JP2014236662A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換装置1は、交流電源3と直流負荷4との間に設けられている。電力変換装置1は、インバータ回路13と、コンバータ回路14とを備える。制御装置15は、インバータ回路13およびコンバータ回路14をフィードバック制御する。フィードバック制御は、直流負荷4に一定の直流電圧Vdcが供給されるように、かつ、交流電源3からの入力電流が交流電源3の交流電圧Vacと同期した正弦波となるように、インバータ回路13およびコンバータ回路14を制御する。制御装置15は、平滑コンデンサCsの電圧Vcに基づいて、平滑コンデンサCsの電圧Vcのリップル成分を抑制するようにフィードバック制御を補正する補正部51を備える。この結果、平滑コンデンサCsの電圧Vcのリップル成分に起因する入力電流の高調波成分が抑制される。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明を適用した第1実施形態の電力変換装置1を含む電力システム2を示すブロック図である。電力システム2は、系統3に接続された需要家に設置されている。電力システム2は、例えば、個人の住宅、または事業所において構成されている。系統3は、電力供給会社などの供給者によって提供される電力網、または小規模発電施設によって提供される交流電源である。系統3を供給する小規模発電施設は、個人の住宅、または事業所に設置することができる。系統3は、単相3線方式の電源であり、中性線(N)と、電圧線(U、V)とを有する。電力システム2は、小規模な直流電源(DCS)4を備える。直流電源4は、住宅などに設置された二次電池によって提供される。直流電源4は、直流の負荷でもある。電力システム2は、系統3から電力を受ける交流の負荷(LD)5を備える。電力システム2は、系統3から電力供給を受けることにより直流電源4を充電する機能を少なくとも備える。電力システム2は、電力変換装置1を備える。電力変換装置1は、系統3から直流電源4へ電力を出力する。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、図5に図示される補正制御部54が採用される。補正制御部54は、比例部66に加えて、積分部268、微分部269、および加算器270を備える。積分部268は、差Vc*−Vcに所定の積分ゲインを乗算し、その結果を積分する。微分部269は、差Vc*−Vcに所定の微分ゲインを乗算し、その結果を微分する。加算器270は、比例部66から出力される比例項と、積分部268から出力される積分項と、微分部269から出力される微分項とを加算する。この構成では、リップルを抑制するために、比例積分微分制御が利用される。これに代えて、比例積分制御が利用されてもよい。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、上記実施形態のインバータ制御部31に代えて、図6に図示されるインバータ制御部331が採用される。インバータ制御部331は、インバータ回路13を比例積分制御する。インバータ制御部331は、補正部51から出力されるリップル低減信号、すなわち差Vc*−Vcに相当する信号を入力する。インバータ制御部331は、リップル低減信号に基づいて、リップル成分を抑制するようにインバータ回路13を制御するための信号を補正する。具体的には、リップル低減信号に基づいてデューティ比が補正される。これにより、インバータ回路13がスイッチング制御される期間においても、電流ILのリップル成分が抑制される。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、図7に図示されるように、リアクトルLrとスイッチ素子Qaとに並列にダイオードDsが設けられている。ダイオードDsは、直流電源4からインバータ回路13へ給電する方向が順方向になるように接続されている。ダイオードDsは、リアクトルLrとスイッチ素子Qaとをバイパスするバイパス素子を提供する。ダイオードDsは、リアクトルLrおよびスイッチ素子Qaを経由することなく、直流電源4の出力を、インバータ回路13の直流端に直接的に供給することを可能とする。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、図8に図示されるように、ダイオードDsに代えてスイッチ素子Qsが設けられている。スイッチ素子Qsは、逆潮流時にON状態に制御される。これにより、スイッチ素子Qsは、逆潮流時に、直流電源4からインバータ回路13への直接的な電力供給を可能とする。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、図9に図示されるように、ダイオードDbに代えてスイッチ素子Qbが設けられている。スイッチ素子Qbは、系統3から直流電源4に給電されるときにOFF状態に制御される。スイッチ素子Qbは、逆潮流時にOFF状態に制御される。さらに、スイッチ素子Qbは、逆潮流時に、コンバータ回路14を昇圧動作させるように高速にスイッチング制御されることがある。これにより、スイッチ素子Qbは、逆潮流時に、直流電源4からインバータ回路13への昇圧給電を可能とする。
発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示であって、発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、それぞれ独立して実施可能である。発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
Lf フィルタコイル、Cf フィルタコンデンサ、CS 電流センサ、
Ln ノーマルコイル、Q1−Q4、Qa、Qb、Qs スイッチ素子、
Db、Ds ダイオード、Cs 平滑コンデンサ、Lr リアクトル、
1 電力変換装置、2 電力システム、3 系統、4 直流電源、5 負荷、
11 交流端、12 直流端、13 インバータ回路、14 コンバータ回路、
15 制御装置、20 目標設定ブロック、21 指令値電流作成部、
22 位相同期部、23、24 指令値補正部、30 インバータ制御ブロック、
