JP2000134938A - インバータの並列運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】両インバータの出力電圧の位相が一致している
ことをより確実に確認した後、さらには、電圧異常もな
いことを確認した後、並列運転を始動可能にすることを
目的としている。 【解決手段】本発明のインバータの並列運転制御装置
は、並列接続のインバータの出力電圧を検出する電圧検
出回路２５と、出力目標正弦波信号を発生させる回路３
３と、この正弦波信号と前記検出電圧の差をとり、誤差
波形信号を出力する比較回路３４と、該誤差波形信号が
小さくなるように自機のインバータ２２を制御する、Ｐ
ＷＭ回路３５のようなインバータ制御手段とを有してい
る。そして、本発明は、インバータの並列運転を開始す
る前から誤差波形信号と出力目標正弦波信号が同相にな
るように出力目標正弦波の位相を調整し、両信号が同相
又は１８０度逆相であることを確認した後自機インバー
タ２２を始動する判定回路３６を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータの並列運転
制御装置に関し、特に、並列運転すべき両インバータの
電圧位相を調整して、並列運転を開始する前に相手機と
位相を合わせることのできるインバータの並列運転制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンによって駆動される発動発電機
の交流出力を整流平滑した後、ＰＷＭ回路により制御さ
れるインバータにより所定周波数の交流電力に変換して
負荷へ出力することが行われている。そして、このよう
なインバータを並列運転することも従来より行われてい
るが、その際、それぞれの出力電圧の間で同期がとれな
いと、電圧差により一方のインバータより他方のインバ
ータに電流が流れ込み、一方のインバータに過電流が流
れて構成機器を破壊するおそれがあることが知られてい
る。ここで、同期とは、双方の出力電圧の大きさだけで
なく、位相にずれがないことを意味している。

【０００３】並列運転開始時の同期をとるために、並列
運転する両インバータの出力端子間が互いに接続されて
いて、自機が発電していなくとも、自機の出力電圧検出
手段により相手機の出力電圧波形を検出することができ
ることを利用して、検出した相手機の出力電圧波形のゼ
ロクロス点を基準として自機の起動を開始することが、
特開平５−２２７６６７号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、並列運
転開始時に、上記従来技術は、検出した相手機の出力電
圧波形のゼロクロス点を基準として自機の起動を開始す
るものであるが、これのみでは、双方の出力電圧が同期
しているとはいえない。単に瞬間的にタイミングを一致
させるのみでは、両電圧の位相が確実に一致しているこ
とを確認することができない。少なくとも並列運転開始
前の所定期間の間、両電圧の大きさ及び位相が一致して
いる必要がある。

【０００５】そこで、本発明は、両インバータの出力電
圧の位相が一致していることをより確実に確認した後、
さらには、電圧異常もないことを確認した後、並列運転
を始動可能にしたインバータの並列運転制御装置を提供
することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインバータの並
列運転制御装置は、相手機のインバータ１２に対して自
機のインバータ２２を並列に運転する並列接続のインバ
ータの出力電圧を検出する電圧検出回路２５と、インバ
ータの出力目標となる正弦波信号を発生させる出力目標
正弦波化回路３３と、この正弦波信号と前記検出電圧の
差をとり、誤差波形信号を出力する比較回路３４と、該
誤差波形信号が小さくなるように自機のインバータ２２
を制御する、ＰＷＭ回路３５のようなインバータ制御手
段とを有している。そして、本発明は、インバータの並
列運転を開始する前から誤差波形信号と出力目標正弦波
信号が同相になるように出力目標正弦波の位相を調整
し、両信号が同相又は１８０度逆相であることを確認し
た後自機インバータ２２を始動する判定回路３６を備え
ることを特徴としている。

【０００７】また、誤差波形信号と出力目標正弦波信号
の位相の調整は、出力目標正弦波信号が負から正になる
ゼロボルト時点の誤差波形信号が正の時、出力目標正弦
波信号の位相を遅らせ、負の時は位相を進める第一の手
段によって、又は、出力目標正弦波信号が正から負にな
るゼロボルト時点の誤差波形信号が負の時、出力目標正
弦波信号の位相を遅らせ、正の時は位相を進める第二の
手段によって、若しくは前記第一の手段と第二の手段の
両方によって、行うことを特徴としている。

