JP2019161824A - 電源装置、及び、電源装置の静電容量の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの出力側に設けられるフィルタに含まれるコンデンサの静電容量の経年劣化等による変動やばらつきに拘わらず、安定的に制御を行うことができる電源装置、及び、電源装置の静電容量の補正方法を提供する。【解決手段】電源装置は、インバータの出力端子に接続される線路と、線路に直列に挿入される開閉器と、インバータと開閉器との間で線路に直列に挿入されるリアクトルと、線路と中性点との間に接続されるコンデンサとを有する交流フィルタと、リアクトルの電流を検出する電流検出部と、交流電力の電圧を検出する電圧検出部と、駆動制御部と、開閉器がオフの状態で電流検出部及び電圧検出部によって検出される電流及び電圧に基づいてコンデンサの静電容量の補正値を演算する補正値演算部と、演算される補正値を用いて駆動制御部がインバータの駆動制御に用いるコンデンサの静電容量の基準値を補正する補正部とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置、及び、電源装置の静電容量の補正方法に関する。

従来より、電源装置は、該電源装置の交流フィルタを構成するコンデンサやリアクトルの回路定数を制御に用いているが、コンデンサやリアクトルの回路定数にはばらつきがあるため、該ばらつきから生じる誤差に起因して出力電圧が歪んでしまっていた。これに対して、出力電圧の歪みをフィードバック制御により、総括的に歪みを抑制する電力変換器の電圧制御方法がある。他に、出力電圧の１周期の間で生じた歪みを次回の１周期でフィードフォーワード的に出力電圧指令に加算して歪みを低減させる電力変換器の電圧制御方法もある（例えば、特許文献１参照）。

特開平０２−２６１０６４号公報

しかし、従来の電力変換器の電圧制御方法は、交流フィルタのコンデンサの静電容量値の経年劣化等による変動や、交流フィルタのコンデンサの静電容量値のばらつき等により、フィードバック制御の遅れが生じて制御系が不安定になるという課題がある。また、特許文献１に記載されている電圧制御方法では、電力変換器が電力を供給している負荷が変動しない場合には効果があるが、負荷変動がある場合は効果的ではない。

そこで、本発明は、インバータの出力側に設けられる交流フィルタに含まれるコンデンサの静電容量の経年劣化等による変動やばらつきに拘わらず、安定的に制御を行うことができる電源装置、及び、電源装置の静電容量の補正方法を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の電源装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの出力端子に接続され、前記交流電力を伝送する線路と、前記線路に直列に挿入される開閉器と、前記インバータと前記開閉器との間で前記線路に直列に挿入されるリアクトルと、前記線路と中性点との間に接続されるコンデンサとを有する交流フィルタと、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出部と、前記交流電力の電圧を検出する電圧検出部と、前記インバータの駆動制御を行う駆動制御部と、前記開閉器がオフの状態で前記電流検出部及び前記電圧検出部によって検出される電流及び電圧に基づいて、前記コンデンサの静電容量の補正値を演算する補正値演算部と、前記補正値演算部によって演算される補正値を用いて、前記駆動制御部が前記インバータの駆動制御に用いる前記コンデンサの静電容量の基準値を補正する補正部とを含む。

インバータの出力側に設けられるフィルタに含まれるコンデンサの静電容量の経年劣化等による変動やばらつきに拘わらず、安定的に制御を行うことができる電源装置、及び、電源装置の静電容量の補正方法を提供することができる。

実施の形態１の電源装置１００を示す図である。 補正値演算部１６１の構成を示す図である。 電源装置１００が実行する処理を表すフローチャートを示す図である。 実施の形態２の電源装置２００を示す図である。

以下、本発明の電源装置、及び、電源装置の静電容量の補正方法を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１の電源装置１００を示す図である。

電源装置１００は、線路１０１Ｕ、中性線１０１Ｎ、出力端子１０２Ｕ、１０２Ｎ、インバータ１１０Ｕ、ローパスフィルタ１２０Ｕ、電圧計１３１Ｕ、電流計１３２Ｕ、コンタクタ１４０Ｕ、駆動制御部１５０、補正部１６０、及び主制御部１７０を含む。

電源装置１００は、一例として、無停電電源として用いられる電源装置であり、同様の構成を有する他の電源装置１００と母線１０を介して接続されている。母線１０には、無停電電源から電力の供給を受ける施設（例えば、金融機関のデータセンタや工場等）が接続されている。また、電源装置１００は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力を出力する電源装置であるが、図１には、Ｕ相に関する構成要素を示す。

電源装置１００は、Ｖ相及びＷ相についても、線路１０１Ｕ、出力端子１０２Ｕ、インバータ１１０Ｕ、ローパスフィルタ１２０Ｕ、電流計１３２Ｕ、電圧計１３１Ｕ、コンタクタ１４０Ｕと同様の構成要素を含む。このため、これらの構成要素の符号には、（Ｖ，Ｗ）を付記する。なお、駆動制御部１５０、補正部１６０、及び主制御部１７０は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のすべての制御等を行うが、ここではＵ相について説明する。

線路１０１Ｕは、Ｕ相の交流電力を伝送する線路である。線路１０１Ｕは、インバータ１１０Ｕの出力端子１１２から出力端子１０２Ｕまで延在している。

中性線１０１Ｎには、出力端子１０２Ｎが設けられている。出力端子１０２Ｎは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の中性点になる端子である。出力端子１０２Ｎの電位は、三相の交流電力の基準電位である。なお、ここでは、電源装置１００が中性線１０１Ｎを含む形態について説明するが、電源装置１００は中性線１０１Ｎを含まずに中性点としての出力端子１０２Ｎを含む構成であってもよい。

