JP4716394B2 - 並列に接続されたインバーターの位相角を同期させる方法及びそのシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概略的には並列に接続されたインバーターの位相角を同期させる方法及びシステムに関し、より具体的には、並列に接続されたインバーター・システムにおいて、インバーターの位相角を同期させるために、インバーター間で位相角情報を伝送する方法及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバーターは、直流電流（direct current、略してDC）を、交流電流（alternating current、略してAC）に変換する装置である。インバーターは、自動車において、AC装置に電力を供給するのに使用される場合が多い。実際には、車両装置或いは負荷による比較的高い電力出力要件を満たすために、複数のAC電圧源を並列に接続する必要がある。
【０００３】
図１は、複数のインバーター12a、12b、12n、及び負荷14を持つ電気システム10を示す。インバーター12は、負荷14の一端18とグランド16の間に、並列に接続されている。負荷14の他端20は、グランド16に接続されている。各インバーター12a、12b、及び12nは、それぞれが各インダクタンス源24a、24b、及び24nに接続されたAC電圧源22a、22b、及び22nを、有する。各AC電圧源22は、出力電圧ベクトルviと出力インダクタンスLiを供給する。ここで、i = a, b, ..., n、である。電圧ベクトルviは、電圧の振幅と位相角を伴う。位相角は、0°から360°まで変化する。AC電圧源22は、電子電圧源インバーター（voltage source inverters、略してVSI）から構成されている。
【０００４】
並列電圧源間の位相角がずれると、それらの電圧源の間に実循環電力（circulating real power）を生じる恐れがある。実循環電力は、上記電圧源の最大電力と効率を低下させる。実循環電力は、インバーターに誤作動を生じさせる場合もある。実循環電力を減少させて最小とするためには、インバーター間の位相角のずれを減少させて最小とすることが、必要である。
【０００５】
図２は、２つのインバーター32aと32bを持つ並列システム30を示す。各インバーター32は、それぞれAC電圧源34aと34b、及びインダクタンス源36aと36bを持つ。AC電圧源34aと34bは、出力電圧ベクトルv1とv2をそれぞれ出力する。図３は、２つの電圧ベクトルv1とv2の間の位相角のずれδを示す。実循環電力を減少させるには、上記位相角のずれδを、可能な範囲で最小値まで減少させることが要求される。
【０００６】
出力電圧ベクトルv1とv2の間の実循環電力は、
実循環電力 = V1*V2*sin(δ)/(2πf)/(L1+L2)
により決定され、ここで、fはインバーター32の基本動作周波数、V1とV2は AC出力電圧ベクトルv1とv2の自乗平均平方根（root-mean-square、略してrms）の値（実効値）をそれぞれ示す。
【０００７】
位相角が等しい、つまりδがゼロの場合、実循環電力は無い。上記の理由から、並列接続電圧源インバーター・システムにおけるインバーター間の位相角のずれを減少させて最小とすることが、望まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、並列に接続されたインバーター・システムにおいて、インバーターの位相角を同期させるために、インバーター間で位相角情報を伝送する方法及びシステムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的及び他の目的に従い、本発明は、並列に接続されたインバーター・システムにおいて、インバーターの位相角を同期させるために、インバーター間で位相角情報を伝送する方法を提供する。上記インバーター・システムは、１つのマスター・インバーターと複数のサーバー・インバーターが並列に接続されたものを、有する。インバーターはそれぞれ、電圧源を持つ。各電圧源は、時間の関数としてある位相周期を持って変化する、位相角を伴った電圧を発生する。
【００１０】
上記方法は、共通位相角信号を各サーバー・インバーターに伝送する工程を有する。上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの位相角の関数である。上記マスター・インバーターの位相角が、新たな位相周期に関連付けられた位相角の値と等しいとき、上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの絶対位相角を表す。上記マスター・インバーターの位相角が、新たな位相周期に関連付けられた値と異なるとき、上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの位相角における所定期間内での位相角増加量を表す。
【００１１】
上記方法は、上記マスター・インバーターと上記サーバー・インバーターの位相角が同期する様に、上記共通位相角信号に従って上記各サーバー・インバーターの位相角を制御する工程を更に有するのが好ましい。上記共通位相角信号が上記マスター・インバーターの絶対位相角を表すとき、各サーバー・インバーターの位相角は、上記マスター・インバーターの絶対位相角と等しくなる様に調整される。上記共通位相角信号が上記マスター・インバーターの位相角増加量を表すとき、上記各サーバー・インバーターの位相角は、
１）上記マスター・インバーターの位相角における、上記所定期間内での位相角増加量、及び、
２）上記所定期間前の上記各サーバー・インバーターの位相角、
を加算した値と等しくなる様に調整される。
【００１２】
