(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-18
(45)【発行日】2023-07-26
(54)【発明の名称】サイリスタ起動装置
(51)【国際特許分類】
H02P 27/06 20060101AFI20230719BHJP
【ＦＩ】
H02P27/06
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2022560301
(86)(22)【出願日】2021-11-15
(86)【国際出願番号】 JP2021041867
【審査請求日】2022-10-03
(73)【特許権者】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松本 泰明
(72)【発明者】
【氏名】荻野 宏之
(72)【発明者】
【氏名】安藤 彰修
【審査官】柏崎 翔
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１９／１５９３４６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１１／１３２２６９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－３２００３９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ２７／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
同期機を起動させるサイリスタ起動装置であって、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記直流電力を平滑化する直流リアクトルと、
前記コンバータから前記直流リアクトルを介して与えられる直流電力を可変周波数の交流電力に変換して前記同期機に供給するインバータと、
前記直流リアクトルを流れる直流電流が電流指令値に一致するように、前記コンバータにおけるサイリスタの点弧位相を制御する制御部とを備え、
前記サイリスタ起動装置は、前記直流電流を断続的に零にすることにより前記インバータの転流を行なう第１のモードと、前記同期機の誘起電圧により前記インバータの転流を行なう第２のモードとを順次実行することにより、前記同期機を停止状態から所定の回転速度まで加速させるように構成され、
前記制御部は、
前記電流指令値に対する前記直流電流の偏差の積分要素を用いた制御演算を行なうことにより、前記コンバータの出力電圧の電圧指令値を生成する電流制御部と、
前記電圧指令値に補正値を加算する補正部と、
前記補正値が加算された前記電圧指令値に基づいて、前記コンバータにおけるサイリスタの位相制御角を演算する制御角演算部とを含み、
前記第１のモードにおいて、前記補正値は、前記同期機の回転速度が速くなるほど大きくなるように設定される、サイリスタ起動装置。
【請求項2】
前記同期機の回転子位置を検出する位置検出器をさらに備え、前記補正部は、前記位置検出器の検出信号から算出される前記同期機の回転速度が速くなるほど大きくなるように前記補正値を設定する、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項3】
前記インバータに入力される直流電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、前記補正部は、前記直流電圧が大きくなるほど大きくなるように前記補正値を設定する、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項4】
前記同期機に入力される交流電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、前記補正部は、前記交流電圧の実効値が大きくなるほど大きくなるように前記補正値を設定する、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項5】
前記補正部は、前記同期機の回転速度または回転速度に応じて変動するパラメータの値を説明変数とし、前記補正値を目的変数とする一次関数を用いて前記補正値を設定する、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、サイリスタ起動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
