(57)【要約】【課題】ＡＣフィルタの共振周波数付近の外乱に起因して発生する、自立運転時の負荷電圧の定常的なひずみや発振を抑制する電圧制御方法及び電圧制御装置を提供する。【解決手段】コイルＬ及びコンデンサＣを用いＬＣ又はＬＣＬにより構成されるＡＣフィルタ３を介してインバータ４が負荷５側に接続される電圧制御装置において、前記インバータ４の出力電流の値をインバータ電流検出値として検出し、前記インバータ電流検出値を微分し、微分した前記インバータ電流検出値に一次遅れを施した上で電圧指令値に加算した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルＬ及びコンデンサＣを用いＬＣ又はＬＣＬにより構成されるＡＣフィルタを介してインバータが負荷側に接続される電圧制御装置において、
前記インバータの出力電流の値をインバータ電流検出値として検出し、
前記インバータ電流検出値を微分し、
微分した前記インバータ電流検出値に一次遅れを施した上で電圧指令値に加算する
ことを特徴とする電圧制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧制御方法において、
前記ＡＣフィルタにおけるコンデンサに流れる電流の値をコンデンサ電流検出値として検出し、
前記コンデンサ電流検出値を比例ゲイン倍した上で前記電圧指令値に加算する
ことを特徴とする電圧制御方法。
【請求項３】
コイルＬ及びコンデンサＣを用いＬＣ又はＬＣＬにより構成されるＡＣフィルタを介してインバータが負荷側に接続される電圧制御装置において、
前記インバータの出力電流の値をインバータ電流検出値として検出するインバータ電流検出手段と、
前記インバータ電流検出値を微分する微分手段と、
該微分手段により微分した前記インバータ電流検出値に一次遅れを施した上で電圧指令値に加算するマイナーループ手段とを備える
ことを特徴とする電圧制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電圧制御方法において、
前記ＡＣフィルタにおけるコンデンサに流れる電流の値をコンデンサ電流検出値として検出するコンデンサ電流検出手段と、
前記コンデンサ電流検出値を比例ゲイン倍した上で前記電圧指令値に加算するフィードバック手段とを備える
ことを特徴とする電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御方法及び電圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力系統においては、負荷急変や落雷などが原因の瞬時電圧降下（瞬低）による機器の停止や誤動作等を防止する目的で電圧制御装置として並列型瞬低補償装置が用いられている。図８は従来の電圧制御装置のシステム構成例を示した図である。図９に示すように、従来の電圧制御装置は、瞬低が発生していない平常時においては、高速スイッチ１０を介して系統電源１１から負荷１２に電力を供給する。高速スイッチ１０の系統側には、ＡＣＬ１３を接続する場合もある。
【０００３】
また、一般的に電圧制御装置の負荷側にはＡＣフィルタ１４として、ＬＣやＬＣＬフィルタを設置する。このＡＣフィルタ１４が設置された電圧制御装置は、平常時においては、インバータ２０を通常待機状態とするか、電気二重層キャパシタ２１の充電を行う。また、高機能化のため、系統電源１１が接続された状態でもインバータ２０を動作させて高調波電流の補償を行うといった機能を持たせることもある。そして、瞬低発生時においては、この瞬低を検出して、高速スイッチ１０を遮断し、電気二重層キャパシタ２１に蓄積された直流電力をインバータ２０で交流電力に変換して、負荷１２へ無瞬断で電力を供給する。
【０００４】
図９は従来の電圧制御装置の制御ブロック図である。図９に示すように、制御ブロック１６（図８参照）は、瞬低発生前の系統電圧ＶSに同期した定格電圧に相当する正弦波を、位相同期回路（ＰＬＬ）１７と正弦波発生器１８とにより作成する。瞬低を検出した場合、ＰＬＬ１７は無効として正弦波発生器１８´により定格周波数の正弦波を作成し、これを電圧指令値Ｖ＊として出力する。そして、電圧指令値Ｖ＊は、図８に示すＰＷＭ制御部１９に入力され、ＰＷＭ制御部１９からゲート信号がインバータ２０に入力され、インバータ２０による負荷給電を行う。
【０００５】
なお、一般に電圧制御にはＡＶＲ制御を用いるが、説明の簡略化のため、ここでは電圧指令値ＶREFとしてＡＶＲ制御を行っているものを含んでいる。実際の電圧制御装置では、電圧指令値ＶREFを定電圧制御するために検出値との偏差を突き合わせて補正するなどのフィードバック制御が行われている。
【０００６】
上述したような従来の電圧制御装置の一例が下記特許文献１に開示されている。なお、下記特許文献１に開示される電圧制御装置では、インバータ出力側にはＡＣフィルタ１４が設置される記載はないが、実際の装置では高調波除去のためにＡＣフィルタ１４が設置される。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１８２３１６号公報
【非特許文献１】森泰親著、「制御工学」、コロナ社、２００１年１２月、ｐ．３７−４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の電圧制御装置に整流器負荷１２を接続した場合、系統電源１１に瞬低が発生すると、従来の電圧制御装置はこの瞬低を検出し、高速スイッチ１０を遮断して、インバータ２０による負荷１２への給電を行う。このような状態を自立運転と呼ぶ。そして、自立運転時には、負荷電圧が正弦波となるように電圧指令値ＶREFを作成して、インバータ２０による負荷給電を行う。
【０００９】
しかしながら、従来の電圧制御装置では、インバータ出力のキャリア抑制用のＡＣフィルタ１４のコンデンサＣに直列に抵抗を接続しない場合や、接続した抵抗値が小さい場合には、負荷電圧を正弦波へと制御できずに、定常的なひずみや発振が生じるという問題がある。この問題は、ＡＣフィルタ１４の共振周波数付近の外乱に起因して発生する。
【００１０】
