JP2018183035A - Power conversion device and control method thereof - Google Patents

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裕介 清水
Yusuke Shimizu
裕介 清水
哲男 秋田
Tetsuo Akita
哲男 秋田
綾井 直樹
Naoki Ayai
直樹 綾井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device in which conversion efficiency of power conversion is improved and in which a stable and excellent total current distortion factor of an alternating current is achieved.SOLUTION: A power conversion device 1 is provided between a commercial power system 3 and a DC power supply 2 having a lower voltage than a peak value of an absolute value of an AC voltage of the commercial power system, and performs conversion of DC power into AC power or vice versa. The power conversion device is provided with a control unit 12 which generates a period in which, in a half cycle of an AC, according to the phase of the AC, one among a DC/DC converter 10 and a full-bridge circuit performs a switching operation, and the other is paused. The control unit sets, on the basis of a voltage of the AC power, a voltage change by an AC reactor, respective reactive currents flowing through an intermediate capacitor and an AC-side capacitor, and a voltage of the DC power, a current target value of the DC/DC converter to be synchronized with a current of the AC power, and uses, as a voltage of the AC power, a voltage in which a phase is compensated, in consideration of detection or a delay in a control system, to a fundamental wave that is extracted on the basis of an AC voltage detection value of the commercial power system.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換装置及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a power converter and a control method thereof.

蓄電池から出力する直流電圧を交流電圧に変換して負荷に提供する電力変換装置は、UPS(Uninterruptible Power Supply:無停電電源装置)等のバックアップ電源装置として多く用いられている(例えば特許文献1(図1)参照。)。このような電力変換装置は、蓄電池の電圧を昇圧するDC/DCコンバータと、直流を交流に変換するインバータとを備えている。また、電力変換装置は、双方向性があり、通常は、商用電源などの交流電源から出力される交流電圧を、充電に適した直流電圧に変換して蓄電池の充電を行っている。この場合、インバータはAC/DCコンバータとなり、DC/DCコンバータは降圧の機能を発揮する。
一方、太陽光発電等の直流電源から得られる直流電力を交流電力に変換して交流電力系統との系統連系を行うことにも、電力変換装置(パワーコンディショナ)が用いられる(例えば特許文献2参照。)。
A power conversion device that converts a DC voltage output from a storage battery into an AC voltage and provides it to a load is often used as a backup power supply device such as a UPS (Uninterruptible Power Supply) (for example, See Figure 1). Such a power conversion device includes a DC / DC converter that boosts the voltage of a storage battery, and an inverter that converts direct current into alternating current. In addition, the power conversion device is bi-directional, and usually converts the AC voltage output from an AC power supply such as a commercial power supply into a DC voltage suitable for charging to charge the storage battery. In this case, the inverter is an AC / DC converter, and the DC / DC converter exhibits a step-down function.
On the other hand, a power conditioner (power conditioner) is also used to convert direct current power obtained from a direct current power source such as solar power generation into alternating current power and perform grid interconnection with an alternating current power system (for example, patent document 2)).

特開2003−348768号公報JP 2003-348768 A 特開2000−152651号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-152651 特開2014−241714号公報JP, 2014-241714, A

上記のような従来の電力変換装置において、AC/DCコンバータ及びDC/DCコンバータは共に、スイッチング素子によって構成されており、常に高速なスイッチングを行っている。かかるスイッチング素子は微小なスイッチング損失を伴う。1回のスイッチング損失は微小であるものの、複数のスイッチング素子が高周波でスイッチングを行うと、全体としては、無視できない程度のスイッチング損失が生じる。このスイッチング損失は当然に、電力損失となる。一方、特許文献2には損失を低減する制御方式が提案されているが、それだけでは十分な損失低減効果が得られず、また、交流波形に歪みが発生するという問題がある。   In the conventional power converter as described above, both the AC / DC converter and the DC / DC converter are constituted by switching elements, and always perform high-speed switching. Such switching elements are associated with minute switching losses. Although the switching loss per one time is small, when a plurality of switching elements perform switching at a high frequency, a switching loss that can not be ignored as a whole occurs. This switching loss is naturally a power loss. On the other hand, although the control system which reduces a loss is proposed by patent document 2, a sufficient loss reduction effect can not be acquired by that alone, and there also exists a problem that distortion generate | occur | produces in alternating current waveform.