インバータ１１０Ｕは、直流電力を交流電力に変換する電力変換器である。インバータ１１０Ｕは、上アーム用のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）及び還流ダイオードと、下アーム用のＩＧＢＴ及び還流ダイオードとを含む。

インバータ１１０Ｕは、信号入力端子１１１及び出力端子１１２を有し、駆動制御部１５０から信号入力端子１１１を介して入力されるゲート駆動信号によってＩＧＢＴが、例えばＰＷＭ(Pulse Width Modulation：パルス幅変調)方式で駆動されることにより、直流電力を交流電力に変換し、出力端子１１２から出力する。

ローパスフィルタ１２０Ｕは、インバータ１１０Ｕの出力側に設けられている。ローパスフィルタ１２０Ｕは、リアクトル１２１及びコンデンサ１２２を有する。リアクトル１２１は、インバータ１１０Ｕの出力端子１１２とコンタクタ１４０Ｕとの間に介挿されている。コンデンサ１２２は、リアクトル１２１及びコンタクタ１４０Ｕの間と、中性線１０１Ｎとの間に接続されている。

ローパスフィルタ１２０Ｕは、所定の遮断周波数を有し、遮断周波数以上の交流電力を減衰させ、遮断周波数よりも低い周波数の交流電力を通過させる。ローパスフィルタ１２０Ｕは、インバータ１１０Ｕが出力する交流電力から高調波成分等のノイズ成分を除去するために設けられている。

電圧計１３１Ｕは、リアクトル１２１とコンタクタ１４０Ｕとの間に設けられ、Ｕ相の交流電力の電圧の瞬時値Ｖ_Ｕを検出する電圧計である。Ｕ相の交流電力の電圧の瞬時値Ｖ_Ｕは、中性線１０１Ｎと同電位の基準電位に対する線路１０１Ｕ及び出力端子１０２Ｕの電位の差を表す。電圧計１３１Ｕで検出される瞬時値Ｖ_Ｕは、駆動制御部１５０と補正部１６０に入力される。電圧計１３１Ｕで検出される瞬時値Ｖ_Ｕは、コンデンサ１２２の両端間電圧に等しい。電圧計１３１Ｕは、電圧検出部の一例である。

電流計１３２Ｕは、リアクトル１２１と、線路１０１Ｕ及びコンデンサ１２２の接続点との間に設けられ、コンタクタ１４０Ｕがオフにされている状態で、リアクトル１２１に流れる電流の瞬時値ｉ_Ｕを検出する。電流計１３２Ｕがリアクトル１２１に流れる電流の瞬時値ｉ_Ｕを検出するのは、コンタクタ１４０Ｕがオフにされている状態である。以下において、電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕとは、コンタクタ１４０Ｕがオフにされている状態で検出される瞬時値である。

コンタクタ１４０Ｕがオフにされている状態で電流計１３２Ｕによって検出される電流の瞬時値ｉ_Ｕは、コンデンサ１２２に流れる電流に等しい。コンタクタ１４０Ｕがオフの場合には、リアクトル１２１に流れる電流は、出力端子１０２Ｕには流れず、すべてコンデンサ１２２に流れるからである。

電流計１３２Ｕは、コンタクタ１４０Ｕがオフにされている状態でコンデンサ１２２に流れる電流の瞬時値を検出するために設けられている。電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕは、駆動制御部１５０と補正部１６０に入力される。電流計１３２Ｕは、電流検出部の一例である。

コンタクタ１４０Ｕは、線路１０１Ｕ及びコンデンサ１２２の接続点と、出力端子１０２Ｕとの間において、線路１０１Ｕに直列に挿入される。コンタクタ１４０Ｕは、電磁的に開閉するスイッチを有する開閉器の一例であり、例えば、マグネットスイッチを用いることができる。

コンタクタ１４０Ｕは、主制御部１７０によってオン（閉成）／オフ（開放）の切替制御が行われる。コンタクタ１４０Ｕは、電源装置１００を停止する際や過負荷の際に加えて、コンデンサ１２２の静電容量を測定する際にオフにされる（開放される）開閉器である。

駆動制御部１５０は、出力端子１５０Ａ、メモリ１５１、制御ゲイン演算部１５２、瞬時電圧制御部１５３、及びＰＷＭ駆動部１５４を有する。出力端子１５０Ａは、インバータ１１０Ｕの信号入力端子１１１に接続されている。駆動制御部１５０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit：中央演算処理装置)とメモリを含むコンピュータによって実現される。

メモリ１５１は、リアクトル１２１のインダクタンスの基準値Ｌと、コンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃとを表すデータを格納する記憶装置である。メモリ１５１は、例えば、不揮発性のメモリであればよい。

コンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃは、コンデンサ１２２の静電容量の設計値を表す。コンデンサ１２２の静電容量は、経年劣化で変化し、また、新品時における初期値のばらつきがある。このため、電源装置１００は、補正部１６０でコンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃを補正する。なお、インダクタンスの基準値Ｌは、リアクトル１２１のインダクタンスの設計値を表す。

制御ゲイン演算部１５２は、メモリ１５１から読み出したインダクタンスの基準値Ｌと、補正部１６０の乗算器１６２で補正されたコンデンサ１２２の静電容量とに基づいて、瞬時電圧制御部１５３が行うＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御におけるゲインを演算する。制御ゲイン演算部１５２が演算するゲインは、瞬時電圧制御部１５３に入力される。制御ゲイン演算部１５２は、ゲイン演算部の一例である。

