JP2010213365A - Inverter apparatus - Google Patents

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JP2010213365A JP2009053269A JP2009053269A JP2010213365A JP 2010213365 A JP2010213365 A JP 2010213365A JP 2009053269 A JP2009053269 A JP 2009053269A JP 2009053269 A JP2009053269 A JP 2009053269A JP 2010213365 A JP2010213365 A JP 2010213365A
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Yoshinobu Nakano
吉信 中野
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Aisin Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter apparatus which can improve its efficiency by reducing a switching loss a switching element. <P>SOLUTION: The inverter apparatus 13 PWM-converts a DC intermediate voltage generated by the power generation of a generator 12 by means of switching elements S1-S4 and forms it with AC reactors L1 and L2 thereby generating a regenerative current of sine waves, and interconnecting it with an AC commercial power source. The inverter apparatus 13 (MPU20, etc.) computes a DC voltage value, where an amount of voltage drop generated by a regenerative current Iinv by an AC reactor L2 and an amount of voltage drop by the switching elements S1-S4 are added to the maximum voltage Vac of the AC voltage of the AC commercial power source detected by a transformer 21 for meters, as its target DC intermediate voltage Vdc-ref, and controls the drive of the switching elements S1-S4 so that the DC intermediate voltage Vdc detected by a DC voltage detecting circuit 25 may accord with the target DC intermediate voltage Vdc-ref. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電力発生源の発電に基づく直流電力を交流電力に変換して交流商用電源に連系するインバータ装置に関するものである。   The present invention relates to an inverter device that converts DC power based on power generation from a power generation source into AC power and links it to an AC commercial power source.

従来、インバータ装置として種々のものが提案されている。例えば特許文献1のインバータ装置は、発電機で発生した電圧を交流−直流変換することで直流中間電圧(Vdc)を得る。続いて、インバータ装置は、この直流中間電圧をスイッチング素子(MOSFET、IGBT等)によりPWM変換することで交流商用電源に連系可能な周波数等を有する交流の回生電流(Iinv)を生成するとともに、該回生電流を交流リアクトルを通じて正弦波状に成形し、これを交流電圧(電源電圧)(Vac)の交流商用電源に連系する。   Conventionally, various inverter devices have been proposed. For example, the inverter device of Patent Document 1 obtains a DC intermediate voltage (Vdc) by AC-DC conversion of a voltage generated by a generator. Subsequently, the inverter device generates an AC regenerative current (Iinv) having a frequency that can be linked to an AC commercial power source by PWM conversion of the DC intermediate voltage by a switching element (MOSFET, IGBT, etc.) The regenerative current is shaped into a sine wave through an AC reactor, and this is connected to an AC commercial power supply of AC voltage (power supply voltage) (Vac).

この場合、直流中間電圧は、回生電流(即ち交流商用電源の電力負荷)や発電機の出力(即ち回転速度)によってある電圧範囲で変動することになり、例えば発電機の回転速度が大きいときには直流中間電圧が大きくなる。そこで、特許文献2のインバータ装置では、直流中間電圧が過大に調整されて回生電流の波形に歪みが生じることがないよう、直流中間電圧を一定電圧に制御することが併せて提案されている。   In this case, the DC intermediate voltage fluctuates within a certain voltage range depending on the regenerative current (that is, the power load of the AC commercial power supply) or the output (that is, the rotation speed) of the generator. For example, when the rotation speed of the generator is high, the DC intermediate voltage The intermediate voltage increases. Therefore, in the inverter device of Patent Document 2, it is also proposed to control the DC intermediate voltage to a constant voltage so that the DC intermediate voltage is not excessively adjusted and the waveform of the regenerative current is not distorted.

特開2002−101560号公報JP 2002-101560 A 特許第3950706号公報Japanese Patent No. 3950706

ところで、こうした従来のインバータ装置では、交流商用電源の交流電圧最大値(Vac)と、交流リアクトルによる電圧降下(VL)分及びスイッチング素子による電圧降下分が直流中間電圧(Vdc)とマッチングできないため、スイッチング素子にスイッチング損失として余分な電力が発生することになり、インバータ装置における効率低下を余儀なくされてしまう。   By the way, in such a conventional inverter device, the AC voltage maximum value (Vac) of the AC commercial power supply, the voltage drop (VL) due to the AC reactor, and the voltage drop due to the switching element cannot be matched with the DC intermediate voltage (Vdc). Extra power is generated as a switching loss in the switching element, and the efficiency of the inverter device is inevitably reduced.

本発明の目的は、スイッチング素子のスイッチング損失を低減してより効率化することができるインバータ装置を提供することにある。   The objective of this invention is providing the inverter apparatus which can reduce the switching loss of a switching element and can make it more efficient.

