JP2008141804A - Serial multiple AC / DC converter and control method - Google Patents
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Abstract
【課題】直列多重変換器のいずれかの変換器が故障停止した場合であっても運転を継続でき、所望の容量を得ることができるようにすることである。
【解決手段】直列多重変換器11は、定格容量が同一のものまたは異なるものを含んだ複数個の電力変換器12を組み合わせて三相各相にそれぞれ直列に接続して形成され、変換器制御装置18は、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧が平衡三相線間電圧を保持するように、直列多重変換器11の三相各相に接続された変換器12の出力電圧の位相または大きさを調整制御する。
【選択図】 図1An object of the present invention is to continue operation and obtain a desired capacity even when any converter of a serial multiple converter is stopped due to a failure.
A serial multiple converter 11 is formed by combining a plurality of power converters 12 having the same or different rated capacities and connecting them in series to each of three phases. The device 18 includes a converter 12 connected to each of the three phases of the serial multiple converter 11 such that the output line voltage of each of the three phases of the serial multiple converter 11 maintains a balanced three-phase line voltage. Adjust and control the phase or magnitude of the output voltage.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、複数台の電力変換器が三相各相にそれぞれ直列に接続された直列多重変換器を備えた直列多重型交直変換装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a serial multiple AC / DC converter and a control method including a serial multiple converter in which a plurality of power converters are connected in series to three phases.
例えば、直流を交流に変換する電力変換器として、三相各相に対して複数台の変換器を直列に接続して直列多重変換器を構成したものがある。通常、三相各相に直列接続される変換器は、定格容量が同一のものであり、通常運転時においては各相の変換器の出力電圧は同じである。 For example, as a power converter that converts direct current into alternating current, there is one in which a plurality of converters are connected in series for each of the three phases to form a serial multiple converter. Usually, the converters connected in series to each of the three phases have the same rated capacity, and the output voltage of the converter of each phase is the same during normal operation.
このような直列多重変換器のいずれかの変換器に故障等が発生すると、直ちに直列多重変換器を停止させ、故障した変換器を健全な変換器と交換するようにしている。この交換作業には、健全な変換器への現地取替作業や確認試験等が必要であり、通常、半日以上の時間が掛かるので、その間は電力変換器は停止となっている。 When a failure or the like occurs in any converter of such a serial multiple converter, the serial multiple converter is immediately stopped and the failed converter is replaced with a healthy converter. This replacement work requires on-site replacement work to a healthy converter, a confirmation test, and the like, and usually takes more than half a day, so the power converter is stopped during that time.
電力用途の大容量の直列多重変換器では、直列多重変換器を構成する変換器の点検を各アーム単位または各相単位で行うので数日間に亘ってシステム停止することもある。特に、故障時の復旧時間をできるだけ短縮したいという要望があるので、そのような長期間に亘って連続で直列多重変換器を停止できない場合は、各アーム単位または各相単位ごとに時間をおいて順次点検を実施しているのが現状である。 In a large-capacity serial multiple converter for power use, the converter constituting the serial multiple converter is inspected for each arm or each phase, so the system may be stopped for several days. In particular, since there is a desire to reduce the recovery time in the event of a failure as much as possible, if it is not possible to stop the serial multiple converter continuously over such a long period of time, allow time for each arm unit or each phase unit. The current situation is that inspections are carried out sequentially.
また、産業用の直列多重変換器や分散型電源用の直列多重変換器では、点検時は直列多重変換器を停止したり、あるいは直列多重変換器を停止した際にバイパス回路で給電するなどしているが、バイパス回路で給電する場合には商用電源から給電することとなり、直列多重変換器本来のメリットを維持することができない。 In addition, for industrial serial multiple converters and serial multiple converters for distributed power supplies, the serial multiple converter is stopped during inspection, or power is supplied by a bypass circuit when the serial multiple converter is stopped. However, when power is supplied by a bypass circuit, power is supplied from a commercial power source, and the original merit of the serial multiple converter cannot be maintained.
ここで、複数台の電力変換器の直流側を接続して電力の融通を行うシステムにおいて、1台の電力変換器が系統事故や変換器の故障等で停止しても、残りの健全な電力変換器で運転を継続できるようにしたものがある(特許文献1参照)。
しかし、特許文献1のものでは予備の電力変換器を設ける必要がある。複数台の変換器を直列に接続して構成された直列多重変換器の故障や点検時の対策として、予備の変換器(例えば1相分)を用意することも考えられる。例えば、直列多重変換器を構成する変換器の故障や点検時に予備の変換器に切り替え、運転を継続するようにすることも考えられるが、そうすると、1台あたりの稼働率が低下するとともに変換器1台分のシステム容量が増えることになり、設置スペース等の制約を受けることになる。
However, in the thing of
さらに、通常、三相各相に直列接続される変換器は定格容量が同一のものであるので、所望の容量の直列多重変換器を構成することができない場合がある。例えば、変換器の単体の定格容量が50kVAである場合、3相分の定格容量として、各相1台の変換器を用いる場合は150kVAとなり、各相2台の変換器を用いる場合は300kVAとなる。同様に、変換器の単体の定格容量が200kVAである場合、3相分の定格容量として、各相1台の変換器を用いる場合は600kVAとなり、各相2台の変換器を用いる場合は1200kVAとなる。すなわち、設計の標準化、合理化から変換器の単体の定格容量の3の倍数の定格容量の製造が望まれており、変換器の単体の定格容量の3の倍数でない出力を得るには、部分負荷運転をすることになる。 Furthermore, since the converters connected in series to each of the three-phase phases have the same rated capacity, it may not be possible to configure a serial multiple converter having a desired capacity. For example, when the rated capacity of a single converter is 50 kVA, the rated capacity for three phases is 150 kVA when using one converter for each phase, and 300 kVA when using two converters for each phase. Become. Similarly, when the rated capacity of a single converter is 200 kVA, the rated capacity for three phases is 600 kVA when using one converter for each phase, and 1200 kVA when using two converters for each phase. It becomes. That is, it is desired to produce a rated capacity that is a multiple of 3 times the rated capacity of a single converter because of standardization and rationalization of the design. To obtain an output that is not a multiple of 3 of the rated capacity of a single converter, a partial load I will drive.
図13は、直列多重変換器の三相各相の変換器の台数がそれぞれ2台であり、各々の変換器の定格容量も同一である場合において、直列多重変換器の出力電圧を下げた部分負荷運転をする場合の出力電圧ベクトル図である。 FIG. 13 shows a part in which the output voltage of the serial multiple converter is lowered when the number of three-phase converters of the serial multiple converter is two and the rated capacity of each converter is the same. It is an output voltage vector figure in the case of carrying out load operation.