瞬時電圧制御部１５３は、電圧計１３１Ｕで検出される瞬時値Ｖ_Ｕと、電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕと、主制御部１７０から入力される電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊と、制御ゲイン演算部１５２から入力されるゲインとに基づき、電圧計１３１Ｕで検出される瞬時値Ｖ_Ｕが電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊に追従するように、正弦波状の信号を生成する。

電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊は、出力端子１０２Ｕから出力するＵ相の交流電力の電圧の実効値、周波数、及び位相を表す正弦波状の指令であり、主制御部１７０によって生成される。また、瞬時電圧制御部１５３によって生成される正弦波状の信号は、ＰＷＭ制御における基本波であり、ＰＷＭ駆動部１５４に出力される。正弦波状の信号の周波数は、交流電力の周波数に等しい。瞬時電圧制御部１５３は、基本波生成部の一例である。

ＰＷＭ駆動部１５４は、三角波で実現される搬送波と、瞬時電圧制御部１５３から入力される基本波との交点を検出し、インバータ１１０ＵのＰＷＭ駆動に用いるゲート駆動信号のデューティ比を決定する。

ＰＷＭ駆動部１５４によって生成されるゲート駆動信号は、出力端子１５０Ａからインバータ１１０Ｕの信号入力端子１１１に入力される。これにより、ＰＷＭ駆動部１５４が生成したゲート駆動信号によって、インバータ１１０ＵのＩＧＢＴが駆動される。ＰＷＭ駆動部１５４は、駆動信号生成部の一例である。

なお、瞬時電圧制御部１５３及びＰＷＭ駆動部１５４は、インバータ制御部を構築し、インバータ制御部としての瞬時電圧制御部１５３及びＰＷＭ駆動部１５４と、制御ゲイン演算部１５２とは、駆動制御部を構築する。

補正部１６０は、補正値演算部１６１と乗算器１６２を有する。補正部１６０は、ＣＰＵとメモリを含むコンピュータによって実現される。補正部１６０を実現するコンピュータは、駆動制御部１５０を実現するコンピュータと同一のコンピュータであってもよく、別のコンピュータであってもよい。

補正値演算部１６１は、入力端子１６１Ａ、１６１Ｂ、１６１Ｃと出力端子１６１Ｄを有する。入力端子１６１Ａは、電圧計１３１Ｕに接続されており、瞬時値Ｖ_Ｕが入力される。入力端子１６１Ｂは、電流計１３２Ｕに接続されており、瞬時値ｉ_Ｕが入力される。入力端子１６１Ｃは、メモリ１５１に接続されており、コンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃが入力される。出力端子１６１Ｄは、乗算器１６２に接続されており、補正用の比Ｒを出力する。

補正値演算部１６１は、コンタクタ１４０Ｕがオフにされている状態で、電圧計１３１Ｕで検出される電圧値（瞬時値Ｖ_Ｕ）と、電流計１３２Ｕによって検出される電流値（瞬時値ｉ_Ｕ）とに基づいて、電圧値（瞬時値Ｖ_Ｕ）と電流値（瞬時値ｉ_Ｕ）が検出された時点におけるコンデンサ１２２の静電容量値を演算する。

また、補正値演算部１６１は、メモリ１５１によって格納されているコンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃを読み出し、演算した静電容量値を基準値Ｃで除算することにより、基準値Ｃに対する演算した静電容量値の比Ｒを演算する。補正値演算部１６１は、演算した比Ｒを表す値を乗算器１６２に出力する。

乗算器１６２は、メモリ１５１によって格納されているコンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃに、補正値演算部１６１で演算された比Ｒを乗じた値を出力する。基準値Ｃに比Ｒを乗算して得る値は、補正値演算部１６１によって演算される、電圧値と電流値が検出された時点におけるコンデンサ１２２の静電容量を表す。

このようにして、補正部１６０は、基準値Ｃを電圧値と電流値が検出された時点におけるコンデンサ１２２の静電容量に補正する。この結果、補正された静電容量に基づいて制御ゲイン演算部１５２で制御ゲインが演算され、瞬時電圧制御部１５３によってＰＷＭ制御の基本波が生成され、ＰＷＭ駆動部１５４でデューティ比が決定される。乗算器１６２は、補正部の一例である。

主制御部１７０は、電源装置１００の制御を統括する制御部である。主制御部１７０は、ＣＰＵとメモリを含むコンピュータによって実現される。

主制御部１７０は、インバータ１１０Ｕを起動する処理、コンタクタ１４０Ｕの開閉制御を行う処理、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ_Ｖ ^＊、Ｖ_Ｗ ^＊を生成する処理、駆動制御部１５０にゲート駆動信号の生成処理を開始させる処理、及び、補正部１６０にコンデンサ１２２の静電容量の補正処理を開始させる処理を行う。

主制御部１７０は、電源装置１００を停止するとき、過負荷が生じたとき、及び、コンデンサ１２２の静電容量を測定するときにコンタクタ１４０Ｕをオフ（開放）にする。また、主制御部１７０は、ＰＬＬ(Phase Locked Loop)回路を含み、出力端子１０２Ｕから出力するＵ相の交流電力の電圧の実効値、周波数、及び位相の設定値に基づいて、Ｕ相の電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊を生成する。電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊は、正弦波状の指令信号である。また、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値Ｖ_Ｖ ^＊、Ｖ_Ｗ ^＊についても同様である。

