JPH07177748A - 系統連系用インバータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】インバータが交流系統と連系して交流系統と電
力の授受を行なっている際に交流系統との連系が途絶え
た場合にも、インバータ単独で負荷に安定した電力を供
給し続けることのできる制御装置を得ることにある。 【構成】有効無効電流基準発生器101 、位相検出器103
、有効無効電流検出器104 、電流制御回路105 、ゲー
ト制御回路106 、周波数検出器107 、有効無効電圧検出
器108 、電圧振幅検出回路109 、加算回路110 、周波数
基準発生器122 、周波数補正演算回路131 、電圧振幅補
正演算回路132 、電圧振幅基準発生回路133、電圧制御
回路145 、スイッチ回路146 を具備し、101 からの有効
電流基準信号と、電圧振幅補正演算回路132 からの電圧
振幅補正信号とを加算し有効電流補正基準信号として10
5 に出力すると共に、101 からの無効電流基準信号と周
波数補正信号とを加算し無効電流補正基準信号として10
5 に出力する加算回路110 で構成したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流系統と連系して交
流系統と電力の授受を行うインバ―タの制御装置に係
り、交流系統との連系が途絶えた場合にもインバ―タ単
独で負荷に電力を供給し続けることを目的とする系統連
系用インバ―タの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池や二次電池等の直流電源や整流
器などの直流電源の電力を負荷に供給したり、あるい
は、これら直流電源と交流系統との間で電力の授受を行
う目的で系統連系用インバータが用いられる。

【０００３】図９は、この種の従来の系統連系用インバ
ータの制御装置の一例を示す図であり、電圧型自励式イ
ンバータ１０とインバータ制御装置１００からなってい
る。電圧型自励式インバータ１０は、後述するインバー
タ主回路１と直流コンデンサ２と変圧器３から構成さ
れ、インバータ主回路１は、可制御整流素子ＧＵ、Ｇ
Ｖ、ＧＷ、ＧＸ、ＧＹ、ＧＺと整流素子ＤＵ、ＤＶ、Ｄ
Ｗ、ＤＸ、ＤＹ、ＤＺを有している。可制御整流素子Ｇ
Ｕ、ＧＶ、ＧＷ、ＧＸ、ＧＹ、ＧＺとしては、ＧＴＯ
（ゲートターンオフサイリスタ）、電力用トランジス
タ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、
ＳＩ（静電誘導型）サイリスタ等の自己消弧能力のある
素子が用いられる。電圧型自励式インバータ１０は、連
系遮断器５を介して３相交流系統６と連系すると共に負
荷７に接続されている。

【０００４】インバータ制御装置１００は、有効無効電
流基準発生器１０１と、位相検出器１０３と、有効無効
電流検出器１０４と、電流制御回路１０５と、ゲート制
御回路１０６と、またはホールＣＴ２０１、２０２及び
２０３から構成されている。

【０００５】インバータ主回路１は、各可制御整流素子
ＧＵ、ＧＶ、ＧＷ、ＧＸ、ＧＹ、ＧＺの通電期間を変化
させることにより、インバータ主回路１の３相の出力電
圧を制御することができる。インバータ主回路１の３相
の出力電圧の位相と振幅を、交流系統６の系統電圧Ｖ
Ｒ、ＶＳ、ＶＴの位相と振幅に応じて調整することによ
り、変圧器３のインピーダンスを介して交流系統６と授
受する電流を制御する。

【０００６】この電流制御により、インバータ１０は、
直流電圧源４の直流電力を有効電力に変換してあるいは
有効電力を直流電力に変換して、連系遮断器５を介して
交流系統６と有効電力を授受すると共に、無効電力を供
給する。同様に、インバータ１０は、負荷７にも有効電
力と無効電力を供給する。

【０００７】インバータ１０の電流制御はインバータ制
御装置１００で以下のように行われる。位相検出器１０
３は３相交流系統６の系統電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴの系統
電圧位相を位相信号θとして、連系遮断器５のインバー
タ１０側で検出する。

【０００８】有効無効電流検出器１０４はホールＣＴ２
０１、２０２及び２０３で検出されるインバータ出力交
流電流ｉＲ、ｉＳ及びｉＴから有効電流成分と無効電流
成分を各々有効電流検出信号ｉｑと無効電流検出信号ｉ
ｄとして検出する。

【０００９】電流制御回路１０５は、有効無効電流検出
器１０４からの有効電流検出信号ｉｑと無効電流検出信
号ｉｄとが有効無効電流基準発生器１０１からの有効電
流基準信号ｉｑｃと無効電流基準信号ｉｄｃとに等しく
なるよう、インバータ主回路１の３相の出力電圧を決定
するインバータ出力電圧基準信号ＶＲｃ、ＶＳｃ、ＶＴ
ｃを算出する。このインバータ出力電圧基準信号ＶＲ
ｃ、ＶＳｃ、ＶＴｃの算出では、交流系統６の系統電圧
ＶＲ、ＶＳ、ＶＴの位相に対してインバータ出力電圧位
相を決定するため、位相検出器１０３で検出される系統
電圧位相である位相信号θを使用する。

【００１０】ゲート制御回路１０６はインバータ出力電
圧基準信号ＶＲｃ、ＶＳｃ、ＶＴｃとゲート制御回路１
０６内部で作る三角波搬送信号とを比較して、インバー
タ主回路１を構成する可制御整流素子ＧＵ、ＧＶ、Ｇ
Ｗ、ＧＸ、ＧＹ、ＧＺの通電期間を決定するゲート信号
を出力する。

