特許 7666770 電源システム、制御装置、制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-14

(45)【発行日】2025-04-22

(54)【発明の名称】電源システム、制御装置、制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20250415BHJP

【ＦＩ】

H02J9/06 120

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2025016509

(22)【出願日】2025-02-04

【審査請求日】2025-02-17

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(72)【発明者】

【氏名】梅沢 一喜

(72)【発明者】

【氏名】渋谷 貴之

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２３／１５７１６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－２００４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００４－５１１８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００３３９７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－６５００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１２３６６２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれが電源から供給される電力を用いて交流を出力し、出力側で並列接続される複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置ごとに設けられ、対象の電力変換装置の出力側に電気的に接続されるトランスと、を備え、
前記複数の電力変換装置は、それぞれ、対象の電力変換装置の入力部及び出力部に対して並列接続され、対象の電力変換装置に入力される電力を用いて交流を出力する複数の電力変換部を含み、
前記複数の電力変換装置は、それぞれ、前記複数の電力変換部の容量に応じた出力電流のバランス制御を行うと共に、ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する、
電源システム。

【請求項2】

前記複数の電力変換装置は、それぞれ、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換部のうちの稼働中の電力変換部の出力電圧及び位相を調整すると共に、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する、
請求項１に記載の電源システム。

【請求項3】

前記複数の電力変換装置は、それぞれ、前記複数の電力変換部の出力電流のバランス制御を行うと共に、前記複数の電力変換部の周波数垂下特性及び電圧垂下特性に基づく前記ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、前記複数の電力変換部の全台数、及び前記稼働中の電力変換部の台数と、対象の電力変換装置の出力電流の検出値とに基づき、対象の電力変換装置の出力側の前記トランスの位相及び電圧変動を取得し、取得した前記トランスの位相及び電圧変動に基づき、前記稼働中の電力変換部の出力電圧及び位相を変更すると共に、前記稼働中の電力変換部の前記周波数垂下特性及び前記電圧垂下特性を変更し、前記ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行う、
請求項２に記載の電源システム。

【請求項4】

前記複数の電力変換装置は、それぞれ、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、前記複数の電力変換部の全台数、及び前記稼働中の電力変換部の台数と、対象の電力変換装置の出力電流の検出値とに基づき、対象の電力変換装置の出力側の前記トランスの位相及び電圧変動を取得し、取得した前記トランスの位相及び電圧変動に基づき、前記トランスの位相特性及び電圧特性を用いて、前記稼働中の電力変換部の出力電圧及び位相を変更し、
前記トランスの前記電圧特性は、前記トランスの実際の電圧特性を線形近似することにより得られる、
請求項３に記載の電源システム。

【請求項5】

それぞれが電源から供給される電力を用いて交流を出力し、出力側で並列接続される複数の電力変換装置と、前記複数の電力変換装置ごとに設けられ、対象の電力変換装置の出力側に電気的に接続されるトランスと、を備え、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、対象の電力変換装置の入力部及び出力部に対して並列接続され、対象の電力変換装置に入力される電力を用いて交流を出力する複数の電力変換部を含む、電源システムについて、一の前記電力変換装置を制御する制御装置であって、
前記複数の電力変換部の容量に応じた出力電流のバランス制御を行うと共に、ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の前記電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する、
制御装置。

【請求項6】

それぞれが電源から供給される電力を用いて交流を出力し、出力側で並列接続される複数の電力変換装置と、前記複数の電力変換装置ごとに設けられ、対象の電力変換装置の出力側に電気的に接続されるトランスと、を備え、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、対象の電力変換装置の入力部及び出力部に対して並列接続され、対象の電力変換装置に入力される電力を用いて交流を出力する複数の電力変換部を含む、電源システムについて、一の前記電力変換装置を制御する制御方法であって、
前記複数の電力変換部の容量に応じた出力電流のバランス制御を行うと共に、ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の前記電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する、
制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源システム等に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、複数の電力変換装置を並列接続しそれぞれがトランスを介して電力を出力する電源システムが知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第７５２３１９３号公報

【文献】特許第７４０８８２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、電力変換装置が複数の電力変換部の並列接続によって構成される場合がある（例えば、特許文献２）。この場合、電力変換装置の一部の電力変換部が異常等によって停止してしまっても、正常な残りの電力変換部によって電力変換装置からの電力の出力を継続できることが望ましい。

【0005】

そこで、上記課題に鑑み、複数の電力変換装置を並列接続しそれぞれがトランスを介して電力を出力する電源システムについて、電力変換装置に含まれる複数の電力変換部の一部が停止しても、正常な残りの電力変換部によって電力の出力を継続することが可能な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
それぞれが電源から供給される電力を用いて交流を出力し、出力側で並列接続される複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置ごとに設けられ、対象の電力変換装置の出力側に電気的に接続されるトランスと、を備え、
前記複数の電力変換装置は、それぞれ、対象の電力変換装置の入力部及び出力部に対して並列接続され、対象の電力変換装置に入力される電力を用いて交流を出力する複数の電力変換部を含み、
前記複数の電力変換装置は、それぞれ、前記複数の電力変換部の容量に応じた出力電流のバランス制御を行うと共に、ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する、
電源システムが提供される。

【0007】

また、本開示の他の実施形態では、
それぞれが電源から供給される電力を用いて交流を出力し、出力側で並列接続される複数の電力変換装置と、前記複数の電力変換装置ごとに設けられ、対象の電力変換装置の出力側に電気的に接続されるトランスと、を備え、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、対象の電力変換装置の入力部及び出力部に対して並列接続され、対象の電力変換装置に入力される電力を用いて交流を出力する複数の電力変換部を含む、電源システムについて、一の前記電力変換装置を制御する制御装置であって、
前記複数の電力変換部の容量に応じた出力電流のバランス制御を行うと共に、ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の前記電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する、
制御装置が提供される。

【0008】

また、本開示の更に他の実施形態では、
それぞれが電源から供給される電力を用いて交流を出力し、出力側で並列接続される複数の電力変換装置と、前記複数の電力変換装置ごとに設けられ、対象の電力変換装置の出力側に電気的に接続されるトランスと、を備え、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、対象の電力変換装置の入力部及び出力部に対して並列接続され、対象の電力変換装置に入力される電力を用いて交流を出力する複数の電力変換部を含む、電源システムについて、一の前記電力変換装置を制御する制御方法であって、
前記複数の電力変換部の容量に応じた出力電流のバランス制御を行うと共に、ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の前記電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する、
制御方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