上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの絶対位相角を表す絶対位相角データ・フォーマットと、
上記マスター・インバーターの位相角における、所定期間内での位相角増加量を表す増分位相角データ・フォーマットを含むのが好ましい。上記絶対位相角データ・フォーマットがハイにセットされたフラグを含むとともに、上記増分位相角データ・フォーマットがローにセットされたフラグを含む。上記絶対角度データ・フォーマットと上記増分位相角データ・フォーマットは、固定数のデータ・ビットを持つデータ・ビット・フォーマットである。
【００１３】
更に、上記目的及び他の目的に従い、本発明は、本発明における上記方法を実施するためのインバーター・システムを提供する。上記インバーター・システムは、電圧源を持つマスター・インバーターを有する。上記マスター・インバーターの電圧源は、時間の関数としてある位相周期を持って変化する、位相角を伴った電圧を供給する。上記インバーター・システムは、それぞれが電圧源を持つ複数のサーバー・インバーターを更に有する。上記サーバー・インバーターの電圧源のそれぞれは、時間の関数としてある位相周期を持って変化する、位相角を伴った電圧を供給する。上記マスター・インバーターと上記サーバー・インバーターは、並列に接続されている。
【００１４】
上記インバーター・システムは、上記マスター・インバーターに付随した制御器を更に有する。上記制御器は、上記各サーバー・インバーターに共通位相角信号を伝送するよう動作可能である。上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの位相角の関数である。上記マスター・インバーターの位相角が新たな位相周期に関連付けられた位相角の値と等しいとき、上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの絶対位相角を表す。上記マスター・インバーターの位相角が新たな位相周期に関連付けられた値と異なるとき、上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの位相角における所定期間内での位相角増加量を表す。
【００１５】
以下に、本発明を一例として、添付の図面を参照しながら更に詳細に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ここで図４を参照すると、本発明に基づいた並列接続インバーター・システム40のブロック図が示されている。インバーター・システム40は、マスター・インバーター42a及び複数のサーバー・インバーター42bと42nを有する。インバーター・システム40は、全インバーター42が共通の位相角を使用してインバーター間のいかなる位相角誤差又はずれも減少させて最小とする様に、動作する。
【００１７】
マスター・インバーター42aは、インバーターの全てが共通の位相角を確実に持つ様にするため、共通位相角信号をサーバー・インバーター42bと42nに伝送する。共通位相角信号は、マスター・インバーター42aの位相角の関数である。サーバー・インバーター42bと42nは、それらの位相角がマスター・インバーター42の位相角と等しくなる様に、共通位相角信号に従って自身の位相角を調整する。これにより、確実に、インバーター42の位相角が全て同じとなってずれが生じない。マスター・インバーター42aは、本発明の方法に従って共通位相角信号を伝送する。
【００１８】
マスター・インバーター42aは、伝送精度を保ちつつ伝送に必要なバス幅を小さくする様に、位相角情報（つまり共通位相角信号）をサーバー・インバーター42bと42nに伝送する。共通位相角信号は、複数のビットを持つデータ・ビット・フォーマットにコード化される。マスター・インバーター42aは、共通位相角信号について２種類の情報伝送フォーマットを使用する。それらは、
1） 増分位相角ΔΘフォーマット、及び、
２）絶対位相角δabsフォーマット、
である。
【００１９】
ここで、図４を引続き参照しつつ図５、６、７及び８を参照し、増分位相角信号と絶対位相角信号をより詳細に説明する。
【００２０】
図５は、x軸52方向にマスター・インバーター42aの位相角をプロットし、y軸54方向にマスター・インバーターのAC出力電圧をプロットしたグラフ50を示す。マスター・インバーター42aのAC出力電圧は、位相角の関数として周期的に変動する。点56、57及び58において、AC出力電圧はゼロである。AC出力電圧がゼロとなるのは、位相角が、点56において0°、点57において180°、そして点58において360°（つまり0°）であるためである。位相角が0°から360°まで変化するとき、AC出力電圧は１周期、変動する。１周期が終了すると、AC出力電圧は、新たな周期での変動を開始する。
【００２１】
図６は、x軸62方向に時間をプロットし、y軸64方向にマスター・インバーター42aの位相角をプロットしたグラフ60を示す。点65と66において、マスター・インバーター42aの位相角は0°に等しい。位相角は、点65における0°から、点66における360°まで増加する。
【００２２】
マスター・インバーター42aは、一定の時間Δtupdate毎にマスター・インバーターの位相角を更新する制御器44を有する。制御器44は、マスター・インバーター42aのAC出力電圧における更新時間Δtupdate内での位相角変化量の更新も行う。位相角の変化量は、増分位相角ΔΘiである。増分位相角ΔΘiは、以下の式に従って決定される：
ΔΘi = Θi - Θi-1 = 2πf*Δtupdate
ここで、fはインバーター42の基本動作周波数である。それで、図６に示すように、増分位相角ΔΘiが各更新時間Δtupdateについて決定される。更新時間は離散値であるため、グラフ60にプロットされるマスター・インバーター42aの位相角は、階段状のものである。更新時間Δtupdateが短い程、グラフ60における時間に対する位相角のプロットは、より滑らかとなり階段状ではなくなっていく。
