JP2001016867A - 系統連系インバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】精度の高い歪み電流の低減をフィードバック制
御系を不安定にすることなく実現する。 【解決手段】インバータ出力部に設けられたＬＣフィル
タ部３の出力電流中に重畳される歪み周波数成分を、ま
ず歪み成分抽出部１０が歪み周波数成分毎に回転座標変
換により歪み成分を直流に変換し、ローパスフィルタを
用いてその直流分のみを抽出することによって歪み周波
数成分を抽出する。そして、インバータ出力電流補償指
令作成手段１１，１２，１３のうち歪み補償指令作成手
段がその抽出した歪み周波数成分を補償するための歪み
補償指令を作成し、その歪み補償指令を回転逆座標変換
によりインバータ出力電流補償指令に変換する。そし
て、作成されたインバータ出力電流補償指令に基づいて
インバータの出力制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池等の直流
電源から供給される直流電力を交流電力に変換して電力
系統に連系させる系統連系インバータに係り、詳しくは
インバータ出力から電流歪み成分を除去する構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】系統連系インバータにおいては、その出
力電流歪み率の上限値（例えば、各次３％、総合５％）
が規格（所謂ガイドライン）により設定されており、電
力系統に連系させるためには、この規格を満足させる必
要がある。そこで、従来から、系統連系インバータで
は、上記規格（出力電流歪み率）を満足させるために、
1).インバータ出力電流を直接フィードバック制御する
ことでインバータの出力制御を行う、2).インバータ出
力部にＬＣフィルタ部を設けることでインバータのスイ
ッチング動作時に発生する歪み電流を低減する、といっ
た構成が知られていた。

【０００３】しかしながら、系統連系インバータでは、
系統電圧の歪みに起因して生じる歪み電流（以下、系統
起因歪み電流と称す）が発生し、ＬＣフィルタ部を構成
するコンデンサにこの系統起因歪み電流が流れ込むこと
があるが、上述した従来の構成では、このような系統起
因歪み電流については十分低減することができないとい
う不都合があった。特に、電力系統側のインダクタンス
成分と上述したＬＣフィルタ部のコンデンサ成分とで疑
似的に構成される共振回路（以下、みなし共振回路と称
す）の共振周波数が、系統電圧の歪み周波数成分に近似
したものとなる場合には、みなし共振回路の共振周波数
付近に周波数帯を有する系統起因歪み電流がＬＣフィル
タ部の出力部に多く流れてしまうという不都合があっ
た。

【０００４】このような不都合を解消するためには、
3).共振周波数調整用のインダクタンスを系統側に別途
外付けで設けることで、上述したみなし共振回路の共振
周波数を、系統電圧の歪み成分の周波数帯から大きく離
間させる、4).ＬＣフィルタ部に対して直列にダンピン
グ抵抗を接続することで、上述したみなし共振回路の共
振周波数成分を含めたインピーダンスを大きくしてみな
し共振回路の共振周波数付近に周波数帯を有する電流を
減衰させる、といった構成も考えられ、実際、従来では
採用されることもあった。

【０００５】しかしながら、このような構成に対して次
のような不都合がある。すなわち、3).の構成において
は、電力系統毎に、インダクタンス成分の値が変動する
ために、接続する電力系統毎に外付けのインダクタンス
のＬを調整する必要があり、その作業が非常に面倒なも
のとなって製造コストを上昇させる。一方、4).の構成
においては、ダンピング抵抗を設ける分、インバータの
効率を低下させたり、ＬＣフィルタ部の歪み電流低減効
果を減退させる。

【０００６】そこで、このような不都合を生じさせるこ
となく系統起因歪み電流を低減するものとして、従来か
ら、5).ＬＣフィルタ部の出力部に電流センサを設け
て、この電流センサから供給される電力系統と系統連系
インバータとの間に流れる電流（系統起因歪み電流）を
直接フィードバック制御することでインバータの出力制
御をする、という構成が知られていた。

【０００７】この構成によれば、外付けのインダクタン
スといった出力調整（インダクタンス値）を調整する必
要がなく、しかも、ダンピング抵抗といったインバータ
の効率や歪み電流低減効果を減退させる要因となる回路
部品を設ける必要がなく、系統起因歪み電流を低減する
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして系統起因歪み電流の低減を図っていた従来の構
成（上述した5).の構成）においても、次のような課題
があった。すなわち、ＬＣフィルタ出力電流のフィード
バック制御系に、ＬＣフィルタ部および上述したみなし
共振回路のゲイン特性や位相特性を考慮した微分要素を
設ける必要がある。ところが、微分要素には高周波にな
るほどゲインが大きくなるという特性がある。そのた
め、このような特性を有する微分要素をＬＣフィルタ部
の出力電流のフィードバック制御系に設けると、このフ
ィードバック制御系を流れる制御信号のノイズ成分を増
幅して、フィードバック制御系を不安定にしてしまうと
いう課題があった。

