JP2011188614A - 自動同期並列装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置を外部単相交流電圧源に並列する際に、電圧の大きさと周波数及び位相を自動的に調節することによって突入電流を抑制できる自動同期並列装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る自動同期並列装置１７は、同期検定回路１３０、電圧振幅指令値生成回路１８０、及び周波数指令値生成回路１９０を備える。同期検定回路１３０が検出した外部単相交流電圧源１２と単相電圧型交直変換装置１１との周波数差に関する値及び外部単相交流電圧源１２の電圧実効値を基に、電圧振幅指令値生成回路１８０が１軸電圧指令値を生成し、周波数指令値生成回路１９０が２軸電圧指令値を生成する。これらの指令値で単相電圧型交直変換装置１１の出力を外部単相交流電圧源１２の電圧波形に一致させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置の電圧振幅、周波数及び位相を調節する自動同期並列装置に関する。

インバータを電力系統に並列する際の突入電流を抑える技術が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。特許文献１には、電力系統の電圧よりも位相が９０度進んだ電流でインバータのフィルタコンデンサを充電し、フィルタコンデンサの電圧が電力系統と同じとなった後にインバータを電力系統に並列する技術が記載される。

一方、電力系統や発電機等の単相電圧源と並列し、自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置も知られている（例えば、特許文献２を参照。）。特許文献２には、外部単相交流電圧源の位相と所定の位相差をもつ単相交流電圧を発生させ、発生させた単相交流電圧の振幅、周波数、及び位相を調整して外部単相交流電圧源と連系運転する単相電圧型交直変換装置が記載される。

特開平０９−０２８０４０号公報 特開２００９−２１９２６３号公報

自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置は、電力系統や発電機等の単相電圧源側から見て電圧源となるように制御されている。自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置をこの外部単相交流電圧源と並列する場合、突入電流を抑制するため、常に変動する単相電圧源の周波数と電圧振幅に単相電圧型交直変換装置の出力を追従させる必要がある。ところが、特許文献１の技術は、インバータを電流源となるように制御するため、電圧源となるように制御される単相電圧型交直変換装置には適用することができない。このように、常に変動する単相電圧源の周波数と電圧振幅に、自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置の出力を追従させ、突入電流を抑制して自動的に同期並列する技術が存在しないという課題があった。

前記課題を解決するために、本発明は、自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置を外部単相交流電圧源に並列する際に、電圧の大きさと周波数及び位相を自動的に調節することによって突入電流を抑制できる自動同期並列装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る自動同期並列装置は、外部単相交流電圧源と単相電圧型交直変換装置との周波数差に関する値、及び外部単相交流電圧源の電圧実効値に関する値を検出し、電圧実効値が外部単相交流電圧源の電圧実効値に近づくように、且つ周波数が外部単相交流電圧源の周波数から任意値ずれるように単相電圧型交直変換装置を制御することとした。

具体的には、本発明に係る自動同期並列装置は、出力する単相交流電圧波形の振幅を調整する１軸電圧指令値及び周波数を調整する２軸電圧指令値に基づいて自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置が並列しようとする外部単相交流電圧源と前記単相電圧型交直変換装置との周波数差に関する値、及び前記外部単相交流電圧源の電圧実効値に関する値を検出する同期検定回路と、前記単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧実効値を前記同期検定回路が検出した前記外部単相交流電圧源の電圧実効値に近づける前記１軸電圧指令値を生成して前記単相電圧型交直変換装置に入力する電圧振幅指令値生成回路と、前記同期検定回路が検出した前記周波数差に関する値を用いて、前記単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧周波数を前記外部単相交流電圧源の周波数から任意周波数値ずらした周波数とする前記２軸電圧指令値を生成して前記単相電圧型交直変換装置に入力する周波数指令値生成回路と、を備える。

