JP4876976B2 - 交流出力電力変換装置の位相同期制御方法及び位相同期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法及び位相同期制御装置に関する。

従来の交流出力電力変換装置には、当該電力変換装置の出力電圧位相と交流電源の出力電圧位相との同期をとるために位相同期制御装置を備えたものがある。例えば、交流出力電力変換装置の位相同期制御方法として、回転直交座標上の２軸量を用いて、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相との位相差を０にするように周波数制御を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図４を参照して上記特許文献１に記載された交流出力電力変換装置の位相同期制御方法について説明する。交流電圧検出回路１により交流電源電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴを検出し、α−β座標変換回路２において（１）式の変換式に基づいて２相の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する。

次に、２相の交流量Ｖα、Ｖβをｄ−ｑ座標変換回路３へ入力して回転する直交座標である回転直交座標上の２軸量Ｖｄ、Ｖｑへ変換する。ｄ−ｑ座標変換回路３における回転直交座標上の２軸量Ｖｄ、Ｖｑの変換は、（２）式の変換式により行うことができる。

ｄ−ｑ座標変換回路３により求められたＶｑを位相差演算回路４へ入力し、（３）式で表される近似式に基づいて位相差Δθを算出する。

上式により求められた位相差Δθを周波数補正量演算回路５へ入力する。周波数補正量演算回路５は比例要素（比例ゲイン１１，乗算器１３）及び積分要素（積分ゲイン１２，乗算器１４，積分器１５）で構成されており、位相差Δθが０になるような周波数補正量Δｆを出力する。

周波数補正量Δｆを周波数設定器６で設定された基準周波数ｆｂに加算器７で加算し、加算値を位相演算回路８を介して波形発生回路９へ入力する。波形発生回路９で生成した余弦波cosθ^＊及び正弦波sinθ^＊をｄ−ｑ座標変換回路３へフィードバックしている。

以上の一連の制御動作により、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相との位相差を０にするように波形発生回路９の動作周波数が決定され、交流出力電力変換装置の出力電圧位相が交流電源の電圧位相に同期する。

一方、ｄ−ｑ座標変換回路３で求められたｄ軸への変換量Ｖｄは交流電圧監視回路１０へ入力されている。交流電圧監視回路１０は、変換量Ｖｄに基づいて交流電源の正常／異常状態を判定する。交流電圧監視回路１０において交流電源に停電などの異常が検出された場合、当該交流電圧監視回路１０から周波数補正量演算回路５の積分器１５を停止させる。
特開平１０−３１３５７４号公報

上記従来技術は、交流電源が異常となる期間は、周波数補正量演算の積分演算のみ停止させ、交流電源異常時にも位相同期動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常からの復帰後に速やかに同期させる方法として提案されており、安定した電力を速やかに供給できる交流出力電力変換装置を実現できるとしている。しかし、回転座標上のｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正を適用して位相同期制御を行った場合、位相差Δθが±９０度を越える状態においては、図４の制御系は不安定となることから、動作周波数が急激に変化し、交流出力電力変換装置が安定した電力を供給できなくなるといった問題がある。

また、上記従来技術は、周波数補正量演算回路５が出力する周波数補正量Δｆが交流電源異常期間に大きく変化してしまうことを回避するために、積分器１５を停止させている。しかし、積分器１５は定常状態での位相差Δθの定常偏差を０にすることを主目的としており、図４の制御系の安定は、周波数補正量演算回路５の比例ゲイン１１によりほぼ決定される。このため、積分器１５を停止させるだけでは、位相差Δθが±９０度を越える状態での図４の制御系の不安定性を回避することは難しいという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、周波数補正量演算回路の比例積分制御系の構成を変更することなく、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現可能な交流出力電力変換装置の位相同期制御方法及び位相同期制御装置を提供することを目的とする。

本発明の位相同期制御方法は、交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法において、前記交流電源の交流電源電圧を検出する工程と、前記検出した交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する工程と、前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換する工程と、前記２軸量Ｖｄ、Ｖｑから前記交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形と前記交流電源との位相差Δθが所定範囲を越えるか否か判別し、位相差Δθが所定範囲を超えない場合は前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、位相差Δθが所定範囲を超える場合は前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する工程と、前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する工程とを具備したことを特徴とする。

