JP2737333B2 - 単独・連系運転用インバータの制御回路 - Google Patents

単独・連系運転用インバータの制御回路

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、燃料電池や太陽電池、蓄電池等を直流電源
として交流電圧を発生し、この交流電圧を負荷に単独で
給電する単独運転と、電力系統に併入して給電する連系
運転との双方を行なう単独・連系運転用の電圧形インバ
ータにおいて、連系運転の直前に行なう系統同期運転の
ための制御回路に関する。
(従来の技術) 上記単独運転及び連系運転を行なう電圧形インバータ
の制御回路は、単独運転用として定電圧制御系、連系運
転用として有効電力制御系及び無効電力制御系の各制御
系から構成されている。そして更に、連系運転モードに
移行する際に行なう系統同期運転のために、位相調節器
と電圧(振幅)調節器、あるいはこれらに相当する出力
電圧に関する調節器からなる同期投入制御回路を別に付
帯しているのが一般的である。
ここで、同期投入制御回路は、前述のとおり位相調節
器と電圧(振幅)調節器等から構成されるが、系統併入
後はこれらの調節器の機能を停止させ、有効・無効電力
制御系の有効・無効電力調節器を動作させている。つま
り連系運転時には、系統併入の前後で同期投入制御回路
と有効・無効電力制御系とを切り換えて使用することに
なる。
ここで、第4図は単独運転及び連系運転を行なう電圧
形インバータの制御回路の一般的な構成を示すものであ
る。同図において、1は自励式の電圧形インバータ、2
はインバータ1の出力用リアクトル、3は連系する電力
系統、4は負荷、5は連系用スイッチ、6は負荷給電用
スイッチ、7,8はそれぞれ電圧検出用変圧器(PT)、電
流検出用変流器(CT)を示している。
また、単独運転時の定電圧制御用に、電圧検出回路
9、電圧設定器10及び電圧調節器11を備えている。一
方、連系運転時の有効・無効電力制御用に、有効電力設
定器12と有効電力調節器13、無効電力設定器14と無効電
力調節器15が設けられ、更に有効・無効電力検出器16が
設けられている。なお、17,18,19は単独・連系各運転モ
ードで前記各制御系を切り換えるための切換スイッチ、
20はインバータ1に対する点孤パルスを与えるパルス発
生増幅回路を示している。
上記したものが基本的な構成であるが、実際は連系運
転に移行する際に行なう同期運転のために、第5図に破
線で示す同期投入制御回路21′が更に設けられている。
この同期投入制御回路21′は、電力系統3側の電圧をPT
22を介して検出する電圧検出回路23と、この検出電圧を
設定値として併入前のインバータ出力電圧がこれに一致
するように調節動作する電圧(振幅)調節器24と、系統
電圧とインバータ出力電圧との位相差を検出する位相差
検出回路25と、通常は位相差ゼロを設定する位相差設定
器26と、位相差を設定値に一致させる位相調節器27とか
ら構成されている。
ここで、各調節器27,24の出力は、加算器28,29によっ
て有効電力調節器系と無効電力調節器系とにそれぞれ加
えられる構成となっている。なお、図において30は、単
独運転と連系運転とでインバータ1の基準出力周波数を
固定の発振器31の出力周波数と系統電圧の周波数との間
で切り換えるための切換スイッチを示している。
以上の制御システムにおいて、インバータ1の単独運
転時には切換スイッチ17,18を開放し、切換スイッチ19
を投入して電圧制御系を動作させる。また、電力系統3
との連系運転時には、切換スイッチ19を開放して切換ス
イッチ17,18を投入することにより有効・無効電力制御
系を動作させるが、ここで系統併入前は同期投入制御回
路21′を動作させ、併入後に前記有効・無効電力制御系
を活かす操作を行なっている。
(発明が解決しようとする課題) 以上の説明から分かるように、第5図に示す制御回路
はその構成と切り換え操作面においてかなり複雑であっ
た。また、上記の制御システムでは、単独運転をしてい
て連系運転に移行する際に、一旦必ず装置を停止してか
ら同期運転を行ない、その後、系統に併入して連系運転
を行なうことが必要であり、単独運転から連系運転への
切り換えを無瞬断で行なうことが困難であった。
更に、前述のように、同期投入制御回路21′は系統併
入前に動作させ、併入後はその機能を停止させたうえ有
効・無効電力制御系に切り換えて動作させているが、こ
の切り換えにも問題がある。以下、この切り換え動作を
第6図を用いて説明する。
同図において、32は電流・電圧変換回路であり、一般
に有効電力調節器13及び無効電力調節器15の出力の電流
量(有効電流、無効電流)からインバータ出力電圧量へ
の変換に対し、線形補償の目的で用いられている。
さて、併入前の同期運転中に、有効電力調節器13、無
効電力調節器15は機能を停止しているが、通常、これら
の出力は調節器の飽和を避けるためにゼロホールド回路
