JP2022024801A - 並列運転電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで出力電流バランスと入力電圧バランスを安定させることができる並列運転電源装置を提供する。【解決手段】並列接続した３台の電力制御装置は、その出力電圧が予め設定した基準電圧となるように出力電流のフィードバック制御を行うフィードバック制御回路を備え、前記フィードバック制御回路は、前記基準電圧と前記出力電圧の差に対応する電圧を前記出力電流の電流制御指令値として出力する電流制御指令値回路を備えている。前記３台の電力制御装置のそれぞれの出力電流のバランスを検出し、それらの出力電流の不平衡の大きさに応じて前記電流制御指令値を補正する出力電流バランス部と、前記３台の電力制御装置のそれぞれの入力電圧のバランスを検出し、それらの入力電圧の不平衡の大きさに応じて前記電流制御指令値を補正する入力電圧バランス部とを設けた。【選択図】図３

Description

この発明は、特に３相電源と直流負荷の間に３台の電力制御装置（電源制御装置）を並列接続して並列運転を行う並列運転電源装置に関する。

３相電源により直流負荷を駆動する場合、３相電源にＡＣ－ＤＣ変換を行う３台の電力制御装置を接続する。各電力制御装置は、出力電圧が所定の電圧となるように出力電流をフィードバック回路で制御し、各電力制御装置の出力電流を合流させて負荷に供給する。

このような３台の電力制御装置を並列接続する電源装置では、各電力制御装置の出力電流制御が独立して行われるため、それらの電流バランスが崩れる可能性がある。３相電源が中性点端子のない３相３線Ｙ結線の場合は、特にその現象が生じやすい。電流バランスが崩れると、出力電圧が乱れ安定した電源制御を出来なくなる。また、出力電流の電流バランスが平衡していても、３相の各入力電圧のバランスが崩れる場合もある。この現象が生じる主たる原因は、部品バラつきのために各電力制御装置が全く同一の特性にならないからである。

そこで、電力制御装置の出力電流のバランスの安定化に寄与する各種方法が提案されている。例えば、入力側に設けられている力率改善回路（ＰＦＣ回路）の入力部の平滑コイルに直列にコモンモードチョークコイルを接続し、このコイルによりコモンモードノイズを抑制する。これにより、入力側の電位安定を図り、出力電流のバランスが崩れることを防止する（特許文献１）。

特開２０１７－２２５２１４号公報

しかし、出力電流のバランスが崩れる原因は、コモンモードノイズに限らない。また、出力電流のバランスを安定化できたとしても入力電圧のバランスの安定化を保証するものではない。出力電流と入力電圧のバランスの安定化を妨げる最大の要因は、各電力制御装置の特性が完全に一致していないことにある。

出力電流のバランスが崩れるときの電力制御装置の動作は以下のようになる。

通常時は、各電力制御装置において出力電圧を一定値にする制御のためのフィードバック回路が同じように動作し、各フィードバック回路での電流制御指令値の大きさと応答性は同じである。ところが、各電力制御装置の部品のバラつきなどを原因として、いずれかの相で同指令値の応答遅れが生じたり、スイッチングコンバータの動作に差が生じると、出力電流にバラツキが生じる。

また、入力電圧のバランスが崩れるときの電力制御装置の動作は以下のようになる。

通常時は、各電力制御装置の入力側に設けられている力率改善回路（ＰＦＣ回路）のスイッチング動作が同じ特性で行われ、その出力側に接続されているコンデンサ電圧もリップル位相のずれを除いて各相で同じように変動する。ところが、各電力制御装置の部品のバラつきなどを原因として、ある瞬間にいずれかの相の電力制御装置に対する入力電流が増大または減少することがある。すると、各相の入力電流が不平衡となり、入力電圧も不平衡となりバランスが崩れてしまう。さらに、このような入力電圧の不平衡は拡大する方向に進む。この状態で、いずれかの相の入力電圧が一定電圧を超えてしまうと出力電圧が異常に上昇し、保護手段により入力側に設けられた保護リレーが開放状態となって装置が停止してしまう。