この構成によれば、位相差Δθが所定範囲を超えない安定した状態では、変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力して基準周波数に対する補正量を演算して位相同期制御を行い、位相差Δθが所定範囲を超える不安定な状態では、位相状態に依らず安定した制御系となる変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力して基準周波数に対する補正量を演算して位相同期制御を行うので、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現できる。

また本発明の位相同期制御方法は、交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法において、前記交流電源の交流電源電圧を検出する工程と、前記検出した交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する工程と、前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換する工程と、前記２軸量Ｖｄ、Ｖｑから前記交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形と前記交流電源との位相差Δθが±９０度を越えるか否か判別し、位相差Δθが±９０度を超えない場合は前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、位相差Δθが±９０度を超える場合は前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する工程と、前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する工程とを具備したことを特徴とする。

この構成により、位相差Δθが±９０度を超えない安定した状態では、変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力して周波数補正を行い、位相差Δθが±９０度を超えて不安定な状態では変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力して周波数補正を行うので、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現できる。

また、また本発明の位相同期制御方法は、交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法において、前記交流電源の交流電源電圧を検出する工程と、前記検出した交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する工程と、前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換する工程と、前記ｄ軸への変換量Ｖｄの極性を判別し、前記変換量Ｖｄが正である場合は、前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、前記変換量Ｖｄが負である場合は、前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する工程と、前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する工程とを具備したことを特徴とする。

この構成により、位相差Δθが±９０度を超えると正から負へ極性が変化する変換量Ｖｄの極性を判別し、極性判別結果に応じて位相同期のための周波数指令値を切り換えるので、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現できる。

また、また本発明の位相同期制御方法は、交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法において、前記交流電源の交流電源電圧を検出する工程と、前記検出した交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する工程と、前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換する工程と、前記ｄ軸への変換量Ｖｄと前記ｑ軸への変換量Ｖｑとの大小判別を行い、前記変換量Ｖｄが前記変換量Ｖｑよりも大きい場合は、前記変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、前記変換量Ｖｄが前記変換量Ｖｑよりも小さい場合は、前記変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する工程と、前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する工程とを具備したことを特徴とする。

この構成により、位相差Δθが±４５度を超えると大小関係が変化するＶｄ，Ｖｑの大小を判別し、大小判別結果に応じて位相同期のための周波数指令値を切り換えるので、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現できる。

また、また本発明の交流出力電力変換装置の位相同期制御装置は、交流電源に接続されて交流電源電圧を検出する交流電圧検出手段と、前記交流電圧検出手段で検出された交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換するα−β座標変換手段と、前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換するｄ−ｑ座標変換手段と、前記２軸量Ｖｄ、Ｖｑから交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形と前記交流電源との位相差Δθが所定範囲を越えるか否か判別し、位相差Δθが所定範囲を超えない場合は前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、位相差Δθが所定範囲を超える場合は前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する周波数補正指令値演算手段と、前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する周波数補正量演算手段とを具備したことを特徴とする。

この構成によれば、位相差Δθが所定範囲を超えない安定した状態では、変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力して基準周波数に対する補正量を演算して位相同期制御を行い、位相差Δθが所定範囲を超える不安定な状態では、位相状態に依らず安定した制御系となる変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力して基準周波数に対する補正量を演算して位相同期制御を行うので、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現できる。

また、また本発明の交流出力電力変換装置の位相同期制御装置は、交流電源に接続されて交流電源電圧を検出する交流電圧検出手段と、前記交流電圧検出手段で検出された交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換するα−β座標変換手段と、前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換するｄ−ｑ座標変換手段と、前記２軸量Ｖｄ、Ｖｑから交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形と前記交流電源との位相差Δθが±９０度を越えるか否か判別し、位相差Δθが±９０度を超えない場合は前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、位相差Δθが±９０度を超える場合は前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する周波数補正指令値演算手段と、前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する周波数補正量演算手段とを具備したことを特徴とする。