【０００８】また、インバータを始動する判定回路３６
は、誤差波形信号と出力目標正弦波信号の間の位相を確
認するだけでなく、出力目標正弦波信号の最大値付近で
の誤差波形信号の振幅が所定の範囲内にあることを確認
した後自機インバータ２２を始動することを特徴として
いる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を例示に基づき詳細
に説明する。図１は、本発明を適用するインバータの並
列運転制御装置の概略全体構成図である。図において、
相手機の交流発電機１０の交流出力は整流平滑回路１１
で整流平滑されて直流出力となる。この直流出力は、イ
ンバータ駆動回路１３により制御されるインバータ１２
により、所定周波数の交流電力に変換されてインバータ
出力端子より図示しない負荷に供給されている。

【００１０】この既に運転中であり、負荷に交流電力を
供給していると想定している相手機に対して、並列運転
されるべき自機は、同様に、交流発電機２０，その交流
出力を整流平滑して直流を出力する整流平滑回路２１，
及びその直流出力を所定周波数の交流電力に変換するイ
ンバータ２２及びインバータ駆動回路２３を備えてい
る。インバータ駆動回路２３は、インバータの目標とす
る出力目標正弦波を作成する出力目標正弦波化回路３３
と、該回路３３の出力する出力目標正弦波と検出電圧を
比較する比較回路３４と、該比較回路３４の出力する誤
差波形信号に基づきインバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ
回路３５と、並列運転可能を確認する判定回路３６とか
ら構成されている。

【００１１】インバータ出力電圧の目標とする出力目標
正弦波を作成する出力目標正弦波化回路３３は、例え
ば、内部に備える発振回路から出力されるパルス列信号
を、さらに分周回路で分周したパルス列をクロック信号
として、階段状の正弦波信号を発生し、これをローパス
フィルタに通すことにより、正弦波を作成することがで
きる。また、このような出力目標正弦波化回路３３は、
マイクロコンピュータによって構成することができる。
比較回路３４は、非反転端子＋に入力されたこの出力目
標正弦波と、反転端子−に入力された出力電圧波形の差
をとり、それによって、その差と一定比率の誤差波形信
号を出力する。そして、この誤差波形信号が小さくなる
方向にインバータは制御される必要があるが、例示の装
置においては、ＰＷＭ回路３５が、その誤差波形信号か
らＰＷＭ信号を作成し、そのＰＷＭ信号によってインバ
ータ２２を制御している。なお、このインバータ２２
は、通常のように、ローパスフィルタを備えている。

【００１２】次に、このように構成された並列運転制御
装置により、既に運転中の相手機に対して、自機の並列
運転を開始する際の動作について説明する。

【００１３】自機のインバータ２２は出力を発生してい
ないが、相手機のインバータ１２により既に出力が発生
されているので、並列接続のインバータの出力電圧は、
電圧検出回路２５により検出されて比較回路３４の反転
端子−に入力されている。この検出電圧と、非反転端子
＋に入力された出力目標正弦波との差に相当する誤差波
形信号は、所定の比率にして前述のように、ＰＷＭ回路
３５に入力されるが、同時に、この誤差波形信号は、出
力目標正弦波化回路３３にフィードバックされる。これ
によって、出力目標正弦波信号は、この相手機の出力波
形と同相になるように、正弦波信号の周波数を変えるこ
とで位相を調整している。但し、並列運転始動前におい
ては、判定回路３６によって、例えば、始動条件が満た
されるまでＰＷＭ回路３５の出力を強制的にオフにする
ことにより、インバータ２２を始動しないようにＰＷＭ
回路３５を制御している。即ち、この相手機の出力波形
と、正弦波信号の位相関係は、判定回路３６で検出され
て、両者が同相又は１８０度逆相のとき、インバータ２
２が始動するようにＰＷＭ回路３５を制御している。始
動条件が満たされた後、インバータ２２は、出力目標正
弦波と出力電圧の差である誤差波形信号を小さくなる方
向に制御される。

【００１４】図２は、出力目標正弦波化回路３３の機能
ブロック図を例示している。図示したように、正弦波発
生回路４４で発生した正弦波が、位相調整回路４５によ
り位相調整されて、出力目標正弦波信号として出力され
ている。この位相調整は、第一の手段において、出力目
標正弦波信号が負から正になるゼロクロスを回路４０で
検出し、この検出時点の誤差波形信号の値及び極性を回
路４２で検出し、誤差波形信号が正の時、出力目標正弦
波信号の位相を遅らせ、負の時は位相を進める。若しく
は、第二の手段において、出力目標正弦波信号が正から
負になるゼロクロスを回路４１で検出し、この検出時点
の誤差波形信号の値及び極性を回路４３で検出し、誤差
波形信号が負の時、出力目標正弦波信号の位相を遅ら
せ、正の時は位相を進める。この位相調整は、第一の手
段と第二の手段の内の一方のみで十分な調整を行うこと
ができるが、第一の手段及び第二の手段の両方により位
相調整を行うことも可能である。

