JP3164701B2 - 系統連系用インバータの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流系統と連系して交
流系統と電力の授受を行うインバ―タの制御装置に係
り、交流系統との連系が途絶えた場合にもインバ―タ単
独で負荷に電力を供給し続けることを目的とする系統連
系用インバ―タの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池や二次電池等の直流電源や整流
器などの直流電源の電力を負荷に供給したり、あるい
は、これら直流電源と交流系統との間で電力の授受を行
う目的で系統連系用インバータが用いられる。

【０００３】図１１は、この種の従来の系統連系用イン
バータの制御装置の一例を示す図であり、電圧型自励式
インバータ１０とインバータ制御装置１００からなって
いる。電圧型自励式インバータ１０は、後述するインバ
ータ主回路１と直流コンデンサ２と変圧器３から構成さ
れ、インバータ主回路１は、電力変換素子（可制御整流
素子）ＧＵ、ＧＶ、ＧＷ、ＧＸ、ＧＹ、ＧＺと整流素子
ＤＵ、ＤＶ、ＤＷ、ＤＸ、ＤＹ、ＤＺを有している。電
力変換素子ＧＵ、ＧＶ、ＧＷ、ＧＸ、ＧＹ、ＧＺとして
は、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）、電力用ト
ランジスタ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタ）、ＳＩ（静電誘導型）サイリスタ等の自己消弧能
力のある電力変換素子が用いられる。電圧型自励式イン
バータ１０は、連系遮断器５を介して３相交流系統６と
連系すると共に負荷７に接続されている。

【０００４】インバータ制御装置１００は、有効無効電
流基準発生器１０１と、位相検出器１０３と、有効無効
電流検出器１０４と、電流制御回路１０５と、ゲート制
御回路１０６と、またはホールＣＴ２０１及び２０２か
ら構成されている。

【０００５】インバータ主回路１は、各電力変換素子Ｇ
Ｕ、ＧＶ、ＧＷ、ＧＸ、ＧＹ、ＧＺの通電期間を変化さ
せることにより、インバータ主回路１の３相の出力電圧
を制御することができる。インバータ主回路１の３相の
出力電圧の位相と振幅を、交流系統６の系統電圧ＶＲ、
ＶＳ、ＶＴの位相と振幅に応じて調整することにより、
変圧器３のインピーダンスを介して交流系統６と授受す
る電流を制御する。

【０００６】この電流制御により、インバータ１０は、
直流電圧源４の直流電力を有効電力に変換してあるいは
有効電力を直流電力に変換して、連系遮断器５を介して
交流系統６と有効電力を授受すると共に、無効電力を供
給する。同様に、インバータ１０は、負荷７にも有効電
力と無効電力を供給する。

【０００７】インバータ１０の電流制御はインバータ制
御装置１００で以下のように行われる。位相検出回路１
０３は３相交流系統６の系統電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴの系
統電圧位相θを、連系遮断器５のインバータ１０側で検
出する。

【０００８】有効無効電流検出器１０４はホールＣＴ２
０１及び２０２で検出されるインバータ出力交流電流ｉ
ＲおよびｉＴから有効電流成分と無効電流成分を各々有
効電流検出値ｉｑと無効電流検出値ｉｄとして検出す
る。

【０００９】電流制御回路１０５は、有効無効電流検出
器１０４からの有効電流検出値ｉｑと無効電流検出値ｉ
ｄとが有効無効電流基準発生器１０１からの有効電流基
準値ｉｑｃと無効電流基準値ｉｄｃとに等しくなるよ
う、インバータ主回路１の３相の出力電圧を決定するイ
ンバータ出力電圧基準ＶＲｃ、ＶＳｃ、ＶＴｃを算出す
る。このインバータ出力電圧基準ＶＲｃ、ＶＳｃ、ＶＴ
ｃの算出では、交流系統６の系統電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴ
の位相に対してインバータ出力電圧位相を決定するた
め、位相検出器１０３で検出される系統電圧位相θを使
用する。

【００１０】ゲート制御回路１０６はインバータ出力電
圧基準ＶＲｃ、ＶＳｃ、ＶＴｃとゲート制御回路１０６
内部で作る三角波搬送信号とを比較して、インバータ主
回路１を構成する電力変換素子ＧＵ、ＧＶ、ＧＷ、Ｇ
Ｘ、ＧＹ、ＧＺの通電期間を決定するゲート信号を出力
する。

【００１１】上記で説明した図１１の系統連系用インバ
ータとその制御装置の動作の詳細については、以下に述
べる文献に記載されているので、ここではその説明は省
略する。

【００１２】文献： Shun-ichi Hirose et al “Applic
ation of a digital instantaneouscurrent control fo
r static induction thyristor converters in the uti
lity line ”,PCIM Proceeding,pp343-349,Dec.8,1988
in Japanに一例が開示されている。

【００１３】また、ゲート制御回路１０６の動作につい
ては、文献：電気学会 半導体電力変換方式調査専門委
員会編「半導体電力変換回路」頁１０８から頁１１２、
社団法人 電気学会、１９８７年３月３１日にＰＷＭ制
御として開示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図１１の従来の系統連
系用インバータの制御装置には次のような不具合があ
る。すなわち、交流系統６に故障等が発生し連系遮断器
５が開いた場合、インバータ１０は交流系統６と電力の
授受ができなくなると共に、交流系統６の交流電圧の位
相が検出できなくなるため、インバータ出力交流電流ｉ
ＲおよびｉＴから検出される有効電流成分ｉｑおよび無
効電流成分ｉｄが、有効無効電流基準発生器１０１から
の有効電流基準値ｉｑｃおよび無効電流基準値ｉｄｃ通
りに、出力できなくなる。この結果、インバータ１０の
出力電圧と周波数が増加、あるいは、減少して負荷７に
電力を適正に供給できなくなることから、インバータ１
０の運転を止めざるをえないという不具合がある。