【００２３】
絶対位相角Θiは、時間tiにおけるマスター・インバーター42aのAC出力電圧の位相角である。絶対位相角Θiは、増分位相角ΔΘiを0°の時点からの時間に亘り累積した値でもある。絶対位相角Θiは、AC出力電圧の各周期の開始時点では0°である。
【００２４】
マスター・インバーター42aの制御器44は、各更新時間Δtupdate毎に、共通位相角信号をサーバー・インバーター42bと42nのそれぞれに伝送する。マスター・インバーターの位相角が新たな位相周期に関連付けられた位相角の値と等しいとき、制御器44はマスター・インバーター42aの絶対位相角Θiを示す共通位相角信号を伝送する。この共通位相角信号は、絶対位相角フォーマットに含まれる。それで、マスター・インバーター42aの位相角が0°の値を通過する度に、共通位相角信号はΘ0を示す（0 < Θ0 < 2πf*Δtupdate）。この共通位相角信号の受信に応答して、サーバー・インバーター42bと42nはそれぞれ、その位相角をΘ0に調整する。つまり、Θi = Θ0となる。
【００２５】
マスター・インバーターの位相角が新たな位相周期に関連付けられた位相角の値とは異なるとき、制御器44は、マスター・インバーター42aの位相角における、更新時間内での位相角増加量を示す共通位相角信号を伝送する。この共通位相角信号は、増分角度変化量フォーマットに含まれる。それで、マスター・インバーター42aの位相角が新たな位相周期に関連付けられた位相角の値と異なる度に、共通位相角信号はマスター・インバーターにおける更新時間内での位相角変化量を示す。この共通位相角信号の受信に応答して、サーバー・インバーター42bと42nはそれぞれ、以下の値の和に等しい位相角に調整される。すなわち、
１）マスター・インバーターの位相角における、更新時間内での位相角増加量、及び、
２）上記期間前のサーバー・インバーターの位相角、である。つまり、Θi = Θi-1 + ΔΘi、となる。
【００２６】
図７は、x軸72方向に時間をプロットし、y軸74方向にマスター・インバーター42aのAC出力電圧をプロットしたグラフ70を示す。点75と76の時点で、制御器44は、マスター・インバーター42aの絶対位相角を示す共通位相角信号を伝送する。点75と76の間の、全体として78と示される時間内に、制御器44は、マスター・インバーター42aの位相角増加量を示す共通位相角信号を伝送する。
【００２７】
図８は、x軸82方向に時間をプロットし、y軸84方向にマスター・インバーター42aの位相角をプロットしたグラフ80を示す。図示した様に、マスター・インバーター42aの位相角は0°から360°まで周期的に変化する。
【００２８】
ここで図９及び図10を参照しながら、共通位相角信号の、増分及び絶対位相角フォーマットをより詳細に説明する。各フォーマットは、所定数のデータ・ビット、例えば10個のデータ・ビットを持つデータ・ワードである。最上位ビット（most significant bit、略してMSB）は、共通位相角信号が増分位相角フォーマットを表すか絶対位相角フォーマットを表すかを示すフラグである。例えば、最上位ビットがロー（low）にセットされて、共通位相角信号が位相角増加量フォーマットを表すことを示す。同様に、最上位ビットがハイ（high）にセットされて、共通位相角信号が絶対位相角フォーマットを表すことを示す。データ・ワードにおける上記以外のビットは、位相角の数値データのために使用される。
【００２９】
本発明の方法及びシステムは、以下の利点を奏する。
（１）情報伝送のためのデータ・バス幅が、より狭いデータ範囲に減少される。
（２）位相角が周期的に調整されるため、累積誤差を生じる恐れが無い。
（３）上記調整が0°の位相角付近で行われた場合に切捨て誤差が生じない。
（４）基本動作周波数を動的に変更することが出来る。
これは、より高い柔軟性と信頼性を持ちながら比較的低コストで実施出来るという利点をもたらす。
【００３０】
以下の例は、上記第１の利点を説明するとともに、増分位相角情報の伝送によって、伝送方法における精度が大きく向上されることを示すものである。それで、同レベルの位相角精度を得るのに、情報伝送のためのデータ・バス幅が小さくなっている。10ビットのデータ・バスと、125μ秒の更新時間という条件で、異なる伝送フォーマットについて位相角分解能を求め、比較したのが以下の表である。
【表１】
【００３１】
上記の表は、絶対位相角情報を伝送するよりも、増分位相角情報を伝送する方が、分解能が極めて良好であることを示す。分解能が大きく向上されたのは、データ範囲が大きく減少されたためである。上記の表からは、同じ位相角分解能を得るのに、本発明の伝送方法が、絶対位相角データのみを伝送する場合に比して非常に小さなデータ・バス幅しか必要としないことも、窺える。
【００３２】
第２の利点に関しては、通信エラーに起因する累積誤差を防止するために、伝送フォーマットを絶対位相角に変更することが必要である。本発明の方法は、位相角が小さな値となるはずの0°の値を通過した直後においてのみ、調整を行うことを提案するものであり、それで、精度を高めることが出来る。
【００３３】
位相角の更新時間がAC出力電圧周期の開始と揃わない場合があるため、絶対位相角は0°ではない場合があることに、留意すべきである。しかしながら、位相角が0°の値を通過した直後であるため、増分位相角の範囲内にあるはずであり、単にステップ当たりの量を増加させることは可能である。
【００３４】
それで、位相角が0°の値を通過した直後に絶対位相角データを伝送すると、増分位相角データを伝送したのと同じ分解能となる。この様にして、累積誤差を防止する様にインバーター間の位相角を周期的に揃えることが出来、また位相角の精度も保たれる。
