JP7310766B2 - power conversion system - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換システムに関する。 The present invention relates to power conversion systems.
プラントなどにおいて、雷などに対する瞬時停電対策として、最近では電力用半導体を用いた無停電電源装置(UPS)が適用されること多くなっている。また、近年では電力変換装置を用いて大形交流電動機をソフトスタートさせる場合が増加している。 2. Description of the Related Art Recently, uninterruptible power supply systems (UPS) using power semiconductors have been increasingly applied to plants and the like as countermeasures against momentary power failures due to lightning and the like. Moreover, in recent years, the number of cases where a large AC motor is soft-started using a power converter is increasing.
例えば、特許文献1には、常時商用給電方式の無停電電源装置における復電時の位相同期処理が開示されている。 For example, Patent Literature 1 discloses a phase synchronization process at the time of power recovery in an uninterruptible power supply of a constant commercial power supply system.
従来は、同じ商用電源から電動機と重要負荷に電力を供給するシステムでは、電動機の起動に対してソフトスタート用の電力変換装置が使用され、その後、商用電源から直接電力を供給し、重要負荷には瞬低対策として無停電電源装置経由で電力を供給する場合では、電動機を商用電源に同期併入後は、電力変換装置は活用されていなかった。 Conventionally, in a system that supplies power to the motor and the critical load from the same commercial power supply, a power converter for soft start is used to start the motor, and then power is supplied directly from the commercial power supply to the critical load. In the case of supplying power via an uninterruptible power supply as a countermeasure against voltage drops, the power converter was not used after the motor was synchronously connected to the commercial power supply.
本発明は、簡易な構成で電動機のソフトスタートと、負荷装置に対する瞬低補償とを実現することができる電力変換システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a power conversion system capable of soft-starting a motor and compensating for a voltage drop to a load device with a simple configuration.
本発明の一態様にかかる電力変換システムは、交流電源から受電可能に接続された電力変換装置と、前記電力変換装置の出力を電動機に対して接続又は遮断する第2開閉器と、前記交流電源を前記電動機に対して接続又は遮断する第1開閉器と、前記交流電源を負荷装置に対して接続又は遮断する第3開閉器と、前記電力変換装置の出力を前記負荷装置に対して接続又は遮断する第4開閉器と、制御部を備え、前記制御部は前記第2開閉器及び第3開閉器が閉じた状態且つ、前記第1開閉器及び前記第4開閉器が開いた状態で、前記電動機に前記電力変換装置から電力を供給し、前記電動機を始動させ、前記電動機が所定の速度に達した後に、前記第1開閉器を閉じて前記電動機を前記交流電源と接続し、前記電動機が前記交流電源から直接電力供給を受電可能とし、その後、前記第2開閉器を遮断し、次に前記第4開閉器を閉じて前記負荷装置に前記電力変換装置から電力を供給し、次に、前記第3開閉器を遮断し、前記電力変換装置に瞬低補償動作させることを特徴とする。 A power conversion system according to an aspect of the present invention includes a power conversion device connected to be able to receive power from an AC power supply, a second switch that connects or disconnects the output of the power conversion device to or from an electric motor, and the AC power supply. A first switch that connects or disconnects the electric motor, a third switch that connects or disconnects the AC power supply to the load device, and connects or disconnects the output of the power conversion device to the load device A fourth switch that shuts off and a control unit are provided, and the control unit, in a state in which the second switch and the third switch are closed and a state in which the first switch and the fourth switch are open, Power is supplied from the power conversion device to the electric motor, the electric motor is started, and after the electric motor reaches a predetermined speed, the first switch is closed to connect the electric motor to the AC power supply, and the electric motor is is capable of receiving power directly from the AC power supply, then cuts off the second switch, then closes the fourth switch to supply power to the load device from the power conversion device, and then , the third switch is cut off, and the power conversion device is caused to perform a voltage sag compensation operation.
また、本発明の一態様にかかる電力変換システムは、交流電源から受電可能に接続された電力変換装置と、前記電力変換装置の出力を電動機に対して接続又は遮断する第2開閉器と、前記交流電源を前記電動機に対して接続又は遮断する第1開閉器と、前記交流電源を負荷装置に対して接続又は遮断する第3開閉器と、前記電力変換装置の出力を前記負荷装置に対して接続又は遮断する第4開閉器と、制御部を備え、前記制御部は前記第2開閉器及び第3開閉器が閉じた状態且つ、前記第1開閉器及び前記第4開閉器が開いた状態で、前記電動機に前記電力変換装置から電力を供給し、前記電動機を始動させ、前記電動機が所定の速度に達した後に、前記第1開閉器を閉じて前記電動機を前記交流電源と接続し、前記電動機が前記交流電源から直接電力供給を受電可能とし、その後、前記第4開閉器を閉じて前記負荷装置に前記電力変換装置から電力を供給し、次に前記第2開閉器と前記第3開閉器を遮断し、前記電力変換装置を瞬低補償動作させることを特徴とする。 Further, a power conversion system according to an aspect of the present invention includes a power conversion device connected to be able to receive power from an AC power supply, a second switch that connects or disconnects the output of the power conversion device to or from the electric motor, A first switch that connects or disconnects an AC power supply to or from the electric motor, a third switch that connects or disconnects the AC power supply to or from a load device, and a switch that connects or disconnects the output of the power conversion device to the load device. A fourth switch that connects or disconnects, and a controller, wherein the controller controls a state in which the second switch and the third switch are closed and a state in which the first switch and the fourth switch are open. supplying power from the power conversion device to the electric motor, starting the electric motor, and after the electric motor reaches a predetermined speed, closing the first switch to connect the electric motor to the AC power supply; After enabling the electric motor to receive power directly from the AC power supply, the fourth switch is closed to supply power from the power conversion device to the load device, and then the second switch and the third switch. It is characterized in that the switch is cut off and the power conversion device is operated to compensate for the voltage sag.
