JP5200782B2 - 並列運転インバータ装置の状態判別回路 - Google Patents

Description

本発明は、複数のインバータ装置を並列運転させる際に各インバータ装置の状態を判別する並列運転インバータ装置の状態判別回路に関する。

同期の基準信号として用いられる商用系統を使用できない環境において、交流電力を出力する２台のインバータ装置を並列運転させる時、互いの位相を表す位相信号を送受信し、この位相信号に基づき位相を同期させてから各インバータ装置を起動する。これにより、一方のインバータ装置から他方のインバータ装置に横流が流れなくなり、安全に並列運転を行うことができる。

２台のインバータ装置を並列運転させる場合に、各インバータ装置が独自に上述した制御を行う個別制御方式を用いた場合、インバータ装置が並列運転を行うか単独で自走運転を行うかを判別するシーケンスが複雑であった。

この場合、並列運転させるインバータ装置から位相信号が入力された時に並列運転を行い、位相信号が入力されない時に単独で自走運転を行うように構成すれば、並列運転を行うべきか自走運転を行うべきかを容易に判別することができる。

なお、並列運転に関連する技術として、特許文献１に記載されたインバータの並列運転制御装置が知られている。

このインバータの並列運転制御装置は、並列運転される複数台のインバータの出力位相を商用電源等の共通の第１周波数基準信号の位相、又は個別に設けられた発振器より出力される第２周波数基準信号の位相の一方の位相に同期するように制御するＰＬＬ回路と、第１周波数基準信号の異常時にＰＬＬ回路の位相基準を第２周波数基準信号に切り換える位相基準切換部と、予め各位相基準にそれぞれ対応するゲインが得られるように設定されＰＬＬ回路に各インバータの出力相互間の有効電力偏差を補正するための位相補正信号を与える位相補正部と、位相切換部の切換状態に応じて位相補正部のゲインがその時の位相基準に対応するゲインとなるように切り換えるゲイン切替部とを備える。
特開平２−２６２８６９号公報

しかしながら、上述した従来の方法では、並列運転するインバータ装置が故障によって位相信号を出力することができない場合や、インバータ装置間で送受信する位相信号の信号線が断線した場合、本来は並列運転を行うべきところを自走運転と誤って判別し、２台が起動した時には各インバータ装置の位相を合わせることができず、インバータ装置間に過大な横流が流れるという問題がある。

本発明の課題は、簡単な回路によって確実に自走運転を行うべきか並列運転を行うべきかを判別することができ、しかも、各インバータ装置の故障やインバータ装置間の断線も検出できる安価な並列運転インバータ装置の状態判別回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、複数のインバータ装置を並列運転させる際に各インバータ装置の状態を判別する並列運転インバータ装置の状態判別回路であって、他インバータ装置からの位相信号と自インバータ装置の位相信号とが同期していない期間にはグランド電圧を出力し、同期している期間には電源電圧を出力するＰＬＬ回路と、前記ＰＬＬ回路の出力を平滑して直流電圧に変換するフィルタと、前記フィルタからの出力電圧と所定の基準電圧とを比較し、比較結果を同期信号として出力するコンパレータと、前記他インバータ装置が接続されているか否かを検出し、検出結果を並列信号として出力する並列接続検出器と、前記コンパレータからの同期信号及び前記並列接続検出器からの並列信号を用いて、前記他インバータ装置と前記自インバータ装置との並列運転の状態を判別する制御回路とを備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御回路は、前記コンパレータからの同期信号及び前記並列接続検出器からの並列信号の組み合わせにより、異常の有無及び自走運転であるか前記他インバータ装置と前記自インバータ装置との並列運転であるかの状態を判別することを特徴とする。

本発明によれば、ＰＬＬ回路、コンパレータ、フォトカプラ、抵抗及びコンデンサなどの汎用的な部品を用いた簡単な回路により、確実に自走運転を行うべきか並列運転を行うべきかを判別することができ、しかも、各インバータ装置の故障やインバータ装置間の断線も検出できる安価な並列運転インバータ装置の状態判別回路を提供できる。

