JP2017011933A - Power Conditioner - Google Patents

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朗広 小椋
Akihiro Ogura
朗広 小椋
慧一 猪狩
Keiichi Igari
慧一 猪狩
吉田 洋介
Yosuke Yoshida
洋介 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control a power conditioner so that an output waveform, from which DC components are removed, is obtained from the beginning of operation.SOLUTION: An output voltage sensor for detecting the output voltage of a power conversion unit is provided on the input side of a parallel-off unit. When paralleled off from the system, the power conversion unit is controlled in voltage control mode, and the correction data related to the differential voltage of the center voltage of the output voltage waveform from the power conversion unit and the center voltage of a system voltage waveform is stored. When the power conversion unit is connected in parallel with the system and control is started in the current control mode, zero-point correction of the output voltage waveform is performed based on the correction data by a power conditioner.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池発電システムや太陽光発電システムなどの発電システムに用いられるパワーコンディショナに関する。   The present invention relates to a power conditioner used in a power generation system such as a fuel cell power generation system or a solar power generation system.

商用電力系統に接続される種々の発電システムにおいて、燃料電池や太陽電池などの発電設備(発電部)が発電する直流電力を、系統電力に連系する交流電力に変換するためのパワーコンディショナが用いられている。一般的に、パワーコンディショナは、発電設備が出力する直流の発電電力を昇圧回路によって昇圧した後、PWM制御されたブリッジインバータにより昇圧された直流電圧をパルス状に出力し、これをLCフィルタからなる平滑回路に通すことにより系統電力に連系する正弦波波形として系統に出力するよう構成されている。   In various power generation systems connected to a commercial power system, a power conditioner for converting DC power generated by a power generation facility (power generation unit) such as a fuel cell or a solar cell into AC power linked to the system power It is used. Generally, a power conditioner boosts DC generated power output from a power generation facility by a booster circuit, and then outputs a DC voltage boosted by a PWM-controlled bridge inverter in a pulse form, which is output from an LC filter. By passing through a smoothing circuit, a sinusoidal waveform linked to the system power is output to the system.

かかるパワーコンディショナにおいては、ブリッジインバータを構成するスイッチング素子の遅延時間のばらつきなどによって、実際の出力電圧が系統電圧に対してオフセットしてしまい、直流成分が流出してしまうという問題が従来より知見されている。かかる直流成分を除去するために、例えば下記の特許文献1〜3に開示された技術では、発電運転中にインバータの出力に含まれる直流成分を除去乃至抑制するよう構成されている。   In such a power conditioner, it has been known from the past that the actual output voltage is offset from the system voltage due to variations in the delay time of the switching elements constituting the bridge inverter, and the DC component flows out. Has been. In order to remove the direct current component, for example, the techniques disclosed in the following Patent Documents 1 to 3 are configured to remove or suppress the direct current component included in the output of the inverter during the power generation operation.

特許第3218160号公報Japanese Patent No. 3218160 特開2006−280107号公報JP 2006-280107 A 特開2000−184739号公報JP 2000-184739

しかし、上記従来の技術では、発電運転を開始した後に直流成分を検出して除去するものであり、パワーコンディショナを系統に対して並列した直後に出力される直流成分を除去することができない。   However, in the above conventional technique, the DC component is detected and removed after the power generation operation is started, and the DC component output immediately after the power conditioner is parallel to the system cannot be removed.

そこで、本発明は、パワーコンディショナにおいて、連系運転若しくは自立運転の運転開始直後に出力される直流成分を除去することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to remove a DC component that is output immediately after the start of an operation in an interconnected operation or a self-sustained operation in a power conditioner.

上記目的を達成するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。   In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.

すなわち、本発明は、直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部を系統に対して並列させるか解列させるかを切り替える解列器と、該解列器の出力側で系統電圧を検出するための系統電圧検出手段と、前記電力変換部及び前記解列器の動作を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記電力変換部の出力電圧を制御する電圧制御モードと、前記電力変換部の出力電流を制御する電流制御モードとのいずれかの制御モードで前記電力変換部を制御可能に構成されたパワーコンディショナにおいて、前記解列器の入力側で前記電力変換部の出力電圧を検出するための出力電圧検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記解列器を解列動作させているときに前記電力変換部を前記電圧制御モードで制御して、このときの系統電圧波形に対する前記電力変換部の出力電圧波形の直流成分に関する補正データを記憶しておき、前記電力変換部を系統に並列させて前記電流制御モードで動作させるときに、前記補正データに基づいて前記電力変換部の出力電圧波形の零点補正を行うように構成されていることを特徴とするものである(請求項1)。   That is, the present invention includes a power converter that converts DC power into AC power that is linked to system power, a disconnector that switches whether the power converter is parallel or disconnected from the system, and the solution A system voltage detecting means for detecting a system voltage on the output side of the column device, and a control unit for controlling the operation of the power conversion unit and the disconnector, the control unit being an output of the power conversion unit In the power conditioner configured to be able to control the power conversion unit in any one of a voltage control mode for controlling a voltage and a current control mode for controlling an output current of the power conversion unit, the disconnector Output voltage detecting means for detecting the output voltage of the power converter on the input side of the power converter, and the controller controls the voltage of the power converter when the disconnector is operating Control by mode Correction data related to the DC component of the output voltage waveform of the power converter with respect to the system voltage waveform is stored, and when the power converter is operated in the current control mode in parallel with the system, the correction data Based on this, it is configured to correct the zero point of the output voltage waveform of the power converter (claim 1).

