JP2007288981A - 電力変換装置の位相同期制御方法及び位相同期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源異常時に、電力変換装置の出力周波数を交流電源周波数から任意の基準周波数へスムーズに移行させること。
【解決手段】３相交流電源の電源電圧を検出した交流電圧検出回路１から出力される検出信号をα−β座標変換回路２でα成分、β成分の２相の合成ベクトルに変換し、ｄ−ｑ座標変換回路３でα成分、β成分を回転座標上のｄ成分、ｑ成分に変換する。位相差演算回路３１でｑ成分から交流電源と基準信号との位相差を求め、周波数補正量演算回路３２で位相差をゼロにするような周波数補正量を求める。周波数補正量により基準周波数を補正する。一方、電源電圧の検出信号から３相交流電源を監視し、交流電源異常時には周波数補正量演算回路３２の出力を徐々にゼロに近づけ、最終的に基準周波数に移行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法及び位相同期制御装置に関する。

従来、電力変換装置の位相同期制御方法として種々の方式が提案されている。例えば、交流電源電圧を３相の交流量から２相の交流量に変換し、２相の交流量を所定の変換式に入力して位相差を求め、求めた位相差が０になるように周波数補正量を生成する位相同期制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図９を参照して上記特許文献１に記載された電力変換装置の位相同期制御方法について説明する。同図に示すように、交流電圧検出回路１により交流電源電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴを検出し、検出された交流電源電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴをα−β座標変換回路２へ入力する。α−β座標変換回路２は３相の交流電源電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴを２相の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する。

電源電圧を３相の交流量から２相の交流量（α、β成分）に変換する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この非特許文献１によれば、検出された３相３線の電圧（相電圧：ＶＲ、ＶＳ、ＶＴ）の２相量（Ｖα、Ｖβ）への変換は、数式（１）で示す変換式により行うことができる。

上記変換式により、３相の交流量からα成分、β成分が導き出される。基準を余弦（cos）とするならば、ＶＲと同相の余弦（cos）波がＶα、正弦（sin）波がＶβとなる。

位相差演算回路３は、２相の交流量Ｖα、Ｖβ及び波形発生回路７で生成された余弦（cos）波、正弦（sin）波を入力し、数式（２）で現される変換式に基づいて、位相差Δθを生成する。

上記変換式によって算出された位相差Δθを周波数補正量演算回路１０へ入力する。周波数補正量演算回路１０は、例えば比例要素（比例ゲイン１１，乗算器１３）と積分要素（積分ゲイン１２，乗算器１４、積分器１５）とから構成され、位相差Δθが０になるような周波数補正量Δｆを出力する。周波数設定部５で設定した基準周波数ｆｂと周波数補正量Δｆとを加算器４で加算し、この加算値（ｆ^＊）を位相演算回路６で位相角θ^＊に変換して波形発生回路７へ入力する。波形発生回路７は位相角θ^＊の余弦波cosθ^＊及び正弦波sinθ^＊を生成する。このようにして生成した余弦波cosθ^＊及び正弦波sinθ^＊を基準波形として電流指令を発生させて電力変換器の電流制御を行う一方、余弦波cosθ^＊及び正弦波sinθ^＊を基準信号として位相差演算回路３へフィードバックするように構成されている。

また、別の電力変換装置の位相同期制御方法として、２相の交流量Ｖα、Ｖβを回転座標軸上の２軸量Ｖｄ、Ｖｑに変換し、Ｖｑから位相差Δθを求める方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図１０を参照して上記特許文献２に記載された電力変換装置の位相同期制御方法について説明する。同図に示すように、交流電圧検出回路１により交流電源電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴを検出し、α−β座標変換回路２において上記数式（１）の変換式に基づいて２相の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する。次に、２相の交流量Ｖα、Ｖβをｄ−ｑ座標変換回路２１へ入力して回転座標上の２軸量Ｖｄ、Ｖｑへ変換する。

２相の交流量Ｖα、Ｖβから回転座標上の２軸量Ｖｄ、Ｖｑへの変換について簡単に説明する。かかる変換は、数式（３）で表される変換式によって行うことができる。但し、（cosωt，sinωt）、（−sinωt，cosωt）は、この回転座標軸変換の基準となる回転座標系（直交座標系）の単位ベクトルを、変換前の静止座標系で見たものである。ωは角周波数である。

