JP2678991B2 - Inverter parallel operation method - Google Patents

Inverter parallel operation method

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JP2678991B2 JP62257012A JP25701287A JP2678991B2 JP 2678991 B2 JP2678991 B2 JP 2678991B2 JP 62257012 A JP62257012 A JP 62257012A JP 25701287 A JP25701287 A JP 25701287A JP 2678991 B2 JP2678991 B2 JP 2678991B2
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久之助 川本
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日本電気精器株式会社
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流電源装置として用いられるインバータの
並列運転方式に関するものである。 〔従来の技術〕 インバータは電源容量を増大させるため、或いは冗長
機を用いて信頼度を高めるために、複数台を並列運転す
る場合がある。複数のインバータの出力を互いに接続し
て並列運転するには、当然それらの出力電圧の大きさ及
び位相を合せる必要がある。このため従来以下に述べる
ような方法が用いられていた。 図1は共通発振器と無効横流補償回路を有する方式の
例である。1,2,3はインバータ、4は負荷、5,6,7は各イ
ンバータの出力電流を検出するための電流検出器、3は
各出力電流を比較して無効横流を検出する回路、9,10,1
1は各インバータに付属の電圧調節回路、12は共通発振
器である。各インバータの周波数および位相は共通発振
器12によって規制される。従って、各インバータ間の有
効横流は小さな値に抑えられる。各インバータは電圧調
整回路によってそれぞれ自動電圧調整機能を有するが、
それらの出力電圧に差があると出力回路の無効横流を生
じ、この無効横流は無効横流検出回路8によって検出さ
れ、各インバータにフィードバックされて各インバータ
の出力電圧を合せるように動作するので、無効電流も小
さな値に抑えられる。 図2は個別発振器を有する方式の例である。1〜11
は、図1と同じであり、13,14,15は各インバータに付属
の個別発振器、16は同期回路である。各個別発振器は同
期回路16の働きによって同期して運転し、それぞれのイ
ンバータの周波数及び位相を規制する。従って、この場
合も有効横流および無効横流は共に小さな値に抑制され
る。 図3は無効横流補償回路の外に、有効横流補償回路を
も有する方式の例である。1〜12は図1と同じであり、
17,18,19は各インバータの出力電力を検出するための電
力検出器、20は各出力電力を比較して有効横流を検出す
る回路、21,22,23は移送回路である。無効横流を抑制す
る作用は図1と同様であるが、この方式では各インバー
タの出力に位相差があっても有効出力電力に差が生じる
と、この差は有効横流検出回路20によって検出され、各
インバータの発振回路にフィードバックされて各インバ
ータの位相を合せるように動作するので有効横流は更に
小さな値に抑制される。 〔解決しようとする問題点〕 このような、従来の方式では何れも横流補償回路,共
通発振器,同期回路として各インバータに付属する個別
回路の外に、システムとしての共通回路が必要であり、
このため次の2つの欠点があった。 1つは既設のシステムにもう一台のインバータを増設
する場合(或いは撤去する場合)、現地で非常に手間の
かかる調整を必要とすることである。横流補償回路はシ
ステム出力から各インバータの分担すべき電流或いは電
力を算出し、これと各インバータが実際に分担している
電流或いは電力とを比較して、両者が差があるとこれを
最小にするようにフィードバックをかけるものである。
従って、インバータの台数が変更される場合にはこれを
再調整しなければならない。又個別発振器を使用する場
合には同期回路の再調整が必要である。そして何れの場
合であっても既設システムの制御回路と新設インバータ
の制御回路とを接続する工事が必要であり、細心の注意
と長時間に亘る調整とが必要で、その間システムを停止
させねばならなかった。 もう1つの欠点ははシステム共通回路があるため、冗
長並列運転による高信頼化の実現が難しいことである。
冗長機を用いてシステムの信頼度を高めようとすると
時、冗長部分についての故障率は各要素の故障率の積に
比例するので、飛躍的に小さくすることが出来る。併し
共通部分があると、その故障率はシステム故障率に和と
なって加わるので、共通部分を有する冗長システムの信
頼度は主として共通部分の信頼度によって定まってしま
う。従って従来の方法では、インバータの主回路を冗長
化することは出来ても、制御回路のかなりの部分は共通
回路として残り、そのためシステムの高信頼化を充分に
行なうことができなかった。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明はこれらの欠点を除去し、きわめて簡易且つ短
時間に増設工事を行なうことが出来、而も高信頼度なシ
ステムを実現するものであって、共通回路の全く無いイ
ンバータ並列運転方式を与えるものである。 〔実施例〕 図は本発明の実施例であって1,4,5,9は図1と同じで
ある。13は図2と同じ個別発振器、17は図3と同じ電力
検出機、24は出力電力に応じて13の発振周波数を変化さ
せる回路、25は発振周波数の設定値を調節するための調
節器、26は出力電圧の設定値を調節するための電圧調節
器である。28,29は27と同じ内容を持つ他のインバータ
ブロックを表す。17,24,13によってこのインバータ1の
出力電力と出力周波数との間には図5に示すような特
性、即ち出力電力の増加に伴って周波数が僅かに下がる
特性が与えられている。また、5と9によってこのイン
バータの出力電源と出力電圧との間には図6に示すよう
な特性、即ち出力電流の増加に伴って出力電圧が僅かに
下がる特性が与えられている。 このような特性を有するインバータ2台を並列運転を
する場合には次のようにする。先ず1台を運転し、負荷
を投入する。次に2台目を運転し、2台目の25と26との
調節して周波数と電圧を1台目に略合わせる。そして、
この2台のインバータの出力電圧の位相が一致した時に
並列投入する。すると2台のインバータは図5の特性に
よって発振周波数が一致する点迄動作点が移動して安定
に出力電力を分担し、また若干の無効横流が流れて図6
の特性によって出力電圧が一致する迄動作点が移動し
て、その出力電圧を負荷4に供給する。若し、2台のイ
ンバータの間の電力分担割合が適当であれば、何れかの
インバータの周波数調節器によって分担割合を調整すれ