かかる本発明のパワーコンディショナによれば、解列器の入力側に、系統電圧検出手段とは別の出力電圧検出手段を設けることにより、解列中に電力変換部を電圧制御モードで動作させたときの実際の出力電圧を検出できる。さらに、連系運転中に出力の直流成分を検出するのではなく、解列中に予め系統電圧波形に対する出力電圧波形の直流成分に関する補正データを記憶しておき、かかる補正データに基づいて連系運転開始直後から零点補正された出力電圧波形で電力変換部からの電力出力を行うことができるので、連系運転開始直後から直流成分を除去できる。   According to the power conditioner of the present invention, by providing the output voltage detection means different from the system voltage detection means on the input side of the disconnector, the power converter is operated in the voltage control mode during disconnection. The actual output voltage can be detected. Further, instead of detecting the direct current component of the output during the interconnected operation, correction data relating to the direct current component of the output voltage waveform with respect to the system voltage waveform is stored in advance during the disconnection, and the interconnected system is based on the corrected data. Since power output from the power converter can be performed with an output voltage waveform that has been zero-corrected immediately after the start of operation, the DC component can be removed immediately after the start of the interconnected operation.

また、本発明は、直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部を系統に対して並列させるか解列させるかを切り替える解列器と、前記電力変換部に対して前記解列器と並列に接続された自立リレーと、該自立リレーを介して前記電力変換部に接続された自立負荷接続部と、前記電力変換部、前記解列器及び前記自立リレーの動作を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記解列器を解列動作させるとともに前記自立リレーを閉成させて前記電力変換器を電圧制御により動作させることにより前記電力変換部から前記自立負荷接続部に電力を出力する自立運転機能を具備するパワーコンディショナにおいて、前記自立リレーの入力側で前記電力変換部の出力電圧を検出するための出力電圧検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記解列器を解列動作させるとともに前記自立リレーを開成させているときに前記電力変換部を電圧制御により動作させて、このときの前記電力変換部の出力電圧波形の直流成分に関する補正データを記憶しておき、前記自立運転を開始するときに、前記補正データに基づいて出力電圧波形の零点補正を行うように構成されていることを特徴とするものである(請求項2)。   The present invention also provides a power conversion unit that converts DC power into AC power linked to system power, a disconnector that switches whether the power conversion unit is parallel or disconnected from the system, and the power A self-supporting relay connected in parallel to the disconnector with respect to the converter, a self-supporting load connecting unit connected to the power converter via the self-supporting relay, the power converter, the disconnector, and the A control unit that controls the operation of the self-supporting relay, the control unit disconnecting the disconnector and closing the self-supporting relay to operate the power converter by voltage control. In the power conditioner having a self-sustaining operation function of outputting power from the conversion unit to the self-supporting load connection unit, output voltage detection means for detecting the output voltage of the power conversion unit on the input side of the self-supporting relay The control unit operates the power conversion unit by voltage control when the disconnecting unit is operated to be disconnected and the independent relay is opened, and the output voltage waveform of the power conversion unit at this time The correction data relating to the direct current component is stored, and the zero point correction of the output voltage waveform is performed based on the correction data when the self-sustained operation is started. Claim 2).

かかる本発明のパワーコンディショナによれば、自立リレーの入力側に出力電圧検出手段を設けることにより、解列中で且つ自立リレーの開成中に電力変換部を電圧制御により動作させたときの実際の出力電圧を検出できる。さらに、自立運転中に出力の直流成分を検出するのではなく、解列中で且つ自立リレーの開成中に予め出力電圧波形の直流成分に関する補正データを記憶しておき、かかる補正データに基づいて自立運転開始直後から零点補正された出力電圧波形で電力変換部からの電力出力を行うことができるので、自立運転開始直後から直流成分を除去できる。   According to the power conditioner of the present invention, the output voltage detecting means is provided on the input side of the self-supporting relay, so that the power converter is actually operated by voltage control during disconnection and during the opening of the self-supporting relay. Output voltage can be detected. Further, instead of detecting the direct current component of the output during the self-sustained operation, correction data related to the direct current component of the output voltage waveform is stored in advance during the disconnection and during the opening of the self-supporting relay, and based on the correction data. Since power output from the power conversion unit can be performed with an output voltage waveform that has been zero-corrected immediately after the start of independent operation, the DC component can be removed immediately after the start of independent operation.

