JP2009165265A - Power converter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter in which a first single-phase inverter 2 for inputting a DC voltage generated by a solar cell 1 is connected in series with a second single-phase inverter 4 for DC-inputting a second capacitor 5 so as to output AC power as the total sum of the respective generated voltages, capable of suppressing a voltage rise in the second capacitor 5 when a load 7 changes suddenly. <P>SOLUTION: When a voltage command 13a generated according to the voltage of the load 7 exceeds specified voltage threshold values 14, 15, by outputting voltage from the first single-phase inverter 2, the first single-phase inverter 2 outputs one pulse voltage in a half period and the second single-phase inverter 4 outputs the difference by PWM control. When the voltage of the second capacitor 5 becomes a predetermined voltage value 26 or higher, the specified voltage threshold values 14, 15 are changed to voltage threshold values 17, 18 of which absolute values are increased. Therefore, the amount of power output from the first single-phase inverter 2 is reduced to increase the discharged capacity of the second capacitor 5 through the second single-phase inverter 4. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関し、特に分散電源を系統に連系するパワーコンディショナ等に用いる電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device that converts DC power into AC power, and more particularly to a power conversion device that is used in a power conditioner or the like that connects a distributed power source to a system.

従来のパワーコンディショナでは、太陽電池である分散電源から昇圧して生成した第1の直流電源を入力とする第1の単相インバータと、第1の直流電源より低電圧の第2の直流電源を入力とする第2の単相インバータとの交流側を直列に接続して、各単相インバータの発生電圧の総和にて出力電圧を得る。また、第2の単相インバータを介した第2の直流電源の放電と充電とによる総変動電力量が略0になるように制御する(例えば、特許文献1参照)。   In a conventional power conditioner, a first single-phase inverter that receives a first DC power source generated by boosting from a distributed power source that is a solar cell, and a second DC power source having a lower voltage than the first DC power source. Is connected in series with the second single-phase inverter having the input as the input, and the output voltage is obtained by the sum of the voltages generated by the single-phase inverters. In addition, control is performed so that the total fluctuating power amount due to discharging and charging of the second DC power supply via the second single-phase inverter becomes substantially zero (see, for example, Patent Document 1).

特開2006−238628号公報JP 2006-238628 A

上記のような電力変換装置では、第2の直流電源を入力とする第2の単相インバータは、全体の出力目標電圧と第1の単相インバータの出力との差分を補うように出力され、このとき、第2の単相インバータの電力収支が1周期で略0となるように制御される。しかしながら、負荷(系統)の電圧が瞬低などにより急に低下すると、電力変換装置の出力目標電圧もそれに応じて低下し、第2の単相インバータの電力収支を1周期で略0とする制御ができず、第2の直流電源を充電する状態の方が多くなる。第2の直流電源にコンデンサを用いる場合には、過充電によりコンデンサに印加される電圧が増大するものであった。   In the power converter as described above, the second single-phase inverter that receives the second DC power supply is output so as to compensate for the difference between the overall output target voltage and the output of the first single-phase inverter, At this time, the power balance of the second single-phase inverter is controlled so as to be substantially zero in one cycle. However, when the voltage of the load (system) suddenly decreases due to a momentary drop or the like, the output target voltage of the power converter also decreases accordingly, and the power balance of the second single-phase inverter is controlled to be substantially zero in one cycle. However, the state where the second DC power supply is charged is increased. When a capacitor is used for the second DC power supply, the voltage applied to the capacitor increases due to overcharging.

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、負荷(系統)の電圧が急変しても、第2の単相インバータの直流電源を構成するコンデンサが過充電状態となるのを回避し、安定したコンデンサ電圧を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and even if the load (system) voltage suddenly changes, the capacitor constituting the DC power supply of the second single-phase inverter is excessive. The object is to obtain a stable capacitor voltage by avoiding a charged state.

この発明による電力変換装置は、第1の直流電源と、該第1の直流電源から電力供給される第1のコンデンサの直流電力を交流電力に変換する第1の単相インバータの交流側、および上記第1のコンデンサより低電圧の第2のコンデンサの直流電力を交流電力に変換する第2の単相インバータの交流側を直列接続し、上記第1、第2の単相インバータの各発生電圧の総和により電圧を出力するインバータ部と、負荷に応じて生成された電圧指令に基づき、上記第2の単相インバータを上記第1のインバータより多パルスで出力するように上記インバータ部を制御する制御部とを備える。そして、上記制御部は上記第2の単相インバータの半周期あるいは1周期での出力電力収支が略0となるように上記インバータ部を制御すると共に、上記第2のコンデンサの電圧が予め設定された所定の電圧値以上になると、上記第1の単相インバータからの出力電力量を減少させるものである。   A power conversion device according to the present invention includes a first DC power source, an AC side of a first single-phase inverter that converts DC power of a first capacitor supplied with power from the first DC power source into AC power, and The AC side of the second single-phase inverter that converts the DC power of the second capacitor having a lower voltage than the first capacitor into AC power is connected in series, and the generated voltages of the first and second single-phase inverters are connected. The inverter unit that outputs a voltage based on the sum of the two and the inverter unit is controlled so that the second single-phase inverter is output in multiple pulses from the first inverter based on a voltage command generated according to the load. And a control unit. The control unit controls the inverter unit so that the output power balance in the half cycle or one cycle of the second single-phase inverter is substantially zero, and the voltage of the second capacitor is preset. When the voltage exceeds a predetermined voltage value, the amount of output power from the first single-phase inverter is reduced.

この発明による電力変換装置は、第2のコンデンサの電圧が所定の電圧値以上になると、第1の単相インバータからの出力電力量を減少させるため、負荷の電圧急変により電圧指令が急に低下しても、第2のコンデンサの充電量が増大するのを速やかに抑制でき、過充電状態となるのが回避できる。このため第2のコンデンサの電圧を安定化できる。   In the power conversion device according to the present invention, when the voltage of the second capacitor becomes equal to or higher than a predetermined voltage value, the output electric power from the first single-phase inverter is decreased, so that the voltage command is suddenly lowered due to a sudden change in the voltage of the load. Even so, an increase in the charge amount of the second capacitor can be quickly suppressed, and an overcharge state can be avoided. For this reason, the voltage of the second capacitor can be stabilized.

実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1による電力変換装置(以下、パワーコンディショナと称す)を図に基づいて説明する。
図1は、この発明の実施の形態1によるパワーコンディショナを示す概略構成図である。図1に示すように、複数(この場合2個)の第1、第2の単相インバータ2、4の交流側を直列に接続してインバータ部を構成する。各単相インバータ2、4は、ダイオードを逆並列に接続した複数個のIGBT等の自己消弧型半導体スイッチング素子(図示せず)で構成され、第1の単相インバータ2の一方の交流端子40aを第2の単相インバータ4の一方の交流端子41aに接続し、他方の交流端子40b、41bを出力フィルタ6に接続する。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a power conversion apparatus (hereinafter referred to as a power conditioner) according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a power conditioner according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the inverter part is configured by connecting the alternating current sides of a plurality (two in this case) of first and second single-phase inverters 2 and 4 in series. Each single-phase inverter 2, 4 is composed of a plurality of self-extinguishing semiconductor switching elements (not shown) such as IGBTs having diodes connected in antiparallel, and one AC terminal of the first single-phase inverter 2 40 a is connected to one AC terminal 41 a of the second single-phase inverter 4, and the other AC terminals 40 b and 41 b are connected to the output filter 6.

