JPH10313574A - 電力変換装置及びその位相同期制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】商用の交流電源の復電後に電力変換装置を速や
かに同期させる。 【解決手段】電力変換装置（コンバータ）３の電流指令
の動作周波数を交流電源周波数に合わせるための制御演
算を行う位相同期制御回路１０において、交流電源１の
停電、復電を検出する回路１３からの切り換え信号によ
り、周波数制御回路１４の比例積分（ＰＩ）系の制御演
算方式を変更する。瞬停または停電などの電源異常時に
は積分動作を停止し、復電時に再開する。異常期間に動
作周波数が大きくずれることがないので、復電時の電力
変換装置と商用の交流電源との同期を短時間に実現す
る。図示のように、電力変換装置３がコンバータの場合
は速やかに入力電流の力率１の状態で動作できる。ま
た、インバータの場合は負荷に安定した電力をすぐに供
給できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電力を直流電
力にあるいは直流電力を交流電力に変換する電力変換装
置に関し、特にその位相同期制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】無停電電源装置では、商用の交流電源を
整流装置で直流電力に変換し、この直流電力をインバー
タに供給すると共に蓄電池を充電し、定常時には直流電
力をインバータで交流電力に変換して負荷に供給する。
また、商用の交流電源が瞬停あるいは停電などの異常時
には、蓄電池の電力をインバータで交流電力に変換し、
負荷に供給する。

【０００３】このような無停電電源装置では、交流電力
を直流電力に変換する整流装置に、高速の自己消弧形半
導体素子を用いたコンバータが採用されている。このコ
ンバータは入力電流が正弦波となるようにパルス幅（Ｐ
ＷＭ）制御を行い、商用の交流電源から取り込む入力電
流の力率を１に、入力電流波形を正弦波に制御するた
め、系統の高調波を低減できる。また、インバータも高
速の自己消弧形半導体素子が用いられ、商用の交流電源
と同期した出力電圧を負荷に供給する。

【０００４】これらの電力変換装置では、商用の交流電
源と同期をとるための位相同期制御回路が用いられる。
位相同期制御回路は、コンバータの場合には電流指令、
インバータの場合には電圧指令を決定する基準波形の位
相と交流電源の基準位相との位相差を位相差検出手段で
検出し、比例積分（ＰＩ）制御系で構成する周波数制御
回路で、検出した位相差を０にするように制御演算を行
う。これにより、基準波形発生回路の動作周波数が決ま
り、交流電源と同期する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の方式では、交流
電源状態の監視手段により電源異常を検出したときは位
相同期制御回路の動作を停止する。このため、復電した
場合は常に初期状態から同期制御を行うことになり、例
えばコンバータの場合は交流電源と同期してから運転を
始めるため、運転開始までの時間が長くなるといった問
題がある。

【０００６】一方、後述するように、商用の交流電源電
圧を直交する２相交流座標系（α−β軸）に変換し、こ
の２相交流座標での変換量を回転する直交座標系（ｄ−
ｑ軸）に変換し、その交流電源電圧と同相のｑ軸成分か
ら電源状態を監視する方法が、本発明者等によって提案
（特願平８−３０８９９１号）されている。この方法を
位相同期制御にも利用すると、ｄ−ｑ軸に変換した変換
量Ｖｑで交流電源状態を監視するために、瞬停あるいは
停電などの交流電源異常時も位相同期制御回路の動作を
継続させる。しかし、この異常期間に、位相同期制御回
路で補正する動作周波数の補正量が大きく変化してしま
い、復電後にこの補正量から制御して再同期するまでに
は長い時間を要してしまうという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を克服し、交流電源異常時にも動作を継続しながら、
交流電源の復電後に速やかに電力変換装置を交流電源と
同期させることが可能な位相同期制御方法と、その位相
同期方法を適用してコンバータは入力電流の力率を１の
状態で速やかに運転でき、インバータは負荷に安定した
電力を速やかに供給できる電力変換装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電力変換装置の位相同期制御方法は、交流
電源と同期しながら、制御指令に基づく所定の波形信号
によって点弧制御を行い、交流電力を直流電力あるいは
直流電力を交流電力に変換する電力変換装置において、
前記制御指令の位相と前記交流電源の電圧位相との位相
差を検出し、該位相差が零となるように前記波形信号の
動作周波数を所定方式で制御演算すると共に、前記交流
電源の電圧を監視し、瞬停・停電などの検出されている
異常期間は、前記制御演算の所定方式を変更して、復電
時の電源周波数と前記動作周波数のずれが小さくなるよ
うにしたことを特徴とする。