上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、電力発生源の発電により生成した直流電圧をスイッチング素子によりPWM変換するとともにリアクトルにて成形して正弦波の回生電流を生成し、交流商用電源に連系するインバータ装置において、前記電力発生源の発電により発生した直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記交流商用電源の交流電圧最大値を検出する電源電圧検出手段と、前記交流商用電源に連系される回生電流を検出する電流検出手段と、前記検出された交流商用電源の交流電圧最大値に前記リアクトルによる前記回生電流により発生する電圧降下分及び前記スイッチング素子による電圧降下分を加算した直流電圧値を目標の直流電圧として計算する計算手段と、前記検出された直流電圧が前記目標の直流電圧に一致するように前記スイッチング素子を駆動制御する制御手段とを備えたことを要旨とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 generates a sine wave regenerative current by converting a DC voltage generated by power generation of a power generation source by PWM using a switching element and shaping it by a reactor. In the inverter device linked to the AC commercial power supply, DC voltage detection means for detecting a DC voltage generated by power generation of the power generation source, power supply voltage detection means for detecting the AC voltage maximum value of the AC commercial power supply, Current detecting means for detecting a regenerative current linked to the AC commercial power supply, a voltage drop generated by the regenerative current due to the reactor to the detected AC voltage maximum value of the AC commercial power supply, and a voltage by the switching element A calculation means for calculating a DC voltage value obtained by adding the drop as a target DC voltage; and the detected DC voltage is the target DC voltage. And summarized in that a control means for driving and controlling the switching element to match the pressure.

例えば、前記検出された直流電圧が前記検出された交流商用電源の交流電圧最大値と前記リアクトルによる前記回生電流(Iinv)により発生する電圧降下分及び前記スイッチング素子による電圧降下分を加算した電圧値よりも任意の分大きい場合、任意の分の電圧値と前記回生電流との乗算分が電力損失として前記スイッチング素子で消費される。同構成によれば、前記計算手段は、前記検出された交流商用電源の交流電圧最大値に前記リアクトルによる前記回生電流(Iinv)により発生する電圧降下分及び前記スイッチング素子による電圧降下分を加算した直流電圧値を前記目標の直流電圧として計算する。従って、前記目標の直流電圧は余分な前記任意の分の電圧値が最小となるように制御されるため、前記スイッチング素子で消費される分を最小にでき、効率化を図ることができる。   For example, the detected DC voltage is a voltage value obtained by adding the detected AC voltage maximum value of the AC commercial power supply, the voltage drop generated by the regenerative current (Iinv) by the reactor, and the voltage drop by the switching element. If it is larger by an arbitrary amount, a product of an arbitrary voltage value and the regenerative current is consumed by the switching element as a power loss. According to this configuration, the calculation means adds a voltage drop generated by the regenerative current (Iinv) due to the reactor and a voltage drop due to the switching element to the detected AC voltage maximum value of the AC commercial power supply. A DC voltage value is calculated as the target DC voltage. Therefore, the target DC voltage is controlled so that the extra voltage value is minimized, so that the amount consumed by the switching element can be minimized and efficiency can be improved.

本発明では、スイッチング素子のスイッチング損失を低減してより効率化することができるインバータ装置を提供することができる。   In the present invention, it is possible to provide an inverter device capable of reducing the switching loss of the switching element and making it more efficient.

本発明が適用される系統連系システムを示す構成ブロック図。1 is a configuration block diagram showing a grid interconnection system to which the present invention is applied. 同実施形態の制御態様を示すフローチャート。The flowchart which shows the control aspect of the embodiment.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1は、本実施形態に係るインバータ装置が適用される系統連系システムを示す構成ブロック図である。同図に示されるように、このシステムは、ガスエンジン11を備えるとともに、該ガスエンジン11に駆動連結される三相交流機からなる発電機12を備える。この発電機12は、ガスエンジン11に回転駆動されるロータを有するとともに、中性点Oにおいて一方の端子が共通接続される、いわゆるY結線のU相コイル12a、V相コイル12b及びW相コイル12cを備えた固定子を有する。これらコイル12a〜12cの他方の端子は、インバータ装置13に接続されている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration block diagram showing a grid interconnection system to which the inverter device according to the present embodiment is applied. As shown in the figure, the system includes a gas engine 11 and a generator 12 including a three-phase AC machine that is drivingly connected to the gas engine 11. This generator 12 has a rotor that is rotationally driven by the gas engine 11 and one terminal is commonly connected at a neutral point O, so-called Y-connected U-phase coil 12a, V-phase coil 12b, and W-phase coil. It has a stator with 12c. The other terminals of these coils 12 a to 12 c are connected to the inverter device 13.