【０００９】なお、このような微分要素によるノイズ成
分の増幅を防止したものとしては、従来から微分要素に
さらにローパスフィルタ機能を合わせ持った不完全微分
要素という微分要素が知られており、広く使われてい
る。しかしながら、このような不完全微分要素と純粋な
微分要素とはそのゲイン・位相特性が異なっているた
め、不完全微分要素を組み込んでＬＣフィルタ部出力電
流のフィードバック制御系を構成しても精度高く歪み電
流を低減することは困難であった。

【００１０】したがって、本発明においては、精度の高
い歪み電流の低減をフィードバック制御系を不安定する
ことなく実現することを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、インバータ出力部に歪み電流低減用のＬＣフ
ィルタ部を設けてなる系統連系インバータであって、前
記ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される歪み周波数
成分を、歪み周波数成分毎に静止座標系から歪み角周波
数で回転する回転座標系へ変換する回転座標変換手段に
よって直流に変換し、ローパスフィルタを用いてその直
流分のみを抽出することによって歪み成分を抽出する歪
み成分抽出手段と、前記歪み周波数成分を補償するため
の歪み補償指令を歪み補償指令作成手段により作成し、
作成した歪み補償指令を歪み角周波数で回転する回転座
標系から静止座標系へ変換する回転逆座標変換手段によ
りインバータ出力電流補償指令を作成するインバータ出
力電流補償指令作成手段と、前記インバータ出力電流補
償指令作成手段で作成されたインバータ出力電流補償指
令に基づいてインバータの出力制御を行う制御手段とを
有することに特徴を有しており、これにより次のような
作用を有する。

【００１２】すなわち歪み周波数成分毎に回転座標変換
手段とローパスフィルタとによる歪み成分の抽出と、歪
み補償指令作成手段と回転逆座標変換操作とによるイン
バータ出力電流補償指令値の作成とを行うので、ＬＣフ
ィルタ部およびみなし共振回路（電力系統側のインダク
タンス成分とＬＣフィルタ部のコンデンサ成分とで構成
される）のゲイン・位相特性を考慮したフィードバック
制御系を構成するためにノイズを増幅させる微分要素や
ノイズを考慮した不完全微分要素（微分要素とゲイン・
位相特性が若干異なる）を用いる必要がなくなるので、
制御系のノイズを考慮することなくＬＣフィルタ部およ
び上述したみなし共振回路のゲイン・位相特性を考慮し
た精度の高い歪み電流制御系を構成できる。

【００１３】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に係る系統連系インバータであって、前記回転逆座標
変換手段は、回転逆座標変換の際に回転座標系の回転角
を調整することでその位相補正を行うものであることに
特徴を有しており、これにより次のような作用を有す
る。

【００１４】すなわち、回転逆座標変換時の回転座標系
の回転角の調整により、歪み成分が最も減少するように
インバータ出力電流補償指令値の位相調整を行うことが
できる。

【００１５】また、前記歪み補償指令作成手段は、請求
項３に記載したように、前記歪み周波数成分の直流変換
成分と予め設定された歪み電流指令値との偏差を積分す
ることを特徴としており、これにより次のような作用を
有する。

【００１６】すなわち、歪み補償指令値の急激な変化が
なくなり、歪み電流抽出制御系が安定する。

【００１７】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１ないし３のいずれかに係る系統連系インバータであっ
て、前記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電
流補償指令作成手段は、インバータで出力制御可能なす
べての歪み成分に対して常時動作するものであることに
特徴を有しており、これにより次のような作用を有す
る。

【００１８】すなわち、インバータで出力制御可能な周
波数成分は、インバータのスイッチング周波数（ディジ
タル制御の場合は、演算周期やサンプリング周波数にも
関係する）によって決まる。よって、前記歪み成分抽出
手段および前記インバータ出力電流補償指令作成手段
を、インバータで出力制御可能なすべての歪み成分に対
して常時動作させておけば、インバータの性能を最大限
に活かしたさらに精度のよい歪み電流の低減を行えるよ
うになる。

【００１９】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１ないし３のいずれかに係る系統連系インバータであっ
て、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段をさらに
有しており、このフィルタ出力歪み抽出制御部導入選択
手段は、前記ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される
歪み周波数成分の歪み率を測定する歪み周波数成分測定
手段と、前記歪み周波数成分測定手段で検出した歪み周
波数成分の歪み率のうち、歪み率設定値を上回っている
周波数成分を明確にして、明確化された歪み情報に応じ
て前記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電流
補償指令作成手段を動作させるフィルタ出力歪み抽出制
御部導入指令を出力する歪み周波数成分比較手段とを有
しており、かつ、前記歪み周波数成分比較手段は、歪み
率設定値を上回っている歪み周波数成分についてのみ前
記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電流補償
指令作成手段を動作させるものであることに特徴を有し
ており、これにより次のような作用を有する。

