JPH0480620B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、直流電源と他の異なる交流電源を接
続する交流連系システムに係り、特に交流連系中
に交流電源の喪失を検出して好適な運転を行うこ
とのできる自励式変換装置の制御方式に関するも
のである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来、異なる系統の交流電源を並列運転するに
は無効電力の偏差で各交流電源間の電圧差を、有
効電力の偏差で各交流電源間の位相差をそれぞれ
制御することが知られている。インバータ装置に
代表される直流−交流電力変換装置と電力系統を
連系する場合は電力系統は制御できないので、変
換装置に自励式変換装置（以下電力変換装置と略
す）を用いて有効電力、無効電力を制御する方法
が採用される。

第３図に電力変換装置の制御方式の従来例を示
す。

図中、１は直流電源で、直流電源１の直流出力
は電力変換装置２により交流に変換され、変圧器
３により所定の電圧に変換され、開閉器４を介し
て電力系統５へ接続される。

制御回路１００にあつては電圧基準２１と連系
点検出電圧１２とを比較し、その偏差２１ａは誤
差増幅器２２へ印加される。誤差増幅器２２の出
力２２ａは電圧制御回路２３の入力となつてい
る。同様に有効電力基準３１と有効電力検出回路
３２の出力を比較し、その偏差３１ａは誤差増幅
器３３の入力へ与えられ、誤差増幅器３３の出力
３３ａはフエーズロツクループ（phase locked
loop）いわゆるPLL回路３４の１つの入力“イ”
となつている。３５は分周器でPLL回路３４の
出力周波数を分周し、その出力はPLL回路３４
の他の１つの入力“ハ”となる。PLL回路３４
の他の１つの入力“ロ”には、電力系統検出電圧
１３が位相基準として与えられる。ここでPLL
回路３４は周知の回路であるが簡単に説明する。
第４図はPLL回路３４のブロツク図の１例であ
り、PLL回路３４の構成は位相誤差検出器PHD、
低域濾波器LPF、そして電圧制御発振器VCOか
ら構成される。これ等各要素の概要を説明する
と、位相誤差検出器PHDは位相基準信号“ロ”
と位相帰還信号“ハ”との位相差に比例した信号
“ニ”を発生する。この位相差に比例した信号
“ニ”が低域濾波器LPFの入力となり、この低域
濾波器LPFで高周波成分を除去すると共に、位
相誤差を増幅する。そして電圧制御発振器VCO
は低域濾波器LPFの出力“ホ”に比例した周波
数を出力し、この電圧制御発振器VCOの出力
“ヘ”は、分周器３５へ接続される。分周器３５
の段数をＮとすれば、電圧制御発振器VCOの発
信周波数は位相基準信号“ロ”のＮ倍となる。こ
こでＮは電力変換装置２のインバータ回路の相数
により、任意の整数に選ばれる。分周器３５の出
力は位相誤差検出器PHDの位相帰還信号“ハ”
となつているので、電圧制御発振器VCOの共通
周波数は位相基準信号“ロ”と位相帰還信号
“ハ”との位相が一致するように自動制御される。
ここでPLL回路３４の１つの入力“イ”の働き
は、低域濾波器LPFへ信号を与えることにより
位相基準信号“ロ”と位相帰還信号“ハ”との位
相差を任意に設定可能となる。

再び第３図に戻り、その動作の説明を行うと、
PLL回路３４の位相基準信号“ロ”としては電
力系統５の電圧位相が印加されているのでPLL
回路３４の出力周波数は電力系統５の周波数と同
期し、又、電力変換装置２の電圧位相も電力系統
５の電圧位相と同期している。