発電機および電動機等の同期機を起動するためのサイリスタ起動装置が開発されている（たとえば国際公開２０１４／０３３８４９号明細書（特許文献１）参照）。サイリスタ起動装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を平滑化する直流リアクトルと、コンバータから直流リアクトルを介して与えられる直流電力を可変周波数の交流電力に変換して同期機に供給するインバータとを備えている。同期機に供給する交流電力を制御することにより、停止状態の同期機を起動させて所定の回転速度で駆動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開２０１４／０３３８４９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記サイリスタ起動装置においては、同期機の起動時や低速時には同期機に発生する誘起電圧が低いため、インバータの転流（電流が移ること）が失敗する場合がある。そのため、サイリスタ起動装置では、同期機の起動時および低速時には、コンバータから出力される直流電流を断続的に零にしてインバータの転流を行なう「断続転流」が採用されている。
【0005】
断続転流では、一般的に、インバータの転流指令と同時にコンバータの位相制御角を絞ることにより、直流リアクトルを流れる直流電流を一旦零にして、次に転流すべきインバータのサイリスタに再びゲートパルスを与えて、転流させる。そして、直流電流が零となる時間が一定時間（インバータのサイリスタの消弧に必要な時間に相当）経過すると、コンバータでは、位相制御角の絞りが解除され、直流電流が電流指令値に一致するための点弧位相の制御が再開される。これにより、再び直流リアクトルに直流電流が流れ始める。
【0006】
直流リアクトルに流れる電流は、コンバータの出力端子間の直流電圧とインバータの入力端子間の直流電圧との差に依存する。インバータの入力端子間の直流電圧は、同期機の回転速度が速くなるにつれて増大する。そのため、コンバータの点弧位相の制御に用いる定数が固定である場合、同期機の回転速度が速くなるにつれて、直流電流が電流指令値に一致させる制御の応答性が低下する。
【0007】
本開示は、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、その目的は、断続転流時における、直流リアクトルを流れる直流電流の制御の応答性を改善することができるサイリスタ起動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示のある局面によれば、同期機を起動させるサイリスタ起動装置は、コンバータと、直流リアクトルと、インバータと、制御部とを備える。コンバータは、交流電力を直流電力に変換する。直流リアクトルは、直流電力を平滑化する。インバータは、コンバータから直流リアクトルを介して与えられる直流電力を可変周波数の交流電力に変換して同期機に供給する。制御部は、直流リアクトルを流れる直流電流が電流指令値に一致するように、コンバータにおけるサイリスタの点弧位相を制御する。サイリスタ起動装置は、直流電流を断続的に零にすることによりインバータの転流を行なう第１のモードと、同期機の誘起電圧によりインバータの転流を行なう第２のモードとを順次実行することにより、同期機を停止状態から所定の回転速度まで加速させるように構成される。制御部は、電流制御部と、補正部と、制御角演算部とを含む。電流制御部は、電流指令値に対する直流電流の偏差の積分要素を用いた制御演算を行なうことにより、コンバータの出力電圧の電圧指令値を生成する。補正部は、電圧指令値に補正値を加算する。制御角演算部は、補正値が加算された電圧指令値に基づいて、コンバータにおけるサイリスタの位相制御角を演算する。第１のモードにおいて、補正値は、同期機の回転速度が速くなるほど大きくなるように設定される。
【発明の効果】
【0009】
本開示によると、断続転流時における、直流リアクトルを流れる直流電流の制御の応答性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施の形態１に係るサイリスタ起動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図4】参考形態に係るサイリスタ起動装置に備えられるコンバータ制御部の構成を示す回路ブロック図である。
【図5】コンバータの正側出力端子と負側出力端子との間の直流電圧と、インバータの正側入力端子と負側入力端子との間の直流電圧との差を示す図である。
【図6】積分器の出力を示す図である。
