(57)【要約】【課題】マスタ−スレーブ方式による並列交流電源システムにおいて、故障等によりマスターが停止した場合でも負荷に安定に電力を供給できるようにする。【解決手段】例えばインバータ２ａと制御器９ａを電圧源（マスタ）、インバータ２ｂ，２ｃと制御器９ｂ，９ｃ等を電流源（スレーブ）としてそれぞれ動作させるに当たり、電流源ごとに異なる周波数や電圧実効値の変動許容範囲を設け、連系点における周波数や電圧が変動許容範囲を越えたら電圧源が故障したものと判断し、対応する制御器により対応のインバータが電圧源として動作可能なように機能切り替えを行なうことで、負荷への安定な電力供給を可能にする。【選択図】　　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式交流電源装置を交流側で並列接続し、そのうちの１台の交流電源装置を電圧源、他の交流電源装置を電流源としてそれぞれ動作させる並列接続自励式交流電源装置において、
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での周波数変動許容範囲および電圧実効値変動許容範囲を互いに異ならせ、少なくとも一方の範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする並列接続自励式交流電源装置の制御方式。
【請求項２】
直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式交流電源装置を交流側で並列接続し、そのうちの１台の交流電源装置を電圧源、他の交流電源装置を電流源としてそれぞれ動作させる並列接続自励式交流電源装置において、
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での周波数変動許容範囲を互いに異ならせ、この範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする並列接続自励式交流電源装置の制御方式。
【請求項３】
直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式交流電源装置を交流側で並列接続し、そのうちの１台の交流電源装置を電圧源、他の交流電源装置を電流源としてそれぞれ動作させる並列接続自励式交流電源装置において、
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での電圧実効値変動許容範囲を互いに異ならせ、この範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする並列接続自励式交流電源装置の制御方式。
【請求項４】
最初に電圧源に切り替わる電流源の周波数変動許容範囲を最も狭くすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の並列接続自励式交流電源装置の制御方式。
【請求項５】
最初に電圧源に切り替わる電流源の電圧実効値変動許容範囲を最も狭くすることを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の並列接続自励式交流電源装置の制御方式。
【請求項６】
前記電流源を電圧源に切り替える場合は、切替え時点の周波数から規定の周波数へと徐々に戻すことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の並列接続自励式交流電源装置の制御方式。
【請求項７】
前記電流源を電圧源に切り替える場合は、切替え時点の電圧実効値から規定の電圧実効値へと徐々に戻すことを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の並列接続自励式交流電源装置の制御方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電圧を交流電圧に変換する自励式交流電源装置の制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電圧を交流電圧に変換する方式には、例えば図７に示すような、自己消弧形スイッチング素子３にダイオード４を逆並列接続した電圧形インバータ２ａ〜２ｃを用いる自励式変換方式がある。同図のインバータは交流リアクトル５ａ〜５ｃと交流遮断器６ａ〜６ｃを介して交流電圧母線に接続され、負荷８に電力を供給する。この電圧形インバータには定格電圧，定格周波数で電圧源として動作するモードと、電流を所定の値となるように電圧を変化させる電流源として動作するモードがある。複数の電圧形インバータを並列接続し、１台を電圧源として動作させ、その他を電流源として動作させる方式があり、マスタスレーブ方式と呼ばれている。
【０００３】
このようなマスタスレーブ方式で、各電圧形インバータを制御する制御方式として、従来図８に示すものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
図８では、マスタとなるインバータはマスタ制御部４１（マスタとなるインバータを２ａとすれば制御器９ａ）により、また、スレーブとなるインバータはスレーブ制御部４２（スレーブとなるインバータを２ｂ…２ｃとすれば制御器９ｂ…９ｃ）によりそれぞれ制御される。
【０００４】