以上説明したように、本発明の請求項1に係るパワーコンディショナによれば、解列器の入力側に、系統電圧検出手段とは別の出力電圧検出手段を設けることにより、解列中に電力変換部を電圧制御モードで動作させたときの実際の出力電圧を検出できる。さらに、連系運転中に出力の直流成分を検出するのではなく、解列中に予め系統電圧波形に対する出力電圧波形の直流成分に関する補正データを記憶しておき、かかる補正データに基づいて連系運転開始直後から零点補正された出力電圧波形で電力変換部からの電力出力を行うことができるので、連系運転開始直後から直流成分を除去できる。   As described above, according to the power conditioner of the first aspect of the present invention, by providing the output voltage detection means different from the system voltage detection means on the input side of the disconnector, The actual output voltage when the power converter is operated in the voltage control mode can be detected. Further, instead of detecting the direct current component of the output during the interconnected operation, correction data relating to the direct current component of the output voltage waveform with respect to the system voltage waveform is stored in advance during the disconnection, and the interconnected system is based on the corrected data. Since power output from the power converter can be performed with an output voltage waveform that has been zero-corrected immediately after the start of operation, the DC component can be removed immediately after the start of the interconnected operation.

また、本発明の請求項2に係るパワーコンディショナによれば、自立リレーの入力側に出力電圧検出手段を設けることにより、解列中で且つ自立リレーの開成中に電力変換部を電圧制御により動作させたときの実際の出力電圧を検出できる。さらに、自立運転中に出力の直流成分を検出するのではなく、解列中で且つ自立リレーの開成中に予め出力電圧波形の直流成分に関する補正データを記憶しておき、かかる補正データに基づいて自立運転開始直後から零点補正された出力電圧波形で電力変換部からの電力出力を行うことができるので、自立運転開始直後から直流成分を除去できる。   According to the power conditioner of claim 2 of the present invention, by providing the output voltage detection means on the input side of the self-supporting relay, the power conversion unit is controlled by voltage control during disconnection and during the opening of the self-supporting relay. The actual output voltage when operated can be detected. Further, instead of detecting the direct current component of the output during the self-sustained operation, correction data related to the direct current component of the output voltage waveform is stored in advance during the disconnection and during the opening of the self-supporting relay, and based on the correction data. Since power output from the power conversion unit can be performed with an output voltage waveform that has been zero-corrected immediately after the start of independent operation, the DC component can be removed immediately after the start of independent operation.

本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a power conditioner according to an embodiment of the present invention. 同パワーコンディショナの出力電圧波形図である。It is an output voltage waveform diagram of the same inverter.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ1の概略構成を示している。本実施形態に係るパワーコンディショナ1は、直流電源部2が出力する直流電力を商用電力系統3に連系する交流電力に変換して商用電力系統3に向けて出力するものであって、直流電源部2から入力する直流電力を系統電圧の最大値(200V電力系統の場合で280V)に応じた所定電圧(例えば320V)まで昇圧させるコンバータ4と、昇圧後の直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換する連系インバータ5と、コンバータ4とインバータ5との間に設けられたDCリンクコンデンサからなるDCリンク部6と、インバータ5の出力部と商用電力系統3との間に設けられた解列器7(解列用保護リレー)と、インバータ5の出力部に対して解列器7と並列に接続された自立リレー8と、自立リレー8を介してインバータ5の出力部に接続された自立コンセント9(自立負荷接続部)と、コンバータ4・インバータ5・解列器7及び自立リレー8の動作を制御する制御部10と、入力電圧平滑用コンデンサ11とを備えており、上記コンバータ4及びインバータ5によって、直流電力を商用電力系統3に連系する交流電力に変換する電力変換部が構成されている。なお、電力系統3に向けて電力を出力するとは、例えば家庭内や構内の引き込み配線内で系統電力に対して発電電力を連系させるものであればよく、発電電力を電力会社の配電線に逆潮流させる必要は無い。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a power conditioner 1 according to an embodiment of the present invention. The power conditioner 1 according to the present embodiment converts the DC power output from the DC power supply unit 2 into AC power linked to the commercial power system 3 and outputs the AC power to the commercial power system 3. Converter 4 for boosting DC power input from power supply unit 2 to a predetermined voltage (eg, 320 V) corresponding to the maximum value of system voltage (280 V in the case of 200 V power system), and connecting DC power after boosting to system power Provided between the interconnected inverter 5 for converting to alternating current power, the DC link unit 6 comprising a DC link capacitor provided between the converter 4 and the inverter 5, and the output unit of the inverter 5 and the commercial power system 3. The disconnector 7 (protection relay for disconnection), the independent relay 8 connected in parallel with the disconnector 7 to the output of the inverter 5, and the output of the inverter 5 via the independent relay 8. A self-supporting outlet 9 (self-supporting load connection unit) connected to the control unit, a control unit 10 for controlling the operation of the converter 4, the inverter 5, the disconnector 7 and the self-supporting relay 8, and an input voltage smoothing capacitor 11. The converter 4 and the inverter 5 constitute a power converter that converts DC power into AC power linked to the commercial power system 3. Note that power output to the power system 3 may be any power supply power that is connected to the system power in, for example, a home or on-site lead-in wiring. There is no need to reverse flow.