上述の実施形態によれば、複数の電力変換装置を並列接続しそれぞれがトランスを介して電力を出力する電源システムについて、電力変換装置に含まれる複数の電力変換部の一部が停止しても、正常な残りの電力変換部によって電力の出力を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電源システムの第１例の構成を示す図である。

【図2】電源システムの第２例の構成を示す図である。

【図3】電力変換装置の構成の一例を示す図である。

【図4】制御部の制御処理の一例を示す制御ブロック図である。

【図5】モジュール全台数及びモジュール給電台数と、モジュールゲイン及びトランスゲインとの関係の一例を示す図である。

【図6】モジュール制御部の制御処理の一例を示す制御ブロック図である。

【図7】電源システムの正常時の動作状態の一例を示す図である。

【図8】電源システムの異常時の動作状態の一例を示す図である。

【図9】トランスの特性の一例を示す図である。

【図10】トランスの電圧特性の補正方法の一例を示す図である。

【図11】トランスから出力される交流の位相同期制御の一例を説明する図である。

【図12】比較例に係る電源システムの動作の一例を示す図である。

【図13】実施形態に係る電源システムの動作の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

【0012】

［電源システムの構成］
図１、図２を参照して、本実施形態に係る電源システムＳＹＳの構成について説明する。

【0013】

図１は、電源システムＳＹＳの第１例の構成を示す図である。図２は、電源システムＳＹＳの第２例の構成を示す図である。

【0014】

尚、図２では、電源１の図示が省略されている。また、図２の電力変換モジュール９の構成は、図１の電力変換モジュール９と同じであるため、図２では、電力変換モジュール９の詳細な構成要素の図示が省略されている。

【0015】

図１、図２に示すように、電源システムＳＹＳは、電源１と、トランス２と、複数の電力変換装置１０と、トランス１２と、給電遮断器１３と、負荷１４とを含む。

【0016】

電源１は、電力変換装置１０に電力を供給する。例えば、電源１は、商用電源等の交流電源である。

【0017】

トランス２は、並列接続される複数の電力変換装置１０のそれぞれの入力側（即ち、電源１側）に電気的に接続される絶縁型の変圧器である。トランス２の１次側は、電源１と電気的にされると共に、他の電力変換装置１０の入力側に設けられる、他のトランス２の１次側と電気的に接続され、トランス２の２次側は、電力変換装置１０と電気的に接続され、電源１の電力は、トランス２を通じて、電力変換装置１０に供給される。

【0018】

複数の電力変換装置１０は、電源１及び負荷１４のそれぞれに対して並列接続される。

【0019】

電源１及び負荷１４に対して並列接続される電力変換装置１０の台数は、任意である。例えば、図１に示すように、２台の電力変換装置１０が電源１及び負荷１４のそれぞれに対して並列接続される。また、例えば、図２に示すように、８台の電力変換装置１０が電源１及び負荷１４のそれぞれに対して並列接続される。図２の電源システムＳＹＳは、船舶ＳＰが接岸する埠頭２０に設けられる陸上電力供給（陸電）システムである。また、３台～７台の電力変換装置１０が電源１及び負荷１４のそれぞれに対して並列接続されてもよいし、９台以上の電力変換装置１０が電源及び負荷１４のそれぞれに対して並列接続されてもよい。以下、２台の電力変換装置１０が並列接続される場合を中心に説明を行う。

【0020】

例えば、複数の電力変換装置１０は、全て同じ出力容量を有している。また、複数の電力変換装置１０は、その一部又は全部が互いに異なる出力容量を有していてもよい。以下、複数の電力変換装置１０は、全て同じ出力容量を有している場合を中心に説明を行う。

【0021】

尚、一の電力変換装置１０と他の電力変換装置１０とが互いに異なる電源から電力供給を受けてもよい。例えば、複数の電力変換装置１０は、互いに異なる電源から電力供給を受けてもよい。

【0022】

複数の電力変換装置１０は、互いに別の場所に設けられる場合がある。例えば、図２に示すように、複数の電力変換装置１０は、埠頭２０の互いに異なる建屋１７（或いはコンテナ）の内部に設置される。そのため、電力変換装置１０は、他の電力変換装置１０の状態に関する情報（例えば、出力電流の検出値）を取得しながら、他の電力変換装置１０との間の出力電流の均衡を図る電流バランス制御を行うのは難しい場合がある。特に、図２の埠頭２０の場合、電力変換装置１０が設置される建屋１７（或いはコンテナ）同士の間の距離が数百メートルに及ぶことから、電力変換装置１０は、他の電力変換装置１０の状態に関する情報を取得しながら、他の電力変換装置１０との間の出力電流のバランス制御を行うのは実質的に不可能である。そのため、本実施形態では、後述の如く、ドループ制御によって、それぞれの電力変換装置１０が複数の電力変換装置１０の出力電流のバランス制御を自律的に行う。

【0023】

複数の電力変換装置１０は、互いに同じ構成を有するため、以下、一の電力変換装置１０の構成を代表的に説明する。

【0024】

電力変換装置１０は、複数の電力変換モジュール９を含む。

【0025】

複数の電力変換モジュール９は、電力変換装置１０の入力部及び出力部のそれぞれに対して並列接続される。

【0026】

電力変換装置１０の入力部及び出力部に対して並列接続される電力変換モジュール９の台数は、任意である。例えば、図１、図２に示すように、２台の電力変換モジュール９が電力変換装置１０の入力部及び出力部に対して並列接続される。また、３台以上の電力変換モジュール９が電力変換装置１０の入力部及び出力部に対して並列接続されてもよい。以下、電力変換装置１０の入力部及び出力部に対して並列接続される電力変換モジュール９の台数が２台である場合を中心に説明を行う。

【0027】

また、例えば、図１、図２に示すように、電力変換装置１０ごとの電力変換モジュール９の台数は、複数の電力変換装置１０の全てにおいて、同じである。また、電力変換装置１０ごとの電力変換モジュール９の台数は、複数の電力変換装置１０のうちの一部または全部において、互いに異なっていてもよい。以下、電力変換装置１０ごとの電力変換モジュール９の台数は、複数の電力変換装置１０の全てにおいて、同じである場合を中心に説明を行う。

【0028】

例えば、複数の電力変換モジュール９は、全て同じ出力容量を有している。また、複数の電力変換モジュール９は、その一部又は全部が互いに異なる出力容量を有していてもよい。以下、複数の電力変換モジュール９は、全て同じ出力容量を有している前提で説明を行う。