この構成により、位相差Δθが±９０度を超えない安定した状態では、変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力して周波数補正を行い、位相差Δθが±９０度を超えて不安定な状態では変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力して周波数補正を行うので、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現できる。

また、また本発明の交流出力電力変換装置の位相同期制御装置は、交流電源に接続されて交流電源電圧を検出する交流電圧検出手段と、前記交流電圧検出手段で検出された交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換するα−β座標変換手段と、前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換するｄ−ｑ座標変換手段と、前記ｄ軸への変換量Ｖｄの極性を判別し、前記変換量Ｖｄが正である場合は、前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、前記変換量Ｖｄが負である場合は、前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する周波数補正指令値演算手段と、前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する周波数補正量演算手段とを具備したことを特徴とする。

この構成により、位相差Δθが±９０度を超えると正から負へ極性が変化する変換量Ｖｄの極性を判別し、極性判別結果に応じて位相同期のための周波数指令値を切り換えるので、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現できる。

また、また本発明の交流出力電力変換装置の位相同期制御装置は、交流電源に接続されて交流電源電圧を検出する交流電圧検出手段と、前記交流電圧検出手段で検出された交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換するα−β座標変換手段と、前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換するｄ−ｑ座標変換手段と、前記ｄ軸への変換量Ｖｄと前記ｑ軸への変換量Ｖｑとの大小判別を行い、前記変換量Ｖｄが前記変換量Ｖｑよりも大きい場合は、前記変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、前記変換量Ｖｄが前記変換量Ｖｑよりも小さい場合は、前記変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する周波数補正指令値演算手段と、前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する周波数補正量演算手段とを具備したことを特徴とする。

この構成により、位相差Δθが±４５度を超えると大小関係が変化するＶｄ，Ｖｑの絶対値の大小を判別し、大小判別結果に応じて位相同期のための周波数指令値を切り換えるので、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現できる。

本発明によれば、周波数補正量演算回路の比例積分制御系の構成を変更することなく、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る交流出力電力変換装置の位相同期制御装置の機能ブロック図である。本実施の形態１は、３相３線の交流電源に適用した例であるが、本発明はその他のタイプの交流電源にも適用可能である。なお、図１において前述した図４の位相同期制御装置と同一部分には同一符号を付している。

図１に示すように、本実施の形態１に係る交流出力電力変換装置の位相同期制御装置は、交流電圧検出回路１で交流電源電圧を検出してα−β座標変換回路２へ入力する。交流電圧検出回路１は、相電圧（ＶＲ、ＶＳ、ＶＴ）を直接検出する構成、又は線間電圧（Ｖrs、Ｖst,Ｖtr）を数式（４）で示される関係式に基づいて相電圧に変換する構成の何れでも良い。

α−β座標変換回路２は、検出電源電圧を数式（１）の変換式に基づいて２相の交流量Ｖα、Ｖβへ変換し、ｄ−ｑ座標変換回路３へ出力する。ｄ−ｑ座標変換回路３は、２相の交流量Ｖα、Ｖβを、数式（２）の変換式に基づいて回転する直交座標上の２軸量Ｖｄ、Ｖｑへ変換する。ｄ−ｑ座標変換回路３から出力される２軸量Ｖｄ、Ｖｑは周波数補正指令値演算回路２０へ入力する。

周波数補正指令値演算回路２０は、入力段に備えたフィルタ回路２１ａ，２１ｂで２軸量Ｖｄ、Ｖｑに含まれる回転直交座標の回転周波数以上の周波数成分をそれぞれ除去する。各フィルタ回路２１ａ、２１ｂから出力される２軸量Ｖｄ、Ｖｑは対応する加減算器２２ａ、２２ｂを経由して出力段に備えたスイッチ２３へ出力される。