マスタ制御部４１では、基準周波数２５を積分器３１で積分し、正弦関数器３２により正弦関数を求め、基準電圧実効値３０にゲイン演算器４３でゲインを掛けた値に、求められた上記正弦関数をさらに掛け算器３３で掛け合わせて電圧指令を生成する。この電圧指令と電圧検出器１２を介して検出される連系点電圧との偏差を電圧調節器（ＡＶＲ）３４に入力し、その出力と上記電圧指令との和と別途与えられるキャリア３６とを用いて、ＰＷＭ（パルス幅変調）演算器３９によりゲートパルスを生成し、連系点での電圧が定格電圧，定格周波数となるようにする。
【０００５】
一方、スレーブ制御部４２は、図７の負荷電流検出器７と割り算器１０により求めた負荷電流の１／Ｎの値（３７）と、電流検出器１１ｂ…１１ｃで求めた出力電流との偏差を電流調節器（ＡＣＲ）３８に入力し、その出力と連系点電圧との和と別途与えられるキャリア３６とを用いて、ＰＷＭ（パルス幅変調）演算器３９によりゲートパルスを生成する。
なお、マスタとスレーブの切り替えはここでは切替スイッチ３５により行なわれるが、その切り替えを装置停止後などに手動または自動による切り替え信号４０により行なうことは常識的に行なわれている。
【０００６】
【非特許文献１】
「コンビネーション　ボルテージ−コントロールド　アンド　カレント−コントロールド　アンド　ピーダブリュエム　インバーターズ　フォア　ユーピーエス　パラレル　オペレーション」アイイーイーイー　トランザクションオン　パワー　エレクトロニクス、ボリューム１０、ナンバー５、セプテンバー１９９５、ページ５４７−５５７（「Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ａｎｄ　Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ＰＷＭ　Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ　ｆｏｒ　ＵＰＳ　Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ　ＯＮ　ＰＯＷＥＲ　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ」ＶＯＬ．１０、ＮＯ．５、ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ１９９５、ｐ．５４７−５５７）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなマスタスレーブ方式による並列交流電源システムにおいて、マスタが故障により停止すると、スレーブを停止させて全ての遮断器（６ａ〜６ｃ）を開放してしまうので、負荷に供給される電圧は完全に０となり、次にマスタが起動するまで電力を供給できなくなると言う問題が生じる。
したがって、この発明の課題は、マスタが停止した場合でも、負荷に安定に電力を供給することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式交流電源装置を交流側で並列接続し、そのうちの１台の交流電源装置を電圧源、他の交流電源装置を電流源としてそれぞれ動作させる並列接続自励式交流電源装置において、
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での周波数変動許容範囲および電圧実効値変動許容範囲を互いに異ならせ、少なくとも一方の範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式交流電源装置を交流側で並列接続し、そのうちの１台の交流電源装置を電圧源、他の交流電源装置を電流源としてそれぞれ動作させる並列接続自励式交流電源装置において、
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での周波数変動許容範囲を互いに異ならせ、この範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明では、直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式交流電源装置を交流側で並列接続し、そのうちの１台の交流電源装置を電圧源、他の交流電源装置を電流源としてそれぞれ動作させる並列接続自励式交流電源装置において、
電流源として動作する各交流電源装置の連系点での電圧実効値変動許容範囲を互いに異ならせ、この範囲を逸脱した交流電源装置を電圧源として動作させることを特徴とする。
【００１１】
上記請求項１または２の発明においては、最初に電圧源に切り替わる電流源の周波数変動許容範囲を最も狭くすることができ（請求項４の発明）、または、前記電流源を電圧源に切り替える場合は、切替え時点の周波数から規定の周波数へと徐々に戻すことができる（請求項６の発明）。
上記請求項１または３の発明においては、最初に電圧源に切り替わる電流源の電圧実効値変動許容範囲を最も狭くすることができ（請求項５の発明）、または、前記電流源を電圧源に切り替える場合は、切替え時点の電圧実効値から規定の電圧実効値へと徐々に戻すことができる（請求項７の発明）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
電流源として動作する電圧形インバータでは、通常時は従来の場合と同様に、電流指令３７と出力電流との偏差を電流調節器３８に入力し、その出力と連系点電圧との和が選択されるように切り替えスイッチ３５が動作し、これとキャリア３６とでＰＷＭ演算を行なっている。