以下、本発明の並列運転インバータ装置の状態判別回路の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１の並列運転インバータ装置の状態判別回路の構成を示すブロック図である。この状態判別回路は、インバータ制御回路基板の上に実装されたＰＬＬ（Phased Lock Loop）回路１、フィルタ２、基準電圧発生回路Ｒｅｆ、コンパレータＣＭＰ、フォトカプラＰＣ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び制御回路３を備える。

制御回路３は、例えばマイクロコンピュータ（マイコン）により構成される。また、フォトカプラＰＣ１、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、本発明の並列接続検出器に対応する。

ＰＬＬ回路１としては、汎用ＰＬＬＩＣとして市販されているＩＣ、例えばＭＣ１４０４６（モトローラ社製）又はこれと同等の機能を有するＩＣを使用することができる。

ＰＬＬ回路１は、並列運転される他のインバータ装置（他インバータ装置）からの位相信号が入力される入力端子Ａ、自己（自インバータ装置）の位相信号が入力される入力端子Ｂを備え、これら入力端子Ａ及び入力端子Ｂに入力された信号に応じて、出力端子Ｏから電源電圧Ｖｄｃ（例えば、５Ｖ）にほぼ等しい高レベル（Ｈレベル）又はグランド電圧ＧＮＤにほぼ等しい低レベル（Ｌレベル）の信号を出力端子Ｏから出力する。

ＰＬＬ回路１の入力端子Ｂに入力される位相信号Ｂｉｎは、制御回路３において、次のようにして生成される。すなわち、制御回路３は、インバータ装置から正弦波電圧を出力するためのインバータの電圧基準のゼロクロス判別を行い、この判別の結果、電圧が正の時にはＨレベル（例えば、５Ｖ）の信号、電圧が負の時にはＬレベル（例えば、０Ｖ）の信号をそれぞれ生成して、自インバータ装置の位相信号ＢｉｎとしてＩ／Ｏポートから出力する。

このため、制御回路３は、例えば、インバータ装置が５０Ｈｚの正弦波電圧を出力している時には、正の１０ｍｓの間、Ｈレベルとなり、負の１０ｍｓの間、Ｌレベルとなる位相信号をＩ／ＯポートからＰＬＬ回路１の入力端子Ｂに出力する。

フィルタ２は、抵抗ＲとコンデンサＣとから構成されたＲＣフィルタであり、ＰＬＬ回路１の出力を平滑して直流電圧に変換し、コンパレータＣＭＰの非反転入力端子（＋）に送る。

コンパレータＣＭＰは、フィルタ２から非反転入力端子（＋）に入力される信号と、基準電圧発生回路Ｒｅｆから反転入力端子（−）に入力される基準電圧とを比較し、この比較結果を同期信号として制御回路３に送る。

フォトカプラＰＣ１の発光素子のアノードは、発光素子に流す電流を決定する抵抗Ｒ１を介して電源電圧Ｖｄｃに接続され、カソードは、端子Ｔ１に接続されている。端子Ｔ２及び端子Ｔ３は、配線により接続されている。端子Ｔ４は接地されている。

フォトカプラＰＣ１の受光素子のコレクタは、電源電圧Ｖｄｃに接続され、エミッタは、電流を制限するための抵抗Ｒ２を介して接地されている。この受光素子のエミッタと抵抗Ｒ２との接続点の電位が、並列信号として制御回路３に送られる。このため、フォトカプラＰＣ１がオンした時には、制御回路３のＩ／ＯポートにはＨレベルの並列信号が入力され、フォトカプラＰＣ１がオフした時には、制御回路３のＩ／ＯポートにはＬレベルの並列信号が入力される。

図２はＰＬＬ回路１の入力信号と出力信号との関係を示すタイミングチャートである。図１に示すように、入力端子Ａに他インバータ装置からの位相信号Ａｉｎが入力され、入力端子Ｂに自インバータ装置の位相信号Ｂｉｎが入力されるものとする。

