(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータシステムに用いられる制御方法及び制御装置を提供する。【解決手段】負荷電圧を反映するフィードバック信号及び電圧基準信号を受信するステップと、フィードバック信号及び前記の電圧基準信号に基づいて、有効電力を反映する命令信号及び無効電力を反映する命令信号を含む、出力電力を反映する命令信号生成するステップと、有効電力を反映する命令信号をインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線の第１オフセット量とし、無効電力を反映する命令信号を無効電力−出力電圧の振幅曲線の第２オフセット量とするステップと、第１オフセット量に基づいてインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を横方向に並行移動し、第２オフセット量に基づいて無効電力−出力電圧の振幅曲線を横方向に並行移動し、インバーターユニットの調整後の出力電圧の周波数と出力電圧の振幅により負荷電圧を調整するステップとを備える。【選択図】図３
2016093100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数のインバーターユニットを含むインバータシステムに用いられる制御方法であって、
負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び電圧基準信号ｖｒｅｆを受信するステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び前記の電圧基準信号ｖｒｅｆに基づいて、有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔ及び無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを含む、インバーター出力電力を反映する命令信号を生成するステップと、
前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）の第１オフセット量とし、且つ前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）の第２オフセット量とするステップと、
前記の第１オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を横方向に並行移動し、前記の第２オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線を横方向に並行移動し、インバーターユニットの調整後の出力電圧の周波数と出力電圧の振幅によりインバータシステムの負荷電圧を調整するステップと、
を備えることを特徴とするインバータシステムに用いられる制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータシステムに用いられる制御方法において、
前記のインバーター出力電力を反映する命令信号を生成するステップは、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び前記の電圧基準信号ｖｒｅｆに基づいて、仮想電流ｉｖを計算するステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び計算した仮想電流ｉｖに基づいて、ドット積計算により前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを得るステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び計算した仮想電流ｉｖに基づいて、クロス積計算により前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを得るステップと、をさらに含み、
【数１】
2016093100.tif 000029
ここで、Ｚｖは仮想インピーダンスであり、前記仮想インピーダンスは仮想レジスタンスと仮想リアクタンスとの組み合わせ、仮想レジスタンス又は仮想リアクタンスである、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載のインバータシステムに用いられる制御方法において、
該インバータシステムの出力は送電網又は交流系統に接続され、該電圧基準信号ｖｒｅｆは送電網電圧のフィードバック信号であり、又は、該交流系統出力電圧を反映するフィードバック信号である、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載のインバータシステムに用いられる制御方法において、
前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）及び前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は、以下の比較式（１）〜（４）のいずれか組みを満足し、
【数２】
2016093100.tif 000030
【数３】
2016093100.tif 000031
【数４】
2016093100.tif 000032
【数５】
2016093100.tif 000033
ここで、ωはインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号、Ｐはインバーターユニットの有効電力を反映する信号、ωｓｅｔは周波数設定信号、ｍは有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、Ｖｓｅｔは電圧振幅設定信号、Ｑはインバーターユニットの無効電力を反映する信号、Ｅはインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号、ｎは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得であり、１／τｆは濾波ユニットの極点、１／τｃは濾波ユニットの零点であり、ｍ’は有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、仮想モーター慣性モーメントを反映する積分ユニットの積分利得は１／Ｈ、Ｄｑは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、無効電力偏差の信号を反映する積分ユニットの積分利得は１／Ｋである、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御方法。
【請求項５】
請求項１に記載のインバータシステムに用いられる制御方法において、
該制御方法は三相インバータシステム又は単相インバータシステムに適用される、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御方法。
【請求項６】
並列に接続された複数のインバーターユニットを含むインバータシステムに用いられる制御装置であって、
負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び電圧基準信号ｖｒｅｆを受信し、有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔ及び無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを含む、インバーター出力電力を反映する命令信号を出力するシステム電圧制御器と、
前記の複数のインバーターユニットに一一対応しており、前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔ、前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔ、周波数設定信号ωｓｅｔ、電圧振幅設定信号Ｖｓｅｔ、相応するインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏ及び出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏを受信し、該インバーターユニットの電圧命令信号ｅ＊を出力する複数の単位電圧制御器と、
を備え、
ここで、前記の単位電圧制御器は、前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）の第１オフセット量とし、前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）の第２オフセット量とし、前記の第１オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を横方向に並行移動し、前記の第２オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線を横方向に並行移動し、インバーターユニットの調整後の出力電圧の周波数と出力電圧の振幅により、インバータシステムの負荷電圧を調整する、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記のシステム電圧制御器は、仮想電流計算ユニット、有効電力計算ユニット、及び無効電力計算ユニットを更に含み、
前記の仮想電流計算ユニットは前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び前記の電圧基準信号ｖｒｅｆに基づいて、仮想電流ｉｖを計算し、
【数６】
2016093100.tif 000034
ここで、Ｚｖは仮想インピーダンスであり、前記仮想インピーダンスは仮想レジスタンスと仮想リアクタンスとの組み合わせ、仮想レジスタンス又は仮想リアクタンスであり、
前記の有効電力計算ユニットは、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇと前記の仮想電流ｉｖに基づいて、ドット積計算により前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを算出し、
前記の無効電力計算ユニットは、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇと前記の仮想電流ｉｖに基づいて、クロス積計算により前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを算出することを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【数７】
