JP2014207835A - Power conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はパワーコンディショナに関し、より詳細には、燃料電池用のパワーコンディショナに関する。 The present invention relates to a power conditioner, and more particularly to a power conditioner for a fuel cell.
近年、クリーンエネルギの利用促進等の観点から、家庭用の燃料電池発電システムが注目されている。 In recent years, household fuel cell power generation systems have attracted attention from the viewpoint of promoting the use of clean energy.
この種の燃料電池発電システムは、周知のとおり、燃料電池で発電した直流電力をパワーコンディショナ(系統連系インバータ装置)で商用電源などの系統に連系可能な交流電力に変換して系統側に供給するシステムであるが、システムの発電効率を高めるためには、系統側に供給する電力を可能な限り燃料電池の発電電力に近づける必要がある。 As is well known, this type of fuel cell power generation system converts DC power generated by a fuel cell into AC power that can be connected to a system such as a commercial power source by a power conditioner (system-connected inverter device). However, in order to increase the power generation efficiency of the system, it is necessary to make the power supplied to the grid as close as possible to the power generated by the fuel cell.
そのため、この種の燃料電池発電システムでは、パワーコンディショナのインバータ部(ブリッジ型インバータ回路)を駆動するPWM信号をパワーコンディショナの制御部(具体的には、マイコン)で生成するように構成し、このPWM信号のデューティー比をマイコンで制御し、系統側への供給電力を調整するようにしている(たとえば、特許文献1参照)。 Therefore, this type of fuel cell power generation system is configured to generate a PWM signal for driving the inverter unit (bridge type inverter circuit) of the power conditioner by the control unit (specifically, a microcomputer) of the power conditioner. The duty ratio of the PWM signal is controlled by a microcomputer to adjust the power supplied to the system side (see, for example, Patent Document 1).
具体的には、図5に示すように、マイコンaのPWM出力部からインバータ駆動用のPWM信号(インバータPWM)を出力するように構成し、このPWM信号を図示しない論理回路で4つに振り分けてインバータ部の駆動回路に入力して各スイッチング素子の制御端子にPWM信号を入力している。 Specifically, as shown in FIG. 5, the PWM output part of the microcomputer a is configured to output a PWM signal for driving the inverter (inverter PWM), and this PWM signal is divided into four by a logic circuit (not shown). The PWM signal is input to the control circuit of each switching element.
しかしながら、このような従来のパワーコンディショナには以下のような問題があり、その改善が望まれていた。 However, such conventional power conditioners have the following problems, and improvements have been desired.
すなわち、このようにマイコンのPWM出力部から出力されるPWM信号を論理回路、駆動回路を介してインバータ部のスイッチング素子に与えてインバータ部を制御する構成では、系統側への供給電力の調整は、PWM信号を生成するマイコンの性能(PWM分解能)に依存することになるため、マイコンのPWM分解能が十分でないと使用しきれない無駄な電力が発生し、結果としてシステムの効率が十分に上がらないおそれがあった。たとえば、マイコンの性能上、系統側への供給電力の調整が20W単位で行われる場合、最大で20W(平均すれば10W)の無駄な電力が生じることとなり、出力電力が700Wのパワーコンディショナであれば、最大2.8%(平均では1.4%)の発電効率の低下を招くことになっていた。 That is, in the configuration in which the PWM signal output from the PWM output unit of the microcomputer is applied to the switching element of the inverter unit via the logic circuit and the drive circuit to control the inverter unit, the adjustment of the power supplied to the system side is as follows. Because it depends on the performance (PWM resolution) of the microcomputer that generates the PWM signal, wasteful power that cannot be used unless the PWM resolution of the microcomputer is sufficient is generated, and as a result, the efficiency of the system is not sufficiently increased. There was a fear. For example, if the power supplied to the grid is adjusted in units of 20W due to the performance of the microcomputer, a maximum of 20W (10W on average) is wasted, and the output power is 700W. If so, the power generation efficiency would be reduced by a maximum of 2.8% (1.4% on average).
このような問題は、インバータ部の制御に高性能な(PWM分解能が高い)マイコンを使用すれば解消され得るが、高性能なマイコンを使用する対応では設計上選択可能なマイコンが限定されてしまうため、パワーコンディショナの製造コストが高くなるという問題がある。 Such a problem can be solved by using a high-performance microcomputer (high PWM resolution) for controlling the inverter unit, but the microcomputers that can be selected by design are limited in correspondence with the use of a high-performance microcomputer. Therefore, there exists a problem that the manufacturing cost of a power conditioner becomes high.
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、製造コストの上昇を回避しつつ、発電電力を効率良く使用できるパワーコンディショナを提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power conditioner that can efficiently use generated power while avoiding an increase in manufacturing cost. There is.