同期検定回路が検出した外部単相交流電圧源と単相電圧型交直変換装置との周波数差に関する値及び外部単相交流電圧源の電圧実効値を基に、電圧指令値生成回路が１軸電圧指令値を生成し、周波数指令値生成回路が２軸電圧指令値を生成する。これらの指令値で単相電圧型交直変換装置の出力を外部単相交流電圧源の電圧波形に一致させることができる。

従って、本発明に係る自動同期並列装置は、自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置を外部単相交流電圧源に並列する際に、電圧の大きさと周波数及び位相を自動的に調節することによって突入電流を抑制できる。

本発明に係る自動同期並列装置の前記電圧振幅指令値生成回路は、前記同期検定回路が検出した前記外部単相交流電圧源の電圧実効値に関する値から前記単相電圧型交直変換装置が出力する単相交流電圧波形の電圧実効値に関する値を減ずる電圧系減算器と、前記電圧系減算器が減算した値を積分する電圧系積分器と、前記外部単相交流電圧源との自動並列制御開始前における前記単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧初期値と前記電圧系積分器が積分した値とを加算して前記１軸電圧指令値を生成する電圧系加算器と、を有することを特徴とする。

本発明に係る自動同期並列装置の前記周波数指令値生成回路は、前記同期検定回路が検出した前記外部単相交流電圧源の電圧実効値に関する値に前記任意周波数値を乗算した値に、前記同期検定回路が検出した前記周波数差に関する値を加算する周波数系演算器と、前記周波数系演算器が演算した値を積分する周波数系積分器と、前記外部単相交流電圧源との自動並列制御開始前における前記単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧の初期周波数と前記周波数系積分器が積分した値とを加算して前記２軸電圧指令値を生成する周波数系加算器と、を有することを特徴とする。

本発明に係る自動同期並列装置の前記電圧実効値に関する値は、電圧実効値の２乗値であることが好ましい。

本発明に係る自動同期並列装置の前記同期検定回路は、前記単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧波形の電圧実効値及び周波数がそれぞれ前記外部単相交流電圧源の電圧実効値及び周波数を中心とする所定の規定範囲内にあるときに、前記単相電圧型交直変換装置と前記外部単相交流電圧源とを並列させることを特徴とする。

単相電圧型交直変換装置を外部単相交流電圧源に並列させる条件の幅に制限を持たせることによってオーバーシューティングを回避することができる。

本発明は、自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置を外部単相交流電圧源に並列する際に、電圧の大きさと周波数及び位相を自動的に調節することによって突入電流を抑制できる自動同期並列装置を提供することができる。

本発明に係る自動同期並列装置を説明するブロック図である。 同期検定回路の一例を説明するブロック図である。 本発明に係る自動同期並列装置が行う単相電圧型交直変換装置を外部単相交流電圧源に並列させるためのロジックを説明する図である。 本発明に係る自動同期並列装置が行う単相電圧型交直変換装置を外部単相交流電圧源から解列させるためのロジックを説明する図である。 本発明に係る自動同期並列装置が単相電圧型交直変換装置を外部単相交流電圧源に並列させる際における、１軸電圧指令値、２軸電圧指令値、及び単相電圧型交直変換装置の単相電圧波形をシミュレートした結果である。 単相電圧型交直変換装置の単相電圧波形、外部単相交流電圧源の電圧波形、及び単相電圧型交直変換装置の出力電流を並列前後で測定した結果である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図１は、本実施形態の自動同期並列装置１７を説明するブロック図である。図１には、自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置１１、これが並列する外部単相交流電圧源１２、及び単相電圧型交直変換装置１１と外部単相交流電圧源１２との並列及び解列を行う連系用開閉器１５も記載している。外部単相交流電圧源１２は、例えば、電力系統や発電機である。

単相電圧型交直変換装置１１は、特許文献２に記載される自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置である。無負荷単独運転をしている単相電圧型交直変換装置１１の出力端子電圧Ｖ_１（ｔ）は次式で表せる。