2016093100.tif 000035
【請求項８】
請求項６に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
該インバータシステムの出力は送電網又は交流系統に接続され、該電圧基準信号ｖｒｅｆは送電網電圧のフィードバック信号であり、又は、該交流系統出力電圧を反映するフィードバック信号である、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【請求項９】
請求項６に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）及び前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は、以下の比較式（１）〜（４）のいずれかの組みを満足し、
【数８】
2016093100.tif 000036
【数９】
2016093100.tif 000037
【数１０】
2016093100.tif 000038
【数１１】
2016093100.tif 000039
ここで、ωはインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号、Ｐはインバーターユニットの有効電力を反映する信号、ωｓｅｔは周波数設定信号、ｍは有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、Ｖｓｅｔは電圧振幅設定信号、Ｑはインバーターユニットの無効電力を反映する信号、Ｅはインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号、ｎは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得であり、１／τｆは濾波ユニットの極点、１／τｃは濾波ユニットの零点であり、
ｍ’は有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、仮想モーター慣性モーメントを反映する積分ユニットの積分利得は１／Ｈ、Ｄｑは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、無効電力偏差の信号を反映する積分ユニットの積分利得は１／Ｋである、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【請求項１０】
請求項６に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記の単位電圧制御器は、仮想同期機模型計算ユニットを含み、該インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏ、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏ、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号Ｅ、インバーターユニットの出力電圧位相を反映する位相制御信号θｅを受信し、インバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐ、インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑ及び該電圧命令信号ｅ＊を出力し、
ここで、電圧命令信号ｅ＊は、該インバーターユニットの出力電圧振幅を反映する制御信号Ｅとインバーターユニットの出力電圧位相を反映する位相制御信号θｅに基づいて算出され、ｅ＊＝Ｅ∠θｅであり、
インバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐは、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏとインバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏのドット積計算により算出され、Ｐ＝ｖｏ・ｉｏであり、
インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑは、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏとインバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏのクロス積計算により算出され、
【数１２】
2016093100.tif 000040
である、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【請求項１１】
請求項６に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記の制御装置は、前記の電圧命令信号ｅ＊を受信し、該電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニットにおける開閉装置を制御するパルス幅変調制御ユニットを更に含む、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【請求項１２】
請求項６に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記の制御装置は、電圧制御モジュールと、パルス幅変調制御ユニットを更に含み、
前記の電圧制御モジュールは、前記の電圧命令信号ｅ＊とインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏを受信し、第２電圧命令信号ｅ’を生成し、
前記のパルス幅変調制御ユニットは、前記の第２電圧命令信号ｅ’を受信し、該第２電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を通じてインバーターユニットにおける開閉装置を制御する、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【請求項１３】
請求項６に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
前記の制御装置は、電圧制御モジュールと、パルス幅変調制御ユニットと、信号重畳ユニットとを更に含み、
前記の電圧制御モジュールは、前記の電圧命令信号ｅ＊とインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏを受信し、第２電圧命令信号ｅ’を生成し、
前記の信号重畳ユニットは、前記の電圧命令信号ｅ＊と前記の第２電圧命令信号ｅ’を受信し、第３電圧命令信号ｅ’’を生成し、
前記のパルス幅変調制御ユニットは、前記の第３電圧命令信号ｅ’’を受信し、該第３電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニットにおける開閉装置を制御する、
ことを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【請求項１４】
請求項６に記載のインバータシステムに用いられる制御装置において、
該制御装置は三相インバータシステム又は単相インバータシステムに適用されることを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインバータシステムに関し、特に、インバータシステムに用いられる制御方法及び制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバーターユニットは、電力電子技術に基づく電力変換装置であり、電気エネルギーを直流から交流に、又は交流から直流に変換することに用いられる。一般的に、容量拡大及び冗長設計などの便利を目的として、モジュール化された並列接続の電源システムの構造が広く普及されている。図１は、従来技術におけるインバータシステムの構造を示す図である。従来技術におけるインバータシステムは、Ｎ（Ｎ≧１）個の並列に接続されたインバーターユニット（ＶＳＣ）を含み、ローカル負荷（Ｌｏａｄ）に電力を供給する。
【０００３】
このような並列接続の電源システムに対しては、負荷電圧ｖｍｇをある基準値ｖｒｅｆ、例えば一定の２２０Ｖ、５０Ｈｚの正弦波に安定しなければならず、また負荷の電力がＮ台のインバーターユニットに平均的に分配されるように制御しなければならない。前者の制御目標は電圧調整（ｖｏｌｔａｇｅ  ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）と言え、後者の制御目標は負荷電力等分（ｐｏｗｅｒ  Ｓｈａｒｉｎｇ）と言う。
【０００４】
電圧調整の制御目標に対し、普通は電圧閉ループ制御方法、例えば外側電圧ループと内側電流ループの多重閉ループ制御等を採用する。電圧ループのバンド幅さえ充分高く設定すれば、電圧制御精度が確保できる。これは、一つのインバーターユニットにとっては簡単に実現できるが、複数のインバーターユニットを並列に接続した後には、負荷電圧が全部のインバーターユニットによって共同に決められることになる。また、それぞれのインバーターユニットの出力電力は、その出力電圧及び出力インピーダンスによって共同に決められ、実際の応用においては、各インバーターユニットの部品のパラメーター及び回路インピーダンス等のパラメーターが完全に同一されることが困難であるため、電力等分を得るためには、各インバーターユニットが異なる電圧を出力しなければならない。そのため、手軽に各インバーターユニットに同一の電圧命令を設定して電圧閉ループ制御を行うことだけでは、十分に電圧調整及び電力等分の目標を実現できない。
【０００５】
