JP3431504B2 - インバータ装置、インバータ制御装置及びインバータシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置、
インバータ制御装置及びインバータシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、無停電電源装置や車両用補助電源
装置などの一定電圧一定周波数の交流電圧を供給するイ
ンバータは、負荷系統に１台のみが接続されて出力電
圧、周波数を制御していたが、機器の容量増大や故障時
の冗長性のために二台以上の複数台を並列接続して同期
運転させたいという要求がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
インバータ制御装置では、それを備えたインバータをそ
のままに並列に接続すると、両者の交流位相が一般的に
は同期していないために、位相のずれに起因するインバ
ータ間の横流が過大となり、過電流保護による運転継続
不可や、損失増大を招く問題点があった。

【０００４】そこで、２台のインバータ間の瞬時位相情
報をやりとりして同期させる方法がある。このインバー
タシステムは図１３に示すような構成であり、２台のＰ
ＷＭインバータ１−１，２−１が配線インダクタンス３
によって並列に接続され、それぞれのインバータ１−
１，２−１の出力に負荷１−４，２−４に接続されてい
る。また、各ＰＷＭインバータ１−１，２−１の三相出
力には、ＰＷＭに起因する高調波を除去するためのＬＣ
フィルタ１−２，２−２（リアクトルとコンデンサで構
成されるフィルタ）が設置され、さらにその出力には、
インバータ入力と交流出力とを電気的に絶縁するための
変圧器１−３，２−３が設置されている。そしてＰＷＭ
インバータ１−１，２−１ごとにインバータ制御装置１
−１０，２−１０が設けられていて、それぞれに、自イ
ンバータの出力有効電力を演算する有効電力演算部１０
１、相手側のインバータの出力有効電力を演算する他方
有効電力演算部１０２、これらの有効電力の差に基づい
て出力周波数を設定して出力する周波数設定部１０３、
この周波数設定部１０３の出力する出力周波数に対して
各相の出力電圧指令を設定する電圧指令設定部１０４、
そして電圧指令設定部１０４の出力する出力電圧指令と
自インバータの出力電圧検出値との差に基づいて出力電
圧指令を演算し、インバータを制御する電圧制御部１０
５から構成されている。

【０００５】ところが、このようなインバータシステム
では、情報伝送のための数多くの信号線を新たに追加す
る必要があり、費用増加を招く問題点がある。

【０００６】そこでさらに、複数台の並列接続されたイ
ンバータ間で各々の出力有効電力に応じて出力周波数を
変化させることにより、新たな信号線の追加なしに位相
同期させる方法が提案されている。これは、２台のイン
バータ間に位相差があると、位相が進んだ方から遅れた
方に有効電力成分の横流が発生するので、有効電力が大
きくなるにつれて出力周波数が低くくなるように設定す
ることにより、他方の位相の遅れていたインバータの位
相が追いつき、同期させることができるという原理に基
づくものである。

【０００７】しかしながら、この方法によると、起動時
に位相が大きく離れている状態からも確実に同期状態に
引き込むためには、負荷状態により大きく出力周波数を
変化させることが必要であり、一定電圧一定周波数電源
としての性能を満たさなくなってしまう問題点がある。

【０００８】本発明は、以上のような従来の技術的課題
を解決するためになされたもので、有効電力に対する出
力周波数特性を起動時と定常動作時とに分けて設定し、
両者を切り替えて運転することにより、起動時の確実な
同期引き入れと定常運転時の周波数変動の抑制を両立さ
せ、特別な信号線の追加なしに並列同期運転を可能にす
るインバータ装置及びインバータ制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】本発明はまた、インバータ制御装置間に簡
単な信号伝送部を介在させるだけで、起動時の確実な同
期引き入れと定常運転時の周波数変動の抑制を両立さ
せ、複数台のインバータの並列同期運転を可能にするイ
ンバータシステムを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、負荷
に対して交流出力を供給するインバータと、このインバ
ータの交流出力の周波数指令を設定して出力する周波数
設定部を有し、前記周波数指令に応じて交流出力指令を
算出して与えるインバータ制御部とを備えたインバータ
装置において、前記周波数設定部が、前記インバータの
出力電圧と出力電流とから有効電力を算出し、この有効
電力に応じて、起動時には当該有効電力が大きくなるに
つれ、低い出力周波数となるような第１の有効電力−出
力周波数特性にしたがって出力周波数を出力し、定常動
作時には前記第１の有効電力−出力周波数特性に比べ
て、有効電力の変化に対する出力周波数設定値の変化が
小さい特性を有する第２の有効電力−出力周波数特性に
したがって出力周波数を出力することを特徴とするもの
である。

【００１１】請求項１の発明のインバータ装置では、有
効電力に対する出力周波数特性が起動時と定常動作時と
に分けて設定され、両者を切り替えて運転されるので、
起動時の確実な同期引き入れと定常運転時の周波数変動
の抑制が両立でき、特別な信号線の追加なしに複数台の
インバータの並列同期運転が可能である。

【００１２】請求項２の発明は、インバータの交流出力
の周波数指令を設定して出力する周波数設定部と、前記
周波数設定部の出力する周波数指令に対する電圧指令位
相を算出する位相演算部と、前記位相演算部の算出する
電圧指令位相に対して、交流各相の出力電圧指令を設定
して出力する電圧指令設定部と、前記電圧指令設定部の
出力する交流各相の出力電圧指令と前記インバータの交
流各相のインバータ出力電圧との差に基づき、当該イン
バータの交流各相の出力電圧指令を算出して前記インバ
ータに与える電圧制御部とを具備し、さらに、前記周波
数設定部が、前記インバータの出力電圧と出力電流とか
ら有効電力を算出する有効電力演算部と、前記有効電力
演算部で演算した有効電力に応じて、当該有効電力が大
きくなるにつれ、低い出力周波数となるようにあらかじ
め設定しておいた有効電力−出力周波数特性にしたがっ
て出力周波数を設定して出力する起動時周波数設定部
と、前記起動時周波数設定部の有効電力−出力周波数特
性に比べて、有効電力の変化に対する出力周波数設定値
の変化が小さい特性を有する有効電力−出力周波数特性
にしたがって出力周波数を設定して出力する定常動作時
周波数設定部と、前記起動時周波数設定部から出力され
る出力周波数と、前記定常動作時周波数設定部から出力
される出力周波数とを入力とし、起動時と定常動作時と
で両者を切り替えて前記インバータの周波数指令として
出力する周波数切替部とを有して成るものである。