図２に示すように、位相信号Ａｉｎが立ち上がってから位相信号Ｂｉｎが立ち上がるまで、又は、位相信号Ｂｉｎが立ち上がってから位相信号Ａｉｎが立ち上がるまでの区間、つまり位相信号Ａｉｎと位相信号Ｂｉｎとに位相差が存在する間は、出力端子Ｏから出力される出力信号ＶｏｕｔはＬレベルになり、それ以外の区間はＨレベルになる。

したがって、出力信号ＶｏｕｔがＬレベルである区間が存在する場合には、自インバータ装置と他インバータ装置とは同期しておらず、出力信号Ｖｏｕｔの全区間がＨレベルになった場合には、自インバータ装置と他インバータ装置とが同期したことになる。

このようなＰＬＬ回路１からの出力信号Ｖｏｕｔをフィルタ２に入力すると、位相差が大きいほどフィルタ２の出力信号はグランド電圧（０Ｖ）に近づき、位相差が小さくなるほどフィルタ２の出力信号が電源電圧Ｖｄｃ（５Ｖ）に近づく。したがって、コンパレータＣＭＰは、基準電圧発生回路Ｒｅｆから出力される同期判定用の基準電圧とフィルタ２の出力信号とを比較することにより、同期時にはＨレベルの信号を同期信号として制御回路３のＩ／Ｏポートに出力し、非同期時にはＬレベルの信号を同期信号として制御回路３のＩ／Ｏポートに出力する。

次に、このように構成された状態判別回路を備えたインバータ装置を並列運転させる場合の構成及び動作を説明する。図３は２台のインバータ装置を並列運転させる場合の接続を示す図である。

自インバータ装置の端子Ｔ１は他インバータ装置の端子Ｔ２に接続され、自インバータ装置の端子Ｔ２は他インバータ装置の端子Ｔ１に接続され、自インバータ装置の端子Ｔ３は他インバータ装置の端子Ｔ４に接続され、自インバータ装置の端子Ｔ４は他インバータ装置の端子Ｔ３に接続されている。

また、自インバータ装置のＰＬＬ回路１の入力端子Ａは他インバータ装置のＰＬＬ回路１の入力端子Ｂに接続され、自インバータ装置のＰＬＬ回路１の入力端子Ｂは他インバータ装置のＰＬＬ回路１の入力端子Ａに接続されている。

このような接続により、並列運転するインバータ装置が存在する場合には、フォトカプラＰＣ１がオンし、並列運転するインバータ装置が存在しない場合には、つまり単独で自走運転させる場合は、フォトカプラＰＣ１はオフすることになる。

このように、並列接続検出器として、フォトカプラを使用したので、フォトカプラの入力信号と出力信号とが絶縁され、外部に信号線を引き伸ばすことにより何かの影響で耐圧異常の電圧が印加される場合やノイズの影響がある場合であっても、制御回路３に入力される信号には直接に影響しない。

また、各インバータ装置の制御回路３の間で信号を送受信すると、グランド電位が異なるインバータ装置同士のグランドが接続されて誤動作の原因となるが、フォトカプラＰＣ１のグランド電位として自インバータ装置のグランド電位を使用するので、このような誤動作を防止することができる。

次に、インバータ装置の制御回路３の動作を、故障又は断線（本発明の異常に対応する。）の有無及び自走運転であるか並列運転であるかの運転状態を判別する状態判別処理を中心に、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

状態判別処理に先だって、自インバータ装置及び他インバータ装置が起動される。その後、制御回路３は、コンパレータＣＭＰから送られてくる同期信号がＨレベルであるかどうかを判定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１において、同期信号がＨレベルである場合には、制御回路３は、フォトカプラＰＣ１から送られてくる並列信号がＨレベルであるかどうかを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２において、並列信号がＨレベルである場合には、並列運転する他インバータ装置が接続され、かつ、他インバータ装置と自インバータ装置とは同期しているので、正常運転と判断され、並列運転が行われる（ステップＳ１３）。この並列運転では、各インバータ装置は、出力用のリレー又はＭＣ（Magnetic Contactor）等の開閉器（図示は省略する）をオンして負荷に電力を供給する。

