JPH01255475A - 定電圧定周波電源装置の並列運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は定電圧定周波電源装置の並列運転制御装置、特
に無停電電源装置として用いられる定電圧定周波電源装
置（以下、ＣＶＣＦと称する）の並列運転に当り、両電
源装置間の有効電力の流れ込みを抑制して安定した並列
運転を行わせるための定電圧定周波電源装置の並列運転
制御装置に関する。

（従来の技術） 従来から、大容量の負荷に対して電力を供給する場合、
複数台のＣＶＣＦを並列運転して負荷に給電する方式が
良く用いられてきた。また、高度の信頼性が要求される
ような無停止！電源システムにおいては、負荷容量を満
たすに必要なＣＶＣＦの台数よりも多い台数のＣＶＣＦ
を並列運転する、いわゆる冗長システムを構成して対処
することが多い。

いずれの方式でも、特定のＣＶＣＦに過大な負荷がかか
らないように、各ＣＶＣＦの分担する負荷をバランスさ
せるだめの制御を行う必要がある。

ＣＶＣＦの並列運転の制御方式としては種々のものが知
られているが、ここでは−例として有効電力偏差ΔＰ・
無効電力偏差ΔＱ制御方式と呼ばれる制御方式に関して
説明する。

一般に、複数台のインバータを並列運転するシステムに
おいては、インバータの出力電圧の振幅に偏差を生じる
と、振幅の大きい方のインバータでは遅れの出力電流が
増加し、振幅の小さい方のインバータでは出力電流の位
相が進む。すなわち、両インバータ間に無効電力偏差Δ
Ｑが発生する。

一方、インバータ出力電圧の位相に偏差が生じると、位
相の進んでいるインバータの方が負荷電力の有効分をよ
り多く負担する。したがって、有効電力偏差ΔＰも発生
する。

有効電力偏差ΔＰ・無効電力偏差ΔＱの制御方式は上記
に基づき、無効電力偏差ΔＱを電圧制御系に割り込ませ
ることによって電圧振幅を補正し、有効電力偏差ΔＰを
ＰＬＬ　（フェーズロックドループ）等の位相制御系に
割り込ませることによって位相を補正しようとするもの
である。

以下、有効電力偏差ΔＰ・無効電力偏差ΔＱの制御方式
の一例を第４図、第５図及び第６図のブロック図に従っ
て説明する。第４図の系統構成においては、交流型Ｒ１
から供給される交流電力は２つの系統のＣＶＣＦに供給
される。各ＣＶＣＦは、整流器１０１，２０１と、直流
フィルタリアクトル１０２，２０２と、直流フィルタコ
ンデンサ１０３，２０３と、インバータ１０４，２０４
と、インバータ出カドランス１０５，２０５と、交流フ
ィルタリアクトル１０６，２０６と、交流フィルタコン
デンサ１０７，２０７とから成っている。両ＣＶＣＦは
交流遮断器１０８．２０８及び並列母線３を通じて共通
の負荷２に接続される。

各ＣＶＣＦの出力電圧は計器用変圧器１０９゜２０９で
検出され、一方、出力電流は変流器１１０．２１０で検
出される。計器用変圧器１０９．２０９の出力並びに変
流器１１０゜２１０の出力は有効電力検出器１１１，２
１１に与えられ、ここで有効電力Ｐが検出される。また
、計器用変圧器１０９，２０９の出力並びに変流器１１
０．２１０の出力は無効電力検出器１１２゜２１２にも
与えられ、ここで無効電力Ｑが検出される。各有効電力
検出器１１１，２１１の出力は減算器１１３．２１３１
：与エラレ、各ＣｖＣＦの有効電力の差、つまり有効電
力偏差ΔＰが演算される。一方、各無効電力検出器１１
２，２１２の出力は減算器１１４，２１４にも与えられ
、各ＣＶＣＦの無効電力の差、つまり無効電力偏差ΔＱ
が演算される。スイッチ１１．５，２１５は減算器１１
３，２１３の出力端に接続され交流遮断器１０８，２０
８が共にオンの時のみオンする。

