JPH04312325A - 交流出力変換器の並列運転装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、瞬時値制御により正
弦波交流を出力している交流出力変換器と、構成や制御
方法がこの交流出力変換器とは異なっている正弦波交流
電源との並列運転を、安定して行うことが出来る交流出
力変換器の並列運転装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は瞬時電圧制御により正弦波交流電
圧を出力するインバータを構成や制御方法が異なる他の
正弦波交流電源と並列運転する制御回路の従来例を示し
たブロック回路図である。この図５において、１は交流
出力変換器としてのインバータ、２は交流リアクトル、
３はフィルタコンデンサであって、この交流リアクトル
２とフィルタコンデンサ３とでフィルタを構成して、イ
ンバータ１が出力する正弦波交流の波形整形を行う。４
は負荷開閉器、６はインバータ変流器、７は負荷変流器
、８は電流／電圧変換器、９は電圧レベル変換器、１４
はパルス幅変調を行うＰＷＭ回路、１５は電流制御回路
、１６と１７はリミッタ、１８は電圧制御回路、１９は
コンデンサ電流設定器、２３は母線電圧に同期した信号
を発生するＰＬＬ回路、３３は正弦波電圧設定器、９１
は分担電流検出器、９２は増幅器であって、これらによ
りインバータ装置９０を構成している。一方、１９０は
インバータ装置９０とは構成が異なっていて正弦波交流
を出力する正弦波交流電源、例えば交流発電機であって
、この交流発電機用の負荷開閉器１０４と負荷変流器１
０７のみを図示している。この図５においては、インバ
ータ装置９０と交流発電機１９０との並列運転により、
共通の負荷５に交流電力を供給する場合を示している。

【０００３】図５に示している従来例回路では、構造が
異なっている正弦波交流電源、例えばインバータ装置と
交流発電機とを並列運転する際に、これらインバータ装
置と交流発電機とが分担する電流に不平衡を生じないよ
うに分担電流検出器９１を設け、この分担電流検出器９
１からそれぞれの正弦波交流電源が分担すべき電流値Ｉ
Ｌ　／ｎ（ここでｎは並列運転している正弦波交流電源
の台数、ＩＬ　は負荷５に流れる負荷電流である）と、
この分担すべき電流値と実際に流れている電流値との差
分ΔＩとを検出し、これらの値を電流制御回路１５への
補正信号として与えるように回路を構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この図
５に示す従来の並列運転回路では、インバータ装置９０
は瞬時値制御であるのに対して、交流発電機１９０では
構成或いは制御方法が異なるために、この両者の電圧と
周波数、並びに位相を一致させて母線に接続し、並列運
転をさせようとしても、僅かな誤差のために両正弦波交
流電源の間に過電流が流れ、並列運転を不可能にしてし
まう。

【０００５】そこでこの発明の目的は、瞬時電圧・電流
制御により交流電力を出力する交流出力変換器と、これ
とは異なった構成或いは異なった制御方法の正弦波交流
電源とを並列運転して、共通の負荷への交流電力を安定
に供給出来るようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めにこの発明の並列運転装置は、コンデンサを含んでい
るフィルタを出力側に備えている電力変換器の各相アー
ムが、１サイクル中に複数回のスイッチングを行って、
出力電圧又は出力電流の瞬時値を制御することで正弦波
交流を出力している交流出力変換器と、この交流出力変
換器とは異なる構成、又は異なる制御方法で正弦波交流
を出力する正弦波交流電源とを共通の母線に接続して負
荷電流を分担しつつ並列運転する交流出力変換器の並列
運転装置において、前記交流出力変換器と前記正弦波交
流電源との間に流れる無効電力を演算する無効電力演算
手段と、この無効電力演算手段の出力を補正信号として
入力している電圧調節手段と、この電圧調節手段の出力
で前記母線の電圧に同期した正弦波電圧の基準値を設定
する正弦波電圧設定手段と、この正弦波電圧基準値と母
線電圧との偏差を修正する第２電流指令値を出力する電
圧制御手段と、前記負荷電流から前記交流出力変換器と
正弦波交流電源とが分担すべき負荷電流を定めて第１電
流指令値を出力する分担電流検出手段と、これら第１電
流指令値と第２電流指令値とを加算する加算手段と、前
記交流出力変換器の出力電流をこの加算手段が出力する
電流指令値に一致させる制御信号を出力する電流制御手
段とを備えるものとするが、更に前記正弦波電圧基準値
を用いて前記フィルタを構成しているコンデンサに流れ
る電流の基準値となる第３電流指令値を出力するコンデ
ンサ電流設定手段を設け、この第３電流指令値を前記第
１電流指令値と第２電流指令値と共に前記加算手段に入
力させるものとする。或いは前記交流出力変換器が出力
する電流、電圧や前記分担電流検出手段の出力や前記無
効電力演算器の出力をｄ軸とｑ軸による同期回転座標系
の２つの成分に変換する３相／２相変換手段により変換
して制御するものとする。