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載のパワーコンディショナは、発電部の出力電力を系統に連系可能な交流電力に変換するパワーコンディショナであって、インバータ部にPWM信号で駆動するスイッチング素子を有するものにおいて、第1PWM信号を出力する第1PWM出力部と、第2PWM信号を出力する第2PWM出力部とを備えた制御部と、上記第1PWM出力部から出力される第1PWM信号を立ち上がりおよび/または立ち下がりの鈍ったパルス信号に変換する第1信号変換部と、上記第2PWM出力部から出力される第2PWM信号を鈍らせて略直線状の波形に変換する第2信号変換部と、上記第1信号変換部の出力信号と上記第2信号変換部の出力信号を比較して、上記インバータ部のスイッチング素子駆動用の第3PWM信号を生成する駆動信号生成部とを備えてなり、上記制御部は、上記第2PWM出力部から出力する第2PWM信号のデューティー比を制御することによって上記第3PWM信号のデューティー比を制御する制御構成を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power conditioner according to claim 1 of the present invention is a power conditioner that converts output power of a power generation unit into AC power that can be connected to a system. And a control unit including a first PWM output unit that outputs a first PWM signal, a second PWM output unit that outputs a second PWM signal, and a first PWM output unit output from the first PWM output unit. A first signal conversion unit that converts a 1PWM signal into a pulse signal that rises and / or falls slowly, and a second PWM signal that is output from the second PWM output unit and converts the PWM signal into a substantially linear waveform. The output signal of the signal converter, the output signal of the first signal converter and the output signal of the second signal converter are compared, and the switching element driver of the inverter unit is compared. A drive signal generator for generating a third PWM signal for controlling the duty ratio of the third PWM signal by controlling a duty ratio of the second PWM signal output from the second PWM output unit. A control structure for controlling is provided.
この請求項1に記載のパワーコンディショナでは、インバータ部のスイッチング素子を駆動するPWM信号(第3PWM信号)は、制御部に備えられる2つのPWM出力部(第1PWM出力部および第2PWM出力部)から出力される2種類のPWM信号(第1PWM信号および第2PWM信号)に基づいて生成される。具体的には、第1PWM出力部から出力される第1PWM信号の立ち上がりおよび/または立ち下がりを鈍らせた信号(たとえば、立ち上がりおよび立ち下がりの双方を鈍らせた略台形状の波形の信号)と、第2PWM出力部から出力される第2PWM信号を鈍らせて略直線状の波形にした信号とを駆動信号生成部で比較して第3PWM信号を生成する。すなわち、この第3PWM信号の生成にあたり、制御部は、第2PWM信号のデューティー比を制御する(つまり、デューティー比を変化させる)ことによって、図3(a)に示すように、第2信号変換部から出力される信号(図中の「微調整PWM」)を上下させて第1信号変換部から出力される信号(図中の「インバータPWM」)との交差位置を変更し、第3PWM信号のデューティー比を制御する。つまり、第2PWM信号のデューティー比の変化に応じて第3PWM信号、すなわち、インバータ部のスイッチング素子を駆動するPWM信号のデューティー比が微調整される。 In the power conditioner according to the first aspect, the PWM signal (third PWM signal) for driving the switching element of the inverter unit is two PWM output units (first PWM output unit and second PWM output unit) provided in the control unit. Are generated on the basis of two types of PWM signals (first PWM signal and second PWM signal) output from. Specifically, a signal in which the rise and / or fall of the first PWM signal output from the first PWM output unit is blunted (for example, a signal having a substantially trapezoidal waveform in which both rise and fall are blunted) and Then, the second PWM signal output from the second PWM output unit is blunted and compared with a signal having a substantially linear waveform by the drive signal generation unit to generate a third PWM signal. That is, in generating the third PWM signal, the control unit controls the duty ratio of the second PWM signal (that is, changes the duty ratio), so that the second signal conversion unit as shown in FIG. The signal output from (the “fine adjustment PWM” in the figure) is moved up and down to change the intersection position with the signal (“inverter PWM” in the figure) output from the first signal converter, and the third PWM signal Control the duty ratio. That is, the duty ratio of the third PWM signal, that is, the PWM signal that drives the switching element of the inverter unit, is finely adjusted according to the change in the duty ratio of the second PWM signal.
本発明の請求項2に記載のパワーコンディショナは、請求項1に記載のパワーコンディショナにおいて、上記駆動信号生成部から出力される第3PWM信号は、所定の論理回路を介して上記インバータ部を構成する各スイッチング素子の制御端子に入力されることを特徴とする。 A power conditioner according to a second aspect of the present invention is the power conditioner according to the first aspect, wherein the third PWM signal output from the drive signal generation unit is connected to the inverter unit via a predetermined logic circuit. It is input to the control terminal of each switching element which comprises.