従来技術において、ドループ（Ｄｒｏｏｐ）制御は、並列接続のインバーターユニットの電力等分を実現する一つの方法である。ドループ制御とは、インバーターユニットの出力電圧命令が出力電力の変化に従って変化することをいい、一般的には、一つのドループ曲線で示す。図２（ａ）は、有効電力−出力電圧の周波数曲線を示す図であり、出力インピーダンスが誘導性を表す場合を例としている。図２（ａ）に示すように、インバーターユニットの出力電圧の周波数ωはインバーターユニットが出力する有効電力Ｐが増加するに従って小さくなる。図２（ｂ）は、無効電力−出力電圧の振幅曲線を示す図である。図２（ｂ）に示すように、インバーターユニットの出力電圧の振幅Ｖはインバーターユニットが出力する無効電力Ｑが増加するに従って小さくなる。そして、更に良い電力等分效果を得るためには、ドループ曲線の傾斜程度を大きくする必要があるが、こうすると電圧調整率を犠牲しなければならない。即ち、出力電圧が負荷の影響をより大きく受けることになる。つまり、電圧調整及び電力等分は兼ね得ることができず、インバータシステムの設計においては、常に両者の間で折衷して考慮しなければならない。
【０００６】
ここから分かるように、当該分野においては、如何に同時に有効な電力等分効果及び優れた電圧調整効果を得るかという課題が残されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、インバータシステムに用いられる制御方法及び制御装置を提供することにより、並列に接続された複数のインバーターユニットの間で有効な電力等分が行われながら、優れた出力電圧精度を維持することができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明は、インバータシステムに用いられる制御方法を提供する。前記インバータシステムは並列に接続された複数のインバーターユニットを含み、該制御方法は、
負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び電圧基準信号ｖｒｅｆを受信するステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び前記の電圧基準信号ｖｒｅｆに基づいて、有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔ及び無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを含むインバーター出力電力を反映する命令信号を生成するステップと、
前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）の第１オフセット量とし、且つ前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）の第２オフセット量とするステップと、
前記の第１オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を横方向に並行移動し、前記の第２オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線を横方向に並行移動し、インバーターユニットの調整後の出力電圧の周波数と出力電圧の振幅によりインバータシステムの負荷電圧を調整するステップと、を備える。
【０００９】
前記のインバーター出力電力を反映する命令信号を生成するステップは、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び前記の電圧基準信号ｖｒｅｆに基づいて、仮想電流ｉｖを計算するステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び計算した仮想電流ｉｖに基づいて、ドット積計算により前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを得るステップと、
前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び計算した仮想電流ｉｖに基づいて、クロス積計算により前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを得るステップと、をさらに含み、
【００１０】
【数１】
2016093100.tif 000003
【００１１】
ここで、Ｚｖは仮想インピーダンスである。
【００１２】
該インバータシステムの出力は送電網に接続され、該電圧基準信号ｖｒｅｆは送電網電圧のフィードバック信号である。
【００１３】
該インバータシステムの出力は交流系統の出力に電気的に接続され、該電圧基準信号ｖｒｅｆは該交流系統出力電圧を反映するフィードバック信号である。
【００１４】
前記仮想インピーダンスは、仮想レジスタンスと仮想リアクタンスの組み合わせ、仮想レジスタンス又は仮想リアクタンスである。
【００１５】
前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）及び前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は、それぞれ以下の比較式を満足し、
【００１６】
【数２】
2016093100.tif 000004
【００１７】
ここで、ωはインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号、Ｐはインバーターユニットの有効電力を反映する信号、ωｓｅｔは周波数設定信号、ｍは有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、Ｖｓｅｔは電圧振幅設定信号、Ｑはインバーターユニットの無効電力を反映する信号、Ｅはインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号、ｎは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得である。
【００１８】
前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）及び前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は、それぞれ以下の比較式を満足し、
【００１９】
【数３】
2016093100.tif 000005
【００２０】
ここで、ωはインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号、Ｐはインバーターユニットの有効電力を反映する信号、ωｓｅｔは周波数設定信号、ｍは有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、１／τｆは濾波ユニットの極点、１／τｃは濾波ユニットの零点、Ｖｓｅｔは電圧振幅設定信号、Ｑはインバーターユニットの無効電力を反映する信号、Ｅはインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号、ｎは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得である。
【００２１】
前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）及び前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は、それぞれ以下の比較式を満足し、
【００２２】
【数４】
2016093100.tif 000006
【００２３】
ここで、ωはインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号、Ｐはインバーターユニットの有効電力を反映する信号、ωｓｅｔは周波数設定信号、ｍは有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、Ｖｓｅｔは電圧振幅設定信号、Ｑはインバーターユニットの無効電力を反映する信号、Ｅはインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号、ｎは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、１／τｆは濾波ユニットの極点、１／τｃは濾波ユニットの零点である。
【００２４】
前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）及び前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は、それぞれ以下の比較式を満足し、
【００２５】
【数５】
2016093100.tif 000007
【００２６】
ここで、ωはインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号、Ｐはインバーターユニットの有効電力を反映する信号、ωｓｅｔは周波数設定信号、ｍ’は有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、仮想モーター慣性モーメントを反映する積分ユニットの積分利得は１／Ｈ、Ｖｓｅｔは電圧振幅設定信号、Ｑはインバーターユニットの無効電力を反映する信号、Ｅはインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号、Ｄｑは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、無効電力偏差の信号を反映する積分ユニットの積分利得は１／Ｋである。
【００２７】
該制御方法は、三相インバータシステム又は或単相インバータシステムに適用される。
【００２８】
本発明は、インバータシステムに用いられる制御装置を更に提供する。前記インバータシステムは並列接続の複数のインバーターユニットを含み、前記制御装置は、
負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び電圧基準信号ｖｒｅｆを受信し、有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔ及び無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを含むインバーター出力電力を反映する命令信号を出力するシステム電圧制御器と、
前記の複数のインバーターユニットと一対一で対応しており、前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔ、前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔ、周波数設定信号ωｓｅｔ、電圧振幅設定信号Ｖｓｅｔ、相応するインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏ及び出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏを受信し、該インバーターユニットの電圧命令信号ｅ＊を出力する複数の単位電圧制御器と、を備える。
