JPS63299780A - インバ−タ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インバータ装置に係り、特にインバータ同士
あるいはディーゼルエンジン発電装置などの他の電力系
統と並列運転を行うのに好適なインバータ装置に関する
。

〔従来の技術〕

近年、太陽光発電システム、燃料電池発電システム等の
新しい発電システムが採用されつつある。

かかる発電システムの発電出力は直流であることから、
一般的な交流負荷に使用するためには、インバータが利
用されることになる。このような場合において、発電シ
ステムと負荷とが一対一で対応している単独系統の場合
には、インバータはいわゆるＣＶＣＦのように、一定周
波数、一定電圧で動作するものであればよい。

しかし、負荷電力が変動するような場合において、イン
バータの効率を高く維持することが要求される場合には
、インバータを複数台並列に接続し、負荷電力に応じて
運転するインバータの台数を制御し、各インバータの定
格出力近傍で運転することが要求される。また、日射量
に応じて発電出力が変化する太陽光発電システムなどの
ように、不安定なシステムの場合は、多数のシステムを
並列運転して、それらのシステム間で出力の融通を行い
、これによって安定な出力を得るようにすることが要求
される。さらにまた、同様な理由で。

他の電力系統とインバータとを並列運転させることも要
求されることもある。

このような並列運転が要求されるインバータには、他の
インバータまたは他の電力系統などと任意に並列運転可
能な機能を有することが要求される。ここで、インバー
タを並列運転するには、インバータの出力電圧２周波数
、相回転、極性２位相が他のインバータあるいは電力系
統と一致させるように制御するとともに、無効電力およ
び有効電力を平衡させなければならない。

まず、無効電力の平衡は、個々のインバータ単独で、出
力電流によって出力電圧を垂下させるか、あるいは出力
無効電流によって出力電圧を制御することによって容易
に平衡をとることが可能である。

しかし、有効電力の平衡をとるには、並列関係にある他
のインバータや電力系統との間で、協調制御しなければ
ならない。しかも、その協調制御は、負荷変化、系統切
り換えなどに対応して異なってくることから、協調制御
系が極めて煩雑なものになるという問題がある。例えば
、負荷分担制御は、各インバータ間の負荷分担量に基づ
いて、位相制御することになるが、このためには並列運
転に係るインバータ相互間で信号を授受しなげればなら
ない、したがって、並列系統の組み合わせ変更がある場
合には、それに合わせてその都度協調制御系をも切り換
えなければならないことになり、任意の組み合わせによ
る並列運転を実現するのは、実用的には極めて困難であ
る。また、並列に係るインバータ等の電力系統相互が距
離的に遠方に設けられる場合には、それらの信号の授受
や切り換え信号の伝送を考えると、実用的には固層であ
る。さらにまた、増設などの場合には、並列にかかる電
力系統全ての制御系統を改造しなければならないという
問題もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した問題を解決するため、第５図に示すように、イ
ンバータの出力周波数が出力電力に対して垂下する特性
のインバータ装置が提案されている。このような周波数
垂下特性を有するインバータ装置とし、それらを２台並
列運転した場合には、両者の周波数は当然等しくなけれ
ばならないことから、第６図に示すように、系統周波数
によって定まる周波数に対応した出力で安定した運転が
されることになる。

なお、第５図に示した周波数垂下特性は、第７図に示す
制御回路により実現することができる。

同図において、インバータ本体１は、直流電源２から供
給される直流電力を、所定の電圧１周波数の交流電力に
変換し、連係リアクトル３および開閉器４を介して負荷
が接続された電力系統に出力するようになっている。な
お、連係リアクトル３は、出力高調波を抑制する機能を
有したものである。

インバータ本体１の周波数制御装置は１周波数制御回路
ＡＦＣＩＩ、−次遅れ回路１２．１１を圧周波数（Ｖ、
＃）変換器１３を含んで構成されており、位相差検出器
５．出力電力検出器６からそれぞれ出力される位相差δ
と検出出力電力Ｗ、および出力０における設定周波数ｆ
ｏに基づいてインバータ本体１の運転周波数を制御する
ようになっている。

