JP2007037256A - 系統連系インバータ装置の制御方法、および系統連系インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 系統への電力供給状態に応じて好適な直流リンク電圧を設定して、負荷変動や直流電源の供給能力に関わらず、波形歪みの改善された出力電圧を出力することが可能な系統連系インバータ装置の制御方法、および系統連系インバータ装置を提供すること
【解決手段】 電流センサ５０によりインバータ出力電流Ｉ２が測定され、所定電流以上であるか否かが判定される。所定電流以上である場合、直流リンク電圧ＶＬを規定値に設定して処理ループを繰り返す。ここで規定値とは、インバータ出力電圧が変動しても波形ひずみが生じない電圧値である。負荷変動に伴い入力直流電圧Ｖ１が変動し直流リンク電圧ＶＬが変動しても、インバータ出力電圧Ｖ２を出力するのに充分な直流リンク電圧ＶＬを確保することができ、インバータ出力電流Ｉ２の変動に関わらず、波形ひずみの改善されたインバータ出力電圧Ｖ２を供給することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、系統連系インバータ装置の制御方法、および系統連系インバータ装置に関するものであり、特に、系統連系インバータ装置における直流リンク電圧の制御に関するものである。

特許文献１に開示されている系統連系インバータ装置では、コントローラ内に演算装置を備え、直流リンク電圧を演算により算出してインバータ部に供給するように、コンバータ部を制御する機能を備えている。演算装置では、出力交流電流、電源系統の交流電圧、出力フィルタ回路の抵抗、インダクタンス、周波数、および電力スイッチング素子の電圧降下分を用いて、直流リンク電圧を算出する。

特開２００４−２６０９４２号公報

特許文献１によれば、詳細な演算を行なって最適な直流リンク電圧を算出することができるものではある。しかしながら、所定の演算時間を要して詳細な演算処理を行なうため、負荷の急激な変動に対して無視できない応答遅れを生ずるおそれがある。過渡的にインバータ部に供給すべき最低電圧レベルの直流リンク電圧を確保することができず、系統連系インバータ装置からの出力電圧に波形歪み等が発生するおそれがある。過渡的に不安定な動作となり、場合によっては動作不能になる場合も考えられ、問題である。

また、特許文献１では、出力交流電流、電源系統の交流電圧、出力フィルタ回路の抵抗、インダクタンス、周波数、および電力スイッチング素子の電圧降下分を用いて、詳細に直流リンク電圧を算出するものの、直流リンク電圧の算出に当たって、系統連系インバータ装置に入力される直流電圧の供給能力については考慮されていない。直流電圧の供給能力によっては、コンバータ部において算出される直流リンク電圧を供給できない場合も考えられ、この場合には、インバータ部の出力電圧波形に波形ひずみ等が発生してしまい問題である。

本発明は前記背景技術の課題に鑑みなされたものであり、系統への電力供給状態に応じて好適な直流リンク電圧を設定して、負荷変動や直流電源の供給能力に関わらず、波形歪みの改善された出力電圧を出力することが可能な系統連系インバータ装置の制御方法、および系統連系インバータ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に係る系統連係インバータ装置の制御方法は、入力直流電圧を直流リンク電圧に変換して出力するコンバータ部と、直流リンク電圧を系統と同周波数のインバータ出力電圧に変換するインバータ部とを備える系統連係インバータ装置の制御方法であって、系統への電力供給状態を検出するステップと、検出のステップにより検出される電力供給状態が投入電力に対して余裕のある場合に、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の電圧値に応じてインバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定するステップと、検出のステップにより検出される電力供給状態が投入電力に対して余裕のない場合に、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の変動に関わらずインバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定するステップとを有することを特徴とする。

請求項１の系統連係インバータ装置の制御方法では、系統への電力供給状態を検出し、検出された電力供給状態が投入電力に対して余裕のある場合には、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の電圧値に応じてインバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定する。また、検出された電力供給状態が投入電力に対して余裕のない場合には、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の変動に関わらずインバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定する。

これにより、投入電力が系統への電力供給状態に対して余裕のある場合には、コンバータ部より出力される直流リンク電圧は負荷変動に関わらず安定しているので、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の電圧値に応じてインバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定することができる。コンバータ部およびインバータ部での電力損失が抑制され、良好な電力変換効率を確保することができる。

投入電力が系統への電力供給状態に対して余裕のない場合には、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の変動に関わらずインバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定するので、投入電力に余裕がなくコンバータ部より出力される直流リンク電圧が負荷変動に応じて変動してしまう場合でも、インバータ部に対しては充分な電圧値の直流リンク電圧を供給することができる。負荷変動に対して、直流リンク電圧の電圧値不足に起因するインバータ出力電圧の波形ひずみ等が発生してしまうことはない。

