JP2004140909A - Control method of parallel connection self-excited ac power supply - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電圧を交流電圧に変換する自励式交流電源装置の制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
直流電圧を交流電圧に変換する方式には、例えば図7に示すような、自己消弧形スイッチング素子3にダイオード4を逆並列接続した電圧形インバータ2a〜2cを用いる自励式変換方式がある。同図のインバータは交流リアクトル5a〜5cと交流遮断器6a〜6cを介して交流電圧母線に接続され、負荷8に電力を供給する。この電圧形インバータには定格電圧,定格周波数で電圧源として動作するモードと、電流を所定の値となるように電圧を変化させる電流源として動作するモードがある。複数の電圧形インバータを並列接続し、1台を電圧源として動作させ、その他を電流源として動作させる方式があり、マスタスレーブ方式と呼ばれている。
【0003】
このようなマスタスレーブ方式で、各電圧形インバータを制御する制御方式として、従来図8に示すものが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
図8では、マスタとなるインバータはマスタ制御部41(マスタとなるインバータを2aとすれば制御器9a)により、また、スレーブとなるインバータはスレーブ制御部42(スレーブとなるインバータを2b…2cとすれば制御器9b…9c)によりそれぞれ制御される。
【0004】
マスタ制御部41では、基準周波数25を積分器31で積分し、正弦関数器32により正弦関数を求め、基準電圧実効値30にゲイン演算器43でゲインを掛けた値に、求められた上記正弦関数をさらに掛け算器33で掛け合わせて電圧指令を生成する。この電圧指令と電圧検出器12を介して検出される連系点電圧との偏差を電圧調節器(AVR)34に入力し、その出力と上記電圧指令との和と別途与えられるキャリア36とを用いて、PWM(パルス幅変調)演算器39によりゲートパルスを生成し、連系点での電圧が定格電圧,定格周波数となるようにする。
【0005】
一方、スレーブ制御部42は、図7の負荷電流検出器7と割り算器10により求めた負荷電流の1/Nの値(37)と、電流検出器11b…11cで求めた出力電流との偏差を電流調節器(ACR)38に入力し、その出力と連系点電圧との和と別途与えられるキャリア36とを用いて、PWM(パルス幅変調)演算器39によりゲートパルスを生成する。
なお、マスタとスレーブの切り替えはここでは切替スイッチ35により行なわれるが、その切り替えを装置停止後などに手動または自動による切り替え信号40により行なうことは常識的に行なわれている。
【0006】
【非特許文献1】
「コンビネーション ボルテージ−コントロールド アンド カレント−コントロールド アンド ピーダブリュエム インバーターズ フォア ユーピーエス パラレル オペレーション」アイイーイーイー トランザクションオン パワー エレクトロニクス、ボリューム10、ナンバー5、セプテンバー1995、ページ547−557(「Combination Voltage−Controlled and Current−Controlled PWM Inverters for UPS Parallel Operation」IEEE TRANSACTION ON POWER ELECTRONICS」VOL.10、NO.5、SEPTEMBER1995、p.547−557)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなマスタスレーブ方式による並列交流電源システムにおいて、マスタが故障により停止すると、スレーブを停止させて全ての遮断器(6a〜6c)を開放してしまうので、負荷に供給される電圧は完全に0となり、次にマスタが起動するまで電力を供給できなくなると言う問題が生じる。
したがって、この発明の課題は、マスタが停止した場合でも、負荷に安定に電力を供給することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式交流電源装置を交流側で並列接続し、そのうちの1台の交流電源装置を電圧源、他の交流電源装置を電流源としてそれぞれ動作させる並列接続自励式交流電源装置において、
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での周波数変動許容範囲および電圧実効値変動許容範囲を互いに異ならせ、少なくとも一方の範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする。
【0009】
請求項2の発明では、直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式交流電源装置を交流側で並列接続し、そのうちの1台の交流電源装置を電圧源、他の交流電源装置を電流源としてそれぞれ動作させる並列接続自励式交流電源装置において、
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での周波数変動許容範囲を互いに異ならせ、この範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする。
【0010】
請求項3の発明では、直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式交流電源装置を交流側で並列接続し、そのうちの1台の交流電源装置を電圧源、他の交流電源装置を電流源としてそれぞれ動作させる並列接続自励式交流電源装置において、
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での電圧実効値変動許容範囲を互いに異ならせ、この範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする。
【0011】
上記請求項1または2の発明においては、最初に電圧源に切り替わる電流源の周波数変動許容範囲を最も狭くすることができ(請求項4の発明)、または、前記電流源を電圧源に切り替える場合は、切替え時点の周波数から規定の周波数へと徐々に戻すことができる(請求項6の発明)。
上記請求項1または3の発明においては、最初に電圧源に切り替わる電流源の電圧実効値変動許容範囲を最も狭くすることができ(請求項5の発明)、または、前記電流源を電圧源に切り替える場合は、切替え時点の電圧実効値から規定の電圧実効値へと徐々に戻すことができる(請求項7の発明)。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の第1の実施の形態を示す構成図である。