ば良い(分担を増加させたい方の周波数を上げるか、減
少させたい方の周波数を下げる)。また2台のインバー
タの間に無効横流が大きければ何れかのインバータの電
圧調整器によって無効横流が0となるように調節するこ
とが出来る(出力電流の小さい方の電圧を上げるか、出
力電流の大きい方の電圧を下げる)。 並列台数が3台以上の場合にも順次同様にして並列投
入して行なうことが出来る。 図4においては電流検出器5と電圧調整回路9とによ
って図6の出力電流−出力電圧特性を持たせる方式を説
明したが、5と9がなくても図6のような特性を持たせ
ることが出来、このような場合も本発明に含まれる。 以上説明した並列運転動作特性は、回転形交流発電機
の動作に似ていることが理解されよう。即ち、原動機に
よって駆動される交流発電機は負荷が重くなると回転速
度が下がると特性を有しており、このために安定な並列
運転が可能である。これに対して一般のインバータでは
周波数が発振器によって決まるため、負荷電力に無関係
であり、直接並列運転を行なうことは不可能であった。
本発明は、インバータに交流発生電機と同様な周波数の
電力依存特性を持たせることにより直接並列運転を可能
にした方式である。 〔効果〕 本発明によれば並列運転を行なうインバータ間におい
て制御回路を相互に接続することは全く不要であって、
出力回路を接続するだけで並列運転を行なうことが出
来、繁雑な調整も不要である。従って、現地における増
設工事は極めて簡易であり、電源を生かしたままで無停
電増設工事を行なうことも可能である。この無停電工事
を可能にしたことは、近時のコンピュータ用電源等、重
要負荷のニーズにマッチしたものであり、その工業的意
義は大きい。 また、高信頼化のために冗長並列運転を行なう場合に
も、従来不可能であった共通部分の排除が実現出来るた
め、極めて高い信頼度の電源システムを得ることが出来
る。
The present invention relates to a parallel operation system of inverters used as an AC power supply device. [Prior Art] In some cases, a plurality of inverters are operated in parallel in order to increase the power supply capacity or to increase reliability by using a redundant machine. In order to connect the outputs of a plurality of inverters to each other and operate them in parallel, it is necessary to match the magnitude and phase of their output voltages. For this reason, the following methods have been conventionally used. FIG. 1 shows an example of a system having a common oscillator and a reactive cross current compensation circuit. 1,2,3 are inverters, 4 is a load, 5,6,7 are current detectors for detecting the output current of each inverter, 3 is a circuit for comparing the output currents to detect a reactive cross current, 9, 10,1
1 is a voltage adjusting circuit attached to each inverter, and 12 is a common oscillator. The frequency and phase of each inverter are regulated by the common oscillator 12. Therefore, the effective cross current between the inverters is suppressed to a small value. Each inverter has an automatic voltage adjustment function by the voltage adjustment circuit,
If there is a difference between the output voltages, an invalid cross current is generated in the output circuit. This invalid cross current is detected by the invalid cross current detection circuit 8 and is fed back to each inverter to operate so as to match the output voltage of each inverter. The current is also suppressed to a small value. FIG. 2 shows an example of a system having an individual oscillator. 1-11
Is the same as in FIG. 1, 13, 14 and 15 are individual oscillators attached to each inverter, and 16 is a synchronizing circuit. The individual oscillators operate synchronously by the action of the synchronizing circuit 16 and regulate the frequency and phase of the respective inverters. Therefore, in this case as well, both the effective cross flow and the invalid cross flow are suppressed to small values. FIG. 3 shows an example of a system having an effective cross current compensation circuit in addition to the invalid cross current compensation circuit. 1 to 12 are the same as in FIG.