【0029】

複数の電力変換モジュール９は、互いに同じ構成を有するため、以下、一の電力変換モジュール９の構成を代表的に説明する。

【0030】

電力変換モジュール９は、入力遮断器３と、入力フィルタ４と、ＡＣ／ＤＣ（Alternating Current to Direct Current）コンバータ５と、ＤＣ／ＡＣ（Direct Current to Alternating Current）コンバータ６と、出力フィルタ７と、出力遮断器８とを含む。

【0031】

入力遮断器３は、電力変換モジュール９の入力部の電力経路を開閉し、トランス２からの電流を遮断することができる。

【0032】

入力フィルタ４は、インダクタとコンデンサとを含むＬＣフィルタであり、トランス２から入力される交流における好ましくない成分を抑制する。例えば、入力フィルタ４は、トランス２から入力される交流における基本波の周波数よりも高い高周波成分を抑制する。

【0033】

ＡＣ／ＤＣコンバータ５は、入力フィルタ４を通じて入力される交流を直流に変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ５は、例えば、ダイオードブリッジ回路によって構成される。また、半導体スイッチ（「スイッチング素子」とも称する）を用いたブリッジ回路によって構成されてもよい。

【0034】

ＤＣ／ＡＣコンバータ６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５から出力される直流を所望の電圧及び周波数の交流に変換する。ＤＣ／ＡＣコンバータ６は、例えば、半導体スイッチを用いたブリッジ回路により構成される。

【0035】

出力フィルタ７は、インダクタとコンデンサ７２とを含むＬＣフィルタであり、ＤＣ／ＡＣコンバータ６から出力される交流における好ましくない成分を抑制する。例えば、出力フィルタ７は、ＤＣ／ＡＣコンバータ６から出力される交流における基本波の周波数よりも高い高周波成分を抑制する。

【0036】

出力遮断器８は、電力変換モジュール９の出力部の電力経路を開閉し、電力変換モジュール９の外部への電流を遮断する。

【0037】

出力フィルタ７を通過した交流は、電力変換モジュール９から出力され、他の電力変換モジュール９から出力される交流と合流し、合流した交流は、電力変換装置１０から出力される。

【0038】

電流検出装置１１は、電力変換装置１０から出力される電流を検出する。電流検出装置１１は、カレントトランス（ＣＴ：Current Transformer）である。

【0039】

トランス１２は、並列接続される複数の電力変換装置１０のそれぞれの出力側に電気的に接続される絶縁型の変圧器である。トランス１２の１次側は、電力変換装置１０と電気的に接続され、トランス１２の２次側は、負荷１４と電気的に接続されると共に、他の電力変換装置１０の出力側に設けられる他のトランス１２の２次側と電気的に接続される。

【0040】

給電遮断器１３は、トランス１２のそれぞれの出力側の電力経路に設けられる。給電遮断器１３は、トランス１２のそれぞれの出力側の電力経路を開閉し、トランス１２を通じた電力変換装置１０から負荷１４への電流（即ち、給電）を遮断することができる。

【0041】

負荷１４は、トランス１２を介して複数の電力変換装置１０から供給される交流によって稼働する交流負荷である。負荷１４は、例えば、誘導電動機や同期電動機等の交流電動機である。

【0042】

例えば、図１に示すように、負荷１４は、１つである。また、図２に示すように、負荷１４は、複数であってもよい。図２の例では、船舶ＳＰは、出力連結盤１８或いは出力連結盤１９を通じて、複数の電力変換装置１０と電気的に接続され、複数の電力変換装置１０から供給される電力によって、船舶ＳＰ内の負荷１４が稼働する。

【0043】

尚、図２の例では、全ての電力変換装置１０が稼働されなくてもよい。埠頭２０に接岸している船舶ＳＰの台数や船舶ＳＰが必要な給電量によっては、全ての電力変換装置１０を稼働させる必要がないからである。

【0044】

［電力変換装置の制御に関する構成］
図３を参照して、電力変換装置１０の制御に関する構成について説明する。

【0045】

図３は、電力変換装置１０の構成の一例を示す図である。

【0046】

図３に示すように、電力変換装置１０は、制御部３３と、モジュール制御部２５とを含む。

【0047】

制御部３３は、複数の電力変換モジュール９の出力容量に応じた出力電流のバランス制御を行う。また、制御部３３は、ドループ制御によって、複数の電力変換装置１０の出力容量に応じた出力電流のバランス制御を行う。

【0048】

制御部３３の機能は、任意のハードウェアや任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現される。制御部３３は、例えば、プロセッサと、メモリ装置と、補助記憶装置と、入出力用のインタフェース装置とを含むコンピュータを中心に実現される。また、制御部３３は、論理回路等のハードウェアのみにより実現されてもよい。

【0049】

制御部３３には、出力電流検出値２９と、出力電圧検出値３０と、モジュール全台数３１と、モジュール給電中信号７０とが入力される。

【0050】

出力電流検出値２９は、電力変換装置１０の出力電流の検出値である。出力電流検出値２９は、電流検出器２８から出力される。

【0051】

電流検出器２８は、電流検出装置１１（カレントトランス）の出力電流が入力され、電力変換装置１０の出力電流の検出値を出力する。

【0052】

出力電圧検出値３０は、電力変換装置１０の出力電圧の検出値である。

【0053】

モジュール全台数３１は、電力変換装置１０に含まれる電力変換モジュール９の全台数である。本例では、モジュール全台数３１は、"２"である。例えば、モジュール全台数３１は、制御部３３の外部のメモリ等から読み出されることにより、或いは、ユーザからの入力により、制御部３３に入力される。また、モジュール全台数３１は、制御部３３の内部のメモリ等から読み出される形であってもよい。

【0054】

モジュール給電中信号７０は、複数の電力変換モジュール９ごとのモジュール制御部２５から入力される。モジュール給電中信号７０は、モジュール制御部２５による制御対象の電力変換モジュール９が電力変換装置１０の出力側に電力を給電中であることを表す信号である。モジュール制御部２５からモジュール給電中信号が入力されない場合、制御部３３は、対象のモジュール制御部２５に対応する電力変換モジュール９が停止中であると判断できる。

【0055】

制御部３３は、上述の各種入力に基づき、電圧指令３４、トランス位相３５、及び周波数指令３６を出力する。電圧指令３４，トランス位相３５、及び周波数指令３６は、複数の電力変換モジュール９のそれぞれのモジュール制御部２５に入力される。