【０００７】

【作用】この発明は、電流マイナーループが交流出力変
換器の出力電流の瞬時値を制御して正弦波母線電圧を確
保すると共に、この電流マイナーループの指令値として
電圧メジャーループの指令値を加えることにより、構成
や制御方法の異なる他の正弦波交流電源と並列接続した
ときの動作を安定にする。負荷に流れる電流から分担す
べき電流を指令値として与え、更に各正弦波交流電源が
分担すべき電流の平均値を分担電流指令値として与える
ようにして、各正弦波交流電源相互間のオフセット電流
を抑制する。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を表したブロック
回路図であって、インバータ装置５０と正弦波交流を出
力する交流発電機１５０、及び図示していない他の正弦
波交流電源との３台が並列運転して、負荷５に交流電力
を供給する場合を示しているが、インバータ装置５０を
構成している交流出力変換器としてのインバータ１、交
流リアクトル２、フィルタコンデンサ３、負荷開閉器４
、インバータ変流器６、負荷変流器７、電流／電圧変換
器８、電圧レベル変換器９、ＰＷＭ回路１４、電流制御
回路１５、リミッタ１６、リミッタ１７、電圧制御回路
１８、ＰＬＬ回路２３、加算器２６、正弦波電圧設定器
３３、分担電流検出器９１及び増幅器９２は、図５で既
述の従来例回路の場合と名称・用途・機能は同じである
から、これらの説明は省略する。又、インバータ装置５
０と並列運転している交流発電機１５０の図示は一部分
のみとしている。尚、他の正弦波交流電源の図示は省略
している。

【０００９】インバータ１は、トランジスタなど高い周
波数でのスイッチングが可能な半導体素子をブリッジ接
続し、パルス幅変調制御により直流電力を正弦波形の交
流電力に変換するのが一般的である。このインバータ１
を制御するために電流マイナーループを設けており、電
流制御回路１５はインバータ変流器６から電流／電圧変
換器８を介してフィードバックされたインバータ出力電
流と、リミッタ１６を介して得られる電流指令値とが一
致するようにＰＷＭ回路１４へ制御信号を送っている。 母線にはフィルタコンデンサ３及び他の正弦波交流電源
による逆起電圧があるので、インバータ１が出力電流を
制御するには、この逆起電圧と交流リアクトル２へ印加
すべき電圧との和の電圧を発生しなければならない。そ
れ故母線電圧を電圧レベル変換器９を介して検出し、こ
れを前述した電流制御回路１５の出力に加算する。その
結果、電流制御回路１５は交流リアクトル２の印加電圧
のみを制御すれば良いことになり、制御性能が向上する
。又、同期発振器回路（以下ではＰＬＬ回路と略記する
）２３は母線電圧に同期した正弦波電圧を創出する基準
発振器である。

【００１０】本発明においては、インバータ装置５０と
並列運転中の他の正弦波交流電源、即ち交流発電機１５
０とから負荷５に流れる負荷電流ＩＬ　を負荷電流検出
器３５で検出し、これを負荷変流器７からの検出電流と
共に分担電流検出器９１へ入力する。この分担電流検出
器９１は分担すべき電流値ＩＬ　／ｎと、この分担すべ
き電流値とインバータ１が出力している電流値との偏差
ΔＩとを出力し、両者の偏差を第１電流指令値としてリ
ミッタ１７を経て加算器２６に与えている。

【００１１】整流回路３１を介して取り出したインバー
タ１の出力電圧の平均値を電圧設定器２２で設定した値
に一致させるべく電圧調節器３２が動作し、正弦波電圧
設定器３３はこの電圧調節器３２の出力信号を受けて正
弦波電圧基準値を出力する。この正弦波電圧基準値とイ
ンバータ１の出力電圧との偏差を補正する第２電流指令
値を電圧制御回路１８が出力する。即ち、無負荷状態で
インバータ１がフィルタコンデンサ３に流れる電流を供
給することにより無負荷電圧が確立するのであるが、上
述の電圧制御回路１８はこの時の電流制御の誤差により
生じる電圧誤差を修正する。更に、補正しきれなかった
並列運転中のインバータ装置相互間の無効電力は、本発
明に従って設置している無効電力演算器１３からの出力
を電圧設定器２２に対する補正信号とすることにより、
並列運転を安定にしている。