【０００９】前記制御演算の所定方式は比例・積分演算
であり、前記異常期間は積分演算の係数を０ないし微小
にし、あるいは積分演算回路をバイパスして、実質的に
積分演算を停止することを特徴とする。

【００１０】また、前記交流電源の電圧をα−β変換及
びｄ−ｑ変換による有効分Ｖｑの振幅と波形によって監
視し、瞬停・停電などの検出されている異常期間は、前
記制御演算の積分演算を停止することを特徴とする。

【００１１】本発明の方法を適用した電力変換装置は、
商用の交流電源と位相を同じにする位相同期制御手段に
より制御指令（電流指令または電圧指令）の基準波形の
動作周波数を決定し、前記基準波形のパルス信号による
スイッチング動作により、交流電力を直流電力にあるい
は直流電力を交流電力に変換する装置において、前記位
相同期制御手段は、交流電源電圧の位相基準点を検出す
る手段と、該交流電源電圧の基準位相と前記基準波形の
位相から位相差を検出する手段と、該位相差が零になる
ように前記基準波形の動作周波数を比例・積分演算する
手段と、該演算した動作周波数に応じて前記基準波形を
出力する手段と、さらに、前記交流電源の異常を監視す
る電源状態監視手段と、該電源状態が瞬停・停電などの
異常期間に前記比例・積分演算する手段の積分演算を停
止する変更手段を設け、前記交流電源の復電時の電源周
波数と前記動作周波数のずれが小さくなるようにしたこ
とを特徴とする。

【００１２】前記電源状態監視手段は、前記交流電源の
相順や通電・停電状態を判定し、前記電力変換装置の電
源接続の確認や正常／異常時の起動／停止のために設け
られているものを利用することを特徴とする。

【００１３】本発明の位相同期制御方式によれば、瞬停
あるいは停電から交流電源が復電した場合、電力変換装
置を速やかに商用の交流電源と同期させることができ、
コンバータの場合は入力電流の力率を１の状態で速やか
に運転でき、インバータの場合は負荷に安定した電力を
速やかに供給できることになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１及び第２の実
施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１５】〔第１の実施形態〕第１の実施形態を図１
〜図５を用いて説明する。各図を通して同等の要素には
同一の符号を付している。図１は、無停電電源装置の主
回路（単線結線図）と、電力変換装置の位相同期制御回
路の構成を示している。同図の電力変換装置はコンバー
タの場合である。インバータの場合は電圧制御指令とな
るが、位相同期制御回路の基本的な構成は同じになる。

【００１６】無停電電源装置の主回路は交流電源１、リ
アクトルとコンデンサで構成するフィルタ２、電力変換
装置（コンバータ）３、負荷４、電圧検出回路５、電流
指令発生回路６、電流制御回路７、パルス幅（ＰＷＭ）
制御回路８、電流検出手段９、及び位相同期制御回路１
０から構成されている。

【００１７】位相同期制御回路１０は、商用の交流電源
１の同期位相基準点を検出する位相点検出回路１１、位
相演算回路１５の位相θdと交流電源１の同期位相基準
点とから位相差を検出する位相差検出回路１２、商用の
交流電源１の瞬停あるいは停電などの電源状態を監視
し、電源状態に応じた切り換え信号を周波数制御回路１
４に出力する停電復電検出回路１３、位相差検出回路１
２で検出した位相差Δθから動作周波数を決定するため
の制御演算を行う周波数制御回路１４、周波数制御回路
１４で演算した角周波数数ωから、動作周波数の位相θ
ｄを演算する位相演算回路１５、電流指令の基準波形を
形成する基準波形発生回路１６により構成する。

【００１８】ここで、位相点検出回路１１は増幅器１１
１、リミッタ１１２、エッジトリガ１１３からなる。ま
た、停電復電検出回路１３は、電圧検出回路５で検出し
た交流電源１の電圧の大きさあるいは波形から状態を監
視するものである。