一方の加減算器２２ａは、フィルタ回路２１ａから出力されるｄ軸への変換量ＶｄでＶｄ目標値Ｖｄｒｅｆを減算した値ΔＶｄ（ΔＶｄ＝Ｖｄｒｅｆ−Ｖｄ）を周波数補正指令値としてスイッチ２３の一方の入力端へ出力する。他方の加減算器２２ｂは、フィルタ回路２１ｂから出力されるｑ軸への変換量Ｖｑを目標値＝０から減算した値ΔＶｑ（ΔＶｑ＝−Ｖｑ）を周波数補正指令値としてスイッチ２３の他方の入力端へ出力する。スイッチ２３は、出力端に接続すべき入力端を位相差判別回路２４の位相差判別結果に応じて切り換える。

位相差判別回路２４は、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形と交流電源との位相差Δθが±９０度を超える状態であるか否かを判別する。位相差判別回路２４は、判別結果に応じてスイッチ２３を切り換え、位相差Δθが±９０度以内であればΔＶｑを周波数補正指令値として周波数補正量演算回路５の入力量とする。また、位相差Δθが±９０度を超える場合は、ΔＶｄを周波数補正指令値として周波数補正量演算回路５の入力量とする。位相差判別回路２４では、例えば（５）式により位相差Δθを算出し、（６）式による判別を実施する。

周波数補正量演算回路５は、比例要素（比例ゲイン１１、乗算器１３）と積分要素（積分ゲイン１２、乗算器１４、積分器１５）から構成されており、周波数補正指令値演算回路２０からの周波数補正指令値に対して比例積分演算を行い、周波数補正量Δｆを出力する。周波数補正量演算回路５から出力される周波数補正量Δｆに対して周波数設定部６で設定された基準周波数ｆｂを加算器７で加算し、この加算値を位相演算回路８へ入力して位相角θ^＊に変換して波形発生回路９へ入力する。波形発生回路９は位相角θ^＊の余弦波cosθ^＊及び正弦波sinθ^＊を生成してｄ−ｑ座標変換回路３へフィードバックするように構成されている。

このように、本実施の形態で形成されるフィードバック制御系では、周波数補正量演算回路５に周波数補正指令値としてΔＶｑが入力される場合は、前述した図４に示す制御系と同様に、Ｖｑが０になるようにフィードバック制御が行われる。また、周波数補正量演算回路５に周波数補正指令値としてΔＶｄが入力される場合は、ＶｄがＶｄｒｅｆと一致するようにフィードバック制御が行われる。

次に、以上のように構成された本実施の形態に係る交流出力電力変換装置の位相同期制御装置の動作について、周波数補正指令値演算回路２０を中心に説明する。

交流電圧検出回路１により交流電源電圧が検出され、検出された交流電源電圧がα−β座標変換回路２において２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換される。さらに、交流量Ｖα、Ｖβがｄ−ｑ座標変換回路３において回転する直交座標上の２軸量Ｖｄ、Ｖｑへ変換される。

周波数補正指令値演算回路２０では、ｄ−ｑ座標変換回路３で計算された回転する直交座標上の２軸量Ｖｄ、Ｖｑがフィルタ回路２１ａ，２１ｂを経由して加減算器２２ａ，２２ｂへ入力される。ｄ軸への変換量Ｖｄが入力した加減算器２２ａでは、目標値Ｖｄｒｅｆから変換量Ｖｄが減算され周波数補正指令値としてスイッチ２３の一方の入力端へ出力される。また、ｑ軸への変換量Ｖｑが入力した加減算器２２ｂでは、目標値０から変換量Ｖｑが減算され周波数補正指令値としてスイッチ２３の他方の入力端へ出力される。

また、ｄ−ｑ座標変換回路３で計算された回転する直交座標上の２軸量Ｖｄ、Ｖｑは位相差判別回路２４へ入力される。位相差判別回路２４では、２軸量Ｖｄ、Ｖｑから（５）式に基づいて位相差Δθを計算し、計算した位相差Δθが±９０度を越えるか否を（６）式に基づいて判別する。

位相差Δθが±９０度を越えないと判別した場合は、ΔＶｑを周波数補正指令値として出力するようにスイッチ２３を切り換え制御する。この結果、位相差Δθが±９０度を越えない場合は、周波数補正指令値ΔＶｑ（＝−Ｖｑ）がスイッチ２３で選択されて周波数補正量演算回路５へ入力される。これにより、位相差Δθが±９０度を越えないでフィードバック制御系が安定している状態では、従来と同様に、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相との位相差を０にするように波形発生回路９の動作周波数が決定され、交流出力電力変換装置の出力電圧位相が交流電源の電圧位相に同期することとなる。

