JPS5959081A - 自励式電力変換装置の起動方式 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は燃別電池的・笥、　？シｌｔ起叩１時の特性と
して曲流電圧が徐々に立ち上がるような直Ｍ１電力を宙
力変換装胎″を介して他の交流−Δ！ｒと連系運転され
る交流連系システムに係り、特に起動肋間の短縮化を図
り所定の電力制御への応答を改善するに適した自励式部
、力変換装置の起動方式に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

従来、異なる系統の父流昂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掌汁差を、有効電力の偏差
で各交流電源間の位相差をそ」１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曲流−交流一
電力久抑装置と電力系統を連系′１−る場合は″電力系
統は制御できないので、変揄装置に自励式電力変換装Ｕ
）１（以下？ｔｊ力変換装置と略す）を用いて有効昂、
力、無効電力を制御する方法が採用される。このような
電力り挽装置の起動方法としては従来、電力変換数ｐと
又流′ｉＦ：１．源の間に設けられた開閉器あるいはし
ゃ断器（以下開閉器に代表する）を開としておき、電力
変換装置を起動し、出力電圧制御が所定の動作に達した
後、電力変換装置′と交流電源の電圧位相が同期してい
る条件で開閉器を閉とし、電力変換装置と交流電源、を
連系運転した後、所定の電力制御をするよう構成される
。第１図にその従来例を示す。

図中、１は直流電源で例えば矩′１ζ料７１Ｎ池のよう
にその起動時に直流電圧が第３図のように徐々に立ち上
がる特性を示す電源であり、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
定の小、圧に変換され、開閉器４を介して市′力系統５
へ接続される。

制御回路１００にあっては電圧基準２１と昂、力変換装
置２に接続される変圧器３の２次検出ｔｊ−ｊ　［１１
２とを比較し、その偏差２５ａは切替スイッチ２５を介
して誤差増幅器２４へ印加さ旧る。ｐｐ効ルカ基準２２
と無効電力検出回路２３の出力を比較し、その偏差２５
ｂは切替スイッチ２５を介して誤差増幅器２４に印加さ
れ、誤差増幅器２４の出力は′ル圧制御回路２６の入力
となっている。同様に、有効７ｉｉ力基準３１と有効電
力検出回路３２の出力を比、　１ｌｉｐし、その偏差３
３ａは誤差増幅器３３の入カヘカえられ、誤差増幅器３
３の出力はフェーズロックループ（ｐｈａｓｅ　１ｏｃ
ｋｅｄｌｏｏｐ　）いわゆるＰＬＬ回路３４の１つの入
力ゝイ“となっている。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つの入力ゝハ“となる。ＰＬＬ回路３４の他の１つ
の入力啄口“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２図はＰＬＬ１路３４のブロ
ック図の１例であり、ＰＬＬ回路３４の構成は位相誤差
検出器ＰＨＤ　１低域Ｐ波器ＬＰＦそして電圧制御発振
器■ＣＯから構成される。これ等各！！累の概要を説明
すると、位相誤差検出器ＰＨＤは位相基準信号取口“と
位相帰還イ言号１ハ“との位相差に比例した信号ゝ二″
を発生する。この位相差に比例した信号Ｎ二“が低鯵ｆ
１波器ＬＰＦの入力となり、この低域カーｉ波器ＬＰＦ
で高調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ＶＣＵは低ｊυ１；’ｆＪ　ｊＪ
４器ＬＰＦの出力ゝホ″に比例した周波数を出力し、と
のη（圧制側１発振器■ＣＯの出力ゞへ“に１．　、分
周器３５へ接続される。分周器３５の段数をＮとすれは
、電圧制御発振器■ＣＯの発振周波数は位相基型信号−
口″のＮ倍となる。ここでＮは電力変換数％２のインバ
ータ回路の相数により、任肩の整数にｆｌけれる。分周
器３５の出力は位相誤差検出器Ｉ’１−ＩＤの位相帰還
信号ゝハ“吉なっているので、電Ｆ１”、　＜ｔｉ制御
発振発振ＣＯの発振局波数は位相九へイーイ言号１０″
と位相帰還信号１ハ“との位相が一致するように自卯１
制御される。ここでＰＬＬ回路３４の１つの入力１イ“
の働きは、低域１Ｐ波器ＬＰＦへ信号を与えるこみによ
り位相基準信号ゝ口“と位相帰還信号１ハ“との位相差
を任意に設定可能となる。

