JPS5842695B2 - 給電設備の負荷移動制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、負荷が接続される共通母線にそれぞれ開閉器
を介して２つの電源を接続してなる給電設備における負
荷移動制御方式に関する。

重要な負荷に対する給電は静止形インバータで構成され
た無停電電源によって行われることが多い。

このような無停電電源も保守点検等のため運転を停止さ
せることが必要となることがあるが、かかるときでも負
荷への給電を停止してはならない場合がある。

このような場合には、無停電電源の運転停止は負荷を商
用電源等の他の電源へ移動させてから行わなければなら
ない。

本発明の目的は、このような負荷移動を円滑に行わせる
ための制御方式を提供することにある。

この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲に記載の
構成によって達成される。

第１図は本発明装置の実施例を示す。

１はインバータで構成された第１の電源である。

２は第２の電源であり、例えば商用電源である。

両型源１゜２の出力母線はそれぞれ開閉器４，５を介し
て共通母線に接続され、この共通母線に負荷３が接続さ
れる。

インバータ１の出力電圧は内蔵の電圧調節器によって定
格値（商用電源２の定格値に等しい。

）に保持されるようになっていて、図示の制御入力端子
ａはその内蔵の電圧調節器の補助目標値入力端に相当す
る。

また図示の制御入力端子すはインバータ１の個々のサイ
リスタの制御パルスを形成するためのパルス分配器（リ
ングカウンタ）の入力端である。

インバータ１の出力電圧を商用電源２の電圧に一致させ
ることを可能にするために別の電圧調節器６が設けられ
、この電圧調節器６の出力端はスイッチ７を介してイン
バータ１の入力端子ａに接続されている。

電圧調節器６には、目標値として電圧検出器８によって
検出された商用電源２の電圧値が導かれ、実際値として
電圧検出器９によって検出されたインバータ出力電圧値
が導かれる。

インバータ１の制御入力端子すには水晶発振器１０から
スイッチ１１を介してパルス列が導くことができ、これ
によりインバータ１を精度よく定格周波数で運転するこ
とができる。

インバータ１の出力周波数を商用電源周波数に一致させ
得るようにするために、スイッチ１１は切換スイッチと
なっていて、制御入力端子すは電圧周波数変換器１２の
出力端にも接続できるようにしである。

また、ＰＬＬの原理にてインバータ１の位相を商用電源
２の位相に一致させるために位相調節器１３の出力電圧
が電圧周波数変換器１２の入力端に加えられるようにし
である。

切換スイッチ１４は位相差検出器１５，１６のいずれか
の出力端を位相調節器１３の入力端に接続する。

位相差検出器１５は変圧器８０，９”０を介して取り出
された両型源１，２の電圧を導かれ両電圧間の位相差を
検出するので、この位相差検出器１５を位相調節器１３
に接続すれば、両型源１，２の位相を一致させる調節動
作が行われる。

これに対して位相差検出器１６は水晶発振器１０の出力
パルスと電圧周波数変換器の出力パルスとの間の位相差
を検出する。

従って切換スイッチ１４が図示の状態にあれば、電圧周
波数変換器１２の出力パルスの発生時点と水晶発振器の
出力パルスとの発生時点とを一致させるような調節動作
が行われる。

これにより、切換スイッチ１１の切換えによるインバー
タ１へのショックを完全に避けることができる。

更に、電流検出器１７および演算器１８が設けられてい
る。

電流検出器１７はインバータ出力母線電流を検出する変
流器と共通母線電流を検出する変流器とを備えている。

演算器１８は電流検出器１７の出力電圧に応じて電圧調
節器６および位相調節器１３のための補助入力電圧を形
成する。

第２図には第１図の電流検出器１７の具体的構成例が示
されている。

インバータ出力母線には２つの変流器ＣＴ１．ＣＴ２が
挿入され、両度流器の出力側は互いに逆極性に直列接続
されｔいる。

共通母線には１つの変流器ＣＴ３が挿入されている。

各変流器の出力側にはＲにて示された負担抵抗がそれぞ
れ接続されている。

変流器ＣＴ１の出力側の一端と変流器ＣＴ２の出力側の
一端は共通接続されて基準電位点ＯＶ（と置かれる。

両度流器ＣＴ１．ＣＴ２の他端はリレーＲｙ１を介して
接続可能になっている。

更に変流器ＣＴ２の出力側はリレーＲ’／２によって短
絡可能になっている。

変流器ＣＴ２の端子Ａが電流検出器１７の出力端子であ
る。

変流器ＣＴ１ 、ＣＴ２はそれぞれインバータ出力電流
１１ に比例した出力電圧を発生し、変流器ＣＴ３は共
通母線電流■３に比例した電圧を発生する。

図示のようにリレーＲｙ１．Ｒｙ２が開状態にあるとき
は電流検出器１７の出力端子に現われる出力電圧Ａは零
である。

リレーＲｙ１が閉成されると、 ＶＡ ＝Ｋ （ＲＩＩ ０．５ Ｒ（ＩＩ ＋ Ｉ３
） ）０、５ ＫＲ（１ｌ−Ｉ３ ） となり、インバータ出力電流１１ と共通母線電流ｉ
３ との間の差電流に比例した出力電圧ｖＡが得られる
（但し、Ｋは変流器ＣＴ、〜ＣＴ３の変流比である。