また、第1の単相インバータ2の入力となる第1のコンデンサ3は、第1の直流電源としての太陽光パネル1(以下、太陽電池1と称す)から充電される。第2の単相インバータ4の入力となる第2のコンデンサ5は、独立の直流電源として備えられ、第1のコンデンサ3の電圧V1は、第2のコンデンサ5の電圧V2よりも高くなるように設定される。これら第1、第2のコンデンサ3、5の電圧V1、V2は、それぞれ電圧検出器8、9にて検出されて検出信号が制御部10に入力される。制御部10では、第1、第2の単相インバータ2、4をそれぞれ制御するための制御信号11、12を生成して出力する。各単相インバータ2、4は出力として正負、ゼロのいずれかの電圧を発生することができ、インバータ部は、これらの発生電圧を組み合わせた総和としての電圧を出力する。この出力電圧は出力フィルタ6により平滑され、交流電圧Voutを系統(負荷)7に供給する。 The first capacitor 3 serving as the input of the first single-phase inverter 2 is charged from a solar panel 1 (hereinafter referred to as a solar cell 1) as a first DC power source. The second capacitor 5 serving as the input of the second single-phase inverter 4 is provided as an independent DC power supply, so that the voltage V1 of the first capacitor 3 is higher than the voltage V2 of the second capacitor 5. Is set. The voltages V1 and V2 of the first and second capacitors 3 and 5 are detected by voltage detectors 8 and 9, respectively, and detection signals are input to the control unit 10. The control unit 10 generates and outputs control signals 11 and 12 for controlling the first and second single-phase inverters 2 and 4, respectively. Each of the single-phase inverters 2 and 4 can generate a positive or negative voltage or zero as an output, and the inverter unit outputs a voltage as a total sum of these generated voltages. This output voltage is smoothed by the output filter 6 and the alternating voltage Vout is supplied to the system (load) 7.

次に、このパワーコンディショナの動作について説明する。パワーコンディショナおよび各単相インバータ2、4の出力電圧、出力電流の波形を図2に示す。13はパワーコンディショナの出力電圧、16は第1の単相インバータ2の出力電圧、20は第2の単相インバータ4の出力電圧、21はパワーコンディショナの出力電流を示す波形である。また、14、15は、第1の単相インバータ2が出力するタイミングに使用される、絶対値の等しい正および負の電圧閾値である。
系統7に接続されたパワーコンディショナの出力電圧13は系統電圧の波形に略等しく、この出力電圧13は、第1の単相インバータ2の出力電圧16と第2の単相インバータ4の出力電圧20の和で生成される。実際の制御では、パワーコンディショナの電圧指令13aが系統電圧に略等しい電圧で生成され、この電圧指令13aに基づいて第1、第2の単相インバータ2、4が制御される。
Next, the operation of this power conditioner will be described. The waveforms of the output voltage and output current of the power conditioner and each single-phase inverter 2, 4 are shown in FIG. Reference numeral 13 denotes an output voltage of the power conditioner, 16 denotes an output voltage of the first single-phase inverter 2, 20 denotes an output voltage of the second single-phase inverter 4, and 21 denotes a waveform indicating an output current of the power conditioner. Reference numerals 14 and 15 denote positive and negative voltage thresholds having the same absolute value, which are used for the timing output by the first single-phase inverter 2.
The output voltage 13 of the power conditioner connected to the system 7 is substantially equal to the waveform of the system voltage. The output voltage 13 is the output voltage 16 of the first single-phase inverter 2 and the output voltage of the second single-phase inverter 4. The sum of 20 is generated. In actual control, the voltage command 13a of the power conditioner is generated with a voltage substantially equal to the system voltage, and the first and second single-phase inverters 2 and 4 are controlled based on the voltage command 13a.

図2(a)に示すように、第1の単相インバータ2は、電圧指令13aが電圧閾値14、15を超えるとき出力する。即ち、第1の単相インバータ2は、電圧指令13aが電圧閾値14より高い時に正の電圧パルスを出力し、電圧指令13aが電圧閾値15より低い時に負の電圧パルスを出力し、半周期に1パルスの出力電圧16となる。そして、図2(b)に示すように、電圧指令13aと第1の単相インバータ2の出力電圧16との差分を補うように第2の単相インバータ4から出力電圧20が出力される。この出力電圧20は、波形形状が複雑であり、この場合PWM制御により出力される。   As shown in FIG. 2A, the first single-phase inverter 2 outputs when the voltage command 13 a exceeds the voltage thresholds 14 and 15. That is, the first single-phase inverter 2 outputs a positive voltage pulse when the voltage command 13a is higher than the voltage threshold value 14, and outputs a negative voltage pulse when the voltage command 13a is lower than the voltage threshold value 15. The output voltage 16 is 1 pulse. Then, as shown in FIG. 2B, the output voltage 20 is output from the second single-phase inverter 4 so as to compensate for the difference between the voltage command 13a and the output voltage 16 of the first single-phase inverter 2. The output voltage 20 has a complicated waveform shape and is output by PWM control in this case.

次に、第2の単相インバータ4の直流入力となる第2のコンデンサ5のエネルギ収支について説明する。
図3は第2のコンデンサ5のエネルギ収支を示した図である。第2のコンデンサ5は第2の単相インバータ4を介して充放電され、そのエネルギ収支は、第2の単相インバータ4の出力電力量にて示される。即ち、パワーコンディショナの出力電流21と第2の単相インバータ4の出力電圧20とより第2の単相インバータ4の瞬時電力を求め、その瞬時電力を時間積分した瞬時電力積算値(出力電力量)にて第2のコンデンサ5のエネルギ収支を示す。
第2のコンデンサ5は独立した直流電源であり、通常のパワーコンディショナの運転では、通常時エネルギ収支22が示すように、半周期あるいは1周期でエネルギ収支が略0になるように制御される。即ち、半周期あるいは1周期で出力電力量が略0になるように第2の単相インバータ4が制御される。
Next, the energy balance of the second capacitor 5 serving as the DC input of the second single-phase inverter 4 will be described.
FIG. 3 is a diagram showing the energy balance of the second capacitor 5. The second capacitor 5 is charged / discharged via the second single-phase inverter 4, and the energy balance is indicated by the output power amount of the second single-phase inverter 4. That is, the instantaneous power of the second single-phase inverter 4 is obtained from the output current 21 of the power conditioner and the output voltage 20 of the second single-phase inverter 4, and the instantaneous power integrated value (output power) obtained by time-integrating the instantaneous power. (Quantity) indicates the energy balance of the second capacitor 5.
The second capacitor 5 is an independent DC power source, and is controlled so that the energy balance becomes almost zero in a half cycle or one cycle as shown by the normal energy balance 22 in the normal operation of the power conditioner. . That is, the second single-phase inverter 4 is controlled so that the output power amount becomes substantially zero in a half cycle or one cycle.

第2の単相インバータ4の出力電力量を略0とするように制御するのは、第1の単相インバータ2の出力を決定するための電圧閾値14、15を適切に設定することにより達成できる。この電圧閾値14、15は、予め設定して用いても良いが、例えば、直前の半周期あるいは1周期の第2の単相インバータ4の出力電力量やパワーコンディショナの出力電圧13あるいは系統電圧から演算して随時改訂すると、第2の単相インバータ4の通常時の出力電力量が略0となるように高精度に制御できる。
図4は、第2のコンデンサ5の電圧変化を示す図である。通常のパワーコンディショナの運転では、第2のコンデンサ5のエネルギ収支が略0になるため、第2のコンデンサ5の電圧は、通常時コンデンサ電圧24が示すように、半周期毎あるいは1周期毎にみると変化しない。例えば、210Vrmsの系統電圧に4kWの電力をパワーコンディショナから出力し、0から2πまでパワーコンディショナを動作させると、第2のコンデンサ5の電圧は140Vで始まり、140Vで終了する。
Controlling the output power amount of the second single-phase inverter 4 to be substantially zero is achieved by appropriately setting the voltage thresholds 14 and 15 for determining the output of the first single-phase inverter 2. it can. The voltage thresholds 14 and 15 may be set and used in advance. For example, the output power amount of the second single-phase inverter 4 in the immediately preceding half cycle or one cycle, the output voltage 13 of the power conditioner, or the system voltage If it is calculated from the above and revised as needed, it can be controlled with high accuracy so that the normal output power amount of the second single-phase inverter 4 becomes substantially zero.
FIG. 4 is a diagram illustrating a voltage change of the second capacitor 5. In the normal operation of the power conditioner, the energy balance of the second capacitor 5 is substantially 0. Therefore, the voltage of the second capacitor 5 is set every half cycle or every cycle as indicated by the normal capacitor voltage 24. If you look at it, it will not change. For example, when 4 kW of power is output from the power conditioner to the system voltage of 210 Vrms and the power conditioner is operated from 0 to 2π, the voltage of the second capacitor 5 starts at 140 V and ends at 140 V.