一方、ステップＳ１２において、並列信号がＬレベルある場合には、並列運転する他インバータ装置は接続されていないが、他インバータ装置と自インバータ装置とは同期していることが認識される。この状態は、通常では起こりえない。この状態になるためには、他インバータ装置のフォトカプラＰＣ１と自インバータ装置のフォトカプラＰＣ１とを接続する信号線が断線している時であるため、信号線の断線と判断される（ステップＳ１４）。この場合、自インバータ装置は、出力用の開閉器をオフにしたまま、アラームを出力する。

ステップＳ１１において、同期信号がＬレベルある場合には、制御回路３は、フォトカプラＰＣ１から送られてくる並列信号がＨレベルであるかどうかを判定する（ステップＳ１５）。

ステップＳ１５において、並列信号がＨレベルである場合には、並列運転する他インバータ装置が接続され、かつ、他インバータ装置と自インバータ装置とは同期していないので、他インバータ装置が故障しているか、他インバータ装置のＰＬＬ回路１と自インバータ装置のＰＬＬ回路１と接続する信号線が断線している可能性があると判断される（ステップＳ１６）。この場合、自インバータ装置は、出力用の開閉器をオフにしたまま、アラームを出力する。

一方、ステップＳ１５において、並列信号がＬレベルである場合には、並列運転する他インバータ装置は接続されておらず、他インバータ装置と自インバータ装置とは同期もしていないことが認識される。この場合、自インバータ装置の単独で自走運転が行われる（ステップＳ１７）。この自走運転では、自インバータ装置は、出力用の開閉器をオンして負荷に電力を供給する。

このように実施例１の並列運転インバータ装置の状態判別回路によれば、上述した回路構成とシーケンスとを組むことにより、簡単な制御ロジックで、インバータ装置の故障の有無、及び、他インバータ装置と自インバータ装置とを接続する信号線の断線の有無の判別や、並列運転であるかと自走運転であるかの運転状態の判別を容易に行うことができる。

本発明は、並列接続により交流電力の負荷増設を可能とし、高信頼性が求められるインバータ装置に適用可能である。

本発明の実施例１の並列運転インバータ装置の状態判別回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１の並列運転インバータ装置の状態判別回路で使用されるＰＬＬ回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施例１の並列運転インバータ装置の状態判別回路を備えたインバータ装置を並列運転させる場合の接続を示す図である。 本発明の実施例１の並列運転インバータ装置の状態判別回路を備えたインバータ装置を並列運転の動作を状態判別処理を中心に示すフローチャートである。

符号の説明

１ ＰＬＬ回路
２ フィルタ
３ 制御回路
Ｒ,Ｒ１,Ｒ２ 抵抗
Ｃ コンデンサ
ＰＣ１ フォトカプラ
ＣＭＰ コンパレータ
Ｒｅｆ 基準電圧発生回路
Ｔ１〜Ｔ４ 端子

Claims (2)

1. 複数のインバータ装置を並列運転させる際に各インバータ装置の状態を判別する並列運転インバータ装置の状態判別回路であって、
   他インバータ装置からの位相信号と自インバータ装置の位相信号とが同期していない期間にはグランド電圧を出力し、同期している期間には電源電圧を出力するＰＬＬ回路と、
   前記ＰＬＬ回路の出力を平滑して直流電圧に変換するフィルタと、
   前記フィルタからの出力電圧と所定の基準電圧とを比較し、比較結果を同期信号として出力するコンパレータと、
   前記他インバータ装置が接続されているか否かを検出し、検出結果を並列信号として出力する並列接続検出器と、
   前記コンパレータからの同期信号及び前記並列接続検出器からの並列信号を用いて、前記他インバータ装置と前記自インバータ装置との並列運転の状態を判別する制御回路と、
   を備えることを特徴とする並列運転インバータ装置の状態判別回路。
2. 前記制御回路は、
   前記コンパレータからの同期信号及び前記並列接続検出器からの並列信号の組み合わせにより、異常の有無及び自走運転であるか前記他インバータ装置と前記自インバータ装置との並列運転であるかの状態を判別することを特徴とする請求項１記載の並列運転インバータ装置の状態判別回路。

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