【００１１】上記で説明した図９の系統連系用インバー
タとその制御装置の動作の詳細については、以下に述べ
る文献に記載されているので、ここではその説明は省略
する。

【００１２】文献： Shun-ichi Hirose et al “Applic
ation of a digital instantaneouscurrent control fo
r static induction thyristor converters in the uti
lity line ”,PCIM Proceeding,pp343-349,Dec.8,1988
in Japanに一例が開示されている。

【００１３】また、ゲート制御回路１０６の動作につい
ては、 文献：電気学会 半導体電力変換方式調査専門委員会編
「半導体電力変換回路」頁１０８から頁１１２、社団法
人 電気学会、１９８７年３月３１日にＰＷＭ制御とし
て開示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図９の従来の系統連系
用インバータの制御装置には次のような不具合がある。
すなわち、交流系統６に故障等が発生し連系遮断器５が
開いた場合、インバータ１０は交流系統６と電力の授受
ができなくなると共に、交流系統６の交流電圧の位相が
検出できなくなるため、インバータ出力交流電流ｉＲ、
ｉＳおよびｉＴから検出される有効電流検出信号ｉｑお
よび無効電流検出信号ｉｄが、有効無効電流基準発生器
１０１からの有効電流基準信号ｉｑｃおよび無効電流基
準信号ｉｄｃ通りに、出力できなくなる。この結果、イ
ンバータ１０の出力電圧と周波数が増加、あるいは、減
少して負荷７に電力を適正に供給できなくなることか
ら、インバータ１０の運転を止めざるを得ないという不
具合がある。

【００１５】従来このような不具合を解決するため、有
効無効電圧検出器１０８、有効無効電圧基準発生器１４
１、電圧制御回路１４５、スイッチ回路１４６を設けた
ものがある。スイッチ回路１４６は、後述する電圧制御
回路１４５と電流制御回路１０５からの信号を入力可能
であり、連系遮断器５の開放信号（インバータが系統連
系状態から単独運転状態に移行したとき得られる）が入
力されたとき、入力を電流制御回路１０５側から電圧制
御回路１４５側に切替える。

【００１６】有効無効電圧基準発生器１４１は、有効電
圧基準信号ｉｑｃおよび無効電圧基準信号ｉｄｃを発生
する。有効無効電圧検出器１０８は、インバータ１０の
出力交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴから有効電圧成分と無効
電圧成分を各々有効電圧検出信号ｖｑと無効電圧検出信
号ｖｄとして検出する。

【００１７】電圧制御回路１４５は、有効無効電圧検出
器１０８からの有効電圧検出信号ｖｑと無効電圧検出信
号ｖｄとが有効無効電圧基準発生器１４１からの有効電
圧基準信号ｖｑｃと無効電圧基準信号ｖｄｃにそれぞれ
等しくなるように、インバータ１０の主回路１の３相の
出力電圧を決定するインバータ出力電圧基準信号ＶＲ
Ｖ，ＶＳＶ，ＶＴＶを算出する。

【００１８】このような構成のものにおいて、インバー
タ１０が系統連系状態から単独運転状態へ移行すると、
スイッチ回路１４６は連系遮断器５の開放信号を受け
る。すると、スイッチ回路１４６の入力は電流制御回路
１０５側から、電圧制御回路１４５に切替えられると共
に、位相検出器１０３の出力する位相信号θが固定され
る。この結果、連系状態から単独運転状態に安定に移行
することができる。

【００１９】しかしながら、図９のような系統連系用イ
ンバータとその制御装置の動作では、連系遮断器５の開
放とともにインバータ１０は該連系遮断器の開放信号を
受取り、電流制御から電圧制御への移行がただちに行な
われるという前提がある。これにより、不具合が生じる
場合がある。すなわち、連系遮断器５の開放信号の受信
が実際の連系遮断器５の開放時間より遅延した場合、イ
ンバータ１０は、電流制御を継続する。従って、インバ
ータ１０の出力電圧がインバータ１０の出力電流と負荷
７のインピーダンスに依存して決定されるために、負荷
に対する過電圧、あるいは低電圧を生じさせ、運転を停
止せざるを得ない事態に至る場合である。