図２は、補正値演算部１６１の構成を示す図である。

補正値演算部１６１は、入力端子１６１Ａ、１６１Ｂ、１６１Ｃ、出力端子１６１Ｄ、整流部１６１Ｅ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６１Ｆ、演算部１６１Ｇ、除算部１６１Ｈ、整流部１６１Ｉ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６１Ｊ、演算部１６１Ｋ、演算部１６１Ｌ、リミッタ１６１Ｍ、サンプルアンドホールド回路（Ｓ＆Ｈ）１６１Ｎ、及び除算器１６１Ｏを有する。

整流部１６１Ｅ、ローパスフィルタ１６１Ｆ、演算部１６１Ｇ、除算部１６１Ｈ、リミッタ１６１Ｍ、サンプルアンドホールド回路１６１Ｎ、及び除算器１６１Ｏは、入力端子１６１Ｂと出力端子１６１Ｄとの間に、この順に直列に接続されている。

整流部１６１Ｉ、ローパスフィルタ１６１Ｊ、演算部１６１Ｋ、演算部１６１Ｌは、入力端子１６１Ａと除算部１６１Ｈとの間に、この順に直列に接続されている。入力端子１６１Ｃは、除算器１６１Ｏに接続されている。

入力端子１６１Ａ、１６１Ｂ、１６１Ｃは、それぞれ、電圧の瞬時値Ｖ_Ｕ、電流の瞬時値ｉ_Ｕ、及びコンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃが入力される端子である。出力端子１６１Ｄは、補正値演算部１６１が演算する比Ｒを出力する端子である。

整流部１６１Ｅは、入力端子１６１Ｂから入力される電流の瞬時値ｉ_Ｕを整流する演算を行う処理部である。整流部１６１Ｅは、瞬時値ｉ_Ｕを全波整流した電流値をローパスフィルタ１６１Ｆに出力する。

ローパスフィルタ１６１Ｆは、整流部１６１Ｅから出力される電流値に含まれる交流電流の基本波成分及び、ノイズの周波数成分を除去して、演算部１６１Ｇに出力する。演算部１６１Ｇは、ローパスフィルタ１６１Ｆから出力される電流値を所定のゲインで乗算し、実効値ｉ_Ｕｒｍｓに変換して除算部１６１Ｈに出力する。

整流部１６１Ｉは、入力端子１６１Ａから入力される電圧の瞬時値Ｖ_Ｕを整流する演算を行う処理部である。整流部１６１Ｉは、瞬時値Ｖ_Ｕを全波整流した電圧値をローパスフィルタ１６１Ｊに出力する。

ローパスフィルタ１６１Ｊは、整流部１６１Ｉから出力される電圧値に含まれる交流電流の基本波成分及び、ノイズの周波数成分を除去して、演算部１６１Ｋに出力する。演算部１６１Ｋは、ローパスフィルタ１６１Ｊから出力される電圧値を所定のゲインで乗算し、実効値Ｖ_Ｕｒｍｓに変換して演算部１６１Ｌに出力する。

演算部１６１Ｌは、演算部１６１Ｌで所定のゲインが乗算された電圧値Ｖ_Ｕｒｍｓに角周波数ゲインωを乗算して出力する。角周波数ゲインωは、電源装置１００が出力端子１０２Ｕから出力する交流電力の周波数の角周波数を表す。

除算部１６１Ｈは、演算部１６１Ｇで所定のゲインが乗算された電流値ｉ_Ｕｒｍｓを、演算部１６１Ｌで角周波数ゲインωが乗算された電圧値Ｖ_Ｕｒｍｓで除算して得る静電容量値をリミッタ１６１Ｍに出力する。

リミッタ１６１Ｍは、除算部１６１Ｈから出力される静電容量値に所定の制限値で制限を掛けて出力する。サンプルアンドホールド回路１６１Ｎは、リミッタ１６１Ｍから出力される静電容量値を一定時間保持し、除算器１６１Ｏに出力する。

除算器１６１Ｏは、サンプルアンドホールド回路１６１Ｎから出力される静電容量値Ｃｃを、入力端子１６１Ｃから入力されるコンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃで除算して得る比Ｒを出力端子１６１Ｄに出力する。この結果、出力端子１６１Ｄから比Ｒを表す値が出力される。比Ｒは、Ｃｃ／Ｃである。

以上のような補正値演算部１６１は、コンタクタ１４０Ｕがオフにされている状態で、電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕを求める。コンタクタ１４０Ｕがオフにされている状態における瞬時値ｉ_Ｕは、コンデンサ１２２に流れる電流の瞬時値に等しい。また、電圧計１３１Ｕで検出される瞬時値Ｖ_Ｕは、コンデンサ１２２の両端間電圧に等しい。

このため、コンタクタ１４０Ｕがオフにされている状態で電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕ、静電容量値Ｃｃ、角周波数ゲインωと、瞬時値Ｖ_Ｕとの間には次式（１）が成り立つ。

式（１）を次式（２）のように変形すれば、静電容量値Ｃｃを求めることができる。

補正値演算部１６１は、式（２）で表される演算を行う演算処理部である。コンタクタ１４０Ｕがオフにされている状態で電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕを、電圧計１３１Ｕで検出される瞬時値Ｖ_Ｕに角周波数ゲインωを乗じた値（ωＶ_Ｕ）で除算することによって、静電容量値Ｃｃを求めている。