また、請求項２に係る系統連係インバータ装置の制御方法は、請求項１に記載の系統連係インバータ装置の制御方法において、検出のステップは、電力供給状態として、インバータ部から系統に出力されるインバータ出力電流を検出し、投入電力に対して余裕のない場合とは、インバータ出力電流が所定電流値以上の状態であることを特徴とする。

これにより、インバータ部から系統に出力されるインバータ出力電流を検出すれば、検出のステップにおける電力供給状態を把握することができる。インバータ出力電流が所定電流値以上の状態であれば、電力供給状態が投入電力に対して余裕のない場合と判断することができる。

また、請求項３に係る系統連係インバータ装置の制御方法は、請求項２に記載の系統連係インバータ装置の制御方法において、所定電流値とは、入力直流電圧を供給する直流電源の特性として、入力直流電流に対する入力直流電圧の変化割合または／および変化割合の変化率が所定の範囲外の状態となる入力直流電流に対応した電流値であることを特徴とする。

これにより、入力直流電圧を供給する直流電源の特性として、入力直流電流に対する入力直流電圧の変化割合または／および変化割合の変化率が所定の範囲外の状態となる入力直流電流と、インバータ出力電流の所定電流値とを対応付けておけば、インバータ出力電流を検出することで、直流電源の特性を把握して、電力供給状態が投入電力に対して余裕があるか否かの判断をすることができる。

また、請求項４係る系統連係インバータ装置の制御方法は、請求項１に記載の系統連係インバータ装置の制御方法において、検出のステップでは、電力供給状態として、コンバータ部に入力される入力直流電圧と入力直流電流とを検出し、投入電力に対して余裕のない場合とは、入力直流電圧および入力直流電流を供給する直流電源の特性として、入力直流電流に対する入力直流電圧の変化割合または／および変化割合の変化率が所定の範囲外の状態であることを特徴とする。

これにより、コンバータ部に入力される入力直流電圧と入力直流電流とを検出してやれば、直流電源の特性として、入力直流電流に対する入力直流電圧の変化割合または／および変化割合の変化率を把握することができ、電力供給状態が投入電力に対して余裕があるか否かの判断をすることができる。

また、請求項５に係る系統連係インバータ装置の制御方法は、請求項４に記載の系統連係インバータ装置の制御方法において、検出のステップにより検出される入力直流電圧および入力直流電流に応じて、直流電源の特性を取得するステップを有することを特徴とする。

これにより、入力直流電圧および入力直流電流を検出することにより、直流電源の特性を新たに取得することができ、直流電源における計時劣化を把握することができる。

また、請求項６に係る系統連係インバータ装置の制御方法は、請求項１に記載の系統連係インバータ装置の制御方法において、検出のステップは、電力供給状態として、インバータ部から系統に出力されるインバータ出力電流を検出するステップと、電力供給状態として、コンバータ部に入力される入力直流電圧と入力直流電流とを検出するステップとを含み、投入電力に対して余裕のない場合とは、検出されるインバータ出力電流が所定電流値以上の状態、または入力直流電圧および入力直流電流を供給する直流電源の特性として、検出される入力直流電流に対する入力直流電圧の変化割合または／および変化割合の変化率が所定の範囲外の状態であることを特徴とする。

これにより、インバータ部から系統に出力されるインバータ出力電流と、コンバータ部に入力される入力直流電圧および入力直流電流とを検出することにより、電力供給状態を把握することができる。検出されるインバータ出力電流が所定電流値以上の状態、または入力直流電圧および入力直流電流を供給する直流電源の特性として、検出される入力直流電流に対する入力直流電圧の変化割合または／および変化割合の変化率が所定の範囲外の状態の少なくとも何れか一方の状態が検出されれば、電力供給状態が投入電力に対して余裕がないの判断することができる。

また、請求項７に係る系統連係インバータ装置は、入力直流電圧を直流リンク電圧に変換して出力するコンバータ部と、直流リンク電圧を系統と同周波数のインバータ出力電圧に変換するインバータ部と、インバータ部から系統に出力されるインバータ出力電流、または／およびコンバータ部に入力される入力直流電圧および入力直流電流に応じて、コンバータ部を制御する制御部とを備え、制御部は、インバータ出力電流が所定電流値未満の状態である場合には、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の電圧値に応じてインバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定し、所定電流値以上の状態である場合には、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の変動に関わらずインバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定することを特徴とする。

請求項７の系統連係インバータ装置では、コンバータ部において入力直流電圧が直流リンク電圧に変換され、インバータ部において直流リンク電圧が系統と同周波数のインバータ出力電圧に変換される。コンバータ部は、制御部により制御され、インバータ部から系統に出力されるインバータ出力電流が所定値電流値未満の状態であると判断されると、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の電圧値に応じてインバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定し、所定電流値以上の状態である判断されると、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の変動に関わらずインバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定する。