【００２０】本発明は従来例のもつ不具合を解決するた
めになされたもので、インバータが交流系統と連系して
交流系統と電力の授受を行なっている際に交流系統との
連系が途絶えた場合にも、インバータ単独で負荷に安定
した電力を供給し続けることのできる系統連系用インバ
―タの制御装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１に対応する発明は、交流系統から系統連系遮
断器を介して負荷に交流電圧を供給し、また前記交流系
統に連系され、直流電源からの直流電力を交流電力に変
換して前記負荷および前記交流系統に有効電力あるいは
無効電力を授受する系統連系用インバータにおいて、有
効電流基準信号及び無効電流基準信号を発生する有効無
効電流基準発生手段と、有効電圧基準信号及び無効電圧
基準信号を発生する有効無効電圧基準発生手段と、前記
インバータの出力電流の有効電流成分および無効電流成
分を各々有効電流信号および無効電流信号として出力す
る有効無効電流検出手段と、前記インバータの出力電圧
の有効電圧成分および無効電圧成分を各々有効電圧信号
および無効電圧信号として出力する有効無効電圧検出手
段と、前記交流電圧の位相を検出し位相信号として出力
する位相検出手段と、前記有効電流信号を前記有効電流
基準信号に等しくするよう制御すると共に前記無効電流
信号を前記無効電流基準信号に等しくするよう制御して
前記インバータの出力電圧基準信号を出力する電流制御
手段と、前記有効電圧信号を前記有効電圧基準信号に等
しくするよう制御すると共に前記無効電圧信号を前記無
効電圧基準信号に等しくするよう制御して前記インバー
タの出力電圧基準信号を出力する電圧制御手段と、前記
電流制御手段と前記電圧制御手段からの出力のいずれか
に切替え可能であって、前記系統連系遮断器が開放され
たとき、前記電流制御手段から前記電圧制御手段に切替
える切替え手段と、前記電流制御手段または前記電圧制
御手段からの前記インバータの出力電圧基準信号と前記
位相信号により前記インバータを構成している素子の通
電期間を決定するゲート制御手段と、前記交流電圧の周
波数を検出し周波数信号として出力する周波数検出手段
と、前記交流電圧の振幅を検出し電圧振幅信号として出
力する電圧振幅検出手段と、周波数基準信号を出力する
周波数基準発生手段と、電圧振幅基準信号を出力する電
圧振幅基準発生手段と、前記周波数基準信号と前記周波
数信号との偏差分から周波数補正信号を出力する周波数
補正演算手段と、前記電圧振幅基準信号と前記電圧振幅
信号との偏差分から電圧振幅補正信号を出力する電圧振
幅補正演算手段と、前記有効電流基準信号と前記電圧振
幅補正信号とを加算し有効電流補正基準信号として前記
電流制御手段に出力すると共に、前記無効電流基準信号
と前記周波数補正信号とを加算し無効電流補正基準信号
として前記電流制御手段に出力する加算手段と、を具備
した系統連系用インバータの制御装置である。

【００２２】上記目的を達成するための請求項２に対応
する発明は、交流系統から系統連系遮断器を介して負荷
に交流電圧を供給し、また前記交流系統に連系され、直
流電源からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷お
よび前記交流系統に有効電力あるいは無効電力を授受す
る系統連系用インバータにおいて、有効電流基準信号及
び無効電流基準信号を発生する有効無効電流基準発生手
段と、有効電圧基準信号及び無効電圧基準信号を発生す
る有効無効電圧基準発生手段と、前記インバータの出力
電流の有効電流成分および無効電流成分を各々有効電流
信号および無効電流信号として出力する有効無効電流検
出手段と、前記インバータの出力電圧の有効電圧成分お
よび無効電圧成分を各々有効電圧信号および無効電圧信
号として出力する有効無効電圧検出手段と、前記交流電
圧の位相を検出し位相信号として出力する位相検出手段
と、前記有効電流信号を前記有効電流基準信号に等しく
するよう制御すると共に前記無効電流信号を前記無効電
流基準信号に等しくするよう制御して前記インバータの
出力電圧基準信号を出力する電流制御手段と、前記有効
電圧信号を前記有効電圧基準信号に等しくするよう制御
すると共に前記無効電圧信号を前記無効電圧基準信号に
等しくするよう制御して前記インバータの出力電圧基準
信号を出力する電圧制御手段と、前記電流制御手段と前
記電圧制御手段からの出力のいずれかに切替え可能であ
って、前記系統連系遮断器が開放されたとき、前記電流
制御手段から前記電圧制御手段に切替える切替え手段
と、前記電流制御手段または前記電圧制御手段からの前
記インバータの出力電圧基準信号と前記位相信号により
前記インバータを構成している素子の通電期間を決定す
るゲート制御手段と、前記交流電圧の周波数を検出し周
波数信号として出力する周波数検出手段と、前記交流電
圧の振幅を検出し電圧振幅信号として出力する電圧振幅
検出手段と、周波数基準信号を出力する周波数基準発生
手段と、電圧振幅基準信号を出力する電圧振幅基準発生
手段と、前記周波数基準信号と前記周波数信号との偏差
が一定のレベル以上になった場合にのみ偏差分を出力す
る不感帯域をもち、かつ、該偏差分から周波数補正信号
を出力する不感帯域付き周波数補正演算手段と、前記電
圧振幅基準信号と前記電圧振幅信号との偏差が一定のレ
ベル以上になった場合にのみ偏差分を出力する不感帯域
をもち、かつ、該偏差分から電圧振幅補正信号を出力す
る不感帯域付き電圧振幅補正演算手段と、前記有効電流
基準信号と前記電圧振幅補正信号とを加算し有効電流補
正基準信号として前記電流制御手段に出力すると共に、
前記無効電流基準信号と前記周波数補正信号とを加算し
無効電流補正基準信号として前記電流制御手段に出力す
る加算手段と、を具備した系統連系用インバータの制御
装置である。

【００２３】

【作用】請求項１に対応する発明によれば、インバータ
が連系運転から単独運転に移行した時点で、電流基準信
号の有効電流基準信号を、交流系統電圧定格振幅と交流
電圧振幅の偏差分で補正し、無効電流基準信号を交流系
統電圧定格周波数と交流電圧周波数との偏差分で補正す
ることにより、インバータは出力電圧を交流系統電圧の
定格振幅と定格周波数に等しくなるように制御される。
連系遮断器の開放信号の受信までのインバータの出力電
圧と周波数の擾乱を抑制し、前記開放信号を受信後、定
電圧運転に切替え、安定な電力を負荷に供給できる。