【図7】実施の形態２に係るサイリスタ起動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図9】実施の形態３に係るサイリスタ起動装置に備えられるコンバータ制御部の構成を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【0012】
［実施の形態１］
（サイリスタ起動装置の構成）
図１は、実施の形態１に係るサイリスタ起動装置の構成を示す回路ブロック図である。実施の形態１に係るサイリスタ起動装置１００は、停止している同期機２０を所定の回転速度まで加速させることにより、同期機２０を始動させる。以下の説明では、所定の回転速度を「定格回転速度」とも称する。
（サイリスタ起動装置の構成）
図１は、実施の形態１に係るサイリスタ起動装置の構成を示す回路ブロック図である。実施の形態１に係るサイリスタ起動装置１００は、停止している同期機２０を所定の回転速度まで加速させることにより、同期機２０を始動させる。以下の説明では、所定の回転速度を「定格回転速度」とも称する。
【0013】
同期機２０は、電機子巻線ＡＴＵ、ＡＴＶ，ＡＴＷを有する固定子と、界磁巻線２２を有する回転子とを含む。同期機２０は、たとえば火力発電所のガスタービンに結合されており、ガスタービンによって回転駆動される。
【0014】
サイリスタ起動装置１００は、変圧器ＴＲの二次側に接続されている。変圧器ＴＲの一次側は交流電源３０に接続されている。変圧器ＴＲは、交流電源３０から供給される三相交流電圧を所定の電圧値の三相交流電圧に変換してサイリスタ起動装置１００に与える。
【0015】
サイリスタ起動装置１００は、コンバータ１、直流リアクトル３、およびインバータ２を備える。コンバータ１は、少なくとも６個のサイリスタＲＰ，ＳＰ，ＴＰ，ＲＮ，ＳＮ，ＴＮを含む三相全波整流器である。サイリスタＲＰ，ＳＰ，ＴＰのカソードはともに正側出力端子１ａに接続され、それらのアノードはそれぞれ入力端子１ｃ，１ｄ，１ｅに接続される。サイリスタＲＮ，ＳＮ，ＴＮのカソードはそれぞれ入力端子１ｃ，１ｄ，１ｅに接続され、それらのアノードはともに負側出力端子１ｂに接続される。コンバータ１は、変圧器ＴＲからの三相交流電力を可変電圧の直流電力に変換する。
【0016】
直流リアクトル３は、コンバータ１の正側出力端子１ａとインバータ２の正側入力端子２ａとの間に接続される。直流リアクトル３は、コンバータ１から出力される直流電流Ｉｄを平滑化する。コンバータ１の負側出力端子１ｂとインバータ２の負側入力端子２ｂとは互いに接続される。なお、もう１つの直流リアクトル３が、コンバータ１の負側出力端子１ｂとインバータ２の負側入力端子２ｂとの間に接続されていてもよい。
【0017】
インバータ２の３つの出力端子２ｃ，２ｄ，２ｅは、同期機２０の３つの電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷにそれぞれ接続される。インバータ２は、少なくとも６個のサイリスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚを含む三相他励式インバータである。サイリスタＵ，Ｖ，Ｗのアノードはともに正側入力端子２ａに接続され、それらのカソードはそれぞれ出力端子２ｃ，２ｄ，２ｅに接続される。サイリスタＸ，Ｙ，Ｚのアノードはそれぞれ出力端子２ｃ，２ｄ，２ｅに接続され、それらのカソードはともに負側入力端子２ｂに接続される。
【0018】
サイリスタ起動装置１００は、変流器４，５、電圧検出器６、位置検出器７、コンバータ制御部８、およびインバータ制御部９をさらに備える。
【0019】
変流器４は、変圧器ＴＲからコンバータ１に流れる三相交流電流を検出し、検出値を示す信号をコンバータ制御部８に与える。
【0020】
変流器５は、インバータ２から同期機２０の電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷに流れる電流を検出し、検出値を示す信号を位置検出器７に与える。
【0021】
電圧検出器６は、インバータ２から同期機２０に供給される三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷの瞬時値を検出し、検出値を示す信号を位置検出器７に与える。具体的には、電圧検出器６は、同期機２０の電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷにおける三相交流電圧の線間電圧のうちの２つの線間電圧（図１では、Ｕ相－Ｖ相間の交流電圧ＶＵ－ＶＶおよびＶ相－Ｗ相間の交流電圧ＶＶ－ＶＷとする）を検出する。なお、電圧検出器６は、３つの線間電圧（Ｕ相－Ｖ相間の交流電圧ＶＵ－ＶＶ、Ｖ相－Ｗ相間の交流電圧ＶＶ－ＶＷおよび、Ｗ相－Ｕ相間の交流電圧ＶＷ－ＶＵ）を検出する構成としてもよい。