これにより、インバータ部から系統に出力されるインバータ出力電流が所定電流値に至っていたっておらず、負荷電流の変動に対して安定した動作状態にある場合には、負荷変動に関わらずコンバータ部より出力される直流リンク電圧は安定しているので、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の電圧値に応じてインバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定することができる。コンバータ部およびインバータ部での電力損失が抑制され、良好な電力変換効率を確保することができる。

インバータ出力電流が所定電流値以上の状態にあり、負荷電流の変動に対して入力直流電圧が変動してしまう場合には、負荷変動に関わらずコンバータ部より出力される直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の変動に関わらずインバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定する。インバータ部に対して充分な電圧値の直流リンク電圧を供給することができる。負荷変動に対して、直流リンク電圧の電圧値不足に起因するインバータ出力電圧の波形ひずみ等が発生してしまうことはない。

また、請求項８に係る系統連係インバータ装置は、入力直流電圧を直流リンク電圧に変換して出力するコンバータ部と、直流リンク電圧を系統と同周波数のインバータ出力電圧に変換するインバータ部と、インバータ部から系統に出力されるインバータ出力電流、または／およびコンバータ部に入力される入力直流電圧および入力直流電流に応じて、コンバータ部を制御する制御部とを備え、制御部は、入力直流電圧および入力直流電流を供給する直流電源の特性として、入力直流電流に対する入力直流電圧の変化割合または／および変化割合の変化率が所定の範囲内の状態である場合には、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の電圧値に応じてインバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定し、所定の範囲外の状態である場合には、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の変動に関わらずインバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定することを特徴とする。

請求項８の系統連係インバータ装置では、コンバータ部において入力直流電圧が直流リンク電圧に変換され、インバータ部において直流リンク電圧が系統と同周波数のインバータ出力電圧に変換される。コンバータ部は、制御部により制御され、入力直流電圧および入力直流電流を供給する直流電源の特性として、入力直流電流に対する入力直流電圧の変化割合または／および変化割合の変化率が所定の範囲内の状態であると判断されると、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の電圧値に応じてインバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定し、所定の範囲外の状態である判断されると、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の変動に関わらずインバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定する。

これにより、コンバータ部に入力される入力直流電圧および入力直流電流から直接見積もられる、入力直流電流に対する入力直流電圧の変化割合または／および変化割合の変化率が、所定の範囲内の状態にあり、負荷電流と比例関係にある入力直流電流の変動に対して安定した入力直流電圧が供給される場合には、負荷変動に関わらずコンバータ部より出力される直流リンク電圧は安定しているので、直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の電圧値に応じてインバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定することができる。コンバータ部およびインバータ部での電力損失が抑制され、良好な電力変換効率を確保することができる。

入力直流電流に対する入力直流電圧の変化割合または／および変化割合の変化率が、所定の範囲外であり、負荷電流と比例関係にある入力直流電流の変動に対して入力直流電圧が変動してしまう場合には、負荷変動に関わらずコンバータ部より出力される直流リンク電圧を、インバータ出力電圧の変動に関わらずインバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定する。インバータ部に対して充分な電圧値の直流リンク電圧を供給することができる。負荷変動に対して、直流リンク電圧の電圧値不足に起因するインバータ出力電圧の波形ひずみ等が発生してしまうことはない。

本発明によれば、系統への電力供給状態に応じて好適な直流リンク電圧を設定して、負荷変動や直流電源の供給能力に関わらず、波形歪みの改善されたインバータ出力電圧を出力することが可能な系統連系インバータ装置の制御方法、および系統連系インバータ装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の系統連系インバータ装置の制御方法、および系統連系インバータ装置について具体化した実施形態を図１乃至図４に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。

系統連係インバータ装置とは、太陽電池や燃料電池等の直流電源から提供される直流電力を商用の電源系統に供給する装置である。直流電力を交流電力に変換するためにインバータ部を備えている。また、供給される直流電圧に比して電力提供先である系統の交流電圧が異なることが一般的であるため、直流電源から供給された直流電圧を昇圧又は降圧してインバータ部に供給するコンバータ部を備えている。ここで、昇圧又は降圧された電圧を直流リンク電圧と称する。

図１は、本発明を実施するための実施形態における系統連係インバータ装置１の回路ブロック図である。系統連係インバータ装置１の入力端子（ＩＮ）には直流電源２が接続されている。出力端子（ＯＵＴ）が系統に接続されている。系統に接続されている負荷３には、系統連係インバータ装置１の出力端子（ＯＵＴ）と共に系統電源４が接続されている。系統電源４と負荷３との間には、系統電源４からの給電を検出する電流センサ５が備えられる場合がある。

系統連係インバータ装置１において、入力端子（ＩＮ）はコンバータ部１０に接続され、更にインバータ部２０およびリレー部６０を経て、出力端子（ＯＵＴ）に接続されている。コンバータ部と入力端子（ＩＮ）との間、およびインバータ部とリレー部６０との間には、電流センサ４０、および５０が挿入されている。

