JP2013138543A - Power conversion circuit control circuit, grid connected inverter system, and three phase pwm converter system using control circuit - Google Patents

Power conversion circuit control circuit, grid connected inverter system, and three phase pwm converter system using control circuit Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control circuit which, in a control system for current control, performs harmonics compensation as well, the control system having linearity and time invariance.SOLUTION: A control circuit 7 comprises: a three-phase to two-phase conversion unit 73 which converts a three-phase current signal into an α axis and a β axis current signal; an α axis current controller 74 which performs signal processing on a deviation signal between the α axis current signal and a target value to generate a first correction value signal; a β axis current controller 75 which performs signal processing on a deviation signal between the β axis current signal and a target value to generate a second correction value signal; a two-phase to three-phase conversion unit 76 which converts the first and the second correction value signals into three correction value signals; and a PWM signal generation unit 77 which generates a PWM signal on the basis of the three correction value signals. The α axis current controller 74 and the β axis current controller 75 performs signal processing with a transfer function designed by a H∞ control theory using a frequency weight W having (s+ω)×{s+(n×ω)} included in the denominator.

Description

本発明は、電力変換回路の出力または入力を制御するための制御回路、この制御回路を用いた系統連系インバータシステムおよび三相PWMコンバータシステムに関し、特に、高調波の補償を行うものに関する。   The present invention relates to a control circuit for controlling the output or input of a power conversion circuit, a grid-connected inverter system and a three-phase PWM converter system using the control circuit, and more particularly to a circuit for compensating for harmonics.

従来、太陽電池などによって生成される直流電力を交流電力に変換して、電力系統に供給する系統連系インバータシステムが開発されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a grid-connected inverter system has been developed that converts DC power generated by a solar cell or the like into AC power and supplies it to an electric power system.

図14は、従来の一般的な系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。   FIG. 14 is a block diagram for explaining a conventional general grid-connected inverter system.

系統連系インバータシステムA100は、直流電源1が生成した電力を変換して三相電力系統Bに供給するものである。なお、以下では3つの相をU相、V相およびW相とする。   The grid interconnection inverter system A100 converts the power generated by the DC power supply 1 and supplies it to the three-phase power system B. Hereinafter, the three phases are referred to as a U phase, a V phase, and a W phase.

インバータ回路2は、直流電源1から入力される直流電圧をスイッチング素子(図示しない)のスイッチングにより交流電圧に変換する。フィルタ回路3は、インバータ回路2から出力される交流電圧に含まれるスイッチング周波数成分を除去する。変圧回路4は、フィルタ回路3から出力される交流電圧を三相電力系統Bの系統電圧に昇圧(または降圧)する。制御回路700は、電流センサ5および電圧センサ6などが検出した電流信号および電圧信号を入力され、これに基づいてPWM信号を生成してインバータ回路2に出力する。インバータ回路2は、制御回路700から入力されるPWM信号に基づいてスイッチング素子のスイッチングを行う。   The inverter circuit 2 converts a DC voltage input from the DC power supply 1 into an AC voltage by switching a switching element (not shown). The filter circuit 3 removes a switching frequency component included in the AC voltage output from the inverter circuit 2. The transformer circuit 4 boosts (or steps down) the AC voltage output from the filter circuit 3 to the system voltage of the three-phase power system B. The control circuit 700 receives the current signal and the voltage signal detected by the current sensor 5 and the voltage sensor 6, generates a PWM signal based on the current signal and the voltage signal, and outputs the PWM signal to the inverter circuit 2. The inverter circuit 2 performs switching of the switching element based on the PWM signal input from the control circuit 700.

図15は、制御回路700の内部構成を説明するためのブロック図である。   FIG. 15 is a block diagram for explaining the internal configuration of the control circuit 700.

電流センサ5から入力された各相の電流信号は三相/二相変換部73に入力される。   The current signal of each phase input from the current sensor 5 is input to the three-phase / two-phase converter 73.

三相/二相変換部73は、入力された3つの電流信号Iu,Iv,Iwを、α軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβに変換するものである。三相/二相変換部73は、いわゆる三相/二相変換処理(αβ変換処理)を行うものであり、電流信号Iu,Iv,Iwを互いに直交するα軸成分とβ軸成分とにそれぞれ分解して、各軸成分をまとめることでα軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβを生成する。   The three-phase / two-phase conversion unit 73 converts the three input current signals Iu, Iv, and Iw into an α-axis current signal Iα and a β-axis current signal Iβ. The three-phase / two-phase conversion unit 73 performs a so-called three-phase / two-phase conversion process (αβ conversion process). The current signals Iu, Iv, Iw are respectively converted into an α-axis component and a β-axis component that are orthogonal to each other. The α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ are generated by decomposing and collecting the respective axis components.

三相/二相変換部73で行われる変換処理は、下記(1)式に示す行列式で表される。
The conversion process performed by the three-phase / two-phase conversion unit 73 is represented by a determinant represented by the following equation (1).

回転座標変換部78は、三相/二相変換部73から入力されるα軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβを、回転座標系のd軸電流信号Idおよびq軸電流信号Iqに変換するものである。回転座標系は、直交するd軸とq軸とを有し、三相電力系統Bの系統電圧の基本波と同一の角速度で同一の方向に回転する直交座標系である。回転座標系の反対概念として、回転しない座標系を静止座標系とする。回転座標変換部78は、いわゆる回転座標変換処理(dq変換処理)を行うものであり、静止座標系のα軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβを、位相検出部71が検出した系統電圧の基本波の位相θに基づいて、回転座標系のd軸電流信号Idおよびq軸電流信号Iqに変換する。   The rotation coordinate conversion unit 78 converts the α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ input from the three-phase / two-phase conversion unit 73 into a d-axis current signal Id and a q-axis current signal Iq in the rotation coordinate system. Is. The rotating coordinate system is an orthogonal coordinate system having orthogonal d-axis and q-axis and rotating in the same direction at the same angular velocity as the fundamental wave of the system voltage of the three-phase power system B. As a concept opposite to the rotating coordinate system, a non-rotating coordinate system is a stationary coordinate system. The rotation coordinate conversion unit 78 performs a so-called rotation coordinate conversion process (dq conversion process). The α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ of the stationary coordinate system are converted into the system voltage detected by the phase detection unit 71. Based on the phase θ of the fundamental wave, it is converted into a d-axis current signal Id and a q-axis current signal Iq in the rotating coordinate system.

回転座標変換部78で行われる変換処理は、下記(2)式に示す行列式で表される。
The conversion process performed by the rotation coordinate conversion unit 78 is expressed by a determinant represented by the following expression (2).

LPF74aおよびLPF75aは、ローパスフィルタであり、それぞれd軸電流信号Idおよびq軸電流信号Iqの直流成分だけを通過させる。回転座標変換処理によって、α軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβの基本波成分が、それぞれd軸電流信号Idおよびq軸電流信号Iqの直流成分に変換されている。PI制御部74bおよびPI制御部75bは、それぞれd軸電流信号Idおよびq軸電流信号Iqの直流成分とその目標値との偏差に基づいてPI制御(比例積分制御)を行い、基本波補償信号Xd,Xqを出力するものである。目標値として直流成分を用いることができるので、PI制御部74bおよびPI制御部75bは、精度のよい制御を行うことができる。   The LPF 74a and the LPF 75a are low-pass filters and pass only the DC components of the d-axis current signal Id and the q-axis current signal Iq, respectively. Through the rotation coordinate conversion process, the fundamental wave components of the α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ are converted into DC components of the d-axis current signal Id and the q-axis current signal Iq, respectively. The PI control unit 74b and the PI control unit 75b perform PI control (proportional integration control) based on the deviation between the DC component of the d-axis current signal Id and the q-axis current signal Iq and the target value, respectively, and the fundamental compensation signal Xd and Xq are output. Since a DC component can be used as the target value, the PI control unit 74b and the PI control unit 75b can perform control with high accuracy.

静止座標変換部79は、PI制御部74bおよびPI制御部75bからそれぞれ入力される基本波補償信号Xd,Xqを、静止座標系の2つの基本波補償信号Xα,Xβに変換するものであり、回転座標変換部78とは逆の変換処理を行うものである。静止座標変換部79は、いわゆる静止座標変換処理(逆dq変換処理)を行うものであり、回転座標系の基本波補償信号Xd,Xqを、位相θに基づいて、静止座標系の基本波補償信号Xα,Xβに変換する。   The stationary coordinate conversion unit 79 converts the fundamental wave compensation signals Xd and Xq input from the PI control unit 74b and the PI control unit 75b, respectively, into two fundamental wave compensation signals Xα and Xβ in the stationary coordinate system. The rotation coordinate conversion unit 78 performs a reverse conversion process. The static coordinate conversion unit 79 performs a so-called static coordinate conversion process (inverse dq conversion process), and uses the fundamental wave compensation signals Xd and Xq of the rotating coordinate system based on the phase θ to compensate the fundamental wave of the static coordinate system The signals are converted into signals Xα and Xβ.

静止座標変換部79で行われる変換処理は、下記(3)式に示す行列式で表される。
The conversion process performed by the stationary coordinate conversion unit 79 is expressed by a determinant represented by the following expression (3).

二相/三相変換部76は、静止座標変換部79から出力される基本波補償信号Xα,Xβに、後述する高調波補償コントローラ800から出力される高調波補償信号Yα,Yβを加算した補正値信号X’α,X’βを、3つの補正値信号Xu,Xv,Xwに変換するものである。二相/三相変換部76は、いわゆる二相/三相変換処理(逆αβ変換処理)を行うものであり、三相/二相変換部73とは逆の変換処理を行うものである。   The two-phase / three-phase conversion unit 76 adds the harmonic compensation signals Yα and Yβ output from the harmonic compensation controller 800 described later to the fundamental wave compensation signals Xα and Xβ output from the stationary coordinate conversion unit 79. The value signals X′α, X′β are converted into three correction value signals Xu, Xv, Xw. The two-phase / three-phase conversion unit 76 performs a so-called two-phase / three-phase conversion process (reverse αβ conversion process), and performs a conversion process opposite to the three-phase / two-phase conversion unit 73.

二相/三相変換部76で行われる変換処理は、下記(4)式に示す行列式で表される。
The conversion process performed by the two-phase / three-phase conversion unit 76 is expressed by a determinant represented by the following equation (4).

PWM信号生成部77は、二相/三相変換部76が出力した補正値信号Xu,Xv,Xwに基づいてPWM信号を生成して出力する。   The PWM signal generation unit 77 generates and outputs a PWM signal based on the correction value signals Xu, Xv, and Xw output from the two-phase / three-phase conversion unit 76.

制御回路700には、三相電力系統Bから入力される高調波およびインバータ回路2から出力される高調波を抑制する機能が備えられている。高調波補償コントローラ800は、電流センサ5から入力された各相の電流信号から高調波成分を抽出し、これを打ち消す高調波を出力するための高調波補償信号を出力する。系統連系インバータシステムA100は高調波補償信号に基づく高調波(すなわち、検出した高調波の逆位相の高調波)を出力して打ち消させることで、高調波を抑制する。   The control circuit 700 has a function of suppressing harmonics input from the three-phase power system B and harmonics output from the inverter circuit 2. The harmonic compensation controller 800 extracts a harmonic component from each phase current signal input from the current sensor 5 and outputs a harmonic compensation signal for outputting a harmonic that cancels the harmonic component. The grid interconnection inverter system A100 outputs harmonics based on the harmonic compensation signal (that is, harmonics having a phase opposite to the detected harmonics) and cancels the harmonics, thereby suppressing harmonics.

図16は、高調波補償コントローラ800の内部構成を説明するためのブロック図である。三相電力系統Bまたはインバータ回路2からの高調波は、一般的に、5次高調波、7次高調波、および11次高調波が多い。これらの高調波を抑制するために、5次高調波を抑制するための5次高調波補償部810、7次高調波を抑制するための7次高調波補償部820、および11次高調波を抑制するための11次高調波補償部830が、高調波補償コントローラ800に備えられている。5次高調波補償部810は、回転座標変換部811、LPF812,813、I制御部814,815、および静止座標変換部816を備えている。なお、7次高調波補償部820および11次高調波補償部830は5次高調波補償部810と同様の構成なので、図16における記載および説明を省略している。   FIG. 16 is a block diagram for explaining the internal configuration of the harmonic compensation controller 800. In general, the harmonics from the three-phase power system B or the inverter circuit 2 are mostly the fifth harmonic, the seventh harmonic, and the eleventh harmonic. In order to suppress these harmonics, a fifth harmonic compensator 810 for suppressing the fifth harmonic, a seventh harmonic compensator 820 for suppressing the seventh harmonic, and an eleventh harmonic are provided. An eleventh harmonic compensation unit 830 for suppression is provided in the harmonic compensation controller 800. The fifth harmonic compensation unit 810 includes a rotation coordinate conversion unit 811, LPFs 812 and 813, I control units 814 and 815, and a stationary coordinate conversion unit 816. Since the seventh harmonic compensation unit 820 and the eleventh harmonic compensation unit 830 have the same configuration as the fifth harmonic compensation unit 810, the description and description in FIG. 16 are omitted.

