JP3226609B2 - 電力変換器の並列運転制御装置 - Google Patents

電力変換器の並列運転制御装置

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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、複数台の単位インバ
ータ、即ち電力変換器を並列に接続し電流バランス制御
を施して並列運転する電力変換器の並列運転制御装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、２台の単位インバータを並列接
続した従来の電力変換器の並列運転制御装置の構成図で
ある。図において、１は電圧型インバータの入力電圧と
なる直流電圧源、２，３は電圧型インバータを構成する
第１、第２の単位インバータであり、直流電圧源１を入
力し交流電圧に変換して出力する。第１の単位インバー
タ２において、２１Ｔ〜２６Ｔは三相ブリッジ接続され
たトランジスタ、２１Ｄ〜２６Ｄは各トランジスタ２１
Ｔ〜Ｔ２６Ｔに並列接続された転流用ダイオードであ
る。第２の単位インバータ３において、３１Ｔ〜３６Ｔ
は同じくトランジスタ、３１Ｄ〜３６Ｄは同じく転流用
ダイオードである。
【０００３】２１Ｃ〜２３Ｃは第１の単位インバータ２
の各相出力に接続された変流器、３１Ｃ〜３３Ｃは第２
の単位インバータ３の各相出力に接続された変流器、
４、５、６は単位インバータ２、３の同相出力間に接続
された相間リアクトルである。
【０００４】次に、図４に示した電力変換器の並列運転
制御装置の動作の概要について説明する。先ず、第１、
２の単位インバータ２、３はそれぞれ共通の直流電圧源
１に接続されおり、そして第１、２の単位インバータ
２、３の出力は相間リアクトル４、５、６を介して並列
に接続されている。第１の単位インバータ２と第２の単
位インバータ３の出力側には各単位インバータの出力電
流のバランスをとるために必要なインバータ出力電流検
出用の変流器２１Ｃ〜２３Ｃと３１Ｃ〜３３Ｃが設けら
れている。
【０００５】前記の様に構成された電力変換器の並列運
転制御装置の電流バランス制御について図５を参照して
説明する。図５は例えば、安川電機ＮＯ．２ １９８
７．Ｐ１０５〜１１２「システム用高性能インバータド
ライブシリーズの機種拡充」に示された従来の電流バラ
ンス制御型の電力変換装置の並列運転制御装置の１相分
の構成を示す具体的な回路図である。図中、図４と同一
符号は同一、または相当部分を示す。図において２８は
トランジスタ２１Ｔ、２２Ｔをオンーオフ制御するべー
スドライブ回路、３８はトランジスタ３１Ｔ、３２Ｔを
オンーオフ制御するベースドライブ回路である。
【０００６】７は外部から入力される電流基準指令、８
は減算器であり、電流基準指令７と第１の単位インバー
タ２の出力に設けられた変流器２１Ｃより出力されたイ
ンバータ出力電流との差をとる。９は電流コントローラ
であり、インバータ出力電流が電流基準指令７に追従す
るように３アーム変調制御信号出力を変化させる。ま
た、１０は同じく減算器であり、電流基準指令７と第２
の単位インバータ３の出力に設けられた変流器３１Ｃよ
り出力されたインバータ出力電流との差をとる。１１は
同じく電流コントローラであり、インバータ出力電流が
電流基準指令７に追従するよう３アーム変調制御信号出
力を変化させる。
【０００７】１３、１５はそれぞれ減算器であり、三角
波発生器から出力された三角波信号のレベルと各電流コ
ントローラ９、１１の出力である３アーム変調制御信号
のレベルとの偏差を求める。１４、１６はそれぞれコン
パレータであり、各減算器１３、１５で求められた偏差
に従って各ベースドライブ回路２８、３８へ出力するＰ
ＷＭ指令を生成する。
【０００８】次に、前記構成に従って、電流バランス制
御の詳細を説明する。先ず、外部から入力した電流基準
指令７と単位インバータの出力側から変流器２１Ｃによ
って検出したインバータ出力電流との偏差を減算器８で
取り、その偏差を電流コントローラ９に入力する。電流
コントローラ９は単位インバータ２の出力電流が電流基
準指令７に追従するように３アーム変調制御信号出力を
変化させる。
【０００９】電流コントローラ９の出力は三角波発生器
１２の出力である三角波信号と共に減算器１３に入力さ
れて各出力レベル間の偏差が求められる。この偏差は後
段のコンパレータ１４に入力されることでベースドライ
ブ回路２８へのＰＷＭ指令が得られる。ベースドライブ
