JPH0583861A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、電力変換装置の出力容量増大、又
は冗長化のために相互に連系するシステムにおいて、装
置間相互の制御信号の授受を不要とすると共に、同一定
格、同一特性の装置によるシステムに限定されないフレ
キシブルな電力変換装置を提供することを目的とする。 【構成】 出力側母線に並列運転して、出力側母線の出
力電力容量を増加させるように作用する電力変換装置に
おいて、前記出力側母線の電圧波形或いは電圧波形とそ
の位相を検出する手段を設け、この手段によって検出さ
れる検出信号と所定の関係になるように電力変換装置の
出力電圧の位相や電圧波形を制御する手段を設けたこと
を特徴とする電力変換装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、母線の電力容量を増加
する目的で母線に並列接続され、母線と並列運転される
電力変換装置に係り、特に母線側の電力容量や波形に制
限されることなく母線と並列運転出来る電力変換装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】母線の電力容量が不足する場合や、電力
変換装置を並列運転して、母線の電力供給信頼性を向上
させる目的で電力変換装置を並列運転することは公知で
ある。図３に無停電電源装置などとも呼ばれる電力変換
装置の一種であるインバータ装置を引用して図示してい
る。図３において、１０は例えば商用交流電源等の入力
交流電源、１１ａと１１ｂはインバータ装置、１２は負
荷、１３は母線、１１１はコンバータ、１１２はフィル
タコンデンサ、１１３はインバータ、１１４は出力変圧
器である。この図で入力交流電源１０の商用電力をコン
バータ１１１で直流電力に変換し、これをフィルタコン
デンサ１１２で平滑し、インバータ１１３で再び交流電
力に変換し、出力変圧器１１４を介して、母線１３にそ
れぞれのインバータ装置１１ａ，１１ｂより電力供給
し、負荷１２に給電している。このように構成した系統
では、図示していないがフィルタコンンデンサ１１２と
並列に蓄電池を設けて、入力交流電源１０が停電して
も、各インバータ装置１１ａ及び１１ｂが並列運転さ
れ、母線１３の電力容量は各インバータ装置１１ａと１
１ｂの出力容量の和であり、もし負荷１２の容量に対し
て、各インバータ装置１１ａと１１ｂのそれぞれの出力
容量が大きいならば電力給電信頼性のための冗長構成の
並列運転であり、前記それぞれの出力容量が小さいなら
母線の電力容量増加のための並列運転である図３に図示
するようなインバータ装置１１ａや１１ｂを母線１３に
並列運転する場合の従来技術の問題点について図４を引
用して次に説明する。

【０００３】図４は図３と同様にインバータ装置２台の
場合であり、１１ａはインバータ装置１号機、１１ｂは
インバータ装置２号機、１２は２台のインバータ装置１
１ａと１１ｂの負荷、１３は母線である。以下インバー
タ装置１号機と２号機は添字としてそれぞれａ，ｂを付
けて区別する。直流電源入力１１２ａ，１１２ｂには図
示していない交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ
１１１または蓄電池あるいはこれら両者を併用して得ら
れる直流電圧が供給されている。１１３ａ，１１３ｂは
この直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、１１４
ａ，１１４ｂはインバータ１１３ａ，１１３ｂの出力電
圧を正弦波に波形改善するための交流フィルタ回路であ
る。この交流フィルタ回路１１４ａ，１１４ｂはリアク
トルとコンデサによって構成されることが多いが、イン
バータ１１３ａ，１１３ｂの出力側に出力変圧器１１４
（図示していない）を含んでいる場合は、リアクトルの
代りにこの出力変圧器１１４のインピーダンスを利用す
ることもできる。

