(57)【要約】【課題】並列に連結されたインバーターを選択的に駆動させるインバーターシステムの制御方法を提供する。【解決手段】本発明の実施形態によると、インバーターシステムの制御方法は、並列に連結されたインバーターを含むインバーターシステムの制御方法において、目標電力量と比較対象インバーターが供給できる電力量を比較する段階、前記比較結果によって駆動インバーターの数を決定する段階、前記決定された駆動インバーターの数の分、インバーターを駆動して最終出力電力をＡＣ電源系統に提供する段階を含むことができる。【選択図】図３
2017189086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に連結されたインバーターを含むインバーターシステムの制御方法において、
目標電力量と比較対象インバーターが供給できる電力量を比較する段階、
前記比較結果によって駆動インバーターの数を決定する段階、
前記決定された駆動インバーターの数の分、インバーターを駆動させて最終出力電力をＡＣ電源系統に提供する段階を含み、
前記目標電力量と比較対象インバーターが供給できる電力量を比較する段階は、
前記比較対象インバーターの数を減少しながら前記目標電力量と比較対象インバーターが供給できる電力量を比較する段階を含む、インバーターシステムの制御方法。
【請求項２】
前記目標電力量と比較対象インバーターが供給できる電力量を比較する段階は、
前記比較対象インバーターの数が供給できる電力量が前記目標電力量を満すか否かを判断する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載のインバーターシステムの制御方法。
【請求項３】
前記比較結果によって駆動インバーターの数を決定する段階は、
前記比較結果、前記比較対象インバーターの数が供給できる電力量が前記目標電力量より大きいか同等であれば、前記比較対象インバーターの数を前記駆動インバーターの数に決定する段階を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のインバーターシステムの制御方法。
【請求項４】
前記並列に連結されたインバーターは、
前記インバーターシステムの最大定格電力を出力できるように均等な電力変換率をそれぞれ持つことを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のインバーターシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバーターシステムの制御方法に係り、より詳細には、効率的にインバーターシステムを運転するインバーターシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、インバーターは、電動機を効率的に制御するための機器であって、電動機の消耗電力を減らすことでエネルギー効率を高める。具体的に、インバーターはトランジスターを用いてスイッチングすることで、直流電源を交流電源に変換することができる。
【０００３】
大容量の電動機を駆動するためには大容量のインバーターが必要である。大容量のインバーターを製作するために単位インバーターを複数並列に連結し、電流を均等に分散制御することで、一つの大型モーターを駆動することが一般的である。
【０００４】
図１は一般的な並列インバーターを含むインバーターシステムの概略的図面である。
【０００５】
図１を参照すれば、インバーターシステムはＤＣ電流源１０、並列に連結されたＮ個のインバーター(＃１、＃２、…、＃n)を含むインバーターブロック２０及びＡＣ電源系統３０を含む。
【０００６】
インバーターシステムは、ＤＣ電流源１０に連結されたＮ個のインバーター(＃１、＃２、…、＃n)にそれぞれ１／Ｎの分、出力電力(Po_１、Po_２、…、Po_n)を担当させる。インバーターシステムは、各々の電力変換率を持つＮ個のインバーターを駆動させることで、定格出力電力を供給するように制御することができる。
【０００７】
しかし、インバーターの構造的特徴及び動作の特性上、電力損失はあり得る。
【０００８】