ところで、系統7の電圧が瞬低などにより急に低下すると、パワーコンディショナの電圧指令13aもそれに応じて低下するが、第1の単相インバータ2の出力を決定するための電圧閾値14、15は変化しない。電圧閾値14、15が演算により改訂される場合も、遅れて改訂されるため直ぐには変化しない。そして、電圧指令13aと第1の単相インバータ2の出力電圧16との差分を補うように第2の単相インバータ4から電圧を出力すると、第2のコンデンサ5のエネルギ収支は充電過多に変わり、第2のコンデンサ5の電圧が増大する。   By the way, when the voltage of the system 7 is suddenly lowered due to a momentary drop or the like, the voltage command 13a of the power conditioner is also lowered accordingly. Does not change. Even when the voltage thresholds 14 and 15 are revised by calculation, the voltage thresholds 14 and 15 do not change immediately because they are revised later. When the voltage is output from the second single-phase inverter 4 so as to compensate for the difference between the voltage command 13a and the output voltage 16 of the first single-phase inverter 2, the energy balance of the second capacitor 5 changes to excessive charge. The voltage of the second capacitor 5 increases.

この実施の形態では、第2のコンデンサ5の通常時の電圧範囲以上である所定の電圧値26を予め設定し、第2のコンデンサ5の電圧が増大して所定の電圧値26以上になると、第2のコンデンサ5が充電過多になるのを抑制し第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制する制御を行うが、この制御の詳細については後述する。ここでは、系統7の電圧急変の場合に、電圧閾値14、15が変化せず第1の単相インバータ2の出力が同様に継続する場合の例を比較例として以下に示す。例えば、210Vrmsの系統電圧に4kWの電力をパワーコンディショナから出力中に、瞬時に系統電圧が180Vrmsに変わった場合、第2のコンデンサ5のエネルギ収支は、図3の比較例エネルギ収支23が示すように、充電過多の状態になる。この場合、0から2πまでパワーコンディショナを動作させた時の第2のコンデンサ5の電圧は、図4の比較例コンデンサ電圧25が示すように、140Vで始まり160V程度まで上昇する。   In this embodiment, when the predetermined voltage value 26 that is equal to or higher than the normal voltage range of the second capacitor 5 is set in advance, and the voltage of the second capacitor 5 increases to become the predetermined voltage value 26 or higher, Control for suppressing the second capacitor 5 from being overcharged and suppressing the voltage rise of the second capacitor 5 is performed. Details of this control will be described later. Here, an example in which the voltage thresholds 14 and 15 do not change and the output of the first single-phase inverter 2 continues similarly in the case of a sudden voltage change in the grid 7 is shown as a comparative example. For example, when the system voltage is instantaneously changed to 180 Vrms while outputting 4 kW of power to the system voltage of 210 Vrms from the power conditioner, the energy balance of the second capacitor 5 is shown by the comparative example energy balance 23 in FIG. Thus, it will be in an overcharged state. In this case, when the power conditioner is operated from 0 to 2π, the voltage of the second capacitor 5 starts at 140V and increases to about 160V as indicated by the comparative capacitor voltage 25 in FIG.

次に、第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制する制御について以下に詳述する。
第1、第2のコンデンサ5の電圧は電圧検出器8、9で検出され、その検出信号は制御部10に入力される。制御部10では、第1、第2の単相インバータ2、4をそれぞれ制御するための制御信号11、12を生成して出力する。また制御部10は、第2のコンデンサ5の通常時の電圧範囲以上で予め設定された所定の電圧値26を保持し、第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になると、直ちに第2の単相インバータ4を以下に示す制御により出力負担を増加させ、第2のコンデンサ5の放電量を増大させエネルギ収支を充電過多から放電過多へ変更する。
Next, the control for suppressing the voltage rise of the second capacitor 5 will be described in detail below.
The voltages of the first and second capacitors 5 are detected by voltage detectors 8 and 9, and the detection signals are input to the control unit 10. The control unit 10 generates and outputs control signals 11 and 12 for controlling the first and second single-phase inverters 2 and 4, respectively. Further, the control unit 10 holds a predetermined voltage value 26 that is preset in the normal voltage range of the second capacitor 5, and immediately when the voltage of the second capacitor 5 becomes equal to or higher than the predetermined voltage value 26. The output load of the second single-phase inverter 4 is increased by the following control, the amount of discharge of the second capacitor 5 is increased, and the energy balance is changed from excessive charge to excessive discharge.

第2の単相インバータ4の出力負担を増加させて、第2のコンデンサ5の放電量を増大させる制御を、図5に示す電圧波形図に基づいて説明する。図5(a)は第1の単相インバータ2の出力電圧波形を示し、図5(b)は第2の単相インバータ4の出力電圧波形を示す。
図5(a)に示すように、第1の単相インバータ2は電圧指令13aが設定された電圧閾値を超えるとき出力する。第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になると、直ちに通常時の電圧閾値14、15を絶対値が大きな電圧閾値17、18に強制的に変更する。第1の単相インバータ2は半周期に1パルスの電圧を出力するが、電圧閾値の変更により、通常時の電圧閾値14、15に基づく出力電圧16から、電圧閾値17、18に基づく、パルス幅の短い出力電圧19に移行し、第1の単相インバータ2の出力電力量が減少する。なお、出力電圧と出力電流とは同位相とする。
Control for increasing the output load of the second single-phase inverter 4 and increasing the discharge amount of the second capacitor 5 will be described based on the voltage waveform diagram shown in FIG. 5A shows the output voltage waveform of the first single-phase inverter 2, and FIG. 5B shows the output voltage waveform of the second single-phase inverter 4.
As shown in FIG. 5A, the first single-phase inverter 2 outputs when the voltage command 13a exceeds a set voltage threshold. As soon as the voltage of the second capacitor 5 reaches a predetermined voltage value 26 or more, the normal voltage thresholds 14 and 15 are forcibly changed to voltage thresholds 17 and 18 having large absolute values. The first single-phase inverter 2 outputs a voltage of one pulse in a half cycle, but the pulse based on the voltage thresholds 17 and 18 is changed from the output voltage 16 based on the normal voltage thresholds 14 and 15 by changing the voltage threshold. The output voltage 19 shifts to a short output voltage 19 and the output power amount of the first single-phase inverter 2 decreases. Note that the output voltage and the output current have the same phase.

図5(b)に示すように、第2の単相インバータ4は、電圧指令13aと第1の単相インバータ2の出力電圧との差分を補うようにPWM制御により出力する。第1の単相インバータ2が、パルス幅の短い出力電圧19に移行して出力電力量が減少するため、第2の単相インバータ4は、出力電圧20から出力電圧27に移行して出力電力量が増大する。ここで、0からπまでは、第2の単相インバータ4の出力電圧が正の時、第2のコンデンサ5は放電状態であり、πから2πでは第2の単相インバータ4の出力電圧が負極の時、第2のコンデンサ5は放電状態である。   As shown in FIG. 5B, the second single-phase inverter 4 outputs the PWM command so as to compensate for the difference between the voltage command 13a and the output voltage of the first single-phase inverter 2. Since the first single-phase inverter 2 shifts to the output voltage 19 having a short pulse width and the output power amount decreases, the second single-phase inverter 4 shifts from the output voltage 20 to the output voltage 27 and outputs power. The amount increases. Here, from 0 to π, when the output voltage of the second single-phase inverter 4 is positive, the second capacitor 5 is in a discharged state. From π to 2π, the output voltage of the second single-phase inverter 4 is When the anode is negative, the second capacitor 5 is in a discharged state.

