JP2005085088A - Electric power converter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power converter allowing improvement of power conversion efficiency by reducing DC-DC output voltage of a DC-DC converter to reduce switching loss of an inverter device. <P>SOLUTION: This electric power converter has a controller 4 having: the DC-DC converter 2 boosting DC battery voltage VB supplied from a fuel cell 9 to the DC-DC output voltage VD; the inverter device 3 switching the DC-DC output voltage VD by a PWM signal SPWM of a high-frequency carrier frequency to generate inverter output voltage VC; and a voltage reduction means 7 generating a variable output voltage correction instruction value Vα, and reducing the DC-DC output voltage VD of the DC-DC converter 2 in a light load. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転する電力変換装置に係り、特に軽負荷時に、DC−DC変換装置の出力電圧を低下またはインバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させてインバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power converter that converts a direct current output of a fuel cell into an alternating current and operates in an interconnected manner with a system power supply, and particularly reduces the output voltage of the DC-DC converter or the switching carrier frequency of an inverter device at a light load. The present invention relates to a power conversion device that reduces the switching loss of an inverter device and improves power conversion efficiency.

近年、太陽光発電や燃料電池の直流電源を交流電源に電力変換した分散型電源と系統電源(商用電源:50Hz/60Hz、100V/200V)を連系し、分散型電源で家庭内の機器(負荷)を駆動し、分散型電源で賄えない場合には、系統電源を供給して家庭内の機器(負荷)を駆動する分散型電源システムが実用化されている。   In recent years, a distributed power source obtained by converting a DC power source of a photovoltaic power generation or a fuel cell into an AC power source and a system power source (commercial power sources: 50 Hz / 60 Hz, 100 V / 200 V) are connected to each other, and household devices ( When a distributed power source cannot be covered by a distributed power source, a distributed power source system that supplies a system power source to drive a household device (load) has been put into practical use.

従来の電力変換装置は、燃料電池の直流電源を昇圧してDC−DC直流出力に変換するDC−DC変換装置と、DC−DC変換装置のDC−DC直流出力を系統電源(商用電源:50Hz/60Hz、100V/200V)の周波数に一致させた周波数で交流電流を出力するインバータ装置とから構成される。   A conventional power converter includes a DC-DC converter that boosts a DC power supply of a fuel cell and converts it into a DC-DC DC output, and a DC-DC DC output of the DC-DC converter that is connected to a system power supply (commercial power supply: 50 Hz). / 60 Hz, 100 V / 200 V) and an inverter device that outputs an alternating current at a frequency matched with the frequency.

一方、燃料電池を用いた電力変換装置は、現時点では、系統側への逆潮流(充電)が運用上できないため、昼間や深夜などの家庭内の機器(例えば、冷蔵庫など)で消費する電力が少ない時間帯には、電力変換装置から系統(商用電源)側に逆潮流(充電)が発生しないように、燃料電池や電力変換装置の発電電力を抑えなければならない。   On the other hand, since power conversion devices using fuel cells cannot currently operate a reverse power flow (charging) to the grid side, the power consumed by household devices such as daytime or midnight (for example, refrigerators) In a small time zone, the generated power of the fuel cell or power conversion device must be suppressed so that a reverse power flow (charging) does not occur from the power conversion device to the grid (commercial power supply) side.

また、従来の電力変換装置は、「特許文献1」(系統連系型インバータ装置)に開示されているように、太陽電池から入力される大きさの変化する直流電源を昇圧回路部(DC−DC変換器)で昇圧し、昇圧した直流電源を交流電源に変換するインバータ主回路部を備え、昇圧回路部の出力電圧と系統電源(商用電源)のピーク値との差が一定になるように制御し、インバータ主回路部のスイッチ素子の損失を抑えるとともに、電力変換効率をアップさせる。
特開平10−14112号公報
In addition, as disclosed in “Patent Document 1” (system interconnection type inverter device), a conventional power conversion device uses a booster circuit unit (DC− Inverter main circuit section that boosts the voltage by a DC converter and converts the boosted DC power supply to AC power supply so that the difference between the output voltage of the booster circuit section and the peak value of the system power supply (commercial power supply) is constant Control and suppress the loss of the switching element of the inverter main circuit section, and increase the power conversion efficiency.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-14112

従来の電力変換装置は、DC−DC変換装置が定格の出力電圧を出力し、インバータ装置が定格のキャリア周波数でスイッチング素子を駆動し、交流電流を出力する構成のため、家庭内の機器(例えば、冷蔵庫など)が軽負荷の時に交流電流を出力する場合には、系統電源(商用電源)への逆潮流を防止するために燃料電池の発電を抑えなければならず、使用する家庭内の機器に合った電力に調整する作業が煩雑になる。   Conventional power converters have a configuration in which a DC-DC converter outputs a rated output voltage, an inverter device drives a switching element at a rated carrier frequency, and outputs an alternating current. , Refrigerators, etc.) that output alternating current when the load is light, the power generation of the fuel cell must be suppressed to prevent reverse power flow to the system power supply (commercial power supply), and the household equipment used The work to adjust the power to suit the needs becomes complicated.

また、軽負荷時には、家庭内の機器(例えば、冷蔵庫など)で使用しない余剰電力を抵抗器等で消費して系統電源(商用電源)への逆潮流を防止する対策が必要不可欠になる。   Further, at the time of a light load, it is indispensable to take measures to prevent the reverse power flow to the system power supply (commercial power supply) by consuming surplus power that is not used in household devices (for example, a refrigerator) with a resistor or the like.

一方、燃料電池などの分散型電源システムのうち、1kW(キロワット)程度の小容量なシステムについては、インバータ装置のスイッチング損失のわずかな改善であっても、電力変換効率改善が大きい。   On the other hand, among the distributed power systems such as fuel cells, a system with a small capacity of about 1 kW (kilowatt) has a great improvement in power conversion efficiency even if the switching loss of the inverter device is slightly improved.

「特許文献1」(系統連系型インバータ装置)に開示された従来の電力変換装置は、直流電源の発電電力が比較的大きな太陽光発電システムでは、インバータ回路のスイッチ素子の損失を抑え、電力変換効率をアップさせることができるが、直流電源の発電電力が少ない燃料電池を用いた電力変換装置では、スイッチ素子の損失を最小まで抑えることができず、電力変換効率のアップも期待できない。   The conventional power conversion device disclosed in “Patent Document 1” (system-connected inverter device) suppresses the loss of the switching element of the inverter circuit in a photovoltaic power generation system in which the generated power of the DC power source is relatively large, Although the conversion efficiency can be increased, in a power conversion device using a fuel cell with a small amount of power generated by a DC power source, the loss of the switch element cannot be suppressed to the minimum, and an increase in power conversion efficiency cannot be expected.

この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、第1の目的は、軽負荷時に、DC−DC変換装置のDC−DC出力電圧を低下させてインバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善する電力変換装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems, and a first object is to reduce the switching loss of the inverter device by reducing the DC-DC output voltage of the DC-DC converter at the time of light load. An object of the present invention is to provide a power conversion device that improves power conversion efficiency.

また、第2の目的は、軽負荷時に、インバータ装置のキャリア周波数を低下させてスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善する電力変換装置を提供することにある。   A second object is to provide a power conversion device that lowers the carrier frequency of the inverter device at the time of light load to reduce switching loss and improve power conversion efficiency.

前記課題を解決するためこの発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、DC−DC変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a power conversion device according to the present invention converts a direct current output of a fuel cell into an alternating current, and performs a DC-DC conversion device, an inverter device, and a control device that are interconnected with a system power supply. The control device includes a voltage lowering unit that lowers the output voltage of the DC-DC converter at a light load.

この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、DC−DC変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段を備えたので、DC−DC変換装置の駆動パルスのデューティ比を下げて出力電圧を低下させることができる。   The power conversion device according to the present invention is a power conversion device including a DC-DC conversion device, an inverter device, and a control device that convert the direct current output of the fuel cell into alternating current and is interconnected with the system power supply. Since the voltage reduction means for reducing the output voltage of the DC-DC converter at the time of light load is provided, the output voltage can be reduced by reducing the duty ratio of the drive pulse of the DC-DC converter.

また、この発明に係る電圧低下手段は、出力電力に対応した補正係数と系統電圧に対応したDC−DC出力電圧指令値を記憶する電圧値記憶手段と、出力電力および系統電圧を検出した場合、電圧値記憶手段から対応する補正係数および対応するDC−DC出力電圧指令値を読み出し、補正係数とDC−DC出力電圧指令値の積を演算してDC−DC出力電圧補正指令値を出力する補正指令値演算手段とを備え、DC−DC変換装置のDC−DC出力電圧を変更することを特徴とする。   Further, the voltage reduction means according to the present invention, when detecting the output power and the system voltage, the voltage value storage means for storing the correction coefficient corresponding to the output power and the DC-DC output voltage command value corresponding to the system voltage, Correction for reading the corresponding correction coefficient and the corresponding DC-DC output voltage command value from the voltage value storage means, calculating the product of the correction coefficient and the DC-DC output voltage command value, and outputting the DC-DC output voltage correction command value Command value calculating means, and changing the DC-DC output voltage of the DC-DC converter.

この発明に係る電圧低下手段は、出力電力に対応した補正係数と系統電圧に対応したDC−DC出力電圧指令値を記憶する電圧値記憶手段と、出力電力および系統電圧を検出した場合、電圧値記憶手段から対応する補正係数および対応するDC−DC出力電圧指令値を読み出し、補正係数とDC−DC出力電圧指令値の積を演算してDC−DC出力電圧補正指令値を出力する補正指令値演算手段とを備え、DC−DC変換装置のDC−DC出力電圧を変更するので、軽負荷時に、DC−DC出力電圧補正指令値に基づいて出力電圧を低下させることができる。   The voltage reduction means according to the present invention includes a voltage value storage means for storing a correction coefficient corresponding to the output power and a DC-DC output voltage command value corresponding to the system voltage, and a voltage value when the output power and the system voltage are detected. A correction command value for reading a corresponding correction coefficient and a corresponding DC-DC output voltage command value from the storage means, calculating a product of the correction coefficient and the DC-DC output voltage command value, and outputting a DC-DC output voltage correction command value Since the calculation means is provided and the DC-DC output voltage of the DC-DC converter is changed, the output voltage can be reduced based on the DC-DC output voltage correction command value at a light load.

さらに、この発明に係る電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してリニアに変化する補正係数を記憶することを特徴とする。   Furthermore, the voltage value storage means according to the present invention stores a correction coefficient that changes linearly with respect to the output power at light load.

また、電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してステップ状に変化する補正係数を記憶することを特徴とする。   The voltage value storage means stores a correction coefficient that changes stepwise with respect to the output power at light load.

さらに、この発明に係る電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対して指数関数的に変化する補正係数を記憶することを特徴とする。   Furthermore, the voltage value storage means according to the present invention stores a correction coefficient that changes exponentially with respect to the output power at light load.

