JP4035757B2

JP4035757B2 - Power supply system by parallel operation of power converter

Info

Publication number: JP4035757B2
Application number: JP2001119301A
Authority: JP
Inventors: 聡稲荷田; 瑛一豊田; 清仲田; 哲堀江; 寛之小澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: JP2002315196A

Description

【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply system that is constituted by semiconductor elements and obtains AC power from a DC power supply and that operates in parallel, and particularly relates to a technique for balancing output power of the power converter.
[0002]
[Prior art]
As this kind of technology, JP-A-9-149653 describes a parallel operation of power converters. In this publication, a plurality of power converters are connected in parallel, and one of them controls the output voltage, and the remaining power converters have a current divided by the number of power converters connected in parallel. The parallel operation system of the power converter which controls to output is described.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The technology described in the above publication is applied to a power supply system that supplies power to a plurality of loads that are distributed and distributed via an AC bus from a plurality of power conversion devices that are distributed and distributed like a railway vehicle and a large production line. In order to apply, it is necessary to detect the current of each load device and calculate the sum of the load currents. Therefore, detection means for detecting the current of each load, and information related to the detected load current are transmitted. Means for calculating the total load current, means for detecting the operating power converter, transmission means for transmitting the calculated total load current and the number of operating power converters to each power converter. Newly needed.
[0004]
The problem of the present invention is that, even in a system in which a plurality of power conversion devices and a plurality of load devices are distributed, the output of the power conversion device can be obtained without requiring a current detection means of the load device and a complicated transmission device. An object of the present invention is to provide a power supply system by parallel operation of power converters suitable for balancing.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a first power conversion device that is connected to an AC bus and adjusts the AC bus voltage according to an AC current supplied to the AC bus, and connected to the AC bus and according to the voltage of the AC bus In the power supply system based on the parallel operation of the power conversion device composed of the second power conversion device that adjusts the output current, the first power conversion device is based on a first function having the AC current supplied to the AC bus as a variable. And the second power converter includes a means for controlling an alternating current supplied to the alternating current bus based on a second function having the alternating current bus voltage as a variable. The function and the second function are inversely related to each other.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a power supply system by parallel operation of the power conversion device of the present invention. The power supply system of the present embodiment includes an AC bus 4, power converters 1, 2, 22 connected to the AC bus 4, and a load that obtains AC power from the power converters 1, 2, 22 through the AC bus 4. It is composed of devices 31, 32, 33, and 34, and one of the three power conversion devices is an example of the voltage control mode, and two are examples of the current control mode.
In FIG. 1, the power conversion device 1 controls the voltage V0 of the AC bus 4 based on a function f (I1) having the output current I1 as a variable. On the other hand, the power converters 21 and 22 respectively control the output currents I21 and I22 supplied to the AC bus based on a function g (V0) having the voltage V0 of the AC bus 4 as a variable. At this time, f (I1) and g (V0) are inversely related to each other, that is,
g ~ ¹ (x) = f (x) (1)
F (x) and g (x) are determined so that
When the output current of the power converter 1 is I1, the voltage V0 of the AC bus 4 is
V0 = f (I1) (2)
Controlled.
On the other hand, power converters 21 and 22 have I21 = g (V0) (3) based on voltage V0 of the AC bus.
I22 = g (V0) (4)
Is supplied to the AC bus 4.
Substituting equation (2) into equations (3) and (4),
I21 = g (f (I1)) (5)
I22 = g (f (I1)) (6)
Get.
Here, since g (x) and f (x) are inverse functions, from equations (5) and (6),
I21 = I1 (7)
I22 = I1 (8)
Thus, the output current and power of the three power converters can be balanced.
[0007]
Here, as an example of the functions f (x) and g (x),
f (x) = kx + V00 (9)
g (x) = (x−V00) / k (10)
The case will be described.
Assuming that the current of the power conversion device 1 is I1, the voltage V0 of the AC bus 4 is obtained from the equation (9):
V0 = kI1 + V00 (11)
Controlled.
On the other hand, the output currents I21 and I22 of the power conversion devices 21 and 22 are I21 = (V0−V00) / k (12) from the equation (10), respectively.
I22 = (V0−V00) / k (13)
Controlled.
