(57)【要約】【課題】システムの柔軟性があり、かつ同期信号を送信する装置が予期せず停止した場合にもシステムの連続運転を維持する。【解決手段】通信部が、電力線に電力を出力する他の一台以上の電力変換装置の制御装置と通信する。同期信号部が、上記電力変換装置の出力電力の位相の基準となる同期信号を、受信する。電力位相制御部は、上記同期信号に基づいて前記電力変換装置が上記電力線へ出力する電力の位相を制御し、前記同期信号の途絶を検知した場合、途絶前に受信された同期信号に基づいて、上記電力変換装置が前記電力線へ出力する電力の位相を制御する。通信制御部は、上記電力位相制御部が上記途絶前に受信された同期信号に基づいて制御している間、上記同期信号を送信するマスターを決定するための情報を、受信するかまたは送信するかのどちらか一方を行うよう上記通信部を制御する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を変換し変換後の電力を電力線へ出力する電力変換装置を制御する制御装置であって、
前記電力線に電力を出力する他の一台以上の電力変換装置の制御装置と通信する通信部と、
前記電力変換装置の出力電力の位相の基準となる同期信号を、受信する同期信号部と、
前記同期信号に基づいて前記電力変換装置が前記電力線へ出力する電力の位相を制御し、前記同期信号の途絶を検知した場合、途絶前に受信された同期信号に基づいて、前記電力変換装置が前記電力線へ出力する電力の位相を制御する電力位相制御部と、
前記電力位相制御部が前記途絶前に受信された同期信号に基づいて制御している間、前記同期信号を送信するマスターを決定するための情報を、前記他の電力変換装置の制御装置から受信するかまたは前記他の電力変換装置の制御装置へ送信するかのどちらか一方を行うよう前記通信部を制御する通信制御部と、
を備える制御装置。
【請求項２】
前記電力位相制御部が途絶前の同期信号に基づいて制御している間、前記通信部が前記他の電力変換装置の制御装置から受信した前記マスターを決定するための情報に基づいて、新たにマスターとして動作する制御装置を決定する決定部
を更に備える請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
当該制御装置が、前記決定部が新たにマスターと決定した制御装置である場合、前記同期信号部は、前記他の制御装置へ前記同期信号を送信する請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記電力位相制御部は、前記途絶前に受信された同期信号の位相と出力する位相の差が小さくなるよう制御する位相同期回路部を備え、前記位相同期回路部が出力した位相に基づいて、前記電力変換装置が出力する電力の位相を制御する
請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記位相同期回路部は、
前記同期信号に基づいて角周波数に関する情報を検出する角周波数検出部と、
前記同期信号の途絶の有無を検出する信号検出部と、
前記信号検出部が前記同期信号の途絶がないことを検出している間、記憶している角周波数に関する情報を前記角周波数検出部が検出した角周波数に関する情報で更新する角周波数記憶部と、
前記信号検出部が前記同期信号の途絶を検出した場合、前記角周波数記憶部から角周波数に関する情報を取得し、取得した角周波数に関する情報に基づいて、前記出力する位相を生成する積分部と、
を備え、
前記電力位相制御部は、前記積分部が生成した位相に基づいて、前記電力変換装置が出力する電力の位相を制御する
請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記位相同期回路部は、
前記角周波数検出部が生成した角周波数の時間変化に関する速度変化情報を生成する速度変化生成部と、
前記信号検出部が前記同期信号の途絶がないことを検出している間、記憶している速度変化情報を前記速度変化生成部が生成した速度変化情報で更新する速度変化記憶部と、
前記信号検出部が前記同期信号の途絶を検出した場合、前記速度変化記憶部に記憶されている速度変化情報で前記角周波数記憶部に記憶されている角周波数に関する情報の更新を開始する更新部と、
を更に備える請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記通信部は、前記速度変化情報を通信により取得し、
前記位相同期回路部は、前記通信部が取得した速度変化情報に基づいて、前記角周波数記憶部に記憶されている角周波数に関する情報を更新する更新部を備える
請求項５に記載の制御装置。
【請求項８】
前記通信部は、複数の時刻で電力変換装置が出力する電力の周波数に関する周波数情報を通信により取得し、
前記位相同期回路部は、
前記同期信号と前記通信部が取得した周波数情報とに基づいて角周波数に関する情報を生成する角周波数検出部と、
前記角周波数検出部が生成した角周波数に関する情報に基づいて、前記出力する位相を生成する積分部と、
を備え、
前記電力位相制御部は、前記積分部が生成した位相に基づいて、前記電力変換装置が出力する電力の位相を制御する
請求項４に記載の制御装置。
【請求項９】
前記同期信号部は、前記同期信号を送信するマスターとして動作する前記制御装置から前記同期信号を受信し、
前記マスターを決定するための情報は、前記マスターとして動作する制御装置以外の制御装置の中から前記マスターを決定するための情報である
請求項１から８のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記マスターとして動作する制御装置と、前記同期信号を受信するスレーブとして動作する制御装置との間は、副電力線で接続されており、
前記副電力線で供給される交流信号を直流電圧に変換する安定化部を備え、
当該制御装置が前記マスターとして動作する場合、前記同期出力部は、前記副電力線に同期信号または同期信号の振幅を調整した調整信号を出力し、
当該制御装置が前記スレーブとして動作する制御装置の場合、
前記安定化部は、前記マスターから供給された前記同期信号または前記調整信号を直流電圧に変換し、
前記電力位相制御部は、前記安定化部が変換した後の直流電圧を駆動電源として用いる
請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
電力線から供給された交流電圧を直流電圧に変換する第２安定化部を更に備え、
前記安定化部の出力と前記第２安定化部の出力が電気的に接続されている
請求項１０に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記副電力線は、第１電位線と第２電位線から構成され、
前記同期信号部は、
陰極が前記第２電位線に接続され、直流電圧を生成する電源と、
前記電源の陽極と前記第１電位線との導通及び非導通を切り替える切替部と、
一端が前記第１電位線に接続され他端が前記第２電位線及び前記電源の陰極に接続された抵抗と、
を備え、
前記切替部を制御する同期信号制御部を更に備え、
当該制御装置がマスターとして動作する場合、前記同期信号制御部は、前記切替部から前記同期信号を前記第１電位線と前記第２電位線で伝送させる
請求項１０または１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
前記同期信号部を制御する同期信号制御部を更に備え、
当該制御装置がマスターとして動作する場合、前記同期信号部は、予め決められたオフセット電圧に前記同期信号を重畳して前記調整信号を生成し、生成した前記調整信号を前記副電力線で伝送させる
請求項１０または１１に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記副電力線は、第１電位線と第２電位線から構成され、
前記同期信号部は、
陰極が前記第２電位線に接続され、前記オフセット電圧を生成する第１電源と、
陰極が第１電源に接続され、前記同期信号のハイレベルとローレベルの電圧差と同じ直流電圧を生成する第２電源と、
前記第１電源の陽極と前記第１電位線との導通及び非導通を切り替える第１切替部と、
前記第２電源の陽極と前記同期信号を伝送する第１電位線との導通及び非導通を切り替える第２切替部と、
一端が前記第１電位線に接続され他端が前記第２電位線及び前記第１電源の陰極に接続された抵抗と、
を備え、
当該制御装置がマスターとして動作する場合、前記第１切替部及び前記第２切替部を制御して、前記調整信号を前記第１電位線と前記第２電位線で伝送させる同期信号制御部を更に備える
請求項１３に記載の制御装置。
【請求項１５】
当該制御装置が前記スレーブとして動作する場合、
前記電力位相制御部は、前記調整信号から前記安定化部が変換した直流電圧成分を除去して前記同期信号を抽出し、抽出した同期信号に基づいて、前記電力変換装置が出力する電力の位相を制御する
請求項１３または１４に記載の制御装置。
【請求項１６】
前記同期信号部は、前記同期信号を生成する同期信号生成装置から前記同期信号を受信し、
前記マスターを決定するための情報は、当該制御装置と前記他の一台以上の電力変換装置の制御装置の中から前記マスターを決定するための情報である
請求項１から８のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の制御装置と、
入力された電力を変換して、変換後の電力を前記電力線へ出力する電力変換部と、
を備える電力変換装置。
【請求項１８】
電力を変換し変換後の電力を電力線へ出力する電力変換装置を制御する制御装置であって、前記電力線に電力を出力する他の一台以上の電力変換装置の制御装置と通信する通信部と、前記電力変換装置の出力電力の位相の基準となる同期信号を、受信する同期信号部と、を備える制御装置が実行する制御方法であって、
電力位相制御部が、前記同期信号に基づいて前記電力変換装置が前記電力線へ出力する電力の位相を制御するステップと、
前記電力位相制御部が、前記同期信号の途絶を検知した場合、途絶前に受信された同期信号に基づいて、前記電力変換装置が前記電力線へ出力する電力の位相を制御するステップと、
通信制御部が、前記電力位相制御部が前記途絶前に受信された同期信号に基づいて制御している間、前記同期信号を送信するマスターを決定するための情報を、前記他の電力変換装置の制御装置から受信するかまたは前記他の電力変換装置の制御装置へ送信するかのどちらか一方を行うよう前記通信部を制御するステップと、
を有する制御方法。
【請求項１９】
電力を変換し変換後の電力を電力線へ出力する電力変換装置を制御する制御装置であって、前記電力線に電力を出力する他の一台以上の電力変換装置の制御装置と通信する通信部と、前記電力変換装置の出力電力の位相の基準となる同期信号を、受信する同期信号部と、を備える制御装置に、
前記同期信号に基づいて前記電力変換装置が前記電力線へ出力する電力の位相を制御する第１ステップと、
前記同期信号の途絶を検知した場合、途絶前に受信された同期信号に基づいて、前記電力変換装置が前記電力線へ出力する電力の位相を制御する第２ステップと、
前記第２ステップで前記途絶前に受信された同期信号に基づいて制御している間、前記同期信号を送信するマスターを決定するための情報を、前記他の電力変換装置の制御装置から受信するかまたは前記他の電力変換装置の制御装置へ送信するかのどちらか一方を行うよう前記通信部を制御する第３ステップと、
を実行させるためのプログラム。
【請求項２０】
複数の電力変換装置を制御する複数の制御装置と、前記電力変換装置の出力電力の位相の基準となる同期信号を生成し、前記複数の制御装置へ送信する同期信号生成装置と、を具備する制御システムであって、
前記制御装置それぞれは、
前記電力線に電力を出力する他の一台以上の電力変換装置の制御装置と通信する通信部と、
前記同期信号を、前記同期信号生成装置から受信する同期信号部と、
前記同期信号に基づいて前記電力変換装置が前記電力線へ出力する電力の位相を制御し、前記同期信号の途絶を検知した場合、途絶前に受信された同期信号に基づいて、前記電力変換装置が前記電力線へ出力する電力の位相を制御する電力位相制御部と、
前記電力位相制御部が前記途絶前に受信された同期信号に基づいて制御している間、前記同期信号を送信するマスターを決定するための情報を、前記他の電力変換装置の制御装置から受信するかまたは前記他の電力変換装置の制御装置へ送信するかのどちらか一方を行うよう前記通信部を制御する通信制御部と、
を備える制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、制御装置、電力変換装置、制御方法、プログラム及び制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電圧を出力する電力変換装置を複数並列接続して運転することが行われている。複数の電力変換装置が出力する交流電力を用いて交流電力の増加を図る場合、各出力交流電力の位相を同期させる必要がある。並列接続された複数の電力変換装置で位相が同期していない交流電圧を出力すると横流が発生し、効率の低下などの問題が発生するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２８５４８号公報
【特許文献２】特開２０１３−３８８６４号公報
【特許文献３】特開２００６−５４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の電力変換装置間で出力交流電力の位相の同期を実現するためには、例えば１つの電力変換装置をマスター、残りの電力変換装置をスレーブとし、マスターが送信する同期信号を参照してスレーブは出力電圧の位相を制御することが想定される。また、マスターが故障等により停止した場合、スレーブはマスターの停止を検知して新たなマスターを選出することでシステムは運転を継続することが想定される。
【０００５】
しかし、従来、既に運用されている電力変換システムに電力変換装置を新たに追加することが想定されていなかったので、既に運用されている電力変換システムに電力変換装置を新たに追加することが難しかった。更に、既に運用されている電力変換システムに新たに追加された電力変換装置をマスターに選出することができなかった。このように、電力変換システムの柔軟性は十分ではなかった。
【０００６】
また、マスターが故障等により予期せず停止した場合、マスターの停止の検出には一定の時間を要するため、その間に、複数の電力変換装置間で出力交流電力の位相の同期を維持することができなくなる場合があった。そのため、マスターが故障等により予期せず停止した場合、システムが連続運転できない場合があった。
【０００７】
そこで本発明の一態様は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電力変換システムに柔軟性があり、かつ同期信号を送信する装置が予期せず停止した場合にも電力変換システムの連続運転を維持することを可能とする制御装置、電力変換装置、制御方法、プログラム及び制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、電力を変換し変換後の電力を電力線へ出力する電力変換装置を制御する制御装置であって、以下の構成を有する。通信部が、上記電力線に電力を出力する他の一台以上の電力変換装置の制御装置と通信する。同期信号部が、上記電力変換装置の出力電力の位相の基準となる同期信号を、受信する。電力位相制御部は、上記同期信号に基づいて前記電力変換装置が上記電力線へ出力する電力の位相を制御し、前記同期信号の途絶を検知した場合、途絶前に受信された同期信号に基づいて、上記電力変換装置が前記電力線へ出力する電力の位相を制御する。通信制御部は、上記電力位相制御部が上記途絶前に受信された同期信号に基づいて制御している間、上記同期信号を送信するマスターを決定するための情報を、上記他の電力変換装置の制御装置から受信するかまたは上記他の電力変換装置の制御装置へ送信するかのどちらか一方を行うよう上記通信部を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の各実施形態におけるシステム構成の第１の例である。
【図２】本発明の各実施形態における電力変換システムの構成の第２の例である。
【図３】図３は、各実施形態の電力変換装置と周辺機器の接続構成の第１の例である。
【図４】各実施形態の電力変換装置と周辺機器の接続構成の第２の例である。
【図５】電力変換装置１０の出力側の構成の第１の例である。
【図６】電力変換装置１０の出力側の構成の第２の例である。
【図７】図３の構成例において、マスター装置１１が動作を停止する際の動作シーケンスの第１の例である。
【図８】図３の構成例において、マスター装置１１が動作を停止する際の動作シーケンスの第２の例である。
【図９】第１の実施形態における電力変換装置１０の構成を示す概略ブロック図である。
【図１０】第１の実施形態における制御部１０２の構成を示す概略ブロック図である。
【図１１】第１の実施形態における位相同期回路部４０１の構成を示す概略ブロック図である。
【図１２】第２の実施形態における電力変換装置１０ｂの構成を示す概略ブロック図である。
【図１３】第２の実施形態における制御部１０２ｂの構成を示す概略ブロック図である。
【図１４】第２の実施形態における位相同期回路部４０１ｂの構成を示す概略ブロック図である。