この請求項2に記載のパワーコンディショナでは、駆動信号生成部から出力される第3PWM信号は、論理回路に入力された後にスイッチング素子の制御端子に入力される。そのため、この論理回路で第3PWM信号を分岐したり、その一部を反転させるなどすることにより、1つの第3PWM信号を用いて複数のスイッチング素子を駆動させることができる。 In the power conditioner according to the second aspect, the third PWM signal output from the drive signal generator is input to the control terminal of the switching element after being input to the logic circuit. Therefore, a plurality of switching elements can be driven using one third PWM signal, for example, by branching the third PWM signal with this logic circuit or inverting a part thereof.
本発明の請求項3に記載のパワーコンディショナは、請求項1または2に記載のパワーコンディショナにおいて、上記制御部は、パワーコンディショナからの出力電流値が出力目標電流値となるように上記第1PWM信号のデューティー比を制御する制御構成を有していることを特徴とする。 A power conditioner according to a third aspect of the present invention is the power conditioner according to the first or second aspect, wherein the control unit is configured so that an output current value from the power conditioner becomes an output target current value. It has a control structure for controlling the duty ratio of the first PWM signal.
この請求項3に記載のパワーコンディショナでは、第1PWM信号のデューティー比がパワーコンディショナの出力電流値を出力目標電流値とするように制御されるので、パワーコンディショナの出力電流を出力目標電流値に近づけることができ、発電部で発電された電力を効率よく利用できる。 In the power conditioner according to claim 3, since the duty ratio of the first PWM signal is controlled so that the output current value of the power conditioner is the output target current value, the output current of the power conditioner is used as the output target current. It is possible to approach the value, and the power generated by the power generation unit can be used efficiently.
本発明の請求項4に記載のパワーコンディショナは、請求項1から3のいずれかに記載のパワーコンディショナにおいて、上記制御部は、パワーコンディショナへの入力電流値が入力目標電流値となるように上記第2PWM信号のデューティー比を制御する制御構成を有していることを特徴とする。 A power conditioner according to a fourth aspect of the present invention is the power conditioner according to any one of the first to third aspects, wherein the controller is configured such that an input current value to the power conditioner is an input target current value. As described above, the control structure for controlling the duty ratio of the second PWM signal is provided.
この請求項4に記載のパワーコンディショナでは、第2PWM信号のデューティー比がパワーコンディショナへの入力電流値を入力目標電流値とするように制御される。すなわち、インバータ部のスイッチング素子の制御端子に入力する第3PWM信号を微調整する第2PWM信号は、直流の入力電流および入力目標電流値に基づいて制御されるので、第2PWM信号を第2信号変換部で変換(直線状の信号に変換)することによる時間遅れの影響が少ない。 In the power conditioner according to the fourth aspect, the duty ratio of the second PWM signal is controlled so that the input current value to the power conditioner is the input target current value. That is, the second PWM signal that finely adjusts the third PWM signal input to the control terminal of the switching element of the inverter unit is controlled based on the DC input current and the input target current value. There is little influence of time delay due to conversion (converted into a linear signal) in the unit.
本発明の請求項5に記載のパワーコンディショナは、請求項4に記載のパワーコンディショナにおいて、パワーコンディショナへの入力電流値が入力目標電流値となるように制御する入力電流制御手段を備えてなり、上記制御部は、パワーコンディショナへの入力電流値と入力目標電流値の偏差が所定値以上であるときは、上記第2PWM信号のデューティー比を一定値に保ちながら上記入力電流制御手段による入力電流制御を行わせる一方、上記偏差が所定値未満であるときは、上記入力電流制御手段による入力電流制御を不感帯処理としつつ、上記第2PWM信号のデューティー比を制御する制御構成を備えたことを特徴とする。
The power conditioner according to
この請求項5に記載のパワーコンディショナでは、パワーコンディショナへの入力電流値と入力目標電流値の偏差が所定値以上のときは、第2PWM信号のデューティー比を一定値に保つことによって第2PWM信号による微調整は行わずに、入力電流制御手段による入力電流制御のみを行わせる。一方、上記偏差が所定値未満のときには、入力電流制御手段による入力電流制御を不感帯処理とし、この状態で第2PWM信号のデューティー比を制御してインバータ部に与える第3PWM信号の微調整を行う。 In the power conditioner according to the fifth aspect, when the deviation between the input current value to the power conditioner and the input target current value is equal to or larger than a predetermined value, the duty ratio of the second PWM signal is maintained at a constant value. Only the input current control by the input current control means is performed without fine adjustment by the signal. On the other hand, when the deviation is less than a predetermined value, the input current control by the input current control means is set as a dead zone process, and in this state, the duty ratio of the second PWM signal is controlled to finely adjust the third PWM signal to be supplied to the inverter unit.