回路２８は前記コンパレータ１４から出力されるＰＷＭ
指令に従って第１の単位インバータ２を構成するトラン
ジスタ２１Ｔ、２２Ｔをオンーオフ動作する。
【００１０】第２の単位インバータ３についても第１の
単位インバータ２と同様の制御を行う。このように電流
バランス制御を行うことで第１の単位インバータ２と第
２の単位インバータ３の出力電流は電流基準指令７に追
従し、結果として２台の単位インバータの出力電流はバ
ランスが取れる。
【００１１】次に、第１の単位インバータ２に２アーム
変調方式を採用した例について図６、図７を参照して説
明する。尚、第２の単位インバータ３に関しては動作が
同様であるため説明は省略する。図６は２アーム変調方
式をとる場合の変調回路の詳細を示す回路図である。ま
た図７は図６に示す変調回路の各部の信号波形図であ
る。図６において、９Ａは２アーム変調制御信号発生器
であり、この信号発生器９Ａにおける９ａ〜９ｃは各相
毎２アーム変調制御信号を発生する信号発生部である。
１４ａ〜１４ｃは三角波発生器１２から出力された三角
波信号と２アーム変調制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗとを比
較する比較器である。但し、２アーム変調制御信号発生
器９Ａは、図５に示す電流コントローラ９、１１の出力
である３アーム変調制御信号を取り込み各２アーム変調
制御信号Ｓｕ，Ｓｖ、Ｓｗに補正して信号を発生するも
のである。
【００１２】図７に見られる様に、２アーム変調方式で
は、２アーム変調制御信号の１周期を６等分して、その
各区間で電圧型インバータを構成する単位インバータの
３アームのうちのどれか１アームを、直流電源のいずれ
か一方の極性に固定するような２アーム変調制御信号を
２アーム変調制御信号発生器９Ａから発生させ、この２
アーム変調制御信号と三角波発生器１２から発生した三
角波信号とを比較器１４ａ〜１４ｃで比較することによ
りＰＷＭ指令Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを得るものである。即ち
１搬送波（三角波）周期内で、３アームの中のどれか１
アームを直流電源のいずれか一方の極性に固定し、他の
２アームがそれぞれ上アームと下アームの１回ずつ、合
計２回スイッチングすることにより所望の出力電圧を得
るというものである。
【００１３】即ち、２アーム変調方式というものは、要
約すると１周期のうちの特定期間（例えば６０°の間）
は１アームの電圧を固定（飽和）させ、他の２アームの
みを変調する。つまり各相の電位を歪ませながら線間電
圧が望みの波形になるように制御する方式であるといえ
る。係る２アーム変調方式は、同じ搬送波周波数を使用
する３アーム変調方式に比べスイッチング回数が２／３
に低減するという特性をもっている。尚、２アーム変調
方式については、１９８７年３月・社団法人電気学会発
行の書物「半導体電力変換回路」の第１１０．１１１．
１２５頁等に解説が述べられている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換器の並
列運転制御装置は以上のように構成されているので、各
単位インバータに２アーム変調方式を採用すると各単位
インバータ独自で電圧レベルを固定する特定期間を設定
し１アームの電圧レベルを飽和させていた。そのため各
単位インバータ毎に電圧レベルを飽和させる特定期間が
異なり、結果的に各単位インバータ間で大きな出力電圧
差が発生し、各単位インバータの各相間で多大な循環電
流が流れ、インバータを破壊するとか、或は循環電流を
抑制するため相間リアクトルが大きなものになるという
問題点があった。
【００１５】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、相間リアクトルを小さくできる
と共に、安定したインバータの並列運転制御を行うこと
ができる電力変換器の並列運転制御装置を得ることを目
的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電力変換
器の並列運転制御装置は、複数の電力変換器を直流電圧
源に並列に接続し、且、前記各電力変換器の出力をリア
クトルを介して並列に接続して運転する電力変換器の並
列運転制御装置において、前記複数の電力変換器の内の
所定の電力変換器の各相毎の電圧指令値となる３アーム
変調制御信号より、電圧レベルを所定の直流電圧レベル
に特定期間固定する１つの相を３相中より決定し、前記
