JP4124036B2 - Ｐｗｍ搬送波の同期方法及び電力変換システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＰＷＭ制御が適用されるインバータ等の複数の電力変換装置が並列運転されるようになっている電力変換システムにおいて、各電力変換装置でＰＷＭ制御を行う際に用いられるＰＷＭ搬送波を各電力変換装置間で同期させるようにした、ＰＷＭ搬送波の同期方法及びこれを用いた電力変換システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＷＭ制御が適用された電力変換装置を複数用いた電力変換システムとして、数々のものが提案されている。
例えば、図９に示す電力変換システムでは、交流電力を直流電力に変換する複数のＡＣ／ＤＣ変換器（図９の場合には２つ）１０１、１０２が、共通母線１１１を介してその出力端が並列接続され、商用電源１１２からの３相の交流電力が、リアクトル及びコンデンサで構成されるフィルタ回路１１３、１１４を介してそれぞれＡＣ／ＤＣ変換器１０１、１０２に供給される。
【０００３】
そして、各ＡＣ／ＤＣ変換器１０１、１０２を、それぞれ制御装置１２１、１２２によって駆動制御し、商用電源１１２からの交流電力を直流電力に変換することによって、蓄電手段１１５の蓄電圧が所定電圧となるように電力変換を行うようになっている。
ところで、一般に、ＰＷＭ制御が適用される電力変換装置は、例えば、高周波スイッチングの可能なトランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子で構成され、これらスイッチング素子をＰＷＭ制御によるスイッチングタイミングで動作させることによって、電力変換を行うようになっている。例えば、電力変換によって得るべき直流電力の指令信号と三角波からなるＰＷＭ搬送波（以後、キャリア信号ともいう。）とが交差する時点を、前記ＰＷＭ制御のスイッチングタイミングとして、各スイッチング素子を駆動制御するようになっている。
【０００４】
また、このように複数の電力変換装置を複数並列に接続するようにした場合、各電力変換装置でのＰＷＭ制御において用いられるＰＷＭ搬送波が同期していない場合には、各電力変換装置間で互いに独立してスイッチング素子が切り替わるため、電力変換装置相互間にスイッチングリプル電流が流れる場合があり、装置容量の大型化や損失の増大を伴うという問題がある。
【０００５】
これを回避するために、各電力変換装置間でＰＷＭ搬送波の同期を取る方法として、例えば、電力変換により得られた各電力変換装置で共通の交流電力の位相に同期したＰＷＭ搬送波を生成するようにした方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
つまり、図１０に示すように、交流電力電圧Ｖacを検出し、これをコンパレータ１３１等の波形整形器で方形波に変換する。
【０００６】
また、ＰＷＭ搬送波Ｓｃをコンパレータ１３２等の波形整形器で方形波に変換した後、これを分周器１３３で分周して、交流電力と同じ周波数の方形波信号を生成する。そして、コンパレータ１３１で波形整形した交流電力電圧Ｖacの方形波信号と、分周器１３３で分周した交流電力と同じ周波数の方形波信号との位相を位相調節器１３４で比較し、この位相の差がなくなるようにキャリア発生器１３５を調整し、交流電力の位相と同期したＰＷＭ搬送波を発生させるようにしている。
【０００７】
つまり、各電力変換装置において、共通の交流電力電圧の位相に同期したＰＷＭ搬送波を生成し、これに基づいてＰＷＭ制御を行うことによって、間接的に各電力変換装置のＰＷＭ搬送波間での同期をとるようにしている。
また、上述のように各電力変換装置において、ＰＷＭ搬送波を生成するのではなく、上位コンピュータでＰＷＭ搬送波を生成し、これを各電力変換装置に供給するようにしたものも提案されている（特許文献２）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２６２６２７４号明細書
【特許文献２】
特開２００２−３４５２５２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各電力変換装置において、共通の交流電力と同期するようにＰＷＭ搬送波を生成するようにした方法を、前記図９に示すような、商用電源からの交流電力を直流電力に変換する電力変換システムに適用した場合には、商用電源からの交流電力の位相に同期したＰＷＭ搬送波を生成することになる。
ここで、商用電源の周波数は５０〔Ｈｚ〕又は６０〔Ｈｚ〕であるのに対し、ＰＷＭ搬送波は、一般に数〔ｋＨｚ〕〜数十〔ｋＨｚ〕であって、商用電源の周波数に比較してかなり高い。このため、商用電源の位相検出における僅かな誤差は、ＰＷＭ搬送波においては大きな誤差となる。
【００１０】
例えば、商用電源の周波数を５０〔Ｈｚ〕、ＰＷＭ搬送波の周波数を１０〔ｋＨｚ〕とした場合、商用電源の位相検出誤差が、０．５度であった場合には、この誤差をＰＷＭ搬送波の周波数に換算すると、１００度の誤差に相当することになる。一般に、商用電源の電圧にはひずみやノイズが重畳しているため、位相の検出誤差を避けることができず、ＰＷＭ搬送波の同期精度の点では不十分であるという問題がある。
【００１１】
また、上述のように、上位コンピュータから、各電力変換装置にＰＷＭ搬送波を供給する方法においては、確かに、各電力装置間でＰＷＭ搬送波の同期をとることができる。しかしながら、上位コンピュータが故障した場合には、各電力変換装置が正常であっても、電力変換システム全体が停止することになる。このため、複数の電力変換装置のうち、何れかが異常となった場合であっても、他の正常な電力変換装置によって電力変換システムを継続して作動させる、並列冗長性を図るようにした電力変換システムにおいては、上位コンピュータが異常した時点で電力変換システム全体が停止することになってしまい、並列冗長性を確保することができないという問題がある。
【００１２】
そこで、この発明は、上記従来の未解決の課題に着目し、並列接続された複数の電力変換装置において、ＰＷＭ搬送波間の同期をより高精度にとることの可能なＰＷＭ搬送波の同期方法及びこれを用いた電力変換システムを適用することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るＰＷＭ搬送波の同期方法は、ＰＷＭ制御が適用される複数の電力変換装置間で、前記ＰＷＭ制御用のＰＷＭ搬送波を同期させるようにしたＰＷＭ搬送波の同期方法であって、各電力変換装置は、前記ＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成すると共に自己及び他の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の前記同期信号を生成し、この同期信号に前記ＰＷＭ搬送波を同期させることを特徴としている。
【００１４】
この請求項１に係る発明では、各電力変換装置でのＰＷＭ制御において用いられるＰＷＭ搬送波を同期させるための同期信号の元となる元信号を、各電力変換装置それぞれが生成し、さらに自己及び他の電力変換装置で生成された各元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成し、このようにして生成した同期信号に、前記ＰＷＭ搬送波を同期させる。
【００１５】
ここで、各電力変換装置では、それぞれ各電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成するようにしているため、各電力変換装置で生成される同期信号は同等の同期信号となる。そして各電力変換装置では、同等の同期信号にＰＷＭ搬送波を同期させるようにしているから、結果的に、各電力変換装置において用いられるＰＷＭ搬送波は同期することになる。
【００１６】
したがって、各電力変換装置で、共通の交流電力の電圧信号を検出し、これを前記元信号とするようにした場合に、例えば各元信号に位相誤差等が含まれる場合等であっても、各元信号から共通の同期信号を生成するようにしているため、この同期信号とＰＷＭ搬送波とを同期させることにより、各電力変換装置での元信号の位相誤差等の影響を受けることなく、ＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることが可能となる。
【００１７】
また、請求項２に係るＰＷＭ搬送波の同期方法は、ＰＷＭ制御が適用される複数の電力変換装置間で、前記ＰＷＭ制御用のＰＷＭ搬送波を同期させるようにしたＰＷＭ搬送波の同期方法であって、各電力変換装置は、前記ＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成して共通バスに出力し、当該共通バスを利用して自己及び他の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の前記同期信号を生成し、当該同期信号に、前記ＰＷＭ搬送波を同期させることを特徴としている。
【００１８】
この請求項２に係る発明では、各電力変換装置でのＰＷＭ制御において用いられるＰＷＭ搬送波を同期させるための同期信号の元となる元信号を、各電力変換装置それぞれが生成してこれを共通バスに出力し、さらに各電力変換装置では、共通バスを利用して、自己及び他の電力変換装置で生成された各元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成する。そして、このようにして生成した同期信号に、前記ＰＷＭ搬送波を同期させる。
【００１９】
ここで、各電力変換装置では、それぞれ共通バスを利用して各電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成するようにしているため、各電力変換装置で生成される同期信号は同等の同期信号となる。そして各電力変換装置では、この同等の同期信号にＰＷＭ搬送波を同期させるようにしているから、結果的に、各電力変換装置において用いられるＰＷＭ搬送波は同期することになる。
【００２０】
したがって、例えば、各電力変換装置で、共通の交流電力の電圧信号を検出し、これを前記元信号とするようにした場合に、例えば各元信号に位相誤差等が含まれる場合等であっても、各元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成するようにしているため、各電力変換装置がそれぞれこの同等に形成される同期信号とＰＷＭ搬送波とを同期させることにより、各電力変換装置での位相誤差等の影響を受けることなく、ＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることが可能となる。
【００２１】
また、請求項３に係る電力変換システムは、ＰＷＭ制御が適用される複数の電力変換装置を備えた電力変換システムにおいて、前記電力変換装置は、前記ＰＷＭ制御で用いられるＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成する元信号生成手段と、当該元信号生成手段で生成された前記元信号を、他の電力変換装置との間で授受するための伝達手段と、当該伝達手段で伝達される他の電力変換装置で生成された元信号及び自己の元信号から各電力変換装置間で共通の前記同期信号を生成する同期信号生成手段と、前記ＰＷＭ搬送波を、前記同期信号生成手段で生成された同期信号に同期させる調整手段と、を備えることを特徴としている。