直流電源部2としては、燃料電池、太陽電池若しくは蓄電池など、適宜のものであってよい。   The DC power supply unit 2 may be an appropriate one such as a fuel cell, a solar cell, or a storage battery.

コンバータ4は、図1においては昇圧チョッパとして例示しているが、絶縁型コンバータであってもよいし、また、昇圧チョッパと絶縁型コンバータとにより2段階で昇圧する回路構成とすることもできる。   Although the converter 4 is illustrated as a step-up chopper in FIG. 1, it may be an isolated converter, or a circuit configuration that boosts the voltage in two stages by a step-up chopper and an insulating converter.

インバータ5は、フルブリッジ形の電圧形ブリッジインバータであり、複数のIGBTやMOS−FETなどのスイッチング素子をHブリッジ形に接続するとともに各スイッチング素子に帰還ダイオードを並列接続することにより構成されており、その出力側にはLCフィルタにより構成される平滑回路が設けられている。なお、図1においてはインバータ5として2レベルインバータを例示したが、3レベルインバータを用いることもできる。   The inverter 5 is a full-bridge voltage-type bridge inverter, and is configured by connecting a plurality of switching elements such as IGBTs and MOS-FETs in an H-bridge type and connecting a feedback diode to each switching element in parallel. On the output side, a smoothing circuit constituted by an LC filter is provided. In FIG. 1, a two-level inverter is exemplified as the inverter 5, but a three-level inverter can also be used.

制御部10は、コンバータ4及びインバータ5における各電力変換動作並びに解列器7の開閉動作を制御するとともに、パワーコンディショナ1の筐体に取り付けられた液晶表示器などからなる表示部(図示せず)の表示制御や、パワーコンディショナ1における各種異常検出制御や、発電電力量や家庭内の消費電力量の積算などの種々の制御を行わせることができる。制御部10は、典型的には、マイクロプロセッサを中央処理装置として備えるとともに、マイコンからの制御信号に基づいて上記各制御対象への駆動信号を生成出力する駆動回路を各制御対象毎に備えている。   The control unit 10 controls each power conversion operation in the converter 4 and the inverter 5 and the opening / closing operation of the circuit breaker 7, and a display unit (not shown) including a liquid crystal display attached to the casing of the power conditioner 1. 3) display control, various abnormality detection controls in the power conditioner 1, and various controls such as integration of the amount of generated power and the amount of power consumption in the home. The control unit 10 typically includes a microprocessor as a central processing unit, and includes a drive circuit for generating and outputting a drive signal for each control target based on a control signal from the microcomputer for each control target. Yes.

また、本実施形態のインバータ5は、コンバータ4への入力電流を検出する入力電流センサ12、コンバータ4の入力電圧を検出する入力電圧センサ13、DCリンク電圧センサ14、インバータ5の出力電流を検出する出力電流センサ15(出力電流検出手段)、インバータ5の出力電圧を検出する出力電圧センサ16(出力電圧検出手段)、並びに、系統電圧を検出する系統電圧センサ17(系統電圧検出手段)を備えており、これらセンサの検出信号は制御部10に入力され、上記した各種制御に用いられる。また、出力電流センサ15及び出力電圧センサ16は、解列器7と自立リレー8への分岐点とインバータ5の出力部との間(解列器7及び自立リレー8の入力側)に設けられ、系統電圧センサ17は解列器7の出力側(系統側)に設けられている。なお、交流信号を検出する出力電流センサ15、出力電圧センサ16及び系統電圧センサ17の検出信号は、制御部10により十分速い周期(例えば1ミリ秒など)でサンプリングされ、各検出信号の位相、周期並びに振幅を検出可能に構成されている。   Further, the inverter 5 of the present embodiment detects an input current sensor 12 that detects an input current to the converter 4, an input voltage sensor 13 that detects an input voltage of the converter 4, a DC link voltage sensor 14, and an output current of the inverter 5. Output current sensor 15 (output current detection means), an output voltage sensor 16 (output voltage detection means) for detecting the output voltage of the inverter 5, and a system voltage sensor 17 (system voltage detection means) for detecting the system voltage. The detection signals of these sensors are input to the control unit 10 and used for the various controls described above. The output current sensor 15 and the output voltage sensor 16 are provided between the branch point to the circuit breaker 7 and the self-supporting relay 8 and the output part of the inverter 5 (the input side of the circuit breaker 7 and the self-supporting relay 8). The system voltage sensor 17 is provided on the output side (system side) of the circuit breaker 7. The detection signals of the output current sensor 15, the output voltage sensor 16, and the system voltage sensor 17 that detect the AC signal are sampled by the control unit 10 at a sufficiently fast cycle (for example, 1 millisecond), and the phase of each detection signal, The period and amplitude can be detected.

