JP2008017586A - 並列バランス補正制御 - Google Patents

Abstract

【課題】各補助電源装置がそれぞれ電圧制御を行う並列システムにおいて、補助電源装置間の横流を検出するなどして出力容量のバランスを均等化するが、負荷変動や検出器誤差などにより各補助電源装置の出力容量のバランスが不均等になり、出力電流の小さい補助電源装置に対し電力変換スイッチング素子を介し出力側からフィルタコンデンサ回生電流が流れ、入力フィルタコンデンサに電荷が蓄積され入力フィルタコンデンサ電圧が上昇する問題点がある。
【解決手段】複数の補助電源装置の出力を接続した並列システムにおいて、フィルタコンデンサ電圧を検出し設定した条件に達した場合、出力制御指令を増幅することを特徴とする制御方式である。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換スイッチング素子で構成され直流電源を交流電源に変換するインバータである補助電源装置を複数台並列接続する並列システムにおいて、同一の負荷に対し独立した制御によりそれぞれ給電する車両用補助電源装置に関する。

図１は複数の補助電源装置を接続した並列システムの実施例である。補助電源装置は、入力電源１７に直列に接続された入力接触器１、突入電流を防止するための充電抵抗器２および充電抵抗器短落用接触器３、入力フィルタリアクトル４、入力電源１７への逆流防止用の逆流防止素子５からなる入力回路と、入力フィルタコンデンサ７の電荷を放電するための放電抵抗器６、放電接触器８からなる放電回路と、電力変換スイッチング素子９、出力電流１６を平滑するための出力フィルタリアクトル１０と出力フィルタコンデンサ１１、出力接触器１２からなる出力回路から構成される。また、入力フィルタコンデンサ電圧は入力フィルタコンデンサ電圧検出器１８により、入力電圧は入力電圧検出器１９により検出される。

負荷１３に対し給電中は入力接触器１が投入状態、放電接触器８が開放状態となっており、入力電流１４により入力フィルタコンデンサ７は充電される。

並列システムでは前記補助電源装置が負荷１３に対して複数接続されており、補助電源装置の一部に故障などが発生し出力を停止した場合でも、停止した補助電源装置の出力接触器１２を瞬時に開放することにより、他の補助電源装置により無停電で負荷への給電を継続することが可能なシステムである。

しかし、補助電源装置によってそれぞれ電圧制御や電流制御などの異なる制御方式をおこなっている並列システムでは、電圧制御を担う補助電源装置が停止し並列システムが電流制御の補助電源装置のみにより構成される場合、出力電圧が上昇し負荷１３の破損の原因となる。そこで、各補助電源装置がそれぞれ電圧制御を行うことで故障停止する補助電源装置によらず、出力容量の許容する限り無停電で給電を継続する並列システムが実用化されるようになっている。
特許公開平１０−９４２５９号公報

各補助電源装置がそれぞれ電圧制御を行う場合、補助電源装置間の横流を検出するなどして出力容量のバランスを均等化するが、負荷変動や検出器誤差などにより各補助電源装置の出力容量のバランスが不均等になり、出力電流１６の小さい補助電源装置に対し電力変換スイッチング素子９を介し出力側からフィルタコンデンサ回生電流１５が流れ、入力フィルタコンデンサ７に電荷が蓄積され入力フィルタコンデンサ電圧が上昇する問題点がある。

入力フィルタコンデンサ電圧が上昇した場合、補助電源装置は電力変換スイッチング素子９の破損防止のためゲートスイッチングを停止し、入力フィルタコンデンサ７の電荷を放電する必要があるが、入力フィルタコンデンサ７の電荷の放電は入力接触器１を開放後、放電接触器８を投入するため、再度ゲートスイッチングを開始するまでに一定の時間が必要となる。また、再度並列運転を開始した時に同じ現象を再発することが考えられ、並列システムから切り離す必要性が生じる場合がある。

請求項１に係る発明では、複数の補助電源装置の出力を接続した並列システムにおいて、フィルタコンデンサ電圧を検出し設定した条件に達した場合、出力制御指令を増幅することを特徴とする。

それぞれ電圧制御を行う複数の補助電源装置によって構成される並列システムにおいて、各補助電源装置の出力容量のバランスが不均等となり出力側からフィルタコンデンサ回生電流によりフィルタコンデンサ電圧が上昇した場合、ゲートスイッチングを停止することなくフィルタコンデンサ電圧を低下すると共に負荷に対して給電を継続することが可能である。

