JP7063020B2 - 電源システム、及び、電源システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源システム、及び、電源システムの制御方法に関する。

従来より、複数の無停電電源装置を備え、一の無停電電源装置（自号機）を他の無停電電源装置（他号機）との通信によって該一の無停電電源装置を制御する無停電電源システムの制御装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６－１７４４６５号公報

従来の無停電電源システムの制御装置は、母線盤を介して接続された他号機との間の循環電流(横流)を抑制するため、自号機の出力電流値を通信線や通信部を介して他号機に送信し、他号機の出力電流値を信号線や通信部を介して入手することにより、互いの出力電流値を共有し合っている。

信号線や通信部に通信障害が生じた場合には、自号機から負荷への電力供給を継続するために、マグネットコンタクタを切り替えて、ＰＷＭインバータ装置による給電から、商用電源を用いたバイパス給電に切り替える。

しかしながら、バイパス給電を行っている間に商用電源に障害が生じると、負荷に安定的に電力を供給できなくなるという問題が生じる。

そこで、安定的に負荷に電力を供給できる電源システム、及び、電源システムの制御方法を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の電力システムは、
負荷への出力側が並列に接続される２以上の電力変換装置と、
前記２以上の電力変換装置のそれぞれに設けられ、前記電力変換装置を制御する制御部と、
を備える電源システムにおいて、
前記２以上の電力変換装置のうち一の電力変換装置に設けられた前記制御部は、
前記一の電力変換装置の出力電流の有効成分と無効成分に関する情報を他の電力変換装置の前記制御部と通信する通信部と、
前記通信部による通信の異常を検出する通信異常検出部と、
前記一の電力変換装置の出力有効電流と、有効電流指令とに基づいて有効電流の横流制御を行う第１横流抑制制御部と、
前記一の電力変換装置の出力無効電流と、無効電流指令とに基づいて無効電流の横流制御を行う第２横流抑制制御部と、
前記一の電力変換装置の出力有効電流に基づいて有効電流の垂下制御を行う第１垂下制御部と、
前記一の電力変換装置の出力無効電流に基づいて無効電流の垂下制御を行う第２垂下制御部と、
前記通信異常検出部によって前記通信の異常が検出されると、前記一の電力変換装置の制御を前記第１横流抑制制御部及び前記第２横流抑制制御部による制御から、前記第１垂下制御部及び前記第２垂下制御部による制御に切り替える、切替部と、
を含み、
前記第１垂下制御部は、前記有効電流の増大に対して負の傾きを有する第１ゲインを用いて、基準周波数を補正する第１補正値を生成するものであり、
前記第１垂下制御部は、前記通信異常検出部によって前記通信の異常が検出されていないときに前記第１横流抑制制御部が前記一の電力変換装置の出力有効電流と有効電流指令とに基づいて生成した基準周波数の第２補正値を前記第１補正値に加算する第１加算部を有する。

安定的に負荷に電力を供給できる電源システム、及び、電源システムの制御方法を提供することができる。

実施の形態の電力変換装置１００－１～１００－Ｎを含む電源システム１を示す図である。 制御部１１０の構成を示すブロック図である。 垂下特性制御部１１３Ｂの構成を示す図である。 垂下特性を示す図である。 ゲイン補正を行う垂下特性制御部１１３Ｂの構成を示す図である。 ゲイン補正に用いる垂下特性を示す図である。 制御部１１０Ｍの構成を示す図である

以下、本発明の電源システム、及び、電源システムの制御方法を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の電力変換装置１００－１～１００－Ｎを含む電源システム１を示す図である。電源システム１は、複数の電力変換装置１００－１～１００－Ｎを含む。電力変換装置１００－１～１００－Ｎは、互いに同一の構成を有し、負荷１０に対して並列に接続されている。

電力変換装置１００－１～１００－Ｎは、それぞれ、負荷１０に交流電力を供給する無停電電源（Uninterruptible Power Supply：ＵＰＳ）である。図１では、図を簡略化して電力変換装置１００－１～１００－Ｎと負荷１０との間に１本の母線２０を示すが、負荷１０には母線２０によって交流電力が供給される。負荷１０は、無停電電源から電力供給を受ける施設（例えば、金融機関のデータセンタや工場等）である。

なお、以下では、電力変換装置１００－１～１００－Ｎを区別しない場合には、電力変換装置１００と称す。Ｎは、図１では３以上の整数である。

電力変換装置１００－１～１００－Ｎは、それぞれ、インバータ１０１、出力端子１０２、リアクトル１０３、コンデンサ１０４、電圧計１０５、電流計１０６、通信部１０７、制御部１１０を含む。電力変換装置１００－１～１００－Ｎの通信部１０７は、通信線３０によって互いに通信可能に接続されている。通信線３０は、ＣＡＮ(Controller Area Network)のような通信線の他、電力線であってもよい。

インバータ１０１は、直流(Direct Current: DC)電力を交流(Alternating Current: AC)電力に変換する直流交流変換装置である。インバータ１０１は、出力側にリアクトル１０３、コンデンサ１０４を介して母線２０が接続され、制御部１１０によって駆動制御が行われる。なお、図１に示すインバータ１０１は、単相出力であるが、これに限らない。

通信部１０７は、通信線３０によって他号機の通信部１０７に接続され、電流計１０６によって検出される自号機の出力電流値のデータを他号機に送信し、他号機の出力電流値のデータを受信する通信インターフェイスである。通信部１０７は、出力電流値以外のデータも送受信する。

