特許 6402521 交流−直流変換装置の並列接続システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6402521

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】交流−直流変換装置の並列接続システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/493 20070101AFI20181001BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20181001BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/493

   H02M3/155 W

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-149334(P2014-149334)

(22)【出願日】2014年7月23日

(65)【公開番号】特開2016-25780(P2016-25780A)

(43)【公開日】2016年2月8日

【審査請求日】2017年5月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(72)【発明者】

【氏名】近藤 泰裕

【審査官】 佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１６６４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４８１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７２４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０１５１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１３４８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７６７３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４９３

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｈ０２Ｊ ３／３２，３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電圧源に接続され、充電または放電を行う双方向チョッパ回路と、
前記双方向チョッパ回路と直流リンク部を介して接続され、直流電力を交流電力に変換し、負荷に交流電力を供給するコンバータユニットと、
を有する交流−直流変換装置を複数台並列に接続した交流−直流変換装置の並列接続システムであって、
各交流−直流変換装置の前記双方向チョッパ回路の制御部は、
直流リンク電圧検出値と直流リンク電圧指令値とに基づいて定電圧制御を行う定電圧制御部と、
全交流−直流変換装置における有効電力の平均値を演算し、この有効電力の平均値を電力指令値として出力する平均値演算部と、
電力指令値を直流電圧源の電圧検出値で除算することにより直流電圧源の電流指令値を生成する除算器と、
直流電圧源の電流指令値に定電圧制御部の制御出力値を加算した値と直流電圧源の電流検出値との偏差出力から定電流制御を行う定電流制御部と、
定電流制御部の制御出力値に基づいて双方向チョッパ回路のゲート信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
を備え、
前記双方向チョッパ回路の制御部は、
各交流−直流変換装置における有効電力の変化率と、全交流−直流変換装置における有効電力の平均値の変化率と、を比較し、
全交流−直流変換装置における有効電力の平均値の変化率よりも各交流−直流変換装置における有効電力の変化率の方が大きい場合は各交流−直流変換装置における有効電力を電力指令値とし、
各交流−直流変換装置における有効電力の変化率よりも全交流−直流変換装置における有効電力の平均値の変化率の方が大きい場合は、全交流−直流変換装置における有効電力の平均値を電力指令値とすることを特徴とする交流−直流変換装置の並列接続システム。

【請求項2】

直流電圧源に接続され、充電または放電を行う双方向チョッパ回路と、
前記双方向チョッパ回路と直流リンク部を介して接続され、直流電力を交流電力に変換し、負荷に交流電力を供給するコンバータユニットと、
を有する交流−直流変換装置を複数台並列に接続した交流−直流変換装置の並列接続システムであって、
各交流−直流変換装置の前記双方向チョッパ回路の制御部は、
直流リンク電圧検出値と直流リンク電圧指令値とに基づいて定電圧制御を行う定電圧制御部と、
全交流−直流変換装置における有効電力の平均値を演算し、この有効電力の平均値を電力指令値として出力する平均値演算部と、
電力指令値を直流電圧源の電圧検出値で除算することにより直流電圧源の電流指令値を生成する除算器と、
直流電圧源の電流指令値に定電圧制御部の制御出力値を加算した値と直流電圧源の電流検出値との偏差出力から定電流制御を行う定電流制御部と、
定電流制御部の制御出力値に基づいて双方向チョッパ回路のゲート信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
を備え、
前記双方向チョッパ回路の制御部は、
各交流−直流変換装置における有効電力の変化率が閾値よりも大きい場合は、各交流−直流変換装置における有効電力を電力指令値とし、各交流−直流変換装置における有効電力の変化率が閾値以下の場合は、全交流−直流変換装置における有効電流の平均値を電力指令値とすることを特徴とする交流−直流変換装置の並列接続システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流電圧源に接続された双方向チョッパ回路と、この双方向チョッパ回路と直流リンク部を介して接続されたコンバータユニットと、を有する交流−直流変換装置を複数台並列に接続した交流−直流変換装置の並列接続システムに係り、特に双方向チョッパ回路の直流電圧源の電流指令値の振動を抑制する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来における交流−直流変換装置の回路構成の一例を図５に示す。 図５に示すように、交流−直流変換装置１０は、双方向チョッパ回路２と、直流リンク部３と、コンバータユニット１と、を有している。また、交流−直流変換装置１０内の双方向チョッパ回路２の制御ブロック図を図６に示す。 コンバータユニット１の制御は、従来から知られている技術であるため、ここでの説明は省略する。

