JP2007325365A

JP2007325365A - 系統連系インバータ装置

Info

Publication number: JP2007325365A
Application number: JP2006150482A
Authority: JP
Inventors: Koji Konishi; 功次小西
Original assignee: Kawamura Electric Inc
Current assignee: Kawamura Electric Inc
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】系統電圧の変動により昇圧回路の出力電圧が変動しても、出力電流の歪み及びスイッチング損失を小さく抑えることができる系統連系インバータ装置を提供する。
【解決手段】昇圧制御部９は、系統電圧実効値と所定の系統電圧定格値との比を求める第１電圧比演算部１４と、この演算結果を予め設定された直流出力電圧指令値に掛ける第１掛け算部１６とを有し、第１掛け算部１６の出力値を目標値として、昇圧回路６の出力電圧によるフィードバック制御を実施すると共に、インバータ制御部１０は、系統電圧瞬時値と昇圧回路出力電圧との比を演算する第２電圧比演算部２７と、この第２電圧比演算部２７の演算値に予め設定した定数を掛ける第２掛け算部２８と、この第２掛け算部２８の演算値をＰＩ演算部１８の出力値に加算する加算部２９とを有し、この加算部２９の演算値を基にインバータ回路７の制御信号を作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池や燃料電池等の分散型電源を商用電力系統に連系させて構内負荷に電力を供給する系統連系インバータ装置に関する。

太陽電池や燃料電池等の直流の分散型電源を交流変換し、商用電力系統に連系させて構内負荷に電力を供給する系統連系インバータ装置は、昇圧回路（ＤＣ／ＤＣ変換器）、インバータ回路、フィルタ回路等で構成され、分散型電源で発電された直流電圧を昇圧回路で昇圧し、インバータ回路で櫛形状の交流電圧に変換し、フィルタ回路で正弦波状の交流電圧に平滑して系統に出力している。そして、出力電流が目標値になるようにインバータ回路の櫛形状の交流電圧を調整している。

このような系統連系インバータ装置において、高調波及び歪みの小さい波形を出力するには、フィルタ回路の時定数の他に、昇圧回路の出力電圧を系統電圧の波高値よりも十分高い電圧にしなければならない。しかし、昇圧回路の出力電圧が高くなるほど昇圧回路やインバータ回路でのスイッチング損失が増えてしまい、全体の運転効率が低下する問題があった。

そのため、連系点での商用電力系統の電圧実効値、電圧ピーク値、周波数、系統連系インバータ装置の出力電流、出力電流のピーク値等の値から直流出力電圧指令値を変化させて、昇圧回路の出力電圧を最適な値に調整して歪みや損失を抑える系統連系インバータ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３９９３１号公報

系統電圧は、負荷の影響や電力系統の電力需要状況により絶えず変動するため、上記昇圧回路の出力電圧を連系点での電圧等によりフィードバック制御する特許文献１の構成は、昇圧回路の出力電圧がそれに従い変動する事になる。しかし、インバータ回路は、昇圧回路の出力電圧を基に交流電圧を作成して出力するため、昇圧回路の出力電圧の変動分をインバータ回路の制御で吸収できない場合は作成した交流電圧波形に歪みが生じ、系統に出力される電流に歪みが生じたり、直流分が重畳する問題があった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、系統電圧の変動により昇圧回路の出力電圧が変動しても、出力電流の歪み及びスイッチング損失を小さく抑えることができる系統連系インバータ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、入力された直流電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、変換した交流電圧を平滑化するフィルタ回路と、前記昇圧回路を制御する昇圧制御部と、前記インバータ回路を制御して商用電力系統との連系点に出力する電力を制御するインバータ制御部とを有する系統連系インバータ装置において、前記昇圧制御部は、系統電圧値と所定の系統電圧定格値との比を求める第１電圧比演算部と、予め設定された直流出力電圧指令値に前記第１電圧比演算部の演算値を掛ける第１掛け算部とを有し、前記第１掛け算部の出力値を目標値として、前記昇圧回路の出力電圧によるフィードバック制御を実施すると共に、前記インバータ制御部は、連系点への出力電流によるフィードバック制御を実施するためのＰＩ演算部と、系統電圧瞬時値と前記昇圧回路の出力電圧との比を演算する第２電圧比演算部と、この第２電圧比演算部の演算値に予め設定した定数を掛ける第２掛け算部と、この第２掛け算部の演算値を前記ＰＩ演算部の出力に加算する加算部とを有し、この加算部の演算値を基に前記インバータ回路を制御するＰＷＭ信号を作成することを特徴とする。