本発明の請求項6に記載のパワーコンディショナは、請求項1から5のいずれかに記載のパワーコンディショナにおいて、上記発電部は、燃料電池を備えていることを特徴とする。すなわち、この請求項6に記載のパワーコンディショナは、発電部として、固体酸化物型燃料電池(SOFC)や固体高分子形燃料電池(PEFC)などの燃料電池を備えた発電システムの系統への連系に用いられる。
A power conditioner according to a sixth aspect of the present invention is the power conditioner according to any one of the first to fifth aspects, wherein the power generation unit includes a fuel cell. That is, the power conditioner according to
本発明では、インバータ部のスイッチング素子を駆動するPWM信号(第3PWM信号)が、制御部に備えられる2つのPWM出力部(第1PWM出力部および第2PWM出力部)から出力される2種類のPWM信号(第1PWM信号および第2PWM信号)に基づいて生成されるので、PWM分解能が高くない制御部であってもインバータ部に与える第3PWM信号をきめ細かく微調整することができる。そのため、本発明によれば、制御部にPWM分解能の高い高価なマイコンを用いることなく、発電された電力を効率よく使用できるパワーコンディショナを提供することができる。 In the present invention, the PWM signal (third PWM signal) for driving the switching element of the inverter unit is output from two PWM output units (first PWM output unit and second PWM output unit) provided in the control unit. Since the signal is generated based on the signals (the first PWM signal and the second PWM signal), the third PWM signal to be supplied to the inverter unit can be finely finely adjusted even by a control unit having a low PWM resolution. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a power conditioner that can efficiently use generated electric power without using an expensive microcomputer with high PWM resolution in the control unit.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係るパワーコンディショナ1を用いた燃料電池発電システムの概略構成を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell power generation system using a power conditioner 1 according to the present invention.
この図1に示すパワーコンディショナ1は、燃料電池(発電部)2で発電された直流電力を商用電源などの系統3に連系可能な交流電力に変換する系統連系インバータ装置であって、コンバータ部4と、インバータ部5と、これらコンバータ部4およびインバータ部5を制御する制御部6とを主要部として備えている。
A power conditioner 1 shown in FIG. 1 is a grid-connected inverter device that converts DC power generated by a fuel cell (power generation unit) 2 into AC power that can be linked to a grid 3 such as a commercial power source. The converter unit 4, the
コンバータ部4は、燃料電池2で発電される直流電圧を所定の電圧に昇圧するDC/DCコンバータ回路で構成されている。このコンバータ部4には、公知のコンバータ回路、たとえば昇圧プッシュプル型のコンバータ回路が用いられる。コンバータ部4の入力側は燃料電池2に接続されるとともに、出力側はDCリンクコンデンサ(DCリンク部)7を介してインバータ部5の入力側に接続されている。8はコンバータ部4(パワーコンディショナ1)への入力電流を検出する入力電流センサであり、9はインバータ部5の入力電圧(DCリンク部の電圧)を検出する電圧センサを示している。なお、これら両センサ8,9は双方とも制御部6と接続され、制御部6においてパワーコンディショナ1への入力電流やDCリンク部7の電圧を検出できるようになっている。また、図示しないが、パワーコンディショナ1への入力電圧(燃料電池2の出力電圧)を検出する入力電圧センサも備えられており、制御部6はパワーコンディショナ1への入力電圧も検出できるようになっている。
The converter unit 4 is composed of a DC / DC converter circuit that boosts the direct current voltage generated by the fuel cell 2 to a predetermined voltage. For this converter unit 4, a known converter circuit, for example, a boost push-pull type converter circuit is used. The input side of the converter unit 4 is connected to the fuel cell 2, and the output side is connected to the input side of the
インバータ部5は、コンバータ部4で昇圧された直流電圧を系統3に連系可能な交流電圧に変換するDC/ACインバータ回路で構成される。本実施形態では、このインバータ部5は、公知のブリッジ型インバータ回路で構成されている。すなわち、インバータ部5は、複数(図示例では4つ)のFET(スイッチング素子)10,10,…と、これらFET10のゲート端子(制御端子)にインバータゲート信号(スイッチング素子の駆動信号)を与える駆動回路11と、後述するようにして生成されるインバータゲート信号を駆動回路11に振り分ける論理回路12とを主要部として構成されている。
