JPH0191671A

JPH0191671A - 系統連系用インバータ装置

Info

Publication number: JPH0191671A
Application number: JP62246143A
Authority: JP
Inventors: Nagataka Seki; 関　長隆; Kihei Nakajima; 中島　喜平; Kiyoshi Ogawa; 清小川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1989-04-11
Also published as: US4878208A; KR910003296B1; DE3887056T2; DE3887056D1; EP0310048A3; KR890005961A; EP0310048A2; EP0310048B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は系統連系用インバータ装置の保護に関する。

（従来の技術）太陽電池や燃料電池などのような直流電力を、インバー
タで交流電力に変換し、連系リアクトルや変圧器を介し
て電源系統に接続するシステムはエネルギーの有効利用
の観点から利用されつつある。系統連系用インバータに
は例えば電気学会「半導体電力変換方式」第９・３節に
記載されているように、交流電圧を利用してインバータ
の動作を行う他励式と、インバータの出力電圧位相を自
由に制御可能な自励式とに大別される。自励式インバー
タは、遅れ、進みの無効電力を自由に系統に供給でき、
系統容量が小さい場合でも安定な運転が可能である。

第４図は従来の自励式インバータ装置の代表的な主回路
および制御ブロックを示した構成図である。図において
１は電池、２はインバータ、３は連系リアクトル、４，
２ｏは交流開閉器、５は電源、６は負荷、７は電圧検出
器、８は電流検出器、９は有効電力設定器、１０は位相
演算器、１１゜１４．１７は加算器、１２は電源位相演
算器、１３は無効電力設定器、１５は増幅器、１６は無
効電力演算器、１８は電圧異常検出器、１９は周波数異
常検出器である。説明を省略化する為、変圧器は省略し
であるが、原理上の差違はない。

インバータ２は系統の電圧■Ｓ１位相θＳに対してイン
ータ電圧Ｖ工、位相θ１の値を出力して無効電力と有効
電力を制御する。第３図はそのベクトル図を示したもの
で、（ａ　）は系統電圧ＶＳと出力電流■の位相が一致
した力率１の運転状態のもので、同図（ｂ）は系統電圧
に対して進み方向の電流を供給している場合のものであ
る。インバータ電圧は電流に対して９０度位相の進んだ
連系リアクトルの電圧降下分の電圧を系統電圧とベクト
ル的に加算したものとなる。力率が１の場合は、Ｖｓと
■が同じ位相であり、インバータ位相はほぼ電流に比例
した値だけ系ａ電圧位相に対して進める。進み電流を供
給する場合は、その無効電力分だけ電圧の大きさを減少
させればよい。遅れ電流を供給する場合は電圧を増加さ
せる。したがって、有効電力の制御にはθ１を変化し、
無効電力の制御には電圧の大きさを制御すればよいこと
がわかる。

第４図の制御ブロック部は上記特性を得るように構成し
たものである。有効電力設定器９により有効電力指令を
与える。位相演算器１０では有効電流に連系リアクトル
の電圧降下分であるＸ・■と系統電圧Ｖｓとの位相角θ
１＝ｔａｎ“ｌ　　（ＸＩ／Ｖｓ）が演算される。θ１
が小さいときはθ１＝ＸＩ／Ｖｓとなり、Ｘ、Ｖｓはほ
ぼ一定であるから、有効電流に比例した位相を与えても
よい。この位相指令と系統電圧の位相が加算器１１で加
算され、インバータの出力位相指令θ１８となる。

一方、無効電力設定器１３よりその指令値を与え、この
値と電圧検出器７、電流検出器８から無効電力演算器１
６で演算された無効電力との差を加算器１４で演算し、
この偏差を増幅器１５で増幅する。この値と系統電圧の
大きさを加算器１７で加算してインバータ電圧の大きさ
を定める。電圧の大きさを変化させる手段としてインバ
ータ２がパルス幅変調（ＰＷＭ）制御の場合はそのパル
ス幅を変化させることにより可能である。またＰＷＭ制
御を行わない場合は第４図の構成例では図示していない
が、インバータの直流入力側にチョッパを設けてその出
力電圧の大きさを調整すればよい。

以上の構成により有効電力、無効電力が制御可能な系統
連系用発電装置が実現できる。

（発明が解決しようとする問題点）第４図で交流開閉器２０が開放され停電となった場合、
インバータ２はできるだけすみやかに運転停止となる事
が望ましい。この種インバータは一般に周波数や電圧が
標準的な値より離れた場合に電圧異常検出器１８又は周
波数異常検出器１９が働きインバータ運転を停止する。

第４図の例では、交流開閉器２０よりインバータ側に負
荷がある場合である。交流開閉器２０を開にした場合、
インバータ出力電圧と系統電圧との位相角θ１は負荷の
大きさにより定まる。開放前のインバータ出力有効電力
と負荷有効電力で差がある場合は、θ１が開放前後で異
なり、その差分を積分した値で周波数が変化してゆく事
となり、やがて周波数異常を検知してインバータが停止
することとなる。