図13(a)は通常運転時の出力電圧ベクトル図、図3(b)は変換器の運転台数を一定としたままで変換器の出力電圧の大きさを調整制御して三相各相の出力線間電圧を下げた場合の出力電圧ベクトル図、図13(c)は三相各相の変換器の運転台数を減らし1台とて直列多重変換器の三相各相の出力線間電圧を下げた場合の出力電圧ベクトル図である。 FIG. 13 (a) is an output voltage vector diagram during normal operation, and FIG. 3 (b) is a diagram showing the three-phase each phase by adjusting and controlling the magnitude of the output voltage of the converter while keeping the number of converters in operation constant. The output voltage vector diagram when the output line voltage is lowered, FIG. 13C shows the output line voltage of each of the three-phase converters of the three-phase converter by reducing the number of operating three-phase converters to one. It is an output voltage vector figure at the time of lowering.
図13(a)において、通常運転時においては、直列多重変換器11のU相の変換器の出力電圧U1、U2、V相の変換器の出力電圧V1、V2、W相の変換器の出力電圧W1、W2は、それぞれ大きさが同じであり、直列多重変換器11のU相、V相、W相の変換器出力電圧は、それぞれ120°の位相差を持つ三相平衡電流を維持している。図13(b)においては、直列多重変換器11のU相の変換器の出力電圧をu1、u2、V相の変換器の出力電圧をv1、v2、W相の変換器の出力電圧をw1、w2に下げて三相各相の出力線間電圧を下げた場合を示し、図13(c)においては、直列多重変換器11のU、V、W相の変換器の1台を停止して出力電圧U1、V1、W1とし、三相各相の出力線間電圧を下げた場合を示している。
In FIG. 13A, during normal operation, the output voltages U1, U2 of the U-phase converter of the serial
つまり、従来においては、図3(b)に示すように、三相各相の変換器の出力電圧を下げて部分負荷運転を行ったり、三相各相の変換器の運転台数をそれぞれ減らして部分負荷運転を行っていた。 In other words, in the prior art, as shown in FIG. 3 (b), the output voltage of the three-phase each phase converter is lowered to perform partial load operation, or the number of operating three-phase each phase converter is reduced. A partial load operation was performed.
三相各相の変換器の出力電圧を下げて変換器を部分負荷で運転すると、変換器の効率が低下するという課題があり、また、変換器の運転台数を減らした場合には段階的な変化の部分負荷運転しかできないという課題があった。 When the output voltage of the three-phase converter is lowered and the converter is operated at a partial load, there is a problem that the efficiency of the converter is reduced. There was a problem that only partial load operation of change was possible.
そこで、負荷変化が連続的な部分負荷でも効率が低下しない変換器が求められていた。例えば、風力発電、太陽光発電などに適用する変換器においては、連続的な部分負荷運転の頻度が高い。このため、出力が変動しても効率のよい発電が継続できれば、再生可能エネルギーを有効利用することになり、CO2排出削減につながる。その結果、地球温暖化を防ぐことも期待できる。 Therefore, there has been a demand for a converter in which the efficiency does not decrease even when the load change is a continuous partial load. For example, in a converter applied to wind power generation, solar power generation, etc., the frequency of continuous partial load operation is high. For this reason, if efficient power generation can be continued even if the output fluctuates, renewable energy will be used effectively, leading to a reduction in CO 2 emissions. As a result, it can be expected to prevent global warming.
本発明の目的は、直列多重変換器のいずれかの変換器が故障停止した場合であっても運転を継続でき、出力が変動しても効率を下げることなく運転できる直列多重型交直変換装置及び制御方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a serial multiple AC / DC converter capable of continuing operation even when any converter of a serial multiple converter has stopped due to failure, and capable of operating without lowering efficiency even when the output fluctuates, and It is to provide a control method.
請求項1の発明に係わる直列多重型交直変換装置は、定格容量が同一のものまたは異なるものを含んだ複数個の電力変換器を組み合わせて三相各相にそれぞれ直列に接続して形成された直列多重変換器と、前記直列多重変換器の三相各相の出力線間電圧が平衡三相線間電圧を保持するように前記直列多重変換器の三相各相に接続された変換器の出力電圧の位相または大きさを調整制御する変換器制御装置とを備えたことを特徴とする。
The serial multiple AC / DC converter according to the invention of
請求項2の発明に係わる直列多重型交直変換装置は、請求項1の発明において、前記変換器は、三相各相に対して同じ台数が直列接続されたことを特徴とする。
The serial multiple AC / DC converter according to the invention of
請求項3の発明に係わる直列多重型交直変換装置は、請求項1の発明において、前記変換器は、三相各相の少なくともいずれか1相は異なる台数が直列接続されたことを特徴とする。
The serial multiple AC / DC converter according to the invention of
請求項4の発明に係わる直列多重型交直変換装置は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発明において、前記変換器制御装置は、変換器の運転台数を変更する際に、前記直列多重変換器の出力電圧の位相または大きさを調整制御し、三相各相の出力線間電圧が平衡三相線間電圧を保持することを特徴とする。
The serial multiple type AC / DC converter according to the invention of
請求項5の発明に係わる直列多重型交直変換装置は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発明において、前記変換器制御装置は、三相各相の変換器の運転台数を一定として、前記直列多重変換器の三相各相の出力線間電圧が平衡三相線間電圧となるように、変換器の出力電圧の位相または大きさを調整制御することを特徴とする。
The serial multiple type AC / DC converter according to the invention of
請求項6の発明に係わる直列多重型交直変換装置は、請求項1ないし5のいずれか1項の発明において、三相各相の変換器の運転台数または変換器の出力電圧の位相もしくは大きさを調整制御し前記平衡三相線間電圧の値を変更前の値と同じ値に保持することを特徴とする。
The serial multiple AC / DC converter according to the invention of
請求項7の発明に係わる直列多重型交直変換装置は、請求項1ないし6のいずれか1項の発明において、前記変換器制御装置は、三相各相の運転台数または変換器の出力電圧の位相もしくは大きさを調整制御し変換器の効率変動を極力抑制することを特徴とする。 請求項8の発明に係わる直列多重型交直変換装置は、複数台の電力変換器が三相各相にそれぞれ直列に接続された直列多重変換器と、前記直列多重変換器のいずれかの変換器が故障停止したことを検出する故障検出器と、前記故障検出器が故障停止した変換器を検出したときは前記直列多重変換器の三相各相の出力線間電圧が健全時の電圧を保持するように故障停止した変換器を除いた健全な変換器の出力電圧の位相または大きさを調整制御する変換器制御装置とを備えたことを特徴とする。