【００２４】請求項２に対応する発明によれば、周波数
補正演算手段および電圧振幅補正演算手段をそれぞれ不
感帯域付きとしたので、不安定な系統に生じる電圧変動
や周波数変動による不要な制御動作が抑制できる。連系
遮断器は開いたが連系遮断器の開放信号がインバータに
受信されていない状態で、インバータが単独で負荷に電
力を供給している時でも、インバータは出力過電圧、低
電圧等により運転停止にいたることはない。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図１は、本発明の第１実施例の構成を示
すブロック図である。図９の従来例と異なる点は、周波
数検出手段を構成する周波数検出器１０７、電圧検出手
段を構成する電圧振幅検出回路１０９、加算手段を構成
する加算回路１１０、周波数基準発生手段を構成する周
波数基準発生器１２２、周波数補正演算手段を構成する
周波数補正演算回路１３１、電圧振幅補正演算手段を構
成する電圧振幅補正演算回路１３２、電圧振幅基準発生
手段を構成する電圧振幅基準発生回路１３３を追加した
点であり、これ以外の点は図９と同一である。

【００２６】周波数検出器１０７は、連系遮断器５のイ
ンバータ１０側の交流電圧の周波数を検出し周波数信号
Ｆを出力する。電圧振幅検出回路１０９は、連系遮断器
５のインバータ１０側の交流電圧の振幅を検出し電圧振
幅信号Ｖを出力する。

【００２７】周波数基準発生器１２２は交流系統６の電
圧の定格周波数に相当する周波数基準信号Ｆｃを出力す
る。電圧振幅基準発生回路１３３は、交流系統６の電圧
の定格振幅に相当する電圧振幅基準信号Ｖｃを出力す
る。

【００２８】周波数補正演算回路１３１は、図２に示す
ように周波数基準発生器１２２からの周波数基準信号Ｆ
ｃと周波数検出器１０７からの周波数信号Ｆを入力し加
算器１３１１で差を取った後、比例積分演算回路１３１
２を介して周波数補正信号ＥＦを出力する。

【００２９】電圧振幅補正演算回路１３２は、図３に示
すように電圧振幅基準発生回路１３３からの電圧振幅基
準信号Ｖｃと電圧振幅検出回路１０９の電圧振幅信号Ｖ
を入力し加算器１３２１で差を取った後、比例積分演算
回路１３２２を介して電圧振幅補正信号ＥＶを出力す
る。

【００３０】加算回路１１０は、加算器１１１と加算器
１１２を有し、加算器１１１は有効無効電流基準発生器
１０１の出力する有効電流基準信号ｉｑｃから電圧振幅
補正演算回路１３２からの出力である電圧振幅補正信号
ＥＶを減算し有効電流補正基準信号ｉｑｍを電流制御回
路１０５に出力し、また加算器１１２は有効無効電流基
準発生器１０１からの出力である無効電流基準信号ｉｄ
ｃから周波数補正演算回路１３１の出力する周波数補正
信号ＥＦを減算し無効電流補正基準信号ｉｄｍを電流制
御回路１０５に出力する。

【００３１】電流制御回路１０５は、図９の無効電流基
準信号ｉｄｃに代えて加算回路１１０から出力する無効
電流補正基準信号ｉｄｍを入力すると共に、図９の有効
電流基準信号ｉｑｃに代えて加算回路１１０から出力す
る有効電流補正基準信号ｉｑｍを入力し、有効無効電流
検出器１０４からの有効電流検出信号ｉｑと無効電流検
出信号ｉｄとが有効電流補正基準信号ｉｑｃと無効電流
補正基準信号ｉｄｃとに等しくなるように、インバータ
主回路１の３相の出力電圧を決定するインバータ出力電
圧基準信号ＶＲｃ，ＶＳｃ，ＶＴｃを算出する。

【００３２】図２は、周波数補正演算回路１３１の具体
的回路例を示すもので、これは加算器１３１１と、比例
積分演算回路１３１２からなり、比例積分演算回路１３
１２は、演算増幅器Ａと、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、コ
ンデンサＣから構成されている。

【００３３】図３は図１の電圧振幅補正演算回路１３２
の具体的回路例を示すもので、これは加算器１３２１
と、比例積分演算回路１３２２とからなり、比例積分演
算回路１３２２は、演算増幅器Ａと、抵抗Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３と、コンデンサＣから構成されている。

【００３４】以下、このように構成された制御装置の動
作について説明する。周波数検出器１０７は、連系遮断
器５が閉じ、インバータ１０が交流系統６と連系してい
るときに、交流系統６の交流電圧の周波数を検出し周波
数信号Ｆを出力する。電圧振幅検出回路１０９は交流系
統６の交流電圧の振幅を電圧振幅信号Ｖとして検出す
る。周波数信号Ｆと周波数基準発生器１２２からの周波
数基準信号Ｆｃは等しく、また電圧振幅信号Ｖと電圧振
幅基準発生回路１３３からの電圧振幅基準信号Ｖｃは等
しくなっている。

【００３５】これにより、周波数補正演算回路１３１の
出力である周波数補正信号ＥＦと電圧振幅補正演算回路
１３２の出力である電圧振幅補正信号ＥＶは零となり、
有効電流補正基準信号ｉｑｍと無効電流補正基準信号ｉ
ｄｍは各々有効電流基準信号ｉｑｃと無効電流基準信号
ｉｄｃとに等しくなるため、インバータ１０は有効無効
電流基準発生器１０１からの有効電流基準信号ｉｑｃと
無効電流基準信号ｉｄｃどおり有効電流と無効電流を交
流系統及び負荷に供給する。

