JP6358859B2 - インバータ発電システム及びインバータ発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ発電システム及びインバータ発電装置に係り、特に、複数台のインバータ発電機を並列に接続して運転する技術に関する。

発電機の需要は大電力から小電力まで多岐に亘り、出力電力毎にそれぞれ異なる出力電力の発電機を用意する必要がある。しかし、複数の出力電力の発電機を用意することは、コスト的に不利であるので、従来より、複数台の発電機を並列運転する方法が提案され、実用に供されている。こうすることにより、出力電力の相違を並列運転する発電機の台数で補うことができ、大電力から小電力の需要に対して柔軟に対応することができる。

複数台の発電機を並列運転する場合には、各発電機間に横流が発生するのでこれを防止するために、別途に横流防止装置を取り付ける等の余分なコストがかかるという問題がある。この問題を解決するものとして、特許文献１に開示されたインバータ制御装置が知られている。該特許文献１（特開２００３−１３４８３４号公報）には、各インバータユニットの位相を合わせることにより、各インバータユニット間に流れる横流を低減することが開示されている。

特開２００３−１３４８３４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、各インバータユニットの位相を合わせることにより横流を防止しており、位相を合わせる具体的な方法については開示されていない。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、効率よく複数のインバータ発電装置を並列運転することが可能なインバータ発電装置及びインバータ発電システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のインバータ発電システムは、複数のインバータ発電装置を並列運転するインバータ発電システムにおいて、前記複数のインバータ発電装置のうちの一つをマスタ発電装置、その他をスレーブ発電装置として設定し、前記マスタ発電装置は、前記スレーブ発電装置と通信するマスタ通信部と、原動機及びインバータ回路を備え、原動機にて発電された電力を所望の周波数の交流電圧に変換するインバータ発電機と、インバータ回路の制御に用いるＰＷＭキャリアの出力を制御するマスタ制御部と、を有し、前記スレーブ発電装置は、前記マスタ発電装置と通信するスレーブ通信部と、原動機、及びインバータ回路を備え、原動機にて発電された電力を所望の周波数の交流電圧に変換するインバータ発電機と、インバータ回路の制御に用いるＰＷＭキャリアの出力を制御するスレーブ制御部と、を有し、前記マスタ制御部は、各スレーブ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアがマスタ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアと同期するように、各スレーブ制御部に対してキャリア補正信号を送信し、前記スレーブ制御部は、前記キャリア補正信号を受信した際には、このキャリア補正信号に応じてＰＷＭキャリアの位相を通信用データのスタートビットのタイミングと一致するように制御して変更することを特徴とする。

また、本発明のインバータ発電装置は、他のインバータ発電装置と接続して並列運転するインバータ発電装置において、前記他のインバータ発電装置と通信するマスタ通信部と、原動機及びインバータ回路を備え、原動機にて発電された電力を所望の周波数の交流電圧に変換するインバータ発電機と、前記インバータ回路の制御に用いるＰＷＭキャリアの出力を制御するマスタ制御部と、を有し、前記マスタ制御部は、前記他のインバータ発電機との通信により、前記他のインバータ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアの位相が、通信用データのスタートビットのタイミングと一致して、前記マスタ制御部で用いるＰＷＭキャリアと同期するように、他のインバータ発電装置に対してキャリア補正信号を送信することを特徴とする。

本発明に係るインバータ発電システムでは、マスタ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアと、スレーブ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアとの間の位相ずれを演算し、この位相ずれが無くなるように、スレーブ発電装置で用いるＰＷＭキャリアの周期を変更する制御を行う。その結果、マスタ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアと、スレーブ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアとを同期させることができる。従って、マスタ発電装置、及びスレーブ発電装置を並列運転して負荷を駆動する際には、発電装置間に流れる横流を抑制することができる。