具体的に、インバーターの電力損失としては、導体抵抗成分による導通損失、内部電力用半導体のスイッチング動作によるスイッチング損失及び内部の変圧、並びに出力フィルター用リアクタによるヒステリシス損を含む。インバーター動作の時、スイッチング損失及びヒステリシス損は一定した値を有することになるが、導通損失は出力電力の増加につれ、損失する電流も比例する。
【０００９】
図２はインバーターの電力変換効率を示すグラフである。
【００１０】
図２のグラフにおいて、Ｘ軸は出力電力で、Ｙ軸は電力効率である時、出力電力に対する電力効率の割合として電力変換効率が分かる。ここでは、インバーターの電力変換効率の最大値が６０−７０％の範囲に制限されることが分かる。つまり、インバーターの電力変換効率は６０−７０％で最大効率点を持つカーブとして示すことができる。これは、出力電力が増加することにつれ、導通損失も増加することで、一定水準を超えることができずに電力効率が制限されることを意味する。
【００１１】
インバーターシステムの駆動時、低い電力が求められる区間においても、並列に連結されたすべてのインバーターが同時に動作するようになるので、必要な電力に対して駆動されるインバーターの数は過度であり、それに比べて電力効率は高くない。これによって、全体的にシステムの運転効率は低下せざるをえない。
【００１２】
例えば、従来の技術によると、最大定格出力電力が必要ない場合も、すべてのインバーターを動作させる。このように、最大電力に及ぶことができない範囲の電力のためにすべてのインバーターを駆動するため、システムの運転効率は著しく低下する。
【００１３】
したがって、出力電力による弾力的なインバーター駆動方案が切実に必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、並列に連結されたインバーターを選択的に駆動させるインバーターシステムの制御方法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明は、出力電力に対して必要なインバーターを弾力的に駆動させるインバーターシステムの制御方法を提供することを他の目的とする。
【００１６】
なお、本発明は、出力電力に比べてシステムの過度な出力負荷が生じてシステムの運転効率が低下することを防止する、インバーターシステムの制御方法を提供することを他の目的とする。
【００１７】
本発明の目的は、以上で言及した目的に制限されず、言及していない本発明の他の目的及び長所は下記の説明によって理解されることができ、本発明の実施形態によってより明らかに理解できる。また、本発明の目的及び長所は、特許請求範囲に記載の手段及びその組み合わせによって実現できることを容易に分かることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記のような目的を達成するための本発明のインバーターシステムの制御方法は、並列に連結されたインバーターを含むインバーターシステムの制御方法において、目標電力量と比較対象インバーターが供給することのできる電力量を比較する段階、前記比較結果によって駆動インバーターの数を決定する段階、前記決定された駆動インバーターの数の分、インバーターを駆動させて最終出力電力をＡＣ電源系統に提供する段階を含むことができる。
【００１９】
本発明の一実施形態による、前記目標電力量と比較対象インバーターが供給できる電力量を比較する段階は、前記比較対象インバーターの数を減少しながら前記目標電力量と比較対象インバーターが供給できる電力量を比較する段階を含むことができる。
【００２０】
また、本発明の一実施形態によって前記のように比較することは、前記目標電力量と比較対象インバーターが供給できる電力量を比較する段階は、前記比較対象インバーターの数で供給できる電力量が前記目標電力量を満たすか否かを判断する段階を含むことができる。
【００２１】
また、本発明の一実施形態によると、前記比較結果によって駆動インバーターの数を決定する段階は、前記比較結果、前記比較対象インバーターの数で供給できる電力量が前記目標電力量より大きいか同等であれば、前記比較対象インバーターの数を前記駆動インバーターの数に決定する段階を含むことができる。
【００２２】
また、本発明の一実施形態によると、前記並列に連結されたインバーターは、前記インバーターシステムの最大定格電力を出力できるように、均等な電力変換率をそれぞれ持つ。
【発明の効果】
