JP2009239985A - Power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流出力を得る複数の電力変換器と、バックアップ用の商用交流電源とを共通の出力母線に接続し、各電力変換器が正常なとき各電力変換器を並列運転して共通の出力母線に電力を供給し、前記各電力変換器が故障したとき商用交流電源に切換えて運転して出力母線に電力を供給する電力変換システムに関する。 The present invention connects a plurality of power converters for obtaining an AC output and a commercial AC power supply for backup to a common output bus, and when each power converter is normal, the power converters are operated in parallel to perform a common operation. The present invention relates to a power conversion system that supplies power to an output bus and operates when switched to a commercial AC power source when each of the power converters fails, and supplies power to the output bus.
インバータを使用した無停電電源装置では、大容量化や高信頼性の要求が高まるにつれ、複数台のインバータを並列運転し、かつバックアップとして商用交流電源に無瞬断で切り換えるための切換回路を備えた電力変換システムが増加してきている。 An uninterruptible power supply using an inverter is equipped with a switching circuit for operating multiple inverters in parallel and switching to a commercial AC power source as a backup without interruption as demand for higher capacity and higher reliability increases. Power conversion systems are increasing.
図5は、この一例である特許文献1に記載された内容を説明するためのブロック図である。これは複数の無停電電源装置(USP)2a、2bと、無停電電源装置2a、2bの出力を共通母線7に接続すると共に、共通母線7に切換回路4を介して負荷5に接続し、切換回路4にバックアップとしての商用交流電源(以下バイパス電源と称する)3を接続したものである。
FIG. 5 is a block diagram for explaining the contents described in Patent Document 1 as an example. This connects the uninterruptible power supply (USP) 2a, 2b and the outputs of the
切換回路4は、バイパス電源3及び無停電電源装置2a、2bの出力を切換える切換スイッチ401、402と、バイパス電源3及び無停電電源装置2a、2bの出力周波数の差を検出する周波数差検出回路404とからなっている。
The
なお、無停電電源装置2a、2bは、いずれも交流入力1a、1bをそれぞれ直流に変換するコンバータ2ac、2bcと、各コンバータ2ac、2bcにより変換された直流を交流に変換するインバータ2ai、2biと、図示しない蓄電池等を備えている。
The uninterruptible
このような電力変換システムにおいては、各インバータ2ai、2biの出力電圧の位相を一致させ、各インバータ2ai、2bi間の横流を抑制するとともに、各インバータ2ai、2biの出力電圧の位相とバイパス電源3の位相が一致していることが必要である。
In such a power conversion system, the phases of the output voltages of the inverters 2ai and 2bi are matched to suppress the cross current between the inverters 2ai and 2bi, and the phases of the output voltages of the inverters 2ai and 2bi and the
この条件を満足するものとして、各インバータ2ai、2biの主回路素子制御回路に、図6に示す基準発振器21と、極性判別回路22と、制御量検出回路23と、乗算器24と、加算器25からなる位相一致回路20Bを設けることが考えられる。発振器21は、所定周波数の交流波形を出力する。極性判別回路22は、図5の周波数差検出回路404からの周波数差検出信号6(バイパス電源3の周波数と、インバータの出力周波数の差を検出した信号)を取り込み、これから図7の6bに示すような+(プラス)、−(マイナス)極性を判別する。制御量検出回路23は、図5の周波数差検出回路404からの周波数差検出信号6を取り込み、これから図7の6aに示すようなパルス制御量を検出する。乗算器24は、極性判別回路22の出力(図7の6bに示すもの)と、制御量検出回路23の出力は、極性判別回路22の出力(図7の6aに示すもの)との乗算を行い、極性付き制御量に変換する。加算器25は、乗算器24の出力である極性付き制御量と、発振器21からの交流波形とを加算する。
To satisfy this condition, the main circuit element control circuit of each inverter 2ai, 2bi includes a
このように、図6に示す位相一致回路20Bにより、各インバータ2ai、2biの出力電圧の位相を一致させることができ、また各インバータ2ai、2bi間の横流を抑制するとともに、各インバータ2ai、2biの出力電圧の位相とバイパス電源3の位相を一致させることができる。
前述の図5において、並列運転される無停電電源装置2a、2b内の制御回路、具体的には位相一致回路20Bに対して与える、周波数差検出回路404からの周波数差検出信号6を伝送する信号伝送路8を、電気信号伝送路例えば電線とした場合には、電気信号ノイズが発生し、ノイズ耐量が低下するという問題がある。このノイズ耐量の向上を図るため、信号伝送路8を光信号伝送路例えば光ファイバで構成する場合があるが、光信号伝送路に図7に示す極性信号6bを送信した場合には、連続発光する場合があり、光信号伝送路、これを含む光部品の寿命が短くなるといった問題があった。しかも、極性信号6bを伝送する信号系の異常を検出できず、制御信号系の異常検出を行う際に時間がかかるといった問題があった。
In FIG. 5, the frequency
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、制御信号伝送用の光信号伝送路の寿命を長寿命化でき、また、信号系が異常になった場合でも速やかに異常を検出することができる電力変換システムを得ることを自的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can extend the life of the optical signal transmission path for control signal transmission. Also, even when the signal system becomes abnormal, the abnormality is promptly detected. It is voluntary to obtain a power conversion system that can detect.