上記数式（３）から判るように、電源電圧が振幅１ｐｕ（ｐｅｒ−ｕｎｉｔ：１単位）の３相平衡交流である場合には、Ｖｄ＝Ｖｄ０（Ｖｄ０は定数であるが、変換行列の係数による。上記の係数の場合はＶｄ０＝１）、Ｖｑ＝０となるので、電源健全時には電圧を直流量として監視及び制御できることになる。

ｄ−ｑ座標変換回路２１により求められたＶｑを位相差演算回路２２へ入力し、数式（４）で表される近似式に基づいて位相差Δθを算出する。

上式により求められた位相差Δθを周波数補正量演算回路１０へ入力する。周波数補正量演算回路１０は比例要素（比例ゲイン１１，乗算器１３）及び積分要素（積分ゲイン１２，乗算器１４，積分器１６）で構成されており、位相差Δθが０になるような周波数補正量Δｆを出力する。周波数補正量Δｆと周波数設定器５で設定された基準周波数ｆｂとを加算し、加算値を位相演算回路６を介して波形発生回路７へ入力する。波形発生回路７で生成した余弦波cosθ^＊及び正弦波sinθ^＊をｄ−ｑ座標変換回路２１へフィードバックしている。

一方、ｄ−ｑ座標変換回路２１で求められたｄ成分Ｖｄは交流電圧監視回路２３へ入力されている。交流電圧監視回路２３は、ｄ成分Ｖｄに基づいて交流電源の正常／異常状態を判定する。交流電圧監視回路２３において交流電源に停電などの異常が検出された場合、当該交流電圧監視回路２３から周波数補正量演算回路１０の積分器１６を停止させる。

図１１は積分器１６をデジタル方式で表現した回路図であり、積算量を前回値として保存する要素１６１と、積分器入力と前回値を加算する加算器１６２と、積分器１６のホールド時には要素１６１への入力を積算量から前回値に切り替える切り替えスイッチ１６３とを備える。これにより、交流電圧監視回路２３から積分器１６にホールド信号が入力されると、前回値として保存する要素１６１の更新を停止することができる。
特開昭５５−３４８５１号公報（図２） 特開平１０−３１３５７４号公報（図１４） 「瞬時無効電力の一般化理論とその応用」、電気学会論文誌Ｂ、１０３巻、第７号、p.４８３−p.４８６

しかしながら、特許文献１に記載された電力変換装置の位相同期制御方法は、位相差Δθを交流信号から演算で求めているので、交流信号に歪みが生じた場合には位相差が正確に求められないといった問題があった。また、位相差Δθを演算するのに数式(２)に示す逆正弦関数（sin^−１）や平方根演算が用いられるため、かかる演算回路をハードウエアで構成しようとすると回路規模が拡大する問題があり、ソフトウエアで構成する場合には逆正弦関数テーブル用のメモリ容量や処理ステップが増大するといった問題がある。

特許文献２に記載された電力変換装置の位相同期制御方法は、３相交流電圧を回転座標系上のｄ成分（Ｖｄ）、ｑ成分（Ｖｑ）に変換し、ｑ成分（Ｖｑ）を位相差とみなして０に制御するので、直流量として同期制御を行うことができ、上記した交流信号の歪みに起因した位相差の精度劣化の問題は解消できる。また、数式（３）（４）に示す通り、数式（２）に比べれば位相差演算が簡単になり、逆正弦関数や平方根演算による回路規模の拡大やメモリ容量及び処理ステップの増大といった問題も解消できる。

しかしながら、特許文献２に記載された方法は、交流電源に異常が発生した場合に次のような問題が発生する。すなわち、交流電源に異常が発生してｄ成分（Ｖｄ）、ｑ成分（Ｖｑ）が変動しているにも拘わらず、ｑ成分（Ｖｑ）を０にする制御を継続すると、周波数補正量Δｆに変動が生じ、結果として出力周波数に変動が生じる事態となる。特に、一線開放停電、線間短絡停電等の交流電圧が残留するような異常時に、この現象が顕著に現れるといった問題がある。