The serial multiple type AC / DC converter according to the invention of
請求項9の発明に係わる直列多重型交直変換装置は、請求項8の発明において、前記変換器制御装置は、故障停止した変換器を除いた健全な変換器の各々の出力電圧の大きさを同一とし、故障停止した変換器が接続された相の位相を健全時と同一位相とすることを特徴とする。
The serial multiplexing type AC / DC converter according to the invention of
請求項10の発明に係わる直列多重型交直変換装置の制御方法は、定格容量が同一のもの及び異なるものを含んだ複数個の電力変換器が三相各相にそれぞれ直列に接続され三相交流電力を供給する直列多重型交直変換装置の制御方法において、前記直列多重変換器の三相各相に接続された変換器の出力電圧の位相または大きさを調整制御し、前記直列多重変換器の三相各相の出力線間電圧を平衡三相線間電圧に保持することを特徴とする。
The control method of the serial multiplex type AC / DC converter according to the invention of
請求項11の発明に係わる直列多重型交直変換装置の制御方法は、複数台の電力変換器が三相各相にそれぞれ直列に接続され三相交流電力を供給する直列多重型交直変換装置の制御方法において、前記直列多重変換器のいずれかの変換器の故障停止したか否かを判定し、前記変換器のいずれも故障停止していないときは前記直列多重変換器の三相各相の出力線間電圧が所定電圧となるように前記直列多重変換器の各々の変換器を制御し、前記変換器のいずれかが故障停止したときは前記直列多重変換器の三相各相の出力線間電圧が健全時の所定電圧を保持するように故障停止した変換器を除いた健全な変換器の出力電圧の位相または大きさを調整制御することを特徴とする直列多重型交直変換装置の制御方法。
A control method for a serial multiplex AC / DC converter according to the invention of
請求項12の発明に係わる直列多重型交直変換装置の制御方法は、請求項11の発明において、前記変換器のいずれかが故障停止したとき、前記直列多重変換器の三相各相の出力線間電圧が健全時の所定電圧を保持するように故障停止した変換器を除いた健全な変換器の出力電圧の位相または大きさを調整制御するにあたり、健全な変換器の各々の出力電圧の大きさを同一とし、故障停止した変換器が接続された相の位相を健全時と同一位相とすることを特徴とする。
The control method of the serial multiple AC / DC converter according to the invention of
本発明によれば、定格容量が同一または異なる変換器を三相各相に接続して直列多重変換器を形成し、直列多重変換器の三相各相の出力線間電圧が平衡三相線間電圧を保持するように、三相各相に接続された変換器の出力電圧の位相または大きさを調整制御するので、出力が変動しても効率を下げることなく運転できる直列多重変換器を構成することができる。 According to the present invention, converters having the same or different rated capacities are connected to three-phase respective phases to form a serial multiple converter, and the output line voltage of each of the three phases of the serial multiple converter is a balanced three-phase line. Since the phase or magnitude of the output voltage of the converter connected to each phase of the three phases is adjusted and controlled so as to maintain the inter-voltage, a serial multiple converter that can be operated without lowering the efficiency even if the output fluctuates Can be configured.
また、直列多重変換器の1台の変換器が故障停止になってもその他の健全な変換器で分担して運転するので、予備の変換器を設けることなく、直列多重変換器の出力電圧を健全時の電圧に維持できる。また、予備の変換器を設置する必要がなくなり設置スペースを縮小できる。さらに、直列多重変換器を停止することなく点検ができるので信頼性が向上し、設備の予防保全やシステム故障率を低下できる。 Also, even if one converter of the serial multiple converter is stopped due to failure, it is shared and operated by other healthy converters, so the output voltage of the serial multiple converter can be increased without providing a spare converter. It can be maintained at a healthy voltage. Further, it is not necessary to install a spare converter, and the installation space can be reduced. Furthermore, since the inspection can be performed without stopping the serial multiple converter, the reliability is improved, and the preventive maintenance of the equipment and the system failure rate can be reduced.
図1は本発明の第1実施の形態に係わる直列多重型交直変換装置の構成図である。直列多重変換器11は、三相各相に対してそれぞれ複数台の変換器12が設けられる。三相各相に対して直列接続される変換器12の台数は、同じ台数もしくは三相各相の少なくともいずれか1相は異なる台数が直列接続される。図1では三相各相のU相、V相、W相に対して、それぞれ同じ台数の2台の変換器12が設けられた場合を示している。すなわち、U相には変換器12U1、12U2が設けられ、V相には変換器12V1、12V2が設けられ、W相には変換器12W1、12W2が設けられている。また、変換器12U1〜12W2は、定格容量が同一のものまたは異なるものが組み合わせて接続される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a serial multiplex AC / DC converter according to the first embodiment of the present invention. The serial
図2は、1個の変換器12の一例を示す回路構成図である。変換器12は、例えば絶縁ゲート形半導体素子である4個のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュール13を直並列に接続して構成され、直流電源14からの直流電力を交流電力に変換して巻線15に出力するようになっている。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an example of one
そして、図1に示すように、変換器12の巻線15を変圧器16の一次巻線に磁気結合させ、三相各相に2個ずつ直列に配置する。これにより、変圧器16の各々の一次巻線からは、各相につき、直列接続された2個の変換器12の出力電圧が出力される。
Then, as shown in FIG. 1, the winding 15 of the
変換器制御装置18は、各々の変換器12U1〜12W2を制御するものであり、三相各相の変換器12U1〜12W2の運転台数を一定または変更して、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wが平衡三相線間電圧となるように、変換器12U1〜12W2の電圧指令値及び位相指令値を演算する。変換器制御装置18で演算された変換器12U1〜12W2の電圧指令値及び位相指令値はゲート制御回路23に入力され、ゲート制御回路23は、変換器制御装置18からの電圧指令値及び位相指令値を満たすように変換器12U1〜12W2にゲート信号を出力する。
The
これにより、三相各相の変換器12U1〜12W2の出力電圧や位相は不平衡となるが、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wは平衡三相線間電圧となる。
As a result, the output voltages and phases of the three-phase converters 12U1 to 12W2 become unbalanced, but the three-phase output-phase voltages U, V, and W of the serial