【図１５】第３の実施形態における電力変換装置１０ｃの構成を示す概略ブロック図である。
【図１６】第３の実施形態における制御部１０２ｃの構成を示す概略ブロック図である。
【図１７】第３の実施形態における位相同期回路部４０１ｃの構成を示す概略ブロック図である。
【図１８】第４の実施形態における電力変換装置１０ｄの構成を示す概略ブロック図である。
【図１９】第４の実施形態における制御部１０２ｄの構成を示す概略ブロック図である。
【図２０】第４の実施形態における位相同期回路部４０１ｄの構成を示す概略ブロック図である。
【図２１】第５の実施形態における電力変換装置１０ｅの構成を示す概略ブロック図である。
【図２２】第５の実施形態における制御部１０２ｅの構成を示す概略ブロック図である。
【図２３】第５の実施形態における位相同期回路部４０１ｅの構成を示す概略ブロック図である。
【図２４】加減速の継続時間を指示する通信内容の一例である。
【図２５】マスターまたはコントローラ等が通信を介してその他のインバータに配布する、通信が発生した時点以降の速度変化の予定を示したグラフの一例である。
【図２６】第６の実施形態における電力変換装置の主電力線と副電力線の結線図の一例である。
【図２７】第６の実施形態における電力変換装置１０の処理を説明するための図である。
【図２８】第７の実施形態における電力変換装置１０の処理を説明するための図である。
【図２９】同期信号の途絶からマスター・スレーブ再構成通信の開始までの情報の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。各実施形態における電力変換システムにおいて、電力変換装置が通信機能を搭載することで、複数の電力変換装置同士で自律協調型制御を行う。この電力変換システムでは、出力増加のための電力変換装置の追加や故障による停止の自動認識、メンテナンスの自動化が実現され、ヒューマンエラーの防止や柔軟度の高い装置の設置と運用が可能になる。
【００１１】
各実施形態では、複数の電力変換装置（ここでは一例としてインバータ）の出力電力の位相の基準となる同期信号を送信する電力変換装置（ここでは一例としてインバータ）をマスター装置と呼称し、この同期信号を受信しこの同期信号に出力電圧を同期させる他の電力変換装置（ここでは一例としてインバータ）をスレーブ装置と呼称する。
また、各実施形態では、各電力変換装置は制御装置を備え、この制御装置は、同期信号を送信するマスターとして動作する場合と、同期信号を受信するスレーブとして動作する場合がある。
各実施形態では、同期信号を送信する制御装置を、マスターまたはマスターとして動作する制御装置と呼び、この同期信号を受信する制御装置をスレーブまたはスレーブとして動作する制御装置と呼ぶ。
【００１２】
＜情報通信：ＵＰｎＰ＞
情報通信の分野において、機器の追加と削除を行う概念としてプラグアンドプレイと呼ばれる概念が存在する。プラグアンドプレイを実現する手段として、ＵＰｎＰというプロトコルを使用することが挙げられる。ＵＰｎＰ対応機器は、電源がＯＮされ通信ネットワークに参加するとまずｓｓｄｐ：ａｌｉｖｅという自機の存在を周囲の他のＵＰｎＰ対応機器に広告するためのメッセージをマルチキャストアドレス宛に送信する。その後も自機が稼働を続けていることを示すために、一定期間ごとにｓｓｄｐ：ａｌｉｖｅを送信する。
【００１３】
機器を停止させる際にはｓｓｄｐ：ｂｙｅｂｙｅなるメッセージをマルチキャストアドレス宛に送信することで、他の機器に対して自機が停止することを周知する。機器が予期せず停止したり、予期せず通信ネットワークから外れてしまったりするような場合に備え、機器はｓｓｄｐ：ａｌｉｖｅを常時監視しており、このメッセージが長期に渡り送信されなくなった場合には、ｓｓｄｐ：ｂｙｅｂｙｅが送信されていないものの当該機器は停止していると判断する。
【００１４】
このように、ＵＰｎＰでは機器の追加と削除を自在に行えるという特徴があるが、一方で機器が予期せず停止した場合、周囲の他の機器が当該機器の停止を検出するのに長期の時間を要するという問題がある。特に、複数インバータで出力の同期を行っている場合には同期が崩れる原因となる。このため、ＵＰｎＰをそのまま複数で協調運転するインバータに適用すると、マスターの故障停止時、残されたスレーブがマスターの停止を検出するのに時間がかかってしまうという問題がある。
【００１５】
＜従来の複数協調運転型インバータ＞
一方、従来から存在する複数協調運転型のインバータの中には、マスター停止時にマスターの交代を実現する機能を有するものがある。このようなインバータでは、例えばマスターインバータの出力端に備わった電流計からのフィードバックをスレーブが監視しており、このフィードバック値が０などの異常値を示すことを以てマスターが停止したと認識してマスターの交代を開始する仕組みとなっている。このような仕組みを用いると、インバータの停止を他のインバータが高速に検出することができるが、一方でインバータの追加運転には対応できていない。
【００１６】
このような課題に対し、各実施形態における電力変換装置は、通信を用いることで電力変換装置の追加やマスターの交代機能を実現するとともに、スレーブとして動作するときは同期信号を常時監視し、同期信号が途絶したことを以てマスターの停止を高速に検出する仕組みを備え、マスター停止時にはすぐさま通信を用いた新たなマスターの選出を開始できる。
【００１７】
まず、はじめに各実施形態の適用例について説明する。
【００１８】
（適用例１：マイクログリッド）
図１は、本発明の各実施形態における電力変換システムの構成の第１の例である。電力変換システムの適用例の一つとしてマイクログリッドが想定され、具体的には一般家庭や店舗、工場・ビル・駅や商業施設などの小、中規模な電力系が想定される。マイクログリッド（以下、単に系と称することがある。）３００は、一例として、発電装置３０３、蓄電装置３０２、負荷３０４、電力変換装置３０７とそれらを繋ぐ電力線２０１及び情報通信線２３などを基本要素として備える。図１では、一例として、電力変換装置（３０７−１、３０７−２、３０７−３）が三台ある例が示されている。なお、電力変換装置は、２台以下でも４台以上であってもよい。このように各実施形態における電力変換システムは、少なくとも複数の電力変換装置を備える。
【００１９】
この他、各種センサ３０６、ＥＭＳサーバ３０５、その他電力に関わる装置などが存在してもよい。各構成要素が通信機能を備えることでシステム全体として高度な制御や外部システムとの協調を可能とする。
【００２０】
マイクログリッド３００の１例としての図１では、系は電力系統３０１と電力線２０１で接続しており、電力系統３０１から電力の供給を受けることができる。また系内に余剰電力が生じた際には逆に送電を行うこと（逆潮流）ができ、系内で生産した電力と電力系統３０１から供給を受けた電力とを同時に消費することも可能である。また系は電力系統から独立するものであっても良い。以下にマイクログリッド３００を構成する各種の要素を例示する。
【００２１】
＜発電装置＞
発電装置３０３は、種々の形態のエネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。例えば光エネルギーを用いる太陽光発電機（ＰＶ：Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）や、水流や風流などの流体エネルギーを用いる水力・風力発電機、化石燃料などの化学エネルギーを電力へと変換する火力発電機、自然に存在する熱を用いる地熱発電機、その他振動や潮力による発電機等が挙げられる。また小・中規模の系で用いられることはほぼないと言ってよいものの、原子力発電機も同様に列挙できる。
【００２２】
発電装置では各種のエネルギー形態を一旦回転運動に変換し、同期機を用いて電力を得る構成が多いが、太陽光発電機のように運動エネルギーに依らない発電形態もある。装置としては、湯沸かし器とガス火力発電機を兼ねた装置のように、複数の機能を兼ねたような形態であってもよい。
【００２３】
＜蓄電装置＞
蓄電装置３０２は電気エネルギーを他のエネルギー形態に変換して保存しておく装置であり、一般には電池をさす。蓄電池や蓄電池を搭載した電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）が一般的な蓄電装置と言えるが、製造後は放電のみを行うことを前提とした乾電池などを含んでもよい。
【００２４】
蓄電装置３０２は充放電速度や電池劣化、寿命の管理のためにマイコンやレギュレータ、インバータ等の変電部品から構成される制御システムを搭載していることがある。この変電・制御システムはＰＣＳ  （Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる。またＰＣＳと蓄電池を一体としたものをＢＥＳＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ぶことがある。ＰＣＳは蓄電池だけでなく、太陽光発電機やその他小型発電機などにも付属していることがある。
【００２５】
蓄電装置３０２は、広義には、電気エネルギーを位置エネルギーとして保存していると解釈できる給水塔や、無停電電源装置などへの適用例があって蓄えた運動エネルギーから電力を取り出すことが可能なフライホイールなども一種の蓄電装置と解釈できる。
【００２６】
＜負荷＞
負荷３０４は電力を消費する装置で、電気エネルギーを他のエネルギー形態に変換する装置である。その多くは電気エネルギーを直接ないし間接的に熱エネルギーに変換する。負荷の代表的なものとしてモータ、照明、加熱装置、コンピュータなどが想定される。マイクログリッドにおいてモータは、家電機器やエレベータ、エスカレータなど他の装置との組み合わせや付加機能を加えた形態として存在することが多い。
【００２７】
負荷がモータである場合、電力は動力・運動エネルギーに変換され、消費される。その際、モータが生み出す動力が直接駆動力として利用されることもあれば、歯車などの動力変換器を介することで運動の速度や方向の変換、回転軸の移動や回転・直動変換、運動エネルギーの分岐や結合などが行われることもある。モータと動力伝達・動力変換機構までを含めた動力システム全体を系の負荷とみなすことも可能である。
【００２８】
＜電力変換装置＞
電力変換装置（変電装置ということもある）３０７はインバータ、コンバータ、変圧器（トランス）など、装置自体では電力の消費が無いまたはごく少ないまま直流／交流、電圧、電流、周波数、相数などを変換する装置を指す。インバータは一般に直流電源を交流電源に変換する装置であるが、運転モードを切り替えることで交流電源を直流電源に変換する機能をもったものもある。また遮断器や電力ルータなど送電経路の遮断や変更を行う装置も、広義では電力変換装置と考える捉えることができる。なお、本文ではインバータという語を、電力変換装置全般を指す単語として使用する場合がある。
【００２９】
＜電力線、電力伝送設備＞
電力線２０１は各種の発電装置３０３、蓄電装置３０２、電力変換装置３０７、負荷３０４の間で電力を伝送するための導線である。家庭内やビル、オフィスでは単相１００Ｖ、系統との接続には３相２００Ｖの電圧に対応した電力線がよく用いられるが、系統の根幹側ではさらに高電圧に対応の電力線が用いられる。系内でも上記の相数、電圧に応じた電力線を用いるのが一般であるが、必ずしもこれに準じた規格の線のみを用いるわけではない。
【００３０】
＜通信、コントローラ＞
系内に存在するあらゆる機器は通信機能を搭載することができ、例えば蓄電池のＰＣＳは通信機能を搭載することによって自機の残充電量を他の機器に告知する機能などを獲得することができる。また、通信を主な機能の１つとしたＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）サーバ、ＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）サーバ、コントローラ、ゲートウェイ、パソコン、サーバなどの情報集約装置もマイクログリッドの重要な構成要素となり得る。情報集約装置は蓄電池や各種センサなどの機器から収集した情報を解析し、系内のエネルギー需給の最適化や協調運転、集中制御を行うことができる。
【００３１】
また系が、ＨＥＭＳサーバやゲートウェイなどを通じて地域を統括するＥＭＳ  （Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）サーバ（ＣＥＭＳ：  Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）や電力会社と通信し、地域全体でエネルギーの統制を行うデマンドレスポンスという概念も存在する。情報通信機器としては上記に挙げた装置の他、有線ＬＡＮ  （Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）用のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ケーブルの分岐を行うためのＬＡＮハブや無線ＬＡＮアクセスポイント（ＡＰ）などが存在する。
【００３２】
通信手段はＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を使用した有線ＬＡＮによるＴＣＰ／ＩＰ通信や、無線ＬＡＮによるＴＣＰ／ＩＰ通信が広く普及しているが、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＺｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）などであっても構わない。その他ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＲＳ２３２Ｃなどの通信規格、プロトコル、あるいは光や音波を利用した通信などの通信手段も想定でき、本発明で用いる通信はこれらの手段のいずれを使用してもよい。またここで用いられる通信媒体も広義では系の一部と考えることができる。
【００３３】
＜センサ＞
系にはあらゆる種類のセンサを含むことが可能である。例えばスマートメータ、電圧計、電流計、温度センサなどである。これらのセンサはインバータなどの装置に内蔵されていることもあるし、通信機能を備え、インバータ等の装置の外部センサとして動作したり、センサネットワークを構成して系内全体の制御に利用されたりする。
【００３４】
＜その他（ＵＰＳ、瞬低補償装置など）＞
マイクログリッドの構成要素としては上記の他、瞬低補償装置、無停電電源装置（ＵＰＳ）や無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）などが挙げられる。これらは蓄電装置や電力変換装置の一種と捉えることができる。なお、上記のような装置は必ずしも明確に役割が分かれているわけではない。例えば同期機は発電機としても負荷としても利用可能であるし、ＰＣＳと一体化した蓄電池は蓄電装置であると同時に情報通信機器でもあるといえる。
【００３５】
＜適用例２：系統連系＞
図２は、本発明の各実施形態における電力変換システムの構成の第２の例である。適用例として、複数台で運用される系統連系インバータを含む電力変換システム３００ｂへの適用・用途が挙げられる。電力系統３０１には小から大までの規模の各種の発電装置３０３や蓄電装置３０２が電力変換装置３０７を介して接続される。電力変換装置３０７は、例えば、系統連系インバータである。
【００３６】
多くの場合、系統連系インバータと電力系統の間には特段の負荷等は設置されず、インバータと電力系統とは直接に接続され、電圧計などのセンサが使用される。電力系統全体は小から大までの規模のＥＭＳ・電力会社・その他アグリゲータ等によって管理されている。系統連系インバータは交流電力出力を系統に電力を供給するインバータであって、特にメガソーラーや小、中規模の発電所や蓄電施設などに設置され、その他家庭やビル、工場などの施設やマイクログリッドなど多種多様な場所に設置され、利用される。
【００３７】
出力電圧は単相１００Ｖ、３相２００Ｖをはじめとして多岐にわたり、電力系統３０１の電圧・周波数に合わせて出力を制御し、電力のやりとりを行う。また蓄電池用を含む系統連系システムなどでは順潮流と逆潮流の両方に対応している。このようなシステムにおいて、各種の装置は通信機能を備えることが可能で、通信を用いて電力データなど種々のデータをやりとりする。
【００３８】
先述のマイクログリッド同様、電力変換装置、発電装置、蓄電装置の他各種の装置が存在していることがある。特に、システム全体を制御・管理するコントローラが存在することで、システムの包括的なコントロールが可能になる。このような応用例において、各実施形態の電力変換装置は、複数台で同期を取りながら出力の電圧・電流波形を一致させながら系統連系を行う。
【００３９】
＜適用例３：鉄道、エレベータ、産業用途＞