制御部３０は、入力端子（ＩＮ）から入力される入力直流電圧Ｖ１、入力直流電流Ｉ１、コンバータ部１０から出力される直流リンク電圧ＶＬ、インバータ部２０から出力されるインバータ出力電圧Ｖ２（インバータ出力電圧Ｖ２はリレー部６０を介して出力端子（ＯＵＴ）から出力される電圧と同電圧である。）、インバータ出力電流Ｉ２、更に系統電源４から負荷３への給電状況が入力される。これらの入力に応じて、コンバータ部１０、インバータ部２０、およびリレー部６０を制御する。

ここで、入力直流電流Ｉ１は電流センサ４０により検出され、インバータ出力電流Ｉ２は電流センサ５０により検出される。また、系統電源４から負荷３への給電状況とは、系統電源４から負荷３に流れる電流の有無で検知することができる。電流センサ５による電流検出により行なわれる。

コンバータ部１０は、入力直流電圧Ｖ１を昇圧するチョッパ回路１１と昇圧された電圧を整流または／および平滑して直流リンク電圧ＶＬを出力する整流／平滑回路１３とを備えている。チョッパ回路１１を駆動するドライバ１２は制御部３０からの指令により駆動される。

インバータ部２０は、直流リンク電圧ＶＬを交流電圧に変換するインバータ回路２１とインバータ回路２１から出力される出力電圧から不要ノイズ成分等を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路２３とを備え、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路２３からインバータ出力電圧Ｖ２が出力される。インバータ回路２１を駆動するドライバ２２は制御部３０からの指令により駆動される。

制御部３０では、入力されるインバータ出力電圧Ｖ２に応じた直流リンク電圧ＶＬを出力するようにコンバータ部１０のドライバ１２が制御される。具体的には２種類の制御が行なわれる。

第１の制御は、直流電源２の電力供給能力が系統への供給電力に対して余裕のある場合である。制御部３０が、入力されるインバータ出力電流Ｉ２が所定電流値に比して小さく直流電源２が安定動作していると判断する場合、および入力される入力直流電圧Ｖ１、入力直流電流Ｉ１により直流電源２の動作状態が安定しており要求される電力に対して供給能力に余裕があると判断する場合である。この場合、制御部３０は、コンバータ部１０に対して、不図示の制御信号により指令されるインバータ出力電圧Ｖ２を、出力される電圧値に応じて波形歪なく出力可能とする直流リンク電圧ＶＬを出力するように指令する。

直流リンク電圧ＶＬを下限電圧値とすることができるのは、コンバータ部１０より出力される直流リンク電圧ＶＬが、負荷３に供給する負荷電流であるインバータ出力電流Ｉ２の変動に関わらず、電圧変動が僅少で安定した電圧として供給されるからである。ここで、直流入力電圧Ｖ１およびインバータ出力電圧Ｖ２は、共に略一定の電圧値に維持されているので、負荷３の状態に応じて負荷電流であるインバータ出力電流Ｉ２が変化する場合、インバータ出力電流Ｉ２に比例して入力直流電流が変化する。このため、制御部３０がインバータ出力電流Ｉ２を検出してやれば、入力直流電圧Ｖ１、入力直流電流Ｉ１を検出する場合と同様に直流電源２での電力供給状態を見積もることができる。

これにより、インバータ出力電圧Ｖ２の出力が可能な下限電圧値の直流リンク電圧ＶＬとすることで、コンバータ部１０およびインバータ部２０での電力損失が抑制され、良好な電力変換効率を確保することができる。

第２の制御は、直流電源２の電力供給能力が系統への供給電力に対して余裕のない場合である。制御部３０が、入力されるインバータ出力電流Ｉ２が所定電流値以上であり直流電源２の動作状態が電力供給能力について余裕がないと判断する場合、または入力される入力直流電圧Ｖ１、入力直流電流Ｉ１により直流電源２の動作状態が電力供給能力について余裕がなく、入力直流電流Ｉ１に対して不安定な入力直流電圧Ｖ１の出力であると判断する場合である。この場合、制御部３０は、コンバータ部１０に対して、不図示の制御信号により指令されるインバータ出力電圧Ｖ２に関わらず、インバータ出力電圧Ｖ２が変動してもインバータ出力電圧Ｖ２に波形歪が生じない直流リンク電圧ＶＬを出力するように指令する。

直流リンク電圧ＶＬが、インバータ出力電圧Ｖ２の変動に関わらず波形歪が生じない規定値に設定されるので、第１の制御のままでは直流電源２の電力供給能力に余裕がなく、コンバータ部１０より出力される直流リンク電圧ＶＬがインバータ出力電流Ｉ２の変動に応じて変動してしまう場合でも、インバータ部２０に対しては充分な電圧値の直流リンク電圧ＶＬを供給することができる。負荷３の状態に応じたインバータ出力電流Ｉ２の変動に対して、直流リンク電圧ＶＬの電圧値不足に起因するインバータ出力電圧Ｖ２の波形ひずみ等が発生してしまうことはない。