一方、スイッチ１１６，２１６は減算器１１４゜２１４
の出力端に接続され交流遮断器１０８゜２０８が共にオ
ンの時のみオンする。電圧制御系１１７．２１７は計器
用変圧器１０９，２０９の検出電圧をスイッチ１１６，
２１６を通じて得られる減算器１１４，２１４の無効電
力偏差ΔＱと突き合わせパルス発生器１２０，２２０及
びパルス増幅器１２１，２２１を通じてインバータ１０
４、．２０４を制御しＣＶＣＦの出力電圧を制御する。

一方、ＰＬＬ１１９．２１９は発振器１１８．２１８で
発生する基準周波数信号をスイッチ１１５，２１５を通
じて得られる減算器１１３．２１３の有効電力偏差ΔＰ
と突き合わせパルス発生器１２０，２２０及びパルス増
幅器１２１．２２１を通じてインバータ１０４゜２０４
の位相を調整する。パルス発生器１２０゜２２０は電圧
制御系１１７，２１７からの電圧振幅信号及びＰＬＬ１
１９，２１９からの位相信号を基にインバータ１０４，
２０４を構成する整流素子のオンφオフのタイミングを
制御するためのパルスを発生する。

第５図は電圧制御系１１７，２１．７の内部構成の一例
を示すものである。計器用変圧器１０９゜２０９で得ら
れた検出電圧を基準電圧発生器４からの基準電圧と突き
合わせ電圧偏差信号を得る。

一方、無効電力部λコントローラ６において減算器１１
４，２１４からスイッチ１１６，２１６を通じて得られ
た無効電力偏差ΔＱに基づいて電圧制御系への割り込み
入力を発生する。次に、この割り込み入力と電圧偏差信
号を加算器７で加算して電圧コントローラ８に与えパル
ス発生器１２０゜２２０に与えるべき制御信号を発生す
る。

なお、無効電力偏差コントローラ６には通常比例制御ま
たは比例・積分制御型のものが用いられ、電圧コントロ
ーラ８には通常比例・積分制御型のものが用いられる。

このような電圧制御系１１７゜２１７の構成により、無
効電力偏差ΔＱ＜０の時には電圧を下げる方向の制御信
号が送出され、無効電力偏差ΔＱ＞Ｏの時には電圧を上
げる方向の制御信号が送出され、全体として電圧差が零
になる方向の制御が実施される。

第６図は上記構成中のＰＬＬ１１９，２１９の内部構成
の一例を示すもので、有効電力偏差用コントローラ１０
は減算器１１３，２１３からスイッチ１１５，２１５を
通じて得られた有効電力偏差ΔＰに基づいて位相制御系
への割り込み入力を発生する。位相比較器９は発振器１
１８，２１８からの基阜周波数信号をこのＰＬＬ１１９
゜２１９の出力である位相制御信号と突き合わせて両者
の位相差を演算する。この位相差から減算器１１におい
て有効電力偏差コントローラ１０からの割り込み信号が
減算され、ローパスフィルタ１２を通じて電圧制御発振
器１３に入力される。

電圧制御発振器１３は入力制御信号に基づいた周波数で
発振し、分周器１４を通じて位相制御信号を送出する。

このようなＰＬＬ１１９，２１９の構成により、有効電
力偏差ΔＰくＯの時には位相を進める方向の位相制御信
号が送出され、有効電力偏差ΔＰ〉０の時には位相を遅
らせる方向の位相制御信号が送出され、全体として２つ
のＣＶＣＦの間の負荷分担がバランスするように制御が
実施される。

（発明が解決しようとする課題） 上記の有効電力偏差ΔＰ・無効電力偏差ΔＱの制御系は
有効電力Ｐや無効電力Ｑが精度よく検出されている場合
は問題ないが、実際には計器用変圧器１０９，２０９や
変流器１１０，２１０の特性のばらつき、有効電力検出
器１１１，２１１や無効電力検出器１１２，２１２を構
成する図示していない演算器の特性のばらつきや温度ド
リフト等により検出誤差の発生は避けられない。

