JPS6260897B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力系統に連系するインバータの制御
方式に関する。

異なる系統の交流電源を並列運転するには、従
来より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
と電力系統とを連系する場合は、電力系統は制御
できないのでインバータの出力電圧、位相を制御
することになる。第１図によりインバータの制御
方式の従来例を説明する。

図中、１０は直流電源で、インバータ１１によ
り交流に交換され、変圧器１５により所定の電圧
に変換され、さらに後続の交流フイルタ１２で正
弦波に整形した後サイリスタしや断器１３を介し
て電力系統１４へ接続される。

制御回路１００にあつては電圧基準３０と交流
フイルタ１２の出力電圧２１とを比較し、その偏
差３５ａは切替スイツチ３５を介して誤差増幅器
３３へ印加される。無効電力基準３１と無効電力
トランスジユーサ３２の出力とを比較し、その偏
差３５ｂは切替スイツチ３５を介して誤差増幅器
３３に印加され、誤差増幅器３３の出力は電圧制
御回路３４の入力となつている。同様に、有効電
力基準４０と有効電力トランスジユーサ４１の出
力とを比較し、その偏差４２ａは誤差増幅器４２
の入力へ加えられ、誤差増幅器４２の出力はフエ
ーズロツクループ（phase locked loop）、いわ
ゆるPLL回路の一つの入力“イ”となつている。
４４は分周器でPLL回路４３の出力周波数を分周
し、その出力はPLL回路４３の他の一つの入力
“ハ”となる。PLL回路４３の他の一つの入力
“ロ”には電力系統１４の電圧２２が位相基準と
して与えられる。

ここでPLL回路４３は周知の回路であるが簡単
に説明する。第２図はPLL回路のブロツク図の１
例であり、PLL回路４３の構成は位相誤差検出器
PHD、低域波器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は位相差基準信
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”が低域波器LPFの入力となり、こ
の低域波器LPFで高周波成分を除去すると共に
位相誤差を増幅する。そして電圧制御発信器
VCOは低域波器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４４へ接続される。分周器４４の
段数をＮとすれば、電圧制御発振器VCOの発振
周波数は位相基準信号“ロ”のＮ倍となる。ここ
でＮはインバータの相数により任意の整数に選ば
れる。分周器４４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の共振周波数は位相基準信号
“ロ”と位相帰環信号“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４３の
一つの入力“イ”の働きは、低域波器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１図に戻りその動作の説明を行うと、
PLL回路４３の位相基準信号“ロ”としては電力
系統１４の位相が印加されているのでPLL回路４
３の出力周波数は電力系統１４の位相と同期し、
従つてインバータ１１の位相も電力系統１４の位
相と同期している。サイリスタしや断器１３が開
状態ではスイツチ３５は偏差３５ａを選択してお
り、交流フイルタ１２の出力電圧２１が電圧基準
３０に等しくなるようインバータ１１の出力電圧
１１ａが自動制御される。また誤差増幅器４２の
入出力は図示しないスイツチで短絡されており、
有効電力の偏差４２ａによるインバータの位相を
制御する自動制御回路は形成されていない。次に
サイリスタしや断器１３を閉状態にすると、切換
スイツチ３５は偏差３５ｂを選択しインバータ１
１の無効電力が無効電力基準３１に等しくなるよ
うインバータ１１の出力電圧１１ａが自動制御さ
れる。またサイリスタしや断器１３を閉状態とす
ると同時に誤差増幅器４２の入出力の短絡が解除
され、インバータ１１の有効電力が有効電力基準
４０と等しくなるようインバータ１１の位相が自
動制御される。

上記のような従来の電力系統に連系するインバ
ータの制御方式においては、インバータ１１の無
効電力が常に無効電力基準３１と等しくなるよう
自動制御されるため、電力系統１４の電圧が変動
する場合（いわゆる電力系統が弱い場合）電力系
統１４の電圧に追従してインバータ１１の出力電
圧も変動することになり、インバータ１１は電力
系統１４の安定度向上に何等寄与していないとい
う欠点が生じる。この点の改良のためになされた
方式の例を第３図に示す。この第３図において、
第１図と同符号のものは同一機能のものであるか
らそれらの説明は省略する。第３図で第１図と異
なる点は、誤差増幅器３３の入出力間に誤差増幅
器３３の出力を制御する制限回路３３１が接続さ
れ、誤差増幅器３３の後段に誤差増幅器３３の出
力と無効電力トランスジユーサ３２の出力との偏
差を増幅する誤差増幅器３２１が設けられている
点にあり、メジヤーループでフイルタ１２の出力
電圧２１を、マイナーループでインバータ１１の
無効電力を制御している。