【００１３】請求項２の発明のインバータ制御装置で
は、有効電力に対する出力周波数特性を起動時と定常動
作時とに分けて設定し、両者を切り替えて運転すること
により、起動時の確実な同期引き入れと定常運転時の周
波数変動の抑制を両立させ、特別な信号線の追加なしに
複数台のインバータの並列同期運転を可能にする。

【００１４】請求項３の発明は、請求項２に記載のイン
バータ制御装置において、前記定常動作時周波数設定部
が、前記インバータの定常動作中に、前記有効電力演算
部の算出する有効電力がインバータ電流容量で決まる有
効電力制限値を超えそうになったときには、前記有効電
力に応じて減少させる出力周波数の量を増加させる調整
を行うようにしたものであり、インバータの出力有効電
力をインバータの電流容量で決まる有効電力制限内に確
実に収めながら、周波数変動を効果的に抑制する。

【００１５】請求項４の発明は、請求項２の発明のイン
バータ制御装置において、さらに、前記インバータの起
動前にその出力電圧を検出し、検出された出力電圧振幅
が一定値以上であった場合には、前記位相演算部の出力
である電圧位相指令を検出電圧位相値に同期させた後に
前記インバータを起動する起動時位相整合部を備えたも
のであり、他のインバータが先に起動した状態において
自インバータを起動する場合に、その起動時の過渡変動
や過電流を抑制しながら、複数台のインバータを並列同
期運転に入らせることができる。

【００１６】請求項５の発明は、請求項２の発明のイン
バータ制御装置において、さらに、出力電圧と出力電流
から演算した無効電力の変化率に応じて、前記電圧指令
設定部の出力する交流各相の出力電圧指令における振幅
指令値を補正する出力電圧振幅補正部を備えたものであ
り、インバータの過渡時の制御安定性を向上させる。

【００１７】請求項６の発明は、請求項２の発明のイン
バータ制御装置において、さらに、負荷の軽重によらず
定常動作中の平均周波数が一定値になるように、前記定
常動作時周波数設定部の使用する有効電力−出力周波数
特性を変化させる出力周波数特性調整部を備えたもので
ある。

【００１８】請求項７の発明は、請求項６の発明のイン
バータ制御装置において、前記出力周波数特性調整部
が、前記定常動作時周波数設定部の使用する有効電力−
出力周波数特性を前記起動時周波数設定部の有効電力−
出力周波数特性と同一にするものである。

【００１９】請求項６及び７の発明のインバータ制御装
置では、複数台のインバータそれぞれを定常動作時には
負荷の軽重によらず所定の周波数に維持して並列同期運
転することができる。

【００２０】請求項８の発明のインバータシステムは、
交流出力側が並列接続された複数台のインバータと、前
記各インバータに接続された複数台のインバータ制御装
置と、前記インバータ制御装置間で相互に有効電力値を
伝送する伝送装置とを具備し、前記インバータ制御装置
各々が、インバータの交流出力の周波数指令を設定して
出力する周波数設定部と、前記周波数設定部の出力する
周波数指令に対する電圧指令位相を算出する位相演算部
と、前記位相演算部の算出する電圧指令位相に対して、
交流各相の出力電圧指令を設定して出力する電圧指令設
定部と、前記電圧指令設定部の出力する交流各相の出力
電圧指令と前記インバータの交流各相の出力電圧との差
に基づき、当該インバータの交流各相のインバータ出力
電圧指令を算出して前記インバータに与える電圧制御部
とを具備し、さらに、前記周波数設定部が、前記インバ
ータの出力電圧と出力電流とから有効電力を算出する有
効電力演算部と、前記有効電力演算部で算出した有効電
力に応じて、当該有効電力が大きくなるにつれ、低い出
力周波数となるようにあらかじめ設定しておいた有効電
力−出力周波数特性にしたがって出力周波数を設定して
出力する起動時周波数設定部と、自装置の有効電力演算
部の算出した自インバータの有効電力と、前記伝送装置
により送られてくる他のインバータ制御装置それぞれの
有効電力演算部の算出した各インバータの有効電力とに
基づいてインバータ間の横流量を推定し、当該横流量を
用いて自インバータの定常動作時出力周波数を設定して
出力する定常動作時周波数設定部と、前記起動時周波数
設定部から出力される出力周波数と、前記定常動作時周
波数設定部から出力される出力周波数とを入力とし、起
動時と定常動作時とで両者を切り替えて前記インバータ
の周波数指令として出力する周波数切替部とを有して成
るものである。

【００２１】請求項８の発明のインバータシステムで
は、インバータ制御装置間に簡単な信号伝送部を介在さ
せるだけで、各インバータの起動時の確実な同期引き入
れと定常運転時の周波数変動の抑制を両立させ、複数台
のインバータの並列同期運転を可能にする。

