JP4218602B2 - 交流電源装置及び該交流電源装置に用いるインバータ発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ発電装置及び並列運転される複数台のインバータ発電装置を備えた交流電源装置に関するものである。

インバータ発電装置は、例えば、特許文献１や特許文献２に示されているように、エンジン等の原動機により駆動される交流発電機とこの交流発電機の出力を直流電圧に変換するコンバータとからなる直流電源部と、該直流電源部の出力を一定の周波数を有する交流電圧に変換して負荷に与えるインバータと、インバータから所望の周波数と電圧値（例えば５０Ｈｚ,１００Ｖ)を有する交流電圧を得るようにインバータを制御するコントローラとにより構成される。

直流電源部を構成するコンバータは、全波整流回路または電圧調整機能を有する全波整流回路からなっていて、発電機の交流出力電圧を直流電圧に変換する。またインバータは、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子のフルブリッジ（Ｈブリッジ）回路からなっていて、直流端子間にコンバータの出力電圧が入力されるブリッジ型のインバータ回路と、該インバータ回路の交流側端子から出力される交流電圧から高調波成分を除去するフィルタ回路とにより構成される。

この種の発電装置では、負荷の状態や入力電圧の如何に関わりなく安定した電圧を負荷に供給するようにするため、出力電圧を検出する出力電圧検出部を設けて、該出力電圧検出部により検出された電圧を一定値に保つようにインバータを制御している。通常インバータの制御はマイクロプロセッサにより行われるため、出力電圧検出部は、インバータの出力電圧をデジタル値に変換してマイクロプロセッサに入力するように構成される。この場合、インバータの出力電圧（例えば１００Ｖ）をそのままＡ／Ｄ変換器に与えることはできないため、出力電圧検出部は、インバータの出力電圧の振幅を演算増幅器等により１０Ｖ程度に圧縮してからＡ／Ｄ変換器に入力するように構成されている。

また負荷に供給する電力の増大を図るために、出力端子が共通の負荷接続端子に接続された複数のインバータ発電装置により交流電源装置を構成して、複数のインバータ発電装置を並列運転することもある。複数のインバータ発電装置を並列運転する場合には、特許文献１や特許文献２に示されているように、複数のインバータ発電装置がそれぞれ出力する交流電圧の周波数及び電圧値と位相とを揃えるように、各インバータ発電装置のインバータが制御される。
特開平１１−３４１８２３号公報 特開２００２−３３５６９８号公報

上記のように、従来のインバータ発電装置では、発電装置の出力電圧を、演算増幅器からなる出力電圧検出部により電圧振幅を圧縮した状態で検出して、検出した出力電圧を一定に保つようにインバータを制御しているため、出力電圧を高精度で制御するためには、出力電圧検出部の検出精度を十分に高くしておく必要がある。ところが、出力電圧検出部を構成する演算増幅器のゲインを厳密に一定にすることは困難であり、ゲイン決定用の抵抗器の抵抗値のばらつきにより、出力電圧検出部の出力電圧値がある程度変化するのを避けられない。そのため、製品によって出力電圧検出部により検出される電圧値に差が生じ、製品毎に発電装置の出力電圧にある程度の差が生じるのを避けられなかった。

複数のインバータ発電装置を並列運転するようにした交流電源装置では、各インバータ発電装置の出力電圧の大きさ及び位相を揃えるように制御しているが、インバータ発電装置毎に出力電圧検出部の検出特性に差があると、その制御を的確に行うことができなくなり、複数のインバータ発電装置相互間で出力電圧の差が生じることがある。並列運転されている複数のインバータ発電装置の出力電圧に差が生じると、複数のインバータ発電装置の出力電流にアンバランスが生じるため、負荷が例えば電動機であって、その起動直後に大きな突入電流が流れた場合や、負荷の要求電力が大きくなった場合に、負担している出力電流が大きい方の発電装置の過負荷保護機能が働いて、該発電装置が動作を停止することがある。このようにして一つの発電装置が出力を停止すると、他の発電装置も過負荷状態になるため、電源装置全体が動作を停止する状態を招くことになり、せっかく複数のインバータ発電装置を並列運転しても、発電装置の台数分の出力を有効利用して負荷の駆動容量の増大を図ることができなくなるという問題があった。

本発明の目的は、複数のインバータ発電装置を並列運転する場合に、各発電装置の出力電流にアンバランスが生じるのを防いで、それぞれの発電装置の出力の有効利用を図り、常に並列運転される発電装置の台数に見合った負荷駆動能力を得ることができるようにした交流電源装置、及び該交流電源装置を構成するために用いるインバータ発電装置を提供することにある。

本発明は、交流発電機の出力を整流して直流電圧に変換する直流電源部と、直流電源部から得られる直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、直流電源部が出力する直流電圧及びインバータが出力する交流電圧をそれぞれ検出する直流電圧検出部及び交流電圧検出部と、所望の周波数の目標交流出力電圧に等しい交流電圧をインバータから出力させるように、直流電圧検出部及び交流電圧検出部の検出出力に応じてインバータを制御するコントローラとを備えたインバータ発電装置を複数台備えて、複数台のインバータ発電装置の出力端子が共通の負荷接続端子に接続され、各インバータ発電装置のコントローラは、交流電圧検出手段により検出される交流電圧の位相を他のインバータ発電装置から負荷接続端子に与えられる交流電圧の位相に等しくするようにインバータを制御する並列運転時インバータ制御手段を有している交流電源装置を対象とする。