【００２０】すなわち、歪み周波数成分測定手段は、前
記ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される各周波数成
分の歪み率を測定するものであり、ＦＦＴ解析器や請求
項１記載の歪み成分抽出手段等を用いて構成することが
できる。一方、歪み周波数成分比較手段は、前記歪み周
波数成分測定手段を用いて測定した各周波数成分の歪み
率と、歪み率設定値とを比較器（コンパレータ）等を用
いて比較し、歪み率設定値を上回っている周波数成分を
明確にして、歪み率設定値を上回っている周波数成分に
ついてのみ前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力
電流補償指令作成手段を動作させる。

【００２１】このようなフィルタ出力歪み抽出制御部導
入選択手段を設けることによって、歪み率が設定値を下
回っている歪み周波数成分についても前記歪み成分抽出
手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を動作
させてしまうという無駄がなくなる。

【００２２】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
５に係る系統連系インバータであって、前記歪み周波数
成分比較手段は、歪み率設定値を上回っている歪み周波
数成分のうち歪み率の大きいものから上位Ｎ番目までの
歪み周波数成分についてのみ前記歪み成分抽出手段およ
びインバータ出力電流補償指令作成手段を動作させるこ
とに特徴を有しており、これにより次のような作用を有
する。

【００２３】すなわち、このような歪み周波数成分比較
手段を設けることにより、例えば、インバータのディジ
タル制御に使用しているＣＰＵの能力に限界があって、
前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指
令作成手段を多数の周波数成分に対して動作させること
ができない場合（例えば、歪み周波数１０成分の抽出制
御しか動作できない場合）であっても、歪み率が設定値
を越えている上位Ｎ成分までの歪み周波数成分について
抽出制御を導入することで、ＣＰＵの能力を最大限に活
かした前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流
補償指令作成手段を構築することが可能となる。

【００２４】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
５または６に係る系統連系インバータであって、前記フ
ィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、前記電力系
統と連系した直後の１回だけ動作するものであることに
特徴を有しており、これにより次のような作用を有す
る。

【００２５】すなわち、系統の歪み周波数成分は系統の
負荷変動等によって若干変化している。しかし、系統の
中には負荷変動等がほとんど起こらない安定した系統も
存在し、その場合、系統の歪み周波数成分はほとんど一
定で、ＬＣフィルタ部の出力電流中に含まれる歪み周波
数成分も変化することはない。ゆえに、以上のような安
定した系統にインバータを設置する場合は、前記フィル
タ出力歪み抽出制御部導入選択手段を常時動作させてお
く必要はなく、前記系統連系インバータを系統と連系し
た直後の１回だけ動作させれば、歪み電流を制御するこ
とが可能となる。

【００２６】本発明の請求項８記載の発明は、請求項５
または６に係る系統連系インバータであって、前記フィ
ルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、前記電力系統
と連系した直後からある一定周期もしくはランダムに動
作させるようにしたことに特徴を有しており、これによ
り次のような作用を有する。すなわち、系統の歪み周波
数成分は系統の負荷変動等によって若干変化している。
ゆえに、系統連系インバータを系統に連系させた直後か
らある一定周期もしくはランダム（例えば、負荷変動時
（インバータ出力電力変動時））に、前記フィルタ出力
歪み抽出制御部導入選択手段を動作させるようにする。
これにより、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段
を常時働かせる場合に比べて、ＣＰＵの負担が軽くな
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照して詳細に説明する。

【００２８】図１は、本発明の一実施の形態の系統連系
インバータの構成を示すブロック図であり、図２はその
要部の詳細を示すブロック図である。

【００２９】この系統連系インバータ１は、インバータ
部２と、ＬＣフィルタ部３と、インバータ制御回路部４
と、ドライブ回路５とを備えている。

【００３０】インバータ部２は太陽電池等の直流電源α
から供給される直流電圧を裁断して任意の交流電圧波形
を作成して電力系統βに連系している。ＬＣフィルタ部
３はインバータ部２の交流出力から高調波成分を取り除
いている。インバータ制御回路部４はインバータ出力電
圧補正信号を発生させている。ドライブ回路５は、イン
バータ制御回路部４から入力されるインバータ出力電圧
補正信号からインバータ主回路素子駆動ＰＷＭ信号を作
成してインバータ部２を駆動させている。

【００３１】インバータ制御回路部４は、第１、第２の
電流センサ６，７と、フィルタ出力歪み抽出制御部８
と、インバータ出力電流制御部９とを備えている。

【００３２】第１電流センサ６は、インバータ部２の出
力電流（以下、インバータ出力電流情報と称す）を検出
している。第２電流センサ７は、ＬＣフィルタ部３の出
力電流（以下、ＬＣフィルタ出力電流情報と称す）を検
出している。