制御部10は、系統3への連系運転時は、自立リレー8を開成させるとともに解列器7を並列動作させた状態で、コンバータ4及びインバータ5を動作させることにより系統3に対して電力を出力する。特に、連系運転時は、インバータ5をいわゆる電流モード制御(電圧形インバータの電流制御)することによって出力電流を制御する。   The control unit 10 operates the converter 4 and the inverter 5 in a state where the independent relay 8 is opened and the disconnector 7 is operated in parallel at the time of the interconnection operation to the system 3. Is output. In particular, during the interconnected operation, the output current is controlled by so-called current mode control of the inverter 5 (current control of the voltage source inverter).

かかる電圧形インバータの一般的な電流制御について説明すると、インバータ5のブリッジ回路部の出力電圧Vinv(t)、すなわち、DCリンク部6の直流電圧をPWM制御によりパルス状に出力されてなるパルス波形電圧と等価な正弦波出力電圧Vinv(t)は、次式(1)で表すことができる。   The general current control of such a voltage source inverter will be described. The pulse waveform obtained by outputting the output voltage Vinv (t) of the bridge circuit section of the inverter 5, that is, the DC voltage of the DC link section 6 in a pulse shape by PWM control. The sine wave output voltage Vinv (t) equivalent to the voltage can be expressed by the following equation (1).

Vinv(t) = Vuw(t) + (Zi+Zs)・Iout(t) ・・・ 式(1)   Vinv (t) = Vuw (t) + (Zi + Zs) · Iout (t) ... Equation (1)

ここで、Vuwは系統電圧、Ziはインバータ5のLCフィルタ(平滑回路)の等価インピーダンス、Zsは系統インピーダンス、Ioutはインバータ5の出力電流である。VinvはVuwより少し大きく位相も進んでおり、これによりIoutが出力する。以下、Z=Zi+Zsとする。   Here, Vuw is the system voltage, Zi is the equivalent impedance of the LC filter (smoothing circuit) of the inverter 5, Zs is the system impedance, and Iout is the output current of the inverter 5. Vinv is a little larger than Vuw, and the phase is advanced, which causes Iout to be output. Hereinafter, Z = Zi + Zs.

このように、Vinvは、電圧成分であるVuwと、電流成分であるZ・Ioutとの和として表すことができる。Vuwは系統電圧により定まる定数項となる。したがって、Vinvによって、Ioutを制御できることが分かる。そして、電流制御モードでは、出力電流センサ15が検出する出力電流値Ioutに基づいてフィードバック制御(PI制御乃至PID制御)することにより出力電流Ioutを目標出力電流波形Iout-target(t)に追従させる。より詳細には、出力電流Ioutが目標出力電流波形Iout-targetに追従するよう式(1)を参照して目標出力電圧波形Vinv-target(t)を定め、該目標出力電圧波形Vinv-targetに基づいてインバータ5駆動用のPWMパルス信号を生成してインバータ5を構成する各スイッチング素子に出力することにより、インバータ5のブリッジ回路部の出力電圧Vinvを目標出力電圧波形Vinv-targetにしたがったものとする。   Thus, Vinv can be expressed as the sum of the voltage component Vuw and the current component Z · Iout. Vuw is a constant term determined by the system voltage. Therefore, it is understood that Iout can be controlled by Vinv. In the current control mode, feedback control (PI control or PID control) is performed based on the output current value Iout detected by the output current sensor 15 to cause the output current Iout to follow the target output current waveform Iout-target (t). . More specifically, the target output voltage waveform Vinv-target (t) is determined with reference to equation (1) so that the output current Iout follows the target output current waveform Iout-target, and the target output voltage waveform Vinv-target is set to the target output voltage waveform Vinv-target. Based on the output voltage Vinv of the bridge circuit portion of the inverter 5 according to the target output voltage waveform Vinv-target by generating a PWM pulse signal for driving the inverter 5 based on this and outputting it to each switching element constituting the inverter 5 And

しかし、上記した一般的な電流制御では、インバータ5を構成する各スイッチング素子の応答遅延時間のばらつき等が考慮されておらず、目標出力電圧波形Vinv-targetに一致した出力電圧Vinvとはならず、その結果、図2に示すようにインバータ5の出力電圧Voutの振幅や中心電圧に系統電圧Vuwに対するずれが生じて直流成分が系統3に向けて出力されてしまう。   However, in the above-described general current control, variation in response delay time of each switching element constituting the inverter 5 is not considered, and the output voltage Vinv does not match the target output voltage waveform Vinv-target. As a result, as shown in FIG. 2, the amplitude and the center voltage of the output voltage Vout of the inverter 5 are shifted from the system voltage Vuw, and a DC component is output toward the system 3.