回転座標変換部811は、三相/二相変換部73から入力されるα軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβを、回転座標系のd軸電流信号Id5およびq軸電流信号Iq5に変換するものである。この回転座標系は、系統電圧の基本波の角速度の5倍の角速度で逆の方向に回転する直交座標系である。回転座標変換部811は、いわゆる回転座標変換処理(dq変換処理)を行うものであり、静止座標系のα軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβを、位相検出部71が検出した系統電圧の基本波の位相θに基づいて、回転座標系のd軸電流信号Id5およびq軸電流信号Iq5に変換する。 The rotation coordinate conversion unit 811 converts the α-axis current signal Iα and β-axis current signal Iβ input from the three-phase / two-phase conversion unit 73 into a d-axis current signal Id 5 and a q-axis current signal Iq 5 in the rotation coordinate system. To convert. This rotating coordinate system is an orthogonal coordinate system that rotates in the opposite direction at an angular velocity that is five times the angular velocity of the fundamental wave of the system voltage. The rotation coordinate conversion unit 811 performs a so-called rotation coordinate conversion process (dq conversion process). The α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ of the stationary coordinate system are converted into the system voltage detected by the phase detection unit 71. Based on the phase θ of the fundamental wave, it is converted into a d-axis current signal Id 5 and a q-axis current signal Iq 5 in the rotating coordinate system.

回転座標変換部811で行われる変換処理は、下記(5)式に示す行列式で表される。
なお、7次高調波補償部820および11次高調波補償部830の回転座標変換部は、上記(5)式において、(−5θ)をそれぞれ7θ、(−11θ)とした処理を行う。
The conversion process performed by the rotating coordinate conversion unit 811 is represented by a determinant represented by the following expression (5).
Note that the rotation coordinate conversion units of the seventh harmonic compensation unit 820 and the eleventh harmonic compensation unit 830 perform processing in which (−5θ) is set to 7θ and (−11θ), respectively, in the above equation (5).

LPF812およびLPF813は、ローパスフィルタであり、それぞれd軸電流信号Id5およびq軸電流信号Iq5の直流成分だけを通過させる。回転座標変換処理によって、α軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβの5次高調波が、それぞれd軸電流信号Id5およびq軸電流信号Iq5の直流成分に変換されている。I制御部814およびI制御部815は、それぞれd軸電流信号Id5およびq軸電流信号Iq5の直流成分に基づいてI制御(積分制御)を行い、5次高調波補償信号Yd5,Yq5を出力するものである。目標値として直流成分を用いることができるので、I制御部814およびI制御部815は、精度のよい制御を行うことができる。 LPF 812 and LPF 813 are low-pass filters and pass only the DC components of d-axis current signal Id 5 and q-axis current signal Iq 5 , respectively. By the rotational coordinate conversion process, the fifth harmonics of the α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ are converted into DC components of the d-axis current signal Id 5 and the q-axis current signal Iq 5 , respectively. The I control unit 814 and the I control unit 815 perform I control (integration control) based on the DC components of the d-axis current signal Id 5 and the q-axis current signal Iq 5 , respectively, and the fifth harmonic compensation signals Yd 5 , Yq 5 is output. Since a DC component can be used as the target value, the I control unit 814 and the I control unit 815 can perform highly accurate control.

静止座標変換部816は、I制御部814およびI制御部815からそれぞれ入力される5次高調波補償信号Yd5,Yq5を、静止座標系の2つの5次高調波補償信号Yα5,Yβ5に変換するものであり、回転座標変換部811とは逆の変換処理を行うものである。静止座標変換部816は、いわゆる静止座標変換処理(逆dq変換処理)を行うものであり、回転座標系の5次高調波補償信号Yd5,Yq5を、位相θに基づいて、静止座標系の5次高調波補償信号Yα5,Yβ5に変換する。 The stationary coordinate conversion unit 816 converts the fifth harmonic compensation signals Yd 5 and Yq 5 input from the I control unit 814 and the I control unit 815, respectively, into two fifth harmonic compensation signals Yα 5 and Yβ in the stationary coordinate system. 5 is converted, and the conversion process reverse to that of the rotating coordinate conversion unit 811 is performed. The static coordinate conversion unit 816 performs so-called static coordinate conversion processing (inverse dq conversion processing), and converts the fifth-order harmonic compensation signals Yd 5 and Yq 5 of the rotating coordinate system into a static coordinate system based on the phase θ. of the fifth harmonic compensation signal Yarufa 5, converted into Ybeta 5.

静止座標変換部816で行われる変換処理は、下記(6)式に示す行列式で表される。
なお、7次高調波補償部820および11次高調波補償部830の静止座標変換部は、上記(6)式において、(−5θ)をそれぞれ7θ、(−11θ)とした処理を行う。
The conversion process performed by the stationary coordinate conversion unit 816 is represented by a determinant represented by the following expression (6).
Note that the stationary coordinate conversion units of the seventh-order harmonic compensation unit 820 and the eleventh-order harmonic compensation unit 830 perform processing in which (−5θ) is set to 7θ and (−11θ), respectively, in the above equation (6).

同様にして、7次高調波補償部820は7次高調波補償信号Yα7,Yβ7を生成して出力し、11次高調波補償部830は11次高調波補償信号Yα11,Yβ11を生成して出力する。5次高調波補償信号Yα5、7次高調波補償信号Yα7、11次高調波補償信号Yα11を加算した高調波補償信号Yαと、5次高調波補償信号Yβ5、7次高調波補償信号Yβ7、11次高調波補償信号Yβ11を加算した高調波補償信号Yβとが、高調波補償コントローラ800から出力され、静止座標変換部79から出力される基本波補償信号Xα,Xβにそれぞれ加算されて、補正値信号X’α,X’βとして二相/三相変換部76に入力される。 Similarly, the seventh harmonic compensator 820 7 harmonic compensation signal Yarufa 7, generates and outputs a Ybeta 7, 11 harmonic compensator 830 11 harmonic compensation signal Yarufa 11, the Ybeta 11 Generate and output. 5 harmonic compensation signal Yarufa 5, 7 harmonic compensation signal Yα 7, 11 th and harmonic compensation signal Yarufa the harmonic compensation signal Yarufa 11 by adding, fifth harmonic compensation signal Ybeta 5, 7 harmonic compensation The harmonic compensation signal Yβ obtained by adding the signal Yβ 7 and the 11th-order harmonic compensation signal Yβ 11 is output from the harmonic compensation controller 800 to the fundamental wave compensation signals Xα and Xβ output from the stationary coordinate converter 79, respectively. The added values are input to the two-phase / three-phase converter 76 as correction value signals X′α and X′β.

特許第4421700号公報Japanese Patent No. 4421700 特開2009−44897号公報JP 2009-44897 A

しかしながら、電流制御のための制御系を設計することに大変な労力が必要であるという問題がある。最近の系統連系インバータシステムには、瞬低に対して所定の時間以内に出力を復帰させるなど、制御に高速な応答性が求められている。このような要求を満たすように制御系を設計するために、LPF74aおよびLPF75aのパラメータや、PI制御部74bおよびPI制御部75bの比例ゲインおよび積分ゲインを最適に設計する必要がある。しかし、回転座標変換部78および静止座標変換部79は非線形時変処理を行うために、線形制御理論を用いて制御系を設計することができなかった。また、制御系が非線形時変処理を含むため、システム解析もできなかった。   However, there is a problem that a great effort is required to design a control system for current control. Recent grid-connected inverter systems are required to have high-speed responsiveness in control, such as returning the output within a predetermined time with respect to the instantaneous drop. In order to design the control system so as to satisfy such requirements, it is necessary to optimally design the parameters of the LPF 74a and the LPF 75a and the proportional gain and integral gain of the PI control unit 74b and the PI control unit 75b. However, since the rotating coordinate conversion unit 78 and the stationary coordinate conversion unit 79 perform nonlinear time-varying processing, it has not been possible to design a control system using linear control theory. Moreover, since the control system includes nonlinear time-varying processing, system analysis cannot be performed.

また、各高調波補償のための制御系を設計するために、LPF812,813のパラメータや、I制御部814,815の積分ゲインを最適に設計する必要がある。しかし、回転座標変換部811および静止座標変換部816は非線形時変処理を行うために、線形制御理論を用いて制御系を設計することができなかった。また、制御系が非線形時変処理を含むため、システム解析もできなかった。   Further, in order to design a control system for each harmonic compensation, it is necessary to optimally design the parameters of the LPFs 812 and 813 and the integral gains of the I control units 814 and 815. However, since the rotating coordinate conversion unit 811 and the stationary coordinate conversion unit 816 perform nonlinear time-varying processing, it has not been possible to design a control system using linear control theory. Moreover, since the control system includes nonlinear time-varying processing, system analysis cannot be performed.

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、電流制御の制御系で併せて高調波補償も行い、かつ、当該制御系が線形性および時不変性を有する制御回路を提供することをその目的としている。   The present invention has been conceived under the above circumstances, and a harmonic compensation is also performed in a current control system, and the control system has linearity and time invariance. Its purpose is to provide.

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.

本発明の第1の側面によって提供される制御回路は、三相交流に関する電力変換回路内の複数のスイッチング手段の駆動をPWM信号により制御する制御回路であって、前記電力変換回路の三相の出力または入力に基づく3つの信号を第1の信号と第2の信号に変換する三相二相変換手段と、前記第1の信号および前記第2の信号とそれぞれの基本波成分の目標値との偏差である第1の偏差信号および第2の偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号にそれぞれ含まれる基本波成分をそれぞれゼロに制御し、かつ、前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号にそれぞれ含まれる所定の高調波成分を抑制制御するための第1の補正値信号および第2の補正値信号を生成する制御手段と、前記第1の補正値信号と前記第2の補正値信号とを3つの補正値信号に変換する二相三相変換手段と、前記3つの補正値信号に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成手段とを備えており、前記制御手段は、周波数重みWを用いてロバスト制御設計法で設計された伝達関数によって、前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号を信号処理することで、前記第1の補正値信号および前記第2の補正値信号を生成し、前記三相交流の基本波の角周波数をω0とし、n次高調波を抑制する場合、前記周波数重みWの分母には、(s2+ω0 2)・{s2+(n・ω02}が含まれることを特徴とする。 A control circuit provided by the first aspect of the present invention is a control circuit that controls driving of a plurality of switching means in a power conversion circuit related to three-phase alternating current using a PWM signal, and includes a three-phase control circuit. Three-phase to two-phase conversion means for converting three signals based on an output or input into a first signal and a second signal; a target value of each of the first signal, the second signal, and each fundamental wave component; Deviation signal generation means for generating a first deviation signal and a second deviation signal, which are deviations of the first deviation signal, and a fundamental wave component included in each of the first deviation signal and the second deviation signal are controlled to zero. And control means for generating a first correction value signal and a second correction value signal for suppressing and controlling predetermined harmonic components contained in the first deviation signal and the second deviation signal, respectively. The first Two-phase / three-phase conversion means for converting the correction value signal and the second correction value signal into three correction value signals, and a PWM signal generation means for generating a PWM signal based on the three correction value signals. And the control means performs signal processing on the first deviation signal and the second deviation signal by a transfer function designed by a robust control design method using the frequency weight W, so that the first deviation signal is processed. When the correction value signal and the second correction value signal are generated, the angular frequency of the fundamental wave of the three-phase alternating current is set to ω 0 , and the nth harmonic is suppressed, the denominator of the frequency weight W is ( s 2 + ω 0 2 ) · {s 2 + (n · ω 0 ) 2 } is included.

