JP3523017B2

JP3523017B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP3523017B2
Application number: JP15512897A
Authority: JP
Inventors: 和法真田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 2004-04-26
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: JPH114544A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＵＰＳ（無停電
電源装置）などのように、直流を交流に交換する直流／
交流電力変換回路からなる電源と、その電源と商用電源
とを切り換えて負荷へ電力を供給する電源装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図１６は本発明の従来例を示すもので、
例えば特開平４−２８１３４３号公報に示された「電源
系統切換回路を有するインバータ装置」である。図にお
いて、１は直流電圧を安定化させるコンデンサ、２は直
流電圧を交流電圧に変換するインバータ、３はリアクト
ル、４はコンデンサで、このリアクトル３とコンデンサ
４でＬＣフィルタを構成し、１から４でインバータ回路
を構成する。また、６は負荷、７は商用電源、５は系統
切換回路で、商用電源７と負荷６との接続・解放を行う
バイパススイッチ５ａと、インバータ回路と負荷６との
接続・解放を行うインバータスイッチ５ｂとで構成され
る。なお、バイパススイッチ５ａとインバータスイッチ
５ｂは、電気的に開閉するスイッチ（例えばサイリス
タ，トランジスタ等）か、機械的に開閉するスイッチ
（例えばコンタクタ、モータブレーカ等）か、もしくは
それらを並列に接続したスイッチで構成される。

【０００３】また、２０はインバータ２の出力電流を検
出する電流センサ、２１はインバータ回路の出力をフィ
ルタリングしたインバータ電圧を検出する電圧センサ、
２２は商用電源７の電圧を検出する電圧センサである。

【０００４】また、１００番台はインバータ回路の制御
回路部品を表したもので、１００は系統切換回路５と後
述するスイッチ１０４とにオンオフ信号を出力する切換
信号発生器、１０２は電圧センサ２２の出力から系統電
圧の位相情報を検出する位相検出器、１０１は位相情報
に従ってインバータ２の正弦波電圧指令を出力する基準
正弦波発生器、１０３はインバータ電流が過電流値以上
になったときインバータ電流に比例した垂下電圧量を出
力する過電流垂下回路、１０４は切換信号発生器１００
の出力に従って開閉する制御スイッチ、１０５は基準正
弦波発生器１０１の出力正弦波指令から制御スイッチ１
０４の出力を減算する減算器、１０６は減算器１０５の
出力であるインバータ電圧指令から電圧センサ２１で検
出したインバータ電圧を減算する減算器、１０７は減算
器１０５の出力である指令とフィールドバックの電圧偏
差をなくすように動作する電圧制御回路、１０８は電圧
制御回路１０７から出力された補正後のインバータ電圧
指令からインバータ２のスイッチング信号を発生するス
イッチング信号発生器である。

【０００５】図１７はインバータ２から商用電源７に切
り換えるときの切換信号発生器１００の出力信号タイミ
ングチャートである。

【０００６】次に動作について図１７のタイミングチャ
ートを参照しながら説明する。系統切換回路５は、イン
バータ回路が故障したり、インバータ回路の保守を行う
ときに、インバータスイッチ５ｂとバイパススイッチ５
ａとが共にオン状態（以後、ラップ状態という）となり
ながらインバータ２から商用電源７に、商用電源７から
インバータ２に切り換える回路である。ここで、例えば
インバータから商用電源に切り換えるとき、インバータ
スイッチ５ｂのオン状態からバイパススイッチ５ａをオ
ンし、ラップ期間を設けた後、インバータスイッチ５ｂ
をオフする。制御スイッチ１０４はこのラップ期間中オ
ンとなる。なお、このラップ期間は長くて０．５ｓｅｃ
程度に設定される。

【０００７】このラップ期間にインバータ２と商用電圧
７との電圧差が２％あった場合、インバータのリアクト
ル３が２％とすると１００％の電流が商用電源７とイン
バータ２との間で流れてしまい（この電流を以後、横流
という）、負荷６に供給すべき負荷電流が加算されると
インバータ回路の許容電流を越えてしまうことになる。
そこで、ラップ期間中に、横流と負荷電流との和となる
インバータ電流を検出し、これら定格負荷電流値以上に
なると過電流垂下回路１０３から電流量に比例した電圧
調整量を出力しインバータ電圧指令から減算する。この
動作により、インバータ２から所定以上の電流が流れ出
すとそれに比例した正の電圧調整量が出力され、減算器
１０５で正弦波電圧指令から正の電圧補正量が減算され
インバータ電圧指令が小さくなり、その指令通りに電圧
制御回路１０７が動作することで商用電圧とインバータ
電圧との電圧差が少なくなるように動作させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の系統切換回路を
有するインバータ装置は以上のように構成されているの
で、負荷電流と横流との区別がつかないため、軽負荷状
態で切り換えるとラップ状態となった瞬間に定格電流程
度の横流が流れ、負荷が急変したときと同様な歪みが出
力電圧に発生する。また、過電流垂下回路１０３による
リミッタ特性はインバータ電流のピーク付近で動作する
ので、インバータ出力電圧波形が部分的に増減して出力
電圧波形が歪み、また出力電圧が安定し難い。このとき
商用電源系統が弱いと負荷電圧も同じように歪んでしま
い、過電流の境界付近で商用電源７とインバータ２とで
横流のやり取りが発生し、負荷電圧が振動する恐れもあ
る。