このため、図6に示すように、第2のコンデンサ5のエネルギ収支28は放電過多の状態になり、第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制することができる。なお、図6中の22、23は、図3と同様である。図7に、第2のコンデンサ5の電圧上昇が抑制される様子を示す。図に示すように、第2のコンデンサ5の電圧が上昇して所定の電圧値26に達した時35、それを検出して上記のように第1の単相インバータ2の出力電圧のパルス幅を短くするよう調整するため、抑制時コンデンサ電圧29が示すように第2のコンデンサ5の電圧上昇が抑制される。   For this reason, as shown in FIG. 6, the energy balance 28 of the second capacitor 5 becomes excessively discharged, and the voltage increase of the second capacitor 5 can be suppressed. 6 and 23 in FIG. 6 are the same as those in FIG. FIG. 7 shows how the voltage increase of the second capacitor 5 is suppressed. As shown in the figure, when the voltage of the second capacitor 5 rises to reach a predetermined voltage value 26, it is detected and the pulse width of the output voltage of the first single-phase inverter 2 is detected as described above. Therefore, the voltage rise of the second capacitor 5 is suppressed as indicated by the suppression capacitor voltage 29.

以上のように、第2のコンデンサ5の電圧が増大すると、第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制するようにインバータ部は制御されるが、このような制御と通常時の制御とを含めた制御部10によるインバータ部の出力制御フローを図8に基づいて以下に示す。
まず、第1の単相インバータ2が出力するための正負の電圧閾値14、15の初期値が設定される(S1)。電圧検出器8、9から第1、第2のコンデンサ3、5の電圧を取り込み(S2)、第2のコンデンサ5の電圧が予め設定された所定の電圧値26以上であるかどうか判定する(S3)。第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上である時は、電圧閾値14、15を絶対値の大きい電圧閾値17、18に変更する。このとき電圧閾値の変化量は一定であっても、また、第2のコンデンサ5の電圧と所定の電圧値26との誤差を考慮しながら変化させても良い(S4)。
次いで、系統電圧と略同一に変化する電圧指令13aと電圧閾値14(17)、15(18)とを比較し(S5)、電圧指令13aが電圧閾値14(17)、15(18)を超えるとき第1の単相インバータ2から第1のコンデンサ3の電圧を正または負で出力するように設定し(S6)、それ以外は第1の単相インバータ2から出力0となるように設定する(S7)。
As described above, when the voltage of the second capacitor 5 increases, the inverter unit is controlled so as to suppress the voltage increase of the second capacitor 5. However, such control and normal control are included. The output control flow of the inverter part by the control part 10 is shown below based on FIG.
First, initial values of positive and negative voltage thresholds 14 and 15 for output from the first single-phase inverter 2 are set (S1). The voltages of the first and second capacitors 3 and 5 are taken from the voltage detectors 8 and 9 (S2), and it is determined whether or not the voltage of the second capacitor 5 is equal to or higher than a predetermined voltage value 26 set in advance ( S3). When the voltage of the second capacitor 5 is equal to or higher than the predetermined voltage value 26, the voltage thresholds 14 and 15 are changed to voltage thresholds 17 and 18 having large absolute values. At this time, the change amount of the voltage threshold value may be constant or may be changed in consideration of an error between the voltage of the second capacitor 5 and the predetermined voltage value 26 (S4).
Next, the voltage command 13a that changes substantially the same as the system voltage is compared with the voltage threshold values 14 (17) and 15 (18) (S5), and the voltage command 13a exceeds the voltage threshold values 14 (17) and 15 (18). At this time, the first single-phase inverter 2 is set to output the voltage of the first capacitor 3 positively or negatively (S6), otherwise the first single-phase inverter 2 is set to output 0. (S7).

次いで、電圧指令13aから第1の単相インバータ2の出力電圧を減算して第2の単相インバータ4の電圧目標値を計算する(S8)。次いで、第2の単相インバータ4の出力電力量を積算して電力収支を演算する(S9)。異常が検出されると、この時点で割り込み停止処理を行う(S10)。次いで、第1、第2の単相インバータ2、4に対して各単相インバータ2、4内のスイッチング素子を駆動するための制御信号11、12を生成して出力する(S11)。
上記S2〜S11の処理を予め設定された出力電圧の規定周期(例えば半周期あるいは1周期)繰り返し、該規定周期が終了すると(S12)、s9にて積算された第2の単相インバータ4の電力収支から電圧閾値14、15を計算して設定することで電圧閾値14、15を更新し(S13)、積算された第2の単相インバータ4の電力収支の値を初期化して(S14)、s2に戻る。
Next, the voltage target value of the second single-phase inverter 4 is calculated by subtracting the output voltage of the first single-phase inverter 2 from the voltage command 13a (S8). Next, the power balance is calculated by integrating the output power amount of the second single-phase inverter 4 (S9). When an abnormality is detected, interrupt stop processing is performed at this point (S10). Next, control signals 11 and 12 for driving the switching elements in the single-phase inverters 2 and 4 are generated and output to the first and second single-phase inverters 2 and 4 (S11).
The processes of S2 to S11 are repeated for a predetermined cycle (for example, half cycle or one cycle) of a preset output voltage, and when the predetermined cycle ends (S12), the second single-phase inverter 4 integrated in s9 The voltage thresholds 14 and 15 are updated by calculating and setting the voltage thresholds 14 and 15 from the power balance (S13), and the integrated power balance value of the second single-phase inverter 4 is initialized (S14). , Return to s2.

なお、第2の単相インバータ4の出力電力量を規定周期、積算した電力収支から電圧閾値14、15を計算して設定するものを示したが、上述したように半周期あるいは1周期におけるパワーコンディショナの出力電圧13あるいは系統電圧から演算してもよい。   Although the output power amount of the second single-phase inverter 4 is set by calculating the voltage thresholds 14 and 15 from the integrated power balance in a specified period, the power in a half cycle or one cycle is described above. It may be calculated from the output voltage 13 of the conditioner or the system voltage.

この実施の形態では、第2のコンデンサ5の電圧と所定の電圧値26とを比較して、第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になると、通常時の電圧閾値14、15を絶対値が大きな電圧閾値17、18に強制的に変更する。この処理は、1周期のうちどのタイミングでも実施でき、所定の周期でエネルギ収支に基づいて電圧閾値14、15を更新する処理を待つことなく速やかに実施できる。これにより、負荷(系統)7の電圧が急変しても、第2のコンデンサ5が過充電状態となるのを回避して第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制することができる。   In this embodiment, the voltage of the second capacitor 5 is compared with a predetermined voltage value 26, and when the voltage of the second capacitor 5 becomes equal to or higher than the predetermined voltage value 26, the normal voltage thresholds 14, 15 Are forcibly changed to voltage thresholds 17 and 18 having large absolute values. This process can be performed at any timing in one period, and can be performed quickly without waiting for a process of updating the voltage thresholds 14 and 15 based on the energy balance in a predetermined period. Thereby, even if the voltage of the load (system) 7 changes suddenly, it is possible to prevent the second capacitor 5 from being overcharged and suppress the voltage increase of the second capacitor 5.

なお、電圧閾値14、15に、予め設定された固定の値を用いる場合は、第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になり絶対値が大きな電圧閾値17、18に変更した後、所定の期間後に元の電圧閾値14、15に戻す、あるいは第2のコンデンサ5の電圧の下限値を設定し、第2のコンデンサ5の電圧が下限値以下になると元の電圧閾値14、15に戻すようにしても良い。この場合も、速やかに第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制することができ、同様の効果が得られる。   In addition, when using a preset fixed value for the voltage thresholds 14 and 15, after the voltage of the second capacitor 5 becomes equal to or higher than the predetermined voltage value 26 and the absolute value is changed to the voltage thresholds 17 and 18 Return to the original voltage thresholds 14 and 15 after a predetermined period, or set the lower limit value of the voltage of the second capacitor 5, and when the voltage of the second capacitor 5 falls below the lower limit value, the original voltage threshold values 14 and 15 You may make it return to. Also in this case, the voltage rise of the second capacitor 5 can be quickly suppressed, and the same effect can be obtained.