制御部３０は、上記以外の各種制御を行なう。例えば、インバータ部２０から出力する交流電圧の位相は系統電源４により出力される交流電圧の位相と同期をとる必要がある。インバータ出力電圧Ｖ２を検出することに応じて、また必要に応じて系統電源４から出力される交流電圧を検出することに応じて、位相の調整制御が行なわれる。

また、リレー部６０の導通制御を行なう。インバータ出力電圧Ｖ２の位相を検出しておき、通常動作状態での位相とは異なる位相状態が検出されたことに応じて、リレー部６０を遮断制御する。系統電源４と同期動作する場合に検出される位相と、系統電源４からの給電がなくインバータ部２０のみの単独動作により得られる位相との差異を捉えてリレー部６０を遮断制御する。系統電源４の停電や系統の遮断等の事故により、系統電源４からの給電が止まることを検出して系統連係インバータ装置１を系統から切り離す制御を行なう。系統での事故を復旧するための架線工事の際、系統連係インバータ装置１からの給電による感電事故を防止することを目的とした制御である。

図２は、直流電源２の電流−電圧特性の一例を示す図である。ここで、横軸の電流は図１における入力直流電流Ｉ１に相当し、縦軸の電圧は図１における入力直流電圧Ｖ１に相当する。各々の単位（ｕｎｉｔ）は、直流電源２の初期状態の開放端電圧と短絡電流を、各々１単位（ｕｎｉｔ）として規格化して示している。

太陽電池や燃料電池等の電池デバイスにおいては、一般的に所定の電力供給能力を有している。電池であるため端子間電圧は略一定に維持されており、電流に応じて電力が取り出される。電力供給能力の範囲内においては、電流の増加に対して略一定の電圧を維持するところ、供給可能電力の限界に近づくに従い、端子間電圧の減衰が大きくなる特性を有するものである。

したがって、小電流域である電流Ｉａについては、±０．１単位（ｕｎｉｔ）の電流変動に対して電圧変動はΔＶａと僅少であるのに対し、大電流域である電流Ｉｂについては、±０．１単位（ｕｎｉｔ）の電流変動に対して電圧変動はΔＶｂと大きな変動幅を有することとなる。前述したように、系統連係インバータ装置１において、インバータ出力電流Ｉ２と入力直流電流Ｉ１とは略比例関係にあるため、負荷３において消費される負荷電流域の違いに応じて、入力直流電圧Ｖ１の変動幅が異なることとなる。

負荷電流を供給するインバータ出力電流Ｉ２が小電流であり、直流電源２の電流−電圧特性において小電流領域の入力直流電流Ｉ１で足りる場合には、インバータ出力電流Ｉ２の変動に対して入力直流電圧Ｖ１の変動幅は僅少であり、インバータ部２０において、インバータ出力電圧Ｖ２に対して直流リンク電圧ＶＬが不足することはない。負荷変動に対してインバータ出力電圧Ｖ２に波形ひずみを生ずることはない。

負荷電流を供給するインバータ出力電流Ｉ２が大電流であり、直流電源２の電流−電圧特性において大電流領域の入力直流電流Ｉ１が必要とされる場合には、インバータ出力電流Ｉ２の変動に対して入力直流電圧Ｖ１の変動幅は大きくなり、インバータ部２０において、インバータ出力電圧Ｖ２に対して直流リンク電圧ＶＬが不足する事態が生ずるおそれがある。直流リンク電圧ＶＬが不足することによりインバータ出力電圧Ｖ２に波形ひずみを生ずるおそれがある。本願では、この場合に直流リンク電圧ＶＬを充分に高い電圧である規定値に設定する。負荷変動に応じて直流リンク電圧ＶＬに電圧変動が生じてもインバータ出力電圧Ｖ２に対して充分な電圧値を確保することで、直流リンク電圧ＶＬの不足によるインバータ出力電圧Ｖ２の波形ひずみを防いでいる。

図３には系統連係インバータ装置１（図１）で行なわれる制御フローを示す。制御部３０において行なわれる。起動処理（Ｓ１）により直流リンク電圧ＶＬを最小電圧とする指令がコンバータ部１０に対して発せられた後、メインの処理ループに入る。手続きＳ２から手続きＳ１４までを１マシンサイクルとして同じ処理が繰り返される。この処理ループを繰り返すことにより処理状態が最適化される。

起動処理（Ｓ１）の後、メイン処理が行なわれる（Ｓ２）。インバータ出力電圧Ｖ２の位相を系統電源４の位相に同期させるためのＰＷＭ制御信号の処理や、インバータ出力電圧の位相を監視し位相変化の検出に応じて系統電源４の停止状態であることを検知してリレー部６０を遮断する、単独運転防止処理等が行なわれる。これら一連の処理を図３においてメイン処理（Ｓ２）と称している。