【００３３】フィルタ出力歪み抽出制御部８は、歪み成
分抽出部１０と、歪み閾値作成部１１と、第１減算器１
２と、フィルタ出力歪み制御部１３とを備えている。

【００３４】歪み成分抽出部１０は、ＬＣフィルタ出力
電流情報から歪み電流成分を直流に変換してその直流分
を抽出し第１減算器１２に出力している。歪み閾値作成
部１１は、歪み電流の閾値レベル信号を作成して第１減
算器１２に供給している。閾値レベル信号は直流レベル
であって、本実施の形態ではゼロ値に設定している。第
１減算器１２では閾値レベル信号（歪み閾値作成部１１
から供給）と歪み電流成分（歪み成分抽出部１０から入
力）との偏差を算出してその偏差情報をフィルタ出力歪
み制御部１３に出力している。フィルタ出力歪み制御部
１３は、入力される歪みの偏差を積分（Ｉ制御）するこ
とにより、その偏差がゼロになる出力電流歪み補償指令
（直流）を作成し、さらに、その出力電流歪み補償指令
を回転逆座標変換によりインバータ出力電流補償指令
（交流）に変換してインバータ出力電流制御部９にフィ
ードフォワードしている。

【００３５】インバータ出力電流制御部９は、インバー
タ出力電流基本波成分作成部１４と、第１加算器１５
と、第２減算器１６と、インバータ出力電流制御部本体
１７とを備えている。インバータ出力電流基本波成分作
成部１４はインバータ出力電流の基本波成分の指令値
（以下、基本波成分と称す）を作成して第１加算器１５
に供給している。第１加算器１５は、供給される基本波
成分に、インバータ出力電流補償指令（フィルタ出力歪
み制御部１３から入力される）を加算し、その加算結果
であるインバータ出力電流指令を第２減算器１６に出力
している。第２減算器１６はインバータ出力電流指令と
インバータ出力電流情報（第１の電流センサ６の出力）
との偏差を算出して、その偏差情報をインバータ出力電
流制御部本体１７に出力している。インバータ出力電流
制御部本体１７は、入力される偏差情報に比例要素（Ｐ
制御）をかけることにより、その偏差がゼロになるよう
なインバータ出力電圧補正信号を作成して、ドライブ回
路５に供給している。

【００３６】以上が、この系統連系インバータ１の基本
構成である。次に、この系統連系インバータ１の特徴と
なるフィルタ出力歪み抽出制御部８の構成について説明
する。

【００３７】歪み成分抽出部１０は、ＬＣフィルタ出力
電流情報から任意の周波数成分を回転座標変換により直
流に変換する回転座標変換手段２０と、回転座標変換手
段２０の出力から交流成分を除去するローパスフィルタ
２１とを備えている。

【００３８】フィルタ出力歪み制御部１３は、第１減算
器１２の出力である偏差情報を積分処理（Ｉ制御）する
積分手段２２と、積分手段２２の出力である出力電流歪
み補償指令（直流）を回転逆座標変換することにより元
の周波数成分（交流）に変換する回転逆座標変換手段２
３とを備えている。

【００３９】なお、本実施の形態では、歪み成分抽出部
１０から歪み成分抽出手段が構成され、歪み閾値作成部
１１と第１減算器１２とフィルタ出力歪み制御部１３
（積分手段２２のみ）とから歪み補償指令作成手段が構
成されており、インバータ出力電流制御部９とドライブ
回路５とから制御手段が構成されている。また、図１
中、符号１８は、電力系統βの連系点であり、符号Ｌ
は、電力系統βのインダクタンスである。

【００４０】次に、この系統連系インバータ１の動作を
説明する。

【００４１】第２電流センサ７からフィードバックされ
るＬＣフィルタ出力電流情報に対して回転座標変換手段
２０により次のような処理を行う。すなわち、抽出する
高調波歪みの次数に対応した回転角（例えば、５次の正
相分の高調波歪みであれば、５wt［wt：基本波正相分の
回転角］）で回転する回転座標系に変換する。このよう
にして回転座標変換することにより任意次数の歪み成分
を直流量に選択的に変換することができる。ここで、任
意次数の歪み成分以外は、歪み成分との差周波数の交流
量となる。そのため、ローパスフィルタ２１により回転
座標変換手段２０の出力から交流分を除去すれば、ＬＣ
フィルタ出力電流情報から任意の次数の高調波歪み成分
だけを回転座標成分（直流量）にして抽出することがで
きる。

【００４２】次に、第１減算器１２において、直流量に
して抽出した歪み成分と歪み電流の歪み閾値レベル信号
（本実施の形態では直流ゼロレベル値）との偏差をと
り、その偏差を積分手段２２で積分（Ｉ制御）すること
により、その偏差をゼロに制御するような出力電流歪み
補償指令（直流）を作成する。さらには、出力電流歪み
補償指令（直流）を、回転逆座標変換手段２３により回
転逆座標変換することにより、上記任意の次数の高調波
歪み成分を補償する交流３相のインバータ出力電流補償
指令を作成する。

【００４３】このようなフィルタ出力電流の歪み抽出制
御は、ＬＣフィルタ出力電流情報に含まれているすべて
の歪み周波数成分について設け、フィルタ出力歪み制御
部１３から出力されるそれぞれの歪み周波数成分につい
ての交流３相のインバータ出力電流補償指令は、第２加
算器２４においてそれぞれの相毎にすべて足し込むこと
によって、ＬＣフィルタ出力電流情報に含まれているす
べての歪み周波数成分を補償する交流３相のインバータ
出力電流補償指令を作成する。