この発明に係る電圧値記憶手段は、軽負荷時に出力電力に対してリニア、軽負荷時に出力電力に対してステップ状または軽負荷時に出力電力に対して指数関数的に変化する補正係数を記憶するので、DC−DC出力電圧補正指令値を自由度を持って設定することができる。   The voltage value storage means according to the present invention stores a correction coefficient that changes linearly with respect to output power at light load, stepwise with respect to output power at light load, or exponentially changes with respect to output power at light load. Therefore, the DC-DC output voltage correction command value can be set with a degree of freedom.

さらに、この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でDC−DC出力電圧補正指令値を出力することを特徴とする。   The control device according to the present invention further includes a distortion determination unit that compares the measured output current distortion rate with the specified distortion rate, and the DC-DC output voltage correction command value is within a range in which the output current distortion rate does not exceed the specified distortion rate. Is output.

この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でDC−DC出力電圧補正指令値を出力するので、出力電圧を規定歪み率を超えない範囲まで低下して出力することができる。   The control device according to the present invention includes a distortion determination unit that compares the measured output current distortion rate with a specified distortion rate, and outputs a DC-DC output voltage correction command value within a range in which the output current distortion rate does not exceed the specified distortion rate. Therefore, the output voltage can be reduced to a range not exceeding the specified distortion rate and output.

また、この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段を備えたことを特徴とする。   The power conversion device according to the present invention is a power conversion device including a DC-DC conversion device, an inverter device, and a control device that converts a direct current output of a fuel cell into alternating current and is connected to a system power supply. Is characterized by comprising a frequency lowering means for lowering the switching carrier frequency of the inverter device at the time of light load.

この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段を備えたので、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができる。   The power conversion device according to the present invention is a power conversion device including a DC-DC conversion device, an inverter device, and a control device that convert the direct current output of the fuel cell into alternating current and is interconnected with the system power supply. Since the frequency reduction means for reducing the switching carrier frequency of the inverter device at the time of light load is provided, the switching carrier frequency of the switching element of the inverter device can be reduced.

さらに、この発明に係る周波数低下手段は、出力電力に対応したキャリア周波数指令値を記憶する周波数記憶手段を備え、出力電力を検出した場合、周波数記憶手段から対応するキャリア周波数指令値を読み出してインバータ装置のスイッチングキャリア周波数を変更することを特徴とする。   Furthermore, the frequency lowering means according to the present invention comprises frequency storage means for storing a carrier frequency command value corresponding to the output power, and when detecting the output power, reads the corresponding carrier frequency command value from the frequency storage means and The switching carrier frequency of the device is changed.

この発明に係る周波数低下手段は、出力電力に対応したキャリア周波数指令値を記憶する周波数記憶手段を備え、出力電力を検出した場合、周波数記憶手段から対応するキャリア周波数指令値を読み出してインバータ装置のスイッチングキャリア周波数を変更するので、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができる。   The frequency reduction means according to the present invention includes frequency storage means for storing a carrier frequency command value corresponding to the output power, and when detecting the output power, reads the corresponding carrier frequency command value from the frequency storage means to Since the switching carrier frequency is changed, the switching carrier frequency of the switching element of the inverter device can be reduced.

また、この発明に係る周波数記憶手段は、出力電力に対してリニアに変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする。   The frequency storage means according to the present invention stores a carrier frequency command value that changes linearly with respect to the output power.

さらに、この発明に係る周波数記憶手段は、出力電力に対してステップ状に変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする。   Furthermore, the frequency storage means according to the present invention stores a carrier frequency command value that changes stepwise with respect to the output power.

また、この発明に係る周波数記憶手段は、出力電力に対して指数関数的に変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする。   The frequency storage means according to the present invention stores a carrier frequency command value that varies exponentially with respect to the output power.

この発明に係る周波数記憶手段は、出力電力に対してリニア、出力電力に対してステップ状または出力電力に対して指数関数的に変化するキャリア周波数指令値を記憶するので、キャリア周波数指令値を自由度を持って設定することができる。   The frequency storage means according to the present invention stores the carrier frequency command value linearly with respect to the output power, stepwise with respect to the output power, or exponentially changing with respect to the output power. It can be set with a degree.

さらに、この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でキャリア周波数指令値を出力することを特徴とする。   Furthermore, the control device according to the present invention includes a distortion determination unit that compares the measured output current distortion rate with the specified distortion rate, and outputs the carrier frequency command value within a range where the output current distortion rate does not exceed the specified distortion rate. It is characterized by.

この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でキャリア周波数指令値を出力するので、インバータ装置のスイッチング素子を規定歪み率を超えない範囲のスイッチングキャリア周波数まで低下して駆動することができる。   The control device according to the present invention includes a distortion determination unit that compares the measured output current distortion rate with the specified distortion rate, and outputs the carrier frequency command value in a range in which the output current distortion rate does not exceed the specified distortion rate. The switching element of the device can be driven to a switching carrier frequency that does not exceed the specified distortion rate.

また、この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、DC−DC変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段と、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段とを備えたことを特徴とする。   The power conversion device according to the present invention is a power conversion device including a DC-DC conversion device, an inverter device, and a control device that converts a direct current output of a fuel cell into alternating current and is connected to a system power supply. Is characterized by comprising voltage reduction means for reducing the output voltage of the DC-DC converter and frequency reduction means for reducing the switching carrier frequency of the inverter device at light load.

この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、DC−DC変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段と、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段とを備えたので、DC−DC変換装置の出力電圧およびインバータ装置のスイッチング素子のスッチングキャリア周波数を低下させることができる。   The power conversion device according to the present invention is a power conversion device including a DC-DC conversion device, an inverter device, and a control device that convert the direct current output of the fuel cell into alternating current and is interconnected with the system power supply. Since the voltage reduction means for reducing the output voltage of the DC-DC converter at the time of light load and the frequency reduction means for reducing the switching carrier frequency of the inverter device are provided, the output voltage of the DC-DC converter and the inverter device The switching carrier frequency of the switching element can be lowered.

さらに、この発明に係る制御装置は、電圧低下手段と周波数低下手段の動作順序を設定するシーケンス手段を備えたことを特徴とする。   Furthermore, the control device according to the present invention is characterized by comprising sequence means for setting the operation order of the voltage reduction means and the frequency reduction means.

この発明に係る制御装置は、電圧低下手段と周波数低下手段の動作順序を設定するシーケンス手段を備えたので、DC−DC変換装置の出力電圧およびインバータ装置のスイッチングキャリア周波数のいずれか一方を低下させてから他方を低下させることができる。   Since the control device according to the present invention includes the sequence means for setting the operation order of the voltage reduction means and the frequency reduction means, it reduces either the output voltage of the DC-DC converter or the switching carrier frequency of the inverter device. The other can then be lowered.

この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、DC−DC変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段を備えたので、DC−DC変換装置の駆動パルスのデューティ比を下げて出力電圧を低下させることができ、インバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することができる。   The power conversion device according to the present invention is a power conversion device including a DC-DC conversion device, an inverter device, and a control device that convert the direct current output of the fuel cell into alternating current and is interconnected with the system power supply. Since voltage reduction means for reducing the output voltage of the DC-DC converter at light load is provided, the output voltage can be lowered by reducing the duty ratio of the drive pulse of the DC-DC converter, and switching of the inverter device Loss can be reduced and power conversion efficiency can be improved.

また、この発明に係る電圧低下手段は、出力電力に対応した補正係数と系統電圧に対応したDC−DC出力電圧指令値を記憶する電圧値記憶手段と、出力電力および系統電圧を検出した場合、電圧値記憶手段から対応する補正係数および対応するDC−DC出力電圧指令値を読み出し、補正係数とDC−DC出力電圧指令値の積を演算してDC−DC出力電圧補正指令値を出力する補正指令値演算手段とを備え、DC−DC変換装置のDC−DC出力電圧を変更するので、軽負荷時に、DC−DC出力電圧補正指令値に基づいて出力電圧を低下させることができ、インバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することができる。   Further, the voltage reduction means according to the present invention, when detecting the output power and the system voltage, the voltage value storage means for storing the correction coefficient corresponding to the output power and the DC-DC output voltage command value corresponding to the system voltage, Correction for reading the corresponding correction coefficient and the corresponding DC-DC output voltage command value from the voltage value storage means, calculating the product of the correction coefficient and the DC-DC output voltage command value, and outputting the DC-DC output voltage correction command value Since the command value calculating means is provided and the DC-DC output voltage of the DC-DC converter is changed, the output voltage can be reduced based on the DC-DC output voltage correction command value at a light load, and the inverter device Switching loss and power conversion efficiency can be improved.

さらに、この発明に係る電圧値記憶手段は、出力電力に対してリニア、出力電力に対してステップ状または出力電力に対して指数関数的に変化する補正係数を記憶するので、DC−DC出力電圧補正指令値を自由度を持って設定することができ、所定の電圧値に低減した出力電圧を出力することができる。   Furthermore, the voltage value storage means according to the present invention stores a correction coefficient that changes linearly with respect to the output power, changes stepwise with respect to the output power, or changes exponentially with respect to the output power. The correction command value can be set with a degree of freedom, and an output voltage reduced to a predetermined voltage value can be output.

また、この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でDC−DC出力電圧補正指令値を出力するので、出力電圧を規定歪み率を超えない範囲まで低下して出力することができ、インバータ装置のスイッチング損失を大幅に低下させて電力変換効率を改善することができる。   The control device according to the present invention further includes a distortion determination unit that compares the measured output current distortion rate with the specified distortion rate, and the DC-DC output voltage correction command value is within a range where the output current distortion rate does not exceed the specified distortion rate. Therefore, the output voltage can be reduced to a range that does not exceed the specified distortion rate, and the switching loss of the inverter device can be greatly reduced to improve the power conversion efficiency.

さらに、この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段を備えたので、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、スイッチング損失を減少させて電力変換効率を改善することができる。   Furthermore, the power conversion device according to the present invention is a power conversion device including a DC-DC conversion device, an inverter device, and a control device that convert a direct current output of a fuel cell into an alternating current and that are connected to a system power supply. Has a frequency lowering means that lowers the switching carrier frequency of the inverter device at light load, so the switching carrier frequency of the switching element of the inverter device can be lowered, reducing the switching loss and improving the power conversion efficiency can do.

また、この発明に係る周波数低下手段は、出力電力に対応したキャリア周波数指令値を記憶する周波数記憶手段を備え、出力電力を検出した場合、周波数記憶手段から対応するキャリア周波数指令値を読み出してインバータ装置のスイッチングキャリア周波数を変更するので、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、スイッチング損失を減少させて電力変換効率を改善することができる。   The frequency reduction means according to the present invention further comprises frequency storage means for storing a carrier frequency command value corresponding to the output power, and when detecting the output power, reads the corresponding carrier frequency command value from the frequency storage means to Since the switching carrier frequency of the device is changed, the switching carrier frequency of the switching element of the inverter device can be lowered, and the switching loss can be reduced to improve the power conversion efficiency.