【００２９】
前記の単位電圧制御器は、前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）の第１オフセット量とし、前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）の第２オフセット量とし、前記の第１オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を横方向に並行移動し、前記の第２オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線を横方向に並行移動し、インバーターユニットの調整後の出力電圧の周波数と出力電圧の振幅により、インバータシステムの負荷電圧を調整する。
【００３０】
前記のシステム電圧制御器は、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び前記の電圧基準信号ｖｒｅｆに基づいて、仮想電流ｉｖを計算する仮想電流計算ユニットを更に含み、
【００３１】
【数６】
2016093100.tif 000008
【００３２】
ここで、Ｚｖは仮想インピーダンスである。
【００３３】
前記のシステム電圧制御器は、有効電力計算ユニットと、無効電力計算ユニットとを更に含み、
前記の有効電力計算ユニットは、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇと前記の仮想電流ｉｖに基づいて、ドット積計算により前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを算出し、
前記の無効電力計算ユニットは、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇと前記の仮想電流ｉｖに基づいて、クロス積計算により前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを算出する。
【００３４】
【数７】
2016093100.tif 000009
【００３５】
該電圧基準信号ｖｒｅｆは送電網電圧のフィードバック信号である。
【００３６】
該インバータシステムの出力と交流系統の出力は電気的接続し、該電圧基準信号ｖｒｅｆは該交流系統出力電圧を反映するフィードバック信号である。
【００３７】
前記の仮想インピーダンスは、仮想レジスタンスと仮想リアクタンスとの組み合わせ、仮想レジスタンス又は仮想リアクタンスである。
【００３８】
前記の単位電圧制御器は、
該有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔとインバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐに基づいて、有効電力偏差を反映する偏差信号を計算する有効電力偏差生成ユニットと、
比率係数ｍを有し、有効電力偏差生成ユニットからの偏差信号を受信し、該比率係数ｍに基づいて第１周波数制御信号を得る第１比率ユニットと、
該第１周波数制御信号と該周波数設定信号ωｓｅｔを受信し、インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを出力する第１重畳ユニットと、
前記のインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを積分して、位相制御信号θｅを得る第１積分ユニットと、を含み、
ここで、前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）は、以下の比較式を満足し、
【００３９】
【数８】
2016093100.tif 000010
【００４０】
ここで、ωはインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅ、Ｐはインバーターユニット有効電力を反映する信号、ωｓｅｔは周波数設定信号、ｍは有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得である。
【００４１】
前記の単位電圧制御器は、前記の第１比率ユニットと直列接続された濾波ユニットを更に含み、前記の濾波ユニットの信号伝送関数は（（τｃｓ＋１）／（τｆｓ＋１））であり、１／τｆは濾波ユニットの極点、１／τｃは濾波ユニットの零点であり、前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）は以下の比較式を満足することを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【００４２】
【数９】
2016093100.tif 000011
【００４３】
前記の単位電圧制御器は、
無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔとインバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑを受信して、無効電力偏差を反映する信号を計算する無効電力偏差生成ユニットと、
比率係数ｎを有し、無効電力偏差生成ユニットからの偏差信号を受信して、第１電圧振幅制御信号を得る第２比率ユニットと、
該第１電圧振幅制御信号と該電圧振幅設定信号Ｖｓｅｔを受信し、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号Ｅを出力する第２重畳ユニットとを含み、
ここで、前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は以下の比較式を満足し、
【００４４】
【数１０】
2016093100.tif 000012
【００４５】
ここで、Ｅはインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号、Ｖｓｅｔは電圧振幅設定信号、Ｑはインバーターユニット無効電力を反映する信号、ｎは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得である。
【００４６】
前記の単位電圧制御器は、前記の第２比率ユニットと直列接続された濾波ユニットを更に含み、前記の濾波ユニットの信号伝送関数は（（τｃｓ＋１）／（τｆｓ＋１））であり、１／τｆは濾波ユニットの極点、１／τｃは濾波ユニットの零点であり、前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）はそれぞれ以下の比較式を満足することを特徴とするインバータシステムに用いられる制御装置。
【００４７】
【数１１】
2016093100.tif 000013
【００４８】
前記の単位電圧制御器は、
有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔ、インバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐ及び有効電力訂正信号ΔＰに基づいて、有効電力偏差を反映する信号を計算する有効電力偏差生成ユニットと、
前記の有効電力偏差を反映する信号を積分して、インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを得る第３積分ユニットと、
前記のインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを積分して、位相制御信号θｅを得る第４積分ユニットと、
該周波数設定信号ωｓｅｔと前記のインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを受信し、周波数制御信号を出力する第３重畳ユニットと、
比率係数ｍ’を有し、該周波数制御信号を受信して、該有効電力訂正信号ΔＰを得る第３比率ユニットと、を含み、
ここで、前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）は、以下の比較式を満足する。
【００４９】
【数１２】
2016093100.tif 000014
【００５０】
また、ωｓｅｔは定数であるため、上記の式はさらに以下の式に等価し、
【００５１】
【数１３】
2016093100.tif 000015
【００５２】
ここで、ωはインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号、ｍ’は有効電力の垂下特性を反映する第３比率ユニットの利得、仮想モーター慣性モーメントを反映する第３積分ユニットの積分利得は１／Ｈである。
【００５３】
前記の単位電圧制御器は、
無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔ、インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑ及び無効電力訂正信号ΔＱを受信し、無効電力偏差を反映する信号を計算する無効電力偏差生成ユニットと、
前記の無効電力偏差を反映する信号を積分して、該インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号Ｅを出力する第５積分ユニットと、
インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する信号Ｖｏｄと該電圧振幅設定信号Ｖｓｅｔを受信し、電圧偏差を反映する信号を出力する第４重畳ユニットと、
比率係数Ｄｑを有し、前記の反映電圧偏差を反映する信号を受信し、該無効電力訂正信号ΔＱを得る第４比率ユニットと、を含み、
ここで、前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は、以下の比較式を満足し、
【００５４】
【数１４】
2016093100.tif 000016
【００５５】
ここで、Ｅはインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号、Ｑはインバーターユニット無効電力を反映する信号、Ｄｑは無効電力の垂下特性を反映する第４比率ユニットの利得であり、無効電力偏差を反映する信号の第５積分ユニットの積分利得は１／Ｋである。
【００５６】