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、交流出力を得る複数の電力変換器と、バックアップ用の商用交流電源とを共通の出力母線に接続し、前記各電力変換器が正常なとき前記各電力変換器を並列運転して前記共通の出力母線に電力を供給し、前記各電力変換器が故障したとき前記商用交流電源に切換えて運転して前記出力母線に電力を供給する電力変換システムにおいて、前記商用交流電源の周波数と前記電力変換器の出力周波数を比較し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より高いとき、プラス極性の制御信号を出力し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より低いとき、マイナス極性の制御信号を出力する制御回路と、前記各電力変換器の主回路素子をオンオフ制御する制御回路と前記制御回路との間に配設し、前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号をそれぞれ独立に伝送可能な光信号伝送路と、前記光信号伝送路からの前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号に基づき前記商用交流電源の位相と、前記各電力変換器の出力電圧の位相を一致させるための位相一致回路とを備えたことを特徴とする電力変換システムである。 In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 1 is configured such that a plurality of power converters for obtaining AC output and a commercial AC power source for backup are connected to a common output bus, and each power converter is normal. The power converters are operated in parallel to supply power to the common output bus, and when the power converters fail, they are switched to the commercial AC power source and operated to supply power to the output bus. In the power conversion system, the frequency of the commercial AC power supply and the output frequency of the power converter are compared, and when the frequency of the commercial AC power supply is higher than the output frequency of the power converter, a positive polarity control signal is output, When the frequency of the commercial AC power supply is lower than the output frequency of the power converter, a control circuit that outputs a negative polarity control signal and a control circuit that controls on / off of the main circuit element of each power converter. An optical signal transmission path disposed between the circuit and the control circuit, capable of independently transmitting the positive polarity control signal and the negative polarity control signal, and the positive polarity from the optical signal transmission path. A power conversion system comprising: a phase matching circuit for matching the phase of the commercial AC power supply and the phase of the output voltage of each power converter based on a control signal and the negative polarity control signal is there.
前記目的を達成するため、請求項2に対応する発明は、交流出力を得る複数の電力変換器と、バックアップ用の商用交流電源とを共通の出力母線に接続し、前記各電力変換器が正常なとき前記各電力変換器を並列運転して前記共通の出力母線に電力を供給し、前記各電力変換器が故障したとき前記商用交流電源に切換えて運転して前記出力母線に電力を供給する電力変換システムにおいて、前記商用交流電源の周波数と前記電力変換器の出力周波数を比較し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より高いとき、プラス極性の制御信号を出力し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より低いとき、マイナス極性の制御信号を出力する制御回路と、前記各電力変換器の主回路素子をオンオフ制御する制御回路と前記制御回路との間に配設し、前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号をそれぞれ独立に伝送可能な光信号伝送路と、前記光信号伝送路からの前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号に基づき前記商用交流電源の位相と、前記各電力変換器の出力電圧の位相を一致させるための位相一致回路と、前記プラス極性の制御信号の絶対値と前記マイナス極性の制御信号の絶対値を同時に受信したとき前記制御信号が異常であることを判別する異常検出回路とを備えたことを特徴とする電力変換システムである。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to