【0056】

電圧指令３４は、電力変換モジュール９の出力電圧の指令値である。

【0057】

トランス位相３５は、電力変換装置１０の出力側に設けられるトランス１２の位相（具体的には、遅れ位相或いは進み位相）である。

【0058】

尚、トランス位相３５は、後述の如く、複数の電力変換モジュール９の一部が停止した場合に必要な情報であるため、全てのモジュール制御部２５からモジュール給電中信号７０が入力されている場合、出力されなくてもよい。

【0059】

周波数指令３６は、電力変換モジュール９の出力電流の周波数の指令値である。

【0060】

モジュール制御部２５は、制御部３３の制御下で、電力変換モジュール９の主回路を駆動制御する。電力変換モジュール９の主回路とは、入力遮断器３、入力フィルタ４，ＡＣ／ＤＣコンバータ５、ＤＣ／ＡＣコンバータ６、出力フィルタ７、及び出力遮断器８が配置される回路部を意味する。

【0061】

モジュール制御部２５には、出力電流検出値２２と、出力電圧検出値２３と、分担電流指令２６が入力される。

【0062】

出力電流検出値２２は、電力変換モジュール９の出力電流の検出値である。出力電流検出値２２は、電力変換モジュール９の出力部に設けられる電流検出装置１５（例えば、カレントトランス）から入力される。

【0063】

出力電圧検出値２３は、電力変換モジュール９の出力電圧の検出値である。

【0064】

分担電流指令２６は、電力変換装置１０の出力電流のうちの個々の電力変換モジュール９が分担すべき出力電流（分担電流）の指令値である。本例では、複数の電力変換モジュール９の出力容量が全て同じであることから、モジュール制御部２５に入力される分担電流指令２６は全て同じである。分担電流指令２６は、分担電流検出器２１から入力される。

【0065】

分担電流検出器２１は、複数の電力変換モジュール９ごとに設けられる。電流検出装置１１から出力され、電流検出器２８を通過した電流は、略均等に分流され、それぞれの分担電流検出器２１に入力される。これにより、分担電流検出器２１は、分流された電流を検出することによって、分担電流指令２６を出力することができる。

【0066】

また、モジュール制御部２５には、上述の如く、制御部３３から電圧指令３４、トランス位相３５、及び周波数指令３６が入力される。

【0067】

モジュール制御部２５は、上述の各種入力に基づき、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号２４を生成し、ＤＣ／ＡＣコンバータ６に出力することにより、ＤＣ／ＡＣコンバータ６から出力される交流（具体的には、正弦波）の電流、電圧、周波数、位相等を制御する。

【0068】

また、モジュール制御部２５は、判定部６８を含む。判定部６８は、例えば、ハードウェアのみにより実現されてもよいし、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現されてもよい。

【0069】

判定部６８は、電力変換モジュール９の故障の有無を判定する。電力変換モジュール９の故障とは、電力変換モジュール９を停止させるべき異常を意味する。電力変換モジュール９の故障には、主回路の故障だけでなく、モジュール制御部２５の故障等の主回路以外の故障であって、電力変換モジュール９の制御に関わる構成要素の故障が含まれうる。例えば、判定部６８は、制御部３３からの指令と、電力変換モジュール９の実際の状態との乖離状態に基づき、電力変換モジュール９の故障の有無を判定する。また、判定部６８は、既知の方法を任意に適用することによって、異なる方法で電力変換モジュール９の故障の有無を判定してもよい。

【0070】

判定部６８は、電力変換モジュール９の故障なしと判定すると、制御部３３にモジュール給電中信号７０を出力する。一方、判定部６８は、電力変換モジュール９の故障ありと判定すると、モジュール制御部２５に分担電流指令２６を入力する分担電流検出器２１の一次側の信号線に設けられるスイッチ２７をオンからオフに切り替える指令を出力する。これにより、分担電流検出器２１の１次側に電流が入力されず、その結果、分担電流検出器２１からモジュール制御部２５に入力される分担電流指令２６をゼロ（０）にすることができる。そのため、モジュール制御部２５は、電力変換モジュール９の故障をトリガとする、ゼロの分担電流指令２６に応じて、電力変換モジュール９を停止させることができる。

【0071】

［制御部の制御処理の具体例］
図４、図５を参照して、制御部３３の制御処理の具体例について説明する。

【0072】

図４は、制御部３３の制御処理の一例を示す制御ブロック図である。図５は、モジュール全台数３１及びモジュール給電台数３２と、モジュールゲイン３９及びトランスゲイン４２との関係の一例を示す図である。

【0073】

図４に示すように、制御部３３は、複数のモジュール制御部２５からのモジュール給電中信号７０について、加算処理７１を行い、モジュール給電台数３２を取得する。

【0074】

制御部３３は、モジュール全台数３１をモジュール給電台数３２で除する（即ち、割る）除算処理３８を行い、モジュールゲイン３９を取得する（図５参照）。

【0075】

但し、モジュール給電中信号７０が１つも入力されない場合、モジュール給電台数３２は、ゼロ（０）となるが、ゼロ（０）で除算処理３８が実行されることを避けるため、モジュール給電台数３２には、下限リミッタ３７が"１"に設定される。これにより、加算処理７１の結果がゼロ（０）であっても、モジュール給電台数３２は、"１"に補正される（図５参照）。

【0076】

制御部３３は、出力電流検出値２９とモジュールゲイン３９との乗算処理４０ａの結果と、出力電圧検出値３０とに基づき、有効電力演算処理４８を行い、有効電力演算値５４を取得する。

【0077】

制御部３３は、有効電力演算値５４と、周波数ドループ特性４７とに基づき、電力変換モジュール９の出力電流の周波数補正量５７を取得する。周波数ドループ特性４７は、例えば、対象の電力変換装置１０の電力変換モジュール９、及び他の電力変換装置１０の電力変換モジュール９の出力電流の周波数垂下特性により構成される。

【0078】

制御部３３は、出力周波数設定値５３から周波数補正量５７を減算する減算処理４１ｂを行い、周波数指令３６を取得し、モジュール制御部２５に出力する。

【0079】

また、制御部３３は、出力電流検出値２９とモジュールゲイン３９との乗算処理４０ｃの結果と、出力電圧検出値３０とに基づき、無効電力演算処理４９を行い、無効電力演算値５０を取得する。

【0080】

制御部３３は、無効電力演算値５０と、電圧ドループ特性４６（即ち、電力変換モジュール９の出力電圧垂下特性）とに基づき、電圧補正量５１を取得する。周波数ドループ特性４７は、例えば、対象の電力変換装置１０の電力変換モジュール９、及び他の電力変換装置１０の電力変換モジュール９の出力電流の周波数垂下特性により構成される。