前記の単位電圧制御器は、仮想同期機模型計算ユニットを含み、該インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏ、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏ、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号Ｅ、インバーターユニットの出力電圧位相を反映する位相制御信号θｅを受信し、インバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐ、インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑ及び該電圧命令信号ｅ＊を出力し、
ここで、電圧命令信号ｅ＊は、該インバーターユニットの出力電圧振幅を反映する制御信号Ｅとインバーターユニットの出力電圧位相を反映する位相制御信号θｅに基づいて算出され、ｅ＊＝Ｅ∠θｅであり、
インバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐは、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏとインバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏのドット積計算により算出され、Ｐ＝ｖｏ・ｉｏであり、
インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑは、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏとインバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏのクロス積計算により算出され、
【００５７】
【数１５】
2016093100.tif 000017
【００５８】
である。
【００５９】
前記の制御装置は、前記の電圧命令信号ｅ＊を受信し、該電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニットにおける開閉装置を制御するパルス幅変調制御ユニットを更に含む。
【００６０】
前記の制御装置は、電圧制御モジュールと、パルス幅変調制御ユニットを更に含み、
前記の電圧制御モジュールは、前記の電圧命令信号ｅ＊とインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏを受信し、第２電圧命令信号ｅ’を生成し、前記のパルス幅変調制御ユニットは、前記の第２電圧命令信号ｅ’を受信し、該第２電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニットにおける開閉装置を制御する。
【００６１】
前記の制御装置は、電圧制御モジュールと、パルス幅変調制御ユニットと、信号重畳ユニットとを更に含み、
前記の電圧制御モジュールは、前記の電圧命令信号ｅ＊とインバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏを受信し、第２電圧命令信号ｅ’を生成し、前記の信号重畳ユニットは、前記の電圧命令信号ｅ＊と前記の第２電圧命令信号ｅ’を受信し、第３電圧命令信号ｅ’’を生成し、前記のパルス幅変調制御ユニットは、前記の第３電圧命令信号ｅ’’を受信し、該第３電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニットにおける開閉装置を制御する。
【００６２】
該制御装置は三相インバータシステム又は単相インバータシステムに適用される。
【発明の効果】
【００６３】
本発明の上記技術方案によれば、並列に接続された複数のインバーターユニットの間で有効な電力等分が行われながら、優れた出力電圧精度を維持することができる。なお、出力電圧と他のシステム電圧の同期化も調整でき、システム間の相互接続を便利になり、グリッド接続の条件を満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来技術におけるインバータシステムの構造を示す簡略図である。
【図２（ａ）】従来技術における有効電力−出力電圧の周波数の曲線を示す簡略図である。
【図２（ｂ）】従来技術における無効電力−出力電圧の振幅曲線を示す簡略図である。
【図３】本発明におけるインバータシステムに用いられる制御装置の制御構造を示す簡略図である。
【図４（ａ）】有効電力−出力電圧の周波数の曲線を並行移動した簡略図である。
【図４（ｂ）】無効電力−出力電圧の振幅の曲線を並行移動した簡略図である。
【図５】本発明におけるインバータシステムに用いられる制御装置の構造を示す簡略図である。
【図６】本発明におけるシステム電圧制御器の構造を示す簡略図である。
【図７】本発明におけるインバータシステムに用いられる制御方法のフローチャートである。
【図８】本発明における単位電圧制御器の構造の一例を示す簡略図である。
【図９】本発明における単位電圧制御器の構造の他の一例を示す簡略図である。
【図１０】本発明における単位電圧制御器の構造の更なる他の一例を示す簡略図である。
【図１１】本発明における制御装置の構造の一例を示す簡略図である。
【図１２】本発明における制御装置の構造の他の一例を示す簡略図である。
【図１３】本発明における制御装置の構造の更なる他の一例を示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
本発明におけるインバータシステムに用いられる制御方法及び制御装置は、並列に接続された複数のインバーターユニットの間で有効な電力等分が得られるようにするとともに、優れた出力電圧精度を維持するために提供されるものである。本発明は、従来のドループ制御を基にして、ドループ曲線を並行移動して、電圧の周波数と振幅を調整した。
【００６６】
図３は、本発明のインバータシステムに用いられる制御装置の制御構造を示す簡略図である。基本的な制御構造は二つの層を含み、下層はＮ個の単位電圧制御器２００であり、それぞれの単位電圧制御器２００は一つのインバーターユニットと一対一で対応している。上層はシステム電圧制御器１００であり、該システム電圧制御器１００は各単位電圧制御器２００とそれぞれ接続されている。
【００６７】
本発明は、図３に示す制御構造を利用して、従来のドループ制御を基にして、ドループ曲線を並行移動して、電圧の周波数と振幅を調整した。図４（ａ）は、有効電力−出力電圧の周波数曲線を並行移動した簡略図であり、図４（ｂ）は、無効電力−出力電圧の振幅曲線を並行移動した簡略図である。図４（ａ）と図４（ｂ）のいずれにおいても、曲線（１）は従来技術における曲線を代表する。
【００６８】
従来技術において、無負荷の際に対応する出力電圧の周波数、振幅をそれぞれωｓｅｔとＶｓｅｔに設定し、負荷が増加するに従って出力電圧の周波数及び振幅は降下する。
【００６９】
例えば、図４（ａ）の曲線（１）において、有効電力（例えば、後述の有効電力を反映する命令信号に対応することができる）Ｐｓｅｔを出力する時に対応する出力電圧の周波数に比べて、無負荷（出力する有効電力が０である）時に対応する出力電圧の周波数（周波数設定信号ωｓｅｔ）が一定程度降下している。図４（ｂ）の曲線（１）において、無効電力（例えば、後述の無効電力を反映する命令信号に対応することができる）Ｑｓｅｔを出力する時に対応する出力電圧の振幅に比べて、無負荷（出力する無効電力が０である）時に対応する出力電圧の振幅（電圧振幅設定信号Ｖｓｅｔ）が一定程度降下している。ここから分かるように、従来技術におけるドループ制御は、出力電圧が設定値を外れることを引き起こす。
【００７０】
本発明の技術方案により、曲線（１）を横方向に（２）箇所まで並行移動すると、有効電力Ｐｓｅｔを出力する時に対応する周波数が再びωｓｅｔに戻され、無効電力Ｑｓｅｔを出力する時に対応する振幅は再びＶｓｅｔに戻され、それによって出力電圧の正確度を高めた。その同時に、垂下特性を保留し、電力等分性能を保持した。
【００７１】
より具体的には、図５は、本発明におけるインバータシステムに用いられる制御装置の構造を示す簡略図である。該インバータシステムに用いられる制御装置１は、システム電圧制御器１００及び複数の単位電圧制御器２００を備える。
【００７２】
該システム電圧制御器１００は、負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び電圧基準信号ｖｒｅｆを受信し、インバーター出力電力を反映する命令信号を出力する。ここで、該インバーター出力電力を反映する命令信号は、有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔと無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔとを含む。
【００７３】
該複数の単位電圧制御器２００は、前記の複数のインバーターユニットと一対一で対応し、各単位電圧制御器は、前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔ、前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔ、周波数設定信号ωｓｅｔ、電圧振幅設定信号Ｖｓｅｔ、インバーターユニットに相応する、出力電圧を反映するフィードバック信号Ｖｏ及び出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏを受信し、また該インバーターユニットの電圧命令信号ｅ＊を出力する。
【００７４】
図５においては、該システム電圧制御器１００と一つの単位電圧制御器２００の接続関係を例としており、実際の接続関係は図３を参考にする。
【００７５】
図６は、本発明におけるシステム電圧制御器１００の構造を示す簡略図である。
【００７６】
システム電圧制御器１００は、仮想電流計算ユニットと、電力計算ユニット１０３とを含む。
【００７７】
仮想電流計算ユニットは、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び前記電圧基準信号ｖｒｅｆによって、仮想電流ｉｖを計算する。
【００７８】