【００２２】請求項９の発明は、請求項８の発明のイン
バータシステムにおいて、前記インバータが２台並列に
接続され、前記インバータ制御装置の定常動作時周波数
設定部が、定常動作時の前記インバータ相互の有効電力
の差を加味した有効電力−出力周波数特性に基づいて定
常時周波数設定値を設定して出力するようにしたもので
あり、インバータの個体差による有効電力のアンバラン
スを抑制しながら２台のインバータの並列同期運転が可
能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の
インバータシステムの回路構成を示している。この第１
の実施の形態は、２台のＰＷＭインバータ１−１，２−
１が配線インダクタンス３によって並列に接続され、そ
れぞれのインバータ１−１，２−１の出力に負荷１−
４，２−４が接続されている。また、各ＰＷＭインバー
タ１−１，２−１の三相出力には、ＰＷＭに起因する高
調波を除去するためのＬＣフィルタ１−２，２−２（リ
アクトルとコンデンサで構成されるフィルタ）が設置さ
れ、さらにその出力には、インバータ入力と交流出力と
を電気的に絶縁するための変圧器１−３，２−３が設置
されている。ここで各ＰＷＭインバータ１−１，２−１
の出力周波数は６０Ｈｚ、出力電圧は線間実効値で４４
０Ｖである。

【００２４】そしてＰＷＭインバータ１−１，２−１ご
とにインバータ制御装置１−１０，２−１０が設けられ
ていて、インバータ１−１，２−１を個別に制御する構
成である。なお、インバータ制御装置１−１０とインバ
ータ制御装置２−１０は同一の内部構成であるので、以
下では、インバータ制御装置１−１０についてのみ、説
明する。

【００２５】ＰＷＭインバータ１−１を制御するインバ
ータ制御装置１−１０は、周波数設定部１１、位相演算
部１２、電圧指令設定部１３、電圧制御部１４から構成
されている。そして周波数設定部１１は有効電力演算部
１１１と、起動時周波数設定部１１２と、定常動作時周
波数設定部１１３と、周波数切替部１１４とで構成され
ている。

【００２６】有効電力演算部１１１では次の演算を行
い、有効電力Pwrを出力する。まず、インバータ１−１
の三相出力電圧検出値Vu，Vv，Vwと三相出力電流検出値
Iu，Iv，Iwを入力として、６０Ｈｚで回転する直交座標
ｄｑ軸の固定座標軸との位相角θを用いてｄｑ軸電圧V
d，Vqと、ｄｑ軸電流Id，Iqを数１式により演算する。

【００２７】

【数１】 そして、この数１式により求めたｄｑ軸電圧、ｄｑ軸電
流から有効電力Pwrを次の数２式により求めて出力す
る。

【００２８】

【数２】Pwr＝Vd・Id＋Vq・Iq 起動時周波数設定部１１２では、図２（ａ）に示すよう
に、有効電力演算部１１１から出力された有効電力Pwr
を入力として、次の数３式の演算により、起動時周波数
設定値foを求めて出力する。

【００２９】

【数３】 ただし、Pmaxはインバータ出力有効電力の最大値であ
る。

【００３０】上記の数３式においては、６０Ｈｚを中心
周波数として±２Ｈｚの周波数特性を持たせているが、
２台のインバータ１−１，２−１間の配線インダクタン
ス３の大きさに応じて任意の値で増減することができ
る。

【００３１】定常動作時周波数設定部１１３では、図２
（ｂ）に示すように、有効電力演算部１１１から出力さ
れた有効電力Pwrを入力として、次の数４式の演算によ
り定常時周波数設定値fcを求めて出力する。

【００３２】

【数４】 この数４式においても、６０Ｈｚを中心周波数として±
０．２Ｈｚの周波数特性を持たせているが、起動時周波
数設定部１１２で設定した周波数範囲である±２Ｈｚよ
りも小さい任意の値で増減してもよい。

【００３３】周波数切替部１１４では、起動時周波数設
定部１１２から出力される起動時周波数設定値foと、定
常動作時周波数設定部１１３から出力される定常時周波
数設定値fcと、起動指令信号Gstを入力として、次の演
算によって新しい周波数設定値finvを求めて出力する。

【００３４】起動指令信号Gstは、起動指令時には
［１］であり、それ以外では［０］である。そこで、周
波数切替部１１４は、起動指令信号Gstが［０］から
［１］に変更された直後には、周波数設定値finvとして
起動時周波数設定値foを選択して出力する。

【００３５】起動時：finv＝fo 起動指令信号Gstが［０］から［１］に変更され、一定
時間経過した後、例えば、２秒後には、周波数切替部１
１４は周波数設定値finvとして定常時周波数設定値fcを
選択して出力する。

【００３６】起動２秒以後：finv＝fc この周波数切替部１１４において、周波数の切替を連続
的に行う例を図３を用いて説明する。起動後時間Tgstは
起動指令信号Gstが［０］から［１］に変更された時刻
を０（sec）として、それ以後の経過時間を演算したも
のである。切替ゲインKGchgは、起動後時間Tgstを用い
て、次の数５式により求める。この式は、起動後２秒で
切替を完了する場合を示している。

【００３７】

【数５】 さらに周波数切替部１１４は数６式の演算を行い、周波
数設定値finvを出力する。

【００３８】

【数６】finv＝(1−KGchg)・fo＋KGchg・fc 位相演算部１２では、周波数切替部１１４が出力する周
波数設定値finvを用いて、次の数７式による積分によ
り、電圧指令位相θinvを求めて出力する。

【００３９】

【数７】 さらに、電圧指令設定部１３では、位相演算部１２から
出力される電圧指令位相θinvと、起動指令信号Gstを入
力して、次の数８式、数９式の演算により三相電圧指令
VuRef，VvRef，VwRefを求めて出力する。

【００４０】まず、起動指令信号Gstが［０］から
［１］に変更された時刻を０（sec）として、それ以後
の経過時間を演算した起動後時間Tgstを用いて、数８式
により電圧指令振幅V1Refを求める。

【００４１】

【数８】 ここでは、［４４０］は線間電圧指令の実効値を示し、
２秒で電圧振幅を定常値にする場合の演算を実行してい
る。

【００４２】電圧指令設定部１３ではさらに、得られた
電圧指令振幅V1refと、電圧指令位相θinvとを用いて、
次の数９式により三相電圧指令Vuref，Vvref，Vwrefを
求める。