【００４４】このようにして作成した交流３相のインバ
ータ出力電流補償指令を第１加算器１５において基本波
成分に加算（フィードフォワード）したのち、その加算
結果と第１電流センサ６で検出したインバータ出力電流
情報との偏差をとり、さらには、インバータ出力電流制
御部本体１７において、その偏差をゼロに制御するよう
なインバータ出力電圧補正信号を作成して、そのインバ
ータ出力電圧補正信号に基づいて、ドライブ回路５でイ
ンバータ２を駆動制御する。

【００４５】なお、回転逆座標変換手段２３において出
力電流歪み補償指令（直流）を回転逆座標変換する際
に、回転座標系の回転角を、回転座標変換時の回転角に
対して必要に応じて、進ませたり、遅らせたりすること
より、歪み成分が最も減少するように交流３相のインバ
ータ出力電流補償指令の位相補正を簡単に行うことがで
きる。しかも、このような位相補正をノイズ成分を増幅
させる微分要素を用いることなく行えるので、安定した
制御系を構成することができる。

【００４６】なお、本発明における回転座標変換手段お
よび回転逆座標変換手段として、３相／ｄｑ軸座標変換
およびｄｑ軸／３相座標変換と呼ばれる座標変換手段を
用いており、３相／ｄｑ軸座標変換式としては次の
（１）式で表され、ｄｑ軸／３相座標変換式としては次
の（２）式で表される。

【００４７】（ただし、ｎ：抽出制御したい高調波歪み
の次数［整数］、ωｔ：基本波正相分の回転角、θ
（ｎ）：回転逆座標変換時の位相補正量［−π≦θ
（ｎ）≦π］）

【００４８】

【数１】

【００４９】この系統連系インバータ１では、インバー
タ部２のスイッチングによる歪み電流をＬＣフィルタ部
３の動作により低減する。そして、ＬＣフィルタ部３で
除去することができない歪み成分（直流電流やＬＣフィ
ルタ部３の共振電流等）をインバータ出力電流制御部９
により除去する。さらには、このような２つの歪み電流
除去手段によっても除去することができない電流歪み
（電力系統βの電圧歪みに起因して電力系統βからＬＣ
フィルタ部３のコンデンサに流れ込む歪み電流）につい
ては、フィルタ出力歪み抽出制御部８の動作により除去
する。

【００５０】したがって、電力系統β側からの歪み電流
を抑制するために、電力系統β側にＬＣ共振周波数調整
用のインダクタンスＬを外付け配置したり、ＬＣフィル
タ部３に共振抑制用のダンピング抵抗を設けたりする必
要がなくなり、コスト削減や変換効率の向上につなが
る。

【００５１】さらには、制御系に微分要素を挿入するこ
となくＬＣフィルタ部３の出力電流のフィードバック制
御系を構成できるので、このフィードバック制御系にお
いてノイズ成分を考慮する必要がなくなる。すなわち、
歪み周波数成分毎に、回転座標変換操作とローパスフィ
ルタによる歪み成分の抽出操作と、歪み補償指令作成手
段と回転逆座標変換操作によるインバータ出力電流補償
指令値の作成とを行うので、ＬＣフィルタ部３やみなし
共振回路（電力系統β側のインダクタンス成分とＬＣフ
ィルタ部３のコンデンサ成分とで構成される）のゲイン
・位相特性を考慮したフィードバック制御系を構成する
ために、ノイズを増幅させる要因となる微分要素を用い
る必要がなくなるうえに、ノイズを考慮した不完全微分
要素（微分要素とゲイン・位相特性が若干異なる）を用
いる必要もなくなるので、制御系のノイズを考慮するこ
となくＬＣフィルタ部３および上述したみなし共振回路
のゲイン・位相特性を考慮した精度の高い歪み電流制御
系を構成できる。

【００５２】また、インバータ出力電流補償指令作成手
段を構成する歪み閾値作成部１１、第１減算器１２、お
よびフィルタ出力歪み制御部１３において、回転逆座標
変換時の回転座標系の回転角を調整することでその位相
補正を行えば、歪み成分が最も減少するようにインバー
タ出力電流補償指令値の位相調整を行うことができる。

【００５３】この系統連系インバータ１では、上述した
構成を備えたうえでさらに、フィルタ出力歪み抽出制御
部導入選択手段１９を備えている。フィルタ出力歪み抽
出制御部導入選択手段１９は、歪み周波数成分測定手段
１９Ａと、歪み周波数成分比較手段１９Ｂとを有してい
る。