この構成により、系統電圧の変動に応じて昇圧回路の出力電圧を変化させると共に、インバータ制御部のフィードバック制御を実施するＰＩ演算出力値を系統電圧瞬時値と昇圧回路出力電圧の比で補正するので、昇圧回路出力電圧が変化しても系統電圧にほぼ等しい電圧をインバータ回路から出力させることが可能となる。そのため、ＰＩ演算部はリアクトル電流を目標通り流すための制御のみを負うだけとなって制御量を削減でき、より正確な制御が実施できるようになる。結果、出力電流のピーク付近での歪みを防ぎ、且つ昇圧回路とインバータ回路のスイッチング損失を少なくできる。

本発明によれば、ＰＩ演算はリアクトル電流を目標通り流すための制御のみを負うだけとなって制御量を削減でき、より正確な制御が実施できるようになる。結果、出力電流のピーク付近での歪みを防ぎ、且つ昇圧回路とインバータ回路のスイッチング損失を少なくできる。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る系統連系インバータ装置の一例を示す回路ブロック図であり、１は燃料電池等の直流電源、２は商用電力系統、３は負荷、４は系統連系インバータ装置を示している。そして、系統連系インバータ装置４は、発電電圧を昇圧する昇圧回路６、交流波形に変換するインバータ回路７、波形を平滑するフィルタ回路８、昇圧回路６を制御する昇圧制御部９、インバータ回路７を制御するインバータ制御部１０、系統電圧の実効値を演算する実効値演算部１１を備えている。

昇圧回路６は、入力コンデンサＣ１、リアクトルＬ１、ＩＧＢＴ等から成る半導体スイッチＱ１、ダイオードＤ１、出力コンデンサＣ２で構成され、直流電源１から送出された直流電力を入力コンデンサＣ１に蓄え、半導体スイッチＱ１をオン／オフすることで生じるリアクトルＬ１のエネルギーを出力コンデンサＣ２に充電して昇圧動作する。

インバータ回路７は、４個のＩＧＢＴ等から成る半導体スイッチＱ２，Ｑ２・・をブリッジ接続して構成され、半導体スイッチＱ２を交互に動作させることで、矩形波、櫛形状の交流電圧を生成する。そして、フィルタ回路８は、２個のリアクトルＬ２，Ｌ２とコンデンサＣ３で構成され、インバータ回路７から出力される櫛形状の交流電圧を平滑して正弦波の交流電圧を出力している。

尚、実効値演算部１１は、系統電圧の瞬時値（Ｖａｃ´）を等間隔でサンプリングして数１に示す演算を実施して実効値（Ｖａｃ）を求め、昇圧制御部９に出力する。

但し、ｎは系統電圧１サイクル間でのサンプリング数である。

昇圧制御部９は、図２に示すブロック図のように構成され、系統電圧実効値Ｖａｃを系統電圧定格値１３で割る第１電圧比演算部１４、この演算結果を予め設定された直流出力電圧指令値１５に掛ける第１掛け算部１６、フィードバック制御を実施するための減算部１７、ＰＩ演算部１８、三角波生成部１９、昇圧回路６の半導体スイッチＱ１を駆動するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部２０を備えている。そして、実効値演算部１１からの系統電圧実効値Ｖａｃ、昇圧回路６の出力電圧Ｖｄｃ情報を受けて昇圧回路６の制御信号を生成している。

具体的に昇圧制御部９の制御の流れを説明すると、系統電圧実効値Ｖａｃと所定の系統電圧定格値の比を求め、この比により出力電圧指令値を随時補正して出力電圧目標値を設定する。この操作により、系統電圧の変動に応じて昇圧回路の出力電圧目標値は変動する。
そして、出力電圧目標値と昇圧回路出力電圧瞬時値Ｖｄｃの差を求め、この差が０になるようにＰＩ演算を行いフィードバック制御を実施し、ＰＩ演算出力値を基に昇圧回路６のスイッチング素子Ｑ１を制御するＰＷＭ信号を生成する。