【００４３】

【数９】 最終的に、電圧制御部１４では、電圧指令設定部１３か
ら出力される三相出力電圧指令Vuref，Vvref，Vwref
と、三相出力電圧検出値Vu，Vv，Vwを入力して、次の数
１０式によりインバータ出力電圧指令Vuinv，Vvinv，Vw
invを算出してＰＷＭインバータ１−１に出力する。

【００４４】

【数１０】 ただし、Kd：微分ゲイン、Kp：比例ゲイン、Ki：積分ゲ
イン、ｓ：微分演算子である。

【００４５】ＰＷＭインバータ１−１では、この電圧制
御部１４から与えられる三相インバータ出力電圧指令Vu
inv，Vvinv，Vwinvを目標とするＰＷＭ制御を行い、三
相電力を出力する。

【００４６】なお、上記の実施の形態において、特に電
圧制御部１４は三相電圧指令、三相電圧検出値を回転座
標ｄｑ軸に変換した上で、ｄｑ軸上で微分比例積分制御
を行うものとしてよい。

【００４７】これにより、第１の実施の形態のインバー
タ制御装置では、起動時の確実な同期引き入れと定常運
転時の周波数変動の抑制を両立させ、特別な信号線の追
加なしに並列同期運転が可能となる。

【００４８】なお、上記の第１の実施の形態において定
常動作時周波数設定部１１３が採用した図２に示す特性
に代えて、図４に示す特性を採用することもできる。こ
の場合、定常動作時周波数設定部１１３は、有効電力演
算部１１１から出力される有効電力Pwrを入力として、
次の数１１式の設定により定常時周波数設定値fcを決定
して出力する。

【００４９】

【数１１】 ただし、Pmaxはインバータ出力の有効電力の最大値であ
る。

【００５０】このような演算式を採用することにより、
定常運転時により効果的に周波数変動を抑制することが
できる。

【００５１】次に、本発明の第２の実施の形態を、図５
に基づいて説明する。第２の実施の形態は、図１に示し
た第１の実施の形態におけるインバータ制御装置１−１
０，２−１０を図５に示す構成にしたことを特徴とす
る。したがって、その他の部分は図１に示した第１の実
施の形態と共通である。また、ＰＷＭインバータ２−１
に対するインバータ制御装置２−１０はＰＷＭインバー
タ１−１に対するインバータ制御装置１−１０と共通で
あるので、以下、インバータ制御装置１−１０について
のみ、説明する。

【００５２】第２の実施の形態におけるインバータ制御
装置１−１０は、周波数設定部１１−１、位相演算部１
２、電圧指令設定部１３−１、電圧制御部１４、さら
に、電圧確立判定部１５、電源位相検出部１６、位相同
期部１７及び起動可能判定部１８から構成されている。
そして、周波数設定部１１−１は、有効電力演算部１１
１と、起動時周波数設定部１１２と、定常動作時周波数
設定部１１３と、周波数切替部１１４−１を有してい
る。

【００５３】周波数設定部１１−１における有効電力演
算部１１１と、起動時周波数設定部１１２と、定常動作
時周波数設定部１１３、また位相演算部１２、電圧制御
部１４は第１の実施の形態と同様の構成であり、同じ演
算処理を行う。

【００５４】第２の実施の形態の特徴部分である電圧確
立判定部１５では、三相出力電圧検出値Vu，Vv，Vwを入
力として電圧振幅を演算し、電圧振幅が一定値以上であ
るかどうかを判定する。そして判定結果により、電圧確
立信号FlgVfixを出力する。

【００５５】電圧振幅V1は、次の数１２式により求め
る。

【００５６】

【数１２】 ここで、電圧振幅V1が電圧指令値４４０Ｖに対して、例
えば、３０％以上の値であれば、電圧が確立していると
判断して、電圧確立信号FlgVfix＝１とし、３０％より
も小さい値であれば、電圧確立信号FlgVfix＝０として
出力する。

【００５７】

【数１３】 電源位相検出部１６では、三相出力電圧検出値Vu，Vv，
Vwを入力として、次の数１４式、数１５式の演算によっ
て電圧位相θｖを求めて出力する。

【００５８】まず、直交固定ａｂ座標上の電圧Va，Vbを
求める。

【００５９】

【数１４】 このａｂ軸電圧Va，Vbを用いて、電圧位相θｖを以下の
数１５式により求めて出力する。

【００６０】

【数１５】 位相同期部１７では、電源位相検出部１６から出力され
る電圧位相θｖと、位相演算部１２から出力される電圧
指令位相θinvと、電圧確立判定部１５から出力される
電圧確立信号FlgVfixを入力して、次の数１６式、数１
７式により位相同期周波数fsynと、位相同期完了信号Fl
gSYNを出力する。

【００６１】

【数１６】fsyn＝KpSYN（θｖ−θinv） ただし、KpSYNは位相同期比例ゲインである。

【００６２】また、θｖとθinvとの偏差の絶対値｜θ
ｖ−θinv｜が、例えば、２πの１％以下になったなら
同期完了と判断して位相同期完了信号FlgSYNを出力す
る。

【００６３】

【数１７】 起動可能判定部１８では、起動指令信号Gstと、位相同
期部１７から出力される上記の位相同期完了信号FlgSYN
を入力して、次の条件判別により起動可能信号FlgGstを
出力する。

【００６４】 Gst＝１かつFlgSYN＝１の場合：FlgGst＝１ 上記以外の場合：FlgGst＝０ 周波数設定部１１−１における周波数切替部１１４−１
では、起動時周波数設定部１１２から出力される起動時
周波数設定値foと、定常時周波数設定部１１３から出力
される定常時周波数設定値fcと、位相同期部１７から出
力される位相同期周波数fsynと、電圧確立判定部１５か
ら出力される電圧確立信号FlgVfixと、起動可能判定部
１８から出力される起動可能信号FlgGstを入力し、次の
条件判別によって周波数設定値finvを求めて出力する。