そこで、この発明は、入力電圧と出力電流のバランスを保持することができる並列運転電源装置を提供することを目的とする。

この発明の並列運転電源装置は、並列接続した３台の電力制御装置を備え、前記３台の電力制御装置の出力電流を合流させて負荷に供給する並列運転電源装置において、
前記各電力制御装置は、出力電圧が予め設定した基準電圧となるように電流制御指令値を生成して出力電流の制御を行うフィードバック制御回路を備え、
前記３台の電力制御装置のそれぞれの出力電流のバランスを検出し、それらの出力電流の不平衡の大きさに応じて前記電流制御指令値を補正する出力電流バランス部と、
前記３台の電力制御装置のそれぞれの入力電圧のバランスを検出し、それらの入力電圧の不平衡の大きさに応じて前記電流制御指令値を補正する入力電圧バランス部と、
を備える。

前記電流制御指令値の補正は、出力電流バランス部と入力電圧バランス部とによって二重に行われる。それぞれの補正は、電流制御指令値に対して同時に行っても良いし、出力電流バランス部により補正した電流制御指令値を、入力電圧バランス部によりさらに補正するようにしても良い。

前記出力電流バランス部は、前記３台の電力制御装置の各電流制御指令値をアナログ的に平均して同一の値となるように接続する接続ラインで構成する。このような構成では、電力制御装置による電流制御指令値は常にアナログ的に平均化され、同一の値である。このため、いずれかの電力制御装置の電流制御値だけが大きく変化することはなく、制御遅れを生じることもない。結果として全体の電流制御バランスが高精度に安定化される。

前記入力電圧バランス回路は、前記３台の電力制御装置のそれぞれの入力電圧を判定し、入力電圧が他のどの電力制御装置の入力電圧よりも小さくなるように変化したとき前記電流制御指令値をその値が小さくなるように補正し、入力電圧が少なくとも他の一つの電力制御装置の入力電圧より大きくなるように変化したときは前記電流制御指令値を補正しない。このような構成では、電力制御装置の入力側インピーダンスの僅かな不平衡を原因として、いずれかの相（第１相と称する）の電力制御装置の入力電流が増えると、それに伴い第１相の入力電圧が減少する。そのとき、入力電圧バランス回路は第１相の電流制御指令値が小さくなるように制御する。第１相において、電流制御指令値が小さくなると、出力電流が小さくなることから入力電流も減少する方向となる。その結果、第１相の入力電圧が大きくなる。したがって、入力電圧の変動が抑制されることとなり、入力電圧のバランスが保持される。

なお、負荷に変化はないから、合成された出力電流の大きさは一定である。このため、上記の制御によって第１相の電力制御装置の出力電流が減少すると、他の相の電力制御装置の出力電流が増大しようとする。しかし、出力電流のバランスは、前記出力電流バランス部によって保持されるから、結局、出力電流の変動も抑制される。

このようにして、各電力制御装置の部品のバラつきなどがあっても、出力電流と入力電圧のバランスが高精度に安定化される。

この発明によれば、３台の電力制御装置のそれぞれの出力電流バランス部と入力電圧バランス部との相乗作用により、出力電流と入力電圧のバランスが高精度に安定化される。

本発明の実施形態の並列運転電源装置の構成図を示す。 電力制御装置１Ｒ、１Ｓ、１Ｔの結線図を示す。 入力電圧バランス制御部を示す。 フィードバック制御回路１４Ｒの回路図である。 電力制御装置１Ｒ、１Ｓ、１Ｔの入力側の各要素（電流、電圧等）を示す。

図１は、本発明の実施形態の３相並列運転電源装置の結線図を示す。

この３相並列運転電源装置は、３台の電力制御装置（以下、モジュールと称する）１Ｒ、１Ｓ、１Ｔを含み、図２のように中性点接続端子のないＹ結線接続される。入力電源は、ＡＣ４００Ｖ系の中性点端子のないＹ結線の３相電源２である。