複数の電力変換器の電圧固定期間を決定する電圧固定期
間決定回路と、前記電圧固定期間決定回路によって決定
された電圧固定期間に基づいて各々の電力変換器の残り
の２つの相に対する２アーム変調制御信号を生成して出
力する２アーム変調制御信号発生回路とを備えたもので
ある。
【００１７】
【作用】この発明における電力変換器の並列運転制御装
置は、電圧固定期間決定回路によって特定相に対する電
圧レベルの固定期間を決定したならば、各電力変換器対
応に設けられた各２アーム変調制御信号発生回路に取り
込まれた３アーム変調制御信号を２アーム変調制御信号
に補正するよう指示することで、特定相の電圧を固定さ
せる特定期間を各単位電力変換器で同期させることがで
きる。
【００１８】
【実施例】実施例１． 図１はこの発明による電力変換器を構成する三相電圧型
インバータにおいて２アーム変調方式をとる場合の変調
回路の一実施例を示す回路図である。図中、９1、９2、
９3は図示しない第１の単位インバータ２対応に設けら
れた電流コントローラであり、従来技術の図５に示す様
に、外部から入力した電流基準指令と単位インバータの
出力側から検出したインバータ出力電流との偏差に基づ
き単位インバータの出力電流が電流基準指令に追従する
ように３アーム変調制御信号Ｖｕ1、Ｖｖ1、Ｖｗ1を出
力する。
【００１９】９Ｂは２アーム変調制御信号発生器であ
り、各３アーム変調制御信号Ｖｕ1、Ｖｖ1、Ｖｗ1対応
に、各３アーム変調制御信号Ｖｕ1、Ｖｖ1、Ｖｗ1を２
アーム変調制御信号Ｓｕ1、Ｓｖ1、Ｓｗ1に変換する信
号発生部９ａ1、９ａ2、９ａ3を備えている。１４ａ〜
１４ｃは三角波発生器１２より出力された三角波信号と
２アーム変調制御信号Ｓｕ1、Ｓｖ2、Ｓｗ3とを比較し
ＰＷＭ信号Ｐｕ1、Ｐｖ1、Ｐｗ1を出力するコンパレー
タである。
【００２０】１１1、１１ 2 、１１3は図示しない第２の
単位インバータ３対応に設けられた電流コントローラで
あり、３アーム変調制御信号Ｖｕ2、Ｖｖ2、Ｖｗ2を出
力する。１１Ａは２アーム変調制御信号発生器であり、
各３アーム変調制御信号Ｖｕ2、Ｖｖ2、Ｖｗ 2 対応に各
３アーム変調制御信号Ｖｕ2、Ｖｖ2、Ｖｗ2を２アーム
変調制御信号Ｓｕ2、Ｓｖ2、Ｓｗ2に変換する信号発生
部１１ａ1、１１ａ2、１１ａ3を備えている。１６ａ〜
１６ｃは三角波発生器１２より出力された三角波信号と
２アーム変調制御信号Ｓｕ2、Ｓｖ2、Ｓｗ2とを比較し
ＰＷＭ信号Ｐｕ2、Ｐｖ2、Ｐｗ2を出力するコンパレー
タである。１７は各単位インバータ２、３に対応して設
けられた２アーム変調制御信号発生器９Ｂ、１１Ａの１
アームの電圧を固定させる特定期間を決定する電圧固定
期間決定回路である。
【００２１】次に、本実施例の動作について図２、図３
のフローチャートに従って説明する。図２は電圧固定期
間決定回路１７の動作を説明するフローチャート、図３
は本実施例にかかる２アーム変調制御信号発生器９Ｂの
動作を説明するフローチャートである。先ず、電圧固定
期間決定回路１７は２アーム変調制御信号Ｖｕ1、Ｖ
ｖ1、Ｖｗ1を取り込み各Ｖｕ1、Ｖｖ1、Ｖｗ1の絶対値
を算出する（ステップＳ１１）。次に│Ｖｕ1│、│Ｖ
ｖ1│、│Ｖｗ1│の大きさを比較する（ステップＳ１
２）。この比較の結果、最も絶対値が大きい３アーム変
調制御信号を出力した相に対応するアームの電圧レベル
を固定するよう決定を２アーム変調制御信号発生回路９
Ｂ、１１Ａに指示をおくる（ステップＳ１３）。
【００２２】次に、電圧固定期間決定回路１７の決定に
基づき、単位インバータ２の２アーム変調制御信号発生
器９Ｂでは、各相毎の２アーム変調制御信号Ｓｕ1、Ｓ
ｖ1、Ｓｗ1を発生する。また、単位インバータ３では、
単位インバータ２と電圧固定期間が同期する様に、単位
インバータ２の３アーム変調制御信号Ｖｕ1、Ｖｖ1、Ｖ
ｗ1より電圧固定期間決定回路１７で決定した電圧固定
期間に基づき、単位インバータ３のアーム変調制御信号
発生器１１Ａで単位インバータ３の２アーム変調制御信
号を出力する。
【００２３】更に、この電圧固定期間決定回路１７の動
作を詳細に説明するならば、電圧固定期間決定回路１７
は図２のフローチャートに示す処理を３アーム変調制御
信号の周波数より極めて短い周期で繰り返し行う。その
時、第１回目の周期から第Ｎ回目の周期に至るまで、Ｕ
相の２アーム変調制御信号Ｖｕ１の絶対値が継続して最
も大きかったならば、その継続期間をＵ相に対応するア
ームの電圧レベルを、直流電源１の一方の極性レベルに
固定することを決定する。
【００２４】次に、電圧固定期間決定回路１７より電圧