すなわち、インバータの出力周波数は、電圧周波数変換
器１３の出力発振周波数ｆでインバータ本体１を動作さ
せることにより与えられる。電圧周波数変換器１３の入
力信号（電圧）ｂは、減算器１７から出力される信号ａ
を一次遅れ回路１２を介して与えられる。ここで信号ａ
は１周波数制御回路１１の出力信号ｍから減算器１７に
おいて信号ｇを引いた値で与えられる。また、信号ｇは
。

位相差δに一定の係数にδを乗じた値として与えられる
。周知のように、インバータの出力電力ｐは、連係リア
クトル（リアクタンスＸ）３の入力電圧Ｖ　ｒ　（イン
バータ出力電圧）と出力側電圧Ｖｓ（系統電圧）から次
式（１）のように与えられる。

ｘ　　　　　　　　　　　Ｘ つまり、信号ｇは、出力電力ｐに比例する値である。し
たがって、第７図インバータ出力周波数は、出力電力ｐ
が変化すると、ａ＝＝ｍ−Ｈの関係で信号ａが変化し、
−次遅れ回路１２の遅れと合わせて徐々に出力周波数が
変化する特性を有している。

ところで、周波数制御回路１１は、電圧周波数変換器１
３の入力信号すに一定の係数ｋｚを乗じて得られる出力
周波数相当信号と、設定周波数ｆｎとの偏差ｅを減算器
１６から取り込み、この信号ｅに基づいて出力信号ｍを
変えて、周波数を設定周波数ＪＲに保持する。ここで、
減算器１６に与えられる設定周波数ｉｎ　は、出力電力
検出器６から出力される信号Ｗに一定の係数ｋｌを乗じ
。

これを出力電力０における設定周波数ｉｏから減じた値
Ｉｎ　＝ｆｏ　　ｋｔ−Ｗで与えられる。この結果、出
力周波数は、ｋｚの傾きの垂下特性を有したものとなる
。

上述したように、第７図に示した垂下特性を有するイン
バータによれば、系統の負荷変動に伴う系統周波数変化
に応じて出力と周波数が追従制御されることから、並列
される電力系統とは無関係に自由に並列運転することが
できる。すなわち。

任意のインバータ、ディーゼルエンジン発電装置などの
並列運転でも自由にできる。しかも、それら他のインバ
ータ等との制御信号の授受を行う必要もなく、また、単
独並列の運転切り換えに当っても、制御系の切り換えを
行う必要がなく、安定に負荷の平衡をとることができる
。

しかしながら、第７図に示したものによれば、系統負荷
が増大して系統周波数が低下すると、インバータの出力
が増大して過負荷になる場合があるという問題がある。

また１発振防止用の一次遅れ回路１２を有しているため
、負荷急変等により系統の周波数が急激に変動したよう
な場合、電圧周波数変換器１３の入力信号すは追従せず
に、遅れを伴ったものとなる。このため、系統周波数と
のずれが大きくなり、すなわちδが大きくなり、過負荷
、さらには同期はずれが発生し、インバータは運転を継
続できなくなるという問題がある。

一方、逆に系統周波数が上昇してｆ、以上になると、す
なわちδが負になると、インバータ本体１は順変換運転
となり、直流電源２に電力を送り込み、この直流電源２
が電池の場合には直流電圧が上昇したり、逆電力の過負
荷または同期はずれが発生し、上記と同様、インバータ
は運転を継続できなくなるという問題がある。

本発明の目的は、周波数垂下特性を有するインバータに
おいて、系統の周波数が大幅に変化した場合にもインバ
ータを安全に運転継続することができるインバータ装置
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、系統周波数が大幅低下時における上記目的を
達成するため、インバータ出力電流に相当するインバー
タの出力状態量を検出し、この出力状態量が予め設定さ
れた正の設定値以上になったとき、その差に応じてイン
バータの周波数を急激に低下させる出力制限手段を設け
ることを特徴とする。