本発明によれば、簡易な構成で電動機の始動(ソフトスタート)と、重要負荷に対する瞬低補償とを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize motor starting (soft start) and momentary sag compensation for important loads with a simple configuration.
本発明の一実施形態にかかる電力変換システムについて説明する。図1は、一実施形態にかかる電力変換システム1及びその周辺を例示する図である。電力変換システム1は、3相の交流電源(商用電源)2から、電動機(M)3と重要負荷である負荷装置4に電力を供給する。 A power conversion system according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a power conversion system 1 and its periphery according to one embodiment. A power conversion system 1 supplies power from a three-phase AC power supply (commercial power supply) 2 to a motor (M) 3 and a load device 4 as an important load.
変圧器5の一次側は、電力変換システム1内の後述する第4開閉器40及び第5開閉器50と接続されている。変圧器5の二次側は負荷装置4と接続されている。変圧器5は一次側から入力される電力を所定の電圧に変圧し、負荷装置4に供給する。
A primary side of the transformer 5 is connected to a
電力変換システム1は、例えば図1に示すように、電力変換装置6、開閉器制御装置7、第1開閉器10~第5開閉器50、第1電圧検出部100、第2電圧検出部200、第1電流検出部300及び第2電流検出部400を有するシステムである。
The power conversion system 1 includes, for example, a power conversion device 6, a switch control device 7, a
電力変換装置6の入力側は、第5開閉器50を介して交流電源2と接続されている。電動機3は、第1開閉器10を介して交流電源2と接続されているとともに、第2開閉器20を介して電力変換装置6の出力側と接続されている。すなわち、電動機3は、交流電源2から電力の供給を受けることが出来るとともに、電力変換装置6から電力の供給を受けることが出来る。変圧器5の一次側は、第3開閉器30を介して交流電源2と接続されているとともに、第4開閉器40を介して電力変換装置6の出力側と接続されている。すなわち、負荷装置4は、変圧器5を介して、交流電源2から電力の供給を受けることが出来るとともに、電力変換装置6から電力の供給を受けることが出来る。
The input side of the power converter 6 is connected to the
電力変換装置6は、コンバータ回路(REC)60、コンデンサ61、インバータ回路62、及びインバータ制御部8を有す。コンバータ回路60は、入力された交流電力を直流電力に変換し、直流回路のコンデンサ61に対して出力する。コンデンサ61は、コンバータ回路60から入力された直流を平滑化し、インバータ回路62に対して出力する。インバータ回路62は、コンデンサ61から入力された直流電力を所定の電圧及び所定の周波数の交流に変換して出力する。インバータ制御部8は、電力変換装置6を構成する各部を制御するとともに、開閉器制御装置7に対し、制御用の信号を出力する。
The power conversion device 6 has a converter circuit (REC) 60 , a
開閉器制御装置7は、第1開閉器10~第5開閉器50を制御するとともに、インバータ制御部8に対し、制御用の信号を出力する。
The switch control device 7 controls the first to
第1電圧検出部100は、交流電源2の電圧を検出する。
The first
第2電圧検出部200は、電力変換装置6の出力電圧を検出する。 The second voltage detection section 200 detects the output voltage of the power conversion device 6 .
第1電流検出部300は、第1開閉器10の電動機3側に設置され、第1開閉器10を介して電動機3に流れる電流を検出する。
The first
第2電流検出部400は、第3開閉器30の変圧器5側に設置され、第3開閉器30を介して、変圧器5に流れる電流を検出する。
The second
例えば、開閉器制御装置7は、電動機3を始動(ソフトスタート)させるときには、第1開閉器10及び第4開閉器40が開いた状態で、第2開閉器20、第3開閉器30及び第5開閉器50を閉じている。負荷装置4には第3開閉器30及び変圧器5経由で電力が供給されている。この状態で電動機3の加速を開始する。
For example, when the switch control device 7 starts (soft-starts) the electric motor 3, the
そして、開閉器制御装置7は、電動機3が所定の回転速度に達した後に、第4開閉器40を閉じて、第3開閉器30を開くように制御する。いわゆる電動機3を交流電源2に同期併入を行う。このとき、第1電圧検出部100の検出結果及び第2電圧検出部200の検出結果に基づき同期をとるように制御する。
The switch controller 7 controls the
また、開閉器制御装置7は、第1開閉器10を閉じた後、第1電流検出部300の検出結果が所定条件を満たしていることを確認して、第2開閉器20を開き、また、第4開閉器40を閉じた後、第2電流検出部400の検出結果が所定条件を満たしていることを確認して、第3開閉器30を開くように制御する。
Further, after closing the
なお、開閉器制御装置7は、インバータ制御部8と相互に、又はインバータ制御部8と協業して上述の制御を行ってもよい。 The switch control device 7 may perform the above control mutually with the inverter control section 8 or in cooperation with the inverter control section 8 .
