JP2017073896A5

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Publication number: JP2017073896A5
Application number: JP2015199521A
Authority: JP
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2035-10-07

Description

本発明は、交流系統と、当該交流系統における交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧を出力する直流電源との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、
前記交流系統に接続されたフィルタ回路と、前記直流電源とＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣバスに接続されたコンデンサと、前記ＤＣバスと、前記フィルタ回路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、直流電力の入力電力値及び前記交流系統の電圧値に基づいて出力電流目標値を求め、当該出力電流目標値に基づいて前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値を求めて前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御し、かつ、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電流目標値を求めて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、交流電力の出力を制御し、前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値として、前記直流電源の直流電圧値、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側の電圧目標値の絶対値、及び、当該絶対値のピーク値より小さい所定値である直流電圧下限値のうち、その時点で最も大きい値を選択する、電力変換装置である。

また、本発明は、交流系統と、当該交流系統における交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧を出力する直流電源との間に設けられ、前記交流系統に接続されたフィルタ回路と、前記直流電源とＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣバスに接続されたコンデンサと、前記ＤＣバスと、前記フィルタ回路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータとを有し、直流／交流の電力変換を行う電力変換装置、によって実行される制御方法であって、
基本的制御方法として、直流電力の入力電力値及び前記交流系統の電圧値に基づいて出力電流目標値を求め、当該出力電流目標値に基づいて前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値を求めて前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御し、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電流目標値を求めて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、交流電力の出力を制御し、
拡張的制御方法として、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値として、前記直流電源の直流電圧値、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側の電圧目標値の絶対値、及び、当該絶対値のピーク値より小さい所定値である直流電圧下限値のうち、その時点で最も大きい値を選択する、制御方法である。