さらに、この発明に係る周波数記憶手段は、出力電力に対してリニア、出力電力に対してステップ状または出力電力に対して指数関数的に変化するキャリア周波数指令値を記憶するので、キャリア周波数指令値を自由度を持って設定することができ、インバータ装置のスイッチング素子を希望する周波数特性で駆動することができる。   Furthermore, since the frequency storage means according to the present invention stores a carrier frequency command value that is linear with respect to the output power, stepwise with respect to the output power, or exponentially changing with respect to the output power, the carrier frequency command value Can be set with a degree of freedom, and the switching element of the inverter device can be driven with a desired frequency characteristic.

また、この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でキャリア周波数指令値を出力するので、インバータ装置のスイッチング素子を規定歪み率を超えない範囲のスイッチングキャリア周波数まで低下して駆動することができ、インバータ装置のスイッチング損失を大幅に低下させて電力変換効率を改善することができる。   In addition, the control device according to the present invention includes a distortion determination unit that compares the measured output current distortion rate with the specified distortion rate, and outputs the carrier frequency command value within a range where the output current distortion rate does not exceed the specified distortion rate. Thus, the switching element of the inverter device can be driven to a switching carrier frequency that does not exceed the specified distortion rate, and the switching loss of the inverter device can be greatly reduced to improve the power conversion efficiency.

さらに、この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、DC−DC変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段と、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段とを備えたので、DC−DC変換装置の出力電圧およびインバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、インバータ装置のスイッチング損失を最大限低下させて電力変換効率を一層改善することができる。   Furthermore, the power conversion device according to the present invention is a power conversion device including a DC-DC conversion device, an inverter device, and a control device that convert a direct current output of a fuel cell into an alternating current and that are connected to a system power supply. Is provided with a voltage reducing means for reducing the output voltage of the DC-DC converter and a frequency reducing means for reducing the switching carrier frequency of the inverter device at the time of a light load, so that the output voltage of the DC-DC converter and the inverter The switching carrier frequency of the switching element of the device can be lowered, the switching loss of the inverter device can be reduced to the maximum, and the power conversion efficiency can be further improved.

また、この発明に係る制御装置は、電圧低下手段と周波数低下手段の動作順序を設定するシーケンス手段を備えたので、DC−DC変換装置の出力電圧およびインバータ装置のスイッチングキャリア周波数のいずれか一方を低下させてから他方を低下させることができ、出力電圧の低下によるスイッチング損失の低下とスイッチングキャリア周波数の低下によるスイッチング損失の低下の相乗効果によって装置全体のスイッチング損失を最大限低下させて電力変換効率を一層改善することができる。   Further, since the control device according to the present invention includes the sequence means for setting the operation order of the voltage reduction means and the frequency reduction means, either the output voltage of the DC-DC converter or the switching carrier frequency of the inverter device is obtained. The power conversion efficiency can be reduced by maximizing the switching loss of the entire device by the synergistic effect of lowering the switching loss due to the lower output voltage and lowering the switching loss due to the lowering of the switching carrier frequency. Can be further improved.

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1はこの発明に係る電力変換装置の一実施の形態ブロック構成図である。なお、本発明は装置の軽負荷時に、DC−DC変換装置のスイッチング素子を駆動する駆動パルスのデューティ比をDC−DC出力電圧指令値に基づいて低下して出力電圧を低下させることにより、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善するものである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a power converter according to the present invention. Note that the present invention reduces the output voltage by reducing the duty ratio of the drive pulse for driving the switching element of the DC-DC conversion device based on the DC-DC output voltage command value when the device is lightly loaded. The switching loss of the switching element of the apparatus is reduced and the power conversion efficiency is improved.

図1において、電力変換装置1は、DC−DC変換装置2、インバータ装置3、制御装置4、ACフィルタ5、遮断器6を備え、燃料電池9が発電した直流の電池電圧VBを昇圧してDC−DC出力電圧VDに変換し、変換したDC−DC出力電圧VDを系統電源(商用電源)の周波数(50Hz/60Hz)と同期した交流電流に変換し、交流電源を家庭内の電気製品(冷蔵庫、エアコン、パソコン、TV、電子レンジ、オーブンレンジ等)の負荷L1、負荷L2または負荷L3に供給する分散型電源を構成し、系統電源(商用電源)と連系運転するように構築する。   In FIG. 1, the power conversion device 1 includes a DC-DC conversion device 2, an inverter device 3, a control device 4, an AC filter 5, and a circuit breaker 6, and boosts the direct-current battery voltage VB generated by the fuel cell 9. It converts into DC-DC output voltage VD, converts the converted DC-DC output voltage VD into an alternating current synchronized with the frequency (50 Hz / 60 Hz) of the system power supply (commercial power supply), and converts the AC power supply into an electric appliance in the home ( A distributed power source to be supplied to a load L1, a load L2, or a load L3 of a refrigerator, an air conditioner, a personal computer, a TV, a microwave oven, a microwave oven, etc.) is configured and constructed so as to be connected to a system power source (commercial power source).

DC−DC変換装置2は、燃料電池9から入力端子A,Bを介して供給される直流の電池電圧VBをスイッチング素子でトランスの一次側を比較的高い周波数でスイッチングして高周波パルスを発生してトランスの二次側から昇圧した高周波パルスを出力し、電解コンデンサC2で平滑して直流のDC−DC出力電圧VDが得られる。   The DC-DC converter 2 generates a high-frequency pulse by switching a DC battery voltage VB supplied from the fuel cell 9 via input terminals A and B with a switching element at a relatively high frequency on the primary side of the transformer. Then, a high frequency pulse boosted from the secondary side of the transformer is output and smoothed by the electrolytic capacitor C2 to obtain a DC DC-DC output voltage VD.

高周波パルスの発生は、制御装置4から供給される出力電圧補正指令値Vαに基づいて駆動パルスでスイッチング素子をオン/オフ駆動する。なお、DC−DC出力電圧VDは、駆動パルスのオンパルス幅またはオン時間(デューティ比に相当)を変化させて調整する。   For the generation of the high frequency pulse, the switching element is driven on / off with the drive pulse based on the output voltage correction command value Vα supplied from the control device 4. The DC-DC output voltage VD is adjusted by changing the on-pulse width or on-time (corresponding to the duty ratio) of the drive pulse.

インバータ装置3は、スイッチング素子のブリッジ回路で構成し、電解コンデンサC2で平滑したDC−DC出力電圧VDを制御装置4から供給されるキャリア周波数指令値VFに基づいてPWM信号でスイッチング素子をPWM駆動し、系統電源の周波数(50Hzまたは60Hz)に同期した出力電流IOを出力する。   The inverter device 3 is constituted by a bridge circuit of switching elements, and the DC-DC output voltage VD smoothed by the electrolytic capacitor C2 is PWM-driven by the PWM signal based on the carrier frequency command value VF supplied from the control device 4. Then, an output current IO synchronized with the frequency (50 Hz or 60 Hz) of the system power supply is output.

制御装置4は、マイクロプロセッサを基本に各種演算機能、処理機能、メモリ等で構成し、可変可能な出力電圧補正指令値Vαを発生し、軽負荷時に、DC−DC変換装置2のDC−DC出力電圧VDを低下させるコンバータ制御手段である電圧低下手段7、定格のキャリア周波数指令値VFを発生するインバータ制御手段8を備える。   The control device 4 is composed of various arithmetic functions, processing functions, memory, etc. based on a microprocessor, generates a variable output voltage correction command value Vα, and the DC-DC of the DC-DC converter 2 at a light load. A voltage reduction means 7 which is a converter control means for reducing the output voltage VD, and an inverter control means 8 for generating a rated carrier frequency command value VF are provided.

また、制御装置4は、インバータ出力電圧VC、出力電流IO、系統電圧VACを検出する機能を備え、出力電力、出力電流歪み率を演算処理する。   Further, the control device 4 has a function of detecting the inverter output voltage VC, the output current IO, and the system voltage VAC, and calculates the output power and the output current distortion rate.

さらに、制御装置4は、電力変換装置1に異常が発生した場合、系統電源VACに影響を及ぼすことなく、電力変換装置1から系統電源VACに切替えて負荷L1、負荷L2または負荷L3を駆動するため、遮断器6のスイッチs1〜s3をオフ状態にするスイッチ制御信号CSを発生する。   Furthermore, when an abnormality occurs in the power conversion device 1, the control device 4 switches from the power conversion device 1 to the system power source VAC without driving the system power source VAC, and drives the load L1, the load L2, or the load L3. Therefore, a switch control signal CS for turning off the switches s1 to s3 of the circuit breaker 6 is generated.

また、制御装置4は、出力電流IOの歪み率(DI)を演算し、規定歪み率(DK)を超えないように監視する。なお、制御装置4は、様々な保護機能を実現するため、直流電流、出力側直流分電流、内部制御電圧などのパラメータも検出して制御する。   Further, the control device 4 calculates the distortion rate (DI) of the output current IO and monitors it so as not to exceed the specified distortion rate (DK). Note that the control device 4 detects and controls parameters such as a direct current, an output direct current divided current, and an internal control voltage in order to realize various protection functions.

図2はこの発明に係る電圧低下手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図2において、電圧低下手段7は、出力電力POに対応した補正係数Kと系統電圧VACに対応したDC−DC出力電圧指令値Vrを記憶する電圧値記憶手段10と、出力電力POおよび系統電圧VACを検出した場合、電圧値記憶手段11から対応する補正係数Kおよび対応するDC−DC出力電圧指令値Vrを読み出し、補正係数KとDC−DC出力電圧指令値Vrの積を演算してDC−DC出力電圧補正指令値Vαを出力する補正指令値演算手段11とを備える。   FIG. 2 is a block diagram showing the principal part of an embodiment of the voltage drop means according to the present invention. In FIG. 2, the voltage lowering means 7 includes a voltage value storage means 10 for storing a correction coefficient K corresponding to the output power PO and a DC-DC output voltage command value Vr corresponding to the system voltage VAC, output power PO and system voltage. When VAC is detected, the corresponding correction coefficient K and the corresponding DC-DC output voltage command value Vr are read from the voltage value storage means 11, and the product of the correction coefficient K and the DC-DC output voltage command value Vr is calculated. A correction command value calculating means 11 for outputting a DC output voltage correction command value Vα;

補正指令値演算手段10は、出力電力POおよび系統電圧VACを取り込んで電圧値記憶手段11にアクセスし、補正係数Kおよび出力電圧補正指令値Vrを読み出し、補正係数Kと出力電圧補正指令値Vrの積を演算し、演算した出力電圧補正指令値Vα(=K×Vr)をDC−DC変換装置2に供給し、DC−DC出力電圧VDを変更させる。   The correction command value calculating means 10 takes in the output power PO and the system voltage VAC, accesses the voltage value storage means 11, reads out the correction coefficient K and the output voltage correction command value Vr, and corrects the correction coefficient K and the output voltage correction command value Vr. The calculated output voltage correction command value Vα (= K × Vr) is supplied to the DC-DC converter 2 to change the DC-DC output voltage VD.