各実施形態の電力変換装置はまた、鉄道車両、昇降機、ＦＡなどのシステムへの応用が考えられる。上記のようなシステムでは複数のインバータやモータなどが通信を行いながら自律協調的に、あるいはコントローラによる制御の下で使用される。産業用途では通信規格としてＲＳ−２３２Ｃのようなシリアル通信のほか、ＲＳ−４８５やＣＡＮなどの通信規格がよく利用される。この他Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＩＰを使用するＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／ＩＰやＥｔｈｅｒＣＡＴなどの規格も利用される。このような応用例において、複数のインバータが同期を取りながら出力の交流電圧の波形を一致させながら運転を行ったり、インバータによって制御される複数のモータが回転数や回転角を一致させたり一定角度ずらしたりしながら運転される。
【００４０】
＜インバータの同期の意義＞
各実施形態の電力変換装置は、同等の機能を搭載した複数の電力変換装置を組み合わせて使用することを想定している。勿論本発明の電力変換装置を単体でも使用することは可能であるが、その場合は各実施形態の電力変換装置のメリットは発揮されない。
【００４１】
ここでいう電力変換装置は、インバータを主に想定しているが、本発明はインバータへの適用に限定されるものではない。電力変換装置は、交流電圧・交流電流に関わり電力から電力、あるいは電力から他のエネルギー形態、情報などに変換する装置であってもよい。
【００４２】
また、同期信号に関しては、コントローラやＥＭＳサーバ、その他各種センサなどでもインバータと同様に発信や受信を行うことができるため、各実施形態は上記に例示したあらゆる装置に対しての適用が可能である。
【００４３】
＜基本的なインバータの説明＞
各実施形態は特に、並列に接続された複数の電圧インバータの交流出力の同期に関わるものである。ここでインバータは、一例として、ＤＣ電源部、電気制御部、ゲート駆動信号生成部、電力変換部を主要な構成要素として備える。電力変換部は、ゲート部及びフィルタ部を備える。
【００４４】
ＤＣ電源部はゲート部にＤＣ電圧を提供する。このＤＣ電源は外部からの入力である場合や、ＡＣ入力を整流してＤＣ電圧を得る場合、また入力されたＤＣまたはＡＣ電圧を所望の電圧へと昇降圧するためのチョッパ回路等を含む場合がある。
【００４５】
電気制御部は、インバータの目標の出力値である目標値（例えば、インバータの目標の出力電力または出力電圧）、及びフィードバック値（例えば、インバータの実際の出力）に応じた指令値の生成を行う。指令値は、後述するゲート駆動信号のデューティー比を決めるための時系列データである。
【００４６】
ゲート駆動信号生成部は、指令値とキャリア波との比較からゲート駆動信号を生成する。ここで生成されたゲート駆動信号はゲート部を構成するＳｉＣやＩＧＢＴなどのパワー半導体デバイスに入力され、ＤＣ電圧の切り替え（スイッチング）を行う。
【００４７】
ゲート部からは、電圧がキャリア周波数をベースにした高周波数のパルス波形となって出力される。
フィルタ部がゲート部から出力された高周波数のパルスから高周波ノイズを除去しつつこの波形を正弦波へと整形する。
モータなど高周波ノイズの影響を受けにくい負荷に接続される場合には、フィルタ部を介さず直接インバータの出力端を負荷の入力端に接続する場合がある。またインバータの出力を系統に連系する場合には、フィルタのインダクタンスや、別途用意したリアクトルあるいは柱上トランスのインダクタンスなどを使って無効電力をゼロにする制御を行うことがある。
【００４８】
＜インバータのユニット化と複数並列運転のメリット＞
インバータを複数台並列に接続することで、個々のインバータの出力電流を合計した出力を実現する電力変換システムを得る手法が存在する。理想的には、この電力変換システムは外部からみると１台の大出力インバータとして扱うことができる。このような手法のメリットは、小容量のインバータを組み合わせることによって、所望の出力定格をもった大容量インバータと同等の出力を実現できることにある。このことは、大容量のインバータの入手や製造が困難な場合であっても、あるいは所望の定格毎にわざわざインバータを製造または用意せずとも、既存のインバータの組み合わせによって出力を調整することができるため、標準品の大量生産によるコストダウンが図れる産業上の利点がある。
【００４９】
＜インバータの同期の必要性（基本波同期）＞
インバータを複数接続して形成する電力変換システムによる大出力を狙う場合でかつ交流を出力する場合、個々のインバータの交流電圧出力の位相を一致させる必要がある。位相が正確に同期していない場合には、位相差に由来する電圧差に応じた横流が発生する。横流が発生すると、本来の出力電流以上の電流が発生することから、過電流や、発熱の原因となる恐れがある。
【００５０】
上記のような理由から、複数のインバータを並列接続して運転する場合には、インバータの出力交流電圧の位相を同期することが必要である。同期を行うためには基準となるタイミングを保持する装置をグループに１台置く。
なお、各実施形態において、電力変換装置のみがマスター装置やスレーブ装置になれると限定するものではなく、系内に存在する他の装置がマスター装置やスレーブ装置となっても構わない。
【００５１】
＜パルス信号での基本波同期＞
各実施形態において、同期信号は一例として、ローレベルの電圧と、ローレベルよりも高いハイレベルの電圧を交互に周期的に繰り返される信号（以下、パルス信号という）である。各実施形態に係るインバータの出力を同期させる方法の１つは、複数台の電力変換装置のうちの１台がマスター装置となりこのパルス信号を生成し、残りの電力変換装置はスレーブ装置となりマスター装置からのこのパルス信号を受信する方法である。このとき、スレーブがそれぞれもつ制御回路に対して、マスターから出力されるパルス電圧を同期信号として入力し、制御回路内ではＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）を用いて周期を保持しながら出力の同期を図るという方法である。
【００５２】
＜立ち上がりの利用＞
同期信号としてパルス波形を用いる場合、一例として、マスターは出力の交流電圧が負から正へと切り替わる過程において、電圧が０となる瞬間（ゼロクロス）にパルスの立ち上がりを一致させるよう信号波形を生成する。そして、信号受信側であるスレーブは、一例として、パルス波形の立ち上がりの瞬間に合わせて出力交流電圧がゼロクロスとなるよう位相制御を行う。
上記の例ではパルスの立ち上がりを利用して同期を行っているが、パルスの立ち下がりを用いる場合や、立ち上がりと立ち下がりの両方を用いる方法も可能であり、各実施形態はいずれの場合にも適用できる。
【００５３】
＜パルスの生成  系統連系と独立、モータドライブ＞
電力変換システムが系統に連系する場合、マスターは電圧センサを用いて系統電圧から位相の変化を読み取り、これに基づいてパルス信号を生成する。電力変換システムが系統から独立して運転しつつ負荷に対して系統を模擬するような出力を行う場合は、マスターのもつタイマーに基づいて５０Ｈｚまたは６０Ｈｚを制御用マイコンでカウントし、信号を生成する。モータドライブのようにマスターが負荷の周波数制御を行う場合や、周波数が任意である場合も同様にマスターが自機のタイマーやカウンタに基づいて信号の生成を行う。
【００５４】
＜パルス以外の同期信号、周波数、分周器／加算器＞
タイミングの伝達信号としてパルス電圧波形を使用することは最も一般的な手法の一つであるが、これ以外の信号を用いても本発明を構成可能であることは言うまでもない。例えば、パルス電流を用いることも可能であるし、波形として三角波や正弦波、その他の波形を用いることも可能である。
【００５５】
波形の周波数も出力の周波数に一致したものである必要はなく、例えば出力５０Ｈｚに対してパルス波形は１０Ｈｚで送り、スレーブは同期信号受信後に内部の回路で分周器を用いて５０Ｈｚのタイミングを得る方法などであってもよい。特に、系統連系インバータにおいては使用する周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚに限られているため、同期信号の周波数としては５０と６０の公約数の１つである１０を選択して分周比が可変なる分周器と組み合わせることによって、１種類の同期信号で２つの周波数に対応することが可能になる。または５０と６０の公倍数の１つである３００を同期信号の周波数に選び、信号周期をカウントする加算器と併用しても同等の効果が得られる。
【００５６】
またマスターとスレーブの間で通信を行う際、マスターは通信メッセージ中にメッセージの送信時間を記しておき、スレーブは受信時に送信時間を読み取ることでマスターのもつタイマーに自機のタイマーを合わせることが可能になり、このタイマーを元に出力波形を生成することで、複数インバータ間での出力同期が実現できる。送信メッセージに記載するデータは送信時間でなくともよく、例えば出力の周波数と送信時における出力のゼロクロスからの経過時間の組み合わせなどであってもよい。またスレーブはマスターにタイマーを合わせるのではなく、マスターのタイマーと自機のタイマーの偏差を求めるようなタイミング管理の仕方であってもよい。
【００５７】
＜信号の伝達  有線／無線＞
生成されたパルス信号は制御用マイコンに備わっているＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）等の出力端子を通じて出力され、スレーブへと信号線を用いて配布される。スレーブ側では制御マイコンや周辺回路に同期信号を入力して出力波形の同期を行う。このときフォトカプラ等を用いて絶縁保護を行う回路や、その他機能回路を介してもよい。信号線は単なる導線であっても構わないが、同軸ケーブルやツイストペアケーブルなどノイズ対策を施した配線を用いるのが望ましい。この他、パルスの伝達手段は光通信や無線通信であっても構わず、ノイズ対策や絶縁対策が十分か不要な場合はフィルタ回路、絶縁回路等は省略しても構わない。
【００５８】
＜相数＞
出力が単相の場合はマスターの出力の正弦波にタイミングを合わせた同期信号を用いれば良いが、３相の場合は３種類の信号線を用いるか、２種類の同期信号とその差分とで３相を担保する方法、１つの同期信号からスレーブの制御回路内で位相が１２０度ずつずれた同期タイミングを生成保持して３相の出力に充てることになる方法なども存在する。各実施形態は、いずれの方法でも実現できる。また４相などの多相交流であっても同様である。
【００５９】
（マスター・スレーブの交代と通信）
＜マスター・スレーブ・コントローラ＞
図３と図４に、各実施形態の電力変換装置と周辺機器の接続構成の例を示す。図３は、各実施形態の電力変換装置と周辺機器の接続構成の第１の例である。図３において電力変換装置１０は電源投入後、マスターとスレーブに機能を分担する。図３に示すように、電力変換装置１０のうち、マスターとして動作する電力変換装置１０をマスター装置１１と表記し、スレーブとして動作する電力変換装置１０をスレーブ装置１２と表記する。ここで、スレーブ装置１２は、スレーブ装置１２−１、１２−２の総称である。
【００６０】
そして、情報通信線２３を用いた通信によって共有される目標値と、同期信号線２４を用いて共有される同期信号を元に同期した出力を行う。マスター装置１１が同期信号を生成し、スレーブ装置１２−１、１２−２がその同期信号を受信する。電力供給装置１５は、一例として、マスター装置１１及びスレーブ装置１２−１、１２−２と入力電力線２１ａを介して接続されている。電力供給装置１５は、この入力電力線２１ａを介してマスター装置１１及びスレーブ装置１２−１、１２−２へ電力を供給する。
【００６１】
図４は、各実施形態の電力変換装置と周辺機器の接続構成の第２の例である。
図４は、図３と異なり、コントローラ１３が同期信号を生成し、スレーブ装置１２−１、１２−２、１２−３がその同期信号を受信する。ここでいうコントローラ１３は電力変換装置ではないが同期信号を生成するものであって、必ずしも通信や制御における上位機を示すものではない。各スレーブ装置１２−１、１２−２、１２−３は入力電力線２１ａを介して電力供給装置１５から入力される電力を装置内で変換し、出力電力線（電力線）２１ｂから出力する。
【００６２】
入出力とも直流・交流のいずれであってもよく、相数も単相、３相またはそれ以上であってもよいが、以下出力は単相または３相の交流を想定して説明する。入力電圧は電力供給装置１５が供給を行う。電力供給装置１５は、具体的には例えば、電力系統、マイクログリッドなどの中小規模系統、各種の発電装置、各種の蓄電装置などの装置やこれら複数の組み合わせであり、途中で変電装置による電力変換を介していることもある。
【００６３】
図５、図６に、電力変換装置１０の出力側の様子の例を図示する。図５は、電力変換装置１０の出力側の構成の第１の例である。電力変換装置１０−１、１０−２、１０−３は、マスター、スレーブのいずれであっても構わない。電力変換装置１０−１〜１０−３の出力は、それぞれ出力電力線（電力線）２１ｂ−１〜２１ｂ−３を介して、それぞれ電力消費装置１６−１〜１６−３に接続される。
【００６４】
電力消費装置１６の例として、電力系統、マイクログリッドなどの中小規模系統などが挙げられ、これら系統が接続されているとき、電力変換装置１０は系統連系インバータと呼ばれる。他にも電力消費装置１６の例としては各種の蓄電装置や、モータなどの負荷などの装置やこれら複数の組み合わせが挙げられ、途中に他の変電装置を介している場合もある。
【００６５】
図５に示すように、各電力変換装置１０は出力を結合することなく個々の電力消費装置１６へと出力することがある。電力消費装置１６は複数の装置の集合である場合もある。
【００６６】
図６は、電力変換装置１０の出力側の構成の第２の例である。
図６に示すように、各電力変換装置１０は出力を結合して電力消費装置１６へと出力することもある。電力変換装置１０−１〜１０−３それぞれは、対応する出力電力線２１ｂ−１〜２１ｂ−３を介して、対応するリアクトル１７−１〜１７−３に接続されている。またリアクトル１７−１〜１７−３それぞれは、対応する出力電力線２１ｂ−４〜２１ｂ−６を介して電力消費装置１６に接続されている。
【００６７】
図６のような構成の場合、電力変換装置の出力波形の位相のずれやＰＷＭ  （Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御のスイッチングタイミングのずれが横流となって現れるため、リアクトル１７を使用して横流の低減を図る場合がある。電力変換装置がゲート駆動信号を供給している場合は出力の波形もほぼ一致するため、リアクトル１７が不要となる場合がある。
【００６８】
また、ＰＷＭ制御に使用するキャリア波と制御指令値、あるいはさらにフィードバック値が電力変換装置１０間で共有されているときにも出力の波形はほぼ一致するため、リアクトル１７が不要になるときがある。リアクトル１７は必要であるが、出力電力線２１ｂのもつ微小なインダクタンスで十分であるときには、実際の装置としてはリアクトル１７を用いない場合がある。
【００６９】
一方、図５と図６のいずれの構成であっても、出力波形の整形やノイズフィルタリングが必要なときはリアクトル１７を使用し、さらにキャパシタを使用してノイズの除去を図ることもある。
【００７０】
＜比較例におけるマスター・スレーブ方式と序列固定のマスター交代＞
比較例において、電力変換装置（例えば、インバータ）を複数台で運転する際、マスターが発信する同期信号をスレーブが受信し、出力を同期させることを想定する。この比較例では、例えば、マスターが故障して停止するケースについても考慮する。この比較例では、運転開始時のフェーズにおいてスレーブに予め序列を付けておき、マスター故障時は順次序列の高いスレーブが新たなマスターになる仕組みである。マスター停止の検出方法は、例えばマスターの出力端に取り付けられた電流センサの出力が、マスターの停止と同時に０となることをスレーブが検出する方法などがある。このような仕組みを用いることで、マスターが突然停止した際にも新たなマスターを選出し、グループ中の電力変換装置（例えば、インバータ）全機を一旦停止させることなく運転・出力を継続することが可能になる。
【００７１】
＜比較例におけるスレーブ序列固定の弊害＞
しかし、上記のようにスレーブの序列を固定する運用法では、電力変換システムの運転開始後、刻々と変換する種々の要因、例えば電力変換装置（例えば、インバータ）毎の累積エラー数などによる快調・不調などのパラメータや、電力変換装置（例えば、インバータ）の動的な追加などに対応したマスターの交代を実現することは不可能である。また、上記のような手法でマスター停止の検出を行い、これをトリガにマスターの交代を行う場合、マスターが停止した場合にのみマスターの交代を行うことができる。
【００７２】
このことは電力変換システムの運用を固定的にし、さらなる柔軟な運用を実現することを困難にしている。例えば、電力変換システムが運転を開始した後、グループに新たに高性能な電力変換装置（例えば、インバータ）を追加した場合を考えると、この電力変換装置（例えば、インバータ）をマスターとするのが最適であるにも関わらず、そのような運用を行うことが困難になる。
【００７３】
＜各実施形態：通信の導入＞
電力変換システムのより柔軟な運用を実現するため、各実施形態の電力変換装置（例えば、インバータ）は通信部を搭載し、電力変換装置（例えば、インバータ）間で通信を行うことによって、パラメータ情報の交換や、マスター・スレーブの交代を可能とする。
【００７４】