電流源として動作する電圧形インバータでは、通常時は従来の場合と同様に、電流指令37と出力電流との偏差を電流調節器38に入力し、その出力と連系点電圧との和が選択されるように切り替えスイッチ35が動作し、これとキャリア36とでPWM演算を行なっている。
【0013】
このような構成において、マスタが停止したことを検出するために、連系点電圧をフェーズロックドループ回路(PLL:位相同期回路)20に入力し、その出力である周波数と周波数許容値21とを比較器22で比較するとともに、実効値演算器26の出力と電圧実効値許容値27とを比較器28により、それぞれ比較する。
【0014】
PLL回路20は例えば図2に詳細に示すように、基準信号45と周波数現在値48を積分器51にて積分した信号との位相差を位相比較器49で求め、その出力を調節器50に入力した後基準周波数47と加算することにより周波数現在値48を求める。
一方、実効値演算器26は例えば図3に示すように、電圧検出値55を二乗演算器58に入力し、その出力を平方根演算器59に入力して実効値を求め、さらにこの実効値をホールド回路60に入力して、これをホールド信号56で保持するようにしている。
【0015】
上記比較器22,28の出力は論理和演算回路23に入力され、周波数または電圧実効値の少なくとも一方が許容範囲を越えた場合は、切り替え器35を切り替えて電圧源として動作する。このとき、PLL回路20の調節器用ホールド信号46と、ホールド回路60のホールド信号56が出力される。
【0016】
ホールドされた現在の周波数と基準周波数25との偏差はランプ関数発生器(HLR)24に入力され、この出力と基準周波数25との和を積分器31で積分し、さらに正弦関数器32を用いて正弦関数を求める。また、上記ホールドされた電圧実効値と基準電圧実効値30との偏差はHLR29に入力され、その出力と基準電圧実効値30との和をゲイン演算器43によって振幅値とし、これに上記関数器32からの正弦関数を掛けて電圧指令を生成する。この電圧指令と連系点電圧との偏差を電圧調節器34に入力し、その出力と上記電圧指令との和と別途与えられるキャリア36とを用いて、PWM演算器39によりゲートパルスを生成する。なお、HLR24,29の入出力特性を図4に示す。つまり、ホールドされた現在の周波数または電圧実効値は、切り替え時点の各値から徐々に基準周波数または基準電圧実効値へと戻すように制御されることになる。
【0017】
以上で、通常時にスレーブとして動作する電圧形インバータの動作を説明したが、このとき周波数および電圧実効値の許容変動範囲を、各電圧形インバータごとに互いに異ならせるようにする。したがって、図5のように電流源から電圧源への切り替えを周波数変動範囲のみで実施する場合は、各電圧形インバータごとに周波数変動範囲を、また、図6のように電流源から電圧源への切り替えを電圧実効値変動範囲のみで実施する場合は、各電圧形インバータごとに電圧実効値変動範囲を変えるものであり、この許容範囲によって複数の電流源の起動優先順位を決める、例えば、最初に切り替える電流源の許容範囲を最も狭くし、順次許容範囲を広げて行くようにする。なお、図5,図6のその他の構成は図1と同様であるので、説明は省略する。
【0018】
【発明の効果】
この発明によれば、マスタスレーブ方式で並列接続される電圧形インバータにおいて、マスタが停止した場合でも負荷への電力供給を安定に行なうことが可能となり、電圧の位相とび,振幅とびのない運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す構成図
【図2】図1のPLL回路の詳細例を示すブロック図
【図3】図1の電圧実効値演算回路の詳細例を示すブロック図
【図4】図1のランプ関数発生器(HLR)の特性説明図
【図5】この発明の第2の実施の形態を示す構成図
【図6】この発明の第3の実施の形態を示す構成図
【図7】従来のマスタスレーブ方式を示す構成図
【図8】図7のマスタ制御部,スレーブ制御部を示す詳細構成図
【符号の説明】
1a〜1c…直流電源、2a〜2c…電圧形インバータ、3…自己消弧素子、4…ダイオード、5a〜5c…交流リアクトル、6a〜6c…交流遮断器、7…負荷電流検出器、8…負荷、9a〜9c…制御器、10…割り算器、11a〜11c…出力電流検出器、12a〜12c…電圧検出器、20…PLL(フェーズロックドループ回路:位相同期回路)、21…周波数許容値、22…周波数比較器、23…論理和演算器、24,29…ランプ関数発生器(HLR)、25,47…基準周波数、26…電圧実効値演算器、27…電圧実効値許容値、28…電圧実効値比較器、30…基準電圧実効値、31,51…積分器、32…正弦波関数発生器、33…掛け算器、34…電圧調節器(AVR)、35…切り替え器、36…キャリア、37…出力電流指令、38…電流調節器(ACR)、39…PWM演算器、40…切り替え信号、41…マスタ制御部、42…スレーブ制御部、43…ゲイン演算器、45…同期基準信号、46…演算器ホールド信号、48…周波数現在値、49…位相比較器、50…調節器、55…電圧検出値、56…ホールド信号、57…電圧振幅値、58…二乗演算器、59…平方根演算器、60…ホールド回路。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control system for a self-excited AC power supply that converts a DC voltage into an AC voltage.
[0002]
[Prior art]
As a method of converting a DC voltage to an AC voltage, for example, there is a self-excited conversion method using voltage-type inverters 2a to 2c in which a diode 4 is connected in anti-parallel to a self-extinguishing
[0003]
As a control method for controlling each voltage source inverter in such a master-slave method, a control method shown in FIG. 8 is conventionally known (for example, see Non-Patent Document 1).
In FIG. 8, the master inverter is a master controller 41 (
[0004]
The master controller 41 integrates the
[0005]