【００１５】本発明は従来例のもつ不具合を解決するた
めになされたもので、系統連系用インバータと交流系統
との連系状態が連系状態から単独状態に変わろうと逆に
単独状態から連系状態に変わろうとも、この状態変化を
連系遮断器などの状態信号として取り込むことなく、ま
た系統連系用インバータの運転を一旦停止することな
く、系統連系用インバ―タを用いた発電システムから負
荷に適正な電力が供給できるため、系統連系用インバ―
タを用いた発電システムの信頼性を高めその適正範囲を
広げることができる系統連系用インバ―タの制御装置を
提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１に対応する発明は、交流系統から連系遮断器
を介して負荷に交流電圧を供給し、また前記交流系統に
連系され、直流電源からの直流電力を交流電力に変換し
て前記負荷および前記交流系統に有効電力あるいは無効
電力を授受する系統連系用インバータにおいて、有効電
流基準信号及び無効電流基準信号を発生する有効無効電
流基準発生手段と、前記インバータの出力電流の有効電
流成分および無効電流成分を各々有効電流信号および無
効電流信号として出力する有効無効電流検出手段と、前
記交流電圧の位相を検出し位相信号として出力する位相
検出手段と、前記有効電流信号を前記有効電流基準信号
に等しくするよう制御すると共に無効電流信号を無効電
流基準信号に等しくするよう制御して前記インバータの
出力電圧基準信号を出力する電流制御手段と、前記イン
バータ出力の基準信号と前記位相信号により前記インバ
ータの出力電圧を制御するゲート制御手段と、前記交流
電圧の周波数を検出し周波数信号として出力する周波数
検出手段と、前記交流電圧の振幅を検出し電圧振幅信号
として出力する電圧振幅検出手段と、周波数基準信号を
出力する周波数基準発生手段と、電圧振幅基準信号を出
力する電圧振幅基準発生手段と、前記周波数基準信号と
前記周波数信号との偏差が一定のレベル以上になった場
合にのみ偏差分を出力する不感帯域をもち、かつ、該偏
差分から周波数補正信号を出力する不感帯域付き周波数
補正演算手段と、前記電圧振幅基準信号と前記電圧振幅
信号との偏差が一定のレベル以上になった場合にのみ偏
差分を出力する不感帯域をもち、かつ、該偏差分から電
圧振幅補正信号を出力する不感帯域付き電圧振幅補正演
算手段と、前記有効電流基準信号と前記電圧振幅補正信
号とを加算し有効電流補正基準信号として前記電流制御
手段に出力すると共に、前記無効電流基準信号と前記周
波数補正信号とを加算し無効電流補正基準信号として前
記電流制御手段に出力する加算手段とを具備した系統連
系用インバータの制御装置である。

【００１７】上記目的を達成するための請求項２に対応
する発明は、交流系統から連系遮断器を介して負荷に交
流電圧を供給し、また前記交流系統に連系され、直流電
源からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷および
前記交流系統に有効電力あるいは無効電力を授受する系
統連系用インバータにおいて、有効電流基準信号及び無
効電流基準信号を発生する有効無効電流基準発生手段
と、前記インバータの出力電流の有効電流成分および無
効電流成分を各々有効電流信号および無効電流信号とし
て出力する有効無効電流検出手段と、前記交流電圧の位
相を検出し位相信号として出力する位相検出手段と、前
記有効電流信号を前記有効電流基準信号に等しくするよ
う制御すると共に無効電流信号を無効電流基準信号に等
しくするよう制御して前記インバータの出力電圧基準信
号を出力する電流制御手段と、前記インバータ出力の基
準信号と前記位相信号により前記インバータの出力電圧
を制御するゲート制御手段と、前記交流電圧の周波数を
検出し周波数信号として出力する周波数検出手段と、前
記交流電圧の振幅を検出し電圧振幅信号として出力する
電圧振幅検出手段と、前記周波数信号、もしくは前記交
流電圧信号が一定範囲外の時に信号を出力する電圧・周
波数監視手段と、周波数基準信号を出力する周波数基準
発生手段と、電圧振幅基準信号を出力する電圧振幅基準
発生手段と、前記周波数基準信号と前記周波数信号との
偏差の伝達，遮断を決定する機能を有し、該偏差から周
波数補正信号を出力するスイッチ付き周波数補正演算手
段と、前記電圧振幅基準信号と前記電圧振幅信号との偏
差の伝達，遮断を決定する機能を有し、該偏差から電圧
振幅補正信号を出力するスイッチ付き電圧振幅補正演算
手段と、前記スイッチ付き周波数補正演算手段と前記ス
イッチ付き電圧振幅補正演算手段の出力信号を監視する
演算回路飽和検出手段と、前記有効電流基準信号と前記
電圧振幅補正信号とを加算し有効電流補正基準信号とし
て前記電流制御手段に出力すると共に、前記無効電流基
準信号と前記周波数補正信号とを加算し無効電流補正基
準信号として前記電流制御手段に出力する加算手段と、
を具備した系統連系用インバータの制御装置である。