また、上記実施の形態では、第1の単相インバータ2は電圧指令13aが設定された電圧閾値を超えるとき出力するようにしたため、電圧閾値の絶対値を大きくすることで容易に半周期に1パルスの電圧パルスの幅を短くして第1の単相インバータ2の出力電力量が減少できるが、第1の単相インバータ2の出力電圧のパルス幅の調整を他の方法で行うものでも良い。その場合も、第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になると、通常時の第1の単相インバータ2の出力電圧のパルス幅を短くするように調整することで、速やかに第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制することができる。   Further, in the above embodiment, the first single-phase inverter 2 is output when the voltage command 13a exceeds the set voltage threshold value. Therefore, by increasing the absolute value of the voltage threshold value, the first single-phase inverter 2 can be easily set to 1 in a half cycle. Although the output voltage of the first single-phase inverter 2 can be reduced by shortening the width of the voltage pulse of the pulse, the pulse width of the output voltage of the first single-phase inverter 2 may be adjusted by other methods. . Even in this case, when the voltage of the second capacitor 5 becomes equal to or higher than the predetermined voltage value 26, the first output voltage of the first single-phase inverter 2 is adjusted so as to shorten the pulse width of the output voltage of the first single-phase inverter 2 at a normal time. The voltage increase of the second capacitor 5 can be suppressed.

実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2による電力変換装置(以下、パワーコンディショナと称す)を図9に基づいて説明する。
図9に示すように、太陽電池1の後段に電圧調整回路30を設けて、太陽電池1の電圧を所望の電圧に調整して第1のコンデンサ3に出力する。この電圧調整回路30は電圧を上昇させる昇圧回路31aと下降させる降圧回路31bとで構成され、必要に応じて太陽電池1の電圧を昇圧あるいは降圧する。制御部10は、第1、第2の単相インバータ2、4をそれぞれ制御するための制御信号11、12を生成して出力すると共に、電圧調整回路30に対し電圧調整信号32を出力する。その他の構成は、図1で示した上記実施の形態1のものと同様である。
Embodiment 2. FIG.
Next, a power conversion device (hereinafter referred to as a power conditioner) according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 9, a voltage adjustment circuit 30 is provided at the subsequent stage of the solar cell 1 to adjust the voltage of the solar cell 1 to a desired voltage and output it to the first capacitor 3. The voltage adjusting circuit 30 is composed of a booster circuit 31a for increasing the voltage and a step-down circuit 31b for decreasing the voltage, and boosts or steps down the voltage of the solar cell 1 as necessary. The control unit 10 generates and outputs control signals 11 and 12 for controlling the first and second single-phase inverters 2 and 4, respectively, and outputs a voltage adjustment signal 32 to the voltage adjustment circuit 30. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

次に、このパワーコンディショナの動作について説明する。
第1、第2のコンデンサ5の電圧は電圧検出器8、9で検出され、その検出信号は制御部10に入力される。制御部10では、第1、第2の単相インバータ2、4をそれぞれ制御するための制御信号11、12を生成して出力する。また制御部10は、第2のコンデンサ5の通常時の電圧範囲以上で予め設定された所定の電圧値26を保持し、第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になると、直ちに電圧調整回路30に対し電圧調整信号32を出力する。
系統7に接続されたパワーコンディショナは、電圧指令13aが系統電圧に略等しい電圧で生成され、この電圧指令13aに基づいて第1、第2の単相インバータ2、4が制御される。通常時には、上記実施の形態1と同様に、第1の単相インバータ2は電圧指令13aが電圧閾値14、15を超えるとき出力する。即ち、第1の単相インバータ2は、電圧指令13aが電圧閾値14より高い時に正の電圧パルスを出力し、電圧指令13aが電圧閾値15より低い時に負の電圧パルスを出力し、半周期に1パルスの出力電圧16となる。そして、電圧指令13aと第1の単相インバータ2の出力電圧16との差分を補うように第2の単相インバータ4からPWM制御により出力電圧20が出力される(図2参照)。
Next, the operation of this power conditioner will be described.
The voltages of the first and second capacitors 5 are detected by voltage detectors 8 and 9, and the detection signals are input to the control unit 10. The control unit 10 generates and outputs control signals 11 and 12 for controlling the first and second single-phase inverters 2 and 4, respectively. Further, the control unit 10 holds a predetermined voltage value 26 that is preset in the normal voltage range of the second capacitor 5, and immediately when the voltage of the second capacitor 5 becomes equal to or higher than the predetermined voltage value 26. A voltage adjustment signal 32 is output to the voltage adjustment circuit 30.
In the power conditioner connected to the system 7, the voltage command 13a is generated at a voltage substantially equal to the system voltage, and the first and second single-phase inverters 2 and 4 are controlled based on the voltage command 13a. At normal times, as in the first embodiment, the first single-phase inverter 2 outputs when the voltage command 13a exceeds the voltage thresholds 14 and 15. That is, the first single-phase inverter 2 outputs a positive voltage pulse when the voltage command 13a is higher than the voltage threshold value 14, and outputs a negative voltage pulse when the voltage command 13a is lower than the voltage threshold value 15. The output voltage 16 is 1 pulse. Then, the output voltage 20 is output from the second single-phase inverter 4 by PWM control so as to compensate for the difference between the voltage command 13a and the output voltage 16 of the first single-phase inverter 2 (see FIG. 2).

また、上記実施の形態1と同様に、第1の単相インバータ2の出力を決定するための電圧閾値14、15を適切に設定して、第2の単相インバータ4の出力電力量を略0とするように制御する。この電圧閾値14、15は、予め設定して用いても良いが、例えば、直前の半周期あるいは1周期の第2の単相インバータ4の出力電力量やパワーコンディショナの出力電圧13あるいは系統電圧から演算して随時改訂すると、第2の単相インバータ4の通常時の出力電力量が略0となるように高精度に制御できる。
この実施の形態においても、系統7の電圧が瞬低などにより急に低下すると、パワーコンディショナの電圧指令13aもそれに応じて低下し、上記実施の形態1と同様に第2のコンデンサ5のエネルギ収支は充電過多に変わり、第2のコンデンサ5の電圧が増大する。このため、第2のコンデンサ5の通常時の電圧範囲以上である所定の電圧値26を予め設定し、第2のコンデンサ5の電圧が増大して所定の電圧値26以上になると、第2のコンデンサ5が充電過多になるのを抑制し第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制する制御を行う。
Similarly to the first embodiment, the voltage thresholds 14 and 15 for determining the output of the first single-phase inverter 2 are appropriately set, and the output power amount of the second single-phase inverter 4 is substantially reduced. Control to be zero. The voltage thresholds 14 and 15 may be set and used in advance. For example, the output power amount of the second single-phase inverter 4 in the immediately preceding half cycle or one cycle, the output voltage 13 of the power conditioner, or the system voltage If it is calculated from the above and revised as needed, it can be controlled with high accuracy so that the normal output power amount of the second single-phase inverter 4 becomes substantially zero.
Also in this embodiment, when the voltage of the grid 7 suddenly decreases due to a momentary drop or the like, the voltage command 13a of the power conditioner also decreases accordingly, and the energy of the second capacitor 5 is reduced as in the first embodiment. The balance changes to overcharging and the voltage on the second capacitor 5 increases. For this reason, when the predetermined voltage value 26 that is equal to or higher than the normal voltage range of the second capacitor 5 is set in advance and the voltage of the second capacitor 5 increases to become the predetermined voltage value 26 or higher, the second voltage value 26 is increased. Control is performed to suppress the capacitor 5 from being overcharged and suppress the voltage rise of the second capacitor 5.