そこで、本願発明者の一部の者により、AC/DCコンバータとDC/DCコンバータとに交互にスイッチング休止期間を設けて、全体としてのスイッチング回数を最小限に減らす変換方式(以下、最小スイッチング変換方式と言う。)により、スイッチング損失等を軽減し、高い変換効率を得る電力変換装置を提案した(特許文献3参照。)。しかしながら、系統連系時の総合電流歪率に関して、さらに品質を高め、仮に商用電力系統の交流電圧があまり品質の良くないものであっても、電力変換装置の発振等を防止し、安定した優れた総合電流歪率が得られるようにしたい。   Therefore, a conversion scheme (hereinafter referred to as the minimum switching conversion) in which switching pause periods are alternately provided in the AC / DC converter and the DC / DC converter by a part of the inventor of the present invention to minimize the number of switching times as a whole The power conversion device which reduces switching loss etc. and obtains high conversion efficiency is proposed by the method. However, regarding the total current distortion factor during grid connection, the quality is further improved, and even if the AC voltage of the commercial power system is not very good, oscillation and the like of the power conversion device are prevented and stable excellent I want to make it possible to obtain an overall current distortion rate.

かかる課題に鑑み、本発明は、電力変換装置において変換効率を高める他、交流電流の総合電流歪率を、安定して優れたものとすることを目的とする。   In view of the above problems, the present invention aims to stably improve the overall current distortion rate of alternating current, as well as to improve conversion efficiency in a power conversion device.

本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。   The present disclosure includes the following inventions. However, the present invention is defined by the scope of claims.

本発明の一表現に係る電力変換装置は、商用電力系統と、その交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源との間に設けられ、直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置であって、前記直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、前記DCバスと前記商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定するとともに、前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いる、電力変換装置である。   The power conversion device according to one aspect of the present invention is provided between a commercial power grid and a DC power supply having a voltage lower than the peak value of the absolute value of the AC voltage, and converts DC power into AC power or vice versa. A DC / DC converter connected between the DC power supply and the DC bus, an intermediate capacitor connected between two lines of the DC bus, the DC bus, and the DC bus A full bridge circuit provided between a commercial power system, a filter circuit provided between the commercial power system and the full bridge circuit and including an alternating current reactor and an alternating current side capacitor; A control unit for causing one of the DC / DC converter and the full bridge circuit to perform a switching operation and the other for causing a pause according to the phase of The unit is based on a voltage of the AC power, a current flowing through the AC reactor, a voltage change due to an impedance of the AC reactor, a reactive current flowing through each of the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and a voltage of the DC power. The current target value of the DC / DC converter is set to be synchronized with the current of the AC power, and a fundamental wave extracted based on the AC voltage detection value of the commercial power system as a voltage of the AC power, This power converter uses a voltage whose phase is captured in consideration of delay of detection and control system.

また、本発明の一表現に係る電力変換装置の制御方法は、直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、前記DCバスと商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、を備え、前記商用電力系統の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源の直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置において、その制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定して、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせ、その際、前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いる、電力変換装置の制御方法である。   A control method of a power conversion device according to one aspect of the present invention includes a DC / DC converter connected between a DC power supply and a DC bus, and an intermediate capacitor connected between two lines of the DC bus. A full bridge circuit provided between the DC bus and a commercial power system, and a filter circuit provided between the commercial power system and the full bridge circuit and including an AC reactor and an AC-side capacitor; In a power conversion device that performs conversion of DC power of the DC power supply having a voltage lower than the peak value of the absolute value of the commercial power system into AC power or vice versa, the control method of the power conversion device executed by the control unit The voltage of the AC power, the current flowing through the AC reactor, and the voltage change due to the impedance of the AC reactor, the intermediate capacitor, and the AC side co The current target value of the DC / DC converter is set to be synchronized with the current of the AC power based on the reactive current flowing through each of the capacitors and the voltage of the DC power, thereby generating an AC current within the AC half cycle. According to the phase of one of the DC / DC converter and the full bridge circuit to perform a switching operation, the other causes a pause period, wherein the voltage of the AC power is an AC voltage of the commercial power system. It is a control method of a power converter using a voltage in which a phase is supplemented in consideration of a delay of a detection or control system as a fundamental wave extracted based on a voltage detection value.