次に、インバータ制御部8の具体例について説明する。図2は、インバータ制御部8の構成例を示す図である。図2に示すように、インバータ制御部8は、電動機駆動部80、位相同期部81、瞬低補償部82、逆d/q変換部83、及びPWM(Pulse Width Modulation)部84等を有し、電力変換装置6を構成する各部などを制御する。なお、d/q変換回路とは位相信号を基準にして、入力された3相の交流信号を基準とした位相信号と同相な成分とそれに直効する成分の2軸の成分に変換して出力する回路である。また、逆d/q変換回路は入力された位相信号を基準にして、その逆変換すなわち、2軸の信号を3相の交流信号に逆変換する回路である。
Next, a specific example of the inverter control section 8 will be described. FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the inverter control section 8. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the inverter control unit 8 includes a
なお、インバータ制御部8は、切り替えスイッチSW1aとSW2aを備えており、切り替えスイッチSW1aとSW2aはそれぞれA端子入力と、B端子入力を備え、それぞれA端子入力が選択されている場合はA端子入力からの信号を出力し、それぞれB端子入力が選択されている場合はB端子入力からの信号を出力する。SW1a,SW2aのA端子入力側が選択されている場合は電動機駆動モード(電動機のソフトスタートモード)、B端子入力が選択されている場合は瞬低補償モード(重要負荷にたいする瞬低補償)と、切替えることができるようにされている。 The inverter control unit 8 includes changeover switches SW1a and SW2a. The changeover switches SW1a and SW2a each have an A terminal input and a B terminal input. If the B terminal input is selected, the signal from the B terminal input is output. When the A terminal input side of SW1a and SW2a is selected, the motor drive mode (motor soft start mode) is selected, and when the B terminal input is selected, the voltage sag compensation mode (voltage sag compensation for important load) is switched. It is made possible.
また、インバータ制御部8はスイッチSW3aとスイッチSW4aが設けられている、スイッチSW3aとスイッチSW4aは開状態では値0を出力するが、閉状態ではスイッチSW3aは速度補正値Δω、スイッチSW4aは周波数補正値Δfを出力する。 The inverter control unit 8 is provided with a switch SW3a and a switch SW4a. The switch SW3a and the switch SW4a output a value of 0 when the switch SW3a and the switch SW4a are open. Output the value Δf.
電動機駆動部80は、電動機3のソフトスタート時に、電動機を駆動するための電圧制御信号を発生する回路である。インバータ制御部8は、電動機駆動部80において、図示されていない装置から送信される速度基準と、図示されないポジションセンサ、角度センサあるいは速度センサから得られる電動機3の速度帰還ωrを用いて差分信号を演算し、電動機の回転速度(速度帰還ωr)が、速度基準とスイッチSW3aの出力の和の値に、追従するように速度制御回路801から電流制御信号を出力する。
The electric
また、電動機駆動部80はインバータ回路62の出力電流を、図示されない電流センサで検出し、その出力を電流帰還として後述する第1基準位相信号θeを用いてd/q変換回路802にてd/q返還を行い、その出力と、速度制御回路801の出力と差分を行い、電流制御回路806に出力して、インバータ回路62の出力電流が速度制御回路801の出力に追従するように信号を出力する。電流制御回路806の出力は電動機駆動モードにおける電圧制御信号であり、直交する2軸の電動機制御用信号である。そして、直交する2軸の電動機制御用信号は、切り替えスイッチSW1aのA端子入力に入力される。
In addition, the
なお、電動機駆動部80は、電動機3の速度帰還ωrに対し、速度制御回路801の出力である電流制御信号にすべり演算器803の演算結果を加算器で加算し、電気周波数ωeを求め、電気周波数ωeを積分回路808にて積分した結果を電動機駆動モードにおける電気位相角信号θe1として、切り替えスイッチSW2aのA端子入力に出力される。また、電動機駆動部80は、速度レベル検出回路により、電動機3が交流電源2に同期併入可能な回転速度になったことを検出し、その結果も開閉器制御装置7に対して出力する。また、SW3aは、電動機3の同期併入時の位相調整に用いられる。すべり演算器803、加算器及び積分回路等で第1位相検出部を構成している。
Note that the
位相同期部81は、第1電圧検出部100が検出した電源電圧に対し、PLL(phase locked loop)を用いて位相を検出し、各d/q変換回路や逆d/q変換回路への位相信号を出力し、また開閉器制御装置7に対し、開閉器の同期投入のタイミング信号を出力する。同期検出部は第2位相検出部の一例である。例えば、位相検出回路PLL1A、PLL2Aは、第1電圧検出部100の入力がある場合、交流電源2に同期した各々第1電源位相信号θe2及び第2電源位相信号θsを出力する。第1電源位相信号θe2は切り替えスイッチSW2aのB端子入力に接続されている。
The
また、SW4aは、瞬低補償モードから交流電源2の併入に変わるときの位相調整に用いられる。例えば、位相検出回路PLL1Aは、SW4aがオンしている状態では、第1電圧検出部100から入力信号がある場合、交流電源2に対し、補正周波数△fだけ加算された周波数に同期した第1電源位相信号θe2を出力する。
Further, SW4a is used for phase adjustment when changing from the voltage sag compensation mode to the parallel connection of the