【００３５】
第３の利点に関しては、0°に等しい位相角付近で調整が行われた場合に切捨て誤差が生じないのは、マスター・インバーターとサーバー・インバーターを含む全てのインバーターが共通の情報を使用するからである。
【００３６】
第４の利点に関しては、各サーバー・インバーターの位相角を更新するために、増分位相角ΔΘがそれらインバーターにより使用される。tkの時点においては、以下の式によって表すことが出来る。
Θk = Θk-1 + ΔΘk
ΔΘk = 2π*Δt*fk
ここで、Θkは新たな位相角、Θk-1は更新時間前の位相角、fkはマスター・インバーターの基本動作周波数、及び、Δtは位相角が更新される期間、である。fkは動的に変更され得ること、及び上記情報がΔΘkに置換えられてマスター・インバーターからサーバー・インバーターに伝送出来ることに、留意すべきである。
【００３７】
本発明の実施形態を図示及び説明したが、それらの実施形態が本発明の考えられ得る形態の全てを図示及び説明することを意図するものではない。むしろ、本明細書にて使用された用語は、限定のためではなく説明のためのものであり、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱すること無しに種々の変更が行われ得ることが理解されよう。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、並列に接続されたインバーター・システムにおいて、インバーターの位相角を同期させるために、インバーター間で位相角情報を伝送する方法及びシステムを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】電圧を負荷に供給する、並列に接続された複数のインバーターを持つ、電気システムの典型的な例を示す図である。
【図２】２つのインバーターを持ち負荷を持たない、並列に接続されたインバーター・システムの典型的な例を示す図である。
【図３】図２に示す各インバーターにおけるAC電圧源の、２つの電圧ベクトルv1とv2の間の位相角のずれδを示す図である。
【図４】本発明による、並列に接続されたインバーター・システムのブロック図である。
【図５】本発明のシステムにおけるマスター・インバーターの位相角に対する、マスター・インバーターのAC出力電圧を示すグラフである。
【図６】時間に対する、本発明のシステムにおけるマスター・インバーターの位相角増分を示すグラフである。
【図７】時間に対する、本発明のシステムにおけるマスター・インバーターのAC出力電圧を示すグラフである。
【図８】時間に対する、本発明のシステムにおけるマスター・インバーターの位相角を示すグラフである。
【図９】最上位ビットがローにセットされた共通位相角信号についての、増分位相角データ・フォーマットを示す図である。
【図１０】最上位ビットがハイにセットされた共通位相角信号についての、絶対位相角データ・フォーマットを示す図である。
【符号の説明】
22a、22b、22n 電圧源
40 並列接続インバーター・システム
42a マスター・インバーター
42b、42n サーバー・インバーター
【発明の属する技術分野】
本発明は、概略的には並列に接続されたインバーターの位相角を同期させる方法及びシステムに関し、より具体的には、並列に接続されたインバーター・システムにおいて、インバーターの位相角を同期させるために、インバーター間で位相角情報を伝送する方法及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバーターは、直流電流（direct current、略してDC）を、交流電流（alternating current、略してAC）に変換する装置である。インバーターは、自動車において、AC装置に電力を供給するのに使用される場合が多い。実際には、車両装置或いは負荷による比較的高い電力出力要件を満たすために、複数のAC電圧源を並列に接続する必要がある。
【０００３】
図１は、複数のインバーター12a、12b、12n、及び負荷14を持つ電気システム10を示す。インバーター12は、負荷14の一端18とグランド16の間に、並列に接続されている。負荷14の他端20は、グランド16に接続されている。各インバーター12a、12b、及び12nは、それぞれが各インダクタンス源24a、24b、及び24nに接続されたAC電圧源22a、22b、及び22nを、有する。各AC電圧源22は、出力電圧ベクトルviと出力インダクタンスLiを供給する。ここで、i = a, b, ..., n、である。電圧ベクトルviは、電圧の振幅と位相角を伴う。位相角は、0°から360°まで変化する。AC電圧源22は、電子電圧源インバーター（voltage source inverters、略してVSI）から構成されている。
【０００４】
並列電圧源間の位相角がずれると、それらの電圧源の間に実循環電力（circulating real power）を生じる恐れがある。実循環電力は、上記電圧源の最大電力と効率を低下させる。実循環電力は、インバーターに誤作動を生じさせる場合もある。実循環電力を減少させて最小とするためには、インバーター間の位相角のずれを減少させて最小とすることが、必要である。
【０００５】
図２は、２つのインバーター32aと32bを持つ並列システム30を示す。各インバーター32は、それぞれAC電圧源34aと34b、及びインダクタンス源36aと36bを持つ。AC電圧源34aと34bは、出力電圧ベクトルv1とv2をそれぞれ出力する。図３は、２つの電圧ベクトルv1とv2の間の位相角のずれδを示す。実循環電力を減少させるには、上記位相角のずれδを、可能な範囲で最小値まで減少させることが要求される。
【０００６】
出力電圧ベクトルv1とv2の間の実循環電力は、
実循環電力 = V1*V2*sin(δ)/(2πf)/(L1+L2)