また、本発明に係るインバータ発電装置（マスタ発電装置）では、他のインバータ発電装置に通信用信号を送信し、他のインバータ発電装置（スレーブ発電装置）の位相データが書き込まれた通信用信号を受信して、他のインバータ発電装置の位相データを取得する。そして、マスタ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアと、スレーブ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアとの間の位相ずれを演算し、この位相ずれが無くなるように、スレーブ発電装置で用いるＰＷＭキャリアの周期を変更する制御を行う。その結果、マスタ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアと、スレーブ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアとを同期させることができ、発電装置間に流れる横流を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るインバータ発電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るインバータ発電システムに用いられるインバータ発電機の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るインバータ発電システムの、マスタ発電装置から各スレーブ発電装置に送信する通信用データの出力タイミングを示すタイミングチャートである。 スレーブ制御部で用いられるＰＷＭキャリアを、マスタ制御部で用いられるＰＷＭキャリアに同期させる前の波形と、同期した後の波形を示すタイミングチャートである。 ＰＷＭキャリアの位相差に基づいて、１周期のカウント値を設定する制御を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るインバータ発電システムの、位相合わせの処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るインバータ発電システムの、マスタ発電装置と各スレーブ発電装置との間の送信データを示す説明図である。 本発明の実施形態に係るインバータ発電システムの、スレーブ制御部に設けられる電力制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るインバータ発電システムの、スレーブ制御部に設けられる位相制御部の構成を示すブロック図である。 本発明に係る位相制御を実施しない場合における、２つのインバータ間に流れる電流を示す説明図である。 本発明に係る位相制御を実施した場合における、２つのインバータ間に流れる電流を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るインバータ発電システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係るインバータ発電システム１００は、４個の発電装置（インバータ発電装置）１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄが並列に接続されており、各発電装置１０１ａ〜１０１ｄの出力端子が共通の負荷１３に接続されている。即ち、各発電装置１０１ａ〜１０１ｄが並列運転されて出力される電力が、一つの負荷１３に供給され、該負荷１３を駆動するように配線されている。なお、本実施形態では、一例として４台の発電装置１０１ａ〜１０１ｄを設ける例を示しているが、本発明はこれに限定されない。

発電装置１０１ａは、マスタ発電装置として位置付けられている。また、その他の３台の発電装置１０１ｂ〜１０１ｄはスレーブ発電装置として位置付けられている。以下では、発電装置１０１ａを「マスタ発電装置１０１ａ」と称し、発電装置１０１ｂ〜１０１ｄを「スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄ」と称する。

マスタ発電装置１０１ａは、マスタ制御部１４ａと、マスタ通信部１１ａ、及びインバータ発電機１２ａを備えている。マスタ制御部１４ａは、インバータ発電機１２ａを総括的に制御すると共に、マスタ通信部１１ａから、各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄに、通信用データ（キャリア補正信号を含む；詳細については後述）を送信する制御を行う。

スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄは、スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄと、スレーブ通信部１１ｂ〜１１ｄ、及びインバータ発電機１２ｂ〜１２ｄを備えている。スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄは、インバータ発電機１２ｂ〜１２ｄを総括的に制御すると共に、マスタ通信部１１ａより送信される通信用データに基づいて、インバータ発電機１２ｂ〜１２ｄに搭載されるインバータ回路を制御するためのＰＷＭキャリア信号（後述）の位相を変更する制御を行う。

また、マスタ発電装置１０１ａとスレーブ発電装置１０１ｂは通信線Ｌ１により接続され、スレーブ発電装置１０１ｂと１０１ｃは通信線Ｌ２により接続され、スレーブ発電装置１０１ｃと１０１ｄは通信線Ｌ３により接続され、スレーブ発電装置１０１ｄと１０１ａは、通信線Ｌ４により接続されている。即ち、マスタ発電装置１０１ａと各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄは数珠状に接続されている。

図２は、図１に示した各発電装置１０１ａ〜１０１ｄに設けられるインバータ発電機１２ａ〜１２ｄの構成を示すブロック図である。図２に示すように、インバータ発電機１２ａ〜１２ｄは、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等のエンジン２１（原動機）と、該エンジン２１にカップリング２２を介して結合され、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の３相の誘起電圧を発生する同期式ＰＭモータ２３と、該同期式ＰＭモータ２３に接続され、同期式ＰＭモータ２３より出力されるＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各誘起電圧をＰＮ直流電圧に変換するコンバータ（コンバータ回路）２４と、該コンバータ２４より出力されるＰＮ直流電圧からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流電圧を生成するインバータ（インバータ回路）２５と、スイッチングノイズを軽減するためのＬＣフィルタ２６と、負荷１３への電圧の供給、停止を切り替える遮断器２７と、を備えている。更に、コンバータ２４とインバータ２５の間には主回路コンデンサ２８が設けられている。