このため、本発明は、ＡＣフィルタ１４の共振周波数付近の外乱に起因して発生する、自立運転時の負荷電圧の定常的なひずみや発振を抑制する電圧制御方法及び電圧制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る電圧制御方法は、
コイルＬ及びコンデンサＣを用いＬＣ又はＬＣＬにより構成されるＡＣフィルタを介してインバータが負荷側に接続される電圧制御装置において、
前記インバータの出力電流の値をインバータ電流検出値として検出し、
前記インバータ電流検出値を微分し、
微分した前記インバータ電流検出値に一次遅れを施した上で電圧指令値に加算する
ことを特徴とする。
【００１２】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る電圧制御方法は、第１の発明に係る電圧制御方法において、
前記ＡＣフィルタにおけるコンデンサに流れる電流の値をコンデンサ電流検出値として検出し、
前記コンデンサ電流検出値を比例ゲイン倍した上で前記電圧指令値に加算する
ことを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る電圧制御装置は、
コイルＬ及びコンデンサＣを用いＬＣ又はＬＣＬにより構成されるＡＣフィルタを介してインバータが負荷側に接続される電圧制御装置において、
前記インバータの出力電流の値をインバータ電流検出値として検出するインバータ電流検出手段と、
前記インバータ電流検出値を微分する微分手段と、
該微分手段により微分した前記インバータ電流検出値に一次遅れを施した上で電圧指令値に加算するマイナーループ手段とを備える
ことを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る電圧制御方法は、第３の発明に係る電圧制御方法において、
前記ＡＣフィルタにおけるコンデンサに流れる電流の値をコンデンサ電流検出値として検出するコンデンサ電流検出手段と、
前記コンデンサ電流検出値を比例ゲイン倍した上で前記電圧指令値に加算するフィードバック手段とを備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、インバータ出力のキャリア抑制用のＡＣフィルタのコンデンサに直列に抵抗を接続しない場合や、接続した抵抗値が小さい場合には、ＡＣフィルタの共振周波数付近の外乱に起因する定常的なひずみや発振を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の実施例について図を用いて説明する。なお、図１は本発明の第１の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図、図２は本発明の第１の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の伝達関数を示した図、図３は本発明の第２の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図、図４は本発明の第２の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の伝達関数を示した図、図５は本発明の第２の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の伝達関数の変形を示した図、図６はＡＣフィルタ回路を示した図、図７は従来の電圧制御装置の伝達関数を示した図である。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の第１の実施例について説明する。なお、本実施例に係るシステム構成は、図８に示した従来のシステム構成と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００１８】
始めに、従来の電圧制御装置の伝達関数について説明する。
図６に示すように、インバータ４と負荷５との間に位置する、ＬＣ構成のＡＣフィルタ３において、入力をインバータ電圧ＶINV、出力を負荷電圧ＶLとしたときの従来の電圧制御装置の伝達関数ＦLC（ｓ）は、図７に示す制御ブロック図のように表すことができる。これをまとめると下記式（１）となる。
【数１】
2009106131.tif 000003
【００１９】
したがって、共振周波数は下記式（２）となる。
【数２】
2009106131.tif 000004
【００２０】
図１に本実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図を示す。本実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置は、従来の電圧制御装置の電圧指令値ＶREFに対して後述する第１のブロック１を追加した構成である。なお、第１のブロック１は図９に示す正弦波発生器１８´の後段に設置される。
【００２１】
第１のブロック１において、インバータ４の出力電流の値であるインバータ電流検出値ＩINVを微分し、さらに、微分したインバータ電流検出値ＩINVに一次遅れを施した上で電圧指令値ＶREFに加算するマイナーループを追加した形になっている。なお、第１のブロック１では、微分され、一次遅れが施されたインバータ電流検出値ＩINVが安定する値（０＝変化がない）を目標としているため、「０」との突合せを行っている。
【００２２】
また、言い換えれば、本実施例に係る電圧制御装置は、インバータ４の出力電流の値をインバータ電流検出値ＩINVとして検出するインバータ電流検出手段と、インバータ電流検出値ＩINVを微分する微分手段と、この微分手段により微分したインバータ電流検出値ＩINVに一次遅れを施した上で電圧指令値ＶREFに加算するマイナーループ手段とを備えている。
【００２３】
この電流マイナーループを考慮して、同様に入力をインバータ電圧ＶINV、出力を負荷電圧ＶLとしたときの伝達関数をブロック図で表すと図２のように表すことができる。また、これをまとめてＦ'LC（ｓ）とすると、下記式（３）のようになる。なお、αはゲイン定数、βは時定数を表す。