このようにして求まる静電容量値Ｃｃは、電圧計１３１Ｕ及び電流計１３２Ｕで瞬時値Ｖ_Ｕ及び瞬時値ｉ_Ｕを検出した時点におけるコンデンサ１２２の静電容量である。このため、除算器１６１Ｏで静電容量値Ｃｃを基準値Ｃで除算して得る比Ｒを求め、乗算器１６２において、メモリ１５１から読み出したコンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃに比Ｒを乗算すれば、制御ゲイン演算部１５２は、現在のコンデンサ１２２の静電容量の値を用いて、ゲインを演算することができる。

除算器１６１Ｏで求めた比Ｒを乗算器１６２でコンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃに乗算することは、コンデンサ１２２の静電容量値を現在の値に補正することである。

図３は、電源装置１００が実行する処理を表すフローチャートを示す図である。図３に示す処理は、電源装置１００がインバータ１１０Ｕをオンにしてからコンデンサ１２２の静電容量値を現在の値に補正し、母線電圧と同期を取り、出力端子１０２Ｕから交流電力を出力するまでに主制御部１７０が行う処理である。

主制御部１７０は、電源装置１００の電源がオンにされると処理を開始する（スタート）。

主制御部１７０は、コンタクタ１４０Ｕがオフにした状態で、インバータ１１０Ｕを起動する（ステップＳ１）。より具体的には、主制御部１７０は、駆動制御部１５０にゲート駆動信号を生成する処理を開始させて、インバータ１１０Ｕを起動させる。なお、ここでは、Ｕ相についてのみ説明するが、主制御部１７０は、ステップＳ１において、Ｖ相及びＷ相のインバータも起動する。

次いで、主制御部１７０は、インバータ１１０Ｕの起動が完了したかどうかを判定する（ステップＳ２）。インバータ１１０Ｕの起動が完了したかどうかは、インバータ１１０Ｕが出力する交流電力の瞬時値Ｖ_Ｕが安定しているかどうかで判断すればよい。主制御部１７０は、インバータ１１０Ｕの起動が完了していない（Ｓ２：ＮＯ）と判定すると、インバータ１１０Ｕの起動が完了するまでステップＳ２の処理を繰り返し実行する。

主制御部１７０は、インバータ１１０Ｕの起動が完了した（Ｓ２：ＹＥＳ）と判定すると、コンタクタ１４０Ｕがオフにした状態で、コンデンサ１２２の静電容量値を現在の値に補正する処理を補正部１６０に開始させる（ステップＳ３）。

ステップＳ３では、補正値演算部１６１は、図２を用いて説明した通りに、電圧の瞬時値Ｖ_Ｕと、電流の瞬時値ｉ_Ｕと、コンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃとに基づいて、比Ｒを演算する処理を開始する。また、乗算器１６２は、メモリ１５１によって格納されているコンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃに、比Ｒを乗じることにより、基準値Ｃを現在のコンデンサ１２２の静電容量値に補正する処理を開始する。

主制御部１７０は、コンデンサ１２２の静電容量値を現在の値に補正する処理（補正処理）が完了したかどうかを判定する（ステップＳ４）。主制御部１７０は、補正処理が完了するまでステップＳ４の処理を繰り返し実行する。ステップＳ３及びＳ４の処理により、電源装置１００の静電容量の補正方法が実現される。

ここで、補正処理が完了したかどうかは、例えば、ステップＳ３で補正部１６０に補正処理を開始させてから、補正処理が完了するまでに必要な所定時間が経過したかどうかを判定し、所定時間が経過したときに補正処理が完了したと判定すればよい。このように補正処理が完了するまでに必要な時間は、実験等で求めておけばよい。

また、補正処理が完了したかどうかは、例えば、主制御部１７０がメモリ１５１から静電容量の基準値Ｃを読み出し、補正値演算部１６１によって演算されるコンデンサ１２２の現在の静電容量値と基準値Ｃとの差が基準値Ｃの１０％以下であるかどうかを判定し、差が１０％以下であれば、補正処理が完了したと判定してもよい。コンデンサ１２２の静電容量値が変動しても、基準値Ｃとの差が１０％よりも大きくなることは考え難いからである。１０％よりも大きいときは、例えば、瞬時値ｉ_Ｕ又は瞬時値Ｖ_Ｕが安定していない状態で、コンデンサ１２２の静電容量値が演算されたような場合である。

主制御部１７０は、コンデンサ１２２の静電容量値を現在の値に補正する処理が完了した（Ｓ４：ＹＥＳ）と判定すると、インバータ１１０が出力する交流電力の位相を母線１０の交流電力の位相に同期させる処理を行う（ステップＳ５）。具体的には、主制御部１７０は、内部に有するＰＬＬを用いて、電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊の位相を母線１０の電圧の位相にロックさせる。

主制御部１７０は、インバータ１１０が出力する交流電力の位相が母線１０の交流電力の位相に同期したかどうかを判定する（ステップＳ６）。主制御部１７０は、同期していない（Ｓ６：ＮＯ）と判定した場合は、インバータ１１０が出力する交流電力の位相が母線１０の交流電力の位相に同期するまでステップＳ６の処理を繰り返し実行する。

主制御部１７０は、インバータ１１０が出力する交流電力の位相が母線１０の交流電力の位相に同期した（Ｓ６：ＹＥＳ）と判定すると、コンタクタ１４０Ｕをオンにする（ステップＳ７）。これにより、出力端子１０２Ｕから母線１０に交流電力が供給される。