【0022】
このように、Ｕ相－Ｖ相間の交流電圧ＶＵ－ＶＶ、Ｖ相－Ｗ相間の交流電圧ＶＶ－ＶＷおよびＷ相－Ｕ相間の交流電圧ＶＷ－ＶＵのうちの少なくとも２つの線間電圧を検出することにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧を計算により求めることができる。この線間電圧から相電圧への変換は、電圧検出器６または位置検出器７において行なわれる。
【0023】
位置検出器７は、変流器５および電圧検出器６からの信号に基づいて同期機２０の回転子の位置を検出し、検出値を示す信号をコンバータ制御部８およびインバータ制御部９に与える。
【0024】
コンバータ制御部８は、変流器４からの信号および位置検出器７からの信号に基づいて、コンバータ１を制御する。具体的には、コンバータ制御部８は、コンバータ１から出力される直流電流Ｉｄが所定の電流指令値Ｉｄ＊に一致するように、コンバータ１を電流制御する。コンバータ制御部８の内部構造については後述する。
【0025】
インバータ制御部９は、位置検出器７からの信号に基づいて、インバータ２の点弧位相を制御する。具体的には、インバータ制御部９は、制御角演算部１０と、ゲートパルス発生器１１とを含む。制御角演算部１０は、検出された同期機２０の回転子の位置に基づいて位相制御角（点弧角）γを演算し、演算した位相制御角γをゲートパルス発生器１１に与える。なお、断続転流モードにおいて、制御角演算部１０は、位相制御角γを０°に設定する。ゲートパルス発生器１１は、制御角演算部１０から受けた位相制御角γに基づいてインバータ２のサイリスタのゲートに与えるゲートパルス（点弧指令）を生成する。
【0026】
【0027】
サイリスタ起動装置１００においては、同期機２０の電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷに誘起される逆起電力（誘起電圧）を利用してインバータ２におけるサイリスタの転流が行なわれる。このような転流は「負荷転流」と呼ばれている。
【0028】
しかしながら、同期機２０の回転速度が遅い場合、すなわち同期機２０の起動時や低速時には、電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷに発生する誘起電圧が低いため、サイリスタの転流が失敗する場合がある。そのため、同期機２０の回転速度が遅いときには、コンバータ１から出力される直流電流Ｉｄを断続的に零にしてインバータ２の転流を行なう「断続転流」が採用されている。
【0029】
図２に示されるように、サイリスタ起動装置１００は、断続転流モード（第１のモード）と負荷転流モード（第２のモード）とを順次切り替えて実行することにより、同期機２０を停止状態から定格回転速度まで加速させるように構成される。
【0030】
具体的には、時刻ｔ＝０にて停止状態の同期機２０を起動させると、サイリスタ起動装置１００は断続転流モードを実行する。断続転流モード時、直流電流Ｉｄはパルス波形を示している。図２の例では、各パルスの波高値は一定値とされている（Ｉｄ＝Ｉ０）。波高値は、例えば、断続転流モードの時間中に同期機２０に供給される交流電力の積算値が、停止状態の同期機２０を切り替え回転速度まで加速させるための電力量を満たすように設定される。パルス間の休止時間Δｔは、インバータ２のサイリスタの消弧に必要な時間に設定されている。
【0031】
そして、同期機２０の回転速度が定格回転速度の１０％程度に到達すると、サイリスタ起動装置１００は、断続転流モードを負荷転流モードに切り替える。
【0032】
（コンバータ制御部の構成）
図３は、コンバータ制御部８の構成を示す回路ブロック図である。図３に示されるように、コンバータ制御部８は、電流検出器１２と、速度制御部１３と、電流制御部１４と、補正部１５と、制御角演算部１６と、ゲートパルス発生器１７とを含む。
図３は、コンバータ制御部８の構成を示す回路ブロック図である。図３に示されるように、コンバータ制御部８は、電流検出器１２と、速度制御部１３と、電流制御部１４と、補正部１５と、制御角演算部１６と、ゲートパルス発生器１７とを含む。
【0033】
電流検出器１２は、変流器４によって検出された三相交流電流を、コンバータ１から出力される直流電流Ｉｄに変換する。