再び第１図に戻り、その動作の説明をイ１うと、ＰＬＬ
回路３４の荀相基■信号１０“とじては′小、力系猫゛
５の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の位相と同期ｔ１．１１ｒつて′−
１Ａ力変換装置２の位相も電力系統５の位相と１ＪｔＪ
Ｉ　している。開閉器４が開の状広″ではスイング−２
５（Ｊ偏差２５ａを選択しており、変圧器３の２次検出
電斤１２か礼汗基琥２１に嬬・シくなるよう自動制御さ
れる。また誤差増幅器３３の入出力はスイッチ３６で短
絡さ、１１ており、有効電力の偏差３３ａによる？ｌｉ
ｊ力変換装置２の位相をｉｌｉ制御する有効’Ｉｈ力？
：ｉ’、制御回路は形成されていない。次に開閉器４を
閉の状俳・にすると、切換スイッチ２５は偏差２５ｂを
選択し″ｒ五力変換装置２の無効電力が無効電力基準２
２に等しくなるよう、電力変換装置２の出力部１月・が
自卯１制御さＡする。

又、開閉器４を閉の状態にすると同時にスイッチ３６が
開き、誤差増幅器３３の入出力の短絡が解除され、電力
変換装置パ２の有効電力が有効重力基準３１と等しくな
るよう電力変換数Ｎｈ２の重圧位相が自動制御される。

ここで燃料重油のような直流電源１は起電した電力を有
効に活用する目的がらシステムの停止時には燃料の供給
を抑えて直流７ｈ汗を統っておくのが一般文である。

〔背景技術の問題点〕

しかるに、システムの起動にあたってはｐ閉器４を開と
しておき、燃料の供給を高め、直流電源を徐々に立ち上
げ、直流電源１の１自流ｔ［）、圧が出力電Ｂ−ｆｌｉ
ｉ制御可能な所定範囲に達する吉電力変換装ｈ２は起動
指令が与えられ、電圧基準２１あるいは誤差増幅器２４
に詐けられた図示されない制御系のソフトスタート指令
により掌１力変換装で４２の出力・？シ汁が徐々に立ち
上がるようなソフトスタート方式がとられる。このソフ
トスター１−１ｆｆ”［’（二倍３の電圧印から時の突
入↑１・がｆを抑え２・と同時に電力変換装置２のフィ
ードバックルー　ズの確立に必要な機能である。この起
動時のタイムチャートを第４図に示す。図中Ｔ、が直ｌ
Ｉ柘源１の起ｌ助］１１１における電圧立ち上げ時間で
あり、Ｔ、が出力量目・のソフトスタート時間である。

出力部１１が植立すると、電力変換装置２と年゛力系統
５のそわぞれの昂庄位相易；同期したことを図示さ」１
．ない同視１樟出器により確認した後、開閉３３４に投
入指令を力え、連系、運転がされる。この後、ｊ中糸時
の電力の急変を抑えるための小力制御系のソフトスター
トの時間Ｔ。

の後、所定の市力制、御が行われる。図中、Ｔ、は同期
の確認時間、Ｔ４は開閉器４に投入指令が与えられた後
、投入が完了するまでの操作時間である。

一般には、図中、ｈ済電源１の７ｉ、　ＩＴＦ立ち上げ
時間は１程度度、出力型、汁のソフトスタート時間Ｔ２
は０３秒程度、同期確認時間Ｔ３け０１秒程度、開閉器
操作時間Ｔ４は０２秒程度、年、力制御系のソフトスタ
ー１時間Ｔｌｌは０５秒程度である。