一方、インバータ出力無効電力と負荷無効電力に差があ
る場合は、交流開閉器２０の開放前後で系統側の電圧の
大きさが異なり、無効電力の大きさも異なってくる。こ
のため、第４図の制御ブロック部で加算器１７には不安
定方向の電圧指令が加わり、やがてインバータの電圧異
常を検知してインバータが停止することとなる。

インバータ出力と負荷が有効電力および無効電力ともに
ほぼ同じ運転条件のチャンスはほとんどないが、一般に
インバータの有効電力指令Ｐ１″を時間とともに変化さ
せているので、前記二側のいずれかにひっかかり運転停
止となる。

上述のように停電によってインバータの周波数と電圧は
変化し、これを電圧又は周波数異常検出器１８又は１９
が検知しインバータを停止してい　゛る。停電から停止
迄の時間Ｔは日本と米国とでは少し異なるが０．５ない
し１秒以内が要求されているが、以下に示す問題がある
。

停電から停止迄の時間Ｔを短縮するには、異常検出器の
検出感度を高めることと、検出から作動迄の作動時間を
短くすることが考えられる。しかし系統電圧の変化は通
常±５％、ときに＋１０％。

−１５％程度は予想される。例えば変圧器や回転機の投
入電流で瞬間的に系統電圧が低下することは日常経験す
ることであり、電圧異常検出器１８の作動レベルを＋１
０％、−１５％の中に、又作動時間を０．５から１秒以
内に設定すると逆に必要以上にインバータを停止させて
しまう機会を作り出してしまうことになる。又周波数異
常検出器１９についても同様、検出レベルを±１Ｈ２以
内に設定することは望ましくないし、市販の周波数異常
検出器の作動時間は１ないし２秒である。

今、系統周波数の変動範囲が５０Ｈｚ±ＩＨ２として４
９Ｈ２以下及び５１Ｈ７以上を周波数異常とする。イン
バータが４９Ｈ２近傍で運転中で停電となり、インバー
タの発振周波数が徐々に上昇して５１）−１２に達した
後、１秒の時間を経て周波数異常検出器１９が作動して
インバータは停止する。４９Ｈ２から５１Ｈ７迄２Ｈ２
の変動に要する時間は、条件の悪い場合５秒程度である
。これからＴは６秒程度かかるものとみなければならな
い。

以上従来の検出方法では停電時にインバータを１秒以内
に停止させることは困難である。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、系統側の開
閉器が開となり停電となった場合、すみやかにインバー
タを停止できる装置を具現することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）上記目的を達成する為に、本発明では交流電圧の位相を
追従記憶する回路を設け、その位相と実際の位相の偏差
が所定値を追えたことを以って系統停電を検出する。

（作　用）位相記憶回路と、実際の電圧位相は通常一致しているが
、停電が発生するとずれてくる。１秒間に仮りに０．５
Ｈｚインバータの周波数が上昇したとすると位相にして
１秒間に１８００変化する。

例えば３０°以上の位相ずれを異常と見れば１／６秒で
異常の検出ができてインバータを停止できる。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示す構成図であり、２１は
位相記憶回路、２２は位相比較回路、２３は波形整形回
路で位相比較回路２２の出力は電圧異常検出器１８と周
波数異常検出器１９と同様図示しないインバータ停止シ
ーケンスに接続される。他の要素は第４図で示したもの
と同一番号のものは同一要素に対応する。

位相記憶回路２１は、連系点Ａにおける、ある電圧位相
を５秒ないし１０秒の時定数で記憶する回路で、通常は
系統電圧に同期した方形波を出力する。その出力は、次
段の位相比較回路２２の一方の入力となる。位相比較回
路２２の他方の入力には、連系点Ａの電圧が波形整形回
路２３で方形波に変換されて加えられる。正常時には位
相比較回路２２に加えられる２つの信号は同相故、その
出力はＯである。交流開閉器４が開放されると前述のよ
うに周波数が変化し、位相が変化する。即ちインバータ
電圧と系統電圧の位相差θ１は有効電力にほぼ比例して
制御される。連系リアクトルのインピーダンスを０．３
とすると、定格時θ１−ｊａｎ　’　０．３−１６．７
°、故にＯから高々２０’Ｃがθ１の変動範囲である。

今交流開閉器２０の開放又は系統の停電が発生すると、
θ１は連系リアクトル３と負荷６のインピーダンスで決
まる固有の値となるから、その瞬間に位相記憶回路２１
の出力と波形成形回路２３の出力とには大きな位相差を
生じ、位相比較回路２２の出力が１に転するかも知れな
いが、多くの場合は位相差は僅かである。周波数が徐々
に変動していく。仮に増加していくとすると、位相記憶
回路２１の出力は５〜１０秒のおくれがあるのですぐに
は変化しないが、連系点Ａの電圧位相は相対的に前に進
む。位相差検出回路の検出レベルを±１０°とすると、
１０”を超えた時点で異常と判断して、インバータを停
止する。