【００５４】歪み周波数成分測定手段１９Ａは、ＬＣフ
ィルタ部３の出力電流（電流センサ７で検出される）中
に重畳される歪み周波数成分の歪み率を測定している。

【００５５】歪み周波数成分比較手段１９Ｂは、歪み周
波数成分測定手段１９Ａで検出した歪み周波数成分の歪
み率のうち、予め設定しておいた歪み率設定値を上回っ
ている周波数成分を明確にしている。さらに歪み周波数
成分比較手段１９Ｂは、明確化された歪み情報に応じて
フィルタ出力歪み抽出制御部導入指令をフィルタ出力歪
み抽出制御部８に出力している。フィルタ出力歪み抽出
制御部導入指令を受けたフィルタ出力歪み抽出制御部８
は、歪み率設定値を上回っている歪み周波数成分に対し
て選択的に動作することになる。

【００５６】歪み周波数成分測定手段１９Ａは、ＬＣフ
ィルタ部３の出力電流中に重畳される各周波数成分の歪
み率を測定しており、ＦＦＴ解析器や歪み成分抽出部１
０と同等の構成を用いて構成することができる。一方、
歪み周波数成分比較手段１９Ｂは、歪み周波数成分測定
手段１９Ａを用いて測定した各周波数成分の歪み率と、
歪み率設定値とを比較器（コンパレータ）等を用いて比
較してフィルタ出力歪み抽出制御部導入指令を作成して
いる。

【００５７】このようなフィルタ出力歪み抽出制御部導
入選択手段１９を設けることによって、この系統連系イ
ンバータ１は、歪み率が規定値を下回っている歪み周波
数成分についてもフィルタ出力歪み抽出制御部８を動作
させてしまうという無駄がなくなる。

【００５８】ここで、歪み周波数成分比較手段１９Ｂに
おいて、歪み率設定値を上回っている歪み周波数成分の
うち歪み率の大きいものから上位Ｎ番目までの歪み周波
数成分についてのみフィルタ出力歪み抽出制御部８を動
作させるようにしてもよい。そうすれば、次の点で好都
合となる。すなわち、例えば、系統連系インバータ１の
ディジタル制御に使用しているＣＰＵの能力に限界があ
って、フィルタ出力歪み抽出制御部８を多数の周波数成
分に対して動作させることができない場合（例えば、歪
み周波数１０成分の抽出制御しか動作できない場合）で
あっても、歪み率が設定値を越えている上位Ｎ成分まで
の歪み周波数成分について抽出制御を導入するようにす
れば、ＣＰＵの能力を最大限に活かしたフィルタ出力歪
み抽出制御部８を構築することが可能となる。

【００５９】さらには、フィルタ出力歪み抽出制御部導
入選択手段１９を、電力系統と連系した直後の１回だけ
動作するものとしてもよい。そうすれば、次の点で好都
合となる。すなわち、電力系統βの歪み周波数成分は電
力系統βの負荷変動等によって若干変化している。しか
し、電力系統βの中には負荷変動等がほとんど起こらな
い安定した系統も存在し、その場合、電力系統βの歪み
周波数成分はほとんど一定で、ＬＣフィルタ部３の出力
電流中に含まれる歪み周波数成分も変化することはな
い。ゆえに、以上のような安定した電力系統βに系統連
系インバータ１を設置する場合は、フィルタ出力歪み抽
出制御部導入選択手段１９を常時動作させておく必要は
なく、系統連系インバータ１を電力系統βと連系した直
後の１回だけ動作させれば、歪み電流を制御することが
可能となる。

【００６０】さらにまた、フィルタ出力歪み抽出制御部
導入選択手段１９を、電力系統βと連系した直後からあ
る一定周期もしくはランダムに動作するものとしてもよ
い。そうすれば、次の点で好都合である。すなわち、電
力系統βの歪み周波数成分は電力系統βの負荷変動等に
よって若干変化している。ゆえに、この系統連系インバ
ータ１を電力系統βに連系させた直後からある一定周
期、もしくはランダム（例えば、負荷変動時、すなわ
ち、インバータ出力電力変動時）に、フィルタ出力歪み
抽出制御部導入選択手段１９を動作させるようにする。
これにより、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段
１９を常時働かせる場合に比べて、ＣＰＵの負担が軽く
なる。

【００６１】上述した実施の形態は、電流制御型インバ
ータにおいて本発明を実施した例であったが、本発明は
このようなインバータに限定的に実施されるものではな
く、図３に示すように、電力制御型のインバータにおい
て実施できるのはいうまでもなく、さらには、図４に示
すように、高力率コンバータにおいても実施できる。さ
らにまた、図５に示すように、電力系統βから負荷υに
流れ込む歪み電流を抑制するアクティブフィルタにおい
ても実施できる。なお、これらの変形例における基本構
成は、上述した実施の形態と同様であり、同一ないし同
様の部分には、同一の符号を付している。

【００６２】なお、図３において、符号３０は、電力演
算のために設けられた電圧センサであり、符号３１は、
電圧センサ３０の出力と第２電流センサ７の出力とから
電力を演算する電力演算部であり、符号３２は、電力演
算部３１で演算したインバータ出力電力と電力指令値と
の偏差をとる減算器であり、符号３３は、減算器３２か
ら出力される電力偏差からその偏差をゼロに制御する上
述した実施の形態における基本波成分に相当する信号を
作成する電力制御部である。