一方、同期検出回路４２は連系点検出電圧１２
の電圧位相と電力系統５の電圧位相を比較検出
し、両者の電圧位相が一致していれば同期検出信
号４２ａを出力する。この同期検出信号４２ａは
開閉器４の投入時の条件として与えられ、開閉器
操作回路４１の入力となる。電圧検出器４３は電
力系統５の電圧を検出する回路で所定の範囲内で
出力信号４３ａを出力する。この出力信号４３ａ
と同期検出信号４２ａが確立すると開閉操作回路
４１は開閉器４を閉とする操作信号４１ａを出力
し、スイツチ３６を開とする操作信号４１ｂを出
力する。開閉器４が開の状態では連系点検出電圧
１２が電圧基準２１に等しくなるよう自動制御さ
れ、負荷６には一定の電圧が印加される。ここで
負荷６は電力変換装置２の出力容量以下のものと
する。また誤差増幅器３３の入出力はスイツチ３
６で短絡されており、有効電力の偏差３３ａによ
る電力変換装置２の電力系統５との電圧位相を制
御する有効電力制御回路は形成されていない。

つぎに開閉器４を閉の状態にすると、同時にス
イツチ３６が開き、誤差増幅器３３の入出力の短
絡が解除され、電力変換装置２の有効電力が、有
効電力基準３１と等しくなるよう電力変換装置２
の電圧位相が自動制御される。

［背景技術の問題点］ この交流連系中においては、電力系統５が電源
喪失すると電力系統５に接続される負荷と負荷６
の電力和が電力変換装置２の出力容量よりも大な
る場合は保護回路の動作により開閉器４を開放と
することができるが、小なる場合は、電力変換装
置２により電力系統５への接続線が課電されるた
め、電圧検出器４３では電力系統５の電源喪失を
検出することができず電力変換装置２はあたかも
電力系統５との交流連系の状態で運転を継続す
る。しかしこの場合、電力変換装置２は電力系統
５に接続される負荷と負荷６で決定される電力の
みしか供給しないため有効電力基準３１と有効電
力検出回路３２の出力には差を生じ、誤差増幅器
３３の出力３３ａは飽和してしまい、制御不能と
なる。このため、電力系統５が回復しても、
PLL回路３４の動作遅れ等から、電力変換装置
２と電力系統５はすぐには同期運転の状態にはな
らず、両者の電圧は位相差を生じることになる。
又、有効電力制御系が制御不能となつた場合、例
えば、有効電力検出回路３２の開放事故が発生す
ると有効電力制御系の帰還回路がなくなるため、
誤差増幅器３３の出力３３ａが飽和し制御不能と
なり、電力変換装置２と電力系統５の両者の電圧
は所定以上の位相差を生じる。すなわち、電力系
統５が電源喪失しても又、電力変換装置２の有効
電力制御系が制御不良となつても、電力変換装置
２と電力系統５の間で有効電力の急激なやりとり
を生じ電力変換装置２は運転不能となる欠点を生
じる。

［発明の目的］ 本発明の目的はこの点にかんがみ、交流連系シ
ステムにおける電力系統５の電源喪失、あるいは
電力変換装置２の有効電力制御系の不良かを判定
することができ、その後、電力変換装置２と電力
系統５にとつて最適な運転方式に切り換えること
ができる自励式電力変換装置の制御方法を提供す
ることにある。

［発明の概要］ 本発明は、この目的を達成するために、自励式
電力変換装置の電力制御系の誤差増幅器の入力信
号の偏差を検出し、この検出値が所定値を越えた
場合に連系用しや断器を開放し、その後交流電源
の電圧の有無により前記電力制御系の異常かある
いは前記交流電源の喪失かを判断するようにした
ものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明を第１図に示す一実施例によつて
説明する。第１図で第３図と同符号のものは同一
機能のものである。第１図で、第３図と異なる点
は第３図の開閉器操作回路４１の入力信号として
の同期検出信号４２ａと電力系統５の電圧検出器
４３の出力信号４３ａのほかに有効電力制御系の
誤差増幅器３３の入力である有効電力基準３１と
有効電力検出回路３２の偏差３１ａを有効電力制
御系の誤差増幅器３３とは別の増幅器５１で増幅
し、その出力のレベルを検出する検出回路５４の
出力信号５４ａが入力信号として与えられている
点である。ここで増幅器５１を有効電力制御系の
誤差増幅器３３とは別に設ける理由は通常、誤差
増幅器３３は比例積分器で構成され、又、その定
数は制御系の安定度から決定されるため、コンデ
ンサによる遅れ要素が含まれることが避けられ
ず、この遅れをなくし、誤差増幅器３３の応答よ
り速く応答させることが目的である。すなわち増
幅器５１は有限のゲインを有する増幅器かもしく
は有限のゲインを有する比例積分器が適する。