Substituting equation (11) into equations (12) and (13),
I21 = (kI1 + V00−V00) / k = I1 (14)
I22 = (kI1 + V00−V00) / k = I1 (15)
Thus, the output currents of the three power converters match.
In the embodiment of FIG. 1, the configuration of three power conversion devices and four load devices has been described. However, if there are two or more power conversion devices and one or more load devices, what are the power conversion devices and load devices? The same effect can be obtained even with a table. Of course, there may be two or more voltage control mode converters.
[0008]
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in that an overall control device 70 that gives an operation command to the power converters 1, 2, 22, and monitors the operating status of the power converters 1, 22, 22, The circuit breakers 11, 121, 122 are provided between the power converters 1, 2, 22 and the AC bus 4.
The overall control device 70 gives to the power conversion devices 1, 2, 22 a command to operate in the mode for controlling the on / off command and the AC bus voltage or the mode for controlling the output current. On the other hand, the power conversion devices 1, 2, 22 output whether or not they are operating to the overall control device 70.
In FIG. 2, when a power converter device stops, the power converter device stopped as needed is cut off from an AC bus by a corresponding circuit breaker. In addition, when the power converter operating in the mode for controlling the AC bus voltage stops, the operation mode of one of the power converters operating in the mode for controlling the output current is changed to the AC bus voltage. Switch to the control mode.
For example, when the power converter 1 is stopped in a state where the power converter 1 is operated in the AC bus voltage control mode and the power converters 21 and 22 are operated in the output current control mode, the circuit breaker 11 Disconnect from AC bus 4 and switch any one of power converters 21 or 22 to AC bus voltage control mode. Here, the case where the operation mode of the power converter 21 is switched will be described.
In this case, the AC bus voltage is V0 = kI21 + V00 (16) from equation (9).
On the other hand, the output current of the power converter 22 is I22 = (V0−V00) / k (17) from the equation (10).
It becomes. From Expressions (16) and (17), I22 = (kI21 + V00−V00) / k = I21 (18)
Is established, and the operation can be continued in a state where the outputs of the power converter are balanced.
In the embodiment of FIG. 2, the case where one power conversion device is stopped in the configuration of three power conversion devices and four load devices has been described, but the same effect is obtained regardless of the number of power conversion devices and load devices. It is done.
[0009]
In the above-described embodiment, the case where the voltage and current are scalar quantities has been described as an example. However, the present invention is effective even when the voltage and current quantities are vector quantities having AC amplitude and phase information. Further, although the present invention has been described on the subject of an AC power supply system, it goes without saying that the present invention can be easily applied to a DC power supply system.
[0010]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, each power conversion device balances the output of each power conversion device without requiring information such as the sum of load currents and the number of power conversion devices in operation. Therefore, even in a system in which a plurality of power conversion devices and a plurality of load devices are distributed, parallel operation of the power conversion devices can be realized without requiring a complicated transmission device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of a power supply system by parallel operation of the power conversion device of the present invention. FIG. 2 shows another embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power converter which controls the voltage of an alternating current bus, 21,22 ... Power converter which controls output current according to the voltage of an alternating current bus, 31, 32, 33, 34 ... AC load, 4 ... AC bus, 70 ... General control device, 11, 121, 122 ... Breaker

Claims

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。 A first power converter connected to the AC bus and adjusting the AC bus voltage according to the AC current supplied to the AC bus, and connected to the AC bus and outputs an output current according to the voltage of the AC bus. In the power supply system by the parallel operation of the power converter composed of the second power converter to be adjusted,
The first power converter is configured to control a voltage of the AC bus based on a first function having an AC current supplied to the AC bus as a variable, and the second power converter includes the AC Means for controlling the alternating current supplied to the alternating current bus based on a second function with the bus voltage as a variable;
The power system according to the parallel operation of the power conversion device, wherein the first function and the second function are in an inverse function relationship with each other.