）。リレーＲｙ２ が閉成されると、リレーＲｙ１の動
作状態とは無関係にインバータ出力電流１１ に比例し
た出力電圧＜ Ａ ＝ ＫＲｉ 、が得られる。

第３図にはインバータ１の等何回路が示されている。

即ちインバータ１は内部起電力Ｅｉと内部リアクタンス
Ｘおよび内部抵抗Ｒとで表わすことができる。

インパーク１から出力電流１１が流れていて共通母線に
は電圧Ｅｏが生じているものとすると、 Ｅｉ＝Ｅｏ＋（Ｒ＋ｊｘ）１１ なる関係式が成立し、これをベクトル図で表わすと、第
４図のようになる。

共通母線電圧Ｅｏと出力電流■１の位相差をφとすると
出力電流■１ は、電圧Ｅｏに平行な成分ｌ１１１ｃｏ
ｓψと電圧Ｅｏに直角な成分−Ｉ１１１ｓｉｎφに分け
ることができるので、第４図のベクトル図は第５図のべ
□クトル図に置き換えることができる。

第５図のベクトル図から分るように、（ＲＩ １１１ｃ
ｏｓψ＋ＸＩ １１１ｓｉｎψ）を零にすれば、インバ
ータ内部起電力Ｅｉの大きさが共通母線電圧Ｅｏの大き
さと一致する。

また（ ＸＩ １１１ｃＯ５９）−ＲＩ １１１・ｓｉ
ｎφ）を零にすれば、インバータ内部起電力Ｅｉの位相
が共通母線電圧Ｅｏの位相と一致する。

第１図に示す演算器１８は、例えば第６図に示す如く、
電流検出器１７の出力電圧？Ａから共通母線電圧Ｅｏと
基準とした電圧？Ａの有効分■Ａｒと無効分ＶＡｊ
とを算出する公知の有効分、無効分慎算器１８１と、４
つの掛算器１８２〜１８５および２つの加算器１８６，
１８７からなる公知のベクトル回転器とで構成されてい
る。

加算器１８６の出力端で得られる出力電圧ＶＢｒは、Ｖ
Ｂｒ＝ＲＶＡｒ＋ＸＶＡｊ であり、加算器１８７の出力端で得られる出力電圧ＶＢ
ｊは ＶＢ ｊ ＝ ＸＶＡｒ −ＲＶＡ ｊ である。

出力電力ＶＢｒは電圧調節器６に対して補助目標値とし
て与えられ、出力電圧Ｖｎｊは位相調節器１３に補助目
標値として与えられる。

第２図に示す電流検出器１７においてリレーＲｙ２が閉
成された状態では、出力電圧ｖＡは既述の如くインバー
タ出力電流■１ に比例する。

この場合は演算器１８内の有効分、無効分演算器１８１
の出力電圧ＶＡｒ、ＶＡｊはそれぞれ１■１１ｓｉｎφ
に比例することになり、従って演算器の出力電圧ＶＢｒ
は（Ｒ・ｌ １１１ＣＯ８９）＋ＸＩ １１１ｓｉｎψ
）に比例し、また出力電圧■Ｂｊは’（ＸＩ １１１ｃ
ｏｓ ｃｐＲＩ １１１ｓｉｎψ）に比例する。

従ってこのとき第１図におけるスイッチ７を閉じておけ
ば、出力電圧ＶＢｒを電圧調節器６に作用させることに
よってインバータ１の内部起電力Ｌ１の大きさを共通母
線電圧Ｅｏの大きさに一致させることができる。

また、第１図におけるスイッチ１１゜１４を図示と逆の
位置にしておけば、出力電圧Ｖ’１３ｊを位相調節器１
３に作用させることによってインバータ１の内部起電力
Ｅｉの位相を共通母線電圧Ｅｏの位相に一致させること
ができる。

このようにすることによって第１図における開閉器４，
５を閉じた状態にてＥｉ＝Ｅｏとすることができ、これ
はインバータ出力電流１１ を零に絞り込むことができ
ることを意味する。