【００６３】なお、図４において、符号４０は、電力演
算のために設けられた電圧センサであり、符号４１は、
負荷γとインバータ部２との間の電圧を検出する電圧検
出器であり、符号４２は、電圧センサ４０の出力と第２
電流センサ７の出力とから電力を演算する電力演算部で
あり、符号４３は、電力演算部４２で演算したインバー
タ出力電力と電力指令値との偏差をとる減算器であり、
符号４４は、電圧検出器４１で検出した負荷γの電圧と
電圧指令値との偏差をとる減算器であり、符号４５は、
減算器４３から出力される電力偏差からその偏差をゼロ
に制御する上述した実施の形態における基本波成分に相
当する信号を作成する電力制御部であり、符号４６は、
減算器４４から出力される電圧偏差からその偏差をゼロ
に制御する上述した実施の形態における基本波成分に相
当する信号を作成する電圧制御部である。

【００６４】なお、図５において、符号５０は、負荷υ
に流れ込む電流を検出する電流センサであり、符号５１
は、電流センサ５０により検出された負荷電流から歪み
成分を抽出する負荷電流歪み成分抽出手段である。ここ
で、負荷電流歪み成分抽出手段は歪み成分抽出部１０と
同等の構成を用いて構成することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、次のよう
な効果を奏する。

【００６６】請求項１では、ＬＣフィルタ部の出力電流
歪みを歪み周波数成分毎に歪み成分を抽出して制御する
ので、ＬＣフィルタ部、および電力系統側のインダクタ
ンス成分とＬＣフィルタ部のコンデンサ成分とで構成さ
れるみなし共振回路のゲイン・位相特性を考慮したフィ
ードバック制御系を構成するために、ノイズを増幅させ
る微分要素や、ノイズを考慮した不完全微分要素（微分
要素とゲイン・位相特性が若干異なる）を用いる必要が
なくなるので、制御系のノイズを考慮することなくＬＣ
フィルタ部および上述したみなし共振回路のゲイン・位
相特性を考慮した精度の高い歪み電流制御系を構成でき
る。

【００６７】また、請求項２では、回転逆座標変換時の
回転座標系の回転角の調整を行うことで、歪み成分が最
も減少するようにインバータ出力電流補償指令値の位相
調整を行うことができ、その分、さらに、歪み除去精度
を高めることができる。

【００６８】また、請求項３では、歪み補償指令値を積
分手段を用いて作成するので、歪み補償指令値の急激な
変化がなくなり、歪み電流抽出制御系の安定性がよくな
る。

【００６９】また、請求項４では、ＬＣフィルタ部の出
力電流中に重畳される歪み周波数成分のうち、インバー
タの出力制御可能な周波数成分についてはすべて制御で
きるようになるので、インバータの性能を最大限に活か
したさらに精度のよい歪み電流の低減を行えるようにな
る。

【００７０】また、請求項５によれば、歪み率が規定値
を下回っている歪み周波数成分について歪み成分抽出手
段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を動作さ
せてしまうという無駄がなくなり、前記歪み成分抽出手
段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を含めた
インバータの制御をディジタル制御で行う場合、制御演
算を司るＣＰＵの負担が軽くなって安価なＣＰＵを用い
ることができ、ＣＰＵのコスト削減につながる、もしく
は、演算時間が高速になって、演算時間による制御遅れ
が短縮され、歪み電流制御系の精度が向上することにな
る。

【００７１】さらには、アクティブフィルタのような多
数（例えば、４０次以下のすべて）の歪み周波数成分を
制御する場合には、このフィルタ出力歪み抽出制御部導
入選択手段を設けることによって、（４０次以下の）す
べての歪み周波数成分について抽出制御を導入する必要
がなくなるので、演算時間および演算時間による制御遅
れの大幅な短縮が予想され、歪み電流制御系の精度が大
幅に向上する。

【００７２】また、請求項６では、例えば、インバータ
のディジタル制御に使用しているＣＰＵの能力に限界が
あって、前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電
流補償指令作成手段を多数の周波数成分に対して動作さ
せることができない場合（例えば、歪み周波数１０成分
の抽出制御しか動作できない場合）であっても、歪み率
が設定値を越えている上位Ｎ成分までの歪み周波数成分
について抽出制御を導入するようにすれば、ＣＰＵの能
力を最大限に活かした前記歪み成分抽出手段およびイン
バータ出力電流補償指令作成手段を構築することが可能
となり、そのため、ＣＰＵのコスト削減にもつながる。

【００７３】また、請求項７では、フィルタ出力歪み抽
出制御部導入選択手段を働かせるＣＰＵの負担が軽くな
って安価なＣＰＵを用いることができ、ＣＰＵのコスト
削減につながる、もしくは、演算時間が高速になって、
演算時間による制御遅れが短縮され、歪み電流制御系の
精度が向上することになる。