【0034】
電流検出器１２は、整流回路１２１と、ゲイン乗算器１２２とを含む。整流回路１２１は、全波整流型のダイオード整流器を用いて、変流器４から受けた三相交流電流を整流する。ゲイン乗算器１２２は、整流回路１２１からの出力信号にゲインを乗じることにより、直流電流Ｉｄを演算する。
【0035】
速度制御部１３は、検出された同期機２０の回転子の位置に基づいて、同期機２０の回転速度を演算する。速度制御部１３は、演算した回転速度に基づいて、直流電流Ｉｄの目標値である電流指令値Ｉｄ＊を生成する。
【0036】
電流制御部１４は、直流電流Ｉｄを電流指令値Ｉｄ＊に追従させるための制御演算を実行して、コンバータ１の出力電圧の電圧指令値ＶＤＣ１＊を生成する。具体的には、電流制御部１４は、電流指令値Ｉｄ＊に対する直流電流Ｉｄの偏差ΔＩｄの積分要素を用いた制御演算を行なうことにより、電圧指令値ＶＤＣ１＊を生成する。
【0037】
電流制御部１４は、減算器１４１と、ゲイン乗算器１４２と、積分器１４３と、加算器１４４とを含む。減算器１４１は、電流指令値Ｉｄ＊と直流電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄを演算し、演算した偏差ΔＩｄをゲイン乗算器１４２と積分器１４３とに出力する。ゲイン乗算器１４２は、偏差ΔＩｄに所定の比例ゲインＫＰを乗算する。積分器１４３は、偏差ΔＩｄを所定の積分ゲインＫＩで積分する。加算器１４４は、ゲイン乗算器１４２および積分器１４３からの出力を加算して、電圧指令値ＶＤＣ１＊を生成する。電圧指令値ＶＤＣ１＊は、コンバータ１が出力すべき直流電圧ＶＤＣ１を規定する制御指令に相当する。このように、電流制御部１４は、比例積分（ＰＩ：Proportional-Integral）演算することにより電圧指令値ＶＤＣ１＊を生成する。なお、電流制御部１４は、比例積分微分（ＰＩＤ：Proportional-Integral-Differential）演算を行なうように構成されていてもよい。
【0038】
なお、コンバータ制御部８は、インバータ２の正側入力端子２ａと負側入力端子２ｂとの間の直流電圧ＶＤＣ２よりも直流リアクトル３による電圧降下分だけ大きくなるように直流電圧ＶＤＣ１を制御する（図１参照）。これにより、直流電流Ｉｄが制御される。
【0039】
補正部１５は、電流制御部１４によって生成された電圧指令値ＶＤＣ１＊に補正値を加算することにより、電圧指令値ＶＤＣ１＊を補正する。
【0040】
補正部１５は、補正値演算器１５１と、加算器１５２とを含む。補正値演算器１５１は、位置検出器７によって検出された同期機２０の回転子の位置に基づいて、同期機２０の回転速度を演算する。補正値演算器１５１は、予め定められた補正関数Ｆ（ｘ）に回転速度を入力することにより補正値を演算する。加算器１５２は、電圧指令値ＶＤＣ１＊と補正値とを加算する。
【0041】
補正関数Ｆ（ｘ）は、説明変数ｘを回転速度とし、目的変数を補正値とする関数である。補正関数Ｆ（ｘ）は、断続転流モードにおいて、回転速度が速くなるほど補正値が大きくなるように定められている。そのため、補正部は、断続転流モードにおいて、同期機２０の回転速度が速くなるほど大きくなるように補正値を設定する。
【0042】
制御角演算部１６は、補正値が加算された電圧指令値ＶＤＣ１＊に基づいて、コンバータ１におけるサイリスタの位相制御角αを演算する。制御角演算部１６は、演算した位相制御角αをゲートパルス発生器１７に与える。ただし、制御角演算部１６は、断続転流モードにおいて、休止時間Δｔの間、直流電流Ｉｄが零になるように、位相制御角αを絞る。
【0043】
ゲートパルス発生器１７は、制御角演算部１６から受けた位相制御角αに基づいてコンバータ１のサイリスタのゲートに与えるゲートパルス（点弧指令）を生成する。ゲートパルス発生器１７によって生成されたゲートパルスに従ってコンバータ１がスイッチング制御されることにより、電流指令値Ｉｄ＊に従った直流電流Ｉｄがコンバータ１から出力される。
【0044】
（利点）
実施の形態１に係るサイリスタ起動装置１００の利点について、参考形態に係るサイリスタ起動装置と比較しながら説明する。
実施の形態１に係るサイリスタ起動装置１００の利点について、参考形態に係るサイリスタ起動装置と比較しながら説明する。
【0045】
図４は、参考形態に係るサイリスタ起動装置に備えられるコンバータ制御部の構成を示す回路ブロック図である。参考形態に係るサイリスタ起動装置は、図１に示すサイリスタ起動装置１００と比較して、コンバータ制御部８の代わりに図４に示すコンバータ制御部２０８を備える点で相違する。図４に示されるように、コンバータ制御部２０８は、図３に示すコンバータ制御部８と比較して、補正部１５を含まない点で相違する。