【００６５】（１）FlgVfix＝０で、FlgGstが［０］か
ら［１］に切り替わった直後は、finv＝fo （２）FlgVfix＝０で、FlgGstが［０］から［１］に切
り替わって２秒以上経過した後は、finv＝fc （３）FlgVfix＝１で、FlgGst＝０のとき、finv＝fsyn （４）FlgVfix＝１で、FlgGst＝１のとき、finv＝fc 電圧指令設定部１３−１では、第１の実施の形態と同様
の演算を行う位相演算部１２から出力される電圧指令位
相θinvと、起動可能判定部１８から出力される起動可
能信号FlgGstと、電圧確立判定部１５から出力される電
圧確立信号FlgVfixと電圧振幅V1を入力して、次の条件
分岐、演算により三相電圧指令値Vuref，Vvref，Vwref
を求めて出力する。

【００６６】まず、FlgVfix＝０の場合、起動可能信号F
lgGstが［０］から［１］に変更された時刻を０（sec）
として、それ以後の経過時間を演算した起動後時間Tgst
を用いて、電圧指令振幅V1refを求める。

【００６７】

【数１８】 また、FlgVfix＝１の場合、起動可能信号FlgGstが
［０］から［１］に変更された時刻を０（sec）とし
て、それ以後の経過時間を演算した起動後時間Tgstと、
Tgst＝０のときの電圧振幅V1を用いて、電圧振幅指令V1
refを求める。

【００６８】

【数１９】 これらの数１８式、数１９式の演算では、［４４０］は
線間電圧指令の実効値を示し、２秒で電圧振幅を定常値
にする場合の演算を実行している。

【００６９】電圧指令設定部１３−１はさらに、第１の
実施の形態と同様に、上記の電圧指令振幅V1refと、電
圧指令位相θinvを用いて、次の数２０式により三相電
圧指令Vuref，Vvref，Vwrefを求める。

【００７０】

【数２０】 そして電圧制御部１４は、第１の実施の形態の場合と同
様に、この三相電圧指令Vuref，Vvref，Vwrefと三相電
圧検出値Vu，Vv，Vwとに基づき、前述した数１０式によ
ってインバータ出力電圧指令Vuinv，Vvinv，Vwinvを算
出し、ＰＷＭインバータ１−１に出力する。ＰＷＭイン
バータ１−１では、この電圧制御部１４から与えられる
三相電圧指令Vuinv，Vvinv，Vwinvを目標とするＰＷＭ
制御を行い、三相電力を出力する。

【００７１】この第２の実施の形態では、上記構成のイ
ンバータ制御装置１−１０を用いることにより、他のイ
ンバータが先に起動した状態においても、起動時の過渡
変動や過電流を抑制しながら、並列同期運転に入ること
ができる。

【００７２】次に、本発明の第３の実施の形態を図６に
基づいて説明する。第３の実施の形態は、図１に示した
第１の実施の形態におけるインバータ制御装置１−１
０，２−１０を図６に示す構成にしたことを特徴とす
る。したがって、その他の部分は図１に示した第１の実
施の形態と共通である。また、ＰＷＭインバータ２−１
に対するインバータ制御装置２−１０はＰＷＭインバー
タ１−１に対するインバータ制御装置１−１０と共通で
あるので、以下、インバータ制御装置１−１０について
のみ、説明する。

【００７３】第３の実施の形態におけるインバータ制御
装置１−１０は周波数設定部１１、位相演算部１２、電
圧指令設定部１３−２、電圧制御部１４、そして無効電
力変化率演算部１９から構成されている。周波数設定部
１１の内部構成は、図１に示した第１の実施の形態と同
様である。

【００７４】第３の実施の形態の特徴部分は、無効電力
変化率演算部１９を備え、また電圧指令設定部１３−２
が後述する演算を行うことを特徴とする。なお、図１に
示した第１の実施の形態と共通する符号の付された部分
は同一である。

【００７５】第３の実施の形態の特徴部分である無効電
力変化率演算部１９では、ＰＷＭインバータ１−１の三
相交流出力電圧検出値Vu，Vv，Vwと、ＰＷＭインバータ
１−１の三相出力交流電流検出値Iu，Iv，Iwを入力とし
て、次の数２１式により、６０Ｈｚで回転する直交座標
ｄｑ軸の固定座標軸との位相角θを用いて、ｄｑ軸電圧
Vd，Vqと、ｄｑ軸電流Id，Iqを演算する。

【００７６】

【数２１】 また、数２１式で求めたｄｑ軸電圧、ｄｑ軸電流から無
効電力Ｑを、次の式によって求める。

【００７７】

【数２２】Ｑ＝Vq×Id−Vd×Iq そして最終的に、この無効電力Ｑの時間変化率ΔＱを求
めて出力する。

【００７８】

【数２３】 第３の実施の形態の特徴部分をなす電圧指令設定部１３
−２では、位相演算部１２から出力される電圧指令位相
θinvと、起動指令信号Gstと、無効電力変化率演算部１
９から出力される無効電力変化率ΔＱを入力として、次
の数２４式、数２５式の演算により、三相電圧指令Vure
f，Vvref，Vwrefを求めて出力する。

【００７９】まず、起動指令信号Gstが［０］から
［１］に変更された時刻を０（sec）として、それ以後
の経過時間を演算した起動後時間Tgstを用いて、電圧指
令振幅V1refを求める。

【００８０】

【数２４】 ここでは、［４４０］は線間電圧指令値の実効値であ
り、２秒で電圧振幅を定常値にする場合の演算を行って
いる。なお、Kqは比例ゲインである。

【００８１】電圧指令設定部１３−２ではさらに、上記
の電圧指令振幅V1refと、電圧指令位相θinvを用いて、
次の数２５式により三相電圧指令Vuref，Vvref，Vwref
を求める。