また、本発明は、系統の周波数が大幅に増大した場合に
おける上記目的を達成するため、インバータ出力電流に
相当するインバータの出力状態量を検出し、この出力状
態量が予め設定された零または負の設定値以下に低下し
たとき、その差に応じてインバータの周波数を急激に増
大させる出力制限手段を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

このような構成とすることにより、出力周波数が大幅に
減少し、インバータの出力が増大した場合には、インバ
ータ出力電流に相当する出力状態量１例えば連係リアク
トルの入出力位相差δまたはインバータの出力電力Ｗが
、予め定められた設定値（定格出力電力などのような許
容出力電力に設定された値）を超えると、その超過分に
応じてインバータの出力周波数が急激に低下され、出力
電流（電力）の増大が抑制されることになり、過負荷を
防止することができることになる。

一方、系統の周波数が大幅に増大して、上記出力状ｓｉ
が負または零の設定値以下に達すると、インバータの出
力周波数が急激に増大され、インバータの順変換運転出
力の増大が抑制され、一定量以上の電力の逆流を防止す
ることになる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を用いて説明する。

第１図に本発明の適用された一実施例の制御系統構成図
を示す０本実施例が第７図例と異なる点は、位相差δが
設定範囲を超えたときに出力が急激に増大する関数発生
器を具備したδ制限回路２１を設け、この出力を一次遅
れ回路１２の出力に挿入された減算器２０に入力して、
信号すから差し引くように構成したことにある。他の構
成部品等については、第７図例と同一機能、同一構成を
有するものには同一符号を付して説明を省略する。

δ制限回路２１には、第２図（Ａ）に示す関数が設定さ
れており、０≦δ≦δｌの範囲では、その出力信号ｄは
Ｏとされている。すなわち、この範囲におけるインバー
タの動作は、第７図例と同様である。一方、δ〉δ１と
なると、δ制限回路２１の出力信号ｄはｋｍ（δ−δ工
）となるように形成されている。これにより、電圧周波
数変換器１３の入力信号は、ｃ＝ｂ　　ｄ＝ｂ　　ｋｔ
（δ−δ１）となり、δが６１より大きい分をに４倍し
てｄがら差し引き、これによってＣを小さくすることに
よりインバータの出力周波数ｆを下げ、系統周波数との
差が大きくならないようにする。この結果δは減少する
。なお、設定値δ工は、インバータ本体１の過負荷耐量
等に基づいて設定される。したがって、第４図に示した
ようにインバータ本体１の過負荷運転が防止されるとと
もに、系統の急速な周波数変動に対しても、同期はずれ
を起こすことなく、系統に追従した運転が可能となるの
である。

また、δ〈Ｏとなった場合は、δ制限回路２１の出力は
、ｄ＝に番・δ　となり、これによって電圧周波数変換
器１３の入力信号はｃ＝ｂ−ｋｎδ（但し、δ〈０）と
なる、すなわち、信号Ｃは、Ｉｋ４δｌだけ大きくなり
、インバータの出力周波数ｆも高くなり１位相差δが負
の方向に大きくならないようにする。この結果、系統の
周波数が！、よりも増大しても、インバータ本体１の順
変換運転が防止され、電池などの直流電源へ電力が流入
されるのを防止することができる。

なお、直流電源２がバッテリなどのように充電可能な電
源の場合には、δ制限回路２１の関数特性を第２図（Ｂ
）とすることも可能である。すなわち、充電電流に対応
した入出力位相差（すすみ）δ２まではδ制限回路２１
の出力ｄを０に保持し、δ２よりも小さくなった場合に
は、傾きに６により急激に低下する特性とする。これに
より、一定の範囲での変換運転を継続して充電動作を行
わせ、充’１１！電流を超えるような場合には、逆流防
止をするようにして、系統の同期はずれを防止すること
ができる。