【０００４】従来は、インバータ装置１１ａと１１ｂが
それぞれ負荷１２に供給する電力が均等になるように以
下のように制御していた。即ち、電流検出器１１１ａ，
１１１ｂによって検出した各インバ―タ１１３ａと１１
３ｂの電流の偏差ΔＩと出力電圧から有効電力検出器１
１９ａ，１１９ｂによって有効電力偏差ΔＰを、無効電
力検出器１１０ａ，１１０ｂによって無効電力偏差ΔＱ
を検出する。そして、有効電力偏差ΔＰによって、発振
器１１７ａ，１１７ｂと同期制御器１１８ａ，１１８ｂ
とからなる同期制御回路の補正を行っており、同期制御
器１１８ａ，１１８ｂはゲ―ト信号発生器１１５ａ，１
１５ｂの位相と周波数の基準信号を発生する。一方、無
効電力偏差ΔＱによって、出力電圧を定電圧制御する電
圧制御器１１６ａ，１１６ｂの補正を行いゲ―ト信号発
生器１１５ａ，１１５ｂは同期制御器１１８ａ，１１８
ｂと電圧制御器１１６ａ，１１６ｂが発生する信号によ
りインバ―タ１１３ａ，１１３ｂの駆動信号を発生す
る。

【０００５】尚、上記の各制御器の構成、動作原理など
は、例えば、特許第１２１５３３２号「インバ―タの並
列運転」などによって周知の技術であり、その詳細説明
は省略する。

【０００６】この図４の如く、インバ―タ装置１１ａと
１１ｂが母線１３に並列運転される時、各インバ―タ装
置１１ａと１１ｂの出力する有効電力及び無効電力が均
等になるように、有効電力偏差ΔＰと無効電力偏差ΔＱ
とで各インバ―タ装置１１ａ，１１ｂの出力電圧の大き
さや位相を補正制御していた。このためにインバ―タ装
置１１ａと１１ｂの相互間では前記補正制御のための信
号のやりとりなどが図４に図示するように必要であっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
前述の如くインバ―タ装置１１ａ，１１ｂなどの電力変
換装置の出力を母線１３に接続し、母線１３の電力容量
増加等の目的で、インバ―タ装置１１ａ，１１ｂなどの
電力変換装置を母線１３に並列運転する場合に、次のよ
うな技術的問題があった。

【０００８】(1) 各インバ―タ装置１１ａ，１１ｂなど
の各電力変換装置は、相互に制御信号のやりとりが必要
であり、各電力変換装置が独立制御できなかった。この
ため一方の電力変換装置の制御故障等の影響が、他方の
電力変換装置に影響するなどの問題があり、電力変換装
置をｎ台母線１３に並列運転してもｎ台相当の電力供給
信頼性も向上しなかった。

【０００９】(2) 各インバ―タ装置１１ａ，１１ｂなど
の各電力変換装置は、それぞれの有効電力と無効電力を
均等に出力するように制御されるため、原則的には同一
定格で同一特性の電力変換装置だけしか共通の母線１３
に並列運転することができなかった。

【００１０】(3) 負荷１２側の増設等により、母線１３
の電力容量が不足して電力変換装置を増設して母線１３
と並列運転して電力容量を増加しようとすると、次の問
題がある。

【００１１】ィ、前記(2) 項より並列運転できる電力変
換装置が制限されるため、母線１３の設備当初より負荷
１２の将来の増設なども見込んだ設備計画とする必要が
あるが、技術革新の激しい今日では５〜８年先までの将
来を見越すことは困難であり実質的には母線１３の電力
容量の増加が難しく、負荷１２の増設分には別の電力供
給設備が必要となる場合が多い。

【００１２】ロ、母線１３に電力変換装置を増設できて
も、前記(1) 項より、既に稼動中の電力変換装置との制
御信号のやりとりが必要であり、電力変換装置の増設工
事などの時期や期間が制約される。

【００１３】従って本発明の目的は、前述の問題を解消
するためになされたものであって、電力変換装置の出力
を母線に並列接続して電力供給する時、母線側の電力容
量や電圧波形などに制限されることなく、母線と並列運
転することができる電力変換装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の電力変換装置
は、上記の目的を達成するために、出力側母線に並列運
転して、出力側母線の出力電力容量を増加させるように
作用する電力変換装置において、前記出力側母線の電圧
波形或いは電圧波形とその位相を検出する手段を設け、
この手段によって検出される検出信号と所定の関係にな
るように電力変換装置の出力電圧の位相や電圧波形を制
御する手段を設けたことを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】このように構成された本発明の電力変換装置で
は、その出力電圧の位相と大きさの基準信号となる出力
基準信号が母線の電圧に関連して電圧基準検出器及び出
力基準制御器の作用で出力され、この出力基準信号に対
応して同期制御器及び電圧制御器が電力変換装置の出力
電圧の位相と大きさを制御する。