【００８２】

【数２５】 こうして電圧指令演算部１３−２が算出した三相電圧指
令Vuref，Vvref，Vwrefに対して、電圧制御部１４は第
１の実施の形態と同様の演算を行ってインバータ電圧指
令Vuinv，Vvinv，Vwinvを求め、ＰＷＭインバータ１−
１に出力する。ＰＷＭインバータ１−１では、この電圧
制御部１４から与えられる三相電圧指令Vuinv，Vvinv，
Vwinvを目標とするＰＷＭ制御を行い、三相電力を出力
する。

【００８３】この第３の実施の形態では、各インバータ
１−１，２−１の過渡期の制御安定性を向上させた上
で、それらを並列同期運転することができる。

【００８４】次に、本発明の第４の実施の形態を、図７
及び図８に基づいて説明する。第４の実施の形態の特徴
は、図１に示した第１の実施の形態における周波数設定
部１１を、図７に示す内部構成の周波数設定部１１−２
に代えた点にある。他の構成は、図１に示した第１の実
施の形態と共通である。

【００８５】周波数設定部１１−２は、有効電力演算部
１１１と、起動時周波数設定部１１２と、定常動作時周
波数設定部１１３−１と、周波数切替部１１４と、新た
な要素である平均有効電力演算部１１５から構成されて
いる。

【００８６】平均有効電力演算部１１５では、第１の実
施の形態と同様の演算を行う有効電力演算部１１１から
出力される有効電力Pwrを入力として、次の数２６式に
より平均有効電力PwrAveを求めて出力する。

【００８７】

【数２６】 ただし、Ｔはフィルタ時定数である。

【００８８】また定常動作時周波数設定部１１３−１
は、有効電力演算部１１１から出力される有効電力Pwr
と、この平均有効電力演算部１１５から出力される平均
有効電力PwrAveを入力として、次の数２７式により定常
時周波数設定値fcを算出する。

【００８９】

【数２７】 このような構成の周波数設定部１１−２を備えたインバ
ータ制御装置１−１０を採用することにより、第４の実
施の形態では、図８（ａ），（ｂ）に示すように負荷の
軽重によらずに定常動作時には６０Ｈｚの固定周波数で
並列同期運転することが可能となる。

【００９０】次に、本発明の第５の実施の形態を、図９
及び図１０に基づいて説明する。第５の実施の形態の特
徴は、２台のＰＷＭインバータ１−１，２−１を並列同
期運転するシステムにおいて、相互で有効電力Pwr1，Pw
r2を相手方に伝送装置４によって伝送し、それぞれのイ
ンバータ制御装置１−１０，２−１０の周波数設定部１
１−３で利用する点にある。なお、他の実施の形態と同
様に、インバータ制御装置１−１０，２−１０は同一の
構成であるので、以下では、インバータ制御装置１−１
０について説明する。

【００９１】第５の実施の形態におけるインバータ制御
装置１−１０は、その周波数設定部１１−３内の定常動
作時周波数設定部１１３−２が相手方であるインバータ
制御装置２−１０の周波数設定部１１−３の有効電力演
算部１１１から伝送装置４を通じて有効電力Pwr2を取込
み、自装置側の有効電力Pwr1と共に利用し、また逆に自
装置側の有効電力演算部１１１で演算した有効電力Pwr1
を相手方のインバータ制御装置２−１０に伝送装置４を
通じて伝送する構成である。この伝送装置４の伝送速度
は、例えば、１００msec程度の比較的低速の伝送速度で
よい。

【００９２】インバータ制御装置１−１０の周波数設定
部１１−３では、有効電力演算部１１１が第１の実施の
形態と同様にＰＷＭインバータ１−１の有効電力Pwr1を
演算して出力する。起動時周波数設定部１１２は第１の
実施の形態と同様に、起動時の周波数設定値foを算出し
て出力する。

【００９３】そして本発明の特徴部分である定常動作時
周波数設定部１１３−２では、自装置側の有効電力演算
部１１１の出力する有効電力Pwr1と、伝送装置４により
送られてくる相手方のインバータ制御装置２−１０から
の有効電力Pwr2を入力し、次の数２８式、数２９式の演
算により、定常時周波数設定値fcを求めて出力する。

【００９４】まず、横流有効電力推定値ΔＰを、次の数
２８式によって求める。

【００９５】

【数２８】 なお、３台以上の並列同期運転を行うシステムでは、上
記の数２８式における右辺第２項の複数台の平均値に変
更することになる。

【００９６】続いて、横流有効電力推定値ΔＰを用いて
定常時周波数設定値fcを、次の数２９式により求める
（図１０を参照）。

【００９７】

【数２９】 こうして、定常時周波数設定値fcを得れば、以降の周波
数切替部１１４の演算処理、また位相演算部１２、電圧
指令設定部１３、電圧制御部１４の演算処理はすべて、
第１の実施の形態と同様である。

【００９８】この第５の実施の形態によれば、相手方の
有効電力をも考慮し、負荷の軽重によらず、定常動作時
には６０Ｈｚの固定周波数で複数台のインバータを並列
同期運転することができる。

【００９９】次に、本発明の第６の実施の形態を、図１
１及び１２に基づいて説明する。第６の実施の形態は、
図９に示した第５の実施の形態において、周波数設定部
１１−３を図１１の構成の周波数設定部１１−４に変更
した点にある。その他の構成は、図９の第５の実施の形
態と同様である。

【０１００】周波数設定部１１−４は、有効電力演算部
１１１と、起動時周波数設定部１１２と、定常動作時周
波数設定部１１３−３と、周波数切替部１１４と、本実
施の形態の特徴部分をなす平均有効電力差演算部１１６
から構成されている。

【０１０１】平均有効電力差演算部１１６は、第１の実
施の形態と同様の演算を行う有効電力演算部１１１から
有効電力Pwr1を入力し、また図９に示した第５の実施の
形態と同様の伝送装置４によって他のインバータ制御装
置２−１０からの有効電力Pwr2を入力し、数３０式によ
り平均有効電力差ΔPwrを求めて出力する。

