JP2004120820A - 電力変換装置 - Google Patents
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- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Abstract
【課題】ＬＣＬフィルタを介して交流電源と接続され、交流電源と連系または交流電源を電源として運転する電力変換装置において、ＬＣＬフィルタのリアクトルＸ２のインダクタンスを小さくして、交流電源側からフィルタコンデンサＣに流入する高調波電流を抑制する。
【解決手段】ＬＣＬフィルタ３に対する系統側検出電流から高調波電流を分離するハイパスフィルタ６と、このハイパスフィルタからの高調波電流を増幅して電力変換器２の出力電流指令の比較部に加算補正する増幅器７とを備え、系統側からフィルタへの高調波流入電流を制御回路で抑制する。
【選択図】 図１
【解決手段】ＬＣＬフィルタ３に対する系統側検出電流から高調波電流を分離するハイパスフィルタ６と、このハイパスフィルタからの高調波電流を増幅して電力変換器２の出力電流指令の比較部に加算補正する増幅器７とを備え、系統側からフィルタへの高調波流入電流を制御回路で抑制する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用系統などの交流電源と連系または電源とする電力変換器をＰＷＭ制御する電力変換装置に係り、特に交流電源との間で発生する高調波電流を抑制するための制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、商用系統と連系するインバータの例を示す。商用系統１とインバータ２との間はＬＣＬフィルタ３で接続し、インバータ２はＰＷＭ制御され、高調波が重畳した電圧出力を得る。インバータ制御回路は、出力電流が所望の指令値に追従するよう制御するため、出力電流指令値Ｉ＊と出力電流検出値Ｉｄｅｔとの偏差をＰＩ制御部４で比例積分演算して電圧指令値を求め、この電圧指令値を基にＰＷＭ変調部５で周波数が商用系統に一致したＰＷＭ波形のゲート制御信号（インバータ駆動信号）を得てインバータ２の各スイッチング素子を駆動する。
【０００３】
ＬＣＬフィルタ３には商用系統の電圧とインバータ２の出力電圧の差が印加され、商用系統電圧をＶＳ、インバータ出力電圧をＶＩ、フィルタ３のインダクタンスＬとすると、インバータ出力電流Ｉ１は、
【０００４】
【数１】
Ｌ（ｄＩ１／ｄｔ）＝Ｖ１−ＶＳ
となり、インバータ制御回路ではインバータ出力電流Ｉ１が指令値Ｉ＊に一致するよう出力電圧Ｖ１を制御する。
【０００５】
ここで、インバータ出力電流Ｉ１には、インバータのスイッチングに起因するリップル電流が重畳しているため、フィルタ３ではリアクトルＸ１とコンデンサＣでリップル成分を除去する。また、コンデンサＣは、系統電圧歪みが大きい場合には系統側から逆に高調波電流が流入してくるため、これをリアクトルＸ２で抑制する。したがって、リアクトルＸ１とコンデンサＣによりリップル成分を抑制し、リアクトルＸ２で高調波成分を抑制する。
【０００６】
このように、商用系統とインバータとの接続には、ＬＣＬフィルタを設けてリップルと高調波歪みを抑制するため、インバータ出力電流で直接にフィードバック制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
なお、インバータの利用形態としては、商用系統との連系の他に、電流指令値Ｉ＊の位相を系統電圧に合わせた位相調整することで無効電力調整装置もしくはアクティブフィルタとして利用される。また、電力変換装置としてのインバータまたは順変換器は、商用系統などを交流電源として交流負荷や直流負荷に電力供給するための装置として利用される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１６８６７
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来構成では、商用系統からは系統電圧歪みによってフィルタコンデンサＣに流入する高調波成分をリアクトルＸ２のみで抑制している。一方、インバータ制御回路は、インバータ出力電流Ｉ１のみで出力電圧制御をしている。
【００１０】