一般に交流発電機の出力電圧は、その出力電流の変化に伴って変化する。例えば交流発電機として磁石発電機を用いる場合、該発電機の出力電圧は出力電流の増大に伴って低下していく。発電機の出力電圧対出力電流特性は、発電機の構成により決まるため、その特性を予め調べておけば、発電機の出力電圧から出力電流を推測することができる。直流電源部から得られる直流電圧は発電機の出力電圧と同じように変化するため、その直流電圧とインバータ発電装置の出力電流との間の関係を予め調べておくことにより、直流電源部から得られる直流電圧からインバータ発電装置の出力電流を正確に推測することができる。

本発明においては、各インバータ発電装置の直流電源部が出力している直流電圧から各インバータ発電装置の出力電流を推測して、複数のインバータ発電装置の出力電流に差があることが検出されたときにその差を零にするように各インバータ発電装置のインバータを制御することにより、複数のインバータ発電装置の出力電流にアンバランスが生じるのを防止する。

即ち、本発明においては、複数台のインバータ発電装置のコントローラが相互間で通信を行うことができるように接続され、各インバータ発電装置のコントローラは、各インバータ発電装置の直流電圧検出部が検出している直流電圧から各インバータ発電装置の出力電流を推測する出力電流推測手段を備えている。各インバータ発電装置のコントローラはまた、自らが備えている出力電流推測手段が推測した出力電流と、他のインバータ発電装置のコントローラに設けられた出力電流推測手段が推測した出力電流とを比較して、比較した出力電流の間に差があるときにその差を零にするように各インバータ発電装置の目標交流出力電圧を補正する目標電圧補正手段を備えている。

上記のように構成すると、並列運転されている複数のインバータ発電装置の出力電流にアンバランスが生じるのを防ぐことができるため、負荷の起動時に大きな突入電流が流れた場合や、負荷の要求電力が大きくなった場合に、いずれか１つのインバータ発電装置で先に過負荷保護機能が働いてその動作が停止するのを防ぐことができ、その発電装置の動作の停止により他の発電装置が連鎖的に動作を停止するのを防ぐことができる。従って、各インバータ発電装置の出力をフルに活用して、常に並列運転する発電装置の台数分の出力を発生させることができ、負荷の駆動能力を向上させることができる。

本発明の好ましい態様では、各インバータ発電装置のコントローラが、各インバータ発電装置の直流電源部の出力端で見た交流発電機の出力電圧と出力電流との関係を与えるマップを記憶したマップ記憶手段を備えており、出力電流推測手段は、直流電源部が出力している直流電圧に対してマップ記憶手段に記憶されたマップを検索することにより出力電流を推測するように構成されている。

上記の構成では、直流電源部の出力電圧からインバータ発電装置の出力電流を推測して、推測した各インバータ発電装置の出力電流を比較することにより、複数のインバータ発電装置の出力電流にアンバランスが生じているか否かを検出するようにしているが、複数台のインバータ発電装置の交流発電機として、特性が揃ったものを用いることができる場合には、出力電流の推測を行うことなく、直流電源部の出力電圧を比較することにより複数のインバータ発電装置の出力電流にアンバランスが生じているか否かを検出するようにしてもよい。

即ち、本発明の他の好ましい態様では、複数のインバータ発電装置のそれぞれの交流発電機として、ほぼ同じ出力電圧対出力電流特性を有するものが用いられる。この場合も、複数台のインバータ発電装置のコントローラが相互間で通信を行うことができるように接続される。また各インバータ発電装置のコントローラは、各インバータ発電装置の直流電圧検出部により検出されている直流電圧と他のインバータ発電装置の直流電圧検出部により検出されている直流電圧とを比較して、比較した直流電圧に差があるときにその差を零にするように各インバータ発電装置の目標交流出力電圧を補正する目標電圧補正手段を備えた構成とする。

本発明はまた、交流発電機の出力を整流して直流電圧に変換する直流電源部と、この直流電源部から得られる直流電圧を交流電圧に変換して負荷接続端子間に与えるインバータと、直流電源部が出力する直流電圧及びインバータが出力する交流電圧をそれぞれ検出する直流電圧検出部及び交流電圧検出部と、所望の周波数の目標交流出力電圧に等しい交流電圧をインバータから出力させるように、直流電圧検出部及び交流電圧検出部の検出出力に応じてインバータを制御するコントローラとを備えたインバータ発電装置に適用される。

本発明においては、上記コントローラに、他の交流電源と並列運転を行う際に、インバータの出力電圧の位相を他の交流電源から負荷接続端子間に与えられる交流電圧の位相に合わせるようにインバータを制御する並列運転時インバータ制御手段と、直流電圧検出部が検出している直流電圧から前記インバータの出力電流を推測する出力電流推測手段と、他の交流電源との間で通信を行って他の交流電源の出力電流の情報を取得する通信手段と、出力電流推測手段が推測した出力電流と通信手段が取得した出力電流とを比較して、比較した出力電流の間に差があるときにその差を零にするように目標交流出力電圧を補正する目標電圧補正手段とが設けられる。