33,34により予めゼロにしておき、併入後に上記ゼロホ
ールドを解除するようになっている。一方、同期投入制
御回路21′の電圧調節器24及び位相調節器27について
は、併入と同時にゼロホールド回路35,36により動作を
停止させるが、急激な変化による出力変動を抑制するた
め、各調節器24,27の出力側に設けられたソフト停止回
路37,38により一旦、併入直前の値に出力を保持し、そ
の後有効・無効電力制御系に影響を及ぼさない程度の速
度でゼロ出力とする操作を行なっていた。
以上の点から従来では回路構成や操作の複雑化を招く
のはもとより、同期投入制御回路21′におけるゆっくり
としたゼロホールド動作により、結果的に、同期から連
系運転までの切り換え完了時間を長く必要とするという
問題を生じていた。
本発明は上記問題点を解決するために提案されたもの
で、その目的とするところは、単独運転から連系運転へ
の無瞬断切り換えを可能にし、しかも構成が簡単で操作
の煩雑さを解消し得る単独・連系運転用インバータの制
御回路を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、第1の発明は、単独運転用
の定電圧制御回路を構成する電圧調節器を同期投入制御
用の電圧(振幅)制御に兼用し、その際、当該電圧調節
器に入力される電圧設定値を、単独運転時には固定され
た設定値、同期運転時には系統電圧検出値としてこれら
を切り換えるようにしたものである。
また、第2の発明は上記第1の発明の構成に加えて、
電圧(振幅)調節器、位相調節器、あるいはこれらに相
当する調節器からなる同期投入制御回路の出力に基づ
き、連系運転モードで有効・無効電力制御を行なう有効
電力調節器を含む有効電力制御系の出力と、無効電力調
節器を含む無効電力制御系の出力との双方が、併入前に
同期投入制御回路の出力に一致するように調節器の初期
値を演算し、これを前記有効・無効電力調節器に与えて
おいて、系統併入と同時に同期投入制御回路から有効・
無効電力制御系へ制御を切り換えるようにしたものであ
る。
更に第3の発明は、上記第2の発明における有効・無
効電力調節器の初期値を求める手段として、同期投入制
御回路の出力を設定値とし、有効電力制御系の出力と無
効電力制御系の出力とをそれぞれ検出値としてこれらが
一致するように調節動作する初期値演算調節器を備えた
ものである。
(作用) 第1の発明によれば、単独運転時の電圧調節器と同期
運転時の電圧(振幅)調節器を兼用することにより、制
御構成が一部簡略化される。また、従来では単独運転用
と同期運転用の電圧調節器が別個であるために、単独運
転から連系運転への移行に際して装置を必ず一旦停止さ
せる必要があったものが、本発明では、同一の電圧調節
器に対する電圧設定値を単独運転用の固定された設定値
と同期運転用の系統電圧検出値との間で切り換えること
により、単独運転から同期運転、連系運転へと無瞬断に
移行させることができるようになり、システムの運用が
幅広くなる。
また第2の発明によれば、同期投入制御回路の出力に
基づき、同期運転中に停止状態にある有効電力調節器を
含む有効電力制御系と無効電力調節器を含む無効電力制
御系の出力とが、同期投入制御回路の出力に一致するよ
うに演算によって有効・無効電力調節器の初期値を求
め、同期運転中にこれらを予め与えておいて系統併入と
同時にスイッチ動作にて同期投入制御回路から有効・無
効電力制御系に制御を切り換えることにより、全くショ
ックなく瞬時に系統連系運転を開始することができる。
更に第3の発明によれば、前記有効・無効電力調節器
の初期値を求める際に、同期投入制御回路の出力を設定
値とし、有効・無効電力制御系の出力をそれぞれ検出値
とする初期値演算調節器を設け、上記設定値及び検出値
が一致するように初期値演算調節器を機能させることに
より初期値が自動的にセットされるため、特別な演算回
路等を用いることなく、前記同様に全くショックなく瞬
時に系統連系運転を開始することが可能になる。
(実施例) 以下、図に沿って本発明の実施例を説明する。
まず、第1図は第1の発明の実施例を示しており、こ
の実施例は、従来の技術として示した第5図の制御回路
における単独運転用の電圧調節器11及び電圧設定器10
と、同期投入制御回路21′の電圧(振幅)調節器24及び
その電圧設定値の入力手段とを、第1図に示す同期投入
制御回路21内の電圧調節器39、電圧設定器10及び切換ス
イッチ40等によって兼用したものである。すなわち、こ
の実施例では、電圧形インバータ1の単独運転時に使用
される定電圧制御回路と連系運転に先立つ系統併入時に
使用される同期投入制御回路21内の電圧制御回路とが兼
用されている。
そして、電圧形インバータ1の出力電圧設定にあたっ
ては、単独運転時には電圧設定器10による固定された設
定値を用い、また、同期運転時にはPT22及び電圧検出回