そこで、本実施形態では、以下に説明する出力電圧の補正制御を行うように制御部10を制御構成している。   Thus, in the present embodiment, the control unit 10 is configured to perform output voltage correction control described below.

まず、制御部10は、所定の連系運転開始条件が成立すると、解列器7を解列させたままコンバータ4を動作させるとともにインバータ5を電圧制御モードで動作させる。電圧制御モードは、制御部10が生成する目標出力電圧波形Vinv-target(t)に基づいてインバータ5駆動用のPWMパルス信号を生成してインバータ5を構成する各スイッチング素子に出力することにより、インバータ5のブリッジ回路部の出力電圧Vinv(t)を目標出力電圧波形Vinv-target(t)にしたがったものとする。さらに、出力電圧センサ16が検出するインバータ5の出力電圧値Voutが、系統電圧センサ17が検出する系統電圧Vuwと一致するよう、目標出力電圧波形Vinv-target(t)をフィードバック制御する。なお、このとき出力電流Ioutは0であるから、インピーダンスZは無視できる。   First, when a predetermined interconnection operation start condition is satisfied, the control unit 10 operates the converter 4 while the disconnector 7 is disconnected, and operates the inverter 5 in the voltage control mode. In the voltage control mode, by generating a PWM pulse signal for driving the inverter 5 based on the target output voltage waveform Vinv-target (t) generated by the control unit 10 and outputting the PWM pulse signal to each switching element constituting the inverter 5, It is assumed that the output voltage Vinv (t) of the bridge circuit unit of the inverter 5 follows the target output voltage waveform Vinv-target (t). Further, the target output voltage waveform Vinv-target (t) is feedback-controlled so that the output voltage value Vout of the inverter 5 detected by the output voltage sensor 16 matches the system voltage Vuw detected by the system voltage sensor 17. At this time, since the output current Iout is 0, the impedance Z can be ignored.

例えば、Vinv-target(t)の基準波形を A・sin(ωt)+Vo とし、これに振幅補正データα並びに直流成分補正データβを考慮して目標出力電圧波形をVinv-target(t)=(A+α)・sin(ωt)+(Vo+β)で表す場合、Vout=Vuwとなるようフィードバック制御により上記各補正データα,βを調整していく。かかる補正データα,βの調整制御は、ある程度安定するまで継続して行ってもよく、また、所定時間で終了してもよい。   For example, the reference waveform of Vinv-target (t) is A · sin (ωt) + Vo, and the target output voltage waveform is Vinv-target (t) = V in consideration of amplitude correction data α and DC component correction data β. When expressed as (A + α) · sin (ωt) + (Vo + β), the correction data α and β are adjusted by feedback control so that Vout = Vuw. Such adjustment control of the correction data α and β may be continuously performed until it is stabilized to some extent, or may be ended in a predetermined time.

補正データα,βの調整処理が終了すると、該補正データα,βを不揮発性メモリやRAMなどの記憶手段に記憶した後、コンバータ4及びインバータ5の動作を一旦停止させて解列器7を並列動作させ、コンバータ4及びインバータ5の動作を再開させることで連系運転を開始する。連系運転時はインバータ5は上記した電流制御により動作するが、上記式(1)に代えて、次式(2)を用いて制御する。   When the adjustment processing of the correction data α and β is completed, the correction data α and β are stored in a storage means such as a non-volatile memory or a RAM, and then the operation of the converter 4 and the inverter 5 is temporarily stopped to turn off the circuit breaker 7. The parallel operation is started by resuming the operations of the converter 4 and the inverter 5 in parallel operation. During the interconnected operation, the inverter 5 operates by the above-described current control, but is controlled using the following equation (2) instead of the above equation (1).

Vinv-target(t) = {(A+α)・sin(ωt+γ)+(Vo+β)} + Z・Iout(t) ・・・ 式(2)   Vinv-target (t) = {(A + α) · sin (ωt + γ) + (Vo + β)} + Z · Iout (t) (2)

なお、γは、系統電圧センサ17によって検出される系統電圧波形と位相を同期させるための位相補正パラメータである。   Note that γ is a phase correction parameter for synchronizing the phase with the system voltage waveform detected by the system voltage sensor 17.