インバータ制御部１０は、図３に示すブロック図のように構成され、系統電圧のゼロクロス点を検出するゼロ点検出部２１、ＰＬＬ信号を生成するＰＬＬ部２２、正弦波基準信号生成部２３、出力電流目標値を求めるための掛け算部２４、フィードバック制御を実施するための減算部２５、ＰＩ演算部２６、系統電圧瞬時値Ｖａｃ´を昇圧回路出力電圧瞬時値Ｖｄｃで割る第２電圧比演算部２７、定数Ｋを乗算する第２掛け算部２８、ＰＩ演算値を補正するための加算部２９、三角波生成部３０、スイッチング素子Ｑ２を駆動するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部３１を備えている。そして、系統電圧瞬時値Ｖａｃ´、リアクトル出力電流瞬時値ＩＬ、昇圧回路出力電圧Ｖｄｃの情報を受けてインバータ回路７の制御信号を生成している。

具体的にインバータ制御部１０の制御の流れを説明すると、先ず系統電圧のゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点を基準にＰＬＬ信号を作成する。そして、このＰＬＬ信号を基に系統電圧位相と同期した正弦波基準信号を作成し、予め設定された出力電流指令値３２と掛け算され、出力電流目標の瞬時値を作成する。更に、この出力電流目標の瞬時値から、リアクトル出力電流ＩＬの瞬時値を減算し、減算値が０となるようにＰＩ演算を行いフィードバック制御を実施する。
一方、系統電圧瞬時値Ｖａｃ´を昇圧部出力電圧Ｖｄｃで割り算して比を求め、定数Ｋを掛けてＰＩ演算値に加算して、ＰＩ演算値を補正する。そして、この補正値を三角波と比較してインバータ回路７の４個の半導体スイッチＱ２，Ｑ２・・を駆動するＰＷＭ信号を生成する。
尚、定数Ｋは、フィルタ回路８のリアクトルＬ２や、インバータ回路７の半導体スイッチＱ２での電圧損失分を補正するための定数である。

このように、系統電圧の変動に応じて昇圧回路の出力電圧を変化させると共に、インバータ制御部のフィードバック制御を実施するＰＩ演算出力値を系統電圧瞬時値と昇圧回路出力電圧の比で補正するので、昇圧回路出力電圧が変化しても系統電圧にほぼ等しい電圧をインバータ回路から出力させることが可能となる。そのため、ＰＩ演算部はリアクトル電流を目標通り流すための制御のみを負うだけとなって制御量を削減でき、より正確な制御が実施できるようになる。結果、出力電流のピーク付近での歪みを防ぎ、且つ昇圧回路とインバータ回路のスイッチング損失を少なくできる。

尚、上記実施形態における昇圧制御部９、インバータ制御部１０の各ブロックの動作、及び演算処理は、ＣＰＵやＤＳＰで実施される。

本発明に係る系統連系インバータ装置の実施形態の一例を示す回路ブロック図である。図１の昇圧制御部のブロック図である。図１のインバータ制御部のブロック図である。

符号の説明

１・・直流電源、２・・商用電力系統、３・・負荷、４・・系統連系インバータ装置、６・・昇圧回路、７・・インバータ回路、８・・フィルタ回路、９・・昇圧制御部、１０・・インバータ制御部、１１・・実効値演算部、１４・・第１電圧比演算部、１６・・第１掛け算部、１７・・減算部、１８・・ＰＩ演算部、２０・・ＰＷＭ信号生成部、２７・・第２電圧比演算部、２８・・第２掛け算部、２９・・加算部、３１・・ＰＷＭ信号生成部。

Claims

入力された直流電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、変換した交流電圧を平滑化するフィルタ回路と、前記昇圧回路を制御する昇圧制御部と、前記インバータ回路を制御して商用電力系統との連系点に出力する電力を制御するインバータ制御部とを有する系統連系インバータ装置において、
前記昇圧制御部は、系統電圧値と所定の系統電圧定格値との比を求める第１電圧比演算部と、予め設定された直流出力電圧指令値に前記第１電圧比演算部の演算値を掛ける第１掛け算部とを有し、前記第１掛け算部の出力値を目標値として、前記昇圧回路の出力電圧によるフィードバック制御を実施すると共に、
前記インバータ制御部は、連系点への出力電流によるフィードバック制御を実施するためのＰＩ演算部と、系統電圧瞬時値と前記昇圧回路の出力電圧との比を演算する第２電圧比演算部と、この第２電圧比演算部の演算値に予め設定した定数を掛ける第２掛け算部と、この第２掛け算部の演算値を前記ＰＩ演算部の出力に加算する加算部とを有し、この加算部の演算値を基に前記インバータ回路を制御するＰＷＭ信号を作成することを特徴とする系統連系インバータ装置。