JP2011036045A5

JP2011036045A5 -

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Publication number: JP2011036045A5
Application number: JP2009180457A
Authority: JP
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2029-08-03

Description

この構成によると、前記変圧器を前記複数のインバータ装置の出力側の接続点と前記電力系統との間にのみ接続することにより、用いる変圧器を１台のみとしている。したがって、前記各インバータ装置に変圧器を設ける場合と比較して、用いる変圧器の数を抑制することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記直流電源の一対の出力端の一方は接地されており、前記複数のインバータ装置は、それぞれ、前記直流電力を交流電力に変換するＰＷＭ制御インバータ回路と、クロックパルス信号に基づいて生成されるキャリア信号と指令値信号との比較により、前記ＰＷＭ制御インバータ回路を制御するためのＰＷＭ信号を生成する制御回路とを備えており、前記複数のインバータ装置のうちの一のマスタインバータ装置の制御回路は、前記クロックパルス信号を生成する内部発振手段と、前記内部発振手段から出力されるクロックパルス信号に基づいて前記キャリア信号を生成するキャリア信号生成手段とを備え、前記マスタインバータ装置以外のスレーブインバータ装置の制御回路は、前記マスタインバータ装置の制御回路から送信されるクロックパルス信号に基づいて前記キャリア信号を生成するキャリア信号生成手段を備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記直流電源の一対の出力端の一方は接地されており、前記複数のインバータ装置は、それぞれ、前記直流電力を交流電力に変換するＰＷＭ制御インバータ回路と、クロックパルス信号に基づいて生成されるキャリア信号と指令値信号との比較により、前記ＰＷＭ制御インバータ回路を制御するためのＰＷＭ信号を生成する制御回路とを備えており、前記複数のインバータ装置のうちの一のマスタインバータ装置の制御回路は、前記クロックパルス信号を生成する内部発振手段と、前記内部発振手段から出力されるクロックパルス信号に基づいて前記キャリア信号を生成するキャリア信号生成手段と、を備え、前記マスタインバータ装置以外のスレーブインバータ装置の制御回路は、前記マスタインバータ装置の制御回路から送信されるキャリア信号に基づいて前記ＰＷＭ信号を生成する。

インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、それぞれ直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃから入力される直流電圧を交流電圧に変換して、変圧器３０に出力するものである。なお、図示していないが、各インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃには、例えば系統停電時の単独運転検出の能動的方式である無効電力変動方式の変動タイミングを同期化するための信号が入力される。

ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１は、昇圧形コンバータであり、直流電源１０ａから入力される直流電圧を昇圧してインバータ回路２２に出力する。ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１は、制御回路２４から入力されるＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子（図示しない）のオンとオフとを切り替えることで、直流電源１０ａから入力される直流電圧を所定の電圧レベルに昇圧して出力する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２１の構成はこれに限定されず、周知の昇圧形コンバータであればよい。

制御回路２４は、指令値信号を三角波のキャリア信号と比較する三角波比較法によりＰＷＭ信号を生成してインバータ回路２２に出力する。指令値信号は、系統の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に近い周波数を有する正弦波信号である。指令値信号は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１に入力される直流電流および直流電圧、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１から出力される（インバータ回路２２に入力される）直流電圧（以下、「バス電圧」とする。）、インバータ回路２２から出力される交流電流、フィルタ回路２３から出力される交流電流および交流電圧、およびこれらの目標値を用いて生成される。なお、同図においては、上記のＤＣ/ＤＣコンバータ回路２１への入力電流及び入力電圧、バス電圧、インバータ回路２２の出力電流、フィルタ回路２３の出力電流及び出力電圧を検出するための検出回路の記載を省略している。

図５の上段に示す正弦波状の波形は、インバータ装置２０ａのＵ相の出力ラインから出力されるＵ相電流Ｉuの波形の一例を示している。Ｕ相電流Ｉuには循環電流Ｉが重畳されているので、理想的な正弦波になっていない。Ｖ相およびＷ相の出力ラインから出力されるＶ相電流およびＷ相電流の波形も同様の波形となる。一方、図５の下段に示す正弦波状の波形は、循環電流Ｉが流れているときのインバータ装置２０ａから出力される零相電流Ｉzの波形の一例を示している。零相電流Ｉzは、Ｕ相電流Ｉu、Ｖ相電流Ｉv、およびＷ相電流Ｉwを加算したものであり、直流電源１０ａ，１０ｂ、１０ｃとインバータ装置２０ａ，２０ｂ、２０ｃの対地間の静電容量等が無視できるレベルであれば、零相電流Ｉzは循環電流Ｉとみなせる。なお、循環電流Ｉが流れていないときの零相電流Ｉz'は、図５の点線で示すようにゼロになる。

図６は、高周波成分の循環電流の循環経路について説明するための図である。同図は、図４に示す回路図に、直流電源１０ａ，１０ｂを追加した回路図である。説明を簡略化するため、直流電源からの入力電圧は同一（Vin1＝Vin2）とし、昇圧チョッパ部は停止状態として、インバータ装置ａ、ｂのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の状態にのみ着目する。インバータ装置ａのスイッチング素子Ｑ１とインバータ装置ｂのスイッチング素子Ｑ１とが同じタイミングでオンとオフの切り替えを行っている場合（インバータ装置ａのスイッチング素子Ｑ２とインバータ装置ｂのスイッチング素子Ｑ２とも同じタイミングでオンとオフの切り替えを行っている）、各インバータ装置ａ，ｂのＶa，Ｖbのポイントでの電圧（以下、「出力電圧Ｖa，Ｖb」とする）は、Vin1（＝Vin2）又は接地電位に固定されるので、循環電流は発生しない。ここで、各インバータ装置ａ、ｂのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオンとオフの切り替えタイミングが一致しない場合、すなわち、インバータ装置ａ、ｂに入力されるＰＷＭ信号に位相差が発生している場合を考える。