図3は本発明の第1の実施の形態における直列多重変換器11の三相各相の変換器の台数が同一で定格容量も同一である場合の直列多重変換器11の出力電圧を下げる場合の実施例を示す出力電圧ベクトル図である。図3(a)は通常運転時の出力電圧ベクトル図、図3(b)は変換器12の運転台数を一定としたままで直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧を下げつつ平衡三相線間電圧を維持するように変換器の出力電圧の大きさを調整制御した場合の出力電圧ベクトル図、図3(c)は変換器12の運転台数を一定としたままで直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧を下げつつ平衡三相線間電圧を維持するように変換器の出力電圧及び位相を調整制御した場合の出力電圧ベクトル図である。
FIG. 3 shows a case where the output voltage of the serial
図3(a)に示すように、通常運転時においては、直列多重変換器11のU相の変換器12U1、12U2の出力電圧U1、U2、V相の変換器12V1、12V2の出力電圧V1、V2、W相の変換器12W1、12W2の出力電圧W1、W2は、それぞれ大きさが同じであり、直列多重変換器11のU相、V相、W相の相電圧は、それぞれ120°の位相差を持つ三相平衡電圧を維持している。また、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧であるU−V相、V−W相、W−U相の線間電圧U、V、Wもそれぞれ120°の位相差を持つ三相平衡電圧を維持している。
As shown in FIG. 3A, during normal operation, the U-phase converters 12U1 and 12U2 of the serial
この状態で、直列多重変換器11の変換器12U1〜W2の運転台数を一定としたままで直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを下げる場合を考える。図3(b)は、直列多重変換器11の三相各相の各々の変換器12のいずれか一つの変換器12の出力電圧の大きさを調整して、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを変更した場合を示している。すなわち、直列多重変換器11のU相については変換器12U2の出力電圧をU2からu2とし、V相については変換器12V2の出力電圧をV2からv2とし、W相については変換器12W2の出力電圧をW2からw2として、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを変更する。
In this state, when the number of converters 12U1 to W2 of the serial
一方、図3(c)は、直列多重変換器11の三相各相のいずれか一相の変換器12の出力電圧の大きさを調整するとともに、二相の変換器12の出力電圧の大きさは一定のままで位相を調整して、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを変更した場合を示している。すなわち、直列多重変換器11のW相については変換器12W1、12W2の出力電圧を下げ、U相及びV相については変換器12U1(12V1)、12U2(12V2)の出力電圧は一定とし、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wが三相平衡電圧を維持するように、U相及びV相の位相を変更する。
On the other hand, FIG. 3C adjusts the magnitude of the output voltage of the
この場合、図3(c)に示すように、直列多重変換器11の三相各相の出力電圧や位相は不平衡となっているが、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wは平衡三相線間電圧となる。このように、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wが平衡三相線間電圧となる限りは、直列多重変換器11の三相各相の出力電圧や位相が不平衡となる運転を許容し、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの変更を可能としている。これにより、所望の容量の直列多重変換器を構成することができる。
In this case, as shown in FIG. 3C, the output voltage and phase of each of the three phases of the serial
図4は本発明の第1の実施の形態における直列多重変換器11の三相各相の変換器の台数が同じで定格容量が異なる場合の直列多重変換器11の出力電圧の実施例を示す出力電圧ベクトル図である。図4(a)は通常運転時の出力電圧ベクトル図、図4(b)、図4(c)は変換器12の運転台数を変更して直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧を下げつつ平衡三相線間電圧を維持するように変換器の出力電圧の大きさを調整制御した場合の出力電圧ベクトル図である。
FIG. 4 shows an example of the output voltage of the serial
図4(a)に示すように、三相各相の変換器12の台数はそれぞれ2台で同じであるが、W相の2台の変換器の定格容量は、U相及びV相の変換器の定格容量の1/2であるものを用いている。従って、通常運転時においては、直列多重変換器11のU相の変換器12U1、12U2の出力電圧U1、U2、V相の変換器12V1、12V2の出力電圧V1、V2はそれぞれ同じであるが、W相の変換器12W1、12W2の出力電圧W1、W2は、U相及びV相の変換器の出力電圧の1/2となっている。このため、直列多重変換器11の三相各相の出力電圧や位相は不平衡となっている。
As shown in FIG. 4A, the number of
なお、直列多重変換器11の三相各相の出力電圧や位相は不平衡であるが、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wは平衡三相線間電圧となるように調整されている。従って、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧であるU−V相、V−W相、W−U相の線間電圧U、V、Wはそれぞれ120°の位相差を持つ三相平衡電圧を維持している。このように、通常運転時においても、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wが平衡三相線間電圧となる限りは、直列多重変換器11の三相各相の出力電圧や位相が不平衡となる運転を許容している。
In addition, although the output voltage and phase of each of the three phases of the serial
この状態で、直列多重変換器11の変換器12U1〜W2の運転台数を変更して、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを下げる場合を考える。図4(b)は、直列多重変換器11のU相及びV相の変換器U2、V2を停止または出力電圧を0として、直列多重変換器11のU相及びV相出力電圧の大きさを調整し、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを変更した場合を示している。すなわち、直列多重変換器11のW相については変換器12W1、12W2の出力電圧をそのままとし、U相及びV相については変換器12U2(12V2)の出力電圧が0となるようにし、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wが三相平衡電圧を維持するように、U相及びV相の位相を変更する。これにより、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを下げることができる。
In this state, the operation number of converters 12U1 to W2 of the serial
図4(c)は、直列多重変換器11のW相の変換器W2を停止または出力電圧を0として、直列多重変換器11のW相の出力電圧の大きさを調整し、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを変更した場合を示している。すなわち、直列多重変換器11のU相及びV相については変換器12U1、12U2、変換器12V1、12V2の出力電圧をそのままとし、直列多重変換器11のW相については変換器12W2の出力電圧が0となるようにし、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wが三相平衡電圧を維持するように、U相及びV相の位相を変更する。これにより、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを下げることができる。 以上の説明では、三相各相に対して同じ台数の変換器12が直列接続された場合について説明したが、三相各相の少なくともいずれか1相は異なる台数の変換器12が直列接続された場合に同様である。
FIG. 4 (c) shows that the W-phase converter W2 of the serial
図5は本発明の第1の実施の形態における直列多重変換器11の三相各相の変換器の台数が異なり各変換器の定格容量も異なる場合の直列多重変換器11の出力電圧の実施例を示す出力電圧ベクトル図である。図5(a)は通常運転時の出力電圧ベクトル図、図5(b)は変換器12の運転台数を一定としたままで直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧を下げつつ平衡三相線間電圧を維持するように変換器の出力電圧の大きさを調整制御した場合の出力電圧ベクトル図、図5(c)は変換器12の運転台数を一定としたままで直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧を下げつつ平衡三相線間電圧を維持するように変換器の出力電圧及び位相を調整制御した場合の出力電圧ベクトル図である。
