(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流母線に接続され、前記交流母線に供給する交流電流に応じて前記交流母線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、前記交流母線の電圧に応じて出力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による電源システムにおいて、
前記第一の電力変換装置は、前記交流母線に供給する交流電流を変数とする第一の関数に基づいて前記交流母線の電圧を制御する手段と、前記第二の電力変換装置は、前記交流母線電圧を変数とする第二の関数に基づいて前記交流母線に供給する交流電流を制御する手段を備え、
前記第一の関数と前記第二の関数は互いに逆関数の関係にあることを特徴とする電力変換装置の並列運転による電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子によって構成され、直流電源から交流電力を得る電力変換装置の並列運転による電源システムに係り、特に、電力変換装置の出力電力を平衡化する技術に関する。
【０００２】
【従来技術】
この種技術として、特開平９―１４９６５３号公報に電力変換装置の並列運転に関する記述がある。この公報には、複数の電力変換装置を並列接続し、このうち一台で出力電圧を制御するとともに、残りの電力変換装置は負荷電流を並列接続されている電力変換装置の台数で割った電流を出力するように制御する電力変換装置の並列運転方式が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
鉄道車両、大型の製造ラインのように分散配置された複数の電力変換装置から交流母線を介して分散配置された複数の負荷に電力を供給する電源システムに、前記公報に記載されている技術を適用するためには、各負荷装置の電流を検出するとともに、負荷電流の総和を演算することが必要となるため、各負荷の電流を検出する検出手段、検出した負荷電流に関連する情報を伝送する伝送手段、総負荷電流を演算する手段、稼働している電力変換器を検出する手段、演算した総負荷電流および稼働している電力変換器の台数を各電力変換装置に伝送する伝送手段が新たに必要となる。
【０００４】
本発明の課題は、複数の電力変換装置および複数の負荷装置が分散配置されているシステムにおいても、負荷装置の電流検出手段、複雑な伝送装置を必要とすることなく、電力変換装置の出力をバランスさせるに好適な電力変換装置の並列運転による電源システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、交流母線に接続され、交流母線に供給する交流電流に応じて交流母線電圧を調整する第一の電力変換装置と、交流母線に接続され、交流母線の電圧に応じて出力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による電源システムにおいて、第一の電力変換装置は、交流母線に供給する交流電流を変数とする第一の関数に基づいて交流母線の電圧を制御する手段と、第二の電力変換装置は、交流母線電圧を変数とする第二の関数に基づいて交流母線に供給する交流電流を制御する手段を備え、第一の関数と第二の関数は互いに逆関数の関係にある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の電力変換装置の並列運転による電源システムの一実施形態を示す。本実施形態の電源システムは、交流母線４と、交流母線４に接続される電力変換装置１、２１、２２と、電力変換装置１、２１、２２から交流母線４を介して交流電力を得る負荷装置３１、３２、３３、３４から構成され、電力変換装置３台のうち１台が電圧制御モード、２台が電流制御モードの例である。
図１において、電力変換装置１は、出力電流Ｉ１を変数とする関数ｆ（Ｉ１）に基づいて交流母線４の電圧Ｖ０を制御する。一方、電力変換装置２１、２２は、交流母線４の電圧Ｖ０を変数とする関数ｇ（Ｖ０）に基づいて交流母線に供給する出力電流Ｉ２１、Ｉ２２をそれぞれ制御する。このとき、ｆ（Ｉ１）とｇ（Ｖ０）は、お互いに逆関数の関係、すなわち、
ｇ~1（ｘ）＝ｆ（ｘ）                        （１）
となるように、ｆ（ｘ）およびｇ（ｘ）を決定する。
電力変換装置１の出力電流をＩ１とすると、交流母線４の電圧Ｖ０は、電力変換装置１によって、
Ｖ０＝ｆ（Ｉ１）                            （２）
に制御される。
一方、電力変換装置２１および２２は、交流母線の電圧Ｖ０に基づいてそれぞれ
Ｉ２１＝ｇ（Ｖ０）                          （３）
Ｉ２２＝ｇ（Ｖ０）                          （４）
の電流を交流母線４に供給する。
式（３）、（４）に式（２）を代入すると、
Ｉ２１＝ｇ（ｆ（Ｉ１））                    （５）
Ｉ２２＝ｇ（ｆ（Ｉ１））                    （６）
を得る。
ここで、ｇ（ｘ）とｆ（ｘ）は逆関数であるから、式（５）、（６）より、
