JP2012165499A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】系統3に直流電源4を連系させる電力変換装置1は、昇圧回路13と、インバータ回路14と、制御装置15とを備える。制御装置15は、|Vac|>Vdcのとき、昇圧回路13だけをノーマルコイルL2に流れる電流に基づいて比例積分制御することによって直交変換を行う。また、制御装置15は、|Vac|<Vdcのとき、インバータ回路14をノーマルコイルL2に流れる電流に基づいてヒステリシス制御することによって直交変換を行う。この結果、交流電流における高調波成分を抑制することができる。制御装置15は、昇圧回路13の起動直後に比例ゲインKpを抑制するゲイン調節ブロック245を備えることができる。さらに、制御装置15は、昇圧回路13の起動タイミングを進角させる切替制御ブロック344を備えることができる。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明を適用した第1実施形態の電力変換装置1を含む電力システム2を示すブロック図である。電力システム2は、系統3に接続された需要家に設置されている。電力システム2は、例えば、個人の住宅、または事業所において構成されている。系統3は、電力供給会社などの供給者によって提供される電力網である。系統3は、単相3線方式の電源であり、中性線(N)と、電圧線(U、V)とを有する。電力システム2は、小規模な直流電源(DCS)4を備える。直流電源4は、住宅などに設置された小規模発電施設、または二次電池によって提供される。小規模発電施設として、例えば、太陽光発電装置、風力発電装置、または燃料電池を用いることができる。電力システム2は、系統3から電力を受ける負荷(LD)5を備える。電力システム2は、系統3から電力供給を受ける機能と、直流電源4から系統3へ電力を出力する機能とを有している。直流電源4から系統3へ電力を出力する機能は、逆潮流機能とも呼ばれる。電力システム2は、電力変換装置1を備える。電力変換装置1は、直流電源4から系統3へ電力を出力する。
図9は、本発明を適用した第2実施形態の電力変換装置1を示すブロック図である。電力変換装置1は、先行する実施形態の構成に加えて、さらに比例積分制御における制御ゲインを調節するゲイン調節ブロック(CGR)245を備える。ゲイン調節ブロック245は、電流の共振を抑制するように比例積分制御における制御ゲインを調節する。ゲイン調節ブロック245は、比例積分制御の開始時における比例ゲインKpを小さく調節する。ゲイン調節ブロック245は、比例積分制御の開始時における所定の期間だけ、比例ゲインKpを他の期間より小さく調節する。所定期間は、数ミリ秒とすることができる。所定期間は、昇圧回路13の容量成分と誘導成分との共振周期に応じて設定することができる。所定期間は、少なくとも共振周期にわたることが望ましい。さらに、所定期間は、共振周期の数サイクル分とすることができる。例えば、所定期間は、リアクトルL1と平滑コンデンサC1とによるLC共振周期の数サイクル分とすることができる。比例ゲインKpは、ほぼゼロに設定することができる。また、比例ゲインKpは、小さい値に抑制された後、徐々に通常値に復帰するように調節することができる。ゲイン調節ブロック245は、昇圧制御ブロック30により昇圧回路13の制御が開始されたときに、制御ゲインを抑制する制御ゲイン抑制手段を提供する。
図13は、本発明を適用した第3実施形態の電力変換装置1を示すブロック図である。先行する実施形態の構成では、Vac<Vdcのとき、ダイオードD1を通して供給される直流電力をインバータ回路14によって直交変換している。このため、Vac<Vdcのとき、すなわち昇圧回路13が昇圧機能を停止しているとき、ダイオードD2には電流が流れていない。ダイオードD2は、昇圧回路13が機能するときに昇圧された直流電力を供給する素子である。この構成では、昇圧回路13の比例積分制御が開始された後の応答性が悪いという問題点があった。かかる不具合を抑制するために、この実施形態では、第1の切替制御ブロック344は、昇圧回路13の起動タイミングを、交流電圧Vacが直流電圧Vdcより高くなるときより所定の進角量TAだけ前に進角させる。さらに、第1の切替制御ブロック344は、昇圧回路13の停止タイミングを、交流電圧Vacが直流電圧Vdcより低くなったときより所定の進角量TRだけ後に遅角させる。
図23は、本発明を適用した第4実施形態の電力変換装置1を示すブロック図である。この実施形態では、先行する実施形態のゲイン調節ブロック245と第1の切替制御ブロック344との両方を採用している。