本発明の第2の側面によって提供される制御回路は、三相交流に関する電力変換回路内の複数のスイッチング手段の駆動をPWM信号により制御する制御回路であって、前記電力変換回路の三相の出力または入力に基づく3つの信号とそれぞれの基本波成分の目標値との偏差である3つの偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、前記3つの偏差信号を第1の偏差信号および第2の偏差信号に変換する三相二相変換手段と、前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号にそれぞれ含まれる基本波成分をそれぞれゼロに制御し、かつ、前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号にそれぞれ含まれる所定の高調波成分を抑制制御するための第1の補正値信号および第2の補正値信号を生成する制御手段と、前記第1の補正値信号と前記第2の補正値信号とを3つの補正値信号に変換する二相三相変換手段と、前記3つの補正値信号に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成手段とを備えており、前記制御手段は、周波数重みWを用いてロバスト制御設計法で設計された伝達関数によって、前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号を信号処理することで、前記第1の補正値信号および前記第2の補正値信号を生成し、前記三相交流の基本波の角周波数をω0とし、n次高調波を抑制する場合、前記周波数重みWの分母には、(s2+ω0 2)・{s2+(n・ω02}が含まれることを特徴とする。 A control circuit provided by the second aspect of the present invention is a control circuit that controls driving of a plurality of switching means in a power conversion circuit related to three-phase alternating current by using a PWM signal, Deviation signal generating means for generating three deviation signals, which are deviations between the three signals based on the output or input and the target values of the respective fundamental wave components, and the three deviation signals as the first deviation signal and the second deviation signal Three-phase to two-phase conversion means for converting to a deviation signal, and control the fundamental wave components included in the first deviation signal and the second deviation signal to zero, respectively, and the first deviation signal and the Control means for generating a first correction value signal and a second correction value signal for suppressing and controlling predetermined harmonic components respectively included in the second deviation signal; the first correction value signal; 2 Two-phase three-phase conversion means for converting the correction value signal into three correction value signals, and PWM signal generation means for generating a PWM signal based on the three correction value signals, the control means, By performing signal processing on the first deviation signal and the second deviation signal by a transfer function designed by the robust control design method using the frequency weight W, the first correction value signal and the second correction signal When a correction value signal is generated and the angular frequency of the fundamental wave of the three-phase alternating current is set to ω 0 and the nth-order harmonic is suppressed, the denominator of the frequency weight W is (s 2 + ω 0 2 ) · {s 2 + (n · ω 0 ) 2 } is included.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記周波数重みWは、所定の実数をkとした場合、
である。
In a preferred embodiment of the present invention, when the frequency weight W is a predetermined real number k,
It is.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記3つの信号は、各相の出力電流または入力電流を検出した信号である。   In a preferred embodiment of the present invention, the three signals are signals obtained by detecting an output current or an input current of each phase.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記3つの信号は、各相の出力電圧または入力電圧を検出した信号である。   In a preferred embodiment of the present invention, the three signals are signals obtained by detecting an output voltage or an input voltage of each phase.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記伝達関数は、周波数重みWを用いてH∞ループ整形法で設計される。   In a preferred embodiment of the present invention, the transfer function is designed by the H∞ loop shaping method using the frequency weight W.

本発明の第3の側面によって提供される系統連系インバータシステムは、インバータ回路と、本発明の第1または第2の側面によって提供される制御回路とを備えていることを特徴とする。   The grid-connected inverter system provided by the third aspect of the present invention includes an inverter circuit and a control circuit provided by the first or second aspect of the present invention.

本発明の第4の側面によって提供される三相PWMコンバータシステムは、コンバータ回路と、本発明の第1または第2の側面によって提供される制御回路とを備えていることを特徴とする。   A three-phase PWM converter system provided by the fourth aspect of the present invention includes a converter circuit and a control circuit provided by the first or second aspect of the present invention.

本発明によれば、第1の偏差信号および第2の偏差信号をそれぞれ伝達関数によって信号処理することで、第1の補正値信号および第2の補正値信号を生成している。当該伝達関数は、分母に(s2+ω0 2)・{s2+(n・ω02}が含まれる周波数重みWを用いて設計されたものなので、基本波とn次高調波とが同時に制御される。また、制御系が線形性および時不変性を有するので、線形制御理論に基づいた設計法を用いて制御系の設計を容易にすることができる。 According to the present invention, a first correction value signal and a second correction value signal are generated by performing signal processing on the first deviation signal and the second deviation signal, respectively, using a transfer function. The transfer function is designed using a frequency weight W including (s 2 + ω 0 2 ) · {s 2 + (n · ω 0 ) 2 } in the denominator. Are controlled simultaneously. Further, since the control system has linearity and time invariance, the design of the control system can be facilitated using a design method based on the linear control theory.

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.

回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を線形時不変の処理に変換する方法について説明するためのブロック線図である。It is a block diagram for demonstrating the method to convert the process accompanied by a rotation coordinate transformation and a stationary coordinate transformation into a linear time invariant process. 回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を線形時不変の処理に変換する方法について説明するためのブロック線図であり、行列で表したものである。It is a block diagram for demonstrating the method to convert the process accompanied by a rotation coordinate transformation and a stationary coordinate transformation into a linear time invariant process, and is represented by the matrix. 行列の計算を説明するためのブロック線図である。It is a block diagram for demonstrating the calculation of a matrix. 回転座標変換を行ってからPI制御を行った後に静止座標変換を行う処理を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the process which performs static coordinate transformation after performing PI control after performing rotational coordinate transformation. 回転座標変換を行ってからI制御を行った後に静止座標変換を行う処理を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the process which performs a stationary coordinate transformation after performing I control after performing a rotational coordinate transformation. 行列GIの各要素である伝達関数を解析するためのボード線図である。Is a Bode diagram for analyzing a transfer function which is the elements of the matrix G I. 正相分の信号と逆相分の信号を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the signal for a positive phase, and the signal for a reverse phase. 周波数重みWを解析するためのボード線図である。It is a Bode diagram for analyzing the frequency weight W. 伝達関数Kを解析するためのボード線図である。It is a Bode diagram for analyzing a transfer function K. 第1実施形態に係る系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the grid connection inverter system which concerns on 1st Embodiment. シミュレーション結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a simulation result. 第2実施形態に係る制御回路を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the control circuit which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る三相PWMコンバータシステムを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the three-phase PWM converter system which concerns on 3rd Embodiment. 従来の一般的な系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the conventional general grid connection inverter system. 制御回路の内部構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the internal structure of a control circuit. 高調波補償コントローラの内部構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the internal structure of a harmonic compensation controller.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。   Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

まず、回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を線形時不変の処理に変換する方法について説明する。   First, a method for converting processing involving rotational coordinate transformation and stationary coordinate transformation into linear time-invariant processing will be described.

図1(a)は、回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を説明するための図である。当該処理では、まず、信号αおよびβが、回転座標変換によって、信号dおよびqに変換される。信号dおよびqに対して、それぞれ所定の伝達関数F(s)で表される処理が行われ、信号d’およびq’が出力される。次に、信号d’およびq’が静止座標変換によって、信号α’およびβ’に変換される。図1(a)に示す非線形時変の処理を、図1(b)に示す線形時不変の伝達関数の行列Gを用いた処理に変換する。   Fig.1 (a) is a figure for demonstrating the process accompanied by rotation coordinate transformation and stationary coordinate transformation. In this processing, first, the signals α and β are converted into signals d and q by rotational coordinate conversion. The signals d and q are each processed by a predetermined transfer function F (s), and signals d 'and q' are output. Next, the signals d ′ and q ′ are converted into signals α ′ and β ′ by stationary coordinate transformation. The nonlinear time-varying process shown in FIG. 1A is converted into a process using a matrix G of linear time-invariant transfer functions shown in FIG.

図1(a)に示す回転座標変換は下記(7)式の行列式で表され、静止座標変換は下記(8)式の行列式で表される。
The rotational coordinate transformation shown in FIG. 1A is represented by a determinant of the following equation (7), and the stationary coordinate transformation is represented by a determinant of the following equation (8).

したがって、図1(a)に示す処理を、行列を用いて、図2(a)のように表すことができる。図2(a)に示す3つの行列の積を計算し、算出された行列を線形時不変の行列にすることで、図1(b)に示す行列Gを算出することができる。このとき、静止座標変換および回転座標変換の行列を行列の積に変換したうえで、算出を行う。   Therefore, the process shown in FIG. 1A can be expressed as shown in FIG. 2A using a matrix. The matrix G shown in FIG. 1B can be calculated by calculating the product of the three matrices shown in FIG. 2A and making the calculated matrix a linear time-invariant matrix. At this time, the calculation is performed after converting the matrix of the stationary coordinate conversion and the rotation coordinate conversion into a matrix product.

回転座標変換の行列は、下記(9)式に示す右辺の行列の積に変換することができる。
但し、jは虚数単位であり、exp()は自然対数の底eの指数関数であり、
である。なお、T-1は、Tの逆行列である。
The matrix for rotational coordinate conversion can be converted into a product of the right-hand side matrix shown in the following equation (9).
Where j is the imaginary unit, exp () is the exponential function of the base e of the natural logarithm,
It is. T −1 is an inverse matrix of T.

となり、オイラーの公式より、exp(jθ)=cosθ+jsinθ、exp(−jθ)=cosθ−jsinθを代入して計算すると、
であることが、確認できる。
From the Euler's formula, calculating by substituting exp (jθ) = cos θ + jsin θ and exp (−jθ) = cos θ−jsin θ,
It can be confirmed that

また、静止座標変換の行列は、下記(10)式に示す右辺の行列の積に変換することができる。当該行列の積の中央の行列は線形時不変の行列である。
但し、jは虚数単位であり、exp()は自然対数の底eの指数関数であり、
である。なお、T-1は、Tの逆行列である。
Also, the matrix of the static coordinate conversion can be converted into the product of the matrix on the right side shown in the following equation (10). The matrix in the middle of the matrix product is a linear time-invariant matrix.
Where j is the imaginary unit, exp () is the exponential function of the base e of the natural logarithm,
It is. T −1 is an inverse matrix of T.

となり、オイラーの公式より、exp(jθ)=cosθ+jsinθ、exp(−jθ)=cosθ−jsinθを代入して計算すると、
であることが、確認できる。
From the Euler's formula, calculating by substituting exp (jθ) = cos θ + jsin θ and exp (−jθ) = cos θ−jsin θ,
It can be confirmed that

上記(9)式および(10)式を用いて、図2(a)に示す3つの行列の積を計算して、行列Gを算出すると、下記(11)式のように計算される。
When the product of the three matrices shown in FIG. 2A is calculated using the above equations (9) and (10), and the matrix G is calculated, the following equation (11) is calculated.

上記(11)式の中央の3つの行列の1行1列目の要素に注目し、これをブロック線図で表すと、図3に示すブロック線図になる。図3に示すブロック線図の入出力特性を計算すると、
となる。ただし、F(s)はインパルス応答f(t)をもつ一入力一出力伝達関数である 。
When attention is paid to the element in the first row and the first column of the three matrixes in the center of the above equation (11) and this is expressed in a block diagram, the block diagram shown in FIG. 3 is obtained. When calculating the input / output characteristics of the block diagram shown in FIG.
It becomes. Where F (s) is a one-input one-output transfer function having an impulse response f (t).

ここで、θ(t)=ω0tとすると、θ(t)−θ(τ)=ω0t−ω0τ=ω0(t−τ)=θ(t−τ)となるので、図3に示すブロック線図の入出力特性は、インパルス応答f(t)exp(−jω0t)を持つ線形時不変系のものに等しい。インパルス応答f(t)exp(−jω0t)をラプラス変換すると、伝達関数F(s+jω0)が得られる。また、図3に示すブロック線図のexp(jθ(t))とexp(−jθ(t))とを入れ換えた場合の入出力特性は、伝達関数F(s−jω0)の入出力特性になる。 Here, when θ (t) = ω 0 t, θ (t) −θ (τ) = ω 0 t−ω 0 τ = ω 0 (t−τ) = θ (t−τ). The input / output characteristics of the block diagram shown in FIG. 3 are equal to those of a linear time invariant system having an impulse response f (t) exp (−jω 0 t). When the impulse response f (t) exp (−jω 0 t) is Laplace transformed, a transfer function F (s + jω 0 ) is obtained. The input / output characteristics when exp (jθ (t)) and exp (−jθ (t)) in the block diagram shown in FIG. 3 are interchanged are the input / output characteristics of the transfer function F (s−jω 0 ). become.

したがって、上記(11)式からさらに計算を進めると、
と計算される。
Therefore, if the calculation is further advanced from the above equation (11),
Is calculated.

これにより、図2(a)に示す処理を、図2(b)に示す処理に変換することができる。図2(b)に示す処理は、回転座標変換を行ってから所定の伝達関数F(s)で表される処理を行った後に静止座標変換を行う処理と等価の処理であって、当該処理のシステムは線形時不変のシステムである。   Thereby, the process shown in FIG. 2A can be converted into the process shown in FIG. The process shown in FIG. 2B is equivalent to the process of performing the stationary coordinate conversion after performing the process represented by the predetermined transfer function F (s) after performing the rotational coordinate conversion. This system is a linear time-invariant system.

PI制御(比例積分制御)コントローラの伝達関数は、比例ゲインおよび積分ゲインをそれぞれKPおよびKIとすると、F(s)=KP+KI/sで表される。したがって、図4に示す処理、すなわち、回転座標変換を行ってからPI制御を行った後に静止座標変換を行う処理と等価の処理を示す伝達関数の行列GPIは、上記(12)式を用いて、下記(13)式のように算出される。
The transfer function of the PI control (proportional integral control) controller is expressed as F (s) = K P + K I / s, where K P and K I are the proportional gain and integral gain, respectively. Therefore, the transfer function matrix G PI indicating the process shown in FIG. 4, that is, the process equivalent to the process of performing the stationary coordinate conversion after performing the PI control after performing the rotational coordinate conversion, uses the above equation (12). Thus, the following equation (13) is calculated.