主制御部１７０は、出力端子１０２Ｕから母線１０に交流電力を供給する給電モードでインバータ１１０を駆動する（ステップＳ８）。

なお、主制御部１７０は、電源装置１００の電源がオフにされると処理を終了する。

以上のように、主制御部１７０によって電源装置１００の駆動制御が行われる。

以上、実施の形態１によれば、補正部１６０は、コンタクタ１４０Ｕがオフの状態で電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕを用いて、瞬時値ｉ_Ｕを検出した時点におけるコンデンサ１２２の静電容量値を求め、求めた静電容量値から演算した比Ｒを用いて、コンデンサ１２２の静電容量値を現在の値に補正する。コンタクタ１４０Ｕがオフのときの瞬時値ｉ_Ｕは、コンデンサ１２２に流れる電流値に等しい。

そして、駆動制御部１５０は、補正されたコンデンサ１２２の静電容量値を用いて、瞬時電圧制御部１５３が行うＰＩＤ制御におけるゲインを演算する。このため、コンデンサ１２２の静電容量の経年劣化等による変動やばらつきに拘わらず、瞬時電圧制御部１５３が行うＰＩＤ制御におけるゲインを安定的に演算することができる。

また、出力端子１０２Ｕから母線１０に交流電力を供給する前にコンタクタ１４０Ｕをオフにした状態で、電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕを用いるため、例えば、出力端子１０２Ｕから母線１０に交流電力を供給しているときに電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕを用いてフィードバック制御でＰＩＤ制御におけるゲインを演算する場合に比べると、フィードバック制御による遅れが生じず、ゲインを安定的に演算することができる。

従って、インバータ１１０Ｕの出力側に設けられるローパスフィルタ１２０Ｕに含まれるコンデンサ１２２の静電容量の経年劣化等による変動やばらつきに拘わらず、安定的に制御を行うことができる電源装置１００、及び、電源装置の静電容量の補正方法を提供することができる。

なお、以上では、補正値演算部１６１が静電容量値Ｃｃを基準値Ｃで除算して得る比Ｒを求め、乗算器１６２において、メモリ１５１から読み出したコンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃに比Ｒを乗算する形態について説明した。しかしながら、補正値演算部１６１が静電容量値Ｃｃと基準値Ｃとの差分を求め、乗算器１６２の代わりに加算器を用いて、当該加算器でメモリ１５１から読み出したコンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃに差分を加算してもよい。

＜実施の形態２＞
図４は、実施の形態２の電源装置２００を示す図である。電源装置２００は、線路１０１Ｕ、中性線１０１Ｎ、出力端子１０２Ｕ、１０２Ｎ、インバータ１１０Ｕ、ローパスフィルタ１２０Ｕ、電圧計１３１Ｕ、電流計１３２Ｕ、２３３Ｕ、コンタクタ１４０Ｕ、駆動制御部２５０、補正部１６０、及び主制御部２７０を含む。

電源装置２００は、電流指令に基づいて出力端子１０２Ｕから出力する交流電力を制御する電源装置である。実施の形態１の電源装置１００の構成要素と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

電流計２３３Ｕは、線路１０１Ｕのうちのコンタクタ１４０Ｕと出力端子１０２Ｕとの間の区間に設けられ、出力端子１０２Ｕから母線１０に出力される交流電力の電流値ｉ_ＬＵ（瞬時値）を検出する。電流計２３３Ｕは、第２電流検出部の一例である。

電流計２３３Ｕは、検出した電流値ｉ_ＬＵを駆動制御部２５０に出力する。電流値ｉ_ＬＵは、電源装置２００から母線１０を介して負荷（無停電電源から電力の供給を受ける施設）に供給される負荷電流である。

駆動制御部２５０は、メモリ２５１、実効値演算部２５２、乗算器２５３、三相二軸変換部２５４、加算器２５５、二軸三相変換部２５６、電流制御部２５７、加算器２５８、及びＰＷＭ駆動部２５９を有する。駆動制御部２５０は、ＣＰＵとメモリを含むコンピュータによって実現される。

メモリ２５１は、コンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃを表すデータと、コンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃに、角周波数ゲインωを乗算した値ωＣを表すデータとを格納する。コンデンサ１２２の静電容量の基準値Ｃを表すデータは、補正演算部１６１の入力端子１６１Ｃに入力され、値ωＣを表すデータは、乗算器２５３に入力される。なお、角周波数ゲインωは、電源装置２００が出力端子１０２Ｕから出力する交流電力の周波数の角周波数を表す。

実効値演算部２５２は、電圧計１３１Ｕによって検出されるＵ相の交流電力の電圧の瞬時値Ｖ_Ｕから実効値Ｖ_Ｕｒｍｓを演算する。

乗算器２５３は、メモリ２５１に格納される値ωＣを読み出し、実効値演算部２５２によって演算される実効値Ｖ_Ｕｒｍｓに値ωＣを乗算して得る無効電流値ωＣＶ_Ｕｒｍｓを表すデータを補正部１６０の乗算器１６２に出力する。乗算器２５３は、実効値Ｖ_Ｕｒｍｓを無効電流値ωＣＶ_Ｕｒｍｓに変換している。乗算器２５３は、第２乗算部の一例である。

乗算器１６２は、乗算器２５３から入力される無効電流値ωＣＶ_Ｕｒｍｓに、補正値演算部１６１から入力される比Ｒを乗算した値を加算器２５５に出力する。乗算器１６２では、乗算器２５３から入力される無効電流値ωＣＶ_Ｕｒｍｓに含まれる基準値Ｃが、比Ｒによって現在のコンデンサ１２２の静電容量値に補正される。