電圧値記憶手段11は、ROM等の固定メモリ、EEPROM等の書替え可能なメモリで構成し、予め出力電力POに応じた負荷率βと補正係数Kの対応テーブル、および系統電圧VACと出力電圧指令値Vrの対応テーブルを格納し、補正指令値演算手段10からアクセスがあると、対応テーブルから該当する補正係数Kおよび出力電圧指令値Vrを補正指令値演算手段10に提供する。   The voltage value storage means 11 is composed of a fixed memory such as a ROM, a rewritable memory such as an EEPROM, a correspondence table of the load factor β and the correction coefficient K corresponding to the output power PO, the system voltage VAC and the output voltage command. When the correspondence table of the values Vr is stored and accessed from the correction command value calculation means 10, the corresponding correction coefficient K and output voltage command value Vr are provided to the correction command value calculation means 10 from the correspondence table.

図3はこの発明に係る対応テーブルの一実施の形態特性図である。(a)図は負荷率β−補正係数Kの特性図、(b)図は系統電圧VAC−出力電圧指令値Vrの特性図を表わす。(a)図において、出力電力POが定格に達した負荷率βが定格(100%)では、補正係数Kが1.0であるが、出力電力POが軽負荷時の負荷率βが30%では、補正係数Kが0.95と小さくなる。   FIG. 3 is a characteristic diagram of an embodiment of the correspondence table according to the present invention. (A) is a characteristic diagram of load factor β-correction coefficient K, and (b) is a characteristic diagram of system voltage VAC-output voltage command value Vr. (A) In the figure, when the load factor β at which the output power PO reaches the rating is 100%, the correction factor K is 1.0, but the load factor β when the output power PO is light load is 30%. Then, the correction coefficient K is as small as 0.95.

(b)図では、系統電圧VACが低下するにつれて、出力電圧指令値Vrも低下させることを表わすが、系統電圧VACは、一般的にAC100V(ボルト)付近であるが、地域によっても多少変動が発生し、電圧値が変化する。   (B) In the figure, the output voltage command value Vr is also reduced as the system voltage VAC decreases. The system voltage VAC is generally in the vicinity of 100 VAC (volts), but varies somewhat depending on the region. Occurs and the voltage value changes.

つまり、電圧低下手段7は、軽負荷時に、負荷率βの低下に従って補正係数Kを低く設定し、出力電圧補正指令値Vαを低くしてDC−DC変換装置2のDC−DC出力電圧VDを低下させる。   In other words, the voltage lowering means 7 sets the correction coefficient K to be lower as the load factor β is lowered at a light load, lowers the output voltage correction command value Vα, and sets the DC-DC output voltage VD of the DC-DC converter 2. Reduce.

このように、この発明に係る電圧低下手段7は、出力電力POに対応した補正係数Kと系統電圧VACに対応したDC−DC出力電圧指令値Vrを記憶する電圧値記憶手段11と、出力電力POおよび系統電圧VACを検出した場合、電圧値記憶手段11から対応する補正係数Kおよび対応するDC−DC出力電圧指令値Vrを読み出し、補正係数KとDC−DC出力電圧指令値Vrの積を演算してDC−DC出力電圧補正指令値Vα(=K×Vr)を出力する補正指令値演算手段10とを備え、DC−DC変換装置2のDC−DC出力電圧VDを変更するので、軽負荷時に、DC−DC出力電圧補正指令値に基づいて出力電圧を低下させることができ、インバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することができる。   As described above, the voltage reduction means 7 according to the present invention includes the voltage value storage means 11 for storing the correction coefficient K corresponding to the output power PO and the DC-DC output voltage command value Vr corresponding to the system voltage VAC, and the output power. When PO and the system voltage VAC are detected, the corresponding correction coefficient K and the corresponding DC-DC output voltage command value Vr are read from the voltage value storage means 11, and the product of the correction coefficient K and the DC-DC output voltage command value Vr is calculated. Correction command value calculation means 10 for calculating and outputting a DC-DC output voltage correction command value Vα (= K × Vr), and changing the DC-DC output voltage VD of the DC-DC converter 2. At the time of load, the output voltage can be lowered based on the DC-DC output voltage correction command value, the switching loss of the inverter device can be reduced, and the power conversion efficiency can be improved.

図4はこの発明に係る電圧値記憶手段の一実施の形態補正係数格納状態図である。(a)図は軽負荷時に、出力電力POに対して補正係数Kがリニア特性、(b)図は軽負荷時に、出力電力POに対して補正係数Kがステップ特性、(c)図は軽負荷時に、出力電力POに対して補正係数Kが指数関数的特性を表わす。   FIG. 4 is a correction coefficient storage state diagram of one embodiment of the voltage value storage means according to the present invention. (A) The figure shows a linear characteristic of the correction coefficient K with respect to the output power PO at light load, (b) The figure shows the step characteristic of the correction coefficient K with respect to the output power PO at light load, and (c) the figure is light. At the time of load, the correction coefficient K represents an exponential characteristic with respect to the output power PO.

出力電力POの定格に対して補正係数Kは、1.0であり、軽負荷時の出力電力POに対して補正係数Kは、E1特性のリニア、E2特性のステップk1〜k5、E3特性の指数関数的のそれぞれ減少する特性に設定できるので、補正係数Kを自由に設定することができ、DC−DC変換装置2のDC−DC出力電圧VDも軽負荷時の状態に応じて最適に設定することができる。   The correction coefficient K is 1.0 with respect to the rating of the output power PO, and the correction coefficient K with respect to the output power PO at the time of light load is E1 characteristic linear, E2 characteristic steps k1 to k5, and E3 characteristic. Since it can be set to exponentially decreasing characteristics, the correction coefficient K can be set freely, and the DC-DC output voltage VD of the DC-DC converter 2 is optimally set according to the light load state. can do.

このように、この発明に係る電圧値記憶手段11は、軽負荷時の出力電力POに対してリニア、軽負荷時の出力電力POに対してステップ状または軽負荷時の出力電力POに対して指数関数的に変化する補正係数Kを記憶するので、DC−DC出力電圧補正指令値Vαを自由度を持って設定することができ、所定の電圧値に低減した出力電圧を出力することができる。   Thus, the voltage value storage means 11 according to the present invention is linear with respect to the output power PO at light load, stepwise with respect to the output power PO at light load, or output power PO at light load. Since the correction coefficient K that changes exponentially is stored, the DC-DC output voltage correction command value Vα can be set with a degree of freedom, and the output voltage reduced to a predetermined voltage value can be output. .

なお、本実施の形態では、電圧値記憶手段に予め補正係数のデータテーブルを準備し、補正係数を読み出すように構成したが、電圧値記憶手段に予め線形関数、ステップ関数または指数関数の演算式を記憶し、演算式を読み出し、パラメータを与えて演算によって補正係数を求めるように構成してもよい。   In this embodiment, the correction value data table is prepared in advance in the voltage value storage unit and the correction coefficient is read out. However, the linear value, step function, or exponential function formula is stored in the voltage value storage unit in advance. May be stored, an arithmetic expression may be read, a parameter may be given, and a correction coefficient may be obtained by calculation.

図5はこの発明に係るDC−DC変換装置のDC−DC出力電圧制御の一実施の形態構成図である。図5において、DC−DC変換装置2は、トランスT、MOSFET−Q、抵抗器R、ダイオードD、チョークコイルL、駆動パルス発生器12を備える。駆動パルス発生器12は、電圧低下手段7から供給される出力電圧補正指令値Vαでデューティ比を調節した比較的高周波の駆動パルスSDを発生し、駆動パルスSDをMOSFET−Qのゲートに供給する。   FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the DC-DC output voltage control of the DC-DC converter according to the present invention. In FIG. 5, the DC-DC converter 2 includes a transformer T, a MOSFET-Q, a resistor R, a diode D, a choke coil L, and a drive pulse generator 12. The drive pulse generator 12 generates a relatively high frequency drive pulse SD with the duty ratio adjusted by the output voltage correction command value Vα supplied from the voltage lowering means 7, and supplies the drive pulse SD to the gate of the MOSFET-Q. .

MOSFET−Qは、駆動パルス発生器12から供給される駆動パルスSDでトランスTの一次側の電池電圧VBをオン/オフして比較的高周波のパルスを発生し、発生した比較的高周波のパルスをトランスTを介して昇圧し、昇圧した比較的高周波のパルスを二次側に出力させる。昇圧した比較的高周波のパルスは、ダイオードDおよびチョークコイルLで構成する整流回路で整流された後、電解コンデンサC2で平滑され、直流のDC−DC出力電圧VDとなる。   The MOSFET-Q turns on / off the battery voltage VB on the primary side of the transformer T with the drive pulse SD supplied from the drive pulse generator 12 to generate a relatively high frequency pulse. The voltage is boosted through the transformer T, and the boosted relatively high frequency pulse is output to the secondary side. The boosted relatively high-frequency pulse is rectified by a rectifier circuit constituted by a diode D and a choke coil L, and then smoothed by an electrolytic capacitor C2 to become a DC-DC output voltage VD.

図6はこの発明に係る駆動パルスの一実施の形態デューティ変更説明図である。(a)図は定格時の駆動パルス波形図、(b)図は軽負荷時の駆動パルス波形図を表わす。(a)図において、定格時の駆動パルスSDのデューティ比は、パルスオン幅TON1÷一周期Taで表わされる。   FIG. 6 is an explanatory diagram of duty change according to an embodiment of the drive pulse according to the present invention. (A) The figure shows the drive pulse waveform at the time of rating, and (b) the figure shows the drive pulse waveform at the light load. (A) In the figure, the duty ratio of the drive pulse SD at the time of rating is represented by pulse on width TON1 ÷ one cycle Ta.

(b)図において、軽負荷時の駆動パルスSDのデューティ比は、パルスオン幅TON2÷一周期Taで表わされるため、軽負荷時のデューティ比は、定格時のデューティ比よりも小さくなり、MOSFET−Qのオン/オフによって発生する昇圧した比較的高周波のパルスも駆動パルスSDと同じパルスオン幅の短い波形となり、電解コンデンサC2で平滑されたDC−DC出力電圧VDが低下することになる。   (B) In the figure, since the duty ratio of the drive pulse SD at light load is expressed by pulse on width TON2 ÷ one cycle Ta, the duty ratio at light load is smaller than the duty ratio at the time of rating. The boosted relatively high frequency pulse generated by turning on / off Q also has the same short pulse-on width waveform as drive pulse SD, and the DC-DC output voltage VD smoothed by electrolytic capacitor C2 is lowered.