【0081】

また、制御部３３は、モジュールゲイン３９から"１"を減算する減算処理４１ａを行うことによって、トランスゲイン４２を取得する。

【0082】

図５に示すように、トランスゲイン４２は、電力変換装置１０に含まれる電力変換モジュール９が全て稼働中である（即ち、モジュール全台数３１とモジュール給電台数３２とが同じである）場合、"０"である。一方、トランスゲイン４２は、電力変換装置１０に含まれる電力変換モジュール９の一部が停止している（即ち、モジュール全台数３１よりモジュール給電台数３２の方が少ない）場合、正の値を取る。

【0083】

図４に戻り、制御部３３は、出力電流検出値２９とトランスゲイン４２とを乗算する乗算処理４０ｂを行い、トランス負荷率４３を取得する。

【0084】

制御部３３は、トランス負荷率４３と、トランス電圧特性４５とに基づき、電圧補正量５６を取得する。トランス電圧特性４５は、対象の電力変換装置１０の出力側に配置されるトランス１２の出力電圧（即ち、２次側の電圧）とトランス負荷率４３との関係を表す（後述の図９、図１０参照）。トランス電圧特性４５は、例えば、トランス１２の成績書の定格電流、相電圧、負荷損、短絡％インピーダンス等の情報から算定することができる。トランス電圧特性４５は、例えば、データテーブルとして与えられる。また、トランス電圧特性４５は、トランス負荷率を変数とする演算式として与えられてもよい。

【0085】

制御部３３は、出力電圧設定値５２から電圧補正量５１及び電圧補正量５６を減算する減算処理５５を行い、電圧指令３４を取得し、モジュール制御部２５に出力する。

【0086】

また、制御部３３は、トランス負荷率４３と、トランス位相特性４４とに基づき、トランス位相３５を取得し、トランス位相３５をモジュール制御部２５に出力する。トランス位相特性４４は、対象の電力変換装置１０の出力側に配置されるトランス１２の出力電流の周波数とトランス負荷率４３との関係を表す（後述の図９参照）。

【0087】

［モジュール制御部の制御処理の具体例］
図６を参照して、モジュール制御部２５の制御処理の具体例について説明する。

【0088】

図６は、モジュール制御部２５の制御処理の一例を示す制御ブロック図である。

【0089】

図６に示すように、モジュール制御部２５は、分担電流指令２６とコンデンサ電流指令７３との加算処理７１を行い、その結果から出力電流検出値２２を減算する減算処理４１ｄを行い、横流５８を取得する。コンデンサ電流指令７３は、出力フィルタ７のコンデンサ７２に流れる電流の指令値である。コンデンサ電流指令７３は、例えば、コンデンサ７２に流すべき電流値として予め規定されている。

【0090】

モジュール制御部２５は、横流５８と、後述の正弦波形６５とに基づき、横流演算処理６０を行い、横流５８をゼロに近づけるための出力電圧及び出力周波数のそれぞれの補正量（電圧補正量６１及び位相補正量６２）を取得する。

【0091】

また、モジュール制御部２５は、トランス位相３５（θ）と、周波数指令３６（ωｔ）と、位相補正量６２（Δθｓ）とに基づき、正弦波生成処理６４を行い、正弦波形６５を取得する。正弦波形６５は、ｓｉｎ（ωｔ＋Δθｓ－θ）で表される。

【0092】

また、モジュール制御部２５は、電圧指令３４から出力電圧検出値２３を減算する減算処理４１ｃを行うと共に、減算処理４１ｃにより得られる偏差から更に電圧補正量６１を減算する減算処理４１ｅを行う。

【0093】

モジュール制御部２５は、減算処理４１ｅにより得られる偏差に基づき、電圧調節器５９を用いて、電圧振幅指令値６３を取得する。電圧調節器５９は、例えば、ＰＩ（Proportional Integral）補償器である。

【0094】

モジュール制御部２５は、正弦波形６５に電圧振幅指令値６３を乗算する乗算処理４０ｄを行い、出力制御波形６６を取得する。

【0095】

モジュール制御部２５は、出力制御波形６６に基づき、ＰＷＭ制御処理６７を行い、ＰＷＭ信号２４を生成し、ＤＣ／ＡＣコンバータ６に出力する。

【0096】

［電源システムの正常時の動作状態］
図７を参照して、電源システムＳＹＳの正常時の動作状態について説明する。具体的には、複数の電力変換装置１０のそれぞれに含まれる複数の電力変換モジュール９が全て正常に動作している場合の電源システムＳＹＳの動作状態について説明する。

【0097】

図７は、電源システムＳＹＳの正常時の動作状態の一例を示す図である。図７は、図７Ａ，７Ｂを含む。

【0098】

尚、図７Ｂでは、２つの電力変換装置１０について、図７Ａの上側の電力変換装置１０を「電力変換装置（１）」と称し、図７Ａの下側の電力変換装置１０を「電力変換装置（２）」と称する。

【0099】

以下、本例では、電力変換モジュール９の定格出力を基準とする負荷率を用いて説明を行う。

【0100】

図７Ａに示すように、２つの電力変換装置１０のそれぞれに含まれる２つの電力変換モジュール９が正常に稼働しているため、２つの電力変換装置１０のそれぞれのモジュールゲインは、共に、"１"である。そのため、図７Ｂに示すように、２つの電力変換装置１０の周波数ドループ特性４７及び電圧ドループ特性４６は、同じである。その結果、全て（４台）の電力変換モジュール９が同じ負荷率で稼働することにより、２つの電力変換装置１０は、互いに、同一の出力電圧及び出力周波数の交流を出力する。

【0101】

また、図７Ａに示すように、２つの電力変換装置１０は、互いに、同じ位相の交流を出力する。

【0102】

本例では、複数（２台）の電力変換装置１０に含まれる電力変換モジュール９が同じ負荷率（６０％）で稼働している。

【0103】

負荷１４には、電力変換モジュール９の４台分の電力が供給されることから、電源システムＳＹＳは、最大負荷率４００（＝１００×４）％に対して、負荷率２４０（＝６０×４）％で運転されている。

【0104】

また、２つの電力変換装置１０のそれぞれに含まれる電力変換モジュール９が正常に稼働中であることから、それぞれの出力側に配置されるトランス１２の負荷率も同じ負荷率６０％となる。そのため、２つのトランス１２での遅れ位相及び電圧変動（電圧降下）は同じとなり、その結果、２つのトランス１２から出力される交流は、出力電圧及び位相が一致するように同期される。よって、電源システムＳＹＳは、２つの電力変換装置１０の安定した並列運転を実現することができる。