【００１８】

【作用】請求項１に対応する発明によれば、電流制御手
段に有効電流信号を有効電流補正基準信号に等しくなる
よう制御させると共に、無効電流信号を無効電流補正基
準信号に等しくなるよう制御させてインバータの出力電
圧基準信号を出力させることにより、交流系統との連系
が途絶えた場合にもインバータ単独で負荷に電力を供給
し続けることが可能になる。

【００１９】また、請求項１に対応する発明によれば、
不感帯域付き周波数補正演算手段と、不感帯域付き電圧
振幅補正演算手段を備えているので、系統連系運転時に
系統変動により生じる不要な制御動作を抑制できる。

【００２０】請求項２に対応する発明によれば、電流制
御手段に有効電流信号を有効電流補正基準信号に等しく
なるよう制御させると共に、無効電流信号を無効電流補
正基準信号に等しくなるよう制御させてインバータの出
力電圧基準信号を出力させることにより、交流系統との
連系が途絶えた場合にもインバータ単独で負荷に電力を
供給し続けることが可能になる。

【００２１】さらに、請求項２に対応する発明によれ
ば、電圧・周波数監視手段が電圧振幅と周波数の変動が
一定範囲を越えた時点で単独運転とみなし、スイッチ付
き周波数補正演算手段と、スイッチ付き電圧振幅補正演
算手段を動作させて該制御を開始するという操作が行わ
れるので、系統変動時の該制御の動作を抑制し、かつ単
独運転移行時には不感帯の無い精度の良い制御を行うこ
とができる。

【００２２】また、請求項２に対応する発明によれば、
単独運転から連系運転に移行した場合は、電圧補正信号
と周波数補正信号のレベルを電圧・周波数監視手段にて
監視して一定レベル以上の出力が連続した場合に該制御
を停止する操作を行うことができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図１は、本発明の一実施例の構成を示す
ブロック図である。図１１の従来例と異なる点は、周波
数検出手段を構成する周波数検出器１０７、電圧検出手
段を構成する電圧振幅検出器１０８、加算手段を構成す
る加算回路１１０、電圧振幅検出手段を構成する電圧振
幅基準発生器１２１、周波数基準発生手段を構成する周
波数基準発生器１２２、周波数補正演算手段を構成する
不感帯域付き周波数補正演算回路１３１、電圧振幅補正
演算手段を構成する不感帯域付き電圧振幅補正演算回路
１３２を追加した点であり、これ以外の点は図１１と同
一である。

【００２４】周波数検出器１０７は、交流系統６または
インバータ１０から負荷７に印加される交流電圧の周波
数を検出し周波数信号Ｆを検出する。電圧振幅検出器１
０８は、該交流電圧の振幅を検出し電圧振幅信号Ｖとし
て出力する。周波数基準発生器１２２は周波数基準信号
Ｆｃを出力する。電圧振幅基準発生器１２１は電圧振幅
基準信号Ｖｃを出力する。

【００２５】不感帯域付き周波数補正演算回路１３１
は、後述するように周波数基準発生器１２２からの周波
数基準信号Ｆｃと周波数検出器１０７からの周波数信号
Ｆを入力し図２の加算器１３１１で差を取った後、不感
帯域発生回路１３１３と、比例積分演算回路１３１２を
介して周波数補正信号ＥＦを出力する。

【００２６】不感帯域付き電圧振幅補正演算回路１３２
は、後述するように電圧振幅基準発生器１２１からの電
圧基準信号Ｖｃと電圧振幅検出器１０８からの電圧振幅
信号Ｖを入力し、図３の加算器１３２１で差を取った
後、不感帯域発生回路１３２３と、比例積分演算回路１
３２２を介して電圧振幅補正信号ＥＶを出力する。

【００２７】加算回路１１０は、加算器１１１と加算器
１１２を有し、加算器１１１は有効無効電流基準発生器
１０１の出力する有効電流基準ｉｑｃから電圧振幅補正
演算回路１３２からの出力である電圧振幅補正信号ＥＶ
を減算し有効電流補正基準信号ｉｑｍを電流制御回路１
０５に出力し、また加算器１１２は有効無効電流基準発
生器１０１からの出力である無効電流基準ｉｄｃから周
波数補正演算回路１３１の出力する周波数補正信号ＥＦ
を減算し無効電流補正基準信号ｉｄｍを電流制御回路１
０５に出力する。

【００２８】図２は、図１の不感帯域付き周波数補正演
算回路１３１の具体的回路例を示すもので、これは加算
器１３１１と、不感帯域発生回路１３１３と、比例積分
演算回路１３１２からなり、比例積分演算回路１３１２
は、演算増幅器Ａと、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、コンデ
ンサＣから構成されている。不感帯域発生回路１３１３
は、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２と抵抗Ｒ４から
構成されている。

【００２９】図３は図１の不感帯域付き電圧振幅補正演
算回路１３２の具体的回路例を示すもので、これは加算
器１３２１と、比例積分演算回路１３２２と、不感帯域
発生回路１３２３とからなっている。比例積分演算回路
１３２２は、演算増幅器Ａと、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３
と、コンデンサＣから構成されている。不感帯域発生回
路１３２３は、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２と、
抵抗Ｒ４から構成されている。