【0003】

図６に示すように、双方向チョッパ回路２の制御部２０は、直流リンク電圧検出値Ｖｄｃと直流リンク電圧指令値Ｖｄｃ^*が一致するように制御する定電圧制御部（以下、ＡＶＲと称する）４と、出力電圧検出値Ｖｏｕｔと出力電流検出値Ｉｏｕｔから有効電力を演算する有効電力演算部５と、この有効電力を電力指令値Ｐ^*とし、直流電圧源Ｂａｔの電圧検出値Ｖｂａｔを除算することで直流電圧源Ｂａｔの電流指令値Ｉｂａｔ^*を生成する除算器６と、 直流電圧源Ｂａｔの電流指令値Ｉｂａｔ^*にＡＶＲ４の制御出力値を加算する加算器Ａと、加算器Ａから出力された値と直流電圧源Ｂａｔの電流検出値Ｉｂａｔとの偏差を減算器Ｂから出力して、加算器Ａの出力と直流電圧源Ｂａｔの電流検出値Ｉｂａｔが一致するように制御する定電流制御部（以下、ＡＣＲと称する）７と、ＡＣＲ７の制御出力値に基づいて双方向チョッパ回路２のゲート信号を生成するＰＷＭ信号生成部８と、を備える。

【0004】

前記ＡＶＲ４は、目的の制御量のフィードバックであるメジャーループの制御を行う。また、ＡＣＲ７は、前記メジャーループの内側のフィードバックループであるマイナーループの制御である。

【0005】

上記のように、双方向チョッパ回路２の制御部２０において、有効電力（電力指令値Ｐ^*）に基づく直流電圧源Ｂａｔの電流指令値Ｉｂａｔ^*をフィードフォワード項としてＡＶＲ４の制御出力値に加算することにより、負荷急変などの過渡応答特性を向上することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−２３８７５号公報

【特許文献2】特開２００２−３１５３５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、図７に示すように複数の交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂを並列接続し、それぞれの交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂを自立運転した場合、横流が発生することがあった。 この横流が発生することにより、 各交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂの出力電流検出値Ｉｏｕｔ１，Ｉｏｕｔ２の実効値が振動し、有効電力演算結果の電力指令値Ｐ^*も振動する。この電力指令値Ｐ^*を直流電圧源Ｂａｔの電流指令値Ｉｂａｔ^*に使用するため、直流電圧源Ｂａｔの電流検出値Ｉｂａｔが振動する。

【0008】

図７に示す交流−直流変換装置の並列接続システムと同様な回路として、例えば特許文献１が開示されている。交流−直流変換装置では、各々の交流−直流変換装置１０の電力指令値Ｐ^*を直流電圧源Ｂａｔの電池電圧検出値Ｖｂａｔで割った値を各々の交流−直流変換装置１０の直流電圧源Ｂａｔの電流指令値Ｉｂａｔ^*として使用しているため、各々の交流−直流変換装置１０の直流電圧源Ｂａｔの電流検出値Ｉｏｕｔが振動する。

【0009】

ここで、例えば特許文献２の従来技術に記載されているように、並列接続されるインバータ装置の電圧指令値の位相と振幅を合わせることで横流抑制制御できることが従来から知られている。

【0010】

しかし、過渡応答特性を向上させるため、直流電圧源Ｂａｔの電流指令値Ｉｂａｔ^*をフィードフォワード制御とした場合、上記の横流抑制制御を行ったとしても、制御応答遅れや構成部品の特性誤差によって完全に横流を抑制することはできなかった。そのため、直流電圧源Ｂａｔの電流指令値Ｉｂａｔ^*には振動が残り、その電流指令値Ｉｂａｔ^*の振動がフィードフォワード制御によって増幅されてしまい、各交流−直流変換装置の制御が安定しないという問題があった。

【0011】

以上示したようなことから、交流−直流変換装置の並列接続システムにおいて、過渡応答特性を改善させると共に、交流−直流変換装置の制御指令値を安定させることが課題となる。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直流電圧源に接続され、充電または放電を行う双方向チョッパ回路と、前記双方向チョッパ回路と直流リンク部を介して接続され、直流電力を交流電力に変換し、負荷に交流電力を供給するコンバータユニットと、を有する交流−直流変換装置を複数台並列に接続した交流−直流変換装置の並列接続システムであって、各交流−直流変換装置の前記双方向チョッパ回路の制御部は、直流リンク電圧検出値と直流リンク電圧指令値とに基づいて定電圧制御を行う定電圧制御部と、全交流−直流変換装置における有効電力の平均値を演算し、この有効電力の平均値を電力指令値として出力する平均値演算部と、電力指令値を直流電圧源の電圧検出値で除算することにより直流電圧源の電流指令値を生成する除算器と、直流電圧源の電流指令値に定電圧制御部の制御出力値を加算した値と直流電圧源の電流検出値との偏差出力から定電流制御を行う定電流制御部と、定電流制御部の制御出力値に基づいて双方向チョッパ回路のゲート信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、を備えたことを特徴とする。