【００２３】
前述のような本発明によるインバーターシステムは、並列に連結されたインバーターを選択的に駆動させる長所がある。
【００２４】
また、本発明によるインバーターシステムは、出力電力に対して必要なインバーターを弾力的に駆動させる長所がある。
【００２５】
また、本発明によるインバーターシステムは、出力電力に比べてシステムの過度な出力負荷が発生してシステムの運転効率が低下することを防止する長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一般的な並列インバーターを含む、インバーターシステムの概略的構成を示す。
【図２】図１によるインバーターの電力変換効率のグラフである。
【図３】本発明の一実施形態によるインバーターシステムの概略的図面である。
【図４】従来の技術に対し、本発明の実施形態による電力効率実験のグラフである。
【図５】図３の動作による判別アルゴリズムを示す手順図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
前述の目的、特徴及び長所は、添付の図面を参照して詳細に後述し、これによって本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施することができる。本発明を説明するにあたり、本発明に係る公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすることができると判断される場合は、詳細な説明を省略する。以下、添付の図面を参照して本発明による好ましい実施形態を詳しく説明する。図面において同一な参照符号は、同一または類似の構成要素を示すものとして使われる。
【００２８】
図３は本発明の一実施例によるインバーターシステム１００の構成を示す。
【００２９】
図３を参照すると、本発明の一実施例によるインバーターシステム１００は、電力制御部１１０、ＤＣ電流源１２０、インバーターブロック１３０及びＡＣ電源系統１４０を含む。
【００３０】
本発明の実施形態によるインバーターシステム１００は、必要な電力量を指示し、これによって可動されるべきインバーターの数を判別する。これにより、目標電力量に対して可動されるインバーターの数を適切に選択することで、システムの運転効率を向上することができる。
【００３１】
先ず、電力制御部１１０は、ＤＣ電流源１２０と連結され、求められる電力量をＤＣ電流源１２０に指示する。また、電力制御部１１０は、インバーターブロック１３０と連結され、求められる電力量と単位インバーターの電力変換容量を比べることで、必要な単位インバーターの数を設定する。それにより、電力制御部１１０は、全インバーターの中で所定の数だけ選択してインバーターを駆動させることができる。例えば、所定の数で選択されるインバーターは、既に設定された順に駆動可否が決定されることがある。
【００３２】
ＤＣ電流源１２０は、電力制御部１１０によって制御され、目標電力量をインバーターブロック１３０に供給する。
【００３３】
インバーターブロック１３０は、並列に連結されたＮ個の単位インバーター(＃１、＃２、…、＃n)を含む。インバーターブロック１３０内における各々のインバーター(＃１、＃２、…、＃n)は、全システムの出力電力の１／Ｎの分、出力電力(Po_１、Po_２、…、Po_n)を均等に担当する。それにより、各インバーター(＃１、＃２、…、＃n)は一定の電力変換率を持つことができる。例えば、全システムの定格出力電力が１０００ＫＷであるとし、１０個の単位インバーターを備えると、各々の単位インバーターは１００ＫＷの電力を担当できるように電力変換率を持つ。
【００３４】
ＡＣ電源系統１４０は、交流に変換された電力を受信し、変換された交流電源で動作することができる電源ドメインである。ＡＣ電源系統１４０は、交流で動作する電源機器及び電動機が備えられることができる。
【００３５】
本発明の一実施形態によるインバーターシステム１００の動作を説明する。
【００３６】
電力制御部１１０が目標電力量をＤＣ電流源１２０に提供する。電力制御部１１０は、現在の目標電力量に対して必要なインバーター数を判別する。これは、目標電力量に対してすべてのインバーターを可動させることで、システムの運転効率が低下することを防止することであって、所定のインバーターを選択して弾力的に駆動させる。本発明の実施形態によると、すべてのインバーターが常時同時に駆動されず、駆動されるインバーターと遊休状態に転換されるインバーターがあり得る。