図１２に交流電源異常時（線間短絡停電）における従来法での位相同期制御装置の動作例を示す。ここで、基準周波数ｆｂと交流電源の周波数が完全に一致し、定格かつ三相平衡であるとすると、前述のように周波数補正量演算回路１０によりｄ成分（Ｖｄ）は１ｐｕ、ｑ成分（Ｖｑ）はゼロに制御される。図１２に示すように、時刻ｔ０の時点で交流電源の一線間が短絡すると、ｄ成分（Ｖｄ）はゼロと１ｐｕの間で振動する波形となり、ｑ成分（Ｖｑ）は±１／２ｐｕの間で振動する波形となり、振動周波数は交流電源周波数の２倍となる。

従来法ではｄ成分（Ｖｄ）を監視し異常とみなしたときに積分器１６を停止させている。ところが、周波数補正量演算回路１０の出力Δｆは、位相差Δθ（≒−Ｖｑ）に比例ゲインＫｐを積算した値と、停止させた積分器１６の出力とを加算した値となるため、異常期間中は出力周波数が振動することになる。

また、交流電源が正常に復帰した際の周波数補正量Δｆはホールドされた積分器１６の出力値になるが、異常発生時の交流電源の周波数と復帰時の周波数とが一致しているとは限らないため、その偏差が大きい場合には同期完了するまでに時間を要することとなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、交流電源異常時に電力変換装置の出力周波数を交流電源の周波数から任意の基準周波数へスムーズに移行することができ、出力周波数の変動の少ない電力変換装置の位相同期制御方法及び位相同期制御装置を提供することを目的とする。

本発明の電力変換装置の位相同期制御方法は、３相交流電源の電源電圧を検出する工程と、検出された電源電圧をα成分、β成分の２相の合成ベクトルに変換する工程と、基準周波数から２相の基準信号を生成する工程と、前記α成分、β成分を前記２相の基準信号により回転座標変換して回転座標上のｄ成分、ｑ成分に変換する工程と、前記ｑ成分により、前記３相交流電源と前記基準信号との位相差を求める工程と、前記位相差をゼロにするような周波数補正量を求める工程と、前記周波数補正量により、前記基準周波数を補正する工程と、前記電源電圧により、前記３相交流電源を監視する工程と、前記３相交流電源の異常が検出された場合に、前記基準周波数の補正に用いられる周波数補正量を徐々にゼロに近づけていき、最終的に前記基準周波数に移行する工程とを具備したことを特徴とする。

この構成によれば、３相交流電源の異常が検出された場合に、基準周波数の補正に用いられる周波数補正量を、徐々にゼロに近づけていき、最終的に基準周波数に移行するようにしたので、異常期間中の出力周波数の振動を抑制することができる。

また本発明の電力変換装置の位相同期制御装置は、３相交流電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段から出力される検出信号をα成分、β成分の２相の合成ベクトルに変換する第１の座標変換手段と、基準周波数から２相の基準信号を生成する基準信号生成手段と、前記α成分、β成分を前記２相の基準信号により回転座標変換して回転座標上のｄ成分、ｑ成分に変換する第２の座標変換手段と、前記ｑ成分により、前記３相交流電源と前記基準信号との位相差を演算する位相差演算手段と、前記位相差をゼロにするような周波数補正量を演算する周波数補正量演算手段と、前記周波数補正量により、前記基準周波数を補正する基準周波数補正手段と、前記電圧検出手段から出力される検出信号により、前記３相交流電源を監視する監視手段とを備え、前記監視手段により前記３相交流電源の異常が検出された場合に、前記周波数補正量演算手段の出力を徐々にゼロに近づけていき、最終的に前記基準周波数に移行することを特徴とする。

この構成により、監視手段により３相交流電源の異常が検出された場合に、周波数補正量演算手段の出力を徐々にゼロに近づけていき、最終的に基準周波数に移行するようにしたので、異常期間中の出力周波数の振動を抑制することができる。

また、本発明の電力変換装置の位相同期制御装置は、上記位相同期制御装置において、前記周波数補正量演算手段は、比例演算器と積分演算器とで構成され、前記監視手段により前記３相交流電源の異常が検出された場合、前記積分演算器の出力を徐々にゼロに近づけることを特徴とする。

この構成により、３相交流電源の異常が検出された場合には、積分演算器の出力を徐々にゼロに近づけるので、異常期間中の出力周波数の振動を抑制できると共に、交流電源が正常に復帰した際の周波数補正量となる積分演算器出力がゼロになっているので、異常発生時の交流電源の周波数と復帰時の交流電源の周波数とが一致していない場合であっても同期完了までに要する時間を短縮できる。