次に、２つのＣＶＣＦの位相制御系を抜き出した第７図
のブロックに基づいて有効電力の検出に誤差がある場合
の動作について説明する。

同図において、Ｐｌ、Ｐ２はそれぞれ各ＣＶＣＦが負担
している真の有効電力、ＰＩＥ’Ｐ　は有効電力の検出
誤差、Ｐ　ＩＤ　（−Ｐ　ｔ　＋　Ｐ　ＩＥ）Ｅ ｐ　２Ｄ　（−Ｐ　２　＋　Ｐ　２Ｅ）は検出された有
効電力、ΔＰＩＤ”　（Ｐｌｏ　　’２Ｄ”　　ΔＰ２
Ｄ　（−Ｐ２Ｏ−ＰＩＤ）は検出された有効電力に基づ
く有効電力偏差である。第７図においては説明の簡単の
ために、別々の発振器１１８．２１８（第４図）の代り
に、共通の発振器３１８を設けた場合を例示している。

先ず、負荷２の有効分が１００ＫＷ、すなわちＰ　　十
Ｐ　　−１００ＫＷ、　Ｐ　　−２０ＫＷ、　Ｐ２Ｅ−
０２１Ｅ ＫＷの場合を考える。各ＰＬＬ１１９，２１９はΔＰＬ
Ｄ”２Ｄを零にする方向に制御するので定常状態ではＰ
　　−４０ＫＷ、Ｐ２−６０ＫＷとなる。

■ 一般には、負荷２の有効分がＰＬＫＷの時にＰｌ。

Ｐ２は Ｐ　　−１７２・　（Ｐ　Ｌ　＋　Ｐ　２Ｐ　　Ｐ　Ｉ
　Ｅ）　　・・・（１）Ｐ　　−１７２・　（Ｐ　ｔ　
　Ｐ　２Ｅ　＋　Ｐ　ＩＥ）　　・・・（２）となる。

検出誤差があっても負荷が充分に重い場合は、負荷分担
がばらつくだけで大きな問題は起こらないが、負荷が軽
くＰｌまたはＰ２がマイナスになる場合、以下のような
問題が発生する。

例えば、無負荷すなわちＰ　−０でＰ、Ｅ−１０ｘｗ、
　ｐ２ｏ−ｏＫｗの場合を考えると、Ｐ、−−５ＫＷ。

Ｐ２−＋５ＫＷとなる。すなわち、定常的に一方のＣＶ
ＣＦから他方のＣＶＣＦに５ＫＷの電力が流れ込むこと
になる。

直流フィルタリアクトル１０２，２０２及び直流フィル
タコンデンサ１０３，２０３から交流電源１への電力の
回生は整流器１０１，２０１では不可能なため、電力の
流れ込みにより直流フィルタコンデンサ１０３，２０３
の電圧は徐々に上昇し直流電圧が上昇して行く。インバ
ータ１０４゜２０４がＰＷＭ制御型に構成されている場
合、無効電力偏差ΔＱの発生を抑えるべくパルス幅を絞
って運転することになるが、絞りリミットに到達した後
は無制御状態となって１ΔＱ１が増加して行き、ついに
は横流による出力過電流でトリップするに至ってしまう
という問題点がある。

したがって、本発明は、上記従来技術の課題を解決する
ために、無負荷または軽負荷の状態でも有効電力検出誤
差等による一方のＣＶＣＦから他方のＣＶＣＦへの有効
電力の流れ込みを抑え、安定にＣＶＣＦの並列運転を行
い得る定電圧定周波電源の並列運転制御装置を提供する
ことを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明は、自号機の定電圧
定周波電源装置と他号機の定電圧定周波電源装置との間
で並列運転を行うと共に、自号機の出力有効電力と他号
機の出力有効電力との差を有効電力偏差としこれをゼロ
とするように自号機の出力電圧位相を調整する手段を備
えた定電圧定周波電源装置の並列運転制御装置において
、自号機の出力無効電力と他号機の出力無効電力との差
を無効電力偏差とし、この無効電力偏差に応じて前記有
効電力偏差を補正する手段を設けたことを特徴とする。