従って従来の起動方式ではシステムの起動指令が与えら
れても、所定の電力制御を行うまでに要する時間（Ｔｌ
　＋　Ｔ２　＋　Ｔ＄　＋　Ｔ４　＋Ｔ！　）は２１秒
程度を要してし貰う欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的はこの点にかんがみ仙のｋ　ｂｆ電瀝と連
系運転される交流連系システムにおいて電力変換装置２
の起動時間と、交流′Ｒ１，飢との連系するまでに要す
る時間の短縮を行い、所定の電力制御の応答時間を致着
することができる自励式電力変換装置の起動方式を提供
するととにを）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η−ｊ、力
変換装置の起動前に開閉器を投入［７、直流電源および
自励式↑０力変換装置と他の交流電源をあらかじめ接続
、し自励式電力変換装置のゲートをブロックしておき、
交流電源の交流市、圧が所定の電１１・範囲内（こある
とき、前言己ｉ白流電ＩＩｉ？の１Ｎｊｊ　？Ａｆ　１
小、１１がＰ打定値に達したことにより自励式７８゛１
カフｐ、−換装置ｉ’□１′を所定の制御角でゲートデ
ブロックし、白励式？ｉ：ｉ力変換装四を起動させると
さを特デ１“′＋さするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第５図に示ず一実施例によって説明する
。第５図で第１図さ同符号のものは同一機能のものであ
る。？８５図で第１し１と沢なる点は第１図の電圧基準
２１とτカ変徐Ｐ憶２の変１＋器３の２次検出電圧１２
とを比較し、その仏１差２５ａと無効電力基準２２と勤
効電力検出回路２３０出カを比較し、その、偏差２５ｂ
が切替スイッチ２５を介して誤差増幅器２４に印加さね
、膠差垢゛幅郡２４の出力が箪汁制御回路２６の一つの
入力となっているのに対し、第５図では直’／Ｍ市、汁
検出回路４１のＷ、力（Ｑ号４１ａを入力さするレベル
検出回路４２と外力系統検出電圧１３を入力さするレベ
ル検出回路４３の出力信号４２ａ　、　　４３ａが起動
時のための！Ｉｊ制御角股゛定回路４４の入力吉カリ、
その出力信号４４ａと、又、）１１（動電力基準２２と
炉効昂力検出回路２３の１（ｊ力を比較し、その偏差２
５ｂは飢差増幅悸２４に印加され、誤差増幅器２４の出
力侶弓２４ａが切替スイッチ４５を介してアナログ記憶
回路４６にんメ。られ、アナログ記憶回路４６の出力信
号４６ａがＴＪ、　Ｒ’　ｉｂ’制御１（ｊ１路２６）
１つの入力とかつている点である。