また、I制御(積分制御)コントローラの伝達関数は、積分ゲインをKIとすると、F(s)=KI/sで表される。したがって、図5に示す処理、すなわち、回転座標変換を行ってからI制御を行った後に静止座標変換を行う処理と等価の処理を示す伝達関数の行列GIは、上記(12)式を用いて、下記(14)式のように算出される。
Further, the transfer function of the I control (integral control) controller, the integral gain and K I, represented by F (s) = K I / s. Therefore, the processing shown in FIG. 5, i.e., the matrix G I of the transfer function from performing a rotational coordinate transformation showing the processing of the processing equivalent to a still coordinate transformation after the I control, using the equation (12) Is calculated as in the following equation (14).

図6は、行列GIの各要素である伝達関数を解析するためのボード線図である。同図(a)は行列GIの1行1列要素(以下では、「(1,1)要素」と記載する。他の要素についても同様に記載する。)および(2,2)要素の伝達関数を示しており、同図(b)は行列GIの(1,2)要素の伝達関数を示しており、同図(c)は行列GIの(2,1)要素の伝達関数を示している。同図は、系統電圧の基本波の周波数(以下では、「中心周波数」とする。また、中心周波数に対応する角周波数を「中心角周波数」とする。)が60Hzの場合(すなわち、角周波数ω0=120πの場合)のものであり、積分ゲインKIを「0.1」,「1」,「10」,「100」とした場合を示している。 Figure 6 is a Bode diagram for analyzing a transfer function which is the elements of the matrix G I. FIG (a) is first row and the first column elements (hereinafter, the same applies for. Other elements described as "(1,1) element".) The matrix G I and (2,2) element of FIG. 4B shows the transfer function of the (1,2) element of the matrix G I , and FIG. 4C shows the transfer function of the (2,1) element of the matrix G I. Is shown. The figure shows the case where the frequency of the fundamental wave of the system voltage (hereinafter referred to as “center frequency”. Also, the angular frequency corresponding to the center frequency is referred to as “center angular frequency”) is 60 Hz (that is, angular frequency). ω 0 = 120π), and the integral gain K I is “0.1”, “1”, “10”, “100”.

同図(a),(b)および(c)が示す振幅特性は、いずれも、中心周波数にピークがあり、積分ゲインKIが大きくなると、振幅特性が大きくなっている。また、同図(a)が示す位相特性は、中心周波数で0度になる。つまり、行列GIの(1,1)要素および(2,2)要素の伝達関数は、中心周波数(中心角周波数)の信号を位相を変化させることなく通過させる。同図(b)が示す位相特性は、中心周波数で90度になる。つまり、行列GIの(1,2)要素の伝達関数は、中心周波数(中心角周波数)の信号の位相を90度進めて通過させる。一方、同図(c)が示す位相特性は、中心周波数で−90度になる。つまり、行列GIの(2,1)要素の伝達関数は、中心周波数(中心角周波数)の信号の位相を90度遅らせて通過させる。 FIG (a), the amplitude characteristic shown by (b) and (c) are all, there is a peak in the center frequency, the integral gain K I is increased, the amplitude characteristic is increased. Further, the phase characteristic shown in FIG. 5A is 0 degree at the center frequency. In other words, the transfer function of (1, 1) element and (2,2) element of the matrix G I is passed through without the signal of the center frequency (center angular frequency) changes the phase. The phase characteristic shown in FIG. 5B is 90 degrees at the center frequency. In other words, the transfer function of the (1,2) element of the matrix G I causes the phase of the signal of the center frequency (center angular frequency) passes advancing 90 degrees. On the other hand, the phase characteristic shown in FIG. 4C is −90 degrees at the center frequency. In other words, the transfer function of (2,1) element of the matrix G I is the phase of the signal of the center frequency (center angular frequency) passing delayed 90 degrees.

上述した伝達関数の行列G(GPI,GI)は、基本波成分の正相分の制御を行うためのものである。次に、逆相分の制御を行う方法について説明する。 The matrix G (G PI , G I ) of the transfer function described above is for controlling the positive phase component of the fundamental wave component. Next, a method for controlling the reverse phase will be described.

図7は、基本波の正相分の信号と逆相分の信号を説明するための図である。同図(a)は基本波の正相分の信号を示しており、同図(b)は基本波の逆相分の信号を示している。   FIG. 7 is a diagram for explaining the signal for the positive phase and the signal for the negative phase of the fundamental wave. FIG. 4A shows the signal for the positive phase of the fundamental wave, and FIG. 4B shows the signal for the reverse phase of the fundamental wave.

同図(a)において、電流信号Iu,Iv,Iwの基本波成分の正相分信号を破線矢印のベクトルu,v,wで示している。ベクトルu,v,wは互いに120度ずつ向きが異なっており、時計回りの順番で並んで角周波数ω0で反時計回りの方向に回転している。前記正相分信号を三相/二相変換したα軸信号およびβ軸信号は、実線矢印のベクトルα,βで示される。ベクトルα,βは、時計回りの順番で90度向きが異なっており、角周波数ω0で反時計回りの方向に回転している。 In FIG. 5A, the positive phase signals of the fundamental wave components of the current signals Iu, Iv, Iw are indicated by the vectors u, v, w of broken line arrows. The vectors u, v, and w have directions different from each other by 120 degrees, and are arranged in a clockwise order and rotated counterclockwise at an angular frequency ω 0 . The α-axis signal and β-axis signal obtained by converting the positive phase signal into three-phase / two-phase signals are indicated by vectors α and β of solid arrows. The vectors α and β are different in direction by 90 degrees in the clockwise order, and are rotated counterclockwise at the angular frequency ω 0 .

つまり、α軸信号はβ軸信号より90度位相が進んでいる。α軸信号に行列GIの(1,1)要素の伝達関数に示す処理を行っても、位相は変化しない(図6(a)参照)。また、β軸信号に行列GIの(1,2)要素の伝達関数に示す処理を行うと、位相が90度進む(図6(b)参照)。したがって、両者の位相がα軸信号と同じ位相になるので、両者を加算することで強め合うことになる。一方、α軸信号に行列GIの(2,1)要素の伝達関数に示す処理を行うと、位相が90度遅れる(図6(c)参照)。また、β軸信号に行列GIの(2,2)要素の伝達関数に示す処理を行っても、位相は変化しない。したがって、両者の位相がβ軸信号と同じ位相になるので、両者を加算することで強め合うことになる。 That is, the α-axis signal is 90 degrees ahead of the β-axis signal. even if the processing shown in the transfer function of (1, 1) element of the matrix G I to α-axis signal, the phase does not change (see FIG. 6 (a)). Further, when the processing shown in the transfer function of the (1,2) element of the matrix G I to β-axis signal, it advances the phase by 90 degrees (see Figure 6 (b)). Therefore, since both phases become the same phase as the α-axis signal, they are strengthened by adding both. On the other hand, when the processing shown in the transfer function of (2,1) element of the matrix G I to α-axis signal, the phase is delayed 90 degrees (see Figure 6 (c)). Further, even if the processing shown in the transfer function of the (2,2) element of the matrix G I in β axis signal, the phase does not change. Therefore, since both phases become the same phase as the β-axis signal, they are strengthened by adding both.

逆相分は相順が正相分とは逆方向になっている成分である。図7(b)において、電流信号Iu,Iv,Iwの基本波成分の逆相分信号を破線矢印のベクトルu,v,wで示している。ベクトルu,v,wは互いに120度ずつ向きが異なっており、反時計回りの順番で並んで角周波数ω0で反時計回りの方向に回転している。前記逆相分信号を三相/二相変換したα軸信号およびβ軸信号は、実線矢印のベクトルα,βで示される。ベクトルα,βは、反時計回りの順番で90度向きが異なっており、角周波数ω0で反時計回りの方向に回転している。 The reverse phase component is a component whose phase sequence is opposite to the normal phase component. In FIG. 7 (b), the antiphase component signals of the fundamental components of the current signals Iu, Iv, Iw are indicated by vectors u, v, w of broken line arrows. The vectors u, v, and w have directions different from each other by 120 degrees, and are arranged in the counterclockwise order and rotated in the counterclockwise direction at the angular frequency ω 0 . An α-axis signal and a β-axis signal obtained by three-phase / two-phase conversion of the antiphase signal are indicated by vectors α and β of solid arrows. The vectors α and β are different in the direction of 90 degrees in the counterclockwise order, and rotate in the counterclockwise direction at the angular frequency ω 0 .

つまり、α軸信号はβ軸信号より90度位相が遅れている。α軸信号に行列GIの(1,1)要素の伝達関数に示す処理を行っても、位相は変化しない。また、β軸信号に行列GIの(1,2)要素の伝達関数に示す処理を行うと、位相が90度進む。したがって、両者の位相が逆位相になるので、両者を加算することで打ち消し合うことになる。一方、α軸信号に行列GIの(2,1)要素の伝達関数に示す処理を行うと、位相が90度遅れる。また、β軸信号に行列GIの(2,2)要素の伝達関数に示す処理を行っても、位相は変化しない。したがって、両者の位相が逆位相になるので、両者を加算することで打ち消し合うことになる。したがって、伝達関数の行列GIは、正相分の制御を行ない、逆相分の制御は行なわない。 That is, the α-axis signal is 90 degrees behind the β-axis signal. even if the processing shown in the transfer function of (1, 1) element of the matrix G I to α-axis signal, the phase does not change. Further, when the processing shown in the transfer function of the (1,2) element of the matrix G I to β-axis signal, it advances the phase by 90 degrees. Therefore, since the phases of both are reversed, adding them together cancels each other. On the other hand, when the processing shown in the transfer function of (2,1) element of the matrix G I to α-axis signal, the phase is delayed 90 degrees. Further, even if the processing shown in the transfer function of the (2,2) element of the matrix G I in β axis signal, the phase does not change. Therefore, since the phases of both are reversed, adding them together cancels each other. Accordingly, the matrix G I of the transfer function, performs control of the positive phase component, control of the reverse phase is not performed.

伝達関数の行列GIの(1,2)要素と(2,1)要素とを入れ換えた場合、上記とは逆に、正相分が打ち消しあって、逆相成分が強めあうことになる。したがって、逆相分の制御を行う場合には、伝達関数の行列GIの(1,2)要素と(2,1)要素とを入れ換えた行列を用いればよい。伝達関数の行列G,GPIについても同様である。 If interchanged and (1,2) element of the matrix G I of the transfer function and (2,1) element, contrary to the above, so that cancel each other positive phase component, reverse-phase components constructive. Therefore, when controlling the reversed phase, the (1,2) of the matrix G I of the transfer function element and the (2,1) element and matrix may be used with interchanged. The same applies to the transfer function matrices G and GPI .

次に、正相分、逆相分の両方の制御を行う方法について説明する。   Next, a method for controlling both the positive phase portion and the reverse phase portion will be described.

行列GIの(1,1)要素および(2,2)要素の伝達関数に示す処理は、正相分および逆相分の位相を変化させずに通過させる(図6(a)参照)。したがって、上記(14)式に示す行列GIの(1,2)要素および(2,1)要素を「0」にした下記(15)式に示す伝達関数の行列G’Iを用いると、正相分、逆相分の両方の制御を行うことができる。伝達関数の行列GPIについても同様であり、上記(13)式において(1,2)要素および(2,1)要素を「0」にした下記(16)式に示す伝達関数の行列G’PIを用いると、正相分、逆相分の両方の制御を行うことができる。
Matrix processing shown in the transfer function of (1, 1) element and (2,2) element of G I is passed through without changing the positive phase component and negative phase of the phase (see FIG. 6 (a)). Therefore, when the matrix G ′ I of the transfer function shown in the following equation (15) in which the (1,2) and (2,1) elements of the matrix G I shown in the above equation (14) are set to “0” is used, Both the normal phase and the reverse phase can be controlled. The same applies to the transfer function matrix GPI , and the transfer function matrix G ′ shown in the following expression (16) in which the (1,2) element and the (2,1) element are set to “0” in the above expression (13). By using PI , it is possible to control both the positive phase portion and the reverse phase portion.

次に、高調波成分の制御を行う方法について説明する。   Next, a method for controlling harmonic components will be described.