また、本発明の電力変換装置の位相同期制御装置は、上記位相同期制御装置において、前記周波数補正量演算手段は、比例演算器と積分演算器とで構成され、前記監視手段により前記３相交流電源の異常が検出された場合、前記比例演算器の出力をゼロにホールドし、かつ前記積分演算器の出力を徐々にゼロに近づけることを特徴とする。

この構成により、３相交流電源の異常が検出された場合、比例演算器の出力をゼロにホールドすることにより積分演算器による積分演算のみとなり、積分ゲインで設定された時間でゼロに収束することになる。

本発明によれば、簡単な演算で正確に位相差を求めることができると共に、交流電源異常時に電力変換装置の出力周波数を交流電源の周波数から任意の基準周波数へスムーズに移行することができ、出力周波数の変動を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１に係る電力変換装置の位相同期制御装置の機能ブロック図である。本実施の形態１は、３相３線の交流電源に適用した例であるが、本発明はその他のタイプの交流電源にも適用可能である。なお、図１において前述した図１０の位相同期制御装置と同一部分には同一符号を付している。

図１に示すように、本実施の形態１に係る電力変換装置の位相同期制御装置は、交流電圧検出回路１により交流電源電圧を検出し、α−β座標変換回路２において検出電源電圧を数式（１）の変換式に基づいて２相の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する。交流電圧検出回路１は、例えば相電圧（ＶＲ、ＶＳ、ＶＴ）を直接検出する構成、又は線間電圧（ＶＲＳ、ＶＳＴ）を数式（５）で示される連立式に基づいて各相電圧に変換する構成の何れでも良い。

次に、２相の交流量Ｖα、Ｖβをｄ−ｑ座標変換回路２１へ入力し、数式（３）の変換式に基づいて回転座標上の２軸量Ｖｄ、Ｖｑへ変換する。ｄ−ｑ座標変換回路２１から出力される２軸量Ｖｄ、Ｖｑは位相差演算回路３１へ入力する。位相差演算回路３１は、前述したように位相差Δθを−ΔＶｑと近似しており、フィルタ回路１３１を介して演算された位相差Δθを周波数補正量演算回路３２へ出力する。フィルタ回路１３１としては、微少な歪を取り除く低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、交流電源の逆相成分により現れる電源周波数の２倍の周波数成分を取り除くための移動平均フィルタ（ＲＡＦ）、又はそれらを組み合わせた回路を用いることができる。

周波数補正量演算回路３２は、比例要素（比例ゲイン１１，乗算器１３）と積分要素（積分ゲイン１２，乗算器１４，積分器１７）から構成され、位相差Δθが０になるような補正量を出力する調節器１８と、交流電源異常時の周波数補正量演算回路３２出力を徐々に０にする調節器出力補正回路２０とを備える。

周波数補正量演算回路３２から出力される周波数補正量Δｆに対して周波数設定部５で設定された基準周波数ｆｂを基準周波数補正手段としての加算器４で加算し、この加算値を位相演算回路６へ入力して位相角θ^＊に変換して波形発生回路７へ入力する。波形発生回路７は位相角θ^＊の余弦波cosθ^＊及び正弦波sinθ^＊を生成してｄ−ｑ座標変換回路２１へフィードバックするように構成されている。

また、交流電圧検出回路１から出力される検出電源電圧を交流電圧監視回路３３へ入力している。交流電圧監視回路３３は、検出電源電圧から交流電源異常を検出すると交流異常信号を積分器１７に与えて積分器１７出力をゼロにホールドする。同時に、交流電圧監視回路３３は交流異常信号を調節器出力補正回路２０へ与えて周波数補正値Δｆの急変が起きないように周波数補正量演算回路３２出力を徐々に０に移行するように制御する。

図２は積分器１７をデジタル方式で表現した回路図である。同図に示すように、積分器１７出力となる積分量を前回値として保存する要素１７１と、積分器入力と前回値とを加算する加算器１７２と、交流電圧監視回路３３から供給される交流異常信号を受けて積分器１７出力を加算器１７２出力から０入力端子側に切り替える切り替えスイッチ１７３とを備えて構成される。

