JP2002315196A - 電力変換装置の並列運転による電源システム - Google Patents

電力変換装置の並列運転による電源システム

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JP2002315196A
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豊田  瑛一
Kiyoshi Nakada
仲田  清
Satoru Horie
堀江  哲
Hiroyuki Ozawa
寛之 小澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の電力変換装置および複数の負荷装置が
分散配置されているシステムにおいても、負荷装置の電
流検出手段、複雑な伝送装置を必要とすることなく、電
力変換装置の出力をバランスさせるに好適な電力変換装
置の並列運転による電源システムを提供することにあ
る。 【解決手段】 交流母線4に接続される電力変換装置
1、21、22と、これらの電力変換装置から交流母線
を介して交流電力を得る負荷装置31、32、33、3
4から構成され、電力変換装置1は、出力電流I1を変
数とする関数f(I1)に基づいて交流母線4の電圧V
0を制御し、一方、電力変換装置21、22は、交流母
線4の電圧V0を変数とする関数g(V0)に基づいて
交流母線に供給する出力電流I21、I22をそれぞれ
制御する。このとき、f(I1)とg(V0)は、お互
いに逆関数の関係g~1(x)=f(x)にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子によっ
て構成され、直流電源から交流電力を得る電力変換装置
の並列運転による電源システムに係り、特に、電力変換
装置の出力電力を平衡化する技術に関する。
【0002】
【従来技術】この種技術として、特開平9―14965
3号公報に電力変換装置の並列運転に関する記述があ
る。この公報には、複数の電力変換装置を並列接続し、
このうち一台で出力電圧を制御するとともに、残りの電
力変換装置は負荷電流を並列接続されている電力変換装
置の台数で割った電流を出力するように制御する電力変
換装置の並列運転方式が記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】鉄道車両、大型の製造
ラインのように分散配置された複数の電力変換装置から
交流母線を介して分散配置された複数の負荷に電力を供
給する電源システムに、前記公報に記載されている技術
を適用するためには、各負荷装置の電流を検出するとと
もに、負荷電流の総和を演算することが必要となるた
め、各負荷の電流を検出する検出手段、検出した負荷電
流に関連する情報を伝送する伝送手段、総負荷電流を演
算する手段、稼働している電力変換器を検出する手段、
演算した総負荷電流および稼働している電力変換器の台
数を各電力変換装置に伝送する伝送手段が新たに必要と
なる。
【0004】本発明の課題は、複数の電力変換装置およ
び複数の負荷装置が分散配置されているシステムにおい
ても、負荷装置の電流検出手段、複雑な伝送装置を必要
とすることなく、電力変換装置の出力をバランスさせる
に好適な電力変換装置の並列運転による電源システムを
提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、n台の電力変換装置が交流母線に接続されている電
源システムにおいて、n台の電力変換装置のうちm台
(n>m≧1)を該電力変換装置の出力電流もしくは電
力に応じて交流母線電圧を調整する電圧制御モードで運
転し、電圧制御モードで動作している前記電力変換装置
を除くn−m台の電力変換装置を前記交流母線の電圧に
応じて該電力変換装置の出力電流もしくは電力を調整す
る電流制御モードで運転する。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を用いて
説明する。図1は、本発明の電力変換装置の並列運転に
よる電源システムの一実施形態を示す。本実施形態の電
源システムは、交流母線4と、交流母線4に接続される
電力変換装置1、21、22と、電力変換装置1、2
1、22から交流母線4を介して交流電力を得る負荷装
置31、32、33、34から構成され、電力変換装置
3台のうち1台が電圧制御モード、2台が電流制御モー
ドの例である。図1において、電力変換装置1は、出力
電流I1を変数とする関数f(I1)に基づいて交流母
線4の電圧V0を制御する。一方、電力変換装置21、
22は、交流母線4の電圧V0を変数とする関数g(V
0)に基づいて交流母線に供給する出力電流I21、I
22をそれぞれ制御する。このとき、f(I1)とg
(V0)は、お互いに逆関数の関係、すなわち、 g~1(x)=f(x) (1) となるように、f(x)およびg(x)を決定する。電