（作　用） 上記手段によれば、ある電源装置から他の電源装置に有
効電力が流れ込んで自号機の直流電圧が上昇し、無効電
力偏差ΔＱが発生し始めると、この無効電力偏差ΔＱに
応じて有効電力偏差ΔＰが補正され、有効電力が押し込
まれている電源手段の位相を進ませ、有効電力を押し出
している方の電源手段の位相を遅らせる方向に制御する
ことによって、有効電力の一方から他方への流れ込みを
抑制することができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る定電圧定周波数電源並
列運転制御装置のブロック図である。同図の構成の第４
図の構成と異なる点は、ＰＬＬ１１９．２１９にスイッ
チ１１６，２１６を介して減算器１１４，２１４から無
効電力偏差ΔＱを付加的に入力していることである。こ
のＰＬＬ１１９．２１９の詳細な構成は第２図のブロッ
ク図に示すとおりであり、入力された無効電力偏差ΔＱ
によってコントローラ１５で有効電力偏差ΔＰに対する
割り込み補正信号を発生し、これを入力される有効電力
偏差ΔＰに加算器１６で加えている。この補正信号は有
効電力偏差コントローラ１０に入力され、位相比較器９
からの位相差信号への割り込み入力を発生する。

このような構成において、複数のインバータ１０４．２
０４を並列運転する場合、インバータ１０４．２０４の
出力電圧の振幅に偏差を生じると、振幅の大きい方のイ
ンバータでは遅れの出力電流が増加し、振幅の小さい方
のインバータの出力電流の位相が進み、無効電力偏差Δ
Ｑが発生する。また、インバータ１０４，２０４の出力
電圧の位相に偏差が生じると、位相が進んでいるインバ
ータの方が負荷電力の有効分をより多く負担することに
なり、有効電力偏差ΔＰが発生する。

このようにして、無効電力偏差ΔＱが発生すると、無効
電力検出器１１２゜２１２の各検出無効電力を突き合わ
せている減算器１１４，２１４に偏差量に応じた無効電
力偏差ΔＱが得られ、ＰＬＬ１１９，２１９に入力され
る。ＰＬＬ１１９．２１９においては入力された無効電
力偏差ΔＱに基づいてコントロー−７１５で有効電力偏
差ΔＰに対する補正量を発生し、加算器１６で入力され
ている有効電力偏差ΔＰに補正を与える。

以上のような制御の結果、インバータ１０４゜２０４の
軽負荷での並列運転中に一方のＣＶＣＦ系から他方のＣ
ＶＣＦ系に有効電力が流れこんで、先に述べたような整
流器１０１，２０１の電力回生不可能による直流フィル
タコンデンサ１０３゜２０３への電力蓄積等の理由によ
って有効電力が流れ込んだ側で直流電圧が上昇すると、
各ＣＶＣＦ系で無効電力検出器１１２，２１２によって
検出されている無効電力Ｑに偏差が生じ、減算器１１４
，２１４で検出される無効電力偏差ΔＱが大きくなって
くる。この場合、ＰＬＬ１１９．２１９内のコントロー
ラ１５で無効電力偏差ΔＱに応じた補正量を発生して、
有効電力偏差ΔＰに基づいて制御されているＰＬＬ１１
９゜２１９に無効電力偏差ΔＱに応じた補正を与える。

これは具体的には、有効電力偏差ΔＰに対してコントロ
ーラ１５で得られた補正値を加算器１６で加算すること
によって実施される。結果として、有効電力が押し込ま
れている方のＣＶＣＦ側ではインバータ１０４，２０４
の制御位相が進められ、有効電力を押し出している方の
ＣＶＣＦ側ではインバータ１０４．２０４の制御位相が
遅らせられる。したがって、２つのＣＶＣＦ系間での有
効電力の流れ込みが抑制され、それにつれて無効電力偏
差ΔＱも少なくなって行き制御が収束する。