本発明によれば、制御信号伝送用の光信号伝送路の寿命を長寿命化でき、また、信号系が異常になった場合でも速やかに異常を検出することができる電力変換システムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lifetime of the optical signal transmission path for control signal transmission can be extended, and even if a signal system becomes abnormal, the power conversion system which can detect abnormality rapidly can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態を説明するための概略構成図であり、図2は本発明の第1の実施形態を説明するためのものであって、図1の位相一致回路20を説明するための図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is for explaining a first embodiment of the present invention, and describes the
本発明の実施形態の前提は、図1に示すように交流出力を得る複数の電力変換器例えば無停電電源装置2a、2bと、バックアップ用の商用交流電源(以下バイパス電源と称する)3と共通の出力母線7に接続し、各無停電電源装置2a、2bが正常なとき各無停電電源装置2a、2bを並列運転して共通の出力母線7に接続されている負荷5に電力を供給し、各無停電電源装置2a、2bが故障したとき切換回路4に有する切換スイッチ401、402によりバイパス電源3に切換えて運転して負荷5に電力を供給する電力変換システムである。
The premise of the embodiment of the present invention is common to a plurality of power converters such as the uninterruptible
なお、無停電電源装置2aは、コンバータ2ac及びインバータ2ai並びに蓄電池(図示せず)と、コンバータ2ac及びインバータ2aiの主回路素子をオンオフ制御する主回路素子制御回路(図示せず)等を備え、また無停電電源装置2bは、コンバータ2bc及びインバータ2bi並びに蓄電池(図示せず)と、コンバータ2bc及びインバータ2biの主回路素子をオンオフ制御する主回路素子制御回路(図示せず)等を備えている。
The
そして、バイパス電源3の周波数と無停電電源装置2a、2bの出力周波数を比較し、バイパス電源3の周波数が無停電電源装置2a、2bの出力周波数より高いとき、図3のプラス極性の制御信号6cを出力し、バイパス電源3の周波数が無停電電源装置2a、2bの出力周波数より低いとき、図3のマイナス極性の制御信号6dを出力する制御回路403(これは切換回路4内に有する)と、無停電電源装置2a、2bのインバータの主回路素子をオンオフ制御する制御回路(図示せず)と制御回路403との間に配設し、プラス極性の制御信号6c及びマイナス極性の制御信号6dをそれぞれ独立に伝送可能な光信号伝送路8c、8dと、光信号伝送路8c、8dからのプラス極性の制御信号6c及びマイナス極性6dの制御信号に基づきバイパス電源3の位相と、無停電電源装置2a、2bのインバータの出力電圧の位相を一致させるためのものであって、図2の基準発振器21と、制御量検出回路23、23aと、加算器25、25aを備えた位相一致回路20を具備している。
Then, the frequency of the
以上述べた本発明の第1の実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。バイパス電源3の周波数が高く、無停電電源装置2a、2bの周波数を高くする必要がある場合は、制御回路403から図3に示す制御信号6cのみが、位相一致回路20の制御量検出回路23aに送信される。また、バイパス電源3の周波数が低く、無停電電源装置2a、2bの周波数を低くする必要がある場合は、制御回路403から図3に示す制御信号6dのみが、位相一致回路20の制御量検出回路23に送信される。
According to the first embodiment of the present invention described above, the following operational effects can be obtained. When the frequency of the
制御量検出回路23a、23が受信した制御量は加算器25aにより、+、一制御量を加味した制御量に変換される。加算器25aにより、変換された制御量は、基準発振器21の出力に加算器25により加減算される。加減算25の出力が無停電電源装置2a、2bの出力周波数26となり、結果として無停電電源装置2a、2bはバイパス電源3に同期した電圧を出力する。本実施形態では上記のような構成を備えているので、制御回路403から光信号を用いた場合でも連続発光となることがなく、光信号伝送路の寿命を損なうことがないといった利点がある。
The control amount received by the control
図4は、本発明の第2の実施形態を説明するためのであり、前述した第1の実施形態に新たに異常検出回路27を追加した点のみが異なる。異常検出回路27は、プラス極性の制御信号6cの絶対値とマイナス極性の制御信号6dの絶対値を同時に受信したとき制御信号6c、6dが異常であることが判別できるものである。
FIG. 4 is for explaining the second embodiment of the present invention, and is different only in that an
本実施形態も第1の実施形態と同一の作用効果が得られるばかりでなく、次のような作用効果も得られる。すなわち、制御信号(制御量)6c、6dは+極性時、一極性時しか制御信号を送信しないので、同時に制御量が出力されることはない。このことから、同時に制御信号(制御量)を受信した場合は、光信号伝送路8c、8dの異常として検出することが可能である。このような構成を備えているので、信号伝送系の異常を早急に検出できるといった利点がある。
This embodiment can obtain not only the same effects as the first embodiment but also the following effects. That is, since the control signals (control amounts) 6c and 6d transmit the control signal only when the polarity is + polarity, the control amount is not output at the same time. Therefore, when a control signal (control amount) is received at the same time, it can be detected as an abnormality in the optical
(変形例)
前述の実施形態において、電力変換器として無停電電源装置を例にあげて説明したが、交流出力が得られる電力変換器なら何でもよい。
(Modification)
In the above-described embodiment, the uninterruptible power supply device has been described as an example of the power converter. However, any power converter that can obtain an AC output may be used.