On the other hand, the
Here, the switching between the master and the slave is performed by the
[0006]
[Non-patent document 1]
"Combination Voltage-Controlled and Current-Controlled and PW Bluetooth Inverters for UPS Parallel Operation" IEE Transaction on Power Electronics,
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described master-slave parallel AC power supply system, if the master stops due to a failure, the slave is stopped and all the circuit breakers (6a to 6c) are opened. Becomes completely 0, and power cannot be supplied until the next time the master is started.
Therefore, an object of the present invention is to stably supply power to a load even when a master stops.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, in the invention of
The frequency variation allowable range and the voltage effective value variation allowable range at the interconnection point of each AC power supply device operating as a current source are different from each other, and the AC power supply device deviating from at least one of the ranges is operated as a voltage source. And
[0009]
According to the invention of
The present invention is characterized in that the allowable range of the frequency variation at the interconnection point of each AC power supply device operating as a current source is different from each other, and the AC power supply device outside this range is operated as a voltage source.
[0010]
According to the third aspect of the present invention, a plurality of self-excited AC power supplies for converting a DC voltage to an AC voltage are connected in parallel on the AC side, and one of the AC power supplies is a voltage source and the other AC power supply is a current source. In a parallel-connected self-excited AC power supply that operates as
The present invention is characterized in that the permissible ranges of voltage effective value fluctuation at the interconnection point of each AC power supply device operating as a current source are different from each other, and an AC power supply device outside this range is operated as a voltage source.
[0011]
According to the first or second aspect of the present invention, the allowable range of the frequency variation of the current source which is first switched to the voltage source can be minimized (the invention of claim 4), or the current source is switched to the voltage source. Can be gradually returned from the frequency at the time of switching to the prescribed frequency (the invention of claim 6).
According to the first or third aspect of the present invention, the allowable range of the effective voltage variation of the current source which is first switched to the voltage source can be minimized (the invention of claim 5), or the current source can be used as the voltage source. In the case of switching, it is possible to gradually return from the voltage effective value at the time of switching to a prescribed voltage effective value (the invention of claim 7).
