(57)【要約】【課題】横流がなく安定に並列運転でき、運転中に並列運転台数が変化しても、各機の負担を常に均一な状態で、引き続き運転を継続できる電力変換装置の並列運転方式を提供すること。【解決手段】交流母線１００と、前記交流母線に接続され、前記交流母線の電圧を調整する第一の電力変換装置１と、前記交流母線に接続され、前記交流母線に供給する電流を調整する第二の電力変換装置２からなり、前記第二の電力変換装置は、前記交流母線に供給する電流を、前記第一の電力変換装置が前記交流母線に出力する交流出力電流と一致するように制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流母線と、前記交流母線に接続され、前記交流母線の電圧を調整する第一の電力変換装置と、前記交流母線に接続され、前記交流母線に供給する電流を調整する第二の電力変換装置からなる電力変換装置の並列運転方式において、前記第二の電力変換装置は、前記交流母線に供給する電流を、前記第一の電力変換装置が前記交流母線に出力する交流出力電流と一致するように制御することを特徴とする電力変換装置の並列運転方式。
【請求項２】
交流母線と、前記交流母線に接続されたｎ台（ｎは２以上）の電力変換装置からなり、前記ｎ台の電力変換装置のうち少なくとも１台は、前記交流母線の電圧を調整する第一の電力変換装置であり、前記第一の電力変換装置を除いた残りの電力変換装置は、前記第一の電力変換装置が前記交流母線に出力する交流出力電流と一致するように交流出力電流を制御する第二の電力変換装置であることを特徴とする電力変換装置の並列運転方式。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置の並列運転方式において、前記第一の電力変換装置が前記交流母線に供給する電流情報を情報伝達手段を用いて前記第二の電力変換装置に伝達し、前記第二の電力変換装置は、前記情報伝達手段から得た前記第一の電力変換装置が前記交流母線に供給する電流情報に基づいて、交流出力電流を制御することを特徴とする電力変換装置の並列運転方式。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置の並列運転方式において、前記第一の電力変換装置が前記交流母線に供給する電流情報は、位相、振幅ないしは直交成分に分解し直流量で表現できる情報形態であるであることを特徴とする電力変換装置の並列運転方式。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置の並列運転方式において、前記交流母線に接続されたｎ台（ｎは２以上）の電力変換装置に、各々固有のタイマーセット時間を持たせ、電源投入ないしは再起動指令投入後、前記タイマーセット時間経過した時に、前記交流母線の電圧が確立している場合には、前記第二の電力変換装置として動作し、前記タイマーセット時間経過した時に前記交流母線の電圧が確立していなかった場合には、前記第一の電力変換装置として動作することを特徴とする電力変換装置の並列運転方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流を交流に変換する電力変換装置の制御方式に関し、特に電力変換装置の並列運転の方式に関する。
【０００２】
【従来技術】
電力変換装置を並列運転することにより、大容量の負荷への電力供給、電源システムの信頼性向上といったメリットが得られる。
電力変換装置の並列運転を効率的に行うためには、電力変換装置間を流れる横流を抑制する必要がある。
電力変換装置を並列運転する時に発生する横流を抑制する手段としては、特許文献１に記載の技術が挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１４９６５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の公知例では、交流出力を制御する電力変換装置（以下、主機と呼ぶ）と、この電力変換装置の交流出力電流と並列運転している電力変換装置（以下、従機と呼ぶ）の台数ｎに基づいて、残りの電力変換装置の交流出力電流を制御する構成であり、主機の制御信号（主機の交流出力電流値）を従機に伝達できる程度に、主機と従機が比較的近い距離に配されていることを想定している。
しかしながら、例えば鉄道車両のように電力変換装置のぎ装スペースが限られ、主機と従機が数十メートル以上はなれている状態においては、制御信号の伝達距離が長くなり、耐ノイズ性が低下する、信号の位相遅れが発生し、横流を抑制できなくなるといった課題が生じる。
【０００５】
また、前述の公知例には、故障、メンテナンスにより１台以上の電力変換装置を停止し、運転中の電力変換装置の台数が変化する状態が想定されていない。
このため、稼動している電力変換装置の台数が減った場合、主機の負担のみが極端に大きくなってしまい、場合によっては装置を損傷してしまうことになる。このような事態を避けるためには、主機を（従機よりも）大容量化することが必要となり、本来の目的である並列運転のメリットが失われてしまう。