【００３７】
図４は、従来の技術に対する本発明の実施形態による電力効率実験のグラフである。
【００３８】
図４を参照すると、Ｘ軸は出力電力で、Ｙ軸は電力効率を示す。このようなグラフをもって、出力電力に対する電力効率の割合である電力変換効率が分かる。既に言及したように、インバーターの電力変換効率は６０−７０％で最大効率点を有するカーブとして表すことができる。これは、出力電力が増加することにつれて導通損失も増加するため、一定水準を超えることができず、電力効率が制限されることを意味する。
【００３９】
従来の場合、全システムの効率に対する全てのインバーターの導通損失により、６０−７０％で最大効率点を持つカーブの電力変換効率として表すことができる(図４のグラフ(a)参照)。
【００４０】
従来には、低い出力電力区間で全てのインバーターを駆動するとしても、各インバーターごとの導通損失によって目標電力を出力する電力効率は低かった。例えば、Ａ ＫＷ以内の区間の場合、すべてのインバーターを駆動しても、必要な電力量に対して駆動されるインバーターの数が顕著に多いため、システムの負荷は過度であることに対し、運転効率は低かった。
【００４１】
本発明の実施形態によると、全定格出力容量に比べて顕著に出力負荷が低い区間の時は、すべてのインバーターを駆動する代わり、目標容量に到逹できる適切な数のインバーターだけを駆動させる(図４のグラフ(b)参照)。
【００４２】
従来のグラフ(a)に比べて本発明のグラフ(b)を見ると、システムの電力負荷が小さい区間では、すべてのインバーターを駆動させる場合よりも、出力電力に適切な所定のインバーターを駆動させることがもっと有利であることが分かる。図４のグラフは、従来のグラフ(a)の電力効率より本発明のグラフ(b)の電力効率が所定大きさ(Δ)の分、より高いことを意味する。
【００４３】
本発明では、インバーターの導通損失による電力効率を考慮して、並列で構成されるインバーターシステムで駆動される単位インバーターの数を目標電力量に応じて適宜選択することができる。これにより、システム運転の高効率を成し遂げることができる。システムの出力電力によって駆動される単位インバーター数を決定するためには、判別アルゴリズムが必要なことがある。
【００４４】
図５は図３の動作による判別アルゴリズムを示す手順図である。
【００４５】
図３及び図５を参照して、本発明の実施例によるインバーターシステムの動作を詳しく説明する。
【００４６】
目標電力量(Po)と比較対象インバーターが供給できる電力量を比較するために、先ず、全インバーター数(Ｎ)より一つ少ない数のインバーターが供給できる電力量を比較する(Ｓ１０)。
【００４７】
比較動作は、数式１のように示すことができる。
【００４８】
【数１】
2017189086.tif 000003
【００４９】
ここで、Poは目標電力量、Ｎはすべてのインバーター数、iは自然数(１、２、３. . .)である。Prateは全定格容量の１／Ｎの容量、すなわち、単位インバーターの出力変換率である。
【００５０】
目標電力量(Po)がすべてのインバーターの数より一つ少ない数のインバーターが供給できる電力量より高ければ(Yes)、これは目標電力量(Po)がインバーターシステムの最大電力量、つまり、すべてのインバーターを駆動しなければならない場合を意味し、比較結果によって駆動インバーターの数を決定することができる。
【００５１】
したがって、目標電力量(Po)を満たすためには、すべての単位インバーターを駆動させる(Ｓ２０)。
【００５２】
これをＡＣ電源系統に最終出力電力量で提供することができる(Ｓ３０)。
【００５３】
一方、目標電力量(Po)が、すべてのインバーターの数より一つ少ない数のインバーターが供給できる電力量より高くなければ(No)、減少させる数字を一つ増加させる(Ｓ４０)。
【００５４】
減少させる数字を増加させる数式は、数式２のように示すことができる。
【００５５】
【数２】
2017189086.tif 000004
【００５６】
(Ｉは減少対象の数、iは自然数(１、２、３. . .))