【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、商用電源とインバータ回路のラッ
プ状態時に流れる横流をなくし、さらにインバータ回路
と商用電源との負荷移行をスムーズに行い、負荷に安定
した電圧を供給することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る電源装置
は、電圧指令に追従するようその出力電圧を制御する第
１の電源、上記第１の電源と独立した第２の電源、上記
第１の電源と負荷との間に挿入された第１の開閉器、上
記第２の電源と上記負荷との間に挿入された第２の開閉
器、および上記第１および第２の開閉器を所定の期間同
時に閉路させるラップ期間を経て、上記負荷へ電力を供
給する電源を上記第１の電源と第２の電源との相互間で
切り換える電源切換手段を備え、更に、上記負荷の電流
を検出する負荷電流検出手段、上記第１の電源の出力電
流を検出する出力電流検出手段、上記両電流検出手段か
らの偏差を求める減算器、およびこの減算器の出力が零
となるよう上記電圧指令を修正することにより、上記ラ
ップ期間における上記両電源間に流れる横流を抑制する
横流制御手段を備えた電源装置において、上記負荷電流
検出手段と減算器との間に、上記負荷電流検出手段から
の負荷電流検出出力と零出力との切換えを行う負荷電流
切換手段を設け、上記第２の電源から第１の電源への切
換時は、上記第１の開閉器が閉動作するタイミングを検
出し当該タイミングで上記負荷電流切換手段の出力を上
記零出力から上記負荷電流検出出力に切換え、上記第１
の電源から第２の電源への切換時は、上記第２の開閉器
が閉動作するタイミングを検出し当該タイミングで上記
負荷電流切換手段の出力を上記負荷電流検出出力から上
記零出力に切り換えるようにしたものである。

【００１１】また、請求項２に係る電源装置は、請求項
１において、その負荷電流切換手段の負荷電流検出出力
と零出力との相互間の切換えの時間的変化度合を緩和す
る負荷移行手段を備えたものである。

【００１２】また、請求項３に係る電源装置は、請求項
２において、その負荷移行手段における、負荷電流検出
出力から零出力への切換え完了のタイミングで第１の開
閉器を開路し、上記零出力から上記負荷電流検出出力へ
の切換え完了のタイミングで第２の開閉器を開路するよ
うにしたものである。

【００１３】請求項４に係る電源装置は、電圧指令に追
従するようその出力電圧を制御する複数の電源、上記電
源の各々と負荷との間に挿入された開閉器、および上記
各開閉器のいずれかを閉路、他を開路することにより上
記負荷へ電力を供給する上記各電源を切り換える電源切
換手段を備えた電源装置において、上記負荷の電流を検
出する負荷電流検出手段、上記各電源の出力電流を検出
する出力電流検出手段、上記各開閉器への開閉指令から
上記各電源の運転情報を入力し、これら運転情報と上記
負荷電流検出値とから上記各電源が出力すべき分担電流
を検出する分担電流検出手段、上記各電源毎に上記出力
電流検出値と上記分担電流との偏差を求める減算器、こ
の減算器の出力が零となるよう上記電圧指令を修正する
ことにより上記各電源間に流れる横流を抑制する横流制
御手段を備えたものである。

【００１４】また、請求項５に係る電源装置は、請求項
４において、その各電源の装置容量が互いに同一である
場合、分担電流検出手段は、上記各電源の運転情報から
運転状態にある電源運転台数を入力し、負荷電流検出値
を上記電源運転台数で除することにより分担電流を演算
するようにしたものである。

【００１５】また、請求項６に係る電源装置は、請求項
４において、その分担電流検出手段は、各電源の運転情
報から運転状態にあるときはすべての電源の装置容量総
和に対する当該電源の装置容量の比率（分担負荷率）を
出力し運転状態にないときは零出力とするセレクタ、上
記各セレクタの出力和を演算する加算器、上記各セレク
タの出力を上記加算器の出力で除する除算器、および上
記各除算器の出力に負荷電流検出値を乗じて上記各電源
が出力すべき分担電流を作成するかけ算器を備えたもの
である。

【００１６】また、請求項７に係る電源装置は、請求項
４ないし６のいずれかにおいて、その各電源のいずれか
の運転状態に変化が発生し各電源が出力すべき分担電流
が変化する場合、上記分担電流の時間的変化度合を緩和
して減算器へ送出する負荷移行手段を備えたものであ
る。

【００１７】また、請求項８に係る電源装置は、請求項
１ないし７のいずれかにおいて、その電圧指令に追従す
るようその出力電圧を制御する電源を、直流電圧を交流
電圧に変換するインバータ、およびこのインバータの出
力端に接続されたリアクトルとコンデンサとからなるＬ
Ｃフィルタを備えたものとしたものである。