【００３０】このような構成により、電流制御回路１０
５に入力される有効電流信号ｉｑを有効電流補正基準信
号ｉｑｍに等しくなるよう制御させると共に、無効電流
信号ｉｄを無効電流補正基準信号ｉｄｍに等しくなるよ
う制御させてインバータの出力電圧基準信号を出力させ
ることができ、これにより交流系統との連系が途絶えた
場合にもインバータ単独で負荷７に電力を供給し続ける
ことができる。

【００３１】以下、本発明の実施例の動作について説明
する。図１において、周波数検出器１０７は連系遮断器
５のインバータ１０側の交流電圧の周波数を検出し周波
数信号Ｆを出力する。電圧振幅検出器１０８は連系遮断
器５のインバータ１０側の交流電圧の振幅を検出し電圧
振幅信号Ｖを出力する。周波数基準発生器１２２は交流
系統６の電圧の定格周波数に相当する周波数基準信号Ｆ
ｃを出力する。電圧振幅基準発生器１２１は交流系統６
の電圧の定格振幅に相当する電圧振幅基準信号Ｖｃを出
力する。

【００３２】不感帯域付き周波数補正演算回路１３１は
周波数基準発生器１２２からの周波数基準信号Ｆｃと周
波数検出器１０７からの周波数信号Ｆを入力し、図２の
加算器１３１１で差を取った後、不感帯域発生回路１３
１３、比例積分演算回路１３１２を介して周波数補正信
号ＥＦを出力する。

【００３３】不感帯域付き電圧振幅補正演算回路１３２
は電圧振幅基準発生器１２１からの電圧基準信号Ｖｃと
電圧振幅検出器１０８からの電圧振幅信号Ｖを入力し、
図３の加算器１３２１で差を取った後、不感帯域発生回
路１３２３、比例積分演算回路１３２２を介して電圧振
幅補正信号ＥＶを出力する。

【００３４】加算回路１１０は、加算器１１２で有効無
効電流基準発生器１０１の出力する無効電流基準ｉｄｃ
から周波数補正演算回路１３１の出力する周波数補正信
号ＥＦを減算し無効電流補正基準信号ｉｄｍを出力する
と共に、加算器１１１で有効無効電流基準発生器１０１
の出力する有効電流基準ｉｑｃから電圧振幅補正演算回
路１３２の出力する電圧振幅補正信号ＥＶを減算し有効
電流補正基準信号ｉｑｍを出力する。

【００３５】電流制御回路１０５は、図１１の従来例で
入力していた無効電流基準ｉｄｃにかえて加算回路１１
０の出力である無効電流補正基準信号ｉｄｍを入力する
と共に、図１１の従来例で入力していた有効電流基準ｉ
ｑｃにかえて加算回路１１０の出力する有効電流補正基
準信号ｉｑｍを入力し、有効無効電流検出器１０４から
の有効電流検出値ｉｑと無効電流検出値ｉｄとが有効電
流補正基準信号ｉｑｍと無効電流補正基準信号ｉｄｍと
に等しくなるよう、インバータ主回路１の３相の出力電
圧を決定するインバータ出力電圧基準ＶＲｃ、ＶＳｃ、
ＶＴｃを算出する。

【００３６】図１の実施例では、連系遮断器５が閉じイ
ンバータ１０が交流系統６と連系している時には、周波
数検出器１０７は交流系統６の交流電圧の周波数を周波
数信号Ｆとして検出し、電圧振幅検出器１０８は交流系
統の交流電圧の振幅を電圧振幅信号Ｖとして検出するた
め、周波数信号Ｆと周波数基準信号Ｆｃは等しく、また
電圧振幅信号Ｖと電圧基準信号Ｖｃは等しくなってい
る。

【００３７】これにより、周波数補正演算回路１３１の
出力する周波数補正信号ＥＦと電圧振幅補正演算回路１
３２の出力する電圧振幅補正信号ＥＶは零となり、有効
電流補正基準信号ｉｑｍと無効電流補正基準信号ｉｄｍ
は各々有効電流基準ｉｑｃと無効電流基準ｉｄｃとに等
しくなるため、インバータ１０は有効無効電流基準発生
器１０１からの有効電流基準信号ｉｑｃと無効電流基準
信号ｉｄｃどおり有効電流と無効電流を交流系統及び負
荷に供給する。

【００３８】系統条件の変動による周波数信号Ｆと周波
数基準信号Ｆｃの偏差や、電圧振幅信号Ｖと電圧基準信
号Ｖｃの偏差は不感帯域発生回路１３１３，１３２３の
不感帯域内に入るようにすることで、連系運転中の周波
数補正信号ＥＦと電圧振幅補正信号ＥＶの発生が抑制さ
れる。

【００３９】一方、連系遮断器５が開きインバータ１０
が単独で負荷７に電力を供給している時には、周波数検
出器１０７の検出する周波数信号Ｆは交流系統６の交流
電圧の周波数と異なり、電圧振幅検出器１０８の検出す
る電圧振幅信号Ｖも交流系統６の交流電圧の振幅と異な
るため、周波数信号Ｆと周波数基準信号Ｆｃには差が
で、また電圧振幅信号Ｖと電圧基準信号Ｖｃにも不感帯
域を越える偏差が生じることになる。

【００４０】これにより、不感帯域付き周波数補正演算
回路１３１の出力する周波数補正信号ＥＦと不感帯域付
き電圧振幅補正演算回路１３２の出力する電圧振幅補正
信号ＥＶは零でなくなる。