図１のように、Ｙ結線接続された３台のモジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔは、その入力端子が、Ｙ結線の３相電源２のＲＳＴ電源端子（Y結線端子）に対し接続される。すなわち、３相電源２のＲ端子はモジュール１Ｒの入力側の端子ＴＢ１に接続される。３相電源２のＳ端子はモジュール１Ｓの入力側の端子ＴＢ３に接続される。３相電源２のＴ端子はモジュール１Ｔの入力側の端子ＴＢ５に接続される。

モジュール１Ｒの入力側の端子ＴＢ２、モジュール１Ｓの入力側の端子ＴＢ４、モジュール１Ｔの入力側の端子ＴＢ６は中性点として接続される。

モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔの出力は並列接続して出力電流を合流し、負荷６に供給する。すなわち、モジュール１Ｒの出力側の端子ＴＢ７と、モジュール１Ｓの出力側の端子ＴＢ９と、モジュール１Ｔの出力側の端子ＴＢ１１とが出力電流端子Ｐに接続される。また、モジュール１Ｒの出力側の端子ＴＢ８と、モジュール１Ｓの出力側の端子ＴＢ１０と、モジュール１Ｔの出力側の端子ＴＢ１２とが出力電流端子Ｎに接続される。負荷６は、出力電流端子Ｐ、Ｎ間に接続される。

モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔのそれぞれは同じ構成であるため、以下、モジュール１Ｒの構成を説明する。

モジュール１Ｒは、リレー接点を有するＲＹ部１０Ｒと、整流回路を含む力率改善コンバータ部１１Ｒと、力率改善コンバータ部１１Ｒの出力側に接続されるコンデンサ１２Ｒと、ＤＣ－ＤＣコンバータ部１３Ｒと、フィードバック制御回路１４Ｒと、入力電圧バランス部１５Ｒとを備える。

ＲＹ部１０Ｒは、モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔの入力電圧が不平衡となって、その状態が一定の水準を超えたときにリレー接点をオフしてモジュール１Ｒの動作を停止させる。例えば、入力電圧が不平衡となって、モジュール１Ｒにおいて、コンデンサ１２Ｒの充電電圧が過充電になると、これを検出してリレー接点をオフする。

力率改善コンバータ部１１Ｒは、入力電流をスイッチング回路により整形することで入力電流と入力電圧の位相を同位相として力率を良くする。

コンデンサ１２Ｒは、力率改善コンバータ部１１Ｒの出力を充電し、このコンデンサ１２Ｒの充電電圧により、後段に接続されるＤＣ－ＤＣコンバータ部１３Ｒを駆動する。

ＤＣ－ＤＣコンバータ部１３Ｒは、コンデンサ１２Ｒの電圧をＤＣ－ＤＣ変換して出力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ部１３Ｒの出力側には、出力電流Ｉｏを検出する出力電流検出器３Ｒと、出力電圧Ｖｏを検出する出力電圧検出器４Ｒとを備えている。

フィードバック制御回路１４Ｒは、ＤＣ－ＤＣコンバータ部１３Ｒに接続され、出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏが入力される。フィードバック制御回路１４Ｒは、出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏに基づいて、出力電圧Ｖｏが予め設定した基準電圧となるように電流制御指令値を生成する。この電流制御指令値は、フィードバック制御回路１４Ｒ内の出力電流バランス部と入力電圧バランス部１５Ｒとによって補正される。ＤＣ－ＤＣコンバータ部１３Ｒのスイッチング素子は、この補正された電流制御指令値と出力電流Ｉｏとの誤差がなくなるように制御される。