各実施形態の電力変換装置（例えば、インバータ）は、マスターとして動作するものとスレーブとして動作するものとに分かれる。しかし、これらの電力変換装置（例えば、インバータ）は、基本構成や起動直後の状態ではマスターとスレーブの違いはなく、起動後に電力変換装置（例えば、インバータ）間で行われる通信によってマスター、スレーブの役割分担が決定されることを前提としている。
【００７５】
従っていずれの電力変換装置（例えば、インバータ）もマスターあるいはスレーブとなり得る。このことは、マスターとして動作している電力変換装置（例えば、インバータ）が停止した場合においても、他の電力変換装置（例えば、インバータ）がマスターとしての動作を引き継ぐことで、電力変換システムは動作を継続して行えることを意味する。
【００７６】
ただし、マスター専用の電力変換装置（例えば、インバータ）やスレーブ専用の電力変換装置（例えば、インバータ）、あるいは基本構成や性能の異なる電力変換装置（例えば、インバータ）の混在を排除するものではなく、そのような場合でも各実施形態を適用することは可能である。
【００７７】
＜マスター選出アルゴリズム＞
同等な構成の複数インバータのうちからマスターを選ぶ、あるいはスレーブ間で序列付を行う際の判定基準やアルゴリムには様々な例が考えられる。一例を示すと、一般にインバータは直流端と交流端の２つの入出力端をもつが、これらの端子にどのような機器が接続されているかによって序列を決定する方法が考えられる。
【００７８】
接続される機器や装置の代表例として、他のインバータ、蓄電池、発電機、モータなどの負荷や電力系統などが挙げられる。より詳細には、各実施形態におけるシステム構成の一例として前述した機器や装置等である。これらの装置のうち、電力系統や蓄電池は最も安定した電源を有していると考えられるため、これらに接続しているインバータの序列をより高くすることで、マスターが突然停止するような事態の発生確率を低く抑えることができると考えられる。
【００７９】
逆に、交流端で他の電力変換装置（例えば、インバータ）と接続し、直流端で負荷に接続している電力変換装置（例えば、インバータ）は、他の電力変換装置（例えば、インバータ）が停止しているような状況においては単独で動作することができないため、序列を低くしておくことが妥当であると考えられる。
【００８０】
さらに、蓄電池に接続されている電力変換装置（例えば、インバータ）が２台以上存在する場合は、接続されている蓄電池の容量や充電量、累積充放電量等のパラメータ、あるいは電力変換装置（例えば、インバータ）の累積稼働時間、累積エラー回数、筐体温度、空きメモリ容量等のパラメータ、電力変換装置（例えば、インバータ）の製造番号やＩＰアドレス等の固定ないし半固定の数値、あるいは乱数などを利用したアルゴリズムでマスターの選出やスレーブの序列付けを行うことも考えられる。
【００８１】
通信を用いてのマスター選出にあたっては、電力変換装置全機が同じマスター・スレーブ選出アルゴリズムを保有し、同じパラメータを共有している場合にはどの電力変換装置が次のマスターの決定を行っても同じ結果になる。しかし、この２つの条件が完全には満たされないケースを想定して、複数の電力変換装置間で通信して、一つの電力変換装置が、複数の電力変換装置が推薦するマスター候補から、多数決方式で、最も推薦数が多い電力変換装置をマスターに選出してもよい。また、事前にマスター選出コーディネータの序列付けを行っており、序列１位のコーディネータがマスターの選出を行ってもよい。
【００８２】
なお、どのようなマスター選出アルゴリズム、スレーブの序列付けアルゴリズムであっても各実施形態を適用することは可能であることは言うまでもない。
【００８３】
＜動作シーケンス１  停止予告通信＞
各実施形態における電力変換装置（例えば、インバータ）は、上記に例示したようなマスター・スレーブ選出アルゴリズムを搭載し、通信によってパラメータ情報の交換やマスター・スレーブの交代を可能とする。ここで、電力変換装置（例えば、インバータ）が、複数で協調運転しており、マスターが交代する場面に着目する。
【００８４】
マスターが動作を停止する際の動作シーケンスの１例として、マスターとして動作している電力変換装置（例えば、インバータ）は停止前に自機の停止を予告する通信を行ってから停止する場合がある。この動作シーケンスは、以下のように、さらにいくつかの場合分けが可能である。
【００８５】
（１−Ａ）マスターは停止予告通信の中でスレーブの中から新たなマスターを指定し、指定を受けたスレーブは以降、マスターとして動作する。
【００８６】
（１−Ｂ）マスターはスレーブ間で新たなマスターを選出するよう指令を発してから停止する。このような指令を受けた複数のスレーブは、スレーブ間同士で通信を開始して新たなマスターを選出する。マスターは単に停止予告通信を発信するのみであるが、スレーブがこの通信を受信した場合はマスターの選出動作に入るよう規定している場合も（１−Ｂ）に該当していると解釈できる。
【００８７】
（１−Ｃ）通常運転時に通信を用いて予めスレーブに序列付けを行っておき、マスターの停止予告通信を受け取ると、運転中スレーブの中から序列１位のスレーブが次なるマスターになる。（１−Ａ）〜（１−Ｃ）いずれの場合においても、マスターの交代が確実に行えることを保証するＡＣＫメッセージの交換までを行うことが望ましい。ＡＣＫメッセージの交換までをシーケンスに含めることで、次のマスター候補であるスレーブがいつの間にか動作を停止しているようなケースにおいても滞りなくマスターの交代を行うことができる。
【００８８】
上記の例のうち（１−Ｂ）の動作シーケンスを図７に図示する。図７は、図３の構成例において、マスター装置１１が動作を停止する際の動作シーケンスの第１の例である。
【００８９】
（Ｔ１０１）まず、マスター装置１１が同期信号をスレーブ装置１２−１、１２−２へ送信する。
【００９０】
（Ｔ１０２）次に、マスター装置１１が停止予告信号をスレーブ装置１２−１、１２−２へ送信する。
【００９１】
（Ｔ１０３）次に、スレーブ装置１２−１とスレーブ装置１２−２間で、マスター・スレーブを再構成する通信を行う。
【００９２】
（Ｔ１０４）引き続き、スレーブ装置１２−１とスレーブ装置１２−２間で、マスター・スレーブを再構成する通信を行う。
【００９３】
（Ｔ１０５）次に、スレーブ装置１２−１が新たなマスターを自身であるスレーブ装置１２−１に決定する。これにより、スレーブ装置１２−１が新たにマスター装置１１になる。
【００９４】
（Ｔ１０６）次に、マスター装置１１が同期信号をスレーブ装置１２−１、１２−２へ送信する。
【００９５】
（Ｔ１０７）次に、スレーブ装置１２−１が停止予告ＡＣＫメッセージをマスター装置１１へ送信する。
【００９６】
（Ｔ１０８）次に、スレーブ装置１２−１とスレーブ装置１２−２は、時刻Ｔ１０６で受信した同期信号に基づく位相制御を開始する。
【００９７】
（Ｔ１０９）時刻Ｔ１０８から自走期間ＴＳ経過した時に、スレーブ装置１２−１とスレーブ装置１２−２は、時刻Ｔ１０６で受信した同期信号に基づく出力交流電圧の位相制御を終了する。
【００９８】
（Ｔ１１０）次に、新たなマスター装置１１は、スレーブ装置１２−２へ同期信号を送信する。
【００９９】
ただし、時刻Ｔ１０７の停止予告ＡＣＫメッセージは必須ではなく、これがなくとも各実施形態は構成可能である。また、上記（１−Ａ）〜（１−Ｃ）ではマスターの停止に伴うマスターの交代手順の例を示したが、マスターの停止は必須要件ではなく、例えば累積エラーの少ないスレーブにマスターを交代するなど、正常な動作の一部としてマスターの交代を行うことも可能である。
【０１００】
＜動作シーケンス２  突然停止＞
また、マスターが停止する際の動作シーケンスの別の１例として、停止前に通信を行うことなくマスターが突然停止する場合を想定する。またそのときの動作シーケンスの概要を図８に図示する。図８は、図３の構成例において、マスター装置１１が動作を停止する際の動作シーケンスの第２の例である。
【０１０１】
（Ｔ２０１）まず、マスター装置１１が同期信号をスレーブ装置１２−１、１２−２へ送信する。
【０１０２】
（Ｔ２０２）次に、マスター装置１１が突然停止する。
【０１０３】
（Ｔ２０３）次に、スレーブ装置１２−１がマスターの停止を検出する。
【０１０４】
（Ｔ２０４）次に、スレーブ装置１２−１とスレーブ装置１２−２は、時刻Ｔ２０１で受信した同期信号に基づく位相制御を開始する。
【０１０５】
（Ｔ２０５）次に、スレーブ装置１２−１とスレーブ装置１２−２間で、マスター・スレーブを再構成する通信を行う。
【０１０６】
（Ｔ２０６）引き続き、スレーブ装置１２−１とスレーブ装置１２−２間で、マスター・スレーブを再構成する通信を行う。
【０１０７】
（Ｔ２０７）次に、スレーブ装置１２−１が新たなマスターを自身であるスレーブ装置１２−１に決定する。これにより、スレーブ装置１２−１が新たにマスター装置１１になる。
【０１０８】
（Ｔ２０８）時刻Ｔ２０４から自走期間ＴＳ経過した時に、スレーブ装置１２−１とスレーブ装置１２−２は、時刻Ｔ２０１で受信した同期信号に基づく位相制御を終了する。
【０１０９】
（Ｔ２０９）次に、新たなマスター装置１１がスレーブ装置１２−２へ同期信号を送信する。
【０１１０】
この例では、マスター装置１１の故障が原因で、事前に通信することなくマスター装置１１が停止する場合が主な想定ケースであるが、正常な動作手順の一部として通信による停止予告無しに動作を停止するものであっても構わない。マスター装置１１が停止すると、運転を続けているスレーブ装置１２−１、１２−２はマスター装置１１の停止を検知して新たにマスターとして動作する制御装置の選出処理を実行する。
【０１１１】
マスターの選出処理は、以下のいずれであってもよい。
（２−Ａ）複数のスレーブが通信を行い、スレーブの中から新たにマスターとして動作する制御装置を選出する。
【０１１２】
（２−Ｂ）マスター停止前の正常動作時に予めスレーブに序列を設定しておき、マスター停止時はこの序列に基づいて新たにマスターとして動作する制御装置を選出する。マスターのスムーズな移管には、序列１位のスレーブが確かに動作していることを他のスレーブが認識することが必須であるため、序列１位のスレーブはマスターに昇格する前後いずれかにおいてマスターの交代を宣言する旨の通信を行う。
【０１１３】
他のスレーブは、マスターの停止を認識してから一定時間のうちに、序列１位のスレーブからマスターの交代に関わるメッセージを受信してマスターの交代を確認することを正常な動作手順とし、一定時間内に上記のメッセージを受け取れなかった場合は、停止したマスターだけでなく、序列１位のスレーブも動作を停止したものとして、序列２位のスレーブがマスターに昇格する。序列２位以下のスレーブが正しくマスターに昇格したかどうかの確認は、序列１位のスレーブの昇格に関わる手順と同様の手法を用いることができる。
【０１１４】
＜通信内容の例＞
各実施形態の電力変換装置が行う通信の内容には、例えば、以下のようなものが挙げられる。まず、マスター・スレーブの再構成に関わる通信内容には以下のような例が挙げられる。
（１）次のマスターの指定に関わる通信。特に現在のマスターが次のマスターを指定する場合。
（２）次のマスターの選出に関わる通信。
（３）全機またはスレーブの序列付けに関わる通信。
（４）次のマスター候補または全機の稼働ステータスに関わる通信。どの電力変換装置にいかなる装置が接続しているか、ハードウェアスペック、筐体温度、累積エラー数などのパラメータ交換を行うもの。
【０１１５】
上記の他に、機器の稼働と停止に関わる以下のような内容の通信が行われる。
（５）自機の稼働を周囲の他の装置に通知する通信。特に起動時。稼働中に随時行ってもよい。
（６）自機の故障や停止予定を周囲の他の装置に通知する通信。
（７）他機の稼働・故障・停止に関わる情報を当該機に確認する通信。
（８）他機の稼働・故障・停止に関わる情報を周囲の他の装置に通知する通信。
【０１１６】
また、（９）上記の通信に対するＡＣＫに相当する通信があってもよく、上記の１つまたは複数の通信を組み合わせて複数の電力変換装置は運転される。上記以外の内容の通信を行っていても各実施形態を適用できることはいうまでもない。
【０１１７】
各実施形態の電力変換装置が構成するシステムには、マスターとしてのみ機能する電力変換装置やスレーブとしてのみ機能する電力変換装置を加えることができる。例えば交直変換機能をもたないコントローラ１３であっても、同期信号の発信や受信を行うためのハードウェアやプログラムを備えているものも一種の電力変換装置としてシステムに組み込むことができる。
【０１１８】
システムの冗長性を高めるために上記のようなコントローラ１３を２台以上システムに組み込むことも可能である。また、通信機能や同期信号の発信機能をもたないインバータなども、スレーブ専用の電力変換装置としてシステムに組み込むことが可能である。マスターが停止し、残った稼働中の電力変換装置が１台のみであるときは、残った１台がマスターとしてあるいは単独での運転を行うモードで運転を行う。
【０１１９】
このとき、スレーブが存在しないため信号線を通じた同期信号の発信は停止するのが妥当である。また、マスターが急に停止した場合などにおいて、他に停止している電力変換装置がないか、あるいは停止はしていないもののエラーや部分的な故障を起こしている電力変換装置がいないかのエラーチェックを行っても良い。
【０１２０】
（同期信号の途絶対策）
＜マスター交代期間中に同期信号が途絶してしまう問題＞
各実施形態の電力変換装置（例えば、インバータ）は、複数台の電力変換装置（例えば、インバータ）のうちの１台であるマスターが生成した同期信号を、残りの電力変換装置（例えば、インバータ）であるスレーブが受信して同期を行う。マスターが停止した際にはスレーブ間の通信によって新たなマスターが選出され、新たなマスターが同期信号の生成を開始する。
【０１２１】
さて、上述のように、通信を用いてマスターの交代を行う各実施形態の電力変換装置（例えば、インバータ）において、マスターが停止前に次のマスターを指定する（１−Ａ）のようなケースでは、マスターの交代に関わる通信の回数は少なくて済み、比較的短時間で行うことができる。しかし、マスターの予期せぬ停止をトリガとした（２−Ａ）、（２−Ｂ）のようなケースのマスター交代の場合、マスターの交代に関わる通信の回数が増え、完了までに一定の時間を要する。いずれの場合においても通信を用いる以上はパケット消失やこれに伴う再送が発生する可能性があり、通信が完了するまでの間は同期信号を発信すべきマスターが不在となり、同期が保てなくなる恐れがある。
【０１２２】
＜ＰＬＬ自走と通信の併用による解決＞
ここにおいて、各実施形態のスレーブとして動作する電力変換装置（例えば、インバータ）は位相同期回路部を備える。そして、スレーブは、同期信号を一旦ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）に入力して同期タイミングの保持を図る。それとともに、スレーブは、同期信号の途絶時にはＰＬＬの自走を利用して短期間、複数の電力変換装置（例えば、インバータ）での出力同期を維持し、その間にマスターの交代に係る通信を完了させ、新たなマスターは同期信号の発信を開始する。上記のような仕組みを用いることで、マスターの交代に関わる通信を行っている間は同期信号が途絶し、同期が崩れる問題を回避することが可能になる。
【０１２３】
（第１の実施形態）
続いて、上記のような機能と適用用途を実現する第１の実施形態における電力変換装置１０について説明する。図９は、第１の実施形態における電力変換装置１０の構成を示す概略ブロック図である。
【０１２４】
電力変換装置１０は、入力電力線２１ａに接続する接続部１０１ａと、出力電力線２１ｂに接続する接続部１０１ｂを備える。
更に、電力変換装置１０は、接続部１０１ａと接続部１０１ｂに電力線で接続された電力変換部１０４と、電力変換部１０４に電気的に接続された電気検知部１０７を備える。
更に、電力変換装置１０は、接続部１０１ａ、接続部１０１ｂ及び電力変換装置１０と通信線で接続され、それらを制御する制御装置１００を備える。
【０１２５】
接続部１０１ａは、入力電力線２１ａを介して不図示の電力供給装置１５から入力された電力を、電力変換部１０４へ出力する。
電力変換部１０４は、接続部１０１ａを介して入力された電力を変換し、変換後の電力を接続部１０１ｂを介して出力電力線（電力線）２１ｂへ出力する。
接続部１０１ｂは、電力変換部１０４が出力した電力を出力電力線（電力線）２１ｂへ出力する。これにより、この電力が、不図示の電力消費装置１６または１６−１〜１６−３へ伝送される。
【０１２６】
電気検知部１０７は、電力変換部１０４が変換した後の電気信号（ここでは一例として、電圧Ｖｆｂ）を検知し、検知した電気信号を制御装置１００の後述する制御部１０２へ出力する。
【０１２７】
制御装置１００は、電力を変換し変換後の電力を出力電力線（電力線）２１ｂへ出力する電力変換装置１０を制御する。ここで、制御装置１００は、他の電力変換装置やコントローラ１３やその他通信装置との通信を行う通信部１０３を備える。
更に、制御装置１００は、同期信号線２４と電気的に接続され、この同期信号線２４を介して他の電力変換装置やコントローラ１３と同期信号の送受信を行う同期信号部１１０を備える。
【０１２８】
更に、制御装置１００は、通信部１０３と電力変換部１０４と同期信号部１１０と通信線を介して接続され、全体の制御を行う制御部１０２を備える。ここで、制御部１０２は位相同期回路部４０１を含む。