【０１０２】

【数３０】 ただし、Ｔは一次遅れ時定数である。

【０１０３】定常動作時周波数設定部１１３−３では、
こうして平均有効電力差演算部１１６が算出した平均有
効電力差ΔPwrを入力し、また有効電力演算部１１１か
らの有効電力Pwr1を入力し、次の数３１式による演算に
より、定常時周波数設定値fcを求めて出力する。

【０１０４】

【数３１】 ただし、ｋは比例ゲインである。

【０１０５】こうして、定常時周波数設定値fcを得れ
ば、以降の周波数切替部１１４の演算処理、また位相演
算部１２、電圧指令設定部１３、電圧制御部１４の演算
処理はすべて、第１の実施の形態、第５の実施の形態と
同様である。

【０１０６】この第６の実施の形態によれば、２台のイ
ンバータ制御装置１−１０，２−１０の個体差に起因す
る有効電力のアンバランスを抑制しながら２台のインバ
ータ１−１，２−１を並列同期運転することができる。

【０１０７】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明のインバー
タ装置によれば、有効電力に対する出力周波数特性が起
動時と定常動作時とに分けて設定され、両者を切り替え
て運転されるので、起動時の確実な同期引き入れと定常
運転時の周波数変動の抑制が両立でき、特別な信号線の
追加なしに複数台のインバータの並列同期運転が可能で
ある。

【０１０８】請求項２の発明のインバータ制御装置によ
れば、有効電力に対する出力周波数特性を起動時と定常
動作時とに分けて設定し、両者を切り替えて運転するこ
とにより、起動時の確実な同期引き入れと定常運転時の
周波数変動の抑制を両立させ、特別な信号線の追加なし
に複数台のインバータの並列同期運転が可能である。

【０１０９】請求項３の発明のインバータ制御装置によ
れば、請求項２の発明の効果に加えて、インバータの出
力有効電力をインバータの電流容量で決まる有効電力制
限内に確実に収めながら、周波数変動を効果的に抑制す
ることができる。

【０１１０】請求項４の発明のインバータ制御装置によ
れば、請求項２の発明の効果に加えて、他のインバータ
が先に起動した状態において自インバータを起動する場
合に、その起動時の過渡変動や過電流を抑制しながら、
複数台のインバータを並列同期運転に入らせることがで
きる。

【０１１１】請求項５の発明のインバータ制御装置によ
れば、請求項２の発明の効果に加えて、出力電圧と出力
電流から演算した無効電力の変化率に応じて、電圧指令
設定部の出力する交流各相の出力電圧指令における振幅
指令値を補正する出力電圧振幅補正部を備えたので、イ
ンバータの過渡時の制御安定性を向上させることができ
る。

【０１１２】請求項６及び７の発明のインバータ制御装
置によれば、請求項２の発明の効果に加えて、複数台の
インバータそれぞれを定常動作時には負荷の軽重によら
ず所定の周波数に維持して並列同期運転することができ
る。

【０１１３】請求項８の発明のインバータシステムによ
れば、インバータ制御装置間に簡単な信号伝送部を介在
させるだけで、各インバータの起動時の確実な同期引き
入れと定常運転時の周波数変動の抑制を両立させ、複数
台のインバータの並列同期運転が可能である。

【０１１４】請求項９の発明のインバータシステムによ
れば、請求項８の発明の効果に加えて、インバータが２
台並列に接続され、インバータ制御装置の定常動作時周
波数設定部が、定常動作時のインバータ相互の有効電力
の差を加味した有効電力−出力周波数特性に基づいて定
常時周波数設定値を設定して出力するようにしたので、
インバータの個体差による有効電力のアンバランスを抑
制しながら２台のインバータの並列同期運転が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。

【図２】上記の実施の形態における周波数設定部の動作
を示すグラフ。

【図３】上記の実施の形態における周波数切替部の動作
を示すタイミングチャート。

【図４】上記の第１の実施の形態における周波数設定処
理の他の例を示すグラフ。

【図５】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。

【図６】本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。

【図７】本発明の第４の実施の形態における周波数設定
部の構成を示すブロック図。

【図８】上記の実施の形態における定常動作時周波数の
設定動作を示すグラフ。

【図９】本発明の第５の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。

【図１０】上記の実施の形態における周波数設定動作を
示すグラフ。

【図１１】本発明の第６の実施の形態のにおける周波数
設定部の構成を示すブロック図。

【図１２】上記の実施の形態における定常動作時周波数
の設定動作を示すグラフ。

【図１３】従来例の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１−１，２−１ ＰＷＭインバータ １−２，２−２ ＬＣフィルタ １−３，２−３ 変圧器 １−４，２−４ 負荷 ３ 接続リアクタンス ４ 伝送装置 １１，１１−１，１１−２，１１−３，１１−４ 周波
数設定部 １２ 位相演算部 １３，１３−１，１３−２ 電圧指令設定部 １４ 電圧制御部 １５ 電圧確立判定部 １６ 電源位相検出部 １７ 位相同期部 １８ 起動可能判定部 １９ 無効電力変化率演算部 １１１ 有効電力演算部 １１２ 起動時周波数設定部 １１３，１１３−１，１１３−２ 定常動作時周波数設
定部 １１４，１１４−１ 周波数切替部 １１５ 平均有効電力演算部 １１６ 平均有効電力差演算部

