JPH05176525A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH05176525A
JPH05176525A JP3312139A JP31213991A JPH05176525A JP H05176525 A JPH05176525 A JP H05176525A JP 3312139 A JP3312139 A JP 3312139A JP 31213991 A JP31213991 A JP 31213991A JP H05176525 A JPH05176525 A JP H05176525A
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Nobuyuki Yasuda
信幸 安田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】地絡事故による系統擾乱が発生しても、これを
早急に感知して、負荷を含めた電力変換器を商用電源か
ら切り離し、運転を継続することで負荷に安全に電力を
供給し続けることができる装置を得ることにある。 【構成】直流電源1 の電力を交流に変換するものであっ
て、商用電源12に同期して運転するインバータ3 を備え
たものにおいて、商用電源12の周波数および位相を検出
する第1の同期制御回路9 と、この同期制御回路9 の出
力で商用電源12の周波数異常を検出し指令を出力する監
視回路14と、監視回路14の指令に従って第1の同期回路
9 の出力に同期する機能と予め固定周波数で動作する機
能を切り換えられ、かつ、インバータ3 の運転基準とな
る第2の同期制御回路13と、インバータ3 と商用電源12
の間に設けられ、商用電源12の異常時は、インバータ3
を商用電源12から切り離す遮断器7 を具備したもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、商用電源に同期して運
転する電力変換器を備え、負荷に対して安定な電力を供
給する電力変換装置に関し、特に、商用電源の正常時は
系統に同期して安定に運転継続でき、異常時は早急に異
常を検出し電力変換器から商用電源を切り離すように構
成した電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電力変換装置を用いた電源システム、特
に、燃料電池、太陽電池等を電力源とする新エネルギー
発電システムで、商用電源に同期して運転する必要があ
る。この同期制御回路と商用電源系統の異常検出回路の
能力が電源システムの性能、及び、負荷への電力供給の
信頼性に直接影響する。図2は、この種の従来の電力変
換装置の制御回路を示すブロック図である。
【0003】1は燃料電池、太陽電池、バッテリ等の直
流電源、2は直流コンデンサ、3は直流電源1からの直
流電力を交流電力に変換するインバータ、4はインバー
タ3を商用電源12の系統に連系し、出力波形を整形す
るための連系リアクトル、5はインバータ3の交流電圧
を変成すると共に、交流系統と絶縁する変圧器、6は負
荷、7は商用電源12とインバータ3との接続/解列を
行うための遮断器である。
【0004】一方、電力変換装置の制御装置は、商用電
源12の電圧を検出する電圧検出器(計器用変圧器)
8、商用電源12の位相および周波数に追従する同期制
御回路9A、インバータ5を商用電源12に同期して運
転させるインバータ制御回路10から構成されている。
【0005】同期制御回路9は、特公昭60−3771
1号公報に示すように公知であり、これは概略以下のよ
うに構成されている。すなわち、位相検出器による3相
商用電源を直交する2相成分に分離する3相2相変換回
路91、それらを同期制御回路9Aの出力である正弦、
余弦とから位相差を演算する位相差演算回路92と、そ
の演算回路92の出力で比例積分等の演算を行うフィル
タ回路93と、フィルタ回路93の出力に比例した周波
数のパルスを出力する発振回路(VCO)94と、パル
スをカウントする分周回路95と、カウント値を位相角
として予め記憶してある正弦、余弦データを出力するデ
ータテーブル回路96とから構成されている。同期制御
回路9A内の分周回路95の出力カウント値が商用電源
12の位相角データであるため、インバータ制御回路1
0は、その位相データを基準とする。
【0006】インバータ制御回路10は、同期制御回路
9Aの指令に従って動作し、出力電圧もしくは出力電流
制御を行い、インバータ3への指令であるゲート信号を
出力する。
【0007】この様に構成することによって、インバー
タ3は商用電源12と同期した運転が可能となる。又、
商用電源12の周波数異常の検出は、電圧検出器8の後
段に周波数検出リレー11を設け、このリレー11の出
力により、遮断器7を動作させ、インバータ3を商用電
源12より切離す。インバータ3は孤立運転することに
より、商用電源12の異常時も負荷6への供給が可能で
ある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図2の様な
構成の電力変換装置において、同期制御回路9A内や電
圧検出器8に誤差があると、電力変換装置の出力に低次
の高調波が混じってしまう。これは、電圧検出器8およ
び同期制御回路9Aに誤差があると、電圧の3相検出値
がアンバランスになり、同期制御回路9A内の3相2相
変換回路91の出力にリップルが発生する。つまり、同
期制御回路9Aの出力は、平均的な周波数値は一定とな