【００１２】リミッタ１７を介している前述の第１電流
指令値と、電圧制御回路１８が出力する第２電流指令値
とを加算器２６において加算すると、この加算結果が電
流指令値であるから、電流／電圧変換器８を介してイン
バータ変流器６から得られるインバータ１の出力電流を
、この電流指令値に一致させるべく電流制御回路１５が
動作することになる。

【００１３】図２は本発明の第２実施例を表したブロッ
ク回路図であって、インバータ装置６０と交流発電機１
６０、及び図示していない他の正弦波交流電源との３台
が並列運転して、負荷５に交流電力を供給する場合を示
しているが、インバータ装置６０を構成している交流出
力変換器としてのインバータ１、交流リアクトル２、フ
ィルタコンデンサ３、負荷開閉器４、インバータ変流器
６、負荷変流器７、電流／電圧変換器８、電圧レベル変
換器９、ＰＷＭ回路１４、電流制御回路１５、リミッタ
１６、リミッタ１７、電圧制御回路１８、ＰＬＬ回路２
３、加算器２６、正弦波電圧設定器３３、分担電流検出
器９１及び増幅器９２は、図５で既述の従来例回路の場
合と名称・用途・機能は同じであるから、これらの説明
は省略する。又、インバータ装置６０と並列運転してい
る交流発電機１６０の図示は一部分のみとしている。 尚、他の正弦波交流電源の図示は省略している。

【００１４】この第２実施例回路では、正弦波電圧設定
器３３から出力する正弦波電圧基準値をコンデンサ電流
設定器１９に入力している。これはフィルタコンデンサ
３に流れるべき電流として、電圧基準よりも９０度進み
位相の正弦波電流基準をフィルタコンデンサ３の静電容
量に対応して作るためであって、このコンデンサ電流設
定器１９の出力を第３電流指令値として前述の第１電流
指令値及び第２電流指令値に加算するべく、前述の加算
器２６に与える。それ故、電圧制御回路１８は電流制御
の誤差と、フィルタコンデンサ３に流れる電流とこのコ
ンデンサ電流設定器１９で定めた電流との差により生じ
る電圧誤差とを修正すれば良いことになる。

【００１５】図３は本発明の第３実施例を表したブロッ
ク回路図であって、１号インバータ装置７０と、これと
は制御方法は異なる２号インバータ装置１７０、及び図
示していない３号インバータ装置の３台が並列運転して
負荷５に交流電力を供給する場合を示している。この図
３に示している第３実施例回路は、前述した第１実施例
回路と殆ど同じ回路構成であるが、３相信号をｄ軸とｑ
軸による同期回転座標系の２つの成分に変換する３相／
２相変換器を４組と、このｄ−ｑ軸に分解している信号
を３相信号に変換する２相／３相変換器を１組備えてい
ることと、電圧調節器を省略していることが大きな相違
点である。即ち無効電力演算器１３の出力側に１号３相
／２相変換器２７を、電圧レベル変換器９の出力側に２
号３相／２相変換器２８を、分担電流検出器９１の出力
側に３号３相／２相変換器２９を、更に電流／電圧変換
器８の出力側に４号３相／２相変換器３０をそれぞれ設
けると共に、ＰＷＭ回路１４の前段に２相／３相変換器
２４を設けている。又、第２電流指令信号を出力する電
圧制御回路１８は、出力電圧設定器２１が設定する電圧
と電圧レベル変換器９からの母線電圧との偏差を入力す
るのであるが、無効電力演算器１３の出力を補正信号と
して電圧制御回路１８へ与えるようにして、図１の第１
実施例回路で用いていた電圧調節器３２を省略している
。

【００１６】図１で既述の第１実施例回路での制御は追
従値制御系であることから、定常時でも設定値に対して
オフセットが出やすいのに比べて、３相信号を３相／２
相変換器によりｄ軸とｑ軸による同期回転座標系の２つ
の成分に変換した制御系は定値制御系となるので、本質
的に誤差の少ない制御が可能になる長所がある。しかし
、パルス幅変調制御には正弦波と３角波との比較をする
方式とするのが通常であり、これには３相系が必要であ
るから２相／３相変換器で再び３相系に戻している。 この３相／２相変換と２相／３相変換については周知で
あることから、これの説明は省略する。