一実施形態に係るインバータ装置を備えたシステムの一例を示すブロック図である。インバータ装置の回路図の一例である。制御部のブロック図である。第１直流入力電圧検出値Ｖｇ.１（縦軸は［Ｖ］）、及び第１昇圧回路電流検出値Ｉｉｎ.１（縦軸は［Ａ］）、及び第１直流入力電流検出値Ｉｇ.１（縦軸は［Ａ］）の経時変化をシミュレーションにより求めた結果の一例を示すグラフである。平均化処理部が行う、第１直流入力電圧検出値Ｖｇ.１を平均化する際の態様を示す図である。制御処理部による制御処理を説明するための制御ブロック図である。両昇圧回路及びインバータ回路の制御処理を示すフローチャートである。インバータ出力電圧目標値Ｖｉｎｖ＊（縦軸は［Ｖ］）の一例を示す図である。昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊の求め方を示した模式図であり、（ａ）は、インバータ出力電圧目標値Ｖｉｎｖ＊と、第１直流入力電圧検出値Ｖｇ.１との比較を表した図、（ｂ）は、昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊の波形を示す図、（ｃ）は、第２昇圧回路が出力する電力を、第２直流入力電圧検出値Ｖｇ.２を基準に昇圧した場合を示す図である。直流入力電圧検出値Ｖｇ.１，Ｖｇ.２、及び昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊の経時変化をシミュレーションにより求めた結果を、各目標値とともに示したグラフであり、上段のグラフは、インバータ出力電圧目標値Ｖｉｎｖ＊と系統電圧検出値Ｖａとの関係を示したグラフ、中段のグラフは、直流入力電圧値Ｖｇ.１，Ｖｇ.２と、昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊との関係を示したグラフ、下段のグラフは、昇圧回路電流目標値Ｉｉｎ.１＊，Ｉｉｎ.２＊を示したグラフである（電圧の縦軸は［Ｖ］、電流の縦軸は［Ａ］である。）。（ａ）は、第１昇圧回路用搬送波と、第１昇圧回路電圧参照値Ｖｂｃ１＃の波形とを比較したグラフであり、（ｂ）は、第１昇圧回路制御部が生成したスイッチング素子を駆動するための駆動波形である。（ａ）は、インバータ回路用搬送波と、インバータ電圧参照値Ｖｉｎｖ＃の波形とを比較したグラフ、（ｂ）は、インバータ回路制御部が生成したスイッチング素子Ｑ１を駆動するための駆動波形、（ｃ）は、インバータ回路制御部が生成したスイッチング素子Ｑ３を駆動するための駆動波形である。参照波、及び各スイッチング素子の駆動波形の一例を示した図である（電圧の縦軸は［Ｖ］、電流の縦軸は［Ａ］である。）。（ａ）は、第２昇圧回路用搬送波と、第２昇圧回路電圧参照値Ｖｂｃ２＃の波形（縦軸は［Ｖ］）とを比較したグラフ、（ｂ）は、第２昇圧回路制御部が生成したスイッチング素子を駆動するための駆動波形である。（ａ）は、インバータ回路から出力された交流電圧、商用電力系統、及び交流リアクトルの両端電圧、それぞれの電圧波形を示したグラフであり、（ｂ）は、交流リアクトルに流れる電流波形を示したグラフである。２種類の直流電源と、交流系統との間に、電力変換装置が設けられたシステムの一例を示すブロック図である。図１６における電力変換装置の回路図の一例である。交流電圧の電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値と、直流入力電圧検出値Ｖｇと、電圧目標値Ｖｏ＊との関係を示す波形図の一例である。電圧目標値Ｖｏ＊（実線）、コンデンサに流れる無効電流Ｉｃｏ（破線）及び無効電力（Ｉｃｏ×Ｖｏ＊）（一点鎖線）を表す波形図である。無効電流（Ｉｃｏ×Ｖｏ＊／ｎ／Ｖｇ.ｉ）を示す波形図である。交流電圧の電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値と、直流入力電圧検出値Ｖｇと、電圧目標値Ｖｏ＊との関係を示す波形図の他の例である。電圧目標値Ｖｏ＊（実線）、コンデンサに流れる無効電流Ｉｃｏ（破線）及び無効電力（Ｉｃｏ×Ｖｏ＊）（一点鎖線）を表す波形図である。無効電流（Ｉｃｏ×Ｖｏ＊／ｎ／Ｖｇ.ｉ）を示す波形図である。交流電圧の電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値と、直流入力電圧検出値Ｖｇと、電圧目標値Ｖｏ＊との関係を示す波形図の一例である。（ａ）は、図２４の電圧目標値Ｖｏ＊を採用した場合の、電圧目標値Ｖｏ＊（実線）、コンデンサに流れる無効電流Ｉｃｏ（破線）及び無効電力（Ｉｃｏ×Ｖｏ＊）（一点鎖線）を表す波形図である。（ｂ）は、電流（Ｉｃｏ×Ｖｏ＊／ｎ／Ｖｇ.ｉ）を示す波形図である。比較のために、Ｖｏ＊に下限値を与えない場合の、ＤＣ／ＤＣコンバータによるＭＰＰＴ制御の特性を表す図である。Ｖｏ＊に電圧下限値Ｖｏ＿ｌｉｍｉｔを与える場合の、ＤＣ／ＤＣコンバータによるＭＰＰＴ制御の特性を表す図である。

（１）これは、交流系統と、当該交流系統における交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧を出力する直流電源との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、
前記交流系統に接続されたフィルタ回路と、前記直流電源とＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣバスに接続されたコンデンサと、前記ＤＣバスと、前記フィルタ回路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、直流電力の入力電力値及び前記交流系統の電圧値に基づいて出力電流目標値を求め、当該出力電流目標値に基づいて前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値を求めて前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御し、かつ、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電流目標値を求めて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、交流電力の出力を制御し、
前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値として、前記直流電源の直流電圧値、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側の電圧目標値の絶対値、及び、当該絶対値のピーク値より小さい所定値である直流電圧下限値のうち、その時点で最も大きい値を選択する、電力変換装置である。