一方、位相差Δθが±９０度を越えると判別した場合は、ΔＶｄを周波数補正指令値として出力するようにスイッチ２３を切り換え制御する。この結果、位相差Δθが±９０度を越える場合は、周波数補正指令値ΔＶｄ（＝Ｖｄｒｅｆ−Ｖｄ）がスイッチ２３で選択されて周波数補正量演算回路５へ入力される。これにより、位相差Δθが±９０度を越えていてフィードバック制御系が不安定な状態では、位相状態に大きく左右されずに安定したフィードバック制御系となるＶｄを用いて、Ｖｄが目標値Ｖｄｒｅｆと一致するようにフィードバック制御が行われる。Ｖｄを用いたフィードバック制御系とすることで当該制御系が安定して来る。

そして、位相差Δθが±９０度を越えなくなるまで制御系が安定したら、位相差判別回路２４がΔＶｑを周波数補正指令値として出力するようにスイッチ２３を切り換える。これにより、制御系が安定した状態で、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相との位相差を０にするように波形発生回路９の動作周波数が決定され、交流出力電力変換装置の出力電圧位相が交流電源の電圧位相に同期することとなる。

このように本実施の形態では、位相差Δθが±９０度を越えて制御系が不安定な状態でＶｑを用いて周波数補正を行うと、フィードバック制御系が不安定になり好ましくないので、位相がどこであっても比較的安定したフィードバック制御系となるＶｄを用いて周波数補正を行いフィードバック制御系を安定させることとした。一方、Ｖｄを用いた周波数補正では位相差Δθが０になっているかどうか不明なので、フィードバック制御系が安定して位相差Δθが±９０度以内になったならば、Ｖｑを用いた周波数補正で位相差が０になるようなフィードバック制御系に切り替えるようにした。したがって、周波数補正量演算回路５の比例積分制御系の構成を変更することなく、交流電源異常時にも位相同期制御動作を継続させ、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相とを、交流電源の異常、正常に拘わらず、安定かつ速やかに同期させることができ、安定した電力供給を実現することができる。

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２に係る交流出力電力変換装置の位相同期制御装置について説明する。本実施の形態２は、前述した実施の形態１に係る位相同期制御装置と周波数補正指令値演算回路を除き同一構成であるので、ここでは周波数補正指令値演算回路の構成及び動作について主に説明する。

図２は、本実施の形態２に係る交流出力電力変換装置の位相同期制御装置の構成図である。図１に示す実施の形態１の位相同期制御装置と同一機能には同一符号を付している。周波数補正指令値演算回路３０は、正負極性判別回路３１がスイッチ２３の切り換えを制御するように構成されている。

正負極性判別回路３１は、ｄ−ｑ座標変換回路３で算出した２軸量Ｖｄ，Ｖｑのうちｄ軸への変換量Ｖｄの極性を判別し、その判別結果に応じてスイッチ２３を切り換える。すなわち、変換量Ｖｄが正の場合はｑ軸への変換量Ｖｑから計算した周波数補正指令値ΔＶｑ（＝−Ｖｑ）を周波数補正量演算回路５の入力量とする。また、変換量Ｖｄが負の場合は、ｄ軸への変換量Ｖｄから計算した周波数補正指令値ΔＶｄ（＝Ｖｄｒｅｆ−Ｖｄ）を周波数補正量演算回路５の入力量とする。

ｄ−ｑ座標変換回路３で算出されるＶｄは、位相差Δθが±９０度を越えると極性が負になり、位相差Δθが±９０度を越えなければ極性が正となる特性を有する。したがって、Ｖｄの極性をチェックするだけで（５）式を用いた演算を行わなくても、位相差Δθが±９０度を越えたか否か判別することができる。