【００４１】加算回路１１０は周波数補正信号ＥＦと電
圧振幅補正信号ＥＶで各々無効電流基準ｉｄｃと有効電
流基準ｉｑｃを補正し、無効電流補正基準信号ｉｄｍと
有効電流補正基準信号ｉｑｍを電流制御回路１０５に出
力する。

【００４２】インバータ１０は加算回路１１０からの有
効電流基準信号ｉｑｍと無効電流基準信号ｉｄｍどおり
有効電流と無効電流を負荷に供給することにより、イン
バータ出力電圧の周波数と振幅を周波数基準信号Ｆｃと
電圧振幅基準Ｖｃの近傍に制御することができる。

【００４３】この実施例では、連系遮断器５が閉じてイ
ンバータ１０と交流系統６が連系している時も、連系遮
断器５が開いてインバータ１０が単独で負荷に電力を供
給する時も同じ制御回路を用いることができ、インバー
タ１０が連系運転から単独運転に切り替わる、あるいは
逆に単独運転から連系運転に切り替わる場合に生じる動
揺を少なくすることができる。

【００４４】以下、この詳細な動作について、図４及び
図５を参照して説明する。図４は図１を単線結線図で表
現したものでインバータが連系運転から単独運転に切り
替わった時の主回路諸量の動きを説明する図である。図
５はインバータが連系運転から単独運転に切り替わった
時点で負荷電圧の変化を説明するベクトル図である。

【００４５】図４では、インバータ１０の出力するイン
バータ出力電流をＩｃ、負荷に流れる負荷電流をＩｓ、
連系遮断器５を介して交流系統６に流れる系統電流をＩ
ｇとし、負荷７が発生する負荷電圧をＶｓ、交流系統６
の系統電圧をＶｇとして各々示し、また、負荷インピー
ダンスをＺで示している。

【００４６】説明を簡単にするため、交流系統６は無限
大母線としている。インバータ１０はインバータ制御装
置１００の電流基準に等しいインバータ出力電流Ｉｃを
出力している。

【００４７】まず、連系遮断器５が閉じてインバータ１
０が連系運転している状態を考える。交流系統６は、イ
ンバータと授受する電流の如何に関わらず、系統電圧Ｖ
ｇは定格電圧振幅と定格周波数を維持している。インバ
ータ１０及び負荷７は連系遮断器５を介して交流系統６
と接続されるので、負荷電圧Ｖｓは系統電圧Ｖｇと同じ
定格電圧振幅と定格周波数となっている。

【００４８】負荷電圧Ｖｓと系統電圧Ｖｇについて
（１）式が成り立つ。 Ｖｓ＝Ｖｇ …（１） また、インバ―タ出力電流Ｉｃ、負荷電流Ｉｓ、系統電
流Ｉｇについて、（２）式が成り立つ。

【００４９】Ｉｃ＝Ｉｓ＋Ｉｇ …（２） 更に、負荷電圧Ｖｓと負荷電流Ｉｓについて（３）式が
成り立つ。 Ｖｓ＝Ｚ＊Ｉｓ …（３） 次に、連系遮断器５を開きインバ―タ１０が単独運転に
なると、インバ―タ制御装置１００で電流基準値を変更
しない限り、連系運転時に交流系統６に流れていた電流
Ｉｇは負荷７に流れることになる。この時の負荷電圧を
Ｖｓ１とすると、（４）式が成り立つ。

【００５０】 Ｖｓ１＝Ｚ＊Ｉｃ＝Ｚ＊（Ｉｓ＋Ｉｇ）＝Ｖｇ＋Ｚ＊Ｉｇ…（４） すなわち、負荷７にはＺ＊Ｉｇの電圧が交流系統６の定
格電圧Ｖｇに加算されることになる。

【００５１】図５はこの状態をベクトルで説明する図で
ある。図５では、直交するｄ−ｑ座標系上にベクトルを
描いており、ｑ軸に系統電圧Ｖｇをとっている。連系運
転時には系統電圧Ｖｇと負荷電圧Ｖｓは等しくｑ軸上に
あるが、単独運転になると連系時に交流系統６に流れて
いた電流Ｉｇが負荷７に流れるため、負荷電圧Ｖｓは負
荷のインピ―ダンスＺに応じてＶｓ１に変化する。次に
インバ―タ１０はＶｓ１に対して、電流基準値通りＩｃ
を流そうとするため、更に負荷電圧を変化させる。これ
はインバ―タ１０が連系運転から単独運転に切り替わる
と、インバ―タ制御装置１００で電流基準値を変更しな
い限り、負荷電圧の振幅と周波数が変化することを示し
ている。すなわち、連系時に交流系統６に流れていた電
流Ｉｇと負荷インピ―ダンスＺにより変化する電圧成分
のうちｄ軸成分は周波数を変化させ、ｑ軸成分は振幅を
変化させる。

【００５２】以上のことから、インバ―タ１０が連系運
転から単独運転に移行した時点で電流基準値Ｉｃの有効
電流基準値Ｉｑｃを交流系統電圧定格振幅と交流電圧振
幅の偏差分で補正し、無効電流基準値Ｉｄｃを交流系統
電圧定格周波数と交流電圧周波数の偏差分で補正するこ
とにより、インバ―タは出力電圧を交流系統電圧の定格
振幅と定格周波数に等しくなるように制御できることに
なる。