【0046】
コンバータ制御部８，２０８に含まれる電流制御部１４の比例ゲインＫＰおよび積分ゲインＫＩは固定値である。そのため、電流制御部１４は、同期機２０の回転速度にかかわらず、電流指令値Ｉｄ＊と直流電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄが同一であれば、同じ電圧指令値ＶＤＣ１＊を生成する。しかしながら、インバータ２の正側入力端子２ａと負側入力端子２ｂとの間の直流電圧ＶＤＣ２は、同期機２０の回転速度に応じて増大する。直流電流Ｉｄは、直流電圧ＶＤＣ１と直流電圧ＶＤＣ２との電位差に応じた値となる。したがって、同期機２０の回転速度が速くなるにつれて直流電圧ＶＤＣ２が大きくなると、直流電圧ＶＤＣ１と直流電圧ＶＤＣ２との電位差が小さくなり、直流電流Ｉｄは、電流指令値Ｉｄ＊に近づきにくくなる。
【0047】
図５は、コンバータ１の正側出力端子１ａと負側出力端子１ｂとの間の直流電圧ＶＤＣ１と、インバータ２の正側入力端子２ａと負側入力端子２ｂとの間の直流電圧ＶＤＣ２との差（ＶＤＣ１－ＶＤＣ２）を示す図である。図５には、断続転流モードにおける１パルス期間の差（ＶＤＣ１－ＶＤＣ２）の時間変化が示される。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は差（ＶＤＣ１－ＶＤＣ２）を示す。また、上側には、同期機２０の回転速度が０に近いときの差（ＶＤＣ１－ＶＤＣ２）が示され、下側には、同期機２０の回転速度が定格回転速度の１０％に近いときの差（ＶＤＣ１－ＶＤＣ２）が示される。図５に示されるように、回転速度が速くなるにつれて、差（ＶＤＣ１－ＶＤＣ２）が小さくなる。そのため、直流リアクトル３に電流が流れにくくなり、直流電流Ｉｄは、電流指令値Ｉｄ＊に近づきにくくなる。
【0048】
さらに、同期機２０の回転速度が速くなるにつれ、電流指令値Ｉｄ＊と直流電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄが小さくなる。そのため、積分器１４３の出力も、同期機２０の回転速度が速くなるにつれ小さくなる。その結果、直流電流Ｉｄは、電流指令値Ｉｄ＊に近づきにくくなる。
【0049】
図６は、積分器１４３の出力を示す図である。図６には、断続転流モードにおける１パルス期間の積分器１４３の出力の時間変化が示される。図６において、横軸は時間を示し、縦軸は積分器１４３の出力を示す。また、上側には、同期機２０の回転速度が０に近いときの積分器１４３の出力が示され、下側には、同期機２０の回転速度が定格回転速度の１０％に近いときの積分器１４３の出力が示される。図６に示されるように、同期機２０の回転速度が速くなるにつれて、積分器１４３の出力が小さくなる。
【0050】
このように、同期機２０の回転速度が速くなるにつれ、差（ＶＤＣ１－ＶＤＣ２）が小さくなり、積分器１４３の出力が小さくなる。その結果、直流電流Ｉｄは、電流指令値Ｉｄ＊に近づきにくくなる。
【0051】
図４に示されるコンバータ制御部２０８では、電流制御部１４からの電圧指令値ＶＤＣ１＊をそのまま用いて位相制御角αが演算される。そのため、同期機２０の回転速度が速くなるにつれ、直流電流Ｉｄを電流指令値Ｉｄ＊に近づける電流制御の応答性が低下する。
【0052】
また、電流制御部１４から出力される電圧指令値ＶＤＣ１＊に一定の補正値を加算する参考形態も考えられる。このような参考形態であっても、同期機２０の回転速度の増大に伴う電流制御の応答性の低下を十分に抑制できない。
【0053】
これに対し、図３に示されるコンバータ制御部８では、電流制御部１４からの電圧指令値ＶＤＣ１＊に対して補正値を加算することにより、電圧指令値ＶＤＣ１＊を補正し、補正後の電圧指令値ＶＤＣ１＊を用いて位相制御角αが演算される。断続転流モードにおいて、補正値は、同期機２０の回転速度が速くなるほど大きくなるように設定される。具体的には、補正部１５は、位置検出器７の検出信号から算出される同期機２０の回転速度が速くなるほど大きくなるように補正値を設定する。そのため、同期機２０の回転速度が速くなったとしても、電流制御の応答性の低下を抑制できる。
【0054】
（補正関数）
同期機２０に入力される交流電圧の実効値をＥａｃとするとき、インバータ２の正側入力端子２ａと負側入力端子２ｂとの間の直流電圧ＶＤＣ２は、以下の関係式（１）を満たす。