【０１２９】
入力電力線２１ａと出力電力線２１ｂはいずれが入力電力線、出力電力線となってもよく、第３以上の電力線や接続部があってもよい。情報通信線２３と同期信号線２４は物理的に有線である必要はなく、無線やその他の伝達手段であってもよい。
【０１３０】
このように、通信部１０３は、他の一台以上の制御装置と通信する。
そして、通信部１０３は、例えば、他の制御装置に関する情報、この他の制御装置を制御する電力変換装置に関する情報、この電力変換装置と電気的に接続されている装置に関する情報のうち少なくとも一つ以上をマスターを決定するための情報として通信により、他の一台以上の制御装置から取得する。電力変換装置と電気的に接続されている装置に関する情報は例えば、接続されている蓄電池の容量や充電量、累積充放電量等のパラメータなどである。
【０１３１】
上述した他の制御装置に関する情報は例えば、他の制御装置の特性に関する情報（例えば、ＣＰＵの動作周波数またはメモリ容量など）または他の制御装置の現在及び／または過去の状態に関する情報、制御装置に固有の情報（例えば、通信部１０３のＩＰアドレス、ＭＡＣアドレス）である。ここで、他の制御装置の現在及び／または過去の状態に関する情報は例えば、他の制御装置の累積稼働時間、累積エラー回数、筐体温度、空きメモリ容量等のパラメータなどである。
【０１３２】
上述した電力変換装置に関する情報は例えば、電力変換装置１０の現在及び／または過去の状態に関する情報、電力変換装置１０に固有の情報または電力変換装置１０の間の結線に関する情報である。ここで、電力変換装置１０の現在及び／または過去の状態に関する情報は例えば、電力変換装置１０の累積稼働時間、累積エラー回数、筐体温度、空きメモリ容量等のパラメータなどである。電力変換装置１０に固有の情報は例えば、電力変換装置１０の製造番号や通信部１０３のＩＰアドレスである。
【０１３３】
また、同期信号部１１０は、電力変換装置１０の出力電力の位相の基準となる同期信号を、この同期信号を出力するマスターとして動作する制御装置から受信する。
【０１３４】
図１０は、第１の実施形態における制御部１０２の構成を示す概略ブロック図である。
同図において、実線はマスター、スレーブ共通で使用される配線である。破線は、マスターとして動作するときに使用される配線である。一点鎖線は、スレーブとして動作するときに使用される配線である。
【０１３５】
同期信号部１１０から入力される入力の同期信号は、角周波数ωと位相差φの情報を含んでいる。ここに対し、通信部１０３を介した通信で角周波数のフィードフォワード値ω０やその変化情報を得ることで、位相同期回路部４０１内で行われる制御の収束速度と安定化の向上を図り、また同期信号途絶時においては速度変化を加味した同期の維持を図る。通信ではこの他に、目標値（例えば、電圧指令やトルク指定など）を受け取り、電気制御部４０２での制御に用いる。
【０１３６】
なお、その他の各種センサからのセンシング情報をフィードバックして電気制御部４０２での制御に用いてもよい。センサは電力変換装置１０に内蔵のものであってもよいし、外部センサのセンシング情報を、通信を用いて通信部１０３から入手しても良い。
【０１３７】
制御部１０２は、同期信号部１１０、通信部１０３、電力変換部１０４及び電気検知部１０７と電気的に接続された電力位相制御部４０を備える。
【０１３８】
更に、制御部１０２は、入力が位相同期回路部４０１の出力と電気的に接続され、出力が同期信号部１１０に電気的に接続された同期信号制御部４０５を備える。
更に、制御部１０２は、出力が電気制御部４０２及び同期信号部１１０と電気的に接続された目標値出力部４０６を備える。
【０１３９】
更に、制御部１０２は、入力が通信部１０３の第２出力と電気的に接続された記憶部４０７を備える。
更に、制御部１０２は、記憶部４０７と電気的に接続された決定部４０８を備える。
更に、制御部１０２は、通信部１０３を制御する通信制御部４０９を備える。
【０１４０】
記憶部４０７には、通信部１０３が他の制御装置から通信により取得したマスターを決定するための情報が格納される。
【０１４１】
通信制御部４０９は、電力位相制御部４０が途絶前に受信された同期信号に基づいて制御している間、マスターとして動作する制御装置以外の制御装置の中からマスターを決定するための情報を、他の電力変換装置の制御装置から受信するかまたは他の電力変換装置の制御装置へ送信するかのどちらか一方を行うよう通信部１０３を制御する。
通信部４０９が、他の電力変換装置の制御装置からマスターを決定するための情報を受信した場合、制御部１０２は、このマスターを決定するための情報を記憶部４０７に記憶させる。
【０１４２】
決定部４０８は、電力位相制御部４０が途絶前の同期信号に基づいて制御している間、通信部１０３が他の電力変換装置の制御装置から受信したマスターを決定するための情報に基づいて、新たにマスターとして動作する制御装置を決定する。より詳細には例えば、同期信号部１１０が同期信号を受信できなくなった場合、決定部４０８は、通信部１０３が取得したマスターを決定するための情報を、制御装置の間で比較し、この比較結果に基づいて、マスターを決定する。
【０１４３】
具体的には例えば、通信部１０３が取得した、マスターを決定するための情報は、記憶部４０７に格納されているので、決定部４０８は、記憶部４０７に格納されている、マスターを決定するための情報を、制御装置間で比較し、この比較結果に基づいて、マスターを決定する。
【０１４４】
電力位相制御部４０は、同期信号部１１０が受信した同期信号に基づいて、電力変換装置が出力電力線（電力線）２１ｂへ出力する電力の位相を制御する。
また、電力位相制御部４０は、同期信号の途絶を検知した場合、途絶前に受信された同期信号に基づいて、電力変換装置１０が出力電力線（電力線）２１ｂへ出力する電力の位相を制御する。
【０１４５】
ここで、電力位相制御部４０は、位相同期回路部４０１、第１入力がこの位相同期回路部４０１の出力と電気的に接続され第２入力が通信部１０３の第１出力と電気的に接続された第３入力が電気検知部１０７の出力と電気的に接続された電気制御部４０２を備える。
【０１４６】
更に、電力位相制御部４０は、キャリア波生成部４０３及び第１入力がこの電気制御部４０２の出力と接続され第２入力がキャリア波生成部４０３の出力と電気的に接続されたゲート駆動信号生成部４０４を備える。
【０１４７】
位相同期回路部４０１は、同期信号部１１０から同期信号ＳＳを取得し、取得した同期信号ＳＳにも基づいて、角周波数ωと位相ωｔ＋φを決定する。そして、位相同期回路部４０１は、決定した位相ωｔ＋φを電気制御部４０２へ出力し、決定した角周波数ωと位相ωｔ＋φを同期信号制御部４０５へ出力する。
【０１４８】
上述した自走期間ＴＳにおいて、位相同期回路部４０１は、途絶前に受信された同期信号の位相と出力する位相の差が小さくなるよう制御する。これにより、電力位相制御部４０は、位相同期回路部４０１が出力した位相に基づいて、電力変換装置１０の電力変換部１０４が出力する電力の位相を制御する。
【０１４９】
電気制御部４０２は、位相ωｔ＋φ、目標値（例えば、目標の出力電圧）Ｖ＊及び電気検知部１０７が検知した電気信号を取得する。そして、電気制御部４０２は、取得した位相ωｔ＋φ、目標値Ｖ＊及び電気検知部１０７が検知した電気信号（ここでは一例として、電圧Ｖｆｂ）に応じて、指令値ＣＳを生成する。ここで指令値ＣＳは、後述するゲート駆動信号のデューティー比を決めるための時系列データである。
【０１５０】
具体的には例えば、電気制御部４０２は、予め決められた伝達関数Ｆに位相ωｔ＋φ、目標値Ｖ＊及び電圧Ｖｆｂを適用して、指令値ＣＳを生成する。伝達関数Ｆは、目標値Ｖ＊が電圧Ｖｆｂより大きくなるほど、指令値ＣＳの大きさが大きくなり、目標値Ｖ＊が電圧Ｖｆｂから小さくなるほど、指令値ＣＳの大きさが小さくなるように決められている。これにより、電力変換部１０４の変換後の電圧を目標値Ｖ＊に近づけることができる。
電気制御部４０２は、指令値ＣＳをゲート駆動信号生成部４０４へ出力する。
【０１５１】
キャリア波生成部４０３は、例えば、所定の周波数（例えば、１０ＫＨｚ）の周期的な信号（例えば、正弦波信号）であるキャリア信号ＢＳを生成し、生成したキャリア信号ＢＳをゲート駆動信号生成部４０４へ出力する。
【０１５２】
ゲート駆動信号生成部４０４は、電気制御部４０２が生成した指令値ＣＳとキャリア波生成部４０３が生成したキャリア信号ＢＳとを比較し、この比較結果に基づいてゲート駆動信号を生成する。具体的には例えば、ゲート駆動信号生成部４０４は、指令値ＣＳがキャリア信号ＢＳの振幅以上となる時刻でハイレベルであり、指令値ＣＳがキャリア信号ＢＳの振幅未満の時刻でローレベルであるゲート駆動信号を生成する。ゲート駆動信号生成部４０４は、生成したゲート駆動信号を電力変換部１０４へ出力する。
【０１５３】
これにより、電力変換部１０４のスイッチング素子を駆動する。具体的には、電力変換部１０４は、例えば、ゲート駆動信号がハイレベルのときにハイレベルで、ローレベルのときにローレベルのパルス信号を生成する。そして、電力変換部１０４は、例えば、パルス信号から高周波ノイズを除去しつつこのパルス信号を正弦波へと整形し、整形後の正弦波信号を電力消費装置１６へ出力する。
【０１５４】
＜マスターとして動作する場合の処理＞
当該制御装置１００が、決定部４０８がマスターと決定した制御装置である場合、同期信号部１１０は、他の制御装置へ同期信号を送信する。その際、同期信号制御部４０５は、当該制御装置１００が、決定部４０８がマスターと決定した制御装置である場合、同期信号部１１０に同期信号を他の制御装置へ送信させる。より詳細には、同期信号制御部４０５は、位相同期回路部４０１から入力された角周波数ω及び位相ωｔ＋φに基づいて、同期信号部１１０を制御する。これにより、同期信号部１１０は、角周波数ω及び位相ωｔ＋φを示す同期信号を他の制御装置へ出力する。
【０１５５】
目標値出力部４０６は、一例として、マスターとして動作する場合、電力変換装置１０の目標の出力値である目標値（ここでは一例として、目標の出力電圧）Ｖ＊を電気制御部４０２及び通信部１０３へ出力する。ここで、目標値Ｖ＊は、系統からの目標値の指令によって決まってもよいし、予め決められていてもよい。
そして、通信部１０３は、目標値Ｖ＊を他の制御装置へ送信する。これにより、スレーブとして動作する制御装置１０の通信部１０３は、目標値Ｖ＊を受信し、スレーブとして動作する制御装置１０の電気制御部４０２は、目標値Ｖ＊を取得することができる。
また、マスターとして動作する制御装置１０の電気制御部４０２は、目標値出力部４０６が出力した目標値（例えば、目標の出力電圧）Ｖ＊を取得する。
【０１５６】
なお、電力変換装置が系統に接続される場合、各電力変換装置１０が出力する目標電圧は、所定の電圧（例えば、２００Ｖ）に予め決まっている。よって、電気制御部４０２は、予め所定の電圧（例えば、２００Ｖ）を記憶しており、この記憶している所定の電圧（例えば、２００Ｖ）を目標値Ｖ＊として用いてもよい。
【０１５７】
更に、各電力変換装置１０は、電力変換装置を操作する操作者の指定に応じてモードを切り替えるモード切替部を更に備えてもよい。そして、操作者が、電力変換装置１０が系統に接続する系統接続モードを指定し、モード切替部がモードを系統接続モードに切り替えた場合、電気制御部４０２は、記憶している所定の電圧（例えば、２００Ｖ）を目標値Ｖ＊として用いてもよい。
【０１５８】
また、マスターとして動作する制御装置ではなく、コントローラ１３が目標値Ｖ＊を各制御装置へ送信してもよい。
【０１５９】
＜スレーブとして動作する場合の処理＞
当該制御装置１１０が、同期信号を受信するスレーブ装置として動作する場合、同期信号部１１０は、マスターが送信した同期信号ＳＳを受信する。その場合、電力位相制御部４０は、同期信号部１１０が受信した同期信号ＳＳに基づいて、電力変換装置１０の電力変換部１０４が出力する電力の位相を制御する。
【０１６０】
通信部１０３が、マスターが送信した目標値Ｖ＊を受信し、受信した目標値Ｖ＊を電気制御部４０２へ出力する。これにより、電気制御部４０２は、通信部１０３が出力した目標値Ｖ＊を取得する。
【０１６１】
なお、図１０で示したのは信号及び情報フローの一例であって、複数の電力変換装置間でキャリア波を同期するために同期信号を用いる場合もある。このとき、キャリア波生成部４０３は内部にＰＬＬをもつことができ、変調波に対して行う処理と同様の手法を適用することができる。このとき２種類の信号線を用いても構わないし、２種類の信号を重畳するものでも可能である。通信部１０３の通信手段は有線、無線、あるいは光通信などその他の通信手段のいずれであってもよく、規格・プロトコルに関係なく本発明の通信手段とすることができる。
【０１６２】
図１１は、第１の実施形態における位相同期回路部４０１の構成を示す概略ブロック図である。図１１は、位相同期回路部４０１の一例としてのＡＤＰＬＬ（Ａｌｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ、全デジタルＰＬＬ）を図示したものである。
【０１６３】
位相同期回路部４０１は、角周波数検出部５０及び積分器（積分部）５４を備える。角周波数検出部５０は、同期信号と積分器５４が出力する位相に基づいて角周波数に関する情報を検出する。ここで、角周波数検出部５０は、第１入力から同期信号ＳＳが入力される位相比較器５１、入力が位相比較器５１の出力と電気的に接続された制御器５２、及び第１入力が制御器５２の出力と電気的に接続された加算器５３を備える。
更に、角周波数検出部５０は、出力が加算器５３の第２入力と電気的に接続されたフィードフォワード記憶部５５、及び入力が積分器５４の出力と電気的に接続され出力が位相比較器５１の第２入力と電気的に接続されたフィードバック器５６を備える。
積分器５４は、入力が加算器５３の出力と電気的に接続されている。
【０１６４】
位相比較器５１は、入力された同期信号を基準として、フィードバック器５６との間で、立ち上がりまたは立ち下がりの時間差を算出し、算出した時間差を制御器５２へ出力する。
【０１６５】
制御器５２は、例えばＰＩ制御などの制御手法を用いて、位相同期回路部５１の保持するタイミングの安定収束を行う。具体的には例えば、制御器５２は、入力された時間差をラプラス変換し、変換後の値に所定の伝達関数Ｇ（ｓ）を乗じる。ここで、ｓは複素数である。また、この所定の伝達関数Ｇ（ｓ）は例えば、Ｇ（ｓ）＝（１／（１＋ｓＴＣｏｎｔｒｏｌ））で表される。ここで、ＴＣｏｎｔｒｏｌは収束または発散にかかる時間を表す時定数であり、このＴが小さいと上記時間差が早く小さくなり、早く収束する。
制御器５２は、例えば、伝達関数Ｇ（ｓ）を乗じて得た値にラプラス逆変換を施し、施して得た値（角周波数の調整量）を加算器５３へ出力する。
【０１６６】
フィードフォワード記憶部５５には、フィードフォワード値が記憶されており、加算器５３は、このフィードフォワード値をフィードフォワード記憶部５５から取得する。このフィードフォワード値はフィードバック制御を素早く安定化させるためのものである。例えばインバータが５０Ｈｚの系統と連系している場合は、加算器５３においてフィードフォワード値５０＊２πを加算することによって、位相同期回路部４０１の保持する位相及び角周波数を初期状態からより高速に安定状態へと収束させる。
【０１６７】
なお、加算器５３とフィードフォワード値記憶部５５は必須の構成要素ではなく、フィードフォワード値に０を用いることで加算器５３とフィードフォワード記憶部５５のない制御系と同等となる。
【０１６８】
加算器５３は、制御器５２から入力された値とフィードフォワード値とを加算して角周波数ωを得る。加算器５３は、この角周波数ωを積分器５４と不図示の同期信号制御部４０５へ出力する。
【０１６９】
積分器５４は、加算器５３が得た角周波数ωを積分することによって位相ωｔ＋φを生成し、位相ωｔ＋φをフィードバック器５６と不図示の同期信号制御部４０５及び電気制御部４０２へ出力する。
【０１７０】
位相比較器５１へ入力される同期信号がパルス波形である場合、例えばフィードバック器５６は、積分器５４が生成した位相ωｔ＋φを引数とする関数ｆを矩形波関数とし、この関数ｆによってパルス信号を生成する。そしてフィードバック器５６は、例えば、生成したパルス信号を位相比較器５１へ出力する。これにより、位相比較器５１は、同期信号とパルス信号との間で、立ち上がりまたは立ち下がりの時間差を決定可能となる。
【０１７１】
また例えば、フィードバック器５６は積分器５４の出力である位相ωｔ＋φを、角周波数ωと位相差φとに分けて位相比較器５１へ出力してもよい。その場合、位相比較器５１は、入力の同期信号の立ち上がりを位相０として、入力の同期信号の角周波数ωＩＮとフィードバック器５６から得る角周波数ωの差（以下、角周波数の差という）と、フィードバック器５６から得る位相差φとを制御器５２へ出力してもよい。その場合、制御器５２は、この角周波数の差に対してＰＩ制御を行い、この位相差φに対してＰＩ制御を行ってもよい。
【０１７２】
このような構成は、特に系統連系時など同期信号の角周波数ωＩＮが安定しているときに有効な方法である。またフィードバックのとる経路は図示の限りではなく、電力変換装置１０（例えば、インバータ）は、位相同期回路部４０１の出力を用いて出力電圧の波形を整形するが、この出力電圧を電圧計で計測した値をフィードバック器５６の入力へ出力する構成でもよい。