すなわち、インバータ装置13は、例えばNチャネルMOSFETからなる6個のトランジスタQ1〜Q6を有するコンバータ回路14を備えており、U相コイル12aの他方の端子はトランジスタQ1,Q2の接続点Nuに、V相コイル12bの他方の端子はトランジスタQ3,Q4の接続点Nvに、W相コイル12cの他方の端子はトランジスタQ5,Q6の接続点Nwにそれぞれ接続されている。そして、トランジスタQ1,Q3,Q5のドレインは正極端子N1に接続されており、トランジスタQ2,Q4,Q6のソースは負極端子N2に接続されている。また、各トランジスタQ1〜Q6のゲートは、コンバータゲート15に接続されている。コンバータ回路14は、コンバータゲート15により各トランジスタQ1〜Q6のゲートが個別にオン・オフ駆動されることで、発電機12の生成した交流電力を直流電力に変換し、正極端子N1及び負極端子N2間に直流中間電圧(Vdc)を出力する。なお、正極端子N1及び負極端子N2には、平滑用の有極性コンデンサCの両端子がそれぞれ接続されている。   That is, the inverter device 13 includes a converter circuit 14 having six transistors Q1 to Q6 made of, for example, N-channel MOSFETs, and the other terminal of the U-phase coil 12a is connected to a connection point Nu between the transistors Q1 and Q2, and V The other terminal of phase coil 12b is connected to node Nv of transistors Q3 and Q4, and the other terminal of W phase coil 12c is connected to node Nw of transistors Q5 and Q6. The drains of the transistors Q1, Q3, and Q5 are connected to the positive terminal N1, and the sources of the transistors Q2, Q4, and Q6 are connected to the negative terminal N2. The gates of the transistors Q1 to Q6 are connected to the converter gate 15. In the converter circuit 14, the gates of the transistors Q1 to Q6 are individually turned on / off by the converter gate 15 to convert the AC power generated by the generator 12 into DC power, and the positive terminal N1 and the negative terminal N2 A DC intermediate voltage (Vdc) is output between them. The positive terminal N1 and the negative terminal N2 are connected to both terminals of a smoothing polar capacitor C, respectively.

また、インバータ装置13は、正極端子N1及び負極端子N2に接続されたインバータ回路16を備えている。このインバータ回路16は、例えばNチャネルMOSFETからなる4個のスイッチング素子S1〜S4を有しており、スイッチング素子S1,S3のドレインは正極端子N1に接続されるとともに、スイッチング素子S2,S4のソースは負極端子N2に接続されている。そして、スイッチング素子S1,S2の接続点N3は交流リアクトルL1の一方の端子に接続されるとともに、スイッチング素子S3,S4の接続点N4は交流リアクトルL2の一方の端子に接続されている。さらに、各スイッチング素子S1〜S4のゲートは、インバータゲート17に接続されている。インバータ回路16は、インバータゲート17により各スイッチング素子S1〜S4のゲートが個別にオン・オフ駆動されることで、正極端子N1及び負極端子N2間の直流中間電圧(直流電力)を交流電力に変換し、交流リアクトルL1,L2に互いに逆相となる交流の回生電流(Iinv)を出力する。   The inverter device 13 includes an inverter circuit 16 connected to the positive terminal N1 and the negative terminal N2. The inverter circuit 16 has four switching elements S1 to S4 made of, for example, N-channel MOSFETs, and the drains of the switching elements S1 and S3 are connected to the positive terminal N1 and the sources of the switching elements S2 and S4. Is connected to the negative terminal N2. The connection point N3 of the switching elements S1 and S2 is connected to one terminal of the AC reactor L1, and the connection point N4 of the switching elements S3 and S4 is connected to one terminal of the AC reactor L2. Further, the gates of the switching elements S <b> 1 to S <b> 4 are connected to the inverter gate 17. The inverter circuit 16 converts the DC intermediate voltage (DC power) between the positive terminal N1 and the negative terminal N2 into AC power by individually turning on and off the gates of the switching elements S1 to S4 by the inverter gate 17. Then, alternating current regenerative currents (Iinv) having opposite phases to each other are output to the alternating current reactors L1 and L2.

なお、交流リアクトルL1,L2は、インバータ回路16から出力される回生電流(Iinv)を正弦波に成形するためのもので、各々の他方の端子は同相ノイズ低減用のフィルタ18を介してリレー19のスイッチ19a,19bにそれぞれ接続されている。そして、リレー19は、例えば200Vの交流電圧(Va)を有する交流商用電源に接続されている。すなわち、スイッチ19a,19bは、内部(例えば家庭内)の電力負荷(図示略)に接続される交流商用電源のU相電線U及びV相電線Vにそれぞれ接続されており、インバータ装置13及び交流商用電源間の導通・非導通(連系・非連系)を切り替える。なお、交流商用電源の中性相電線Nは接地されている。   The AC reactors L1 and L2 are for shaping the regenerative current (Iinv) output from the inverter circuit 16 into a sine wave. Each other terminal is connected to a relay 19 via a common-mode noise reduction filter 18. The switches 19a and 19b are respectively connected. The relay 19 is connected to an AC commercial power source having an AC voltage (Va) of 200 V, for example. That is, the switches 19a and 19b are respectively connected to a U-phase electric wire U and a V-phase electric wire V of an AC commercial power source connected to an internal (for example, home) power load (not shown), and the inverter device 13 and the AC Switch between conduction and non-conduction (interconnection / non-interconnection) between commercial power sources. The neutral phase electric wire N of the AC commercial power supply is grounded.