制御部１１０は、通信部１０７を介してすべての他号機から受信する出力電流値と、電圧計１０５によって検出される出力電圧とに基づいて、インバータ１０１の駆動制御を行うＰＷＭ(Pulse Width Modulation：パルス幅変調)信号のデューティを設定し、インバータ１０１の駆動制御を行う。

図２は、制御部１１０の構成を示すブロック図である。制御部１１０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)、入出力インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。

制御部１１０は、主制御部１１０Ａ、無効電流指令演算部１１１Ａ、出力無効電流演算部１１１Ｂ、加算器１１２、横流抑制制御部１１３Ａ、垂下特性制御部１１３Ｂ、切替スイッチ１１４、有効電流指令演算部１２１Ａ、出力有効電流演算部１２１Ｂ、加算器１２２、横流抑制制御部１２３Ａ、垂下特性制御部１２３Ｂ、及び切替スイッチ１２４を有する。

制御部１１０は、さらに、メモリ１３１、加算器１３２、実効値演算部１３３、電圧実効値調節器１３４、メモリ１３５、加算器１３６、積分器１３７、正弦波生成部１３８、乗算器１３９、瞬時電圧制御部１４０、及びＰＷＭ制御部１４１を有する。

主制御部１１０Ａは、制御部１１０の処理を統括するメインの制御部であり、通信異常検出部１１０Ａ１を有する。主制御部１１０Ａは、切替スイッチ１１４、１２４の切替制御を行う。

通信異常検出部１１０Ａ１は、通信異常を検出する。通信異常とは、通信線３０又は通信部１０７の異常であり、具体的には、通信線３０の断線等の破損や、通信部１０７の故障等である。主制御部１１０Ａは、通信部１０７を介して定期的に他号機の出力電流値を入手しており、通信異常検出部１１０Ａ１は、定期的に他号機の出力電流値を入手できない場合に、通信異常が発生したことを検出する。

主制御部１１０Ａは、通信異常が生じていないときには、横流抑制制御部１１３Ａと加算器１３２とが接続されるように切替スイッチ１１４を切り替える。

また、主制御部１１０Ａは、通信異常が生じていないときには、通信部１０７を介して入手する他号機の出力電流値と、電流計１０６によって検出される自号機の出力電流値とを無効電流指令演算部１１１Ａ、出力無効電流演算部１１１Ｂ、有効電流指令演算部１２１Ａ、及び出力有効電流演算部１２１Ｂに伝送する。

また、通信異常が生じると、垂下特性制御部１１３Ｂと加算器１３２とが接続されるように切替スイッチ１１４を切り替える。主制御部１１０Ａは、通信異常が生じているときには、電流計１０６によって検出される自号機の出力電流値を出力無効電流演算部１１１Ｂ及び出力有効電流演算部１２１Ｂに伝送する。

無効電流指令演算部１１１Ａは、すべての他号機の出力電流値と、自号機の出力電流値とを加算することにより、負荷電流値を求める。負荷電流は、電力変換装置１００－１～１００－Ｎが負荷１０に供給する電流値である。

また、無効電流指令演算部１１１Ａは、負荷電流値を電力変換装置１００－１～１００－Ｎの数（Ｎ）で除算して、出力電流の瞬時値の平均値を求め、出力電流の瞬時値の平均値をｄｑ変換することにより、ｑ成分（無効分）を無効電流指令Ｉｑｒｅｆとして演算する。

出力無効電流演算部１１１Ｂは、すべての他号機の出力電流値と、自号機の出力電流値とを加算して負荷電流値を求め、自号機の出力電流と、負荷電流とに基づいて、ｄｑ変換を行うことによって、出力無効電流Ｉｑを演算する。出力無効電流Ｉｑは、自号機の出力電流のうちの無効成分である。

加算器１１２には、出力無効電流演算部１１１Ｂによって演算される出力無効電流と、無効電流指令演算部１１１Ａによって演算される無効電流指令とが入力される。無効電流指令は、符号が反転されて加算器１１２に入力されるため、加算器１１２は、出力無効電流から無効電流指令を減算して得る差分を横流抑制制御部１１３Ａに出力する。

横流抑制制御部１１３Ａは、通信異常が発生していないときに、出力無効電流から無効電流指令を減算した差分に基づき、ＰＩ(Proportional-Integral)制御又は積分制御を行うことによって、自号機と他号機との間における横流の無効成分が低減するように、横流の無効成分を抑制するために、電圧補正値ΔＶＡを生成する制御を行う。横流抑制制御部１１３Ａは、第２横流抑制制御部の一例である。電圧補正値ΔＶＡは、第４補正値の一例である。

通信異常が発生していないときには、電圧補正値ΔＶＡは、メモリ１３１から出力される出力電圧実効値指令Ｖｒｅｆの補正に用いられる。なお、横流抑制制御部１１３Ａは、通信異常が発生していないときに演算した電圧補正値ΔＶＡを保持する機能を有する。

垂下特性制御部１１３Ｂは、通信異常が発生したときに、出力無効電流演算部１１１Ｂによって演算される出力無効電流に基づいて、横流を低減するための垂下特性を用いて、出力無効電流に応じた電圧補正値ΔＶＢを生成する制御を行う。垂下特性制御部１１３Ｂは、第２垂下制御部の一例である。電圧補正値ΔＶＢは、第３補正値の一例である。