そして、図２に示すインバータ発電機１２ａ〜１２ｄは、エンジン２１を回転駆動させることにより、カップリング２２にて連結された同期式ＰＭモータ２３が回転して、Ｒ、Ｓ、Ｔの出力端子に三相の誘起電圧を発生する。更に、コンバータ２４にて、三相交流電圧をＰＮ直流電圧に変換する。コンバータ２４を用いることにより、通常の整流器では実現できない交流から直流へ変換する際の昇圧を実現できる。即ち、所望の直流電圧に変換することができる。

主回路コンデンサ２８は、コンバータ２４より出力される直流電圧を平滑化する。これに加えて、後段のインバータ２５の瞬間的な大出力を実現するためのエネルギーを蓄える用途として用いる。コンバータ２４より出力され、且つ主回路コンデンサ２８で平滑化された電圧は、インバータ２５にて、三相交流電圧に変換される。

インバータ２５は、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）を備え、各スイッチング素子のスイッチングパターンを制御することにより、出力電圧や周波数を適宜変更することができる。更に、単相電圧を出力することもできる。該インバータ２５は、図１に示す制御部１４ａ〜１４ｄより出力されるＰＷＭキャリアに基づいてスイッチング素子を作動させ、所望の周波数、及び所望の位相となる交流電圧が発生するように制御される。

その後、ＬＣフィルタ２６によりスイッチングノイズが低減され、遮断器２７を介して、負荷１３に電力が供給される。

そして、図１に示すマスタ発電装置１０１ａより、通信線Ｌ１を経由して、各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄの位相データを書き込むための通信用データを送信する。通信用データは、例えば［１ｍsec］の周期で送信される。この通信用データは、通信線Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を経由して、それぞれスレーブ発電装置１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄに数珠状に送信される。各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄでは、この通信用データにそれぞれのスレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄで用いられるＰＷＭキャリアの位相情報を書き込む。従って、通信用データがマスタ通信部１１ａに戻った際には、この通信用データには、各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄで用いられるＰＷＭキャリアの位相データが書き込まれていることになる。

これにより、マスタ制御部１４ａは、各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄで用いられるＰＷＭキャリアの位相データを認識できる。そして、マスタ制御部１４ａは、各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄで用いるＰＷＭキャリアの位相が一致するように、キャリア補正信号（詳細は後述）を含む通信用データをマスタ通信部１１ａより送信する。各スレーブ通信部１１ｂ〜１１ｄは、キャリア補正信号を受信し、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄはこのキャリア補正信号に基づいて、ＰＷＭキャリアの位相を調整する。そして、各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄより出力される交流電圧の位相が、マスタ発電装置１０１ａより出力される交流電圧の位相と一致するように制御される。

以下、図３、図４を参照して詳細に説明する。図３は、マスタ発電装置１０１ａのマスタ通信部１１ａより送信される通信用データ、及び各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄで受信される通信用データのタイミングを示すタイミングチャートである。図３（ａ）に示すように、マスタ発電装置１０１ａより、時刻ｔ０にて通信用データが送信されると、図３（ｂ）に示すように、所定時間（ここでは一例として１［μsec］としている）だけ遅れた時刻ｔ１にてスレーブ発電装置１０１ｂ（図では「スレーブｂ」と表記）に受信される。スレーブ発電装置１０１ｂの制御部１４ｂは、通信用データに含まれる「スレーブｂ」のデータ、即ち、スレーブ制御部１４ｂで用いるＰＷＭキャリアの位相データを更新し、スレーブ通信部１１ｂより、隣接するスレーブ発電装置１０１ｃに送信する。