第２図は位相記憶回路２１の具体例である。

１０２は波形成形回路で正弦波を方形波に変換する。１
０２は位相差検出回路、１０３は積分増幅器、１０４は
電圧周波数発振器、１０５は分周器、１０６はバイアス
回路である。１０２から１０５迄はフェーズロックドル
ープ（ＰＬＬ）回路としてよく知られた回路である。入
力２４と出力２５に位相差があると、位相差検出回路１
０２は位相差に比例した出力を生ずるので、積分増幅器
はそれを積分する。電圧周波数発振器１０４は入力電圧
に比例した周波数を発生する発振器で中心周波数はバイ
アス回路１０６で与えられる。

位相差検出回路１０２の出力がＯでない限り、その誤差
が積分されて周波数を変えるので定常状態では入力２４
と出力２５の位相は一致する。積分器１０３の積分コン
デンサの容量により、応答速度が決まる。ＰＬＬ回路は
１個のＩＣとして市場で容易の求めることも可能である
ので、細部の説明は省略する。

以上の作用により、停電時のゆるやかな周波数変化に対
して速かに検出が可能となった、即ち１秒間に仮りに０
．４Ｈｚ周派数が変化したとすると、従来の実施例の場
合は２／　０．４　　＋　１＝　６秒要したのに対し、
本発明の場合１秒間の位相差は３６０°×０．４、故に
１０”のずれを検出レベルとして（１０’　／　１４４
°＋１）秒で済む。ｔは誤作動防止の為に設ける時間で
ある。系統電圧の位相が突如１０°以上変化することは
極めて少いが、力率改善コンデンサの投入時などに電圧
波形が乱れる場合があるので、設置場所にもよるが、ｔ
は０．１秒程度である。従って、従来より停電検出から
停止迄の時間を著しく短縮できる。

第１図の実施例においては、位相記憶回路２１の入力に
加えられる第１の交流電圧と、位相比較回路２２の他の
入力に加えられる。第２の交流電圧は共に連系点Ａの電
圧を使用している。しかし、第１の交流電圧と第２の交
流電圧の検出点は同一である必要はなく、例えば第２の
交流電圧の検出点をインバータ２と連系リアクトル３の
間に選んでもよい。その場合はθ１の変動分を考慮して
位相比較回路２２の検出レベルを例えば±３０″位に広
げておけばよい。但し連系点への電圧とインバータ２の
出力点の電圧とでは前者の方の位相はほとんど固定して
いるのに対し、後者は電力制御により変化するので第１
の交流電圧の検出点は連系点Ａが望ましい。

又制御回路内には位相演算器１０で系統の電圧位相が分
っている。又、インバータ２の発生電圧の位相と、イン
バータを構成するパワーデバイスの点弧位相とは１：１
に対応しているので、主回路電圧を検出しなくても制御
回路内の論理回路の信号を使っても同様の効果が得られ
ることは明らかである。むしろその方がインタフェース
部が不要となる分、経済的である。

これ迄の説明では１は直流電源としであるが、他の電力
系統から電力の融通を受けるシステムの場合には、他の
電力系統の交流電力を直流電力に変換する電力変換装置
の出力と考えることが出来る。

［発明の効果コ以上の説明により、本発明では系統停電を速やかに確実
に検出してインバータを停止することが出来、系統路線
の安全を確保するという要求に応えることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の位相記憶回路の詳細図、第３図は本発明を説明
するためのベクトル図、第４図は従来装置のブロック図
である。１・・・電池、２・・・インバータ、３・・・連系リア
クトル、４・・・交流開閉器、５・・・Ｎ源、６・・・
負荷、７・・・電圧検出器、８・・・電流検出器、９・
・・有効電力設定器、１０・・・位相演算器、１Ｌ　１
４．１７・・・加算器、１２・・・電源位相演算器、１
３・・・無効電力設定器、１５・・・増幅器、１６・・
・無効電力演算器、１８・・・電圧異常検出器、１９・
・・周波数異常検出器、２０・・・交流開閉器、２１・
・・位相記憶回路、２２・・・位相比較回路、２３・・
・波形整形回路、１０１・・・波形整形回路、１０２・
・・位相差検出回路、１０３・・・積分増幅器、１０４
・・・電圧周波数発低器、１０５・・・分周器、１０６
・・・バイアス回路。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図一４０（

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直流電力を交流電力に変換するインバータを連系
リアクトル、変圧器の少なく共一方と、交流開閉器を介
して電力系統へ接続する系統連系用インバータ装置にお
いて、第１の交流電圧位相をある時定数で追従記憶する
回路を介して得た位相と、直接検出した第２の交流電圧
位相とを比較し、その値がある値を超えたことをもつて
装置を停止することを特徴とする系統連系用インバータ
装置。
（２）前記第１の交流電圧と第２の交流電圧は共にイン
バータ出力から連系点迄の任意の点を検出点として得ら
れる交流電圧とした特許請求の範囲第１項に記載の系統
連系用インバータ装置。
（３）前記第１の交流電圧と第２の交流電圧のいずれか
一方又は両方共インバータを構成するパワーデバイスの
点弧位相を司どる論理回路を等価的な検出点として得ら
れる交流電圧とした特許請求の範囲第１項に記載の系統
連系用インバータ装置。