【００１９】図２に、周波数制御回路の構成を示す。周
波数制御回路１４は、位相差検出回路１２で検出した位
相差Δθを基に補正量Δωの制御演算を行う制御演算回
路１４１、基準角周波数ωrefと補正量Δωの減算を行
う加算器１４３、及び基準角周波数ωrefを出力する基
準周波数発生回路１４２で構成する。制御演算回路１４
１は図示のように、比例係数Ｋｐの比例回路１５０、積
分係数Ｋｉの積分回路１５１及び加算器１５２から成
る。

【００２０】図３に、図２の制御演算回路の基本構成を
示す。制御演算回路１４１は演算増幅器１４４、抵抗１
４５、１４６、コンデンサ１４７及びスイッチで構成す
る切り換え回路１４８から成る。

【００２１】図４と図５に、位相同期制御回路の動作を
説明する各部の信号波形図を示す。位相点検出回路１１
は、電圧検出回路５で検出した電源電圧を増幅器１１１
で増幅したのち、リミッタ１１２により方形波に整形す
る。方形波は電源電圧が正の期間が１、負の期間が−１
となる。方形波はエッジトリガ出力回路１１３に入力さ
れ、方形波が負から正への立上り時にのみＨｉｇｈレベ
ルとなる波形を、位相差検出回路１２に出力する。この
Ｈｉｇｈレベルは０から始まる電源電圧の周期と同期し
ている。

【００２２】位相差検出回路１２は、エッジトリガ出力
回路１１３の出力波形がＨｉｇｈレベルとなる時（電源
電圧が正から負となる０の時）に、位相差演算回路１５
から出力される位相θd の値を位相差△θとして、周波
数制御回路１４に出力する。

【００２３】周波数制御回路１４の制御演算回路１４１
は位相差△θを入力し、停電復電検出回路１３からの切
り換え信号がオフ（電源が正常ないし復電時）のとき
は、位相差△θの比例演算（Ｋｐ）と積分演算（Ｋｉ／
ｓ）を行い、両方の演算結果を加算して基準角周波数の
補正量△ωを求める。加算器１４３は、基準周波数発生
回路１４２からの基準角周波数ωref と補正量△ωを減
算して、角周波数ωを位相演算回路１５に出力する。基
準角周波数ωref は、電源周波数に応じた値で、例えば
５０Ｈz の場合は２π倍し、ωref＝３１４．１６とな
る。

【００２４】位相演算回路１５は位相θｄがπ（rad）
を越えないように出力する。このため、角周波数ωの周
期で−πからπまで変化する鋸歯状波を発生する。この
鋸歯状波の振幅値が位相θｄとなる。この位相θｄが位
相差検出回路１２にフィードバックされ、電源との位相
差△θがリアルタイムに検出され、周波数制御回路１４
の制御演算によって位相差△θが０になるように補正さ
れる。図５の左側の波形に示すように、位相差△θが存
在するとき、比例積分による補正量△ωが演算され、基
準角周波数ωrefに向けて制御される。この動作を通じ
て、位相θｄは電源電圧と位相が等しくなるように制御
される。

【００２５】次に、電源異常時の動作を説明する。図５
に示すように、ある初期状態から図示の時刻ｔ１で同期
した後、商用の交流電源１が時刻ｔ２で停電し、ｔ３で
復電したとする。この期間（時刻ｔ２〜ｔ３）には、位
相点検出回路１１の入力が無くなり、位相差検出回路１
２で検出される位相差Δθは、図示のように停電直前に
検出した値を保持し続ける。このような電源異常時に
は、パルス幅（ＰＷＭ）制御回路８からのゲート信号を
ブロックして電力変換装置３の運転を停止し、交流電源
が復電後にパルス幅（ＰＷＭ）制御回路８のゲート信号
をデブロックして電力変換装置３を運転する。なお、電
力変換装置３の起動／停止は、電源異常を監視する停電
復電検出回路１３からの正常時信号（Ｈｉｇｈ）と異常
時信号（Ｌｏｗ）によって制御する。