すなわち、第５図においてシステムのハ３動時は小、力
系統検出電圧１３を入力さするレベル検ＩＪｉ器４３に
より電力系統電圧が所定範囲内であれば、出力信号４３
ａが制御角設定回路４４にカメら第１るとともに、直流
＝ｉｉの直流電圧が徐々に立ち上がり、直流電圧検出回
路４１で検出された出力信号４１ａが所定値に達１〜る
とレベル検出器４２により出力（Ｍ号４２ａが制御角設
定回路４４に力えられるとあらかじめ所定の制御角とな
るようレベル設足された出力信号４４ａを可制御角設定
回路４４が出力する。この出力信号４４ａは切替ス土−
ツチ４５、アナログ記憶回路４６を介して都圧制御回銘
２６に入力させることにより起動時は固定した制御角で
電力変換装置２のパルス巾を決定できるため、従来のよ
うな電圧フィードバックを必要としない。又変圧器３は
電力変換装置２の起動前にあらかじめ、開閉器４を投入
し電力系統５の電圧で励磁をかけておくことにより突入
下１流を防止できる。ここで電力変換装置２を構成する
印加１式インパークのパルス「１］と出力電圧との関係
は周知のことであるが、簡単に説明する。インバータの
出力電圧を所定の値に制御するための手段の一つとして
、インバータの出力パルス巾を制御する方法がある。イ
ンバータのパルス巾制御を単相インバータでかつ、サイ
リスタ等の電子スイッチを接点におきかえｆｆ４’＋略
化した第６図で説明する。図中７０　にＩ第５図の直流
電源１であり、８１〜８４はサイリスタ等の電、子スイ
ッチ（以下スイッチと称す）、８５は第５図で変圧器３
以後の回路でインパークの９荷と々るものであり、　９
１．９２はそれぞれ端子である。スイッチ８１とスイッ
チ８２又はスイッチ８３とスイッチ８４はそれぞれ１８
０°のル１間交互に開閉を行うものでスイッチ８１とス
イッチ８３が閉とするとスイッチ８２とスイッチ８４は
開の状態と外る。この状態では端子９１と端子９２は共
に直流電源７０と等しい電位と力るため端子９１と端子
９２の間の電位は零で負荷８５には？ｂ；圧が印加され
ないことになる。又、スイッチ８１とスイッチ８４が閉
でスイッチ８２とスイッチ８３が開とすると端子９１と
端子９２の間の電圧は端子９２に対して端子９１が正で
直流電源７０に等しい電圧が印加されることになる。ス
イッチ８１に対してスイッチ８３を１８０２遅らせて開
閉するとすれば、第７図（ａ）に示されるような電、圧
波形が負荷８５に印加されることになる。又、スイツス
８１に対してスイッチ８３を開閉させるタイミング、す
なわち佑制御角γを変化させると負荷８５に印加される
電圧波形が第７図（ａ）〜（ｅ）に示されるよう変化す
る。このよう番こスイッチ８１〜８４の開閉のタイミン
グによりインバータの出力電圧を制御することをパルス
ｒｌ＋制御という。すなわち、直流電源７０の電圧が変
化してもスイッチ８１に対してスイッチ８３を開閉させ
る制御角γを自動制御することにより、負荷重圧を所定
の値に保つことができる。この直流電源７０の電圧をＥ
ｄとし制御角γによる端子９１．９２間の端子間電圧ｅ
の関係を示すと なる関数で表わされる。このうち基本波のみをとり出し
たとすると の実効値は すなわち直流電圧Ｅｄ、の時、重圧変換装置２が制御角
γ１で起動したとするき、この時の電力変換装置２の出
力電圧 で与えられる。この電力変換装置２の出力電１圧が変圧
器３の有するインピーダンスＺで？’（１，力系統５の
電、圧ｅａｃと連系されるため鎌、力変換装ＦＪ２とａ
ｊ力すなわち、無効電力のやりとりが牛する。この無効
電力が電力変換装置２の定格内に抑えられれば良いので
システムの起動時における直流と交流の′重圧検出レベ
ルから電力変換装置ｉｊ＋′２の定格出力小流を１１０
０％とした時 なる条件をπ１゛６たすように制御角γ、を設定し、て
やれば良い。