【００３６】連系遮断器５は開いたが連系遮断器５の開
放信号がインバータ１０に受信されていない状態で、イ
ンバータ１０が単独で負荷７に電力を供給しているとき
には、周波数検出器１０７で検出される周波数信号Ｆ
は、交流系統６の交流電圧の周波数とは異なり、電圧振
幅検出回路１０９で検出される電圧振幅信号Ｖも交流系
統６の交流電圧の振幅とは異なるため、周波数信号Ｆと
周波数基準信号Ｆｃには偏差が生じる。また、電圧振幅
信号Ｖと電圧振幅基準信号Ｖｃにも偏差が生じることに
なる。この結果、周波数補正演算回路１３１の周波数補
正信号ＥＦと電圧振幅補正演算回路１３２の電圧振幅補
正信号ＥＶに補正値が出力される。

【００３７】加算回路１１０は周波数補正信号ＥＦと電
圧振幅補正信号ＥＶで各々無効電流基準信号ｉｄｃと有
効電流基準信号ｉｑｃを補正し、無効電流補正基準信号
ｉｄｍと有効電流補正基準信号ｉｑｍを電流制御回路１
０５に出力する。

【００３８】インバータ１０は、加算回路１１０からの
有効電流基準信号ｉｑｍと無効電流基準信号ｉｄｍどお
り有効電流と無効電流を負荷に供給することにより、イ
ンバータ出力電圧の周波数と振幅を周波数基準信号Ｆｃ
と電圧振幅基準信号Ｖｃの近傍に制御することができ
る。

【００３９】さらに、連系遮断器５の開放信号を受信後
位相検出器１０３の出力する位相信号θを定格周波数に
固定するとともにスイッチ回路１４６により電流制御回
路１０５の出力をゲート制御回路１０６に出力している
状態から、電圧制御回路１４５の出力をゲート制御回路
１０６に出力するように変化させて、インバータ１０を
定電圧定周波の運転に移行させる。

【００４０】以上述べた第１実施例によれば、系統連系
用インバータが連系遮断器５の開放信号を受けて単独運
転に移行する場合、連系遮断器５の開放信号の授受に遅
延があってもインバータ１０の運転を停止することな
く、連系状態から単独状態に移行し、負荷７に適正な電
力を供給できるため、系統連系用インバータを用いた発
電システムの信頼性を高め、その適用範囲を広げること
ができる。

【００４１】以下、この詳細な動作について、図４及び
図５を参照して説明する。図４は図１を単線結線図で表
現したもので、インバータが連系運転から単独運転に切
り替わった時の主回路諸量の動きを説明する図である。
図５はインバータが連系運転から単独運転に切り替わっ
た時点で負荷電圧の変化を説明するベクトル図である。

【００４２】図４では、インバータ１０の出力するイン
バータ出力電流をＩｃ、負荷７に流れる負荷電流をＩ
ｓ、連系遮断器５を介して交流系統６に流れる系統電流
をＩｇとし、負荷７が発生する負荷電圧をＶｓ、交流系
統６の系統電圧をＶｇとして各々示し、また、負荷イン
ピーダンスをＺで示している。

【００４３】説明を簡単にするため、交流系統６は無限
大母線としている。インバータ１０はインバータ制御装
置１００の電流基準信号に等しいインバータ出力電流Ｉ
ｃを出力している。

【００４４】まず、連系遮断器５が閉じてインバータ１
０が連系運転している状態を考える。交流系統６は、イ
ンバータと授受する電流の如何に関わらず、系統電圧Ｖ
ｇは定格電圧振幅と定格周波数を維持している。インバ
ータ１０及び負荷７は連系遮断器５を介して交流系統６
と接続されるので、負荷電圧Ｖｓは系統電圧Ｖｇと同じ
定格電圧振幅と定格周波数となっている。

【００４５】負荷電圧Ｖｓと系統電圧Ｖｇについて
（１）式が成り立つ。 Ｖｓ＝Ｖｇ …（１） また、インバ―タ出力電流Ｉｃ、負荷電流Ｉｓ、系統電
流Ｉｇについて、（２）式が成り立つ。

【００４６】Ｉｃ＝Ｉｓ＋Ｉｇ …（２） 更に、負荷電圧Ｖｓと負荷電流Ｉｓについて（３）式が
成り立つ。 Ｖｓ＝Ｚ・Ｉｓ …（３） 次に、連系遮断器５を開きインバ―タ１０が単独運転に
なると、インバ―タ制御装置１００で電流基準値を変更
しない限り、連系運転時に交流系統６に流れていた電流
Ｉｇは負荷７に流れることになる。この時の負荷電圧を
Ｖｓ１とすると、（４）式が成り立つ。

【００４７】 Ｖｓ１＝Ｚ・Ｉｃ＝Ｚ・（Ｉｓ＋Ｉｇ）＝Ｖｇ＋Ｚ・Ｉｇ…（４） すなわち、負荷７にはＺ・Ｉｇの電圧が交流系統６の定
格電圧Ｖｇに加算されることになる。