【００５７】
数式では数字が増加したが、以後の比較動作時に減少される数字であるため、結果的に比較対象インバーターの数は一つずつ減少する。
【００５８】
そして、目標電力量に対して駆動させる電力量、すなわち、比較対象インバーターの数が供給できる電力量と比較する(Ｓ５０)。
【００５９】
比較動作は、数式３のように示すことができる。
【００６０】
【数３】
2017189086.tif 000005
【００６１】
比較した結果、目標電力量が数を一つ減少させたインバーターから供給される電力量よりもっと大きければ(Yes)、現在比較対象インバーターの数に１を足したインバーター数の分、インバーターを駆動させる(Ｓ６０)。
【００６２】
言い換えれば、個数が一つずつ減少されるインバーターが供給する電力量が目標電力量より低くなる時のインバーターの個数を探す。このとき、該当インバーターの個数は目標電力量を満すことができないので、該インバーターの個数に１を足したインバーター個数の分、インバーターを駆動させる。
【００６３】
すなわち、比較結果によって駆動インバーターの数を決定することができる。これにより、ＡＣ電源系統に最終出力電力量を提供することができる(Ｓ３０)。
【００６４】
しかし、比較した結果、目標電力量が依然として現在インバーター数の電力量に対して低ければ(No)、再び比較するインバーターの数を一つずつ減少しながら(Ｓ４０)、比較動作(Ｓ５０)を繰り返すことができる。
【００６５】
反復動作を通じて、目標電力量を満す適切な数のインバーターを決定し、これを駆動させる。それにより、ＡＣ電源系統に最終出力電力量を提供することができる(Ｓ３０)。
【００６６】
具体的に例示すると、全システムの定格出力電力量は１０００ＫＷ、単位インバーターの数は１０個、各単位インバーターの出力変換率による変換出力量を１００ＫＷとする。
【００６７】
目標電力量が７００ＫＷである時、目標電力量(Po)と、すべてのインバーターの数(１０個)より一つ少ない数(９個)の電力量を比較(Ｓ１０)する。７００ＫＷと９００ＫＷとを比較する時、目標電力量(Po)がすべてのインバーターの数より一つ少ない数の電力量より高くないので(No)、減少される数字を一つ増加(２；Ｉ=i+１によって)させる(Ｓ４０)。
【００６８】
それにより、目標電力量７００ＫＷと新たな比較対象である８個のインバーターの電力量８００ＫＷを比較する(Ｓ５０)。
【００６９】
依然として、目標電力量に対して駆動されるインバーターの電力量８００ＫＷがより大きいので、再び減少対象数字を増加(３；Ｉ=i+１によって)させ(Ｓ４０)、新たに比較対象インバーター(７；Ｎ−Ｉによって)が供給する電力量と比較する(Ｓ５０)。
【００７０】
比較した結果、目標電力量７００ＫＷと現在のインバーターの電力量７００ＫＷが同一であるため、依然として目標電力量が現在のインバーターの電力量より大きくない。
【００７１】
これによって、再び減少対象数字を増加(４；Ｉ=i+１)させ(Ｓ４０)、新たに比較対象のインバーター(６；Ｎ−１によって)が供給する電力量と比較する(Ｓ５０)。
【００７２】
比較した結果、目標電力量７００ＫＷが現在のインバーターの電力量６００ＫＷより大きいため、現在のインバーターの個数の６個に１を足したインバーターの個数、すなわち、７個のインバーターを駆動させる(Ｓ６０)。
【００７３】
したがって、７個のインバーターを駆動して最終出力電力量を提供することができる(Ｓ３０)。
【００７４】
このように、本発明の実施形態によると、目標電力量と単位インバーターの出力電力量とを比べて、目標電力量に対して駆動されるべきインバーターの数を選択することができる。これにより、弾力的にインバーターを駆動することで、システムの運転効率を向上することができる。
【００７５】
前述した本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者にとって、本発明の技術的思想を脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるため、前述した実施形態及び添付の図面によって限定されることはない。
【図１】
2017189086.tif 000006
【図２】
2017189086.tif 000007
【図３】
2017189086.tif 000008
【図４】
2017189086.tif 000009
【図５】
2017189086.tif 000010