っても、1サイクル内の揺らぎが生じて、低次の高調波
が発生する。この傾向は、応答性を高めるため、同期制
御回路9Aの制御ゲインを高くするとより一層顕著にな
る。
【0009】この状態で電力変換装置が系統負荷6につ
ながっていると、この低次の高調波は、系統、もしく
は、負荷に悪影響を及ぼす。よって、1サイクル内の変
動を抑えるため、同期制御回路9A内のフィルタ回路9
3の時定数を大きくせざるを得なかった。
【0010】さらに、図2のごとき構成にあっては、地
絡事故等による系統擾乱や停電事故が生じた場合、同期
制御の応答が遅いため、系統状態に対応した運転ができ
ず、周波数異常検出リレー11の検出遅れが大きい場合
は、電力変換装置の緊急停止動作に至り、負荷6への電
力供給が途切れたり、系統への悪影響を生じることがあ
った。
【0011】そこで、本発明は、地絡事故等による系統
擾乱、停電事故を早急に感知して、商用電源を遮断する
と共に、系統状態の変動の影響を受けずに運転を継続
し、装置の負荷に対して電力を供給し続ける電力変換装
置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、バッテリ等の直流電源と、この直流電源の
電力を交流に変換するものであって、商用電源に同期し
て運転する電力変換器とを備えた電力変換装置におい
て、前記商用電源の周波数および位相を検出する第1の
同期制御回路と、この第1の同期制御回路の出力で前記
商用電源の周波数異常を検出し指令を出力する監視回路
と、この監視回路の指令に従って前記第1の同期制御回
路の出力に同期する機能と予め固定周波数で動作する機
能を切り換えられ、かつ、前記電力変換器の運転基準と
なる第2の同期制御回路と、前記電力変換器と前記商用
電源の間に設けられ、前記商用電源の異常時は、前記電
力変換器を前記商用電源から切り離す開閉手段とを具備
している。
【0013】
【作用】本発明によれば、商用電源が正常のときは、開
閉手段が閉路したままであるため、系統に同期して安定
に運転が継続できる。また、商用電源が異常のときは、
開閉手段が開路されるので、系統状態の変動の影響を受
けずに運転を継続でき、装置の負荷に対して電力を供給
し続けることができる。
【0014】第1の同期制御回路は、常に商用電源を同
期基準として追従し、商用電源と同一周波数で動作し、
商用電源の位相に同期した信号を出力する。第1の同期
制御回路は、同期基準への追従速度重視で設計し、商用
電源の変化にもいちはやく対応できる。
【0015】第2の同期制御回路は、第1の同期回路の
出力信号への同期、もしくは、予め設定した基準周期ま
たは周波数に同期する機能を持つ。又、第2の同期制御
回路は、第1の同期制御回路と異なり、出力の安定性重
視で設計し、低次の高調波を出さない。
【0016】この第2の同期制御回路の同期基準の切替
えは、商用電源監視回路により行う。監視回路は、第1
の同期制御回路の出力を監視して、第1の同期制御回路
の出力が判定基準範囲から外れた場合、第2の同期制御
回路の制御基準を、第1の同期制御回路の出力から内部
の基準周期または周波数へ切換指令を出力するととも
に、電力変換器を商用電源から切り離す開閉手段に対し
て切り離し指令を出力する。
【0017】
【実施例】以下、この発明の実施例を、図1を参照して
説明するが、ここでは図2と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略し、かつ、異なる点についてのみ述
べる。
【0018】図1の第1の同期制御回路9は、図2の同
期制御回路9Aと構成は同一であるが、ここで用いる同
期制御回路9のフィルタ時定数は、図2のものに比較し
て十分小さく、応答性・追従性も良いものを使用してい
る。
【0019】第2の同期制御回路13は、第1の同期制
御回路9の出力と第2の同期制御回路13の出力との時
間差(位相差)を検出するカウンタからなる位相比較回
路131と、位相比較回路131の出力値を用いて比例
積分等の制御演算を行う演算回路132と、演算回路1
32の出力値によって周波数の設定できる例えば、TI
社のTTLでSN7497の如きレートマルチプライヤ
回路からなる発振回路133、発振回路133の出力を
分周し、同期制御回路9の固定位相を出力する分周回路
134と、系統側の異常等で、第1の同期制御回路9へ
の同期制御を切り離した時の内部の基準周波数の発振器
135とからなっている。
【0020】監視回路14は、第1の同期制御回路9の
出力周期をカウントするカウンタ回路141を持ち、そ
のカウント値を監視して、商用電源12の周波数異常を
いちはやく検出する異常検出回路142を持っている。
監視回路14の出力により、第2の同期制御回路13の
制御状態を、第1の同期制御回路9の出力への同期制御
から第2の同期制御回路13内部の基準周期または周波
数への同期制御とを切替えるとともに、商用電源12と
電力変換器例えばインバータ3とを解列させるための開
閉手段例えば遮断器7に対して開路指令信号を出力する
ようになっている。
【0021】次に、以上のように構成された電力変換装
置の動作について説明する。本実施例の回路構成では、
2つの同期制御回路9,13を用いているため、第1の
同期制御回路9と電源異常検出用に第2の同期制御回路
13と電力変換装置の制御用に個別に応答特性、安定性
を選択できる。
【0022】まず、商用電源12が正常な場合の動作に
ついて説明する。第1の同期制御回路9は、商用電源に