により決定され、ここで、fはインバーター32の基本動作周波数、V1とV2は AC出力電圧ベクトルv1とv2の自乗平均平方根（root-mean-square、略してrms）の値（実効値）をそれぞれ示す。
【０００７】
位相角が等しい、つまりδがゼロの場合、実循環電力は無い。上記の理由から、並列接続電圧源インバーター・システムにおけるインバーター間の位相角のずれを減少させて最小とすることが、望まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、並列に接続されたインバーター・システムにおいて、インバーターの位相角を同期させるために、インバーター間で位相角情報を伝送する方法及びシステムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的及び他の目的に従い、本発明は、並列に接続されたインバーター・システムにおいて、インバーターの位相角を同期させるために、インバーター間で位相角情報を伝送する方法を提供する。上記インバーター・システムは、１つのマスター・インバーターと複数のサーバー・インバーターが並列に接続されたものを、有する。インバーターはそれぞれ、電圧源を持つ。各電圧源は、時間の関数としてある位相周期を持って変化する、位相角を伴った電圧を発生する。
【００１０】
上記方法は、共通位相角信号を各サーバー・インバーターに伝送する工程を有する。上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの位相角の関数である。上記マスター・インバーターの位相角が、新たな位相周期に関連付けられた位相角の値と等しいとき、上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの絶対位相角を表す。上記マスター・インバーターの位相角が、新たな位相周期に関連付けられた値と異なるとき、上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの位相角における所定期間内での位相角増加量を表す。
【００１１】
上記方法は、上記マスター・インバーターと上記サーバー・インバーターの位相角が同期する様に、上記共通位相角信号に従って上記各サーバー・インバーターの位相角を制御する工程を更に有するのが好ましい。上記共通位相角信号が上記マスター・インバーターの絶対位相角を表すとき、各サーバー・インバーターの位相角は、上記マスター・インバーターの絶対位相角と等しくなる様に調整される。上記共通位相角信号が上記マスター・インバーターの位相角増加量を表すとき、上記各サーバー・インバーターの位相角は、
１）上記マスター・インバーターの位相角における、上記所定期間内での位相角増加量、及び、
２）上記所定期間前の上記各サーバー・インバーターの位相角、
を加算した値と等しくなる様に調整される。
【００１２】
上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの絶対位相角を表す絶対位相角データ・フォーマットと、
上記マスター・インバーターの位相角における、所定期間内での位相角増加量を表す増分位相角データ・フォーマットを含むのが好ましい。上記絶対位相角データ・フォーマットがハイにセットされたフラグを含むとともに、上記増分位相角データ・フォーマットがローにセットされたフラグを含む。上記絶対角度データ・フォーマットと上記増分位相角データ・フォーマットは、固定数のデータ・ビットを持つデータ・ビット・フォーマットである。
【００１３】
更に、上記目的及び他の目的に従い、本発明は、本発明における上記方法を実施するためのインバーター・システムを提供する。上記インバーター・システムは、電圧源を持つマスター・インバーターを有する。上記マスター・インバーターの電圧源は、時間の関数としてある位相周期を持って変化する、位相角を伴った電圧を供給する。上記インバーター・システムは、それぞれが電圧源を持つ複数のサーバー・インバーターを更に有する。上記サーバー・インバーターの電圧源のそれぞれは、時間の関数としてある位相周期を持って変化する、位相角を伴った電圧を供給する。上記マスター・インバーターと上記サーバー・インバーターは、並列に接続されている。
【００１４】
上記インバーター・システムは、上記マスター・インバーターに付随した制御器を更に有する。上記制御器は、上記各サーバー・インバーターに共通位相角信号を伝送するよう動作可能である。上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの位相角の関数である。上記マスター・インバーターの位相角が新たな位相周期に関連付けられた位相角の値と等しいとき、上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの絶対位相角を表す。上記マスター・インバーターの位相角が新たな位相周期に関連付けられた値と異なるとき、上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの位相角における所定期間内での位相角増加量を表す。
【００１５】
以下に、本発明を一例として、添付の図面を参照しながら更に詳細に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ここで図４を参照すると、本発明に基づいた並列接続インバーター・システム40のブロック図が示されている。インバーター・システム40は、マスター・インバーター42a及び複数のサーバー・インバーター42bと42nを有する。インバーター・システム40は、全インバーター42が共通の位相角を使用してインバーター間のいかなる位相角誤差又はずれも減少させて最小とする様に、動作する。
【００１７】