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
In a voltage source inverter that operates as a current source, the deviation between the
[0013]
In such a configuration, in order to detect that the master has stopped, the interconnection point voltage is input to a phase locked loop circuit (PLL: phase locked loop circuit) 20, and the output frequency and the
[0014]
As shown in detail in FIG. 2, for example, the
On the other hand, as shown in FIG. 3, for example, the
[0015]
The outputs of the
[0016]
The deviation between the held current frequency and the
[0017]
The operation of the voltage-source inverter that normally operates as a slave has been described above. At this time, the allowable variation range of the frequency and the effective value of the voltage is made different for each voltage-source inverter. Therefore, when the switching from the current source to the voltage source is performed only in the frequency variation range as shown in FIG. 5, the frequency variation range is set for each voltage source inverter, and as shown in FIG. Is performed only in the effective range of the voltage effective value, the effective range of the voltage effective value is changed for each voltage source inverter, and the starting priority of a plurality of current sources is determined based on the allowable range. , The allowable range of the current source to be switched is made the narrowest, and the allowable range is sequentially expanded. 5 and FIG. 6 are the same as those in FIG.
[0018]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a voltage-source inverter connected in parallel in a master-slave manner, it is possible to stably supply power to a load even when the master stops, and to perform operation without voltage phase jump and amplitude jump. Can continue.
[Brief description of the drawings]
1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a block diagram showing a detailed example of a PLL circuit of FIG. 1; FIG. 3 is a detailed example of a voltage effective value calculation circuit of FIG. 1; FIG. 4 is a diagram illustrating the characteristics of a ramp function generator (HLR) in FIG. 1; FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a second embodiment of the present invention; FIG. 6 is a third embodiment of the present invention; FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional master-slave system. FIG. 8 is a detailed configuration diagram showing a master controller and a slave controller in FIG. 7.
1a-1c DC power supply, 2a-2c voltage source inverter, 3 self-extinguishing element, 4 diode, 5a-5c AC reactor, 6a-6c AC breaker, 7 load current detector, 8 ... Load, 9a to 9c: controller, 10: divider, 11a to 11c: output current detector, 12a to 12c: voltage detector, 20: PLL (phase locked loop circuit: phase locked loop), 21: allowable frequency value , 22: frequency comparator, 23: logical OR calculator, 24, 29 ... ramp function generator (HLR), 25, 47 ... reference frequency, 26 ... voltage effective value calculator, 27 ... voltage effective value allowable value, 28 ... voltage effective value comparator, 30 ... reference voltage effective value, 31, 51 ... integrator, 32 ... sine wave function generator, 33 ... multiplier, 34 ... voltage regulator (AVR), 35 ... switcher, 36 ... Carrier, 37 Output current command, 38: current controller (ACR), 39: PWM calculator, 40: switching signal, 41: master controller, 42: slave controller, 43: gain calculator, 45: synchronization reference signal, 46: Arithmetic unit hold signal, 48: current frequency value, 49: phase comparator, 50: controller, 55: voltage detection value, 56: hold signal, 57: voltage amplitude value, 58: square operator, 59: square root operator , 60 ... hold circuit.
Claims (7)
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での周波数変動許容範囲および電圧実効値変動許容範囲を互いに異ならせ、少なくとも一方の範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする並列接続自励式交流電源装置の制御方式。A plurality of self-excited AC power supplies for converting a DC voltage to an AC voltage are connected in parallel on the AC side, and one of the AC power supplies is operated as a voltage source and the other AC power supply is operated as a current source. In the excited AC power supply,
The allowable range of frequency fluctuation and the allowable range of voltage effective value fluctuation at the interconnection point of each AC power supply device operating as a current source are different from each other, and the AC power supply device deviating from at least one of the ranges is operated as a voltage source. The control method of the self-excited AC power supply connected in parallel.
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での周波数変動許容範囲を互いに異ならせ、この範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする並列接続自励式交流電源装置の制御方式。A plurality of self-excited AC power supplies for converting a DC voltage to an AC voltage are connected in parallel on the AC side, and one of the AC power supplies is operated as a voltage source and the other AC power supply is operated as a current source. In the excited AC power supply,
A parallel-connected self-excited AC power supply characterized in that the allowable range of frequency variation at the interconnection point of each AC power supply that operates as a current source is different from each other, and an AC power supply that deviates from this range is operated as a voltage source. Control method.
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での電圧実効値変動許容範囲を互いに異ならせ、この範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする並列接続自励式交流電源装置の制御方式。A plurality of self-excited AC power supplies for converting a DC voltage to an AC voltage are connected in parallel on the AC side, and one of the AC power supplies is operated as a voltage source and the other AC power supply is operated as a current source. In the excited AC power supply,
A parallel-connected self-excited AC characterized in that the permissible ranges of effective voltage fluctuations at the interconnection point of each AC power supply device operating as a current source are different from each other, and an AC power supply device outside this range is operated as a voltage source. Power supply control method.
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