メイン処理（Ｓ２）に引き続き、本発明の実施形態である直流リンク電圧ＶＬの決定処理が行なわれる（Ｓ３〜Ｓ１４）。先ず、電流センサ５０によりインバータ出力電流Ｉ２が測定される（Ｓ３）。測定されたインバータ出力電流Ｉ２が定格電流の２／３以上であるか否かが判定される（Ｓ４）。ここで、定格電流の２／３とは、例えば、図２に示す直流電源２の電流−電圧特性において電流が大電流域である電流Ｉｂにある場合である。±０．１単位（ｕｎｉｔ）の電流変動に対して大きな電圧変動ΔＶｂを示す電流である。系統連係インバータ装置１において、インバータ出力電流Ｉ２の変動に伴う入力直流電流Ｉ１の変動に応じて入力直流電圧Ｖ１が大きく変動すると、直流リンク電圧ＶＬの変動も大きくなる。インバータ出力電流Ｉ２の急峻な変動による入力直流電圧Ｖ１の変動の結果、コンバータ部１０における過渡応答制御が間に合わず、電流変動に伴う所定時間、直流リンク電圧ＶＬが変動してしまうこととなる。

そこで、定格電流の２／３以上である場合（Ｓ４：Ｙ）、直流リンク電圧ＶＬを規定値に設定して（Ｓ５）処理ループをメイン処理（Ｓ２）に戻す。ここで規定値とは、インバータ出力電圧Ｖ２が変動してもインバータ出力電圧Ｖ２に波形歪が生じない電圧値である。インバータ出力電圧Ｖ２の最大値においても波形ひずみの生じない電圧値を選ぶことができる。これにより、負荷変動に伴い入力直流電圧Ｖ１が変動し直流リンク電圧ＶＬが変動しても、インバータ部２０において、インバータ出力電圧Ｖ２を出力するのに充分な直流リンク電圧ＶＬを確保することができる。負荷電流であるインバータ出力電流Ｉ２の変動に関わらず、波形ひずみのないインバータ出力電圧Ｖ２を供給することができる。

また、定格電流の２／３に満たない場合（Ｓ４：Ｎ）には、入力直流電流Ｉ１と（Ｓ６）入力直流電圧Ｖ１と（Ｓ７）を測定する。測定された値に基づき、直流電源特性格納部（Ｄ１）に既に格納されている直流電源２の電源特性を必要に応じて更新する（Ｓ８）。太陽電池や燃料電池等により構成されている直流電源２では、電源特性に計時劣化を生ずる場合もある。系統連係インバータ装置１の制御処理を行なう処理ループの中で、入力直流電流（Ｓ６）および入力直流電圧（Ｓ７）を測定してやれば、電源特性における計時劣化を常に把握することができる。更新された電源特性は直流電源特性格納部（Ｄ１）に格納される。同時に、更新された電源特性に基づき、入力直流電流Ｉ１に対する入力直流電圧Ｖ１の変化割合（ｄＶ／ｄＩ）、または／および変化割合（ｄＶ／ｄＩ）の変化率（ｄ^２Ｖ／ｄＩ^２）を算出する（Ｓ９）。算出された値が所定の範囲外か否かの判定をし（Ｓ１０）、越えていれば（Ｓ１０：Ｙ）、手続きＳ５と同様に、直流リンク電圧ＶＬを規定値に設定して（Ｓ１１）処理ループをメイン処理（Ｓ２）に戻す。

越えていなければ（Ｓ１０：Ｎ）、インバータ出力電圧Ｖ２を測定し（Ｓ１２）、最適な直流リンク電圧を演算し（Ｓ１３）、コンバータ部１０を制御して演算された直流リンク電圧ＶＬが調整される（Ｓ１４）。ここで、インバータ部２０において、測定されたインバータ出力電圧Ｖ２を、出力される電圧値に応じて波形歪なく出力可能とする直流リンク電圧ＶＬの下限値を最適な直流リンク電圧ＶＬとしてやれば、コンバータ部１０、インバータ部２０等での電力損失が抑制され、良好な電力変換効率を確保することができる。

図４は、直流リンク電圧ＶＬを規定値に設定する２つの手続きＳ５、Ｓ１１の各々について図示するものである。手続きＳ５は、インバータ出力電流Ｉ２を測定し定格電流の２／３以上である場合に（Ｓ４：Ｙ）、直流リンク電圧ＶＬを規定値に設定する場合である。インバータ出力電流Ｉ２と入力直流電流Ｉ１とは比例関係にある。インバータ出力電流Ｉ２の変動に応じて入力直流電流Ｉ１が変動し、その変動が入力直流電圧Ｖ１の変動となり、ひいては直流リンク電圧ＶＬに変動をもたらす。入力直流電流Ｉ１および入力直流電圧Ｖ１に代えて、インバータ出力電流Ｉ２を測定し定格電流の２／３となる場合を検出する。この状態を、入力直流電流Ｉ１に対する入力直流電圧Ｖ１の変化割合（ｄＶ／ｄＩ）、または／および変化割合（ｄＶ／ｄＩ）の変化率（ｄ^２Ｖ／ｄＩ^２）が所定の範囲外となる動作点、すなわちインバータ出力電流Ｉ２が定格電流の２／３を越える範囲に対応した値として、直流リンク電圧ＶＬを規定値に設定する。