【００１８】また、請求項９に係る電源装置は、請求項
８において、その電源の出力電流検出手段は、インバー
タの出力端の電流を検出するインバータ電流センサ、Ｌ
Ｃフィルタのコンデンサの電圧を検出するコンデンサ電
圧センサ、上記コンデンサの容量と上記コンデンサ電圧
検出値とから上記コンデンサに流れる電流を演算するコ
ンデンサ電流予測器、およびインバータ電流検出値と上
記コンデンサ電流予測値とから上記電源の出力電流を演
算する減算器を備えたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１におけるインバータ装置
の構成を示す図である。図において、１〜７、２０〜２
２、１０１、１０２、１０４、１０６〜１０８は従来と
同等のものであるので、個々の説明は省略する。２３は
第１の電源であるインバータ回路の出力電流を検出する
出力電流検出手段としての電流センサ、２４は負荷６の
電流を検出する負荷電流検出手段としての電流センサ、
１０９は系統切換回路５と制御スイッチ１０４とにオン
オフ指令を出力する切換信号発生器、１１１は電流セン
サ２４からの出力と電流センサ２３からの出力との偏差
を演算する減算器、１１２は減算器１１１の出力が零と
なるよう基準正弦波発生器１０１からの電圧指令を修正
する出力（電圧調整量）を制御スイッチ１０４を介して
加算器１０５へ送出する横流制御手段としての横流制御
回路で、例えば、比例制御要素で構成される。

【００２０】次に動作について説明する。図２は、ラッ
プ期間と各スイッチ５ａ、５ｂ、１０４のＯＮ／ＯＦＦ
動作を示すタイミングチャートで、上段はインバータか
らバイパスへ切り換える場合、下段はバイパスからイン
バータへ切り換える場合を示す。ここでは、制御スイッ
チ１０４はインバータスイッチ５ｂと同期してＯＮ／Ｏ
ＦＦ動作を行う。先ず、インバータからバイパス、即ち
商用電源７へ切り換える場合の動作について説明する。
インバータ２の単独運転中は、インバータスイッチ５ｂ
および制御スイッチ１０４がＯＮ、バイパススイッチ５
ａがＯＦＦであるので、電流センサ２３からの出力と電
流センサ２４からの出力とが等しくなり、横流制御回路
１１２からの電圧調整量は零となっている。ここで、切
換信号発生器１０９からバイパススイッチ５ａにＯＮ指
令が出力されるとバイパススイッチ５ａがＯＮしてラッ
プ期間が開始される。

【００２１】ラップ状態となって、横流、即ち電流セン
サ２３からの出力と電流センサ２４からの出力との間に
偏差が生じると、減算器１１１がこの偏差を横流制御回
路１１２に出力する。横流制御回路１１２では、この偏
差（横流）が零となるように、バイパスから電流が流入
しているときはインバータ２の電圧を上昇させ電流の流
入を防ぐようにプラスの電圧調整量を制御スイッチ１０
４を介して加算器１０５に送出し、逆にバイパスから電
流が流出しているときは、マイナスの電圧調整量を加算
器１０５に送出し、それぞれインバータ２への電圧指令
を修正する。修正された電圧指令に基づきインバータ２
が動作することで、その出力電圧と商用電源７の電圧と
が等しくなり横流が零となる。

【００２２】この場合、横流制御回路１１２は比例制御
要素で構成されているので、上述した電圧指令の修正動
作は速やかに行われる。その後、予め定められたラップ
期間が経過すると、切換信号発生器１０９からインバー
タスイッチ５ｂと制御スイッチ１０４とにＯＦＦ指令が
出力されラップ期間が終了して商用電源７の単独運転へ
の切り換えが完了する。

【００２３】次に、バイパスからインバータへ切り換え
る場合の動作について説明する。商用電源７の単独運転
中は、インバータスイッチ５ｂおよび制御スイッチ１０
４はＯＦＦ、バイパススイッチ５ａはＯＮとなっている
ので、電流センサ２４からの出力がそのまま減算器１１
１の偏差出力となって横流制御回路１１２に入力される
ことになるが、制御スイッチ１０４はＯＦＦ状態となっ
ているので、横流制御回路１１２からの電圧調整量出力
が加算器１０５に送出されることはない。

【００２４】ここで、切換信号発生器１０９からインバ
ータスイッチ５ｂおよび制御スイッチ１０４にＯＮ指令
が出力されると、両スイッチ５ｂ、１０４がＯＮしてラ
ップ期間が開始される。ラップ状態となって、横流が発
生すると、それによる減算器１１１からの偏差出力に基
づき横流制御回路１１２が電圧調整量を出力する。この
場合、制御スイッチ１０４はＯＮとなっているので、電
圧調整量はそのまま加算器１０５に送出され電圧指令を
速やかに修正して横流を抑制する。

【００２５】その後、ラップ期間が経過すると、切換信
号発生器１０９からバイパススイッチ５ａにＯＦＦ指令
が出力されラップ期間が終了してインバータ２の単独運
転への切り換えが完了する。

【００２６】以上のように、この実施の形態１では、ラ
ップ期間でインバータ回路の出力電圧が商用電源７の電
圧に同一になるように制御され、横流や両電源間の振動
現象等のない安定した電源切り換えが達成される。

【００２７】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形態２におけるインバータ装置
の構成を示す図で、全体としては図１の回路と同等であ
るが、インバータ回路の出力電流の検出方式のみが異な
る。従って、以下、この部分を中心に説明する。即ち、
ここでは、インバータ回路の出力電流を直接検出する電
流センサ２３（図１）を特別に設けることなく、インバ
ータ２を構成するスイッチング素子の保護のために必ず
設置されるインバータ２出力端電流を検出する電流セン
サ２０を用いてインバータ回路の出力電流を求めるもの
である。