以上のように、本発明によれば、複数のインバータ発電装置のそれぞれの直流電源部が出力している直流電圧から推測したインバータ発電装置の出力電流を比較するか、または複数のインバータ発電装置の直流電源部の出力電圧を比較することにより、複数のインバータ発電装置の出力電流に差があるか否かを検出して、差があることが検出されたときに、その差を零にするように各インバータ発電装置のインバータを制御して複数のインバータ発電装置の出力電流にアンバランスが生じるのを防止するようにしたので、負荷の起動時に大きな突入電流が流れた場合や、負荷の要求電力が大きくなった場合に、いずれか１つのインバータ発電装置で先に過負荷保護機能が働いてその動作が停止するのを防ぐことができ、その発電装置の動作の停止により他の発電装置が連鎖的に動作を停止するのを防ぐことができる。従って、各インバータ発電装置の出力をフルに活用して、常に並列運転する発電装置の台数分の出力を発生させることができ、負荷の駆動能力を向上させることができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の好ましい実施形態の構成を示したもので、同図において１Ａは第１のインバータ発電装置、１Ｂは第１のインバータ発電装置と同様の構成を有する第２のインバータ発電装置であり、これら２台のインバータ発電装置により交流電源装置が構成されている。

各インバータ発電装置は、交流発電機１０１と、交流発電機１０１の出力を整流して直流電圧に変換するコンバータ１０２と、コンバータ１０２の出力端子間に接続された電源コンデンサ１０３とからなる直流電源部１０４と、直流電源部１０４から得られる直流電圧を交流電圧に変換するインバータ１０５と、直流電源部１０４が出力する直流電圧及びインバータ１０５が出力する交流電圧をそれぞれ検出する直流電圧検出部１０６及び交流電圧検出部１０７と、所望の周波数の目標交流出力電圧に等しい交流電圧をインバータ１０５から出力させるように、直流電圧検出部１０６及び交流電圧検出部１０７の検出出力に応じてインバータ１０５を制御するコントローラ１０８とを備えている。

第１のインバータ発電装置１Ａの出力端子１０９ａ，１０９ｂ及び第２のインバータ発電装置１Ｂの出力端子１０９ａ，１０９ｂは、共通の負荷接続端子２ａ，２ｂに接続され、各インバータ発電装置のコントローラ１０８は、交流電圧検出手段１０７により検出される交流電圧の位相及び大きさを他のインバータ発電装置から負荷接続端子２ａ，２ｂに与えられる交流電圧の位相及び大きさに等しくするようにインバータを制御する並列運転時インバータ制御手段を有している。負荷接続端子２ａ，２ｂ間には負荷３が接続されている。

更に詳細に説明すると、交流発電機１０１は、内燃機関等の原動機により駆動される発電機で、この例では、発電機１０１が３相の電機子コイルを有する磁石発電機であるとする。

コンバータ１０２は、発電機１０１の交流出力電圧を直流電圧に変換する部分で、このコンバータ１０２は例えば、ダイオードを３相ブリッジ接続することにより構成されたダイオードブリッジ全波整流回路からなっている。

インバータ１０５は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのオンオフ制御が可能なスイッチ素子によりブリッジの各辺を構成したフルブリッジ回路（Ｈブリッジ回路）からなる周知のブリッジ形のインバータ（ＩＮＶ）回路１０５ａと、インバータ回路１０５ａから出力される交流電圧から高調波成分を除去して商用周波数成分のみを出力するフィルタ回路１０５ｂとからなっている。

コントローラ１０８は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１０８ａと、マイクロプロセッサから与えられる指令に応じてインバータ回路１０５ａを構成するスイッチ素子に駆動信号を与えるドライバ回路１０８ｂとからなっている。

直流電圧検出部１０６はゲインが１よりも小さい演算増幅器からなっていて、直流電源部１０４から得られる直流電圧を１／１０程度に圧縮して検出する。同様に交流電圧検出部１０７は、ゲインが１よりも小さい演算増幅器からなっていて、インバータ１０５から出力される交流電圧の振幅を１／１０程度に圧縮して検出する。

本発明においては、並列運転される複数のインバータ発電装置のコントローラ相互間で通信を行うことができるように、コントローラ１０８どうしが相互に接続される。図１に示した例では、発電装置１Ａ及び１Ｂのそれぞれのコントローラに設けられたマイクロプロセッサ１０８ａ，１０８ａどうしが通信線を介して接続されている。

各インバータ発電装置のコントローラに設けられたマイクロプロセッサ１０８ａは、所定のプログラムを実行することにより、インバータ１０５を制御するための各種の機能実現手段を構成する。本実施形態において、マイクロプロセッサ１０８ａが所定のプログラムを実行することにより構成する機能実現手段を含む電源装置の全体的な構成を図２に示した。図２において、図１の各部と同一の部分にはそれぞれ同一の符号が付されている。