電圧補正値ΔＶＢは、通信異常が発生したときに、メモリ１３１から出力される出力電圧実効値指令Ｖｒｅｆの補正に用いられる。なお、垂下特性制御部１１３Ｂの詳細については後述する。

切替スイッチ１１４は、加算器１３２の一方の入力側の接続先を横流抑制制御部１１３Ａ及び垂下特性制御部１１３Ｂのいずれか一方に切り替える切替部の一例である。切替スイッチ１１４は、横流抑制制御部１１３Ａが出力する電圧補正値ΔＶＡと、垂下特性制御部１１３Ｂが出力する電圧補正値ΔＶＢとのいずれか一方を電圧補正値ΔＶとして加算器１３２に出力する。

切替スイッチ１１４は、主制御部１１０Ａによって切り替えられる。通信異常が生じていないときには、横流抑制制御部１１３Ａと加算器１３２とが切替スイッチ１１４によって接続される。通信異常が生じると、垂下特性制御部１１３Ｂと加算器１３２とが切替スイッチ１１４によって接続される。加算器１３２に出力される電圧補正値ΔＶは、最終的にＰＷＭ制御部１４１におけるＰＷＭ信号の生成に用いられるものである。なお、本実施形態は、通信異常が生じると、垂下特性制御部１１３Ｂと加算器１３２とが切替スイッチ１１４によって接続される場合を説明するが、通信異常以外のメンテナンス時としてもよい。

有効電流指令演算部１２１Ａは、すべての他号機の出力電流値と、自号機の出力電流値とを加算することにより、負荷電流値を求める。また、有効電流指令演算部１２１Ａは、負荷電流値を電力変換装置１００－１～１００－Ｎの数（Ｎ）で除算して、出力電流の瞬時値の平均値を求め、出力電流の瞬時値の平均値をｄｑ変換することにより、ｄ成分（有効分）を有効電流指令Ｉｐｒｅｆとして演算する。

出力有効電流演算部１２１Ｂは、すべての他号機の出力電流値と、自号機の出力電流値とを加算して負荷電流値を求め、自号機の出力電流と、負荷電流とに基づいて、ｄｑ変換を行うことによって、出力有効電流Ｉｐを演算する。出力有効電流Ｉｐは、自号機の出力電流のうちの有効成分である。

加算器１２２には、出力有効電流演算部１２１Ｂによって演算される出力有効電流と、有効電流指令演算部１２１Ａによって演算される有効電流指令とが入力される。有効電流指令は、符号が反転されて加算器１２２に入力されるため、加算器１２２は、出力有効電流から有効電流指令を減算して得る差分を横流抑制制御部１２３Ａに出力する。

横流抑制制御部１２３Ａは、通信異常が発生していないときに、出力有効電流から有効電流指令を減算した差分に基づき、ＰＩ制御又は積分制御を行うことによって、自号機と他号機との間における横流の有効成分が低減するように、横流の有効成分を抑制するために、周波数補正値ΔＦＡを生成する制御を行う。周波数補正値ΔＦＡは、メモリ１３５から出力される基準周波数Ｆｒｅｆの補正に用いられる。なお、横流抑制制御部１２３Ａは、通信異常が発生していないときに演算した周波数補正値ΔＦＡを保持する機能を有する。横流抑制制御部１２３Ａは、第１横流抑制制御部の一例である。周波数補正値ΔＦＡは、第２補正値の一例である。

垂下特性制御部１２３Ｂは、通信異常が発生したときに、出力有効電流演算部１２１Ｂによって演算される出力有効電流に基づいて、横流を低減するために用いる垂下特性を制御し、出力有効電流に応じた周波数補正値ΔＦＢを生成する制御を行う。周波数補正値ΔＦＢは、メモリ１３５から出力される基準周波数Ｆｒｅｆの補正に用いられる。垂下特性制御部１２３Ｂは、第１垂下制御部の一例である。周波数補正値ΔＦＢは、第１補正値の一例である。なお、垂下特性制御部１２３Ｂの詳細については後述する。

切替スイッチ１２４は、加算器１３６の一方の入力側の接続先を横流抑制制御部１２３Ａ及び垂下特性制御部１２３Ｂのいずれか一方に切り替える切替部の一例である。切替スイッチ１２４は、横流抑制制御部１２３Ａが出力する周波数補正値ΔＦＡと、垂下特性制御部１２３Ｂが出力する周波数補正値ΔＦＢとのいずれか一方を周波数補正値ΔＦとして加算器１３６に出力する。

切替スイッチ１２４は、主制御部１１０Ａによって切り替えられる。通信異常が生じていないときには、横流抑制制御部１２３Ａと加算器１３６とが切替スイッチ１２４によって接続される。通信異常が生じると、垂下特性制御部１２３Ｂと加算器１３６とが切替スイッチ１２４によって接続される。加算器１３６に出力される周波数補正値ΔＦは、最終的にＰＷＭ制御部１４１におけるＰＷＭ信号の生成に用いられるものである。

メモリ１３１は、出力電圧実効値指令Ｖｒｅｆを保持しており、加算器１３２に出力する。

加算器１３２には、メモリ１３１によって保持される出力電圧実効値指令Ｖｒｅｆと、切替スイッチ１１４から出力される電圧補正値ΔＶとを加算して得る電圧値を電圧実効値調節器１３４に出力する。