【００２２】
この請求項３に係る発明では、ＰＷＭ制御で用いられるＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号が元信号生成手段で生成される。各電力変換装置の元信号生成手段で生成された元信号は、伝達手段によって他の電力変換装置に伝達され、この伝達手段で伝達された他の電力変換装置で生成された元信号及び自己の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号が生成される。そして、この同期信号生成手段で生成された同期信号にＰＷＭ搬送波を同期させるよう調整手段で調整が行われる。
【００２３】
ここで、同期信号生成手段では、各電力変換装置の元信号生成手段で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成しているから、各電力変換装置で生成される同期信号は結果的に同等の同期信号となる。
したがって、各電力変換装置が、この同等の同期信号にＰＷＭ搬送波を同期させるよう動作することにより、間接的に、各電力変換装置間においてＰＷＭ搬送波が同期することになる。
【００２４】
このため、例えば、各電力変換装置で、共通の交流電力の電圧信号を検出し、これを前記元信号とするようにした場合に、例えば各元信号に位相誤差等が含まれる場合等であっても、各元信号から電力変換装置間で共通の同期信号を生成するようにしているため、各電力変換装置でこの同等の同期信号とＰＷＭ搬送波とを同期させることにより、各電力変換装置での位相誤差等の影響を受けることなく、ＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることが可能となる。
【００２５】
また、請求項４に係る電力変換システムは、前記請求項３記載の電力変換システムにおいて、前記伝達手段は、各電力変換装置の前記元信号生成手段と接続される共通バスであって、前記同期信号生成手段は、当該共通バスを利用して前記同期信号を生成することを特徴としている。
この請求項４に係る発明では、伝達手段は、各電力変換装置の元信号生成手段と接続される共通バスで構成され、この共通バスを利用して、同期信号生成手段により同期信号が発生される。
【００２６】
また、請求項５に係る電力変換システムは、前記請求項３又は請求項４に係る電力変換システムにおいて、前記元信号生成手段は、前記元信号としてパルス信号を生成し、前記同期信号生成手段は、各電力変換装置で生成されたパルス信号からなる元信号を論理合成して前記同期信号を生成するようになっていることを特徴としている。
この請求項５に係る発明では、元信号生成手段により、前記元信号としてパルス信号が生成され、このパルス信号からなる元信号が論理合成されて同期信号が生成される。
【００２７】
また、請求項６に係る電力変換システムは、前記請求項３又は請求項４に係る電力変換システムにおいて、前記元信号生成手段は、前記元信号としてアナログ信号を生成し、前記同期信号生成手段は、各電力変換装置で生成されたアナログ信号からなる元信号の平均値信号を生成しこれを前記同期信号とするようになっていることを特徴としている。
この請求項６に係る発明では、元信号生成手段により、前記元信号としてアナログ信号が生成され、このアナログ信号からなる元信号の平均値信号が同期信号として生成される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
図１は、電力変換システム全体の構成を表す構成図である。前記図９に示す従来の電力変換システムにおいて、共通バスライン１２が設けられ、この共通バスライン１２に制御装置１２１及び１２２が接続されている。なお、図９と同一部には、同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
図２は、図１のＡＣ／ＤＣ変換器１０１、１０２を駆動制御する制御装置１２１、１２２の一例を示すブロック図である。なお、各制御装置１２１、１２２の機能構成は同一であるので、ここでは、制御装置１２１について説明する。
【００２９】
図２に示すように、制御装置１２１は、ＰＷＭ制御におけるＰＷＭ搬送波としてのキャリア信号Ｓｃを生成するキャリア信号生成部１と、商用電源１１２からの交流電力を直流電力に変換する際の直流電力指令信号を生成する指令信号生成部２と、キャリア信号生成部１で生成されたキャリア信号及び指令信号生成部２で生成された指令信号との交差点を求めること等により、ＡＣ／ＤＣ変換器１０１を構成する図示しないスイッチング素子を切り替えるタイミングを特定するタイミング信号を生成するタイミング信号生成部３と、このタイミング信号生成部３で生成されたタイミング信号にしたがって、各スイッチング素子を駆動するための駆動信号を出力する駆動回路４とを備えて構成されている。
【００３０】
図３は、前記キャリア信号生成部１の構成を示すブロック図である。
キャリア信号生成部１は、図３に示すように、同期用の元パルス信号を生成する元パルス信号生成部１１と、当該元パルス信号生成部１１と共通バスライン１２との間に介挿され、前記共通バスライン１２を利用して元パルス信号生成部１１から出力される後述の同期元パルス信号をワイヤードオア接続するワイヤードオア接続回路１３と、当該ワイヤードオア接続回路１３で生成される同期用パルス信号に基づいて、当該同期用パルス信号に同期したキャリア信号Ｓｃを生成するキャリア発生部１４とから構成され、前記元パルス信号生成部１１及び前記キャリア発生部１４は、例えば、マイクロコンピュータ等で構成される制御用演算処理装置での内部処理として実行されるようになっている。
【００３１】
前記元パルス信号生成部１１は、商用電源１１２の電圧を検出する、図示しない電圧検出器からの電源電圧信号Ｖacと同位相の信号を生成するＰＬＬ回路１１ａと、当該ＰＬＬ回路１１ａの出力信号を、これよりも高い周波数の信号、例えば、２倍の周波数の信号に変換する発振器１１ｂとから構成され、前記電源電圧信号Ｖacと同期し、且つ電源電圧信号Ｖacの周波数、つまり、商用電源１１２の電源電圧の周波数よりも高い周波数のパルス信号を生成し、これを同期用元パルス信号Ｓ１１として出力する。
【００３２】
前記共通バスライン１２は、グランドライン１２ａ、信号ライン１２ｂ及び電源ライン１２ｃから構成されている。
また、前記ワイヤードオア接続回路１３は、回路電源Ｖ及び前記電源ライン１２ｃとの間に介挿されたダイオード１３ａと、ダイオード１３ａ及び前記電源ライン１２ｃ間に、一端が接続された抵抗１３ｂと、この抵抗１３ｂの他端にこれと直列に接続されたトランジスタ１３ｃとから構成され、前記トランジスタ１３ｃのエミッタ側はグランドライン１２ａに接続されている。また、前記トランジスタ１３ｃのコレクタ側は前記信号ライン１２ｂに接続され、この信号ライン１２ｂの電圧信号が同期用パルス信号Ｓ１２として、前記キャリア発生部１４に入力される。また、前記トランジスタ１３ｃのゲートには前記元パルス信号生成部１１で生成された同期用元パルス信号Ｓ１１が入力される。
【００３３】
前記キャリア発生部１４は、前記同期用パルス信号Ｓ１２の立ち下がりエッジを検出するエッジ検出部１４ａと、キャリア発生部１４から出力されるキャリア信号Ｓｃを波形整形し方形波に変換するコンパレータ１４ｂ等の波形整形器と、このコンパレータ１４ｂで生成された方形波を分周し、前記同期用パルス信号Ｓ１２と同じ周波数の方形波を得るための分周器１４ｃと、前記エッジ検出部１４ａで生成されたエッジ信号と前記分周器１４ｃで分周した方形波信号との位相を比較し、これら間の位相の差がなくなるようにキャリア発生器１４ｅを調節する位相調節器１４ｄとを備え、キャリア発生器１４ｅでは、ＰＷＭ制御における図示しないスイッチング素子の切替周期に応じた所定周波数の三角波からなるキャリア信号Ｓｃを発生するようになっている。
【００３４】
ここで、前記ワイヤードオア接続回路１３は、前記元パルス信号生成部１１からの同期用元パルス信号Ｓ１１を、前記共通バスライン１２にワイヤードオア接続している。つまり、前記図１に示すように、各制御装置１２１及び１２２のキャリア信号生成部１においてそれぞれ同期用元パルス信号Ｓ１１を生成し、これがワイヤードオア接続されているから、共通バスライン１２によって、各制御装置で生成された同期用元パルス信号Ｓ１１の負論理の論理和が求められることになり、これが同期用パルス信号Ｓ１２として、キャリア発生部１４に入力されることになる。
なお、ここでは、前記エッジ検出部１４ａでは、立ち下がりエッジを検出するようにしているが、立ち上がりエッジを検出するようにしてもよいことはいうまでもない。
次に、上記第１の実施の形態の動作を、図４及び図５の波形図を伴って説明する。
【００３５】
なお、図４及び図５において、（ａ）は、図１の制御装置１２１で検出した商用電源１１２の電源電圧信号Ｖac（１）、（ｂ）は、制御装置１２１の発振器１１ｂの出力、つまり同期用元パルス信号Ｓ１１（１）、（ｃ）は発振器１１ｂの出力、つまり同期用元パルス信号Ｓ１１（１）の反転信号、（ｄ）は、図１の制御装置１２２で検出した商用電源１１２の電源電圧信号Ｖac（２）、（ｅ）は、制御装置１２２の発振器１１ｂの出力、つまり同期用元パルス信号Ｓ１１（２）、（ｆ）は制御装置１２２の発振器１１ｂの出力の反転信号、つまり、同期用元パルス信号Ｓ１１（２）の反転信号、（ｇ）は、共通バスライン１２の信号ライン１２ｂの電位、つまり、同期用パルス信号Ｓ１２、（ｈ）は制御装置１２１で生成されるキャリア信号Ｓｃ（１）、（ｉ）は制御装置１２２で生成されるキャリア信号Ｓｃ（２）である。
【００３６】
各制御装置１２１、１２２では、それぞれ商用電源１１２の電源電圧を検出し、元パルス信号生成部１１において、この電源電圧信号Ｖacと同期し、且つこれよりも周波数の高い同期用元パルス信号Ｓ１１を生成し、これをワイヤードオア接続回路１３に出力する。
各制御装置で生成された同期用元パルス信号Ｓ１１は、共通バスライン１２を利用してワイヤードオア接続されているから、各制御装置で生成された同期用元パルス信号Ｓ１１の負論理の論理和（図４（ｇ））が同期用パルス信号Ｓ１２として、各制御装置のキャリア発生部１４に入力される。そして、各制御装置のエッジ検出部１４ａでは、同期用パルス信号Ｓ１２の立ち下がりエッジを検出し、この立ち下がりエッジとキャリア信号Ｓｃの分周信号の位相のずれがなくなるように、キャリア発生器１４ｅを調節する。
【００３７】
これによって、各制御装置のキャリア発生部１４では、この同期用パルス信号Ｓ１２とキャリア信号Ｓｃとが同期するようにキャリア信号Ｓｃを生成することになる（図４（ｈ）、（ｉ））。