再び第５図に戻り、その動作の説明をイ）うと、電力変
換装置２の起侃１前にあらかじめシ１１閉２：：４を投
入し変Ｈ−器３を励研した”状態としておき、７１１力
変換装置２のゲートをブロックしておく。システム７１
Ｌ！動指令が与えられると直流、電汗が立ち−にかりレ
ベル検出器４２．　４３の出力信号４２ａ　、　　４３
ａが制御角設定回路４４に与えられると、あらかじめ所
定値に設定された出力信号４４ａによる制御角ｒで電力
変ｉ装［１？１２を起動ずれば変圧器３のう゛′人律、
流も々く電力変挨装い２の出力市川を１町時に立ち上け
るこさができる。この起動時のタイムチャートを第８図
に示す。すなわちシスデム起動指令が力見られて所定の
重力制御を行うまでに砂する時間は直流昂、　１ｆ３１
１の電圧立ち上げ時間Ｔ１と電力制御系のソフトスター
ト時間Ｔ、のみでこの時間は１．５秒程度である。電力
変換装置２が起動完了すると同時に切替スイッチ４５を
切り替え、第１図の従来例同様、無効電力基準２２と無
効電力検出回路２３の偏差２５ｂを誤差増幅器２４の入
力とし、その出力信号２４ａをアナログ記憶回路４６を
介して市、■・制御回路２６の入力とすることにより無
効重力制御を行うことができる。図中アー、Ｊログｆｆ
１ｅ憶回路４６は周外Ｉのサンプルホールド回路等によ
るアナログ邦の配憶回路で切替スイッチ４５の切り替え
時のみ動作させることにより定常状態での応答には影！
１シシないようにすることができる。すなわち切替スイ
ッチ４５が制御角設定回路４４の出力信号４４ａを選択
している状態では誤差増幅器２４はスイッチ２７により
短絡されていて出力信号２４ａは零であるが、切替スイ
ッチ４５が誤差増幅器２４の出力信号２４ａを選択する
とアナログ記憶回路４６が動作し、切り替え直前の制御
角設定回路４４の出力信号４４ａのアナログ量を記憶す
る。又、切り替えと同時に誤差増幅器２４がスイッチ２
７による短絡が解除され、その出力信号２４ａが所定の
値に達するまで、あるいは切り替え後の所定の時間の間
のみこの制御角設定回路４４を動作させれば良い。