FIG. 5 shows the implementation of the output voltage of the serial
図5(a)に示すように、三相各相の変換器12の台数が異なり、U相及びV相には3台の変換器12U1、U2、U3(12V1、V2、V3)が接続され、W相には2台の変換器12W1、12W2が接続されている。また、W相の2台の変換器12W1、12W2の定格容量は、U相の変換器12U3及びV相の変換器12V3の定格容量と同じであり、U相の変換器12U1、12U2及びV相の変換器12V1、12V2の定格容量は、W相の変換器12W1、12W2の定格容量の1/2であるものを用いている。通常運転時においては、直列多重変換器11のU相、V相、W相の相電圧は、それぞれ120°の位相差を持つ三相平衡電圧を維持している。また、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧であるU−V相、V−W相、W−U相の線間電圧U、V、Wもそれぞれ120°の位相差を持つ三相平衡電圧を維持している。
As shown in FIG. 5A, the number of
この状態で、直列多重変換器11の変換器12の運転台数を一定としたままで直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを下げる場合を考える。図5(b)は、直列多重変換器11の三相各相の各々の変換器12のいずれか一つの変換器12の出力電圧の大きさを調整して、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを変更した場合を示している。すなわち、直列多重変換器11のU相については変換器12U3の出力電圧をU3からu3とし、V相については変換器12V3の出力電圧をV3からv3とし、W相については変換器12W2の出力電圧をW2からw2として、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを変更する。
In this state, the case where the magnitudes of the output line voltages U, V, W of the three-phase each phase of the serial
一方、図5(c)は、直列多重変換器11の三相各相のいずれか一相の変換器12の出力電圧の大きさを調整するとともに、二相の変換器12の出力電圧の大きさは一定のままで位相を調整して、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを変更した場合を示している。すなわち、直列多重変換器11のW相については変換器12W1、12W2の出力電圧を下げ、U相及びV相については変換器12U1(12V1)、12U2(12V2)、12U3(12V3)の出力電圧は一定とし、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wが三相平衡電圧を維持するように、U相及びV相の位相を変更する。
On the other hand, FIG. 5C shows the magnitude of the output voltage of the
図6は本発明の第1の実施の形態における直列多重変換器11の三相各相の変換器の台数が異なり各変換器の定格容量も異なる場合の直列多重変換器11の出力電圧の他の実施例を示す出力電圧ベクトル図である。図6(a)は通常運転時の出力電圧ベクトル図、図6(b)、図6(c)は変換器12の運転台数を変更して直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧を下げつつ平衡三相線間電圧を維持するように変換器の出力電圧の大きさを調整制御した場合の出力電圧ベクトル図である。
FIG. 6 shows the output voltage of the serial
図6(a)に示すように、三相各相の変換器12の台数が異なり、U相及びV相には3台の変換器12U1、U2、U3(12V1、V2、V3)が接続され、W相には2台の変換器12W1、12W2が接続されている。また、W相の2台の変換器12W1、12W2の定格容量は、U相の変換器12U1、12U2及びV相の変換器12V1、12V2の定格容量と同じであり、U相の変換器12U3及びV相の変換器12V3の定格容量の1/2であるものを用いている。
As shown in FIG. 6A, the number of
通常運転時においては、直列多重変換器11のU相、V相、W相の相電圧は、不平衡三相電圧であるが、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧であるU−V相、V−W相、W−U相の線間電圧U、V、Wはそれぞれ120°の位相差を持つ三相平衡電圧を維持している。このように、通常運転時においても、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wが平衡三相線間電圧となる限りは、直列多重変換器11の三相各相の出力電圧や位相が不平衡となる運転を許容している。
During normal operation, the phase voltage of the U-phase, V-phase, and W-phase of the serial
この状態で、直列多重変換器11の変換器12の運転台数を変更して、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを下げる場合を考える。図6(b)は、直列多重変換器11のU相及びV相の変換器12U3、12V3を停止または出力電圧を0として、直列多重変換器11のU相及びV相出力電圧の大きさを調整し、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを変更した場合を示している。すなわち、直列多重変換器11のW相については変換器12W1、12W2の出力電圧をそのままとし、U相及びV相については変換器12U3(12V3)の出力電圧が0となるようにし、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wが三相平衡電圧を維持するように、U相及びV相の位相を変更する。これにより、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを下げることができる。
In this state, consider the case where the number of
図6(c)は、直列多重変換器11のV相の変換器12V3を停止または出力電圧を0として、直列多重変換器11のV相出力電圧の大きさを調整し、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを変更した場合を示している。すなわち、直列多重変換器11のU相及びW相については変換器12U1、12U2、12W1、12W2の出力電圧をそのままとし、V相については変換器12V3の出力電圧が0となるようにし、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wが三相平衡電圧を維持するように、V及びW相の位相を変更する。これにより、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧U、V、Wの大きさを下げることができる。
In FIG. 6C, the V-phase converter 12V3 of the serial
以上の実施例では、各相の線間電圧の大きさを下げた場合について説明したが、各相の出力線間電圧を変えずに各変換器の台数や位相などを変更することにより、定格出力を維持することもできる。 In the above embodiments, the case where the magnitude of the line voltage of each phase is reduced has been described, but the rating and the number of phases can be changed without changing the output line voltage of each phase. The output can also be maintained.
また、出力線間電圧を平衡三相状態に維持する条件の中で、三相各相の変換器の出力電圧ベクトルの位相と大きさを自由自在に変えることもできる。さらに、三相各相の変換器の出力電圧ベクトルの位相と大きさを自由自在に変えることで三相各相の出力線間電圧の電圧・電流ベクトルの位相と大きさを自由自在に変えることもできる。これにより、高効率運転を維持しながら所望の三相平衡あるいは三相不平衡の出力線間電圧を得ることができる。 In addition, the phase and magnitude of the output voltage vector of the three-phase converter can be freely changed under the condition of maintaining the output line voltage in a balanced three-phase state. Furthermore, by freely changing the phase and magnitude of the output voltage vector of the three-phase phase converter, the phase and magnitude of the voltage / current vector of the output line voltage of the three-phase phase can be freely changed. You can also. As a result, a desired three-phase balanced or three-phase unbalanced output line voltage can be obtained while maintaining high efficiency operation.