したがって、例えば、図４に示すように、制御装置１２１で検出した電源電圧信号Ｖac（１）と、制御装置１２２で検出した電源電圧信号Ｖac（２）との間に位相誤差εがあった場合、各制御装置１２１、１２２で電源電圧信号Ｖac（１）、電源電圧信号Ｖac（２）に基づいてそれぞれキャリア信号Ｓｃを発生した場合には、電源電圧信号Ｖac（１）及び電源電圧信号Ｖac（２）間には、位相誤差があるため、各制御装置で生成されるキャリア信号Ｓｃ（１）、Ｓｃ（２）は、この位相誤差の影響を受けるため同期精度が低下する。
【００３８】
しかしながら、図４に示すように、各制御装置で生成した同期用元パルス信号Ｓ１１を合成して同期用パルス信号Ｓ１２（図４（（ｇ））を生成し、各制御装置では、この共通の同期用パルス信号Ｓ１２に基づいて、この同期用パルス信号Ｓ１２と同期したキャリア信号Ｓｃを生成するから、各制御装置で生成されたキャリア信号Ｓｃを間接的に同期させることができる。
【００３９】
このとき、各制御装置それぞれで検出した商用電源１１２の電源電圧信号Ｖacと同期した同期用元パルス信号Ｓ１１を、その論理和を求めることにより論理合成し、これに基づいてキャリア信号Ｓｃを発生させるので、各制御装置で検出した商用電源の電源電圧信号Ｖacに検出誤差が含まれる場合であっても、この位相誤差の影響を受けることなく、高精度に商用電源１１２の周波数に同期したキャリア信号Ｓｃを生成することができる。
【００４０】
また、このとき、例えば、図５に示すように、制御装置１２１で検出した電源電圧信号Ｖac（１）と、制御装置１２２で検出した電源電圧信号Ｖac（２）とで、その検出周波数が異なる場合であっても、各制御装置では、各電源電圧信号Ｖac（１）、Ｖac（２）を合成した同期用パルス信号Ｓ１２（図５（ｇ））に基づいて、それぞれキャリア信号Ｓｃ（１）、Ｓｃ（２）を生成するから、この場合も、電源電圧信号Ｖac（１）、Ｖac（２）間に位相誤差εがある場合であっても、この影響を受けることなく、高精度に商用電源１１２の周波数に同期したキャリア信号Ｓｃ（１）、Ｓｃ（２）を生成することができる。
【００４１】
また、このように、検出した電源電圧信号の位相誤差の影響を受けることなく、各制御装置におけるキャリア信号Ｓｃを同期させることができるから、商用電源１１２からの交流電力に歪みやノイズ等が重畳されているような場合であっても、これらの影響を受けることなく、各キャリア信号Ｓｃを高精度に同期させることができる。
【００４２】
また、このとき、商用電源１１２の電源電圧信号Ｖacから、この周波数よりも高い周波数の同期用元パルス信号Ｓ１１を生成するようにし、これに基づいて同期用パルス信号Ｓ１２を生成し、この同期用パルス信号Ｓ１２の立ち下がりエッジで位相調整を行うようにしているから、電源電圧信号Ｖacに同期するよう調整する場合に比較して、より高精度に同期調整を行うことができる。
【００４３】
したがって、このように、各制御装置が、制御装置間で高精度に同期したキャリア信号Ｓｃに基づいて、各ＡＣ／ＤＣ変換器に対するＰＷＭ制御を行うことによって、並列接続された複数のＡＣ／ＤＣ変換器間でスイッチングリプル電流が発生することを防止することができる。
また、このとき、各制御装置で生成した同期用元パルス信号Ｓ１１に基づき共通バスライン１２を利用して論理和を検出しこれを各制御装置に分配するようにしているから、複数の制御装置のうちの何れかに異常が発生した場合等であっても、例えば、この制御装置を共通バスライン１２から切り離すこと等によって、他の制御装置では何ら影響なく継続して、電力変換を行うことができ、電力変換システムの並列冗長性を確保することができる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、キャリア信号生成部１の構成が異なり、また、共通バスライン１２に替えて共通バスライン２２を用いるようにしたこと以外は同様であるので、同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
【００４５】
この第２の実施の形態におけるキャリア信号生成部１は、図６に示すように、正弦波信号からなる同期用元信号Ｓ２１を生成する元信号生成部２１と、当該元信号生成部２１と共通バスライン２２との間に介挿され、前記共通バスライン２２を利用して各制御装置で生成される前記同期用元信号Ｓ２１に応じた電流信号の平均電流を検出する平均電流検出回路２３と、当該平均電流検出回路２３で生成される同期用信号Ｓ２２に基づいて、当該同期用信号Ｓ２２に同期したキャリア信号Ｓｃを生成するキャリア発生部２４とから構成され、前記元信号生成部２１及びキャリア発生部２４は、例えば、マイクロコンピュータ等で構成される制御用演算処理装置での内部処理として実行されるようになっている。
【００４６】
前記元信号生成部２１は、商用電源１１２の電源電圧を検出する図示しない電圧検出器からの電源電圧信号Ｖacと同位相の信号を生成するＰＬＬ回路２１ａと、当該ＰＬＬ回路２１ａの出力信号を、これよりも高い周波数、例えば、２倍の周波数の信号に変換する発振器２１ｂとから構成され、前記電源電圧信号Ｖacと同期し、且つ電源電圧信号Ｖacの周波数、つまり商用電源１１２の電源電圧の周波数よりも高い周波数の正弦波信号を生成し、これを同期用元信号Ｓ２１として出力する。
【００４７】
前記平均電流検出回路２３は、共通バスライン２２のグランドライン２２ａ及び信号ライン２２ｂ間に接続され、前記同期用元信号Ｓ２１を電流信号に変換するための電流信号源２３ａと、当該電流信号源２３ａと並列に接続された分流抵抗器２３ｂと、当該分流抵抗器２３ｂを流れる電流を検出する電流検出器２３ｃとから構成され、この電流検出器２３ｃで検出される分流電流が、同期用信号Ｓ２２として、前記キャリア発生部２４に入力される。
【００４８】
前記キャリア発生部２４は、前記同期用信号Ｓ２２を波形整形し方形波を生成するコンパレータ２４ａ等で構成される波形整形器と、キャリア発生部２４から出力されるキャリア信号Ｓｃを、波形整形して方形波に変換するコンパレータ２４ｂ等の波形整形器と、このコンパレータ２４ｂで生成された、キャリア信号Ｓｃと同位相の方形波を分周し、前記同期用信号Ｓ２２と同じ周波数の方形波を得るための分周器２４ｃと、前記コンパレータ２４ａで生成された、同期用信号Ｓ２２に応じた方形波と前記分周器２４ｃで分周した方形波との位相を比較し、これらの位相の差がなくなるようにキャリア発生器２４ｅを調節する位相調節器２４ｄとを備え、キャリア発生器２４ｅでは、ＰＷＭ制御における図示しないスイッチング素子の切替周期に応じた所定周波数の三角波からなるキャリア信号Ｓｃを発生するようになっている。
【００４９】
つまり、前記平均電流検出回路２３は、各制御装置で生成された同期用元信号Ｓ２１に応じた電流信号の平均電流を算出しており、これが同期用信号Ｓ２２として、キャリア発生部２４に入力されることになる。
次に、上記第２の実施の形態の動作を、図７の波形図を伴って説明する。
なお、図７において、（ａ）は、図１の制御装置１２１で検出した、商用電源１１２の電源電圧信号Ｖac（１）、（ｂ）は、制御装置１２１の同期用元信号Ｓ２１に応じた電流信号源２３ａの出力、（ｃ）は図１の制御装置１２２で検出した、商用電源１１２の電源電圧信号Ｖac（２）、（ｄ）は、制御装置１２２の同期用元信号に応じた電流信号源２３ａの出力、（ｅ）は各制御装置の分流抵抗器２３ｂを流れる電流、つまり、同期用信号Ｓ２２、（ｆ）は、各制御装置のコンパレータ２４ａの出力、（ｇ）は制御装置１２１で生成されるキャリア信号Ｓｃ（１）、（ｈ）は制御装置１２２で生成されるキャリア信号Ｓｃ（２）である。
【００５０】
各制御装置では、それぞれ商用電源１１２の電源電圧を検出し、元信号生成部２１において、この電源電圧信号Ｖacに同期し、且つ商用電源１１２の周波数の２倍の周波数の正弦波信号からなる同期用元信号Ｓ２１を生成し、これを平均電流検出回路２３に出力する。
各同期用元信号Ｓ２１は、電流信号源２３ａにより電流信号（図７（ｂ）、（ｄ））に変換されて共通バスライン２２に出力される。したがって、共通バスライン２２を流れる各同期用元信号Ｓ２１に応じた電流信号の平均電流が分流抵抗器２３ｂを流れることになる。そして、この分流抵抗器２３ｂを流れる平均電流が同期用信号Ｓ２２（図７（ｅ））としてキャリア発生部２４に供給される。そして、各制御装置のキャリア発生部２４では、この同期用信号Ｓ２２をコンパレータ２４ａで方形波信号に変換し、例えば、この方形波信号の立ち上がりで、方形波信号と、キャリア信号Ｓｃを同期用信号Ｓ２２と同じ周波数に分周した信号との位相が一致するように、キャリア信号Ｓｃ（図７（ｇ）、（ｈ））を発生することになる。
【００５１】
したがって、この第２の実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができ、各制御装置では、同期用信号Ｓ２２と同期したキャリア信号Ｓｃを発生し、且つ各制御装置共通の同期用信号Ｓ２２に基づいてキャリア信号Ｓｃを発生するから、各制御装置で生成したキャリア信号Ｓｃを間接的に同期させることができる。また、この場合も、電源電圧信号Ｖacよりも高い周波数の同期用元信号Ｓ２１を生成するようにしているから、より高精度にキャリア信号Ｓｃを同期させることができる。
【００５２】
また、このとき、各制御装置で検出した商用電源１１２の電源電圧信号Ｖacと同期した同期用元信号Ｓ２１に応じた電流信号の平均電流を求め、これに基づいてキャリア信号Ｓｃを発生させるので、各制御装置で検出した電源電圧信号Ｖacに、位相誤差或いは周波数誤差等の検出誤差が含まれる場合であっても、この検出誤差による影響を受けることなく、高精度に商用電源１１２の電源電圧に同期したキャリア信号Ｓｃを生成することができる。
【００５３】
また、このとき、各制御装置で生成した同期用元信号Ｓ２１に基づき共通バスライン２２を利用して平均電流を検出し、これを同期用信号Ｓ２２として各制御装置に分配するようにしているから、複数の制御装置のうちの何れかに異常が発生した場合等であっても、この制御装置を共通バスライン２２から切り離すこと等によって、他の制御装置では何ら影響なく継続して電力変換を行うことができ、電力変換システムの並列冗長性を確保することができる。
【００５４】
したがって、このように高精度に同期したキャリア信号Ｓｃに基づいて、各制御装置が、ＡＣ／ＤＣ変換器をＰＷＭ制御することによって、ＡＣ／ＤＣ変換器どうし間でスイッチングリプルが発生することを防止することができる。
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
この第３の実施の形態は、図８に示すように、上記第２の実施の形態において、平均電流検出回路２３に替えて、平均電圧検出回路３０を設けたこと以外は、同一であるので同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
この第３の実施の形態におけるキャリア信号生成部１では、元信号生成部２１で生成した、商用電源１１２の電源電圧信号Ｖacに同期したこれよりも周波数の高い同期用元信号Ｓ２１を電圧信号に変換し、これに基づいてキャリア信号Ｓｃを生成するようになっている。
すなわち、前記平均電圧検出回路３０は、図８に示すように、共通バスライン２２のグランドライン２２ａ及び信号ライン２２ｂ間に、抵抗器３０ａを介して接続され且つ前記同期用元信号Ｓ２１を電圧信号に変換する電圧信号源３０ｂと、信号ライン２２ｂ及びグランドライン２２ａ間の電圧を検出する電圧検出器３０ｃとから構成され、電圧検出器３０ｃで検出される検出電圧が、同期用信号Ｓ３２として、前記キャリア発生部２４に入力される。