【００２８】図３において、１１３は電圧センサ２１か
らの出力であるコンデンサ４の電圧Ｖｃとコンデンサ４
の容量Ｃとから下式によりコンデンサ４の電流ｉｃを演
算するコンデンサ電流予測器である。ｉｃ＝Ｃ・（ｄＶ
ｃ／ｄｔ）１１４は電流センサ２０で検出されたインバ
ータ電流からコンデンサ電流予測器１１３で求められた
コンデンサ電流を差し引くことによりインバータ回路の
出力電流を演算する減算器であり、その出力が減算器１
１１に送出される。

【００２９】このように、実施の形態２では、インバー
タ回路出力電流をそれ専用の電流センサ２３を設けるこ
となく求めることができるので、装置が簡便安価となる
利点がある。なお、後段の各実施の形態においては、こ
のインバータ回路出力電流の検出手段に関する限り、こ
の図３の方式を採用しているが、いずれも図１に示した
電流センサ２３から直接求める方式を適用してもよいこ
とは言うまでもない。

【００３０】実施の形態３．先の実施の形態１、２においては、切換信号発生器１０
９から系統切換回路５のインバータスイッチ５ｂへＯＮ
指令を出力すると同時に制御スイッチ１０４へもＯＮ指
令を出力する。即ち、両スイッチ５ｂ、１０４の動作を
同期させている。しかるに、インバータスイッチ５ｂに
コンタクタなどの機械的スイッチを採用した場合には、
ＯＮ指令を受けてから実際に回路が閉路されるまでに数
サイクルの時間がかかり、またその時間も一定しないた
め、両スイッチ５ｂ、１０４が閉路するタイミングが必
ずしも一致しないことが考えられる。

【００３１】例えば制御スイッチ１０４が先に閉路する
と、横流制御回路１１２は減算器１１１から大きな偏差
出力を受けて大きな電圧調整量を制御スイッチ１０４を
経て加算器１０５に送出する。この結果、インバータ２
はその出力電圧を急増して負荷電流を流そうとするが、
インバータスイッチ５ｂが閉路されていないので、コン
デンサ４を充電してその電圧が過大となる。この状態で
インバータスイッチ５ｂが挿入されると商用電源７との
間で大きな電圧差が生じ、大きな横流が流れ出力電圧も
変動する。

【００３２】実施の形態３は、系統切換回路５の実際の
閉路タイミングを検出することにより上記不具合を解消
するもので、図４はそのインバータ装置の構成を示す図
である。図４において、切換信号発生器１１５はバイパ
ススイッチ５ａ、インバータスイッチ５ｂへＯＮ／ＯＦ
Ｆ指令を送出するとともに、両スイッチ５ａ、５ｂが実
際に閉路するタイミングで動作する閉路検出信号を入力
し、これに基づき実際にラップ状態に入ったことを確認
して負荷電流切換信号を出力する。１１６は切換信号発
生器１１５からの負荷電流切換信号に基づき減算器１１
１への信号を切り換える負荷電流切換手段としての切換
器である。

【００３３】次に、図５のタイミングチャートを参照し
て動作を説明する。図５の上段は、インバータからのバ
イパスへの切り換え時で、切換信号発生器１１５からバ
イパススイッチ５ａにＯＮ指令が送出されてラップ期間
の開始となるが、それだけでは負荷電流切換信号は″
Ｈ″レベルを維持しており、従って、切換器１１６は電
流センサ２４からの負荷電流検出値を減算器１１１に送
出し続けている。従って、実質的にインバータ運転の制
御動作が維持される。そして、バイパススイッチ５ａが
実際に閉路すると（図５ではラップ期間として表示した
期間のほぼ中央に位置するタイミングで閉路している）
その閉路検出信号を受けて負荷電流切換信号が″Ｌ″レ
ベルに変化し、切換器１１６は零出力を減算器１１１へ
送出する。これによって、インバータ２は速やかにその
出力を零にし、商用電源７の単独運転に移行する。

【００３４】図５の下段はバイパスからインバータへの
切り換え時で、この場合は、切換信号発生器１１５から
インバータスイッチ５ｂへＯＮ指令が送出された後、実
際にインバータスイッチ５ｂが閉路したタイミングで、
その閉路検出信号を受けて負荷電流切換信号が″Ｌ″レ
ベルから″Ｈ″レベルに変わり、これを受けて切換器１
１６はそれまでの零出力に替えて電流センサ２４からの
負荷電流検出値を減算器１１１へ送出する。従って、こ
の場合も、上述した不具合を発生することなく、商用電
源７からインバータ２への円滑な運転切り換え特性が得
られる。

【００３５】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形態４におけるインバータ装置
の構成を示す図である。以下、前掲形態例と異なる部分
を中心に説明し、共通する部分は適宜説明は省略するも
のとする。ここでは、例えば商用電源７が弱くても、電
圧の変動を伴うことなく円滑な電源切り換えが可能なよ
うに、切り換え時、減算器１１１へ送出する信号出力の
時間的変化度合を緩和する負荷移行手段としての負荷移
行回路１１７を設けている。

【００３６】図７はこの負荷移行回路１１７の内部構成
を示すもので、２００は変化量緩和器で、切換信号発生
器１１５から出力される負荷電流切換信号（″Ｈ″レベ
ルのときは″１″、″Ｌ″レベルのときは″０″）が入
力され、例えば１次フィルタ回路等で構成することによ
り、入力信号の時間的変化度合に対して緩やかに応答し
て信号を出力する。かけ算器２０１は電流センサ２４か
らの負荷電流検出値に変化量緩和器２００からの信号を
乗算しその出力信号を減算器１１１に送出する。