ここで、U相電線U、V相電線V及び中性相電線Nは計器用変圧器21の一次側に接続されるとともに、該計器用変圧器21の二次側の両出力端子は増幅器22の非反転入力端子及び反転入力端子にそれぞれ接続されている。そして、増幅器22の出力端子は、MPU(Micro Processor Unit)20のA/D変換部に接続されている。増幅器22は、計器用変圧器21において生成されたU相電線U及びV相電線V間の交流電圧(Va)に応じた大きさの電圧を整流・増幅するとともに、該増幅した電圧をMPU20のA/D変換部に出力する。これにより、MPU20は、内部の電力負荷に供給される現在の交流電圧最大値Vacを検出する。   Here, the U-phase electric wire U, the V-phase electric wire V, and the neutral phase electric wire N are connected to the primary side of the instrument transformer 21, and both output terminals on the secondary side of the instrument transformer 21 are amplifiers 22. Are connected to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal, respectively. The output terminal of the amplifier 22 is connected to an A / D converter of an MPU (Micro Processor Unit) 20. The amplifier 22 rectifies and amplifies a voltage having a magnitude corresponding to the AC voltage (Va) between the U-phase electric wire U and the V-phase electric wire V generated in the instrument transformer 21, and the amplified voltage is supplied to the MPU 20. Output to the A / D converter. Thereby, MPU20 detects the present alternating voltage maximum value Vac supplied to internal electric power load.

また、分電盤内には、U相電線U及びV相電線Vに配設されてMPU20のA/D変換部にそれぞれ接続されたカレントトランスからなる電流センサ23,24が設置されている。電流センサ23,24は、U相電線U及びV相電線Vを流れる交流電流(Ir,Is)に応じた大きさの電圧をMPU20のA/D変換部にそれぞれ出力する。これにより、MPU20は、内部の電力負荷に供給される現在の交流電流Ir,Isを検出する。   In the distribution board, current sensors 23 and 24 are installed which are arranged on the U-phase electric wire U and the V-phase electric wire V and are respectively connected to the A / D conversion unit of the MPU 20. Current sensors 23 and 24 output voltages of magnitudes corresponding to alternating currents (Ir, Is) flowing through U-phase electric wire U and V-phase electric wire V to the A / D converter of MPU 20, respectively. Thereby, MPU20 detects the present alternating current Ir and Is supplied to internal electric power load.

さらに、前記正極端子N1及び前記負極端子N2には、有極性コンデンサCと並列で直流電圧検知回路(例えば抵抗器)25が接続されるとともに、該直流電圧検知回路25には、アイソレーションアンプ26を介してMPU20のA/D変換部が接続されている。直流電圧検知回路25は、正極端子N1及び負極端子N2間の直流中間電圧(Vdc)に応じた大きさの直流電圧をアイソレーションアンプ26を介してMPU20のA/D変換部に出力する。これにより、MPU20は、正極端子N1及び負極端子N2間の現在の直流中間電圧Vdcを検出する。   Further, a DC voltage detection circuit (for example, a resistor) 25 is connected in parallel with the polar capacitor C to the positive terminal N1 and the negative terminal N2, and an isolation amplifier 26 is connected to the DC voltage detection circuit 25. The A / D converter of the MPU 20 is connected via The DC voltage detection circuit 25 outputs a DC voltage having a magnitude corresponding to the DC intermediate voltage (Vdc) between the positive terminal N1 and the negative terminal N2 to the A / D converter of the MPU 20 via the isolation amplifier 26. Thereby, the MPU 20 detects the current DC intermediate voltage Vdc between the positive terminal N1 and the negative terminal N2.

また、前記接続点N4及び前記交流リアクトルL2間には、カレントトランスからなる電流センサ27が設けられている。この電流センサ27は、MPU20のA/D変換部に接続されており、該交流リアクトルL2に流れる交流電流(Iinv)に応じた大きさの電圧をMPU20のA/D変換部に出力する。これにより、MPU20は、交流リアクトルL2に流れる現在の回生電流Iinvを検出する。   Further, a current sensor 27 including a current transformer is provided between the connection point N4 and the AC reactor L2. The current sensor 27 is connected to the A / D converter of the MPU 20 and outputs a voltage having a magnitude corresponding to the AC current (Iinv) flowing through the AC reactor L2 to the A / D converter of the MPU 20. Thereby, MPU20 detects the present regenerative current Iinv which flows into AC reactor L2.

さらに、前記接続点Nu及び前記U相コイル12a間、並びに前記接続点Nw及び前記W相コイル12c間には、カレントトランスからなる電流センサ28,29が配設されている。これら電流センサ28,29は、MPU20のA/D変換部に個別に接続されており、U相コイル12a又はW相コイル12cに流れる交流電流(Iu,Iw)に応じた大きさの電圧をMPU20のA/D変換部に出力する。これにより、MPU20は、U相コイル12a又はW相コイル12cに流れる現在の発電機出力電流Iu,Iwを検出する。   Furthermore, current sensors 28 and 29 each including a current transformer are disposed between the connection point Nu and the U-phase coil 12a, and between the connection point Nw and the W-phase coil 12c. These current sensors 28 and 29 are individually connected to the A / D conversion unit of the MPU 20, and a voltage having a magnitude corresponding to the alternating current (Iu, Iw) flowing through the U-phase coil 12 a or the W-phase coil 12 c is supplied to the MPU 20. To the A / D converter. Thereby, MPU20 detects the present generator output currents Iu and Iw which flow into U phase coil 12a or W phase coil 12c.