【００２６】この電源異常時に、位相同期制御回路１０
の動作も停止すると、交流電源１が復電した場合は常に
初期状態から同期制御を行うことになり、例えばコンバ
ータの場合は交流電源と同期してから運転を始めるた
め、コンバータ運転開始までの時間が長くなる。一方、
電源異常時も位相同期制御回路１０を動作させた場合、
電源異常が短時間（例えば、数ミリ秒）の場合は制御演
算回路１４１で演算されるΔωは大きく変化しない。

【００２７】しかし、長い時間（例えば、数十ミリ秒以
上）、異常状態が続く場合は制御演算回路１４１の積分
回路（Ｋｉ／ｓ）１５１の動作により、補正量Δωは破
線で示すように大きく変化し、通常、積分回路の出力は
演算増幅器１４５の電源電圧で決定されるリミッタ値に
達してしまう。従って、電力変換装置３を動作させる電
流指令の角周波数ωも、破線に示すように交流電源１の
基準角周波数ωrefから大きくずれてしまう。この結
果、時刻ｔ３で交流電源１が復電しても、Δωがリミッ
タ値から外れて、電力変換装置３と商用の交流電源１と
が同期するためには、時刻ｔ３からｔ４１までと長い時
間がかかる。コンバータの場合は、入力電流の力率１の
状態で速やかに動作させることができない。

【００２８】そこで、本実施形態では、停電復電検出回
路１３で交流電源１の状態を監視し、電源異常時には、
切り換え信号をＨｉｇｈレベルにして、制御演算回路１
４１の積分回路（Ｋｉ／ｓ）１５１に入力する。制御演
算回路１４１は、切り換え回路１４８をコンデンサ１４
７の両端に接続しているので、停電復電検出回路１３か
らの切り換え信号に応じて次のように動作する。

【００２９】商用の交流電源１が正常時は切り換え回路
１４８のスイッチはオフにし、制御演算回路１４１の制
御演算は比例積分動作とする。一方、商用の交流電源１
が異常時は、停電復電検出回路１３からの信号がＨｉｇ
ｈレベルとなり、この時は切り換え回路１４８のスイッ
チをオンして、コンデンサ１４７の両端を短絡する。こ
れにより、制御演算回路１４１は積分動作が停止し比例
動作のみとなる。

【００３０】次に、商用の交流電源１の状態に応じて制
御演算回路１４１の制御演算手段を変更した場合の位相
同期制御回路の動作を説明する。時刻ｔ２で電源異常状
態になると、停電復電検出回路１３からの信号がＨｉｇ
ｈレベルとなり、切り換え回路１４８に入力され積分動
作が停止する。このとき、位相差検出回路１２で検出さ
れる位相差Δθは時刻ｔ２の直前の値であるが、積分動
作が停止するために制御演算回路１４１で演算される補
正量Δωは、異常期間の実線で示すように位相差Δθと
比例回路の制御ゲインＫｐで決まる値でしか変化しな
い。従って、電流指令の角周波数ωは、交流電源１の基
準各周波数ωrefから大きくずれることがない。この結
果、時刻ｔ３で商用の交流電源１が復電すると、時刻ｔ
３からｔ４０の短時間で電力変換装置３と商用の交流電
源１を同期させることができる。また、コンバータの場
合は、速やかに入力電流の力率１の状態で動作させるこ
とが可能となる。

【００３１】以上、第１の実施形態によれば、商用の交
流電源が瞬停あるいは停電などの異常時から復電した場
合、短時間で電力変換装置と商用の交流電源周波数とを
同期させることができる。したがって、コンバータに適
用した場合は速やかに入力電流の力率１の状態で動作で
きる。さらに、インバータに適用した場合は負荷に安定
した電力を速やか供給することが可能となる。

【００３２】なお、制御演算回路を一次進み遅れ回路な
ど積分要素を含む構成とした場合でも、この積分要素の
動作を交流電源異常時に停止させることで同様の効果が
得られる。また、停電復電検出回路１３からの切り換え
信号を、交流電源正常時にＨｉｇｈ、異常時にＬｏｗレ
ベルとし、切り換え信号がＬｏｗレベルの時、切り換え
回路１４８を前述と同様に動作をさせることによって、
同様な効果が得られることは明らかである。