入力電圧バランス部１５Ｒは、モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔの入力電圧のバランスを検出する。図３は、入力電圧バランス部１５Ｒの概略構成図である。入力電圧バランス部１５Ｒは、Ｒ相の入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴと、Ｓ相の入力電圧ＶＩＮ２＿ＤＥＴと、Ｔ相の入力電圧ＶＩＮ３＿ＤＥＴの大小を比較し、Ｒ相の入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴが入力電圧ＶＩＮ２＿ＤＥＴと入力電圧ＶＩＮ３＿ＤＥＴより大きいか小さいかを判定する。入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴが入力電圧ＶＩＮ２＿ＤＥＴと入力電圧ＶＩＮ３＿ＤＥＴのどちらよりも小さい場合は、その大きさに応じた出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲをフィードバック制御回路１４Ｒに出力する。なお、モジュール１Ｓ内の入力電圧バランス部１５Ｓと、モジュール１Ｔ内の入力電圧バランス部１５Ｔも同様に、Ｒ相の入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴと、Ｓ相の入力電圧ＶＩＮ２＿ＤＥＴと、Ｔ相の入力電圧ＶＩＮ３＿ＤＥＴの大小を判定し、出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲをフィードバック制御回路１４Ｓ、フィードバック制御回路１４Ｔに出力する。

フィードバック制御回路１４Ｒは、出力端子ａを備え、接続ライン５がこの出力端子ａに接続されている。同様に、モジュール１Ｓのフィードバック制御回路１４Ｓは、出力端子ｂを備え、接続ライン５がこの出力端子ｂに接続されている。同様に、モジュール１Ｔのフィードバック制御回路１４Ｔは、出力端子ｃを備え、接続ライン５がこの出力端子ｃに接続されている。

この接続ライン５は、本発明の出力電流バランス部に相当し、後述のように、出力電流バランスが崩れると電流制御指令値を補正する。

図４は、モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔ内に設けられているフィードバック制御回路１４Ｒ、１４Ｓ、１４Ｔの回路図である。なお、モジュール１Ｓ、１Ｔ内に設けられているフィードバック制御回路１４Ｓ、１４Ｔは、フィードバック制御回路１４Ｒと同じ構成であるため、以下、フィードバック制御回路１４Ｒについてのみ説明する。

フィードバック制御回路１４Ｒは、３相並列運転電源装置の出力電圧Ｖｏが予め設定した基準電圧ＶＲＥＦとなるようにフィードバック制御を行う。フィードバック制御回路１４Ｒは、電流制御指令値回路１２０ＲとＰＷＭ制御回路１３０Ｒとを備える。なお、フィードバック制御回路１４Ｓは、電流制御指令値回路１２０ＳとＰＷＭ制御回路１３０Ｓとを備え、フィードバック制御回路１４Ｔは、電流制御指令値回路１２０ＴとＰＷＭ制御回路１３０Ｔとを備えている。

電流制御指令値回路１２０Ｒは、前記基準電圧ＶＲＥＦと前記出力電圧Ｖｏとの差に対応する電圧を前記出力電流Ｉｏに対する電流制御指令値として出力する。この電流制御指令値は、出力電流バランス部を構成する接続ライン５によって補正され、また、後述するように、入力電圧バランス部１５Ｒによっても補正される。

ＰＷＭ制御回路１３０Ｒは、補正された電流制御指令値と出力電流Ｉｏの差から電流制御値を演算し、これに基づいてスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号を生成する。

電流制御指令値回路１２０Ｒは、基準電圧ＶＲＥＦ設定部１２０と、第１エラー検出部１２１と、第１ゲイン制御部１２２と、抵抗分圧回路１２３と、第２エラー検出部１２４とを備える。

ＰＷＭ制御回路１３０Ｒは、第３エラー検出部１３０と、第２ゲイン制御部１３１と、ＰＷＭ制御部１３２と、鋸歯状波発生回路１３３と、スイッチング制御部１３４とを備える。

電流制御指令値回路１２０Ｒにおいて、第１エラー検出部１２１は、出力電圧検出器４Ｒで検出した出力電圧Ｖｏに対応する電圧と基準電圧ＶＲＥＦとを比較し、その差電圧を検出する。第１ゲイン制御部１２２は、前記差電圧を適切なゲインで増幅し、Ｖｉ＿ＲＥＦ＿１として出力する。