第３図は本発明の他の実施例に係る定電圧定周波電源装
置の並列運転制御装置のブロック図である。同図の構成
は、昇圧チョッパによって電圧振幅を制御し、インバー
タ１０４，２０４は固定パルス波形で位相だけを制御す
るようにしたものを例示するものである。第３図におい
て、整流器１０１．２０１とインバータ１０４，２０４
との間には、直列接続のりアクドル１２３，２２３、分
路接続のゲートターンオフサイリスタ１２４゜２２４、
直列接続のダイオード１２５，２２５、及び分路接続の
コンデンサ１２６，２２６がら成る昇圧チョッパが設け
られている。昇圧チョッパすなわちゲートターンオフサ
イリス１２４゜２２４の制御は電圧制御系１１７，２１
７からパルス発生器（ＰＣ）１２７，２２７及びパルス
増幅器１２８，２２８を通じて与えられるゲートパルス
によって行われる。一方、インバータ１０４゜２０４に
ゲート制御パルスを与える位相制御系はＰＬＬ１１９，
２１９を含む系のみによって構成され、ＰＬＬ１１９，
２１９からパルス発生器１２０．２２０及びパルス増幅
器１２１，２２１を通じて与えられるゲートパルスによ
って制御される。ＰＬＬ１１９，２１９は第２図に示す
ような構成を有し、先の実施例と全く同様の作用を有す
るものでよい。

かかる構成においても、軽負荷時に有効電力検出誤差等
によって一方から他方のＣＶＣＦに有効電力が流れ込む
ことがあるが、この場合は流れ込んだ有効電力がダイオ
ード１２５，２２５でブロックされ、コンデンサ１２６
，２２６に充電されることになってしまう。その結果、
直流電圧が上昇して２つのＣＶＣＦ間の無効電力偏差Δ
Ｑを生じ、結局このままでは出力過電流によるトリップ
に至ってしまうが、ＰＬＬ１１９，２１９で無効電力偏
差ΔＱに基づく有効電力偏差ΔＰの補正を行うため２つ
のＣＶＣＦ系間での有効電力成分の流れ込みを抑えるこ
とができる。

〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によればＣＶＣＦの並列運転
を行うに当り、ＣＶＣＦ間の有効電力偏差ΔＰに基づい
て位相制御を行っている系に、両ＣＶＣＦ間の無効電力
偏差ΔＱによって補正を与えることによって、軽負荷時
における有効電力の流れ込みを抑制し、これに伴う直流
電圧の上昇を防止して安定した運転を可能とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による定電圧定周波電源装置
の並列運転制御装置のブロック図、第２図は第１図にお
けるＰＬＬの詳細な構成を示すブロック図、第３図は本
発明の他の実施例による定電圧定周波電源装置の並列運
転制御装置のブロック図、第４図は従来の定電圧定周波
電源装置の並列運転制御装置のブロック図、第５図は第
４図の構成の電圧制御系のブロック図、第６図は第４図
の構成におけるＰＬＬ部のブロック図、第７図は２つの
ＣＶＣＦの位相制御系間で有効電力の検出誤差がある場
合の動作を説明するためのブロック図である。 １・・・交流電源、２・・・負荷、３・・・並列母線、
１０１．１０２・・・整流器、１０４，２０４・・・イ
ンバーク、１０５，２０５・・・インバータ出カドラン
ス、１０８，２０８・・・交流遮断器、１０９．２０９
・・・計器用変圧器、１１１，２１１・・・有効電力検
出器、１１２．２１２・・・無効電力検出器、１１３，
２１３，１１４，２１４・・・減算器、１１５．２１５
，１１６，２１６・・・スイッチ、１１７．２１７・・
・電圧制御系、１１８，２１８゜３１８・・・発振器、
１１９，２１９・・・ＰＬＬ。 １２０．２２０，１２７．２２７・・・パルス発生器、
１２１．２２１，１２８，２２８・・・パルス増幅器、
１２４．２２４・・・ゲートターンオフサイリスタ、１
２５．２２５・・・ダイオード。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 自号機の定電圧定周波電源装置と他号機の定電圧定周波
   電源装置との間で並列運転を行うと共に、自号機の出力
   有効電力と他号機の出力有効電力との差を有効電力偏差
   としこれをゼロとするように自号機の出力電圧位相を調
   整する手段を備えた定電圧定周波電源装置の並列運転制
   御装置において、自号機の出力無効電力と他号機の出力
   無効電力との差を無効電力偏差とし、この無効電力偏差
   に応じて前記有効電力偏差を補正する手段を設けたこと
   を特徴とする定電圧定周波電源装置の並列運転制御装置
   。