故が発
生した際、変圧器３の中性点が接地されていると交流電
力系統１には過大な零相電流が流れる。この時入力切換
回路２７の動作については上記４７項、５１項あるいは
５５項で説明したものと同等であるので説明は割愛す
る。入力切換回路２７の出力より零相演算回路３１で３
相和をとり零相電流を演算する。入力切換回路からの出
力と零相電流の差分を減算器６Ａでとることにより零相
電流を含まない３相電流が得られる。一方、変圧器３が
図９に示すとおりスター・デルタ結線となっている場合
零相電流はデルタ巻線内を循環し、電流計測器５Ｅには
計測されない。よって、電流検出器５Ｅの出力より相電
流から零相成分の含まれていない変圧器３の巻線電流を
巻線電流演算回路３２で演算する、上記減算器６Ａで得
られた３相電流と上記巻線電流力との差分を減算器６で
とり、直流分検出器７に入力することにより出力電圧に
含まれる正確な直流成分が得られる。

【００６６】以上述べたように、図１０に示した従来の
電力変換装置は、変圧器のスター結線側に流れる零相電
流を検出する零相演算回路３１を持たないため、図９に
示すような回路で交流電力系統１で１相あるいは２相地
絡事故が発生した場合、直流成分検出器７で正確な直流
成分の検出が困難で、上記事故時に正確な電圧補正値を
得て変圧器３の鉄心の偏磁を抑制することは困難であっ
たが、図９に示した実施の形態３の電力変換装置は、零
相演算回路３１により零相電流を検出し、入力切換回路
２７か減算することにより零相電流を含まない３相電流
を得ることができるため電流検出器５Ｅの出力電流から
より正確な直流成分を検出し、より正確な電圧補正値を
演算し変圧器３の鉄心の偏磁を抑制することが可能とな
る。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、第１の発明に係る電力変
換装置においては、変圧器の直流偏磁を防止又は抑制す
るために、ゲートブロックしてからゲートデブロックす
るまでのタイミングを演算するゲートタイミング演算回
路を備え、上記ゲートタイミング演算回路の出力である
ＧＤＢ指令に基づきゲートデブロックし、上記出力電圧
指令に基づいて電圧を出力するようにしたので誤ったタ
イミングでゲートデブロックして変圧器を偏磁させるこ
となく、より安定に運転継続できる。

【００６８】また、第２の発明に係る電力変換装置のゲ
ートタイミング演算回路は、上記変圧器に印加される電
圧を積分することにより上記変圧器の磁束密度を演算
し、ゲートブロックした時の磁束密度の位置を記憶して
おき同じ位置でＧＤＢ指令を出力するため、実際の鉄心
の磁束密度からＧＤＢタイミングを演算することが可能
で、最適なタイミングを得ることができる。

【００６９】また、第３の発明に係る電力変換装置のゲ
ートタイミング演算回路は、上記交流線路の電圧の１周
期の時間をあらかじめ記憶しておき、ゲートブロックし
てからタイマーによりＧＤＢ指令を出力するタイミング
を演算するため、上記交流電力系統の電圧が復帰すると
確実に１周期以内にＧＤＢ指令を出力する最適なタイミ
ングを得ることができる。

【００７０】また、第４の発明に係る電力変換装置のゲ
ートタイミング演算回路は、上記交流線路の電圧の位相
を演算する位相検出回路を備え、ゲートブロックしたと
きの位相を記憶し、その位相と同じ位相でＧＤＢ指令を
出力する。通常自励式変換装置は上記位相検出器を備え
ているため、磁束演算回路あるいはタイマーカウンター
を新たに付け加えることなくＧＤＢ指令を出力する最適
なタイミングを得ることができる。