【0013】

また、その一態様として、前記双方向チョッパ回路の制御部は、各交流−直流変換装置における有効電力の変化率と、全交流−直流変換装置における有効電力の平均値の変化率と、を比較し、全交流−直流変換装置における有効電力の平均値の変化率よりも各交流−直流変換装置における有効電力の変化率の方が大きい場合は各交流−直流変換装置における有効電力を電力指令値とし、各交流−直流変換装置における有効電力の変化率よりも全交流−直流変換装置における有効電力の平均値の変化率の方が大きい場合は、全交流−直流変換装置における有効電力の平均値を電力指令値とすることを特徴とする。

【0014】

また、他の態様として、前記双方向チョッパ回路の制御部は、各交流−直流変換装置における有効電力の変化率が閾値よりも大きい場合は、各交流−直流変換装置における有効電力を電力指令値とし、各交流−直流変換装置における有効電力の変化率が閾値以下の場合は、全交流−直流変換装置における有効電流の平均値を電力指令値とすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、交流−直流変換装置の並列接続システムにおいて、過渡応答特性を改善させると共に、交流−直流変換装置の制御指令値を安定させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態１における交流−直流変換装置の並列接続システムを示すブロック図。

【図2】実施形態１における交流−直流変換装置と統括制御装置間の制御を示すブロック図。

【図3】交流−直流変換装置の有効電力演算値を示すイメージ図。

【図4】実施形態２における交流−直流変換装置と統括制御装置間の制御を示すブロック図。

【図5】従来における交流−直流変換装置を示す概略図。

【図6】双方向チョッパ回路の制御部を示すブロック図。

【図7】交流−直流変換装置の並列運転時の出力電流を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る交流−直流変換装置の並列接続システムの実施形態１，２を図１〜図４に基づいて説明する。

【0018】

［実施形態１］
図１は、本実施形態１における交流−直流変換装置の並列接続システムを示す概略図である。本実施形態１における交流−直流変換装置の並列接続システムは、負荷ＬＯＡＤに複数の交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，・・・が並列接続されている。従来技術と異なる点は、交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，・・・に、統括制御装置１１を接続した点である。また、交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，・・・と統括制御装置１１とは双方向通信できる構成となっている。

【0019】

各交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，・・・は、図５に示すように、直流電圧源（例えば、二次電池）Ｂａｔに接続され充電または放電を行う双方向チョッパ回路２と、双方向チョッパ回路２に接続された直流リンク部３と、双方向チョッパ回路２に直流リンク部３を介して接続され直流電力を交流電力に変換し負荷ＬＯＡＤに出力するコンバータユニット１と、出力電圧Ｖｏｕｔ，出力電流Ｉｏｕｔ，直流リンク電圧Ｖｄｃ，直流電圧源の電圧Ｖｂａｔ，直流電圧源の電流Ｉｂａｔを検出する各検出回路と、を備えている。

【0020】

前記双方向チョッパ回路２は、直流電圧源Ｂａｔの電圧に関わらず直流リンク電圧Ｖｄｃを一定に制御する。また、直流リンク部３は、平滑コンデンサＣを有する。

【0021】

図２は、交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・と統括制御装置１１との間で行う制御を示す制御ブロック図である。双方向チョッパ回路２の制御部２０は、図２で示す箇所以外は図６と同様である。図２に示すように、 各交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・における有効電力演算部５ａ，５ｂ，５ｃ，・・・と統括制御装置１１における平均値演算部１２との間で双方向通信が行われる。

【0022】

有効電力演算部５ａ，５ｂ，５ｃは、各交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・の出力電圧検出値Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ３および出力電流検出値Ｉｏｕｔ１，Ｉｏｕｔ２，Ｉｏｕｔ３から電力指令値 Ｐ１^*，Ｐ２^*，・・・，Ｐｎ^*（並列数ｎの場合）を演算し、統括制御装置１１の平均値演算部１２に電力指令値Ｐ１^*，Ｐ２^*，・・・，Ｐｎ^*を送信する。

【0023】

平均値演算部１２は、電力指令値 Ｐ１^*，Ｐ２^*，・・・，Ｐｎ^*から全交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・の電力指令値の平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅを演算し、それぞれの交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・の除算器６に送信する。この平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅを電力指令値Ｐ^*として、直流電圧源Ｂａｔの電流制御のフィードフォワード項とする。すなわち、各交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・において個別の電力指令値Ｐ^*を演算し、その平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅを電力指令値Ｐ^*として利用する。

【0024】

２台並列運転する交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂの有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌ１，Ｐ＿ｌｏｃａｌ２のイメージ を図３に示す。各交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂが出力する有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌ１，Ｐ＿ｌｏｃａｌ２は横流の影響で振動する。