【０１７３】
フィードバック器５６として分周器や積分器を使用することも可能であり、分周器や積分器はこの他、位相同期回路部４０１中の任意の制御ブロックに内蔵することができる。フィードバックを使用する構成とすることで、出力の遅れや擾乱等までを加味した制御が可能になる。但し、フィードバック器５６やこのフィードバック制御は位相同期回路部４０１に必須の要素ではなく、本実施形態においてはオープンループの位相同期回路部４０１とすることも可能である。
【０１７４】
以上に述べたものは位相同期回路部４０１の一例であって、本実施形態の趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記とは異なる構成のＡＤＰＬＬや、一部あるいは全部をアナログ部品で構成したＰＬＬを用いても本発明を適用することができる。位相同期回路部４０１は、例えばＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御発信器）、分周器、加算器、積分器、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ等を内蔵するものであってもよい。
【０１７５】
＜制御系の一般：安定性と応答速度＞
一般に、フィードバック制御を行っている系においては、入力の擾乱や値の急変（例えば入力信号の途絶）に対しても、制御系はある程度のロバスト性、安定性を有する。多くの場合、安定性の高さは制御系の応答速度とトレードオフの関係にあるため、より高速な応答が求められる場面では安定性の確保には一定の見切りをつける必要があり、逆に高速な応答速度が求められないような用途においては制御系の安定性を高く設定することが望ましい。系統連系インバータにおいては、系統が正常な場合、系統の周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの固定値から大きく逸脱することは考えにくく、また系統周波数は比較的安定していると考えられるため、位相同期回路部４０１の安定性を大きく設定することが可能である。
【０１７６】
＜位相同期回路部４０１の自走＞
さて、上記のような位相同期回路部４０１を使用するインバータがスレーブとして動作している場面において、マスターからの同期信号の入力が途絶えてしまった場合を考える。安定性を比較的大きくとった位相同期回路部４０１は入力信号が途絶しても暫くは安定してタイミングを保持し続け、複数のインバータ間で同期した出力を継続することが可能である。この間に同期信号の途絶を検知した電力変換装置（例えば、インバータ）１０は通信を開始して新たにマスターとして動作する制御装置を決定する。
【０１７７】
新たにマスターと決定された制御装置１００は、自機のもつ位相同期回路部４０１に基づいた出力を継続するとともに、他のスレーブに対して同期信号の送信を開始する。他のスレーブは再開された同期信号を入力することで、同期信号途絶中に少しずつズレを生じてくる位相同期回路部４０１のタイミング保持を修正する。
【０１７８】
制御器５２でＰＩ制御を行う位相同期回路部４０１を例にとると、この制御系は時定数ＴＣｏｎｔｒｏｌのオーダで制御が発散する。従って、マスターの停止から新たなマスターの選出までに要する期間ＴＭａｓｔｅｒＣｈａｎｇｅを予め計測しておき、ＴＣｏｎｔｒｏｌがＴＭａｓｔｅｒＣｈａｎｇｅよりも十分長くなるよう制御のパラメータを設定する。これにより、位相同期回路部４０１が発散する前に確実にマスターを変更することができるので、本実施形態に係る機能を実現することができる。
【０１７９】
＜第１の実施形態の効果＞
第１の実施形態の電力変換装置１０は、マスタ（同期信号生成を行う電力変換装置）が停止した際、複数スレーブ（同期信号を受信することでマスターに同期した出力を行う装置）が通信し合うことで最適なスレーブを新たなマスターに選出することができる。それとともに、位相同期回路部４０１が位相を維持することにより、電力変換装置１１０は、通信によりマスターの選出を行っている間も位相の同期を乱すことなく、交流電圧の出力を継続することができる。更に同期信号部１１０が同期信号を常時監視することでマスターの停止を高速に検出することができ、電力変換装置１０は、マスターが故障してもスムーズにマスターを交代することで連続運転することができる。従って、第１の実施形態の電力変換装置１０によれば、電力変換システムに柔軟性があり、かつマスターとして動作する制御装置が予期せず停止した場合にも電力変換システムの連続運転を維持することができる。
【０１８０】
＜第２の実施形態＞
続いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態の位相同期回路部とは異なる構成の位相同期回路部について説明する。第２の実施形態における位相同期回路部は、同期信号の有無の検出機能と、その有無によって制御を切り替える機能を更に有する。
【０１８１】
図１２は、第２の実施形態における電力変換装置１０ｂの構成を示す概略ブロック図である。なお、図９と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第２の実施形態における電力変換装置１０ｂの構成は、第１の実施形態における電力変換装置１０の構成に対して、位相同期回路部４０１が位相同期回路部４０１ｂに変更され、それに伴い制御部１０２が制御部１０２ｂに変更され、制御装置１００が制御装置１００ｂに変更されたものになっている。
【０１８２】
図１３は、第２の実施形態における制御部１０２ｂの構成を示す概略ブロック図である。なお、図１０と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第２の実施形態における制御部１０２ｂの構成は、第１の実施形態における制御部１０２の構成に対して、位相同期回路部４０１が位相同期回路部４０１ｂに変更され、それに伴い、電力位相制御部４０が電力位相制御部４０ｂに変更されたものになっている。
【０１８３】
図１４は、第２の実施形態における位相同期回路部４０１ｂの構成を示す概略ブロック図である。なお、図１１と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第２の実施形態における位相同期回路部４０１ｂの構成は、第１の実施形態における位相同期回路部４０１の構成に対して、経路切替部５７、角周波数記憶器（角周波数記憶部）５８、及び同期信号が入力される信号検出器（信号検出部）５９が更に追加されたものになっている。
位相同期回路部４０１ｂは、同期信号の有無の検出機能と、その有無によって制御を切り替える機能を更に有する。
【０１８４】
経路切替部５７は、第１入力端子が加算器５３の出力に電気的に接続され、第２入力端子が角周波数記憶器５８に電気的に接続され、出力端子が積分器５４の入力に電気的に接続されている。経路切替部５７は、信号検出器５９から入力される制御信号に基づいて、第１入力端子と出力端子が導通している状態と、第２入力端子と出力端子が導通している状態とを切り替える。
【０１８５】
角周波数記憶器５８は、信号検出器５９が同期信号の途絶がないことを検出している間、記憶している角周波数に関する情報を角周波数検出部５０が生成する角周波数に関する情報で更新する。より詳細には角周波数記憶器５８は例えば、信号検出器５９が同期信号の入力があると検出している間、記憶している角周波数ωを加算器５３が出力する角周波数ωで更新する。一方、信号検出器５９が同期信号の途絶を検知すると、信号検出器５９からの制御信号を受けて、角周波数記憶器は角周波数ωの更新を停止し、角周波数ωを積分器５４へ出力する。
【０１８６】
信号検出器５９は、同期信号の有無を常時監視する。換言すれば、信号検出器５９は、同期信号の途絶の有無を検出する。そして信号検出器５９は、同期信号の入力がある場合は、経路切替器５７が管理する制御経路を、図１１の第１の実施形態における制御経路と等価にする。
【０１８７】
信号検出器５９は、同期信号の途絶を検出した場合、経路切替器５７の管理する制御経路を切り替え、積分器５４の入力と加算器５３の出力が導通している状態から、積分器５４の入力と角周波数記憶器５８の出力とが導通している状態へと切り替えさせる。それとともに、信号検出器５９は、角周波数記憶器５８に角周波数ωの更新を停止させ、角周波数ωを経路切替器５７に出力させる。これにより、角周波数記憶器５８が出力する角周波数ωが積分器５４に入力される。
【０１８８】
＜第２の実施形態の効果＞
以上、第２の実施形態における位相同期回路部４０１ｂにおいて、角周波数検出部５０は、同期信号に基づいて角周波数に関する情報を検出する。信号検出器５９は、同期信号の途絶の有無を検出する。角周波数記憶器５８は、信号検出器５９が同期信号の途絶がないことを検出している間、記憶している角周波数に関する情報を角周波数検出部５０が検出した角周波数に関する情報で更新する。積分器５４は、信号検出器５９が同期信号の途絶を検出した場合、角周波数記憶器５８から角周波数に関する情報を取得し、取得した角周波数に関する情報に基づいて、位相を生成する。電力位相制御部４０は、この積分器５４が生成した位相に基づいて、上記電力変換装置１０ｂが出力する電力の位相を制御する。
【０１８９】
以上説明した第２の実施形態における位相同期回路部４０１ｂによれば、同期信号が入力されない間、同期信号の途絶直後に加算器５３が出力した角周波数ωを用いて位相を出力するので、第１の実施形態における位相同期回路部４０１よりも、位相を正確に維持することができる。
【０１９０】
よって、第２の実施形態では、第１の実施形態の効果に加えて、制御器５２の時定数ＴＣｏｎｔｒｏｌが比較的短く設定されていても、マスターからの同期信号が途絶した後も暫く同期を維持し続けることができる。そして、電力変換装置１０ｂは、その間に通信を用いて新たなマスターの選出を行うことで、電力変換システムとして連続した出力を実現できる。
【０１９１】
＜第３の実施形態＞
続いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、第１の実施形態及び第２の実施形態の位相同期回路部とは異なる構成の位相同期回路部について説明する。
第３の実施形態は、主に出力周波数が変化する電力変換装置への適用を想定しており、その代表例はモータドライブ用の電力変換装置である。モータは目標回転数や目標変位角が頻繁に変わるため、駆動装置である電力変換装置の出力周波数も随時変化する。
【０１９２】
この出力周波数が頻繁に変わるときはフィードフォワードを有効に利用することが難しいため、フィードフォワード値を用いない制御系とすることがある。モータが加速中または減速中にマスターが停止して同期信号が途切れた場合、第１の実施形態及び第２の実施形態の位相同期回路部を用いても複数インバータ間での同期を維持することはできる。
【０１９３】
しかし、第１の実施形態及び第２の実施形態の位相同期回路部では加速度までを保持することはできないため、同期信号が途切れる前までの出力周波数を時間で２階微分した加速度が急激に喪失することになる。インバータをモータドライブに使用し、エレベータや鉄道車両を駆動しているような場合を想定すると、この加速度の急峻な変化は乗客の快適な乗り心地を損なう結果となるため望ましくない。
【０１９４】
そこで、第３の実施形態における位相同期回路部４０１ｃは、マスターからの同期信号が途絶えた場合、角周波数ωの１階微分である加速度などの速度変化情報を用いて、角周波数記憶器５８が記憶する角周波数に関する情報（ここでは一例として角周波数ω）を更新する。
【０１９５】
図１５は、第３の実施形態における電力変換装置１０ｃの構成を示す概略ブロック図である。なお、図９と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第３の実施形態における電力変換装置１０ｃの構成は、第１の実施形態における電力変換装置１０の構成に対して、位相同期回路部４０１が位相同期回路部４０１ｃに変更され、それに伴い制御部１０２が制御部１０２ｃに変更され、制御装置１００が制御装置１００ｃに変更されたものになっている。
【０１９６】
図１６は、第３の実施形態における制御部１０２ｃの構成を示す概略ブロック図である。なお、図１０と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第３の実施形態における制御部１０２ｃの構成は、第１の実施形態における制御部１０２の構成に対して、位相同期回路部４０１が位相同期回路部４０１ｃに変更され、それに伴い、電力位相制御部４０が電力位相制御部４０ｃに変更されたものになっている。
【０１９７】
図１７は、第３の実施形態における位相同期回路部４０１ｃの構成を示す概略ブロック図である。なお、図１４と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第３の実施形態における位相同期回路部４０１ｃの構成は、第２の実施形態における位相同期回路部４０１ｂの構成に対して、速度変化生成部６０、速度変化記憶器（速度変化記憶部）６１、及び更新器（更新部）６２が更に追加されたものになっている。
【０１９８】
速度変化生成部６０は、入力が加算器５３の出力に電気的に接続されている。速度変化記憶器６１は、入力が速度変化生成部６０の出力に電気的に接続されている。更新器６２は、入力が速度変化記憶器６１の出力に電気的に接続され出力が角周波数記憶器５８に電気的に接続されている。
【０１９９】
速度変化生成部６０は、角周波数検出部５０が生成した角周波数の時間変化に関する速度変化情報を生成する。より詳細には、速度変化生成部６０は例えば、スレーブとして動作する電力変換装置が正常運転時、即ちマスターからの同期信号を受信しているときに常時、加算器の出力する角周波数ωを１階及び／または２階以上微分することによって加速度及び／または加加速度（躍度、ジャーク）等の速度変化情報を生成する。ここで、加速度は角周波数ωの時間の１階微分で、加加速度は角周波数ωの時間の２階微分である。
【０２００】
速度変化記憶器６１は、信号検出器５９が同期信号の途絶がないことを検出している間、記憶している速度変化情報を速度変化生成部６０が生成した速度変化情報で更新する。
【０２０１】
マスターからの同期信号が途絶えると、位相同期回路部４０１ｃは角周波数記憶器５８を使用した自走に切り替わる。このとき、更新器６２は、信号検出器５９が同期信号の途絶を検出した場合、速度変化記憶器６１に記憶されている速度変化情報に基づいて、角周波数記憶器５８に記憶されている角周波数の更新を開始する。
具体的には例えば、更新器６２は、更新後の角周波数ωＮＥＷをωＮＥＷ＝ω＋（ｄω／ｄｔ）ｔで更新する。ここで、ｔは時間で、（ｄω／ｄｔ）は加速度である。
【０２０２】
なお、更新器６２は、加加速度（ｄ２ω／ｄｔ２）を更に算出し、更新後の角周波数ωＮＥＷをωＮＥＷ＝ω＋（ｄω／ｄｔ）ｔ＋（ｄ２ω／ｄｔ２）ｔ２で更新してもよい。
【０２０３】
＜第３の実施形態の効果＞
以上、第３の実施形態において、速度変化生成部６０は、角周波数検出部５０が生成した角周波数の時間変化に関する速度変化情報を生成する。そして、速度変化記憶器６１は、信号検出器５９が同期信号の途絶がないことを検出している間、記憶している速度変化情報を速度変化生成部６０が生成した速度変化情報で更新する。更新器６２は、信号検出器５９が同期信号の途絶を検出した場合、速度変化記憶器６１に記憶されている速度変化情報で角周波数記憶器５８に記憶されている角周波数に関する情報の更新を開始する。
【０２０４】
よって、第３の実施形態の電力変換装置１０ｃによれば、第１の実施形態の効果に加えて、このような位相同期回路部４０１ｃの仕組みを用いることで、電力変換装置１０ｃは、マスターの停止に伴う同期信号の途絶と、これに付随して発生する加速度の変化の影響を最小限に抑えた交流電圧出力を実現できる。上記のようにして加速度を保ったまま位相同期回路部４０１ｃの自走を行うことで同期を維持しつつ、通信を用いてマスターの交代を行い、同期が崩れる前に同期信号の発信を再開することが可能になる。
【０２０５】
なお、更新器６２は、より高度なアルゴリズムを用いて角周波数ωやその微分値等から未来の角周波数ωの変化を予測し、この予測に基づいてフィードフォワード値を更新するものであってもよい。例えば、更新器６２は、過去の角周波数ωの微分値の履歴から未来の角周波数ωの変化を予測してもよい。また、更新器６２は、過去の角周波数ωの時間変化の統計情報から未来の角周波数ωの変化を予測してもよい。
ただし本実施形態の適用例は、必ずしもモータドライブに限ったものではない。
【０２０６】
＜第４の実施形態＞
続いて、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、第３の実施形態とは異なり、通信を用いて周波数情報を取得し、位相同期回路部に使用する。
第４の実施形態も第３の実施形態と同様、主に出力周波数が変化するインバータへの発明の適用を想定している。その代表例はモータドライブ用のインバータである。上記他の実施形態と同様、第４の実施形態における電力変換装置は、パルス波形などの同期信号を入力とする位相同期回路部を備える。
【０２０７】