ここで、Ｖ_ｉ及びω_ｉはそれぞれ単相電圧型交直変換装置１１の電圧実効値及び検定元角周波数である。この実効値Ｖ_ｉ及び位相角ωｔ＝θ_ｉは、１軸電圧指令値Ｖ_１ ^＊（ｔ）及び２軸電圧指令値Ｖ_２ ^＊（ｔ）からなる上位指令ベクトル１２０で次のように決定される。

ここで、Ｅ_ｃｏは規準電圧、Ｋ_ｍｕ１は１軸電圧ゲイン、Ｋ_ｍｕ２は２軸電圧ゲイン、Ｋ_ｆはフェーズロックドループ（ＰＬＬ）ゲインである。

ここで、θ_ｉは、インバータの２軸電圧指令値Ｖ_２ ^＊が大きくなれば進み、小さくなれば遅れる。Ｖ_ｉは、１軸電圧指令値Ｖ_１ ^＊が大きくなれば大きくなり、小さくなれば小さくなる。即ち、Ｖ_１（ｔ）は、Ｖ_１ ^＊及びＶ_２ ^＊によって振幅、周波数及び位相を独立して変化させることができる。

単相電圧型交直変換装置１１を外部単相交流電圧源１２に並列させるために、自動同期並列装置１７を用いて以下の手順を行う。
［１］自動同期並列装置１７は、１軸電圧指令値Ｖ_１ ^＊（ｔ）を制御して、単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧波形の実効値Ｖ_ｉ（ｔ）を外部単相交流電圧源１２の電圧実効値Ｖｓに合わせる。
［２］自動同期並列装置１７は、２軸電圧指令値Ｖ_２ ^＊（ｔ）を制御して、単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧角周波数ｄθｉ（ｔ）／ｄｔを外部単相交流電圧源１２の角周波数ω_ｓよりΔω_０ずらした値ω_ｓ＋Δω_０に合わせる。Δω_０≠０ｒａｄ／ｓである。Δω_０＝０ｒａｄ／ｓとすると、自動同期並列装置１７は単相電圧型交直変換装置１１の位相を外部単相交流電圧源１２に合致させることができない。Δω_０は、外部単相交流電圧源１２がインバータの場合は正、整流器の場合には負とし、例えば、Δω_０＝０．３ｒａｄ／ｓ（０．０４７８Ｈｚ）とする。
［３］単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧実効値Ｖ_ｉ（ｔ）が外部単相交流電圧源１２の電圧実効値Ｖ_ｓを中心とする所定の規定範囲ΔＶ_ｓ内（Ｖ_ｓ＋ΔＶ_ｓ）にあり、且つω_ｓ（ｔ）−θ_ｉ（ｔ）が±Δθ_ｉの範囲にあり、その状態が所定時間Ｔ_{ｄｅｔｅｃｔ}継続したならば、自動同期並列装置１７は、開閉器１５の投入を指令する。ΔＶ_ｓ、Δθ_ｉ、Ｔ_{ｄｅｔｅｃｔ}の値については後述する。

上術のように単相電圧型交直変換装置１１を外部単相交流電圧源１２に並列させるために、自動同期並列装置１７は次のように構成される。自動同期並列装置１７は、同期検定回路１３０、電圧振幅指令値生成回路１８０、及び周波数指令値生成回路１９０を備える。同期検定回路１３０は、出力する単相交流電圧波形の振幅を調整する１軸電圧指令値Ｖ_１ ^＊及び周波数を調整する２軸電圧指令値Ｖ_２ ^＊に基づいて自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置１１が並列する外部単相交流電圧源１２と単相電圧型交直変換装置１１との周波数差に関する値［（ω_ｓ−ω）Ｖ_ｓ又は（ω_ｓ−ω）Ｖ_ｓ ^２］、及び外部単相交流電圧源１２の電圧実効値に関する値［Ｖ_ｓ又はＶ_ｓ ^２］を検出する。電圧振幅指令値生成回路１８０は、単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧実効値Ｖ_ｉを同期検定回路１３０が検出した外部単相交流電圧源１２の電圧実効値Ｖ_ｓに近づける１軸電圧指令値Ｖ_１ ^＊を生成して単相電圧型交直変換装置１１に入力する。周波数指令値生成回路１９０は、同期検定回路１３０が検出した周波数差に関する値を用いて、単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧周波数を外部単相交流電圧源１２の周波数から任意周波数値Δω_０ずらした周波数とする２軸電圧指令値Ｖ_２ ^＊を生成して単相電圧型交直変換装置１１に入力する。