The
インバータ部5の出力側には、インバータ部5の出力から高周波成分を除去するローパスフィルタ(コイル13およびコンデンサ14)が備えられており、このフィルタにより高周波成分が除去された交流電力が図示しない系統連系リレーを介して系統3側に接続されている。15はインバータ部5(パワーコンディショナ1)の出力電流を検出する出力電流センサ、16はインバータ部5の出力電圧を検出する出力電圧センサをそれぞれ示しており、これら両センサ15,16も制御部6と接続され、制御部6においてパワーコンディショナ1の出力電流や出力電圧を検出できるようになっている。
On the output side of the
制御部6は、上述したコンバータ部4およびインバータ部5などパワーコンディショナ1の各部を制御するための制御装置であって、この制御部6には制御中枢としてマイコン61(図2参照)が備えられている。
The
マイコン61には、パワーコンディショナ1の各部を制御するための制御プログラムや制御データが備えられており、制御部6は、このマイコン61によって、後述するインバータ部5の制御などの各種制御を行うようになっている。
The
図2は、インバータ部5を駆動するインバータゲート信号の生成回路を示している。この図2に示すように、本発明に係るパワーコンディショナ1は、インバータゲート信号、すなわち、インバータ部5のFET10,10,…を駆動するPWM信号(第3PWM信号)を、マイコン61の二つのPWM出力部62,63から出力される2種類のPWM信号を用いて生成するようにしている。
FIG. 2 shows an inverter gate signal generation circuit for driving the
具体的には、マイコン61にはPWM信号の出力が可能なPWM出力部を2個以上備えたマイコンが用いられ、このうちの一方のPWM出力部(第1PWM出力部)62がインバータゲート信号の基になるPWM信号(第1PWM信号)を出力する信号出力部(図2では「インバータPWM」と表示)として用いられ、他方のPWM出力部(第2PWM出力部)63がインバータゲート信号の微調整用のPWM信号(第2PWM信号)を出力する信号出力部(図2では「微調整PWM」と表示)として用いられている。
Specifically, the
第1PWM出力部62から出力される第1PWM信号は、同PWM信号のパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの波形を鈍らせて(つまり、波形の立ち上がりおよび立ち上がりに一定の時間幅をもたせて)略台形状の波形のパルス信号に変換するフィルタ回路(第1信号変換部)64に入力され、このフィルタ回路64で略台形状の波形の信号に変換されて比較器(駆動信号生成部)66に入力されるように構成されている。一方、第2PWM出力部63から出力される第2PWM信号は、同PWM信号のパルスの立ち上がりおよび立ち下がりを強く鈍らせて略直線状の波形の信号に変換するフィルタ回路(第2信号変換部)65に入力され、このフィルタ回路65で略直線状の波形の信号に変換されて比較器(駆動信号生成部)66に入力されるように構成されている。
The first PWM signal output from the first
比較器66は、図3(a)に示すように、フィルタ回路64から入力される信号(図3では「インバータPWM」と表示)と、フィルタ回路65から入力される信号(図3では「微調整PWM」と表示)とを比較してインバータゲート信号となるPWM信号(第3PWM信号)を生成する装置であって、この比較器66で生成されたインバータゲート信号は論理回路12に入力されるようになっている(詳細は後述する)。
As shown in FIG. 3A, the
この比較器66で生成されるインバータゲート信号のデューティー比は、第2PWM出力部63から出力される第2PWM信号(微調整PWM)のデューティー比を制御(変更)することにより制御されるようになっている。すなわち、第2PWM信号(微調整PWM)のデューティー比を変更すると、それに伴って図3(a)に示す略直線状の信号(微調整PWM)が上下する。したがって、第2PWM信号のHi期間が長くなるようにデューティー比を変更すると、その変更量に応じて、図3(a)の「微調整PWM」が上昇し、インバータゲート信号のHi期間が長くなるように微調整される。反対に、第2PWM信号のHi期間が短くなるようにデューティー比を変更すると、その変更量に応じて、図3(a)の「微調整PWM」は下降し、インバータゲート信号のHi期間が短くなるように微調整される。
The duty ratio of the inverter gate signal generated by the
図3(b)は、図3(a)における略台形状の信号(インバータPWM)の立ち上がり部分を拡大して示している。ここで、この図3(b)において、ΔVは第2PWM信号による微調整可能な範囲を示している。この微調整可能な範囲ΔVで調整できる時間幅をΔtuとし、図示しない立ち下がり部分における同様の時間幅をΔtdとすると、Δtu+Δtdはマイコン61のPWM分解能以上の時間幅となるように設定(フィルタ回路64の回路定数を設定)するとともに、ΔVはその時間の分割量が十分となるように設定することで、分解能が向上し、インバータゲート信号のデューティーを微少単位で連続的に変更することができるようになる。 FIG. 3B is an enlarged view of the rising portion of the substantially trapezoidal signal (inverter PWM) in FIG. Here, in FIG. 3B, ΔV indicates a finely adjustable range by the second PWM signal. If the time width that can be adjusted in this finely adjustable range ΔV is Δtu, and the same time width in the falling portion (not shown) is Δtd, Δtu + Δtd is set so that the time width is equal to or greater than the PWM resolution of the microcomputer 61 (filter circuit In addition, the resolution can be improved and the duty of the inverter gate signal can be continuously changed in minute units. It becomes like this.