手続きＳ１１は、メインの処理の中で、入力直流電流Ｉ１および入力直流電圧Ｖ１を常時測定し（Ｓ６、Ｓ７）、直流電源２の電源特性を更新する（Ｓ８）。更新された電源特性において、入力直流電流Ｉ１に対する入力直流電圧Ｖ１の変化割合（ｄＶ／ｄＩ）、または／および変化割合（ｄＶ／ｄＩ）の変化率（ｄ^２Ｖ／ｄＩ^２）を直接算出する（Ｓ９）。直流電源２の計時劣化に応じて直流リンク電圧ＶＬを規定値に設定する場合である。直流電源２の計時劣化により、計時劣化が考慮されていない手続きＳ５での設定では入力直流電流Ｉ１の変動に対する入力直流電圧Ｖ１の変動が過大になってしまう場合にも対応することができる。

ここで、直流リンク電圧ＶＬの規定値とは、インバータ出力電圧Ｖ２が変動する場合にも波形ひずみの生じない電圧値である。直流リンク電圧ＶＬとして、インバータ出力電圧Ｖ２の最大値が出力可能なの電圧値以上の電圧であればよい。図４中の斜線部分はこの電圧範囲を表わすものである。なお、図４中の最適直流リンク電圧の幅は、インバータ出力に応じて調整される（Ｓ１４）最適な直流リンク電圧ＶＬの変化する幅を示している。

以上、詳細に説明したように本実施形態によれば、直流電源２から投入される電力が系統への電力供給状態に対して余裕のある場合には、直流電源２の電源特性において電流変動に対して電圧変動の僅少な領域で動作が行なわれる。コンバータ部１０より出力される直流リンク電圧ＶＬは負荷変動に関わらず安定しているので、直流リンク電圧ＶＬを、インバータ出力電圧Ｖ２の電圧値に応じてインバータ出力電圧Ｖ２に波形歪の生じない電圧値に設定することができる。

投入される電力が系統への電力供給状態に対して余裕のない場合には、直流電源２の電源特性において電流変動に対して電圧変動が大きな領域で動作が行なわれる。この状態は、インバータ出力電流Ｉ２を測定することにより、または入力直流電流Ｉ１および入力直流電圧Ｖ１を測定して入力直流電流Ｉ１に対する入力直流電圧Ｖ１の変化割合（ｄＶ／ｄＩ）、または／および変化割合（ｄＶ／ｄＩ）の変化率（ｄ^２Ｖ／ｄＩ^２）を算出することにより、検出することができる。この場合、負荷変動に対して入力直流電圧Ｖ１の変動が大きいと判断し直流リンク電圧ＶＬを規定値に設定する。負荷変動に対する直流リンク電圧ＶＬの過渡応答においても、インバータ部２０でインバータ出力電圧Ｖ２を出力するために充分な電圧値の直流リンク電圧ＶＬを確保することができる。

系統に接続されている負荷に要求される、電源電圧であるインバータ出力電圧Ｖ２および負荷電流であるインバータ出力電流Ｉ２に代えて、またはインバータ出力電圧Ｖ２およびインバータ出力電流Ｉ２と共に、入力直流電圧Ｖ１および入力直流電流Ｉ１を検出して、直流電源２の電源特性に応じた設定を行うことができる。特に、直流電源２の計時劣化を監視することができるので、劣化に応じた設定を行なうことができる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。例えば、本実施形態においては、図３において、インバータ出力電流Ｉ２が定格電流の２／３以上である場合に、直流リンク電流ＶＬを規定値に設定する（Ｓ４：Ｙ、Ｓ５）場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。定格電流の２／３とは、実施形態における一例を示したものにすぎず、使用する直流電源２の特性に合わせて適宜に設定することが可能であることは言うまでもない。

また、直流リンク電流ＶＬを規定値に設定する際のインバータ出力電流Ｉ２の電流値については、状況に応じて変化させることも可能である。例えば、接続される直流電源２の特性に応じて設定を変更したり、使用される際の環境温度や、太陽電池については照度等ごとに設定を切り替えることも可能である。更に、直流電源２の計時劣化に応じて切り替える構成とすることもできる。

また、図３の制御フローにおいて、手続きＳ６、Ｓ７は逆の順序でもよいことは言うまでもない。

実施形態の系統連係インバータ装置の回路ブロック図である。 直流電源の出力特性の一例を示す図である。 系統連係インバータ装置の制御フローを示す図である。 直流リンク電圧の規定値への切り替えを行なう２つの態様を示す図である。