同期検定回路１３０は、外部単相交流電圧源１２と単相電圧型交直変換装置１１との周波数差に関する値［（ω_ｓ−ω）Ｖ_ｓ又は（ω_ｓ−ω）Ｖ_ｓ ^２］、及び外部単相交流電圧源１２の電圧実効値に関する値［Ｖ_ｓ又はＶ_ｓ ^２］を検出できるものであればよい。図２は、同期検定回路１３０の一例を説明するブロック図である。

図２は、同期検定回路１３０を説明する図である。同期検定回路１３０は、規準角周波数ω_ｃｏと、外部単相交流電圧源１２の検定対象電圧波形を検出するサンプラー１３３と、サンプラー１３３が検出した前記検定対象電圧波形から（ｍ−１／２）π／ω_ｃｏ（ｍは自然数）時間を遅らせた遅延電圧波形を作成する遅延回路１３４と、サンプラー１３３が検出した前記検定対象外部電圧波形、遅延回路１３４が作成した前記遅延電圧波形、及び与えられた単相電圧型交直変換装置１１の検定元角周波数ω、から前記検定対象外部電圧波形の検定対象角周波数ω_ｓと検定元角周波数ωとの差分を角周波数とする周波数差余弦信号及び周波数差正弦信号を計算する演算部１３５と、を備える。

本実施形態では、同期検定回路１３０が規準角周波数ω_ｃｏを備えているが、検定元の単相電圧型交直変換装置１１から受けてもよい。

また、検定対象となる外部単相交流電圧源１２の検定対象電圧波形Ｖ_２（ｔ）は次式で表すことができる。

ここで、Ｖ_ｓは実効値［Ｖ］、ω_ｓは角周波数［ｒａｄ／ｓ］、φはインバータから見た外部交流電源のｔ＝０での位相角［ｒａｄ］である。
サンプラー１３３は、この検定対象外部電圧波形Ｖ_２（ｔ）をサンプリングする。ここで、検定対象電圧波形Ｖ_２（ｔ）をサンプリングしたサンプル波形をＶ_２（ｎＴｓ）と表す。Ｔｓはサンプル周期であり、ｎはサンプル番号である。

遅延回路１３４は、規準角周波数ω_ｃｏが入力され、サンプル波形Ｖ_２（ｎＴｓ）から（ｍ−１／２）π／ω_ｃｏ（ｍは自然数）周期で遅らせた遅延電圧波形Ｖ_２ ^＃（ｎＴｓ）を作成する。

遅延電圧波形Ｖ_２ ^＃（ｎＴｓ）の遅れ量を、（ｍ−１／２）π／ω_ｃｏと表すことができる。本実施形態では、ｍ＝１の場合（１／４周期遅らせた場合）を説明する。この場合、遅延電圧波形Ｖ_２ ^＃（ｎＴｓ）は次式となる。

演算部１３５は、単相電圧型交直変換装置１１から検定元角周波数ωが入力される。演算部１３５は、サンプル波形Ｖ_２（ｎＴｓ）、遅延電圧波形Ｖ_２ ^＃（ｎＴｓ）が入力され、検定元角周波数ωと外部単相交流電圧源１２の検定対象角周波数ω_ｓとの差を角周波数とする周波数差余弦信号Ｖ_３（ｎＴｓ）及び周波数差正弦信号Ｖ_４（ｎＴｓ）を演算する。