次に、各相の変換器12の運転台数を変更した場合の損失について説明する。図7は、各相の各々の変換器12が4台ずつ設けられ、合計12台の変換器12を有した直列多重型交直変換装置11の出力線間電圧(p.u.)と損失(%)との関係を示すグラフである。折れ線L1は従来方式(運転台数を3の倍数のみ選んで変調率を変化させて出力電圧を調整する方式)の場合の特性、折れ線L2は本発明の場合の特性を表している。図7中の折れ点での数値は、変換器の運転台数を示している。
Next, the loss when the number of
表1は従来方式での折れ線L1の各折れ点における変換器の運転台数、出力線間電圧(p.u.)及び損失(%)を示す表である。
また、表2は本発明の方式での折れ線L2の各折れ点における変換器の運転台数、出力線間電圧(p.u.)及び損失(%)を示す表である。
いま、各相の4台の変換器12が4台ともに変調率(m=1)で運転されている場合(12台運転の場合)が最高電圧(出力線間電圧が1.00p.u.)であるとし、変換器12を変調率(m=1)で運転した場合の直列多重型交直変換装置11の変換器12の損失は約1.03%であるとする。
Now, when all four
そうすると、各相の変換器12が同じ台数でしかも変調率(m=1)で運転されている場合は、直列多重型交直変換装置11の変換器12の損失は、従来方式のときも本発明のときもいずれの場合も約1.03%で同じある。すなわち、各相の1台の変換器12(3台運転の場合)が変調率(m=1)で運転されている場合、各相の2台の変換器12(6台運転の場合)が変調率(m=1)で運転されている場合、各相の3台の変換器12(9台運転の場合)が変調率(m=1)で運転されている場合は、直列多重型交直変換装置11の変換器12の損失はいずれの場合も約1.03%で同じある。
Then, when the
次に、例えば、出力線間電圧を0.82 p.u.としたい場合、従来方式では各相の4台(12台運転)が変調率を1から0.82に下げて運転することになり、損失は約1.25%に増加する。一方、本発明方式では合計が3の倍数以外の台数でも運転できるので、U相の4台、V相の3台、W相の3台(10台運転)を変調率を1に保ちながら運転すれば、損失は約1.03%からほとんど変動しない1.04%となる。このように、三相各相の運転台数または変換器の出力電圧の位相もしくは大きさを変更しても変換器の効率変動を極力抑制することができる。 Next, for example, when the output line voltage is set to 0.82 pu, in the conventional method, 4 units (12 units operation) of each phase are operated with the modulation rate reduced from 1 to 0.82, and the loss occurs. Increases to about 1.25%. On the other hand, the system of the present invention can be operated with a total number other than a multiple of 3, so that 4 units of U phase, 3 units of V phase and 3 units of W phase (10 units operation) are operated while keeping the modulation rate at 1. In this case, the loss is about 1.03% to 1.04% which hardly fluctuates. Thus, even if the number of operating three-phase phases or the phase or magnitude of the output voltage of the converter is changed, fluctuations in the efficiency of the converter can be suppressed as much as possible.
本発明の第1の実施の形態によれば、定格容量が同一または異なる変換器12を三相各相に接続して直列多重変換器11を形成し、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧が平衡三相線間電圧を保持するように、直列多重変換器11の三相各相の出力電圧や位相が不平衡となる運転を許容して、三相各相に接続された変換器12の出力電圧の位相または大きさを調整制御するので、直列多重変換器11は、変換器12の定格容量の制約を受けることなく所望の容量とすることができる。また、経年変化等により定格容量が低下した変換器12に対して、他の健全な変換器12により出力電圧の一部を肩代わりすることも可能である。
According to the first embodiment of the present invention, the
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図8は本発明の第2の実施の形態に係わる直列多重型交直変換装置の構成図である。この第2の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、故障検出器17を設け、変換器制御装置12は、故障検出器17が故障停止した変換器12を検出したときは、直列多重変換器の三相各相の出力線間電圧が健全時の電圧を保持するように、故障停止した変換器12を除いた健全な変換器12の出力電圧の位相または大きさを調整制御するようにしたものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram of a serial multiplex AC / DC converter according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, a
図8において、直列多重変換器11は、三相各相に対してそれぞれ複数台の変換器12が設けられる。図8では三相各相のU相、V相、W相に対して、それぞれ2台の変換器12が設けられた場合を示している。すなわち、U相には変換器12U1、12U2が設けられ、V相には変換器12V1、12V2が設けられ、W相には変換器12W1、12W2が設けられている。
In FIG. 8, the serial
そして、図8に示すように、変換器12の巻線15を変圧器16の一次巻線に磁気結合させ、三相各相に2個ずつ直列に配置する。これにより、変圧器16の各々の一次巻線からは、各相につき、直列接続された2個の変換器12の出力電圧が出力される。
Then, as shown in FIG. 8, the winding 15 of the
また、直列多重変換器11の各々の変換器12U1〜12W2のいずれかが故障停止したことを検出する故障検出器17が設けられており、この故障検出器17で検出された変換器12U1〜12W2の故障停止信号は変換器制御装置18に入力される。
Further, a
変換器制御装置18は、各々の変換器12U1〜12W2を制御するものであり、正常時指令値演算手段19及び故障停止時指令値演算手段20を有する。正常時指令値演算手段19は、各々の変換器12U1〜12W2が三相交流の所定電圧を出力するように電圧指令値及び位相指令値を演算する。一方、故障停止時指令値演算手段20は故障停止判定手段21により起動され、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧が健全時の電圧を保持するように、故障停止した変換器12を除いた健全な変換器12の電圧指令値及び位相指令値を演算する。
The
次に、故障停止判定手段21は、故障検出器17により故障停止した変換器12が検出されたときは、故障停止した変換器12を識別し、故障停止時指令値演算手段20を起動するとともに切換手段22を起動する。切換手段22は、正常時においては、正常時指令値演算手段19の出力を選択してゲート制御回路23に出力し、故障検出器17により故障停止した変換器12が検出されたときは、故障停止時指令値演算手段20の出力を選択する。ゲート制御回路23は、切換手段22からの電圧指令値及び位相指令値を満たすように変換器12U1〜12W2にゲート信号を出力する。
Next, when the
これにより、直列多重変換器11の各々の変換器12U1〜12W2が正常であるときは、正常時指令値演算手段19からの電圧指令値及び位相指令値により各々の変換器12U1〜12W2は制御され、一方、直列多重変換器11の各々の変換器12U1〜12W2のいずれかが故障停止したときは、故障停止時指令値演算手段20からの電圧指令値及び位相指令値により各々の変換器12U1〜12W2は制御される。
Thereby, when each converter 12U1 to 12W2 of the serial
図9は、直列多重変換器11のいずれか1台の変換器12が故障停止したときの直列多重変換器11の出力電圧ベクトル図である。図9(a)は直列多重変換器11の各々の変換器12U1〜12W2が正常である場合の出力電圧ベクトル図、図9(b)は直列多重変換器11の変換器12W2が故障停止し、残りの健全な変換器12U1〜12W1で出力を分担した場合の出力電圧ベクトル図である。
FIG. 9 is an output voltage vector diagram of the serial
図9(a)に示すように、直列多重変換器11の各々の変換器12U1〜12W2が正常である場合には、U相の変換器12U1、12U2の出力電圧U1、U2、V相の変換器12V1、12V2の出力電圧V1、V2、W相の変換器12W1、12W2の出力電圧W1、W2は、それぞれ大きさが同じであり、U相、V相、W相の相電圧は、それぞれ120°の位相差を持つ三相平衡電圧を維持している。また、U−V相、V−W相、W−U相の線間電圧もそれぞれ120°の位相差を持つ三相平衡電圧を維持している。
As shown in FIG. 9A, when each of the converters 12U1 to 12W2 of the serial
この状態で、直列多重変換器11の変換器12W2が故障停止したとすると、W相の変換器12W2の出力電圧が零となる。そこで、故障停止したW相の変換器12W2を除いた健全な変換器12U1〜12W1の出力電圧U1〜W1の位相または大きさを調整制御して、三相各相の出力線間電圧(U−V相、V−W相、W−U相の線間電圧)が健全時の電圧を保持するように制御する。
In this state, assuming that the converter 12W2 of the serial
図9(b)に示すように、残りの健全な変換器12U1〜12W1で出力を分担した場合、U相(u1+u2)、V相(v1+v2)、W相(w1)の相電圧は不平衡状態であるが、U−V相、V−W相、W−U相の線間電圧は三相平衡電圧となる。図9(b)では、健全な変換器12U1〜12W1の各々の出力電圧u1〜w1の大きさを同一とし、故障停止した変換器12W2が接続されたW相の位相を健全時と同一位相とした場合を示している。 As shown in FIG. 9B, when the outputs are shared by the remaining healthy converters 12U1 to 12W1, the phase voltages of the U phase (u1 + u2), the V phase (v1 + v2), and the W phase (w1) are in an unbalanced state. However, the line voltages of the U-V phase, the V-W phase, and the W-U phase are three-phase balanced voltages. In FIG. 9B, the magnitudes of the output voltages u1 to w1 of the sound converters 12U1 to 12W1 are the same, and the phase of the W phase to which the converter 12W2 that has failed is connected is the same as that at the time of sound. Shows the case.