時刻ｔ２にて、スレーブ発電装置１０１ｃのスレーブ通信部１１ｃにて通信用データが受信されると、図３（ｃ）に示すように、スレーブ制御部１４ｃは、通信用データに含まれる「スレーブｃ」のデータ、即ち、スレーブ制御部１４ｃで用いるＰＷＭキャリアの位相データを更新し、スレーブ通信部１１ｃより、隣接するスレーブ発電装置１０１ｄに送信する。

時刻ｔ３にて、スレーブ発電装置１０１ｄのスレーブ通信部１１ｄにて通信用データが受信されると、図３（ｄ）に示すように、スレーブ制御部１４ｄは、同期信号に含まれる「スレーブｄ」のデータ、即ち、スレーブ制御部１４ｃで用いるＰＷＭキャリアの位相データを更新し、スレーブ通信部１１ｄより、マスタ発電装置１０１ａに送信する。

マスタ制御部１４ａは、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄより送信された各位相データを取得する。そして、これらの位相データに基づき、マスタ制御部１４ａで用いられるＰＷＭキャリアと、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄで用いられるＰＷＭキャリアとの間の位相差を演算する。以下、図４に示すタイミングチャートを参照して詳細に説明する。

図４（ａ）は、スレーブ制御部１４ｂにて用いられるＰＷＭキャリアの位相と、通信用データの受信タイミングを示している。図４（ａ）に示すように、ＰＷＭキャリアは、例えば、１０［ＫＨｚ］の鋸歯状波である。そして、通信用データに含まれるスタートビットと、ＰＷＭキャリア信号の同期ポイント（この例では、鋸歯状波形の立ち下がり開始点）との位相差を演算する。更に、この位相差に対応するＰＷＭキャリアのカウント値（クロック信号のカウント値）を演算する。そして、このカウント値を位相データとして送信する。

例えば、ＰＷＭキャリア信号の周波数が１０［ＫＨｚ］である場合には、鋸歯状波１周期は、１００［μsec］であり、更に、１周期当たりのＰＷＭキャリアのカウント値が例えば、４０００カウントとされている場合には、位相差に応じてカウント値が決定する。そして、マスタ制御部１４ａは、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄの位相差に基づき、後述する処理方法により、位相差に応じたカウント値がゼロとなるように、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄに、キャリア補正信号を送信する。各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄは、キャリア補正信号を用いてＰＷＭキャリアの位相を補正することにより、図４（ｂ）に示すように、ＰＷＭキャリアの同期ポイントが、通信用データのスタートビットのタイミングと一致するように制御される。なお、図３に示したように、通信用データのスタートビットのタイミングは、マスタ制御部１４ａから順次１［μsec］ずつ遅れが生じているが、鋸歯状波の１周期分である１００［μsec］と比較して小さいので無視することができる。

以下、位相を補正する処理手順について説明する。図４（ａ）に示したように、マスタ制御部１４ａは、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄで使用するＰＷＭキャリアの位相を認識する。これは、マスタ制御部１４ａより送信され、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄを経由してマスタ制御部１４ａに戻される通信用データから取得できる。つまり、図４（ａ）に示す符号ｐ１に示すカウント値を認識できる。そして、このカウント値ｐ１がゼロに近づくように、鋸歯状波１周期分のカウント値を補正するための補正データを生成する。

これを、図５に示すブロック図を参照して説明する。いま、基準となる鋸歯状波１周期分のカウント値を基準カウント値Ｃref（例えば、Ｃref＝４０００カウント）とする。すると、基準カウント値Ｃrefは、次の（１）式で求められる。

Ｃref＝（クロック周波数）／（ＰＷＭキャリアの周波数） …（１）
そして、図５のブロック図に示すように、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄで用いられるＰＷＭキャリアの、位相差カウント値（これを、Ｃ１とする）の大きさに応じて、ＰＷＭキャリア１周期分の基準カウント値Ｃrefの補正値を求める。具体的には、位相差カウント値Ｃ１がゼロである場合には、ＰＷＭキャリア１周期分の基準カウント値Ｃrefを変更しない。即ち、補正値はゼロである。

位相差カウント値Ｃ１が、ゼロよりも大きく、基準カウント値Ｃrefの１／２以下の場合、即ち、「０＜Ｃ１≦（Ｃref／２）」である場合には、補正値を「−α」に設定する。ここで、「α」は１以上の整数である。