Ｉ２１＝Ｉ１                                （７）
Ｉ２２＝Ｉ１                                （８）
となり、三台の電力変換装置の出力電流および電力をバランスさせることが可能となる。
【０００７】
ここで、関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）の一例として、
ｆ（ｘ）＝ｋｘ＋Ｖ００                      （９）
ｇ（ｘ）＝（ｘ−Ｖ００）／ｋ                （１０）
の場合について説明する。
電力変換装置１の電流をＩ１とすると、交流母線４の電圧Ｖ０は、式（９）より、
Ｖ０＝ｋＩ１＋Ｖ００                        （１１）
に制御される。
一方、電力変換装置２１、２２の出力電流Ｉ２１、Ｉ２２は、式（１０）よりそれぞれ
Ｉ２１＝（Ｖ０−Ｖ００）／ｋ                （１２）
Ｉ２２＝（Ｖ０−Ｖ００）／ｋ                （１３）
に制御される。
式（１２）、（１３）に式（１１）を代入すれば、
Ｉ２１＝（ｋＩ１＋Ｖ００−Ｖ００）／ｋ＝Ｉ１    （１４）
Ｉ２２＝（ｋＩ１＋Ｖ００−Ｖ００）／ｋ＝Ｉ１    （１５）
となり、三台の電力変換装置の出力電流が一致する。
図１の実施形態では、電力変換装置３台、負荷装置４台の構成について述べたが、電力変換装置が２台以上、負荷装置が１台以上であれば、電力変換装置および負荷装置が何台でもあっても同様の作用が得られる。もちろん電圧制御モードの変換装置が２台以上であっても良い。
【０００８】
図２は、本発明の他の実施形態を示す。本実施形態が図１の実施形態と違うところは、電力変換装置１、２１、２２に対して運転指令を与えるとともに電力変換装置１、２１、２２の稼働状況をモニタする統括制御装置７０と、電力変換装置１、２１、２２と交流母線４の間に遮断器１１、１２１、１２２を設ける構成である。
統括制御装置７０は、電力変換装置１、２１、２２に対し、オン、オフの指令および交流母線電圧を制御するモードで動作するか、出力電流を制御するモードで動作するかの指令を与える。一方、電力変換装置１、２１、２２は、稼働しているか否かを統括制御装置７０に対して出力する。
図２において、電力変換装置が停止した場合には、必要に応じて停止した電力変換装置を該当の遮断器により交流母線から切り離す。また、交流母線電圧を制御するモードで動作している電力変換装置が停止した場合には、出力電流を制御するモードで動作している電力変換装置のうち一台の運転モードを交流母線電圧を制御するモードに切り換える。
例えば、電力変換装置１を交流母線電圧制御モード、電力変換装置２１、２２を出力電流制御モードで運転している状態において、電力変換装置１が停止した場合、遮断器１１により電力変換装置１を交流母線４から切り離し、電力変換装置２１ないしは２２のいずれか一方を交流母線電圧制御モードに切り換える。ここでは、電力変換装置２１の運転モードを切り換えた場合について説明する。
この場合の交流母線電圧は、式（９）より
Ｖ０＝ｋＩ２１＋Ｖ００                      （１６）
一方、電力変換装置２２の出力電流は、式（１０）より
Ｉ２２＝（Ｖ０−Ｖ００）／ｋ                （１７）
となる。式（１６）、（１７）より
Ｉ２２＝（ｋＩ２１＋Ｖ００−Ｖ００）／ｋ＝Ｉ２１    （１８）
が成立し、電力変換装置の出力をバランスさせた状態で運転を継続することが可能となる。
図２の実施形態では、電力変換装置３台、負荷装置４台の構成において電力変換装置１台が停止した場合について述べたが、電力変換装置および負荷装置の台数に関わらず同様の作用が得られる。
【０００９】
上述の実施形態では、電圧および電流がスカラ量である場合を例にとって説明したが、本発明は、電圧および電流量が交流量の振幅、位相情報を有するベクトル量であっても有効である。また、交流電源システムを主題に本発明を説明したが、直流電源システムにも容易に適用可能であることは言うまでもない。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各々の電力変換装置が負荷電流の総和、稼働している電力変換装置の台数などの情報を必要とすることなく、各電力変換装置の出力をバランスさせることができるので、複数の電力変換装置および複数の負荷装置が分散配置されているシステムにおいても、複雑な伝送装置を必要とすることなく、電力変換装置の並列運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力変換装置の並列運転による電源システムの一実施形態
【図２】本発明の他の実施形態
【符号の説明】
１…交流母線の電圧を制御する電力変換装置、２１，２２…交流母線の電圧に応じて出力電流を制御する電力変換装置、３１，３２，３３，３４…交流負荷、４…交流母線、７０…統括制御装置、１１，１２１，１２２…遮断器
【図１】
0004035757.tif 000002
【図２】
0004035757.tif 000003