【００３３】ここで、第１の実施形態における周波数制
御回路１４について、ディジタル制御での構成を図６〜
図８に示す。

【００３４】図６はディジタル制御での基本構成を示
し、図２の各部と同一機能となる要素には同一符号を付
してあり、位相差Δθを基に補正量Δωの制御演算を行
う制御演算回路１４１と、基準周波数発生回路１４２か
らのωrefとΔωの減算を行う加算器１４３からなる。
制御演算回路１４１は比例係数Ｋｐの比例回路１５０、
積分係数Ｋｉの積分回路１５１、切り換え回路１４８、
加算器１５２、１５３及び（ｚ~¹）１５４で構成する。
この符号１５４（ｚ~¹）は、１サンプル遅れを示すもの
で、積分回路１５１の出力と１サンプル遅れた前回値を
加算器１５３で加算することによって積分する。

【００３５】停電復電検出回路１３から与えられる切り
換え信号によって、交流電源１が正常時は切り換え回路
１４８のスイッチをオンして積分動作が行なわれ、一
方、異常時はスイッチをオフして積分動作を停止させ
る。したがって、積分動作を停止した場合、制御演算回
路１４１で演算されるΔωの変化は、位相差Δθと比例
回路の制御ゲインＫｐの乗算値となるので、電流指令の
角周波数ωは、交流電源１の基準各周波数ωrefから大
きくずれることがなく、図２の場合と同様の作用、効果
が得られる。

【００３６】図７に、図６の制御演算回路の変形例を示
す。この周波数制御回路１４は、停電復電検出回路１３
から切り換え信号を与える切り換え回路１４８，１５５
を設けて、交流電源１の異常時に積分動作を停止させ
る。なお、図中に太い実線で示す経路に、同様の切り換
え回路を設けることによっても、積分回路の動作を停止
させることができる。

【００３７】図８に、図６の制御演算回路の他の変形例
を示す。この周波数制御回路１４は、商用の交流電源１
の状態を監視する停電復電検出回路１３の切り換え信号
に応じて、積分回路１５１の制御ゲインＫｉを可変する
ようにしている。すなわち、交流電源１が正常時は制御
ゲインＫｉを所定値に設定して積分動作を行い、異常時
は制御ゲインＫｉを零にすることで積分動作を停止させ
る。このように積分回路１５１の制御ゲインＫｉを可変
することで積分動作を停止できるために、図６の構成と
同様の作用効果が得られることになる。なお、電源異常
時に制御ゲインＫｉを非常に小さな値に設定し、実質零
にすることによっても同様な効果が得られる。

【００３８】〔第２の実施形態〕次に、本発明の第２の
実施形態を、図９〜図１１を用いて説明する。なお、実
施形態１の各図におけると同等の要素には、同一の符号
を付している。

【００３９】図９は、図１と同様の無停電電源装置の主
回路（単線結線図）と、電力変換装置の位相同期制御回
路の構成を示す。図１との違いは、商用の交流電源１の
状態を監視し、電源状態に応じた切り換え信号を周波数
制御回路１４に出力する停電復電検出回路にある。本実
施例の停電復電検出回路１３０は、Ｖｑ演算回路１３１
と電源状態判定回路１３２からなり、変換量Ｖｑの大き
さや波形から電源状態を判定する。

【００４０】停電復電検出回路１３０の動作を説明す
る。まず、Ｖｑ演算回路１３１で商用の交流電源を直交
する２相交流座標のα−β軸に変換し、さらに回転する
直交座標系のｄ−ｑ軸に変換して得られるｑ軸の変換量
Ｖｑを演算する。次に、電源状態判定回路１３２で、Ｖ
ｑの大きさあるいは波形から交流電源の状態、すなわち
瞬停または停電、欠相、相順などを、後述のようにして
判定する。

【００４１】図１０に、三相交流電源のα−β変換とｄ
−ｑ変換のベクトル図を示す。まず、Ｕ、Ｖ、Ｗ三相の
交流電源の検出電圧を、直交する２相交流座標のα−β
軸に変換する。検出電圧を線間電圧Ｖuv，Ｖwvとし、数
１によりα−β軸の２相交流座標に変換する。