【数３】
2009106131.tif 000005
【００２４】
ここで、ラウスの安定判別法を用いて本実施例に係るシステムが安定であるかどうか判別する。なお、ラウスの安定判別法については、上記非特許文献１に開示されているように、一般によく知られた手法であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００２５】
従来の電圧制御装置の伝達関数を表した上記式（１）は、１次項が「０」であるため正の値とはならず、ラウスの安定判別法の必要条件を満たしていないので、システムは安定しない。これに対し、本実施例に係る上記式（３）は、ラウスの安定判別法の必要条件を満たしており、さらにラウスの安定判別法の必要十分条件を満たすように、適切なゲイン定数αと時定数βを選択することで、システムを安定させることができる。
【００２６】
すなわち、ゲイン定数αは、ＡＣフィルタ３のＬの値により定まるが、実際には制御遅れなどを考慮してＬの値で定まるゲインより小さいαの値を選択する。また、時定数βは、「１＋βｓ」をローパスフィルタとして使用し、所望するカットオフ周波数はＡＣフィルタ共振周波数などから決定をする。
【００２７】
さらに、上記式（３）が安定（発散せずに収束する値）するようにゲイン定数α及び時定数βを選択する。このとき、上記式（３）の分母にある「１（０次項）」、「β・ｓ（１次項）」、「（ＬＣ＋Ｃα）ｓ2（２次項）」及び「ＬＣβ・ｓ3（３次項）」が全て正の値となるようにゲイン定数α及び時定数βを選択すれば、上記式（３）は安定となる必要十分条件を満たす。
【００２８】
以上のことから、本実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置によれば、ＡＣフィルタ３の共振周波数付近の外乱に起因して発生する自立運転時の負荷電圧の定常的なひずみや発振を抑制することができる。
【実施例２】
【００２９】
以下、本発明に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の第２の実施例について説明する。
本実施例では、第１の実施例に係る上記式（３）において、Ｈ（ｓ）を下記式（４）のように定義する。
【数４】
2009106131.tif 000006
【００３０】
図３に本実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図を示す。これは、図１に示した第１の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図に対して、第２のブロック２を追加した構成である。なお、第１のブロック１及び後述する第２のブロック２は図９に示す正弦波発生器１８´の後段に設置される。
【００３１】
第２のブロック２は、図６に示すＡＣフィルタ３におけるコンデンサＣに流れる電流ＩCの検出値を比例ゲインＫ倍して電圧指令値ＶREFに加算するフィードバックを追加した形となっている。
【００３２】
また、言い換えれば、本実施例に係る電圧制御装置は、ＡＣフィルタ３におけるコンデンサＣに流れる電流ＩCの値をコンデンサ電流検出値として検出するコンデンサ電流検出手段と、電流ＩCの値を比例ゲインＫ倍した上で電圧指令値ＶREFに加算するフィードバック手段とを備えている。
【００３３】
入力をＶINV、出力をＶLとしたときの伝達関数をブロック図で表すと図４のように表すことができる。ここで、入力を出力電流ＩOUT、出力をＶLとしたときの伝達関数をＦ''LCとして、Ｆ'''LCを求めるために、図４のブロック図を図５に示すように変形する。図８より、伝達関数をまとめてＦ''LCは下記式（５）のようになる。
【数５】
2009106131.tif 000007
【００３４】
上記式（５）は、ラウスの安定判別法の必要条件を満たしており、さらにラウスの安定判別法の必要十分条件を満たす適切な比例ゲインＫを選択することで、システムを安定させることができる。その結果、ＡＣフィルタ３の共振周波数付近の外乱に起因して発生する自立運転時の負荷電圧の定常的なひずみや発振を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、負荷に電圧を供給する電圧源、並列型瞬低補償装置（系統入力側にＡＣＬを設置した主回路構成の場合を含む）及び無停電電源装置等の自立運転時の負荷電圧の定常的なひずみや発振を抑制する電圧制御方法及び電圧制御装置に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の伝達関数を示した図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の制御ブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の伝達関数を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る電圧制御方法及び電圧制御装置の伝達関数の変形を示した図である。
【図６】ＡＣフィルタ回路を示した図である。
【図７】従来の電圧制御装置の伝達関数を示した図である。
【図８】従来の電圧制御装置のシステム構成例を示した図である。
【図９】従来の電圧制御装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  第１のブロック
２  第２のブロック
３  ＡＣフィルタ
４  インバータ
５  負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009106131.tif 000011
【図５】
2009106131.tif 000012
【図６】
2009106131.tif 000013
【図７】
2009106131.tif 000014
【図８】
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【図９】
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