また、本発明の他の表現による電力変換装置は、商用電力系統と、その交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源との間に設けられ、直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置であって、前記直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、前記DCバスと前記商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定するとともに、前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に高調波を考慮した電圧を用いる、電力変換装置である。   The power converter according to another expression of the present invention is provided between the commercial power grid and the DC power supply having a voltage lower than the peak value of the absolute value of the AC voltage, and converts DC power into AC power or A power conversion device that performs the reverse conversion, comprising: a DC / DC converter connected between the DC power supply and a DC bus; an intermediate capacitor connected between two lines of the DC bus; and the DC bus A full bridge circuit provided between the first and the commercial power system, a filter circuit provided between the commercial power system and the full bridge circuit, the circuit including an alternating current reactor and an alternating current side capacitor; And a control unit that causes one of the DC / DC converter and the full bridge circuit to perform a switching operation and the other causes a pause depending on the phase of the alternating current. The control unit is based on a voltage of the AC power, a current flowing through the AC reactor, a voltage change due to an impedance of the AC reactor, a reactive current flowing through each of the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and a voltage of the DC power. Setting the current target value of the DC / DC converter to be synchronized with the current of the AC power, and as the voltage of the AC power, a fundamental wave extracted based on the AC voltage detection value of the commercial power system Power converter using a voltage in consideration of harmonics.

また、本発明の他の表現による電力変換装置の制御方法は、直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、前記DCバスと商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、を備え、前記商用電力系統の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源の直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置において、その制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定して、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせ、その際、前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に高調波を考慮した電圧を用いる、電力変換装置の制御方法である。   Further, according to another aspect of the present invention, there is provided a control method of a power converter, comprising: a DC / DC converter connected between a DC power supply and a DC bus; and an intermediate capacitor connected between two lines of the DC bus. A full bridge circuit provided between the DC bus and a commercial power system, and a filter circuit provided between the commercial power system and the full bridge circuit and including an AC reactor and an AC-side capacitor; In a power conversion device that performs conversion of DC power of the DC power supply having a voltage lower than the peak value of the absolute value of the commercial power system into AC power or vice versa, the control method of the power conversion device executed by the control unit A voltage change due to a voltage of the AC power, a current flowing through the AC reactor, and an impedance of the AC reactor, the intermediate capacitor, and the AC side The current target value of the DC / DC converter is set to be synchronized with the current of the AC power on the basis of the reactive current flowing through each of the capacitor and the voltage of the DC power, so that According to the phase of one of the DC / DC converter and the full bridge circuit to perform a switching operation, the other causes a pause period, wherein the voltage of the AC power is an AC voltage of the commercial power system. It is a control method of a power converter using a voltage in which a harmonic is considered to a fundamental wave extracted based on a voltage detection value.

本発明によれば、電力変換の変換効率を高める他、交流電流の総合電流歪率を、安定して優れたものとすることができる。   According to the present invention, in addition to enhancing the conversion efficiency of power conversion, the total current distortion rate of alternating current can be stably made excellent.