マスター・インバーター42aは、インバーターの全てが共通の位相角を確実に持つ様にするため、共通位相角信号をサーバー・インバーター42bと42nに伝送する。共通位相角信号は、マスター・インバーター42aの位相角の関数である。サーバー・インバーター42bと42nは、それらの位相角がマスター・インバーター42の位相角と等しくなる様に、共通位相角信号に従って自身の位相角を調整する。これにより、確実に、インバーター42の位相角が全て同じとなってずれが生じない。マスター・インバーター42aは、本発明の方法に従って共通位相角信号を伝送する。
【００１８】
マスター・インバーター42aは、伝送精度を保ちつつ伝送に必要なバス幅を小さくする様に、位相角情報（つまり共通位相角信号）をサーバー・インバーター42bと42nに伝送する。共通位相角信号は、複数のビットを持つデータ・ビット・フォーマットにコード化される。マスター・インバーター42aは、共通位相角信号について２種類の情報伝送フォーマットを使用する。それらは、
1） 増分位相角ΔΘフォーマット、及び、
２）絶対位相角δabsフォーマット、
である。
【００１９】
ここで、図４を引続き参照しつつ図５、６、７及び８を参照し、増分位相角信号と絶対位相角信号をより詳細に説明する。
【００２０】
図５は、x軸52方向にマスター・インバーター42aの位相角をプロットし、y軸54方向にマスター・インバーターのAC出力電圧をプロットしたグラフ50を示す。マスター・インバーター42aのAC出力電圧は、位相角の関数として周期的に変動する。点56、57及び58において、AC出力電圧はゼロである。AC出力電圧がゼロとなるのは、位相角が、点56において0°、点57において180°、そして点58において360°（つまり0°）であるためである。位相角が0°から360°まで変化するとき、AC出力電圧は１周期、変動する。１周期が終了すると、AC出力電圧は、新たな周期での変動を開始する。
【００２１】
図６は、x軸62方向に時間をプロットし、y軸64方向にマスター・インバーター42aの位相角をプロットしたグラフ60を示す。点65と66において、マスター・インバーター42aの位相角は0°に等しい。位相角は、点65における0°から、点66における360°まで増加する。
【００２２】
マスター・インバーター42aは、一定の時間Δtupdate毎にマスター・インバーターの位相角を更新する制御器44を有する。制御器44は、マスター・インバーター42aのAC出力電圧における更新時間Δtupdate内での位相角変化量の更新も行う。位相角の変化量は、増分位相角ΔΘiである。増分位相角ΔΘiは、以下の式に従って決定される：
ΔΘi = Θi - Θi-1 = 2πf*Δtupdate
ここで、fはインバーター42の基本動作周波数である。それで、図６に示すように、増分位相角ΔΘiが各更新時間Δtupdateについて決定される。更新時間は離散値であるため、グラフ60にプロットされるマスター・インバーター42aの位相角は、階段状のものである。更新時間Δtupdateが短い程、グラフ60における時間に対する位相角のプロットは、より滑らかとなり階段状ではなくなっていく。
【００２３】
絶対位相角Θiは、時間tiにおけるマスター・インバーター42aのAC出力電圧の位相角である。絶対位相角Θiは、増分位相角ΔΘiを0°の時点からの時間に亘り累積した値でもある。絶対位相角Θiは、AC出力電圧の各周期の開始時点では0°である。
【００２４】
マスター・インバーター42aの制御器44は、各更新時間Δtupdate毎に、共通位相角信号をサーバー・インバーター42bと42nのそれぞれに伝送する。マスター・インバーターの位相角が新たな位相周期に関連付けられた位相角の値と等しいとき、制御器44はマスター・インバーター42aの絶対位相角Θiを示す共通位相角信号を伝送する。この共通位相角信号は、絶対位相角フォーマットに含まれる。それで、マスター・インバーター42aの位相角が0°の値を通過する度に、共通位相角信号はΘ0を示す（0 < Θ0 < 2πf*Δtupdate）。この共通位相角信号の受信に応答して、サーバー・インバーター42bと42nはそれぞれ、その位相角をΘ0に調整する。つまり、Θi = Θ0となる。
【００２５】
マスター・インバーターの位相角が新たな位相周期に関連付けられた位相角の値とは異なるとき、制御器44は、マスター・インバーター42aの位相角における、更新時間内での位相角増加量を示す共通位相角信号を伝送する。この共通位相角信号は、増分角度変化量フォーマットに含まれる。それで、マスター・インバーター42aの位相角が新たな位相周期に関連付けられた位相角の値と異なる度に、共通位相角信号はマスター・インバーターにおける更新時間内での位相角変化量を示す。この共通位相角信号の受信に応答して、サーバー・インバーター42bと42nはそれぞれ、以下の値の和に等しい位相角に調整される。すなわち、
１）マスター・インバーターの位相角における、更新時間内での位相角増加量、及び、
２）上記期間前のサーバー・インバーターの位相角、である。つまり、Θi = Θi-1 + ΔΘi、となる。
【００２６】
図７は、x軸72方向に時間をプロットし、y軸74方向にマスター・インバーター42aのAC出力電圧をプロットしたグラフ70を示す。点75と76の時点で、制御器44は、マスター・インバーター42aの絶対位相角を示す共通位相角信号を伝送する。点75と76の間の、全体として78と示される時間内に、制御器44は、マスター・インバーター42aの位相角増加量を示す共通位相角信号を伝送する。
【００２７】
図８は、x軸82方向に時間をプロットし、y軸84方向にマスター・インバーター42aの位相角をプロットしたグラフ80を示す。図示した様に、マスター・インバーター42aの位相角は0°から360°まで周期的に変化する。
【００２８】