実効値演算部１３３は、電圧計１０５によって検出される出力電圧Ｖｄｅｔから実効値を演算し、電圧実効値調節器１３４に出力する。

電圧実効値調節器１３４は、加算器１３２の出力（出力電圧実効値指令Ｖｒｅｆと、切替スイッチ１１４から出力される電圧補正値ΔＶとを加算して得る電圧値）と、実効値演算部１３３によって演算される実効値とに基づいてＰＩ制御を行い、実効値を表す振幅指令を生成する。電圧実効値調節器１３４は、振幅指令を乗算器１３９に出力する。

メモリ１３５は、基準周波数Ｆｒｅｆを保持しており、加算器１３６に出力する。

加算器１３６は、基準周波数Ｆｒｅｆと、切替スイッチ１２４から出力される周波数補正値ΔＦとを加算し、加算結果を積分器１３７に出力する。

積分器１３７は、加算器１３６の出力を積分して得る位相を正弦波生成部１３８に出力する。

正弦波生成部１３８は、積分器１３７から出力される位相を有する正弦波信号を基準正弦波として乗算器１３９に出力する。基準正弦波の周波数は、負荷１０に供給される電力の周波数に等しい。

乗算器１３９は、電圧実効値調節器１３４から出力される振幅指令が表す実効値を正弦波生成部１３８から出力される基準正弦波に乗算することにより、瞬時電圧指令ｖｒｅｆを生成する。

瞬時電圧制御部１４０は、乗算器１３９から出力される瞬時電圧指令ｖｒｅｆと、電圧計１０５によって検出される出力電圧Ｖｄｅｔとに基づき、ＰＷＭ制御における基本波としての正弦波状の信号を生成する。正弦波状の信号の周波数は、交流電力の周波数に等しい。

ＰＷＭ制御部１４１は、三角波で実現される搬送波と、瞬時電圧制御部１４０から入力される基本波との交点を検出することによって、インバータ１０１のＰＷＭ駆動に用いるＰＷＭ信号のデューティ比を決定し、決定したデューティ比を有するＰＷＭ信号を用いてインバータ１０１の駆動制御を行う。

図３は、垂下特性制御部１１３Ｂの構成を示す図である。図４は、垂下特性を示す図である。

図３（Ａ）には、無効電流指令演算部１１１Ａ、出力無効電流演算部１１１Ｂ、加算器１１２、横流抑制制御部１１３Ａ、垂下特性制御部１１３Ｂ、切替スイッチ１１４を示す。また、図３（Ａ）には、オフセット補正を行う垂下特性制御部１１３Ｂの構成を示す。オフセット補正を行う垂下特性制御部１１３Ｂは、乗算器１１３Ｂ１、メモリ１１３Ｂ２、及び加算器１１３Ｂ３を有する。

乗算器１１３Ｂ１及び加算器１１３Ｂ３は、出力無効電流演算部１１１Ｂと切替スイッチ１１４との間に設けられており、メモリ１１３Ｂ２は、乗算器１１３Ｂ１に接続されている。メモリ１１３Ｂ２は、ドループ制御で抵抗を模擬した傾きゲインを表すデータを保持している。メモリ１１３Ｂ２が保持する傾きゲインは、第２ゲインの一例である。

傾きゲインは、負の値を有する一定値であり、出力無効電流が増大するほど、乗算器１１３Ｂ１の出力が低下するように設定されている。傾きゲインを負の値にするのは、出力無効電流Ｉｑの増大に応じて減少する電圧補正値ΔＶＢの垂下特性を実現するためである。

乗算器１１３Ｂ１は、出力無効電流演算部１１１Ｂから出力される出力無効電流Ｉｑに、メモリ１１３Ｂ２から出力される傾きゲインを乗じた電圧値を加算器１１３Ｂ３に出力する。乗算器１１３Ｂ１が出力する電圧値は、出力無効電流Ｉｑの増大に応じて減少する。

加算器１１３Ｂ３は、乗算器１１３Ｂ１の出力電圧値と、横流抑制制御部１１３Ａが出力する電圧補正値ΔＶＡとを加算して、電圧補正値ΔＶＢとして出力する。加算器１１３Ｂ３は、第２加算部の一例である。

通信異常が発生した場合に横流抑制制御部１１３Ａが出力する電圧補正値ΔＶＡは、通信異常が発生していないときに、横流抑制制御部１１３Ａが演算して保持しておいた電圧補正値ΔＶＡである。

加算器１１３Ｂ３で乗算器１１３Ｂ１の出力電圧値に、電圧補正値ΔＶＡを加算するのは、負荷電流に基づいて生成される電圧補正値ΔＶＡを加算して乗算器１１３Ｂ１の出力電圧値を補正することにより、電力変換装置１００－１～１００－Ｎの間で無効電流のばらつきを抑制するためである。

乗算器１１３Ｂ１の出力電圧値は、図４（Ａ）に実線で示すように、出力無効電流の増大に応じて低下する垂下特性を示す。また、乗算器１１３Ｂ１の出力電圧値に電圧補正値ΔＶＡを加算すると、破線で示す電圧補正値ΔＶＢが得られる。

このため、通信異常検出部１１０Ａ１によって通信異常が検出されると、切替スイッチ１１４が垂下特性制御部１１３Ｂと加算器１３２を接続するように切り替えられ、垂下特性制御部１１３Ｂは、傾きゲインを出力無効電流Ｉｑに乗じて得る乗算結果に横流抑制制御部１１３Ａが出力する電圧補正値ΔＶＡを加算して、電圧補正値ΔＶＢとして出力する。