抵抗分圧回路１２３は、前記Ｖｉ＿ＲＥＦ＿１を抵抗ＲａとＲｂで分圧する。この分圧した電圧は補正前の電流制御指令値に対応したものとなる。モジュール１Ｓ、１Ｔのフィードバック制御回路１４Ｓ、１４Ｔにおいても同様にＶｉ＿ＲＥＦ＿２、Ｖｉ＿ＲＥＦ＿３を抵抗ＲａとＲｂで分圧する。この分圧した電圧は、モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔそれぞれにおいて出力され、これらが接続ライン５によって、アナログ的に平均化される（補正される）。すなわち、モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔの第１エラー検出部１２１から出力される電流制御指令値（に対応する電圧）は、平均化されて(補正されて)Ｖｉ＿ＲＥＦ＿ＡＶＥとして出力される。

第２エラー検出部１２４は、Ｖｉ＿ＲＥＦ＿ＡＶＥと入力電圧バランス部１５Ｒからの出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲとの差電圧を検出し、接続ライン５で平均化された(補正された)電圧（電流制御指令値）Ｖｉ＿ＲＥＦ＿ＡＶＥを出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲによってさらに補正する。出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲは、図３に示すように、入力電圧バランス部１５Ｒにおいて、入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴ、ＶＩＮ２＿ＤＥＴ、ＶＩＮ３＿ＤＥＴの大小の演算結果に基づいて得られる。

ＰＷＭ制御回路１３０Ｒにおいて、第３エラー検出部１３０は、電流制御指令値回路１２０Ｒから出力される電流制御指令値と、出力電流検出器３Ｒで検出した出力電流Ｉｏに対応する電圧Ｖｉ＿ＤＥＴとを比較し、その差電圧を検出する。第２ゲイン制御部１３１は、前記差電圧を適切なゲインで増幅し、電流制御値Ｖｉ＿Ｃとして出力する。

電流制御値Ｖｉ＿Ｃは、ＰＷＭ制御部１３２に出力される。ＰＷＭ制御部１３２には、鋸歯状波発生回路１３３から鋸歯状波が入力する。ＰＷＭ制御部１３２は、前記電流制御値Ｖｉ＿Ｃと前記鋸歯状波とを比較してＰＷＭ制御信号を出力する。スイッチング制御部１３４は、前記ＰＷＭ制御信号に応じてＤＣ－ＤＣコンバータ部１３Ｒのスイッチング素子のスイッチング周波数を変動させる。

以上のフィードバック制御回路１４Ｒは以下のように動作する。

（１）入力電圧が平衡状態で出力電流が変動する時
出力電流Ｉｏが変動し、出力電圧Ｖｏが基準電圧ＶＲＥＦから下降すると、第２ゲイン制御部１３１の出力である電流制御値Ｖｉ＿Ｃが大きくなり、出力電流Ｉｏを大きくするようにＰＷＭ制御信号が制御される。出力電流Ｉｏが大きくなると負荷に加わる出力電圧Ｖｏが上昇しようとする。また、出力電圧Ｖｏが基準電圧ＶＲＥＦから上昇すると、第２ゲイン制御部１３１の出力である電流制御値Ｖｉ＿Ｃが小さくなり、出力電流Ｉｏを小さくするようにＰＷＭ制御信号が制御される。出力電流Ｉｏが小さくなると負荷に加わる出力電圧Ｖｏが下降しようとする。このようにして、モジュール１Ｒにおいては、フィードバック制御回路１４Ｒによる出力電圧が基準電圧ＶＲＥＦに安定するように動作する。モジュール１Ｓ、モジュール１Ｔにおいても同様に動作する。

（２）入力電圧が平衡状態で出力電流が不平衡状態になろうとする時
一方、上記（１）の動作は各モジュールで個別に行われるため、モジュール間の動作がアンバランスとなると、各モジュールの出力電流が不平衡となる状態に遷移しようとする。このとき、端子ａ、端子ｂ、端子ｃの電流制御指令値の大きさにも差が生じようとする。しかし、端子ａ、ｂ、ｃは接続ライン５で接続されているため、結局、これらの電圧はアナログ的に平均化されて、端子ａの電圧＝端子ｂの電圧＝端子ｃの電圧となり、この電圧は数１、数２の式で求められる電圧Ｖｉ＿ＲＥＦ＿ＡＶＥとなる。