【００１７】本発明においては、１号インバータ装置７
０と、並列運転中の他のインバータ装置、即ち２号イン
バータ装置１７０等から負荷５に流れている負荷電流を
負荷電流検出器３５で検出して分担電流検出器９１に入
力するとともに、１号インバータ装置７０の出力電流、
即ち電流／電圧変換器１０を介して負荷変流器７から取
り出した信号も分担電流検出器９１に入力して、分担す
るべき電流ＩＬ　／ｎと、１号インバータ装置７０が出
力している電流と分担するべき電流との偏差ΔＩとをこ
の分担電流検出器９１から第１電流指令値として３号３
相／２相変換器２９とリミッタ１７とを介して加算器２
６へ出力している。さらに本発明において設けている無
効電力演算器１３の出力を、１号３相／２相変換器２７
を介して電圧制御回路１８へ補正信号として与えて、並
列運転を安定にしている。

【００１８】図４は本発明の第４実施例を表したブロッ
ク回路図であって、１号インバータ装置８０と、これと
は制御方法が異なる２号インバータ装置１８０、及び図
示していない３号インバータ装置の３台が並列運転して
負荷５に交流電力を供給する場合を示している。この図
４に示している第４実施例回路は、３相信号をｄ軸とｑ
軸による同期回転座標系の２つの成分に変換して制御し
た後、元の３相信号に戻しているのは図３で既述の第３
実施例回路の場合と同じであるが、コンデンサ電流設定
器１９を設けているところが前述の第３実施例回路と異
なるところである。このコンデンサ電流設定器１９は、
フィルタコンデンサ３に流れるべき電流として電圧基準
よりも９０度進み位相の正弦波電流基準を、フィルタコ
ンデンサ３の静電容量に対応して作るためであって、こ
のコンデンサ電流設定器１９の出力を第３電流指令値と
して前述の第１電流指令値及び第２電流指令値にに加算
するべく、前記加算器２６に与える。それ故電圧制御回
路１８は電流制御の誤差と、フィルタコンデンサ３に流
れる電流とこのコンデンサ電流設定器１９で定めた電流
との差に起因して生じる電圧誤差を修正すれば良いこと
になる。

【００１９】

【発明の効果】この発明によれば、出力電圧・電流の瞬
時値を制御する電流マイナーループ付の交流出力変換器
を、構成が異なったり制御方法が異なっている他のと弦
波交流電源と並列運転する場合に、この電流マイナール
ープの指令値となる電圧メジャーループには並列運転時
の動作を安定にするために、この交流出力変換器が分担
すべき電流を加えるようにしており、且つ各交流出力変
換器が分担すべき電流を無効電力成分の平均値で分担す
るべく指令値として与える回路構成にしているので、並
列運転中の負荷分担が適切に行われ、各正弦波交流電源
相互間を無効電流が流れる不都合も阻止出来るので、安
定な並列運転を出来る効果が得られる。３相信号をｄ軸
とｑ軸による同期回転座標系の２つの成分に変換して制
御する場合には、制御上の誤差をより小さく出来るし、
並列運転の安定性をより良好なものに出来るのは勿論で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を表したブロック回路図

【
図２】本発明の第２実施例を表したブロック回路図

【図
３】本発明の第３実施例を表したブロック回路図

【図４
】本発明の第４実施例を表したブロック回路図

【図５】
瞬時電圧制御により正弦波交流電圧を出力するインバー
タを構成や制御方法が異なる他の正弦波交流電源と並列
運転する制御回路の従来例を示したブロック回路図

【符号の説明】

１　　　　交流出力変換器としてのインバータ２　　　
　交流リアクトル ３　　　　フィルタコンデンサ ６　　　　インバータ変流器 ７　　　　負荷変流器 １３　　　　無効電力演算器 １４　　　　ＰＷＭ回路 １５　　　　電流制御回路 １８　　　　電圧制御回路 １９　　　　コンデンサ電流設定器 ２０　　　　３相正弦波電圧設定器 ２１　　　　出力電圧設定器 ２２　　　　電圧設定器 ２３　　　　ＰＬＬ回路 ２４　　　　２相／３相変換器 ２６　　　　加算器 ２７　　　　１号３相／２相変換器 ２８　　　　２号３相／２相変換器 ２９　　　　３号３相／２相変換器 ３０　　　　４号３相／２相変換器 ３２　　　　電圧調節器 ３３　　　　正弦波電圧設定器 ３５　　　　負荷電流検出器 ９１　　　　分担電流検出器 ９２　　　　増幅器 １５０　　　　交流発電機 １６０　　　　交流発電機 　　　　１７０　　　　他の正弦波交流電源としての２
号インバータ装置　　　　１８０　　　　他の正弦波交
流電源としての２号インバータ装置１９０　　　　交流
発電機