次に、第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制する制御について以下に詳述する。
制御部10は、第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になると、電圧調整回路30に対し、直ちに出力電圧を低減させる電圧調整信号32を出力する。電圧調整回路30では、太陽電池1の電圧を昇圧回路31aにて昇圧中の場合、昇圧回路31aの電圧目標値を低減して出力電圧を下げる、あるいは降圧回路31bによる動作に切り換える。また、電圧調整回路30が停止、あるいは太陽電池1の電圧を降圧回路31bにて降圧中の場合、降圧回路31bの電圧目標値を低減して出力電圧を下げる。
Next, the control for suppressing the voltage rise of the second capacitor 5 will be described in detail below.
When the voltage of the second capacitor 5 reaches a predetermined voltage value 26 or more, the control unit 10 immediately outputs a voltage adjustment signal 32 for reducing the output voltage to the voltage adjustment circuit 30. In the voltage adjustment circuit 30, when the voltage of the solar cell 1 is being boosted by the booster circuit 31a, the voltage target value of the booster circuit 31a is reduced to lower the output voltage, or the operation is switched to the operation by the step-down circuit 31b. When the voltage adjustment circuit 30 is stopped or the voltage of the solar cell 1 is being stepped down by the step-down circuit 31b, the voltage target value of the step-down circuit 31b is reduced to lower the output voltage.

図10に第1の単相インバータ2の出力電圧波形を示す。
図10に示すように、第1の単相インバータ2は電圧指令13aが設定された電圧閾値14、15を超えるとき出力する。第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になると、電圧調整回路30の出力は、直ちに通常時の出力電圧よりも低減され、第1の単相インバータ2の直流電源である第1のコンデンサ3の電圧が低下する。第1の単相インバータ2は、第1のコンデンサ3の電圧を半周期に1パルスで出力するが、第1のコンデンサ3の電圧低下により、通常時の出力電圧16から、電圧の大きさが低減した出力電圧31に移行し、第1の単相インバータ2の出力電力量が減少する。なお、出力電圧と出力電流とは同位相とする。
FIG. 10 shows an output voltage waveform of the first single-phase inverter 2.
As shown in FIG. 10, the first single-phase inverter 2 outputs when the voltage command 13a exceeds the set voltage thresholds 14 and 15. When the voltage of the second capacitor 5 becomes equal to or higher than the predetermined voltage value 26, the output of the voltage adjustment circuit 30 is immediately reduced from the normal output voltage, and the first power source of the first single-phase inverter 2 is the first power source. The voltage of the capacitor 3 decreases. The first single-phase inverter 2 outputs the voltage of the first capacitor 3 in one pulse in a half cycle, but the voltage magnitude of the first capacitor 3 is reduced from the normal output voltage 16 due to the voltage drop of the first capacitor 3. It shifts to the reduced output voltage 31, and the output electric energy of the 1st single phase inverter 2 reduces. Note that the output voltage and the output current have the same phase.

第2の単相インバータ4は、電圧指令13aと第1の単相インバータ2の出力電圧との差分を補うようにPWM制御により出力する。第1の単相インバータ2が、電圧の大きさが低減した出力電圧31に移行して出力電力量が減少するため、第2の単相インバータ4は出力電力量が増大する。このように第2の単相インバータ4は出力負担を増加させ、第2のコンデンサ5の放電量を増大させエネルギ収支を充電過多から放電過多へ変更する。
このため、図11に示すように、第2のコンデンサ5のエネルギ収支33は放電過多の状態になり、第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制することができる。なお、図11は、210Vrmsの系統電圧に4kWの電力をパワーコンディショナから出力中に、瞬時に系統電圧が180Vrmsに変わった場合の制御を例とするもので、図中の23は、上記実施の形態1の図3と同様に、系統7の電圧急変時に通常の制御を継続した場合の比較例エネルギ収支である。
The second single-phase inverter 4 outputs by PWM control so as to compensate for the difference between the voltage command 13a and the output voltage of the first single-phase inverter 2. Since the first single-phase inverter 2 shifts to the output voltage 31 in which the magnitude of the voltage is reduced and the output power amount decreases, the second single-phase inverter 4 increases the output power amount. As described above, the second single-phase inverter 4 increases the output load, increases the discharge amount of the second capacitor 5, and changes the energy balance from excessive charge to excessive discharge.
For this reason, as shown in FIG. 11, the energy balance 33 of the second capacitor 5 is in an excessive discharge state, and the voltage increase of the second capacitor 5 can be suppressed. FIG. 11 shows an example of control when the system voltage is instantaneously changed to 180 Vrms while outputting 4 kW of power to the system voltage of 210 Vrms from the power conditioner. 3 is a comparative example energy balance when normal control is continued at the time of a sudden voltage change in the system 7, as in FIG.

図12に、第2のコンデンサ5の電圧上昇が抑制される様子を示す。また、この時の第1の単相インバータ2の出力電圧の変化を図13に示す。第2のコンデンサ5の電圧が上昇して所定の電圧値26に達した時35、それを検出して第1のコンデンサ3の電圧を低下させる調整を行い、第1の単相インバータ2の出力を、通常時の出力電圧16から電圧の大きさが低減した出力電圧31に移行させる。これにより、抑制時コンデンサ電圧34が示すように第2のコンデンサ5の電圧上昇が抑制される。   FIG. 12 shows how the voltage increase of the second capacitor 5 is suppressed. Moreover, the change of the output voltage of the 1st single phase inverter 2 at this time is shown in FIG. When the voltage of the second capacitor 5 rises and reaches a predetermined voltage value 26, it is detected and adjustment is performed to reduce the voltage of the first capacitor 3, and the output of the first single-phase inverter 2 Is shifted from the normal output voltage 16 to the output voltage 31 having a reduced voltage magnitude. Thereby, the voltage rise of the 2nd capacitor | condenser 5 is suppressed as the capacitor voltage 34 at the time of suppression shows.

以上のように、第2のコンデンサ5の電圧が増大すると、第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制するようにインバータ部および電圧調整回路30は制御されるが、このような制御と通常時の制御とを含めた制御部10による出力制御フローを図14に基づいて以下に示す。
まず、第1の単相インバータ2が出力するための正負の電圧閾値14、15の初期値が設定される(t1)。電圧検出器8、9から第1、第2のコンデンサ3、5の電圧を取り込み(t2)、第2のコンデンサ5の電圧が予め設定された所定の電圧値26以上であるかどうか判定する(t3)。第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上である時は、電圧調整回路30の出力の目標電圧を下げる。このとき目標電圧の変化量は一定であっても、また、第2のコンデンサ5の電圧と所定の電圧値26との誤差を考慮しながら変化させても良い(t4)。
次いで、系統電圧と略同一に変化する電圧指令13aと電圧閾値14、15とを比較し(t5)、電圧指令13aが電圧閾値14、15を超えるとき第1の単相インバータ2から第1のコンデンサ3の電圧を正または負で出力するように設定し(t6)、それ以外は第1の単相インバータ2から出力0となるように設定する(t7)。
As described above, when the voltage of the second capacitor 5 increases, the inverter unit and the voltage adjustment circuit 30 are controlled so as to suppress the voltage increase of the second capacitor 5. The output control flow by the control unit 10 including the control is shown below based on FIG.
First, initial values of positive and negative voltage thresholds 14 and 15 for output from the first single-phase inverter 2 are set (t1). The voltages of the first and second capacitors 3 and 5 are taken in from the voltage detectors 8 and 9 (t2), and it is determined whether or not the voltage of the second capacitor 5 is equal to or higher than a predetermined voltage value 26 set in advance ( t3). When the voltage of the second capacitor 5 is equal to or higher than the predetermined voltage value 26, the target voltage of the output of the voltage adjustment circuit 30 is lowered. At this time, the amount of change in the target voltage may be constant, or may be changed in consideration of an error between the voltage of the second capacitor 5 and the predetermined voltage value 26 (t4).
Next, the voltage command 13a that changes substantially the same as the system voltage is compared with the voltage thresholds 14 and 15 (t5). When the voltage command 13a exceeds the voltage thresholds 14 and 15, the first single-phase inverter 2 The voltage of the capacitor 3 is set so as to be output positively or negatively (t6), and otherwise, the output is set to be 0 from the first single-phase inverter 2 (t7).