図２において、Ｃ1はインバータ１０５を制御するインバータ制御手段で、このインバータ制御手段は、後記するように、インバータ１０５から所望の周波数と定格電圧値とを有する目標交流出力電圧に等しい交流電圧を出力させるようにインバータ回路１０５ａのスイッチ素子を制御する手段と、外部の交流電源装置と並列運転を行う際に、自らのインバータ１０５の出力電圧の位相を他のインバータ発電装置から負荷接続端子間に与えられる交流電圧の位相に合わせるようにインバータ１０５を制御する並列運転時インバータ制御手段とを有している。

またＣ2は直流電圧検出部１０６が検出している直流電圧からインバータ１０５の出力電流を推測する出力電流推測手段、Ｃ3は並列運転している他のインバータ発電装置のコントローラとの間で通信を行って他のインバータ発電装置のコントローラで推測された出力電流の情報を取得する通信手段、Ｃ4は自らのコントローラに設けられた出力電流推測手段Ｃ2が推測した出力電流と通信手段Ｃ3が取得した他のインバータ発電装置の出力電流とを比較して、比較した出力電流の間に差があるときにその差を零にするように目標交流出力電圧を補正する目標電圧補正手段である。

マイクロプロセッサ１０８ａは、直流電源部１０４から与えられる直流電圧ＶDのデータＡ1を直流電圧検出部１０６を通して読み込むとともに、インバータ１０５の出力電圧の瞬時値を示すデータＡoを交流電圧検出部１０７を通して読み込んで、これらのデータに基づいてインバータ回路のスイッチ素子をＰＷＭ制御することにより、インバータから目標交流出力電圧に等しい波形の交流電圧を出力させるための制御手段を構成する。

上記のＰＷＭ制御においては、インバータ１０５から出力させる交流電圧の１周期を多数のＰＷＭ周期に分けて、交流電圧の正の半波の期間に属する各ＰＷＭ周期においては、インバータ回路１０５ａのＨブリッジの対角位置にある１対のスイッチ素子に駆動信号（スイッチ素子をオン状態にする信号）を与えて、該１対のスイッチ素子の少なくとも一方に与える駆動信号を所定のデューティ比で断続させ、交流電圧の負の半波の期間に属する各ＰＷＭ周期においては、インバータ回路のブリッジの対角位置にある他の対のスイッチ素子に駆動信号を与えて、該他の対のスイッチ素子の少なくとも一方に与える駆動信号を所定のデューティ比で断続させることにより、インバータ１０５から目標交流出力電圧の波形に等しい波形の交流電圧を出力させる。

インバータ１０５から正弦波形の交流電圧を出力させる場合には、インバータから出力させる交流電圧の立ち上がりの零クロス点からｎ番目のＰＷＭ周期における基準デューティ比Ｄoを下記の式により演算する。ここでΔｔは各ＰＷＭ周期の長さ、Ｔは交流電圧の周期である。
Ｄo＝Sin(２πｎΔｔ／Ｔ） …（１）
なおここでＰＷＭ制御のデューティ比は、スイッチ素子がオン状態を保持する時間ＴonがＰＷＭ周期Δｔに対して占める割合（Ｔon／Δｔ）で定義されるものとする。

マイクロプロセッサは、上記（１）式により与えられる基準デューティ比Ｄoに、直流電圧ＶDとインバータから出力させる交流電圧の定格値Ｖaとにより決まる補正係数Ｋv＝Ｖa／ＶDを乗じたものを、インバータから目標交流出力電圧を得る際のＰＷＭ制御の実際のデューティ比Ｄとして、このデューティ比Ｄでｎ番目のＰＷＭ周期におけるインバータ回路のスイッチ素子のオンオフ制御を行う。ＰＷＭ制御の実際のデューティ比Ｄは下記の式により与えられる。
Ｄ＝Sin(２πｎΔｔ／Ｔ）（Ｖa／ＶD） …（２）

マイクロプロセッサはまた、負荷接続端子間の電圧の瞬時値を与えるデータＡoが目標交流出力電圧の瞬時値を与えるデータＡsよりも小さいときにインバータ回路で行われるＰＷＭ制御のデューティ比Ｄを大きくし、瞬時値を与えるデータＡoが目標交流出力電圧の瞬時値を与えるデータＡsよりも大きいときにデューティ比Ｄを小さくするようにデューティ比Ｄを補正して、交流出力電圧検出部１０７により検出される交流出力電圧の瞬時値と目標交流出力電圧の瞬時値との間の偏差を零に近づける制御を行う。このような補正を行った後のデューティ比Ｄ´は下記の式により与えられる。
Ｄ´＝Ｄ＋Ｇ×（Ａs−Ａo）×Ｋc …（３）
ここで、Ｇは目標交流出力電圧の瞬時値Ａsと負荷接続端子間の交流出力電圧の瞬時値Ａoとの偏差に対する補正量の割合を決めるゲインで、このゲインは１以下に設定される。またＫcは負荷接続端子２Ａ，２Ｂ間の電圧の瞬時値データの補正量Ｇ×（Ａs−Ａo）をその時のデューティ比の補正値に変換するために補正値に乗じる係数で、前記補正係数Ｋvにより決まる値である。