上記式(2)の第1項は、上記調整処理によって、出力電流0のときにインバータ5の出力電圧Voutの振幅並びに中心電圧を系統電圧Vuwに一致させるものとなっており、連系運転開始当初はIout≒0であるため、式(2)に基づいてVinv-targetの波形を求めることにより、連系運転開始当初からインバータ5の出力電圧波形Voutを系統電圧波形Vuwに一致させることができ、これにより連系運転開始初期におけるインバータ5の出力電圧波形の零点補正を行い、直流成分が出力されることを回避できる。   In the first term of the above formula (2), the amplitude and the center voltage of the output voltage Vout of the inverter 5 are made to coincide with the system voltage Vuw when the output current is 0 by the above adjustment process, and the interconnection operation is started. Since Iout≈0 at the beginning, the output voltage waveform Vout of the inverter 5 can be matched with the system voltage waveform Vuw from the beginning of the interconnection operation by obtaining the Vinv-target waveform based on the equation (2). Thus, it is possible to correct the zero point of the output voltage waveform of the inverter 5 at the beginning of the interconnection operation and to avoid the output of the DC component.

なお、上記式(2)に基づくインバータ5の電流制御は、連系運転を行っている間継続させることもできるし、また、他の連系運転中における直流電流出力抑制制御を行いつつ、連系運転制御中に上記式(2)の第1項を系統電圧検出値Vuwに置き換えることも可能である。   Note that the current control of the inverter 5 based on the above formula (2) can be continued during the interconnecting operation, and the DC current output suppression control during the other interconnecting operation is performed while the interconnecting operation is performed. It is also possible to replace the first term of the above formula (2) with the system voltage detection value Vuw during the system operation control.

本実施形態ではさらに、上記補正データα,βを用いて、自立運転開始当初に直流成分が自立コンセント9に接続された自立負荷に出力されることを回避するよう構成されている。すなわち、本実施形態のパワーコンディショナ1は、図示しない自立運転スイッチを手動操作することによって自立コンセント9に電力を出力する自立運転機能が具備されている。自立運転スイッチを自立運転に切り替え設定すると制御部10は自立運転制御を開始する。自立運転制御が開始されると、制御部10は、上記連系運転制御の開始時と同様に、解列器7を解列し且つ自立リレー8を開成した状態でコンバータ4を動作させるとともにインバータ5を電圧制御モードで動作させ、上記補正データα,βを同様の方法で調整する。調整処理が終了すると、該補正データα,βを不揮発性メモリやRAMなどの記憶手段に記憶した後、コンバータ4及びインバータ5の動作を一旦停止させて自立リレー8を閉成させ、コンバータ4及びインバータ5の動作を再開させることで自立運転出力を開始する。この自立運転中は、インバータ5は電圧制御モードで動作し、電圧制御における目標電圧Vinv-target(t)を次式(3)により求め、インバータ5の出力電圧VoutがVinv-targetに一致するようフィードバック制御する。   In the present embodiment, the correction data α and β are further used to prevent the direct current component from being output to the self-supporting load connected to the self-supporting outlet 9 at the beginning of the self-sustaining operation. That is, the power conditioner 1 of the present embodiment has a self-sustaining operation function of outputting power to the self-sustained outlet 9 by manually operating a self-sustaining operation switch (not shown). When the autonomous operation switch is set to the autonomous operation, the control unit 10 starts the autonomous operation control. When the independent operation control is started, the control unit 10 operates the converter 4 in a state where the disconnector 7 is disconnected and the independent relay 8 is opened as in the case of the start of the interconnected operation control and the inverter 10 5 is operated in the voltage control mode, and the correction data α and β are adjusted by the same method. When the adjustment process is completed, the correction data α and β are stored in a storage means such as a non-volatile memory or RAM, and then the operation of the converter 4 and the inverter 5 is temporarily stopped to close the self-supporting relay 8. Independent operation output is started by resuming the operation of the inverter 5. During this self-sustained operation, the inverter 5 operates in the voltage control mode, the target voltage Vinv-target (t) in the voltage control is obtained by the following expression (3), and the output voltage Vout of the inverter 5 matches the Vinv-target. Feedback control.

Vinv-target(t) = (A+α)・sin(ωt+γ)+(Vo+β) ・・・式(3)   Vinv-target (t) = (A + α) · sin (ωt + γ) + (Vo + β) (3)

かかる自立運転制御においても、制御開始初期の出力電圧波形が既に零点補正された状態となるため、自立運転開始初期における波形歪みや直流成分を低減できる。   Even in such a self-sustained operation control, the output voltage waveform at the beginning of the control is already in the zero point corrected state, so that waveform distortion and direct current component at the beginning of the self-sustained operation can be reduced.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、上記実施形態ではVinv-targetの波形に対する補正により出力の直流成分を除去したが、直流成分の調整に寄与するどのような制御対象に対して補正を行ってもよく、例えば、PWM制御におけるパルス幅に対する直接補正によって出力電圧の零点補正を行うようなことも可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed as appropriate. For example, in the above embodiment, the DC component of the output is removed by correcting the waveform of Vinv-target. However, any control target that contributes to the adjustment of the DC component may be corrected, for example, in PWM control It is also possible to correct the zero point of the output voltage by directly correcting the pulse width.