路23を介した系統電圧検出値を設定値として用いるよう
に切換スイッチ40が設けられている。その他、第5図と
同一の構成要素には同一の番号を付して詳述を省略す
る。なお、この実施例では第5図における切換スイッチ
17,18,19が不要となる。
この実施例においては、単一の電圧調節器39により単
独運転用の電圧調節器と同期運転時の電圧(振幅)調節
器とを兼用し、更に切換スイッチ17,18,19が不要になる
ため、制御回路の構成が簡略化される。また、従来では
単独運転と同期運転との電圧調節器が別個であるため、
単独運転から連系運転への移行に際しては装置を必ず一
旦停止させる必要があったが、この実施例では、単一の
電圧調節器39への入力電圧設定を、切換スイッチ40によ
って単独運転用の固定設定値と同期運転用の系統電圧検
出値との間で切り換えるものであるから、単独運転から
同期運転、更には連系運転へと無瞬断に行なうことがで
きるようになり、システムの運用が幅広くなる。
次に、第2図は第2の発明の実施例を示すものであ
る。この実施例では、併入前の同期運転に当たって、電
流・電圧変換回路32とパルス発生増幅回路20との間に設
けられた切換スイッチ41,43がオフ、切換スイッチ42,44
がオンの状態にあり、同期投入用の電圧(振幅)調節器
39及び位相調節器27の出力によりパルス発生増幅回路20
を介してインバータ1が制御される。これと同時に、こ
の期間、前記各調節器39,27の出力から初期値演算回路4
5により有効電力調節器13及び無効電力調節器15の初期
値が求められ、これらの初期値はスイッチ46,47を介し
て各調節器13,15にセットされる。
ここで初期値演算回路45は、電流・電圧変換回路32の
ちょうど逆の演算を行なうものであり、もし電流・電圧
変換回路32が使われないシステムであれば、各調節器3
9,27の出力をそのまま有効電力調節器13及び無効電力調
節器15の初期値とすればよい。そして、系統併入時には
スイッチ42,44,46,47を開放して切換スイッチ41,43を投
入することにより、制御を有効・無効電力制御に切り換
える。以上の動作により、全くショックなく瞬時に系統
連系運転を開始することができる。
次いで、第3図は第3の発明の実施例を示すものであ
る。上述した第2の発明の実施例においては、有効電力
調節器13及び無効電力調節器15の初期値を初期値演算回
路45における演算により求めることとしたが、通常、こ
の演算回路45は増幅器や加減算器を用いた複雑な構成で
あるため、演算動作が手間取り、時として演算誤差が問
題となることがある。
これに対し、第3の発明にかかる実施例では、第3図
に示すように、同期投入用の電圧(振幅)調節器39及び
位相調節器27の出力を設定値とし、電流・電圧変換回路
32の出力(有効・無効電力制御系の出力)を検出値とす
る初期値演算調節器48,49をそれぞれ設け、切換スイッ
チ41,43がオフの状態で電流・電圧変換回路32の出力が
電圧(振幅)調節器39及び位相調節器27の出力に一致す
るように制御することで、自動的に有効電力調節器13及
び無効電力調節器15の初期値を簡易かつ正確に求めるも
のである。そして、系統併入時には第2の発明の実施例
と同様にスイッチ42,44,46,47を開放して切換スイッチ4
1,43を投入することにより、瞬時に制御が切り換えられ
る。またこの時、初期値演算調節器48,49をゼロホール
ド回路50,51によりゼロ出力にリセットしておけば、次
の同期運転開始の際にこれらの調節器48,49が飽和状態
から起動するのを防ぐことができる。
(発明の効果) 以上のように第1の発明によれば、電圧調節器等から
なる単独運転用の定電圧制御回路を同期運転用の電圧制
御回路に兼用したことにより、制御回路の構成を簡略化
することができ、単独運転から連系運転への移行に際し
ては、上記電圧調節器への入力電圧設定を切換スイッチ
により単独運転用の固定設定値と同期運転用の系統電圧
検出値との間で切り換えればよいため、単独運転から同
期運転、更には連系運転へと無瞬断に行なうことがで
き、システムの運用が幅広くなるという効果がある。
また、第2の発明によれば、初期値演算回路によって
有効・無効電力調節器の初期値を求め、同期運転中にこ
れらを予め与えておいて系統併入と同時にスイッチ動作
にて同期投入制御回路から有効・無効電力制御系に制御
を切り換えることにより、全くショックなく瞬時に系統
連系運転を開始することができる。
更に第3の発明によれば、同期投入制御回路の出力を
設定値とし、有効・無効電力制御系の出力をそれぞれ検
出値とする初期値演算調節器を設け、上記設定値及び検
出値が一致するように初期値演算調節器を機能させるこ
とにより初期値が自動的にセットされるため、特別な演
算回路等を用いることなく、前記同様に全くショックな
く瞬時に系統連系運転を開始することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の発明の実施例を示す回路図、第2図は第