マイクロプロセッサはまた、他のインバータ発電装置との並列運転を行う際に、（１）式により与えられる目標交流出力電圧の波形と、出力端子１０９ａ，１０９ｂ間に得られる交流電圧の波形との位相差を随時検出して、検出した位相差を零にするように、自らのインバータ発電装置内のインバータ回路１０５ａのＨブリッジを構成する各スイッチ素子に与える駆動信号の位相をシフトさせることにより、自らのインバータ発電装置の交流出力電圧の位相を、他のインバータ発電装置から負荷接続端子間に与えられる交流電圧の位相に一致させる制御を行う並列運転時インバータ制御手段を構成する。

なお上記のようなインバータの制御方法及び並列運転時に複数のインバータ発電装置の出力電圧の位相を一致させるための制御方法は、例えば特許文献２に示されているように既に公知である。

図１に示した電源装置において、各インバータ発電装置で設定された通りの制御が行われている場合には、インバータ発電装置１Ａから負荷に与えられる電流ＩLAとインバータ発電装置１Ｂから負荷に与えられる電流ＩLBとが等しくなり、負荷電流をＩLとすると、ＩLA＝ＩLB＝ＩL／２となる。

ところが、例えば一方のインバータ発電装置１Ａの交流電圧検出部１０７を構成する演算増幅器のゲインが小さく、インバータ発電装置１Ａの交流出力電圧が実際の値よりも低く検出されたとすると、インバータ発電装置１Ａのインバータで行われるＰＷＭ制御のデューティ比Ｄ´が正規の値よりも大きく演算されるため、特別の制御を行わなければ、インバータ発電装置１Ａの実際の出力電圧が目標交流出力電圧よりも大きくなり、インバータ発電装置１Ａから負荷に与えられる出力電流ＩLAが他のインバータ発電装置１Ｂから負荷に与えられる出力電流ＩLBよりも大きくなる。

本発明においては、各インバータ発電装置の直流電源部１０４が出力している直流電圧ＶDから各インバータ発電装置の出力電流を推測して、複数のインバータ発電装置の出力電流に差があることが検出されたときにその差を零にするように各インバータ発電装置のインバータを制御することにより、複数のインバータ発電装置の出力電流にアンバランスが生じるのを防止する。

上記の制御を行わせるため、本実施形態では、出力電流推測手段Ｃ2と、通信手段Ｃ3と、目標電圧補正手段Ｃ4とを設けている。

出力電流推測手段Ｃ2は、各インバータ発電装置の直流電圧検出部１０６が検出している直流電圧ＶDから各インバータ発電装置の出力電流を推測する手段である。本実施形態で用いている磁石発電機においては、その出力電圧対出力電流特性が垂下特性を示し、出力電圧が出力電流の増大に伴って低下していく。発電機の出力電圧対出力電流特性は、発電機の界磁の構成や、電機子巻線の巻数等により決まるため、その特性を予め調べておけば、発電機の出力電圧から出力電流を推測することができる。直流電源部１０４から得られる直流電圧ＶDは発電機の出力電圧と同じように変化するため、その直流電圧とインバータ発電装置の出力電流との間の関係を予め調べておくことにより、直流電源部から得られる直流電圧からインバータ発電装置の出力電流を正確に推測することができる。

本実施形態では、マイクロプロセッサ１０８ａに設けられた不揮発性メモリ内に直流電源部１０４の出力端で見た交流発電機１０１の出力電圧と出力電流との間の関係を与えるマップが記憶されている。マイクロプロセッサ１０８ａは、並列運転時に、直流電圧検出部１０６を通して読み込んだ直流電圧ＶDに対して上記マップを検索することにより、インバータ発電装置が現在出力している電流の値を推測する過程を随時行うようにプログラムされており、これらの過程により出力電流推測手段が構成される。

また本実施形態では、第１のインバータ発電装置１Ａのコントローラのマイクロプロセッサ１０８ａと、第２のインバータ発電装置１Ｂのコントローラのマイクロプロセッサ１０８ａとが通信線を介して相互に接続され、各インバータ発電装置のコントローラに設けられた通信手段Ｃ3により、他のインバータ発電装置の出力電流推測手段により推測された出力電流値のデータを取得できるようになっている。

各インバータ発電装置のコントローラ１０８のマイクロプロセッサは、並列運転時に所定のプログラムを実行することにより、自らが備えている出力電流推測手段が推測した出力電流と、他のインバータ発電装置のコントローラに設けられた出力電流推測手段が推測した出力電流とを比較して、比較した出力電流の間に差があるときにその差を零にするように自らのインバータ発電装置の目標交流出力電圧を補正する。この補正を行う過程により目標電圧補正手段Ｃ4が構成される。