なお、本実施の形態では、駆動パルス発生器12をDC−DC変換装置2に設けたが、制御装置4内に設けてもよい。   In the present embodiment, the drive pulse generator 12 is provided in the DC-DC converter 2, but may be provided in the controller 4.

図7はこの発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図である。図7において、歪み判定手段13は、制御装置4の内部に設ける。歪み判定手段13は、比較・判定機能を備え、制御装置4内で出力電流IOを検出して出力電流IOの基本波成分と高調波成分(例えば、n次高調波成分まで)から演算した出力電流歪み率DIが供給されると、出力電流歪み率DIと予め設定した規定歪み率DKを比較し、出力電流歪み率DIが規定歪み率DKを超える場合(DI>DK)には、判定信号HOを電圧低下手段7に提供する。   FIG. 7 is a block diagram of an embodiment of the distortion determination means according to the present invention. In FIG. 7, the distortion determination means 13 is provided inside the control device 4. The distortion determination means 13 has a comparison / determination function, detects an output current IO in the control device 4, and outputs an output calculated from a fundamental component and a harmonic component (for example, up to an nth-order harmonic component) of the output current IO. When the current distortion rate DI is supplied, the output current distortion rate DI is compared with a preset specified distortion rate DK. If the output current distortion rate DI exceeds the specified distortion rate DK (DI> DK), a determination signal is sent. HO is provided to the voltage drop means 7.

電圧低下手段7は、歪み判定手段13から判定信号HOが提供されると、例えば図4の(b)図に示す補正係数k5の場合には、一ランク大きな補正係数k4を出力して出力電流歪み率DIを改善し、規定歪み率DKを満足させるようにDC−DC出力電圧VDを増加させる。なお、DC−DC変換装置2は、DC−DC出力電圧VDを低下すると、出力電流歪み率DIが増加する傾向にある。   When the determination signal HO is provided from the distortion determination means 13, the voltage reduction means 7 outputs a correction coefficient k4 that is one rank higher in the case of the correction coefficient k5 shown in FIG. The DC-DC output voltage VD is increased so as to improve the distortion rate DI and satisfy the specified distortion rate DK. The DC-DC converter 2 tends to increase the output current distortion rate DI when the DC-DC output voltage VD is lowered.

このように、この発明に係る制御装置4は、測定した出力電流歪み率DIと規定歪み率DKを比較する歪み判定手段13を備え、出力電流歪み率DIが規定歪み率DKを超えない(DK>DI)範囲でDC−DC出力電圧補正指令値Vαを出力するので、出力電圧VDを規定歪み率DKを超えない範囲まで低下して出力することができ、インバータ装置3のスイッチング損失を大幅に低下させて電力変換効率を改善することができる。   As described above, the control device 4 according to the present invention includes the distortion determination means 13 that compares the measured output current distortion rate DI with the specified distortion rate DK, and the output current distortion rate DI does not exceed the specified distortion rate DK (DK). > DI) Since the DC-DC output voltage correction command value Vα is output in the range, the output voltage VD can be reduced to a range not exceeding the specified distortion rate DK and the switching loss of the inverter device 3 can be greatly increased. The power conversion efficiency can be improved by lowering.

以上説明したように、この発明に係る制御装置4は、軽負荷時に、DC−DC変換装置2の出力電圧VDを低下させる電圧低下手段7を備えたので、DC−DC変換装置2の駆動パルスSDのデューティ比を下げて出力電圧VDを低下させることができ、インバータ装置2のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することができる。   As described above, the control device 4 according to the present invention includes the voltage reduction means 7 for reducing the output voltage VD of the DC-DC converter 2 at the time of light load. The output voltage VD can be lowered by lowering the duty ratio of SD, the switching loss of the inverter device 2 can be reduced, and the power conversion efficiency can be improved.

ACフィルタ5は、インバータ装置3からのパルス状のインバータ出力電流IOをフィルタリングして高調波成分を除去し、系統電源の周波数(50Hzまたは60Hz)に一致した正弦波の交流電流を単相2線式(交流電圧100V)または単相3線式(交流電圧200V)を、遮断器6を介して出力端子D,E間、出力端子D,E間、出力端子C,D間または出力端子C,E間にそれぞれ接続した負荷L1、負荷L2または負荷L3に供給する。   The AC filter 5 filters the pulsed inverter output current IO from the inverter device 3 to remove harmonic components, and converts a sinusoidal alternating current that matches the frequency (50 Hz or 60 Hz) of the system power source into a single-phase two-wire. An expression (AC voltage 100V) or a single-phase three-wire system (AC voltage 200V) is connected between output terminals D and E, between output terminals D and E, between output terminals C and D, or output terminals C, E is supplied to a load L1, a load L2 or a load L3 respectively connected between E.

遮断器6は、スイッチs1〜s3で構成し、装置本体および系統電源側に異常が発生した場合、制御装置4からのスイッチ制御信号CSによってスイッチs1〜s3を遮断し、装置本体を系統電源VACから切り離す。   The circuit breaker 6 is composed of switches s1 to s3. When an abnormality occurs on the apparatus main body and the system power supply side, the circuit breaker 6 interrupts the switches s1 to s3 by the switch control signal CS from the control apparatus 4, and the apparatus main body is connected to the system power supply VAC. Disconnect from.

図8はこの発明に係る電力変換装置の別実施の形態ブロック構成図である。なお、本発明は装置の軽負荷時に、インバータ装置のスイッチング素子を駆動するPWM信号のスイッチングキャリア周波数をキャリア周波数指令値VFに基づいて低下させることにより、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善するものである。   FIG. 8 is a block diagram of another embodiment of the power converter according to the present invention. The present invention reduces the switching loss of the switching element of the inverter device by lowering the switching carrier frequency of the PWM signal that drives the switching element of the inverter device based on the carrier frequency command value VF when the device is lightly loaded. , To improve power conversion efficiency.

図8において、電力変換装置14は、DC−DC変換装置2、インバータ装置3、制御装置15、ACフィルタ5、遮断器6を備える。なお、電力変換装置14は、制御装置15にコンバータ制御手段16および周波数低下手段17を備えた構成のみが、図1に示す制御装置4に電圧低下手段7およびインバータ制御手段8を備えた電力変換装置1と異なる。   In FIG. 8, the power conversion device 14 includes a DC-DC conversion device 2, an inverter device 3, a control device 15, an AC filter 5, and a circuit breaker 6. Note that the power conversion device 14 has only the configuration in which the control device 15 includes the converter control means 16 and the frequency reduction means 17, and the power conversion in which the control device 4 shown in FIG. 1 includes the voltage reduction means 7 and the inverter control means 8. Different from device 1.

制御装置15は、マイクロプロセッサを基本に各種演算機能、処理機能、メモリ等で構成し、定格の出力電圧指令値Vrを発生するコンバータ制御手段16、可変可能なキャリア周波数指令値VFを発生し、軽負荷時に、インバータ装置3のPWM信号SPWMのスイッチングキャリア周波数を低下させるインバータ制御手段である周波数低下手段17を備える。   The control device 15 is composed of various arithmetic functions, processing functions, memory, etc. based on a microprocessor, and generates converter control means 16 that generates a rated output voltage command value Vr, variable carrier frequency command value VF, A frequency reduction means 17 that is an inverter control means for reducing the switching carrier frequency of the PWM signal SPWM of the inverter device 3 at the time of light load is provided.

また、制御装置15は、インバータ出力電圧VC、出力電流IO、系統電圧VACを検出する機能を備え、出力電力、出力電流歪み率を演算処理する。   The control device 15 has a function of detecting the inverter output voltage VC, the output current IO, and the system voltage VAC, and calculates the output power and the output current distortion rate.

さらに、制御装置15は、電力変換装置14に異常が発生した場合、系統電源VACに影響を及ぼすことなく、電力変換装置14から系統電源VACに切替えて負荷L1、負荷L2または負荷L3を駆動するため、遮断器6のスイッチs1〜s3をオフ(遮断)状態にするスイッチ制御信号CSを発生する。   Further, when an abnormality occurs in the power conversion device 14, the control device 15 switches from the power conversion device 14 to the system power supply VAC without driving the system power supply VAC, and drives the load L1, the load L2, or the load L3. Therefore, the switch control signal CS for turning off the switches s1 to s3 of the circuit breaker 6 is generated.

また、制御装置15は、出力電流IOの歪み率(DI)を演算し、規定歪み率(DK)を超えないように監視する。なお、制御装置15は、様々な保護機能を実現するため、直流電流、出力側直流分電流、内部制御電圧などのパラメータも検出して制御する。   Further, the control device 15 calculates the distortion rate (DI) of the output current IO and monitors it so as not to exceed the specified distortion rate (DK). Note that the control device 15 also detects and controls parameters such as a direct current, an output-side direct current divided current, and an internal control voltage in order to realize various protection functions.

図9はこの発明に係る周波数低下手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図9において、周波数低下手段17は、出力手段18、周波数記憶手段19を備える。   FIG. 9 is a block diagram showing the principal part of one embodiment of the frequency reducing means according to the present invention. In FIG. 9, the frequency lowering unit 17 includes an output unit 18 and a frequency storage unit 19.

出力手段18は、メモリアクセス機能を備え、出力電力POを取り込んで電圧周波数記憶手段19にアクセスし、キャリア周波数指令値Fを読み出し、キャリア周波数指令値VF(=キャリア周波数指令値F)をインバータ装置3に供給し、インバータ装置3のスイッチング素子を駆動するPWM信号SPWMのスイッチングキャリア周波数を変更させる。   The output means 18 has a memory access function, takes in the output power PO, accesses the voltage frequency storage means 19, reads the carrier frequency command value F, and outputs the carrier frequency command value VF (= carrier frequency command value F) as an inverter device. 3, the switching carrier frequency of the PWM signal SPWM for driving the switching element of the inverter device 3 is changed.

周波数記憶手段19は、ROM等の固定メモリ、EEPROM等の書替え可能なメモリで構成し、予め出力電力POに応じたキャリア周波数指令値Fの対応テーブルを格納し、出力手段18からアクセスがあると、対応テーブルから該当するキャリア周波数指令値Fを出力手段18に提供する。   The frequency storage means 19 is composed of a fixed memory such as a ROM and a rewritable memory such as an EEPROM, stores a correspondence table of carrier frequency command values F corresponding to the output power PO in advance, and is accessed from the output means 18. The corresponding carrier frequency command value F is provided to the output means 18 from the correspondence table.