【００４８】図５はこの状態をベクトルで説明する図で
ある。図５では、直交するｄ−ｑ座標系上にベクトルを
描いており、ｑ軸に系統電圧Ｖｇをとっている。連系運
転時には系統電圧Ｖｇと負荷電圧Ｖｓは等しくｑ軸上に
あるが、単独運転になると連系時に交流系統６に流れて
いた電流Ｉｇが負荷７に流れるため、負荷電圧Ｖｓは負
荷７のインピ―ダンスＺに応じてＶｓ１に変化する。次
にインバ―タ１０はＶｓ１に対して、電流基準値通りＩ
ｃを流そうとするため、更に負荷電圧を変化させる。こ
れはインバ―タ１０が連系運転から単独運転に切り替わ
ると、インバ―タ制御装置１００で電流基準値を変更し
ない限り、負荷電圧の振幅と周波数が変化することを示
している。すなわち、連系時に交流系統６に流れていた
電流Ｉｇと負荷インピ―ダンスＺにより変化する電圧成
分のうちｄ軸成分は周波数を変化させ、ｑ軸成分は振幅
を変化させる。

【００４９】以上のことから、インバ―タ１０が連系運
転から単独運転に移行した時点で電流基準信号Ｉｃの有
効電流基準信号Ｉｑｃを交流系統電圧定格振幅と交流電
圧振幅の偏差分で補正し、無効電流基準信号Ｉｄｃを交
流系統電圧定格周波数と交流電圧周波数の偏差分で補正
することにより、インバ―タは出力電圧を交流系統電圧
の定格振幅と定格周波数に等しくなるように制御できる
ことになる。

【００５０】図１の実施例では、この作用を利用して、
連系遮断器５の開放信号の受信までのインバータ１０の
出力電圧と周波数の擾乱を抑制し、開放信号を受信後、
定電圧定周波運転に切替え、安定な電力を負荷７に供給
するものである。

【００５１】次に、本発明の第２の実施例について、図
６〜図８を参照して説明する。図６はその概略構成を示
すブロック図であり、ここでは図１と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略する。図１と異なる点は、
図１の周波数補正演算回路１３１を不感帯域付き周波数
補正演算回路１３１Ａに変更し、また図１の電圧振幅補
正演算回路１３２を不感帯域付き電圧振幅補正演算回路
１３２Ａに変更し、演算回路１３１Ａ，１３２Ａの出力
を加算回路１１０に入力させるようにしたものである。

【００５２】図７は不感帯域付き周波数補正演算回路１
３１Ａの具体的回路例を示す図であり、これは加算器１
３３１と、不感帯域発生回路１３３３と、比例積分演算
回路１３３２からなり、比例積分演算回路１３３２は演
算増幅器Ａと、抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１と、コンデ
ンサＣで構成され、また不感帯域発生回路１３３３はツ
ェナーダイオードＺＤ１１，ＺＤ１１と、抵抗Ｒ４１か
ら構成されている。周波数基準発生器１２２からの周波
数基準信号Ｆｃと周波数検出器１０７からの周波数信号
Ｆを入力し加算器１３３１で差を取った後、不感帯域発
生回路１３３３と、比例積分演算回路１３３２を介して
周波数補正信号ＥＦを出力する。

【００５３】図８は不感帯域付き電圧振幅補正演算回路
１３２Ａの具体的回路例を示す図であり、これは加算器
１３４１と、不感帯域発生回路１３４３と、比例積分演
算回路１３４２からなり、比例積分演算回路１３４２は
演算増幅器Ａと、抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１と、コン
デンサＣで構成され、また不感帯域発生回路１３４３は
ツェナーダイオードＺＤ１１，ＺＤ１１と、抵抗Ｒ４１
から構成されている。電圧振幅基準発生回路１３３から
の電圧振幅基準信号Ｖｃと電圧振幅検出回路１０９から
の電圧振幅信号Ｖを入力し、加算器１３４１で差を取っ
た後、不感帯域発生回路１３４３と、比例積分演算回路
１３４２を介して電圧振幅補正信号ＥＶを出力する。

【００５４】このように、不感帯を付加することによ
り、以下のような作用効果が得られる。系統条件の変動
による周波数信号Ｆと周波数基準信号Ｆｃの偏差や、電
圧振幅信号Ｖと電圧振幅基準信号Ｖｃの偏差は不感帯域
発生回路１３３３，１３４３の不感帯域内に入るように
することで、連系運転中の有効電流補正基準信号ｉｑｍ
と無効電流補正基準信号ｉｄｍの発生を抑制できる。従
って、本実施例は電圧や周波数の変動が生じ易い系統に
適用する場合に適している。

【００５５】また、連系遮断器５が開きながら、連系遮
断器５の開放信号がインバータ１０に受信されていない
状態で、インバータ１０が単独で負荷７に電力を供給し
ている時には、周波数検出器１０７の検出する周波数信
号Ｆは交流系統６の交流電圧の周波数と異なり、電圧振
幅検出器１０９の検出する電圧振幅信号Ｖも交流系統６
の交流電圧の振幅と異なるため、周波数信号Ｆと周波数
基準信号Ｆｃには不感帯域を越える偏差が生じ、また電
圧振幅信号Ｖと電圧振幅基準信号Ｖｃにも不感帯域を越
える偏差が生じることになる。

【００５６】これにより、不感帯域付き周波数補正演算
回路１３１Ａの出力する周波数補正信号ＥＦと不感帯域
付き電圧振幅補正演算回路１３２Ａの出力する電圧振幅
補正信号ＥＶは零でなくなる。