加えて、ダイナミックに主機と従機を切替える方法や、起動方法、主機が何らかの理由により停止した時の再起動方法について議論されていない。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、主機と従機が離れた場所に設置されていても横流がなく安定に並列運転でき、運転中に並列運転台数が変化しても、各機の負担を常に均一な状態で、引き続き運転を継続できる電力変換装置の並列運転方式を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置の並列運転方式は、交流母線と、前記交流母線に接続され、前記交流母線の電圧を調整する第一の電力変換装置と、前記交流母線に接続され、前記交流母線に供給する電流を調整する第二の電力変換装置２からなり、前記第二の電力変換装置２は、前記交流母線に供給する電流を、前記第一の電力変換装置１が前記交流母線に出力する交流出力電流と一致するように制御するようにした。
【０００８】
また交流母線と、前記交流母線に接続されたｎ台（ｎは２以上）の電力変換装置からなり、前記ｎ台の電力変換装置のうち少なくとも１台は、前記交流母線の電圧を調整する第一の電力変換装置であり、前記第一の電力変換装置を除いた残りの電力変換装置は、前記第一の電力変換装置が前記交流母線に出力する交流出力電流と一致するように交流出力電流を制御する第二の電力変換装置であるようにした。
【０００９】
また前記において、前記第一の電力変換装置が前記交流母線に供給する電流情報を情報伝達手段を用いて前記第二の電力変換装置に伝達し、前記第二の電力変換装置は、前記情報伝達手段から得た前記第一の電力変換装置が前記交流母線に供給する電流情報に基づいて、交流出力電流を制御するようにした。
【００１０】
さらに前記において、前記第一の電力変換装置が前記交流母線に供給する電流情報は、位相、振幅ないしは直交成分に分解し直流量で表現できる情報形態であるようにした。
【００１１】
さらに前記において、前記交流母線に接続されたｎ台（ｎは２以上）の電力変換装置に、各々固有のタイマーセット時間を持たせ、電源投入ないしは再起動指令投入後、前記タイマーセット時間経過した時に、前記交流母線の電圧が確立している場合には、前記第二の電力変換装置として動作し、前記タイマーセット時間経過した時に前記交流母線の電圧が確立していなかった場合には、前記第一の電力変換装置として動作するようにした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１に示す。
図１の交流電源システムは、交流母線１００の交流電圧を制御する電力変換装置１と交流母線１００に供給する交流電圧を制御する電力変換装置２と交流母線１００を交流電圧とする１つ以上の図示していない負荷装置とにより構成されている。
【００１３】
電力変換装置１は、交流母線１００と、直流電圧源１１と、直流電圧源１１を電源とし、交流出力を得るＤＣ／ＡＣ変換器１２、ＤＣ／ＡＣ変換器１２の出力する交流出力を整形するフィルタ回路１３と、交流母線１００とフィルタ回路１３との間に接続され、これらの中性点電位の差異を吸収する変圧器１４と、変圧器１４の交流母線側の電圧を直流量に変換する変換手段１５と、変圧器１４の交流母線側の目標電圧を直流量で出力する出力電圧指令発生装置１６と、変換手段１５の出力と出力電圧指令発生装置１６の出力が一致するようにＤＣ／ＡＣ変換器１２の交流出力を調整する出力電圧制御手段１７と、変圧器１４の交流母線側の交流電流を直流量に変換する変換手段１８と、変換手段１８の出力信号を通信路２２を介して後述する電力変換装置２に送信する通信手段２０とからなる。
【００１４】
電力変換装置２は、直流電圧源１１と、直流電圧源１１を電源とし、交流出力を得るＤＣ／ＡＣ変換器１２、ＤＣ／ＡＣ変換器１２の出力する交流出力を整形するフィルタ回路１３と、交流母線１００とフィルタ回路１３との間に接続され、これらの中性点電位の差異を吸収する変圧器１４と、変圧器１４の交流母線側の交流電流を直流量に変換する変換手段１８と、通信路２２を介して通信される電力変換装置１の交流出力電流情報（直流量で表現されている）を受信する通信手段２１と、変換手段１８の出力と、通信手段２１の出力が一致するようにＤＣ／ＡＣ変換器１２の交流出力を調整する出力電流制御手段１７ａからなる。
【００１５】
電力変換装置１（以下、主機と呼ぶ）は、交流母線電圧を制御するとともに、交流出力電流を直流量に変換し、通信手段を介して従機２に交流出力電流の情報を伝送する。
なお、交流出力電流を直流量として表現する手法としては、振幅と位相で表す方法、直交成分に分解し、実軸成分と虚軸成分の振幅として表す方法などが挙げられる。
さらに、電力変換装置２（以下、従機と呼ぶ）は、交流母線へ流し込む交流出力電流を直流量に変換した値が、通信手段を経由して得た主機の交流出力電流の直流量の値と一致するように交流出力電流を制御する。
【００１６】
交流出力電流の情報を直流量として伝送することによって遅れなく、また、通信手段を用いることで、耐ノイズ性を向上するといった効果が得られ、安全かつ容易に、従機２の交流出力電流を主機１の交流出力電流と一致させることができる。これにより、電力変換装置間の横流が発生しない状態での並列運転を実現することができる。
【００１７】
本発明の他の実施形態を図２に示す。
図２は、従機すなわち交流母線１００に電流を供給する電力変換装置２を複数接続した場合の実施形態である。
図２においては、従機を区別するために、２１、２２、２３…２ｎという名前を付した。主機が複数の従機に対して交流出力電流の情報を伝送する構成となっている。