具体例を示すと、たとえば、マイコン61の第1PWM出力部62が第1PWM信号のパルス幅を25ns毎に調整可能であり、Δtu+Δtdが50ns、第2PWM出力部63によってΔVが1000ポイントの電圧範囲で調整可能であるとすると、本発明の制御を用いずに第1PWM出力部62でインバータゲート信号を生成すると、インバータゲート信号のHi期間およびLo期間は25nsの倍数で調整されることになる。これに対して、本発明を用いると、インバータゲート信号のHi期間およびLo期間は50psの倍数で調整することができるようになる。つまり、本発明を用いれば、PWM分解能の高いマイコンを用いなくともインバータゲート信号をきめ細かく制御することができるようになる。
Specifically, for example, the first
なお、上述した実施形態では、フィルタ回路64が第1PWM信号のパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの双方の波形を鈍らせて略台形状の信号を生成する構成を示したが、フィルタ回路64は、第1PWM信号のパルスの立ち上がりまたは立ち下がりのいずれか一方のみを鈍らせるように構成することも可能である。すなわち、フィルタ回路64において、第1PWM信号の立ち上がりまたは立ち下がりの一方は鈍らない略直角三角形状の波形に変更するように構成することができる。なお、このように第1PWM信号のパルスの立ち上がりまたは立ち下がりのいずれか一方のみを鈍らせる構成を採用する場合、ΔtuまたはΔtdの一方のみでマイコン61のPWM分解能以上の時間幅となるように設定される。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態ではフィルタ回路65が第2PWM信号のパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの双方を鈍らせて略直線状(特に、図示例では直線波形)の信号を生成する構成を示したが、このフィルタ回路65で鈍らせた信号は、波形変換後の第1PWM信号との比較を行うため(インバータゲート信号の微調整のため)の信号であるので、図示例程の直線でなくてもよく、たとえば、ゆるやかな「へ」字状を呈するような波形であってもよい。
In the above-described embodiment, the
次に、このように構成されたパワーコンディショナ1におけるインバータの制御方法について説明する。 Next, an inverter control method in the power conditioner 1 configured as described above will be described.
本発明のパワーコンディショナ1では、マイコン61は、出力電流センサ15で検出される出力電流の値が、制御部6において設定される出力目標電流値となる(つまり、両者を一致させる)ように、第1PWM出力部62から出力する第1PWM信号のデューティー比を制御する。具体的には、制御部6は、パワーコンディショナ1の出力電流をフィードバックさせて、パワーコンディショナ1の出力電流が出力目標電流値となるように第1PWM信号の制御を行う。
In the power conditioner 1 of the present invention, the
ここで、この制御における出力目標電流値は制御部6で演算される。具体的には、たとえば、制御部6(マイコン61)は、パワーコンディショナ1への入力電圧値と燃料電池2の発電電力に応じて決定される入力目標電流値とからパワーコンディショナ1への入力電力値を演算し、これにパワーコンディショナ1の変換効率を乗じて出力電力値を求め、これを更に系統3の電圧で除算することによって出力目標電流値を設定する。
Here, the output target current value in this control is calculated by the
一方、第2PWM出力部63から出力する第2PWM信号のデューティー比は、入力電流センサ8で検出される入力電流値が上記入力目標電流値となる(つまり、両者を一致させる)ようにマイコン61が制御する。
On the other hand, the duty ratio of the second PWM signal output from the second
ところで、第2PWM出力部63から出力される第2PWM信号は、上述したように、インバータゲート信号の微調整を行うための信号であるため、出力電流値に基づいて制御することも考えられる。しかし、第2PWM信号から略直線状の信号への変換は時間遅れが大きいことから、マイコン61から出力したタイミングでは最適値であっても、この時間遅れによってインバータゲート信号の微調整が行われる時点では最適でないことがある。特に、インバータ部5が制御する出力電流は交流であるため、図4(b)に示すように、時間遅れにより出力目標電流値と実際の出力電流値が大きくずれるおそれがある。
By the way, since the 2nd PWM signal output from the 2nd
そのため、本実施形態に示すパワーコンディショナ1では、インバータゲート信号の微調整は、入力電流値と入力目標電流値とに基づいて行うように構成されている。すなわち、入力電流値と入力目標電流値はいずれも直流であるため、図4(c)に示すように、時間遅れによる影響が少なくなるからである。 Therefore, in the power conditioner 1 shown in this embodiment, the inverter gate signal is finely adjusted based on the input current value and the input target current value. That is, since both the input current value and the input target current value are direct current, the influence of time delay is reduced as shown in FIG.