また、位相差カウント値Ｃ１が、基準カウント値Ｃrefの１／２よりも大きく、基準カウント値Ｃref未満である場合、即ち、「（Ｃref／２）＜Ｃ１＜Ｃref」である場合には、補正値を「α」に設定する。これらの演算は、図５に示す補正値演算部３１にて実行される。そして、加算器３２にて、基準カウント値Ｃrefに上記の条件で設定された補正値、即ち、０、−α、αのうちのいずれかが加算され、この加算結果をＰＷＭキャリアの１周期分のカウント値Ｃmaxとして設定する。つまり、図４（ａ）、（ｂ）に示した鋸歯状波１周期分のカウント値をＣmaxに設定する。

以下、補正値を「−α」と「α」に区分する理由について説明する。位相差カウント値Ｃ１が（Ｃref／２）以下の場合には、位相の進み量（図４（ａ）に示す符号ｐ１）は鋸歯状波１周期の１／２以下である。従って、ＰＷＭキャリアの１周期分のカウント値を減少させることにより、同期ポイントを一致させることができる。つまり、補正値を負の値にするのがよい。

一方、位相差カウント値Ｃ１が（Ｃref／２）を超える場合には、位相の進み量は鋸歯状波１周期の１／２以上である。従って、ＰＷＭキャリアの１周期分のカウント値を増加させる方が減少させるよりも、速く同期ポイントを一致させることができる。これらの理由により、補正値を「−α」と「α」に区分している。なお、同期ポイントを一致させるまでの経過時間を考慮しない場合、即ち、即応性を考えなければ「−α」のみとすることも可能である。

次に、図６に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係るインバータ発電システムにおける位相設定の処理手順について説明する。初めに、ステップＳ１１において、複数のインバータ発電装置のうち、一つをマスタ発電装置として設定し、他のインバータ発電装置をスレーブ発電装置として設定する。具体的には、図１に示したように、マスタ発電装置１０１ａ、及び３台のスレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄを設定する。

ステップＳ１２において、マスタ発電装置１０１ａのマスタ制御部１４ａにて出力電圧、及び周波数を設定する。例えば、２００［Ｖ］、５０［Ｈｚ］のように設定する。上記のステップＳ１１、Ｓ１２の処理は、操作者の設定操作により行われる。

ステップＳ１３において、マスタ制御部１４ａは、マスタ通信部１１ａと、各スレーブ通信部１１ｂ〜１１ｄとの間の通信を開始する。即ち、前述したように、マスタ通信部１１ａから図１に示す通信線Ｌ１〜Ｌ４を経由して、各スレーブ通信部１１ｂ〜１１ｄに通信用データを送信する。スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｃは、通信用データにＰＷＭキャリアの位相データを書き込んでマスタ制御部１４ａに戻す。そして、該マスタ制御部１４ａは、前述の図５にて説明した方法により、ＰＷＭキャリアの１周期分のカウント値の補正値を演算し、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄに送信する。各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄは、この補正値に基づいて、ＰＷＭキャリアの１周期分のカウント値を補正する。この処理は、マスタ通信部１１ａと各スレーブ通信部１１ｂ〜１１ｄの間での通信サイクル（例えば、１［ｍsec］）毎に実行される。そして、上記の処理が繰り返されることにより、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄで用いられるＰＷＭキャリアの位相が、マスタ制御部１４ａで用いられるＰＷＭキャリアの位相と一致するように補正される。即ち、図４（ｂ）に示したように、ＰＷＭキャリアの同期ポイントが通信用データのスタートビットと一致するように補正される。

そして、図６のステップＳ１４において、全てのスレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄにおいて、ＰＷＭキャリアの位相が補正されたか否かが判断され、補正された場合には、ステップＳ１５において、マスタ制御部１４ａは、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄに対して、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の出力電力、及び位相を指示するための信号を送信する。