2の発明の実施例を示す回路図、第3図は第3の発明の
実施例を示す回路図、第4図ないし第6図は従来の技術
を説明するためのもので、第4図は単独及び連系運転を
行なうインバータの制御回路の基本的な回路図、第5図
は第4図を更に具体化した回路図、第6図は第5図にお
ける同期投入制御回路等の構成図である。 1……電圧形インバータ、3……電力系統 9,23……電圧検出回路、10……電圧設定器 12……有効電力設定器、13……有効電力調節器 14……無効電力設定器、15……無効電力調節器 16……有効・無効電力検出器 20……パルス発生増幅回路 21……同期投入制御回路、25……位相差検出回路 26……位相差設定器、27……位相調節器 32……電流・電圧変換回路 35,36,50,51……ゼロホールド回路 39……電圧調節器、40〜44……切換スイッチ 45……初期値演算回路、46,47……スイッチ 48,49……初期値演算調節器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電圧形インバータにより直流電圧を交流電
    圧に変換し、定電圧制御によって負荷に単独で給電する
    単独運転と、前記インバータを電力系統に併入して有効
    電力制御及び無効電力制御により前起電力系統との間で
    電力を授受する連系運転とを行なう単独・連系運転用イ
    ンバータの制御回路において、 前記インバータの単独運転に使用される定電圧制御回路
    と、前記インバータの連系運転に先立つ系統併入時に使
    用される同期投入制御回路内の電圧制御回路とを兼用し
    たことを特徴とする単独・連系運転用インバータの制御
    回路。
  2. 【請求項2】電圧形インバータにより直流電圧を交流電
    圧に変換し、定電圧制御によって負荷に単独で給電する
    単独運転と、前記インバータを電力系統に併入して有効
    電力制御及び無効電力制御により前起電力系統との間で
    電力を授受する連系運転とを行なう単独・連系運転用イ
    ンバータの制御回路において、 前記インバータの単独運転に使用される定電圧制御回路
    と、前記インバータの連系運転に先立つ系統併入時に使
    用される同期投入制御回路内の電圧制御回路とを兼用す
    ると共に、前記同期投入制御回路の出力に基づき、前記
    インバータの連系運転モードにおいて有効・無効電力制
    御を行なう有効電力調節器を含む有効電力制御系の出力
    と無効電力調節器を含む無効電力制御系の出力との双方
    が、前記電力系統への併入前に前記同期投入制御回路の
    出力に一致するように演算によって前記有効電力調節器
    及び無効電力調節器の初期値を求め、前記インバータの
    同期運転中に前記各初期値を与えておいて前記電力系統
    への併入と同時に前記同期投入制御回路から前記有効電
    力制御系及び無効電力制御系に制御を切り換えることを
    特徴とする単独・連系運転用インバータの制御回路。
  3. 【請求項3】電圧形インバータにより直流電圧を交流電
    圧に変換し、定電圧制御によって負荷に単独で給電する
    単独運転と、前記インバータを電力系統に併入して有効
    電力制御及び無効電力制御により前起電力系統との間で
    電力を授受する連系運転とを行なう単独・連系運転用イ
    ンバータの制御回路において、 前記インバータの単独運転に使用される定電圧制御回路
    と、前記インバータの連系運転に先立つ系統併入時に使
    用される同期投入制御回路内の電圧制御回路とを兼用す
    ると共に、前記同期投入制圧制御回路の出力に基づき、
    前記インバータの連係運転モードにおいて有効・無効電
    力制御を行なう有効電力調節器を含む有効電力制御系の
    出力と無効電力調節器を含む無効電力制御系の出力との
    双方が、前記電力系統への併入前に前記同期投入制御回
    路の出力に一致するように、前記同期投入制御回路の出
    力を設定値とし、かつ、前記有効電力制御系の出力と前
    記無効電力制御系の出力とをそれぞれ検出値とする初期
    値演算調節器を前記インバータの同期運転中に前記設定
    値及び検出値を一致させるべく調節動作させて前記有効
    電力調節器及び無効電力調節器の初期値を自動的に求
    め、前記インバータの同期運転中に前記各初期値を与え
    ておいて前記電力系統への併入と同時に前記同期投入制
    御回路から前記有効電力制御系及び無効電力制御系に制
    御を切り換えることを特徴とする単独・連系運転用イン
    バータの制御回路。
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