【００５７】加算回路１１０は周波数補正信号ＥＦと電
圧振幅補正信号ＥＶで各々無効電流基準信号ｉｄｃと有
効電流基準信号ｉｑｃを補正し、無効電流補正基準信号
ｉｄｍと有効電流補正基準信号ｉｑｍを電流制御回路１
０５に出力する。

【００５８】インバータ１０は加算回路１１０からの有
効電流基準信号ｉｑｍと無効電流基準信号ｉｄｍどおり
有効電流と無効電流を負荷７に供給することにより、イ
ンバータ出力電圧の周波数と振幅を周波数基準信号Ｆｃ
と電圧振幅基準信号Ｖｃの近傍に制御することができ
る。

【００５９】この実施例によれば、不感帯の影響により
インバータ出力電圧の周波数と振幅は周波数基準信号Ｆ
ｃと電圧振幅基準信号Ｖｃに完全に一致することはない
が、最終的には連系遮断器５の開放信号を受けることに
より、その問題は解消される。

【００６０】連系遮断器５が開きながら、連系遮断器５
の開放信号がインバータ１０に受信されていない状態
で、インバータ１０が単独で負荷７に電力を供給してい
るときでも、インバータ１０は出力過電圧、低電圧等に
より停止に至ることはない。

【００６１】本発明は以上述べた実施例に限定されるも
のではない。例えば、図１の実施例の加算回路１１０と
周波数補正演算回路１３１と電圧振幅補正演算回路１３
２は、電子回路で実現したり、あるいはマイクロコンピ
ュ―タ等を用いてソフトウェアにて実現することもでき
る。

【００６２】この場合、図９の従来例で、電流制御回路
１０５と有効無効電流検出器１０４がマイクロコンピュ
―タのソフトウェアにて実現されていれば、図１の加算
回路１１０と周波数補正演算回路１３１と電圧振幅補正
演算回路１３２の機能をソフトウェアとして追加するこ
とにより、本発明を従来の制御装置に容易に組み込むこ
とができる利点がある。

【００６３】また、図６においても、同様に不感帯域付
き周波数補正演算回路１３１Ａと不感帯域付き電圧振幅
補正演算回路１３２Ａはソフトウェアにて実現すること
もできる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、インバータが交流系統
と連系して交流系統と電力の授受を行なっている際に交
流系統との連系が途絶えた場合にも、インバータ単独で
負荷に安定した電力を供給し続けることのできる系統連
系用インバ―タの制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による系統連系用インバ―タの制御装置
の第１実施例の構成を示すブロック図。