図10は、健全な変換器12U1〜12W1の出力電圧U1〜W1の位相または大きさの調整制御についての説明図である。いま、図10に示すように、健全な変換器12U1〜12W2の分担前の各々の出力電圧をU1〜W2、分担後の相電圧の中性点をO、健全な変換器12U1〜12W1の分担後の各々の出力電圧をu1〜w1、三相各相の出力線間電圧(U−V相、V−W相、W−U相の線間電圧)の出力端をA、B、Cとする。そして、U1=U2=V1=V2=W1=1、∠AOB=2θ、AB=BC=CA=a、u1=u2=v1=v2=w1=bとする。そうすると、下記の(1)式が成立する。 FIG. 10 is an explanatory diagram regarding the adjustment control of the phase or size of the output voltages U1 to W1 of the healthy converters 12U1 to 12W1. Now, as shown in FIG. 10, each output voltage before sharing of the healthy converters 12U1 to 12W2 is U1 to W2, the neutral point of the phase voltage after sharing is O, and the sharing of the healthy converters 12U1 to 12W1 The subsequent output voltages are u1 to w1, and the output terminals of the three-phase output line voltages (U-V phase, V-W phase, W-U phase line voltages) are A, B, and C, respectively. To do. Then, U1 = U2 = V1 = V2 = W1 = 1, ∠AOB = 2θ, AB = BC = CA = a, u1 = u2 = v1 = v2 = w1 = b. Then, the following formula (1) is established.
sinθ=(a/2)/2b=a/4b …(1)
また、△OCBに対する余弦定理より下記の(2)式が成立する。
sin θ = (a / 2) / 2b = a / 4b (1)
Further, the following equation (2) is established from the cosine theorem for ΔOCB.
a2=b2+(2b)2−4b2cos(π−θ)
cosθ=(a2−5b2)/4b2 …(2)
(1)式及び(2)式を「sin2θ+cos2θ=1」に代入すると(3)式が得られる。
a 2 = b 2 + (2b) 2 -4b 2 cos (π-θ)
cos θ = (a 2 −5b 2 ) / 4b 2 (2)
Substituting Equations (1) and (2) into “sin 2 θ + cos 2 θ = 1” yields Equation (3).
a2b2+(a2−5b2)2=16b4
9b4−9a2b2+a4=0 …(3)
ここで、a=2√3であり、0<b<2√3/3であるから、aを(3)式に代入してbを求めると(4)式が得られる。
a 2 b 2 + (a 2 −5b 2 ) 2 = 16b 4
9b 4 -9a 2 b 2 + a 4 = 0 (3)
Here, since a = 2√3 and 0 <b <2√3 / 3, substituting a into equation (3) to obtain b yields equation (4).
b=√5−1=1.24 …(4)
また、a=2√3及び(4)式を(1)式に代入してθを求めると(5)式が得られる。
b = √5-1 = 1.24 (4)
When θ = 2√3 and the equation (4) are substituted into the equation (1) to obtain θ, the equation (5) is obtained.
θ=±44.3° …(5)
以上のことから、健全な変換器12U1〜12W1で故障した変換器W1の出力を分担するには、健全な変換器12U1〜12W1の出力電圧の大きさを1.24倍にし、故障相であるW相以外のU相、V相の位相を44.3°にずらせばよいことになる。以上の説明では、各相の変換器12が2台の場合について説明したが、各相の変換器12が3台の場合も同様に適用できる。
θ = ± 44.3 ° (5)
From the above, in order to share the output of the converter W1 that has failed in the sound converters 12U1 to 12W1, the magnitude of the output voltage of the sound converters 12U1 to 12W1 is increased 1.24 times, which is a failure phase. It is only necessary to shift the phases of the U phase and V phase other than the W phase to 44.3 °. In the above description, the case where there are two
図11は、各相の変換器12が3台(U相:12U1〜12U3、V相:12V1〜12V3、W相:12W1〜12W3)でW相の変換器12W3が故障したときの健全な変換器12U1〜12W2の出力電圧U1〜W2の位相または大きさの調整制御についての説明図である。
FIG. 11 shows sound conversion when the W-phase converter 12W3 fails with three
いま、図11に示すように、健全な変換器12U1〜12W2の分担前の各々の出力電圧をU1〜W2、分担後の相電圧の中性点をO、健全な変換器12U1〜12W2の分担後の各々の出力電圧をu1〜w2、三相各相の出力線間電圧(U−V相、V−W相、W−U相の線間電圧)の出力端をA、B、Cとする。そして、U1=U2=U3=V1=V2=V3=W1=W2=1、∠AOB=2θ、AB=BC=CA=a、u1=u2=u3=v1=v2=v3=w1=w2=bとする。そうすると、下記の(6)式が成立する。 Now, as shown in FIG. 11, each output voltage before the sharing of the healthy converters 12U1 to 12W2 is U1 to W2, the neutral point of the phase voltage after the sharing is O, and the sharing of the healthy converters 12U1 to 12W2 The subsequent output voltages are u1 to w2, and the output terminals of the three-phase output line voltages (U-V phase, V-W phase, W-U phase line voltages) are A, B, and C, respectively. To do. And U1 = U2 = U3 = V1 = V2 = V3 = W1 = W2 = 1, ∠AOB = 2θ, AB = BC = CA = a, u1 = u2 = u3 = v1 = v2 = v3 = w1 = w2 = b And Then, the following equation (6) is established.