上記目標電圧補正手段は、例えば以下に示す過程を行うことにより実現できる。
即ち、各インバータ発電装置のコントローラのマイクロプロセッサがインバータ発電装置１Ａ及び１Ｂの出力電流の推定値に差があることを検出したときに、その差を零にする（出力電流のバランスをとる）ためにそれぞれの直流電源部１０４から出力させる直流電圧ＶDをどの程度の大きさに補正すればよいかを演算し、演算された補正後の直流電圧が、現在の直流電圧よりも低い方のインバータ発電装置（推測された出力電流が小さい方のインバータ装置）では、出力電圧を上昇させて出力電圧を増加させるべく、ＰＷＭ制御のデューティ比を増大させる方向に補正する。この制御は、インバータ発電装置の目標交流出力電圧を等価的に高くする制御に相当する。また演算された補正後の直流電圧が、現在の直流電圧よりも高い方のインバータ発電装置（出力電流が大きい方のインバータ装置）では、出力電圧を低下させて出力電流を減少させるべく、ＰＷＭ制御のデューティ比を減少させる方向に補正する。この制御は、インバータ発電装置の目標交流出力電圧を等価的に低くする制御に相当する。

上記の目標電圧補正制御を行う際には、例えば、（３）式により演算されたデューティ比Ｄ´に補正係数を乗じたものを実際のデューティ比としてこのデューティ比でインバータ回路のＰＷＭ制御を行わせればよい。

また交流電圧検出部１０７を通して読み込まれる交流出力電圧のデータを実際のデータよりも小さい値または大きい値に読み替えることにより、目標電圧の補正を行うようにしてもよい。
即ち、出力電流のバランスをとるために必要な直流電圧が現在の直流電圧よりも低い方のインバータ発電装置では、交流電圧検出部１０７を通して読み込まれた電圧値を小さい値に読み替えて交流出力電圧を上昇させ、出力電流のバランスをとるために必要な直流電圧が現在の直流電圧よりも高い方のインバータ発電装置では、交流電圧検出部１０７を通して読み込まれた電圧値を大きい低い値に読み替えて交流出力電圧を低下させる。

例えば、出力電流のバランスをとるために必要な直流電圧が現在の直流電圧よりも低い方のインバータ発電装置において、交流電圧検出部１０７を通してＡ／Ｄ変換器に入力された電圧値が１０Ｖである場合には、読み込んだ電圧値を９Ｖや８Ｖといった値に読み替え、出力電流のバランスをとるために必要な直流電圧が現在の直流電圧よりも高い方のインバータ発電装置において、交流電圧検出部１０７を通してＡ／Ｄ変換器に入力された電圧値が８Ｖである場合には、読み込んだ電圧値を９Ｖや１０Ｖといった値に読み替える。このような制御を行うことにより、２台のインバータ発電装置１Ａ及び１Ｂの目標交流出力電圧を補正して出力電流のバランスをとることができる。

なお図１及び図２には特に図示してないが、出力電流推測手段により推測された出力電流が設定された制限値を超えたときにインバータの出力を停止させる過電流保護手段が設けられている。

図２に示された機能実現手段を構成するためにマイクロプロセッサ１０８ａに実行させるタスクのアルゴリズムを示すフローチャートを図３に示した。図３に示すアルゴリズムによるときには、ＭＰＵが起動したときに先ずステップ１で各部のイニシャライズを行い、次いで、ステップ２で並列運転を行うことを指示する並列運転信号が与えられているか否かを確認する。その結果、ステップ３で並列運転信号が与えられていることが確認されなかったとき（単独運転を行うことが指示されているとき）には、ステップ４に進んで、インバータから目標交流出力電圧に等しい交流電圧を出力させるようにインバータ回路のスイッチ素子を制御する。

ステップ３において、並列運転信号が与えられていると判定されたとき（並列運転を行うことが指示されているとき）には、ステップ５に進んで、インバータ１０５の交流出力電圧の位相を負荷接続端子間の交流電圧の位相に一致させるためにインバータ回路のスイッチ素子に与える駆動信号の位相をシフトする制御を行わせ、ステップ６で、直流電源部１０４が発生している直流電圧が安定しているか否かを判定する。その結果、直流電圧が未だ安定していないときにはステップ５に戻り、インバータ１０５の交流出力電圧の位相を負荷接続端子間の交流電圧の位相に一致させるための制御を行う。インバータ１０５の交流出力電圧の位相が負荷接続端子間の交流電圧の位相に一致し、直流電圧が安定したときにステップ７に移行して、出力電流推測手段により推測されている自分のインバータ発電装置の出力電流よりも、他のインバータ発電装置の出力電流推測手段により推測されている出力電流の方が大きいか否かを判定する。その結果、自分のインバータ発電装置で推測されている出力電流よりも、他のインバータ発電装置で推測されている出力電流の方が大きいと判定されたときには、ステップ８に進んで、インバータ回路に対して行うＰＷＭ制御のデューティ比を大きくするか、または交流電圧検出部１０７を通して読み込んだ交流出力電圧を小さい値に読み替えることにより、自分のインバータ発電装置の目標交流出力電圧を大きくする。これにより、自分のインバータ発電装置の出力電圧を上昇させ、出力電流を増加させる。

また、ステップ７で、自分のインバータ発電装置で推測された出力電流よりも、他のインバータ発電装置で推測された出力電流の方が小さいと判定されたときには、ステップ９に進んでインバータ回路に対して行うＰＷＭ制御のデューティ比を小さくするか、または交流電圧検出部１０７を通して読み込んだ交流出力電圧を大きい値に読み替えることにより、自分のインバータ発電装置の目標交流出力電圧を低くする。これにより、自分のインバータ発電装置の出力電圧を減少させて、出力電流を減少させる。