このため、系統側電流Ｉ２の系統電圧歪みによる高調波は、インバータでは抑制できず、リアクトルＸ２のみで抑制することになり、広範囲の高調波歪みを抑制するためには、リアクトルＸ２のインダクタンスを大きくする必要がある。この場合、リアクトルＸ２の大型化やコストアップといった問題があった。また、高調波歪みの正確な抑制にはリアクトルＸ２にはそのインダクタンス調整手段を必要とする場合があり、この場合にはより大掛かりなＬＣＬフィルタになる。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題を解決した電力変換装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、図１に基本構成を示すように、電力変換装置の制御回路ではＬＣＬフィルタに対する電力変換器側の入出力電流Ｉ１に加えて、商用系統などの交流電源側入出力電流Ｉ２も検出し、交流電源側検出電流Ｉｄｅｔ２からハイパスフィルタ６により高調波電流を分離し、この高調波電流を増幅器７で増幅（ゲインＫ）して電力変換器の入出力電流指令または入出力電力指令の比較部で加算補正するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１３】
（１）ＬＣＬフィルタを介して電力変換器と交流電源とが接続され、電力変換器は交流電源と連系または交流電源を電源としてＰＷＭ制御する電力変換装置において、
前記ＬＣＬフィルタに対する交流電源側検出電流から高調波電流を分離するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタからの高調波電流を増幅して電力変換器の入出力電流指令または入出力電力指令の比較部に加算補正する増幅器とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
（２）前記電力変換器は、交流電源を電源として直流負荷に電力供給するＰＷＭ順変換器、交流電源の無効電力を調整する無効電力調整装置、または自家発電機と連系して交流負荷に電力供給する自家発電用インバータとしたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の実施形態１を示す制御ブロック図である。同図は、電力変換装置として、ＰＷＭ制御による順変換器に適用した場合であり、図１と同等の部分は同一符号で示す。
【００１６】
ＰＷＭ順変換器８の制御回路は、その直流出力電圧指令と直流電圧検出信号との偏差をＰＩ制御部９で比例積分演算し、これを乗算器１０の乗数とし、系統電圧に同期した正弦波を得る同期回路１１の出力正弦波を乗算器１０の被乗数とすることで、乗算器１０の出力には正弦波の振幅が調整されたＰＷＭ順変換器８の入力電流指令を得る。
【００１７】
この入力電流指令は、ＰＷＭ順変換器８の入力電流検出信号との偏差に、増幅器７から得る系統側高調波電流検出信号を加算補正する。
【００１８】
本実施形態によれば、ＰＷＭ順変換器８の入力電流制御において、系統側からＬＣＬフィルタ３に高調波電流が流入しようとすると、その高調波電流成分を抽出して順変換器８からの入力電流で補償することができ、ＬＣＬフィルタ３のリアクトルＸ２のインダクタンスを小さくして、系統側からコンデンサＣに流入する高調波電流を抑制できる。
【００１９】
しかも、系統側電流検出にはハイパスフィルタ６で高調波成分のみを検出するため、直流成分を検出する必要がなく、安価な交流変流器で済む。また、系統側に電圧歪みが無い場合には、入力電流指令には何ら影響を及ぼさないため、既存の装置にそのまま適用できる。また、系統電圧歪みの抑制量の調整には、増幅器７のゲイン調整のみで済み、ＬＣＬフィルタによるリアクトルＸ２のインダクタンス調整等の大掛かりな調整手段を不要にする。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態２を示す制御ブロック図である。同図は電力変換装置としてＰＷＭ制御による無効電力調整装置に適用した場合であり、図１または図２と同等の部分は同一符号で示す。
【００２１】
無効電力調整装置１２の制御回路は、負荷電流検出信号と同期回路１１からの同期正弦波信号との位相比較により無効電力検出部１３に無効電力を検出し、これを無効電力調整装置１２の出力電流指令としてその出力電流検出信号と比較することで無効電力を零に調整する。
【００２２】
この構成において、無効電力偏差信号に、系統側高調波電流検出信号を加算補正することで、ＬＣＬフィルタ３のリアクトルＸ２を不要またはそのインダクタンスを小さくして、系統側からコンデンサＣに流入する高調波電流を抑制して負荷１４に高調波歪み電圧が発生するのを抑制することができる。
【００２３】
図４は、本発明の実施形態３を示す制御ブロック図である。同図は電力変換装置として自家発電機と連系するＰＷＭ制御自家発電用インバータに適用した場合であり、図１〜図３と同等の部分は同一符号で示す。
【００２４】
自家発電用インバータ１５は、太陽光発電装置１６等の直流電源から交流電力を得、自家発電機１７と連系して負荷１８に電力供給する。
【００２５】