1 パワーコンディショナ
2 直流電源部
3 系統
5 インバータ(電力変換部)
7 解列器
8 自立リレー
9 自立負荷接続部
10 制御部
15 出力電流センサ
16 出力電圧センサ
17 系統電圧センサ
1 Power conditioner 2 DC power supply 3 Line 5 Inverter (Power converter)
7 Disconnector 8 Self-supporting relay 9 Self-supporting load connection unit 10 Control unit 15 Output current sensor 16 Output voltage sensor 17 System voltage sensor

Claims (2)

直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部を系統に対して並列させるか解列させるかを切り替える解列器と、該解列器の出力側で系統電圧を検出するための系統電圧検出手段と、前記電力変換部及び前記解列器の動作を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記電力変換部の出力電圧を制御する電圧制御モードと、前記電力変換部の出力電流を制御する電流制御モードとのいずれかの制御モードで前記電力変換部を制御可能に構成されたパワーコンディショナにおいて、
前記解列器の入力側で前記電力変換部の出力電圧を検出するための出力電圧検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記解列器を解列動作させているときに前記電力変換部を前記電圧制御モードで制御して、このときの系統電圧波形に対する前記電力変換部の出力電圧波形の直流成分に関する補正データを記憶しておき、前記電力変換部を系統に並列させて前記電流制御モードで動作させるときに、前記補正データに基づいて前記電力変換部の出力電圧波形の零点補正を行うように構成されていることを特徴とするパワーコンディショナ。
On the output side of the disconnector, a power converter that converts DC power into AC power that is linked to the grid power, a disconnector that switches whether the power converter is parallel or disconnected from the system, and A voltage control unit for controlling a voltage output from the power conversion unit, the system voltage detection unit for detecting a system voltage; and a control unit for controlling the operation of the power conversion unit and the disconnector. In a power conditioner configured to be able to control the power conversion unit in one of the control modes of the mode and the current control mode for controlling the output current of the power conversion unit,
Further comprising output voltage detection means for detecting the output voltage of the power converter on the input side of the circuit breaker,
The control unit controls the power conversion unit in the voltage control mode when the disconnecting operation of the disconnector is performed, and a DC component of the output voltage waveform of the power conversion unit with respect to the system voltage waveform at this time Correction data is stored, and when the power conversion unit is operated in the current control mode in parallel with the system, zero correction of the output voltage waveform of the power conversion unit is performed based on the correction data. A power conditioner characterized by being constructed.
直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部を系統に対して並列させるか解列させるかを切り替える解列器と、前記電力変換部に対して前記解列器と並列に接続された自立リレーと、該自立リレーを介して前記電力変換部に接続された自立負荷接続部と、前記電力変換部、前記解列器及び前記自立リレーの動作を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記解列器を解列動作させるとともに前記自立リレーを閉成させて前記電力変換器を電圧制御により動作させることにより前記電力変換部から前記自立負荷接続部に電力を出力する自立運転機能を具備するパワーコンディショナにおいて、
前記自立リレーの入力側で前記電力変換部の出力電圧を検出するための出力電圧検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記解列器を解列動作させるとともに前記自立リレーを開成させているときに前記電力変換部を電圧制御により動作させて、このときの前記電力変換部の出力電圧波形の直流成分に関する補正データを記憶しておき、前記自立運転を開始するときに、前記補正データに基づいて出力電圧波形の零点補正を行うように構成されていることを特徴とするパワーコンディショナ。
A power converter that converts DC power into AC power that is linked to system power, a disconnector that switches whether the power converter is paralleled or disconnected from the system, and the power converter A self-supporting relay connected in parallel with the disconnector, a self-supporting load connecting unit connected to the power conversion unit via the self-supporting relay, and controlling the operations of the power conversion unit, the disconnector and the self-supporting relay A control unit that performs a disconnection operation of the disconnector and closes the self-supporting relay so that the power converter is operated by voltage control from the power conversion unit. In a power conditioner having a self-sustaining operation function that outputs power to the connection part,
Further comprising output voltage detection means for detecting the output voltage of the power converter on the input side of the self-supporting relay;
The control unit operates the power conversion unit by voltage control when the disconnection operation is performed and the independent relay is opened, and a direct current of the output voltage waveform of the power conversion unit at this time is operated. A power conditioner configured to store correction data relating to components and perform zero point correction of an output voltage waveform based on the correction data when the self-sustaining operation is started.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021182173A1 (en) * 2020-03-12 2021-09-16 株式会社村田製作所 Power conditioner

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