上記の動作を繰り返すことにより、第１及び第２のインバータ発電装置１Ａ及び１Ｂの出力電流をバランスさせる。

上記のアルゴリズムによる場合、ステップ５及び６によりインバータ制御手段Ｃ1が構成され、ステップ７ないし９により目標電圧補正手段Ｃ4が構成される。
なお直流電圧検出部１０６を通して読み込んだ直流電圧に対してマップを検索して出力電流の推測値を求める出力電流推測手段Ｃ2は、一定の時間毎に行われる割り込み処理により構成される。

上記の実施形態において、目標電圧補正手段により求められた目標交流出力電圧の補正値を、ＥＥＰＲＯＭなどの書き換えが可能な不揮発性メモリに記憶させておいて、次回の運転開始時に、メモリに記憶されている補正値を目標交流出力電圧の初期値として発電装置の運転を開始させるようにすることもできる。このように構成すると、次回に同じ特性を有するインバータ発電装置との並列運転を行う際に、最初からバランスがとれた運転を行わせることができる。

なお、目標交流出力電圧の補正値を記憶させておいて、記憶された補正値を目標交流出力電圧の初期値として次回の運転を開始するようにした場合、次回の運転が単独運転である場合にインバータ発電装置の出力電圧が定格値からずれることが考えられるが、並列運転時に出力電流のバランスをとるために行われる目標交流出力電圧の補正は、基本的には、定格電圧の誤差範囲に収まる程度の僅かな範囲の補正であるので、発電装置の出力電圧が定格電圧から大きく外れて負荷の駆動に支障をきたすようなことはない。また次回の運転時に別のインバータ発電装置と並列運転する場合には、目標交流出力電圧が新たな値に補正されるので問題は生じない。

上記の説明では、各インバータ発電装置が出力電流のバランスをとるように目標交流出力電圧の補正を行うとしたが、出力電流が大きい方、または出力電流が小さい方のいずれか一方の発電装置でのみ目標交流出力電圧の補正を行って、出力電流のバランスをとるようにしてもよい。

また並列運転される複数のインバータ発電装置の間にマスター、スレーブの関係を持たせて、マスター側の出力電流にスレーブ側の出力電流を合わせるように制御してもよい。

上記の実施形態では、各インバータ発電装置の直流電源部が出力する直流電圧から各インバータ発電装置の出力電流を推測して、推測した出力電流をバランスさせるように各インバータ発電装置のインバータを制御するようにしたが、用いられる交流発電機の出力電圧対出力電流特性が揃っていることが分かっている場合には、出力電流の推測を行うことなく、直流電圧の比較を行うだけで複数のインバータ発電装置の出力電流に差が生じているか否かを検出するようにしてもよい。

上記の実施形態では、複数のインバータ発電装置がそれぞれ別個の交流発電機を備えているとしたが、一つの交流発電機内に設けられた複数の発電コイルをそれぞれ電源として複数の直流電源部１０４を構成して、該複数の直流電源部の出力をそれぞれインバータにより交流電圧に変換するようにする場合にも本発明を適用することができる。

上記の実施形態では、同じインバータ発電装置どうしを並列運転する場合を例にとったが、本発明は、インバータ発電装置と、出力電流の検出手段を備えた他の交流電源とを並列運転する場合に広く適用することができる。この場合、他の交流電源は、インバータ発電装置でも良く、商用電源を電源とした電源装置等でもよいが、インバータ発電装置のコントローラとの間で通信を行って自己の出力電流の情報をインバータ発電装置に与える手段は備えている必要がある。

即ち、本発明に係わるインバータ発電装置のコントローラは、他の交流電源と並列運転を行う際に、インバータの出力電圧の位相を他の交流電源から負荷接続端子間に与えられる交流電圧の位相に合わせるようにインバータを制御する並列運転時インバータ制御手段と、直流電圧検出部が検出している直流電圧からインバータの出力電流を推測する出力電流推測手段と、他の交流電源との間で通信を行って他の交流電源の出力電流の情報を取得する通信手段と、出力電流推測手段が推測した出力電流と通信手段が取得した出力電流とを比較して、比較した出力電流の間に差があるときにその差を零にするように目標交流出力電圧を補正する目標電圧補正手段とを備えた構成とすることができる。

図３に示した例では、ステップ５及び６で並列運転時に２台のインバータ発電装置の出力の位相を合わせた後、出力電流をバランスさせるためのステップ７ないし９の処理に移行するようにしているが、各インバータ発電装置の出力の位相が随時変化する可能性がある場合には、２台のインバータ発電装置の出力の位相を合わせる処理を随時行なわせるようにしてもよい。２台のインバータ発電装置の出力の位相を合わせる処理を随時行なう場合には、図３において、ステップ８または９を行なった後、ステップ５に戻るようにすればよい。

本発明の実施形態のハードウェアの構成を示したブロック図である。 図１に示した実施形態のマイクロプロセッサにより構成される機能実現手段を含む全体的な構成を示したブロック図である。 図１の実施形態においてマイクロプロセッサが実行するプログラムのアルゴリズムの要部を示したフローチャートである。