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。It is a block diagram showing an example of a system provided with an inverter device. インバータ装置の回路図の一例である。It is an example of the circuit diagram of an inverter apparatus. 制御部のブロック図である。It is a block diagram of a control part. 直流入力電圧検出値、及び昇圧回路電流検出値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。It is a graph which shows an example of a result of having asked for a time-dependent change of a direct current input voltage detection value and a booster circuit current detection value by simulation. 平均化処理部が行う、直流入力電圧検出値Vgを平均化する際の態様を示す図である。It is a figure which the averaging process part performs and which shows the aspect at the time of averaging DC input voltage detection value Vg. 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。It is a control block diagram for explaining the control processing by a control processing part. 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。It is a flow chart which shows control processing of a booster circuit and an inverter circuit. (a)は、制御処理部がフィードバック制御において求めた昇圧回路電流目標値、及びこれに従って制御した場合の昇圧回路電流検出値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り、(b)は、制御処理部がフィードバック制御において求めた昇圧回路電圧目標値、及びこれに従って制御した場合の昇圧回路電圧検出値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。(A) is a graph which shows an example of a result of calculating | requiring the booster circuit electric current target value which the control processing part calculated | required in feedback control, and the booster circuit electric current detected value according to this by simulation, (b) It is a graph which shows an example of the result of having calculated | required the booster circuit voltage target value which the control processing part calculated | required in feedback control, and the booster circuit voltage detection value at the time of controlling according to this by simulation. インバータ出力電圧目標値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an inverter output voltage target value. (a)は、昇圧回路用搬送波と、昇圧回路用参照波とを比較したグラフであり、(b)は、昇圧回路制御部が生成したスイッチング素子Qbを駆動するための駆動波形である。(A) is the graph which compared the carrier wave for booster circuits, and the reference wave for booster circuits, (b) is a drive waveform for driving the switching element Qb which the booster circuit control part produced | generated. (a)は、インバータ回路用搬送波と、インバータ回路用参照波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。(A) is a graph comparing the carrier wave for the inverter circuit and the reference wave for the inverter circuit, (b) is a drive waveform for driving the switching element Q1 generated by the inverter circuit control unit, (c) is It is a drive waveform for driving the switching element Q3 which the inverter circuit control part produced | generated. 参照波、及び各スイッチング素子の駆動波形の一例とともに、インバータ装置が出力する交流電力の電流波形の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the current waveform of the alternating current power which an inverter apparatus outputs with an example of a reference wave and a drive waveform of each switching element. (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。(A) is the graph which showed each voltage waveform of the alternating voltage output from the inverter circuit, the commercial power grid, and the both-ends voltage of an alternating current reactor, (b) showed the current waveform which flows into an alternating current reactor It is a graph. 交流から直流への電力変換装置を備えた蓄電システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the electrical storage system provided with the power converter device from alternating current to direct current. 電力変換装置の回路図の一例である。It is an example of the circuit diagram of a power converter. 電力変換装置の動作を概念的に示した電圧波形の図である。It is a figure of the voltage waveform which showed operation | movement of a power converter device notionally. (a)は、系統模擬電源の良質な交流電圧を表し、(b)は制御用の系統電圧に系統電圧の測定値Vadを用いて制御を行った場合の、交流の系統電流を表す波形図である。(A) shows the good alternating current voltage of the grid simulated power supply, and (b) shows the AC grid current when control is performed using the measured grid voltage V ad as the control grid voltage FIG. (a)は、系統模擬電源の交流電圧を表し、(b)は制御用の系統電圧Vaを用いて制御を行った場合の、交流の系統電流を表す波形図である。(A) shows the alternating current voltage of a system | strain simulated power supply, (b) is a wave form diagram showing the alternating current system current at the time of performing control using system voltage Va for control. (a)は、実際の交流の系統電圧を示す波形図であり、(b)は、制御用には系統電圧の測定値Vadを用いて制御を行った場合の、交流の系統電流を表す波形図である。(A) is a waveform diagram showing an actual AC system voltage, and (b) shows an AC system current when control is performed using a measured value V ad of the system voltage for control FIG. (a)は、実際の交流の系統電圧を示す波形図であり、(b)は、制御用に系統電圧Vaを用いて制御を行った場合の、交流の系統電流を表す波形図である。(A) is a wave form diagram which shows the system voltage of actual alternating current, (b) is a wave form diagram showing the system current of alternating current at the time of performing control using system voltage Va for control. 特に歪みの多い系統電圧の高調波を考慮しないでインバータ出力電圧目標値を定めて制御する場合の系統電圧の波形図(上)及び出力電流の波形図(下)である。It is a wave form diagram (upper) of a system voltage and a wave form diagram (lower) of output current in the case of defining and controlling an inverter output voltage target value, without considering harmonics of a system voltage with a particularly large distortion. 特に歪みの多い系統電圧の高調波を考慮してインバータ出力電圧目標値を定めて制御する場合の系統電圧の波形図(上)及び出力電流の波形図(下)である。It is a wave form diagram (upper) of a system voltage and a wave form diagram (lower) of output current in the case of defining and controlling an inverter output voltage target value in consideration of harmonics of a system voltage with particularly high distortion.