前記増幅器22の出力端子は、PLL(Phase Locked Loop )回路31に接続されている。このPLL回路31は、内部の電力負荷に供給される交流電圧(即ち交流商用電源)に同期する出力信号を生成するもので、出力制御部32に接続されている。この出力制御部32は、前記アイソレーションアンプ26に接続されており、正極端子N1及び負極端子N2間の現在の直流中間電圧Vdcに相関する直流電圧を入力する。また、出力制御部32は、MPU20のD/A変換部に接続されており、以下の手順に従って計算された目標とする直流中間電圧Vdc_refに相関する直流電圧を入力する。   The output terminal of the amplifier 22 is connected to a PLL (Phase Locked Loop) circuit 31. The PLL circuit 31 generates an output signal synchronized with an AC voltage (that is, an AC commercial power supply) supplied to an internal power load, and is connected to an output control unit 32. This output control unit 32 is connected to the isolation amplifier 26, and inputs a DC voltage correlated with the current DC intermediate voltage Vdc between the positive terminal N1 and the negative terminal N2. The output control unit 32 is connected to the D / A conversion unit of the MPU 20 and inputs a DC voltage correlated with the target DC intermediate voltage Vdc_ref calculated according to the following procedure.

そして、出力制御部32は、直流中間電圧Vdc及び目標とする直流中間電圧Vdc_refにそれぞれ相関する両直流電圧の大小関係並びにPLL回路31の出力信号に応じた出力制御信号を生成し、前記インバータゲート17に出力する。これにより、インバータゲート17は、交流商用電源に同期するとともに両直流中間電圧Vdc,Vdc_refが一致するように増減される正弦波の回生電流(Iinv)を生成すべく、インバータ回路16の各スイッチング素子S1〜S4のゲートをオン・オフ駆動する。   Then, the output control unit 32 generates an output control signal corresponding to the magnitude relationship between the DC voltages correlated to the DC intermediate voltage Vdc and the target DC intermediate voltage Vdc_ref and the output signal of the PLL circuit 31, and the inverter gate 17 to output. Thus, the inverter gate 17 synchronizes with the AC commercial power supply and generates a sine wave regenerative current (Iinv) that is increased or decreased so that the DC intermediate voltages Vdc and Vdc_ref coincide with each other. The gates S1 to S4 are driven on / off.

ここで、MPU20による直流中間電圧Vdc_refの計算態様について説明する。まず、正極端子N1及び負極端子N2間の直流中間電圧(Vdc)がスイッチング素子S1〜S4(インバータ回路16)によりPWM変換される際、各スイッチング素子S1〜S4で発生する電圧降下をVsで表し、交流リアクトル(L2)に回生電流Iinvが流れることで発生する電圧降下をVLで表すものとする。この場合、降下電圧Vsは、下式(1)(2)で表される。   Here, how the MPU 20 calculates the DC intermediate voltage Vdc_ref will be described. First, when the DC intermediate voltage (Vdc) between the positive terminal N1 and the negative terminal N2 is PWM-converted by the switching elements S1 to S4 (inverter circuit 16), a voltage drop generated in each of the switching elements S1 to S4 is represented by Vs. The voltage drop generated when the regenerative current Iinv flows through the AC reactor (L2) is represented by VL. In this case, the drop voltage Vs is expressed by the following expressions (1) and (2).

Vs=Vdc−VL−√2Vac−Von …(1)
ただし、
VL=j×ω×L×Iinv …(2)
(L:交流リアクトルのインダクタンス、ω:交流商用電源の周波数の角速度)
なお、Vonは、スイッチング素子S1〜S4のオン電圧であって、構造によって決定される一定値(例えば1.8〜2.5V)である。
Vs = Vdc−VL−√2Vac−Von (1)
However,
VL = j × ω × L × Iinv (2)
(L: inductance of AC reactor, ω: angular velocity of frequency of AC commercial power)
Von is an on-voltage of the switching elements S1 to S4, and is a constant value (for example, 1.8 to 2.5 V) determined by the structure.

そして、スイッチング素子S1〜S4での損失Psは下式(3)で表される。
Ps=(Vs+Von)×Iinv
+2×(テール電流による素子スイッチング損失) …(3)
従って、式(3)の右辺2項目のテール電流による素子スイッチング損失を除けば、Vsを零にすればPsが最小になることから、本実施形態では、目標とする直流中間電圧Vdc_refを下式(4)によって求めている。
And loss Ps in switching element S1-S4 is represented by the following Formula (3).
Ps = (Vs + Von) × Iinv
+ 2 × (element switching loss due to tail current) (3)
Therefore, except for the element switching loss due to the tail current of the two items on the right side of Equation (3), Ps is minimized when Vs is made zero. In this embodiment, the target DC intermediate voltage Vdc_ref is expressed by the following equation: It is determined by (4).