上記(12)式に示す伝達関数の行列Gは、基本波成分を制御するためのものである。n次高調波は基本波の角周波数をn倍した角周波数の成分である。n次高調波の正相分を三相/二相変換した場合、α軸信号がβ軸信号より位相が進む場合と遅れる場合とがある。n=3k+1(k=1,2,…)の場合、n次高調波の正相分信号の相の順番は、基本波の正相分信号の相の順番に一致する。すなわち、基本波の正相分のU,V,W相の信号をそれぞれ、Vu=Vcosθ、Vv=Vcos(θ−2π/3)、Vw=Vcos(θ−4π/3)とすると、例えば7次高調波の正相分のU,V,W相の信号はそれぞれ、Vu7=V7cos7θ、Vv7=V7cos(7θ−14π/3)=V7cos(7θ−2π/3)、Vw7=V7cos(7θ−28π/3)=V7cos(7θ−4π/3)となる。この場合、相の順番が基本波の正相分信号の相の順番に一致し、図7(a)と同様に、α軸信号の位相がβ軸信号の位相より90度進む。したがってn次高調波(n=3k+1)の正相分を制御する場合の伝達関数の行列は、上記(12)式においてω0をn・ω0とした下記(17)式に示す伝達関数の行列Gnとなる。一方、n=3k+2(k=0,1,2,…)の場合、n次高調波の正相分信号の相の順番は、基本波の逆相分信号の相の順番に一致する。すなわち、基本波の正相分のU,V,W相の信号Vu,Vv,Vwを上記の様にすると、例えば5次高調波の正相分のU,V,W相の信号はそれぞれ、Vu5=V5cos5θ、Vv5=V5cos(5θ−10π/3)=V5cos(5θ−4π/3)、Vw5=V5cos(5θ−20π/3)=V5cos(5θ−2π/3)となる。この場合、相の順番が基本波の逆相分信号の相の順番に一致し、図7(b)と同様に、α軸信号の位相がβ軸信号の位相より90度遅れる。したがってn次高調波(n=3k+2)の正相分を制御する場合の伝達関数の行列は、上記(12)式においてω0をn・ω0とし、(1,2)要素と(2,1)要素とを入れ換えた下記(17’)式に示す伝達関数の行列Gnとなる。
The matrix G of the transfer function shown in the above equation (12) is for controlling the fundamental wave component. The n-th harmonic is an angular frequency component obtained by multiplying the angular frequency of the fundamental wave by n. When three-phase / two-phase conversion is performed on the positive phase component of the n-th harmonic, there are cases where the phase of the α-axis signal is advanced or delayed. In the case of n = 3k + 1 (k = 1, 2,...), the order of the phase of the positive phase signal of the n-th harmonic matches the order of the phases of the positive phase signal of the fundamental wave. That is, if the U, V, and W phase signals for the positive phase of the fundamental wave are Vu = Vcos θ, Vv = Vcos (θ-2π / 3), and Vw = Vcos (θ-4π / 3), for example, 7 positive phase of U of harmonics, V, each signal of the W phase, Vu 7 = V 7 cos7θ, Vv 7 = V 7 cos (7θ-14π / 3) = V 7 cos (7θ-2π / 3) , the Vw 7 = V 7 cos (7θ -28π / 3) = V 7 cos (7θ-4π / 3). In this case, the phase order matches the phase order of the positive phase signal of the fundamental wave, and the phase of the α-axis signal advances 90 degrees from the phase of the β-axis signal, as in FIG. Therefore, the matrix of the transfer function when controlling the positive phase component of the nth harmonic (n = 3k + 1) is the transfer function shown in the following equation (17) where ω 0 is n · ω 0 in the above equation (12). A matrix G n is obtained. On the other hand, in the case of n = 3k + 2 (k = 0, 1, 2,...), The order of the phases of the n-order harmonics of the positive phase signal coincides with the order of the phases of the negative-phase signal of the fundamental wave. That is, when the U, V, and W phase signals Vu, Vv, and Vw for the positive phase of the fundamental wave are as described above, for example, the U, V, and W phase signals for the positive phase of the fifth harmonic are respectively Vu 5 = V 5 cos 5θ, Vv 5 = V 5 cos (5θ-10π / 3) = V 5 cos (5θ-4π / 3), Vw 5 = V 5 cos (5θ-20π / 3) = V 5 cos ( 5θ-2π / 3). In this case, the phase order coincides with the phase order of the anti-phase signal of the fundamental wave, and the phase of the α-axis signal is delayed by 90 degrees from the phase of the β-axis signal, as in FIG. Therefore, the matrix of the transfer function in the case of controlling the positive phase component of the n-th harmonic (n = 3k + 2) is represented by the above equation (12) where ω 0 is n · ω 0 and the (1,2) element and (2, 1) The transfer function matrix G n shown in the following equation (17 ′) with elements replaced is obtained.

正相分、逆相分の両方の制御を行う場合、上記(17)式および(17’)式に示す行列Gnにおいて、(1,2)要素および(2,1)要素を「0」にすればよい。この場合、n=3k+1(k=1,2,…)の場合もn=3k+2(k=0,1,2,…)の場合も下記(18)式に示す伝達関数の行列G’nになる。
When controlling both the positive phase component and the reverse phase component, in the matrix G n shown in the above equations (17) and (17 ′), the (1,2) and (2,1) elements are set to “0”. You can do it. In this case, in the case of n = 3k + 1 (k = 1, 2,...) And n = 3k + 2 (k = 0, 1, 2,...), The transfer function matrix G ′ n shown in the following equation (18) is used. Become.

また、正相分、逆相分の両方をI制御するための伝達関数の行列G’Inは、上記(14)式においてω0をn・ω0とし、(1,2)要素および(2,1)要素を「0」として、下記(19)式のように算出される。下記(19)式は、上記(18)式において、F(s)=KI/sとして算出することもできる。同様に、正相分、逆相分の両方をPI制御するための伝達関数の行列G’PInは、下記(20)式のように算出される。
Further, the transfer function matrix G ′ In for performing I control on both the positive phase component and the reverse phase component is expressed by the following equation (14) where ω 0 is n · ω 0 , and the (1,2) element and (2 , 1) Assuming that the element is “0”, the following equation (19) is calculated. The following equation (19) can also be calculated as F (s) = K I / s in the above equation (18). Similarly, a transfer function matrix G ′ PIn for PI control of both the positive phase component and the reverse phase component is calculated as in the following equation (20).

上記(15)式および(16)式に示すように、基本波の正相分、逆相分の両方の制御を行う場合、下記(21)式に示す周波数重みW1を用いてH∞ループ整形法でコントローラを設計することができる。H∞ループ整形法を用いると、設計仕様を満足する最も安定なコントローラを設計することができる。
As shown in the above equations (15) and (16), when controlling both the positive phase component and the negative phase component of the fundamental wave, the H∞ loop is used using the frequency weight W 1 shown in the following equation (21). Controllers can be designed by shaping methods. By using the H∞ loop shaping method, the most stable controller that satisfies the design specifications can be designed.

また、上記(19)式および(20)式に示すように、n次高調波の正相分、逆相分の両方の制御を行う場合、下記(22)式に示す周波数重みWnを用いてH∞ループ整形法でコントローラを設計することができる。
Further, as shown in (19) and (20), n-th harmonic positive phase of, when performing control of both reversed phase, using the frequency weight W n shown in the following (22) The controller can be designed by the H∞ loop shaping method.

基本波の正相分、逆相分の両方の制御を行い、かつ、n次高調波の正相分、逆相分の両方の制御を行う場合、下記(23)式に示す周波数重みWを用いてH∞ループ整形法でコントローラを設計すればよい。なお、kは応答速度に応じた実数である。
When controlling both the positive and negative phase components of the fundamental wave, and controlling both the positive and negative phase components of the nth harmonic, the frequency weight W shown in the following equation (23) is used. The controller may be designed using the H∞ loop shaping method. Note that k is a real number corresponding to the response speed.

複数の高調波の制御を行う場合は、上記(23)式の分母に、対応する次数の項を追加すればよい。例えば、5次、7次、11次高調波の制御を行う場合、下記(24)式に示す周波数重みWを用いればよい。
When a plurality of harmonics are controlled, a corresponding order term may be added to the denominator of the equation (23). For example, when controlling the fifth, seventh, and eleventh harmonics, the frequency weight W shown in the following equation (24) may be used.

図8は、上記(24)式に示す周波数重みWを解析するためのボード線図である。同図は、角周波数ω0=120π、k=1024の場合を示している。同図に示すように、周波数重みWは、ω0(=120π≒377[rad/sec])、5ω0(=600π≒1884[rad/sec])、7ω0(=840π≒2638[rad/sec])、11ω0(=1320π≒4145[rad/sec])をピークにするような特性を有する。 FIG. 8 is a Bode diagram for analyzing the frequency weight W shown in the equation (24). This figure shows a case where the angular frequency ω 0 = 120π and k = 10 24 . As shown in the figure, the frequency weights W are ω 0 (= 120π≈377 [rad / sec]), 5ω 0 (= 600π≈1884 [rad / sec]), 7ω 0 (= 840π≈2638 [rad / sec]. sec]), 11ω 0 (= 1320π≈4145 [rad / sec]).

この周波数重みWを用いてH∞ループ整形法でコントローラを設計すると、下記(25)式に示す伝達関数Kが算出される。なお、後述する図10のフィルタ回路3が備えるLCフィルタのリアクトルのインダクタンスがL=1000μHで、コンデンサのキャパシタンスがC=20μFであり、変圧回路4の漏れインダクタンスをLT=500μHとした場合で算出している。
When a controller is designed by the H∞ loop shaping method using this frequency weight W, a transfer function K shown in the following equation (25) is calculated. It is calculated when the inductance of the reactor of the LC filter included in the filter circuit 3 of FIG. 10 described later is L = 1000 μH, the capacitance of the capacitor is C = 20 μF, and the leakage inductance of the transformer circuit 4 is LT = 500 μH ing.

図9は、上記(25)式に示す伝達関数Kを解析するためのボード線図である。同図に示すように、伝達関数Kは、ω0、5ω0、7ω0、11ω0をピークにする特性を継承している。 FIG. 9 is a Bode diagram for analyzing the transfer function K shown in the equation (25). As shown in the figure, the transfer function K inherits the characteristic that peaks at ω 0 , 5ω 0 , 7ω 0 , and 11ω 0 .

以下に、上記(24)式に示す周波数重みWを用いてH∞ループ整形法で設計したコントローラを系統連系インバータシステムの制御回路に適用した場合を、本発明の第1実施形態として説明する。   Hereinafter, a case where a controller designed by the H∞ loop shaping method using the frequency weight W shown in the above equation (24) is applied to a control circuit of a grid-connected inverter system will be described as a first embodiment of the present invention. .

図10は、第1実施形態に係る系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。   FIG. 10 is a block diagram for explaining the grid-connected inverter system according to the first embodiment.

同図に示すように、系統連系インバータシステムAは、直流電源1、インバータ回路2、フィルタ回路3、変圧回路4、電流センサ5、電圧センサ6、および制御回路7を備えている。   As shown in the figure, the grid-connected inverter system A includes a DC power source 1, an inverter circuit 2, a filter circuit 3, a transformer circuit 4, a current sensor 5, a voltage sensor 6, and a control circuit 7.

直流電源1は、インバータ回路2に接続している。インバータ回路2、フィルタ回路3、および変圧回路4は、この順で、U相、V相、W相の出力電圧の出力ラインに直列に接続されて、三相交流の電力系統Bに接続している。電流センサ5および電圧センサ6は、変圧回路4の出力側に設置されている。制御回路7は、インバータ回路2に接続されている。系統連系インバータシステムAは、直流電源1が出力する直流電力を交流電力に変換して電力系統Bに供給する。なお、系統連系インバータシステムAの構成は、これに限られない。例えば、電流センサ5および電圧センサ6を変圧回路4の入力側に設けてもよいし、インバータ回路2の制御に必要な他のセンサを設けていてもよい。また、変圧回路4をフィルタ回路3の入力側に設けるようにしてもよいし、変圧回路4を設けない、いわゆるトランスレス方式にしてもよい。また、直流電源1とインバータ回路2との間にDC/DCコンバータ回路を設けるようにしてもよい。   The DC power source 1 is connected to the inverter circuit 2. The inverter circuit 2, the filter circuit 3, and the transformer circuit 4 are connected in series to the output lines of the U-phase, V-phase, and W-phase output voltages in this order, and connected to the three-phase AC power system B. Yes. The current sensor 5 and the voltage sensor 6 are installed on the output side of the transformer circuit 4. The control circuit 7 is connected to the inverter circuit 2. The grid interconnection inverter system A converts the DC power output from the DC power supply 1 into AC power and supplies it to the power grid B. In addition, the structure of the grid connection inverter system A is not restricted to this. For example, the current sensor 5 and the voltage sensor 6 may be provided on the input side of the transformer circuit 4, or other sensors necessary for controlling the inverter circuit 2 may be provided. Further, the transformer circuit 4 may be provided on the input side of the filter circuit 3, or a so-called transformer-less system in which the transformer circuit 4 is not provided. Further, a DC / DC converter circuit may be provided between the DC power supply 1 and the inverter circuit 2.