【００５６】
つまり、前記平均電圧検出回路３０は、共通バスライン２２を介して、各制御装置で生成された同期用元信号Ｓ２１に応じた電圧信号の平均電圧を検出しており、これが同期用信号Ｓ３２として、キャリア発生部２４に入力されることになる。
次に、上記第３の実施の形態の動作を説明する。
各制御装置では、それぞれ商用電源１１２の電源電圧を検出し、元信号生成部２１において、この電源電圧信号Ｖacと同期し、且つこれよりも周波数の高い同期用元信号Ｓ２１を生成し、これを平均電圧検出回路３０に出力する。
【００５７】
そして、各制御装置で生成された同期用元信号Ｓ２１はそれぞれ電圧信号源３０ａにより電圧信号に変換された後、共通バスライン２２に出力される。このため、電流検出器３０ｃでは、各制御装置で算出された同期用元信号Ｓ２１に応じた電圧信号の平均電圧を検出することになる。そして、この平均電圧を同期用信号Ｓ３２として、キャリア発生部２４では、キャリア信号Ｓｃを発生する。
【００５８】
したがって、この第３の実施の形態においても、各制御装置では、同期用信号Ｓ３２と同期したキャリア信号Ｓｃを発生し、且つ各制御装置共通の同期用信号Ｓ３２に基づいてキャリア信号Ｓｃを発生するから、各制御装置で生成されるキャリア信号Ｓｃを間接的に同期させることができる。よって、この場合も上記第２の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００５９】
なお、上記各実施の形態においては、キャリア信号Ｓｃを波形整形しこれを分周した分周信号と、パルス信号からなる同期用パルス信号Ｓ１２或いは電流信号又は電圧信号からなる同期用信号Ｓ２２、Ｓ３２との位相が一致するように調整してキャリア信号Ｓｃを生成するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、同期用パルス信号Ｓ１２或いは同期用信号Ｓ２２、Ｓ３２と同期するキャリア信号Ｓｃを生成する手段であれば、どのような手段であっても適用することができる。
【００６０】
また、上記各実施の形態においては、商用電源１１２の電源電圧信号Ｖacに基づいて、同期用元パルス信号Ｓ１１或いは同期用元信号Ｓ２１を生成するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、任意の信号に基づいて生成することができる。また、各制御装置で共通の信号に基づいて生成する必要はない。つまり、上述のように、各制御装置で生成した同期用元パルス信号Ｓ１１、同期用元信号Ｓ２１に基づいて、同期用パルス信号Ｓ１２或いは同期用元パルス信号Ｓ２２を生成し、この共通の同期用パルス信号Ｓ１２或いは同期用元パルス信号Ｓ２２に基づいて各制御装置が、キャリア信号Ｓｃを生成するから、どのような同期用元パルス信号Ｓ１１、同期用元信号Ｓ２１であっても適用することができる。
【００６１】
また、上記各実施の形態においては、共通バスラインを用いて各制御装置で算出された同期用元パルス信号或いは同期用元信号を合成するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、要は、各制御装置に、他の制御装置で算出された同期用元パルス信号或いは同期用元信号を分配することのできる手段をであれば適用することができる。
【００６２】
また、上記各実施の形態においては、二つのＡＣ／ＤＣ変換器を並列接続して構成される電力変換システムに適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、２以上のＡＣ／ＤＣ変換器を並列接続した場合であっても適用できることはいうまでもない。
また、上記各実施の形態においては、電力変換装置として、ＰＷＭ制御により交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、ＤＣ／ＡＣ変換器、チョッパ回路、無効電力補償装置等、スイッチング素子を備えて構成され、このスイッチング素子をＰＷＭ制御によって電力変換を行うようになっている電力変換装置であれば適用することができる。
【００６３】
また、上記各実施の形態においては、同期用元パルス信号或いは同期用元信号として、電源電圧信号Ｖacの２倍の周波数の信号を生成するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、電源電圧信号Ｖacの周波数と同等の周波数であってもよい。しかしながら、同期用パルス信号或いは同期用信号に応じてキャリア信号Ｓｃの位相調整が行われるから、電源電圧信号Ｖacの周波数よりも高い周波数の同期用元パルス信号或いは同期用元信号を生成し、同期用パルス信号或いは同期用信号の周波数を高くするほど、より高精度に同期をとることができる。
【００６４】
なお、上記各実施の形態において、元パルス信号生成部１１及び元信号生成部２１がそれぞれ元信号生成手段に対応し、共通バスライン１２及び２２がそれぞれ伝達手段に対応し、ワイヤードオア接続回路１３、平均電流検出回路２３及び平均電圧検出回路３０がそれぞれ同期信号生成手段に対応し、キャリア発生部１４、２４がそれぞれ調整手段に対応している。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係るＰＷＭ搬送波の同期方法によれば、各電力変換装置が、ＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成すると共に自己及び他の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成し、この同期信号に前記ＰＷＭ搬送波を同期させるようにしたため、電力変換装置間でのＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることができる。
【００６６】
また、請求項２に係るＰＷＭ搬送波の同期方法によれば、各電力変換装置が、ＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成して共通バスに出力し、当該共通バスを利用して自己及び他の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成し、当該同期信号に、前記ＰＷＭ搬送波を同期させるようにしたから、電力変換装置間でのＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることができる。
【００６７】
また、請求項３に係る電力変換システムによれば、電力変換装置毎に、元信号生成手段においてＰＷＭ制御で用いられるＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成し、これを伝達手段によって他の電力変換装置に伝達し、伝達手段で伝達された他の電力変換装置で生成された元信号及び自己の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成し、この同期信号にＰＷＭ搬送波を同期させるよう調整手段で調整を行うようにしたため、電力変換装置間でのＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることができる。
【００６８】
また、請求項４に係る電力変換システムによれば、伝達手段として各電力変換装置の元信号生成手段と接続される共通バスを適用し、この共通バスを利用して、同期信号を生成するようにしたから、各電力変換装置の元信号生成手段で生成した元信号から共通の同期信号を容易に生成することができる。
また、請求項５に係る電力変換システムによれば、前記元信号生成手段では、元信号としてパルス信号を生成し、各電力変換装置で生成されたパルス信号からなる元信号を論理合成して同期信号を生成するようにしたため、各電力変換装置からの元信号から、共通の同期信号を容易に生成することができる。
【００６９】
さらに、請求項６に係る電力変換システムによれば、前記元信号生成手段では、元信号としてアナログ信号を生成し、各電力変換装置で生成されたアナログ信号からなる元信号の平均値信号を生成しこれを同期信号とするようにしたため、各電力変換装置からの元信号から、同期信号を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した、電力変換システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】図１の制御装置の一例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態におけるキャリア信号生成部の一例を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態の動作説明に供する波形図である。
【図５】第１の実施の形態の動作説明に供する波形図である。
【図６】第２の実施の形態におけるキャリア信号生成部の一例を示すブロック図である。
【図７】第２の実施の形態の動作説明に供する波形図である。
【図８】第３の実施の形態におけるキャリア信号生成部の一例を示すブロック図である。
【図９】従来の電力変換システムの一例を示す概略構成図である。
【図１０】従来のキャリア信号生成部の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ キャリア信号生成部
１１ 元パルス信号生成部
１２、２２ 共通バスライン
１３ ワイヤードオア接続回路
１４、２４ キャリア発生部
２１ 元信号生成部
２３ 平均電流検出回路
３０ 平均電圧検出回路
１０１、１０２ ＡＣ／ＤＣ変換器
１１１ 共通母線
１１２ 商用電源
１２１、１２２ 制御装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＰＷＭ制御が適用されるインバータ等の複数の電力変換装置が並列運転されるようになっている電力変換システムにおいて、各電力変換装置でＰＷＭ制御を行う際に用いられるＰＷＭ搬送波を各電力変換装置間で同期させるようにした、ＰＷＭ搬送波の同期方法及びこれを用いた電力変換システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＷＭ制御が適用された電力変換装置を複数用いた電力変換システムとして、数々のものが提案されている。
例えば、図９に示す電力変換システムでは、交流電力を直流電力に変換する複数のＡＣ／ＤＣ変換器（図９の場合には２つ）１０１、１０２が、共通母線１１１を介してその出力端が並列接続され、商用電源１１２からの３相の交流電力が、リアクトル及びコンデンサで構成されるフィルタ回路１１３、１１４を介してそれぞれＡＣ／ＤＣ変換器１０１、１０２に供給される。
【０００３】
そして、各ＡＣ／ＤＣ変換器１０１、１０２を、それぞれ制御装置１２１、１２２によって駆動制御し、商用電源１１２からの交流電力を直流電力に変換することによって、蓄電手段１１５の蓄電圧が所定電圧となるように電力変換を行うようになっている。