上記積分器１７の構成により、交流電圧監視回路３３から交流異常信号が与えられるまでは、前回値と積分器入力との加算値が積分器１７出力となるが、交流電圧監視回路３３から交流異常信号が与えられた時点で切り替えスイッチ１７３が０入力端子側に切替えられて積分器１７出力が０にホールドされる。

図３は調節器出力補正回路２０をデジタル方式で表現した回路図である。同図に示すように、調節器１８出力を前回値として保存する要素２０１と、要素２０１に保存された前回値と０入力端子とを切り替える切り替えスイッチ２０２と、切り替えスイッチ２０２で選択された値が入力する一次遅れ回路２０３と、調節器１８出力と一次遅れ回路２０３出力とを切り替える切り替えスイッチ２０４とを備えて構成される。

上記調節器出力補正回路２０の構成により、交流電圧監視回路３３から交流異常信号が与えられるまでは、切り替えスイッチ２０４は調節器１８出力側を選択しているが、交流電圧監視回路３３から交流異常信号が与えられた時点で切り替えスイッチ２０４が一次遅れ回路２０３出力を選択する。これと同時に、交流異常信号が与えられた時点でもう一方の切り替えスイッチ２０２が前回値から０入力端子側へ切り替えられる。すなわち、一次遅れ回路２０３出力は、切り替えスイッチ２０４が一次遅れ回路２０３出力を選択する直前まで保持していた調節器１８出力の前回値から一次遅れ回路２０３の時定数にしたがって徐々に０に近づいていくことになる。

次に、以上のように構成された本実施の形態に係る電力変換装置の位相同期制御装置の動作について説明する。

図４は本実施の形態における交流電源異常時（三相停電）の位相同期制御装置の動作例を示す図である。ここで、交流電源は定格かつ三相平衡とし、基準周波数ｆｂが５０Ｈｚであるのに対し、交流電源の周波数が５１Ｈｚであり、両者間には１Ｈｚの偏差が存在するものとする。

周波数補正量演算回路３２は、交流電源周波数である５１Ｈｚに追従するように、両者の偏差である１Ｈｚの周波数補正量Δｆを出力し、図４に示すように追従が完了するとｑ軸電圧（Ｖｑ）は０、ｄ軸電圧（Ｖｄ）は１ｐｕに収束する。

時刻ｔ０の時点で、交流電源の電圧振幅が急峻に０になる異常（例えば、三相短絡停電）が発生した場合、図４のようにＶｑ、Ｖｄは瞬時に０になる。電源電圧を監視している交流電圧監視回路３３は、交流電源の異常を検出して積分器１７及び調節器出力補正回路２０へ交流異常信号を出力する。例えば、交流電源異常時には交流電圧監視回路３３から積分器１７及び調節器出力補正回路２０へ入力する信号をハイレベルに変化させる。この結果、積分器１７では切り替えスイッチ１７３により積分器１７出力がゼロホールドされ、調節器出力補正回路２０への入力となる調節器１８出力が瞬時に０になる。

調節器出力補正回路２０では、交流電源の異常が検出される時刻ｔ０の直前までゼロホールドされる以前の調節器１８出力が、要素２０１及び切り替えスイッチ２０２を経由して一次遅れ回路２０３に入力されている。そして、交流電源の異常が検出された時刻ｔ０で交流電圧監視回路３３から出力された交流異常信号が切り替えスイッチ２０２及び２０４に与えられる。交流異常信号によって切り替えスイッチ２０２が切り替え動作して一次遅れ回路２０３への入力が０入力端子側にホールドされると共に切り替えスイッチ２０４が切り替え動作して一次遅れ回路２０３出力を補正回路２０出力（周波数補正量Δｆ）として選択する。このとき、補正回路２０出力（周波数補正量Δｆ）は、一次遅れ回路２０３の時定数で徐々に０に近づいていく。この結果、周波数補正量Δｆと基準周波数設定値（ｆｂ）との加算値である周波数指令値ｆ^＊が、時刻ｔ１から一次遅れ回路２０３の時定数で徐々に基準周波数設定値（ｆｂ）に移行する。

このように、交流電源異常時に周波数補正量Δｆを徐々に０に近づけ、周波数指令値ｆ^＊を徐々に基準周波数設定値（ｆｂ）に移行していくことにより、出力周波数が変動するといった不具合を抑制することができる。