直流電源1は、直流電力を出力するものであり、例えば太陽電池を備えている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。直流電源1は、生成された直流電力を、インバータ回路2に出力する。なお、直流電源1は、太陽電池により直流電力を生成するものに限定されない。例えば、直流電源1は、燃料電池、蓄電池、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池であってもよいし、ディーゼルエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機や風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。   The DC power source 1 outputs DC power and includes, for example, a solar battery. A solar cell generates direct-current power by converting solar energy into electrical energy. The DC power source 1 outputs the generated DC power to the inverter circuit 2. Note that the DC power source 1 is not limited to one that generates DC power from a solar cell. For example, the DC power source 1 may be a fuel cell, a storage battery, an electric double layer capacitor, a lithium ion battery, or AC power generated by a diesel engine generator, a micro gas turbine generator, a wind turbine generator, or the like. It may be a device that converts to DC power and outputs it.

インバータ回路2は、直流電源1から入力される直流電圧を交流電圧に変換して、フィルタ回路3に出力するものである。インバータ回路2は、三相インバータであり、図示しない3組6個のスイッチング素子を備えたPWM制御型インバータ回路である。インバータ回路2は、制御回路7から入力されるPWM信号に基づいて、各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、直流電源1から入力される直流電圧を交流電圧に変換する。なお、インバータ回路2はこれに限定されず、例えば、マルチレベルインバータであってもよい。   The inverter circuit 2 converts a DC voltage input from the DC power source 1 into an AC voltage and outputs the AC voltage to the filter circuit 3. The inverter circuit 2 is a three-phase inverter, and is a PWM control type inverter circuit including three sets of six switching elements (not shown). The inverter circuit 2 converts the DC voltage input from the DC power source 1 into an AC voltage by switching each switching element on and off based on the PWM signal input from the control circuit 7. In addition, the inverter circuit 2 is not limited to this, For example, a multilevel inverter may be sufficient.

フィルタ回路3は、インバータ回路2から入力される交流電圧から、スイッチングによる高周波成分を除去するものである。フィルタ回路3は、リアクトルとコンデンサとからなるローパスフィルタを備えている。フィルタ回路3で高周波成分を除去された交流電圧は、変圧回路4に出力される。なお、フィルタ回路3の構成はこれに限定されず、高周波成分を除去するための周知のフィルタ回路であればよい。変圧回路4は、フィルタ回路3から出力される交流電圧を系統電圧とほぼ同一のレベルに昇圧または降圧する。   The filter circuit 3 removes high frequency components due to switching from the AC voltage input from the inverter circuit 2. The filter circuit 3 includes a low pass filter including a reactor and a capacitor. The AC voltage from which the high frequency component has been removed by the filter circuit 3 is output to the transformer circuit 4. The configuration of the filter circuit 3 is not limited to this, and any known filter circuit for removing high frequency components may be used. The transformer circuit 4 boosts or lowers the AC voltage output from the filter circuit 3 to a level substantially the same as the system voltage.

電流センサ5は、変圧回路4から出力される各相の交流電流(すなわち、系統連系インバータシステムAの出力電流)を検出するものである。検出された電流信号I(Iu,Iv,Iw)は、制御回路7に入力される。電圧センサ6は、電力系統Bの各相の系統電圧を検出するものである。検出された電圧信号V(Vu,Vv,Vw)は、制御回路7に入力される。なお、系統連系インバータシステムAが出力する出力電圧は、系統電圧とほぼ一致している。   The current sensor 5 detects the alternating current of each phase output from the transformer circuit 4 (that is, the output current of the grid interconnection inverter system A). The detected current signal I (Iu, Iv, Iw) is input to the control circuit 7. The voltage sensor 6 detects the system voltage of each phase of the power system B. The detected voltage signal V (Vu, Vv, Vw) is input to the control circuit 7. Note that the output voltage output by the grid interconnection inverter system A substantially matches the grid voltage.

制御回路7は、インバータ回路2を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路7は、電流センサ5から入力される電流信号I、および、電圧センサ6から入力される電圧信号Vに基づいて、PWM信号を生成してインバータ回路2に出力する。制御回路7は、系統連系インバータシステムAが出力する出力電圧の波形を指令するための指令値信号を各センサから入力される検出信号に基づいて生成し、当該指令値信号に基づいて生成されるパルス信号をPWM信号として出力する。インバータ回路2は、入力されるPWM信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、指令値信号に対応した波形の交流電圧を出力する。制御回路7は、指令値信号の波形を変化させて系統連系インバータシステムAの出力電圧の波形を変化させることで、出力電流を制御している。これにより、制御回路7は、各種フィードバック制御を行っている。また、制御回路7は、電力系統Bから入力される高調波を打ち消すための高調波をインバータ回路2に出力させることで、高調波の抑制を行う。   The control circuit 7 controls the inverter circuit 2 and is realized by, for example, a microcomputer. The control circuit 7 generates a PWM signal based on the current signal I input from the current sensor 5 and the voltage signal V input from the voltage sensor 6 and outputs the PWM signal to the inverter circuit 2. The control circuit 7 generates a command value signal for commanding the waveform of the output voltage output from the grid interconnection inverter system A based on the detection signal input from each sensor, and is generated based on the command value signal. Output a pulse signal as a PWM signal. The inverter circuit 2 outputs an alternating voltage having a waveform corresponding to the command value signal by switching each switching element on and off based on the input PWM signal. The control circuit 7 controls the output current by changing the waveform of the command value signal to change the waveform of the output voltage of the grid interconnection inverter system A. Thereby, the control circuit 7 performs various feedback controls. In addition, the control circuit 7 suppresses harmonics by causing the inverter circuit 2 to output harmonics for canceling the harmonics input from the power system B.

図10においては、出力電流制御と高調波抑制制御を行うための構成のみを記載して、その他の制御のための構成を省略している。実際には、制御回路7は、直流電圧制御(入力直流電圧が予め設定された電圧目標値となるように行うフィードバック制御)や無効電力制御(出力無効電力が予め設定された無効電力目標値となるように行うフィードバック制御)なども行っている。なお、制御回路7が行う制御の手法は、これに限られない。例えば、出力電圧制御や有効電力制御を行うようにしてもよい。   In FIG. 10, only the structure for performing output current control and harmonic suppression control is described, and the structure for other controls is omitted. Actually, the control circuit 7 performs DC voltage control (feedback control performed so that the input DC voltage becomes a preset voltage target value) and reactive power control (reactive power target value with preset output reactive power) (Feedback control to be performed) is also performed. The control method performed by the control circuit 7 is not limited to this. For example, output voltage control or active power control may be performed.

制御回路7は、系統対抗分生成部72、三相/二相変換部73、α軸電流コントローラ74、β軸電流コントローラ75、二相/三相変換部76、および、PWM信号生成部77を備えている。   The control circuit 7 includes a system counter component generation unit 72, a three-phase / two-phase conversion unit 73, an α-axis current controller 74, a β-axis current controller 75, a two-phase / three-phase conversion unit 76, and a PWM signal generation unit 77. I have.

系統対抗分生成部72は、電圧センサ6から電圧信号Vを入力されて、系統指令値信号Ku,Kv,Kwを生成して出力する。系統指令値信号Ku,Kv,Kwは系統連系インバータシステムAが出力する出力電圧の波形を指令するための指令値信号の基準となるものであり、系統指令値信号Ku,Kv,Kwが後述する補正値信号Xu,Xv,Xwで補正されることにより指令値信号が生成される。   The system counter-part generating unit 72 receives the voltage signal V from the voltage sensor 6 and generates and outputs system command value signals Ku, Kv, Kw. The system command value signals Ku, Kv, Kw serve as a reference for the command value signal for instructing the waveform of the output voltage output from the system interconnection inverter system A. The system command value signals Ku, Kv, Kw are described later. The command value signal is generated by correcting with the correction value signals Xu, Xv, and Xw.

三相/二相変換部73は、図15に示す三相/二相変換部73と同じものであり、電流センサ5より入力される3つの電流信号Iu,Iv,Iwを、α軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβに変換するものである。三相/二相変換部73で行われる変換処理は、上記(1)式に示す行列式で表される。   The three-phase / two-phase conversion unit 73 is the same as the three-phase / two-phase conversion unit 73 shown in FIG. 15, and the three current signals Iu, Iv, Iw input from the current sensor 5 are converted into α-axis current signals. It converts to Iα and β-axis current signal Iβ. The conversion process performed by the three-phase / two-phase conversion unit 73 is represented by the determinant shown in the above equation (1).

α軸電流コントローラ74は、三相/二相変換部73より出力されるα軸電流信号Iαと基本波成分の目標値であるα軸電流目標値との偏差を入力され、補正値信号X’αを生成するものである。β軸電流コントローラ75は、三相/二相変換部73より出力されるβ軸電流信号Iβと基本波成分の目標値であるβ軸電流目標値との偏差を入力され、補正値信号X’βを生成するものである。   The α-axis current controller 74 receives the deviation between the α-axis current signal Iα output from the three-phase / two-phase converter 73 and the α-axis current target value that is the target value of the fundamental component, and receives the correction value signal X ′. α is generated. The β-axis current controller 75 receives the deviation between the β-axis current signal Iβ output from the three-phase / two-phase converter 73 and the β-axis current target value that is the target value of the fundamental component, and receives the correction value signal X ′. β is generated.

α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75は、上記(24)式に示す周波数重みWを用いてH∞ループ整形法で設計したコントローラである。α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75で行われる処理は、線形時不変の処理である。したがって、線形制御理論を用いた制御系設計を行うことができる。なお、角周波数ω0は系統電圧の基本波の角周波数(例えば、ω0=120π[rad/sec](60[Hz]))があらかじめ設定されており、実数kもあらかじめ設定されている。また、α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75は、安定余裕を最大化する処理を行っており、この中で、制御ループでの位相の遅延分を補正するための位相の調整も行われている。なお、制御系設計に用いる設計方法はH∞ループ整形法に限定されず、例えば、最適制御、H∞制御理論、混合感度問題などのロバスト制御設計法を用いることもできる。 The α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 are controllers designed by the H∞ loop shaping method using the frequency weight W shown in the above equation (24). Processing performed by the α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 is linear time-invariant processing. Therefore, a control system design using linear control theory can be performed. As the angular frequency ω 0 , the angular frequency of the fundamental wave of the system voltage (for example, ω 0 = 120π [rad / sec] (60 [Hz])) is set in advance, and the real number k is also set in advance. In addition, the α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 perform processing for maximizing the stability margin, and in this process, the phase is adjusted to correct the phase delay in the control loop. ing. The design method used for control system design is not limited to the H∞ loop shaping method, and for example, a robust control design method such as optimal control, H∞ control theory, and mixed sensitivity problem can be used.

α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75は、α軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβにそれぞれ含まれる基本波成分を目標値に制御し、かつ、α軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβにそれぞれ含まれる5次、7次、11次高調波成分を抑制する制御を行う。   The α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 control the fundamental wave components included in the α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ to target values, respectively, and the α-axis current signal Iα and β-axis current signal Control is performed to suppress the fifth, seventh and eleventh harmonic components contained in Iβ.

なお、本実施形態では、α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75が、5次、7次、11次高調波の抑制制御を行う場合について説明したが、これに限られない。周波数重みWは、抑制する必要がある高調波の次数に応じて設定すればよい。例えば、5次高調波のみを抑制したい場合は、上記(24)式に示す周波数重みWの分母を(s2+ω0 2)・{s2+(5ω02}のみとすればよい。また、さらに13次高調波も抑制したい場合には、上記(24)式に示す周波数重みWの分母にさらに{s2+(13ω02}をかければよい。 In the present embodiment, the case where the α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 perform suppression control of the fifth-order, seventh-order, and eleventh-order harmonics has been described, but the present invention is not limited thereto. The frequency weight W may be set according to the harmonic order that needs to be suppressed. For example, when it is desired to suppress only the fifth harmonic, the denominator of the frequency weight W shown in the above equation (24) may be (s 2 + ω 0 2 ) · {s 2 + (5ω 0 ) 2 } only. Further, if it is desired to further suppress the 13th harmonic, {s 2 + (13ω 0 ) 2 } is further applied to the denominator of the frequency weight W shown in the above equation (24).

本実施形態において、α軸電流目標値およびβ軸電流目標値には、d軸電流目標値およびq軸電流目標値を静止座標変換したものが用いられる。d軸電流目標値には図示しない直流電圧制御のための補正値が用いられ、q軸電流目標値には、図示しない無効電力制御のための補正値が用いられる。なお、三相の電流目標値が与えられる場合は、当該目標値を三相/二相変換して、α軸電流目標値およびβ軸電流目標値とすればよい。また、3つの電流信号Iu,Iv,Iwと三相の電流目標値とのそれぞれの偏差を先に算出し、この3つの偏差信号を三相/二相変換して、α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75に入力するようにしてもよい。また、α軸電流目標値およびβ軸電流目標値が直接与えられる場合は、当該目標値をそのまま用いればよい。   In the present embodiment, as the α-axis current target value and the β-axis current target value, those obtained by converting the d-axis current target value and the q-axis current target value into stationary coordinates are used. A correction value for DC voltage control (not shown) is used for the d-axis current target value, and a correction value for reactive power control (not shown) is used for the q-axis current target value. When a three-phase current target value is given, the target value may be converted into three-phase / two-phase to obtain an α-axis current target value and a β-axis current target value. Further, the respective deviations between the three current signals Iu, Iv, Iw and the three-phase current target value are calculated in advance, and the three deviation signals are converted into a three-phase / two-phase to obtain an α-axis current controller 74 and You may make it input into the beta-axis current controller 75. FIG. When the α-axis current target value and the β-axis current target value are directly given, the target values may be used as they are.