Vdc_ref=VL+√2Vac+Von …(4)
そして、前記出力制御部32は、現在の直流中間電圧Vdcが目標とする直流中間電圧Vdc_refに一致するように回生電流Iinvを増減させるべく、前記インバータゲート17を駆動制御する。例えば現在の直流中間電圧Vdcが目標とする直流中間電圧Vdc_refよりも小さいときには、式(2)(4)から直流中間電圧Vdc_refを減少させるべく、回生電流Iinvが減少するように前記インバータゲート17を駆動制御する。
Vdc_ref = VL + √2Vac + Von (4)
The output control unit 32 drives and controls the inverter gate 17 to increase or decrease the regenerative current Iinv so that the current DC intermediate voltage Vdc matches the target DC intermediate voltage Vdc_ref. For example, when the current DC intermediate voltage Vdc is smaller than the target DC intermediate voltage Vdc_ref, the inverter gate 17 is set so that the regenerative current Iinv decreases so as to reduce the DC intermediate voltage Vdc_ref from the equations (2) and (4). Drive control.

前記電流センサ28,29は、例えば整流回路からなる交直変換器33の両入力端子に接続されており、発電機出力電流(Iu,Iw)の差分に相当する交流電圧を整流した直流電圧を比較器34の反転入力端子に出力する。一方、比較器34の非反転入力端子は、MPU20のD/A変換部に接続されており、該MPU20により設定された目標とする発電機出力電流Ige_refに相関する直流電圧を入力する。なお、発電機出力電流Ige_refは、下式(5)に従って計算される現在の受電端電力Pw(内部の電力負荷に供給している電力)に基づくマップに従ってMPU20により求められる演算値である。   The current sensors 28 and 29 are connected to both input terminals of an AC / DC converter 33 composed of, for example, a rectifier circuit, and compare a DC voltage obtained by rectifying an AC voltage corresponding to a difference between generator output currents (Iu, Iw). Output to the inverting input terminal of the unit 34. On the other hand, the non-inverting input terminal of the comparator 34 is connected to the D / A converter of the MPU 20 and inputs a DC voltage correlated with the target generator output current Ige_ref set by the MPU 20. The generator output current Ige_ref is a calculated value obtained by the MPU 20 according to a map based on the current receiving end power Pw (power supplied to the internal power load) calculated according to the following equation (5).

Pw=Vac×(Ir+Is)/2 …(5)
そして、比較器34の出力端子は、PWM変換部35に接続されており、比較器34は、交直変換器33から出力された直流電圧及び発電機出力電流Ige_refに相関する直流電圧の大小関係に応じたレベルを有する出力信号を生成して、PWM変換部35に出力する。
Pw = Vac × (Ir + Is) / 2 (5)
The output terminal of the comparator 34 is connected to the PWM converter 35, and the comparator 34 has a magnitude relationship between the DC voltage output from the AC / DC converter 33 and the DC voltage correlated with the generator output current Ige_ref. An output signal having a corresponding level is generated and output to the PWM converter 35.

そして、PWM変換部35は、比較器34の出力信号のレベルに応じた出力制御信号を生成し、前記コンバータゲート15に出力する。これにより、コンバータゲート15は、発電機出力電流Ige_refに一致する発電機出力電流(Iu,Iw)を生成するようにコンバータ回路14の各トランジスタQ1〜Q6のゲートをオン・オフ駆動する。また、これに先立って、MPU20は、適宜の通信手段を介してガスエンジン11の制御装置に制御指令を送信する。これにより、ガスエンジン11は、所要の発電機出力電流(Iu,Iw)を生成し得るようにその回転速度が制御される。   The PWM converter 35 generates an output control signal corresponding to the level of the output signal from the comparator 34 and outputs the output control signal to the converter gate 15. As a result, the converter gate 15 drives the gates of the transistors Q1 to Q6 of the converter circuit 14 so as to generate a generator output current (Iu, Iw) that matches the generator output current Ige_ref. Prior to this, the MPU 20 transmits a control command to the control device of the gas engine 11 via appropriate communication means. Thereby, the rotational speed of the gas engine 11 is controlled so that the required generator output current (Iu, Iw) can be generated.

なお、このように回転速度制御されたガスエンジン11に回転駆動されることで、発電機12において所要の発電機出力電流が生成され、コンバータ回路14において直流電力に変換されて、正極端子N1及び負極端子N2間に直流中間電圧(Vdc)が生成されることは既述のとおりである。なお、直流中間電圧は、コンバータ回路14における直流電力への変換に際し、変換前の交流電圧の波高値よりも大きくなるように、例えば360V〜380V程度に昇圧されている。   In addition, when the rotational speed of the gas engine 11 is rotationally driven in this manner, a required generator output current is generated in the generator 12 and is converted into DC power in the converter circuit 14, and the positive terminal N1 and As described above, the DC intermediate voltage (Vdc) is generated between the negative terminal N2. Note that the DC intermediate voltage is boosted to about 360 V to 380 V, for example, so as to be larger than the peak value of the AC voltage before conversion when converting into DC power in the converter circuit 14.

次に、MPU20等による系統連系システムの制御態様、特にインバータ装置13(インバータ回路16)の回生電流Iinvの制御態様について図2のフローチャートに従って総括して説明する。   Next, the control mode of the grid interconnection system by the MPU 20 and the like, particularly the control mode of the regenerative current Iinv of the inverter device 13 (inverter circuit 16) will be described in general with reference to the flowchart of FIG.