具体的には、演算部１３５は、数５のようにサンプル波形Ｖ_２（ｎＴｓ）及び遅延電圧波形Ｖ_２ ^＃（ｎＴｓ）を回転座標変換を行い周波数差余弦信号Ｖ_３（ｎＴｓ）及び周波数差正弦信号Ｖ_４（ｎＴｓ）を演算する。

演算部１３５が演算すると、周波数差余弦信号Ｖ_３（ｎＴｓ）及び周波数差正弦信号Ｖ_４（ｎＴｓ）に（ω_ｓ＋ω）の周波数の高周波成分が含まれる。そこで、演算部１３５は、高周波成分を除去するローパスフィルタ（１５２Ａ、１５２Ｂ）をさらに備える。ローパスフィルタ（１５２Ａ、１５２Ｂ）で高周波成分を除去した周波数差余弦信号及び周波数差正弦信号をそれぞれＶ_Ｕ３（ｎＴｓ）及びＶ_Ｕ４（ｎＴｓ）と記す。

同期検定回路１３０は、検出部１３６をさらに備える。検出部１３６は、演算部１３５が出力する周波数差余弦信号Ｖ_Ｕ３（ｎＴｓ）及び周波数差正弦信号Ｖ_Ｕ４（ｎＴｓ）を利用して、検定対象外部電圧波形Ｖ_２（ｔ）の電圧実効値、検定対象外部電圧波形Ｖ_２（ｔ）の検定対象角周波数ω_ｓと検定元角周波数ωとの周波数差、及び検定対象外部電圧波形Ｖ_２（ｔ）と検定元電圧波形Ｖ_１（ｔ）との位相差を検出することができる。

具体的には、検出部１３６は、電圧実効値、周波数差、及び位相差をそれぞれ数７を計算する回路１６１、数８を計算する回路１６２、及び数９を計算する回路１６３で検出する。

次に、単相電圧型交直変換装置１１を外部単相交流電圧源１２に並列させるための手順［１］について説明する。手順［１］は電圧振幅指令値生成回路１８０が実施する。電圧振幅指令値生成回路１８０は、同期検定回路１３０が検出した外部単相交流電圧源１２の電圧実効値に関する値［Ｖ_ｓ又はＶ_ｓ ^２］から単相電圧型交直変換装置１１が出力する単相交流電圧実効値に関する値［Ｖ_ｉ又はＶ_ｉ ^２］を減ずる電圧系減算器１８１と、電圧系減算器１８１が減算した値を積分する電圧系積分器１８２と、外部単相交流電圧源１２との自動並列制御開始直前における単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧波形の初期電圧値Ｖ_１ ^＊（０）と電圧系積分器１８２が積分した値とを加算して１軸電圧指令値Ｖ_１ ^＊（ｔ）を生成する電圧系加算器１８３と、を有する。