従って、垂下特性制御部１１３Ｂは、通信異常が生じても、図４（Ａ）に示す垂下特性を利用して、出力無効電流に基づいて電圧補正値ΔＶＢを生成することができる。電圧補正値ΔＶＢは、図４（Ａ）に示すように、出力無効電流の増大に応じて減少する垂下特性を有する。

図３（Ｂ）には、有効電流指令演算部１２１Ａ、出力有効電流演算部１２１Ｂ、加算器１２２、横流抑制制御部１２３Ａ、垂下特性制御部１２３Ｂ、切替スイッチ１２４を示す。

図３（Ｂ）は、オフセット補正を行う垂下特性制御部１２３Ｂの構成を示す。オフセット補正を行う垂下特性制御部１２３Ｂは、乗算器１２３Ｂ１、メモリ１２３Ｂ２、及び加算器１２３Ｂ３を有する。

乗算器１２３Ｂ１及び加算器１２３Ｂ３は、出力有効電流演算部１２１Ｂと切替スイッチ１２４との間に設けられており、メモリ１２３Ｂ２は、乗算器１２３Ｂ１に接続されている。

メモリ１２３Ｂ２は、ドループ制御で出力有効電流を周波数に変換する係数（固定値）を表す傾きゲインを表すデータを保持している。メモリ１２３Ｂ２が保持する傾きゲインは、第１ゲインの一例である。

傾きゲインは、負の値を有する一定値であり、出力有効電流が増大するほど、乗算器１２３Ｂ１の出力が低下するように設定されている。傾きゲインを負の値にするのは、出力有効電流Ｉｐの増大に応じて減少する周波数補正値ΔＦＢの垂下特性を実現するためである。

乗算器１２３Ｂ１は、出力有効電流演算部１２１Ｂから出力される出力有効電流Ｉｐに、メモリ１２３Ｂ２から出力される傾きゲインを乗じた周波数を加算器１２３Ｂ３に出力する。

加算器１２３Ｂ３は、乗算器１２３Ｂ１から出力される周波数と、横流抑制制御部１２３Ａが出力する周波数補正値ΔＦＡとを加算して、周波数補正値ΔＦＢとして出力する。加算器１２３Ｂ３は、第１加算部の一例である。

通信異常が発生した場合に横流抑制制御部１２３Ａが出力する周波数補正値ΔＦＡは、通信異常が発生していないときに、横流抑制制御部１２３Ａが演算して保持しておいた周波数補正値ΔＦＡである。

加算器１２３Ｂ３で乗算器１２３Ｂ１の出力（周波数）に、周波数補正値ΔＦＡを加算するのは、負荷電流に基づいて生成される周波数補正値ΔＦＡを加算して乗算器１２３Ｂ１の出力（周波数）を補正することにより、電力変換装置１００－１～１００－Ｎの間で有効電流のばらつきを抑制するためである。

乗算器１２３Ｂ１の出力（周波数）は、図４（Ｂ）に実線で示すように、出力有効電流の増大に応じて低下する垂下特性を示す。また、乗算器１２３Ｂ１の出力（周波数）に周波数補正値ΔＦＡを加算すると、破線で示す周波数補正値ΔＦＢが得られる。

このため、通信異常検出部１１０Ａ１によって通信異常が検出されると、切替スイッチ１２４が垂下特性制御部１２３Ｂと加算器１３６を接続するように切り替えられ、垂下特性制御部１２３Ｂは、傾きゲインを出力有効電流Ｉｐに乗じて得る乗算結果に横流抑制制御部１２３Ａが出力する周波数補正値ΔＦＡを加算して、周波数補正値ΔＦＢとして出力する。

従って、垂下特性制御部１２３Ｂは、通信異常が生じても、図４（Ｂ）に示す垂下特性を利用して、出力有効電流に基づいて周波数補正値ΔＦＢを生成することができる。周波数補正値ΔＦＢは、図４（Ｂ）に示すように、出力有効電流の増大に応じて減少する垂下特性を有する。

以上、実施の形態の電源システム１によれば、通信異常が生じると、出力無効電流の増大に対して垂下特性を示す電圧補正値ΔＶＢを用いて振幅指令を生成するとともに、出力有効電流の増大に対して垂下特性を示す周波数補正値ΔＦＢを用いて基準正弦波を生成するので、出力無効電流が増大しても、瞬時電圧制御部１４０によって生成される正弦波状の信号の実効値の増大が抑制され、位相の増大が抑制される。

このため、ＰＷＭ制御部１４１によって生成されるＰＷＭ信号のデューティ比が安定し、インバータ１０１を安定的に駆動することができる。

従って、実施の形態によれば、安定的に負荷１０に電力を供給できる電源システム１、及び、電源システム１の制御方法を提供することができる。

以上では、垂下特性制御部１１３Ｂがオフセット補正を行う形態について説明したが、垂下特性制御部１１３Ｂは、ゲイン補正を行ってもよい。このような垂下特性制御部１１３Ｂについて、図５及び図６を用いて説明する。