【００３７】図８は切り換え時の動作を示すタイミング
チャートである。全体の動作は実施の形態３の場合と重
複するので説明は省略するが、図８に示すように、変化
量緩和器２００の働きで、減算器１１１に送出される負
荷移行回路１１７の信号出力が先の図５の場合に比較し
て緩やかに変化しており、結果として電源切り換え動作
がより円滑になされ、切り換え時の各部の電圧、電流の
変動が抑制される。

【００３８】実施の形態５．図９はこの発明の実施の形態５におけるインバータ装置
の構成を示すもので、先の図６に示す負荷移行回路１１
７を更に変形した負荷移行回路１１７ａを設けることに
より、ラップ期間を必要最小限の時間で終了するように
している。即ち、例えば、商用電源７からインバータ２
に電源を切り換える場合、ラップ期間内で商用電源７の
電圧に変動や瞬時電圧低下などが発生するとそれに伴う
横流を流さないようにインバータ電圧が変動することに
なるので、その出力電圧が変動することになる。従っ
て、ラップ期間は極力短い時間内に留めるのが望まし
い。図９の負荷移行回路１１７ａはこの目的を解決する
ものである。

【００３９】図１０は負荷移行回路１１７ａの内部構成
を示すもので、図において、２０２は変化量緩和器２０
０の入出力信号を入力し、両信号が一致していないとき
に負荷移行期間信号を出力する比較器である。他は図７
と同様である。図１１はこの場合の動作を示すタイミン
グチャートである。例えば、上段に示すインバータから
バイパスへ切り換える場合について説明すると、先ず、
切換信号発生器１１５からバイパススイッチ５ａにＯＮ
指令が送出されラップ期間がスタートする。バイパスス
イッチ５ａが実際に閉路するとその閉路検出信号を受け
て負荷電流切換信号が″Ｈ″（″１″）レベルから″
Ｌ″（″０″）レベルに立ち下がり、変化量緩和器２０
０によるその緩和出力信号に基づき、緩やかな切り換え
制御が開始される。同時に比較器２０２からの負荷移行
期間信号が立ち上がる。

【００４０】切り換え制御が進行し、変化量緩和器２０
０の出力信号が″Ｌ″（″０″）レベルに達すると比較
器２０２からの負荷移行期間信号は立ち下がる。切換信
号発生器１１５は、この負荷移行期間信号の立ち下がり
のタイミングでインバータスイッチ５ｂにＯＦＦ指令を
送出してラップ期間を直ちに終了させる。このように、
負荷移行完了を待って直ちにラップ期間が解除されるの
で、ラップ期間を切り換えに必要な最小限の時間に留め
ることができる訳である。

【００４１】図１１の下段に示す、商用電源７からイン
バータ２への切り換え時も、上段で説明した動作と基本
的に同様な動作となるので説明は省略するが、ラップ期
間を必要最小限の時間に留めることができる点で同様の
効果を奏する。

【００４２】実施の形態６．図１２はこの発明の実施の形態６におけるインバータ装
置の構成を示すもので、インバータ回路を２台並列運転
するときの構成図である。図において、２５は各インバ
ータ回路の運転情報と電流センサ２４からの負荷電流検
出値とを入力し、インバータ回路１台当たりの分担電流
を算出する分担電流検出手段としての分担電流検出回
路、８ａ、８ｂはインバータ回路で、その内部構成を図
１３に示す。

【００４３】図１３において、回路構成部品は先の図６
と略同一であるが、商用電源電圧の代わりに、他号機の
インバータ回路の出力電圧を検出するため、電圧センサ
２２をインバータスイッチ５の出力側に接続している。
切換信号発生器１１５からインバータスイッチ５に送出
されるＯＮ／ＯＦＦ指令がそのままインバータ回路の運
転情報（ＯＮのときは″１″、ＯＦＦのときは″０″）
として分担電流検出回路２５に送出される。また、分担
電流検出回路２５からの分担電流が負荷移行回路１１７
に送出される。

【００４４】次に、動作について説明する。インバータ
装置は実施の形態４からわかるように、任意の負荷電流
指令に従って商用電源と並列運転ができるから、他の電
源と負荷を分担しながら連続運転することも可能であ
る。このとき、各インバータから出力される運転情報に
よって運転台数を把握し、その台数で負荷電流を除算し
１台当たり流すべき電流を求め、その値を全ての装置に
入力させれば負荷を分担しながら連続運転することがで
きる。図１２の分担電流検出回路２５は、次式で表す処
理を実行して各装置共通の分担電流をそれぞれのインバ
ータ回路８ａ、８ｂに出力する。分担電流＝負荷電流／（運転状態の総和）

【００４５】各インバータ回路では、横流制御回路１１
２が機能し、その出力電流が指令された分担電流に等し
くなるよう、その電圧指令を修正する制御を実行する。
従って、各インバータ回路８ａ、８ｂの運転状態の切り
換え、変化に対応して常に横流の発生を防止して確実な
運転特性を達成する。また、これら運転状態が切り換わ
る過渡時は、負荷移行回路１１７が機能し、分担電流の
時間的変化度合を緩和して円滑な移行制御を実現する。
なお、図１２はインバータ回路２台の場合を示したが、
任意の複数台の場合にも適用できることが言うまでもな
い。