なお、位相検出回路PLL1A、PLL2Aは、第1電圧検出部100の入力がない場合には、すなわち、交流電源2で瞬低を発生している場合は、予め設定された自走周波数で位相信号を出力する。望ましくは、自走周波数は、交流電源2の周波数あるいは、その近傍の値である。また、望ましくは、位相検出回路PLL1Aは入力信号に対し、自走周波数からの同期引き込み時定数が長くしておき、交流電源2が瞬低から復電したときに、交流電源2の位相と位相検出回路PLL1Aの自走周波数による位相が180相違していいても、位相検出回路PLL1Aの出力位相が急変しない様に設定する。急変の許容値は例えば負荷装置4の許容位相変化値や位相変化時の許容過電流から決定する。ここでは位相検出回路PLL2Aは位相検出回路PLL1Aより引き込み時定数(応答速度)が早いものとする。ここでは位相検出回路PLL1Aの出力を第1電源位相信号θe2とし、位相検出回路PLL2Aの出力を第2電源位相信号θsとする。
When there is no input to the first
位相同期部81では、第1電圧検出部100が検出した交流電源2の電圧を、位相検出回路PLL2Aの出力である第2電源位相信号θsを基準として、d/q変換回路811にてd/q変換し、交流電源2の直交した2軸の振幅成分を抽出される。そして、瞬低補償部82の基準電圧回路821に入力される。位相同期部81では、位相検出回路PLL2Aの出力である第2電源位相信号θsと、切り替えスイッチSW2aの出力である第1基準位相信号θeとを位相比較回路812で比較し、両者の差が所定値以下の場合、同期併入時の遮断器を投入するタイミング信号を開閉器制御装置7へ出力する。
In the
瞬低補償部82では、第2電圧検出部200で検出した電力変換装置6の出力電圧を、第1基準位相信号θeを基準としてd/q変換回路822にてd/q変換し、基準電圧回路821の出力との差分を電圧制御回路823に入力する。電圧制御回路823の出力は直交する2軸の電圧制御用信号であり、切り替えスイッチSW1aのB端子入力に接続されている。これにより、瞬低補償モードにおいては、切り替えスイッチSW1aの出力としてB端子入力が選択されるので、電圧制御回路は電力変換装置6の出力電圧が基準電圧回路821の出力に追従するように、電圧制御回路の出力を制御する。
In the
なお、基準電圧回路821は入力信号の保持機能を有しており、非保持状態では入力信号に応じた出力を行い、保持状態では保持状態直前の出力を保持し出力し続ける。基準電圧回路821は後述の様に、第3開閉器が開となった後の時刻t8Aに保持状態となり、第3開閉器投入前の時刻t9以降及び時刻t8A以前は非保持状態である。すなわち瞬低が発生している期間は瞬低発生前の値を保持し出力し、それ以外の期間は入力に応じ出力する様に構成される。よって、瞬低期間中も安定した電力を負荷装置4に供給可能である。なお、保持の状態から非保持の状態に移行する場合に、出力電圧の急変を防止するため、何らかの一次遅れ要素(フィルタ)を電圧制御回路の出力側に設けてもよい。
Note that the
逆d/q変換部83は切り替えスイッチSW1aからの出力である電圧制御信号を入力とし、スイッチSW2aからの出力である第1基準位相信号θeを基準として、逆d/q変換を行い3相の電圧指令信号を生成し、PWM部84へ出力する。PWM部84は電圧指令信号を所定のキャリア信号を用いてPWM変調し、ゲート信号として、インバータ回路62を構成するスイッチング素子を駆動する。この構成によりインバータ回路62は所定の交流電力を出力することができる。
The inverse d/
なお、図2は電動機3が誘導電動機の場合でセンサ付きベクトル制御の場合の電動機駆動部80の構成を示しているが、センサレスベクトル制御の構成としてもよい。さらに、電動機3が同期電動機でも、電動機駆動部80を類似の構成で実現可能である。
Although FIG. 2 shows the configuration of the
次に、図3と図4を用いて電力変換システム1の第1動作例について説明する。図3は、電力変換システム1の第1動作例を示すタイミングチャートである。図4は、電力変換システム1の第1動作例を示すフローチャートである。図3に示すように、時刻t2から時刻t6までを電動機駆動モードと呼び、時刻t6から時刻t8Aを移行モード1と呼び、時刻t8Aから時刻t9を瞬低補償モードと呼び、時刻t9~時刻t12を移行モード2と呼ぶ。時刻t1以前では、電力変換システム1は、例えば第3開閉器30が閉じられて負荷装置4に電源が供給され、第1開閉器10、第2開閉器20、第4開閉器40及び第5開閉器50が開放され、電動機3の回転速度は0、インバータ制御部8はゲートブロック状態、切り替えスイッチSW1a及びSW1bはA端子入力選択され、スイッチSW3a及びSW4bは開状態、基準電圧回路821は非保持状態を、初期状態として説明を行う。この時刻t1以前のインバータ制御部8の初期状態設定が図4のステップS100に相当する。なお、以降の説明ではフローチャートの各ステップのステップという表記を省略(例えば、ステップS100であれば単にS100と表記する)して説明する。
Next, a first operation example of the power conversion system 1 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. FIG. 3 is a timing chart showing a first operation example of the power conversion system 1. FIG. FIG. 4 is a flow chart showing a first operation example of the power conversion system 1 . As shown in FIG. 3, the period from time t2 to time t6 is called an electric motor drive mode, the period from time t6 to time t8A is called transition mode 1, the period from time t8A to time t9 is called a voltage drop compensation mode, and time t9 to time t12. is called
開閉器制御装置7は、S102にて電動機3を始動するか否かを判定する。電動機3を始動させる判定した場合(S102のYes)にはS104の処理に進み、電動機3を始動しないと判定した場合(S102のNo)には処理を継続する。 The switch control device 7 determines whether or not to start the electric motor 3 in S102. When it is determined to start the electric motor 3 (Yes in S102), the process proceeds to S104, and when it is determined not to start the electric motor 3 (No in S102), the process is continued.