図５は、ゲイン補正を行う垂下特性制御部１１３Ｂの構成を示す図である。図６は、ゲイン補正に用いる垂下特性を示す図である。

ゲイン補正を行う垂下特性制御部１１３Ｂは、乗算器１１３Ｂ１、メモリ１１３Ｂ４、変換部１１３Ｂ５、及び加算器１１３Ｂ６を有する。

乗算器１１３Ｂ１は、出力無効電流演算部１１１Ｂと切替スイッチ１１４との間に設けられており、メモリ１１３Ｂ４は、加算器１１３Ｂ６を介して乗算器１１３Ｂ１に接続されている。メモリ１１３Ｂ４は、ドループ制御で抵抗を模擬した傾きゲインを表すデータを保持している。傾きゲインは、一定値である。

傾きゲインは、負の値を有する一定値であり、出力無効電流が増大するほど、乗算器１１３Ｂ１の出力が低下するように設定されている。傾きゲインを負の値にするのは、出力無効電流Ｉｑの増大に応じて減少する電圧補正値ΔＶＢの垂下特性を実現するためである。

変換部１１３Ｂ５は、横流抑制制御部１１３Ａと加算器１１３Ｂ６との間に設けられており、ＰＩ制御を行うことによって、横流抑制制御部１１３Ａから出力される電圧補正値ΔＶＡを抵抗値に変換する。変換部１１３Ｂ５は、電圧補正値ΔＶＡが大きいほど大きな抵抗値に変換し、電圧補正値ΔＶＡが小さいほど小さな抵抗値に変換する。電圧補正値ΔＶＡは、正の値を取り、変換部１１３Ｂ５が出力する抵抗値も正の値である。

加算器１１３Ｂ６は、メモリ１１３Ｂ４から出力される傾きゲイン（一定値）と、変換部１１３Ｂ５から出力される抵抗値とを加算して得る加算結果（抵抗値）を、乗算器１１３Ｂ１に出力する。すなわち、加算器１１３Ｂ６が出力する加算結果（抵抗値）は、変換部１１３Ｂ５から出力される抵抗値によって増大する。

乗算器１１３Ｂ１は、出力無効電流演算部１１１Ｂから出力される出力無効電流Ｉｑに、加算器１１３Ｂ６から出力される抵抗値を乗算して得る乗算結果を電圧補正値ΔＶＢとして出力する。

乗算器１１３Ｂ１の出力電圧値は、変換部１１３Ｂ５の出力がゼロである場合には、図６に実線で示すように、出力無効電流の増大に応じて低下する垂下特性を示す。また、変換部１１３Ｂ５から加算器１１３Ｂ６に入力される抵抗値が増大すると、加算器１１３Ｂ６が出力する抵抗値が増大するため、破線で示すように傾きゲインの傾きが変化する。

乗算器１１３Ｂ１の出力電圧値は、電圧補正値ΔＶＢであるため、電圧補正値ΔＶＢは、図６に破線で示す垂下特性を有する。

このため、通信異常検出部１１０Ａ１によって通信異常が検出されると、切替スイッチ１１４が垂下特性制御部１１３Ｂと加算器１３２を接続するように切り替えられ、垂下特性制御部１１３Ｂは、加算器１１３Ｂ６の出力を出力無効電流Ｉｑに乗じて得る乗算結果を電圧補正値ΔＶＢとして出力する。電圧補正値ΔＶＢは、図６に破線で示すように、出力無効電流Ｉｑの増大に応じて減少する垂下特性を有する。

従って、垂下特性制御部１１３Ｂは、通信異常が生じても、図６に示す垂下特性を利用して、出力無効電流に基づいて電圧補正値ΔＶＢを生成することができる。このため、ゲイン補正を行う垂下特性制御部１１３Ｂを用いても、オフセット補正を行う垂下特性制御部１１３Ｂを用いる場合と同様に、安定的に負荷１０に電力を供給できる電源システム１、及び、電源システム１の制御方法を提供することができる。

また、以上では、制御部１１０の横流抑制制御部１２３Ａ及び垂下特性制御部１２３Ｂが、それぞれ、周波数補正値ΔＦＡ及びΔＦＢを生成する形態について説明したが、周波数補正値ΔＦＡ及びΔＦＢの代わりに、位相補正値を生成してもよい。このような制御部１１０Ｍについて図７を用いて説明する。図７は、制御部１１０Ｍの構成を示す図である。図７では、図１及び図２に示す構成要素と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

制御部１１０Ｍは、主制御部１１０ＭＡ、無効電流指令演算部１１１Ａ、出力無効電流演算部１１１Ｂ、加算器１１２、横流抑制制御部１１３Ａ、垂下特性制御部１１３Ｂ、切替スイッチ１１４、有効電流指令演算部１２１Ａ、出力有効電流演算部１２１Ｂ、加算器１２２、横流抑制制御部１２３ＭＡ、垂下特性制御部１２３ＭＢ、及び切替スイッチ１２４Ｍを有する。

制御部１１０Ｍは、さらに、メモリ１３１、加算器１３２、実効値演算部１３３、電圧実効値調節器１３４、メモリ１３５、加算器１３６Ｍ、積分器１３７Ｍ、正弦波生成部１３８、乗算器１３９、瞬時電圧制御部１４０、及びＰＷＭ制御部１４１を有する。主制御部１１０ＭＡは、図２に示す主制御部１１０Ａと同様であり、通信異常検出部１１０ＭＡ１を有し、切替スイッチ１１４、１２４Ｍの切替制御を行う。