次式のようにＶ_Ｕ３ ^２（ｔ）＋Ｖ_Ｕ４ ^２（ｔ）はほぼＶ_ｓ ^２に等しい。

そこで、上式を利用して単相電圧型交直変換装置１１の１軸電圧指令値Ｖ_１ ^＊（ｔ）に次のような閉ループを施す。

ここで、初期値Ｖ_１ ^＊（０）は閉ループ制御を開始する直前のＶ_１ ^＊（ｔ）の値、Ｋ_ａｍｐ（＞０）は積分ゲインである。

数１０から数１１は次のように近似できる。

数２を用いて数１２をＶ_ｉ（ｔ）の方程式に変形する。

Ｖ_１ ^＊（０）は、自動並列制御開始直前の単相電圧型交直変換装置１１の電圧の実効値である。

数１４の両辺を微分すると、Ｖ_ｉに関する次の微分方程式を得る。

数１５を変形して下式を得る。

さらに積分定数Ｃを用いると、

となり、

となる。これを変形して次式を得る。

数１９から

となるので、この閉ループ制御によって時間の経過とともに単相電圧型交直変換装置１１の出力の電圧実効値はＶ_ｓに近づくことになる。

続いて、単相電圧型交直変換装置１１を外部単相交流電圧源１２に並列させるための手順［２］について説明する。手順［２］は周波数指令値生成回路１９０が実施する。周波数指令値生成回路１９０は、同期検定回路１３０が検出した外部単相交流電圧源１２の電圧実効値に関する値［Ｖ_ｓ又はＶ_ｓ ^２］に任意周波数値Δω_０を乗算した値に、同期検定回路１３０が検出した周波数差に関する値［（ω_ｓ−ω）Ｖ_ｓ又は（ω_ｓ−ω）Ｖ_ｓ ^２］を加算する周波数系演算器１９１と、周波数系演算器１９１が演算した値を積分する周波数系積分器１９２と、外部単相交流電圧源１２との自動並列制御開始直前における単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧波形の初期周波数Ｖ_２ ^＊（０）と周波数系積分器１９２が積分した値とを加算して２軸電圧指令値Ｖ_２ ^＊（ｔ）を生成する周波数系加算器１９３と、を有する。

ここで、次式のように近似できる。

そこで、上式を利用して単相電圧型交直変換装置１１の２軸電圧指令値Ｖ_２ ^＊（ｔ）に次のような閉ループを施す。

ここで、初期値Ｖ_２ ^＊（０）は閉ループ制御を開始する直前のＶ_２ ^＊（ｔ）の値、Ｋ_ｆｒｅｑ（＞０）は積分ゲインである。Δω_０に乗じられるＶ_ｓ ^２の値は数１０を用いる。Ｖ_ｓ ^２の代替としてＥ_ｃｏ ^２を用いてもよい。

数２２の両辺を微分すると次式が得られる。

ここで、単相電圧型交直変換装置１１の出力の角周波数をω_ｉ（ｔ）とすると、

となる。数２から

となる。数２５を数２３に代入してω_ｉに関する微分方程式からω_ｉ（ｔ）を求めると次のようになる。

ここで、ω_ｉ（０）は閉ループ開始直前のω_ｉ（ｔ）の値である。

であるから、この閉ループ制御によって時間の経過とともに単相電圧型交直変換装置１１の出力の角周波数はω_ｓ＋Δω_０に近づくことになる。

さらに、単相電圧型交直変換装置１１を外部単相交流電圧源１２に並列させるための手順［３］について説明する。同期検定回路１３０は、単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧波形の電圧実効値Ｖ_ｉ及び周波数ω_ｉがそれぞれ外部単相交流電圧源１２の電圧実効値Ｖ_ｓ及び周波数ω_ｓを中心とする所定の規定範囲内にあるときに、連系用開閉器１５を閉じて単相電圧型交直変換装置１１と外部単相交流電圧源１２とを並列させる。

図３は、自動同期並列装置１７が行う単相電圧型交直変換装置１１を外部単相交流電圧源１２に並列させるためのロジックを説明する図である。連系用開閉器１５が開状態（ステップＳ０２）のときに並列指令（ステップＳ０１）されたとする。自動同期並列装置１７はＶ_１ ^＊閉ループ及びＶ_２ ^＊閉ループを開始する（ステップＳ０３、Ｓ０４）。自動同期並列装置１７は次の４つの条件を確認する。｜Ｖ_ｓ−Ｖ_ｉ（ｔ）｜≦ΔＶ_ｓとなっていること（ステップＳ０５）。ここで、ΔＶ_ｓは許容振幅差を表し、例えば、Ｖ_ｓの５％程度とする。｜ω_ｓ＋Δω−ω_ｉ（ｔ）｜≦Δωとなっていること（ステップＳ０６）。ここで、Δωは角周波数の許容差を表し、例えば、ω_ｓの１％程度とする。同期検定回路１３０が計算するＶ_Ｕ３（ｔ）が０より大きいこと（ステップＳ０７）。同期検定回路１３０が計算するＶ_Ｕ４（ｔ）が｜Ｖ_Ｕ４（ｔ）｜≦Ｖ_ｓ・｜ｓｉｎΔθ_ｉ｜となっていること（ステップＳ０８）。ここで、Δθ_ｉは許容位相差を表し、例えば、５度程度とする。自動同期並列装置１７は上記４条件が時間Ｔ_{ｄｅｔｅｃｔ}の間続いていることを確認した後（ステップＳ０９）、連系用開閉器１５を閉とする指令を出す（ステップＳ１０）。連系用開閉器１５は該指令を受けて閉とする（ステップＳ１１）。この後、自動同期並列装置１７はＶ_１ ^＊閉ループ及びＶ_２ ^＊閉ループを終了する（ステップＳ１２、Ｓ１３）。