【００７４】また、請求項８では、フィルタ出力歪み抽
出制御部導入選択手段を常時働かせる場合に比べて、Ｃ
ＰＵの負担が軽くなって安価なＣＰＵを用いることがで
き、ＣＰＵのコスト削減につながる、もしくは、演算時
間が高速になって、演算時間による制御遅れが短縮さ
れ、歪み電流制御系の精度が向上する。また、負荷変動
等によって系統の歪み周波数成分が変化した場合でも、
その系統の変化に応じてフィルタ出力歪み抽出制御部の
選択導入が行われるので、系統の歪み周波数成分の変化
に強い歪み電流制御系を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る系統連系インバー
タの全体構成を示すブロック図である。

【図２】実施の形態の要部の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】本発明の第１の変形例を示すブロック図であ
る。

【図４】本発明の第２の変形例を示すブロック図であ
る。

【図５】本発明の第３の変形例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

α 直流電源 ２ インバータ
部 β 電力系統 ３ ＬＣフィル
タ部 ４ インバータ制御回路部 ５ ドライブ回
路 ６ 第１電流センサ ７ 第２電流セ
ンサ ８ フィルタ出力歪み抽出制御部 ９ インバータ
出力電流制御部 １０ 歪み成分抽出部 １１ 歪み閾値
作成部 １２ 第１減算器 １３ フィルタ
出力歪み制御部 １４ インバータ出力電流基本波成分作成部 １５ 第１加算器 １６ 第２減算器 １７ インバー
タ出力電流制御部本体 １９ フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段 １９Ａ 歪み周波数成分測定手段 １９Ｂ 歪み周波
数成分比較手段 ２０ 回転座標変換手段 ２１ ローパス
フィルタ ２２ 積分手段 ２３ 回転逆座
標変換手段 ２４ 第２加算器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ出力部に歪み電流低減用のＬ
   Ｃフィルタ部を設けて電力系統に連系させる系統連系イ
   ンバータであって、 前記ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される歪み周波
   数成分を、歪み周波数成分毎に静止座標系から歪み角周
   波数で回転する回転座標系へ変換する回転座標変換手段
   によって直流に変換し、ローパスフィルタを用いてその
   直流分のみを抽出することによって歪み成分を抽出する
   歪み成分抽出手段と、 前記歪み周波数成分を補償するための歪み補償指令を歪
   み補償指令作成手段により作成し、作成した歪み補償指
   令を歪み角周波数で回転する回転座標系から静止座標系
   へ変換する回転逆座標変換手段によりインバータ出力電
   流補償指令を作成するインバータ出力電流補償指令作成
   手段と、 前記インバータ出力電流補償指令作成手段で作成された
   インバータ出力電流補償指令に基づいてインバータの出
   力制御を行う制御手段と、 を有することを特徴とする系統連系インバータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の系統連系インバータであ
   って、 前記回転逆座標変換手段は、回転逆座標変換の際に回転
   座標系の回転角を調整することでその位相補正を行うも
   のであることを特徴とする系統連系インバータ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の系統連系インバ
   ータであって、 前記歪み補償指令作成手段は、前記歪み周波数成分の直
   流変換成分と予め設定された歪み電流指令値との偏差を
   積分することを特徴とする系統連系インバータ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか記載の系統
   連系インバータであって、 前記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電流補
   償指令作成手段は、インバータで出力制御可能なすべて
   の歪み成分に対して常時動作するものであることを特徴
   とする系統連系インバータ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３のいずれか記載の系統
   連系インバータであって、 フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段をさらに有し
   ており、 このフィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、 前記ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される歪み周波
   数成分の歪み率を測定する歪み周波数成分測定手段と、 前記歪み周波数成分測定手段で検出した歪み周波数成分
   の歪み率のうち、歪み率設定値を上回っている周波数成
   分を明確にして、明確化された歪み情報に応じて前記歪
   み成分抽出手段および前記インバータ出力電流補償指令
   作成手段を動作させるフィルタ出力歪み抽出制御部導入
   指令を出力する歪み周波数成分比較手段と、 を有しており、 かつ、前記歪み周波数成分比較手段は、歪み率設定値を
   上回っている歪み周波数成分についてのみ前記歪み成分
   抽出手段および前記インバータ出力電流補償指令作成手
   段を動作させるものであることを特徴とする系統連系イ
   ンバータ。
6. 【請求項６】 請求項５記載の系統連系インバータであ
   って、 前記歪み周波数成分比較手段は、歪み率設定値を上回っ
   ている歪み周波数成分のうち歪み率の大きいものから上
   位Ｎ番目までの歪み周波数成分についてのみ前記歪み成
   分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段
   を動作させるものであることを特徴とする系統連系イン
   バータ。
7. 【請求項７】 請求項５または６記載の系統連系インバ
   ータであって、 前記フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、前記
   電力系統と連系した直後の１回だけ動作するものである
   ことを特徴とする系統連系インバータ。
8. 【請求項８】 請求項５または６記載の系統連系インバ
   ータであって、 前記フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、前記
   電力系統と連系した直後からある一定周期もしくはラン
   ダムに動作するものであることを特徴とする系統連系イ
   ンバータ。