ところで、一般に、ＰＷＭ制御が適用される電力変換装置は、例えば、高周波スイッチングの可能なトランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子で構成され、これらスイッチング素子をＰＷＭ制御によるスイッチングタイミングで動作させることによって、電力変換を行うようになっている。例えば、電力変換によって得るべき直流電力の指令信号と三角波からなるＰＷＭ搬送波（以後、キャリア信号ともいう。）とが交差する時点を、前記ＰＷＭ制御のスイッチングタイミングとして、各スイッチング素子を駆動制御するようになっている。
【０００４】
また、このように複数の電力変換装置を複数並列に接続するようにした場合、各電力変換装置でのＰＷＭ制御において用いられるＰＷＭ搬送波が同期していない場合には、各電力変換装置間で互いに独立してスイッチング素子が切り替わるため、電力変換装置相互間にスイッチングリプル電流が流れる場合があり、装置容量の大型化や損失の増大を伴うという問題がある。
【０００５】
これを回避するために、各電力変換装置間でＰＷＭ搬送波の同期を取る方法として、例えば、電力変換により得られた各電力変換装置で共通の交流電力の位相に同期したＰＷＭ搬送波を生成するようにした方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
つまり、図１０に示すように、交流電力電圧Ｖacを検出し、これをコンパレータ１３１等の波形整形器で方形波に変換する。
【０００６】
また、ＰＷＭ搬送波Ｓｃをコンパレータ１３２等の波形整形器で方形波に変換した後、これを分周器１３３で分周して、交流電力と同じ周波数の方形波信号を生成する。そして、コンパレータ１３１で波形整形した交流電力電圧Ｖacの方形波信号と、分周器１３３で分周した交流電力と同じ周波数の方形波信号との位相を位相調節器１３４で比較し、この位相の差がなくなるようにキャリア発生器１３５を調整し、交流電力の位相と同期したＰＷＭ搬送波を発生させるようにしている。
【０００７】
つまり、各電力変換装置において、共通の交流電力電圧の位相に同期したＰＷＭ搬送波を生成し、これに基づいてＰＷＭ制御を行うことによって、間接的に各電力変換装置のＰＷＭ搬送波間での同期をとるようにしている。
また、上述のように各電力変換装置において、ＰＷＭ搬送波を生成するのではなく、上位コンピュータでＰＷＭ搬送波を生成し、これを各電力変換装置に供給するようにしたものも提案されている（特許文献２）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２６２６２７４号明細書
【特許文献２】
特開２００２−３４５２５２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各電力変換装置において、共通の交流電力と同期するようにＰＷＭ搬送波を生成するようにした方法を、前記図９に示すような、商用電源からの交流電力を直流電力に変換する電力変換システムに適用した場合には、商用電源からの交流電力の位相に同期したＰＷＭ搬送波を生成することになる。
ここで、商用電源の周波数は５０〔Ｈｚ〕又は６０〔Ｈｚ〕であるのに対し、ＰＷＭ搬送波は、一般に数〔ｋＨｚ〕〜数十〔ｋＨｚ〕であって、商用電源の周波数に比較してかなり高い。このため、商用電源の位相検出における僅かな誤差は、ＰＷＭ搬送波においては大きな誤差となる。
【００１０】
例えば、商用電源の周波数を５０〔Ｈｚ〕、ＰＷＭ搬送波の周波数を１０〔ｋＨｚ〕とした場合、商用電源の位相検出誤差が、０．５度であった場合には、この誤差をＰＷＭ搬送波の周波数に換算すると、１００度の誤差に相当することになる。一般に、商用電源の電圧にはひずみやノイズが重畳しているため、位相の検出誤差を避けることができず、ＰＷＭ搬送波の同期精度の点では不十分であるという問題がある。
【００１１】
また、上述のように、上位コンピュータから、各電力変換装置にＰＷＭ搬送波を供給する方法においては、確かに、各電力装置間でＰＷＭ搬送波の同期をとることができる。しかしながら、上位コンピュータが故障した場合には、各電力変換装置が正常であっても、電力変換システム全体が停止することになる。このため、複数の電力変換装置のうち、何れかが異常となった場合であっても、他の正常な電力変換装置によって電力変換システムを継続して作動させる、並列冗長性を図るようにした電力変換システムにおいては、上位コンピュータが異常した時点で電力変換システム全体が停止することになってしまい、並列冗長性を確保することができないという問題がある。
【００１２】
そこで、この発明は、上記従来の未解決の課題に着目し、並列接続された複数の電力変換装置において、ＰＷＭ搬送波間の同期をより高精度にとることの可能なＰＷＭ搬送波の同期方法及びこれを用いた電力変換システムを適用することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るＰＷＭ搬送波の同期方法は、ＰＷＭ制御が適用される複数の電力変換装置間で、前記ＰＷＭ制御用のＰＷＭ搬送波を同期させるようにしたＰＷＭ搬送波の同期方法であって、各電力変換装置は、前記ＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成すると共に自己及び他の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の前記同期信号を生成し、この同期信号に前記ＰＷＭ搬送波を同期させることを特徴としている。
【００１４】
この請求項１に係る発明では、各電力変換装置でのＰＷＭ制御において用いられるＰＷＭ搬送波を同期させるための同期信号の元となる元信号を、各電力変換装置それぞれが生成し、さらに自己及び他の電力変換装置で生成された各元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成し、このようにして生成した同期信号に、前記ＰＷＭ搬送波を同期させる。
【００１５】
ここで、各電力変換装置では、それぞれ各電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成するようにしているため、各電力変換装置で生成される同期信号は同等の同期信号となる。そして各電力変換装置では、同等の同期信号にＰＷＭ搬送波を同期させるようにしているから、結果的に、各電力変換装置において用いられるＰＷＭ搬送波は同期することになる。
【００１６】
したがって、各電力変換装置で、共通の交流電力の電圧信号を検出し、これを前記元信号とするようにした場合に、例えば各元信号に位相誤差等が含まれる場合等であっても、各元信号から共通の同期信号を生成するようにしているため、この同期信号とＰＷＭ搬送波とを同期させることにより、各電力変換装置での元信号の位相誤差等の影響を受けることなく、ＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることが可能となる。
【００１７】
また、請求項２に係るＰＷＭ搬送波の同期方法は、ＰＷＭ制御が適用される複数の電力変換装置間で、前記ＰＷＭ制御用のＰＷＭ搬送波を同期させるようにしたＰＷＭ搬送波の同期方法であって、各電力変換装置は、前記ＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成して共通バスに出力し、当該共通バスを利用して自己及び他の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の前記同期信号を生成し、当該同期信号に、前記ＰＷＭ搬送波を同期させることを特徴としている。
【００１８】
この請求項２に係る発明では、各電力変換装置でのＰＷＭ制御において用いられるＰＷＭ搬送波を同期させるための同期信号の元となる元信号を、各電力変換装置それぞれが生成してこれを共通バスに出力し、さらに各電力変換装置では、共通バスを利用して、自己及び他の電力変換装置で生成された各元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成する。そして、このようにして生成した同期信号に、前記ＰＷＭ搬送波を同期させる。
【００１９】
ここで、各電力変換装置では、それぞれ共通バスを利用して各電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成するようにしているため、各電力変換装置で生成される同期信号は同等の同期信号となる。そして各電力変換装置では、この同等の同期信号にＰＷＭ搬送波を同期させるようにしているから、結果的に、各電力変換装置において用いられるＰＷＭ搬送波は同期することになる。
【００２０】
したがって、例えば、各電力変換装置で、共通の交流電力の電圧信号を検出し、これを前記元信号とするようにした場合に、例えば各元信号に位相誤差等が含まれる場合等であっても、各元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成するようにしているため、各電力変換装置がそれぞれこの同等に形成される同期信号とＰＷＭ搬送波とを同期させることにより、各電力変換装置での位相誤差等の影響を受けることなく、ＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることが可能となる。
【００２１】
また、請求項３に係る電力変換システムは、ＰＷＭ制御が適用される複数の電力変換装置を備えた電力変換システムにおいて、前記電力変換装置は、前記ＰＷＭ制御で用いられるＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成する元信号生成手段と、当該元信号生成手段で生成された前記元信号を、他の電力変換装置との間で授受するための伝達手段と、当該伝達手段で伝達される他の電力変換装置で生成された元信号及び自己の元信号から各電力変換装置間で共通の前記同期信号を生成する同期信号生成手段と、前記ＰＷＭ搬送波を、前記同期信号生成手段で生成された同期信号に同期させる調整手段と、を備えることを特徴としている。
【００２２】
この請求項３に係る発明では、ＰＷＭ制御で用いられるＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号が元信号生成手段で生成される。各電力変換装置の元信号生成手段で生成された元信号は、伝達手段によって他の電力変換装置に伝達され、この伝達手段で伝達された他の電力変換装置で生成された元信号及び自己の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号が生成される。そして、この同期信号生成手段で生成された同期信号にＰＷＭ搬送波を同期させるよう調整手段で調整が行われる。
【００２３】
ここで、同期信号生成手段では、各電力変換装置の元信号生成手段で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成しているから、各電力変換装置で生成される同期信号は結果的に同等の同期信号となる。