三相二軸変換部２５４は、電流計２３３Ｕによって検出される電流値ｉ_ＬＵと、Ｖ相及びＷ相の電流計によって検出される電流値ｉ_ＬＶ、ｉ_ＬＷとをｄ軸及びｑ軸の二軸系の値に変換し、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を出力する。ｄ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊は、三相二軸変換部２５４から二軸三相変換部２５６に入力され、ｑ軸の電流指令値ｉ_ｑ ^＊は、三相二軸変換部２５４から加算器２５５に入力される。

加算器２５５は、三相二軸変換部２５４から入力されるｑ軸の電流指令値ｉ_ｑ ^＊に、乗算器１６２で静電容量値が補正された無効電流値ωＣＶ_Ｕｒｍｓを加算して得る電流指令値ｉ_ｑ１ ^＊を二軸三相変換部２５６に出力する。加算器２５５は、第１加算器の一例である。

二軸三相変換部２５６は、三相二軸変換部２５４から入力されるｄ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊と、加算器２５５から入力されるｑ軸の電流指令値ｉ_ｑ１ ^＊とを用いて三相変換して電流指令ｉ^＊を生成し、電流制御部２５７に出力する。

電流制御部２５７は、二軸三相変換部２５６から入力される電流指令ｉ^＊と、電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕとに基づいて、電圧計１３１Ｕで検出される瞬時値Ｖ_Ｕを補正するための補正電圧値ΔＶを生成し、加算器２５８に出力する。電流制御部は、補正電圧生成部の一例である。

補正電圧値ΔＶは、電流制御部２５７において電流指令ｉ^＊と瞬時値ｉ_Ｕとの差に基づいて演算され、加算器２５８から出力されてＰＷＭ駆動部２５９に入力される正弦波信号が、電流指令ｉ^＊を反映した電圧値になるように、加算器２５８に入力される瞬時値Ｖ_Ｕを補正するための補正値である。

加算器２５８は、電流制御部２５７から入力される補正電圧値ΔＶと、電圧計１３１Ｕで検出される瞬時値Ｖ_Ｕとを加算して得る電圧値をＰＷＭ駆動部２５９に出力する。加算器２５８が出力する電圧値は、正弦波状の信号であり、ＰＷＭ制御における基本波である。加算器２５８は、第２加算器の一例である。

ＰＷＭ駆動部２５９は、三角波で実現される搬送波と、加算器２５８から入力される基本波との交点を検出し、インバータ１１０ＵのＰＷＭ駆動に用いるゲート駆動信号のデューティ比を決定する。ＰＷＭ駆動部２５９は、駆動信号生成部の一例である。

なお、電流制御部２５７、加算器２５８、及びＰＷＭ駆動部２５９は、インバータ制御部を構築し、インバータ制御部としての電流制御部２５７、加算器２５８、及びＰＷＭ駆動部２５９と、実効値演算部２５２、乗算器２５３、三相二軸変換部２５４、加算器２５５、及び二軸三相変換部２５６は、駆動制御部を構築する。

主制御部２７０は、電源装置２００の制御を統括する制御部である。主制御部２７０は、ＣＰＵとメモリを含むコンピュータによって実現される。

主制御部２７０は、インバータ１１０Ｕを起動する処理、コンタクタ１４０Ｕの開閉制御を行う処理、駆動制御部２５０にゲート駆動信号の生成処理を開始させる処理、及び、補正部１６０にコンデンサ１２２の静電容量の補正処理を開始させる処理を行う。また、主制御部２７０は、電源装置２００を停止するとき、過負荷が生じたとき、及び、コンデンサ１２２の静電容量を測定するときにコンタクタ１４０Ｕをオフ（開放）にする。

実施の形態２によれば、補正部１６０は、コンタクタ１４０Ｕがオフの状態で電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕを用いて、瞬時値ｉ_Ｕを検出した時点におけるコンデンサ１２２の静電容量値を求め、求めた静電容量値から演算した比Ｒを用いて、コンデンサ１２２の静電容量値を現在の値に補正する。コンタクタ１４０Ｕがオフのときの瞬時値ｉ_Ｕは、コンデンサ１２２に流れる電流値に等しい。

そして、駆動制御部２５０は、補正されたコンデンサ１２２の静電容量値を用いて、電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊を演算し、電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊に基づいて、電流指令ｉ^＊を演算する。このため、コンデンサ１２２の静電容量の経年劣化等による変動やばらつきに拘わらず、駆動制御部２５０が電流指令ｉ^＊を安定的に演算することができる。

また、出力端子１０２Ｕから母線１０に交流電力を供給する前にコンタクタ１４０Ｕをオフにした状態で、電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕを用いるため、例えば、出力端子１０２Ｕから母線１０に交流電力を供給しているときに電流計１３２Ｕによって検出される瞬時値ｉ_Ｕを用いてフィードバック制御でＰＩＤ制御におけるゲインを演算する場合に比べると、フィードバック制御による遅れが生じず、ゲインを安定的に演算することができる。

従って、インバータ１１０Ｕの出力側に設けられるフィルタ１２０Ｕに含まれるコンデンサ１２２の静電容量の経年劣化等による変動やばらつきに拘わらず、安定的に制御を行うことができる電源装置２００、及び、電源装置２００の静電容量の補正方法を提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態の電源装置、及び、電源装置の静電容量の補正方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００ 電源装置
１０１Ｕ 線路
１０１Ｎ 中性線
１０２Ｕ、１０２Ｎ 出力端子
１１０Ｕ インバータ
１２０Ｕ ローパスフィルタ
１２１ リアクトル
１２２ コンデンサ
１３１Ｕ 電圧計
１３２Ｕ 電流計
１４０Ｕ コンタクタ
１５０ 駆動制御部
１６０ 補正部
１６１ 補正値演算部
１６２ 乗算器
１７０ 主制御部
２００ 電源装置
２３３Ｕ 電流計
２５０ 駆動制御部
２７０ 主制御部