1a、1b…交流入力、 2a、2b…無停電電源装置、 2ac、2bc…コンバータ、 2ai、2bi…インバータ、 3…商用交流電源(バイパス電源)、 4…切換回路、 5…負荷、 6c、6d…制御信号、 7…出力母線、 8…信号伝送路、 8c、8d…光信号伝送路、 20B…位相一致回路、 20…位相一致回路、 21…基準発振器、 22…極性判別回路、 23…制御量検出回路、 23、23a…制御量検出回路、 24…乗算器、 25…加算器、 25、25a…加算器、 27…異常検出回路、 401、402…切換スイッチ、 403…制御回路、 404…周波数差検出回路。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記商用交流電源の周波数と前記電力変換器の出力周波数を比較し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より高いとき、プラス極性の制御信号を出力し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より低いとき、マイナス極性の制御信号を出力する制御回路と、
前記各電力変換器の主回路素子をオンオフ制御する主回路素子制御回路と前記制御回路との間に配設し、前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号をそれぞれ独立に伝送可能な光信号伝送路と、
前記光信号伝送路からの前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号に基づき前記商用交流電源の位相と、前記各電力変換器の出力電圧の位相を一致させるための位相一致回路と、
を備えたことを特徴とする電力変換システム。 A plurality of power converters for obtaining AC output and a commercial AC power supply for backup are connected to a common output bus, and when the power converters are normal, the power converters are operated in parallel to perform the common output. In the power conversion system for supplying power to the bus and supplying power to the output bus by switching to the commercial AC power source when each of the power converters fails,
The frequency of the commercial AC power supply is compared with the output frequency of the power converter, and when the frequency of the commercial AC power supply is higher than the output frequency of the power converter, a positive polarity control signal is output, and the commercial AC power supply A control circuit for outputting a negative polarity control signal when the frequency is lower than the output frequency of the power converter;
Arranged between the control circuit and the main circuit element control circuit for controlling on / off of the main circuit element of each power converter, the positive polarity control signal and the negative polarity control signal can be transmitted independently. An optical signal transmission line;
A phase matching circuit for matching the phase of the commercial AC power supply based on the positive polarity control signal and the negative polarity control signal from the optical signal transmission line, and the phase of the output voltage of each power converter;
A power conversion system comprising:
前記商用交流電源の周波数と前記電力変換器の出力周波数を比較し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より高いとき、プラス極性の制御信号を出力し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より低いとき、マイナス極性の制御信号を出力する制御回路と、
前記各電力変換器の主回路素子をオンオフ制御する主回路素子制御回路と前記制御回路との間に配設し、前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号をそれぞれ独立に伝送可能な光信号伝送路と、
前記光信号伝送路からの前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号に基づき前記商用交流電源の位相と、前記各電力変換器の出力電圧の位相を一致させるための位相一致回路と、
前記プラス極性の制御信号の絶対値と前記マイナス極性の制御信号の絶対値を同時に受信したとき前記制御信号が異常であることを判別する異常検出回路と、
を備えたことを特徴とする電力変換システム。 A plurality of power converters for obtaining AC output and a commercial AC power supply for backup are connected to a common output bus, and when the power converters are normal, the power converters are operated in parallel to perform the common output. In the power conversion system for supplying power to the bus and supplying power to the output bus by switching to the commercial AC power source when each of the power converters fails,
The frequency of the commercial AC power supply is compared with the output frequency of the power converter, and when the frequency of the commercial AC power supply is higher than the output frequency of the power converter, a positive polarity control signal is output, and the commercial AC power supply A control circuit for outputting a negative polarity control signal when the frequency is lower than the output frequency of the power converter;
Arranged between the control circuit and the main circuit element control circuit for controlling on / off of the main circuit element of each power converter, the positive polarity control signal and the negative polarity control signal can be transmitted independently. An optical signal transmission line;
A phase matching circuit for matching the phase of the commercial AC power source based on the positive polarity control signal and the negative polarity control signal from the optical signal transmission line, and the phase of the output voltage of each power converter;
An abnormality detection circuit that determines that the control signal is abnormal when the absolute value of the positive polarity control signal and the absolute value of the negative polarity control signal are received simultaneously;
A power conversion system comprising:
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