【００４２】

【数１】 Ｖα＝Ｖwv Ｖβ＝（２Ｖuv−Ｖwv）／√３ このＶα，Ｖβを数２により、回転する直交座標系のｄ
−ｑ軸に変換する。

【００４３】

【数２】 Ｖｄ＝Ｖαcosθd ＋ Ｖβsinθd Ｖｑ＝Ｖβcosθd ＋ Ｖαsinθd ここで、Ｖｄは無効分、Ｖｑは有効分である。したがっ
て、位相差演算回路１５で算出した位相θｄをＶｑ演算
回路１３１へ入力し、Ｖｑを算出する。

【００４４】したがって、無効分Ｖｄを０に制御する
と、位相θｄと電源電圧の位相差を無くすことができ
る。すなわち、有効分の変換量Ｖｑを交流電源電圧と同
相にして、同期させることができる。これは、後述する
位相差検出回路において、Ｖdref＝０にして制御して同
期を取る。

【００４５】有効分の変換量Ｖｑから交流電源電圧の異
常を判定することができる。この判定方法については、
前述のように特願平８−３０８９９１号で提案してい
る。以下にその概略を説明する。

【００４６】例えば、三相２００Ｖ交流電源の相順がＵ
⇒Ｖ⇒Ｗの順となる場合、変換量Ｖｑは約２８３ｖの一
定値をとる。一方、相順がＵ⇒Ｗ⇒Ｖの順となる場合
は、変換量Ｖｑは±２８３ｖで振動する波形となり、そ
の振動周波数は電源周波数の２倍になる。また、Ｕ相地
絡時は−２０ｖと＋３００ｖの間で振動する波形、Ｖ相
地絡時は１００ｖと約２８３ｖの間で振動する波形、Ｗ
相地絡時はＵ相地絡時と同様な波形となる。さらに、電
源が三相とも停電した場合はＶｑ＝０となる。このよう
に、ｄ−ｑ軸に変換して得られるＶｑの大きさや波形を
観測することで、三相交流電源の状態を判定することが
できる。

【００４７】このＶｑによる電源異常の監視方法を電力
変換装置に適用して、三相交流電源の相順や通電・停電
状態を判定させることで、電力変換装置の電源接続の確
認や正常／異常時の起動／停止が容易に行える。また、
無停電電源装置や正弦波入力コンバータ等の電力変換装
置を、接続電源から検出した相順に応じて制御し、誤動
作無く運転させることができる。

【００４８】図１１に、第２の実施形態における周波数
制御回路の構成を示す。制御演算回路１４１は、図６と
同様にディジタル演算の構成で、積分演算の前回値を保
持する（Ｚ~¹）１５４をオン／オフする切り換え回路１
４８に、電源状態判定回路１３２から切り換え信号が与
えられる。

【００４９】電源状態判定回路１３２が変換量Ｖｑに基
づいて交流電源１の状態を監視するためには、位相同期
制御回路１０を常に動作させて位相θｄを入力する必要
がある。一方、交流電源１の停電時に位相差検出回路１
２で検出される位相差Δθは、停電直前に検出した値を
保持し続ける。そこで、電源状態判定回路１３２からの
切り換え信号に応じて、積分回路の経路に設けた切り換
え回路１４８を交流電源１が異常時はオフするようにス
イッチを操作し、積分動作を停止させる。

【００５０】本実施形態によれば、電力変換装置の運転
に好適で、ｄ−ｑ軸変換による変換量Ｖｑの振幅や波形
を観測する三相交流電源監視手段を用いて、電源の瞬停
または停電及びその復電を検出し、その検出信号によっ
て電源異常時に周波数制御回路の積分動作を停止させ、
復電時に積分動作を再開させるので、電流指令の角周波
数ωが交流電源の基準各周波数から大きくずれることは
なく、第１の実施形態の場合と同様の作用、効果が得ら
れる。

【００５１】図１２、図１３に、第２の実施形態の変形
例を示す。図１２の構成では、商用の交流電源１の状態
を監視する電源状態判定回路１３２の切り換え信号を、
切り換え回路１４８，１５５の両方に入力することで積
分動作を停止する。なお、制御演算回路１４１の太い実
線で示す経路に切り換え回路を設けることによっても、
積分回路の動作を停止させることが可能である。