【００５３】この基本動作に、図１の実施例では、不感
帯域付き周波数補正演算回路１３１と、不感帯域付き電
圧振幅補正演算回路１３２を用いて連系運転時に系統変
動により生ずる不要な制御動作を抑制する作用を付与し
ている。

【００５４】次に、本発明の第２の実施例について、図
６〜図１０を参照して説明する。図６はその概略構成を
示すブロック図であり、ここでは図１と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略する。図１と異なる点
は、不感帯域付き周波数補正演算回路１３１と不感帯域
付き電圧振幅補正演算回路１３２の代りに、スイッチ付
き周波数補正演算回路１４１とスイッチ付き電圧振幅補
正演算回路１４２を設けると共に、新たに演算回路飽和
検出器１４３と電圧・周波数監視回路１４４を付加した
点である。

【００５５】図７はスイッチ付き周波数補正演算回路１
４１の具体的回路例を示す図であり、これは加算器１３
１１と、電界効果トランジスタＳＷ、抵抗Ｒ２１、反転
論理積回路Ｄ３からなるスイッチ回路１３１４と、抵抗
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ、演算増幅器Ａからな
る比例積分回路１３１２から構成されている。

【００５６】図８はスイッチ付電圧振幅補正演算回路１
４２の具体的回路例を示す図であり、これは加算器１３
２１と、電界効果トランジスタＳＷ、抵抗Ｒ２１、反転
論理積回路Ｄ３からなるスイッチ回路１３２４と、抵抗
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ、演算増幅器Ａからな
る比例積分回路１３２２から構成されている。

【００５７】図９は電圧・周波数監視回路１４４の具体
的回路例を示す図であり、これは基準電圧源Ｅ１，Ｅ
２，Ｅ３，Ｅ４と、演算増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４
と、反転論理積回路Ｄ１，Ｄ３と、論理和回路Ｄ２とか
ら構成されている。

【００５８】図１０は演算回路飽和検出器１４３の具体
的回路例を示す図であり、絶対値回路ＡＢ１，ＡＢ２と
基準電圧源Ｅ５，Ｅ６と、演算増幅器Ａ５，Ａ６と、論
理和回路Ｄ２と、抵抗Ｒ１１と、コンデンサＣ１１と、
反転論理回路Ｄ４とから構成されている。

【００５９】図６において電圧・周波数監視回路１４４
は周波数検出器１０７と電圧振幅検出器１０８の諸量を
監視し、設定上限，下限値より過大、あるいは過小にな
った場合に、スイッチ付き周波数補正演算回路１４１お
よびスイッチ付き電圧振幅補正演算回路１４２内のスイ
ッチを投入する。

【００６０】また、演算回路飽和検出器１４３はスイッ
チ付き周波数補正演算回路１４１、あるいはスイッチ付
き電圧振幅補正演算回路１４２の出力の絶対値がある一
定期間以上に渡って設定値以上の出力が生じた場合に該
スイッチを切る動作を行う。

【００６１】以上述べた第２の実施例では、電圧・周波
数監視回路１４４を用いて電圧振幅と周波数の変動が一
定範囲を越えた時点で単独運転に移行したとみなし、ス
イッチ付き周波数補正演算回路１４１、スイッチ付き電
圧振幅補正演算回路１４２を動作させて該制御を開始す
るという操作をすることで、系統変動時の該制御の動作
を抑制し、かつ単独運転移行時には不感帯の無い精度の
良い制御を行うことを可能としている。

【００６２】また単独運転から連系運転に移行した場合
は、電圧補正信号と周波数補正信号のレベルを演算回路
飽和検出器１４３にて監視して、一定レベル以上の出力
が連続した場合に該制御を停止する操作をおこなう。

【００６３】以下、第２の実施例の動作を説明する。図
６において、インバ―タ１０が交流系統６から切り離さ
れた時に生じる周波数、あるいは電圧の変化を、電圧・
周波数監視回路１４４で検出し、スイッチ付き周波数補
正演算回路１４１と、スイッチ付き電圧振幅補正演算回
路１４２内のスイッチを投入状態にして制御を開始す
る。

【００６４】スイッチの投入動作は、図９において周波
数信号Ｆが周波数信号Ｆの上限値を示す基準電圧源Ｅ１
の値より大きいか、周波数信号Ｆの下限値を示す基準電
圧源Ｅ２の値より小さくなる場合、もしくは電圧振幅信
号Ｖが電圧振幅信号Ｖの上限値を示す基準電圧源Ｅ３の
値より大きいか電圧振幅信号Ｖの下限値を示す基準電圧
源Ｅ４の値より小さくなる場合に投入信号Ｓが論理１と
なり、図１０の投入解除信号ＣＬＳも論理１となってい
る場合に行われる。この時、図７と図８の反転論理和回
路Ｄ３は論理０を出力し電界効果トランジスタＳＷは導
通となる。