【0025】

しかし、負荷Ｌｏａｄが要求する電力Ｐｌｏａｄが一定であれば、運転台数に関わらず、各交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂが出力する有効電力演算値の合計値Ｐ＿ａｌｌは振動しない。

【0026】

従って、全交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，・・・の有効電力の平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅを、電力指令値Ｐ^*として直流電圧源Ｂａｔの電流制御のフィードフ ォワード項とすれば、各交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，・・・が出力する有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌ１，Ｐ＿ｌｏｃａｌ２の振動が電池電流指令値Ｉｂａｔ^*に干渉しない。

【0027】

また、電力指令値Ｐ^*に基づく直流電圧源Ｂａｔの電流指令値Ｉｂａｔ^*をフィードフォワード項として加算することにより、負荷急変などの過渡応答性を向上させることが可能となる。

【0028】

以上示したように、本実施形態１によれば、負荷Ｌｏａｄに並列接続された交流−直流変換装置の過渡応答特性の改善および制御指令値の安定化の両立を図ることが可能となる。

【0029】

［実施形態２］
図４は、本実施形態２における交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・と統括制御装置１１との間で行う制御を示す制御ブロック図である。

【0030】

本実施形態２では、実施形態１における交流−直流変換装置の並列接続システムに対して、統括制御装置１１から出力される全交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・の有効電力演算値の平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅの変化率と、交流−直流変換装置１０ａの有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌの変化率の２つの有効電力の変化率を比較する変化率比較器ＣＮＰが設けられる。

【0031】

また、本実施形態２では、変化率比較器ＣＮＰの出力信号により、除算器６に送る電力指令値Ｐ^*を全交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・の有効電力演算値の平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅと、交流−直流変換装置１０ａの有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌのうち何れか一方を選択する指令値切替スイッチＳＷを設けた点が実施形態１と異なる。

【0032】

全交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・の有効電力演算値の平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅと、交流−直流変換装置の有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌを変化率比較器ＣＮＰに入力し、１サンプリング前の有効電力演算値の平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅ＿ｏｌｄと現在サンプリングした有効電力演算値の平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅから、有効電力演算値の平均値の変化率ΔＰ＿ａｌｌ＿ａｖｅを得る。

【0033】

また、１サンプリング前の有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌ＿ｏｌｄと現在サンプリングした有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌから、有効電力検出値の変化率ΔＰ＿ｌｏｃａｌを得る。

【0034】

そして、有効電力演算値の平均値の変化率ΔＰ＿ａｌｌ＿ａｖｅと有効電力演算値の変化率ΔＰ＿ｌｏｃａｌを比較し、有効電力演算値の平均値の変化率ΔＰ＿ａｌｌ＿ａｖｅの方が大きい場合は有効電力演算値の平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅを、有効電力演算値の変化率ΔＰ＿ｌｏｃａｌの方が大きい場合は有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌを電力指令値Ｐ^*として、双方向チョッパ回路２の除算器６に出力し、直流電流指令値Ｉｂａｔ^*の演算に用いる。

【0035】

また、上記とは異なり、変化率比較器ＣＮＰに所定の閾値を予め設定しておき、閾値より交流−直流変換装置１０の有効電力演算値 の変化率ΔＰ＿ｌｏｃａｌが大きくなった場合のみ、切替スイッチＳＷを有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌ側に切替えて電力指令値Ｐ^*として双方向チョッパの電池電流制御の除算器６に出力し、直流電流指令値Ｉｂａｔ^*の演算に用いてもよい。この場合、前記閾値より有効電力演算値の変化率ΔＰ＿ｌｏｃａｌが小さい場合は、 切替スイッチＳＷを有効電力演算値の平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅ側に切替えて電力指令値Ｐ^*として双方向チョッパ回路２の除算器６に送信し、直流電流指令値Ｉｂａｔ^*の演算に用いる。

【0036】

実施形態１における交流−直流変換装置の並列接続システムでは、全交流−直流変換装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・の有効電力演算値の平均値Ｐ＿ａｌｌ＿ａｖｅを 図４の統括制御装置１１で演算するため、通信による遅れが発生する場合があり、その通信による遅れで過渡応答性が低下する。本実施形態２では、負荷急変などで出力する有効電力が大きく変化する場合、その時のみ、各交流−直流変換装置１０の有効電力演算値Ｐ＿ｌｏｃａｌを用いるため、過渡応答性を改善することが可能となる。

【0037】

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

【符号の説明】

【0038】

１…コンバータユニット
２…双方向チョッパ回路
３…直流リンク部
４…定電圧制御部（ＡＶＲ）
５…有効電力演算部
６…除算器
７…定電流制御部（ＡＣＲ）
８…ＰＷＭ制御部
１０…交流−直流変換装置
１１…統括制御装置
１２…平均値演算部
ＣＮＰ…変化率比較器
ＳＷ…切替スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】