以上のように構成された本実施の形態では、フィルタ回路２１ａの出力であるＶｄが正負極性判別回路３１に取り込まれてＶｄの極性が判別される。Ｖｄの極性判別の結果、ｄ−ｑ座標変換回路３で算出される変換量Ｖｄが正の場合は、ΔＶｑが周波数補正指令値としてスイッチ２３で選択されて周波数補正量演算回路５へ入力される。これにより、位相差Δθが±９０度を越えないでフィードバック制御系が安定している状態では、従来と同様に、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相との位相差を０にするように波形発生回路９の動作周波数が決定され、交流出力電力変換装置の出力電圧位相が交流電源の電圧位相に同期することとなる。

一方、Ｖｄの極性判別の結果、ｄ−ｑ座標変換回路３で算出される変換量Ｖｄが負の場合は、フィードバック制御系が不安定であるので、ΔＶｄが周波数補正指令値としてスイッチ２３で選択されて周波数補正量演算回路５へ入力される。これにより、位相差Δθが±９０度を越えていてフィードバック制御系が不安定な状態では、位相状態に大きく左右されずに安定したフィードバック制御系となるＶｄを用いて、Ｖｄが目標値Ｖｄｒｅｆと一致するようにフィードバック制御が行われる。

そして、正負極性判別回路３１が、Ｖｄの極性が正に変化したことから位相差Δθが±９０度を越えなくなり制御系が安定したことを検出した場合は、ΔＶｑを周波数補正指令値として出力するようにスイッチ２３を切り換える。これにより、制御系が安定した状態で、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相との位相差を０にするように波形発生回路９の動作周波数が決定され、交流出力電力変換装置の出力電圧位相が交流電源の電圧位相に同期することとなる。

このように本実施の形態によれば、位相差Δθが±９０度を越えたか否かを示すＶｄの極性を判別してスイッチ２３を切り替え制御するので、上記実施の形態１と同様の作用効果を奏することができ、さらに位相差Δθが±９０度を越えたか否か判別するために必要であった（５）式による位相差演算を削減することができる。

（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３に係る交流出力電力変換装置の位相同期制御装置について説明する。本実施の形態３は、前述した実施の形態１に係る位相同期制御装置と周波数補正指令値演算回路を除き同一構成であるので、ここでは周波数補正指令値演算回路の構成及び動作について主に説明する。

図３は、本実施の形態３に係る交流出力電力変換装置の位相同期制御装置の構成図である。図１に示す位相同期制御装置と同一機能には同一符号を付している。周波数補正指令値演算回路４０は、大小判別回路４１がスイッチ２３の切り換えを制御するように構成されている。

大小判別回路４１は、ｄ−ｑ座標変換回路３で算出した２軸量Ｖｄ，Ｖｑの大小を判別し、その判別結果に応じてスイッチ２３を切り換える。すなわち、変換量Ｖｄが変換量Ｖｑの絶対値よりも大きい場合は、Ｖｑを用いた周波数補正が行われるようにΔＶｑ（＝−Ｖｑ）を周波数補正指令値として周波数補正量演算回路５へ入力する。また、変換量Ｖｄが変換量Ｖｑよりも小さい場合は、Ｖｄを用いた周波数補正が行われるようにΔＶｄ（＝Ｖｄｒｅｆ−Ｖｄ）を周波数補正指令値として周波数補正量演算回路５へ入力する。

ＶｄとＶｑとの大小関係として、位相差Δθが±４５度よりも小さければ、Ｖｄ＞｜Ｖｑ｜となる特性が存在する。したがって、ＶｄとＶｑの絶対値の大小をチェックするだけで、（５）式を用いた演算を行わなくても、位相差Δθが±４５度を越えたか否か判別することができる。

以上のように構成された本実施の形態では、フィルタ回路２１ａ、２１ｂの出力であるＶｄ、Ｖｑが大小判別回路４１に取り込まれてＶｄとＶｑの絶対値の大小が判別される。Ｖｄ及びＶｑの絶対値の大小判別の結果、Ｖｄ＞｜Ｖｑ｜の場合は、フィードバック制御系が安定しているので、ΔＶｑが周波数補正指令値としてスイッチ２３で選択されて周波数補正量演算回路５へ入力される。これにより、位相差Δθが±４５度を越えないでフィードバック制御系が安定している状態では、従来と同様に、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相との位相差を０にするように波形発生回路９の動作周波数が決定され、交流出力電力変換装置の出力電圧位相が交流電源の電圧位相に同期することとなる。