また、第２図におけるリレーＲｙｔ が閉、リレＲｙ２
が開の状態にあるとき、電流検出器１７の出力電圧ｖＡ
は差電流■１−■３＝−■２に比例した電圧となる。

この出力電圧？Ａは演算器１８に導かれる。

演算器１８の出力電圧■Ｂｒ、■Ｂｊをそれぞれ電圧調
節器６、位相調節器１３に作用させることによって、前
述と同様にして電圧ｖＡを零にする制御動作、即ち差電
流Ｉ、＝Ｉ３（Ｉ２）を零にする制御動作が行われる。

つまり、商用電源２の内部起電力と共通母線電圧Ｅｏと
が振幅位相共に一致するようにインバータの内部誘起電
圧Ｅｉの振幅および位相が調節される。

この場合に商用電源２の内部インピーダンス角とインパ
ーク１の内部インピーダンス（θ＝ ｊ ａｎ−１Ｘ／
Ｒ）とをほぼ同じにすることが望ましい。

もし両者が大幅に異なる場合には制御動作が不安定とな
ったり、緩慢になったりするので、このような場合には
第６図における一定値Ｒ，Ｘは差電流１ｌ−Ｉ３を零に
する動作過程では商用電源の内部インピーダンスに見合
った値に切換えるようにすればよい。

あるいは両電源１，２のいずれかに付加的なインピーダ
ンスを挿入して結果的に両者の内部インピーダンス角が
一致させておくようにしてもよい。

しかしながら一般には両者の内部インピーダンス角は許
容できないほど大きく相違することはないので、そのよ
うな配慮は不要である。

いずれにしても演算器１８の電圧調節器６および位相調
節器に対する作用により電流検出器１７の出力電圧ＶＡ
を押え込むように、とりわけ零にするように、インバー
タ１の振幅および位相の制御が行われる。

なお、内部インピーダンス角が９０°に近い場合、即ち
抵抗Ｒが無視できるような場合には、演算器１８におけ
る要素１８２〜１８７を省略して直接的に■Ｂｒ−■Ａ
ｊ、■Ｂｊ−■Ａｒとしてもよい。

要するに演算器１８は、ＡをＥｏとＥｉとの電圧差によ
って生じさせられる取分を主として含んでいるＶＢｒと
、ＥｏとＥｉとの位相差によって生じさせられる取分を
主として含んでいるＶＢｊ とに分解する役目を有する
。

以上は第１図の実施例における部分的な構成および動作
について説明したが、次に本発明による負荷移動制御方
法に関係した全体的な動作について説明する。

まず、合間閉器４が閉、開閉器５が開の状態にあって負
荷３′はインバータ１から給電されているものとする。

このとスイッチ７．１１，１４は図示の状態にあり、ま
たリレーＲｙ１１ ＲＹ２ （第２図）も開かれてい
る。

インバータ１は、内蔵の電圧調節器により定格電圧で、
かつ水晶発振器１０により定格図波数で運転される。

この状態からインバータ１から□商用電源２へ負荷移動
すべき際には、まず商用給電指令が発せられ、これによ
り商用同期指令信号が生じる。

この信号によりスイッチ７が閉成されて電圧調節器６に
よりインパーク１の出力電圧を商用電圧に一致させる調
節動作が開始されると同時に、スイッチ１１，１４が図
示と逆のスイッチング状態に切換えられてインバータ１
の出力電圧の位相を商用電源電圧の位相に一致させる調
節動作が開始される。

更に商用同期和合信号により第２図における電流検出器
１７内のりレーＲｙ ｔ ’ｉ＞閉成される。

リレーＲｙ１の閉成により電流検出器１７の出力電圧Ｖ
Ａは差電流Ｉ、 −Ｉ３に比例した電圧となる。

但し、このとき１１＝ Ｉ３であるためｖＡ＝ｏ−であ
る。

共通母線電圧Ｅｏ（このときはインバータ出力電圧に等
しい。

）が待機中の商用電圧と振幅、位相共に一致したことを
もって負荷移動の準備が完了する。

商用同期指令信号の発生後所定の時間、例えば１０秒が
経過した時点で開閉器５が投入される。

その投入直前において共通母線電圧Ｅｏと商用電源電圧
とは振幅および位相が一致しているので、その投入直後
における突入電流は生じない。

開閉器５の投入後電源変動があると商用側から電流１２
が流れ込むが、これによって電流検出器７は■「１、
（＝−Ｉ２）に比例した出力電圧ＶＡを発生する。

演算器１８は、この出力電圧を受は取って、電圧調節器
６および位相調節器１３のそれぞれに補助目標値を与え
る。

これによって、既に述べたように差電流１１− Ｉ３を
零に抑制する調節動作が行われる。

従って、負荷３へは１００％インバータ１から給電され
る。

開閉器５の投入指令発生時点から所定時間が経過した時
点で、負荷移動制御指令信号が発せられ、これ番、こよ
り第２図に示した電流調節器１７内のりレーＲｙ２ が
閉成される。