図10に戻って、二相/三相変換部76は、図15に示す二相/三相変換部76と同じものであり、補正値信号X’α,X’βを、3つの補正値信号Xu,Xv,Xwに変換するものである。二相/三相変換部76で行われる変換処理は、上記(4)式に示す行列式で表される。   Returning to FIG. 10, the two-phase / three-phase converter 76 is the same as the two-phase / three-phase converter 76 shown in FIG. 15, and the correction value signals X′α and X′β are converted into three correction values. The signals are converted into signals Xu, Xv, and Xw. The conversion process performed by the two-phase / three-phase conversion unit 76 is expressed by the determinant shown in the above equation (4).

系統対抗分生成部72が出力する系統指令値信号Ku,Kv,Kwと、二相/三相変換部76が出力する補正値信号Xu,Xv,Xwとがそれぞれ加算されて、指令値信号X’u,X’v,X’wが算出され、PWM信号生成部77に入力される。   The system command value signals Ku, Kv, Kw output from the system counter-part generating unit 72 and the correction value signals Xu, Xv, Xw output from the two-phase / three-phase conversion unit 76 are added, respectively, and the command value signal X 'u, X'v, X'w are calculated and input to the PWM signal generation unit 77.

PWM信号生成部77は、入力される指令値信号X’u,X’v,X’wと、所定の周波数(例えば、4kHz)の三角波信号として生成されたキャリア信号とに基づいて、三角波比較法によりPWM信号Pu,Pv,Pwを生成する。三角波比較法では、指令値信号X’u,X’v,X’wとキャリア信号とがそれぞれ比較され、例えば、指令値信号X’uがキャリア信号より大きい場合にハイレベルとなり、小さい場合にローレベルとなるパルス信号がPWM信号Puとして生成される。生成されたPWM信号Pu,Pv,Pwは、インバータ回路2に出力される。   The PWM signal generation unit 77 performs a triangular wave comparison based on the input command value signals X′u, X′v, and X′w and a carrier signal generated as a triangular wave signal having a predetermined frequency (for example, 4 kHz). PWM signals Pu, Pv, Pw are generated by the method. In the triangular wave comparison method, the command value signals X′u, X′v, and X′w are respectively compared with the carrier signal. For example, when the command value signal X′u is larger than the carrier signal, the high level is obtained. A low-level pulse signal is generated as the PWM signal Pu. The generated PWM signals Pu, Pv, Pw are output to the inverter circuit 2.

図11は、シミュレーション結果を説明するための図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining a simulation result.

系統連系インバータシステムA(図10参照)において、α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75の伝達関数として上記(25)式に示す伝達関数Kを用い、各相の電流に不平衡外乱および5次、7次、11次高調波を加えて、シミュレーションを行った。図11は、各相の出力電流を電流センサ5によって検出した電流信号Iu,Iv,Iwを示している。同図に示すように、電流信号Iu,Iv,Iwは、各高調波成分が抑制され、基本波の正相分が目標値に追従して、平衡状態になっている。つまり、α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75は、基本波、5次、7次、11次高調波を適切に制御している。   In the grid-connected inverter system A (see FIG. 10), the transfer function K shown in the above equation (25) is used as the transfer function of the α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75, and the unbalanced disturbance and Simulation was performed by adding fifth, seventh and eleventh harmonics. FIG. 11 shows current signals Iu, Iv, and Iw obtained by detecting the output current of each phase by the current sensor 5. As shown in the figure, the current signals Iu, Iv, and Iw are in an equilibrium state in which each harmonic component is suppressed and the positive phase component of the fundamental wave follows the target value. That is, the α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 appropriately control the fundamental, fifth, seventh, and eleventh harmonics.

本実施形態において、α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75は、図15に示す回転座標変換部78、LPF74a,75a、PI制御部74b,75b、静止座標変換部79、および、高調波補償コントローラ800(図16参照)と同様の処理を行っている。そして、α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75で行われる処理は、線形時不変の処理である。また、制御回路7には非線形時変処理である回転座標変換処理および静止座標変換処理が含まれておらず、制御回路7は静止座標系で制御を行っている。つまり、電流制御システム全体が線形時不変システムになっている。すなわち、電流制御のための制御系と各高調波補償のための制御系とを1つの制御系として、当該制御系を線形時不変の処理としている。したがって、制御系の設計に線形制御理論を用いることができ、制御系設計を容易にすることができる。   In the present embodiment, the α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 include a rotation coordinate conversion unit 78, LPFs 74a and 75a, PI control units 74b and 75b, a stationary coordinate conversion unit 79, and harmonic compensation shown in FIG. The same processing as that of the controller 800 (see FIG. 16) is performed. The processes performed by the α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 are linear time-invariant processes. Further, the control circuit 7 does not include a rotation coordinate conversion process and a static coordinate conversion process, which are nonlinear time-varying processes, and the control circuit 7 performs control in a static coordinate system. That is, the entire current control system is a linear time invariant system. That is, the control system for current control and the control system for each harmonic compensation are set as one control system, and the control system is set as a linear time-invariant process. Therefore, linear control theory can be used for control system design, and control system design can be facilitated.

なお、上記実施形態においては、α軸電流コントローラ74およびβ軸電流コントローラ75の設計に用いる周波数重みWを共通のものとして説明しているが、α軸電流コントローラ74とβ軸電流コントローラ75とで異なる周波数重みWを用いるようにしてもよい。例えば、α軸電流コントローラ74とβ軸電流コントローラ75とで異なる実数kを設定して、例えば、α軸成分の速応性を向上させるようにしてもよい。また、一方の安定性を高めたりするなどの付加特性を与えるように設計することもできる。   In the above embodiment, the frequency weight W used for the design of the α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 is described as being common. However, the α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 Different frequency weights W may be used. For example, different real numbers k may be set for the α-axis current controller 74 and the β-axis current controller 75 to improve the speed response of the α-axis component, for example. It can also be designed to give additional properties such as increasing the stability of one.

上記第1実施形態においては、出力電流を制御する場合について説明したが、これに限られない。例えば、出力電圧を制御するようにしてもよい。以下に、出力電圧を制御する場合について、第2実施形態として説明する。   In the first embodiment, the case where the output current is controlled has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the output voltage may be controlled. Hereinafter, the case of controlling the output voltage will be described as a second embodiment.

図12は、第2実施形態に係る制御回路を説明するためのブロック図である。同図において、図10に示す系統連系インバータシステムAと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。   FIG. 12 is a block diagram for explaining a control circuit according to the second embodiment. In the same figure, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is the same as that of the grid connection inverter system A shown in FIG. 10, or similar.

図12に示すインバータシステムA’は、電力系統Bではなく負荷Lに電力を供給する点で、第1実施形態に係る系統連系インバータシステムA(図10参照)と異なる。負荷Lに供給される電圧を制御する必要があるので、制御回路8は、出力電流ではなく出力電圧を制御する。制御回路8は、電圧センサ6から入力される電圧信号Vに基づいてPWM信号を生成する点で、第1実施形態に係る制御回路7(図10参照)と異なる。インバータシステムA’は、出力電圧をフィードバック制御によって目標値に制御しながら、負荷Lに電力を供給する。   The inverter system A ′ shown in FIG. 12 is different from the grid-connected inverter system A (see FIG. 10) according to the first embodiment in that power is supplied to the load L instead of the power system B. Since it is necessary to control the voltage supplied to the load L, the control circuit 8 controls not the output current but the output voltage. The control circuit 8 is different from the control circuit 7 according to the first embodiment (see FIG. 10) in that a PWM signal is generated based on the voltage signal V input from the voltage sensor 6. The inverter system A ′ supplies power to the load L while controlling the output voltage to a target value by feedback control.

三相/二相変換部83は、電圧センサ6から入力される3つの電圧信号Vu,Vv,Vwを、α軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβに変換するものである。三相/二相変換部83で行われる変換処理は、下記(26)式に示す行列式で表される。
なお、電圧信号Vu,Vv,Vwは各相の相電圧信号であるが、線間電圧信号を検出して用いるようにしてもよい。なお、この場合、線間電圧信号を相電圧信号に変換してから上記(26)式に示す行列式を用いるか、上記(26)式に示す行列に代えて、線間電圧信号をα軸電圧信号Vαおよびβ軸電圧信号Vβに変換する行列にすればよい。
The three-phase / two-phase converter 83 converts the three voltage signals Vu, Vv, Vw input from the voltage sensor 6 into an α-axis voltage signal Vα and a β-axis voltage signal Vβ. The conversion process performed by the three-phase / two-phase conversion unit 83 is represented by a determinant represented by the following equation (26).
The voltage signals Vu, Vv, and Vw are phase voltage signals for each phase, but a line voltage signal may be detected and used. In this case, after converting the line voltage signal into the phase voltage signal, the determinant shown in the above equation (26) is used, or instead of the matrix shown in the above equation (26), the line voltage signal is converted to the α axis. The matrix may be converted into the voltage signal Vα and the β-axis voltage signal Vβ.

α軸電圧コントローラ84は、三相/二相変換部83より出力されるα軸電圧信号Vαと基本波成分の目標値であるα軸電圧目標値との偏差を入力され、補正値信号X’αを生成するものである。β軸電圧コントローラ85は、三相/二相変換部83より出力されるβ軸電圧信号Vβと基本波成分の目標値であるβ軸電圧目標値との偏差を入力され、補正値信号X’βを生成するものである。α軸電圧コントローラ84およびβ軸電圧コントローラ85は、上記(24)式に示す周波数重みWを用いてH∞ループ整形法で設計したコントローラである。   The α-axis voltage controller 84 receives the deviation between the α-axis voltage signal Vα output from the three-phase / two-phase converter 83 and the α-axis voltage target value that is the target value of the fundamental component, and receives the correction value signal X ′. α is generated. The β-axis voltage controller 85 receives the deviation between the β-axis voltage signal Vβ output from the three-phase / two-phase converter 83 and the β-axis voltage target value that is the target value of the fundamental component, and receives the correction value signal X ′. β is generated. The α-axis voltage controller 84 and the β-axis voltage controller 85 are controllers designed by the H∞ loop shaping method using the frequency weight W shown in the above equation (24).

本実施形態においても、α軸電圧コントローラ84およびβ軸電圧コントローラ85は線形時不変の処理を行い、電圧制御のための制御系と各高調波補償のための制御系とを1つの制御系として、当該制御系を線形時不変の処理としている。したがって、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Also in this embodiment, the α-axis voltage controller 84 and the β-axis voltage controller 85 perform linear time-invariant processing, and the control system for voltage control and the control system for each harmonic compensation are set as one control system. The control system is a linear time-invariant process. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

上記第1または第2実施形態においては、本発明に係る制御回路を系統連系インバータシステム(インバータシステム)に用いた場合について説明したが、これに限られない。本発明は、例えば、電力用アクティブフィルタ、不平衡補償装置、静止型無効電力補償装置(SVC、SVG)、無停電電源装置(UPS)などに用いられる高調波補償を行うインバータ回路を制御する制御回路にも適用することができる。また、直流を三相交流に変換するインバータ回路を制御する場合に限られず、例えば、三相交流を直流に変換するコンバータ回路や、三相交流の周波数を変換するサイクロコンバータなどの制御回路にも適用することができる。以下に、本発明をコンバータ回路の制御回路に適用した場合を、第3実施形態として説明する。   In the said 1st or 2nd embodiment, although the case where the control circuit which concerns on this invention was used for the grid connection inverter system (inverter system) was demonstrated, it is not restricted to this. The present invention controls, for example, an inverter circuit that performs harmonic compensation used in a power active filter, an unbalance compensation device, a static reactive power compensation device (SVC, SVG), an uninterruptible power supply (UPS), and the like. It can also be applied to circuits. Moreover, the present invention is not limited to controlling an inverter circuit that converts direct current to three-phase alternating current. For example, control circuits such as a converter circuit that converts three-phase alternating current to direct current and a cycloconverter that converts the frequency of three-phase alternating current Can be applied. Hereinafter, a case where the present invention is applied to a control circuit of a converter circuit will be described as a third embodiment.

図13は、第3実施形態に係る三相PWMコンバータシステムを説明するためのブロック図である。同図において、図10に示す系統連系インバータシステムAと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。   FIG. 13 is a block diagram for explaining a three-phase PWM converter system according to the third embodiment. In the same figure, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is the same as that of the grid connection inverter system A shown in FIG. 10, or similar.