したがって、各電力変換装置が、この同等の同期信号にＰＷＭ搬送波を同期させるよう動作することにより、間接的に、各電力変換装置間においてＰＷＭ搬送波が同期することになる。
【００２４】
このため、例えば、各電力変換装置で、共通の交流電力の電圧信号を検出し、これを前記元信号とするようにした場合に、例えば各元信号に位相誤差等が含まれる場合等であっても、各元信号から電力変換装置間で共通の同期信号を生成するようにしているため、各電力変換装置でこの同等の同期信号とＰＷＭ搬送波とを同期させることにより、各電力変換装置での位相誤差等の影響を受けることなく、ＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることが可能となる。
【００２５】
また、請求項４に係る電力変換システムは、前記請求項３記載の電力変換システムにおいて、前記伝達手段は、各電力変換装置の前記元信号生成手段と接続される共通バスであって、前記同期信号生成手段は、当該共通バスを利用して前記同期信号を生成することを特徴としている。
この請求項４に係る発明では、伝達手段は、各電力変換装置の元信号生成手段と接続される共通バスで構成され、この共通バスを利用して、同期信号生成手段により同期信号が発生される。
【００２６】
また、請求項５に係る電力変換システムは、前記請求項３又は請求項４に係る電力変換システムにおいて、前記元信号生成手段は、前記元信号としてパルス信号を生成し、前記同期信号生成手段は、各電力変換装置で生成されたパルス信号からなる元信号を論理合成して前記同期信号を生成するようになっていることを特徴としている。
この請求項５に係る発明では、元信号生成手段により、前記元信号としてパルス信号が生成され、このパルス信号からなる元信号が論理合成されて同期信号が生成される。
【００２７】
また、請求項６に係る電力変換システムは、前記請求項３又は請求項４に係る電力変換システムにおいて、前記元信号生成手段は、前記元信号としてアナログ信号を生成し、前記同期信号生成手段は、各電力変換装置で生成されたアナログ信号からなる元信号の平均値信号を生成しこれを前記同期信号とするようになっていることを特徴としている。
この請求項６に係る発明では、元信号生成手段により、前記元信号としてアナログ信号が生成され、このアナログ信号からなる元信号の平均値信号が同期信号として生成される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
図１は、電力変換システム全体の構成を表す構成図である。前記図９に示す従来の電力変換システムにおいて、共通バスライン１２が設けられ、この共通バスライン１２に制御装置１２１及び１２２が接続されている。なお、図９と同一部には、同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
図２は、図１のＡＣ／ＤＣ変換器１０１、１０２を駆動制御する制御装置１２１、１２２の一例を示すブロック図である。なお、各制御装置１２１、１２２の機能構成は同一であるので、ここでは、制御装置１２１について説明する。
【００２９】
図２に示すように、制御装置１２１は、ＰＷＭ制御におけるＰＷＭ搬送波としてのキャリア信号Ｓｃを生成するキャリア信号生成部１と、商用電源１１２からの交流電力を直流電力に変換する際の直流電力指令信号を生成する指令信号生成部２と、キャリア信号生成部１で生成されたキャリア信号及び指令信号生成部２で生成された指令信号との交差点を求めること等により、ＡＣ／ＤＣ変換器１０１を構成する図示しないスイッチング素子を切り替えるタイミングを特定するタイミング信号を生成するタイミング信号生成部３と、このタイミング信号生成部３で生成されたタイミング信号にしたがって、各スイッチング素子を駆動するための駆動信号を出力する駆動回路４とを備えて構成されている。
【００３０】
図３は、前記キャリア信号生成部１の構成を示すブロック図である。
キャリア信号生成部１は、図３に示すように、同期用の元パルス信号を生成する元パルス信号生成部１１と、当該元パルス信号生成部１１と共通バスライン１２との間に介挿され、前記共通バスライン１２を利用して元パルス信号生成部１１から出力される後述の同期元パルス信号をワイヤードオア接続するワイヤードオア接続回路１３と、当該ワイヤードオア接続回路１３で生成される同期用パルス信号に基づいて、当該同期用パルス信号に同期したキャリア信号Ｓｃを生成するキャリア発生部１４とから構成され、前記元パルス信号生成部１１及び前記キャリア発生部１４は、例えば、マイクロコンピュータ等で構成される制御用演算処理装置での内部処理として実行されるようになっている。
【００３１】
前記元パルス信号生成部１１は、商用電源１１２の電圧を検出する、図示しない電圧検出器からの電源電圧信号Ｖacと同位相の信号を生成するＰＬＬ回路１１ａと、当該ＰＬＬ回路１１ａの出力信号を、これよりも高い周波数の信号、例えば、２倍の周波数の信号に変換する発振器１１ｂとから構成され、前記電源電圧信号Ｖacと同期し、且つ電源電圧信号Ｖacの周波数、つまり、商用電源１１２の電源電圧の周波数よりも高い周波数のパルス信号を生成し、これを同期用元パルス信号Ｓ１１として出力する。
【００３２】
前記共通バスライン１２は、グランドライン１２ａ、信号ライン１２ｂ及び電源ライン１２ｃから構成されている。
また、前記ワイヤードオア接続回路１３は、回路電源Ｖ及び前記電源ライン１２ｃとの間に介挿されたダイオード１３ａと、ダイオード１３ａ及び前記電源ライン１２ｃ間に、一端が接続された抵抗１３ｂと、この抵抗１３ｂの他端にこれと直列に接続されたトランジスタ１３ｃとから構成され、前記トランジスタ１３ｃのエミッタ側はグランドライン１２ａに接続されている。また、前記トランジスタ１３ｃのコレクタ側は前記信号ライン１２ｂに接続され、この信号ライン１２ｂの電圧信号が同期用パルス信号Ｓ１２として、前記キャリア発生部１４に入力される。また、前記トランジスタ１３ｃのゲートには前記元パルス信号生成部１１で生成された同期用元パルス信号Ｓ１１が入力される。
【００３３】
前記キャリア発生部１４は、前記同期用パルス信号Ｓ１２の立ち下がりエッジを検出するエッジ検出部１４ａと、キャリア発生部１４から出力されるキャリア信号Ｓｃを波形整形し方形波に変換するコンパレータ１４ｂ等の波形整形器と、このコンパレータ１４ｂで生成された方形波を分周し、前記同期用パルス信号Ｓ１２と同じ周波数の方形波を得るための分周器１４ｃと、前記エッジ検出部１４ａで生成されたエッジ信号と前記分周器１４ｃで分周した方形波信号との位相を比較し、これら間の位相の差がなくなるようにキャリア発生器１４ｅを調節する位相調節器１４ｄとを備え、キャリア発生器１４ｅでは、ＰＷＭ制御における図示しないスイッチング素子の切替周期に応じた所定周波数の三角波からなるキャリア信号Ｓｃを発生するようになっている。
【００３４】
ここで、前記ワイヤードオア接続回路１３は、前記元パルス信号生成部１１からの同期用元パルス信号Ｓ１１を、前記共通バスライン１２にワイヤードオア接続している。つまり、前記図１に示すように、各制御装置１２１及び１２２のキャリア信号生成部１においてそれぞれ同期用元パルス信号Ｓ１１を生成し、これがワイヤードオア接続されているから、共通バスライン１２によって、各制御装置で生成された同期用元パルス信号Ｓ１１の負論理の論理和が求められることになり、これが同期用パルス信号Ｓ１２として、キャリア発生部１４に入力されることになる。
なお、ここでは、前記エッジ検出部１４ａでは、立ち下がりエッジを検出するようにしているが、立ち上がりエッジを検出するようにしてもよいことはいうまでもない。
次に、上記第１の実施の形態の動作を、図４及び図５の波形図を伴って説明する。
【００３５】
なお、図４及び図５において、（ａ）は、図１の制御装置１２１で検出した商用電源１１２の電源電圧信号Ｖac（１）、（ｂ）は、制御装置１２１の発振器１１ｂの出力、つまり同期用元パルス信号Ｓ１１（１）、（ｃ）は発振器１１ｂの出力、つまり同期用元パルス信号Ｓ１１（１）の反転信号、（ｄ）は、図１の制御装置１２２で検出した商用電源１１２の電源電圧信号Ｖac（２）、（ｅ）は、制御装置１２２の発振器１１ｂの出力、つまり同期用元パルス信号Ｓ１１（２）、（ｆ）は制御装置１２２の発振器１１ｂの出力の反転信号、つまり、同期用元パルス信号Ｓ１１（２）の反転信号、（ｇ）は、共通バスライン１２の信号ライン１２ｂの電位、つまり、同期用パルス信号Ｓ１２、（ｈ）は制御装置１２１で生成されるキャリア信号Ｓｃ（１）、（ｉ）は制御装置１２２で生成されるキャリア信号Ｓｃ（２）である。
【００３６】
各制御装置１２１、１２２では、それぞれ商用電源１１２の電源電圧を検出し、元パルス信号生成部１１において、この電源電圧信号Ｖacと同期し、且つこれよりも周波数の高い同期用元パルス信号Ｓ１１を生成し、これをワイヤードオア接続回路１３に出力する。
各制御装置で生成された同期用元パルス信号Ｓ１１は、共通バスライン１２を利用してワイヤードオア接続されているから、各制御装置で生成された同期用元パルス信号Ｓ１１の負論理の論理和（図４（ｇ））が同期用パルス信号Ｓ１２として、各制御装置のキャリア発生部１４に入力される。そして、各制御装置のエッジ検出部１４ａでは、同期用パルス信号Ｓ１２の立ち下がりエッジを検出し、この立ち下がりエッジとキャリア信号Ｓｃの分周信号の位相のずれがなくなるように、キャリア発生器１４ｅを調節する。
【００３７】
これによって、各制御装置のキャリア発生部１４では、この同期用パルス信号Ｓ１２とキャリア信号Ｓｃとが同期するようにキャリア信号Ｓｃを生成することになる（図４（ｈ）、（ｉ））。
したがって、例えば、図４に示すように、制御装置１２１で検出した電源電圧信号Ｖac（１）と、制御装置１２２で検出した電源電圧信号Ｖac（２）との間に位相誤差εがあった場合、各制御装置１２１、１２２で電源電圧信号Ｖac（１）、電源電圧信号Ｖac（２）に基づいてそれぞれキャリア信号Ｓｃを発生した場合には、電源電圧信号Ｖac（１）及び電源電圧信号Ｖac（２）間には、位相誤差があるため、各制御装置で生成されるキャリア信号Ｓｃ（１）、Ｓｃ（２）は、この位相誤差の影響を受けるため同期精度が低下する。
【００３８】
しかしながら、図４に示すように、各制御装置で生成した同期用元パルス信号Ｓ１１を合成して同期用パルス信号Ｓ１２（図４（（ｇ））を生成し、各制御装置では、この共通の同期用パルス信号Ｓ１２に基づいて、この同期用パルス信号Ｓ１２と同期したキャリア信号Ｓｃを生成するから、各制御装置で生成されたキャリア信号Ｓｃを間接的に同期させることができる。
【００３９】
このとき、各制御装置それぞれで検出した商用電源１１２の電源電圧信号Ｖacと同期した同期用元パルス信号Ｓ１１を、その論理和を求めることにより論理合成し、これに基づいてキャリア信号Ｓｃを発生させるので、各制御装置で検出した商用電源の電源電圧信号Ｖacに検出誤差が含まれる場合であっても、この位相誤差の影響を受けることなく、高精度に商用電源１１２の周波数に同期したキャリア信号Ｓｃを生成することができる。
【００４０】