すなわち、第１図において、開閉器４の開放時
は、スイツチ３６と同様スイツチ５２により増幅
器５１の入出力は短絡されているためその出力５
１ａは近似的に零となる。従つて検出回路５４は
動作しない。この出力信号５４ａは開閉器４の投
入可能な条件の１つとして開閉器操作回路４１に
与えられる。開閉器４の他の投入条件である同期
検出信号４２ａと出力信号４３ａは第３図の従来
方式と同様に与えられる。この３つの投入条件が
確立すると開閉器４の投入が可能となり開閉器操
作回路４１の操作信号４１ａにより開閉器４が投
入され、操作信号４１ｂによりスイツチ３６，５
２が開放となり有効電力制御系が動作し、連係点
の有効電力検出回路３２の出力が有効電力基準３
１に等しくなるよう自動制御される。この有効電
力制御系が正常に動作していれば誤差増幅器３３
の入力である偏差３１ａは微小レベルの信号であ
り、増幅器５１の出力５１ａは検出回路５４の検
出レベルの設定値以内であり、その出力信号５４
ａは、常に開閉器４の投入条件として開閉器操作
回路４１に与えられている。ここで整流回路５３
は偏差３１ａが正負いずれの極性でも検出回路５
４でレベル検出できるよう設けられた回路であ
る。

万一有効電力検出回路３２の短絡事故等有効電
力制御系が不良になると誤差増幅器３３の入力で
ある偏差３１ａのレベルは大となり誤差増幅器３
３、増幅器５１の出力３３ａ，５１ａがともに飽
和することになり有効電力制御系は制御不能とな
る。又、同様に電力系統５が電源喪失をすると電
力変換装置２は負荷６で決定される電力のみしか
供給しないため、有効電力基準３１と有効電力検
出回路３２の出力には差を生じ、偏差３１ａのレ
ベルは大となり誤差増幅器３３、増幅器５１の出
力３３ａ，５１ａは飽和してしまい、制御不能と
なる。この有効電力制御系の誤差増幅器３３の出
力３３ａが飽和する以前に増幅器５１の出力を検
出回路５４で所定の範囲を越えたことを検出し
て、この出力信号５４ａを開閉器操作回路４１に
与え、開閉器４を開放動作させる。開閉器４が開
放すると電力変換装置２と電力系統５が切離され
るため、電圧検出器４３により電力系統検出電圧
１３の有無が判断でき、電力系統検出電圧１３が
検出されれば、有効電力制御系の不良と判断し、
開閉器操作回路４１に図示されない投入禁止指令
を与え、開閉器４の投入を禁止する。この時は電
力変換装置２が停止するまでは負荷６に電力を供
給することが可能である。又、電力系統検出電圧
１３が検出されなければ、電力系統５の電源喪失
であると判断することができる。この時は開閉器
４を開放のままとし、電力変換装置２は負荷６の
みに電力を供給する電力系統５との連系待機状態
とし、電力系統５の電源が回復した後、開閉器４
の初期の投入時同様開閉器操作回路４１の３つの
入力条件が確立したことにより開閉器４を投入す
ることにより、再び電力変換装置２による所定の
有効電力制御を行うことができる。