【００４６】実施の形態７．先の実施の形態６は、各インバータ回路の装置容量が互
いに同一の場合で、従って、各インバータ回路に同時に
送出すべき分担電流は常に互いに同一の値でよいが、各
インバータ回路の装置容量が互いに同一でない場合は、
この装置容量の差異を考慮して各機の分担電流を決める
必要がある。この実施の形態７は、装置容量（定格容
量）の違うインバータ回路を並列運転するためのもの
で、その構成を図１４に示す。ここでは、容量が互いに
異なる３台のインバータ回路８ａ、８ｂ、８ｃの並列運
転を行うものとし、各インバータ回路へ送出すべき分担
電流を出力する分担電流検出回路２５ａの内部構成を図
１５に示す。

【００４７】図１５において、セレクタ２１０ａ、ｂ、
ｃはインバータ回路各号機の運転情報を入力し、運転状
態にあるときは当該号機の分担負荷率とし、運転状態に
ないときは零とする信号Ｐｒ_１、Ｐｒ_２、Ｐｒ_３を出力
する。ここで、分担負荷率ｐｒ_１、ｐｒ_２、ｐｒ_３は第
１〜第３号機のインバータ回路の装置容量の総和に対す
る各号機の装置容量の比率を示し、例えば、１号機の定
格容量が２０ＫＶＡ、２号機が５０ＫＶＡ、３号機が３
０ＫＶＡとすると、各号機の分担負荷率は以下の通りに
なる。

【００４８】ｐｒ_１＝２０／（２０＋５０＋３０）＝０．２ｐｒ_２＝５０／（２０＋５０＋３０）＝０．５ｐｒ_３＝３０／（２０＋５０＋３０）＝０．３

【００４９】次に、加算器２１１は各セレクタ２１０
ａ、２１０ｂ、２１０ｃからの出力Ｐｒ_１、Ｐｒ_２、Ｐ
ｒ_３の和を演算する加算器、２１２ａ、２１２ｂ、２１
２ｃは各出力Ｐｒ_１、Ｐｒ_２、Ｐｒ_３を加算器２１１の
出力で除する除算器、２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃは
各除算器２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃからの出力に、
電流センサ２４で検出した負荷電流を乗じるかけ算器で
ある。

【００５０】以上の構成を採用することにより、運転状
態にあるインバータ回路の総定格容量に対する各インバ
ータ回路の定格容量の割合に応じて分担電流を振り分け
るので、定格容量の小さいインバータ回路に過大な負担
がかかる恐れがなく、異容量電源の並列運転を安全確実
に実現することができる。

【００５１】電源台数は任意の台数（ｎ）に適用するこ
とができ、その場合の第１号機の分担電流Ｉ（ｉ）は次
式で求められる。Ｉ（ｉ）＝ｐｒ（ｉ）／（ΣＰｒ（ｉ））・ＩＬここで、ｐｒ（ｉ）は第ｉ号機の分担負荷率、ΣＰｒ
（ｉ）は、図１５に示す第１号機〜第ｎ号機のセレクタ
の出力Ｐｒ_１〜Ｐｒ_ｎの総和、ＩＬは負荷電流検出値で
ある。以上により、異容量の任意の台数のインバータ回
路の並列運転が可能となる。

【００５２】なお、以上の各実施の形態では、インバー
タ回路と商用電源とのラップ動作または、インバータ回
路同士の並列運転時の横流抑制等について説明したが、
この発明は、これらインバータ回路や商用電源に限ら
ず、電圧指令に追従するようにその出力電圧を制御する
任意の形式の電源を含む複数の電源から負荷に電力を供
給する場合に適用することができ、同等の効果を奏す
る。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る電源装置
は、電圧指令に追従するようその出力電圧を制御する第
１の電源、上記第１の電源と独立した第２の電源、上記
第１の電源と負荷との間に挿入された第１の開閉器、上
記第２の電源と上記負荷との間に挿入された第２の開閉
器、および上記第１および第２の開閉器を所定の期間同
時に閉路させるラップ期間を経て、上記負荷へ電力を供
給する電源を上記第１の電源と第２の電源との相互間で
切り換える電源切換手段を備え、更に、上記負荷の電流
を検出する負荷電流検出手段、上記第１の電源の出力電
流を検出する出力電流検出手段、上記両電流検出手段か
らの偏差を求める減算器、およびこの減算器の出力が零
となるよう上記電圧指令を修正することにより、上記ラ
ップ期間における上記両電源間に流れる横流を抑制する
横流制御手段を備えた電源装置において、上記負荷電流
検出手段と減算器との間に、上記負荷電流検出手段から
の負荷電流検出出力と零出力との切換えを行う負荷電流
切換手段を設け、上記第２の電源から第１の電源への切
換時は、上記第１の開閉器が閉動作するタイミングを検
出し当該タイミングで上記負荷電流切換手段の出力を上
記零出力から上記負荷電流検出出力に切換え、上記第１
の電源から第２の電源への切換時は、上記第２の開閉器
が閉動作するタイミングを検出し当該タイミングで上記
負荷電流切換手段の出力を上記負荷電流検出出力から上
記零出力に切り換えるようにしたので、ラップ期間にお
ける第１の電源と第２の電源との間の横流発生を抑制し
て電源間の切り換え動作が円滑になされるとともに、開
閉器の実際の閉路動作タイミングに同期した確実な切り
換え動作が可能となる。

【００５４】また、請求項２に係る電源装置は、その負
荷電流切換手段の負荷電流検出出力と零出力との相互間
の切換えの時間的変化度合を緩和する負荷移行手段を備
えたので、切り換え動作が円滑になされる。