また、このとき、例えば、図５に示すように、制御装置１２１で検出した電源電圧信号Ｖac（１）と、制御装置１２２で検出した電源電圧信号Ｖac（２）とで、その検出周波数が異なる場合であっても、各制御装置では、各電源電圧信号Ｖac（１）、Ｖac（２）を合成した同期用パルス信号Ｓ１２（図５（ｇ））に基づいて、それぞれキャリア信号Ｓｃ（１）、Ｓｃ（２）を生成するから、この場合も、電源電圧信号Ｖac（１）、Ｖac（２）間に位相誤差εがある場合であっても、この影響を受けることなく、高精度に商用電源１１２の周波数に同期したキャリア信号Ｓｃ（１）、Ｓｃ（２）を生成することができる。
【００４１】
また、このように、検出した電源電圧信号の位相誤差の影響を受けることなく、各制御装置におけるキャリア信号Ｓｃを同期させることができるから、商用電源１１２からの交流電力に歪みやノイズ等が重畳されているような場合であっても、これらの影響を受けることなく、各キャリア信号Ｓｃを高精度に同期させることができる。
【００４２】
また、このとき、商用電源１１２の電源電圧信号Ｖacから、この周波数よりも高い周波数の同期用元パルス信号Ｓ１１を生成するようにし、これに基づいて同期用パルス信号Ｓ１２を生成し、この同期用パルス信号Ｓ１２の立ち下がりエッジで位相調整を行うようにしているから、電源電圧信号Ｖacに同期するよう調整する場合に比較して、より高精度に同期調整を行うことができる。
【００４３】
したがって、このように、各制御装置が、制御装置間で高精度に同期したキャリア信号Ｓｃに基づいて、各ＡＣ／ＤＣ変換器に対するＰＷＭ制御を行うことによって、並列接続された複数のＡＣ／ＤＣ変換器間でスイッチングリプル電流が発生することを防止することができる。
また、このとき、各制御装置で生成した同期用元パルス信号Ｓ１１に基づき共通バスライン１２を利用して論理和を検出しこれを各制御装置に分配するようにしているから、複数の制御装置のうちの何れかに異常が発生した場合等であっても、例えば、この制御装置を共通バスライン１２から切り離すこと等によって、他の制御装置では何ら影響なく継続して、電力変換を行うことができ、電力変換システムの並列冗長性を確保することができる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、キャリア信号生成部１の構成が異なり、また、共通バスライン１２に替えて共通バスライン２２を用いるようにしたこと以外は同様であるので、同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
【００４５】
この第２の実施の形態におけるキャリア信号生成部１は、図６に示すように、正弦波信号からなる同期用元信号Ｓ２１を生成する元信号生成部２１と、当該元信号生成部２１と共通バスライン２２との間に介挿され、前記共通バスライン２２を利用して各制御装置で生成される前記同期用元信号Ｓ２１に応じた電流信号の平均電流を検出する平均電流検出回路２３と、当該平均電流検出回路２３で生成される同期用信号Ｓ２２に基づいて、当該同期用信号Ｓ２２に同期したキャリア信号Ｓｃを生成するキャリア発生部２４とから構成され、前記元信号生成部２１及びキャリア発生部２４は、例えば、マイクロコンピュータ等で構成される制御用演算処理装置での内部処理として実行されるようになっている。
【００４６】
前記元信号生成部２１は、商用電源１１２の電源電圧を検出する図示しない電圧検出器からの電源電圧信号Ｖacと同位相の信号を生成するＰＬＬ回路２１ａと、当該ＰＬＬ回路２１ａの出力信号を、これよりも高い周波数、例えば、２倍の周波数の信号に変換する発振器２１ｂとから構成され、前記電源電圧信号Ｖacと同期し、且つ電源電圧信号Ｖacの周波数、つまり商用電源１１２の電源電圧の周波数よりも高い周波数の正弦波信号を生成し、これを同期用元信号Ｓ２１として出力する。
【００４７】
前記平均電流検出回路２３は、共通バスライン２２のグランドライン２２ａ及び信号ライン２２ｂ間に接続され、前記同期用元信号Ｓ２１を電流信号に変換するための電流信号源２３ａと、当該電流信号源２３ａと並列に接続された分流抵抗器２３ｂと、当該分流抵抗器２３ｂを流れる電流を検出する電流検出器２３ｃとから構成され、この電流検出器２３ｃで検出される分流電流が、同期用信号Ｓ２２として、前記キャリア発生部２４に入力される。
【００４８】
前記キャリア発生部２４は、前記同期用信号Ｓ２２を波形整形し方形波を生成するコンパレータ２４ａ等で構成される波形整形器と、キャリア発生部２４から出力されるキャリア信号Ｓｃを、波形整形して方形波に変換するコンパレータ２４ｂ等の波形整形器と、このコンパレータ２４ｂで生成された、キャリア信号Ｓｃと同位相の方形波を分周し、前記同期用信号Ｓ２２と同じ周波数の方形波を得るための分周器２４ｃと、前記コンパレータ２４ａで生成された、同期用信号Ｓ２２に応じた方形波と前記分周器２４ｃで分周した方形波との位相を比較し、これらの位相の差がなくなるようにキャリア発生器２４ｅを調節する位相調節器２４ｄとを備え、キャリア発生器２４ｅでは、ＰＷＭ制御における図示しないスイッチング素子の切替周期に応じた所定周波数の三角波からなるキャリア信号Ｓｃを発生するようになっている。
【００４９】
つまり、前記平均電流検出回路２３は、各制御装置で生成された同期用元信号Ｓ２１に応じた電流信号の平均電流を算出しており、これが同期用信号Ｓ２２として、キャリア発生部２４に入力されることになる。
次に、上記第２の実施の形態の動作を、図７の波形図を伴って説明する。
なお、図７において、（ａ）は、図１の制御装置１２１で検出した、商用電源１１２の電源電圧信号Ｖac（１）、（ｂ）は、制御装置１２１の同期用元信号Ｓ２１に応じた電流信号源２３ａの出力、（ｃ）は図１の制御装置１２２で検出した、商用電源１１２の電源電圧信号Ｖac（２）、（ｄ）は、制御装置１２２の同期用元信号に応じた電流信号源２３ａの出力、（ｅ）は各制御装置の分流抵抗器２３ｂを流れる電流、つまり、同期用信号Ｓ２２、（ｆ）は、各制御装置のコンパレータ２４ａの出力、（ｇ）は制御装置１２１で生成されるキャリア信号Ｓｃ（１）、（ｈ）は制御装置１２２で生成されるキャリア信号Ｓｃ（２）である。
【００５０】
各制御装置では、それぞれ商用電源１１２の電源電圧を検出し、元信号生成部２１において、この電源電圧信号Ｖacに同期し、且つ商用電源１１２の周波数の２倍の周波数の正弦波信号からなる同期用元信号Ｓ２１を生成し、これを平均電流検出回路２３に出力する。
各同期用元信号Ｓ２１は、電流信号源２３ａにより電流信号（図７（ｂ）、（ｄ））に変換されて共通バスライン２２に出力される。したがって、共通バスライン２２を流れる各同期用元信号Ｓ２１に応じた電流信号の平均電流が分流抵抗器２３ｂを流れることになる。そして、この分流抵抗器２３ｂを流れる平均電流が同期用信号Ｓ２２（図７（ｅ））としてキャリア発生部２４に供給される。そして、各制御装置のキャリア発生部２４では、この同期用信号Ｓ２２をコンパレータ２４ａで方形波信号に変換し、例えば、この方形波信号の立ち上がりで、方形波信号と、キャリア信号Ｓｃを同期用信号Ｓ２２と同じ周波数に分周した信号との位相が一致するように、キャリア信号Ｓｃ（図７（ｇ）、（ｈ））を発生することになる。
【００５１】
したがって、この第２の実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができ、各制御装置では、同期用信号Ｓ２２と同期したキャリア信号Ｓｃを発生し、且つ各制御装置共通の同期用信号Ｓ２２に基づいてキャリア信号Ｓｃを発生するから、各制御装置で生成したキャリア信号Ｓｃを間接的に同期させることができる。また、この場合も、電源電圧信号Ｖacよりも高い周波数の同期用元信号Ｓ２１を生成するようにしているから、より高精度にキャリア信号Ｓｃを同期させることができる。
【００５２】
また、このとき、各制御装置で検出した商用電源１１２の電源電圧信号Ｖacと同期した同期用元信号Ｓ２１に応じた電流信号の平均電流を求め、これに基づいてキャリア信号Ｓｃを発生させるので、各制御装置で検出した電源電圧信号Ｖacに、位相誤差或いは周波数誤差等の検出誤差が含まれる場合であっても、この検出誤差による影響を受けることなく、高精度に商用電源１１２の電源電圧に同期したキャリア信号Ｓｃを生成することができる。
【００５３】
また、このとき、各制御装置で生成した同期用元信号Ｓ２１に基づき共通バスライン２２を利用して平均電流を検出し、これを同期用信号Ｓ２２として各制御装置に分配するようにしているから、複数の制御装置のうちの何れかに異常が発生した場合等であっても、この制御装置を共通バスライン２２から切り離すこと等によって、他の制御装置では何ら影響なく継続して電力変換を行うことができ、電力変換システムの並列冗長性を確保することができる。
【００５４】
したがって、このように高精度に同期したキャリア信号Ｓｃに基づいて、各制御装置が、ＡＣ／ＤＣ変換器をＰＷＭ制御することによって、ＡＣ／ＤＣ変換器どうし間でスイッチングリプルが発生することを防止することができる。
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
この第３の実施の形態は、図８に示すように、上記第２の実施の形態において、平均電流検出回路２３に替えて、平均電圧検出回路３０を設けたこと以外は、同一であるので同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
この第３の実施の形態におけるキャリア信号生成部１では、元信号生成部２１で生成した、商用電源１１２の電源電圧信号Ｖacに同期したこれよりも周波数の高い同期用元信号Ｓ２１を電圧信号に変換し、これに基づいてキャリア信号Ｓｃを生成するようになっている。
すなわち、前記平均電圧検出回路３０は、図８に示すように、共通バスライン２２のグランドライン２２ａ及び信号ライン２２ｂ間に、抵抗器３０ａを介して接続され且つ前記同期用元信号Ｓ２１を電圧信号に変換する電圧信号源３０ｂと、信号ライン２２ｂ及びグランドライン２２ａ間の電圧を検出する電圧検出器３０ｃとから構成され、電圧検出器３０ｃで検出される検出電圧が、同期用信号Ｓ３２として、前記キャリア発生部２４に入力される。
【００５６】
つまり、前記平均電圧検出回路３０は、共通バスライン２２を介して、各制御装置で生成された同期用元信号Ｓ２１に応じた電圧信号の平均電圧を検出しており、これが同期用信号Ｓ３２として、キャリア発生部２４に入力されることになる。
次に、上記第３の実施の形態の動作を説明する。
各制御装置では、それぞれ商用電源１１２の電源電圧を検出し、元信号生成部２１において、この電源電圧信号Ｖacと同期し、且つこれよりも周波数の高い同期用元信号Ｓ２１を生成し、これを平均電圧検出回路３０に出力する。
【００５７】
そして、各制御装置で生成された同期用元信号Ｓ２１はそれぞれ電圧信号源３０ａにより電圧信号に変換された後、共通バスライン２２に出力される。このため、電流検出器３０ｃでは、各制御装置で算出された同期用元信号Ｓ２１に応じた電圧信号の平均電圧を検出することになる。そして、この平均電圧を同期用信号Ｓ３２として、キャリア発生部２４では、キャリア信号Ｓｃを発生する。
【００５８】