図13に示す三相PWMコンバータシステムCは、電力系統Bから供給される交流電力を直流電力に変換して負荷L’に供給するものである。負荷L’は、直流負荷である。三相PWMコンバータシステムCは、変圧回路4、フィルタ回路3、電流センサ5、電圧センサ6、コンバータ回路9、および制御回路7を備えている。   A three-phase PWM converter system C shown in FIG. 13 converts AC power supplied from the power system B into DC power and supplies it to a load L ′. The load L ′ is a DC load. The three-phase PWM converter system C includes a transformer circuit 4, a filter circuit 3, a current sensor 5, a voltage sensor 6, a converter circuit 9, and a control circuit 7.

変圧回路4は、電力系統Bから入力される交流電圧を所定のレベルに昇圧または降圧する。フィルタ回路3は、変圧回路4より入力される交流電圧から高周波成分を除去して、コンバータ回路9に出力する。電流センサ5は、コンバータ回路9に入力される各相の交流電流を検出する。検出された電流信号Iは、制御回路7に入力される。電圧センサ6は、コンバータ回路9に入力される各相の交流電圧を検出するものである。検出された電圧信号Vは、制御回路7に入力される。コンバータ回路9は、入力される交流電圧を直流電圧に変換して、負荷L’に出力する。コンバータ回路9は、三相PWMコンバータであり、図示しない3組6個のスイッチング素子を備えた電圧型コンバータ回路である。コンバータ回路9は、制御回路7から入力されるPWM信号に基づいて、各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、入力される交流電圧を直流電圧に変換する。なお、コンバータ回路9はこれに限定されず、電流型コンバータ回路であってもよい。   The transformer circuit 4 boosts or steps down the AC voltage input from the power system B to a predetermined level. The filter circuit 3 removes a high frequency component from the AC voltage input from the transformer circuit 4 and outputs it to the converter circuit 9. The current sensor 5 detects the alternating current of each phase input to the converter circuit 9. The detected current signal I is input to the control circuit 7. The voltage sensor 6 detects an AC voltage of each phase input to the converter circuit 9. The detected voltage signal V is input to the control circuit 7. The converter circuit 9 converts the input AC voltage into a DC voltage and outputs it to the load L ′. The converter circuit 9 is a three-phase PWM converter, and is a voltage type converter circuit including three sets and six switching elements (not shown). The converter circuit 9 converts the input AC voltage into a DC voltage by switching each switching element on and off based on the PWM signal input from the control circuit 7. The converter circuit 9 is not limited to this, and may be a current type converter circuit.

制御回路7は、コンバータ回路9を制御するものである。制御回路7は、第1実施形態の制御回路7と同様に、PWM信号を生成してコンバータ回路9に出力する。図13においては、入力電流制御および高調波補償を行うための構成のみを記載して、その他の制御のための構成を省略している。図示していないが、制御回路7は、直流電圧コントローラおよび無効電力コントローラも備えており、出力電圧および入力無効電力も制御している。なお、制御回路7が行う制御の手法は、これに限られない。例えば、コンバータ回路9が電流型コンバータ回路の場合、出力電圧制御に代えて、出力電流制御を行うようにすればよい。   The control circuit 7 controls the converter circuit 9. The control circuit 7 generates a PWM signal and outputs it to the converter circuit 9 in the same manner as the control circuit 7 of the first embodiment. In FIG. 13, only the configuration for performing input current control and harmonic compensation is described, and the configuration for other control is omitted. Although not shown, the control circuit 7 also includes a DC voltage controller and a reactive power controller, and also controls the output voltage and the input reactive power. The control method performed by the control circuit 7 is not limited to this. For example, when the converter circuit 9 is a current-type converter circuit, output current control may be performed instead of output voltage control.

本実施形態においても、第1実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。すなわち、三相PWMコンバータシステムCにおいては入力電流の高調波を抑制するための高調波補償が必要となるが、本実施形態においては、電流制御のための制御系と各高調波補償のための制御系とを1つの制御系として、当該制御系を線形時不変の処理とすることで、線形制御理論を用いて制御系設計を容易にすることができる。   Also in this embodiment, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained. That is, in the three-phase PWM converter system C, harmonic compensation is required to suppress harmonics of the input current, but in this embodiment, a control system for current control and each harmonic compensation are used. By using the control system as one control system and making the control system a linear time-invariant process, the control system design can be facilitated using linear control theory.

なお、三相PWMコンバータシステムCの構成は上記に限られない。例えば、制御回路7に代えて、制御回路8を用いるようにしてもよい。また、コンバータ回路9の出力側にインバータ回路を設け、直流電力をさらに交流電力に変換して交流負荷に供給する、いわゆるサイクロコンバータとしてもよい。   The configuration of the three-phase PWM converter system C is not limited to the above. For example, the control circuit 8 may be used instead of the control circuit 7. Alternatively, an inverter circuit may be provided on the output side of the converter circuit 9 so as to convert the DC power into AC power and supply the AC load to the AC load.

本発明に係る制御回路、この制御回路を用いた系統連系インバータシステムおよび三相PWMコンバータシステムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る制御回路、この制御回路を用いた系統連系インバータシステムおよび三相PWMコンバータシステムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。   The control circuit according to the present invention, the grid interconnection inverter system using the control circuit, and the three-phase PWM converter system are not limited to the above-described embodiments. The specific configuration of each part of the control circuit according to the present invention, the grid-connected inverter system using the control circuit, and the three-phase PWM converter system can be variously modified.

A 系統連系インバータシステム
A’ インバータシステム
1 直流電源
2 インバータ回路(電力変換回路)
3 フィルタ回路
4 変圧回路
5 電流センサ
6 電圧センサ
7,8 制御回路
72 系統対抗分生成部
73,83 三相/二相変換部
74 α軸電流コントローラ(制御手段)
75 β軸電流コントローラ(制御手段)
84 α軸電圧コントローラ(制御手段)
85 β軸電圧コントローラ(制御手段)
76 二相/三相変換部
77 PWM信号生成部
9 コンバータ回路(電力変換回路)
B 電力系統
C 三相PWMコンバータシステム
L,L’ 負荷
A Grid-connected inverter system A 'Inverter system 1 DC power supply 2 Inverter circuit (power conversion circuit)
3 Filter circuit 4 Transformer circuit 5 Current sensor 6 Voltage sensor 7 and 8 Control circuit 72 System counter component generation unit 73 and 83 Three-phase / two-phase conversion unit 74 α-axis current controller (control means)
75 β-axis current controller (control means)
84 α-axis voltage controller (control means)
85 β-axis voltage controller (control means)
76 Two-phase / three-phase converter 77 PWM signal generator 9 Converter circuit (power converter circuit)
B Power system C Three-phase PWM converter system L, L 'Load

Claims (8)

三相交流に関する電力変換回路内の複数のスイッチング手段の駆動をPWM信号により制御する制御回路であって、
前記電力変換回路の三相の出力または入力に基づく3つの信号を第1の信号と第2の信号に変換する三相二相変換手段と、
前記第1の信号および前記第2の信号とそれぞれの基本波成分の目標値との偏差である第1の偏差信号および第2の偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、
前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号にそれぞれ含まれる基本波成分をそれぞれゼロに制御し、かつ、前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号にそれぞれ含まれる所定の高調波成分を抑制制御するための第1の補正値信号および第2の補正値信号を生成する制御手段と、
前記第1の補正値信号と前記第2の補正値信号とを3つの補正値信号に変換する二相三相変換手段と、
前記3つの補正値信号に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
を備えており、
前記制御手段は、周波数重みWを用いてロバスト制御設計法で設計された伝達関数によって、前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号を信号処理することで、前記第1の補正値信号および前記第2の補正値信号を生成し、
前記三相交流の基本波の角周波数をω0とし、n次高調波を抑制する場合、前記周波数重みWの分母には、(s2+ω0 2)・{s2+(n・ω02}が含まれる、
ことを特徴とする制御回路。
A control circuit that controls driving of a plurality of switching means in a power conversion circuit relating to three-phase alternating current using a PWM signal,
Three-phase two-phase conversion means for converting three signals based on the three-phase output or input of the power conversion circuit into a first signal and a second signal;
Deviation signal generating means for generating a first deviation signal and a second deviation signal, which are deviations between the first signal and the second signal and the target values of the respective fundamental wave components;
The fundamental wave component included in each of the first deviation signal and the second deviation signal is controlled to zero, and predetermined harmonics included in the first deviation signal and the second deviation signal, respectively. Control means for generating a first correction value signal and a second correction value signal for suppressing the component;
Two-phase three-phase conversion means for converting the first correction value signal and the second correction value signal into three correction value signals;
PWM signal generating means for generating a PWM signal based on the three correction value signals;
With
The control means performs the signal processing on the first deviation signal and the second deviation signal by a transfer function designed by a robust control design method using the frequency weight W, whereby the first correction value signal And generating the second correction value signal,
When the angular frequency of the fundamental wave of the three-phase alternating current is set to ω 0 and the nth harmonic is suppressed, the denominator of the frequency weight W is (s 2 + ω 0 2 ) · {s 2 + (n · ω 0 ) 2 } included,
A control circuit characterized by that.
三相交流に関する電力変換回路内の複数のスイッチング手段の駆動をPWM信号により制御する制御回路であって、
前記電力変換回路の三相の出力または入力に基づく3つの信号とそれぞれの基本波成分の目標値との偏差である3つの偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、
前記3つの偏差信号を第1の偏差信号および第2の偏差信号に変換する三相二相変換手段と、
前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号にそれぞれ含まれる基本波成分をそれぞれゼロに制御し、かつ、前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号にそれぞれ含まれる所定の高調波成分を抑制制御するための第1の補正値信号および第2の補正値信号を生成する制御手段と、
前記第1の補正値信号と前記第2の補正値信号とを3つの補正値信号に変換する二相三相変換手段と、
前記3つの補正値信号に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
を備えており、
前記制御手段は、周波数重みWを用いてロバスト制御設計法で設計された伝達関数によって、前記第1の偏差信号および前記第2の偏差信号を信号処理することで、前記第1の補正値信号および前記第2の補正値信号を生成し、
前記三相交流の基本波の角周波数をω0とし、n次高調波を抑制する場合、前記周波数重みWの分母には、(s2+ω0 2)・{s2+(n・ω02}が含まれる、
ことを特徴とする制御回路。
A control circuit that controls driving of a plurality of switching means in a power conversion circuit relating to three-phase alternating current using a PWM signal,
Deviation signal generating means for generating three deviation signals that are deviations between the three signals based on the three-phase outputs or inputs of the power conversion circuit and the target values of the respective fundamental wave components;
Three-phase to two-phase conversion means for converting the three deviation signals into a first deviation signal and a second deviation signal;
The fundamental wave component included in each of the first deviation signal and the second deviation signal is controlled to zero, and predetermined harmonics included in the first deviation signal and the second deviation signal, respectively. Control means for generating a first correction value signal and a second correction value signal for suppressing the component;
Two-phase three-phase conversion means for converting the first correction value signal and the second correction value signal into three correction value signals;
PWM signal generating means for generating a PWM signal based on the three correction value signals;
With
The control means performs the signal processing on the first deviation signal and the second deviation signal by a transfer function designed by a robust control design method using the frequency weight W, whereby the first correction value signal And generating the second correction value signal,
When the angular frequency of the fundamental wave of the three-phase alternating current is set to ω 0 and the nth harmonic is suppressed, the denominator of the frequency weight W is (s 2 + ω 0 2 ) · {s 2 + (n · ω 0 ) 2 } included,
A control circuit characterized by that.
前記周波数重みWは、所定の実数をkとした場合、
である、請求項1または2に記載の制御回路。
The frequency weight W is a predetermined real number k,
The control circuit according to claim 1, wherein
前記3つの信号は、各相の出力電流または入力電流を検出した信号である、請求項1ないし3のいずれかに記載の制御回路。   The control circuit according to claim 1, wherein the three signals are signals obtained by detecting an output current or an input current of each phase. 前記3つの信号は、各相の出力電圧または入力電圧を検出した信号である、請求項1ないし3のいずれかに記載の制御回路。   The control circuit according to claim 1, wherein the three signals are signals obtained by detecting an output voltage or an input voltage of each phase. 前記伝達関数は、周波数重みWを用いてH∞ループ整形法で設計される、請求項1ないし5のいずれかに記載の制御回路。   The control circuit according to claim 1, wherein the transfer function is designed by an H∞ loop shaping method using a frequency weight W. インバータ回路と、請求項1ないし6のいずれかに記載の制御回路とを備えた系統連系インバータシステム。   A grid-connected inverter system comprising an inverter circuit and the control circuit according to any one of claims 1 to 6. コンバータ回路と、請求項1ないし6のいずれかに記載の制御回路とを備えた三相PWMコンバータシステム。   A three-phase PWM converter system comprising a converter circuit and the control circuit according to any one of claims 1 to 6.
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