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷に対して交流出力を供給するインバ
   ータと、 このインバータの交流出力の周波数指令を設定して出力
   する周波数設定部を有し、前記周波数指令に応じて交流
   出力指令を算出して与えるインバータ制御部とを備えた
   インバータ装置において、 前記周波数設定部は、 前記インバータの出力電圧と出力電流とから有効電力を
   算出し、 この有効電力に応じて、起動時には当該有効電力が大き
   くなるにつれ、低い出力周波数となるような第１の有効
   電力−出力周波数特性にしたがって出力周波数を出力
   し、 定常動作時には前記第１の有効電力−出力周波数特性に
   比べて、有効電力の変化に対する出力周波数設定値の変
   化が小さい特性を有する第２の有効電力−出力周波数特
   性にしたがって出力周波数を出力することを特徴とする
   インバータ装置。
2. 【請求項２】 インバータの交流出力の周波数指令を設
   定して出力する周波数設定部と、 前記周波数設定部の出力する周波数指令に対する電圧指
   令位相を算出する位相演算部と、 前記位相演算部の算出する電圧指令位相に対して、交流
   各相の出力電圧指令を設定して出力する電圧指令設定部
   と、 前記電圧指令設定部の出力する交流各相の出力電圧指令
   と前記インバータの交流各相の出力電圧との差に基づ
   き、当該インバータの交流各相のインバータ出力電圧指
   令を算出して前記インバータに与える電圧制御部とを具
   備し、 前記周波数設定部は、 前記インバータの出力電圧と出力電流とから有効電力を
   算出する有効電力演算部と、 前記有効電力演算部で演算した有効電力に応じて、当該
   有効電力が大きくなるにつれ、低い出力周波数となるよ
   うにあらかじめ設定しておいた有効電力−出力周波数特
   性にしたがって出力周波数を設定して出力する起動時周
   波数設定部と、 前記起動時周波数設定部の有効電力−出力周波数特性に
   比べて、有効電力の変化に対する出力周波数設定値の変
   化が小さい特性を有する有効電力−出力周波数特性にし
   たがって出力周波数を設定して出力する定常動作時周波
   数設定部と、 前記起動時周波数設定部から出力される出力周波数と、
   前記定常動作時周波数設定部から出力される出力周波数
   とを入力とし、起動時と定常動作時とで両者を切り替え
   て前記インバータの周波数指令として出力する周波数切
   替部とを有して成るインバータ制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のインバータ制御装置に
   おいて、前記定常動作時周波数設定部は、前記インバー
   タの定常動作中に、前記有効電力演算部の算出する有効
   電力がインバータ電流容量で決まる有効電力制限値を超
   えそうになったときには、前記有効電力に応じて減少さ
   せる出力周波数の量を増加させる調整を行うことを特徴
   とするインバータ制御装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載のインバータ制御装置に
   おいて、前記インバータの起動前にその出力電圧を検出
   し、検出された出力電圧振幅が一定値以上であった場合
   には、前記位相演算部の出力である電圧位相指令を検出
   電圧位相値に同期させた後に前記インバータを起動する
   起動時位相整合部を備えたことを特徴とするインバータ
   制御装置。
5. 【請求項５】 請求項２に記載のインバータ制御装置に
   おいて、出力電圧と出力電流から演算した無効電力の変
   化率に応じて、前記電圧指令設定部の出力する交流各相
   の出力電圧指令における振幅指令値を補正する出力電圧
   振幅補正部を備えたことを特徴とするインバータ制御装
   置。
6. 【請求項６】 請求項２に記載のインバータ制御装置に
   おいて、負荷の軽重によらず定常動作中の平均周波数が
   一定値になるように、前記定常動作時周波数設定部の使
   用する有効電力−出力周波数特性を変化させる出力周波
   数特性調整部を備えたことを特徴とするインバータ制御
   装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のインバータ制御装置に
   おいて、前記出力周波数特性調整部は、前記定常動作時
   周波数設定部の使用する有効電力−出力周波数特性を前
   記起動時周波数設定部の有効電力−出力周波数特性と同
   一にすることを特徴とするインバータ制御装置。
8. 【請求項８】 交流出力側が並列接続された複数台のイ
   ンバータと、 前記各インバータに接続された複数台のインバータ制御
   装置と、 前記インバータ制御装置間で相互に有効電力値を伝送す
   る伝送装置とを具備し、 前記インバータ制御装置各々は、 インバータの交流出力の周波数指令を設定して出力する
   周波数設定部と、 前記周波数設定部の出力する周波数指令に対する電圧指
   令位相を算出する位相演算部と、 前記位相演算部の算出する電圧指令位相に対して、交流
   各相の出力電圧指令を設定して出力する電圧指令設定部
   と、 前記電圧指令設定部の出力する交流各相の出力電圧指令
   と前記インバータの交流各相の出力電圧との差に基づ
   き、当該インバータの交流各相のインバータ出力電圧指
   令を算出して前記インバータに与える電圧制御部とを具
   備し、 前記周波数設定部は、 前記インバータの出力電圧と出力電流とから有効電力を
   算出する有効電力演算部と、 前記有効電力演算部で算出した有効電力に応じて、当該
   有効電力が大きくなるにつれ、低い出力周波数となるよ
   うにあらかじめ設定しておいた有効電力−出力周波数特
   性にしたがって出力周波数を設定して出力する起動時周
   波数設定部と、 自装置の有効電力演算部の算出した自インバータの有効
   電力と、前記伝送装置により送られてくる他のインバー
   タ制御装置それぞれの有効電力演算部の算出した各イン
   バータの有効電力とに基づいてインバータ間の横流量を
   推定し、当該横流量を用いて自インバータの定常動作時
   出力周波数を設定して出力する定常動作時周波数設定部
   と、 前記起動時周波数設定部から出力される出力周波数と、
   前記定常動作時周波数設定部から出力される出力周波数
   とを入力とし、起動時と定常動作時とで両者を切り替え
   て前記インバータの周波数指令として出力する周波数切
   替部とを有して成るインバータシステム。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のインバータシステムに
   おいて、 前記インバータが２台並列に接続され、 前記インバータ制御装置の定常動作時周波数設定部は、
   定常動作時の前記インバータ相互の有効電力の差を加味
   した有効電力−出力周波数特性に基づいて定常時周波数
   設定値を設定して出力することを特徴とするインバータ
   システム。