本構成により、従機が２台以上すなわち、並列運転している電力変換装置が３台以上となっても容易に横流が発生しない状態での並列運転が可能である。
【００１８】
なお、伝送情報は、主機の交流出力電流であり、従機は、これに応じて交流出力電流を制御するので、並列運転している装置の台数に変化があっても、各装置が負担する容量は、常に均一になる。
もちろん、運転台数に変化があっても主機の負担のみが増加することはなく、動作中の電力変換装置すべてに均等に負担が増加する。
このため、主機の電力容量を従機よりも大きくする必要はなく、制御部分の構成を除き、電力変換装置部分は共通の部品を使用することができ、高い汎用性を確保することができる。
本発明によれば、並列運転している状態で、新たに並列運転する変換器を追加し運転台数を増加させた場合でも、各装置が負担する容量は、均一になる。
もちろん、各電力変換装置に主機と従機の両方の機能を持たせ、適宜切り替えれば、全く同一の装置を使用することができ、さらに高い汎用性を確保することができる。
【００１９】
ここで、電力変換装置の起動および再起動方法について説明する。
各電力変換装置には、主機と従機両方の機能を持たせておく。また、各機に、固有のタイマーセット時間を持たせ、電源投入または再起動指令投入後、タイマーセット時間を経過した時点で、交流母線電圧が立ち上がっている場合には、該当の電力変換装置を従機として、タイマーセット時間を経過した時点で、交流母線が立ち上がっていない場合には、該当の電力変換装置を主機として動作させる。
【００２０】
例えば、図２において各電力変換装置１、２１、２２、２ｎに対し、それぞれＴ１、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２ｎ（Ｔ１＜Ｔ２１＜Ｔ２２＜Ｔ２ｎ）というタイマーセット時間を持たせた場合を考える。
各電力変換装置に同時に起動指令が与えられたと仮定すると、すべての電力変換装置が健全な状態である場合には、図３（ａ）に示すタイムチャートのように、起動指令投入後Ｔ１後に電力変換装置１が主機として立ち上がり、起動指令投入後Ｔ２１後に電力変換装置２１が、Ｔ２２後に電力変換装置２２が、Ｔ２ｎ後に電力変換装置２ｎが順次立ち上がり、並列運転が行われる。
【００２１】
電力変換装置１が何らかの理由で立ち上がらなかった場合には、図３（ｂ）に示すタイムチャートのように、起動指令投入後Ｔ２１後に電力変換装置２１が主機として立ち上がり、電力変換装置１を除く残りの電力変換装置による並列運転が成立する。
なお、電力変換装置１および電力変換装置２１が立ち上がらなかった場合には、図３（ｃ）に示すタイムチャートのように、電力変換装置２２が主機として立ち上がる。
【００２２】
並列運転中に主機として動作している電力変換装置が停止した場合、交流母線電圧が低下し、一旦交流母線電圧が低下する。この場合には、交流母線電圧低下により、各装置が再起動の状態となり、再起動指令が立ち上がる。
再起動指令投入後に最もタイマーセット時間が短い電力変換装置が主機として動作を開始するので、引き続き並列運転動作を継続することが可能となる。
これによって、起動可能な電力変換装置の内一台が必ず主機として立ち上がり、これ以外の電力変換装置が従機として動作するので、並列運転による電源供給が継続的に行われるので、電源システムの信頼性を向上することができる。
【００２３】
上記の例では、各電力変換装置の持つタイマーセット時間は、固定としているが、ランダムにしても主機として立ち上がる優先順位が異なるのみで、起動可能な電力変換装置の内一台が必ず主機として動作するので、すでに述べた実施形態と同様の効果が得られる。
上述したシステムのように立ち上がりの条件や、故障などの理由により主機が変化する可能性があるシステムにおいては、情報伝達手段は双方向性にしておく必要があるが、制御部分をまったく同一の構成とすることができ、装置を共通化することができ、汎用性の高い装置となる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、主機と従機が離れた場所に設置されていても、横流がなくかつ安定に並列運転を行うことができる。
また、運転台数を制御パラメータに用いないので、運転中に並列運転台数が変化しても、特定の電力変換装置の負担が増加したり、負担が減少したりすることなく、各電力変換装置の負担は常に均一の状態で、引き続き運転を継続することができる。
また、接続されているいずれかの電力変換装置が必ず主機として起動するので、主機が停止状態になっても、引き続き、交流電力を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図。
【図２】本発明の他の一実施形態を示す図。
【図３】本発明における各電力変換装置の動作状態を示すタイムチャートを示す図。
【符号の説明】
１、２、２１、２２、２ｎ  電力変換装置
１１  直流電圧源
１２  ＤＣ／ＡＣ変換器
１３  フィルタ回路
１４  変圧器
１５、１８  変換手段
１６  出力電圧指令発生手段
１７  出力電圧制御手段
１７ａ  交流出力電流制御手段
２０、２１  通信手段
２２  通信路
１００  交流母線
【図１】
2004236394.tif 000003
【図２】
2004236394.tif 000004
【図３】
2004236394.tif 000005