時刻t1に電動機3を始動させる判定した場合、開閉器制御装置7は、S104に進み、第5開閉器50を閉じ、交流電源2から電力変換装置6に電力を供給する。時刻t2に、開閉器制御装置7は、S106に進み、第2開閉器20を閉じて、電力変換装置6から電動機3に電力を供給可能な状態とする。
When it is determined to start the electric motor 3 at time t1, the switch controller 7 advances to S104, closes the
次に、時刻t3にて、S108にて、インバータ制御部8がゲートをデブロックさせると、電動機3は、回転速度を徐々に上げるソフトスタートを開始する。 Next, at time t3, in S108, the inverter control unit 8 deblocks the gate, and the electric motor 3 starts a soft start to gradually increase the rotation speed.
S110にてインバータ制御部8は、電動機3から帰還した回転速度ωrが所定の設定値よりも大きいか(定格回転速度に達したか)否かを判定し、大きいと判定した場合(S110のYes)にはS112の処理に進み、その他の場合(S110のNo)には処理を継続する。時刻t4にて、電動機3の回転数が定格回転数に達すると、インバータ制御部8は、電動機3の同期併入操作を行うために、S112に進み、時刻t4AにSW3aをオンとして僅かに周波数を交流電源2の周波数とずらして位相調整(いわゆる揃速制御)を行う。
In S110, the inverter control unit 8 determines whether or not the rotational speed ωr fed back from the electric motor 3 is greater than a predetermined set value (has reached the rated rotational speed). ), the process proceeds to S112, otherwise (No in S110), the process continues. At time t4, when the number of rotations of the electric motor 3 reaches the rated number of rotations, the inverter control unit 8 advances to S112 in order to perform synchronous operation of the electric motor 3, turns on the SW3a at time t4A, and slightly increases the frequency. is shifted from the frequency of the
次に、S114にてインバータ制御部8は第2電源位相信号θsと第1基準位相信号θeの差が所定値以内であるか否かを判定する。インバータ制御部8は、所定値以内であると判定した場合(S114のYes)にはS116の処理に進み、所定値以内でないと判定した場合(S114のNo)には処理を継続する。時刻t5にて、第2電源位相信号θsと第1基準位相信号θeの差が所定値以内となると、インバータ制御部8はS116に進み、開閉器制御装置7を経由して、第1開閉器10を閉じる投入指令を行い、第1開閉器10は閉じられ、第1開閉器10を閉じて交流電源2から電動機3への電力供給が開始される。さらに、スイッチSW3aをオフとする。
Next, in S114, the inverter control section 8 determines whether or not the difference between the second power phase signal θs and the first reference phase signal θe is within a predetermined value. If the inverter control unit 8 determines that it is within the predetermined value (Yes in S114), it proceeds to the processing of S116, and if it determines that it is not within the predetermined value (No in S114), it continues the processing. At time t5, when the difference between the second power supply phase signal θs and the first reference phase signal θe becomes within a predetermined value, the inverter control section 8 proceeds to S116, via the switch control device 7, the
次に、開閉器制御装置7はS118にて、第1開閉器10の補助接点信号等のアンサーバックと第1電流検出部300の出力にて通電電流の有無を判定する。開閉器制御装置7は、アンサーバックと通電電流があると判定した場合(S118のYes)にはS120の処理に進み、アンサーバックと通電電流がないと判定した場合(S118のNo)には処理を継続する。時刻t6にて、開閉器制御装置7が、アンサーバックと通電電流があると判定されると、S120に進み第2開閉器20の開放指令を出力し、第2開閉器20が開となり、電力変換装置6から電動機3への給電を停止させる。
Next, in S118, the switch control device 7 determines whether or not there is an energized current based on the answerback such as the auxiliary contact signal of the
そして、時刻t6AにS122に進み、インバータ制御部8は切り替えスイッチSW1a及びSW2aの出力選択をA端子入力からB端子入力に切り替える。これにより、逆d/q変換部83の入力信号である電圧制御信号は、電動機駆動部80からの信号から瞬低補償部からの信号に切り替わる。さらに、逆d/q変換部83の第1基準位相信号θeも電動機駆動部80からの速度帰還に基づく信号から、交流電源2の位相に基づく信号に切り替わる。従って、電力変換装置6は交流電源2の電圧と位相に追従するように、その出力電圧は制御されることになる。
Then, at time t6A, the process proceeds to S122, and the inverter control section 8 switches the output selection of the changeover switches SW1a and SW2a from the A terminal input to the B terminal input. As a result, the voltage control signal, which is the input signal of the inverse d/
時刻t7にS126に進み、開閉器制御装置7は、第4開閉器40を閉じる投入指令を行い、第4開閉器40は閉となり、電力変換装置6の出力が負荷装置4に対し、変圧器5を介して接続される。
Proceeding to S126 at time t7, the switch control device 7 issues a closing command to close the