ここで図９及び図10を参照しながら、共通位相角信号の、増分及び絶対位相角フォーマットをより詳細に説明する。各フォーマットは、所定数のデータ・ビット、例えば10個のデータ・ビットを持つデータ・ワードである。最上位ビット（most significant bit、略してMSB）は、共通位相角信号が増分位相角フォーマットを表すか絶対位相角フォーマットを表すかを示すフラグである。例えば、最上位ビットがロー（low）にセットされて、共通位相角信号が位相角増加量フォーマットを表すことを示す。同様に、最上位ビットがハイ（high）にセットされて、共通位相角信号が絶対位相角フォーマットを表すことを示す。データ・ワードにおける上記以外のビットは、位相角の数値データのために使用される。
【００２９】
本発明の方法及びシステムは、以下の利点を奏する。
（１）情報伝送のためのデータ・バス幅が、より狭いデータ範囲に減少される。
（２）位相角が周期的に調整されるため、累積誤差を生じる恐れが無い。
（３）上記調整が0°の位相角付近で行われた場合に切捨て誤差が生じない。
（４）基本動作周波数を動的に変更することが出来る。
これは、より高い柔軟性と信頼性を持ちながら比較的低コストで実施出来るという利点をもたらす。
【００３０】
以下の例は、上記第１の利点を説明するとともに、増分位相角情報の伝送によって、伝送方法における精度が大きく向上されることを示すものである。それで、同レベルの位相角精度を得るのに、情報伝送のためのデータ・バス幅が小さくなっている。10ビットのデータ・バスと、125μ秒の更新時間という条件で、異なる伝送フォーマットについて位相角分解能を求め、比較したのが以下の表である。
【表１】
上記の表は、絶対位相角情報を伝送するよりも、増分位相角情報を伝送する方が、分解能が極めて良好であることを示す。分解能が大きく向上されたのは、データ範囲が大きく減少されたためである。上記の表からは、同じ位相角分解能を得るのに、本発明の伝送方法が、絶対位相角データのみを伝送する場合に比して非常に小さなデータ・バス幅しか必要としないことも、窺える。
【００３２】
第２の利点に関しては、通信エラーに起因する累積誤差を防止するために、伝送フォーマットを絶対位相角に変更することが必要である。本発明の方法は、位相角が小さな値となるはずの0°の値を通過した直後においてのみ、調整を行うことを提案するものであり、それで、精度を高めることが出来る。
【００３３】
位相角の更新時間がAC出力電圧周期の開始と揃わない場合があるため、絶対位相角は0°ではない場合があることに、留意すべきである。しかしながら、位相角が0°の値を通過した直後であるため、増分位相角の範囲内にあるはずであり、単にステップ当たりの量を増加させることは可能である。
【００３４】
それで、位相角が0°の値を通過した直後に絶対位相角データを伝送すると、増分位相角データを伝送したのと同じ分解能となる。この様にして、累積誤差を防止する様にインバーター間の位相角を周期的に揃えることが出来、また位相角の精度も保たれる。
【００３５】
第３の利点に関しては、0°に等しい位相角付近で調整が行われた場合に切捨て誤差が生じないのは、マスター・インバーターとサーバー・インバーターを含む全てのインバーターが共通の情報を使用するからである。
【００３６】
第４の利点に関しては、各サーバー・インバーターの位相角を更新するために、増分位相角ΔΘがそれらインバーターにより使用される。tkの時点においては、以下の式によって表すことが出来る。
Θk = Θk-1 + ΔΘk
ΔΘk = 2π*Δt*fk
ここで、Θkは新たな位相角、Θk-1は更新時間前の位相角、fkはマスター・インバーターの基本動作周波数、及び、Δtは位相角が更新される期間、である。fkは動的に変更され得ること、及び上記情報がΔΘkに置換えられてマスター・インバーターからサーバー・インバーターに伝送出来ることに、留意すべきである。
【００３７】
本発明の実施形態を図示及び説明したが、それらの実施形態が本発明の考えられ得る形態の全てを図示及び説明することを意図するものではない。むしろ、本明細書にて使用された用語は、限定のためではなく説明のためのものであり、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱すること無しに種々の変更が行われ得ることが理解されよう。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、並列に接続されたインバーター・システムにおいて、インバーターの位相角を同期させるために、インバーター間で位相角情報を伝送する方法及びシステムを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】電圧を負荷に供給する、並列に接続された複数のインバーターを持つ、電気システムの典型的な例を示す図である。
【図２】２つのインバーターを持ち負荷を持たない、並列に接続されたインバーター・システムの典型的な例を示す図である。
【図３】図２に示す各インバーターにおけるAC電圧源の、２つの電圧ベクトルv1とv2の間の位相角のずれδを示す図である。
【図４】本発明による、並列に接続されたインバーター・システムのブロック図である。
【図５】本発明のシステムにおけるマスター・インバーターの位相角に対する、マスター・インバーターのAC出力電圧を示すグラフである。
【図６】時間に対する、本発明のシステムにおけるマスター・インバーターの位相角増分を示すグラフである。
【図７】時間に対する、本発明のシステムにおけるマスター・インバーターのAC出力電圧を示すグラフである。
【図８】時間に対する、本発明のシステムにおけるマスター・インバーターの位相角を示すグラフである。
【図９】最上位ビットがローにセットされた共通位相角信号についての、増分位相角データ・フォーマットを示す図である。