【0105】

［電源システムの異常時の動作状態］
図８～図１３を参照して、電源システムＳＹＳの異常時の動作状態について説明する。具体的には、複数の電力変換装置１０のそれぞれに含まれる複数の電力変換モジュール９の一部が故障停止している場合の電源システムの動作状態について説明する。

【0106】

図８は、電源システムＳＹＳの異常時の動作状態を示す図である。図８は、図８Ａ，８Ｂを含む。図９は、トランス１２の特性の一例を示す図である。図９は、トランス１２の位相特性を表す図９Ａと、トランス１２の電圧特性を表す図９Ｂとを含む。図１０は、トランス１２の電圧特性の補正方法の一例を示す図である。図１１は、トランス１２から出力される交流の位相同期制御の一例を説明する図である。図１２は、比較例に係る電源システムの動作の一例を示す図である。図１３は、実施形態に係る電源システムＳＹＳの動作の一例を示す図である。

【0107】

尚、図８Ｂでは、２つの電力変換装置１０について、図８Ａの上側の電力変換装置１０を「電力変換装置（１）」と称し、図８Ａの下側の電力変換装置１０を「電力変換装置（２）」と称する。また、以下の説明では、図８Ａの上側の電力変換装置１０及び下側の電力変換装置１０のそれぞれを、単に、「上側の電力変換装置１０」及び「下側の電力変換装置１０」と称する場合がある。

【0108】

以下、本例では、電力変換モジュール９の定格出力を基準とする負荷率を用いて説明を行う。

【0109】

図８Ａに示すように、本例では、上側の電力変換装置１０は、２台の電力変換モジュール９が正常に稼働している一方、下側の電力変換装置１０は、２台の電力変換モジュール９のうち１台のみが稼働し残りの１台は故障停止している。そのため、上側の電力変換装置１０におけるモジュールゲイン３９は、"１"である一方、下側の電力変換装置１０におけるモジュールゲイン３９は、"２"である。そのため、図８Ｂに示すように、上側の電力変換装置１０の周波数ドループ特性４７及び電圧ドループ特性４６は、図７Ｂと同じである一方、下側の電力変換装置１０の周波数ドループ特性４７及び電圧ドループ特性４６は、図７Ｂの状態から、出力電力（有効電力或いは無効電力）の増加に対する周波数或いは出力電圧の垂下の程度が大きくなる方向に変更される。その結果、上側の電力変換装置１０の負荷率が増加する一方、下側の電力変換装置１０の負荷率が減少するように動作点（周波数或いは電圧）が決定される。

【0110】

図８Ａに示すように、本例では、上側の電力変換装置１０の２台の電力変換モジュール９、及び下側の電力変換装置１０の稼働中の１台の電力変換モジュール９は、それぞれ、同じ８０％で稼働している。但し、２台の電力変換装置１０を比較した場合、上側の電力変換装置１０の負荷率は、１６０（＝８０×２）％であり、図７の場合より負荷率が４０％増加している一方、下側の電力変換装置１０の負荷率は、８０％であり、図７の場合より負荷率が４０％減少している。その結果、負荷１４には、図７の場合と同様の負荷率２４０％に対応する交流が給電されている。

【0111】

図８Ａに示すように、２台の電力変換装置１０の負荷率が異なることから、２台の電力変換装置１０のそれぞれの出力側に配置されるトランス１２の負荷率も互いに異なる。本例では、上側の電力変換装置１０に対応するトランス１２は負荷率８０％である一方、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２は負荷率４０％である。そのため、２台のトランス１２での遅れ位相及び電圧降下に差が生じる。よって、仮に、２台の電力変換装置１０から出力される交流の出力電圧及び位相が同じである場合、２台のトランス１２から出力される交流の電圧及び位相が一致しないことになり、安定点に整定するまでの過渡応答時に下側の電力変換装置１０が過負荷になる可能性がある。

【0112】

これに対して、本例では、図８Ａの下側の電力変換装置１０から出力される交流には、上述の如く、トランス位相３５に相当する遅れ位相（θ）、及び電圧補正量５６（Ｖｔ）が予め補償される（図５、図６参照）。これにより、図８Ａに示すように、下側の電力変換装置１０から出力される交流がトランス１２と同様の特性を有する仮想的なトランス（以下、「仮想トランス」）１２ｖを更に通過させるのと同様の効果をもたらすことができる。そのため、２台のトランス１２から出力される交流の電圧及び位相の差異を低減し、下側の電力変換装置１０の過負荷を抑制することができる。

【0113】

例えば、図９Ａ，９Ｂに示すように、４台の電力変換モジュール９が正常に稼働している場合（図７参照）、２台のトランス１２は、同じ負荷率（本例では、６０％）であり、遅れ位相及び出力電圧も同じである（動作点９０１，９１１参照）。

【0114】

一方、図８Ａの下側の電力変換装置１０の１台の電力変換モジュール９が停止すると、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の負荷率が４０％に低下する一方、図８Ａの上側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の負荷率が８０％に増加する。そのため、図９Ａに示すように、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の遅れ位相は低減される（動作点９０２参照）一方、上側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の遅れ位相は増加する（動作点９０３参照）。同様に、図９Ｂに示すように、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の電圧降下は減少する（動作点９１２参照）一方、上側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の電圧降下は増加する（動作点９１３参照）。

【0115】

この場合、制御部３３は、図９Ａのトランス位相特性４４を用いて、動作点９０２に対応するトランス位相３５（本例では、１．２８）を取得することができる。同様に、制御部３３は、図９Ｂのトランス電圧特性４５を用いて、動作点９１２に対応する電圧補正量５６を取得することができる。そのため、制御部３３は、下側の電力変換装置１０から出力される交流について、トランス１２と同様の特性を有する仮想トランス１２ｖに対応する遅れ位相及び電圧降下を補償することができる。

【0116】

本例では、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２から出力される交流には、トランス１２での遅れ位相（１．２８度）に加えて、仮想トランス１２ｖに対応する遅れ位相（１．２８度）が加算される。そのため、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２から出力される交流の遅れ位相（１．２８度＋１．２８度＝２．５６度）と、上側の電力変換装置１０に対応するトランス１２から出力される交流の遅れ位相（２．５５度）とは略同じである。