図10はこの発明に係る対応テーブルの一実施の形態特性図である。図10において、出力電力POが定格(定格負荷)近傍では、キャリア周波数指令値VFを定格(定格周波数に相当)に設定し、出力電力POが軽負荷領域では、スイッチングキャリア周波数が低下するようにキャリア周波数指令値Fを減少するように設定する。   FIG. 10 is a characteristic diagram of an embodiment of the correspondence table according to the present invention. In FIG. 10, the carrier frequency command value VF is set to the rating (corresponding to the rated frequency) when the output power PO is near the rating (rated load), and the switching carrier frequency is lowered when the output power PO is in the light load region. The carrier frequency command value F is set to decrease.

つまり、周波数低下手段17は、軽負荷時に、出力電力POの低下に従ってキャリア周波数指令値Fを低く設定し、低いキャリア周波数指令値VFをインバータ装置3に提供してPWM信号SPWMのスイッチングキャリア周波数を低下させてスイッチング素子(インバータブリッジ)を駆動するように制御する。   In other words, the frequency lowering means 17 sets the carrier frequency command value F to be low as the output power PO decreases at the time of light load, and provides the low carrier frequency command value VF to the inverter device 3 to set the switching carrier frequency of the PWM signal SPWM. It controls to drive a switching element (inverter bridge) by reducing.

このように、この発明に係る周波数低下手段17は、出力電力POに対応したキャリア周波数指令値Fを記憶する周波数記憶手段19を備え、出力電力POにより、周波数記憶手段19から対応するキャリア周波数指令値Fを読み出してインバータ装置3のスイッチングキャリア周波数を変更するので、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、スイッチング損失を減少させて電力変換効率を改善することができる。   Thus, the frequency reduction means 17 according to the present invention includes the frequency storage means 19 for storing the carrier frequency command value F corresponding to the output power PO, and the carrier frequency command corresponding to the output power PO from the frequency storage means 19. Since the value F is read and the switching carrier frequency of the inverter device 3 is changed, the switching carrier frequency of the switching element of the inverter device can be lowered, and the switching loss can be reduced to improve the power conversion efficiency.

図11はこの発明に係る周波数記憶手段の一実施の形態キャリア周波数指令値格納状態図である。(a)図は軽負荷時に、出力電力POに対してキャリア周波数指令値Fがリニア特性、(b)図は軽負荷時に、出力電力POに対してキャリア周波数指令値Fがステップ特性、(c)図は軽負荷時に、出力電力POに対してキャリア周波数指令値Fが指数関数的特性を表わす。   FIG. 11 is a carrier frequency command value storage state diagram of one embodiment of the frequency storage means according to the present invention. (A) The figure shows the linear characteristic of the carrier frequency command value F with respect to the output power PO at light load, and (b) shows the step characteristic of the carrier frequency command value F with respect to the output power PO at light load. In the figure, the carrier frequency command value F represents an exponential characteristic with respect to the output power PO at a light load.

出力電力POの定格容量に対するキャリア周波数指令値Fは、定格周波数とする。軽負荷時の出力電力POに対してキャリア周波数指令値Fは、G1特性のリニア、G2特性のステップF1〜F5、G3特性の指数関数的のそれぞれ減少する特性に設定できるので、キャリア周波数指令値Fを自由に設定することができ、インバータ装置3のPWM信号SPWMのスイッチングキャリア周波数も軽負荷時の状態に応じて最適に設定することができる。   The carrier frequency command value F for the rated capacity of the output power PO is the rated frequency. Since the carrier frequency command value F can be set to the G1 characteristic linear, the G2 characteristic steps F1 to F5, and the G3 characteristic exponentially decreasing characteristics with respect to the output power PO at light load, the carrier frequency command value F can be set freely, and the switching carrier frequency of the PWM signal SPWM of the inverter device 3 can also be optimally set according to the light load state.

このように、この発明に係る周波数記憶手段19は、出力電力POに対してリニア、出力電力POに対してステップ状または出力電力POに対して指数関数的に変化するキャリア周波数指令値Fを記憶するので、キャリア周波数指令値Fを自由度を持って設定することができ、インバータ装置3のスイッチング素子を希望する周波数特性で駆動することができる。   Thus, the frequency storage means 19 according to the present invention stores the carrier frequency command value F that varies linearly with respect to the output power PO, stepwise with respect to the output power PO, or exponentially with respect to the output power PO. Therefore, the carrier frequency command value F can be set with a degree of freedom, and the switching element of the inverter device 3 can be driven with a desired frequency characteristic.

なお、本実施の形態では、周波数記憶手段に予めキャリア周波数指令値のデータテーブルを準備し、キャリア周波数指令値を読み出すように構成したが、周波数記憶手段に予め線形関数、ステップ関数または指数関数の演算式を記憶し、演算式を読み出し、パラメータを与えて演算によってキャリア周波数指令値を求めるように構成してもよい。   In the present embodiment, a data table of carrier frequency command values is prepared in advance in the frequency storage means and the carrier frequency command values are read out. However, linear functions, step functions or exponential functions are previously stored in the frequency storage means. The calculation formula may be stored, the calculation formula may be read, a parameter is given, and the carrier frequency command value may be obtained by calculation.

図12はこの発明に係るインバータ装置のキャリア周波数制御の一実施の形態構成図である。図12において、インバータ装置3は、インバータブリッジを構成するMOSFET−Q1〜Q4やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)−Q1〜Q4等のスイッチング素子、PWM信号発生器20を備える。PWM信号発生器20は、周波数低下手段17から供給されるキャリア周波数指令値VFとPWM指令値とに基づいてPWM信号SPWMを発生し、PWM信号SPWMでMOSFET−Q1〜Q4やIGBT−Q1〜Q4をスイッチング駆動し、軽負荷時に、スイッチングキャリア周波数を低下させてスイッチング素子のスイッチング損失を低下させる制御を実行する。   FIG. 12 is a block diagram showing an embodiment of the carrier frequency control of the inverter device according to the present invention. In FIG. 12, the inverter device 3 includes switching elements such as MOSFETs Q1 to Q4 and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) -Q1 to Q4 that constitute an inverter bridge, and a PWM signal generator 20. The PWM signal generator 20 generates a PWM signal SPWM based on the carrier frequency command value VF and the PWM command value supplied from the frequency reduction means 17, and MOSFETs Q1-Q4 and IGBT-Q1-Q4 are generated by the PWM signal SPWM. Is controlled to reduce the switching loss of the switching element by lowering the switching carrier frequency at light load.

図13はこの発明に係るPWM信号の一実施の形態波形図である。図13において、PWM信号発生器20は、軽負荷時に、破線で示す正弦波に相当するキャリア周波数指令値VFが低下したPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)のPWM信号SPWMでスイッチング素子Q1〜Q4を駆動するので、スイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング損失を低下させることができる。   FIG. 13 is a waveform diagram of an embodiment of a PWM signal according to the present invention. In FIG. 13, the PWM signal generator 20 uses a PWM signal SPWM of PWM (Pulse Width Modulation) in which a carrier frequency command value VF corresponding to a sine wave indicated by a broken line is lowered at a light load. Since Q4 is driven, the switching loss of switching elements Q1-Q4 can be reduced.

なお、本実施の形態では、PWM信号発生器20をインバータ装置3に設けたが、制御装置15内に設けてもよい。   Although the PWM signal generator 20 is provided in the inverter device 3 in the present embodiment, it may be provided in the control device 15.

図14はこの発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図である。図14において、歪み判定手段21は、制御装置15の内部に設ける。歪み判定手段21は、比較・判定機能を備え、制御装置15内で出力電流IOを検出して出力電流IOの基本波成分と高調波成分(例えば、n次高調波成分まで)から演算した出力電流歪み率DIが供給されると、出力電流歪み率DIと予め設定した規定歪み率DKを比較し、出力電流歪み率DIが規定歪み率DKを超える場合(DI>DK)には、判定信号HOを周波数低下手段17に提供する。   FIG. 14 is a block diagram showing an embodiment of the distortion determination means according to the present invention. In FIG. 14, the distortion determination means 21 is provided inside the control device 15. The distortion determination means 21 has a comparison / determination function, detects an output current IO in the control device 15, and outputs an output calculated from a fundamental component and a harmonic component (for example, up to an nth-order harmonic component) of the output current IO. When the current distortion rate DI is supplied, the output current distortion rate DI is compared with a preset specified distortion rate DK. If the output current distortion rate DI exceeds the specified distortion rate DK (DI> DK), a determination signal is sent. HO is provided to the frequency reduction means 17.

周波数低下手段17は、歪み判定手段21から判定信号HOが提供されると、例えば図11の(b)図に示す補正係数F5の場合には、一ランク大きな補正係数F4を出力して出力電流歪み率DIを改善し、規定歪み率DKを満足させるように図12に示すPWM信号発生器20のPWM信号SPWMのスイッチングキャリア周波数を増加させる。なお、インバータ装置3は、スイッチングキャリア周波数を低下すると、出力電流歪み率DIが増加する傾向にある。   When the determination signal HO is provided from the distortion determination means 21, the frequency reduction means 17 outputs a correction coefficient F4 that is one rank higher in the case of the correction coefficient F5 shown in FIG. The switching carrier frequency of the PWM signal SPWM of the PWM signal generator 20 shown in FIG. 12 is increased so as to improve the distortion rate DI and satisfy the specified distortion rate DK. The inverter device 3 tends to increase the output current distortion ratio DI when the switching carrier frequency is lowered.

このように、この発明に係る制御装置15は、測定した出力電流歪み率DIと規定歪み率DKを比較する歪み判定手段21を備え、出力電流歪み率DIが規定歪み率DKを超えない(DI<DK)範囲でキャリア周波数指令値VFを出力するので、インバータ装置3のスイッチング素子Q1〜Q4を規定歪み率DKを超えない範囲のスイッチングキャリア周波数まで低下して駆動することができ、インバータ装置のスイッチング損失を大幅に低下させて電力変換効率を改善することができる。   As described above, the control device 15 according to the present invention includes the distortion determination means 21 that compares the measured output current distortion rate DI with the specified distortion rate DK, and the output current distortion rate DI does not exceed the specified distortion rate DK (DI). Since the carrier frequency command value VF is output in the <DK) range, the switching elements Q1 to Q4 of the inverter device 3 can be driven down to the switching carrier frequency in a range not exceeding the specified distortion rate DK. The power conversion efficiency can be improved by greatly reducing the switching loss.

以上説明したように、この発明に係る制御装置15は、軽負荷時に、インバータ装置3のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段17を備えたので、インバータ装置3のスイッチング素子Q1〜Q4のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、スイッチング損失を減少させて電力変換効率を改善することができる。   As described above, the control device 15 according to the present invention includes the frequency lowering means 17 for lowering the switching carrier frequency of the inverter device 3 at the time of light load, so the switching carriers of the switching elements Q1 to Q4 of the inverter device 3 are provided. The frequency can be lowered, the switching loss can be reduced, and the power conversion efficiency can be improved.