これによって電流調節器１７の出力電圧Ｖ−Ａはインバ
ータ出力電流■１に比例した電圧となり、演算器１８に
よって既述の如き動作にてＩ、＝０ となるようインバ
ータ１の内部起電力Ｅｉが制御される。

インバータ出力電流■、は負荷電流■３から零に向って
いくのに対して、商用電源母線の電流１１ は零から負
荷電流Ｉ３に向かっていく。

負荷移動完了（■１＝０．■２＝■３力確認後にインバ
ータ１側の開閉器４がドリップされる。

これによってインバータ１の運転を停止して保守点検作
業を行うことができるようになる。

次に商用電源２からインバータ１へ負荷移動する場合の
動作について説明する。

まずインバータ給電指令が発せられる。

この状態ではまだ開閉器４は開のま＼で、スイッチ７゜
１１．１４は図示と逆のスイッチング状態にあり、電流
調節器１７内ではリレニＲｙ１ 、Ｒｙ２はオン婢態に
ある。

インバーター力電圧の振幅および位相が共通母線電圧Ｅ
ｏの振幅、および位相に一致したことをもって負荷移動
準備が完了する。

負荷移動準備完了後、開閉器４が投入される。

このとき電流検出器１７および演算器１８の両調節器６
，１３の作用により１１＝ｏに保たれる。

開閉器４の投入後所定時間が経過したとき負荷移動制御
指令がリセットされ、これにより電流検出器１７内のり
レーＲｙ２が開路される。

リレーＲｙ２の開路によって電流検出器の出力電圧ＶＡ
ＩＩ〜■３に比例した電圧に変化する。

これによって演算器１８を介する電圧調節器６および位
相調節器１３の作用により、■１−■３となるようにイ
ンバータの内部誘起電圧Ｅｉが制御される。

従って商用側の電流Ｉ２が零に絞り込まれてゆき、逆に
インバータ出力電流■１ が負荷電流値■３に向かって
上昇する。

■２＝Ｏとなった後、開閉器５がトリップされる。

それから所定時間経過後に商用同期指令信号がリセット
サれ、これにより電流検出器１７のリレーＲｙ１が開路
されると共にスイッチ７が開路される。

そして所定時限後にスイッチ１１，１４も図示の状態に
戻される。

この所定時限は電圧周波数変換器１２の出力パルス発生
と水晶発振器１０の出力パルス発生とを同期させるに要
する時間であり、この同期によってスイッチ１１による
切換えは何らの衝撃も持たらさない。

以上のように本発明によれば、負荷移動時の過渡変動の
影響（例えば突入電流）中負荷への影響が皆無であり、
極めて円滑な負荷移動を行わせることができ、その場合
に、もちろん負荷移動は無瞬断で行、われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の負荷移動制御方法を実施するための装
置の概略構成を示すブロック図、第２図は第１図におけ
る電流検出器の具体的な構成例を示す回路図、第３図は
インバータの等価回路図、第４図および第５図はインバ
ータの等価回路図における関係を表わすベクトル図、第
６図は第１図における演算器の具体的構成例を示すブロ
ック図である。 １・・・・・・インバータからなる無停電電源、２・・
・・・・商用電源、３・・・・・・負荷、４，５・・・
・・・開閉器、６・・・・・・電圧調節器、７・・・・
・・スイッチ、８，９・・・・・・電圧検出器、１０・
・・・・・水晶発振器、１１・・・・・・切換スイッチ
、１２・・・・・・電圧周波数変換器、１３・・・・・
・位相調節器、１４・・・・・・切換スイッチ、１５，
１６・・τ・・・位相差検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 負荷が接続される共通母線にそれぞれ開閉器を介し
   て２つの電源が接続されているような給電設備において
   、第１の電源に、第１の電源の電圧゛を第２の電源の電
   圧に一致させる第１の調節ループと、第１の電源の位相
   を第２の電源の位相に一致させる第２の調節ループとを
   設け、いずれか一方の電源から他方の電源へ負荷を移動
   する際に、前記画調節ループの作用により両型源の電圧
   および位相を一致させた後に他方の電源を共通母線に投
   入し、それから前記一方の電源の出力電流から導き出し
   た該電源の内部インピーダンス電圧降下の有効分および
   無効分をそれぞれ第１および第２の調節ループに補助目
   標値として与えることにより前記一方の電源の出力電流
   を絞り込むようにしたことを特徴とする給電設備の負荷
   移動制御方式。