なお、第３実施形態では、インバータ装置が３台並列接続されている場合について説明しているが、接続されるインバータ装置が２台の場合や４台以上の場合でも、本発明を適用することができる。また、各インバータ装置にそれぞれ別の直流電源が接続されている場合（図１参照）でも、１つの直流電源の出力を分配して各インバータ装置に入力する場合（図２参照）でも、本発明を適用することができる。

一般的に、太陽光発電用の系統連系インバータシステムにおいては、太陽電池の出力電力を有効に取り出すために最大電力点追従制御（以下、「Ｐmax制御」とする。）が標準装備されることが多い。Ｐmax制御は太陽電池アレイ毎に行えば高効率化が実現できるため、本発明のシステムを太陽電池に適用した場合、図１の構成により各インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃがそれぞれ独立してＰmax制御を行った方がよい。よって、このような場合においては、各インバータ装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃの制御回路２４が出力するＰＷＭ信号のパターンが異なることになる。

零相電流信号をＩz(t)=Ａsin（3ωt＋θ）とし、回転行列[sin3ωt cos3ωt]^Tを左側から乗じる。そうすると、下記(３)式により、回転変換後のsin成分αとcos成分βとが算出される。なお、零相電流信号には、高周波成分および直流成分も含まれるが、sin成分αとcos成分βから直流量を抽出したときに除去されるので、説明の簡略化のために省略している。

Ｉzsr(t)＝２・Ｙspi・sin(3ωt＋φ) ・・・（８）
Ｉzcr(t)＝２・Ｘcpi・cos(3ωt＋φ) ・・・（９）
ここで、φは、零相電流検出回路２６の遅れ要素や、インバータ回路２２の循環電流経路上の遅れ要素（インダクタンス成分）を補償するための値であり、各種インバータ装置に応じて適切な値に設定される。

なお、上述した第３ないし第５実施形態の３種類の循環電流抑制対策用の回路は、それぞれ抑制対象の循環電流の種類が異なるので、いずれか１つを設ければ、零相電流Ｉzを抑制する効果があるが、いずれか２つを組み合わせた構成もしくは全てを組み合わせた構成にすれば、零相電流Ｉzを可及的にゼロに抑制することができる効果を奏する。

図２０は、図５に対応する波形図であり、上段に示す波形はＵ相電流Ｉuの波形であり、下段に示す波形は、零相電流Ｉzの波形である。

Ａ，Ａ’ 系統連系インバータシステム
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ直流電源
２０ａ，２０ｂ，２０ｃインバータ装置
２１ＤＣ/ＤＣコンバータ回路
２２インバータ回路
２３フィルタ回路
２４、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ制御回路
１ａ内部発振部
２ａ，２ｂ，２ｃキャリア信号生成部
３，３ａ，３ｂ，３ｃＰＷＭ信号生成部
４ａ，４１ａ，４２ａ，４ｂ，４ｃ位相補正部
４ａ’ キャリア位相補正部
５直流成分抽出部
６指令値信号生成部
６１，６２ＰＩ制御部
６３電流制御部
６４零相３次成分制御部
６４１回転変換部
６４２，６４３フィルタ部
６４４，６４５ＰＩ制御部
６４６補正値生成部
２５バス電圧検出回路
２６零相電流検出回路
３０変圧器
４０商用電力系統

Claims

前記直流電源の一対の出力端の一方は接地されており、
前記複数のインバータ装置は、それぞれ、前記直流電力を交流電力に変換するＰＷＭ制御インバータ回路と、クロックパルス信号に基づいて生成されるキャリア信号と指令値信号との比較により、前記ＰＷＭ制御インバータ回路を制御するためのＰＷＭ信号を生成する制御回路とを備えており、
前記複数のインバータ装置のうちの一のマスタインバータ装置の制御回路は、前記クロックパルス信号を生成する内部発振手段と、前記内部発振手段から出力されるクロックパルス信号に基づいて前記キャリア信号を生成するキャリア信号生成手段と、を備え、
前記マスタインバータ装置以外のスレーブインバータ装置の制御回路は、前記マスタインバータ装置の制御回路から送信されるクロックパルス信号に基づいて前記キャリア信号を生成するキャリア信号生成手段を備えている、
請求項１に記載の系統連系インバータシステム。
前記直流電源の一対の出力端の一方は接地されており、
前記複数のインバータ装置は、それぞれ、前記直流電力を交流電力に変換するＰＷＭ制御インバータ回路と、クロックパルス信号に基づいて生成されるキャリア信号と指令値信号との比較により、前記ＰＷＭ制御インバータ回路を制御するためのＰＷＭ信号を生成する制御回路とを備えており、
前記複数のインバータ装置のうちの一のマスタインバータ装置の制御回路は、前記クロックパルス信号を生成する内部発振手段と、前記内部発振手段から出力されるクロックパルス信号に基づいて前記キャリア信号を生成するキャリア信号生成手段と、を備え、
前記マスタインバータ装置以外のスレーブインバータ装置の制御回路は、前記マスタインバータ装置の制御回路から送信されるキャリア信号に基づいて前記ＰＷＭ信号を生成する、
請求項１に記載の系統連系インバータシステム。