ＶＤＣ２＝Ｃ×Ｅａｃ×cosγ・・・（１）
関係式（１）において、Ｃは定数であり、γはインバータ２の位相制御角である。上述したように、断続転流モードでは、位相制御角γは０°に設定される。そのため、直流電圧ＶＤＣ２は、交流電圧の実効値Ｅａｃに比例する。
同期機２０に入力される交流電圧の実効値をＥａｃとするとき、インバータ２の正側入力端子２ａと負側入力端子２ｂとの間の直流電圧ＶＤＣ２は、以下の関係式（１）を満たす。
ＶＤＣ２＝Ｃ×Ｅａｃ×cosγ・・・（１）
関係式（１）において、Ｃは定数であり、γはインバータ２の位相制御角である。上述したように、断続転流モードでは、位相制御角γは０°に設定される。そのため、直流電圧ＶＤＣ２は、交流電圧の実効値Ｅａｃに比例する。
【0055】
同期機２０の回転速度は、同期機２０に入力される交流電圧の周波数に比例する。インバータ制御部９は、同期機２０の焼損を防止するために、Ｖｆ特性に従い、交流電圧の周波数に比例するように交流電圧の実効値Ｅａｃを設定する。そのため、直流電圧ＶＤＣ２は、同期機２０の回転速度に比例する。
【0056】
補正値は、同期機２０の回転速度の増大に応じた直流電圧ＶＤＣ２の増大を補償するために設定される。そのため、補正関数Ｆ（ｘ）は、一次関数で表されることが好ましい。すなわち、補正関数Ｆ（ｘ）は、Ｆ（ｘ）＝Ａ×ｘ＋Ｂで表される。定数Ａ，Ｂは、予め実験またはシミュレーションによって決定される。なお、定数Ｂは０に設定されてもよい。
【0057】
［実施の形態２］
図７は、実施の形態２に係るサイリスタ起動装置の構成を示す回路ブロック図である。本実施の形態２に係るサイリスタ起動装置１００Ａは、図１に示すサイリスタ起動装置１００と比較して、コンバータ制御部８の代わりにコンバータ制御部８Ａを備え、電圧検出器１８をさらに備える点で相違する。
図７は、実施の形態２に係るサイリスタ起動装置の構成を示す回路ブロック図である。本実施の形態２に係るサイリスタ起動装置１００Ａは、図１に示すサイリスタ起動装置１００と比較して、コンバータ制御部８の代わりにコンバータ制御部８Ａを備え、電圧検出器１８をさらに備える点で相違する。
【0058】
電圧検出器１８は、インバータ２の正側入力端子２ａと負側入力端子２ｂとの間の直流電圧ＶＤＣ２を検出する。電圧検出器１８は、検出信号をコンバータ制御部８Ａに出力する。
【0059】
図８は、図７に示すコンバータ制御部８Ａの構成を示す回路ブロック図である。図８に示されるように、コンバータ制御部８Ａは、図３に示すコンバータ制御部８と比較して、補正部１５の代わりに補正部１５Ａを含む点で相違する。
【0060】
補正部１５Ａは、補正値演算器１５１Ａと、加算器１５２とを含む。補正値演算器１５１Ａは、電圧検出器１８によって検出された直流電圧ＶＤＣ２を予め定められた補正関数Ｆ1（ｘ）に入力することにより補正値を演算する。加算器１５２は、電圧指令値ＶＤＣ１＊と補正値とを加算する。
【0061】
補正関数Ｆ1（ｘ）は、説明変数ｘを直流電圧ＶＤＣ２とし、目的変数を補正値とする関数である。補正関数Ｆ１（ｘ）は、断続転流モードにおいて、直流電圧ＶＤＣ２が大きくなるほど補正値が大きくなるように定められている。そのため、補正部１５Ａは、断続転流モードにおいて、直流電圧ＶＤＣ２が大きくなるほど大きくなるように補正値を設定する。
【0062】
上述したように、直流電圧ＶＤＣ２は、同期機２０の回転速度に比例する。そのため、補正値は、断続転流モードにおいて、同期機２０の回転速度が速くなるほど大きくなるように設定される。したがって、実施の形態２に係るサイリスタ起動装置１００Ａは、実施の形態１に係るサイリスタ起動装置１００と同様の利点を有する。
【0063】
なお、補正値は、直流電圧ＶＤＣ２の増大を補償するために設定される。そのため、補正関数Ｆ1（ｘ）は、一次関数で表されることが好ましい。すなわち、補正関数Ｆ1（ｘ）は、Ｆ1（ｘ）＝Ａ1×ｘ＋Ｂ1で表される。定数Ａ1，Ｂ1は、予め実験またはシミュレーションによって決定される。なお、定数Ｂ1は０に設定されてもよい。
【0064】
［実施の形態３］
図９は、実施の形態３に係るサイリスタ起動装置に備えられるコンバータ制御部の構成を示す回路ブロック図である。実施の形態３に係るサイリスタ起動装置は、図１に示すサイリスタ起動装置１００と比較して、コンバータ制御部８の代わりに図９に示すコンバータ制御部８Ｂを備える点で相違する。図９に示されるように、コンバータ制御部８Ｂは、図３に示すコンバータ制御部８と比較して、補正部１５の代わりに補正部１５Ｂを含む点で相違する。