（５）一方、方法の観点からは、交流系統と、当該交流系統における交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧を出力する直流電源との間に設けられ、前記交流系統に接続されたフィルタ回路と、前記直流電源とＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣバスに接続されたコンデンサと、前記ＤＣバスと、前記フィルタ回路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータとを有し、直流／交流の電力変換を行う電力変換装置、によって実行される制御方法であって、
基本的制御方法として、直流電力の入力電力値及び前記交流系統の電圧値に基づいて出力電流目標値を求め、当該出力電流目標値に基づいて前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値を求めて前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御し、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電流目標値を求めて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、交流電力の出力を制御し、
拡張的制御方法として、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値として、前記直流電源の直流電圧値、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側の電圧目標値の絶対値、及び、当該絶対値のピーク値より小さい所定値である直流電圧下限値のうち、その時点で最も大きい値を選択する、制御方法である。

本実施形態では、上述のように、平均化処理部３４が、直流入力電圧検出値Ｖｇ．１，Ｖｇ．２の平均値及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎ．１，Ｉｉｎ．２の平均値を求め、制御処理部３０は、これら値を用いて、両アレイ２，４０に対するＭＰＰＴ制御を行いつつ、両昇圧回路１０，４１及びインバータ回路１１を制御するので、両アレイ２，４０による直流電流が変動し不安定な場合にも、制御部１２は、両アレイ２，４０からの出力を直流入力電圧検出値Ｖｇ．１，Ｖｇ．２の平均値、及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎ．１，Ｉｉｎ．２の平均値として精度よく得ることができる。この結果、ＭＰＰＴ制御を好適に行うことができ、電源効率が低下するのを効果的に抑制することができる。

第１昇圧回路１０を昇圧回路電流目標値Ｉｉｎ.１＊に基づいて制御すると、インバータ出力電圧目標値Ｖｉｎｖ＊が第１直流入力電圧検出値Ｖｇ.１よりも低い期間では昇圧を停止し、インバータ出力電圧目標値Ｖｉｎｖ＊が、第１直流入力電圧検出値Ｖｇ.１よりも高い期間では昇圧が行われる。

上記駆動波形に基づいた制御によって第２昇圧回路４１は、第２昇圧回路電流目標値Ｉｉｎ．２＊に近似した電流波形を出力する。これによって、第２昇圧回路４１から出力される電力の最低電圧値が、第１直流入力電圧検出値Ｖｇ.１とほぼ一致するので（図９（ｂ）参照）、第２昇圧回路４１から出力される電力の電圧値が、第１昇圧回路１０が出力する電力の電圧値よりも大きく下回ることを防止できる。この結果、第２昇圧回路４１を通じた第２アレイ４０からの電力供給が得られなくなる期間が生じるのを防止することができ、電源効率の低下を抑制することができる。

Claims

交流系統と、当該交流系統における交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧を出力する直流電源との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、
前記交流系統に接続されたフィルタ回路と、
前記直流電源とＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣバスに接続されたコンデンサと、
前記ＤＣバスと、前記フィルタ回路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
直流電力の入力電力値及び前記交流系統の電圧値に基づいて出力電流目標値を求め、当該出力電流目標値に基づいて前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値を求めて前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御し、かつ、
前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電流目標値を求めて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、交流電力の出力を制御し、
前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値として、前記直流電源の直流電圧値、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側の電圧目標値の絶対値、及び、当該絶対値のピーク値より小さい所定値である直流電圧下限値のうち、その時点で最も大きい値を選択する、電力変換装置。
交流系統と、当該交流系統における交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧を出力する直流電源との間に設けられ、前記交流系統に接続されたフィルタ回路と、前記直流電源とＤＣバスとの間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣバスに接続されたコンデンサと、前記ＤＣバスと、前記フィルタ回路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータとを有し、直流／交流の電力変換を行う電力変換装置、によって実行される制御方法であって、
基本的制御方法として、
直流電力の入力電力値及び前記交流系統の電圧値に基づいて出力電流目標値を求め、当該出力電流目標値に基づいて前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値を求めて前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御し、
前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電流目標値及び電圧目標値、並びに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電流目標値を求めて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、交流電力の出力を制御し、
拡張的制御方法として、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧目標値として、前記直流電源の直流電圧値、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側の電圧目標値の絶対値、及び、当該絶対値のピーク値より小さい所定値である直流電圧下限値のうち、その時点で最も大きい値を選択する、制御方法。