【００５２】図１３の構成では、商用の交流電源１の状
態を監視する電源状態判定回路２１の切り換え信号に応
じて、交流電源１の正常時は制御ゲインＫｉを所定値に
設定して積分動作を行い、交流電源１の異常時は制御ゲ
インＫｉを実質０にすることで、積分動作を停止させ
る。

【００５３】図１４は、第２の実施形態のさらに他の変
形例を示している。位相同期制御回路１０は、図１１と
同様な停電復電検出回路１３０を有し、そのα−β変換
回路１９に交流電源１の電圧を取り込みα−β変換す
る。変換後のＶα、Ｖβをｄ−ｑ変換回路２０に入力し
てＶｄ、Ｖｑに変換する。電源状態判定回路１３２は変
換量Ｖｑを取り込み、Ｖｑの大きさや波形から電源状態
を判定し、停電、復電に応じた切り換え信号を制御演算
回路１４１の切り換え回路１４８に出力する。一方、一
次遅れ回路１８１と加算器１８２からなる位相差検出回
路１８は、変換量Ｖｄと基準値Ｖｄrefを減算して位相
差△θを求め、制御演算回路１４１に出力する。この構
成によっても、図１１と同等の作用、効果が得られる。

【００５４】図１５、図１６に、図１４の位相同期制御
回路の代案を示す。図１５の構成では、商用の交流電源
１の状態を監視する電源状態判定回路１３２の切り換え
信号を、切り換え回路１４８，１５５の両方に入力する
ことで積分動作を停止する。図１６の構成では、電源状
態判定回路２１の切り換え信号に応じて、交流電源１の
正常時は制御ゲインＫｉを所定値に設定して積分動作を
行い、交流電源１の異常時は制御ゲインＫｉを実質０に
することで、積分動作を停止させる。

【００５５】

【発明の効果】本発明は、電力変換装置の制御指令（電
流指令あるいは電圧指令）の動作周波数を交流電源周波
数に合わせる制御演算を、交流電源の状態に応じて変更
する手段を設け、商用の交流電源が瞬停あるいは停電な
どの異常期間は前記制御演算の積分動作を停止し、復電
した商用交流電源に短時間で電力変換装置を同期させれ
るようにしたので、コンバータの場合には速やかに入力
電流の力率１の状態で動作でき、また、インバータの場
合には負荷に安定した電力を速やかに供給できる効果が
ある。

【００５６】本発明は、交流電源の状態をｄ−ｑ軸変換
による変換量Ｖｑの振幅や波形を観測する電力変換装置
の運転に好適な電源監視手段を、位相同期制御回路の電
源監視にも利用しているので、回路構成を簡単にできる
効果がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態で、無停電電源装置の
主回路とその電力変換装置の位相同期制御回路を示す構
成図。