上記数１において、ｎ＝３となるから、Ｖｉ＿ＲＥＦ＿ＡＶＥは、数２で求められる。この式では、Ｖｉ＿ＲＥＦ＿１、Ｖｉ＿ＲＥＦ＿２、Ｖｉ＿ＲＥＦ＿３が平均化されてＶｉ＿ＲＥＦ＿ＡＶＥとなり、フィードバック制御回路１４Ｒ、１４Ｓ、１４Ｔの電流制御指令値に対応する抵抗分圧電圧は同一の値である。つまり、電力制御装置１Ｒ、１Ｓ、１Ｔのいずれかの出力電圧が基準電圧ＶＲＥＦから増加しようとしたときでも、逆に減少しようとしたときでも、フィードバック制御回路１４Ｒ、１４Ｓ、１４Ｔの電流制御指令値は常に同じように変化し、常に同じ値を維持している。そして、電流制御指令値の変化量は、Ｖｉ＿ＲＥＦ＿１、Ｖｉ＿ＲＥＦ＿２、Ｖｉ＿ＲＥＦ＿３を平均化した値に対応している。結果として、いずれかのモジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔの出力電流が変化しようとしても、そのモジュールの電流制御指令値は大きく変化せず、且つ、３つのモジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔの電流制御指令値は同一値を維持するから、モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔからそれぞれ出力される電流バランスは安定する。

（３）入力電圧が不平衡状態になろうとする時
入力電圧は入力電圧バランス部１５Ｒによって、そのバランスが検出される。すなわち、入力電圧バランス部１５Ｒは、Ｒ相の入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴと、Ｓ相の入力電圧ＶＩＮ２＿ＤＥＴと、Ｔ相の入力電圧ＶＩＮ３＿ＤＥＴの大小を比較し、Ｒ相の入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴがＶＩＮ２＿ＤＥＴとＶＩＮ３＿ＤＥＴのどちらよりも小さいときに、その大きさに応じた出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲをフィードバック制御回路１４Ｒに出力する。ＶＩＮ１＿ＤＥＴがＶＩＮ２＿ＤＥＴかＶＩＮ３＿ＤＥＴの少なくともどちらか一方よりも大きいときは、Ｖｉ＿ＣＯＲ＝０Ｖを出力する。なお、モジュール１Ｓ内の入力電圧バランス部１５Ｓと、モジュール１Ｔ内の入力電圧バランス部１５Ｔも同様に、Ｒ相の入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴと、Ｓ相の入力電圧ＶＩＮ２＿ＤＥＴと、Ｔ相の入力電圧ＶＩＮ３＿ＤＥＴとの大小を比較し、その大きさに応じた、出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲをフィードバック制御回路１４Ｓ、フィードバック制御回路１４Ｔに出力する。

フィードバック制御回路１４Ｒでは、第２エラー検出部１２４に出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲが入力し、第２エラー検出部１２４では、出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲと抵抗分圧回路１２３の出力の電圧Ｖｉ＿ＲＥＦ＿ＡＶＥとの差を検出する。

すなわち、電流制御指令値である電圧Ｖｉ＿ＲＥＦ＿ＡＶＥが、出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲによって補正される。

入力電圧バランス部１５Ｒは、Ｒ相の入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴがＶＩＮ２＿ＤＥＴとＶＩＮ３＿ＤＥＴのどちらよりも小さくなると、出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲを正の値にする。そのとき、第２エラー検出部１２４の出力は小さくなるため、電流制御指令値回路１２０Ｒから出力される電流制御指令値は小さくなり、モジュール１Ｒの出力電流Ｉｏが小さくなる。後述のように、出力電流Ｉｏが小さくなれば、モジュール１Ｒの入力電圧が上昇する。その結果、入力電圧が小さくなっても、元の入力電圧に戻ろうとする。