図９は、実施の形態３に係るサイリスタ起動装置に備えられるコンバータ制御部の構成を示す回路ブロック図である。実施の形態３に係るサイリスタ起動装置は、図１に示すサイリスタ起動装置１００と比較して、コンバータ制御部８の代わりに図９に示すコンバータ制御部８Ｂを備える点で相違する。図９に示されるように、コンバータ制御部８Ｂは、図３に示すコンバータ制御部８と比較して、補正部１５の代わりに補正部１５Ｂを含む点で相違する。
【0065】
補正部１５Ｂは、補正値演算器１５１Ｂと、加算器１５２とを含む。補正値演算器１５１Ｂは、電圧検出器６によって検出された検出値を位置検出器７から受ける。なお、補正値演算器１５１Ｂは、検出値を電圧検出器６から直接受けてもよい。補正値演算器１５１Ｂ、受けた検出値に基づいて、同期機２０に入力される交流電圧の実効値Ｅａｃを演算する。補正値演算器１５１Ｂは、交流電圧の実効値Ｅａｃを予め定められた補正関数Ｆ2（ｘ）に入力することにより補正値を演算する。加算器１５２は、電圧指令値ＶＤＣ１＊と補正値とを加算する。
【0066】
補正関数Ｆ2（ｘ）は、説明変数ｘを同期機２０に入力される交流電圧の実効値Ｅａｃとし、目的変数を補正値とする関数である。補正関数Ｆ2（ｘ）は、断続転流モードにおいて、交流電圧の実効値Ｅａｃが大きくなるほど補正値が大きくなるように定められている。そのため、補正部１５Ｂは、断続転流モードにおいて、交流電圧の実効値Ｅａｃが大きくなるほど大きくなるように補正値を設定する。
【0067】
上述したように、交流電圧の実効値Ｅａｃは、同期機２０の回転速度に比例する。そのため、補正値は、断続転流モードにおいて、同期機２０の回転速度が速くなるほど大きくなるように設定される。したがって、実施の形態３に係るサイリスタ起動装置は、実施の形態１に係るサイリスタ起動装置１００と同様の利点を有する。
【0068】
なお、補正値は、同期機２０の回転速度の増大に伴う直流電圧ＶＤＣ２の増大を補償するために設定される。関係式（１）で示されるように、直流電圧ＶＤＣ２は交流電圧の実効値Ｅａｃに比例する。そのため、補正関数Ｆ2（ｘ）は、一次関数で表されることが好ましい。すなわち、補正関数Ｆ2（ｘ）は、Ｆ2（ｘ）＝Ａ2×ｘ＋Ｂ2で表される。定数Ａ2，Ｂ2は、予め実験またはシミュレーションによって決定される。なお、定数Ｂ2は０に設定されてもよい。
【0069】
なお、上述した実施の形態１～３では、同期機２０が火力発電所においてガスタービンによって回転駆動される発電機である場合について説明したが、これに限るものではなく、同期機２０は一般産業分野で使用される同期機であってもよい。たとえば、同期機２０は、製鉄所の冷却ブロワ用の同期機であってもよい。
【0070】
今回開示された実施の形態がすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0071】
１ コンバータ、１ａ 正側出力端子、１ｂ 負側出力端子、１ｃ～１ｅ 入力端子、２ インバータ、２ａ 正側入力端子、２ｂ 負側入力端子、２ｃ～２ｅ 出力端子、３ 直流リアクトル、４，５ 変流器、６，１８ 電圧検出器、７ 位置検出器、８，８Ａ，８Ｂ，２０８ コンバータ制御部、９ インバータ制御部、１０，１６ 制御角演算部、１１，１７ ゲートパルス発生器、１２ 電流検出器、１３ 速度制御部、１４ 電流制御部、１５，１５Ａ，１５Ｂ 補正部、２０ 同期機、２２ 界磁巻線、３０ 交流電源、１００，１００Ａ サイリスタ起動装置、１２１ 整流回路、１２２，１４２ ゲイン乗算器、１４１ 減算器、１４３ 積分器、１４４，１５２ 加算器、１５１，１５１Ａ，１５１Ｂ 補正値演算器、ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷ 電機子巻線、ＲＮ，ＲＰ，ＳＮ，ＳＰ，ＴＮ，ＴＰ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ サイリスタ、ＴＲ 変圧器。
【要約】
サイリスタ起動装置のコンバータ制御部（８）は、電流指令値に対する直流電流の偏差の積分要素を用いた制御演算を行なうことにより、コンバータ（１）の出力電圧の電圧指令値を生成する電流制御部（１４）と、電圧指令値に補正値を加算する補正部（１５）と、補正値が加算された電圧指令値に基づいて、コンバータ（１）におけるサイリスタの位相制御角を演算する制御角演算部（１６）とを含む。断続転流モードにおいて、補正値は、同期機の回転速度が速くなるほど大きくなるように設定される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】