自家発電用インバータ１５の制御回路は、自家発電機１７の出力電圧に同期した正弦波を得る同期回路１１の出力を乗算器１０出力電力指令に乗じることでインバータの出力電流指令を得、これとインバータ電流検出信号との比較により、インバータ１５からの出力電力を制御する。
【００２６】
この構成において、電力偏差信号に、系統側高調波電流検出信号を加算補正することで、ＬＣＬフィルタ３のリアクトルＸ２を不要またはそのインダクタンスを小さくして、自家発電機側からコンデンサＣに流入する高調波電流を抑制して負荷１８に高調波歪み電圧が発生するのを抑制することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、ＬＣＬフィルタに対する交流電源側検出電流から高調波電流を分離し、この高調波電流を増幅して電力変換器の入出力電流指令または入出力電力指令の比較部に加算補正するようにしたため、ＬＣＬフィルタのリアクトルＸ２のインダクタンスを小さくして、交流電源側からフィルタコンデンサＣに流入する高調波電流を抑制することができる。また、ＬＣＬフィルタのリアクトルのインダクタンスを調整する手段を不要にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す制御ブロック図。
【図２】本発明の実施形態１を示すＰＷＭ順変換器の制御ブロック図。
【図３】本発明の実施形態２を示す無効電力調整装置の制御ブロック図。
【図４】本発明の実施形態３を示す自家発電用インバータの制御ブロック図。
【図５】従来のインバータの制御ブロック図。
【符号の説明】
１…商用系統
２…インバータ
３…ＬＣＬフィルタ
４、９…ＰＩ制御部
５…ＰＷＭ変調部
６…ハイパスフィルタ
７…増幅器
８…ＰＷＭ順変換器
１０…乗算器
１１…同期回路
１２…無効電力調整装置
１３…無効電力検出部
１４、１８…負荷
１５…自家発電用インバータ
１６…太陽光発電装置
１７…自家発電機
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用系統などの交流電源と連系または電源とする電力変換器をＰＷＭ制御する電力変換装置に係り、特に交流電源との間で発生する高調波電流を抑制するための制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、商用系統と連系するインバータの例を示す。商用系統１とインバータ２との間はＬＣＬフィルタ３で接続し、インバータ２はＰＷＭ制御され、高調波が重畳した電圧出力を得る。インバータ制御回路は、出力電流が所望の指令値に追従するよう制御するため、出力電流指令値Ｉ＊と出力電流検出値Ｉｄｅｔとの偏差をＰＩ制御部４で比例積分演算して電圧指令値を求め、この電圧指令値を基にＰＷＭ変調部５で周波数が商用系統に一致したＰＷＭ波形のゲート制御信号（インバータ駆動信号）を得てインバータ２の各スイッチング素子を駆動する。
【０００３】
ＬＣＬフィルタ３には商用系統の電圧とインバータ２の出力電圧の差が印加され、商用系統電圧をＶＳ、インバータ出力電圧をＶＩ、フィルタ３のインダクタンスＬとすると、インバータ出力電流Ｉ１は、
【０００４】
【数１】
Ｌ（ｄＩ１／ｄｔ）＝Ｖ１−ＶＳ
となり、インバータ制御回路ではインバータ出力電流Ｉ１が指令値Ｉ＊に一致するよう出力電圧Ｖ１を制御する。
【０００５】
ここで、インバータ出力電流Ｉ１には、インバータのスイッチングに起因するリップル電流が重畳しているため、フィルタ３ではリアクトルＸ１とコンデンサＣでリップル成分を除去する。また、コンデンサＣは、系統電圧歪みが大きい場合には系統側から逆に高調波電流が流入してくるため、これをリアクトルＸ２で抑制する。したがって、リアクトルＸ１とコンデンサＣによりリップル成分を抑制し、リアクトルＸ２で高調波成分を抑制する。
【０００６】
このように、商用系統とインバータとの接続には、ＬＣＬフィルタを設けてリップルと高調波歪みを抑制するため、インバータ出力電流で直接にフィードバック制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
なお、インバータの利用形態としては、商用系統との連系の他に、電流指令値Ｉ＊の位相を系統電圧に合わせた位相調整することで無効電力調整装置もしくはアクティブフィルタとして利用される。また、電力変換装置としてのインバータまたは順変換器は、商用系統などを交流電源として交流負荷や直流負荷に電力供給するための装置として利用される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１６８６７
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来構成では、商用系統からは系統電圧歪みによってフィルタコンデンサＣに流入する高調波成分をリアクトルＸ２のみで抑制している。一方、インバータ制御回路は、インバータ出力電流Ｉ１のみで出力電圧制御をしている。