その後、ステップＳ１６において、各スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄは、出力電力、及び位相がマスタ制御部１４ａに指示された数値となるように、出力電圧、及び位相を調整する。こうすることにより、マスタ発電装置１０１ａ、及び各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄより出力される正弦波の位相が一致するので、４台の発電装置１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを並列接続して運転し、負荷１３（図１参照）を駆動する際に、各発電装置間に発生する横流を抑制することができる。

次に、図６のステップＳ１５に示した各相の電力、及び位相の指示について説明する。図７に示すように、マスタ発電装置１０１ａのマスタ制御部１４ａ（図１参照）は、電圧指令として、例えば２００［Ｖ］等のベースとなる電圧の指示値を設定する。また、周波数指令として、例えば５０［Ｈｚ］等のベースとなる周波数指示値を設定する。更に、位相指令として、マスタ制御部１４ａの電気角を指示する。例えば、２００［deg］とする。

また、Ｕ相消費電力、Ｖ相消費電力、Ｗ相消費電力の指示値をそれぞれ設定する。例えば、負荷平準化の場合では、Ｕ相消費電力指示値を、各インバータ発電機のＵ相消費電力の平均値とする。Ｖ相消費電力指示値を、各インバータ発電機のＶ相消費電力の平均値とする。更に、そして、電圧指令情報、周波数指令情報、位相指令情報、各相の消費電力指令情報を各スレーブ発電装置１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄに送信する。更に、コマンド情報を送信する。また、各スレーブ発電装置１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各消費電力、及びステータス情報をマスタ発電装置１０１ａに送信する。

スレーブ制御部１４ｂ〜１４ｄは、電力制御部及び位相制御部を備えている。図８は電力制御部の構成を示すブロック図であり、図９は位相制御部の構成を示すブロック図である。図８に示すように、電力制御部は、マスタ制御部１４ａより送信された指示電力となるように、出力電力をフィードバック制御する。即ち、スレーブ制御部１４ｂは、減算器４１と、符号判断部４２と、乗算器４３と、積分器４４、及び加算器４５を備えており、マスタ制御部１４ａより指示電力が入力されると、減算器４１に入力される。また、スレーブ発電装置１０１ｂよりフィードバックされる消費電力が減算器４１に入力されて、減算される。この減算結果がマイナスである場合には、符号を「−１」とし、プラスである場合には、符号を「１」として、乗算器４３に出力する。乗算器４３では、係数Ｋを乗算し、積分器４４は、この乗算結果を積分して加算器４５に出力する。そして、加算器４５では、マスタ制御部１４ａより送信される指示電圧に、積分器４４より出力される積分結果を加算して、電圧指令とする。即ち、この電圧指令は、スレーブ発電装置１０１ｂに出力される。スレーブ発電装置１０１ｂでは、電圧指令に基づいてインバータ２５に設けられる各スイッチング素子の駆動を制御する。こうして、スレーブ発電装置１０１ｂでは、マスタ発電装置１０１ａより送信される指示電力となるように制御されることになる。なお、スレーブ発電装置１０１ｃ、１０１ｄについても、スレーブ発電装置１０１ｂと同様である。

また、マスタ制御部１４ａにて、各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄの出力配分を設定すれば、この出力配分に応じた電力が出力されることになる。例えば、スレーブ発電装置１０１ｂを１００％の出力で発電させ、スレーブ発電装置１０１ｃを７０％の出力で発電させ、スレーブ発電装置１０１ｄを５０％の出力で発電させるように、出力配分の設定が可能となる。

一方、図９に示すように、位相制御部は、増分計算部５１と、加算器５２と、遅延器５３、及び電気角リセット部５４を備えており、マスタ制御部１４ａより、周波数制御信号、及び位相指示信号が与えられた場合に、フィードバック制御を実行して電気角を演算する。

即ち、増分計算部５１では、周波数指示値の増分を計算する。具体的には、前述したカウント値の増加分、減少分を認識し、この増減データを加算器５２に出力する。例えば、出力周波数が５０Ｈｚ、制御周期が１００μsecの場合には、１周期が２００分割となるので、電気角１回転を２０００パルスとすれば、増分パルスは１０パルスとなる。また、マスタ制御部１４ａからの位相指示データから、例えば、０degで電気角をリセットすることにより、クロックの違いのようなわずかなずれもリセットすることができ、常に、電気角をマスタ制御部１４ａの電気角に合わせることができる。