31、331 インバータ制御部、32 インバータ切替制御部、
33 デッドタイム生成部、34 ゲート駆動部、40 コンバータ制御ブロック、
41 コンバータ制御部、42 コンバータ切替制御部、43 PWM生成部、
44 ゲート駆動部、51 補正部、52 指令値作成部、53 比較部、
54 補正制御部、61、63、65、67、270 加算器、62 比例積分部、
64 除算器、66 比例部、268 積分部、269 微分部。
Claims (16)
- 交流電源(3)と直流負荷(4)との間に設けられ、少なくとも前記交流電源の交流電力を直流電力に変換し、前記直流負荷に供給可能なインバータ回路(13)と、
前記交流電源(3)と前記直流負荷(4)との間に設けられ、少なくとも前記インバータ回路から供給される直流電圧を降圧し前記直流負荷に供給可能なコンバータ回路(14)と、
前記インバータ回路の直流端に並列接続された平滑コンデンサ(Cs)と、
前記直流負荷に一定の直流電圧(Vdc)が供給されるように、かつ、前記交流電源からの入力電流が前記交流電源の交流電圧(Vac)と同期した正弦波となるように前記インバータ回路および/または前記コンバータ回路をフィードバック制御する制御装置(15)とを備え、
前記制御装置は、
前記平滑コンデンサの電圧(Vc)に基づいて、前記平滑コンデンサの電圧のリップル成分を抑制するように前記フィードバック制御を補正する補正部(51)を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記補正部は、
前記交流電圧(Vac)と前記直流電圧(Vdc)から前記平滑コンデンサの電圧の指令値(Vc*)を作成する指令値作成部(52)と、
前記指令値作成部からの信号と前記平滑コンデンサの電圧(Vc)とを比較し前記リップル成分を検出する比較部(53)と、
前記比較部から出力される前記リップル成分に基づいて前記フィードバック制御の補正量を設定する補正制御部(54)とを備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記補正制御部は、比例制御、比例積分制御、または比例積分微分制御によって前記補正量を設定することを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記制御装置は、
前記コンバータ回路を前記フィードバック制御によって制御するコンバータ制御部(41)を備え、
前記補正部は、前記コンバータ制御部における前記フィードバック制御を補正することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記制御装置は、
前記インバータ回路を前記フィードバック制御によって制御するインバータ制御部(331)を備え、
前記補正部は、前記インバータ制御部における前記フィードバック制御を補正することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記制御装置は、
前記インバータ回路を第1のフィードバック制御によって制御するインバータ制御部(31、331)と、
前記コンバータ回路を第2のフィードバック制御によって制御するコンバータ制御部(41)とを備え、
前記補正部は、前記コンバータ制御部における前記第2のフィードバック制御を補正することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記コンバータ制御部は、前記交流電圧(Vac)の絶対値が前記直流電圧(Vdc)を上回るときに、比例積分制御を実行することによって、前記コンバータ回路を降圧作動させることを特徴とする請求項4または請求項6に記載の電力変換装置。
- 前記インバータ制御部は、前記交流電圧(Vac)の絶対値が前記直流電圧(Vdc)を下回るとき、ヒステリシス制御を実行することによって、前記インバータ回路を制御することを特徴とする請求項5または請求項6に記載の電力変換装置。
- 前記補正部は、前記交流電圧(Vac)の絶対値が所定値を上回る期間において前記フィードバック制御を補正することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記補正部は、前記交流電圧(Vac)の絶対値が所定値を上回る期間にだけ前記フィードバック制御を補正することを特徴とする請求項9に記載の電力変換装置。
- 前記制御装置は、
前記インバータ回路を昇圧回路かつ整流回路として作動させる期間と、
前記インバータ回路を整流回路だけとして作動させる期間とを切替えるインバータ切替制御部(32)を備えることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記制御装置は、
前記コンバータ回路を降圧回路として作動させる期間と、
前記コンバータ回路を直結の回路として作動させる期間とを切替えるコンバータ切替制御部(42)を備えることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記インバータ切替制御部は、前記交流電圧(Vac)の絶対値が前記直流電圧(Vdc)を下回る基本期間からずれた期間に前記インバータ回路を前記昇圧回路として作動させることを特徴とする請求項11に記載の電力変換装置。
- 前記コンバータ切替制御部は、前記交流電圧(Vac)の絶対値が前記直流電圧(Vdc)を上回る基本期間からずれた期間に前記コンバータ回路を前記降圧回路として作動させることを特徴とする請求項12に記載の電力変換装置。
- 前記制御装置は、
前記交流電源の交流電圧(Vac)を検出する交流電圧検出手段と、
前記直流負荷の直流電圧(Vdc)を検出する直流電圧検出手段と、
前記平滑コンデンサの電圧(Vc)を検出するコンデンサ電圧検出手段とを備えることを特徴とする請求項1から請求項14のいずれかに記載の電力変換装置。 - さらに、前記交流電源と前記インバータ回路との間に設けられたノーマルコイル(Ln)を備え、
前記フィードバック制御は、前記ノーマルコイルに流れる電流(IL)を指令値(IL*)に制御する比例積分制御であることを特徴とする請求項1から請求項15のいずれかに記載の電力変換装置。
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