第４の実施形態における電力変換装置への入力として同期信号の他に、角周波数ωのフィードフォワード値ω０を通信で取得し用いる。同期信号が正常に受信できている間、フィードフォワード値ω０は通信を用いて随時更新される。
【０２０８】
図１８は、第４の実施形態における電力変換装置１０ｄの構成を示す概略ブロック図である。なお、図９と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第４の実施形態における電力変換装置１０ｄの構成は、第１の実施形態における電力変換装置１０の構成に対して、位相同期回路部４０１が位相同期回路部４０１ｄに変更され、それに伴い制御部１０２が制御部１０２ｄに変更され、制御装置１００が制御装置１００ｄに変更されたものになっている。
【０２０９】
第４の実施形態の電力変換装置を鉄道車両やエレベータへ適用することを考えると、このような用途ではモータの出力速度と、これに比例する電力変換装置の出力周波数は頻繁に更新されるが、その変化の様子は事前にある程度予測をすることが可能である。例えば鉄道車両は、発車後の一定期間加速し続けることが一般であり、数秒以内の未来に関しては加速の予定・予測を立てることが可能である。このような予測情報をマスターやコントローラなどの上位からインバータへと与えることで、通常時においては鉄道車両の速度または電力変換装置の出力周波数の変化にも俊敏に追従する位相同期回路部４０１ｄを実現することができる。
【０２１０】
一例として、電力変換装置の出力周波数ｆの予測から算出されたフィードフォワード値ω０（＝２πｆ）がマスターまたはコントローラに記憶されていることを想定する。
【０２１１】
通信部１０３は、第１の実施形態における通信部１０３の機能に加えて、複数の時刻で電力変換装置１０ｄが出力する電力の周波数に関する周波数情報をマスターまたはコントローラ等との通信により取得する。本実施形態では、この周波数情報は、角周波数ωのフィードフォワード値ω０である。
【０２１２】
図１９は、第４の実施形態における制御部１０２ｄの構成を示す概略ブロック図である。なお、図１０と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第２の実施形態における制御部１０２ｄの構成は、第１の実施形態における制御部１０２の構成に対して、位相同期回路部４０１が位相同期回路部４０１ｄに変更され、それに伴い、電力位相制御部４０が電力位相制御部４０ｄに変更されたものになっている。
位相同期回路部４０１ｄは、位相同期回路部４０１と異なり、更に通信部１０３と電気的に接続されており、フィードフォワード値ω０を取得する。
【０２１３】
図２０は、第４の実施形態における位相同期回路部４０１ｄの構成を示す概略ブロック図である。なお、図１１と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第４の実施形態における位相同期回路部４０１ｄの構成は、第１の実施形態における位相同期回路部４０１の構成に対して、更新器（更新部）６３が追加されたことに伴い、角周波数検出部５０が角周波数検出部５０ｄに変更されたものになっている。
【０２１４】
角周波数検出部５０ｄは、同期信号と通信部１０３が取得した周波数情報とに基づいて角周波数に関する情報を生成する。これにより、積分器５４は、角周波数検出部５０ｄが生成した角周波数に関する情報に基づいて、位相を生成する。
【０２１５】
更新器６３は、通信部１０３からフィードフォワード値ω０を取得し、取得したフィードフォワード値ω０でフィードフォワード値記憶部５５に記憶されているフィードフォワード値を更新する。
なお、更新器６３は、通信部１０３から受け取ったデータ（例えば、角周波数またはその微分値）をそのまま出力するものでもよい。また、更新器６３は、受け取ったデータ（例えば、角周波数の微分値）を積分等して出力してもよい。また、更新器６３は、通信部１０３から受け取ったデータに対してＰＩ制御などの制御を行い、この制御結果を出力してもよい。このように更新器６３自体に制御系を持たせることで、フィードフォワード値記憶部５５に記憶されているフィードフォワード値を時間の経過とともに滑らかに変化するように更新することができる。
また、フィードフォワード値ω０の更新は同期信号が途絶した場合にのみ行うものであってもよいし、通常の制御の一部として行ってもよい。
【０２１６】
なお、フィードフォワード値ω０は、例えば、定数としてではなく時間の関数として与えられてもよい。なお、フィードフォワード値ω０は、例えば、今後予定されている加減速の継続時間や速度変化の予定表のような形式であってもよい。
【０２１７】
＜第４の実施形態の効果＞
以上、第４の実施形態において、通信部１０３は、複数の時刻で電力変換装置が出力する電力の周波数に関する周波数情報を通信により取得する。角周波数検出部５０ｄは、同期信号と通信部１０３が取得した周波数情報とに基づいて角周波数に関する情報を生成する。そして、積分器５４は、角周波数検出部５０ｄが生成した角周波数に関する情報に基づいて、位相を生成する。
これにより、同期信号が入力されている通常時において、位相同期回路部４０１ｄは、通信部１０３が取得することで随時更新されるフィードフォワード値ω０に応じて、角周波数ωを出力する。このため、電力変換装置１０ｄは、通常時においては電力変換装置の出力周波数の変化にも俊敏に追従する位相同期回路部４０１ｄを実現することができる。
【０２１８】
ここで位相同期回路部４０１ｄへの入力となるパルス波などの同期信号は周波数情報と位相情報を同時に含むものである。電力変換装置１０ｄは、同期信号を受信している正常時において、変化する入力の同期信号に対して、周波数情報を通信で別途入手してフィードフォワード値ω０として位相同期回路部４０１ｄに加える。これにより、位相同期回路部４０１ｄの働きを入力信号に対する位相同期により特化させることができる。このことによって、入力同期信号の周波数変化に対する応答を高速化し無用なオーバーシュート等を防ぐことができるとともに、より早期に位相同期を完了させることができる。
【０２１９】
＜第５の実施形態＞
続いて、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態における制御装置は、第４の実施形態に加えて更に、通信を用いて速度変化情報も取得し、取得した速度変化情報を位相同期回路部で使用する。第３の実施形態と比較すると、同期信号途絶時に使用する速度変化情報の入手手段を微分に依らず、マスターやコントローラ等との通信によって速度変化情報を直接取得する。
【０２２０】
第５の実施形態も第３及び第４の実施形態と同様、主に出力周波数が変化するインバータへの発明の適用を想定している。その代表例はモータドライブ用のインバータである。上記他の実施形態と同様、第５の実施形態における電力変換装置は、パルス波形などの同期信号を入力とする位相同期回路部を備える。
【０２２１】
例えば、鉄道車両は、発車後の一定期間加速し続けることが一般であり、数秒以内の未来に関しては加速の予定・予測を立てることが可能である。第５の実施形態における電力変換装置は、このような予測情報の一例である速度変化情報及び周波数情報を、マスターまたはコントローラなどから通信により取得する。
【０２２２】
図２１は、第５の実施形態における電力変換装置１０ｂの構成を示す概略ブロック図である。なお、図９と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第５の実施形態における電力変換装置１０ｅの構成は、第１の実施形態における電力変換装置１０の構成に対して、位相同期回路部４０１が位相同期回路部４０１ｅに変更され、それに伴い制御部１０２が制御部１０２ｅに変更され、制御装置１００が制御装置１００ｅに変更されたものになっている。
【０２２３】
通信部１０３は、第１の実施形態における通信部１０３の機能に加えて、速度変化情報（例えば、フィードフォワード値ω０の時間微分値）を通信によりマスターまたはコントローラから取得する。
また、通信部１０３は、複数の時刻で電力変換装置が出力する電力の周波数に関する周波数情報を通信によりマスターまたはコントローラから取得する。本実施形態では、この周波数情報は、角周波数ωのフィードフォワード値ω０である。
【０２２４】
図２２は、第２の実施形態における制御部１０２ｂの構成を示す概略ブロック図である。なお、図１０と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第５の実施形態における制御部１０２ｅの構成は、第１の実施形態における制御部１０２の構成に対して、位相同期回路部４０１が位相同期回路部４０１ｅに変更され、それに伴い、電力位相制御部４０が電力位相制御部４０ｅに変更されたものになっている。
【０２２５】
位相同期回路部４０１ｅは、第１の実施形態の位相同期回路部４０１とは異なり、更に、通信部１０３の出力と電気的に接続されており、通信部１０３から周波数情報（例えば、フィードフォワード値ω０）と速度変化情報（例えば、フィードフォワード値ω０の時間微分値）を取得する。
【０２２６】
図２３は、第５の実施形態における位相同期回路部４０１ｅの構成を示す概略ブロック図である。なお、図１４と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第５の実施形態における位相同期回路部４０１ｅの構成は、第２の実施形態における位相同期回路部４０１ｂの構成に対して、更新器（更新部）６４が更に追加されたことにより、角周波数検出部５０が角周波数検出部５０ｅに変更されたものになっている。
【０２２７】
更新器６４は、通信部１０３が取得した速度変化情報（ここでは一例として、フィードフォワード値ω０の時間微分値）に基づいて、角周波数記憶器５８に記憶されている角周波数ωを更新する。
また、更新器６４は、通信部１０３が取得した周波数情報（ここでは一例として、フィードフォワード値ω０）で、フィードフォワード値記憶部５５に記憶されているフィードフォワード値ω０を更新する。
【０２２８】
なお、第５の実施形態で説明したように、更新器６４は、通信部１０３から受け取ったデータ（例えば、角周波数及びその微分値）をそのまま出力するものでもよい。また、更新器６３は、受け取ったデータ（例えば、角周波数の１階微分値及び角周波数の２階微分値）を積分等して出力してもよい。また、更新器６３は、通信部１０３から受け取ったデータに対してＰＩ制御などの制御を行い、この制御結果を出力してもよい。このように更新器６３自体に制御系を持たせることで、フィードフォワード値記憶部５５に記憶されているフィードフォワード値及び角周波数記憶器５８に記憶されている角周波数ωを、時間の経過とともに滑らかに変化するように更新することができる。
また、フィードフォワード値ω０及び角周波数ωの更新は同期信号が途絶した場合にのみ行うものであってもよいし、通常の制御の一部として行ってもよい。
【０２２９】
＜通信メッセージの例示＞
図２４は、加減速の継続時間を指示する通信内容の一例である。ここでは指示をＸＭＬ  （Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ  Ｍａｒｋｕｐ  Ｌａｎｇｕａｇｅ）を用いて伝えており、加速度と加速の開始時間、終了時間の情報を含んでいる。この他、加速が終了した後の挙動に関する指示や、速度の上限や下限などの情報を含むものであっても構わない。
【０２３０】
図２５は、マスターまたはコントローラ等が通信を介してその他のインバータに配布する、通信が発生した時点以降の速度変化の予定を示したグラフの一例である。縦軸が速度で横軸が時間である。このグラフでは縦軸を速度としているが、縦軸は変位や加速度などであっても構わない。この他、上記以外の内容の通信を行っていても構わない。
【０２３１】
＜第５の実施形態の効果＞
第４の実施形態に加えて、第５の実施形態では、通信部１０３は、速度変化情報を通信により取得する。更新器６４は、通信部１０３が取得した速度変化情報に基づいて、角周波数記憶器５８に記憶されている角周波数に関する情報を更新する。これにより、同期信号途絶時において、位相同期回路部４０１ｅは、通信部１０３が事前に通信により取得した速度変化情報に応じて角周波数に関する情報を更新し、更新した角周波数に関する情報に応じた位相を出力することができる。このため、第４の実施形態の効果に加えて、電力変換装置１０ｄは、同期信号途絶時においては角周波数ωの加減速を加味した自走で同期を維持することができる。
【０２３２】
換言すれば、同期信号途絶時においては、位相同期回路部４０１ｅは通信で事前に入手している速度変化情報に基づき周波数を変化させることで、位相同期回路部４０１ｅが自走状態にありながらも高度な出力同期の継続を実現できる。このようにして、位相同期回路部４０１ｅは自走を行いながら、その間に通信を用いて新たなマスターを選出し、同期信号の発信を再開することで、電力変換システムの無停止連続運転を実現することができる。
【０２３３】
なお、これらの速度変化に関する指示はＸＭＬや画像形式の表である必要はなく、バイナリデータや独自形式のメッセージ、あるいはＣＳＶのような数値データの集合体や、ベクトル形式で画像を管理するＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ、ＳＶＧ  （Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）のような形式で表現された図であっても構わない。いずれのデータ形式を用いて通信を行っても、第５の実施形態の電力変換装置１０ｅが構成できることは言うまでもない。
【０２３４】
また更新器６４に格納される速度変化情報を通信にて配布する装置はマスターとなっている電力変換装置であるとは限らない。例えば周波数・速度変化情報の指示を出すコントローラと、コントローラからの指示を受けて同期信号を発信するマスターと、周波数の指示はコントローラから受信して同期信号はマスターから受信するスレーブの３種類の装置によるシステム構成も考えられる。
【０２３５】
＜第６の実施形態＞
続いて、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態における電力変換装置は、電力伝送に用いる電力線（以下、区別のため主電力線と呼ぶことがある）網とは別に、制御用マイコンや通信用マイコン（合わせて制御系と呼ぶことがある）を駆動するだけの電力を電力変換装置間で共有するための副電力線網を有する。
【０２３６】
副電力線で共有される電力を制御・通信用のバックアップ電源とし、システムの冗長性を高める。特に、同期信号に電力を持たせることによって同期信号線で電力を伝送し、制御系の駆動電源の１つとして利用できるようにする。
【０２３７】
図２６は、第６の実施形態における電力変換装置の主電力線と副電力線の結線図の一例である。マスター装置１１と二つのスレーブ装置１２とは、電力線（主電力線）２１と、電力線２１とは異なる副電力線２５とで接続されている。電力線２１と副電力線２５のネットワークトポロジは同一であっても、異なっていても構わない。なお、図２６の構成例に限らず、コントローラ１３が複数の電力変換装置１０と、電力線（主電力線）２１と、電力線２１とは異なる副電力線２５とで接続されていてもよい。その場合、副電力線網はコントローラ１３を含むものであっても構わない。
【０２３８】
図２７は、第６の実施形態における電力変換装置１０の処理を説明するための図である。なお、ここでは、電力変換装置１０がマスター装置１１として動作するときに主に動作する構成要素と、スレーブ装置１２として動作するときに主に動作する構成要素が示されている。しかし、１台の電力変換装置１０は、このマスター装置１１が有する構成要素及びこのスレーブ装置１２が有する構成要素の両方を備える。
【０２３９】
＜構成の概要＞
副電力線２５は、第１電位線２５Ｈと第２電位線２５Ｌから構成されている。副電力線２５は、同期信号を伝送する同期信号線２４を兼ねている。よって、本実施形態において、副電力線２５は電気信号が伝達可能な有線に限定される。
【０２４０】
マスターとして動作する制御装置、同期信号を受信するスレーブとして動作する制御装置との間は、副電力線２５で接続されている。
電力変換装置１０が備える制御装置１００は、副電力線２５で供給される交流信号を直流電圧に変換する第１安定化部（安定化部）７２１を備える。ここでは、一例として同期信号部１１０が第１安定化部７２１を備える。なお、第１安定化部７２１は、同期信号部１１０の外にあって、入力が同期信号部１１０と電気的に接続され、出力が制御部１０２と接続されていてもよい。
【０２４１】
当該制御装置１００がマスターとして動作する場合、同期出力部１１０は、副電力線に同期信号または同期信号の振幅を調整した調整信号を出力する。
【０２４２】
一方、当該制御装置１００がスレーブとして動作する場合、第１安定化部は、マスターから供給された上記同期信号または上記調整信号を直流電圧に変換し、電力位相制御部４０は、第１安定化部７２１が変換した後の直流電圧を駆動電源として用いる。
【０２４３】
電力変換装置１０が備える制御装置１００は、電力線２１から接続部１０１を介して供給された交流電圧を直流電圧に変換する第２安定化部７２２を更に備える。そして、第１安定化部７２１の出力と第２安定化部７２２の出力が電気的に接続されている。