【００１０】
このため、系統側電流Ｉ２の系統電圧歪みによる高調波は、インバータでは抑制できず、リアクトルＸ２のみで抑制することになり、広範囲の高調波歪みを抑制するためには、リアクトルＸ２のインダクタンスを大きくする必要がある。この場合、リアクトルＸ２の大型化やコストアップといった問題があった。また、高調波歪みの正確な抑制にはリアクトルＸ２にはそのインダクタンス調整手段を必要とする場合があり、この場合にはより大掛かりなＬＣＬフィルタになる。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題を解決した電力変換装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、図１に基本構成を示すように、電力変換装置の制御回路ではＬＣＬフィルタに対する電力変換器側の入出力電流Ｉ１に加えて、商用系統などの交流電源側入出力電流Ｉ２も検出し、交流電源側検出電流Ｉｄｅｔ２からハイパスフィルタ６により高調波電流を分離し、この高調波電流を増幅器７で増幅（ゲインＫ）して電力変換器の入出力電流指令または入出力電力指令の比較部で加算補正するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１３】
（１）ＬＣＬフィルタを介して電力変換器と交流電源とが接続され、電力変換器は交流電源と連系または交流電源を電源としてＰＷＭ制御する電力変換装置において、
前記ＬＣＬフィルタに対する交流電源側検出電流から高調波電流を分離するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタからの高調波電流を増幅して電力変換器の入出力電流指令または入出力電力指令の比較部に加算補正する増幅器とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
（２）前記電力変換器は、交流電源を電源として直流負荷に電力供給するＰＷＭ順変換器、交流電源の無効電力を調整する無効電力調整装置、または自家発電機と連系して交流負荷に電力供給する自家発電用インバータとしたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の実施形態１を示す制御ブロック図である。同図は、電力変換装置として、ＰＷＭ制御による順変換器に適用した場合であり、図１と同等の部分は同一符号で示す。
【００１６】
ＰＷＭ順変換器８の制御回路は、その直流出力電圧指令と直流電圧検出信号との偏差をＰＩ制御部９で比例積分演算し、これを乗算器１０の乗数とし、系統電圧に同期した正弦波を得る同期回路１１の出力正弦波を乗算器１０の被乗数とすることで、乗算器１０の出力には正弦波の振幅が調整されたＰＷＭ順変換器８の入力電流指令を得る。
【００１７】
この入力電流指令は、ＰＷＭ順変換器８の入力電流検出信号との偏差に、増幅器７から得る系統側高調波電流検出信号を加算補正する。
【００１８】
本実施形態によれば、ＰＷＭ順変換器８の入力電流制御において、系統側からＬＣＬフィルタ３に高調波電流が流入しようとすると、その高調波電流成分を抽出して順変換器８からの入力電流で補償することができ、ＬＣＬフィルタ３のリアクトルＸ２のインダクタンスを小さくして、系統側からコンデンサＣに流入する高調波電流を抑制できる。
【００１９】
しかも、系統側電流検出にはハイパスフィルタ６で高調波成分のみを検出するため、直流成分を検出する必要がなく、安価な交流変流器で済む。また、系統側に電圧歪みが無い場合には、入力電流指令には何ら影響を及ぼさないため、既存の装置にそのまま適用できる。また、系統電圧歪みの抑制量の調整には、増幅器７のゲイン調整のみで済み、ＬＣＬフィルタによるリアクトルＸ２のインダクタンス調整等の大掛かりな調整手段を不要にする。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態２を示す制御ブロック図である。同図は電力変換装置としてＰＷＭ制御による無効電力調整装置に適用した場合であり、図１または図２と同等の部分は同一符号で示す。
【００２１】
無効電力調整装置１２の制御回路は、負荷電流検出信号と同期回路１１からの同期正弦波信号との位相比較により無効電力検出部１３に無効電力を検出し、これを無効電力調整装置１２の出力電流指令としてその出力電流検出信号と比較することで無効電力を零に調整する。
【００２２】
この構成において、無効電力偏差信号に、系統側高調波電流検出信号を加算補正することで、ＬＣＬフィルタ３のリアクトルＸ２を不要またはそのインダクタンスを小さくして、系統側からコンデンサＣに流入する高調波電流を抑制して負荷１４に高調波歪み電圧が発生するのを抑制することができる。