図25は、本発明を適用した第5実施形態の電力変換装置1を示すブロック図である。先行する実施形態では、変調率MRを算出するために、ブロック38−42を採用した。ブロック38-42では、電流指令値に対して出力電流が少ない場合に、見かけ上出力電圧Voutに相当する交流電圧Vacを大きくし、値1−Nが1に近づく制御をしていた。これに代えて、この実施形態では、変調率MRを近似的に算出するブロック546−549を採用する。加算器ブロック546は、制御量から直流電圧Vdcを減算する。絶対値ブロック(ABS)547は、交流電圧Vacの絶対値を求める。1/Nブロック(1/N)548は、交流電圧Vacの絶対値の逆数を求める。乗算器ブロック549は、加算器ブロック546の出力に、交流電圧Vacの絶対値の逆数を掛ける。この構成では、電流指令値に対して出力電流が少ない場合に、見かけ上入力電圧Vinに相当する直流電圧Vdcを大きくし、通常はVin<Voutなので、値Vin/Voutが1に近づく制御をする。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
2 電力システム
3 系統
4 直流電源
5 負荷
11 直流端
12 交流端
13 昇圧回路
14 インバータ回路
15 制御装置
20 目標設定ブロック
30 昇圧制御ブロック
50 インバータ制御ブロック
Claims (10)
- 直流電源(4)の直流電力を昇圧する昇圧回路(13)と、
前記昇圧回路(13)から出力された直流電力を交流電力に変換し、系統(3)へ交流電力を出力するインバータ回路(14)と、
前記系統の交流電圧(Vac)が前記直流電源の直流電圧(Vdc)より低いとき、前記系統へ前記交流電力を出力するように、前記インバータ回路をヒステリシス制御によって制御するヒステリシス制御手段(51−58、60)と、
前記系統の交流電圧(Vac)が前記直流電源の直流電圧(Vdc)より高いとき、前記系統に前記交流電力を出力するように前記昇圧回路を比例積分制御によって制御する比例積分制御手段(30)とを備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記インバータ回路(14)は、ブリッジ回路(Q1−Q4)と、前記ブリッジ回路と前記系統との間に設けられたノーマルコイル(L2)とを備え、
前記ヒステリシス制御手段と前記比例積分制御手段とは、前記ノーマルコイルに流れる電流(IL)に応じて制御を実行することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - さらに、前記交流電圧(Vac)が前記直流電圧(Vdc)より低いとき、前記昇圧回路による昇圧を停止する停止手段(44、344)を備えることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
- さらに、前記交流電圧(Vac)が前記直流電圧(Vdc)より高いとき、前記昇圧回路によって昇圧された直流電力を前記交流電力に変換するように前記インバータ回路を制御する極性制御手段(59)を備えることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。
- さらに、前記比例積分制御手段により前記昇圧回路の制御が開始されたときに、制御ゲインを抑制する制御ゲイン抑制手段(245)を備えることを特徴とする請求項2から請求項4のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記制御ゲイン抑制手段(245)は、前記昇圧回路の容量成分と誘導成分との共振周期にわたって前記制御ゲインを抑制することを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。
- さらに、前記比例積分制御手段による前記昇圧回路の制御を、前記交流電圧(Vac)が前記直流電圧(Vdc)より高くなるより所定の進角量前に開始させる進角手段(344、371−376)を備えることを特徴とする請求項2から請求項6のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記進角量は、前記昇圧回路の容量成分と誘導成分との共振周期の1/10以上、かつ前記共振周期以下であることを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。
- さらに、前記比例積分制御手段による前記昇圧回路の制御を、前記交流電圧(Vac)が前記直流電圧(Vdc)より低くなった後に停止させる遅角手段(344、377−379)を備えることを特徴とする請求項2から請求項8のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記比例積分制御手段は、前記ノーマルコイルの電流の移動平均値を求める平均値算出手段(31)を備え、前記移動平均値に基づいて前記比例積分制御を実行することを特徴とする請求項2から請求項9のいずれかに記載の電力変換装置。
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