[実施形態の要旨]
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
[Summary of the embodiment]
The subject matter of the embodiments of the present invention includes at least the following.

(1)これは、商用電力系統と、その交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源との間に設けられ、直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置であって、前記直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、前記DCバスと前記商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定するとともに、前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いる、電力変換装置である。   (1) This is provided between a commercial power system and a DC power supply having a voltage lower than the peak value of the absolute value of the AC voltage, and is a power conversion that converts DC power into AC power or vice versa. A DC / DC converter connected between the DC power supply and the DC bus, an intermediate capacitor connected between two lines of the DC bus, and the DC bus and the commercial power system A filter circuit including an AC reactor and an AC-side capacitor provided between the full bridge circuit provided in the commercial power system and the full bridge circuit, according to the AC phase in an AC half cycle, A control unit that causes one of the DC / DC converter and the full bridge circuit to perform a switching operation, and the other causes a pause period, and the control unit is configured to Voltage, current flowing through the AC reactor, voltage change due to impedance of the AC reactor, reactive current flowing through the intermediate capacitor and the AC-side capacitor, and current of the DC / DC converter based on the voltage of the DC power The target value is set to be synchronized with the current of the AC power, and a delay of the detection and control system is applied to the fundamental wave extracted based on the AC voltage detection value of the commercial power system as the voltage of the AC power. It is a power converter which uses the voltage which considered the phase supplementation.

上記のように構成された電力変換装置では、制御部により、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる、という「最小スイッチング変換方式」を実行する。この方式を高い変換効率で実現すべく、交流電力の電圧、交流リアクトルを流れる電流及びインピーダンスによる電圧変化、中間コンデンサ及び交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、直流電力の電圧に基づいて、DC/DCコンバータの電流目標値を、交流電力の電流と同期するように設定する。そして、交流電力の電圧として、商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いることで、電圧位相に対する制御の遅延を抑制し、また、商用電力系統の系統電圧の擾乱の影響を排除して、安定した、歪の少ない交流電流を得ることができる。   In the power converter configured as described above, the control unit causes one of the DC / DC converter and the full bridge circuit to perform a switching operation according to the phase of the alternating current in an alternating current half cycle, and the other is Implement a "minimum switching conversion scheme" that produces a pause period. In order to realize this method with high conversion efficiency, DC based on the voltage of the AC power, the voltage change by the current and impedance flowing through the AC reactor, the reactive current flowing in each of the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and the DC power voltage The current target value of the / DC converter is set to synchronize with the current of the AC power. Then, using a voltage obtained by supplementing the phase in consideration of the delay of the detection or control system to the fundamental wave extracted based on the AC voltage detection value of the commercial power system as the voltage of the AC power, It is possible to obtain a stable, less distorted AC current by suppressing the delay and eliminating the influence of the disturbance of the system voltage of the commercial power system.