図15はこの発明に係る電力変換装置の別実施の形態ブロック構成図である。なお、本発明は装置の軽負荷時に、DC−DC変換装置のスイッチング素子を駆動する駆動パルスのデューティ比をDC−DC出力電圧指令値に基づいて低下して出力電圧を低下させることにより、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善するとともに、インバータ装置のスイッチング素子を駆動するPWM信号のスイッチングキャリア周波数をキャリア周波数指令値VFに基づいて低下させることにより、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善するものである。   FIG. 15 is a block diagram of another embodiment of the power converter according to the present invention. Note that the present invention reduces the output voltage by reducing the duty ratio of the drive pulse for driving the switching element of the DC-DC conversion device based on the DC-DC output voltage command value when the device is lightly loaded. The switching loss of the switching element of the device is reduced, the power conversion efficiency is improved, and the switching carrier frequency of the PWM signal for driving the switching element of the inverter device is reduced based on the carrier frequency command value VF, thereby The switching loss of the switching element is reduced and the power conversion efficiency is improved.

図15において、電力変換装置22は、DC−DC変換装置2、インバータ装置3、制御装置23、ACフィルタ5、遮断器6を備える。なお、電力変換装置22は、制御装置23に電圧低下手段7および周波数低下手段17を備えた構成のみが、図1に示す電力変換装置1および図8に示す電力変換装置14と異なる。   In FIG. 15, the power conversion device 22 includes a DC-DC conversion device 2, an inverter device 3, a control device 23, an AC filter 5, and a circuit breaker 6. The power conversion device 22 is different from the power conversion device 1 shown in FIG. 1 and the power conversion device 14 shown in FIG. 8 only in the configuration in which the control device 23 includes the voltage reduction means 7 and the frequency reduction means 17.

制御装置23は、図2に示す電圧低下手段7および図9に示す周波数低下手段17を備え、軽負荷時に、可変可能な出力電圧補正指令値Vαを発生し、DC−DC変換装置2のDC−DC出力電圧VDを低下させるとともに、可変可能なキャリア周波数指令値VFを発生し、インバータ装置3のPWM信号SPWMのスイッチングキャリア周波数を低下させる。   The control device 23 includes the voltage lowering unit 7 shown in FIG. 2 and the frequency lowering unit 17 shown in FIG. 9, generates a variable output voltage correction command value Vα at a light load, and the DC of the DC-DC converter 2 -The DC output voltage VD is lowered, and a variable carrier frequency command value VF is generated, and the switching carrier frequency of the PWM signal SPWM of the inverter device 3 is lowered.

また、制御装置23は、インバータ出力電圧VC、出力電流IO、系統電圧VACを検出する機能を備え、出力電力、出力電流歪み率を演算処理する。   Further, the control device 23 has a function of detecting the inverter output voltage VC, the output current IO, and the system voltage VAC, and calculates the output power and the output current distortion rate.

さらに、制御装置23は、電力変換装置22および系統電源側に異常が発生した場合、系統電源VACに影響を及ぼすことなく、電力変換装置22から系統電源VACに切替えて負荷L1、負荷L2または負荷L3を駆動するため、遮断器6のスイッチs1〜s3をオフ(遮断)状態にするスイッチ制御信号CSを発生する。   Further, when an abnormality occurs on the power conversion device 22 and the system power supply side, the control device 23 switches from the power conversion device 22 to the system power supply VAC without affecting the system power supply VAC, and loads L1, L2 or load. In order to drive L3, a switch control signal CS is generated to turn off the switches s1 to s3 of the circuit breaker 6.

また、制御装置23は、出力電流IOの歪み率(DI)を演算し、規定歪み率(DK)を超えないように監視する。   Further, the control device 23 calculates the distortion rate (DI) of the output current IO and monitors it so as not to exceed the specified distortion rate (DK).

さらに、制御装置23は、電圧低下手段7と周波数低下手段17の動作順序を規定するシーケンス手段を備える。   Furthermore, the control device 23 includes a sequence unit that defines the operation order of the voltage reduction unit 7 and the frequency reduction unit 17.

制御装置23は、電圧低下手段7を備えたことにより、DC−DC変換装置2のDC−DC出力電圧VDを増減できるので、軽負荷時に、出力電圧補正指令値Vαに基づいて出力電圧を低下させることができ、インバータ装置3のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することがでる。   Since the control device 23 includes the voltage reduction means 7, the DC-DC output voltage VD of the DC-DC conversion device 2 can be increased or decreased, so that the output voltage is reduced based on the output voltage correction command value Vα at light load. It is possible to reduce the switching loss of the inverter device 3 and improve the power conversion efficiency.

また、制御装置23は、周波数低下手段17を備えたことにより、インバータ装置3のスイッチング素子Q1〜Q4のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、スイッチング損失を減少させて電力変換効率を改善することができる。   Moreover, the control apparatus 23 can reduce the switching carrier frequency of the switching elements Q1-Q4 of the inverter apparatus 3 by providing the frequency reduction means 17, and can reduce switching loss and improve power conversion efficiency. Can do.

図16はこの発明に係るシーケンス手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図16において、制御装置23内にシーケンス手段24を設け、順序信号CK1を電圧低下手段7に供給するとともに、順序信号CK2を周波数低下手段17に供給し、電圧低下手段7および周波数低下手段17の動作順序を制御する。   FIG. 16 is a block diagram showing the principal part of one embodiment of the sequence means according to the present invention. In FIG. 16, a sequence means 24 is provided in the control device 23, and the order signal CK 1 is supplied to the voltage reduction means 7, and the order signal CK 2 is supplied to the frequency reduction means 17, and the voltage reduction means 7 and the frequency reduction means 17 Control the order of movement.

シーケンス手段24は、出力電力POを検出すると、シーケンス信号CK1を出力して電圧低下手段7を最初に動作させた後、シーケンス信号CK2を出力して周波数低下手段17を動作させる。また、周波数低下手段17を動作させた後、電圧低下手段7を動作させてもよい。   When the sequence means 24 detects the output power PO, it outputs the sequence signal CK1 to operate the voltage reduction means 7 first, and then outputs the sequence signal CK2 to operate the frequency reduction means 17. Alternatively, the voltage lowering unit 7 may be operated after the frequency lowering unit 17 is operated.

このように、この発明に係る制御装置23は、電圧低下手段7と周波数低下手段17の動作順序を設定するシーケンス手段24を備えたので、DC−DC変換装置3の出力電圧VDおよびインバータ装置3のスイッチングキャリア周波数のいずれか一方を低下させてから他方を低下させることができ、出力電圧VDの低下によるスイッチング損失の低下とスイッチングキャリア周波数の低下によるスイッチング損失の低下の相乗効果によって装置全体のスイッチング損失を最大限低下させて電力変換効率を一層改善することができる。   Thus, since the control device 23 according to the present invention includes the sequence means 24 for setting the operation order of the voltage reduction means 7 and the frequency reduction means 17, the output voltage VD of the DC-DC conversion device 3 and the inverter device 3 are set. One of the switching carrier frequencies can be lowered and then the other can be lowered, and the switching of the entire apparatus can be performed by the synergistic effect of the switching loss reduction due to the reduction of the output voltage VD and the switching loss reduction due to the reduction of the switching carrier frequency. The power conversion efficiency can be further improved by maximally reducing the loss.

図17はこの発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図である。図17において、歪み判定手段25は、制御装置23内に設け、制御装置15内で出力電流IOを検出して出力電流IOの基本波成分と高調波成分(例えば、n次高調波成分まで)から演算した出力電流歪み率DIが供給されると、出力電流歪み率DIと予め設定した規定歪み率DKを比較し、出力電流歪み率DIが規定歪み率DKを超える場合(DI>DK)には、判定信号HOを電圧低下手段7および周波数低下手段17に供給する。   FIG. 17 is a block diagram showing an embodiment of the distortion determination means according to the present invention. In FIG. 17, the distortion determination means 25 is provided in the control device 23, detects the output current IO in the control device 15, and generates a fundamental wave component and a harmonic component (for example, up to the nth harmonic component) of the output current IO. When the output current distortion rate DI calculated from the above is supplied, the output current distortion rate DI is compared with a preset specified distortion rate DK, and when the output current distortion rate DI exceeds the specified distortion rate DK (DI> DK). Supplies the determination signal HO to the voltage reduction means 7 and the frequency reduction means 17.

電圧低下手段7は、歪み判定手段25から判定信号HOが提供されると、例えば図4の(b)図に示す補正係数k5の場合には、一ランク大きな補正係数k4を出力して出力電流歪み率DIを改善し、規定歪み率DKを満足させるようにDC−DC出力電圧VDを増加させる。なお、DC−DC変換装置2は、DC−DC出力電圧VDを低下すると、出力電流歪み率DIが増加する傾向にある。   When the determination signal HO is provided from the distortion determination means 25, the voltage reduction means 7 outputs a correction coefficient k4 that is one rank higher in the case of the correction coefficient k5 shown in FIG. The DC-DC output voltage VD is increased so as to improve the distortion rate DI and satisfy the specified distortion rate DK. The DC-DC converter 2 tends to increase the output current distortion rate DI when the DC-DC output voltage VD is lowered.

一方、周波数低下手段17は、歪み判定手段25から判定信号HOが提供されると、例えば図11の(b)図に示す補正係数F5の場合には、一ランク大きな補正係数F4を出力して出力電流歪み率DIを改善し、規定歪み率DKを満足させるように図12に示すPWM信号発生器20のPWM信号SPWMのスイッチングキャリア周波数を増加させる。なお、インバータ装置3は、スイッチングキャリア周波数を低下すると、出力電流歪み率DIが増加する傾向にある。   On the other hand, when the determination signal HO is provided from the distortion determination means 25, the frequency reduction means 17 outputs a correction coefficient F4 that is one rank larger in the case of the correction coefficient F5 shown in FIG. The switching carrier frequency of the PWM signal SPWM of the PWM signal generator 20 shown in FIG. 12 is increased so as to improve the output current distortion rate DI and satisfy the specified distortion rate DK. The inverter device 3 tends to increase the output current distortion ratio DI when the switching carrier frequency is lowered.

なお、歪み判定手段25は、図16に示すシーケンス手段24が電圧低下手段7の動作させている場合には、判定信号HOを電圧低下手段7に供給し、シーケンス手段24が周波数低下手段17を動作させている場合には、判定信号HOを電圧低下手段7に供給する。これにより、歪み判定手段25は、電圧低下手段7と周波数低下手段17が動作しても、出力電流歪み率DIが規定歪み率DKを超えないように制御し、インバータ装置3のスイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を最大限改善することができる。   When the sequence means 24 shown in FIG. 16 operates the voltage reduction means 7, the distortion determination means 25 supplies the determination signal HO to the voltage reduction means 7, and the sequence means 24 causes the frequency reduction means 17 to When operating, the determination signal HO is supplied to the voltage lowering means 7. Thereby, the distortion determination means 25 controls the output current distortion ratio DI so as not to exceed the specified distortion ratio DK even when the voltage reduction means 7 and the frequency reduction means 17 operate, and the switching elements Q1 to Q1 of the inverter device 3 are controlled. The switching loss of Q4 can be reduced and the power conversion efficiency can be improved to the maximum.