サイリスタしや断器が開状態では、交流フイル
タ１２の出力電圧２１が電圧基準３０に等しくな
るようインバータ１１の出力電圧１１ａが自動制
御される。次にサイリスタしや断器を閉とする
と、インバータ１１の出力電圧１１ａと電力系統
１４の電圧が一致していればインバータ１１、電
力系統１４間との無効電力の授受は行われない。
仮に、電力系統１４の電圧が電圧基準より低い場
合にはインバータ１１より無効電力を電力系統１
４へ供給し、電力系統１４の電圧が電圧基準３０
と等しくなるべくインバータ１１の出力電圧１１
ａが高くなるよう自動制御される。逆に電力系統
１４の電圧が電圧基準３０より高い場合は電力系
統１４が無効電力をインバータへ供給し、電力系
統１４の電圧が電圧基準３０と等しくなるべくイ
ンバータの出力電圧が低くなるように自動制御さ
れる。

ところが、インバータ１１には許容できる無効
電力の上限値があり、上限値以上の無効電力に対
しては過負荷とならないような考慮が必要とな
る。

第３図において、誤差増幅器３３に入力される
電圧基準３０と交流フイルタ１２の交流フイルタ
出力電圧２１との偏差が大となり、インバータ１
１の許容限界をこえるに到つた場合、誤差増幅器
３３の出力は制限回路３３１によつて一定の制限
値に制限される。この制限値が無効電力の基準と
なり、従つて、誤差増幅器３３による交流フイル
タ１２の交流フイルタ出力電圧２１の一定制御に
優先してインバータ１１の無効電力が誤差増幅器
３２１により一定に自動制御される。

かかる第３図の方式は、インバータ１１の定格
容量の許容値内ではインバータ１１が電力系統１
４の電圧変動の抑制に寄与するように動作すると
共に、電力系統の大幅な電圧変動によるインバー
タ１１の過負荷を防止できる反面、電力系統１４
の大幅な電圧低下、あるいはインバータ１１の入
力の大幅な電圧上昇がある場合はインバータ１１
の出力はパルス幅が狭くなつた状態となり、その
結果インバータ１１の出力の高調波含有率が高く
なり、電力系統１４との間で高調波電流が流れる
ことになる。

ここで、インバータ１１のパルス幅と高調波と
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１１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１１の出力
パルス幅を制御する方法がある。インバータ１１
のパルス幅制御を単相インバータでかつ、サイリ
スタ等の電子スイツチを接点におきかえ簡略化し
た第５図で説明する。図中１０は直流電源、５１
〜５４はサイリスタ等の電子スイツチ（以下スイ
ツチと称す）、５５は第３図で変圧器１５以後の
回路でインバータ１１の負荷となるものであり、
６１，６２はそれぞれ端子である。スイツチ５１
とスイツチ５２又はスイツチ５３とスイツチ５４
はそれぞれ180゜の期間交互に開閉を行うもの
で、スイツチ５１とスイツチ５３が閉とするとス
イツチ５２とスイツチ５４は開の状態となる。こ
の状態では端子６１と端子６２は共に直流電源１
０と等しい電位となるため、端子６１と端子６２
の間の電圧は零で負荷５５には電圧が印加されな
いことになる。又、スイツチ５１とスイツチ５４
が閉でスイツチ５２とスイツチ５３が開とする
と、端子６１と端子６２の間の電圧は端子６２に
対して端子６１が正で直流電源１０に等しい電圧
が印加されることになる。スイツチ５１に対して
スイツチ５３を180゜遅らせて開閉するとすれ
ば、第６図ａに示されるような電圧波形が負荷５
５に印加されたことになる。又、スイツチ５１に
対してスイツチ５３を開閉させるタイミング、す
なわち制御角γを変化させると負荷５５に印加さ
れる電圧波形が第６図ａ〜ｅに示されるよう変化
する。このようにスイツチ５１〜５４の開閉のタ
イミングによりインバータ１１の出力電圧を制御
することをパルス幅制御という。すなわち、直流
電源１０の電圧が変化してもスイツチ５１に対し
てスイツチ５３を開閉させる制御角γを自動制御
することにより、負荷電圧を一定に保つことがで
きる。又、直流電源１０の電圧をEdとすると端
子６１，６２間の端子電圧ｅはｅ＝〓〓〓４Ｅｄ／ｎπ sin（ｎ・γ／２）cos（ｎωｔ）なる関数で表わさ れ、制御角γと第３、５、７調波電圧との関係を
図示すると第７図のように示される。すなわち、
制御角γが小さくなればなる程基本波に対する各
高調波の含有率が高くなり、インバータ１１がパ
ルス幅を絞ると高調波の含有率の増大により電力
系統１４との間で高調波電流が流れる結果とな
る。この現象はインバータ１１が三相であるこ
と、多段式であることに無関係に成り立ち、制御
角γが小さくなれば基本波に対する各高調波の含
有率が高くなる。この高調波電圧を抑制するた
め、交流フイルタ１２の高次高調波共振回路を設
けたりするなど、その容量を大きくせねばならな
いという欠点があつた。

本発明の目的はこの点にかんがみなされたもの
で、電力系統１４の電圧が変動する場合でもイン
バータ１１の定格容量の許容値内で電力系統１４
の電圧を一定電圧に制御して電力系統１４の電圧
の安定性向上に寄与し、かつ交流フイルタ１２の
容量を低減できる電力系統に連系するインバータ
の制御方式を提供することにある。