17,18,19 are power detectors for detecting the output power of each inverter, 20 is a circuit for comparing the output powers to detect an effective cross current, and 21,22,23 are transfer circuits. The effect of suppressing the reactive cross current is the same as that in FIG. 1, but in this method, even if there is a phase difference in the output of each inverter, if a difference occurs in the effective output power, this difference is detected by the effective cross current detection circuit 20, The effective cross current is suppressed to a smaller value because it is fed back to the oscillation circuit of each inverter and operates to match the phase of each inverter. [Problems to be Solved] In each of the above conventional methods, a common circuit as a system is required in addition to an individual circuit attached to each inverter as a cross current compensation circuit, a common oscillator, and a synchronization circuit.
Therefore, there are the following two drawbacks. One is that adding another inverter to the existing system (or removing it) requires very laborious adjustments on site. The cross current compensation circuit calculates the current or power to be shared by each inverter from the system output, compares this with the current or power actually shared by each inverter, and minimizes any difference between the two. Give feedback to do so.
Therefore, if the number of inverters is changed, it must be readjusted. If an individual oscillator is used, it is necessary to readjust the synchronization circuit. And in any case, the work to connect the control circuit of the existing system and the control circuit of the new inverter is required, and meticulous attention and adjustment for a long time are required, and the system must be stopped during that time. There wasn't. Another drawback is that it is difficult to realize high reliability by redundant parallel operation because there is a system common circuit.
When a redundant machine is used to increase the reliability of the system, the failure rate of the redundant part is proportional to the product of the failure rates of the respective elements, and can be dramatically reduced. However, if there is a common part, its failure rate is added to the system failure rate as a sum, and thus the reliability of the redundant system having the common part is mainly determined by the reliability of the common part. Therefore, according to the conventional method, although the main circuit of the inverter can be made redundant, a considerable part of the control circuit remains as a common circuit, so that the system cannot be made highly reliable. [Means for Solving Problems] The present invention eliminates these drawbacks, enables extremely simple and short-time expansion work, and realizes a highly reliable system. It provides an inverter parallel operation method without any circuit. [Embodiment] The drawing shows an embodiment of the present invention, in which 1,4,5,9 are the same as in FIG. 13 is the same individual oscillator as in FIG. 2, 17 is the same power detector as in FIG. 3, 24 is a circuit that changes the oscillation frequency of 13 according to the output power, 25 is a controller for adjusting the set value of the oscillation frequency, Reference numeral 26 is a voltage regulator for adjusting the set value of the output voltage. 28 and 29 represent other inverter blocks having the same contents as 27. The characteristics shown in FIG. 5 are given between 17, 24 and 13 between the output power and the output frequency of the inverter 1, that is, the characteristic that the frequency slightly decreases as the output power increases. Further, by 5 and 9, the characteristic as shown in FIG. 6, that is, the characteristic that the output voltage slightly decreases as the output current increases is provided between the output power source and the output voltage of the inverter. When two inverters having such characteristics are operated in parallel, the following is done. First, operate one unit and apply the load. Next, operate the second unit and adjust the frequencies of 25 and 26 of the second unit to roughly match the frequency and voltage to the first unit. And
When the output voltages of the two inverters are in phase with each other, they are connected in parallel. Then, the operating points of the two inverters move to the point where the oscillation frequencies coincide with each other according to the characteristics of FIG. 5 to stably share the output power, and a small amount of reactive cross current flows and the two inverters flow.