【００５５】また、請求項３に係る電源装置は、その負
荷移行手段における、負荷電流検出出力から零出力への
切換え完了のタイミングで第１の開閉器を開路し、上記
零出力から上記負荷電流検出出力への切換え完了のタイ
ミングで第２の開閉器を開路するようにしたので、ラッ
プ期間を必要最小限に留めることができ、この期間に生
じ得る電圧変動等の不具合が低減される。

【００５６】請求項４に係る電源装置は、電圧指令に追
従するようその出力電圧を制御する複数の電源、上記電
源の各々と負荷との間に挿入された開閉器、および上記
各開閉器のいずれかを閉路、他を開路することにより上
記負荷へ電力を供給する上記各電源を切り換える電源切
換手段を備えた電源装置において、上記負荷の電流を検
出する負荷電流検出手段、上記各電源の出力電流を検出
する出力電流検出手段、上記各開閉器への開閉指令から
上記各電源の運転情報を入力し、これら運転情報と上記
負荷電流検出値とから上記各電源が出力すべき分担電流
を検出する分担電流検出手段、上記各電源毎に上記出力
電流検出値と上記分担電流との偏差を求める減算器、こ
の減算器の出力が零となるよう上記電圧指令を修正する
ことにより上記各電源間に流れる横流を抑制する横流制
御手段を備えたので、複数の電源間の横流発生を抑制し
てその並列運転が円滑になされる。

【００５７】また、請求項５に係る電源装置は、その各
電源の装置容量が互いに同一である場合、分担電流検出
手段は、上記各電源の運転情報から運転状態にある電源
運転台数を入力し、負荷電流検出値を上記電源運転台数
で除することにより分担電流を演算するようにしたの
で、分担電流の検出が容易になされる。

【００５８】また、請求項６に係る電源装置の分担電流
検出手段は、各電源の運転情報から運転状態にあるとき
はすべての電源の装置容量総和に対する当該電源の装置
容量の比率（分担負荷率）を出力し運転状態にないとき
は零出力とするセレクタ、上記各セレクタの出力和を演
算する加算器、上記各セレクタの出力を上記加算器の出
力で除する除算器、および上記各除算器の出力に負荷電
流検出値を乗じて上記各電源が出力すべき分担電流を作
成するかけ算器を備えたので、装置容量の異なる複数電
源の並列運転時の各分担電流の検出が確実になされる。

【００５９】また、請求項７に係る電源装置は、その各
電源のいずれかの運転状態に変化が発生し各電源が出力
すべき分担電流が変化する場合、上記分担電流の時間的
変化度合を緩和して減算器へ送出する負荷移行手段を備
えたので、並列運転される電源が切り換える場合の動作
が円滑になされる。

【００６０】また、請求項８に係る電源装置は、電圧指
令に追従するようその出力電圧を制御する電源を、直流
電圧を交流電圧に変換するインバータ、およびこのイン
バータの出力端に接続されたリアクトルとコンデンサと
からなるＬＣフィルタを備えたものとしたので、インバ
ータを含む電源の並列運転時における横流抑制が確実に
なされる。

【００６１】また、請求項９に係る電源装置における電
源の出力電流検出手段は、インバータの出力端の電流を
検出するインバータ電流センサ、ＬＣフィルタのコンデ
ンサの電圧を検出するコンデンサ電圧センサ、上記コン
デンサの容量と上記コンデンサ電圧検出値とから上記コ
ンデンサに流れる電流を演算するコンデンサ電流予測
器、およびインバータ電流検出値と上記コンデンサ電流
予測値とから上記電源の出力電流を演算する減算器を備
えたので、インバータ電源の出力電流の検出が簡便な構
成で可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１におけるインバータ
装置の構成を示す図である。

【図２】図１のインバータ装置の動作を説明するため
のタイミングチャートである。

【図３】この発明の実施の形態２におけるインバータ
装置の構成を示す図である。

【図４】この発明の実施の形態３におけるインバータ
装置の構成を示す図である。

【図５】図４のインバータ装置の動作を説明するため
のタイミングチャートである。

【図６】この発明の実施の形態４におけるインバータ
装置の構成を示す図である。

【図７】図６の負荷移行回路１１７の内部構成を示す
図である。

【図８】図６のインバータ装置の動作を説明するため
のタイミングチャートである。

【図９】この発明の実施の形態５におけるインバータ
装置の構成を示す図である。

【図１０】図９の負荷移行回路１１７ａの内部構成を
示す図である。

【図１１】図９のインバータ装置の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図１２】この発明の実施の形態６におけるインバー
タ装置の構成を示す図である。