仮想電流計算ユニットは、偏差計算ユニット１０１と、仮想インピーダンスを反映する計算ユニット１０２とを含む。偏差計算ユニット１０１は、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び前記電圧基準信号ｖｒｅｆを受信し、電圧偏差を反映する信号ｖｍｇ−ｖｒｅｆを算出し、更に仮想インピーダンスを反映する計算ユニット１０２まで伝送して、仮想電流ｉｖを算出した。
【００７９】
【数１６】
2016093100.tif 000018
【００８０】
但し、Ｚｖは仮想インピーダンスである。前記仮想インピーダンスＺｖは、仮想レジスタンスと仮想リアクタンスとの組み合わせであり、仮想レジスタンス又は仮想リアクタンスである。但し、仮想インピーダンスＺｖはＲ＋ｊＸで示すことができる。ＲとＸはそれぞれ仮想レジスタンス、仮想リアクタンスを示し、ｊは仮想インピーダンスのパラメーターであり、ＲとＸが小さいほど、出力電圧の誤差は小さい。
【００８１】
電力計算ユニット１０３は、有効電力計算ユニットと無効電力計算ユニットとを更に含む。
【００８２】
前記有効電力計算ユニットは、前記負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇと計算した仮想電流ｉｖに基づいて、ドット積計算により前記有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを算出する。
【００８３】
前記無効電力計算ユニットは、前記負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇと計算した仮想電流ｉｖに基づいて、クロス積計算により前記無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを算出する。
【００８４】
【数１７】
2016093100.tif 000019
【００８５】
好ましい実施例において、インバータシステムの出力電圧を他のシステム電圧と同期化させて、システムの間の相互接続を便利にするため、該電圧基準信号ｖｒｅｆは該他のシステム電圧のフィードバック信号を反映して、同期化グリッド接続の条件を満たすようにしてもよい。
【００８６】
例えば、該インバータシステムの出力は送電網に接続されており、該電圧基準信号ｖｒｅｆは、送電網の電圧のフィードバック信号であってもよい。
【００８７】
又は、該インバータシステムの出力は、交流系統の出力に電気的に接続されており、該電圧基準信号ｖｒｅｆは該交流系統出力電圧のフィードバック信号を反映する。
【００８８】
本発明は、図５に示されている構造に基づき、インバータシステムに用いられる制御方法を開示した。図７は、本発明におけるインバータシステムに用いられる制御方法のフローチャートである。
【００８９】
ステップ７０１では、負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び電圧基準信号ｖｒｅｆを受信する。
【００９０】
ステップ７０２では、前記の負荷電圧を反映するフィードバック信号ｖｍｇ及び前記の電圧基準信号ｖｒｅｆに基づいて、インバーター出力電力を反映する命令信号を生成する。但し、該インバーター出力電力を反映する命令信号は、有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔ及び無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを含む。
【００９１】
ステップ７０３では、前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）の第１オフセット量とし、且つ前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）の第２オフセット量とする。
【００９２】
ステップ７０４では、前記の第１オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を横方向に並行移動し、且つ前記の第２オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線を横方向に並行移動し、インバーターユニットの調整後の出力電圧の周波数と出力電圧の振幅を利用してインバータシステムの負荷電圧を調整する。
【００９３】
本発明の該制御方法は、三相インバータシステム又は単相インバータシステムに適用できる。
【００９４】
以下、単位電圧制御器２００の三つの実施例を通じて本発明を説明することにする。
【００９５】
（実施例１）
単位電圧制御器２００は、従来のドループ制御の単位電圧制御器の基本構造を採用している。
【００９６】
図８は、本発明における単位電圧制御器２００の構造を示す簡略図である。該単位電圧制御器２００は、周波数及び位相生成ユニットと、を備え、該周波数及び位相生成ユニットは、有効電力偏差生成ユニット２０１と、第１比率ユニット２０２と、第１重畳ユニット２０３と、第１積分ユニット２０４とを更に備える。
【００９７】
有効電力偏差生成ユニット２０１は、該有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔとインバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐに基づいて、有効電力偏差を反映する偏差信号（Ｐｓｅｔ−  Ｐ）を計算して、第１比率ユニット２０２に伝送する。第１比率ユニット２０２は比率係数ｍを有し、ｍは有効電力の垂下特性の比率ユニットの利得を反映する。第１比率ユニット２０２は、有効電力偏差生成ユニット２０１からの偏差信号を受信し、該比率係数ｍに基づいて第１周波数制御信号（Ｐｓｅｔ−  Ｐ）＊ｍを得て第１重畳ユニット２０３に伝送する。第１重畳ユニット２０３は、該第１周波数制御信号（Ｐｓｅｔ−  Ｐ）＊ｍと該周波数設定信号ωｓｅｔを受信且つ重畳して、インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを出力する。
【００９８】
該制御信号ωｅにより、前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）は以下の関係式を満たすことが分かる。
【００９９】
【数１８】
2016093100.tif 000020
【０１００】
式において、ωは該インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅである。
【０１０１】
該第１積分ユニット２０４は、前記のインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを積分して、位相制御信号θｅを得る。
【０１０２】
該単位電圧制御器２００は、電圧振幅生成ユニットを更に備える。該電圧振幅生成ユニットは、無効電力偏差生成ユニット２０６、第２比率ユニット２０７及び第２重畳ユニット２０８を更に備える。
【０１０３】
該無効電力偏差生成ユニット２０６は、無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔと、インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑを受信し、無効電力偏差を反映する信号（Ｑｓｅｔ−  Ｑ）を計算して、第２比率ユニット２０７に伝送する。第２比率ユニット２０７は、比率係数ｎを有し、ｎは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得である。第２比率ユニット２０７は、無効電力偏差生成ユニットからの偏差信号（Ｑｓｅｔ−  Ｑ）を受信し、該比率係数ｎに基づいて第１電圧振幅制御信号（Ｑｓｅｔ−  Ｑ）＊ｎを得て第２重畳ユニット２０８に伝送する。第２重畳ユニット２０８は、該第１電圧振幅制御信号（Ｑｓｅｔ−  Ｑ）＊ｎと電圧振幅設定信号Ｖｓｅｔを受信且つ重畳して、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号Ｅを出力する。
【０１０４】
制御信号Ｅから分かるように、前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は以下の比較式を満足することが分かる。
【０１０５】
【数１９】
2016093100.tif 000021
【０１０６】
該単位電圧制御器２００は、電圧命令生成ユニット２０５と、電力計算ユニット２０９を更に備える。
【０１０７】
電力計算ユニット２０９の入力は、インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏと、インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏを含む。電力計算ユニット２０９の出力は、該インバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐと、該インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑを含む。
【０１０８】
ここで、Ｐ＝ｖｏ・ｉｏ、即ち、電力計算ユニット２０９は、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏと、インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏのドット積計算により、該インバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐを計算する。
【０１０９】
ここで、
【０１１０】
【数２０】
2016093100.tif 000022
【０１１１】
、即ち、電力計算ユニット２０９は、インバーター出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏと、インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏのクロス積計算により、該インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑを計算する。
【０１１２】
該電圧命令生成ユニット２０５は、位相の制御信号θｅと振幅の制御信号Ｅを受信し、該位相と振幅を反映する電圧命令信号ｅ＊を更に生成する。
【０１１３】
公式（１）、（２）から分かるように、単位電圧制御器２００は、前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）の第１オフセット量とし、且つ前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧振幅曲線（Ｑ−Ｖ）の第２オフセット量とする。