【0117】

また、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２から出力される交流には、トランス１２での電圧降下（０．２６％）に加えて、仮想トランス１２ｖに対応する電圧降下（０．２６％）が加算される。そのため、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２から出力される交流の実質的な電圧降下量（０．２６％＋０．２６％＝０．５２％）と、上側の電力変換装置１０に対応するトランス１２から出力される交流の電圧降下量（０．５８％）との差はある程度低減される。

【0118】

図９Ｂに示すように、実際のトランス１２の電圧特性は、線形ではなく、上に凸の曲線状である。そのため、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２から出力される交流の実質的な電圧降下量（０．５２％）と、上側の電力変換装置１０に対応するトランス１２から出力される交流の電圧降下量（０．５８％）との間に差が残ってしまう（０．０６％）。

【0119】

そこで、図１０に示すように、電圧補正量５６を取得するために使用するトランス電圧特性４５は、実際のトランス１２の電圧特性を線形近似することによって得られてもよい（図中の破線参照）。これにより、実際のトランス１２の電圧特性を使用する場合に比して、電圧補正量５６を増加させることができる（動作点１００１参照）。本例では、仮想トランス１２ｖでの電圧降下を０．２６％から０．３０％に増加させ、その結果、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２から出力される交流の実質的な電圧降下量を０．５２％から０．５６％まで増加させることができる。よって、下側の電力変換装置１０の過負荷を更に抑制することができる。

【0120】

図１１は、上側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の位相特性１１０１と、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の位相特性１１０２と、仮想トランス１２ｖの位相特性１１０３とを表している。

【0121】

図１１に示すように、上側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の位相特性１１０１と、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の位相特性１１０２との間には大きな乖離がある。

【0122】

これに対して、仮想トランス１２ｖの位相特性１１０３を、下側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の位相特性１１０２に合成することによって、上側の電力変換装置１０に対応するトランス１２の位相特性１１０１と同等の位相特性を成立させることができる。

【0123】

例えば、図１２に示すように、仮想トランス１２ｖに対応する遅れ位相及び電圧降下を補償しない比較例では、下側の電力変換装置１０の１台の電力変換モジュール９が稼働する状態から故障停止に移行する際に、過渡応答が発生し、その結果、下側の電力変換装置１０の稼働中の電力変換モジュール９が過負荷になっている。

【0124】

これに対して、図１３に示すように、仮想トランス１２ｖに対応する遅れ位相及び電圧降下を補償することによって、下側の電力変換装置１０の１台の電力変換モジュール９が稼働する状態から故障停止に移行する際の過渡応答を抑制することができる。その結果、下側の電力変換装置１０の稼働中の電力変換モジュール９の過負荷を抑制することができる。

【0125】

［作用］
本実施形態に係る電源システム、制御装置、及び制御方法の作用について説明する。

【0126】

本実施形態の第１の態様では、複数の電力変換装置と、トランスと、を備え、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、複数の電力変換部を含む、電源システムが提供される。前記複数の電力変換装置は、例えば、上述の複数の電力変換装置１０である。前記トランスは、例えば、上述のトランス１２である。前記複数の電力変換部は、例えば、上述の複数の電力変換モジュール９である。具体的には、前記複数の電力変換装置は、それぞれが電源から供給される電力を用いて交流を出力し、出力側で並列接続される。前記電源は、例えば、上述の電源１である。また、前記トランスは、前記複数の電力変換装置ごとに設けられ、対象の電力変換装置の出力側に電気的に接続される。また、前記複数の電力変換部は、対象の電力変換装置の入力部及び出力部に対して並列接続され、対象の電力変換装置に入力される電力を用いて交流を出力する。そして、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、前記複数の電力変換部の容量に応じた出力電流のバランス制御を行うと共に、ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する。

【0127】

これにより、電源システムは、電力変換装置に含まれる複数の電力変換部の一部が停止しても、正常な残りの電力変換部によって電力の出力を継続することができる。具体的には、電源システムは、一部の電力変換部が停止した電力変換装置に対応するトランスから出力される交流と、他の電力変換装置に対応するトランスから出力される交流とを同期させ、過渡応答を抑制することができる。そのため、電源システムは、過渡応答によって、一部の電力変換部が停止した電力変換装置が過負荷になるような事態を抑制し、一部の電力変換部が停止した場合でも安定した並列運転を継続することができる。

【0128】

また、本実施形態の第２の態様では、上述の第１の態様を前提として、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換部のうちの稼働中の電力変換部の出力電圧及び位相を調整すると共に、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続してもよい。

【0129】

これにより、電源システムは、一部の電力変換部が停止した電力変換装置に対応するトランスから出力される交流と、他の電力変換装置に対応するトランスから出力される交流とを同期させ、過渡応答を抑制することができる。

【0130】

また、本実施形態の第３の態様では、上述の第２の態様を前提として、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、前記複数の電力変換部の出力電流のバランス制御を行うと共に、前記複数の電力変換部の周波数垂下特性及び電圧垂下特性に基づく前記ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、前記複数の電力変換部の全台数、及び前記稼働中の電力変換部の台数と、対象の電力変換装置の出力電流の検出値とに基づき、対象の電力変換装置の出力側の前記トランスの位相及び電圧変動を取得し、取得した前記トランスの位相及び電圧変動に基づき、前記稼働中の電力変換部の出力電圧及び位相を変更すると共に、前記稼働中の電力変換部の前記周波数垂下特性及び前記電圧垂下特性を変更し、前記ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行ってもよい。

【0131】

これにより、電源システムは、一部の電力変換部が停止した電力変換装置に対応するトランスから出力される交流と、他の電力変換装置に対応するトランスから出力される交流とを同期させつつ、複数の電力変換装置の出力電流のバランス制御を継続することができる。

【0132】

また、本実施形態の第４の態様では、上述の第３の態様を前提として、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、前記複数の電力変換部の全台数、及び前記稼働中の電力変換部の台数と、対象の電力変換装置の出力電流の検出値とに基づき、対象の電力変換装置の出力側の前記トランスの位相及び電圧変動を取得し、取得した前記トランスの位相及び電圧変動に基づき、前記トランスの位相特性及び電圧特性を用いて、前記稼働中の電力変換部の出力電圧及び位相を変更してもよい。そして、前記トランスの前記電圧特性は、前記トランスの実際の電圧特性を線形近似することにより得られてもよい。

【0133】

これにより、電源システムは、一部の電力変換部が停止した電力変換装置に対応するトランスから出力される交流と、他の電力変換装置に対応するトランスから出力される交流とをより適切に同期させ、過渡応答をより適切に抑制することができる。