符号の説明

１Ａ 第１のインバータ発電装置
１Ｂ 第２のインバータ発電装置
１０１ 交流発電機
１０２ コンバータ
１０４ 直流電源部
１０５ インバータ
１０６ 直流電圧検出部
１０７ 交流電圧検出部
２ａ，２ｂ 負荷接続端子
３ 負荷

Claims (4)

1. 交流発電機の出力を整流して直流電圧に変換する直流電源部と、前記直流電源部から得られる直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記直流電源部が出力する直流電圧及び前記インバータが出力する交流電圧をそれぞれ検出する直流電圧検出部及び交流電圧検出部と、所望の周波数の目標交流出力電圧に等しい交流電圧を前記インバータから出力させるように、前記直流電圧検出部及び交流電圧検出部の検出出力に応じて前記インバータを制御するコントローラとを備えたインバータ発電装置を複数台備えて、前記複数台のインバータ発電装置の出力端子が共通の負荷接続端子に接続され、各インバータ発電装置のコントローラは、前記交流電圧検出手段により検出される交流電圧の位相を他のインバータ発電装置から前記負荷接続端子に与えられる交流電圧の位相に等しくするようにインバータを制御する並列運転時インバータ制御手段を有している交流電源装置において、
   前記複数台のインバータ発電装置のコントローラが相互間で通信を行うことができるように接続され、
   各インバータ発電装置のコントローラは、各インバータ発電装置の直流電圧検出部が検出している直流電圧から各インバータ発電装置の出力電流を推測する出力電流推測手段を備え、
   各インバータ発電装置のコントローラはまた、自らが備えている出力電流推測手段が推測した出力電流と、他のインバータ発電装置のコントローラに設けられた出力電流推測手段が推測した出力電流とを比較して、比較した出力電流の間に差があるときにその差を零にするように各インバータ発電装置の目標交流出力電圧を補正する目標電圧補正手段を備えていること、
   を特徴とする交流電源装置。
2. 各インバータ発電装置のコントローラは、各インバータ発電装置の直流電源部の出力端で見た交流発電機の出力電圧と出力電流との関係を与えるマップを記憶したマップ記憶手段を備え、
   前記出力電流推測手段は、前記直流電源部が出力している直流電圧に対して前記マップ記憶手段に記憶されたマップを検索することにより前記出力電流を推測するように構成されている請求項１に記載の交流電源装置。
3. 交流発電機の出力を整流して直流電圧に変換する直流電源部と、前記直流電源部から得られる直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記直流電源部が出力する直流電圧及び前記インバータが出力する交流電圧をそれぞれ検出する直流電圧検出部及び交流電圧検出部と、所望の周波数の目標交流出力電圧に等しい交流電圧を前記インバータから出力させるように、前記直流電圧検出部及び交流電圧検出部の検出出力に応じて前記インバータを制御するコントローラとを備えたインバータ発電装置を複数台備えて、前記複数台のインバータ発電装置の出力端子が共通の負荷接続端子に接続され、各インバータ発電装置のコントローラは、前記交流電圧検出手段により検出される交流電圧の位相を他のインバータ発電装置から前記負荷接続端子に与えられる交流電圧の位相に等しくするようにインバータを制御する並列運転時インバータ制御手段を有している交流電源装置において、
   前記複数のインバータ発電装置の交流発電機は、ほぼ同じ出力電圧対出力電流特性を有し、
   前記複数台のインバータ発電装置のコントローラが相互間で通信を行うことができるように接続され、
   各インバータ発電装置のコントローラは、各インバータ発電装置の直流電圧検出部により検出されている直流電圧と他のインバータ発電装置の直流電圧検出部により検出されている直流電圧とを比較して、比較した直流電圧に差があるときにその差を零にするように各インバータ発電装置の目標交流出力電圧を補正する目標電圧補正手段を備えていること、
   を特徴とする交流電源装置。
4. 交流発電機の出力を整流して直流電圧に変換する直流電源部と、前記直流電源部から得られる直流電圧を交流電圧に変換して負荷接続端子間に与えるインバータと、前記直流電源部が出力する直流電圧及び前記インバータが出力する交流電圧をそれぞれ検出する直流電圧検出部及び交流電圧検出部と、所望の周波数の目標交流出力電圧に等しい交流電圧を前記インバータから出力させるように、前記直流電圧検出部及び交流電圧検出部の検出出力に応じて前記インバータを制御するコントローラとを備えたインバータ発電装置において、
   前記コントローラは、
   他の交流電源と並列運転を行う際に、前記インバータの出力電圧の位相を他の交流電源から前記負荷接続端子間に与えられる交流電圧の位相に合わせるように前記インバータを制御する並列運転時インバータ制御手段と、
   前記直流電圧検出部が検出している直流電圧から前記インバータの出力電流を推測する出力電流推測手段と、
   前記他の交流電源との間で通信を行って前記他の交流電源の出力電流の情報を取得する通信手段と、
   前記出力電流推測手段が推測した出力電流と前記通信手段が取得した出力電流とを比較して、比較した出力電流の間に差があるときにその差を零にするように前記目標交流出力電圧を補正する目標電圧補正手段と、
   を備えていることを特徴とするインバータ発電装置。
   

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