【０１１４】
単位電圧制御器２００は、演算を通じて、前記の第１オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を図４（ａ）の曲線（２）のところまで横方向に並行移動し、且つ前記第２オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧振幅曲線を図４（ｂ）の曲線（２）のところまで横方向に並行移動する。
【０１１５】
Ｐ＝Ｐｓｅｔ場合、インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号は依然にωｓｅｔとすることが可能であり、Ｑ＝Ｑｓｅｔ場合、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号は依然にＶｓｅｔとすることが可能であり、更に該制御信号を利用してインバータシステムの負荷電圧を調整する。それにより、垂下特性を維持するとともに、並列に接続された複数のインバーターユニットの間で有効な電力等分が行われ、また優れた出力電圧精度を維持することもできる。
【０１１６】
（実施例２）
実施例２と実施例１との主要な区別は、周波数及び位相生成ユニットである。本実施例において、周波数及び位相生成ユニットは、第１比率ユニット２０２と第１重畳ユニット２０３の間に設置される濾波ユニット２１０を更に備える。図９は、本発明の単位電圧制御器の構造を示す簡略図である。濾波ユニット２１０の信号伝送関数は（（τｃｓ＋１）／（τｆｓ＋１））であり、１／τｆは濾波ユニット２１０の極点、１／τｃは濾波ユニット２１０の零点である。特に、τｃ＝０の場合、該濾波ユニット２１０は低域通過濾波器である。
【０１１７】
第１周波数制御信号（Ｐｓｅｔ−Ｐ）＊ｍは、濾波ユニット２１０に伝達され、濾波ユニット２１０は、該信号伝送関数に基づいて第１周波数制御信号について演算を行い、更に濾波信号（Ｐｓｅｔ−  Ｐ）（（τｃｓ＋１）／（τｆｓ＋１））＊ｍを取得し、且つ該濾波信号を第１重畳ユニット２０３に印加する。第１重畳ユニット２０３は、該濾波信号（Ｐｓｅｔ−  Ｐ）（（τｃｓ＋１）／（τｆｓ＋１））＊ｍと該周波数設定信号ωｓｅｔを受信して重畳して、インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを出力する。実施例２の他の部分は実施例１と同じである。
【０１１８】
前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）は、以下の比較式を満足する。
【０１１９】
【数２１】
2016093100.tif 000023
【０１２０】
ここから分かるように、濾波ユニット２１０を設置することにより、垂下特性を動的に変化させる作用をする。
【０１２１】
前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は、以下の比較式を満足する。
【０１２２】
【数２２】
2016093100.tif 000024
【０１２３】
ここで指摘する必要があるのは、電圧振幅生成ユニットに対しても類似する濾波ユニットを設置することができ、例えば第２比率ユニット２０７及び第２重畳ユニット２０８の間にも該濾波ユニットを設置することができる。
【０１２４】
同じ理由として、前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）及び前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は、それぞれ以下の比較式を満足する。
【０１２５】
【数２３】
2016093100.tif 000025
【０１２６】
ここで、ωはインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅ、Ｐはインバーターユニットの有効電力を反映する信号、ωｓｅｔは周波数設定信号、ｍは有効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、Ｖｓｅｔは電圧振幅設定信号、Ｑはインバーターユニットの無効電力を反映する信号、Ｅはインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号、ｎは無効電力の垂下特性を反映する比率ユニットの利得、１／τｆは濾波ユニットの極点、１／τｃは濾波ユニットの零点である。特に、τｃ＝０の場合、該濾波ユニット２１０は低域通過濾波器である。
【０１２７】
公式（３）、（４）、（５）、（６）から分かるように、単位電圧制御器２００は、前記の有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）の第１オフセット量とし、前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧振幅曲線（Ｑ−Ｖ）の第２オフセット量とする。
【０１２８】
単位電圧制御器２００は、演算を通じて、前記の第１オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を図４（ａ）の曲線（２）のところまで横方向に並行移動し、且つ前記第２オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧振幅曲線を図４（ｂ）の曲線（２）のところまで横方向に並行移動する。
【０１２９】
Ｐ＝Ｐｓｅｔ場合、インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号は依然にωｓｅｔとすることが可能であり、Ｑ＝Ｑｓｅｔ場合、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号は依然にＶｓｅｔとすることが可能であり、更に該制御信号を利用してインバータシステムの負荷電圧を調整する。それにより、垂下特性を維持するとともに、並列に接続されている複数のインバーターユニットの間で有効な電力等分が行われ、また優れた出力電圧精度を維持することもできる。
【０１３０】
（実施例３）
本実施例において、単位電圧制御器２００は、仮想同期機の制御による単位電圧制御ユニットを採用することによって実現することができる。図１０は、本発明における単位電圧制御器の構造を示す簡略図である。
【０１３１】
該単位電圧制御器２００は、周波数及び位相生成ユニットを含む。該周波数及び位相生成ユニットは、有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔと、インバーターの有効電力を反映する信号Ｐと、有効電力訂正信号ΔＰとを受信し、有効電力偏差を反映する仮想加速度信号を計算して、仮想モーターの慣性モーメントを反映する積分ユニットに印加して、インバーターの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅと位相の制御信号θｅを調節して取得する。
【０１３２】
具体的に、周波数及び位相生成ユニットは、有効電力偏差生成ユニット３０１と、第３積分ユニット３０２と、第４積分ユニット３０３と、第３重畳ユニット３０４と、第３比率ユニット３０５とを含む。
【０１３３】
有効電力偏差生成ユニット３０１は、有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔ、インバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐ、有効電力訂正信号ΔＰによって、有効電力偏差を反映する信号を計算する。
【０１３４】
第３積分ユニット３０２（１／Ｈｓ）は、前記の有効電力偏差を反映する信号を積分して、インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを得るためのものである。
【０１３５】
第４積分ユニット３０３（１／ｓ）は、前記のインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを積分して、位相制御信号θｅを得るためのものである。
【０１３６】
第３重畳ユニット３０４は、該周波数設定信号ωｓｅｔと、前記のインバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅを受信して、周波数制御信号を出力するためのものである。
【０１３７】
第３比率ユニット３０５は、比率係数ｍ’を有し、該周波数制御信号を受信して、該有効電力訂正信号ΔＰを得るためのものである。
【０１３８】
但し、周波数及び位相生成ユニットの上記の構造から分かるように、前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）は、以下の比較式を満足する：
【０１３９】
【数２４】
2016093100.tif 000026
【０１４０】
この式において、ωは該インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号ωｅである。ｍ’は有効電力の垂下特性を反映する第３比率ユニット３０５の利得である。仮想モーターの慣性モーメントを反映する第３積分ユニットの積分利得は１／Ｈである。
【０１４１】
該単位電圧制御器２００は、電圧振幅生成ユニットを更に含む。該電圧振幅生成ユニットは、無効電力偏差生成ユニット３０６と、第５積分ユニット３０７と、第４重畳ユニット３０８と、第４比率ユニット３０９とを更に含む。
【０１４２】
無効電力偏差生成ユニット３０６は、無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔ、インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑ及び無効電力訂正信号ΔＱを受信し、無効電力偏差を反映する信号を計算するためのものである。
【０１４３】
第５積分ユニット３０７（１／（Ｋｓ））は、前記の無効電力偏差を反映する信号を積分し、該インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号Ｅを出力するためのものである。
【０１４４】
第４重畳ユニット３０８は、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する信号Ｖｏｄと、該電圧振幅設定信号Ｖｓｅｔを受信し、電圧偏差を反映する信号を出力するためのものである。