次に、時刻ｔ２の時点で交流入力電圧が４９Ｈｚで復電したものとする。時刻ｔ２での復電時には、交流電圧監視回路３３が交流電源の正常（復電）を検出し、それまで積分器１７及び調節器出力補正回路２０に出力していた交流異常信号を停止させる（ローレベルに戻す）。積分器１７は交流異常信号が停止されると、切り替えスイッチ１７３の切り替え動作によりゼロホールドを解除して前回値を用いた積分動作を復活させると共に加算器１７２出力が積分器１７出力となるように切り替え動作する。同時に、調節器出力補正回路２０は、交流異常信号が停止されると、切り替えスイッチ２０４が一次遅れ回路２０３出力から調節器１８出力を選択するように切り替わると共に、切り替えスイッチ２０２が調節器１８出力の前回値を要素２０１から一次遅れ回路２０３へ入力するように切り替わる。これにより、周波数補正量演算回路３２は交流電源の周波数である４９Ｈｚに追従するように−１Ｈｚの周波数補正量Δｆを出力する。

図５は本実施の形態における交流電源異常として線間短絡時の位相同期制御装置の動作例を示す図である。同図には、基準周波数ｆｂと交流電源の周波数が完全に一致し、交流電源は定格かつ三相平衡である場合を示している。このような条件下では、前述のようにｄ軸成分（Ｖｄ）は１ｐｕ、ｑ軸成分（Ｖｑ）は周波数補正量演算回路３２により０に制御される。

時刻ｔ０の時点で、交流電源の一線間が短絡する線間短絡停電が発生した場合、図５のようにＶｄは１ｐｕの間で振動する波形となり、Ｖｑは±１／２ｐｕで振動する波形となり、振動周波数は交流電源周波数の２倍となる。交流電圧監視回路３３は、交流電源の異常を検出し、積分器１７及び調節器出力補正回路２０へ交流異常検出信号を出力する。

積分器１７は、交流電圧監視回路３３から交流異常検出信号を与えられて積分器１７出力がゼロホールドされ、調節器出力補正回路２０は一次遅れ回路２０３の入力が切り替えスイッチ２０２により０入力端子側に切替えられると共に切り替えスイッチ２０４により補正回路２０出力が一次遅れ回路２０３出力に切り替えられ、周波数補正量演算回路３２の出力（周波数補正量Δｆ）がそれまでと同様に０になる。したがって、交流電源異常時には調節器出力補正回路２０の作用により入力電圧（Ｖｑ）の変動が基準周波数ｆｂの補正に影響しないため、スムーズな切り替えを行うことができる。

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の位相同期制御装置について説明する。本実施の形態２は、前述した実施の形態１に係る位相同期制御装置と周波数補正量演算回路を除き同一構成であるので、ここでは周波数補正量演算回路の構成及び動作について主に説明する。

図６は本実施の形態２に係る位相同期制御装置における周波数補正量演算回路の構成図である。なお、前述した図９に示す周波数補正量演算回路と同一機能には同一符号を付している。周波数補正量演算回路４０は、比例要素（比例ゲイン１１及び乗算器１３）と積分要素（積分ゲイン１２、乗算器１４及び積分器１５）からなり、交流電源正常時には位相差演算回路３１から入力する位相差Δθを０にするような周波数補正量Δｆを出力する調節器４１を備える。さらに、本実施の形態では、調節器４１出力を前回値として保存する要素４２と、要素４２に保存された調節器４１出力を反転させる反転回路４３と、交流電圧監視回路３３から交流異常信号が与えられると調節器４１への入力を位相差演算回路３１出力から反転回路４３出力に切替える切り替えスイッチ４４とを備える。交流電源異常時には、調節器４１出力の前回値を反転させた値を調節器４１へフィードバックすることで、積分器１５を０に収束させる。但し、積分器１５を発散させないためには、積分ゲイン１１の範囲を０≦Ｋｉ＜１（Ｋｉは積分ゲイン）に設定する必要がある。

図７は本実施の形態における交流電源異常時（三相停電）の位相同期制御装置の動作例を示す図である。ここで、交流電源は定格かつ三相平衡とし、基準周波数ｆｂが５０Ｈｚ、交流電源の周波数が５１Ｈｚであり、両者間には１Ｈｚの偏差が存在する状態であるものとする。