次に、本実施形態の位相制御を実行しない場合と、本実施形態の位相制御を実行した場合の、電流の流れを、図１０、図１１を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る位相制御を実行しない場合の電流の流れを示す説明図である。図１０（ａ）、（ｂ）では、２つのインバータ発電装置を並列接続する場合を示しており、説明を簡単にするために、一方のインバータ６２ａは、上アームの半導体スイッチｑ１と下アームの半導体スイッチｑ２が直列接続され、他方のインバータ６２ｂは、上アームの半導体スイッチｑ３と下アームの半導体スイッチｑ４が直列接続され、それぞれの出力電力が負荷６１に供給される場合を示している。

図１０（ａ）に示すように、半導体スイッチｑ１、ｑ４がオン、半導体スイッチｑ２、ｑ３がオフの場合には、インバータ６２ａからインバータ６２ｂに横流が流れる。一方、半導体スイッチｑ２、ｑ３がオン、半導体スイッチｑ１、ｑ４がオフの場合には、インバータ６２ｂからインバータ６２ａに横流が流れる。つまり、インバータ６２ａのスイッチング素子ｑ１、ｑ２のオン、オフのタイミングと、インバータ６２ｂのスイッチング素子ｑ３、ｑ４のオン、オフのタイミングに位相ずれが生じているので、この位相ずれに起因して横流が流れる。

これに対して、本実施形態に係る位相制御を実施した場合には、インバータ６２ａのスイッチング素子ｑ１、ｑ２のオン、オフのタイミングと、インバータ６２ｂのスイッチング素子ｑ３、ｑ４のオン、オフのタイミングに位相ずれが生じていないので、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、インバータ６２ａと６２ｂとの間に横流は発生しない。

このようにして、本実施形態に係るインバータ発電システムでは、複数台のインバータ発電装置を並列運転する場合には、これらのうちの一台をマスタ発電装置１０１ａとし、その他をスレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄとして設定する。そして、マスタ制御部１４ａは、各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄで用いるＰＷＭキャリアの同期ポイントが、マスタ発電装置１０１ａで用いるＰＷＭキャリアの同期ポイントと一致するように、補正値を演算する。そして、この補正値に基づいて、各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄで用いるＰＷＭキャリアの周波数を補正する。従って、各スレーブ発電装置１０１ｂ〜１０１ｄで用いるＰＷＭキャリアの同期ポイントとマスタ発電装置１０１ａで用いるＰＷＭキャリアの同期ポイントを一致させることができる。

その結果、各発電装置１０１ａ〜１０１ｄより出力される電圧の位相を高精度に合わせることが可能となり、各発電装置１０１ａ〜１０１ｄの間に流れる横流を低減することが可能となる。

また、ＰＷＭキャリアの位相ずれ量が、基準カウント値Ｃrefの１／２以下である場合には、補正値を「−α」とし、１／２を上回る場合には、補正値を「α」としている。従って、位相差を迅速に補正して位相ずれを回避することが可能となる。

以上、本発明のインバータ発電システム及びインバータ発電装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上述した実施形態では、ＰＷＭキャリアとして鋸歯状波を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されず、他の波形のＰＷＭキャリアを用いてもよい。

１１ａ マスタ通信部
１１ｂ〜１１ｄ スレーブ通信部
１２ａ〜１２ｄ インバータ発電機
１３ 負荷
１４ａ マスタ制御部
１４ｂ〜１４ｄ スレーブ制御部
２１ エンジン
２２ カップリング
２３ 同期式ＰＭモータ
２４ コンバータ（コンバータ回路）
２５ インバータ（インバータ回路）
２６ ＬＣフィルタ
２７ 遮断器
２８ 主回路コンデンサ
３１ 補正値演算部
３２ 加算器
４１ 減算器
４２ 符号判断部
４３ 乗算器
４４ 積分器
４５ 加算器
５１ 増分計算部
５２ 加算器
５３ 遅延器
５４ 電気角リセット部
６１ 負荷
６２ａ、６２ｂ インバータ
１００ インバータ発電システム
１０１ａ マスタ発電装置
１０１ｂ〜１０１ｄ スレーブ発電装置