横流抑制制御部１２３ＭＡは、通信異常が発生していないときに、出力有効電流から有効電流指令を減算した差分に基づき、ＰＩ制御又は積分制御を行うことによって、自号機と他号機との間における横流の有効成分が低減するように、横流の有効成分を抑制するために、位相補正値ΔθＡを生成する制御を行う。位相補正値ΔθＡは、積分器１３７Ｍから出力される位相の補正に用いられる。横流抑制制御部１２３ＭＡの制御は、図２に示す横流抑制制御部１２３Ａが生成する周波数補正値ΔＦＡを周波数補正値ΔＦＡに置き換えた制御である。

垂下特性制御部１２３ＭＢは、通信異常が発生したときに、出力有効電流演算部１２１Ｂによって演算される出力有効電流に基づいて、横流を低減するために用いる垂下特性を制御し、出力有効電流に応じた位相補正値ΔθＢを生成する制御を行う。位相補正値ΔθＢは、積分器１３７Ｍから出力される位相の補正に用いられる。

なお、垂下特性制御部１２３ＭＢでは、図３（Ｂ）に示す垂下特性制御部１２３Ｂのメモリ１２３Ｂ２に対応するメモリが、出力有効電流を周波数に変換する傾きゲインの代わりに、出力有効電流を位相に変換する傾きゲインを保持しており、このような傾きゲインを用いて、位相補正値ΔθＢを生成する。このような傾きゲインは、負の一定値を有する。

切替スイッチ１２４Ｍは、加算器１３６Ｍの一方の入力側の接続先を横流抑制制御部１２３ＭＡ及び垂下特性制御部１２３ＭＢのいずれか一方に切り替える切替部の一例である。切替スイッチ１２４Ｍは、横流抑制制御部１２３ＭＡが出力する位相補正値ΔθＡと、垂下特性制御部１２３ＭＢが出力する位相補正値ΔθＢとのいずれか一方を位相補正値Δθとして加算器１３６Ｍに出力する。

切替スイッチ１２４Ｍは、主制御部１１０ＭＡによって切り替えられる。通信異常が生じていないときには、横流抑制制御部１２３ＭＡと加算器１３６とが切替スイッチ１２４Ｍによって接続される。通信異常が生じると、垂下特性制御部１２３ＭＢと加算器１３６とが切替スイッチ１２４Ｍによって接続される。加算器１３６Ｍに出力される位相補正値Δθは、最終的にＰＷＭ制御部１４１におけるＰＷＭ信号の生成に用いられるものである。

メモリ１３５は、基準周波数Ｆｒｅｆを保持しており、積分器１３７Ｍに出力する。

積分器１３７Ｍは、メモリ１３５から出力される基準周波数Ｆｒｅｆを積分して得る位相を加算器１３６Ｍに出力する。

加算器１３６Ｍは、積分器１３７Ｍから出力される位相と、切替スイッチ１２４Ｍから出力される位相補正値Δθとを加算し、加算結果を正弦波生成部１３８に出力する。

正弦波生成部１３８は、加算器１３６Ｍから出力される位相を有する正弦波信号を基準正弦波として乗算器１３９に出力する。

この結果、図２に示す制御部１１０と同様に、乗算器１３９によって瞬時電圧指令ｖｒｅｆが生成され、瞬時電圧制御部１４０によって正弦波状の信号が生成され、ＰＷＭ制御部１４１によってインバータ１０１の駆動制御が行われる。

この結果、ＰＷＭ制御部１４１によって生成されるＰＷＭ信号のデューティ比が安定し、インバータ１０１を安定的に駆動することができる。

従って、実施の形態によれば、安定的に負荷１０に電力を供給できる電源装置、及び、電源装置の制御方法を提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態の電源装置、及び、電源装置の制御方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１ 電源システム
１００、１００－１～１００－Ｎ 電力変換装置
１０１ インバータ
１０７ 通信部
１１０、１１０Ｍ 制御部
１１０Ａ、１１０ＭＡ 主制御部
１１１Ａ 無効電流指令演算部
１１１Ｂ 出力無効電流演算部
１１３Ａ 横流抑制制御部
１１３Ｂ 垂下特性制御部
１１４ 切替スイッチ
１２１Ａ 有効電流指令演算部
１２１Ｂ 出力有効電流演算部
１２３Ａ、１２３ＭＡ 横流抑制制御部
１２３Ｂ、１２３ＭＢ 垂下特性制御部
１２４、１２４Ｍ 切替スイッチ
１３９ 乗算器
１４０ 瞬時電圧制御部
１４１ ＰＷＭ制御部

Claims (6)