時刻ｔ０の時点で、交流電源の電圧振幅が急峻に０になる異常（例えば、三相短絡停電）が発生した場合、図７のようにＶｑ、Ｖｄは瞬時に０になる。同時に交流電圧監視回路３３が交流電源の異常を検出し、周波数補正量演算回路４０内の切り替えスイッチ４４へ交流異常信号を出力する。切り替えスイッチ４４は、交流異常信号を受けて調節器４１への入力を位相差演算回路３１出力から反転回路４３出力へ切替える。この結果、切り替えスイッチ４４からは、調節器４１出力の前回値を反転した値（−Δｆ）が出力されるようになる。時刻ｔ１の時点から、調節器４１では反転回路４３出力に対して比例ゲイン１１及び積分ゲイン１２による比例・積分演算が実行され、図７に破線で示すように周波数補正量Δｆが０に近づけられ、位相演算回路６に入力する周波数指令ｆ^＊も基準周波数ｆｂに徐々に近づいていくことになる。上記以外の動作については上記実施の形態１と同様である。

このように本実施の形態によれば、交流電源異常の発生時に調節器４１出力を反転させて調節器４１へフィードバックするようにしたので、積分器１５を０に収束させて、周波数補正量Δｆを徐々に０に近づけることができ、調節器出力補正回路２０を設けることなく、出力周波数が変動するといった不具合を抑制することができる。

（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の位相同期制御装置について説明する。本実施の形態３は、前述した実施の形態１に係る位相同期制御装置とは、周波数補正量演算回路を除き同一構成であるので、ここでは周波数補正量演算回路の構成及び動作について主に説明する。

図８は本実施の形態３に係る位相同期制御装置における周波数補正量演算回路の構成図である。なお、前述した図６に示す周波数補正量演算回路と同一機能には同一符号を付している。周波数補正量演算回路５０は、比例要素（比例ゲイン１１及び乗算器１３）と積分要素（積分ゲイン１２、乗算器１４及び積分器１５）からなり、交流電源正常時には位相差演算回路３１から入力する位相差Δθを０にするような周波数補正量Δｆを出力する一方、交流電源異常時には比例ゲイン１１をゼロホールドする調節器５１を備える。比例ゲイン１１を乗算器１３に供給する経路に切り替えスイッチ５５を設け、この切り替えスイッチ５５の切り替え先を交流異常信号で制御するように構成している。上記実施の形態２と同様に、調節器５１出力を前回値として保存する要素４２と、要素４２に保存された調節器５１出力を反転させる反転回路４３と、切り替えスイッチ４４とを備える。交流電源異常時には、調節器５１出力を反転した値をフィードバックすると共に、調節器５１における比例演算の比例ゲイン１１を０にすることにより、調節器４１を積分動作させるようにしている。

図７に上記実施の形態２の動作例と共に、本実施の形態における交流電源異常時（三相停電）の位相同期制御装置の動作例を示している。

交流電源正常時には、調節器５１内の切り替えスイッチ５５は比例ゲイン１１側を選択していて、位相差演算回路３１から入力する位相差Δθを０にするような周波数補正量Δｆを調節器５１において演算している。

時刻ｔ０の時点で、交流電源の電圧振幅が急峻に０になる異常が発生し、Ｖｑ、Ｖｄは瞬時に０になる。同時に交流電圧監視回路３３が交流電源の異常を検出し、調節器５１内の切り替えスイッチ５５へ交流異常信号を出力する。切り替えスイッチ５５は、交流異常信号を受けて比例ゲイン１１入力側からから０入力端子側に切替える。この結果、乗算器１３へ入力する比例ゲインは０になる。すなわち、調節器５１においては比例動作が停止し、積分動作だけとなる。一方、調節器５１の入力段に設けられた切り替えスイッチ４４からは、調節器４１出力の前回値を反転した値（−Δｆ）が出力されるようになる。

時刻ｔ１の時点からは、積分器１５（１Ｈｚの補正量）が０になるように積分動作を行うことになる。この際、上記実施の形態２では調節器４１において比例・積分演算を行うので、比例ゲイン１１をｋｐとすると、時刻ｔ０の時点でΔｆ−（Ｋｐ×Δｆ）のステップ変化が生じる。一方、本実施の形態３では、上記した通り積分演算のみであるので積分ゲイン１２で設定された時間で０に収束することになり、異常発生時の周波数補正のステップ変化を抑制することができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