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンデンサを含んでいるフィルタを出力側
   に備えている電力変換器の各相アームが、１サイクル中
   に複数回のスイッチングを行って、出力電圧又は出力電
   流の瞬時値を制御することで正弦波交流を出力している
   交流出力変換器と、この交流出力変換器とは異なる構成
   、又は異なる制御方法で正弦波交流を出力する正弦波交
   流電源とを共通の母線に接続して負荷電流を分担しつつ
   並列運転する交流出力変換器の並列運転装置において、
   前記交流出力変換器と前記正弦波交流電源との間に流れ
   る無効電力を演算する無効電力演算手段と、この無効電
   力演算手段の出力を補正信号として入力している電圧調
   節手段と、この電圧調節手段の出力で前記母線の電圧に
   同期した正弦波電圧の基準値を設定する正弦波電圧設定
   手段と、この正弦波電圧基準値と母線電圧との偏差を修
   正する第２電流指令値を出力する電圧制御手段と、前記
   負荷電流から前記交流出力変換器と正弦波交流電源とが
   分担すべき負荷電流を定めて第１電流指令値を出力する
   分担電流検出手段と、これら第１電流指令値と第２電流
   指令値とを加算する加算手段と、前記交流出力変換器の
   出力電流をこの加算手段が出力する電流指令値に一致さ
   せる制御信号を出力する電流制御手段とを備えているこ
   とを特徴とする交流出力変換器の並列運転装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の並列運転装置において、
   前記正弦波電圧基準値を用いて前記フィルタを構成して
   いるコンデンサに流れる電流の基準値となる第３電流指
   令値を出力するコンデンサ電流設定手段を設け、この第
   ３電流指令値を前記加算手段に与えることを特徴とする
   交流出力変換器の並列運転装置。
3. 【請求項３】コンデンサを含んでいるフィルタを出力側
   に備えている電力変換器の各相アームが、１サイクル中
   に複数回のスイッチングを行って、出力電圧又は出力電
   流の瞬時値を制御することで正弦波交流を出力している
   交流出力変換器と、この交流出力変換器とは異なる構成
   、又は異なる制御方法で正弦波交流を出力する正弦波交
   流電源とを共通の母線に接続して負荷電流を分担しつつ
   並列運転する交流出力変換器の並列運転装置において、
   前記交流出力変換器は他の正弦波交流電源との間に流れ
   る無効電力を演算する無効電力演算手段と、この無効電
   力演算手段の出力をｄ軸とｑ軸による同期回転座標系の
   ２つの成分に変換する第１の３相／２相変換手段と、前
   記母線の電圧に同期した正弦波電圧の基準値を設定する
   正弦波電圧設定手段と、母線電圧をｄ軸とｑ軸による同
   期回転座標系の２つの成分に変換する第２の３相／２相
   変換手段と、前記第１の３相／２相変換手段の出力を補
   正信号としながら前記正弦波電圧基準値と第２の３相／
   ２相変換手段の出力との偏差を修正する第２の電流指令
   値を出力する電圧制御手段と、前記負荷電流から前記交
   流出力変換器と正弦波交流電源とが分担すべき負荷電流
   を定めて第１の電流指令値を出力する分担電流検出手段
   と、この分担電流検出手段の出力をｄ軸とｑ軸による同
   期回転座標系の２つの成分に変換する第３の３相／２相
   変換手段と、この第３の３相／２相変換手段の出力と前
   記電圧制御手段の出力とを加算する加算手段と、前記交
   流出力変換器の出力電流をｄ軸とｑ軸による同期回転座
   標系の２つの成分に変換する第４の３相／２相変換手段
   と、この第４の３相／２相変換手段の出力を前記加算手
   段の出力に一致させる制御信号を出力する電流制御手段
   とを別個に備えることを特徴とする交流出力変換器の並
   列運転装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の並列運転装置において、
   前記正弦波電圧基準値を用いて前記フィルタを構成して
   いるコンデンサに流れる電流の基準値となる第３電流指
   令値を出力するコンデンサ電流設定手段を設け、この第
   ３電流指令値を前記加算手段に与えることを特徴とする
   交流出力変換器の並列運転装置。