1. 負荷への出力側が並列に接続される２以上の電力変換装置と、
   前記２以上の電力変換装置のそれぞれに設けられ、前記電力変換装置を制御する制御部と、
   を備える電源システムにおいて、
   前記２以上の電力変換装置のうち一の電力変換装置に設けられた前記制御部は、
   前記一の電力変換装置の出力電流の有効成分と無効成分に関する情報を他の電力変換装置の前記制御部と通信する通信部と、
   前記通信部による通信の異常を検出する通信異常検出部と、
   前記一の電力変換装置の出力有効電流と、有効電流指令とに基づいて有効電流の横流制御を行う第１横流抑制制御部と、
   前記一の電力変換装置の出力無効電流と、無効電流指令とに基づいて無効電流の横流制御を行う第２横流抑制制御部と、
   前記一の電力変換装置の出力有効電流に基づいて有効電流の垂下制御を行う第１垂下制御部と、
   前記一の電力変換装置の出力無効電流に基づいて無効電流の垂下制御を行う第２垂下制御部と、
   前記通信異常検出部によって前記通信の異常が検出されると、前記一の電力変換装置の制御を前記第１横流抑制制御部及び前記第２横流抑制制御部による制御から、前記第１垂下制御部及び前記第２垂下制御部による制御に切り替える、切替部と、
   を含み、
   前記第１垂下制御部は、前記有効電流の増大に対して負の傾きを有する第１ゲインを用いて、基準周波数を補正する第１補正値を生成するものであり、
   前記第１垂下制御部は、前記通信異常検出部によって前記通信の異常が検出されていないときに前記第１横流抑制制御部が前記一の電力変換装置の出力有効電流と有効電流指令とに基づいて生成した基準周波数の第２補正値を前記第１補正値に加算する第１加算部を有する、電源システム。
2. 前記第２補正値は、前記出力有効電流と前記有効電流指令との差分に基づき、ＰＩ制御又は積分制御により生成される値である、請求項１に記載の電源システム。
3. 負荷への出力側が並列に接続される２以上の電力変換装置と、
   前記２以上の電力変換装置のそれぞれに設けられ、前記電力変換装置を制御する制御部と、
   を備える電源システムにおいて、
   前記２以上の電力変換装置のうち一の電力変換装置に設けられた前記制御部は、
   前記一の電力変換装置の出力電流の有効成分と無効成分に関する情報を他の電力変換装置の前記制御部と通信する通信部と、
   前記通信部による通信の異常を検出する通信異常検出部と、
   前記一の電力変換装置の出力有効電流と、有効電流指令とに基づいて有効電流の横流制御を行う第１横流抑制制御部と、
   前記一の電力変換装置の出力無効電流と、無効電流指令とに基づいて無効電流の横流制御を行う第２横流抑制制御部と、
   前記一の電力変換装置の出力有効電流に基づいて有効電流の垂下制御を行う第１垂下制御部と、
   前記一の電力変換装置の出力無効電流に基づいて無効電流の垂下制御を行う第２垂下制御部と、
   前記通信異常検出部によって前記通信の異常が検出されると、前記一の電力変換装置の制御を前記第１横流抑制制御部及び前記第２横流抑制制御部による制御から、前記第１垂下制御部及び前記第２垂下制御部による制御に切り替える、切替部と、
   を含み、
   前記第２垂下制御部は、前記無効電流の増大に対して負の傾きを有する第２ゲインを用いて、実効値指令を補正する第３補正値を生成するものであり、
   前記第２垂下制御部は、前記通信異常検出部によって前記通信の異常が検出されていないときに前記第２横流抑制制御部が前記一の電力変換装置の出力無効電流と無効電流指令とに基づいて生成した実効値指令の第４補正値を前記第３補正値に加算する第２加算部を有する、電源システム。
4. 前記第４補正値は、前記出力無効電流と前記無効電流指令との差分に基づき、ＰＩ制御又は積分制御により生成される値である、請求項３に記載の電源システム。
5. 負荷への出力側が並列に接続される２以上の電力変換装置と、
   前記２以上の電力変換装置のそれぞれに設けられ、前記電力変換装置を制御する制御部と、
   を備える電源システムの制御方法において、
   前記電源システムは、
   一の電力変換装置の出力電流の有効成分と無効成分に関する情報を他の電力変換装置と通信する通信部と、
   前記通信部による通信の異常を検出する通信異常検出部と、
   一の電力変換装置の出力有効電流と、有効電流指令とに基づいて有効電流の横流制御を行う第１横流抑制制御部と、
   一の電力変換装置の出力無効電流と、無効電流指令とに基づいて無効電流の横流制御を行う第２横流抑制制御部と、
   一の電力変換装置の出力有効電流に基づいて有効電流の垂下制御を行う第１垂下制御部と、
   一の電力変換装置の出力無効電流に基づいて無効電流の垂下制御を行う第２垂下制御部と、
   を含み、
   前記第１垂下制御部は、前記有効電流の増大に対して負の傾きを有する第１ゲインを用いて、基準周波数を補正する第１補正値を生成するものであり、
   前記第１垂下制御部は、前記通信異常検出部によって前記通信の異常が検出されていないときに前記第１横流抑制制御部が前記一の電力変換装置の出力有効電流と有効電流指令とに基づいて生成した基準周波数の第２補正値を前記第１補正値に加算する第１加算部を有し、
   前記第２垂下制御部は、前記無効電流の増大に対して負の傾きを有する第２ゲインを用いて、実効値指令を補正する第３補正値を生成するものであり、
   前記第２垂下制御部は、前記通信異常検出部によって前記通信の異常が検出されていないときに前記第２横流抑制制御部が前記一の電力変換装置の出力無効電流と無効電流指令とに基づいて生成した実効値指令の第４補正値を前記第３補正値に加算する第２加算部を有し、
   前記通信異常検出部によって前記通信の異常が検出されると、一の電力変換装置の制御を前記第１横流抑制制御部及び前記第２横流抑制制御部による制御から、前記第１垂下制御部及び前記第２垂下制御部による制御に切り替える、電源システムの制御方法。
6. 前記第２補正値は、前記出力有効電流と前記有効電流指令との差分に基づき、ＰＩ制御又は積分制御により生成される値であり、
   前記第４補正値は、前記出力無効電流と前記無効電流指令との差分に基づき、ＰＩ制御又は積分制御により生成される値である、請求項５に記載の電源システムの制御方法。

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