力変換装置1の出力電流をI1とすると、交流母線4の
電圧V0は、電力変換装置1によって、 V0=f(I1) (2) に制御される。一方、電力変換装置21および22は、
交流母線の電圧V0に基づいてそれぞれ I21=g(V0) (3) I22=g(V0) (4) の電流を交流母線4に供給する。式(3)、(4)に式
(2)を代入すると、 I21=g(f(I1)) (5) I22=g(f(I1)) (6) を得る。ここで、g(x)とf(x)は逆関数であるか
ら、式(5)、(6)より、 I21=I1 (7) I22=I1 (8) となり、三台の電力変換装置の出力電流および電力をバ
ランスさせることが可能となる。
【0007】ここで、関数f(x)、g(x)の一例と
して、 f(x)=kx+V00 (9) g(x)=(x−V00)/k (10) の場合について説明する。電力変換装置1の電流をI1
とすると、交流母線4の電圧V0は、式(9)より、 V0=kI1+V00 (11) に制御される。一方、電力変換装置21、22の出力電
流I21、I22は、式(10)よりそれぞれ I21=(V0−V00)/k (12) I22=(V0−V00)/k (13) に制御される。式(12)、(13)に式(11)を代
入すれば、 I21=(kI1+V00−V00)/k=I1 (14) I22=(kI1+V00−V00)/k=I1 (15) となり、三台の電力変換装置の出力電流が一致する。図
1の実施形態では、電力変換装置3台、負荷装置4台の
構成について述べたが、電力変換装置が2台以上、負荷
装置が1台以上であれば、電力変換装置および負荷装置
が何台でもあっても同様の作用が得られる。もちろん電
圧制御モードの変換装置が2台以上であっても良い。
【0008】図2は、本発明の他の実施形態を示す。本
実施形態が図1の実施形態と違うところは、電力変換装
置1、21、22に対して運転指令を与えるとともに電
力変換装置1、21、22の稼働状況をモニタする統括
制御装置70と、電力変換装置1、21、22と交流母
線4の間に遮断器11、121、122を設ける構成で
ある。統括制御装置70は、電力変換装置1、21、2
2に対し、オン、オフの指令および交流母線電圧を制御
するモードで動作するか、出力電流を制御するモードで
動作するかの指令を与える。一方、電力変換装置1、2
1、22は、稼働しているか否かを統括制御装置70に
対して出力する。図2において、電力変換装置が停止し
た場合には、必要に応じて停止した電力変換装置を該当
の遮断器により交流母線から切り離す。また、交流母線
電圧を制御するモードで動作している電力変換装置が停
止した場合には、出力電流を制御するモードで動作して
いる電力変換装置のうち一台の運転モードを交流母線電
圧を制御するモードに切り換える。例えば、電力変換装
置1を交流母線電圧制御モード、電力変換装置21、2
2を出力電流制御モードで運転している状態において、
電力変換装置1が停止した場合、遮断器11により電力
変換装置1を交流母線4から切り離し、電力変換装置2
1ないしは22のいずれか一方を交流母線電圧制御モー
ドに切り換える。ここでは、電力変換装置21の運転モ
ードを切り換えた場合について説明する。この場合の交
流母線電圧は、式(9)より V0=kI21+V00 (16) 一方、電力変換装置22の出力電流は、式(10)より I22=(V0−V00)/k (17) となる。式(16)、(17)より I22=(kI21+V00−V00)/k=I21 (18) が成立し、電力変換装置の出力をバランスさせた状態で
運転を継続することが可能となる。図2の実施形態で
は、電力変換装置3台、負荷装置4台の構成において電
力変換装置1台が停止した場合について述べたが、電力
変換装置および負荷装置の台数に関わらず同様の作用が
得られる。
【0009】上述の実施形態では、電圧および電流がス
カラ量である場合を例にとって説明したが、本発明は、
電圧および電流量が交流量の振幅、位相情報を有するベ
クトル量であっても有効である。また、交流電源システ
ムを主題に本発明を説明したが、直流電源システムにも
容易に適用可能であることは言うまでもない。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各々の電力変換装置が負荷電流の総和、稼働している電
力変換装置の台数などの情報を必要とすることなく、各
電力変換装置の出力をバランスさせることができるの
で、複数の電力変換装置および複数の負荷装置が分散配
置されているシステムにおいても、複雑な伝送装置を必
要とすることなく、電力変換装置の並列運転を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電力変換装置の並列運転による電源シ
ステムの一実施形態
【図2】本発明の他の実施形態