次いで、電圧指令13aから第1の単相インバータ2の出力電圧を減算して第2の単相インバータ4の電圧目標値を計算する(t8)。次いで、第2の単相インバータ4の出力電力量を積算して電力収支を演算する(t9)。異常が検出されると、この時点で割り込み停止処理を行う(t10)。次いで、第1、第2の単相インバータ2、4に対して各単相インバータ2、4内のスイッチング素子を駆動するための制御信号11、12を生成して出力し(t11)、電圧調整回路30に対して目標電圧に基づく電圧調整信号32を出力する(t12)。
上記t2〜t12の処理を予め設定された出力電圧の規定周期(例えば半周期あるいは1周期)繰り返し、該規定周期が終了すると(t13)、t9にて積算された第2の単相インバータ4の電力収支から電圧閾値14、15を計算して設定することで電圧閾値14、15を更新し(t14)、積算された第2の単相インバータ4の電力収支の値を初期化して(t15)、t2に戻る。
Next, the voltage target value of the second single-phase inverter 4 is calculated by subtracting the output voltage of the first single-phase inverter 2 from the voltage command 13a (t8). Next, the power balance is calculated by integrating the output power amount of the second single-phase inverter 4 (t9). When an abnormality is detected, interrupt stop processing is performed at this time (t10). Next, control signals 11 and 12 for driving the switching elements in the single-phase inverters 2 and 4 are generated and output to the first and second single-phase inverters 2 and 4 (t11), and the voltage is adjusted. A voltage adjustment signal 32 based on the target voltage is output to the circuit 30 (t12).
The processing from t2 to t12 is repeated for a predetermined cycle (for example, half cycle or one cycle) of a preset output voltage, and when the predetermined cycle ends (t13), the second single-phase inverter 4 integrated at t9 The voltage thresholds 14 and 15 are updated by calculating and setting the voltage thresholds 14 and 15 from the power balance (t14), and the integrated power balance value of the second single-phase inverter 4 is initialized (t15). , Return to t2.

なお、第2の単相インバータ4の出力電力量を規定周期、積算した電力収支から電圧閾値14、15を計算して設定するものを示したが、上述したように半周期あるいは1周期におけるパワーコンディショナの出力電圧13あるいは系統電圧から演算してもよい。   Although the output power amount of the second single-phase inverter 4 is set by calculating the voltage thresholds 14 and 15 from the integrated power balance in a specified period, the power in a half cycle or one cycle is described above. It may be calculated from the output voltage 13 of the conditioner or the system voltage.

この実施の形態では、第2のコンデンサ5の電圧と所定の電圧値26とを比較して、第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になると、太陽電池1の電圧を調整する電圧調整回路30の出力電圧を低減することにより第1のコンデンサ3の電圧を強制的に低下させる。この処理は、1周期のうちどのタイミングでも実施でき、所定の周期でエネルギ収支に基づいて電圧閾値14、15を更新する処理を待つことなく速やかに実施できる。これにより、負荷(系統)7の電圧が急変しても、第2のコンデンサ5が過充電状態となるのを回避して第2のコンデンサ5の電圧上昇を抑制することができる。   In this embodiment, the voltage of the second capacitor 5 is compared with a predetermined voltage value 26, and the voltage of the solar cell 1 is adjusted when the voltage of the second capacitor 5 becomes equal to or higher than the predetermined voltage value 26. The voltage of the first capacitor 3 is forcibly lowered by reducing the output voltage of the voltage adjustment circuit 30. This process can be performed at any timing in one period, and can be performed quickly without waiting for a process of updating the voltage thresholds 14 and 15 based on the energy balance in a predetermined period. Thereby, even if the voltage of the load (system) 7 changes suddenly, it is possible to prevent the second capacitor 5 from being overcharged and suppress the voltage increase of the second capacitor 5.

なお、第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になり電圧調整回路30の出力電圧を調整した後、電圧調整回路30の出力は、所定の期間後に元の出力電圧に戻す、あるいは第2のコンデンサ5の電圧の下限値を設定して第2のコンデンサ5の電圧が下限値以下になると元の出力電圧に戻すようにしても良い。   In addition, after the voltage of the second capacitor 5 becomes equal to or higher than the predetermined voltage value 26 and the output voltage of the voltage adjustment circuit 30 is adjusted, the output of the voltage adjustment circuit 30 is returned to the original output voltage after a predetermined period. A lower limit value of the voltage of the second capacitor 5 may be set so that when the voltage of the second capacitor 5 becomes equal to or lower than the lower limit value, the original output voltage is restored.

また、電圧閾値14、15に予め設定された固定の値を用い、電圧調整装置30の出力電圧、即ち第1のコンデンサ3の電圧を、直前の半周期あるいは1周期の第2の単相インバータ4の出力電力量やパワーコンディショナの出力電圧13あるいは系統電圧から演算して随時改訂するように制御しても良い。この場合も、第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上になるとき、電圧調整回路30の出力電圧を低減させて第1のコンデンサ3の電圧を強制的に低下させる処理は、1周期のうちどのタイミングでも実施でき、所定の周期での更新処理を待つことなく速やかに実施でき、同様の効果が得られる。   In addition, a fixed value preset in the voltage thresholds 14 and 15 is used, and the output voltage of the voltage regulator 30, that is, the voltage of the first capacitor 3 is used as the second single-phase inverter in the immediately preceding half cycle or one cycle. It may be controlled so that it is calculated from the output power amount of 4, the output voltage 13 of the power conditioner or the system voltage and revised as needed. Also in this case, when the voltage of the second capacitor 5 becomes equal to or higher than the predetermined voltage value 26, the process of forcibly reducing the voltage of the first capacitor 3 by reducing the output voltage of the voltage adjustment circuit 30 is 1 It can be implemented at any timing in the cycle, and can be implemented quickly without waiting for update processing in a predetermined cycle, and the same effect can be obtained.

また、上記実施の形態では、第2のコンデンサ5の電圧が所定の電圧値26以上である時に電圧調整回路30の出力電圧を所定の変化量で低減させたものを示したが、図15に示すように、徐々に低減させるように変化させても良い。また、第2のコンデンサ5の電圧に目標電圧を設けて、検出された第2のコンデンサ5の電圧が目標電圧になるように電圧調整回路30の出力電圧を制御しても良い。   In the above embodiment, the output voltage of the voltage adjustment circuit 30 is reduced by a predetermined change amount when the voltage of the second capacitor 5 is equal to or higher than the predetermined voltage value 26. FIG. As shown, it may be changed so as to be gradually reduced. Alternatively, a target voltage may be provided for the voltage of the second capacitor 5 and the output voltage of the voltage adjustment circuit 30 may be controlled so that the detected voltage of the second capacitor 5 becomes the target voltage.

また、上記実施の形態は、降圧機能のない電圧調整回路30にも適用でき、その場合、電圧調整回路30は昇圧回路30aにて構成される。   The above embodiment can also be applied to the voltage adjustment circuit 30 having no step-down function. In this case, the voltage adjustment circuit 30 is configured by a step-up circuit 30a.