符号の説明

１ 系統連係インバータ装置
２ 直流電源
３ 負荷
４ 系統電源
５、４０、５０ 電流センサ
１０ コンバータ部
２０ インバータ部

Claims (8)

1. 入力直流電圧を直流リンク電圧に変換して出力するコンバータ部と、前記直流リンク電圧を系統と同周波数のインバータ出力電圧に変換するインバータ部とを備える系統連係インバータ装置の制御方法であって、
   前記系統への電力供給状態を検出するステップと、
   前記検出のステップにより検出される前記電力供給状態が投入電力に対して余裕のある場合に、前記直流リンク電圧を、前記インバータ出力電圧の電圧値に応じて前記インバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定するステップと、
   前記検出のステップにより検出される前記電力供給状態が投入電力に対して余裕のない場合に、前記直流リンク電圧を、前記インバータ出力電圧の変動に関わらず前記インバータ出力電圧において波形歪が生じない規定値に設定するステップと
   を有することを特徴とする系統連係インバータ装置の制御方法。
2. 前記検出のステップは、前記電力供給状態として、前記インバータ部から前記系統に出力されるインバータ出力電流を検出し、
   前記投入電力に対して余裕のない場合とは、前記インバータ出力電流が所定電流値以上の状態であることを特徴とする請求項１に記載の系統連係インバータ装置の制御方法。
3. 前記所定電流値とは、前記入力直流電圧を供給する直流電源の特性として、入力直流電流に対する前記入力直流電圧の変化割合または／および前記変化割合の変化率が所定の範囲外の状態となる前記入力直流電流に対応した電流値であることを特徴とする請求項２に記載の系統連係インバータ装置の制御方法。
4. 前記検出のステップでは、前記電力供給状態として、前記コンバータ部に入力される前記入力直流電圧と入力直流電流とを検出し、
   前記投入電力に対して余裕のない場合とは、前記入力直流電圧および前記入力直流電流を供給する直流電源の特性として、前記入力直流電流に対する前記入力直流電圧の変化割合または／および前記変化割合の変化率が所定の範囲外の状態であることを特徴とする請求項１に記載の系統連係インバータ装置の制御方法。
5. 前記検出のステップにより検出される前記入力直流電圧および前記入力直流電流に応じて、前記直流電源の特性を取得するステップを有することを特徴とする請求項４に記載の系統連係インバータ装置の制御方法。
6. 前記検出のステップは、
   前記電力供給状態として、前記インバータ部から前記系統に出力されるインバータ出力電流を検出するステップと、
   前記電力供給状態として、前記コンバータ部に入力される前記入力直流電圧と入力直流電流とを検出するステップとを含み、
   前記投入電力に対して余裕のない場合とは、検出される前記インバータ出力電流が所定電流値以上の状態、または前記入力直流電圧および前記入力直流電流を供給する直流電源の特性として、検出される前記入力直流電流に対する前記入力直流電圧の変化割合または／および前記変化割合の変化率が所定の範囲外の状態であることを特徴とする請求項１に記載の系統連係インバータ装置の制御方法。
7. 入力直流電圧を直流リンク電圧に変換して出力するコンバータ部と、
   前記直流リンク電圧を系統と同周波数のインバータ出力電圧に変換するインバータ部と、
   前記インバータ部から前記系統に出力されるインバータ出力電流、または／および前記コンバータ部に入力される前記入力直流電圧および入力直流電流に応じて、前記コンバータ部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記インバータ出力電流が所定電流値未満の状態である場合には、前記直流リンク電圧を、前記インバータ出力電圧の電圧値に応じて前記インバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定し、前記所定電流値以上の状態である場合には、前記直流リンク電圧を、前記インバータ出力電圧の変動に関わらず前記インバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定することを特徴とする系統連係インバータ装置。
8. 入力直流電圧を直流リンク電圧に変換して出力するコンバータ部と、
   前記直流リンク電圧を系統と同周波数のインバータ出力電圧に変換するインバータ部と、
   前記インバータ部から前記系統に出力されるインバータ出力電流、または／および前記コンバータ部に入力される前記入力直流電圧および入力直流電流に応じて、前記コンバータ部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記入力直流電圧および前記入力直流電流を供給する直流電源の特性として、前記入力直流電流に対する前記入力直流電圧の変化割合または／および前記変化割合の変化率が所定の範囲内の状態である場合には、前記直流リンク電圧を、前記インバータ出力電圧の電圧値に応じて前記インバータ出力電圧に波形歪の生じない電圧値に設定し、前記所定の範囲外の状態である場合には、前記直流リンク電圧を、前記インバータ出力電圧の変動に関わらず前記インバータ出力電圧に波形歪が生じない規定値に設定することを特徴とする系統連係インバータ装置。

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