また、入力電圧バランス部１５Ｒは、Ｒ相の入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴがＶＩＮ２＿ＤＥＴかＶＩＮ３＿ＤＥＴの少なくともどちらか一方よりも大きくなると、出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲを０Ｖにする。そのとき、第２エラー検出部１２４の出力は変化しないため、電流制御指令値回路１２０Ｒから出力される電流制御指令値は変化せず、モジュール１Ｒの出力電流Ｉｏも変化しない。しかしこの状況では、入力電圧バランス部１５Ｓの出力または１５Ｔのどちらかの出力は正の値をとるため、正の値をとる相（Ｓ相かＴ相）の出力電流が小さくなる。出力電圧一定制御により総合負荷電流は一定になるように制御されるためＲ相の出力電流Ｉｏは大きくなる。後述のように、出力電流Ｉｏが大きくなれば、モジュール１Ｒの入力電圧が下降する。その結果、入力電圧が大きくなっても、元の入力電圧に戻ろうとする。

上記のように、モジュール１Ｒにおいて、出力電流Ｉｏが小さくなれば、モジュール１Ｒの入力電圧が上昇し、その反対に、出力電流Ｉｏが大きくなれば、モジュール１Ｒの入力電圧が下降する。その理由は以下の通りである。

（ａ）今、モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔの出力電流のバランスが崩れて、モジュール１Ｒの出力電流Ｉｏが減少したと仮定する。

（ｂ）モジュール１Ｓ、１Ｔの出力電流が増加する（総合出力電流（負荷電流）が一定のため）。

（ｃ）力率改善コンバータ部１１Ｒの出力電流が減少する（力率改善コンバータ部１１Ｓ、１１Ｔの出力電流が増加する）。

（ｄ）モジュール１Ｒの入力電流が減少する（モジュール１Ｓ、１Ｔの入力電流が増加する）。

（ｅ）モジュール１Ｒの入力電圧が増加する（モジュール１Ｓ、１Ｔの入力電圧が下降する）。

モジュール１Ｒの出力電流Ｉｏが増加した場合は、以下のようになる。

（ｆ）今、モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔの出力電流のバランスが崩れて、モジュール１Ｒの出力電流Ｉｏが増加したと仮定する。

（ｇ）モジュール１Ｓ、１Ｔの出力電流が減少する（総合出力電流（負荷電流）が一定のため）。

（ｈ）力率改善コンバータ部１１Ｒの出力電流が増加する（力率改善コンバータ部１１Ｓ、１１Ｔの出力電流が減少する）。

（ｉ）モジュール１Ｒの入力電流が増加する（モジュール１Ｓ、１Ｔの入力電流が減少する）。

（ｊ）モジュール１Ｒの入力電圧が減少する（モジュール１Ｓ、１Ｔの入力電圧が上昇する）。

上記（ａ）～（ｅ）のように、出力電流Ｉｏが減少すれば、モジュール１Ｒの入力電圧が増加し、（ｆ）～（ｊ）のように、出力電流Ｉｏが増加すれば、モジュール１Ｒの入力電圧が減少する。

したがって、
・Ｒ相の入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴがＶＩＮ２＿ＤＥＴとＶＩＮ３＿ＤＥＴのどちらよりも小さくなる→出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲが正の値をとる→出力電流Ｉｏが小さくなる→入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴが増加する。

・Ｒ相の入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴがＶＩＮ２＿ＤＥＴかＶＩＮ３＿ＤＥＴの少なくともどちらか一方よりも大きくなる→出力電流補正値Ｖｉ＿ＣＯＲが０Ｖになり、Ｓ相またはＴ相の出力電流が小さくなる→Ｒ相の出力電流Ｉｏが大きくなる→入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴが減少する。

以上の動作で、入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴが小さくなって、入力電圧が不平衡になろうとしても、入力電圧バランス部１５Ｒの動作により、平衡状態に戻ろうとする。また、入力電圧ＶＩＮ１＿ＤＥＴが大きくなって、入力電圧が不平衡になろうとしても、入力電圧バランス部１５Ｒの動作により、平衡状態に戻ろうとする。