また、上記実施の形態1、2では、2つの単相インバータ2、4を直列接続したものを示したが、独立したコンデンサ3を直流電源とする第2の単相インバータ4を複数個備えて、3以上の単相インバータの交流側を直列接続してパワーコンディショナを構成しても良い。この場合、複数の第2の単相インバータ4を同様に制御し、複数の第2のコンデンサ5の電圧上昇も上記各実施の形態と同様に抑制できる。   In the first and second embodiments, two single-phase inverters 2 and 4 are connected in series. However, a plurality of second single-phase inverters 4 having independent capacitors 3 as DC power supplies are provided. A power conditioner may be configured by connecting AC sides of three or more single-phase inverters in series. In this case, the plurality of second single-phase inverters 4 are controlled in the same manner, and the voltage rise of the plurality of second capacitors 5 can be suppressed as in the above embodiments.

また、上記実施の形態1、2では、第1の直流電源を太陽電池1としたが、その他の分散電源にも適用できる。   In the first and second embodiments, the solar cell 1 is used as the first DC power source, but the present invention can also be applied to other distributed power sources.

この発明の実施の形態1によるパワーコンディショナを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the power conditioner by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるパワーコンディショナの通常時における各部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation waveform of each part in the normal time of the power conditioner by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による第2のコンデンサの通常時におけるエネルギ収支を示す図である。It is a figure which shows the energy balance in the normal time of the 2nd capacitor | condenser by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による第2のコンデンサの通常時における電圧変化を示す図である。It is a figure which shows the voltage change in the normal time of the 2nd capacitor | condenser by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるパワーコンディショナの制御を各部の動作波形に基づいて説明する図である。It is a figure explaining control of the power conditioner by Embodiment 1 of this invention based on the operation waveform of each part. この発明の実施の形態1による第2のコンデンサのエネルギ収支を示す図である。It is a figure which shows the energy balance of the 2nd capacitor | condenser by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による第2のコンデンサの電圧変化を示す図である。It is a figure which shows the voltage change of the 2nd capacitor | condenser by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるパワーコンディショナの出力制御フローを示す図である。It is a figure which shows the output control flow of the power conditioner by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2によるパワーコンディショナを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the power conditioner by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2による第1の単相インバータの出力電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the output voltage waveform of the 1st single phase inverter by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2による第2のコンデンサのエネルギ収支を示す図である。It is a figure which shows the energy balance of the 2nd capacitor | condenser by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2による第2のコンデンサの電圧変化を示す図である。It is a figure which shows the voltage change of the 2nd capacitor | condenser by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態1によるパワーコンディショナの制御を第1の単相インバータの動作波形に基づいて説明する図である。It is a figure explaining control of the power conditioner by Embodiment 1 of this invention based on the operation | movement waveform of a 1st single phase inverter. この発明の実施の形態2によるパワーコンディショナの出力制御フローを示す図である。It is a figure which shows the output control flow of the power conditioner by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2の別例によるパワーコンディショナの制御を第1の単相インバータの動作波形に基づいて説明する図である。It is a figure explaining control of the power conditioner by another example of Embodiment 2 of this invention based on the operation | movement waveform of a 1st single phase inverter.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1の直流電源としての太陽電池、2 第1の単相インバータ、
3 第1のコンデンサ、4 第2の単相インバータ、5 第2のコンデンサ、
7 系統(負荷)、8,9 電圧検出器、10 制御部、13 出力電圧、
13a 電圧指令、14,15,17,18 電圧閾値、
16,19,31,32 第1の単相インバータ出力電圧、
20,27 第2の単相インバータ出力電圧、26 所定の電圧値、
30 電圧調整回路、31a 昇圧回路、31b 降圧回路。
1 solar cell as first DC power supply, 2 first single-phase inverter,
3 first capacitor, 4 second single phase inverter, 5 second capacitor,
7 systems (load), 8, 9 voltage detector, 10 control unit, 13 output voltage,
13a voltage command, 14, 15, 17, 18 voltage threshold,
16, 19, 31, 32 First single-phase inverter output voltage,
20, 27 Second single-phase inverter output voltage, 26 predetermined voltage value,
30 voltage adjustment circuit, 31a step-up circuit, 31b step-down circuit.

Claims (6)

第1の直流電源と、
該第1の直流電源から電力供給される第1のコンデンサの直流電力を交流電力に変換する第1の単相インバータの交流側、および上記第1のコンデンサより低電圧の第2のコンデンサの直流電力を交流電力に変換する第2の単相インバータの交流側を直列接続し、上記第1、第2の単相インバータの各発生電圧の総和により電圧を出力するインバータ部と、
負荷に応じて生成された電圧指令に基づき、上記第2の単相インバータを上記第1のインバータより多パルスで出力するように上記インバータ部を制御する制御部とを備え、
上記制御部は、上記第2の単相インバータの半周期あるいは1周期での出力電力収支が略0となるように上記インバータ部を制御すると共に、上記第2のコンデンサの電圧が予め設定された所定の電圧値以上になると、上記第1の単相インバータからの出力電力量を減少させることを特徴とする電力変換装置。
A first DC power supply;
The AC side of the first single-phase inverter that converts the DC power of the first capacitor supplied from the first DC power source into AC power, and the DC of the second capacitor having a lower voltage than the first capacitor An inverter unit for connecting the AC side of a second single-phase inverter that converts power to AC power in series, and outputting a voltage by the sum of the generated voltages of the first and second single-phase inverters;
A control unit that controls the inverter unit so as to output the second single-phase inverter in multiple pulses from the first inverter based on a voltage command generated according to a load;
The control unit controls the inverter unit so that the output power balance in the half cycle or one cycle of the second single-phase inverter becomes substantially zero, and the voltage of the second capacitor is set in advance. A power conversion device that reduces the amount of output power from the first single-phase inverter when a voltage value exceeds a predetermined voltage value.
上記第1の単相インバータは半周期に1パルスの電圧を出力し、上記第2の単相インバータは、上記電圧指令と上記第1の単相インバータの出力との差分を補うように電圧出力し、
上記制御部は、上記第2のコンデンサの電圧が上記所定の電圧値以上になると、上記第1の単相インバータの出力電圧のパルス幅を短くして出力電力量を減少させることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
The first single-phase inverter outputs a voltage of one pulse in a half cycle, and the second single-phase inverter outputs a voltage so as to compensate for the difference between the voltage command and the output of the first single-phase inverter. And
When the voltage of the second capacitor becomes equal to or higher than the predetermined voltage value, the control unit shortens the pulse width of the output voltage of the first single-phase inverter to reduce the output power amount. The power conversion device according to claim 1.
上記第1の単相インバータは、上記電圧指令が所定の閾値を超えるときに上記第1のコンデンサの電圧を出力することにより半周期に1パルスの電圧を出力し、上記所定の閾値の大きさを増大させて上記単相インバータの出力電圧のパルス幅を短くすることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 The first single-phase inverter outputs a voltage of the first capacitor when the voltage command exceeds a predetermined threshold value, thereby outputting a voltage of one pulse in a half cycle, and the magnitude of the predetermined threshold value. The power converter according to claim 2, wherein the pulse width of the output voltage of the single-phase inverter is shortened by increasing. 上記第1の直流電源の電圧を調整して上記第1のコンデンサに出力する電圧調整回路を備え、
上記制御部は、上記第2のコンデンサの電圧が上記所定の電圧値以上になると、上記電圧調整回路の出力電圧を低減させて上記第1の単相インバータからの出力電力量を減少させることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
A voltage adjustment circuit for adjusting the voltage of the first DC power supply and outputting the voltage to the first capacitor;
When the voltage of the second capacitor becomes equal to or higher than the predetermined voltage value, the control unit reduces the output power amount from the first single-phase inverter by reducing the output voltage of the voltage adjustment circuit. The power converter according to claim 1, wherein
上記電圧調整回路が昇圧機能を有することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 4, wherein the voltage adjustment circuit has a boosting function. 上記電圧調整回路が昇圧機能と降圧機能との双方を有することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 4, wherein the voltage adjustment circuit has both a step-up function and a step-down function.
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