JP5099873B2 - インバータ電流制限制御 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換スイッチング素子で構成され直流電源を交流電源に変換するインバータである補助電源装置を複数台並列接続する並列システムにおいて、同一の負荷に対し独立した制御によりそれぞれ給電する車両用補助電源装置に関する。

図１は複数の補助電源装置を接続した並列システムの実施例である。補助電源装置は、入力電源１に直列に接続された入力接触器２、突入電流を防止するための充電抵抗器３および充電抵抗器短落用接触器４、入力フィルタリアクトル５、入力電源１への逆流防止用の逆流防止素子６、入力電源１の停電時の保障用コンデンサ７からなる入力回路と、該保障用コンデンサ７の電荷を放電するための放電抵抗器８、放電接触器９からなる放電回路と、電力変換スイッチング素子１０、インバータ電流１４を平滑するための出力フィルタリアクトル１１と出力フィルタコンデンサ１２、出力電流１５を負荷１６に出力するための出力接触器１３からなる出力回路から構成される。

同じ構成をした複数の補助電源装置は負荷１６に対し出力電流１５のバランスを取りそれぞれ同じ電力を給電するよう独立した制御を行う。

並列システムでは補助電源装置が負荷１６に対して複数接続されており、補助電源装置の一部に故障などが発生し出力を停止した場合でも、停止した補助電源装置の出力接触器１３を瞬時に開放することにより、他の補助電源装置により無停電で負荷への給電を継続することが可能なシステムである。

しかし、補助電源装置によってそれぞれ電圧制御や電流制御などの異なる制御方式をおこなっている並列システムでは、電圧制御を担う補助電源装置が停止し並列システムが電流制御の補助電源装置のみにより構成される場合、出力電圧が変動し負荷１６を破損する可能性がある。そこで、各補助電源装置がそれぞれ電圧制御を行うことで、故障停止する補助電源装置によらず、出力容量の許容する限り無停電で給電を継続する並列システムが実用化されるようになっている。
特許公開平１０−９４２５９号公報

各補助電源装置がそれぞれ電圧制御を行う場合、補助電源装置間の横流を検出するなどして出力容量のバランスを均等化するが、起動時などでは各補助電源装置の出力電圧の位相が異なるため大きな横流が発生する。起動時の位相同期方法としては、各補助電源装置に対し同時に起動指令を与えるなどの手法を取るが、完全な同期を図ることは困難であり、高速な位相同期制御が必要である。

しかし、列車情報装置などの伝送を用いて横流などから同期制御を行う場合、横流の検出は伝送速度や周期などに依存するため検出に遅れが生じ、位相の同期が遅れることにより負荷に対して過電流が生じる問題点がある。

請求項１に係る発明は、それぞれ位相同期制御を行う複数の補助電源装置の出力を接続した並列システムにおいて、検出したインバータ電流を座標変換することで、インバータ電流の有効分および無効分を求める。インバータ電流の有効分および無効分が設定した任意の条件に達した場合、その値に応じて位相同期制御を含む出力電圧指令値を増減させることにより、位相同期制御を継続しつつ出力制御指令を制限することを特徴とする。

それぞれ電圧制御を行う複数の補助電源装置によって構成される並列システムにおいて、起動時などに各補助電源装置の電圧位相が異なった場合において、同期制御の遅れによる過電流を防止し負荷に対して給電を継続することが可能である。

出力制御や保護検出等の目的で取り付けられている検出器でインバータ電流を検出し、座標変換を行い回転座標に変換する。インバータ電流の有効分および無効分のそれぞれにリミッタ値を設け、リミッタ値を超えた場合その値に応じて出力電圧指令を低減させることにより、負荷に流れる電流を安全なレベルに抑える。そのとき、横流による位相補正は継続して行うことにより各補助電源装置の位相を同期させる。

図２において、有効および無効分のフィードバック系制御指令は、出力電圧指令値および出力電圧、出力電流、横流のフィードバック値から求められる並列制御要素を含む出力電圧制御指令を回転座標系に変換したものであり、３相インバータ電流は静止座標から回転座標へ座標変換することにより、有効電流と無効電流に変換される。