【図２】図１の周波数補正演算回路の具体的回路例を示
す図。

【図３】図１の電圧振幅補正演算回路の具体的回路例を
示す図。

【図４】図１のインバ―タが連系運転から単独運転に切
り替わった時の主回路諸量の動きを説明するための図。

【図５】図１のインバ―タが連系運転から単独運転に切
り替わった時点での負荷電圧の変化を説明するためのベ
クトル図。

【図６】本発明による系統連系用インバ―タの制御装置
の第２実施例の構成を示すブロック図。

【図７】図６の不感帯域付き周波数補正演算回路の具体
的回路例を示す図。

【図８】図６の不感帯域付き電圧振幅補正演算回路の具
体的回路例を示す図。

【図９】従来の系統連系用インバ―タと、その制御装置
の一例の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１…インバ―タ主回路、 ２…直流コンデンサ、３
…変圧器、 ４…直流電圧源、５…連系
遮断器、 ６…交流系統、７…負荷、
１００…インバ―タ制御装置、１０１…有
効無効電流基準発生器、１０３…位相検出器、 １
０４…有効無効電流検出器、１０５…電流制御回路、
１０６…ゲ―ト制御回路、１０７…周波数検出器、
１０８…有効無効電圧検出器、１０９…電圧振幅
検出回路、 １１０…加算回路、１１１，１１２…加算
器、１２２…周波数基準発生器、 １３１…周波数補正
演算回路、１３２…電圧振幅補正演算回路、１３１Ａ…
不感帯域付き周波数補正演算回路、１３２Ａ…不感帯域
付き電圧振幅補正演算回路、１４１…有効無効電圧基準
発生器、１４５…電圧制御回路、 １４６…スイッ
チ回路、２０１，２０２及び２０３…ホ―ルＣＴ、Ｇ
Ｕ，ＧＶ，ＧＷ，ＧＸ，ＧＹ，ＧＺ…可制御整流素子、
ＤＵ，ＤＶ，ＤＷ，ＤＸ，ＤＹ，ＤＺ…整流素子、１３
１１，１３２１…加算器、１３１２，１３２２…比例積
分演算回路、１３３１，１３４１…加算器、１３３３，
１３４３…不感帯域発生回路、１３３２，１３４２…比
例積分演算回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大山 公人 東京都千代田区神田神保町２丁目２番30号 東京電力株式会社開発研究所内 (72)発明者 高島 信和 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 廣瀬 俊一 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 田中 進 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流系統から系統連系遮断器を介して負
   荷に交流電圧を供給し、また前記交流系統に連系され、
   直流電源からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷
   および前記交流系統に有効電力あるいは無効電力を授受
   する系統連系用インバータにおいて、 有効電流基準信号及び無効電流基準信号を発生する有効
   無効電流基準発生手段と、 有効電圧基準信号及び無効電圧基準信号を発生する有効
   無効電圧基準発生手段と、 前記インバータの出力電流の有効電流成分および無効電
   流成分を各々有効電流信号および無効電流信号として出
   力する有効無効電流検出手段と、 前記インバータの出力電圧の有効電圧成分および無効電
   圧成分を各々有効電圧信号および無効電圧信号として出
   力する有効無効電圧検出手段と、 前記交流電圧の位相を検出し位相信号として出力する位
   相検出手段と、 前記有効電流信号を前記有効電流基準信号に等しくする
   よう制御すると共に前記無効電流信号を前記無効電流基
   準信号に等しくするよう制御して前記インバータの出力
   電圧基準信号を出力する電流制御手段と、 前記有効電圧信号を前記有効電圧基準信号に等しくする
   よう制御すると共に前記無効電圧信号を前記無効電圧基
   準信号に等しくするよう制御して前記インバータの出力
   電圧基準信号を出力する電圧制御手段と、 前記電流制御手段と前記電圧制御手段からの出力のいず
   れかに切替え可能であって、前記系統連系遮断器が開放
   されたとき、前記電流制御手段から前記電圧制御手段に
   切替える切替え手段と、 前記電流制御手段または前記電圧制御手段からの前記イ
   ンバータの出力電圧基準信号と前記位相信号により前記
   インバータを構成している素子の通電期間を決定するゲ
   ート制御手段と、 前記交流電圧の周波数を検出し周波数信号として出力す
   る周波数検出手段と、 前記交流電圧の振幅を検出し電圧振幅信号として出力す
   る電圧振幅検出手段と、 周波数基準信号を出力する周波数基準発生手段と、 電圧振幅基準信号を出力する電圧振幅基準発生手段と、 前記周波数基準信号と前記周波数信号との偏差分から周
   波数補正信号を出力する周波数補正演算手段と、 前記電圧振幅基準信号と前記電圧振幅信号との偏差分か
   ら電圧振幅補正信号を出力する電圧振幅補正演算手段
   と、 前記有効電流基準信号と前記電圧振幅補正信号とを加算
   し有効電流補正基準信号として前記電流制御手段に出力
   すると共に、前記無効電流基準信号と前記周波数補正信
   号とを加算し無効電流補正基準信号として前記電流制御
   手段に出力する加算手段と、 を具備したことを特徴とする系統連系用インバータの制
   御装置。
2. 【請求項２】 交流系統から系統連系遮断器を介して負
   荷に交流電圧を供給し、また前記交流系統に連系され、
   直流電源からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷
   および前記交流系統に有効電力あるいは無効電力を授受
   する系統連系用インバータにおいて、 有効電流基準信号及び無効電流基準信号を発生する有効
   無効電流基準発生手段と、 有効電圧基準信号及び無効電圧基準信号を発生する有効
   無効電圧基準発生手段と、 前記インバータの出力電流の有効電流成分および無効電
   流成分を各々有効電流信号および無効電流信号として出
   力する有効無効電流検出手段と、 前記インバータの出力電圧の有効電圧成分および無効電
   圧成分を各々有効電圧信号および無効電圧信号として出
   力する有効無効電圧検出手段と、 前記交流電圧の位相を検出し位相信号として出力する位
   相検出手段と、 前記有効電流信号を前記有効電流基準信号に等しくする
   よう制御すると共に前記無効電流信号を前記無効電流基
   準信号に等しくするよう制御して前記インバータの出力
   電圧基準信号を出力する電流制御手段と、 前記有効電圧信号を前記有効電圧基準信号に等しくする
   よう制御すると共に前記無効電圧信号を前記無効電圧基
   準信号に等しくするよう制御して前記インバータの出力
   電圧基準信号を出力する電圧制御手段と、 前記電流制御手段と前記電圧制御手段からの出力のいず
   れかに切替え可能であって、前記系統連系遮断器が開放
   されたとき、前記電流制御手段から前記電圧制御手段に
   切替える切替え手段と、 前記電流制御手段または前記電圧制御手段からの前記イ
   ンバータの出力電圧基準信号と前記位相信号により前記
   インバータを構成している素子の通電期間を決定するゲ
   ート制御手段と、 前記交流電圧の周波数を検出し周波数信号として出力す
   る周波数検出手段と、 前記交流電圧の振幅を検出し電圧振幅信号として出力す
   る電圧振幅検出手段と、 周波数基準信号を出力する周波数基準発生手段と、 電圧振幅基準信号を出力する電圧振幅基準発生手段と、 前記周波数基準信号と前記周波数信号との偏差が一定の
   レベル以上になった場合にのみ偏差分を出力する不感帯
   域をもち、かつ、該偏差分から周波数補正信号を出力す
   る不感帯域付き周波数補正演算手段と、 前記電圧振幅基準信号と前記電圧振幅信号との偏差が一
   定のレベル以上になった場合にのみ偏差分を出力する不
   感帯域をもち、かつ、該偏差分から電圧振幅補正信号を
   出力する不感帯域付き電圧振幅補正演算手段と、 前記有効電流基準信号と前記電圧振幅補正信号とを加算
   し有効電流補正基準信号として前記電流制御手段に出力
   すると共に、前記無効電流基準信号と前記周波数補正信
   号とを加算し無効電流補正基準信号として前記電流制御
   手段に出力する加算手段と、 を具備したことを特徴とする系統連系用インバータの制
   御装置。