前述の実施例では電力系統５の交流電圧をレベル検出器
４３により所定範囲内での検出きして直情型＃１の直流
電圧の検出レベルもレベル検出器４２の所定値により制
御角設定回路４４を動作させるようにしているが、一般
に電力系統５の交流箪ＦＥは±５〜１０％の変動があり
、この変動ｆｌｉｉｉ、囲を全て許容するためには連系
時における過大々無効電力のやりとりを防止するため変
圧器３のインピーダンスＺを大きくする必要があり、又
、直流電圧のレベル検出器４２の検出精度も必要と六る
。従って電力系統５の交流電、圧変動が大きい場合には
、第９図に示すように交流１庄のレベル検出器４３の検
出レベルに対し、直流電圧のレベル検出器４２の検出レ
ベルを電力系統検出電圧１３で前述の（５）式を満足す
るように補正を加えれば変圧器３のインピーダンスＺを
大きくすることなく、連系時の無効電力のやりとりを抑
制できる。すなわち、電力系統検出電圧１３が犬となっ
たら、レベル検出器４２の検出レベルを高くシ、電力系
統検出電圧１３が小となったら、レベル検出器４２の検
出レベルを但くすれば無効電力の迎火なやりきりを防止
することができ、本実施例と同様、起動時の応答の改善
を行うことができる。又、第９図に示す変形例の中で箪
、力系統検出電１１３：１３でし゛ベル検出器４２の検
出レベルに補正を加える代わりに、制御角設定回路４４
に与えて制御角設定レベルを補正しても同イＡ・の効果
がイ１トられる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明によれば１自流７＋−ｊ：
　Ｗｌνと他の異なる交流電源を接続する交流連系シス
テムにおいて直流電圧の確立と共に電力変換装置に瞬時
に所定の制御角を与えることができるため、電力変換装
置゛のソフトスタートが不要となり、システムの起動指
令から所定の電力側御寸での応答時開を改善することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流辺・糸システムの制御方式を示すブ
ロック図、第２図は第、１図のＰＬＩ・回路の具体的な
回路棺Ｙ成図、第３図は燃料電池に残夢さＡ１る直流電
源ｌの起動特性を示す図、第４図は第１図の起動時の各
部の動作を示すタイムチャート図、第５図は本発明の一
実施例を示すブロック図、第６図はパルス１１］制御の
説明のためのｒｌ−、Ｉトｌインバータの基本ｆ１η成
図、第′１図は第６図のインパーク出力波形吉ｎｉ１．
制御角２′譜の１３１．１１系を示す波形図、第８１■
は第５図の各部の動作を示すタイＡ　、ブヤート図、第
９図は本発明の他の実施例を示ずノロツク図である。 ■、７０・・・１１勺’ｌＡｆ、爾鯨、２・・自励式′
心力践！１ｉ’を族１占、３・変圧器、４・・・開閉器
あるいはしや１析器、５　゛小力系統、１１・・出力゛
市、流１．１２・・変１］−シｉ：φ３の２次検出□？
ｂ汁、１３・・電力系絽、検出′小）［，２１・・・電
圧基準、２２・・・無効電力基準、２：３・無効電力検
出回路、２４・・誤差増幅器、２４ａ　　出力信号２５
　　切替スイッチ、２５ａ　、　２５ｂ・・偏ブ１；−
１２６・・・重圧制御回路、２７・・スイッチ、３１・
・・有効電力基準、３２・・有効電力検出回路、：Ｉ３
・談差増幅器、３４・・・ＰＬＬ回路、３５・・・分周
器、３（ｊ・・スイッチ、４１・・・直流電圧検出回路
、４１ａ・・出力信号、４２．４３・・・レベル検出回
路、４２ａ　、　４３ａ・出力信号、４４・・・制御角
設定回路、４４ａ・・・出力信号、４５・・・スイッチ
、４６・　アナログ記憶回路、４６ａ・・・出力信号、
８１〜８４・スイッチ、８５　や狗、９１．９２・・端
子、 （７３１７）　　代理人　弁仰士　則　近　尉　佑　（
はが１名）第２図 ４ −４０； 第３図 竹　間 第４図 第５図 第６図 第７図 ｅ。 第８図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　起動と同時に徐々に直流゛出汁が立ち上がる
   特性を示す直流箱、源の出力を交流に変控１する自励式
   電力変換装置が開閉器を介して他の交ｌＨＦ　％源に接
   続される電力変換システムにおいて前記自励式電力変換
   装置の起動前に前記開閉器を投入し、前記直流電源およ
   び自励式電力変換装置と他の交流電源をあらかじめ接続
   し前記自励式電力ダ換装置のゲートをブロックしておき
   、前記交流市、源の交流−Ｌ１−が所定の７ｒ）Ｖ＋範
   囲内にあるとき、前記直〃「電１１σの直流電圧が所定
   値に達したことにより前記自励式電力変換装置′ｉを所
   定の化制御角でゲートデブロックし、前言己自励弐市力
   変換装四を起動させるととを特り（とする自励式電力変
   換装置の起動方式。
2. （２）起動と同時に徐々に曲流電圧が立ち上がるｌｔｆ
   性を示す曲流電源の出力を交流に変控する自励式電力変
   換装置が開閉器を介して他の交流汗、源に接続される電
   力変換システムにおいて６ｉＪ記自励式電力変換装置の
   起動前に前記開閉器を投入し、前記直流電源および自励
   式電力変換装置と他の交流電源をあらかじめ接続、し前
   記自励式”ｌ’１力変換装置のゲートをブロックしてお
   へ、前記交流７８源内の直流電圧が所定の不用範囲内に
   あるよき、前記交流電源の交流指圧に追従して前記曲流
   ７１コ１源の曲流電圧検出値を補正する回路を設けた直
   流η・Ｌ１検出回路が前記直流電源の曲流７ｔｊ’、　
   ｒ−トが所定値に達したことにより前記自励式互１力変
   控装置ｐイを所定の制御角でゲートデブロックし、前記
   自励式電力変換装置を起動させることを特徴とする自励
   式電力変換装置の起動方式。