【図１３】図１２のインバータ回路８ａの内部構成を
示す図である。

【図１４】この発明の実施の形態７におけるインバー
タ装置の構成を示す図である。

【図１５】図１４の分担電流検出回路２５ａの内部構
成を示す図である。

【図１６】従来のインバータ装置の構成を示す図であ
る。

【図１７】図１６のインバータ装置の動作を説明する
ためのタイミングチャートである。

【符号の説明】

２インバータ、３リアクトル、４コンデンサ、５
系統切換回路、５ａバイパススイッチ、５ｂイン
バータスイッチ、６負荷、７商用電源、８ａ〜８ｃ
インバータ回路、２０，２３，２４電流センサ、２
１，２２電圧センサ、２５，２５ａ分担電流検出回
路、１０１基準正弦波発生器、１０２位相検出器、
１０４制御スイッチ、１０５加算器、１０６減算
器、１０７電圧制御回路、１１１減算器、１１２
横流制御回路、１１３コンデンサ電流予測器、１１４
減算器、１１５切換信号発生器、１１６切換器、
１１７，１１７ａ負荷移行回路、２００変化量緩和
器、２０１かけ算器、２０２比較器、２１０ａ〜２
１０ｃセレクタ、２１１加算器、２１２ａ〜２１２
ｃ除算器、２１３ａ〜２１３ｃかけ算器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧指令に追従するようその出力電圧を
制御する第１の電源、上記第１の電源と独立した第２の
電源、上記第１の電源と負荷との間に挿入された第１の
開閉器、上記第２の電源と上記負荷との間に挿入された
第２の開閉器、および上記第１および第２の開閉器を所
定の期間同時に閉路させるラップ期間を経て、上記負荷
へ電力を供給する電源を上記第１の電源と第２の電源と
の相互間で切り換える電源切換手段を備え、更に、上記
負荷の電流を検出する負荷電流検出手段、上記第１の電
源の出力電流を検出する出力電流検出手段、上記両電流
検出手段からの偏差を求める減算器、およびこの減算器
の出力が零となるよう上記電圧指令を修正することによ
り、上記ラップ期間における上記両電源間に流れる横流
を抑制する横流制御手段を備えた電源装置において、上記負荷電流検出手段と減算器との間に、上記負荷電流
検出手段からの負荷電流検出出力と零出力との切換えを
行う負荷電流切換手段を設け、上記第２の電源から第１の電源への切換時は、上記第１
の開閉器が閉動作するタイミングを検出し当該タイミン
グで上記負荷電流切換手段の出力を上記零出力から上記
負荷電流検出出力に切換え、上記第１の電源から第２の電源への切換時は、上記第２
の開閉器が閉動作するタイミングを検出し当該タイミン
グで上記負荷電流切換手段の出力を上記負荷電流検出出
力から上記零出力に切り換えるようにしたことを特徴と
する電源装置。
【請求項２】負荷電流切換手段の負荷電流検出出力と
零出力との相互間の切換えの時間的変化度合を緩和する
負荷移行手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
電源装置。
【請求項３】負荷移行手段における、負荷電流検出出
力から零出力への切換え完了のタイミングで第１の開閉
器を開路し、上記零出力から上記負荷電流検出出力への
切換え完了のタイミングで第２の開閉器を開路するよう
にしたことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項４】電圧指令に追従するようその出力電圧を
制御する複数の電源、上記電源の各々と負荷との間に挿
入された開閉器、および上記各開閉器のいずれかを閉
路、他を開路することにより上記負荷へ電力を供給する
上記各電源を切り換える電源切換手段を備えた電源装置
において、上記負荷の電流を検出する負荷電流検出手段、上記各電
源の出力電流を検出する出力電流検出手段、上記各開閉
器への開閉指令から上記各電源の運転情報を入力し、こ
れら運転情報と上記負荷電流検出値とから上記各電源が
出力すべき分担電流を検出する分担電流検出手段、上記
各電源毎に上記出力電流検出値と上記分担電流との偏差
を求める減算器、この減算器の出力が零となるよう上記
電圧指令を修正することにより上記各電源間に流れる横
流を抑制する横流制御手段を備えたことを特徴とする電
源装置。
【請求項５】各電源の装置容量が互いに同一である場
合、分担電流検出手段は、上記各電源の運転情報から運
転状態にある電源運転台数を入力し、負荷電流検出値を
上記電源運転台数で除することにより分担電流を演算す
るようにしたことを特徴とする請求項４記載の電源装
置。
【請求項６】分担電流検出手段は、各電源の運転情報
から運転状態にあるときはすべての電源の装置容量総和
に対する当該電源の装置容量の比率（分担負荷率）を出
力し運転状態にないときは零出力とするセレクタ、上記
各セレクタの出力和を演算する加算器、上記各セレクタ
の出力を上記加算器の出力で除する除算器、および上記
各除算器の出力に負荷電流検出値を乗じて上記各電源が
出力すべき分担電流を作成するかけ算器を備えたことを
特徴とする請求項４記載の電源装置。
【請求項７】各電源のいずれかの運転状態に変化が発
生し各電源が出力すべき分担電流が変化する場合、上記
分担電流の時間的変化度合を緩和して減算器へ送出する
負荷移行手段を備えたことを特徴とする請求項４ないし
６のいずれかに記載の電源装置。
【請求項８】電圧指令に追従するようその出力電圧を
制御する電源を、直流電圧を交流電圧に変換するインバ
ータ、およびこのインバータの出力端に接続されたリア
クトルとコンデンサとからなるＬＣフィルタを備えたも
のとしたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか
に記載の電源装置。
【請求項９】電源の出力電流検出手段は、インバータ
の出力端の電流を検出するインバータ電流センサ、ＬＣ
フィルタのコンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧
センサ、上記コンデンサの容量と上記コンデンサ電圧検
出値とから上記コンデンサに流れる電流を演算するコン
デンサ電流予測器、およびインバータ電流検出値と上記
コンデンサ電流予測値とから上記電源の出力電流を演算
する減算器を備えたことを特徴とする請求項８記載の電
源装置。