【００６５】この逆に、インバ―タ１０が単独運転から
連系運転に移行した場合、電圧振幅信号Ｖ、周波数信号
Ｆのそれぞれが、電圧振幅基準発生器１２１の出力する
電圧基準信号Ｖｃと周波数基準発生器１２２の出力する
周波数基準信号Ｆｃと等しい場合には、周波数補正演算
回路１４１の出力する周波数補正信号ＥＦと電圧振幅補
正演算回路１４２の出力する電圧振幅補正信号ＥＶの値
はゼロなので、そのまま運転を継続するが、電圧振幅信
号Ｖと電圧基準信号Ｖｃ、もしくは周波数信号Ｆと周波
数基準信号Ｆｃに偏差が生じていると、周波数補正信号
ＥＦと電圧振幅補正信号ＥＶの値は比例積分回路１３１
２，１３２２の影響で最大出力レベル以上に増加するの
で、最大出力レベル以上の値が一定期間以上続いたこと
を演算回路飽和検出器１４３にて検出して、スイッチ付
き周波数補正演算回路１４１とスイッチ付き電圧振幅補
正演算回路１４２の電界効果トランジスタＳＷを切り、
通常の連系状態に移行する。

【００６６】スイッチを切る動作は、図１０において周
波数補正信号ＥＦの絶対値が周波数補正信号ＥＦの最大
出力設定値を示す基準電圧源Ｅ５の値より大きくなるか
電圧振幅補正信号ＥＶの絶対値が電圧振幅補正信号ＥＶ
の最大値を示す基準電圧源Ｅ６の値より大きくなる状態
が、抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ１１による信号遅延時間
より長く続いて、投入解除信号ＣＬＳが論理０となるこ
とにより行われる。この時、図７と図８の反転論理和回
路Ｄ３は論理１を出力して電界効果トランジスタＳＷは
不導通となる。

【００６７】この実施例によれば、単独運転に移行時に
制御系内に不感帯を有しないので、精度の高い運転が可
能となる。この実施例も、連系遮断器５が閉じてインバ
―タ１０と交流系統６が連系している時も連系遮断器５
が開いてインバ―タ１０が単独で負荷に電力を供給する
時も同じ制御回路を用いることができ、インバ―タ１０
が連系運転から単独運転に切り替わる、あるいは逆に単
独運転から連系運転に切り替わる場合に生じる動揺を少
なくすることができる。

【００６８】本発明は以上述べた実施例に限定されるも
のではない。例えば、図１の実施例の加算回路１１０と
不感帯域付き周波数補正演算回路１３１と不感帯域付き
電圧振幅補正演算回路１３２は、電子回路で実現した
り、あるいはマイクロコンピュ―タ等を用いてソフトウ
ェアにて実現することもできる。この場合、図１１の従
来例で、電流制御回路１０５と有効無効電流検出器１０
４がマイクロコンピュ―タのソフトウェアにて実現され
ていれば、図１の加算回路１１０と不感帯域付き周波数
補正演算回路１３１と不感帯域付き電圧振幅補正演算回
路１３２の機能をソフトウェアとして追加することによ
り、本発明を従来の制御装置に容易に組み込むことがで
きる利点がある。

【００６９】また、図６においても、同様にスイッチ付
き周波数補正演算回路１４１とスイッチ付き電圧振幅補
正演算回路１４２と電圧・周波数監視回路１４４と演算
回路飽和検出器１４３をソフトウェアにて実現すること
もできる。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、系統連系用インバ―タ
の運転状態が連系状態から単独状態に変わろうと逆に単
独状態から連系状態に変わろうとも、この状態変化を連
系遮断器などの状態信号として取り込むことなく、また
系統連系用インバ―タの運転を一端停止することなく、
系統連系用インバ―タを用いた発電システムから負荷に
適正な電力が供給できるため、系統連系用インバ―タを
用いた発電システムの信頼性を高めその適正範囲を広げ
ることができる系統連系用インバ―タの制御装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による系統連系用インバ―タの制御装置
の第１の実施例の構成を示すブロック図。