一方、Ｖｄ及びＶｑの絶対値の大小判別の結果、Ｖｄ＜｜Ｖｑ｜の場合は、フィードバック制御系が不安定になりやすいと判断し、ΔＶｄが周波数補正指令値としてスイッチ２３で選択されて周波数補正量演算回路５へ入力される。これにより、位相差Δθが±４５度を越えていてフィードバック制御系が不安定な状態に近い場合、位相状態に大きく左右されずに安定したフィードバック制御系となるＶｄを用いて、Ｖｄが目標値Ｖｄｒｅｆと一致するようにフィードバック制御が行われる。

そして、大小判別回路４１が、Ｖｄ及びＶｑの絶対値の大小関係がＶｄ＞｜Ｖｑ｜に変化したことから位相差Δθが±４５度を越えなくなり制御系が安定したことを検出した場合は、ΔＶｑを周波数補正指令値として出力するようにスイッチ２３を切り換える。これにより、制御系が安定した状態で、交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形の位相と交流電源の位相との位相差を０にするように波形発生回路９の動作周波数が決定され、交流出力電力変換装置の出力電圧位相が交流電源の電圧位相に同期することとなる。

このように本実施の形態によれば、位相差Δθが±４５度を越えたか否かを示すＶｄ及びＶｑの大小関係を判別してスイッチ２３を切り替え制御するので、上記実施の形態１と同様の作用効果を奏することができ、さらに位相差Δθが±４５度を越えたか否か判別するために必要であった（５）式による位相差演算を削減することができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

本発明は、交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法に適用可能である。

本発明の実施の形態１となる交流出力電力変換装置の位相同期制御装置の全体構成図 本発明の実施の形態２となる交流出力電力変換装置の位相同期制御装置の全体構成図 本発明の実施の形態３となる交流出力電力変換装置の位相同期制御装置の全体構成図 従来の交流出力電力変換装置の位相同期制御装置の全体構成図

符号の説明

１…交流電圧検出回路、２…α−β座標変換回路、３…ｄ−ｑ座標変換回路、４…位相差演算回路、５…周波数補正量演算回路、６…周波数設定部、７…加算器、８…位相演算回路、９…波形発生回路、１０…交流電圧監視回路、１１…比例ゲイン、１２…積分ゲイン、１３、１４…乗算器、１５…積分器、２０、３０、４０…周波数補正指令値演算回路、２１ａ，２１ｂ…フィルタ回路、２２ａ，２２ｂ…加減算器、２３…スイッチ、２４…位相差判別回路、３１…正負極性判別回路、４１…大小判別回路

Claims (8)