なお、ステップＳ０７はｃｏｓ（ω_ｓｔ−θ_ｉ（ｔ））＞０と同等である。これは、ステップＳ０８の条件で１８０°ずれた位相で並列される可能を排除するための条件である。

図４は、自動同期並列装置１７が行う単相電圧型交直変換装置１１を外部単相交流電圧源１２から解列させるためのロジックを説明する図である。連系用開閉器１５が閉状態（ステップＳ２２）のときに解列指令（ステップＳ２１）されたとする。自動同期並列装置１７は、連系用開閉器１５を開とする指令を出す（ステップＳ２３）。連系用開閉器１５は該指令を受けて開とする。

（実施例１）
図５は、自動同期並列装置１７が単相電圧型交直変換装置１１を外部単相交流電圧源１２に並列させる際における、１軸電圧指令値、２軸電圧指令値、及び単相電圧型交直変換装置１１の単相電圧波形をシミュレートした結果である。

単相電圧型交直変換装置１１は並列前に２００Ｖ、５０Ｈｚで運転しているものとする。外部単相交流電圧源１２は、２２０Ｖ、５４Ｈｚで運転しているものとする。時刻８０ｍｓで図３の連系指令（ステップＳ０１）を行った。その後、電圧波形指令値は２００Ｖから徐々に上昇し、２４０Ｖ（出力電圧２２０Ｖに相当）で一定になっている。これに伴い、単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧振幅値は外部単相交流電圧源１２の交流電圧波形の振幅値に近づいている。また、２軸電圧指令値も０Ｖから徐々に上昇し、４１．３Ｖで一定になっている。この電圧は単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧波形の周波数５４．０５Ｈｚに相当する。

図５のように、単相電圧型交直変換装置１１の出力電圧の大きさ及び周波数は、徐々に外部単相交流電圧源１２の電圧及び周波数に近づき、ほぼ１５０ｍｓ後にこれらが一致している。すなわち、約１５０ｍｓで単相電圧型交直変換装置１１の単相交流電圧波形は、外部単相交流電圧源１２の電圧波形と同期がとれたことになる。

（実施例２）
自動同期並列装置１７が単相電圧型交直変換装置１１を外部単相交流電圧源１２に並列させる実験を行った。単相電圧型交直変換装置１１は並列前に２００Ｖ、５０Ｈｚで運転している。外部単相交流電圧源１２は、２４０Ｖ、６０Ｈｚで運転している。図６はこの実験において、単相電圧型交直変換装置１１の単相電圧波形、外部単相交流電圧源１２の電圧波形、及び単相電圧型交直変換装置１１の出力電流を並列前後で測定した結果である。図６（ａ）は並列前の波形であり、図６（ｂ）は並列直前及び直後の波形である。