本実施例では電力変換装置２の定格容量に比較
し、電力系統５の容量が定程度ないし２〜３倍程
度の場合に適する連系点の定電圧制御方式で説明
したが、連系点の無効電力制御や力率一定制御を
行う制御方式を採用した電力変換装置でも有効電
力制御機能を有していれば同様の効果が得られる
ばかりか、この場合、第１図の有効電力制御系の
誤差増幅器３３の入力である偏差３１ａを増幅器
５１で増幅しレベル検出することによる制御異常
検出の代りに無効電力制御系の誤差増幅器の入力
信号の偏差を無効電力制御系に誤差増幅器とは別
に設けた増幅器の出力信号のレベル検出でも同様
の効果が得られる。

又、本実施例では検出回路５４での検出後、開
閉器４を開放した上で、電力系統検出電圧１３の
有の場合、有効電力制御系の不良と判断し、開閉
器４の再投入を禁止しているが、電力系統５の瞬
時停電の場合を考慮して、再度開閉器４を投入し
た上で検出回路５４の検出が継続しているか否か
で有効電力制御系の不良を判断しても良い。又、
開閉器４を開放した後の電力変換装置２の運転あ
るいは停止はシステムの運用上から決定すれば良
い。

さらに、第１図の実施例では増幅器５１の入力
信号は、有効電力制御系の誤差増幅器３３の入力
である偏差３１ａとしているが、この偏差３１ａ
はオペレーシヨナルアンプの加算点であり、ノイ
ズ上からは配線を長く引き出すことは得策ではな
いので、第２図に示すように有効電力検出回路３
２と有効電力基準３１の各々の信号を誤差増幅器
３３と同等の入力抵抗値で加算してその偏差３１
ｂを増幅器５１の入力としても同様の効果が得ら
れる。

又、増幅器５１は誤差増幅器３３より応答性に
優れた有限ゲインを有する比例積分形ばかりで
な、有限のゲインを有する増幅器であつても良
い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、交流連系
システムにおける電力制御系の異常発生が電力制
御系の不良かあるいは電力系統の電源喪失による
ものかが判定することができ、引き続き、電力変
換装置を最適な運転方式とすることによつて運転
を継続することができる。特に電力系統の電源喪
失の場合、電源回復時における電圧位相の相違に
よる電力変換装置の事故発生を未然に防ぎ、安定
した交流連系運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図は本発明の意図する増幅回路の他の実施例
を示す回路図、第３図は従来の交流連系システム
の制御方式を示すブロツク図、第４図は第３図の
PLL回路の具体的な回路構成図である。 １……直流電源、２……自励式電力変換装置、
３……変圧器、４……開閉器、５……電力系統、
６……負荷、１１……出力電流、１２……連系点
検出電圧、１３……電力系統検出電圧、２１……
電圧基準、２１ａ……偏差、２２……誤差増幅
器、２２ａ……出力、２３……電圧制御回路、３
１……有効電力基準、３１ａ，３１ｂ……偏差、
３２……有効電力検出回路、３３……誤差増幅
器、３３ａ，５１ａ……出力、３４……PLL回
路、３５……分周器、３６，５２……スイツチ、
４１……開閉器操作回路、４１ａ，４１ｂ……操
作信号、４２……同期検出回路、４２ａ……同期
検出信号、４３……電圧検出器、４３ａ……出力
信号、５１……増幅器、５３……整流回路、５４
……検出回路、５４ａ……出力信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流電源の出力を交流に変換する自励式電力
   変換装置と他の交流電源が開閉器を介して接続さ
   れ、該自励式電力変換装置により交流電源との有
   効分あるいは無効分の電力を制御する交流連系シ
   ステムにおいて、該自励式電力変換装置の有効電
   力制御系あるいは無効電力制御系の誤差増幅器の
   入力信号の偏差を該電力制御系の誤差増幅器とは
   別に設けられた増幅器により増幅し、その出力が
   所定値を超えたことにより該開閉器を開放動作さ
   せた後、該交流電源があれば該自励式電力変換装
   置の制御異常と判断し、該開閉器の再投入を禁止
   し、また該交流電源が喪失していれば該交流電源
   の回復後、再び該開閉器を同期投入し、所定の電
   力制御を行うようにしたことを特徴とする自励式
   変換装置の制御方法。