【図１０】最上位ビットがハイにセットされた共通位相角信号についての、絶対位相角データ・フォーマットを示す図である。
【符号の説明】
22a、22b、22n 電圧源
40 並列接続インバーター・システム
42a マスター・インバーター
42b、42n サーバー・インバーター
Claims (12)
- 並列に接続されたインバーター・システムにおけるインバーター間で、インバーターの位相角を同期させるために位相角情報を伝送する方法であって、
上記インバーター・システムは、並列に接続された１つのマスター・インバーターと複数のサーバー・インバーターを持ち、各インバーターが電圧源を持ち、上記各電圧源は、時間の関数としてある位相周期を持って変化する、位相角を伴った電圧を発生するものにおいて、
共通位相角信号を、上記各サーバー・インバーターに伝送する工程を有する、
ただし、上記共通位相信号は、上記マスター・インバーターの位相角の関数であり、
上記マスター・インバーターの位相角が、新たな位相周期に関連付けられた位相角の値と等しいときは、上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの絶対位相角を表し、
上記マスター・インバーターの位相角が、新たな位相周期に関連付けられた値と異なるときは、上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの位相角における所定期間内での位相角増加量を表す、方法。 - 上記マスター・インバーターと上記サーバー・インバーターの位相角が同期する様に、上記共通位相角信号に従って上記各サーバー・インバーターの位相角を制御する工程を更に有する、請求項１に記載の方法。
- 上記共通位相角信号が上記マスター・インバーターの絶対位相角を表すときに、上記各サーバー・インバーターの位相角を上記マスター・インバーターの絶対位相角と等しくなる様に調整する工程を更に有する、請求項１に記載の方法。
- 上記共通位相角信号が上記マスター・インバーターの位相角増加量を表すときに、上記各サーバー・インバーターの位相角を、
１）上記マスター・インバーターの位相角における、上記所定期間内での位相角増加量、及び、
２）上記所定期間前の上記各サーバー・インバーターの位相角、を加算した値と等しくなる様に調整する工程を更に有する、請求項１に記載の方法。 - 上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの絶対位相角を表す絶対位相角データ・フォーマットと、上記マスター・インバーターの位相角における、所定期間内での位相角増加量を表す増分位相角データ・フォーマットを含み、そこで、上記絶対位相角データ・フォーマットはハイにセットされたフラグを含むとともに、上記増分位相角データ・フォーマットはローにセットされたフラグを含む、請求項１に記載の方法。
- 上記絶対角度データ・フォーマットと上記増分位相角データ・フォーマットは、固定数のデータ・ビットを持つデータ・ビット・フォーマットである、請求項５に記載の方法。
- 少なくとも、１つのマスター・インバーター、複数のサーバー・インバーター、および、前記マスター・インバーターに伴う制御装置を有するインバーター・システムであって、
前記マスター・インバーターは電圧源を有し、前記電圧源は、時間の関数としてある位相周期を持って変化する位相角を伴った電圧を発生し、
前記複数のサーバー・インバーターは各々電圧源を有し、前記各電圧源は、時間の関数としてある位相周期を持って変化する位相角を伴った電圧を発生し、
前記マスター・インバーターと各サーバー・インバーターとは並列に接続されており、
前記制御装置は、共通位相角信号を前記各サーバー・インバーターに伝送し、
ここで、前記共通位相角信号は、前記マスター・インバーターの位相角の関数であり、前記共通位相角信号は、前記マスター・インバーターの位相角が新たな位相周期に関連する位相角と等しいときは、前記マスター・インバーターの絶対位相角を表し、
前記マスター・インバーターの位相角が、新たな位相周期に関連付けられた値と異なるときは、所定期間内における前記マスター・インバーターの位相角の位相角増加量を表す、
ことを特徴とするインバーター・システム。 - 前記各サーバー・インバーターは、前記マスター・インバーターと前記各サーバー・インバーターの位相角が同期する様に、上記共通位相角信号に従って、自己の位相角を制御する、請求項７記載のインバーター・システム。
- 前記共通位相角信号が前記マスター・インバーターの絶対位相角を表す場合は、前記各サーバー・インバーターは、自己の位相角を前記マスター・インバーターの絶対位相角と等しくなる様に調整する、請求項７記載のインバーター・システム。
- 前記共通位相角信号が前記マスター・インバーターの位相角増加量を表す場合は、前記各サーバー・インバーターは、自己の位相角を、
１）前記マスター・インバーターの位相角における、前記所定期間内での位相角増加量、及び、
２）前記所定期間前の前記各サーバー・インバーターの位相角、を加算した値と等しくなる様に調整する、請求項７記載のインバーター・システム。 - 上記共通位相角信号は、上記マスター・インバーターの絶対位相角を表す絶対位相角データ・フォーマットと、上記マスター・インバーターの位相角における、所定期間内での位相角増加量を表す増分位相角データ・フォーマットを含み、そこで、上記絶対位相角データ・フォーマットはハイにセットされたフラグを含むとともに、上記増分位相角データ・フォーマットはローにセットされたフラグを含む、請求項７記載のインバーター・システム。
- 上記絶対角度データ・フォーマットと上記増分位相角データ・フォーマットは、固定数のデータ・ビットを持つデータ・ビット・フォーマットである、請求項１１記載のインバーター・システム。
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