【図２】図１の不感帯域付き周波数補正演算回路の具体
的回路例を示す図。

【図３】図１の不感帯域付き電圧振幅補正演算回路の具
体的回路例を示す図。

【図４】図１の系統連系用インバ―タが連系運転から単
独運転に切り替わった時の主回路諸量の動きを説明する
ための図。

【図５】図１の系統連系用インバ―タが連系運転から単
独運転に切り替わった時点での負荷電圧の変化を説明す
るためのベクトル図。

【図６】本発明による系統連系用インバ―タの制御装置
の第２の実施例の構成を示すブロック図。

【図７】図６のスイッチ付き周波数補正演算回路の具体
的回路例を示す図。

【図８】図６のスイッチ付き電圧振幅補正演算回路の具
体的回路例を示す図。

【図９】図６の電圧・周波数監視回路の具体的回路例を
示す図。

【図１０】図６の演算回路飽和検出器の具体的回路例を
示す図。

【図１１】従来の系統連系用インバ―タと、その制御装
置の一例の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１…インバ―タ主回路、 ２…直流コンデンサ、３
…変圧器、 ４…直流電圧源、５…連系
遮断器、 ６…交流系統、７…負荷、
１００…インバ―タ制御装置、１０１…有
効無効電流基準発生器、１０３…位相検出器、
１０４…有効無効電流検出器、１０５…電流制御回路、
１０６…ゲ―ト制御回路、１０７…周波数検出
器、 １０８…電圧振幅検出器、１１０…加算回
路、 １１１及び１１２…加算器、１２１…電
圧振幅基準発生器、１２２…周波数基準発生器、１３１
…不感帯域付き周波数補正演算回路、１３２…不感帯域
付き電圧振幅演算回路、１４１…スイッチ付き周波数補
正演算回路、１４２…スイッチ付き電圧振幅補正演算回
路、１４３…演算回路飽和検出器、１４４…電圧・周波
数監視回路、２０１及び２０２…ホ―ルＣＴ、ＧＵ，Ｇ
Ｖ，ＧＷ，ＧＸ，ＧＹ，ＧＺ…可制御整流素子、ＤＵ，
ＤＶ，ＤＷ，ＤＸ，ＤＹ，ＤＺ…整流素子、１３１１，
１３２１…加算器、１３１２，１３２２…比例積分演算
回路、１３１３，１３２３…不感帯域発生回路、１３１
４，１３２４…スイッチ回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大山 公人 東京都千代田区神田神保町２丁目２番30 号 東京電力株式会社開発研究所内 (72)発明者 高島 信和 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (72)発明者 廣瀬 俊一 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (72)発明者 田中 進 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会 社東芝本社事務所内 (56)参考文献 特開 平３−196207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−164433（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−79728（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−27730（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−153426（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 9/06 504 H02J 3/00 - 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流系統から連系遮断器を介して負荷に
   交流電圧を供給し、また前記交流系統に連系され、直流
   電源からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷およ
   び前記交流系統に有効電力あるいは無効電力を授受する
   系統連系用インバータにおいて、 有効電流基準信号及び無効電流基準信号を発生する有効
   無効電流基準発生手段と、 前記インバータの出力電流の有効電流成分および無効電
   流成分を各々有効電流信号および無効電流信号として出
   力する有効無効電流検出手段と、 前記交流電圧の位相を検出し位相信号として出力する位
   相検出手段と、 前記有効電流信号を前記有効電流基準信号に等しくする
   よう制御すると共に無効電流信号を無効電流基準信号に
   等しくするよう制御して前記インバータの出力電圧基準
   信号を出力する電流制御手段と、 前記インバータ出力の基準信号と前記位相信号により前
   記インバータの出力電圧を制御するゲート制御手段と、 前記交流電圧の周波数を検出し周波数信号として出力す
   る周波数検出手段と、 前記交流電圧の振幅を検出し電圧振幅信号として出力す
   る電圧振幅検出手段と、 周波数基準信号を出力する周波数基準発生手段と、 電圧振幅基準信号を出力する電圧振幅基準発生手段と、 前記周波数基準信号と前記周波数信号との偏差が一定の
   レベル以上になった場合にのみ偏差分を出力する不感帯
   域をもち、かつ、該偏差分から周波数補正信号を出力す
   る不感帯域付き周波数補正演算手段と、 前記電圧振幅基準信号と前記電圧振幅信号との偏差が一
   定のレベル以上になった場合にのみ偏差分を出力する不
   感帯域をもち、かつ、該偏差分から電圧振幅補正信号を
   出力する不感帯域付き電圧振幅補正演算手段と、 前記有効電流基準信号と前記電圧振幅補正信号とを加算
   し有効電流補正基準信号として前記電流制御手段に出力
   すると共に、前記無効電流基準信号と前記周波数補正信
   号とを加算し無効電流補正基準信号として前記電流制御
   手段に出力する加算手段と、 を具備したことを特徴とする系統連系用インバータの制
   御装置。
2. 【請求項２】 交流系統から連系遮断器を介して負荷に
   交流電圧を供給し、また前記交流系統に連系され、直流
   電源からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷およ
   び前記交流系統に有効電力あるいは無効電力を授受する
   系統連系用インバータにおいて、 有効電流基準信号及び無効電流基準信号を発生する有効
   無効電流基準発生手段と、 前記インバータの出力電流の有効電流成分および無効電
   流成分を各々有効電流信号および無効電流信号として出
   力する有効無効電流検出手段と、 前記交流電圧の位相を検出し位相信号として出力する位
   相検出手段と、 前記有効電流信号を前記有効電流基準信号に等しくする
   よう制御すると共に無効電流信号を無効電流基準信号に
   等しくするよう制御して前記インバータの出力電圧基準
   信号を出力する電流制御手段と、 前記インバータ出力の基準信号と前記位相信号により前
   記インバータの出力電圧を制御するゲート制御手段と、 前記交流電圧の周波数を検出し周波数信号として出力す
   る周波数検出手段と、 前記交流電圧の振幅を検出し電圧振幅信号として出力す
   る電圧振幅検出手段と、 前記周波数信号、もしくは前記交流電圧信号が一定範囲
   外の時に信号を出力する電圧・周波数監視手段と、 周波数基準信号を出力する周波数基準発生手段と、 電圧振幅基準信号を出力する電圧振幅基準発生手段と、 前記周波数基準信号と前記周波数信号との偏差の伝達，
   遮断を決定する機能を有し、該偏差から周波数補正信号
   を出力するスイッチ付き周波数補正演算手段と、 前記電圧振幅基準信号と前記電圧振幅信号との偏差の伝
   達，遮断を決定する機能を有し、該偏差から電圧振幅補
   正信号を出力するスイッチ付き電圧振幅補正演算手段
   と、 前記スイッチ付き周波数補正演算手段と前記スイッチ付
   き電圧振幅補正演算手段の出力信号を監視する演算回路
   飽和検出手段と、 前記有効電流基準信号と前記電圧振幅補正信号とを加算
   し有効電流補正基準信号として前記電流制御手段に出力
   すると共に、前記無効電流基準信号と前記周波数補正信
   号とを加算し無効電流補正基準信号として前記電流制御
   手段に出力する加算手段と、 を具備したことを特徴とする系統連系用インバータの制
   御装置。