【0134】

また、本実施形態の第５の態様では、それぞれが電源から供給される電力を用いて交流を出力し、出力側で並列接続される複数の電力変換装置と、前記複数の電力変換装置ごとに設けられ、対象の電力変換装置の出力側に電気的に接続されるトランスと、を備え、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、対象の電力変換装置の入力部及び出力部に対して並列接続され、対象の電力変換装置に入力される電力を用いて交流を出力する複数の電力変換部を含む、電源システムについて、一の前記電力変換装置を制御する制御装置が提供される。前記制御装置は、例えば、上述の制御部３３である。具体的には、前記制御装置は、前記複数の電力変換部の容量に応じた出力電流のバランス制御を行うと共に、ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の前記電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する。

【0135】

これにより、制御装置は、電力変換装置に含まれる複数の電力変換部の一部が停止しても、正常な残りの電力変換部によって電力の出力を継続することができる。具体的には、制御装置は、一部の電力変換部が停止した電力変換装置に対応するトランスから出力される交流と、他の電力変換装置に対応するトランスから出力される交流とを同期させ、過渡応答を抑制することができる。そのため、制御装置は、過渡応答によって、一部の電力変換部が停止した電力変換装置が過負荷になるような事態を抑制し、一部の電力変換部が停止した場合でも安定した並列運転を継続することができる。

【0136】

また、前記制御装置についても、上述の第５の態様を前提として、前記電源システムについての第２～第４の態様と同様の態様が実現され得る。

【0137】

これにより、上述の第２～第４の態様と同様の効果を奏する。

【0138】

また、本実施形態の第６の態様では、それぞれが電源から供給される電力を用いて交流を出力し、出力側で並列接続される複数の電力変換装置と、前記複数の電力変換装置ごとに設けられ、対象の電力変換装置の出力側に電気的に接続されるトランスと、を備え、前記複数の電力変換装置は、それぞれ、対象の電力変換装置の入力部及び出力部に対して並列接続され、対象の電力変換装置に入力される電力を用いて交流を出力する複数の電力変換部を含む、電源システムについて、一の前記電力変換装置を制御する制御方法が提供される。具体的には、前記制御方法では、前記複数の電力変換部の容量に応じた出力電流のバランス制御を行うと共に、ドループ制御によって、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を行い、前記複数の電力変換部の一部が停止した場合、対象の前記電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流と、他の電力変換装置の出力側の前記トランスから出力される交流との位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、前記複数の電力変換装置の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する。

【0139】

これにより、電力変換装置に含まれる複数の電力変換部の一部が停止しても、本制御方法によって、正常な残りの電力変換部によって電力の出力を継続することができる。具体的には、本制御方法によれば、一部の電力変換部が停止した電力変換装置に対応するトランスから出力される交流と、他の電力変換装置に対応するトランスから出力される交流とを同期させ、過渡応答を抑制することができる。そのため、本制御方法によれば、過渡応答によって、一部の電力変換部が停止した電力変換装置が過負荷になるような事態を抑制し、一部の電力変換部が停止した場合でも安定した並列運転を継続することができる。

【0140】

また、前記制御方法についても、上述の第６の態様を前提として、前記電源システムについての第２～第４の態様と同様の態様が実現され得る。

【0141】

これにより、上述の第２～第４の態様と同様の効果を奏する。

【0142】

以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0143】

１ 電源
２ トランス
３ 入力遮断器
４ 入力フィルタ
５ ＡＣ／ＤＣコンバータ
６ ＤＣ／ＡＣコンバータ
７ 出力フィルタ
８ 出力遮断器
９ 電力変換モジュール
１０ 電力変換装置
１１ 電流検出装置
１２ トランス
１２ｖ 仮想トランス
１３ 給電遮断器
１４ 負荷
１５ 電流検出装置
２１ 分担電流検出器
２２ 出力電流検出値
２３ 出力電圧検出値
２４ ＰＷＭ信号
２５ モジュール制御部
２６ 分担電流指令
２７ スイッチ
２８ 電流検出器
２９ 出力電流検出値
３０ 出力電圧検出値
３１ モジュール全台数
３２ モジュール給電台数
３３ 制御部
３４ 電圧指令
３５ トランス位相
３６ 周波数指令
３７ 下限リミッタ
３８ 除算処理
３９ モジュールゲイン
４０ａ 乗算処理
４０ｂ 乗算処理
４０ｃ 乗算処理
４０ｄ 乗算処理
４１ａ 減算処理
４１ｂ 減算処理
４１ｃ 減算処理
４１ｄ 減算処理
４１ｅ 減算処理
４２ トランスゲイン
４３ トランス負荷率
４４ トランス位相特性
４５ トランス電圧特性
４６ 電圧ドループ特性
４７ 周波数ドループ特性
４８ 有効電力演算処理
４９ 無効電力演算処理
５０ 無効電力演算値
５１ 電圧補正量
５２ 出力電圧設定値
５３ 出力周波数設定値
５４ 有効電力演算値
５５ 減算処理
５６ 電圧補正量
５７ 周波数補正量
５８ 横流
５９ 電圧調節器
６０ 横流演算処理
６１ 電圧補正量
６２ 位相補正量
６３ 電圧振幅指令値
６４ 正弦波生成処理
６５ 正弦波形
６６ 出力制御波形
６７ ＰＷＭ制御処理
６８ 判定部
７０ モジュール給電中信号
７１ 加算処理
７２ コンデンサ
７３ コンデンサ電流指令
ＳＹＳ 電源システム

【要約】

【課題】複数の電力変換装置を並列接続しそれぞれがトランスを介して電力を出力する電源システムについて、電力変換装置に含まれる複数の電力変換部の一部が停止しても、正常な残りの電力変換部によって電力の出力を継続することが可能な技術を提供する。
【解決手段】本開示の一実施形態に係る電源システムＳＹＳは、出力側で並列接続される複数の電力変換装置１０と、複数の電力変換装置１０のそれぞれの出力側に電気的に接続されるトランス１２と、を備え、複数の電力変換装置１０は、それぞれ、並列接続される複数の電力変換モジュール９を含み、複数の電力変換モジュール９の一部が停止した場合、対象の電力変換装置１０の出力側のトランス１２、及び他の電力変換装置１０の出力側のトランス１２のそれぞれから出力される交流の位相が同期し、電圧レベルが同じになるように、複数の電力変換装置１０の容量に応じた出力電流のバランス制御を継続する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】