【００１５】この位相調整については、図３〜図６を参
照して更に説明する。図３〜図６はいずれも、検出され
たインバータ出力電圧と、出力目標正弦波信号と、両者
の差である誤差波形信号を示し、図３は、出力電圧が目
標正弦波信号よりも遅れている場合を、図４は、進んで
いる場合を、図５は、両者が同相であると共に、誤差波
形信号とも同相である場合を、そして、図６は、出力電
圧が目標正弦波信号と同相ではあるが、それよりも大き
な値を有しているために、誤差信号が１８０度逆相にな
っている場合をそれぞれ示している。

【００１６】最初に、図３に示すように、出力電圧が目
標正弦波信号よりも遅れている場合の位相調整について
説明する。上記第一の手段の位相調整は、出力目標正弦
波信号が負から正になるゼロボルト時点で判断する。こ
のとき、図示したように、出力目標正弦波信号は出力電
圧よりも大きく、その誤差波形信号が正であるから、出
力目標正弦波信号の位相を遅らせる。或いは、第二の手
段において、出力目標正弦波信号が正から負になるゼロ
ボルト時点で判断し、図示したように、出力目標正弦波
信号は出力電圧よりも小さく、その誤差波形信号が負で
あるから、出力目標正弦波信号の位相を遅らせる。若し
くは、第一の手段と第二の手段の組み合わせとして、出
力目標正弦波信号が負から正になるゼロボルト時点で、
かつ正から負になるゼロボルト時点のいずれでも判断し
て、図示した例の場合、いずれの場合も、出力目標正弦
波信号の位相を遅らせる。

【００１７】このとき、進める位相の移動量は、検出さ
れた誤差波形信号の大きさと相関を持たせる。つまり、
誤差波形信号が大きいとき、移動量を多くし、小さいと
き移動量を少なくする。

【００１８】図４は、出力電圧が目標正弦波信号よりも
進んでいる場合を示している。この場合、出力目標正弦
波信号が負から正になるゼロボルト時点で（第一の手
段）、かつ正から負になるゼロボルト時点で（第二の手
段）、若しくは、その組み合わせで判断されるのは、図
３の場合と同じであるが、図４に図示した場合は、出力
目標正弦波信号の位相は進ませるように調整される。

【００１９】図示していないが、出力電圧が目標正弦波
信号の位相と一致している場合、何らの位相調整も行わ
れない。このように、位相調整は、比較回路３４の出力
である誤差波形信号を、出力目標正弦波化回路３３にフ
ィードバックし、出力目標正弦波信号が負から正、或い
は正から負になるゼロボルト時点で、誤差波形信号をゼ
ロになる方向に、即ち、出力目標正弦波信号が、この誤
差波形信号と同相になるように、正弦波信号の周波数を
変えることで位相を調整していることになる。そして、
この誤差信号と、正弦波信号の位相関係は、判定回路３
６で検出されて、両者が同相又は１８０度逆相のとき、
インバータ２２が始動するようにＰＷＭ回路３５を制御
する。

【００２０】図５は、目標正弦波信号は、出力電圧と同
相ではあるが、それよりもわずかに大きいために、誤差
信号もまた、目標正弦波信号及び出力電圧と同相になる
場合を例示している。これに対して、図６の場合は、目
標正弦波信号が、出力電圧と同相ではあるが、それより
もわずかに小さいために、誤差信号は、目標正弦波信号
及び出力電圧と１８０゜逆相になる場合を例示してい
る。

【００２１】誤差信号と正弦波信号の位相関係が同相
（図５）又は１８０度逆相（図６）のいずれの場合も、
信号の大きさに異常のない限り、インバータ２２を始動
してインバータ１２と並列運転することができる。信号
大きさの異常は、出力目標正弦波信号の最大値付近での
誤差波形信号の振幅を調べ、所定の振幅範囲内にあるこ
とは、判定回路３６で確認される。確認後、インバータ
２２を始動するようにＰＷＭ回路３５は制御される。仮
に、この誤差波形信号の振幅が、所定の範囲外ならば、
それは、並列運転しようとする相手機の出力電圧が異常
に高いか、若しくは、自機の出力目標正弦波化回路３３
の出力が異常に高く、この状態で、自機のインバータ２
２を始動するならば、インバータ２２の出力電圧が異常
に高くなるおそれのある場合である。本発明は、このよ
うに、異常のないことを判定回路３６で確認した後イン
バータ２２を始動して、並列運転をすることができる。