【００７１】また、第５の発明に係る電力変換装置にお
いては、上記交流線路の電圧を検出する電圧検出器、上
記変圧器の各巻線電流を検出する電流検出器Ａ、上記電
流検出器Ａと同じ電流を検出するが飽和電流値が大きい
ため精度の低い電流検出器Ｂ、これら電流検出器からの
入力をどちらか適正な方に選択する入力選択回路、これ
ら入力選択回路によって選択された電流検出器の出力か
ら上記変換器の出力電圧に含まれる直流成分を演算する
直流成分演算回路、これら直流成分演算回路から電圧指
令補正値を演算する電圧指令補正値演算回路を備え、上
記出力電圧指令値と上記電圧指令補正値とに基づいて電
圧を出力するため、定常時制御に使用している上記電流
計測器が飽和するような零相電流が流れるような系統事
故時にも、変圧器の直流偏磁を確実に抑制することがで
きる。

【００７２】また、第６の発明に係る電力変換装置の入
力切換装置は、上記電圧検出器の出力から交流線路が地
絡あるいは短絡したことを検出し、上記電流検出器から
の入力を切り替える演算回路から構成されるため、交流
電力系統の電圧喪失時の電流検出器の切換が容易確実に
実現できる。

【００７３】また、第７の発明に係る電力変換装置の入
力選択回路は、上記電流検出器からの入力を比較しより
大きい方を選択する演算回路から構成されるので、切換
が急激な変化を伴うことなく行え、更に系統電圧喪失時
以外の過電流時にも対応可能である。

【００７４】また、第８の発明に係る電力変換装置にお
いては、上記交流線路の電圧を検出する電圧検出器、上
記変圧器につながる各相電流を検出する電流検出器、電
流検出器Ａと同じ電流を検出するが飽和電流値が大きい
ため精度の低い電流検出器Ｂ、これら電流検出器からの
入力をどちらか適正な方に選択する入力選択回路、これ
ら入力選択回路によって選択された電流検出器の出力か
らスター側の零相電流を演算する零相演算回路、これら
入力選択回路によって選択された電流検出器の出力と上
記零相電流とに基づいて上記変換器の出力電圧に含まれ
る直流成分を演算する直流成分演算回路、これら直流成
分演算回路から電圧指令補正値を演算する電圧指令補正
値演算回路を備え、上記出力電圧指令値と上記電圧指令
補正値とに基づいて電圧を出力するようにしたので、変
圧器の巻線電流を直接検出せずとも、零相電流に影響さ
れることなく、変圧器の直流偏磁を確実に抑制すること
ができる。

【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
置を示す回路図である。

【図２】 変圧器に印加される電圧と変圧器の磁束の関
係を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態２における電力変換装
置を示す回路図である。

【図４】 この発明の実施の形態３における電力変換装
置を示す回路図である。

【図５】 この発明の実施の形態４における電力変換装
置を示す回路図である。

【図６】 この発明の実施の形態５における電力変換装
置を示す回路図である。

【図７】 この発明の実施の形態６における電力変換装
置を示す回路図である。

【図８】 この発明の実施の形態７における電力変換装
置を示す回路図である。

【図９】 この発明の実施の形態８における電力変換装
置を示す回路図である。

【図１０】 従来の電力変換装置を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 交流電力系統、２ 自励式変換装置、３ 変圧器、
４ 直流電圧源、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ 電流
検出器、６、６Ａ 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、１１ 加算器、１２ パルス幅変調制御回路、１３
ゲートパルス増幅回路、１４ ＧＢ・ＧＤＢ指令回
路、１５ ＧＢ・ＧＤＢ状態信号、１６ ゲートタイミ
ング演算回路、１７ ＧＢ・ＧＤＢ指令、１８ 変圧器
印加電圧、１９Ａ、１９Ｂ 変圧器磁束、２０ 変圧器
残留磁束、２１ ＧＢタイミング、２２Ａ、２２Ｂ Ｇ
ＤＢタイミング、２３ 磁束演算回路、２４ 記憶演算
回路、２５ タイマーカウンター、２６ 位相検出回
路、２７、２７Ａ 入力切換回路、２８、２８Ａ 電圧
低下検出回路、２９、２９Ａ 入力切換スイッチ、３０
最大値選択回路、３１零相演算回路、３２ 巻線電流
演算回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05F 1/44 H02M 7/48 H02M 7/537