インバータ電流の回転座標系有効電流および無効電流がリミッタ上限を超えた場合、任意の制御ゲインＧを掛けた値によりフィードバック系制御指令を減衰させ、インバータ電流の回転座標系有効電流および無効電流がリミッタ下限を下回った場合、任意の制御ゲインＧを掛けた値によりフィードバック系制御指令を増幅させる。

インバータ電流の回転座標系有効電流のリミッタ下限は０アンペア未満の任意の値とし、上限はインバータ電流有効分の定格値以上の任意の値とする。インバータ電流の回転座標系無効電流のリミッタは、上限下限共に０アンペアでない任意の値とする。

このようにインバータ電流値に応じて出力制御指令を増減させることで、横流制御などにより各補助電源装置の位相が同期するまで、出力電圧値を低減させ負荷に出力過電流が流れることを防ぎ、並列同期運転を可能とする。

図３において、有効および無効分のフィードバック系制御指令は、出力電圧指令値および出力電圧、出力電流、横流などフィードバック値から求められる並列制御要素を含む出力電圧制御指令を回転座標系に変換したものであり、３相インバータ電流は静止座標から回転座標へ座標変換することにより、有効電流と無効電流に変換される。

車両用補助電源装置は負荷１６に対する突入電流防止として、インバータ起動時は出力電圧を０ボルトから徐々に高くしてゆき、定格出力電圧に達するようソフトスタートを行う。そのため、並列運転の有無に関わらず定格出力電圧に達するまではインバータ電流の有効分は過渡的に変動する。

そこでソフトスタート時のリミッタ値を出力電圧に合わせて（式１）のように設定することで、ソフトスタート時の出力電圧定格値までの立ち上がり遅れを低減することが可能である。（式１）においてＬｓは有効分または無効分のインバータ電流のリミッタ値、Ｌは定格出力時の有効分または無効分のインバータ電流のリミット値、Ｖｃｓはソフトスタート中の出力電圧指令値であり、Ｖｃｒは定格出力時の電圧指令値である。ただし、Ｖｃｓはインバータ電流制限や出力電圧、出力電流フィードバックによる制御項を含まないものとする。
Ｌｓ＝Ｌ×Ｖｃｓ／Ｖｃｒ ――――（式１）

ＶｃｓがＶｃｒに対して小さい時はインバータ電流も小さくなるため、リミッタ値Ｌｓの絶対値を小さく設定することにより、インバータ電流の回転座標系有効電流および無効電流が出力電圧値に応じたリミッタ値にて、フィードバック系指令値を増減する量を低減し、定格出力電圧に達するまでの時間を短縮することが可能である。

複数の補助電源装置を接続した並列システムの実施例を示した説明図である。 インバータ電流制限制御の演算方法を示した説明図である。（実施例１） インバータ電流制限制御の演算方法を示した説明図である。（実施例２）

符号の説明

１ 入力電源
２ 入力接触器
３ 充電抵抗器
４ 充電抵抗器短絡用接触器
５ 入力フィルタリアクトル
６ 逆流防止素子
７ 入力電源停電時の保障用コンデンサ
８ 放電抵抗器
９ 放電接触器
１０ 電力変換スイッチング素子（インバータ）
１１ 出力フィルタリアクトル
１２ 出力フィルタコンデンサ
１３ 出力接触器
１４ インバータ電流
１５ 出力電流
１６ 負荷

Claims (1)

1. 同一負荷に並列に接続され、互いに他機の出力電流情報を取り込むように接続され、自機の出力電流位相を他機と一致するように電圧位相を調整する（それぞれ位相同期制御を行う）車両用補助電源装置において、自機出力電圧の有効分（電圧位相と同相）と無効分（電圧位相と90°ズレた成分）のそれぞれに（式１）Ｌｓ＝Ｌ×Ｖｃｓ／Ｖｃｒ、 ただし、
   Ｌｓは有効分または無効分のインバータ電流のリミッタ値、
   Ｌは定格出力時の有効分または無効分のインバータ電流のリミット値、
   Ｖｃｓはソフトスタート中の出力電圧指令値、Ｖｃｒは定格出力時の電圧指令値、
   該Ｖｃｓはインバータ電流制限や出力電圧、出力電流フィードバックによる制御項を含まないものとしたことに基づく、ソフトスタート条件を加味したリミッタを設けたことを特徴とするインバータ電流制限制御方式。
   

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