したがって、この第３の実施の形態においても、各制御装置では、同期用信号Ｓ３２と同期したキャリア信号Ｓｃを発生し、且つ各制御装置共通の同期用信号Ｓ３２に基づいてキャリア信号Ｓｃを発生するから、各制御装置で生成されるキャリア信号Ｓｃを間接的に同期させることができる。よって、この場合も上記第２の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００５９】
なお、上記各実施の形態においては、キャリア信号Ｓｃを波形整形しこれを分周した分周信号と、パルス信号からなる同期用パルス信号Ｓ１２或いは電流信号又は電圧信号からなる同期用信号Ｓ２２、Ｓ３２との位相が一致するように調整してキャリア信号Ｓｃを生成するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、同期用パルス信号Ｓ１２或いは同期用信号Ｓ２２、Ｓ３２と同期するキャリア信号Ｓｃを生成する手段であれば、どのような手段であっても適用することができる。
【００６０】
また、上記各実施の形態においては、商用電源１１２の電源電圧信号Ｖacに基づいて、同期用元パルス信号Ｓ１１或いは同期用元信号Ｓ２１を生成するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、任意の信号に基づいて生成することができる。また、各制御装置で共通の信号に基づいて生成する必要はない。つまり、上述のように、各制御装置で生成した同期用元パルス信号Ｓ１１、同期用元信号Ｓ２１に基づいて、同期用パルス信号Ｓ１２或いは同期用元パルス信号Ｓ２２を生成し、この共通の同期用パルス信号Ｓ１２或いは同期用元パルス信号Ｓ２２に基づいて各制御装置が、キャリア信号Ｓｃを生成するから、どのような同期用元パルス信号Ｓ１１、同期用元信号Ｓ２１であっても適用することができる。
【００６１】
また、上記各実施の形態においては、共通バスラインを用いて各制御装置で算出された同期用元パルス信号或いは同期用元信号を合成するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、要は、各制御装置に、他の制御装置で算出された同期用元パルス信号或いは同期用元信号を分配することのできる手段をであれば適用することができる。
【００６２】
また、上記各実施の形態においては、二つのＡＣ／ＤＣ変換器を並列接続して構成される電力変換システムに適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、２以上のＡＣ／ＤＣ変換器を並列接続した場合であっても適用できることはいうまでもない。
また、上記各実施の形態においては、電力変換装置として、ＰＷＭ制御により交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、ＤＣ／ＡＣ変換器、チョッパ回路、無効電力補償装置等、スイッチング素子を備えて構成され、このスイッチング素子をＰＷＭ制御によって電力変換を行うようになっている電力変換装置であれば適用することができる。
【００６３】
また、上記各実施の形態においては、同期用元パルス信号或いは同期用元信号として、電源電圧信号Ｖacの２倍の周波数の信号を生成するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、電源電圧信号Ｖacの周波数と同等の周波数であってもよい。しかしながら、同期用パルス信号或いは同期用信号に応じてキャリア信号Ｓｃの位相調整が行われるから、電源電圧信号Ｖacの周波数よりも高い周波数の同期用元パルス信号或いは同期用元信号を生成し、同期用パルス信号或いは同期用信号の周波数を高くするほど、より高精度に同期をとることができる。
【００６４】
なお、上記各実施の形態において、元パルス信号生成部１１及び元信号生成部２１がそれぞれ元信号生成手段に対応し、共通バスライン１２及び２２がそれぞれ伝達手段に対応し、ワイヤードオア接続回路１３、平均電流検出回路２３及び平均電圧検出回路３０がそれぞれ同期信号生成手段に対応し、キャリア発生部１４、２４がそれぞれ調整手段に対応している。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係るＰＷＭ搬送波の同期方法によれば、各電力変換装置が、ＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成すると共に自己及び他の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成し、この同期信号に前記ＰＷＭ搬送波を同期させるようにしたため、電力変換装置間でのＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることができる。
【００６６】
また、請求項２に係るＰＷＭ搬送波の同期方法によれば、各電力変換装置が、ＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成して共通バスに出力し、当該共通バスを利用して自己及び他の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成し、当該同期信号に、前記ＰＷＭ搬送波を同期させるようにしたから、電力変換装置間でのＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることができる。
【００６７】
また、請求項３に係る電力変換システムによれば、電力変換装置毎に、元信号生成手段においてＰＷＭ制御で用いられるＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成し、これを伝達手段によって他の電力変換装置に伝達し、伝達手段で伝達された他の電力変換装置で生成された元信号及び自己の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の同期信号を生成し、この同期信号にＰＷＭ搬送波を同期させるよう調整手段で調整を行うようにしたため、電力変換装置間でのＰＷＭ搬送波を高精度に同期させることができる。
【００６８】
また、請求項４に係る電力変換システムによれば、伝達手段として各電力変換装置の元信号生成手段と接続される共通バスを適用し、この共通バスを利用して、同期信号を生成するようにしたから、各電力変換装置の元信号生成手段で生成した元信号から共通の同期信号を容易に生成することができる。
また、請求項５に係る電力変換システムによれば、前記元信号生成手段では、元信号としてパルス信号を生成し、各電力変換装置で生成されたパルス信号からなる元信号を論理合成して同期信号を生成するようにしたため、各電力変換装置からの元信号から、共通の同期信号を容易に生成することができる。
【００６９】
さらに、請求項６に係る電力変換システムによれば、前記元信号生成手段では、元信号としてアナログ信号を生成し、各電力変換装置で生成されたアナログ信号からなる元信号の平均値信号を生成しこれを同期信号とするようにしたため、各電力変換装置からの元信号から、同期信号を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した、電力変換システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】図１の制御装置の一例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態におけるキャリア信号生成部の一例を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態の動作説明に供する波形図である。
【図５】第１の実施の形態の動作説明に供する波形図である。
【図６】第２の実施の形態におけるキャリア信号生成部の一例を示すブロック図である。
【図７】第２の実施の形態の動作説明に供する波形図である。
【図８】第３の実施の形態におけるキャリア信号生成部の一例を示すブロック図である。
【図９】従来の電力変換システムの一例を示す概略構成図である。
【図１０】従来のキャリア信号生成部の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ キャリア信号生成部
１１ 元パルス信号生成部
１２、２２ 共通バスライン
１３ ワイヤードオア接続回路
１４、２４ キャリア発生部
２１ 元信号生成部
２３ 平均電流検出回路
３０ 平均電圧検出回路
１０１、１０２ ＡＣ／ＤＣ変換器
１１１ 共通母線
１１２ 商用電源
１２１、１２２ 制御装置
Claims (6)
- ＰＷＭ制御が適用される複数の電力変換装置間で、前記ＰＷＭ制御用のＰＷＭ搬送波を同期させるようにしたＰＷＭ搬送波の同期方法であって、
各電力変換装置は、前記ＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成すると共に自己及び他の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の前記同期信号を生成し、この同期信号に前記ＰＷＭ搬送波を同期させることを特徴とするＰＷＭ搬送波の同期方法。 - ＰＷＭ制御が適用される複数の電力変換装置間で、前記ＰＷＭ制御用のＰＷＭ搬送波を同期させるようにしたＰＷＭ搬送波の同期方法であって、
各電力変換装置は、前記ＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成して共通バスに出力し、
当該共通バスを利用して自己及び他の電力変換装置で生成された元信号から各電力変換装置間で共通の前記同期信号を生成し、
当該同期信号に、前記ＰＷＭ搬送波を同期させることを特徴とするＰＷＭ搬送波の同期方法。 - ＰＷＭ制御が適用される複数の電力変換装置を備えた電力変換システムにおいて、
前記電力変換装置は、前記ＰＷＭ制御で用いられるＰＷＭ搬送波の同期をとるための同期信号の元となる元信号を生成する元信号生成手段と、
当該元信号生成手段で生成された前記元信号を、他の電力変換装置との間で授受するための伝達手段と、
当該伝達手段で伝達される他の電力変換装置で生成された元信号及び自己の元信号から各電力変換装置間で共通の前記同期信号を生成する同期信号生成手段と、
前記ＰＷＭ搬送波を、前記同期信号生成手段で生成された同期信号に同期させる調整手段と、を備えることを特徴とする電力変換システム。 - 前記伝達手段は、各電力変換装置の前記元信号生成手段と接続される共通バスであって、
前記同期信号生成手段は、当該共通バスを利用して前記同期信号を生成することを特徴とする請求項３記載の電力変換システム。 - 前記元信号生成手段は、前記元信号としてパルス信号を生成し、
前記同期信号生成手段は、各電力変換装置で生成されたパルス信号からなる元信号を論理合成して前記同期信号を生成することを特徴とする請求項３又は４記載の電力変換システム。 - 前記元信号生成手段は、前記元信号としてアナログ信号を生成し、
前記同期信号生成手段は、各電力変換装置で生成されたアナログ信号からなる元信号の平均値信号を生成しこれを前記同期信号とすることを特徴とする請求項３又は４記載の電力変換システム。
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