【００１６】従来の電力変換装置では、例えば出力電圧
波形はその波形をきれいな正弦波形とするように、装置
内部に設けた電圧基準によって与えて、電圧制御器は電
圧基準と出力電圧の検出値と比較して制御していた。こ
のため電力変換装置の出力電圧波形（電圧基準の指令波
形）と母線電圧波形が異なる時には、瞬時的な電圧差で
横流が母線に接続された電力変換装置相互間で流れるな
などの問題があった。これに対して、本発明では電力変
換装置の出力電圧波形を母線の電圧波形と関連づけて制
御するから、前述のような瞬時的な横流などの問題も解
決できる電力変換装置として作用できる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１を参照して説明
する。図１において１１Ｃは図４のインバ―タ装置１１
ａや１１ｂに対応するインバ―タ装置、１２０は電圧基
準検出器、１２１は出力基準制御器である。また図４の
インバ―タ装置１１ａと同一機能の回路構成要素は同一
番号を付しており、又、負荷１２及び母線１３は図４と
同様の構成である。

【００１８】この図１において、直流電源入力１１２ａ
の直流電力はインバ―タ１１３ａによって交流電力に変
換され、交流フィルタ回路１１４ａを介して母線１３に
電力供給し、負荷１２に給電される。この時インバ―タ
１１３ａの出力する交流電力の位相と電圧波形は、電圧
基準検出器１２０より母線１３の電圧の大きさと波形を
検出し、この検出信号を出力基準制御器１２１に入力
し、出力基準制御器１２１は基準信号を出力する。出力
基準制御器１２１は、交流フィルタ１１４によってイン
バ―タ１１３ａの出力電圧が位相ずれするから、交流フ
ィルタ回路１１４を流れるインバ―タ１１３ａの出力電
流を電流検出器１１１ａで検出してこの検出信号を出力
基準制御器１２１に入力し、電圧基準検出器１２０の検
出信号を出力基準制御器１２１で補正して出力基準信号
を出力する。この時、交流フィルタ回路１１４を流れる
電流が遅れ電流ならば、電圧基準検出器１２０の検出信
号に対して、前記出力基準信号は進み位相側に補正され
るが、この補正量は交流フィルタ回路１１４の回路定数
と電流検出器１１１ａの検出信号よりベクトル的に求め
て、電圧基準検出器１２０の検出信号を補正した出力基
準信号を出力基準制御器１２１に出力する。

【００１９】又、母線１３の電圧波形の瞬時的な変化
や、交流フィルタ回路１１４の電流変化が激しい時に
は、図示のように交流入力側電圧も出力基準制御器１２
１に入れ電圧基準検出器１２０の検出信号及び前記電流
検出信号の組合わせにより、交流フィルタ回路１１４及
びインバ―タ１１３ａと母線１３の配線ケ―ブルによる
電圧及び位相の変化を時々刻々と演算して補正信号を得
て、出力基準制御器１２１より出力基準信号を出力する
こともできる。

【００２０】出力基準信号は前述のように、電圧基準検
出器１２０の検出信号を出力基準制御器１２１で補正し
て出力するが、電流基準１１１ａの検出信号が減少する
方向に位相を補正する機能を出力基準制御器１２１にも
たせても良い。

【００２１】このように、出力基準制御器１２１は交流
フィルタ回路１１４での位相づれに関係した位相補正や
インバ―タ１１３ａの出力電流値などにより、電圧基準
検出器１２０の検出信号を補正して出力基準信号を作る
が、出力基準信号は母線１３の電圧位相と電圧波形に対
して所定関係となるように補正制御された信号となる。
電圧制御器１１６ａは前述の出力基準信号に対応してイ
ンバ―タ１１３ａの出力電圧の大きさを制御し、同期制
御器１１８ａは同様に出力電圧の位相を制御する。