固定指示を受ける２アーム変調制御信号発生回路９Ｂの
動作を図３のフローチャートに従って説明する。例えば
電圧固定期間決定回路１７の決定によりＵ相に対応する
アームの電圧を固定する場合、２アーム変調制御信号発
生回路９ＢはＵ相の２アーム変調制御信号Ｓｕ1に対
し、対応するアームの電圧を直流電源１の一方の極性の
レベルに固定する固定電圧指令値を設定する（ステップ
Ｓ２１）。即ち図７に示すように電圧固定期間のあいだ
三角波信号レベル以上に固定する。
【００２５】Ｕ相の２アーム変調制御信号Ｓｕ1の電圧
レベルが固定されたならば、この２アーム変調制御信号
Ｓｕ1と３アーム変調制御信号Ｖｕ1との差δを算出する
（ステップＳ２２）。次に、残りの３アーム変調制御信
号Ｖｖ1，Ｖｗ1に前記で求めた差δを加算し、Ｖ相、Ｗ
相の２アーム変調制御信号Ｓｖ1、Ｓｗ1を算出する（ス
テップＳ２３）。
【００２６】結果、１アームの電圧レベルは固定され、
他の２相の制御信号は線間電圧がもとの３アーム変調制
御信号と同じになるよう補正され、三相電圧型インバー
タは２アームのみでＰＷＭ変調される。 また、第２単
位インバータ３対応の２アーム変調制御信号発生器１１
Ａの動作に関しても前記２アーム変調制御信号発生器９
Ｂの動作と同様である。
【００２７】実施例２．尚、前記実施例１ではトランジ
スタを用いた三相電圧型インバータの場合について説明
したが、トランジスタコンバータについても本実施例は
適用できる。また単位インバータが３台以上並列運転す
る場合であっても、各単位インバータの各相出力をリア
クトルにて共通接続することで本実施例を適用できる。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複数
の電力変換器の内の所定の電力変換器の各相毎の電圧指
令値となる３アーム変調制御信号より、電圧レベルを所
定の直流電圧レベルに特定期間固定する１つの相を３相
中より決定し、前記複数の電力変換器の電圧固定期間を
決定する電圧固定期間決定回路と、電圧固定期間決定回
路によって決定された電圧固定期間に基づいて各々の電
力変換器の残りの２つの相に対する２アーム変調制御信
号を生成して出力する２アーム変調制御信号発生回路と
を備えたことで、各電力変換器間で特定相の電圧固定期
間の同期をとることができる。従って各電力変換器の各
相間の出力電圧差を無くし、循環電流を抑制することで
相間リアクトルを小さくできることから、装置全体を安
価にしかも小型化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電力変換器の並列運転制御装置にお
ける２アーム変調方式の変調回路の一実施例を示す回路
図である。
【図２】本実施例における電圧固定期間決定回路の動作
を説明するフローチャートである。
【図３】本実施例における２アーム変調制御信号発生回
路の動作を説明するフローチャートである。
【図４】２台並列接続された電力変換器の回路構成をし
めす回路図である。
【図５】従来の電力変換器の並列運転制御装置の構成を
示すブロック図である。
【図６】従来の２アーム変調制御信号回路を示す回路図
である。
【図７】従来の２アーム変調制御信号回路の各部の波形
を示す波形図である。
【符号の説明】
Ｖｕ1、2〜Ｖｗ1、2 ３アーム変調制御信号 Ｓｕ1、2〜Ｓｗ1、2 ２アーム変調制御信号 ９Ｂ、１１Ａ ２アーム変調制御信号発生回路 １７ 電圧固定期間決定回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の電力変換器を直流電圧源に並列に
    接続し、且、前記各電力変換器の出力をリアクトルを介
    して並列に接続して運転する電力変換器の並列運転制御
    装置において、 前記複数の電力変換器の内の所定の電力変換器の各相毎
    の電圧指令値となる３アーム変調制御信号より、電圧レ
    ベルを所定の直流電圧レベルに特定期間固定する１つの
    相を３相中より決定し、前記複数の電力変換器の電圧固
    定期間を決定する電圧固定期間決定回路と、 前記電圧固定期間決定回路によって決定された電圧固定
    期間に基づいて各々の電力変換器の残りの２つの相に対
    する２アーム変調制御信号を生成して出力する２アーム
    変調制御信号発生回路とを備えたことを特徴とする電力
    変換器の並列運転制御装置。
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