Claims (6)

1. 複数のインバータ発電装置を並列運転するインバータ発電システムにおいて、
   前記複数のインバータ発電装置のうちの一つをマスタ発電装置、その他をスレーブ発電装置として設定し、
   前記マスタ発電装置は、
   前記スレーブ発電装置と通信するマスタ通信部と、
   原動機及びインバータ回路を備え、原動機にて発電された電力を所望の周波数の交流電圧に変換するインバータ発電機と、
   インバータ回路の制御に用いるＰＷＭキャリアの出力を制御するマスタ制御部と、を有し、
   前記スレーブ発電装置は、
   前記マスタ発電装置と通信するスレーブ通信部と、
   原動機、及びインバータ回路を備え、原動機にて発電された電力を所望の周波数の交流電圧に変換するインバータ発電機と、
   インバータ回路の制御に用いるＰＷＭキャリアの出力を制御するスレーブ制御部と、を有し、
   前記マスタ制御部は、前記スレーブ制御部との通信により、各スレーブ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアがマスタ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアと同期するように、各スレーブ制御部に対してキャリア補正信号を送信し、
   前記スレーブ制御部は、前記キャリア補正信号を受信した際には、このキャリア補正信号に応じてＰＷＭキャリアの位相を通信用データのスタートビットのタイミングと一致するように制御して変更すること
   を特徴とするインバータ発電システム。
2. 前記マスタ制御部は、
   マスタ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアの同期ポイントと、スレーブ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアの同期ポイントの位相差を、クロック信号のカウント値として検出し、
   前記カウント値がゼロとなるように、スレーブ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアの１周期分のカウント値の補正値を求め、
   前記スレーブ制御部は、前記補正値に基づいて、スレーブ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアの１周期分のカウント値を補正すること
   を特徴とする請求項１に記載のインバータ発電システム。
3. 前記マスタ制御部は、
   前記ＰＷＭキャリアの１周期分の基準カウント値をＣrefとした場合、
   前記位相差に対応する位相差カウント値がゼロよりも大きく、Ｃref／２よりも小さい場合には、前記補正値をマイナスの数値とし、
   前記位相差カウント値がＣref／２よりも大きい場合には、前記補正値をプラスの数値とすること
   を特徴とする請求項２に記載のインバータ発電システム。
4. 他のインバータ発電装置と接続して並列運転するインバータ発電装置において、
   前記他のインバータ発電装置と通信するマスタ通信部と、
   原動機及びインバータ回路を備え、原動機にて発電された電力を所望の周波数の交流電圧に変換するインバータ発電機と、
   前記インバータ回路の制御に用いるＰＷＭキャリアの出力を制御するマスタ制御部と、を有し、
   前記マスタ制御部は、前記他のインバータ発電機との通信により、前記他のインバータ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアの位相が、通信用データのスタートビットのタイミングと一致して、前記マスタ制御部で用いるＰＷＭキャリアと同期するように、他のインバータ発電装置に対してキャリア補正信号を送信すること
   を特徴とするインバータ発電装置。
5. 前記マスタ制御部は、
   該マスタ制御部で用いるＰＷＭキャリアの同期ポイントと、前記他のインバータ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアの同期ポイントの位相差を、クロック信号のカウント値として検出し、
   前記カウント値がゼロとなるように、前記他のインバータ発電装置で用いられるＰＷＭキャリアの１周期分のカウント値の補正値を求め、この補正値を前記キャリア補正信号として送信すること
   を特徴とする請求項４に記載のインバータ発電装置。
6. 前記マスタ制御部は、
   前記ＰＷＭキャリアの１周期分の基準カウント値をＣrefとした場合、
   前記位相差に対応する位相差カウント値がゼロよりも大きく、Ｃref／２よりも小さい場合には、前記補正値をマイナスの数値とし、
   前記位相差カウント値がＣref／２よりも大きい場合には、前記補正値をプラスの数値とすること
   を特徴とする請求項５に記載のインバータ発電装置。

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