以下本発明の一実施例を第４図を参照して説明
する。基本回路は第３図と同一であり、この第４
図では第３図と同符号のものは同一機能のもので
あるからそれらの説明は省略する。第４図で第３
図と異なる点は、電力系統１４の電圧を一定に保
つようパルス幅制御を有するインバータ１１を制
御する誤差増幅器３２１の出力によりその値が所
定の範囲を超えるとそれを検出してインバータ１
１の出力の変圧器１５１に設けられた変圧器タツ
プの切換を操作する回路３２２を有する点であ
る。本発明でいうパルス幅制御回路とは第４図に
示すような方式でも良く、又最も一般的な手段例
えば特公昭52−25545に掲げられる方法でも良
い。第４図と特公昭52−25545の相違点は特公昭
52−25545第２図のOSC，WV７１，７２が本発
明の第４図PLL回路４３以前の機能に類似し、又
特公昭52−25545第２図のDFAが本発明の第４図
誤差増幅器３２１以前の機能に類似する。すなわ
ち本発明の誤差増幅器３２１の出力は特公昭52−
25545第２図の差動増幅器DFAの出力に相当す
る。差動増幅器DFAは前述のパルス幅制御の説
明の中の第６図制御角γと相関関係にあり、本発
明の第４図では誤差増幅器３２１の出力が減少す
ると制御角γが減少しインバータ１１の出力電圧
を低下させるよう作用する。

すなわち、誤差増幅器３３に入力される電圧基
準３０と交流フイルタ１２の出力側の電圧２１と
の偏差が大となり制限回路３３１により制限され
た誤差増幅器３３の出力が無効電力制御の基準値
となり、インバータ１１の無効電力が一定となる
よう誤差増幅器３２１により自動制御された時、
誤差増幅器３２１の出力値が所定値、例えばイン
バータ１１の無効電力トランスジユーサ３２の出
力が誤差増幅器３３の出力より所定値以上に高く
なると、これを検出して動作する変圧器タツプ切
換回路３２２により変圧器１５１の１次−２次変
圧比を上げるようタツプが切り替わり、誤差増幅
器３２１の出力値の変動が少なくなるよう制御さ
れる。すなわち、インバータ１１の制御角は、変
圧器１５１のタツプ切換との併用により変化幅が
減り、インバータ１１の出力の高調波の含有率は
増加しないことになる。同様に、インバータ１１
の無効電力トランスジユーサ３２の出力が誤差増
幅器３３の出力より所定値以下に低くなると変圧
器１５１の１次−２次変圧比を下げるよう変圧器
タツプ切換回路３２２により操作される。

従つて変圧器タツプ切換回路３２２を誤差増幅
器３２１の出力で操作し、変圧器１５１のタツプ
を切り替えることによりインバータ１１の入力変
動、電力系統１４の電圧変動に対してインバータ
１１は常に所定の制御角の範囲となることにより
インバータ１１の出力の高調波含有率を抑え、交
流フイルタ回路１５の容量が低減できる。

更に本発明によれば、交流フイルタの低減を図
りかつ第３図の利点であるインバータ１１の定格
容量の許容値内ではインバータ１１が電力系統１
４の電圧変動の抑制に寄与するよう動作すると共
に、電力系統の大幅な電圧変動によるインバータ
１１と電力系統１４との間に生じる電流のやりと
り、すなわち横流を抑制することによりインバー
タの過負荷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電力系統に連系するインバータ
制御方式のブロツク図、第２図は第１図のPLL回
路の具体的な回路構成図、第３図は従来の更に別
なブロツク図、第４図は本発明の一実施例を示す
ブロツク図、第５図はパルス幅制御の説明のため
の単相インバータ基本構成図、第６図は第５図の
インバータ出力波形と制御角γとの関係を示す波
形図、第７図は第６図の高調波成分と制御角γと
の関係を示す特性図である。 １０……直流電源、１１……インバータ、１２
……交流フイルタ、１３……サイリスタしや断
器、１４……電力系統、１５……変圧器、１５１
……変圧器、２０……交流フイルタ出力電流、２
１……交流フイルタ出力電圧、２２……電力系統
電圧、３０……電圧基準、３１……無効電力基
準、３２……無効電力トランスジユーサ、３２，
４２……誤差増幅器、３４……電圧制御回路、３
５……切替スイツチ、４０……有効電力基準、４
１……有効電力トランスジユーサ、４３……PLL
回路、４４……カウンタ、３２１………誤差増幅
器、３２２……変圧器タツプ切換回路、３３１…
…制限回路、５１〜５４……スイツチ、５５……
負荷、６１，６２……端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電力系統の無効電力、有効電力をこの電力系
   統に連系するインバータによつて制御するものに
   おいて、前記インバータの無効電力制御系の誤差
   増幅信号に応じて１次−２次のタツプ比を自動的
   に変えられる切換回路を有する変圧器を前記イン
   バータの出力に設け、前記電力系統の大幅な電圧
   変動あるいは前記インバータ入力の大幅な電圧変
   動に対して前記電力系統の電圧が電圧基準と等し
   くなるよう前記インバータを制御するようにした
   ことを特徴とする電力系統に連系するインバータ
   の制御方式。