次に、S128にて、開閉器制御装置7は第4開閉器40が閉じられたことのアンサーバックとインバータ回路62の出力電流(通電電流)があるか否かを判定し、あると判定した場合(S128のNo)にはS130の処理に進み、ないと判定した場合(S128のNo)には処理を継続する。時刻t8にて、アンサーバックとインバータ回路62の出力電流があると判定されると、S130に進み、開閉器制御装置7が第3開閉器30を開く開放指令を行い、第3開閉器30が開となると、負荷装置4には電力変換装置6のみから電力が供給される。
Next, in S128, the switch control device 7 determines whether or not there is an answerback indicating that the
第4開閉器40の投入や第3開閉器の開放に伴う交流電源2の過渡現象が終了し電圧が収まった時刻t8AにS132に進み、基準電圧回路821は時刻t8aの値に出力電圧を一定にする保持動作となり、電力変換システム1は、瞬低補償モードの運転となる。すなわち、瞬低補償モードの運転では、基準電圧回路821の出力電圧が一定であるため、交流電源2に瞬低が発生しても、電力変換装置6の出力電圧は一定に保たれ、負荷装置4には安定した電力が供給される。
At time t8A when the transient phenomenon of the
電力変換システム1は、瞬低補償モードから商用電源の併入に変わるときに、時刻t9にて、基準電圧回路821は出力電圧の値を保持から非保持に切り替える。これにて、電力変換装置6の出力電圧は、交流電源2の電圧に追従するようになる。時刻t9AにてSW4aをオンにして位相調整を行い、時刻t9Bにて、位相差が所定の範囲内となったら、第3開閉器30を閉とし、SW4aをオフする。そして、時刻t10にて、第3開閉器30のアンサーバック信号と第2電流検出部400で電流を検出したら、インバータ回路62のゲートブロックを行い、さらに第4開閉器40を開放する。そして、時刻t11にて、切り替えスイッチSW1aとSW2aの出力をA端子入力側の選択に切り替える。そして、時刻t12に第2開閉器20を閉じて、電力変換装置6から電動機3に電力を供給可能な状態とする。
When the power conversion system 1 changes from the voltage sag compensation mode to the commercial power supply, at time t9, the
時刻t12以降は電動機駆動モードであり時刻t2~t6までと同様であるので説明は省略する。 After time t12, the motor drive mode is the same as that from time t2 to time t6, so the description is omitted.
なお、位相検出回路PLL1Aの引き込み時定数に比べ、瞬低回復後に移行モード2までの時間が十分長くできるシステムの場合は、移行モード2の開始時点で第1電源位相信号θe2と、第2電源位相信号θsはほぼ一致しているので、SW4aを省略してよい。さらに、位相検出回路PLL2Aを省略し、第2電源位相信号θsの代りに第1電源位相信号θe2を使用するようにしてもよい。
In the case of a system in which the time to transition
なお、S118及びS128では各開閉器のアンサーバック信号と通電電流の両方を確認しているが、必要によりいずれか一方あるいは両方とも省略してもよい。 In S118 and S128, both the answerback signal and the energized current of each switch are checked, but one or both of them may be omitted if necessary.
次に、電力変換システム1の第2動作例について説明する。図5は、電力変換システム1の第2動作例を示すタイミングチャートである。図5ではインバータ回路62のゲートブロック及びデブロックのタイミング及び切り替えスイッチSW1a,SW2a、スイッチSW3a,SW4aの動作タイミングは図3と同様であるので記述を省略する。図5に示すように、電力変換システム1は、例えば第3開閉器30が閉じられて負荷装置4に電源が供給されている状態から、電動機3のソフトスタートを開始させる。
Next, a second operation example of the power conversion system 1 will be described. FIG. 5 is a timing chart showing a second operation example of the power conversion system 1. FIG. In FIG. 5, the gate block and deblock timings of the
まず、電力変換システム1は、時刻t1’に第5開閉器50を閉じ、時刻t2’に第2開閉器20を閉じて、電動機3に電力を供給可能な状態とする。
First, the power conversion system 1 closes the
時刻t3’に電力変換システム1のインバータ制御部8がインバータ回路62のゲートをデブロックさせると、電動機3は、回転数を徐々に上げるソフトスタートを開始する。
When the inverter control unit 8 of the power conversion system 1 deblocks the gate of the
時刻t4’にて電力変換システム1は、電動機3の回転数が定格回転数に達すると、前述の図5と同様に揃速制御を実施し、位相差が所定の範囲内となると、時刻t5’に第1開閉器10を閉じて交流電源2から電動機3への電源供給を開始する。
At time t4′, when the rotation speed of the electric motor 3 reaches the rated rotation speed, the power conversion system 1 performs speed uniform control in the same manner as in FIG. ', the
次に、時刻t6’にて、電力変換システム1は、第4開閉器40を閉じて電力変換装置6の出力を負荷装置4に対して接続し、さらに時刻t7’にて、第2開閉器20を開いて電力変換装置6から電動機3への給電を停止させる。
Next, at time t6′, the power conversion system 1 closes the
その後、時刻t8’にて、電力変換システム1は、第3開閉器30を開いて交流電源2から負荷装置4へ直接給電することを止める瞬低補償モードとなる。
After that, at time t<b>8 ′, the power conversion system 1 opens the
つまり、電力変換システム1の第2動作例では、第2開閉器20を閉じたままで、第4開閉器40を閉じるので、第1動作例よりも、遮断器の開閉による交流電源2の電圧動揺を減らすことができる。
That is, in the second operation example of the power conversion system 1, the
このように、一実施形態にかかる電力変換システム1は、電動機駆動モードと、瞬低補償モードとを切替えることができ、簡易な構成で電動機のソフトスタートと、負荷装置に対する瞬低補償とを実現することができる。 As described above, the power conversion system 1 according to one embodiment can switch between the motor drive mode and the voltage sag compensation mode, and realizes soft start of the motor and voltage sag compensation for the load device with a simple configuration. can do.