次に、この第2PWM信号でインバータゲート信号の微調整を行うタイミングについて説明する。 Next, timing for performing fine adjustment of the inverter gate signal with the second PWM signal will be described.
本実施形態に示すパワーコンディショナ1は、上述したように、入力電流値が入力目標電流値となるように第2PWM信号を制御する構成を備えているが、この種のパワーコンディショナ1では、このような第2PWM信号による入力電流の制御の他にも、パワーコンディショナ1への入力電流値が最適な状態となるように、入力電流値を入力目標電流値に一致させる制御を行う入力電流制御手段(図示せず)が備えられている。 As described above, the power conditioner 1 shown in the present embodiment has a configuration that controls the second PWM signal so that the input current value becomes the input target current value. In this type of power conditioner 1, In addition to the control of the input current by the second PWM signal, the input current for performing the control for matching the input current value with the input target current value so that the input current value to the power conditioner 1 is in an optimum state. Control means (not shown) are provided.
この入力電流値を制御する入力電流制御手段は公知であるので詳細な説明は省略するが、入力電流制御手段はコンバータ部4またはインバータ部5のいずれかに備えられており、どちらに備えられる構成であっても、入力電流制御手段は、入力電流値と入力目標電流値との偏差(絶対値)があらかじめ設定された所定値X未満となるように入力電流制御を行うように構成されている。
The input current control means for controlling the input current value is well known and will not be described in detail. However, the input current control means is provided in either the converter unit 4 or the
したがって、本実施形態に示すように、第2PWM信号で入力電流値を制御する構成を採用すると、この第2PWM信号による入力電流値の制御と入力電流制御手段による入力電流制御とが競合し、ハンチングなどの不都合が生じるおそれがある。 Therefore, as shown in this embodiment, when the configuration in which the input current value is controlled by the second PWM signal is adopted, the control of the input current value by the second PWM signal competes with the input current control by the input current control means, and hunting is performed. Inconvenience such as may occur.
そのため、本実施形態に示すパワーコンディショナ1では、このような不都合を回避するために、制御部6は、図4(a)に示すように、パワーコンディショナ1への入力電流値と入力目標電流値の偏差(絶対値)が所定値X以上であるときは、第2PWM信号(微調整PWM)のデューティー比を一定値に保ちながら入力電流制御手段による入力電流制御を行わせる一方、偏差(絶対値)が所定値X未満であるときは、入力電流制御手段による入力電流制御を保持し不感帯処理として、第2PWM信号のデューティー比の制御を行うように構成され、これにより制御の競合を回避している。
Therefore, in the power conditioner 1 shown in the present embodiment, in order to avoid such inconvenience, the
また、インバータゲート信号を微調整する方法には上述した信号波形の変換に伴う時間遅れがあるため、入力電流値の急激な変動に追随できないおそれがあるが、この実施形態では、そのような場合は入力目標電流値との偏差が大きくなって入力電流制御手段による入力電流制御が行われることになるので、追随が間に合わないといった状態の発生も回避することができる。 In addition, the method for finely adjusting the inverter gate signal has a time delay associated with the signal waveform conversion described above, and thus may not be able to follow the rapid fluctuation of the input current value. Since the deviation from the input target current value becomes large and the input current control is performed by the input current control means, it is possible to avoid the occurrence of a situation where the follow-up is not in time.
このように、本発明のパワーコンディショナ1によれば、インバータ部5のFET10を駆動するインバータゲート信号(第3PWM信号)が、制御部6を構成するマイコン61に備えられる2つのPWM出力部62,63から出力される2種類のPWM信号に基づいて生成されるので、PWM分解能が高くないマイコンを用いていてもインバータゲート信号のデューティーをきめ細かく微調整することができる。そのため、本発明によれば、PWM分解能の高い高価なマイコンを用いることなく、発電された電力を効率よく使用できるパワーコンディショナを提供することができる。
Thus, according to the power conditioner 1 of the present invention, the inverter gate signal (third PWM signal) for driving the
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。 The above-described embodiment shows a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this, and various design changes can be made within the scope of the invention.