まず、系統連系システムの電源がオンされると(S1)、ガスエンジン11が始動される(S2)。そして、ガスエンジン11の始動により、該ガスエンジン11に回転駆動される発電機12において発電が開始される。なお、ガスエンジン11に始動に際しては、インバータ装置13により発電機12を電動機(始動用モータ)として駆動して、あるいは専用の始動用モータを駆動して、ガスエンジン11の回転軸を回転させればよい。   First, when the power of the grid interconnection system is turned on (S1), the gas engine 11 is started (S2). When the gas engine 11 is started, power generation is started in the generator 12 that is rotationally driven by the gas engine 11. When starting the gas engine 11, the generator 12 can be driven as an electric motor (starting motor) by the inverter device 13, or a dedicated starting motor can be driven to rotate the rotating shaft of the gas engine 11. That's fine.

続いて、前述の式(5)に従って現在の受電端電力Pwが計算される(S3)。そして、目標とするインバータ装置13の出力電力が受電端電力Pwに設定される。これに伴い、適宜の通信手段を介してガスエンジン11の制御装置に制御指令が送信されることで、所要の発電機出力電流(Iu,Iw)を生成し得るようにガスエンジン11の回転速度が制御される。   Subsequently, the current power receiving end power Pw is calculated according to the above-described equation (5) (S3). Then, the output power of the target inverter device 13 is set to the receiving end power Pw. Accordingly, a rotational speed of the gas engine 11 is generated so that a required generator output current (Iu, Iw) can be generated by transmitting a control command to the control device of the gas engine 11 via an appropriate communication means. Is controlled.

次に、現在の受電端電力Pwに基づくマップによって演算される目標の発電機出力電流Ige_refが設定されるとともに、前述の式(4)によって計算される目標の直流中間電圧Vdc_refが設定される(S6)。これにより、発電機出力電流Ige_refを有する発電機出力電流を生成するようにコンバータ回路14が駆動制御されて、正極端子N1及び負極端子N2間の直流中間電圧(Vdc)が昇圧される(S7)。   Next, the target generator output current Ige_ref calculated by the map based on the current power receiving end power Pw is set, and the target DC intermediate voltage Vdc_ref calculated by the above-described equation (4) is set ( S6). As a result, the converter circuit 14 is driven and controlled to generate a generator output current having the generator output current Ige_ref, and the DC intermediate voltage (Vdc) between the positive terminal N1 and the negative terminal N2 is boosted (S7). .

続いて、現在の直流中間電圧Vdcが目標の直流中間電圧Vdc_refよりも小さいか否かが判断される(S8)。そして、直流中間電圧Vdcが直流中間電圧Vdc_refよりも小さいと判断されると、前述の式(2)(4)から明らかなように、直流中間電圧Vdc_refを減少させるべく、回生電流Iinvが減少される(S9)。また、直流中間電圧Vdcが直流中間電圧Vdc_ref以上と判断されると、直流中間電圧Vdc_refを増加させるべく、回生電流Iinvが増加される(S9)。なお、このような回生電流Iinvの増減補正は、インバータ回路16の駆動制御によって行われる。そして、S9又はS10において直流中間電圧Vdc,Vdc_refの大小関係に応じた回生電流Iinvの増減補正が行われると、S3に戻って同様の処理が繰り返される。   Subsequently, it is determined whether or not the current DC intermediate voltage Vdc is smaller than the target DC intermediate voltage Vdc_ref (S8). When it is determined that the DC intermediate voltage Vdc is smaller than the DC intermediate voltage Vdc_ref, the regenerative current Iinv is decreased so as to reduce the DC intermediate voltage Vdc_ref, as is apparent from the above formulas (2) and (4). (S9). When the DC intermediate voltage Vdc is determined to be equal to or higher than the DC intermediate voltage Vdc_ref, the regenerative current Iinv is increased to increase the DC intermediate voltage Vdc_ref (S9). Such increase / decrease correction of the regenerative current Iinv is performed by drive control of the inverter circuit 16. When the increase / decrease correction of the regenerative current Iinv according to the magnitude relationship between the DC intermediate voltages Vdc and Vdc_ref is performed in S9 or S10, the process returns to S3 and the same processing is repeated.

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)本実施形態では、検出された交流商用電源の交流電圧最大値Vac(√2Vac)に交流リアクトルL2(,L1)による回生電流Iinvにより発生する電圧降下VL分及びスイッチング素子S1〜S4による電圧降下分(オン電圧Von分)を加算した直流電圧値を目標の直流電圧Vdc_refとして計算される。従って、目標の直流電圧Vdc_refは余分な任意の分の電圧値(Vs)が最小となるように制御されるため、スイッチング素子S1〜S4で消費される分を最小にでき、効率化を図ることができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the detected AC voltage maximum value Vac (√2 Vac) of the AC commercial power supply corresponds to the voltage drop VL generated by the regenerative current Iinv by the AC reactor L2 (, L1) and the switching elements S1 to S4 A DC voltage value obtained by adding the voltage drop (ON voltage Von) is calculated as the target DC voltage Vdc_ref. Therefore, since the target DC voltage Vdc_ref is controlled so that the voltage value (Vs) of an extra arbitrary amount is minimized, the amount consumed by the switching elements S1 to S4 can be minimized, and efficiency can be improved. Can do.