つまり、電力変換システム1は、電動機3のソフトスタート後に電力変換装置6を有効に活用し、系統瞬時停電時においても無停電電源装置無しで瞬低・瞬停を補償し、電気機器に電源の安定供給を行うことができる。 In other words, the power conversion system 1 effectively utilizes the power conversion device 6 after the soft start of the electric motor 3, and even in the event of a momentary power failure in the system, it compensates for a momentary drop or momentary power failure without an uninterruptible power supply, and supplies power to electrical equipment. A stable supply can be achieved.
なお、インバータ制御部8は、その機能の一部又はすべてを開閉器制御装置7に含めてもよく、開閉器制御装置7は、その機能の一部又はすべてをインバータ制御部8に含めてもよい。さらに、瞬低補償期間を長くするために、直流回路のコンデンサ61と並列に蓄電池などを設けてもよい。また、瞬低補償部82の電圧制御にマイナーループ電流制御を追加してもよく、基準電圧に対しての、第2電圧検出部200からのフィードバックを省略して、オープンループ制御としてもよい。また、基準電圧回路821は瞬低検出回路と連動し、瞬低発生直前の電圧を保持するように構成し、瞬低から回復後、非保持状態となる様に構成してもよい。
Some or all of the functions of the inverter control unit 8 may be included in the switch control device 7, and some or all of the functions of the switch control device 7 may be included in the inverter control unit 8. good. Furthermore, a storage battery or the like may be provided in parallel with the
1・・・電力変換システム、2・・・交流電源、3・・・電動機、4・・・負荷装置、5・・・変圧器、6・・・電力変換装置、7・・・開閉器制御装置、8・・・インバータ制御部、10・・・第1開閉器、20・・・第2開閉器、30・・・第3開閉器、40・・・第4開閉器、50・・・第5開閉器、60・・・コンバータ回路、61・・・コンデンサ、62・・・インバータ回路、80・・・電動機駆動部、81・・・位相同期部、82・・・瞬低補償部、83・・・逆d/q変換部、84・・・PWM部、100・・・第1電圧検出部、200・・・第2電圧検出部、300・・・第1電流検出部、400・・・第2電流検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Power conversion system, 2... AC power supply, 3... Electric motor, 4... Load apparatus, 5... Transformer, 6... Power converter, 7... Switch control Apparatus 8...
Claims (5)
前記電力変換装置の出力を電動機に対して接続又は遮断する第2開閉器と、
前記交流電源を前記電動機に対して接続又は遮断する第1開閉器と、
前記交流電源を負荷装置に対して接続又は遮断する第3開閉器と、
前記電力変換装置の出力を前記負荷装置に対して接続又は遮断する第4開閉器と、
制御部を備え、
前記制御部は前記第2開閉器及び第3開閉器が閉じた状態且つ、前記第1開閉器及び前記第4開閉器が開いた状態で、前記電動機に前記電力変換装置から電力を供給し、前記電動機を始動させ、前記電動機が所定の速度に達した後に、前記第1開閉器を閉じて前記電動機を前記交流電源と接続し、前記電動機が前記交流電源から直接電力供給を受電可能とし、その後、前記第2開閉器を遮断し、次に前記第4開閉器を閉じて前記負荷装置に前記電力変換装置から電力を供給し、次に、前記第3開閉器を遮断し、前記電力変換装置に瞬低補償動作させること
を特徴とする電力変換システム。 a power conversion device connected so as to be able to receive power from an AC power supply;
a second switch that connects or disconnects the output of the power conversion device to or from the electric motor;
a first switch that connects or disconnects the AC power supply to or from the electric motor;
a third switch that connects or disconnects the AC power supply to or from a load device;
a fourth switch that connects or disconnects the output of the power conversion device to or from the load device;
Equipped with a control unit,
The control unit supplies power from the power conversion device to the electric motor in a state in which the second switch and the third switch are closed and a state in which the first switch and the fourth switch are open, starting the electric motor, and after the electric motor reaches a predetermined speed, closing the first switch to connect the electric motor to the AC power supply so that the electric motor can receive power directly from the AC power supply; After that, the second switch is cut off, then the fourth switch is closed to supply power from the power conversion device to the load device, and then the third switch is cut off to turn off the power conversion. A power conversion system characterized by causing a device to perform a voltage sag compensation operation.