【０２４４】
同期信号部１１０は、陰極が第２電位線２５Ｌに接続され、直流電圧を生成する電源ＢＡＴを備える。
更に、同期信号部１１０は、電源ＢＡＴの陽極と第１電位線２５Ｈとの導通及び非導通を切り替える切替部ＳＷを備える。
【０２４５】
更に、同期信号部１１０は、一端が第１電位線２５Ｈに接続され他端が第２電位線２５Ｌ及び電源ＢＡＴの陰極に接続された抵抗Ｒを備える。ここで、抵抗Ｒは、同期信号の停止時には第１電位線２５Ｈと第２電位線２５Ｌの電位差を０にする。抵抗Ｒは、例えば、抵抗値の大きなプルダウン抵抗である。
制御部１０２は、切替部ＳＷを制御する同期信号制御部４０５を備える。
【０２４６】
当該制御装置がマスターとして動作する場合、同期信号制御部４０５は、切替部ＳＷから同期信号を第１電位線２５Ｈと第２電位線２５Ｌで伝送させる。
【０２４７】
＜処理の詳細＞
続いて、処理の詳細について説明する。
マスター装置１１は、制御部１０２が備える同期信号制御部４０５は、同期信号部１１０を制御し、同期信号を副電力線２５を介してスレーブ装置１２へ出力させる。
【０２４８】
なお、マスター装置１１は、インバータではなくコントローラであっても構わない。
【０２４９】
なお、同期信号制御部４０５が同期信号を生成してもよい。この場合、マスターとして動作する制御装置が制御で使用する位相情報は、マスターとして動作する制御装置の有する同期信号部から得ることになる。その場合、同期信号部１１０は、同期信号制御部４０５が生成した同期信号を用いて、切替部ＳＷを制御してもよい。これにより、切替部ＳＷは、電源ＢＡＴから供給される電力を切り替える（スイッチングする）ことで、電力をもった同期信号をスレーブ装置１２へ供給してもよい。
【０２５０】
スレーブ装置１２において、第１安定化器７２１は、副電力線２５で伝送された同期信号から安定した電力を抽出することで、制御部１０２や通信部１０３の実態であるマイコン、その他周辺デバイスの駆動電源とすることができる。第１安定化器７２１は、例えば、ローパスフィルタやレギュレータ、変圧器等の変電装置、また小型の蓄電池などのうちの１つまたは複数から構成される。
【０２５１】
特に、同期信号がパルス波形や正弦波、あるいはこれらの波形を用いた情報通信のような形態で与えられ、信号のデューティー比が制御用マイコンの駆動電源電圧ＶＣＣに一致するときには、第１安定化器６２１をローパスフィルタのみで構成することができ、簡易な構成とすることができる。
【０２５２】
＜第６の実施形態の効果＞
通常、電力変換装置（例えば、インバータ）は電力線２１（例えば、図３の入力電力線２１ａや出力電力線２１ｂ）から得た電力を第２安定化器７２２で変圧や安定化させた電力や、その他コンセントなどをから得た電力を制御系の電源としている。第６の実施形態では、これに加えて電力変換装置同士を副電力線２５で結線することによって、制御系電源の冗長性を確保することができる。
【０２５３】
また副電力線２５が同期信号線を兼ねることで配線を少なくし、組み立て工程やメンテナンスの手間を少なくすることができる。
【０２５４】
＜第７の実施形態＞
続いて、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態では、第６の実施形態に対して、直流電圧（オフセット電圧ともいう）に伝送する同期信号を重畳することで、副電力を供給するとともに、同期信号の有無の検出を容易にする。換言すれば、同期信号の途絶の検出を容易にする。
【０２５５】
図２８は、第７の実施形態における電力変換装置１０の処理を説明するための図である。なお、ここでは、電力変換装置１０がマスター装置１１として動作するときに主に動作する構成要素と、スレーブ装置１２として動作するときに主に動作する構成要素が示されている。しかし、１台の電力変換装置１０は、このマスター装置１１が有する構成要素及びこのスレーブ装置１２が有する構成要素の両方を備える。
【０２５６】
＜構成の説明＞
制御部１０２は、同期信号部１１０を制御する同期信号制御部４０５を備える。当該電力変換装置１０（または電力変換装置１０が備える制御装置１００）がマスターとして動作する場合、同期信号制御部４０５は、予め決められたオフセット電圧に同期信号を重畳して調整信号を生成し、生成した調整信号を副電力線２５で伝送させる。
【０２５７】
副電力線２５は、第１電位線２５Ｈと第２電位線２５Ｌから構成される。
同期信号部１１０は、陰極が第２電位線２５Ｌに接続され、オフセット電圧を生成する第１電源ＢＡＴ１を備える。
更に、同期信号部１１０は、陰極が第１電源ＢＡＴ１に接続され、同期信号のハイレベルとローレベルの電圧差と同じ直流電圧を生成する第２電源ＢＡＴ２を備える。
【０２５８】
更に、同期信号部１１０は、信号重畳部７１を備える。
信号重畳部７１は、第１電源ＢＡＴ１の陽極と第１電位線２５Ｈとの導通及び非導通を切り替える第１切替部ＳＷ１を備える。
更に、信号重畳部７１は、第２電源ＢＡＴ２の陽極と同期信号を伝送する第１電位線２５Ｈとの導通及び非導通を切り替える第２切替部ＳＷ２を備える。
【０２５９】
更に、同期信号部１１０は、一端が第１電位線２５Ｈに接続され他端が第２電位線２５Ｌ及び第１電源ＢＡＴ１の陰極に接続された抵抗Ｒを備える。ここで、抵抗Ｒは、同期信号の停止時には第１電位線２５Ｈと第２電位線２５Ｌの電位差を０にする。抵抗Ｒは、例えば、抵抗値の大きなプルダウン抵抗である。
【０２６０】
当該制御装置１００がマスターとして動作する場合、第１切替部ＳＷ１及び第２切替部ＳＷ２を制御して、調整信号を第１電位線２５Ｈと第２電位線２５Ｌで伝送させる同期信号制御部４０５を更に備える。
【０２６１】
当該制御装置１００がマスター以外（すなわちスレーブ）の場合、電力位相制御部４０は、調整信号から第１安定化部７２１が変換した直流電圧成分を除去して同期信号を抽出し、抽出した同期信号に基づいて、電力変換装置１０が出力する電力の位相を制御する。
【０２６２】
＜処理の詳細＞
オフセット電圧を生成する第１電源ＢＡＴ１は、例えば直流電圧Ｖ２ａを生成する。同期信号用の電圧を生成する第２電源ＢＡＴ２は、例えば直流電圧Ｖ２ｂを生成する。
このとき、第１切替部ＳＷ１が第１電源ＢＡＴ１の陽極と第１電位線２５Ｈとの非導通の非導通状態で、かつ第２切替部ＳＷ２が第２電源ＢＡＴ２の陽極と同期信号を伝送する第１電位線２５Ｈとの導通している導通状態の第１状態の場合、第１電位線２５Ｈと第２電位線２５Ｌの電位差は、Ｖ２ａ＋Ｖ２ｂである。
【０２６３】
一方、第１切替部ＳＷ１が第１電源ＢＡＴ１の陽極と第１電位線２５Ｈとの導通している導通状態で、かつ第２切替部ＳＷ２が第２電源ＢＡＴ２の陽極と同期信号を伝送する第１電位線２５Ｈとの非導通の非導通状態の第２状態の場合、第１電位線２５Ｈと第２電位線２５Ｌの電位差は、Ｖ２ａである。
【０２６４】
同期信号制御部４０５は、第１状態と第２状態のいずれかとなるよう、第１切替部ＳＷ１及び第２切替部ＳＷ２を制御する。
例えば、同期信号制御部４０５は、第１状態の比率がデューティー比λとなるように、第１切替部ＳＷ１及び第２切替部ＳＷ２を切り替えることで、実効電圧Ｖ´ｒｍｓ＝Ｖ２ａ＋λＶ２ｂなる調整信号をスレーブ装置１２へ供給する。
【０２６５】
一方、マスター装置１１内の制御部１０２、同期信号部１１０またはその他の部品が故障し、マスター装置１１の運転が不可能になったときは、マスター装置１１は同期信号と副電源の生成を連動して停止する。
第２電源ＢＡＴ２は交流電圧源で、信号重畳部７１はオフセット電圧に信号を重畳するためのトランスやコンデンサであっても構わない。
【０２６６】
スレーブ装置１２において、第１安定化器７２１で受信波形を平滑化することで、制御部１０２に対して実効電圧Ｖ´ｒｍｓの電力の供給を受ける。このとき、第１安定化器７２１は、更に昇高圧レギュレータなどで変電を行ってもよい。
また、制御部１０２は、同期信号部１１０からの出力として調整信号を受け取る。制御部１０２に対しては、直接、副電力線２５との結線により調整信号を受け取るものとしても良いし、途中に絶縁回路を設けてもよい。また、制御部１０２は、この調整信号から第１安定化器から入力された実効電圧Ｖ´ｒｍｓとの差分をとることで、オフセット電圧Ｖ２ａの大きさに関わらず同期信号を抽出することができる。
【０２６７】
図２９は、同期信号の途絶からマスター・スレーブ再構成通信の開始までの情報の流れを示す図である。信号検出器５９は、同期信号の有無を検出する。特に、同期信号に対して十分なオフセット電圧が重畳してある場合には、例えば、第１安定化器７２１から入力される調整信号電圧Ｖｓｉｎｇａｌが閾値電圧Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも高いかどうかのみを監視する。これにより、同期信号の有無を検出することができる。
【０２６８】
信号検出器５９は、調整信号電圧Ｖｓｉｎｇａｌが閾値電圧Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄ以下となった場合、同期信号の途絶を意味するので、通信制御部４０９へ同期信号の途絶を示す途絶通知信号ＳＤＰを出力する。また、信号検出器５９は例えば、上述したように、経路切替器５７及び角周波数記憶器５８を制御する。
通信制御部４０９は、信号検出器５９から途絶通知信号ＳＤＰを受信した場合、マスターが停止したものと認識し、通信部１０３を制御して、通信部１０３を介して他の電力変換装置とマスター・スレーブ再構成通信を開始する。
【０２６９】
なお、上記の例は同期信号の生成を行うマスターが、オフセット電圧の供給までを行うものであったが、マスターとは異なる電力変換装置が同期信号線にオフセット電圧を供給するような構成であっても構わない。この場合、オフセット電圧の途絶はスレーブの停止を意味するため、図２９に示したような手法をそのまま適用することはできない。
【０２７０】
しかし、オフセット電圧の供給を行っているスレーブ以外の電力変換装置は、同期信号の有無を検出することで、当該スレーブの停止を即座に検出することが可能になる。例えば当該スレーブがシステム中で重要な装置である場合などにおいて、マスター・その他の電力変換装置が当該スレーブの停止を即座に検出できると、システム全体の出力を迅速に調整できるといったメリットがある。
【０２７１】
上述したように、同期信号部は、同期信号を生成する同期信号生成装置からこの同期信号を受信してもよい。ここで、同期信号生成装置は、例えば、図４に示すようなコントローラ１３であってもよいし、同期信号を生成する機能だけを有する発信器であってもよい。
その場合、上述したマスターを決定するための情報は、当該制御装置と他の一台以上の電力変換装置の制御装置の中からマスターを決定するための情報である。
【０２７２】
また、図４に示すような場合、複数の電力変換装置を制御する複数の制御装置と、この電力変換装置の出力電力の位相の基準となる同期信号を生成し、上記複数の制御装置へ送信する同期信号生成装置と、を具備する制御システムを構成しているともいえる。その場合、各制御装置が備える同期信号部は、上記同期信号を、上記同期信号生成装置から受信する。
【０２７３】
＜角周波数と周波数の形式など＞
各実施形態における角周波数ωやフィードフォワード値ω０は必ずしも角周波数の形式である必要はなく、周波数ｆや、２ω、速度ｖなど、四則演算によってωと等価に置き換えられる数値であってもよいことは言うまでもなく、その他ωの２乗根などの形態であってもよい。上述した角周波数に関する情報は、周波数ｆや、２ω、速度ｖなどの四則演算によってωと等価に置き換えられる数値、その他ωの２乗根などの形態などを含む。これらは各実施形態の趣旨を逸脱しない限りにおいては各実施形態の適用を受けるものとする。その他の変数についても同様である。
【０２７４】
＜通信部、信号部、接続部などの一体化＞
各実施形態で示した図では、通信部と信号部と接続部とを分けて例示していたが、これらが一体化しているような構造であっても、各実施形態の趣旨から逸脱しない限りにおいては各実施形態の適用が可能である。例えば通信に電力線通信を用いる場合は通信部と接続部が接続している、あるいは一体化していると見なせることなどがある。
【０２７５】
＜同期信号の種類とずらし  変調波（５０，６０Ｈｚ）、キャリア波（１０ｋＨｚ）＞
インバータなどの各種電力変換装置では、系統の周波数と同じ５０、６０Ｈｚの周波数の正弦波の他、ＰＷＭ制御に用いるキャリア波などいくつかの周波数の波形が使用されるが、本発明はこれらの波形のいずれにも適用できる。複数の電力変換装置で波形を一致させるのではなく、一定の位相角差を保持して運転を行うような場合においても適用が可能であり、このような運転方法も広義では同期運転と考えられるため同期と表現する。このような場合、位相比較器など電力変換装置の構成要素の一部に機能の追加や削減を行うことがある。
【０２７６】
なお、各実施形態において、電力変換装置が制御装置を備えたが、これに限らず、制御装置は、電力変換装置の外にあってもよい。
【０２７７】
なお、複数の装置を備えるシステムが、各実施形態の制御装置の各処理を、それらの複数の装置で分散して処理してもよい。
【０２７８】
なお、各実施形態の制御装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサに各実施形態の制御装置の各処理を実行するためのプログラムを実行させることにより実現することができる。
【０２７９】
このとき、各実施形態の制御装置は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよい。また、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体あるいは通信網を介して上記のプログラムが配布され、当該プログラムをコンピュータ装置に読み込ませ、プロセッサが上記のプログラムを実行することにより、制御装置に係る上述した種々の処理を行ってもよい。
【０２８０】
このように、各実施形態の制御装置の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、プロセッサが実行することにより、各実施形態の制御装置に係る上述した種々の処理を行ってもよい。
【０２８１】
なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵あるいは外付けされたハードディスク、メモリ等の記憶装置のことをいう。
【０２８２】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【０２８３】
以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０２８４】
３００  マイクログリッド（系）
３０３  発電装置
３０２  蓄電装置
３０４  負荷
１０、１０−１、１０−２、１０−３、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、３０７  電力変換装置
２０１  電力線
２１  電力線（主電力線）
２３  情報通信線
２４  同期信号線
２５  副電力線
２５Ｈ  第１電位線
２５Ｌ  第２電位線
１１  マスター装置
１２、１２−１、１２−２、１２−３  スレーブ装置
１６−１、１６−２、１６−３  電力消費装置
１７−１、１７−２、１７−３  リアクトル
２１ａ  入力電力線
２１ｂ、２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３  出力電力線（電力線）
１０１、１０１ａ、１０１ｂ  接続部
１００、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ  制御装置
１０３  通信部
１１０  同期信号部
１０２、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ  制御部
４０、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ  電力位相制御部
４０１、４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ、４０１ｅ  位相同期回路部
４０２  電気制御部
４０３  キャリア波生成部
４０４  ゲート駆動信号生成部
４０５  同期信号制御部
４０６  目標値出力部
４０７  記憶部
４０８  決定部
４０９  通信制御部
５０、５０ｄ、５０ｅ  角周波数検出部
５１  位相比較器
５２  制御器
５３  加算器
５４  積分器（積分部）
５５  フィードフォワード値記憶部
５６  フィードフォワード器
５７  経路切替器
５８  角周波数記憶器（角周波数記憶部）
５９  信号検出器（信号検出部）
６０  速度変化生成部
６１  速度変化記憶器（速度変化記憶部）
６２、６３、６４  更新器（更新部）
７１  信号重畳部
７２１  第１安定化部（安定化部）
７２２  第２安定化部
ＢＡＴ  電源
ＳＷ  切替部
ＢＡＴ１  第１電源
ＢＡＴ２  第２電源
ＳＷ１  第１切替部
ＳＷ２  第２切替部
Ｒ  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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