【０１４５】
第４比率ユニット３０９、比率係数Ｄｑを有し、第４重畳ユニット３０８出力の前記反映電圧偏差の信号を受信し、且つ該比率係数Ｄｑに基づいて該無効電力訂正信号ΔＱを得るためのものである。
【０１４６】
但し、電圧振幅生成ユニットの上記の構造から分かるように、前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧振幅曲線（Ｑ−Ｖ）は、以下の比較式を満足する。
【０１４７】
【数２５】
2016093100.tif 000027
【０１４８】
ここで、Ｅはインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号、Ｑはインバーターユニットの無効電力を反映する信号、Ｄｑは無効電力の垂下特性を反映する第４比率ユニットの利得であり、無効電力偏差を反映する信号の第５積分ユニット３０７の積分利得は１／Ｋである。
【０１４９】
該単位電圧制御器２００は、振幅計算（Ｍａｇ．）ユニット３１０を更に含み、インバーターの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏに基づいて、対応するインバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する信号Ｖｏｄを計算する。
【０１５０】
該単位電圧制御器２００は、仮想同期機の模型計算ユニット３１１を更に含む。これは、該インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏと、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏと、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号Ｅと、インバーターユニットの出力電圧位相を反映する位相制御信号θｅとを受信し、且つ、インバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐと、インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑ及び該電圧命令信号ｅ＊を出力する。
【０１５１】
但し、電圧命令信号ｅ＊は、該インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号Ｅと、インバーターユニットの出力電圧位相を反映する位相制御信号θｅにより算出され、ｅ＊＝Ｅ∠θｅである。
【０１５２】
インバーターユニットの有効電力を反映する信号Ｐは、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏと、インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏのドット積計算により算出され、Ｐ＝ｖｏ・ｉｏである。
【０１５３】
インバーターユニットの無効電力を反映する信号Ｑは、該インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏと、インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏのクロス積計算により算出され、
【０１５４】
【数２６】
2016093100.tif 000028
【０１５５】
である。
【０１５６】
公式（７）、（８）から分かるように、単位電圧制御器２００は、前記有効電力を反映する命令信号Ｐｓｅｔを前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線（Ｐ−Ｆ）の第１オフセット量とし、且つ、前記の無効電力を反映する命令信号Ｑｓｅｔを前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧の振幅曲線（Ｑ−Ｖ）の第２オフセット量とする。
【０１５７】
単位電圧制御器２００は、演算を通じて、前記の第１オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの有効電力−出力電圧の周波数曲線を図４（ａ）の曲線（２）のところまで横方向に並行移動し、且つ前記第２オフセット量に基づいて前記のインバーターユニットの無効電力−出力電圧振幅曲線を図４（ｂ）の曲線（２）のところまで横方向に並行移動する。
【０１５８】
Ｐ＝Ｐｓｅｔ場合、インバーターユニットの出力電圧の周波数を反映する制御信号は依然にωｓｅｔとすることが可能であり、Ｑ＝Ｑｓｅｔ場合、インバーターユニットの出力電圧の振幅を反映する制御信号は依然にＶｓｅｔとすることが可能であり、更に該制御信号を利用してインバータシステムの負荷電圧を調整する。それにより、垂下特性を維持するとともに、並列に接続されている複数のインバーターユニットの間で有効な電力等分が行われ、また優れた出力電圧精度を維持することもできる。
【０１５９】
以上の三つの実施例にでは、単位電圧制御器の実施形態について紹介したが、以下では制御装置の三つの異なる構造について説明する。
【０１６０】
（実施例１）
制御装置は、システム電圧制御器１００及び単位電圧制御器２００を含む以外に、パルス幅変調制御（ＰＷＭ）ユニット３００をさらに含む。単位電圧制御器２００が生成した電圧命令信号ｅ＊は、該パルス幅変調制御ユニット３００に発信され、該電圧命令信号ｅ＊を反映する開閉信号（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｓｉｇｎａｌｓ）を生成し、更に該開閉信号を利用してインバーターユニットの開閉装置（例えばＩＧＢＴ、Ｍｏｓｆｅｔ等）を制御する。図１１は、制御装置の構造を示す簡略図である。
【０１６１】
（実施例２）
図１２は、制御装置の構造を示す簡略図である。
【０１６２】
前記の制御装置は、システム電圧制御器１００及び単位電圧制御器２００を含む以外に、電圧制御モジュール４００と、パルス幅変調制御ユニット３００とをさらに含む。ここで、前記の電圧制御モジュール４００は、前記の電圧命令信号ｅ＊と、インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏを受信し、閉ループ制御を行って第２電圧命令信号ｅ’を更に生成するためのものであり、該電圧制御モジュール４００はｖｏがｅ＊に従うようにする機能を有する。前記のパルス幅変調制御ユニット３００は、前記の第２電圧命令信号ｅ’を受信し、該第２電圧命令信号ｅ’を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニット中の開閉器件に対し制御を行うためのものである。
【０１６３】
（実施例３）
図１３は、制御装置の構造を示す簡略図である。
【０１６４】
前記の制御装置は、システム電圧制御器１００及び単位電圧制御器２００を含む以外に、電圧制御モジュール４００と、パルス幅変調制御ユニット３００と、信号重畳ユニット５００とをさらに含む。
【０１６５】
ここで、前記の電圧制御モジュール４００は、前記の電圧命令信号ｅ＊と、インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏを受信し、第２電圧命令信号ｅ’を生成するためのものである。前記の信号重畳ユニット５００は、前記の電圧命令信号ｅ＊及び前記の第２電圧命令信号ｅ’を受信して重畳し、第３電圧命令信号ｅ’’を生成するためのものである。このように、電圧命令信号ｅ＊はｅ’に一つのフィードフォワード補償を印加して、ｖｏがｅ＊に従ってより素早く変化するようにし、システムの動態反響も更に速くなる。前記パルス幅変調制御ユニット３００は、前記第３電圧命令信号ｅ’’を受信し、該第３電圧命令信号を反映する開閉信号を生成し、該開閉信号を利用してインバーターユニット中の開閉装置に対し制御を行うためのものである。
【０１６６】
また、上記の電圧制御モジュール４００は、インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏをさらに受信し、内側電流ループと外側電圧ループの二重閉ループの制御を行うように構成することができる。すると、より良くｖｏがｅ＊変化に従うように制御することができる。
【０１６７】
ここで指摘する必要があるのは、上記のすべての技術方案において、インバーターユニットの出力電流を反映するフィードバック信号ｉｏは図１における出力電流ｉｏであってもよく、インバーターユニットの濾波器インダクタンスＬｆ上の電流ｉ１であってもよい。インバーターユニットの出力電圧を反映するフィードバック信号ｖｏは、図１における出力電圧ｖｏであってもよく、負荷電圧ｖｍｇであってもよい。
【０１６８】
本発明の上記の技術方案によれば、並列に接続された複数のインバーターユニットの間で有効な電力等分が行われながら、優れた出力電圧精度を維持することができる。また、出力電圧と他のシステムの電圧同期化も調整でき、システム間の相互接続を簡便にし、グリッド接続閉鎖の条件を満足する。
【０１６９】
上述のように、実施例を通じて本発明を開示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者は本発明の精神と範囲を逸脱することなく、様々な変更及び修正が可能である。本発明の保護範囲は、添付した特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【図１】
2016093100.tif 000041
【図２（ａ）】
2016093100.tif 000042
【図２（ｂ）】
2016093100.tif 000043
【図３】
2016093100.tif 000044
【図４（ａ）】
2016093100.tif 000045
【図４（ｂ）】
2016093100.tif 000046
【図５】
2016093100.tif 000047
【図６】
2016093100.tif 000048
【図７】
2016093100.tif 000049
【図８】
2016093100.tif 000050
【図９】
2016093100.tif 000051
【図１０】
2016093100.tif 000052
【図１１】
2016093100.tif 000053
【図１２】
2016093100.tif 000054
【図１３】
2016093100.tif 000055