同期した信号を出力する。ただし、ここで用いる同期制
御回路9のフィルタ時定数は、図2の同期制御回路9A
に比較して十分小さく、応答性・追従性も良い。商用電
源12が正常のため、第1の同期制御回路9の出力は、
基準値内に入り、監視回路14は、商用電源への同期を
選択するように指令を出力する。従って、第2の同期制
御回路13は第1の同期制御回路9の出力に同期し、イ
ンバータ3は商用電源12と同期した運転を継続する。
第2の同期制御回路13において、位相比較回路131
と演算回路132は、1サイクルに1回しか演算しない
ような構成とし、1サイクルを等分に逓倍された低次の
高調波を含まない同期回路方式となる。よって、電力変
換装置の出力に低次の高調波が混ざることはない。次
に、商用電源12が異常になった場合の動作について説
明する。
【0023】第1の同期制御回路9が、応答性、追従性
良く商用電源の状態を再現するため、第1の同期制御回
路9の出力を監視する監視回路14は、商用電源12の
周波数異常をすばやく検出する。この異常検出に従い、
監視回路14は、第2の同期制御回路13へ自回路内の
発振器で独立運転するような切換指令と、遮断器5へ切
離し指令を出力する。よって、第2の同期制御回路13
は、自回路内部に持つ固定周波数に滑らかに切り換わ
り、遮断器5は、インバータ3を商用電源12より切り
離す。
【0024】逆に、商用電源12が異常から正常に復帰
した場合については、第1の同期制御回路9が、商用電
源12の状態を補捉し、第1の同期制御回路9の出力を
監視する。監視回路14は、商用電源12の周波数が正
常に戻ったことを検出する。このため、監視回路14
は、第2の同期制御回路13が第1の同期制御回路9の
出力へ同期するように切換指令を出力する。よって、第
2の同期制御回路13は、第1の同期制御回路9の出
力、つまり、商用電源12が同期するように制御を切換
える。監視回路14は、インバータ3が商用電源12に
完全に同期したことを確認して、遮断器5へ閉路指令を
出力する。この様にして、インバータ3は、商用電源1
2に連系していた元の状態に戻る。
【0025】この様に、以上述べた本実施例によれば、
商用電源12に異常が発生しても、これを早急に感知し
て、負荷6を含めたインバータ3を商用電源12から切
り離し、運転を継続することで、負荷6に安全に電力を
供給し続け、かつ、商用電源12が正常に戻れば、元の
連系していた状態に戻ることができる。
【0026】本発明は以上述べた実施例に限らず、例え
ば次のようにしてもよい。すなわち、1周期毎に実施す
る位相比較後の制御演算とレートマルチプライヤからな
る発振回路133の設定を、時定数の大きなアナログフ
ィルタと電圧制御の発振回路(VCO)に置き換えても
同じ効果が得られる。
【0027】
【発明の効果】本発明の電力変換装置によれば、地絡事
故による系統擾乱が発生しても、これを早急に感知し
て、負荷を含めた電力変換器を商用電源から切り離し、
運転を継続することで負荷に安全に電力を供給し続ける
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電力変換装置の実施例の概略構成
を示すブロック図。
【図2】従来の電力変換装置の概略構成を示すブロック
図。
【符号の説明】
1…直流電源、2…直流コンデンサ、3…インバータ、
4…連系リアクトル、5…変圧器、6…負荷、7…遮断
器、8…電圧検出器、9…第1の同期制御回路、91…
3相2相変換回路、92…位相差演算回路、93…フィ
ルタ回路、94…発振回路、95…分周回路、96…デ
ータテーブル回路、10…インバータ制御回路、11…
周波数検出リレー、12…商用電源、13…第2の同期
回路、131…位相比較回路、132…演算回路、13
3…発振回路、134…分周回路、14…監視回路、1
41…カウント回路、142…異常検出回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バッテリ等の直流電源と、この直流電源の
    電力を交流に変換するものであって、商用電源に同期し
    て運転する電力変換器とを備えた電力変換装置におい
    て、 前記商用電源の周波数および位相を検出する第1の同期
    制御回路と、 この第1の同期制御回路の出力で前記商用電源の周波数
    異常を検出し指令を出力する監視回路と、 この監視回路の指令に従って前記第1の同期制御回路の
    出力に同期する機能と予め固定周波数で動作する機能を
    切り換えられ、かつ、前記電力変換器の運転基準となる
    第2の同期制御回路と、 前記電力変換器と前記商用電源の間に設けられ、前記商
    用電源の異常時は、前記電力変換器を前記商用電源から
    切り離す開閉手段と、 具備した電力変換装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021001994A1 (ja) * 2019-07-04 2021-01-07 東芝三菱電機産業システム株式会社 同期制御回路およびそれを備えた無停電電源装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021001994A1 (ja) * 2019-07-04 2021-01-07 東芝三菱電機産業システム株式会社 同期制御回路およびそれを備えた無停電電源装置

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