以上説明したように、この発明に係る制御装置23は、軽負荷時に、DC−DC変換装置2の出力電圧VDを低下させる電圧低下手段7と、インバータ装置3のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段17とを備えたので、DC−DC変換装置2の出力電圧VDおよびインバータ装置3のスイッチング素子Q1〜Q4のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、インバータ装置のスイッチング損失を最大限低下させて電力変換効率を一層改善することができる。   As described above, the control device 23 according to the present invention has the voltage reduction means 7 for reducing the output voltage VD of the DC-DC converter 2 and the frequency reduction for reducing the switching carrier frequency of the inverter device 3 at light load. Since the means 17 is provided, the output voltage VD of the DC-DC converter 2 and the switching carrier frequency of the switching elements Q1 to Q4 of the inverter device 3 can be reduced, and the switching loss of the inverter device can be reduced to the maximum. The power conversion efficiency can be further improved.

本発明に係る電力変換装置は、軽負荷時に、DC−DC出力電圧を低下させ、またはスイッチングキャリア周波数を低下させてスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することができ、燃料電池発電のみでなく、太陽光発電等のあらゆる電力変換装置に適用することができる。   The power conversion device according to the present invention can reduce the DC-DC output voltage or reduce the switching carrier frequency to reduce the switching loss and improve the power conversion efficiency at the time of light load. Not only can it be applied to any power conversion device such as solar power generation.

この発明に係る電力変換装置の一実施の形態ブロック構成図Block diagram of an embodiment of a power converter according to the present invention この発明に係る電圧低下手段の一実施の形態要部ブロック構成図Block diagram of main part of one embodiment of voltage drop means according to the present invention この発明に係る対応テーブルの一実施の形態特性図The characteristic diagram of one embodiment of the correspondence table according to the present invention この発明に係る電圧値記憶手段の一実施の形態補正係数格納状態図One embodiment of voltage value storage means according to the present invention Correction coefficient storage state diagram この発明に係るDC−DC変換装置のDC−DC出力電圧制御の一実施の形態構成図Configuration diagram of one embodiment of DC-DC output voltage control of a DC-DC converter according to the present invention この発明に係る駆動パルスの一実施の形態デューティ変更説明図Duty change explanatory drawing of one Embodiment of the drive pulse which concerns on this invention この発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図Block diagram of one embodiment of distortion determination means according to the present invention この発明に係る電力変換装置の別実施の形態ブロック構成図Block diagram of another embodiment of the power converter according to the present invention この発明に係る周波数低下手段の一実施の形態要部ブロック構成図Block diagram of essential parts of an embodiment of frequency reducing means according to the present invention この発明に係る対応テーブルの一実施の形態特性図The characteristic diagram of one embodiment of the correspondence table according to the present invention この発明に係る周波数記憶手段の一実施の形態キャリア周波数指令値格納状態図One embodiment of frequency storage means according to the present invention Carrier frequency command value storage state diagram この発明に係るインバータ装置のキャリア周波数制御の一実施の形態構成図Configuration diagram of one embodiment of carrier frequency control of an inverter device according to the present invention この発明に係るPWM信号の一実施の形態波形図Waveform diagram of one embodiment of a PWM signal according to the present invention この発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図Block diagram of one embodiment of distortion determination means according to the present invention この発明に係る電力変換装置の別実施の形態ブロック構成図Block diagram of another embodiment of the power converter according to the present invention この発明に係るシーケンス手段の一実施の形態要部ブロック構成図Block diagram of essential parts of one embodiment of sequence means according to the present invention この発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図Block diagram of one embodiment of distortion determination means according to the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1,14,22 電力変換装置
2 DC−DC変換装置
3 インバータ装置
4,15,23 制御装置
5 ACフィルタ
6 遮断器
7 電圧低下手段
8 インバータ制御手段
9 燃料電池
10 補正指令値演算手段
11 電圧値記憶手段
12 駆動パルス発生器
13,21,25 歪み判定手段
16 コンバータ制御手段
17 周波数低下手段
18 出力手段
19 周波数記憶手段
20 PWM信号発生器
24 シーケンス手段
C1,C2 電解コンデンサ
s1,s2,s3 スイッチ
T トランス
Q MOSFET
VB 電池電圧
VD DC−DC出力電圧
VC インバータ出力電圧
VAC 系統電源(電圧)
K 補正係数
Vα 出力電圧補正指令値
Vr 出力電圧指令値
F,VF キャリア周波数指令値
SD 駆動パルス
PO 出力電力
IO 出力電流
DI 出力電流歪み率
DK 規定歪み率
SPWM PWM信号
CK1,CK2 シーケンス信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,14,22 Power converter 2 DC-DC converter 3 Inverter apparatus 4,15,23 Control apparatus 5 AC filter 6 Circuit breaker 7 Voltage reduction means 8 Inverter control means 9 Fuel cell 10 Correction command value calculation means 11 Voltage value Storage means 12 Drive pulse generator 13, 21, 25 Distortion determination means 16 Converter control means 17 Frequency reduction means 18 Output means 19 Frequency storage means 20 PWM signal generator 24 Sequence means C1, C2 Electrolytic capacitors s1, s2, s3 switch T Transformer Q MOSFET
VB Battery voltage VD DC-DC output voltage VC Inverter output voltage VAC System power supply (voltage)
K Correction coefficient Vα Output voltage correction command value Vr Output voltage command value F, VF Carrier frequency command value SD Drive pulse PO Output power IO Output current DI Output current distortion rate DK Specified distortion rate SPWM PWM signal CK1, CK2 Sequence signal

Claims (14)

燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、
前記制御装置は、軽負荷時に、前記DC−DC変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
In a power converter provided with a DC-DC converter, an inverter device, and a control device that converts the direct current output of the fuel cell into an alternating current and operates in an interconnected manner with the system power supply.
The said control apparatus is provided with the voltage reduction means to reduce the output voltage of the said DC-DC converter at the time of light load, The power converter device characterized by the above-mentioned.
前記電圧低下手段は、出力電力に対応した補正係数と系統電圧に対応したDC−DC出力電圧指令値を記憶する電圧値記憶手段と、出力電力および系統電圧を検出した場合、前記電圧値記憶手段から対応する補正係数および対応するDC−DC出力電圧指令値を読み出し、補正係数とDC−DC出力電圧指令値の積を演算してDC−DC出力電圧補正指令値を出力する補正指令値演算手段と、を備え、前記DC−DC変換装置のDC−DC出力電圧を変更することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 The voltage lowering means stores voltage value storage means for storing a correction coefficient corresponding to output power and a DC-DC output voltage command value corresponding to system voltage, and when detecting output power and system voltage, the voltage value storage means Correction command value calculating means for reading out the corresponding correction coefficient and the corresponding DC-DC output voltage command value, calculating the product of the correction coefficient and the DC-DC output voltage command value, and outputting the DC-DC output voltage correction command value The power converter according to claim 1, further comprising: changing a DC-DC output voltage of the DC-DC converter. 前記電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してリニアに変化する補正係数を記憶することを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 3. The power conversion apparatus according to claim 2, wherein the voltage value storage means stores a correction coefficient that changes linearly with respect to output power at light load. 前記電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してステップ状に変化する補正係数を記憶することを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 3. The power conversion apparatus according to claim 2, wherein the voltage value storage means stores a correction coefficient that changes stepwise with respect to output power at light load. 前記電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対して指数関数的に変化する補正係数を記憶することを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 3. The power conversion apparatus according to claim 2, wherein the voltage value storage means stores a correction coefficient that changes exponentially with respect to output power at light load. 前記制御手段は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でDC−DC出力電圧補正指令値を出力することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 The control means includes distortion determination means for comparing the measured output current distortion rate with a specified distortion rate, and outputs a DC-DC output voltage correction command value within a range where the output current distortion rate does not exceed the specified distortion rate. The power converter according to claim 1, wherein 燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、
前記制御装置は、軽負荷時に、前記インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
In a power converter provided with a DC-DC converter, an inverter device, and a control device that converts the direct current output of the fuel cell into an alternating current and operates in an interconnected manner with the system power supply.
The said control apparatus is provided with the frequency reduction means to reduce the switching carrier frequency of the said inverter apparatus at the time of light load, The power converter device characterized by the above-mentioned.
前記周波数低下手段は、出力電力に対応したキャリア周波数指令値を記憶する周波数記憶手段を備え、出力電力を検出した場合、前記周波数記憶手段から対応するキャリア周波数指令値を読み出して前記インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を変更することを特徴とする請求項7記載の電力変換装置。 The frequency reduction means includes frequency storage means for storing a carrier frequency command value corresponding to output power, and when the output power is detected, reads the corresponding carrier frequency command value from the frequency storage means to switch the inverter device. The power conversion apparatus according to claim 7, wherein the carrier frequency is changed. 前記周波数記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してリニアに変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする請求項8記載の電力変換装置。 9. The power converter according to claim 8, wherein the frequency storage means stores a carrier frequency command value that changes linearly with respect to output power at light load. 前記周波数記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してステップ状に変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする請求項8記載の電力変換装置。 9. The power converter according to claim 8, wherein the frequency storage means stores a carrier frequency command value that changes stepwise with respect to output power at light load. 前記周波数記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対して指数関数的に変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする請求項8記載の電力変換装置。 9. The power converter according to claim 8, wherein the frequency storage means stores a carrier frequency command value that changes exponentially with respect to output power at light load. 前記制御手段は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でキャリア周波数指令値を出力することを特徴とする請求項7記載の電力変換装置。 The control means includes distortion determination means for comparing the measured output current distortion rate with a specified distortion rate, and outputs a carrier frequency command value in a range where the output current distortion rate does not exceed the specified distortion rate. Item 8. The power conversion device according to Item 7. 燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するDC−DC変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、
前記制御装置は、軽負荷時に、前記DC−DC変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段と、前記インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
In a power converter provided with a DC-DC converter, an inverter device, and a control device that converts the direct current output of the fuel cell into an alternating current and operates in an interconnected manner with the system power supply.
The control device includes: a voltage reduction unit that reduces an output voltage of the DC-DC converter at a light load; and a frequency reduction unit that reduces a switching carrier frequency of the inverter device. Conversion device.
前記制御装置は、前記電圧低下手段と前記周波数低下手段の動作順序を設定するシーケンス手段を備えたことを特徴とする請求項13記載の電力変換装置。 14. The power conversion apparatus according to claim 13, wherein the control device includes a sequence unit that sets an operation order of the voltage reduction unit and the frequency reduction unit.
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