The operating point moves until the output voltages coincide with each other according to the characteristic of 1), and the output voltage is supplied to the load 4. If the power sharing ratio between the two inverters is appropriate, adjust the sharing ratio with the frequency adjuster of either inverter (increase or decrease the frequency of the person who wants to increase the sharing). Lower the frequency of the one you want). If the reactive cross current is large between the two inverters, it can be adjusted by the voltage regulator of one of the inverters so that the reactive cross current becomes 0. Lower the larger voltage). Even when the number of units in parallel is three or more, the processes can be performed in parallel in the same manner. In FIG. 4, the method of providing the output current-output voltage characteristics of FIG. 6 by the current detector 5 and the voltage adjusting circuit 9 has been described, but it is possible to provide the characteristics as shown in FIG. 6 without 5 and 9. However, such a case is also included in the present invention. It will be appreciated that the parallel operating performance characteristics described above are similar to the operation of a rotary alternator. That is, the AC generator driven by the prime mover has a characteristic that the rotation speed decreases as the load increases, and therefore stable parallel operation is possible. On the other hand, in a general inverter, since the frequency is determined by the oscillator, it is irrelevant to the load power and direct parallel operation is impossible.
The present invention is a system that enables direct parallel operation by providing an inverter with a power-dependent characteristic of a frequency similar to that of an AC generator. [Effect] According to the present invention, it is completely unnecessary to connect control circuits to each other between inverters that perform parallel operation,
Parallel operation can be performed simply by connecting the output circuit, and no complicated adjustment is required. Therefore, the on-site extension work is extremely simple, and it is possible to perform the uninterruptible extension work while keeping the power source alive. The fact that this uninterruptible construction has become possible matches the needs of important loads such as power supplies for computers in recent years, and its industrial significance is great. Further, even when performing redundant parallel operation for high reliability, it is possible to eliminate the common part, which was impossible in the past, so that a power supply system with extremely high reliability can be obtained.

【図面の簡単な説明】 図1,2,3は従来のインバータ並列運転方式のブロック図
の例、図4は本発明のブロック図の例、第5図および第
6図は本発明に用いている特性図である、 1,2,3……インバータ、4……負荷、5,6,7……電流検出
器、8……無効横流検出回路、9,10,11……電圧調整回
路、12……共通発振器、13,14,15……個別発振器、16…
…同期回路、17,18,19……電力検出器、20……有効横流
検出回路、21,22,23……移相回路、24……発振周波数制
御回路、25……発振周波数調節器、26……出力電圧調節
器、27,28,29……インバータブロック。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1, 2 and 3 are examples of a block diagram of a conventional inverter parallel operation system, FIG. 4 is an example of a block diagram of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are used for the present invention. It is a characteristic diagram, 1,2,3 …… inverter, 4 …… load, 5,6,7 …… current detector, 8 …… reactive cross current detection circuit, 9,10,11 …… voltage adjustment circuit, 12 ... Common oscillator, 13,14,15 ... Individual oscillator, 16 ...
… Synchronization circuit, 17,18,19 …… Power detector, 20 …… Effective cross current detection circuit, 21,22,23 …… Phase shift circuit, 24 …… Oscillation frequency control circuit, 25 …… Oscillation frequency controller, 26 …… Output voltage regulator, 27,28,29 …… Inverter block.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.交流電源として用いられるインバータを複数台並列
に運転するインバータ並列運転方式において、 各インバータに出力電力を検出する回路と個別発振器と
検出された出力電力に応じて上記個別発振器の周波数を
変化圧しめる回路とを備え、出力周波数に出力電力依存
特性を持たせるための周波数調節手段と、 出力電流に応じて出力電圧が変化するごとき出力電流依
存特性を持たせるための電圧調節手段と、 手動で設定値を調節するための周波数調節器と電圧調節
器と、 を具備したことを特徴とするインバータ並列運転方式。
(57) [Claims] In an inverter parallel operation method in which a plurality of inverters used as AC power supplies are operated in parallel, a circuit that detects the output power of each inverter and an individual oscillator and a circuit that changes and compresses the frequency of the individual oscillator according to the detected output power And a frequency adjusting means for giving the output frequency an output power dependent characteristic, a voltage adjusting means for giving an output current dependent characteristic such that the output voltage changes according to the output current, and a manually set value. An inverter parallel operation method comprising: a frequency adjuster and a voltage adjuster for adjusting the inverter.
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