図６（ａ）のように、並列前は単相電圧型交直変換装置１１の単相電圧波形と外部単相交流電圧源１２の電圧波形がずれている。並列指令で単相電圧型交直変換装置１１の単相電圧波形、外部単相交流電圧源１２の電圧波形との同期をとり並列させた後は、並列前は単相電圧型交直変換装置１１の単相電圧波形と外部単相交流電圧源１２の電圧波形とは一致している。なお、並列後単相電圧型交直変換装置１１の出力電流に歪が生じているが、これは外部単相交流電圧源１２の入力側に設置した２００Ｖ変圧器に２４０Ｖを印加したことによる過励磁のためである。

このように、自動同期並列装置１７は、電圧源となるように制御される単相電圧型交直変換装置を外部単相交流電圧源に並列させることができる。

１１：単相電圧型交直変換装置
１２：外部単相交流電圧源
１５：連系用開閉器
１７：自動同期並列装置
１２０：上位指令ベクトル
１３０：同期検定回路
１３３：サンプラー
１３４：遅延回路
１３５：演算部
１３６：検出部
１５１：回転座標変換回路
１５２Ａ、１５２Ｂ：ローパスフィルタ
１５３：周波数差余弦信号出力端
１５４：周波数差正弦信号出力端
１６１、１６２、１６３：回路
１８０：電圧振幅指令値生成回路
１８１：電圧系減算器
１８２：電圧系積分器
１８３：電圧系加算器
１９０：周波数指令値生成回路
１９１：周波数系演算器
１９２：周波数系積分器
１９３：周波数系加算器

Claims (5)

1. 出力する単相交流電圧波形の振幅を調整する１軸電圧指令値及び周波数を調整する２軸電圧指令値に基づいて自律並行運転を行う単相電圧型交直変換装置が並列対象とする外部単相交流電圧源と前記単相電圧型交直変換装置との周波数差に関する値、及び前記単相交流電圧源の電圧実効値に関する値を検出する同期検定回路と、
   前記単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧実効値を前記同期検定回路が検出した前記外部単相交流電圧源の電圧実効値に近づける前記１軸電圧指令値を生成して前記単相電圧型交直変換装置に入力する電圧振幅指令値生成回路と、
   前記同期検定回路が検出した前記周波数差に関する値を用いて、前記単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧周波数を前記外部単相交流電圧源の周波数から任意周波数値ずらした周波数とする前記２軸電圧指令値を生成して前記単相電圧型交直変換装置に入力する周波数指令値生成回路と、
   を備える自動同期並列装置。
2. 前記電圧振幅指令値生成回路は、
   前記同期検定回路が検出した前記外部単相交流電圧源の電圧実効値に関する値から前記単相電圧型交直変換装置が出力する単相交流電圧波形の電圧実効値に関する値を減ずる電圧系減算器と、
   前記電圧系減算器が減算した値を積分する電圧系積分器と、
   前記外部単相交流電圧源との自動並列制御開始前における前記単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧初期値と前記電圧系積分器が積分した値とを加算して前記１軸電圧指令値を生成する電圧系加算器と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の自動同期並列装置。
3. 前記周波数指令値生成回路は、
   前記同期検定回路が検出した前記外部単相交流電圧源の電圧実効値に関する値に前記任意周波数値を乗算した値に、前記同期検定回路が検出した前記周波数差に関する値を加算する周波数系演算器と、
   前記周波数系演算器が演算した値を積分する周波数系積分器と、
   前記外部単相交流電圧源との自動並列制御開始前における前記単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧の初期周波数と前記周波数系積分器が積分した値とを加算して前記２軸電圧指令値を生成する周波数系加算器と、
   を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動同期並列装置。
4. 前記電圧実効値に関する値が電圧実効値の２乗値であることを特徴とする請求項２又は３に記載の自動同期並列装置。
5. 前記同期検定回路は、
   前記単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧波形の電圧実効値及び周波数がそれぞれ前記単相交流電圧源の電圧実効値及び周波数を中心とする所定の規定範囲内にあるときに、前記単相電圧型交直変換装置と前記外部単相交流電圧源とを並列させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自動同期並列装置。

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