出力制御や保護検出等の目的で取り付けられている検出器で入力フィルタコンデンサ電圧を検出し、設定した条件に達することで出力側からの回生電流によるフィルタコンデンサ電圧の上昇を検知する。そして出力電流を増幅し入力フィルタコンデンサ回生電流を無くすために出力制御指令を増幅する。

図１、図２において、フィードバック系制御指令は出力電圧や出力電流や横流などフィードバック値から求められる並列制御要素を含む出力電圧制御指令、入力フィルタコンデンサ電圧は入力フィルタコンデンサ電圧検出器１８により検出される値、基準値は電力変換スイッチング素子９の動作可能な任意の電圧値、出力制御指令は電力変換スイッチング素子９へのゲート指令となる制御指令値である。

通常、フィードバック系制御指令により補助電源装置のゲート指令は決定され、各補助電源装置の出力容量のバランスが均等化される。しかし、検出器誤差などにより各補助電源装置の出力容量のバランスが不均等となった場合、出力容量の小さい補助電源装置の入力フィルタコンデンサ７に対し電力変換スイッチング素子９を経由し、入力フィルタコンデンサ回生電流１５が生じる。

入力フィルタコンデンサ回生電流１５は、入力フィルタコンデンサ７を充電し入力フィルタコンデンサ電圧を上昇させるが、入力フィルタコンデンサ電圧が基準値に達した場合フィードバック系制御指令値に対し入力フィルタコンデンサ電圧と基準値の差分に任意の制御ゲインＧを掛けた値を加えることにより、出力制御指令を増幅する。

このように入力フィルタコンデンサ電圧値に応じて出力制御指令を増幅させることで、出力電流値を増幅し出力側からの入力フィルタコンデンサ回生電流１５を防ぎ、入力フィルタコンデンサ電圧を低下させゲートスイッチングを停止することなく給電を継続することが可能になる。

図１、図３において、フィードバック系制御指令は出力電圧や出力電流や横流などフィードバック値から求められる並列制御要素を含む出力電圧制御指令、入力フィルタコンデンサ電圧は入力フィルタコンデンサ電圧検出器１８により検出される値、入力電圧は入力電圧検出器１９により検出される値、基準値は電力変換スイッチング素子９の動作可能な任意の入力電圧に対するフィルタコンデンサ電圧の比率値、出力制御指令は電力変換スイッチング素子９へのゲート指令となる制御指令値である。

車両用補助電源装置の入力電圧は一定ではなく、入力電圧の上昇によるフィルタコンデンサ電圧の上昇も生じるが、その場合出力制御指令を増幅してもフィルタコンデンサの電荷の放電は行うことができない。そこで、入力電圧とフィルタコンデンサ電圧を検出し、入力電圧に対するフィルタコンデンサ電圧の比率が任意の基準値に達した場合、フィードバック系制御指令値に対し入力電圧に対する入力フィルタコンデンサ電圧の比率と基準値の差分に任意の制御ゲインＧを掛けた値を加えることにより、出力制御指令を増幅する。

このように入力電圧に対する入力フィルタコンデンサ電圧値の比率に応じて出力制御指令を増幅させることで、出力電流値を増幅し出力側からの入力フィルタコンデンサ回生電流１５を防ぎ入力フィルタコンデンサ電圧を低下させ、ゲートスイッチングを停止することなく給電を継続することが可能になる。

このとき、入力電圧は離線により０Ｖとなる場合があるため、フィルタ処理をすることにより急激な入力電圧の変動による影響を排除する必要がある。

複数の補助電源装置を接続した並列システムの実施例を示した説明図である。 出力制御指令の演算方法を示した説明図である。（実施例１） 出力制御指令の演算方法を示した説明図である。（実施例２）

符号の説明

１ 入力接触器
２ 充電抵抗器
３ 充電抵抗器短絡用接触器
４ 入力フィルタリアクトル
５ 逆流防止素子
６ 放電抵抗器
７ 入力フィルタコンデンサ
８ 放電接触器
９ 電力変換スイッチング素子
１０ 出力フィルタリアクトル
１１ 出力フィルタコンデンサ
１２ 出力接触器
１３ 負荷
１４ 入力電流
１５ 入力フィルタコンデンサ回生電流
１６ 出力電流
１７ 入力電源
１８ 入力フィルタコンデンサ電圧検出器
１９ 入力電圧検出器

Claims (1)

1. 複数の補助電源装置の出力を接続した並列システムにおいて、フィルタコンデンサ電圧を検出し設定した条件に達した場合、出力制御指令を増幅することを特徴とする並列バランス補正制御方法
   

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