【００２２】図１に示す本発明の一実施例の作用を理解
し易くするために、図２のインバ―タ１１３ａの出力電
圧波形を引用して説明を加える。図２において、Ｖ1 は
従来の図４におけるインバ―タ１１３ａの出力電圧波
形、Ｖ2 は母線１３の電圧波形を示す。従来の図４では
電圧基準を装置内部に設けて、きれいな出力電圧波形を
得るように制御していたため、母線１３の電圧がＶ2の
如き波形でもインバ―タ装置１１ａはＶ1 の如き波形を
出力して、他の電源装置（例えばインバ―タ装置１１
ｂ）との間で瞬時的な電圧差で横流を流していた。本発
明の一実施例、図１では、前述の出力基準信号が母線１
３の出力電圧波形と所定の関係となるように制御される
ため、母線１３の出力電圧波形Ｖ2 が図２の如く正弦波
波形よりくずれた波形ならばインバ―タ１１３ａの出力
電圧波形もＶ2 に対応した正弦波よりくずれた波形とし
て制御される。このためインバ―タ１１３ａと母線１３
では瞬間的に大きな電圧差が生じることがなく他の電源
装置との間で母線１３を介して横流を流すことがない。

【００２３】このため、他のインバ―タ装置１１ｂなど
と回路方式が違っても出力電圧波形が異る問題を解決す
ことができ、他のインバ―タ装置との相互の制御信号や
りとりを最少とすることができ、母線１３の電力容量増
加のために、同一定格で同一容量のインバ―タ装置を増
設する必要があった制約を解消することができる。

【００２４】本発明では、インバ―タ装置を引用して説
明したが、電力変換装置であればよく、その回路構成や
方式を特に限定するものではなく、発明の効果が種々の
電力変換装置で得られることが明らかである。

【００２５】本発明では母線１３の電力位相と電圧波形
に対して所定の関係となる出力基準信号の検出制御回路
例を図１に示したが、この構成を特に限定するものでは
なく電力変換装置の出力電力の位相と波形を母線１３の
電力位相と波形に関連づけて制御出来る構成であれば良
い。その他本発明の要旨を変更しない範囲において、種
々設計変更して実施出来るものである。

【００２６】

【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば、電
力変換装置の出力電圧の位相と電圧波形を出力側母線の
電圧位相と電圧波形とに関連づけて制御することによっ
て、下記の効果を奏する電力変換装置を提供することが
できる。

【００２７】(1) 電力変換装置を出力側母線の出力電圧
の位相と電圧波形を所定関係となるように制御する方式
であるため、電力変換装置相互間での制御信号のやりと
りが少なくなる。 (2) 出力側母線との関係を制御するため、出力側母線に
並列に接続される電力変換装置の相互の定格や出力電圧
波形を特に制限する必要はない。 (3) 従って、出力側母線の電力容量増加のための制約が
大幅に緩和されて、必要な時に必要なだけ電力変換装置
を増設して並列運転して、容量増加できる。 (4) 前述のように、電力変換装置相互間の制御信号のや
りとりの減少などにより信頼性の高い電力変換装置によ
る給電システムとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力変換装置の一実施例を単線結線で
示したブロック図。

【図２】本発明と従来技術の差異を説明するための出力
電圧波形図。

【図３】電力変換装置の一実施例を単線結線で示したブ
ロック図。

【図４】図３の電力変換装置の制御装置の一例を示した
ブロック図。

【符号の説明】

１０ …入力交流電源 １１ａ〜１１ｃ
…インバ―タ装置 １２ …負荷 １３
…母線 １１０ａ，１１０ｂ…無効電力検出器 １１１
…コンバ―タ １１１ａ，１１１ｂ…電流検出器 １１２
…フィルタコンデンサ １１２ａ．１１２ｂ…直流電源入力 １１３
…インバ―タ １１３ａ，１１３ｂ…インバ―タ １１４
…出力変圧器 １１４ａ，１１４ｂ…交流フィルタ回路 １２０
…電圧基準検出器 １１５ａ，１１５ｂ…ゲ―ト信号発生器 １２１
…出力基準制御器 １１６ａ，１１６ｂ…電圧制御器 １１７ａ，１１７ｂ…発振器 １１８ａ，１１８ｂ…同期制御器 １１９ａ，１１９ｂ…有効電力検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力側母線に並列運転して、出力側
   母線の出力電力容量を増加させるように作用する電力変
   換装置において、前記出力側母線の電圧波形或いは電圧
   波形とその位相を検出する手段を設け、この手段によっ
   て検出される検出信号と所定の関係になるように電力変
   換装置の出力電圧の位相や電圧波形を制御する手段を設
   けたことを特徴とする電力変換装置。