たとえば、上述した実施形態では、第1PWM信号に基づいて生成される略台形状の信号と比較する信号をマイコン61のPWM出力部63から出力させてフィルタ回路65で波形を略直線状に変換する構成を示したが、マイコン61にD/A変換出力部が備えられていれば、このD/A変換出力部から略直線状の信号を出力させるように構成することも可能である。
For example, in the above-described embodiment, a signal to be compared with the substantially trapezoidal signal generated based on the first PWM signal is output from the
また、上述した実施形態では、インバータ部5のスイッチング素子をFET10で構成した場合を示したが、FET以外の他のスイッチング素子(たとえば、トランジスタ)を用いることも可能である。
Moreover, although the case where the switching element of the
また、上述した実施形態では燃料電池2については詳細な説明は省略したが、この燃料電池としては、固体酸化物型燃料電池(SOFC)や固体高分子型燃料電池(PEFC)などの燃料電池が好適に使用され得る。 In the embodiment described above, detailed description of the fuel cell 2 is omitted. However, as the fuel cell, a fuel cell such as a solid oxide fuel cell (SOFC) or a solid polymer fuel cell (PEFC) is used. It can be suitably used.
1 パワーコンディショナ
2 燃料電池(発電部)
3 系統
4 コンバータ部
5 インバータ部
6 制御部
7 DCリンクコンデンサ(DCリンク部)
8 入力電流センサ
9 インバータ部の入力電圧センサ
10 インバータ部のFET(スイッチング素子)
11 駆動回路
12 論理回路
15 出力電流センサ
16 出力電圧センサ
61 マイコン
62 第1PWM出力部
63 第2PWM出力部
64 フィルタ回路(第1信号変換部)
65 フィルタ回路(第2信号変換部)
66 比較器(駆動信号生成部)
1 Power conditioner 2 Fuel cell (power generation part)
3 System 4
8 Input
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
65 Filter circuit (second signal converter)
66 Comparator (Drive signal generator)
Claims (6)
第1PWM信号を出力する第1PWM出力部と、第2PWM信号を出力する第2PWM出力部とを備えた制御部と、
前記第1PWM出力部から出力される第1PWM信号を立ち上がりおよび/または立ち下がりの鈍ったパルス信号に変換する第1信号変換部と、
前記第2PWM出力部から出力される第2PWM信号を鈍らせて略直線状の波形に変換する第2信号変換部と、
前記第1信号変換部の出力信号と前記第2信号変換部の出力信号を比較して、前記インバータ部のスイッチング素子駆動用の第3PWM信号を生成する駆動信号生成部とを備えてなり、
前記制御部は、前記第2PWM出力部から出力する第2PWM信号のデューティー比を制御することによって前記第3PWM信号のデューティー比を制御する制御構成を備えた
ことを特徴とするパワーコンディショナ。 In a power conditioner that converts the output power of the power generation unit into AC power that can be linked to the system, and having a switching element that is driven by a PWM signal in the inverter unit,
A control unit including a first PWM output unit that outputs a first PWM signal and a second PWM output unit that outputs a second PWM signal;
A first signal conversion unit that converts the first PWM signal output from the first PWM output unit into a pulse signal that rises and / or blunts;
A second signal converter that dulls the second PWM signal output from the second PWM output unit and converts it into a substantially linear waveform;
A drive signal generator that compares the output signal of the first signal converter and the output signal of the second signal converter and generates a third PWM signal for driving the switching element of the inverter;
The power conditioner includes a control configuration in which the control unit controls a duty ratio of the third PWM signal by controlling a duty ratio of the second PWM signal output from the second PWM output unit.
前記制御部は、パワーコンディショナへの入力電流値と入力目標電流値の偏差が所定値以上であるときは、前記第2PWM信号のデューティー比を一定値に保ちながら前記入力電流制御手段による入力電流制御を行わせる一方、前記偏差が所定値未満であるときは、前記入力電流制御手段による入力電流制御を不感帯処理としつつ、前記第2PWM信号のデューティー比を制御する制御構成を備えたことを特徴とする請求項4に記載のパワーコンディショナ。 Comprising input current control means for controlling the input current value to the inverter to be the input target current value;
When the deviation between the input current value to the power conditioner and the input target current value is greater than or equal to a predetermined value, the control unit is configured to maintain the duty ratio of the second PWM signal at a constant value while maintaining the input current by the input current control means. On the other hand, when the deviation is less than a predetermined value, there is provided a control configuration for controlling the duty ratio of the second PWM signal while making the input current control by the input current control means a dead band process. The power conditioner according to claim 4.
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