1. 交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法において、
   前記交流電源の交流電源電圧を検出する工程と、
   前記検出した交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する工程と、
   前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換する工程と、
   前記２軸量Ｖｄ、Ｖｑから前記交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形と前記交流電源との位相差Δθが所定範囲を越えるか否か判別し、位相差Δθが所定範囲を超えない場合は前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、位相差Δθが所定範囲を超える場合は前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する工程と、
   前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する工程と、
   を具備したことを特徴とする交流出力電力変換装置の位相同期制御方法。
2. 交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法において、
   前記交流電源の交流電源電圧を検出する工程と、
   前記検出した交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する工程と、
   前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換する工程と、
   前記２軸量Ｖｄ、Ｖｑから前記交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形と前記交流電源との位相差Δθが±９０度を越えるか否か判別し、位相差Δθが±９０度を超えない場合は前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、位相差Δθが±９０度を超える場合は前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する工程と、
   前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する工程と、
   を具備したことを特徴とする交流出力電力変換装置の位相同期制御方法。
3. 交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法において、
   前記交流電源の交流電源電圧を検出する工程と、
   前記検出した交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する工程と、
   前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換する工程と、
   前記ｄ軸への変換量Ｖｄの極性を判別し、前記変換量Ｖｄが正である場合は、前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、前記変換量Ｖｄが負である場合は、前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する工程と、
   前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する工程と、
   を具備したことを特徴とする交流出力電力変換装置の位相同期制御方法。
4. 交流出力電力変換装置の出力電圧位相を交流電源の電圧位相に同期させる位相同期制御方法において、
   前記交流電源の交流電源電圧を検出する工程と、
   前記検出した交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換する工程と、
   前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換する工程と、
   前記ｄ軸への変換量Ｖｄと前記ｑ軸への変換量Ｖｑとの大小判別を行い、前記変換量Ｖｄが前記変換量Ｖｑよりも大きい場合は、前記変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、前記変換量Ｖｄが前記変換量Ｖｑよりも小さい場合は、前記変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する工程と、
   前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する工程と、
   を具備したことを特徴とする交流出力電力変換装置の位相同期制御方法。
5. 交流電源に接続されて交流電源電圧を検出する交流電圧検出手段と、
   前記交流電圧検出手段で検出された交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換するα−β座標変換手段と、
   前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換するｄ−ｑ座標変換手段と、
   前記２軸量Ｖｄ、Ｖｑから交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形と前記交流電源との位相差Δθが所定範囲を越えるか否か判別し、位相差Δθが所定範囲を超えない場合は前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、位相差Δθが所定範囲を超える場合は前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する周波数補正指令値演算手段と、
   前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する周波数補正量演算手段と、
   を具備したことを特徴とする交流出力電力変換装置の位相同期制御装置。
6. 交流電源に接続されて交流電源電圧を検出する交流電圧検出手段と、
   前記交流電圧検出手段で検出された交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換するα−β座標変換手段と、
   前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換するｄ−ｑ座標変換手段と、
   前記２軸量Ｖｄ、Ｖｑから交流出力電力変換装置の出力電圧指令の基準波形と前記交流電源との位相差Δθが±９０度を越えるか否か判別し、位相差Δθが±９０度を超えない場合は前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、位相差Δθが±９０度を超える場合は前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する周波数補正指令値演算手段と、
   前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する周波数補正量演算手段と、
   を具備したことを特徴とする交流出力電力変換装置の位相同期制御装置。
7. 交流電源に接続されて交流電源電圧を検出する交流電圧検出手段と、
   前記交流電圧検出手段で検出された交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換するα−β座標変換手段と、
   前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換するｄ−ｑ座標変換手段と、
   前記ｄ軸への変換量Ｖｄの極性を判別し、前記変換量Ｖｄが正である場合は、前記ｑ軸への変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、前記変換量Ｖｄが負である場合は、前記ｄ軸への変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する周波数補正指令値演算手段と、
   前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する周波数補正量演算手段と、
   を具備したことを特徴とする交流出力電力変換装置の位相同期制御装置。
8. 交流電源に接続されて交流電源電圧を検出する交流電圧検出手段と、
   前記交流電圧検出手段で検出された交流電源電圧を直交する２相交流α−β座標上の交流量Ｖα、Ｖβへ変換するα−β座標変換手段と、
   前記交流量Ｖα、Ｖβを回転する直交座標上のｄ軸への変換量Ｖｄ及びｑ軸への変換量Ｖｑの２軸量へ変換するｄ−ｑ座標変換手段と、
   前記ｄ軸への変換量Ｖｄと前記ｑ軸への変換量Ｖｑとの大小判別を行い、前記変換量Ｖｄが前記変換量Ｖｑよりも大きい場合は、前記変換量Ｖｑを用いた周波数補正指令値を出力し、前記変換量Ｖｄが前記変換量Ｖｑよりも小さい場合は、前記変換量Ｖｄを用いた周波数補正指令値を出力する周波数補正指令値演算手段と、
   前記周波数補正指令値に基づいて基準周波数に対する補正量を演算する周波数補正量演算手段と、
   を具備したことを特徴とする交流出力電力変換装置の位相同期制御装置。
   

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