【図２】第１の実施形態の周波数制御回路の詳細構成を
示すブロック図。

【図３】周波数制御回路における制御演算回路の構成
図。

【図４】第１の実施形態の位相同期制御回路の動作を示
す説明図。

【図５】電源の正常時と異常時における位相同期制御回
路の動作を示す説明図。

【図６】第１の実施形態の制御演算回路のディジタル化
を示す構成図。

【図７】図６の変形例を示す構成図。

【図８】図６の他の変形例を示す構成図。

【図９】本発明の第２の実施形態で、無停電電源装置の
主回路とその電力変換装置の位相同期制御回路を示す構
成図。

【図１０】三相交流電源のα−β変換と、ｄ−ｑ変換を
示すベクトル図。

【図１１】第２の実施形態における周波数制御回路の詳
細構成を示すブロック図。

【図１２】図１１の制御演算回路の変形例を示す構成
図。

【図１３】図１１の制御演算回路の他の変形例を示す構
成図。

【図１４】図１１の位相同期制御回路の変形例を示す構
成図。

【図１５】図１４の制御演算回路の代案を示す構成図。

【図１６】図１４の制御演算回路の他の代案を示す構成
図。

【符号の説明】

１…交流電源、２…フィルタ、３…電力変換装置（コン
バータ）、４…負荷、５…電圧検出回路、６…電流指令
発生回路、７…電流制御回路、８…ＰＷＭ制御回路、９
…電流検出手段、１０…位相同期制御回路、１１…位相
点検出回路、１２…位相差検出回路、１３，１３０…停
電復電検出回路、１４…周波数制御回路、１５…位相演
算回路、１６…基準波形発生回路、１８…位相差検出回
路、１９…α−β変換回路、２０…ｄ−ｑ変換回路、１
３１…Ｖｑ演算回路、１３２…電源状態判定回路、１４
１…制御演算回路、１４２…基準周波数発生回路、１４
３，１５２…加算器、１４８，１５５…切り換え回路、
１５０…比例回路、１５１…積分回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅津 秀恭 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 国貞 秀明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 嶋田 恵三 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源と同期しながら、制御指令に基
   づく所定の波形信号によって点弧制御を行い、交流電力
   を直流電力あるいは直流電力を交流電力に変換する電力
   変換装置の位相同期方法において、 前記制御指令の位相と前記交流電源の電圧位相との位相
   差を検出し、該位相差が零となるように前記波形信号の
   動作周波数を所定方式で制御演算すると共に、前記交流
   電源の電圧を監視し、瞬停・停電などの検出されている
   異常期間は、前記制御演算の所定方式を変更して、復電
   時の電源周波数と前記動作周波数のずれが小さくなるよ
   うにしたことを特徴とする電力変換装置の位相同期制御
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記制御演算の所定方式は比例・積分演算であり、前記
   異常期間は積分演算を実質的に停止することを特徴とす
   る電力変換装置の位相同期制御方法。
3. 【請求項３】 交流電源と同期しながら、制御指令に基
   づくＰＷＭ信号によって点弧制御を行い、交流電力を直
   流電力あるいは直流電力を交流電力に変換する電力変換
   装置の位相同期方法において、 前記制御指令の位相と前記交流電源の電圧位相との位相
   差を検出し、該位相差が零となるように前記ＰＷＭ信号
   の動作周波数を比例・積分演算すると共に、前記交流電
   源の電圧をα−β変換及びｄ−ｑ変換による有効分Ｖｑ
   の振幅と波形によって監視し、瞬停・停電などの検出さ
   れている異常期間は、前記制御演算の積分演算を停止す
   ることを特徴とする電力変換装置の位相同期制御方法。
4. 【請求項４】 商用の交流電源と位相を同じにする位相
   同期制御手段により制御指令（電流指令または電圧指
   令）の基準波形の動作周波数を決定し、前記基準波形の
   パルス信号によるスイッチング動作により、交流電力を
   直流電力にあるいは直流電力を交流電力に変換する電力
   変換装置において、 前記位相同期制御手段は、交流電源電圧の位相基準点を
   検出する手段と、該交流電源電圧の基準位相と前記基準
   波形の位相から位相差を検出する手段と、該位相差が零
   になるように前記基準波形の動作周波数を比例・積分演
   算する手段と、該演算した動作周波数に応じて前記基準
   波形を出力する手段と、さらに、前記交流電源の異常を
   監視する電源状態監視手段と、該電源状態が瞬停・停電
   などの異常期間に前記比例・積分演算する手段の積分演
   算を停止する変更手段を設け、前記交流電源の復電時の
   電源周波数と前記動作周波数のずれが小さくなるように
   したことを特徴とする電力変換装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記電源状態監視手段は、前記交流電源の相順や通電・
   停電状態を判定し、前記電力変換装置の電源接続の確認
   や正常／異常時の起動／停止のために設けられているこ
   とを特徴とする電力変換装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５において、 前記電源状態監視手段は、商用の交流電源の電圧を直交
   する２相交流座標（α−β）に変換し、該２相交流座標
   に変換した変換量を回転する直交座標（ｄ−ｑ）に変換
   し、その交流電源電圧と同相の成分Ｖｑと、それに直交
   する成分Ｖｄを求める変換手段と、該同相の成分Ｖｑの
   大きさあるいは波形から電源の相順や通電・停電などの
   状態を判断する電源状態判定手段を有していることを特
   徴とする電力変換装置。