sinθ=(a/2)/3b=a/6b …(6)
また、△OCBに対する余弦定理より下記の(7)式が成立する。
sin θ = (a / 2) / 3b = a / 6b (6)
Further, the following expression (7) is established from the cosine theorem for ΔOCB.
a2=(2b)2+(3b)2−12b2cos(π−θ)
cosθ=(a2−13b2)/12b2 …(7)
(6)式及び(7)式を「sin2θ+cos2θ=1」に代入すると(8)式が得られる。
a 2 = (2b) 2 + (3b) 2 −12b 2 cos (π−θ)
cos θ = (a 2 −13b 2 ) / 12b 2 (7)
Substituting Equations (6) and (7) into “sin 2 θ + cos 2 θ = 1” yields Equation (8).
25b4−22a2b2+a4=0 …(8)
ここで、a=3√3であり、0<b<2√3/3であるから、aを(8)式に代入してbを求めると(9)式が得られる。
25b 4 -22a 2 b 2 + a 4 = 0 ... (8)
Here, since a = 3√3 and 0 <b <2√3 / 3, substituting a into equation (8) to obtain b yields equation (9).
b=1.14 …(9)
また、a=3√3及び(9)式を(6)式に代入してθを求めると(10)式が得られる。
b = 1.14 (9)
Further, when θ is obtained by substituting a = 3√3 and equation (9) into equation (6), equation (10) is obtained.
θ=±41.2° …(10)
以上のことから、健全な変換器12U1〜12W2で故障した変換器12W3の出力を分担するには、健全な変換器12U1〜12W2の出力電圧の大きさを1.14倍にし、故障相であるW相以外のU相、V相の位相を41.2°にずらせばよいことになる。各相の変換器12が4台以上の場合も同様に適用できる。
θ = ± 41.2 ° (10)
From the above, in order to share the output of the converter 12W3 that has failed in the sound converters 12U1 to 12W2, the magnitude of the output voltage of the sound converters 12U1 to 12W2 is 1.14 times, which is a failure phase. It is sufficient to shift the phase of the U phase and V phase other than the W phase to 41.2 °. The same applies when there are four or
各相の変換器12の多重数を増やすことにより、1台の変換器12の故障停止時に残りの健全な変換器12が負担する電圧が緩和される。
By increasing the number of multiplexed
ここで、健全な変換器12の出力電圧の大きさは、変調率を用いて調整してもよいし、直流電源14の電圧を調整してもよいし、交流側のタップ切り換えにより変更するようにしてもよい。また、故障停止した変換器12を除いた健全な変換器12の各々の出力電圧の大きさを同一とし、故障停止した変換器12が接続された相の位相を健全時と同一位相としたが、健全な変換器12の各々の出力電圧が確保でき、三相各相の出力線間電圧(U−V相、V−W相、W−U相の線間電圧)が健全時の電圧を確保できる限りは、その範囲内で、健全な変換器12の各々の出力電圧の大きさを任意の値とするようにしてもよい。
Here, the magnitude of the output voltage of the
図12は本発明の直列多重型交直変換装置の制御方法を示すフローチャートである。直列多重変換器11のいずれかの変換器12が故障停止したか否かを判定し(S1)、いずれの変換器12も故障停止していない場合には、正常時の電圧指令値及び位相指令値を演算する(S2)。そして、直列多重変換器11の各々の変換器12を制御し、直列多重変換器11の出力電圧が所定電圧となるように制御する(S3)。一方、直列多重変換器11のいずれかの変換器12が故障停止したときは、直列多重変換器11の三相各相の出力線間電圧が健全時の所定電圧を保持するように、故障停止した変換器12を除いた健全な変換器12の出力電圧の電圧指令値及び位相指令値を演算する(S4)。そして、故障停止した変換器12を除いた健全な変換器12が分担して三相各相の出力線間電圧が健全時の所定電圧を保持するように健全な変換器12を制御する(S5)。
FIG. 12 is a flowchart showing a control method of the serial multiple AC / DC converter according to the present invention. It is determined whether or not any of the
本発明の第2の実施の形態によれば、直列多重変換器11の1台の変換器12が故障停止になってもその他の健全な変換器12で出力を分担するので、健全時の電圧を維持した運転が継続できる。従って、直流送電系統に適用した場合には送電停止に伴う系統への影響を与えることがなく信頼性を確保できる。また、産業用のインバータに適用した場合には、インバータ停止に伴う製造不良の発生を防止でき、原子力発電所等の補機で使用した場合には、インバータ停止に伴う発電機の不要な停止を防止できる。
According to the second embodiment of the present invention, even if one
また、予備の変換器を設置することなく運転継続することができるので、直列多重変換器の設置スペースを縮小できる。なお、事故前と同じ定格出力する場合には、半導体素子に多少の冗長が必要であるが、設置スペースに影響を与えるほどではない。また、変換器を停止することなく点検ができるため信頼性が向上し、設備の予防保全だけでなく、システムの故障率も低下させることができる。 In addition, since the operation can be continued without installing a spare converter, the installation space for the serial multiple converter can be reduced. In the case of the same rated output as before the accident, the semiconductor element needs some redundancy, but it does not affect the installation space. Further, since the inspection can be performed without stopping the converter, the reliability is improved, and not only the preventive maintenance of the equipment but also the failure rate of the system can be reduced.
以上のとおり、本発明の第1の実施形態および第2の実施形態において、任意の台数、任意の容量を組み合わせても、三相各相の出力線間電圧を平衡三相にすることができるため、変換器設計の標準化や合理化の制約を打破することができる。 As described above, in the first embodiment and the second embodiment of the present invention, the output line voltage of each of the three phases can be set to the balanced three-phase even if any number and any capacity are combined. Therefore, restrictions on standardization and rationalization of converter design can be overcome.
11…直列多重変換器、12…変換器、13…IGBTモジュール、14…直流電源、15…巻線、16…変圧器、17…故障検出器、18…変換器制御装置、19…正常時指令値演算手段、20…故障停止時指令値演算手段、21…故障停止判定手段、22…切換手段、23…ゲート制御回路
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