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、トランジスタQ1〜Q6、スイッチング素子S1〜S4はIGBT等であってもよい。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the embodiment, the transistors Q1 to Q6 and the switching elements S1 to S4 may be IGBTs or the like.

・前記実施形態において、電流センサ27は、前記接続点N4及び前記交流リアクトルL2間に代えて、若しくはこれに加えて、前記接続点N3及び前記交流リアクトルL1間に設けてもよい。   In the embodiment, the current sensor 27 may be provided between the connection point N3 and the AC reactor L1 instead of or in addition to the connection point N4 and the AC reactor L2.

・前記実施形態において、インバータ装置13を、三相の交流商用電源に連系してもよい。
・前記実施形態において、電力発生源の発電電力は、太陽電池や燃料電池などの直流電力、あるいは、風力発電機やガスタービン発電機などの交流電力をコンバータを介して変換した直流電力であってもよい。
In the embodiment, the inverter device 13 may be linked to a three-phase AC commercial power source.
In the above embodiment, the generated power of the power generation source is direct current power such as a solar cell or a fuel cell, or direct current power obtained by converting alternating current power such as a wind power generator or a gas turbine generator via a converter. Also good.

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
・請求項1に記載のインバータ装置において、
前記目標の直流電圧をVdc_ref、前記検出された交流商用電源の交流電圧最大値をVac、前記検出された回生電流をIinv、前記スイッチング素子のオン電圧(電圧降下)をVonでそれぞれ表すと、前記計算手段は、
Vdc_ref=VL+√2Vac+Von
ただし、
VL=j×ω×L×Iinv
(L:インダクタンス、ω:交流商用電源の周波数の角速度)
に基づき、前記目標の直流電圧を計算することを特徴とするインバータ装置。
Next, the technical idea that can be grasped from the above embodiment and other examples will be described below.
In the inverter device according to claim 1,
When the target DC voltage is represented by Vdc_ref, the detected AC voltage maximum value of the AC commercial power supply is Vac, the detected regenerative current is represented by Iinv, and the ON voltage (voltage drop) of the switching element is represented by Von. The calculation means is
Vdc_ref = VL + √2Vac + Von
However,
VL = j × ω × L × Iinv
(L: inductance, ω: angular velocity of AC commercial power supply frequency)
The target DC voltage is calculated based on the inverter device.

L1,L2…交流リアクトル(リアクトル)、S1〜S4…スイッチング素子、11…ガスエンジン(電力発生源)、12…発電機(電力発生源)、14…コンバータ回路(電力発生源)、13…インバータ装置、16…インバータ回路、20…MPU(計算手段、制御手段)、21…計器用変圧器(電源電圧検出手段)、25…直流電圧検知回路(直流電圧検出手段)、27…電流センサ(電流検出手段)、31…PLL回路(制御手段)、32…出力制御部(制御手段)、17…インバータゲート(制御手段)。   L1, L2 ... AC reactor (reactor), S1 to S4 ... switching element, 11 ... gas engine (power generation source), 12 ... generator (power generation source), 14 ... converter circuit (power generation source), 13 ... inverter Device: 16 ... Inverter circuit, 20 ... MPU (calculation means, control means), 21 ... Instrument transformer (power supply voltage detection means), 25 ... DC voltage detection circuit (DC voltage detection means), 27 ... Current sensor (current) Detection means), 31... PLL circuit (control means), 32... Output control section (control means), 17... Inverter gate (control means).

Claims (1)

電力発生源の発電により生成した直流電圧をスイッチング素子によりPWM変換するとともにリアクトルにて成形して正弦波の回生電流を生成し、交流商用電源に連系するインバータ装置において、
前記電力発生源の発電により発生した直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記交流商用電源の交流電圧最大値を検出する電源電圧検出手段と、
前記交流商用電源に連系される回生電流を検出する電流検出手段と、
前記検出された交流商用電源の交流電圧最大値に前記リアクトルによる前記回生電流により発生する電圧降下分及び前記スイッチング素子による電圧降下分を加算した直流電圧値を目標の直流電圧として計算する計算手段と、
前記検出された直流電圧が前記目標の直流電圧に一致するように前記スイッチング素子を駆動制御する制御手段とを備えたことを特徴とするインバータ装置。
In the inverter device linked to the AC commercial power source, the DC voltage generated by the power generation of the power generation source is PWM-converted by the switching element and is formed by the reactor to generate a sine wave regenerative current.
DC voltage detecting means for detecting a DC voltage generated by power generation of the power generation source;
Power supply voltage detection means for detecting the AC voltage maximum value of the AC commercial power supply;
Current detection means for detecting a regenerative current linked to the AC commercial power supply;
Calculating means for calculating a DC voltage value obtained by adding a voltage drop generated by the regenerative current due to the reactor and a voltage drop caused by the switching element as a target DC voltage, to the detected AC voltage maximum value of the AC commercial power supply; ,
An inverter device comprising: control means for driving and controlling the switching element so that the detected DC voltage matches the target DC voltage.
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