本発明は、交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法に適用可能である。

実施の形態１となる電力変換装置の位相同期制御装置の全体構成図 図１に示す積分器の構成図 図１に示す調節器出力補正回路の構成図 図１に示す位相同期制御装置の動作例を示すタイミング図 図１に示す位相同期制御装置の他の動作例を示すタイミング図 実施の形態２となる電力変換装置の位相同期制御装置における周波数補正量演算回路の構成図 実施の形態２、３の動作例を示すタイミング図 実施の形態３となる電力変換装置の位相同期制御装置における周波数補正量演算回路の構成図 従来の電力変換装置の位相同期制御装置の全体構成図 従来の他の電力変換装置の位相同期制御装置の全体構成図 図１０に示す積分器の構成図 図１０に示す位相同期制御装置の動作例を示すタイミング図

符号の説明

１ 交流電圧検出回路
２ α−β座標変換回路
３、２２、３１ 位相差演算回路
４、１６２、１７２ 加算器
５ 周波数設定部
６ 位相演算回路
７ 波形発生回路
１０、３２、４０、５０ 周波数補正量演算回路
１１ 比例ゲイン
１２ 積分ゲイン
１３、１４ 乗算器
１５、１６、１７ 積分器
１８、５１ 調節器
２０ 調節器出力補正回路
２１ ｄ−ｑ座標変換回路
２３、３３ 交流電圧監視回路
４２、１６１、１７１、２０１ 前回値保存要素
４３ 反転回路
４４、５５、１６３、１７３、２０２、２０４ 切り替えスイッチ
１３１ フィルタ回路
２０３ 一次遅れ回路

Claims (4)

1. ３相交流電源の電源電圧を検出する工程と、
   検出された電源電圧をα成分、β成分の２相の合成ベクトルに変換する工程と、
   基準周波数から２相の基準信号を生成する工程と、
   前記α成分、β成分を前記２相の基準信号により回転座標変換して回転座標上のｄ成分、ｑ成分に変換する工程と、
   前記ｑ成分により、前記３相交流電源と前記基準信号との位相差を求める工程と、
   前記位相差をゼロにするような周波数補正量を求める工程と、
   前記周波数補正量により、前記基準周波数を補正する工程と、
   前記電源電圧により、前記３相交流電源を監視する工程と、
   前記３相交流電源の異常が検出された場合に、前記基準周波数の補正に用いられる周波数補正量を徐々にゼロに近づけていき、最終的に前記基準周波数に移行する工程と、
   を具備したことを特徴とする電力変換装置の位相同期制御方法。
2. ３相交流電源に接続されて電源電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段から出力される検出信号をα成分、β成分の２相の合成ベクトルに変換する第１の座標変換手段と、
   基準周波数から２相の基準信号を生成する基準信号生成手段と、
   前記α成分、β成分を前記２相の基準信号により回転座標変換して回転座標上のｄ成分、ｑ成分に変換する第２の座標変換手段と、
   前記ｑ成分により、前記３相交流電源と前記基準信号との位相差を演算する位相差演算手段と、
   前記位相差をゼロにするような周波数補正量を演算する周波数補正量演算手段と、
   前記周波数補正量により、前記基準周波数を補正する基準周波数補正手段と、
   前記電圧検出手段から出力される検出信号により、前記３相交流電源を監視する監視手段と、を備え
   前記監視手段により前記３相交流電源の異常が検出された場合に、前記周波数補正量演算手段の出力を徐々にゼロに近づけていき、最終的に前記基準周波数に移行することを特徴とする電力変換装置の位相同期制御装置。
3. 前記周波数補正量演算手段は、比例演算器と積分演算器とを備え、前記監視手段により前記３相交流電源の異常が検出された場合、前記積分演算器の出力を徐々にゼロに近づけることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置の位相同期制御装置。
4. 前記周波数補正量演算手段は、比例演算器と積分演算器とを備え、前記監視手段により前記３相交流電源の異常が検出された場合、前記比例演算器の出力をゼロにホールドし、かつ前記積分演算器の出力を徐々にゼロに近づけることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置の位相同期制御装置。
   

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