【００２３】
図４は、本発明の実施形態３を示す制御ブロック図である。同図は電力変換装置として自家発電機と連系するＰＷＭ制御自家発電用インバータに適用した場合であり、図１〜図３と同等の部分は同一符号で示す。
【００２４】
自家発電用インバータ１５は、太陽光発電装置１６等の直流電源から交流電力を得、自家発電機１７と連系して負荷１８に電力供給する。
【００２５】
自家発電用インバータ１５の制御回路は、自家発電機１７の出力電圧に同期した正弦波を得る同期回路１１の出力を乗算器１０出力電力指令に乗じることでインバータの出力電流指令を得、これとインバータ電流検出信号との比較により、インバータ１５からの出力電力を制御する。
【００２６】
この構成において、電力偏差信号に、系統側高調波電流検出信号を加算補正することで、ＬＣＬフィルタ３のリアクトルＸ２を不要またはそのインダクタンスを小さくして、自家発電機側からコンデンサＣに流入する高調波電流を抑制して負荷１８に高調波歪み電圧が発生するのを抑制することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、ＬＣＬフィルタに対する交流電源側検出電流から高調波電流を分離し、この高調波電流を増幅して電力変換器の入出力電流指令または入出力電力指令の比較部に加算補正するようにしたため、ＬＣＬフィルタのリアクトルＸ２のインダクタンスを小さくして、交流電源側からフィルタコンデンサＣに流入する高調波電流を抑制することができる。また、ＬＣＬフィルタのリアクトルのインダクタンスを調整する手段を不要にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す制御ブロック図。
【図２】本発明の実施形態１を示すＰＷＭ順変換器の制御ブロック図。
【図３】本発明の実施形態２を示す無効電力調整装置の制御ブロック図。
【図４】本発明の実施形態３を示す自家発電用インバータの制御ブロック図。
【図５】従来のインバータの制御ブロック図。
【符号の説明】
１…商用系統
２…インバータ
３…ＬＣＬフィルタ
４、９…ＰＩ制御部
５…ＰＷＭ変調部
６…ハイパスフィルタ
７…増幅器
８…ＰＷＭ順変換器
１０…乗算器
１１…同期回路
１２…無効電力調整装置
１３…無効電力検出部
１４、１８…負荷
１５…自家発電用インバータ
１６…太陽光発電装置
１７…自家発電機
Claims (2)
- ＬＣＬフィルタを介して電力変換器と交流電源とが接続され、電力変換器は交流電源と連系または交流電源を電源としてＰＷＭ制御する電力変換装置において、
前記ＬＣＬフィルタに対する交流電源側検出電流から高調波電流を分離するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタからの高調波電流を増幅して電力変換器の入出力電流指令または入出力電力指令の比較部に加算補正する増幅器とを備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 前記電力変換器は、交流電源を電源として直流負荷に電力供給するＰＷＭ順変換器、交流電源の無効電力を調整する無効電力調整装置、または自家発電機と連系して交流負荷に電力供給する自家発電用インバータとしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002276960A JP2004120820A (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002276960A JP2004120820A (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | 電力変換装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004120820A true JP2004120820A (ja) | 2004-04-15 |
Family
ID=32272687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002276960A Pending JP2004120820A (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2004120820A (ja) |
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- 2002-09-24 JP JP2002276960A patent/JP2004120820A/ja active Pending
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