また、第３図に、本発明の他の実施例を示す。

本実施例が第１図図示実施例と異なる点は、インバータ
の出力電流に相関する状態量としての入出力位相差δに
代えて、出力電流工を用いたことにある。すなわち、出
力線に設けられた出力電流検出器２２により検出された
出力電流工に基づき。

第１図図示実施例のδ制限回路２１と同様に形成された
δ制限回路２３において、第２図（ｃ）に示した特性の
信号ｄを形成する。なお、インバータ出力電圧が一定で
あれば、出力電流Ｉは出力電力ｐに比例するものである
ことから、この検出電流■を検出電力Ｗに相当する信号
として減算器１４に入力している。

上述したように、第１図、第３図実施例によれば、第４
図に示した出力電力Ｐと出力周波数ｆとの特性線図のよ
うに、一定の出力電力以上では出力周波数ｆの垂下特性
が急激に垂下するものとされ、また、出力電力ｐが逆流
する順変換領域では。

出力周波数ｆが急激に上昇する特性とされていることか
ら、系統の周波数が急激に低下しても、インバータの出
力ｐは一定範囲内に制限され、逆に系統の周波数が急激
に増大した場合には、前変換運転による出力電力を一定
範囲に抑制することができる。この結果、系統周波数が
大幅に又は急激に変化した場合にあっても、過負荷ある
いは電力の逆流が防止され、かつ同期はずれを防止する
ことができるという効果がある。

なお、通常の運転領域（ｐ＝ｏから定格出力まで）につ
いては第７図例と同様である。したがって、特性の異な
る他の任意のインバータあるいは電力系統と自由に並列
運転が可能となる。また。

単独または並列連輪に伴う信号の授受を必要としないこ
とから、距離的に離れた他の電力系統との並列運転、あ
るいは電力系統の変更または増設等に自由に対応するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、インバータの出
力周波数が出力電力に対応して垂下する特性を有したも
のにおいて、系統の周波数が大幅に変化した場合にあっ
ても、過負荷運転あるいは同期はずれをすることなく、
運転を安定に継続することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御系統構成図、第２図（
Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る実施例の
δ制限回路の関数特性を示す線図、第３図は本発明の他
の実施例の制御系統構成図、第４図は第１図または第３
図実施例の出力電力Ｐと出力周波数ｆとの関係を示す線
図、第５図と第６図は本発明の解決課題を説明するため
の一例インバータの出力特性を示す線図、第７図は本発
明の解決課題を含んだ一例のインバータ制御系統構成図
である。 １・・・インバータ本体、３・・・連系リアクトル、５
・・・入出力位相差検出器、６・・・出力電力検出器、
１１・・・周波数制御回路、１２・・・遅れ回路、１３
・・・電圧周波数変換器、２１．２３・・・δ制御回路
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、インバータの出力周波数が出力電力の増加に応じて
   垂下する構成とされたインバータ装置において、インバ
   ータ出力電流に相当するインバータの出力状態量を検出
   し、この出力状態量が予め設定された正の設定値以上に
   なつたとき、その差に応じてインバータの周波数を急激
   に低下させる出力制限手段を設けたことを特徴とするイ
   ンバータ装置。 ２、インバータの出力周波数が出力電力の増加に応じて
   垂下する構成とされたインバータ装置において、インバ
   ータ出力電流に相当するインバータの出力状態量を検出
   し、この出力状態量が予め設定された零または負の設定
   値以下に低下したとき、その差に応じてインバータの周
   波数を急激に増大させる出力制限手段を設けたことを特
   徴とするインバータ装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項の発明において
   、前記インバータの出力状態量はインバータの出力に直
   列に挿入接続されたリアクトルの入出力電圧の位相差と
   したことを特徴とするインバータ装置。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項記載の発明にお
   いて、前記インバータの出力状態量はインバータの出力
   電流としたことを特徴とするインバータ装置。