【符号の説明】
1…交流母線の電圧を制御する電力変換装置、21,2
2…交流母線の電圧に応じて出力電流を制御する電力変
換装置、31,32,33,34…交流負荷、4…交流
母線、70…統括制御装置、11,121,122…遮
断器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲田 清 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸交通システム本部内 (72)発明者 堀江 哲 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸交通システム本部内 (72)発明者 小澤 寛之 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸交通システム本部内 Fターム(参考) 5G066 HA08 HB03 5H007 AA06 DA05 DA06 DB01 DC02 DC05 5H410 BB04 BB05 CC02 DD03 EA38 EB13 EB16 EB39 FF03 FF05 FF25

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流母線と、前記交流母線に接続され、
    前記交流母線に供給する交流電流もしくは電力に応じて
    前記交流母線電圧を調整する第一の電力変換装置と、前
    記交流母線に接続され、前記交流母線の電圧に応じて出
    力電流もしくは電力を調整する第二の電力変換装置から
    なることを特徴とする電力変換装置の並列運転による電
    源システム。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記交流母線に接続
    される電力変換装置はn台(nは2以上)からなり、前
    記n台の電力変換装置内m台(n−1≧m≧1)は、前
    記交流母線に供給する交流電流もしくは電力に応じて前
    記交流母線の電圧を調整する第一の電力変換装置であ
    り、前記m台の第一の電力変換装置を除くn−m台の電
    力変換装置は、前記交流母線電圧に応じて前記交流母線
    に供給する交流電流もしくは電力を調整する第二の電力
    変換装置であることを特徴とする電力変換装置の並列運
    転による電源システム。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記交流母線に接続
    される電力変換装置はn台(nは2以上)からなり、前
    記n台の電力変換装置内1台は、前記交流母線に供給す
    る交流電流もしくは電力に応じて前記交流母線の電圧を
    調整する第一の電力変換装置であり、前記1台の第一の
    電力変換装置を除くn−1台の電力変換装置は、前記交
    流母線電圧に応じて前記交流母線に供給する交流電流も
    しくは電力を調整する第二の電力変換装置であることを
    特徴とする電力変換装置の並列運転による電源システ
    ム。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記第一の電力変換
    装置の運転が停止した場合には、前記第二の電力変換装
    置の内1台を前記第一の電力変換装置として運転するこ
    とを特徴とする電力変換装置の並列運転による電源シス
    テム。
  5. 【請求項5】 請求項1から請求項4のいずれかにおい
    て、第一の電力変換装置は、前記交流母線に供給する交
    流電流を変数とする第一の関数に基づいて前記交流母線
    の電圧を制御するとともに、前記第二の電力変換装置
    は、前記交流母線電圧を変数とする第二の関数に基づい
    て前記交流母線に供給する交流電流を制御することを特
    徴とする電力変換装置の並列運転による電源システム。
  6. 【請求項6】 請求項5において、前記第一の関数と前
    記第二の関数は互いに逆関数の関係にあることを特徴と
    する電力変換装置の並列運転による電源システム。
  7. 【請求項7】 請求項1から請求項6のいずれかにおい
    て、前記第一の電力変換装置と前記第二の電力変換装置
    は、それぞれ遮断器を介して前記交流母線に接続され、
    前記電力変換装置の運転が停止状態になるときは、当該
    電力変換装置と前記交流母線を接続している遮断器によ
    り、当該電力変換装置を前記交流母線から切り離すこと
    を特徴とする電力変換装置の並列運転による電源システ
    ム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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