前記電力変換装置の出力を電動機に対して接続又は遮断する第2開閉器と、
前記交流電源を前記電動機に対して接続又は遮断する第1開閉器と、
前記交流電源を負荷装置に対して接続又は遮断する第3開閉器と、
前記電力変換装置の出力を前記負荷装置に対して接続又は遮断する第4開閉器と、
制御部を備え、
前記制御部は前記第2開閉器及び第3開閉器が閉じた状態且つ、前記第1開閉器及び前記第4開閉器が開いた状態で、前記電動機に前記電力変換装置から電力を供給し、前記電動機を始動させ、前記電動機が所定の速度に達した後に、前記第1開閉器を閉じて前記電動機を前記交流電源と接続し、前記電動機が前記交流電源から直接電力供給を受電可能とし、その後、前記第4開閉器を閉じて前記負荷装置に前記電力変換装置から電力を供給し、次に前記第2開閉器と前記第3開閉器を遮断し、前記電力変換装置を瞬低補償動作させること
を特徴とする電力変換システム。 a power conversion device connected so as to be able to receive power from an AC power supply;
a second switch that connects or disconnects the output of the power conversion device to or from the electric motor;
a first switch that connects or disconnects the AC power supply to or from the electric motor;
a third switch that connects or disconnects the AC power supply to or from a load device;
a fourth switch that connects or disconnects the output of the power conversion device to or from the load device;
Equipped with a control unit,
The control unit supplies power from the power conversion device to the electric motor in a state in which the second switch and the third switch are closed and a state in which the first switch and the fourth switch are open, starting the electric motor, and after the electric motor reaches a predetermined speed, closing the first switch to connect the electric motor to the AC power supply so that the electric motor can receive power directly from the AC power supply; After that, the fourth switch is closed to supply electric power from the power conversion device to the load device, and then the second switch and the third switch are cut off to operate the power conversion device for voltage sag compensation operation. A power conversion system characterized by:
前記第3開閉器を閉じた後、前記第4開閉器の遮断と前記電力変換装置の出力側のゲートブロックを行い、
その後、前記第2開閉器を閉してから、前記電力変換装置にて前記電動機の始動を開始すること
を特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の電力変換システム。 causing the power conversion device to perform a voltage sag compensation operation with the first switch, the second switch, and the third switch in an open state and the fourth switch in a closed state;
After closing the third switch, cut off the fourth switch and block the gate on the output side of the power converter,
After that, after closing the second switch, starting the electric motor in the power conversion device is started.
The power conversion system according to claim 1 or 2, characterized by :
直交する2軸の電動機制御用信号を出力する電動機駆動制御部と、
直交する2軸の電圧制御用信号を出力する瞬低補償制御部と、
直交する2軸の信号入力と基準位相信号に基づき3相の電圧制御信号を生成する逆d/q変換部と、
前記電力変換装置の出力電圧の位相を検出する第1位相検出部と、
前記交流電源の電圧の位相を検出する第2位相検出部と、
前記逆d/q変換部の前記直交する2軸の信号入力を、前記直交する2軸の電動機制御用信号又は前記直交する2軸の電圧制御用信号に切り替える第1の切り替え回路と、
前記逆d/q変換部の前記基準位相信号を、前記第1位相検出部の出力位相又は前記第2位相検出部の出力位相に切り替える第2の切り替え回路と、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力変換システム。 The control unit
a motor drive control unit that outputs signals for motor control of two orthogonal axes;
a momentary sag compensation control unit that outputs voltage control signals on two orthogonal axes;
an inverse d/q converter that generates a three-phase voltage control signal based on two orthogonal axis signal inputs and a reference phase signal;
a first phase detector that detects the phase of the output voltage of the power conversion device;
a second phase detector that detects the phase of the voltage of the AC power supply;
a first switching circuit for switching the orthogonal two-axis signal input of the inverse d/q conversion unit to the orthogonal two-axis motor control signal or the orthogonal two-axis voltage control signal;
a second switching circuit that switches the reference phase signal of the inverse d/q conversion unit to the output phase of the first phase detection unit or the output phase of the second phase detection unit;
The power conversion system according to any one of claims 1 to 3, comprising:
前記基準電圧回路部は非保持状態では、前記交流電源の振幅に、前記基準電圧回路部の出力が追従し、
前記基準電圧回路部は保持状態では、直前保持状態になる直前の前記交流電源の振幅に追従した、前記基準電圧回路部の出力値を保持して出力し、
前記基準電圧回路部は、前記第3開閉器が遮断された後に基準電圧を保持状態となり、
前記第3開閉器が遮断された後に基準電圧は非保持状態となること
を特徴とする請求項4に記載の電力変換システム。 The momentary sag compensation control unit includes a reference voltage circuit unit that serves as a reference for the two-axis voltage control signals,
In the non-holding state of the reference voltage circuit unit, the output of the reference voltage circuit unit follows the amplitude of the AC power supply,
In the hold state, the reference voltage circuit unit holds and outputs the output value of the reference voltage circuit unit that follows the amplitude of the AC power supply immediately before entering the previous hold state,
The reference voltage circuit unit enters a state of holding the reference voltage after the third switch is cut off,
The reference voltage is in a non-holding state after the third switch is cut off.
The power conversion system according to claim 4, characterized by :
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