モジュール１Ｓ、１Ｔにおいても同じように動作する。

なお、上記（ｄ）、（ｅ）または、（ｉ）、（ｊ）となる理由を、図５を参照して以下に述べる。

図５は、モジュール１Ｒ、１Ｓ、１Ｔを入力側から見たときの要素（電流、電圧、インピーダンス）を示す。

図５において、ある相の入力電流の増加は、その相の入力インピーダンス（＝抵抗）が減少することにより生じる。入力電圧は入力電流×入力インピーダンスに等しいが、入力インピーダンスの減少量の方が大きく影響し、入力電圧は減少する。

Ｒ相の入力電流Ｉ_Ｒは以下の数３のように表せる。

この式より、もしもＲ相の入力インピーダンスＺ_Ｒが減少したとすると入力電流Ｉ_Ｒが増加することが言える。Ｒ相の入力電圧Ｖ_Ｒは以下の数４のように表せる。

数４より、Ｚ_Ｒが減少すると入力電圧Ｖ_Ｒも減少する。

以上を纏めると、
Ｒ相の入力インピーダンスＺ_Ｒが減少→入力電流Ｉ_Ｒが増加し入力電圧Ｖ_Ｒが減少。すなわち、入力電流Ｉ_Ｒが増加すると、入力電圧Ｖ_Ｒが減少する（上記（ｉ）と（ｊ））。

同様に、Ｒ相の入力インピーダンスＺ_Ｒが増加→入力電流Ｉ_Ｒが減少し入力電圧Ｖ_Ｒが増加。すなわち、入力電流Ｉ_Ｒが減少すると、入力電圧Ｖ_Ｒが増加する（上記（ｄ）と（ｅ））。

他の相についても同様である。

以上のように、入力電圧が不平衡となったときには、入力電圧バランス部１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔにより、平衡状態に戻すことが出来る。

このように、本実施形態では、各モジュールのそれぞれの出力電流バランス部と入力電圧バランス部との相乗作用により、出力電流と入力電圧のバランスが崩れることを防ぐことが出来る。

また、電源は、中性点端子のない３相電源に代えて、Δ結線の３相電源であっても良い。

１Ｒ、１Ｓ、１Ｔ・・・電力制御装置
１４Ｒ、１４Ｓ、１４Ｔ・・・フィードバック制御回路
１２０Ｒ、１２０Ｓ、１２０Ｔ・・・電流制御指令値回路
１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔ・・・入力電圧バランス部
５・・・接続ライン

Claims (5)

1. 並列接続した３台の電力制御装置を備え、前記３台の電力制御装置の出力電流を合流させて負荷に供給する並列運転電源装置において、
   前記各電力制御装置は、出力電圧が予め設定した基準電圧となるように電流制御指令値を生成して出力電流の制御を行うフィードバック制御回路を備え、
   前記３台の電力制御装置のそれぞれの出力電流のバランスを検出し、それらの出力電流の不平衡の大きさに応じて前記電流制御指令値を補正する出力電流バランス部と、
   前記３台の電力制御装置のそれぞれの入力電圧のバランスを検出し、それらの入力電圧の不平衡の大きさに応じて前記電流制御指令値を補正する入力電圧バランス部と、
   を備える、並列運転電源装置。
2. 前記出力電流バランス部により補正した前記電流制御指令値を、前記入力電圧バランス部によりさらに補正する請求項１記載の並列運転電源装置。
3. 前記出力電流バランス部は、前記３台の電力制御装置の各電流制御指令値をアナログ的に平均して同一の値となるように接続する接続ラインで構成した、請求項１または２記載の並列運転電源装置。
4. 前記入力電圧バランス回路は、前記３台の電力制御装置のそれぞれの入力電圧を判定し、入力電圧が他のどの電力制御装置の入力電圧より小さく変化したとき前記電流制御指令値をその値が小さくなるように補正し、入力電圧が少なくとも一つの他の電力制御装置より大きく変化したとき前記電流制御指令値を補正しない、請求項１～３のいずれかに記載の並列運転電源装置。
5. 前記３台の電力制御装置のそれぞれの入力端子は３相電源のΔ結線端子またはＹ結線端子に接続される、請求項１～４のいずれかに記載の並列運転電源装置。

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