【００１３】
このような構成において、マスタが停止したことを検出するために、連系点電圧をフェーズロックドループ回路（ＰＬＬ：位相同期回路）２０に入力し、その出力である周波数と周波数許容値２１とを比較器２２で比較するとともに、実効値演算器２６の出力と電圧実効値許容値２７とを比較器２８により、それぞれ比較する。
【００１４】
ＰＬＬ回路２０は例えば図２に詳細に示すように、基準信号４５と周波数現在値４８を積分器５１にて積分した信号との位相差を位相比較器４９で求め、その出力を調節器５０に入力した後基準周波数４７と加算することにより周波数現在値４８を求める。
一方、実効値演算器２６は例えば図３に示すように、電圧検出値５５を二乗演算器５８に入力し、その出力を平方根演算器５９に入力して実効値を求め、さらにこの実効値をホールド回路６０に入力して、これをホールド信号５６で保持するようにしている。
【００１５】
上記比較器２２，２８の出力は論理和演算回路２３に入力され、周波数または電圧実効値の少なくとも一方が許容範囲を越えた場合は、切り替え器３５を切り替えて電圧源として動作する。このとき、ＰＬＬ回路２０の調節器用ホールド信号４６と、ホールド回路６０のホールド信号５６が出力される。
【００１６】
ホールドされた現在の周波数と基準周波数２５との偏差はランプ関数発生器（ＨＬＲ）２４に入力され、この出力と基準周波数２５との和を積分器３１で積分し、さらに正弦関数器３２を用いて正弦関数を求める。また、上記ホールドされた電圧実効値と基準電圧実効値３０との偏差はＨＬＲ２９に入力され、その出力と基準電圧実効値３０との和をゲイン演算器４３によって振幅値とし、これに上記関数器３２からの正弦関数を掛けて電圧指令を生成する。この電圧指令と連系点電圧との偏差を電圧調節器３４に入力し、その出力と上記電圧指令との和と別途与えられるキャリア３６とを用いて、ＰＷＭ演算器３９によりゲートパルスを生成する。なお、ＨＬＲ２４，２９の入出力特性を図４に示す。つまり、ホールドされた現在の周波数または電圧実効値は、切り替え時点の各値から徐々に基準周波数または基準電圧実効値へと戻すように制御されることになる。
【００１７】
以上で、通常時にスレーブとして動作する電圧形インバータの動作を説明したが、このとき周波数および電圧実効値の許容変動範囲を、各電圧形インバータごとに互いに異ならせるようにする。したがって、図５のように電流源から電圧源への切り替えを周波数変動範囲のみで実施する場合は、各電圧形インバータごとに周波数変動範囲を、また、図６のように電流源から電圧源への切り替えを電圧実効値変動範囲のみで実施する場合は、各電圧形インバータごとに電圧実効値変動範囲を変えるものであり、この許容範囲によって複数の電流源の起動優先順位を決める、例えば、最初に切り替える電流源の許容範囲を最も狭くし、順次許容範囲を広げて行くようにする。なお、図５，図６のその他の構成は図１と同様であるので、説明は省略する。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、マスタスレーブ方式で並列接続される電圧形インバータにおいて、マスタが停止した場合でも負荷への電力供給を安定に行なうことが可能となり、電圧の位相とび，振幅とびのない運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】図１のＰＬＬ回路の詳細例を示すブロック図
【図３】図１の電圧実効値演算回路の詳細例を示すブロック図
【図４】図１のランプ関数発生器（ＨＬＲ）の特性説明図
【図５】この発明の第２の実施の形態を示す構成図
【図６】この発明の第３の実施の形態を示す構成図
【図７】従来のマスタスレーブ方式を示す構成図
【図８】図７のマスタ制御部，スレーブ制御部を示す詳細構成図
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ…直流電源、２ａ〜２ｃ…電圧形インバータ、３…自己消弧素子、４…ダイオード、５ａ〜５ｃ…交流リアクトル、６ａ〜６ｃ…交流遮断器、７…負荷電流検出器、８…負荷、９ａ〜９ｃ…制御器、１０…割り算器、１１ａ〜１１ｃ…出力電流検出器、１２ａ〜１２ｃ…電圧検出器、２０…ＰＬＬ（フェーズロックドループ回路：位相同期回路）、２１…周波数許容値、２２…周波数比較器、２３…論理和演算器、２４，２９…ランプ関数発生器（ＨＬＲ）、２５，４７…基準周波数、２６…電圧実効値演算器、２７…電圧実効値許容値、２８…電圧実効値比較器、３０…基準電圧実効値、３１，５１…積分器、３２…正弦波関数発生器、３３…掛け算器、３４…電圧調節器（ＡＶＲ）、３５…切り替え器、３６…キャリア、３７…出力電流指令、３８…電流調節器（ＡＣＲ）、３９…ＰＷＭ演算器、４０…切り替え信号、４１…マスタ制御部、４２…スレーブ制御部、４３…ゲイン演算器、４５…同期基準信号、４６…演算器ホールド信号、４８…周波数現在値、４９…位相比較器、５０…調節器、５５…電圧検出値、５６…ホールド信号、５７…電圧振幅値、５８…二乗演算器、５９…平方根演算器、６０…ホールド回路。
【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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