【００２２】また、出力目標正弦波信号と出力電圧波形
の差をとって誤差波形信号を出力する比較回路３４の増
幅利得は、始動時と通常運転時とで変化させることがで
きる。これによって、始動時には、利得を下げて、自機
と相手機の比較的大きな電圧差を許容すると共に、通常
運転時は、比較的小さな電圧差で並列運転するよう制御
することができる。

【００２３】なお、前述したように、誤差信号と正弦波
信号が１８０度逆相（図６）になるのは、目標正弦波信
号が出力電圧よりも小さい場合であるから、この場合、
出力目標正弦波信号を大きくするような制御をする。さ
らに、上記したように、誤差波形信号の振幅が、所定の
範囲外にあるとき、この範囲内に入るように出力目標正
弦波の振幅を変更する。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、インバータを始動する前に、
誤差波形信号を調べることで、出力に異常な電圧がかか
る可能性があるかどうかを確認することができ、異常電
圧時にはインバータを始動させず、インバータの破壊を
防ぐことができる。

【００２５】並列運転時は、相手機と位相があった状態
で運転を開始することができる。また、相手機の出力電
圧が異常でないことを確認してから自機のインバータを
始動することができる。

【００２６】始動時と通常運転時で、出力目標正弦波信
号と出力電圧波形の差に対する誤差波形信号の大きさの
比を変えることで、迅速に位相合わせをすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するインバータの並列運転制御装
置の概略全体構成図である。

【図２】図１に示した出力目標正弦波化回路の機能ブロ
ック図を例示している。

【図３】出力電圧が目標正弦波信号よりも遅れている場
合の、インバータ出力電圧と、出力目標正弦波信号と、
誤差波形信号との関係を示している。

【図４】出力電圧が目標正弦波信号よりも進んでいる場
合の、インバータ出力電圧と、出力目標正弦波信号と、
誤差波形信号との関係を示している。

【図５】出力電圧が、目標正弦波信号と、また誤差波形
信号と同相である場合の、インバータ出力電圧と、出力
目標正弦波信号と、誤差波形信号との関係を示してい
る。

【図６】出力電圧が、目標正弦波信号と同相であるが、
誤差波形信号と逆相になっている場合の、インバータ出
力電圧と、出力目標正弦波信号と、誤差波形信号との関
係を示している。

【符号の説明】

１０、２０ 交流発電機 １１、２１ 整流平滑回路 １２、２２ インバータ ２５ 電圧検出回路 ３３ 出力目標正弦波化回路 ３４ 比較回路 ３５ ＰＷＭ回路 ３６ 判定回路 ４０ 負から正のゼロクロス検出回路 ４１ 正から負のゼロクロス検出回路 ４２、４３ 値及び極性検出回路 ４４ 正弦波発生回路 ４５ 位相調整回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相手機のインバータに対して自機のイン
   バータを並列に運転する並列接続のインバータの出力電
   圧を検出する手段と、インバータの出力目標となる正弦
   波信号を発生させる手段と、この正弦波信号と前記検出
   電圧の差をとり、誤差波形信号を出力する比較手段と、
   該誤差波形信号が小さくなるように該誤差波形信号に基
   づきＰＷＭ信号を発生させて自機のインバータをＰＷＭ
   制御するインバータ制御手段とを有するインバータの並
   列運転制御装置において、 インバータの並列運転を開始する前から前記誤差波形信
   号と前記出力目標正弦波信号が同相になるように出力目
   標正弦波の位相を調整し、両信号が同相又は１８０度逆
   相であることを確認した後自機インバータを始動する手
   段を備えることを特徴とするインバータの並列運転制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記誤差波形信号と前記出力目標正弦波
   信号の位相の調整は、出力目標正弦波信号が負から正に
   なるゼロボルト時点の誤差波形信号が正の時、出力目標
   正弦波信号の位相を遅らせ、負の時は位相を進める第一
   の手段によって、又は、出力目標正弦波信号が正から負
   になるゼロボルト時点の誤差波形信号が負の時、出力目
   標正弦波信号の位相を遅らせ、正の時は位相を進める第
   二の手段によって、若しくは、前記第一の手段と第二の
   手段の両方によって、行うものである請求項１に記載の
   インバータの並列運転制御装置。
3. 【請求項３】 前記インバータを始動する手段は、前記
   誤差波形信号と前記出力目標正弦波信号の間の位相を確
   認するだけでなく、出力目標正弦波信号の最大値付近で
   の誤差波形信号の振幅が所定の範囲内にあることを確認
   した後自機インバータを始動する請求項１又は２に記載
   のインバータの並列運転制御装置。