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器を介して交流系統に接続された電
   力変換器と、指令に基づいてゲートブロック、あるいは
   ゲートデブロックが自由に行える電力変換器を備え、出
   力電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換装置にお
   いて、上記変圧器の直流偏磁を防止又は抑制するために、 ゲー
   トブロックしてからゲートデブロックするまでのタイミ
   ングを演算するゲートタイミング演算回路を備え、上記
   ゲートタイミング演算回路の出力であるゲートデブロッ
   ク指令に基づきゲートデブロックし、上記出力電圧指令
   に基づいて電圧を出力するようにしたことを特徴とする
   電力変換装置。
2. 【請求項２】 上記ゲートタイミング演算回路は、上記
   変圧器に印加される電圧を積分することにより上記変圧
   器の磁束密度を演算し、ゲートブロックした時の磁束密
   度の位置を記憶しておき同じ位置でゲートデブロック指
   令を出力する演算回路から構成されることを特徴とする
   請求項１記載の電力変換装置。
3. 【請求項３】 上記ゲートタイミング演算回路は、上記
   交流線路の電圧の１周期の時間をあらかじめ記憶してお
   き、ゲートブロックしてからタイマによりゲートデブロ
   ック指令を出力するタイミングを演算する回路から構成
   されることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 上記ゲートタイミング演算回路は、上記
   交流線路の電圧の位相を演算する位相検出回路を備え、
   ゲートブロックしたときの位相を記憶し、その位相と同
   じ位相でゲートデブロック指令を出力する演算回路から
   構成されることを特徴とする請求項１記載の電力変換装
   置。
5. 【請求項５】 中性点を接地された変圧器を介して交流
   線路に接続された電力変換器を備え、出力電圧指令に基
   づいて電圧を出力する電力変換装置において、 上記交流線路の電圧を検出する電圧検出器、上記変圧器
   の各巻線電流を検出する第１の電流検出器、上記第１の
   電流検出器と同じ電流を検出するが飽和電流値が大きい
   ため精度の低い第２の電流検出器、上記第１、第２電流
   検出器からの入力のうちどちらか適正な方を選択する入
   力選択回路、上記入力選択回路によって選択された上記
   第１または第２電流検出器の出力から上記変換器の出力
   電圧に含まれる直流成分を演算する直流成分演算回路、
   上記直流成分演算回路の演算結果に基づいて電圧指令補
   正値を演算する電圧指令補正値演算回路を備え、上記出
   力電圧指令値と上記電圧指令補正値とに基づいて電圧を
   出力することを特徴とする電力変換装置。
6. 【請求項６】 上記入力選択回路は、上記電圧検出器の
   出力から交流線路が地絡あるいは短絡したことを検出
   し、上記第１、第２電流検出器からの入力を切り替える
   演算回路から構成されることを特徴とする請求項５記載
   の電力変換装置。
7. 【請求項７】 上記入力選択回路は、上記電流検出器か
   らの入力を比較し、より大きい値を選択する演算回路か
   ら構成されることを特徴とする請求項５記載の電力変換
   装置。
8. 【請求項８】 中性点を接地されたスター・デルタ結線
   の変圧器を介して交流線路に接続された電力変換器を備
   え、出力電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換装
   置において、 上記交流線路の電圧を検出する電圧検出器、上記変圧器
   につながる各相電流を検出する第１の電流検出器、上記
   第１の電流検出器と同じ電流を検出するが飽和電流値が
   大きいため精度の低い第２の電流検出器、上記第１、第
   ２の電流検出器からの入力のうちどちらか適正な方を選
   択する入力選択回路、上記入力選択回路によって選択さ
   れた上記第１、第２電流検出器の出力からスター側の零
   相電流を演算する零相演算回路、上記入力選択回路によ
   って選択された上記第１、または第２の電流検出器の出
   力と上記零相電流とに基づいて上記変換器の出力電圧に
   含まれる直流成分を演算する直流成分演算回路、上記直
   流成分演算回路から電圧指令補正値を演算する電圧指令
   補正値演算回路を備え、上記出力電圧指令値と上記電圧
   指令補正値とに基づいて電圧を出力することを特徴とす
   る電力変換装置。