Claims (8)

1. 直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータの出力端子に接続され、前記交流電力を伝送する線路と、
   前記線路に直列に挿入される開閉器と、
   前記インバータと前記開閉器との間で前記線路に直列に挿入されるリアクトルと、前記線路と中性点との間に接続されるコンデンサとを有する交流フィルタと、
   前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記交流電力の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記インバータの駆動制御を行う駆動制御部と、
   前記開閉器がオフの状態で前記電流検出部及び前記電圧検出部によって検出される電流及び電圧に基づいて、前記コンデンサの静電容量の補正値を演算する補正値演算部と、
   前記補正値演算部によって演算される補正値を用いて、前記駆動制御部が前記インバータの駆動制御に用いる前記コンデンサの静電容量の基準値を補正する補正部と
   を含む、電源装置。
2. 前記駆動制御部は、
   前記リアクトルのインダクタンスの基準値と、前記補正部が前記静電容量の基準値を補正して得た補正静電容量値とに基づいて、制御ゲインを演算するゲイン演算部と、
   前記ゲイン演算部によって演算される制御ゲインと、電圧指令と、前記電流検出部によって検出される電流と、前記電圧検出部によって検出される電圧とに基づいて、前記インバータが出力する交流電力の瞬時値を制御するインバータ制御部と
   を有する、請求項１記載の電源装置。
3. 前記インバータ制御部は、
   前記ゲイン演算部によって演算される制御ゲインと、電圧指令と、前記電流検出部によって検出される電流と、前記電圧検出部によって検出される電圧とに基づいて、前記インバータのパルス幅変調による駆動の基本波を生成する基本波生成部と、
   前記基本波生成部によって生成される基本波に基づいて、前記インバータをパルス幅変調で駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と
   を有する、請求項２記載の電源装置。
4. 前記補正値演算部は、前記コンデンサの静電容量の基準値に対する、前記開閉器がオフの状態で前記電流検出部及び前記電圧検出部によってそれぞれ検出される電流及び電圧に基づいて求める前記コンデンサの静電容量の比を演算し、
   前記補正部は、前記コンデンサの静電容量の基準値に、前記補正値演算部によって演算される比を乗じることによって前記補正静電容量値を求める乗算部である、請求項２又は３記載の電源装置。
5. 前記開閉器を通じて負荷に供給される負荷電流を検出する第２電流検出部をさらに含み、
   前記駆動制御部は、前記第２電流検出部によって検出される負荷電流に基づき、ｄｑ座標におけるｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成し、前記電圧検出部によって検出される電圧の実効値を求め、前記実効値に前記静電容量の基準値と前記交流電力の角周波数とを乗じて得る無効電流を前記ｑ軸電流指令に加算し、前記ｄ軸電流指令と、前記無効電流が加算された前記ｑ軸電流指令とに基づいて三相の電流指令を生成して電流制御で前記インバータを制御する駆動制御部であり、
   前記補正部は、前記補正値を用いて、前記駆動制御部によって演算される無効電流に含まれる前記静電容量の基準値を補正静電容量値に補正する、請求項１記載の電源装置。
6. 前記駆動制御部は、
   前記実効値を演算する実効値演算部と、
   前記実効値に、前記静電容量の基準値と前記交流電力の角周波数とを乗じて前記無効電流を演算する第２乗算部と、
   前記第２電流検出部によって検出される負荷電流に基づいて、前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を出力する三相二軸変換部と、
   前記第２乗算部から出力される無効電流を前記三相二軸変換部から出力されるｑ軸電流指令に加算する第１加算器と、
   前記三相二軸変換部から出力されるｄ軸電流指令と、前記第１加算器で無効電流が加算されたｑ軸電流指令を三相電流指令に変換する二軸三相変換部と、
   前記二軸三相変換部から出力される三相電流指令に基づいて、前記インバータの駆動制御を行うインバータ制御部と
   を有する、請求項５記載の電源装置。
7. 前記インバータ制御部は、
   前記二軸三相変換部から出力される三相電流指令と、前記電流検出部によって検出される電流とに基づいて、前記電圧検出部によって検出される電圧を補正する補正電圧を生成する補正電圧生成部と、
   前記電圧検出部で検出される交流電力の電圧に、前記補正電圧生成部によって生成される補正電圧を加算して前記インバータのパルス幅変調による駆動の基本波を出力する第２加算器と、
   前記第２加算器から出力される基本波に基づいて、前記インバータをパルス幅変調で駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と
   を有する、請求項６記載の電源装置。
8. 直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータの出力端子に接続され、前記交流電力を伝送する線路と、
   前記線路に直列に挿入される開閉器と、
   前記インバータと前記開閉器との間で前記線路に直列に挿入されるリアクトルと、前記線路と中性点との間に配設されるコンデンサとを有するローパスフィルタと、
   前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記交流電力の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記インバータの駆動制御を行う駆動制御部と、
   を含む電源装置の静電容量の補正方法であって、
   前記開閉器がオフの状態で前記電流検出部及び前記電圧検出部によってそれぞれ検出される電流及び電圧に基づいて、前記コンデンサの静電容量の補正値を演算し、
   前記補正値を用いて、前記駆動制御部が前記インバータの駆動制御に用いる前記コンデンサの静電容量の基準値を補正する、電源装置の静電容量の補正方法。

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