(2)例えば(1)の電力変換装置において、前記制御部は、負荷への出力電流目標値をIa*、前記交流側コンデンサの静電容量をCa、前記交流の系統電圧をVa、前記直流電源側の電圧をVDC、ラプラス演算子をsとするとき、前記フィルタ回路と前記フルブリッジ回路との回路接続点での前記フルブリッジ回路の交流出力電流目標値Iinv*を、
Iinv*= Ia*+s CaVa
に設定し、さらに、前記交流リアクトルのインピーダンスをZaとするとき、前記回路接続点での前記フルブリッジ回路の交流出力電圧目標値Vinv*を、
Vinv*= Va+ZaIinv*
に設定し、前記電圧VDC、及び、前記フルブリッジ回路の交流出力電圧目標値Vinv*の絶対値のいずれか大きい方を、前記DC/DCコンバータの出力電圧目標値Vo*に設定し、前記中間コンデンサの静電容量をCとするとき、前記DC/DCコンバータの電流目標値Iin*は、
Iin*={(Iinv* × Vinv*)+(s C Vo*)×Vo*}/VDC
に設定し、前記交流の系統電圧Vaは、前記実効値をVa_rms、前記スイッチング動作の指令をするタイミングの位相をωtとして、
Va=√2 Va_rms×sin(ωt)
とすることができる。
(2) For example, in the power converter of (1), the control unit sets the target value of the output current to the load to Ia *, the capacitance of the AC side capacitor to Ca, the AC system voltage to Va, the DC Assuming that the voltage on the power supply side is V DC and the Laplace operator is s, the AC output current target value Iinv * of the full bridge circuit at the circuit connection point between the filter circuit and the full bridge circuit,
Iinv * = Ia * + s CaVa
Further, when the impedance of the AC reactor is Za, the AC output voltage target value Vinv * of the full bridge circuit at the circuit connection point is
Vinv * = Va + ZaIinv *
Setting the voltage V DC and the absolute value of the AC output voltage target value Vinv * of the full bridge circuit, whichever is larger, to the output voltage target value Vo * of the DC / DC converter; Assuming that the capacitance of the intermediate capacitor is C, the current target value Iin * of the DC / DC converter is
Iin * = {(Iinv * × Vinv *) + (s C Vo *) × Vo *} / V DC
The system voltage Va of the alternating current is set such that the effective value is Va_rms and the phase of the timing for instructing the switching operation is ωt.
Va = √2 V a_rms x sin (ωt)
It can be done.

この場合、DC/DCコンバータの電流目標値Iin*は、交流電力の電圧、交流リアクトルを流れる電流とインピーダンスによる電圧変化、中間コンデンサや交流側コンデンサを流れる無効電流、及び直流電力の電圧を全て反映しており、従って、直流電源の電圧や、交流出力電流が変化したときでも、常に交流出力電流に同期した電力を出力することができる。このため、DC/DCコンバータ及びフルブリッジ回路は必要最低限の回数の高周波スイッチングで、直流/交流の電力変換を行うことができる。その結果、半導体スイッチング素子のスイッチング損失、交流及び直流リアクトルの鉄損が大幅に低減され、高い変換効率を得ることができる。さらに、系統電圧Vaをこのように設定することで、低歪みの交流電流を得ることができる。   In this case, the current target value Iin * of the DC / DC converter reflects all of the voltage of the AC power, the voltage change due to the current and impedance flowing through the AC reactor, the reactive current flowing through the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and the DC power voltage Therefore, even when the voltage of the DC power supply or the AC output current changes, it is possible to always output power synchronized with the AC output current. Therefore, the DC / DC converter and the full bridge circuit can perform DC / AC power conversion with the minimum number of times of high frequency switching. As a result, the switching loss of the semiconductor switching element and the iron loss of the alternating current and direct current reactors are significantly reduced, and high conversion efficiency can be obtained. Further, by setting the system voltage Va in this manner, it is possible to obtain a low distortion alternating current.

(3)また、(1)の電力変換装置において、現時点で記憶している直前の位相と、位相を進めるための単位位相とに基づいて、前記スイッチング動作の指令をするタイミングの位相を得るようにしてもよい。
この場合、直前の位相と、単位位相とに基づいて、演算により現在の位相を決定することができる。
(3) Further, in the power conversion device of (1), the phase of the timing for instructing the switching operation is obtained based on the phase stored immediately at this point and the unit phase for advancing the phase. You may
In this case, the current phase can be determined by calculation based on the previous phase and the unit phase.

(4)また、(3)の電力変換装置において、現時点で記憶している直前の位相に、位相を進めるための単位位相に所定値を乗じた位相を加算して、前記タイミングの位相とするようにしてもよい。
この場合、所定値を変えながら結果的に交流電流の総合電流歪率や力率が最も良くなる所定値の好適値を求めることができる。
(4) Further, in the power conversion device of (3), a phase obtained by multiplying a unit phase for advancing the phase by a predetermined value is added to the phase stored immediately at this time to obtain the phase of the timing. You may do so.
In this case, while changing the predetermined value, it is possible to obtain a preferable value of the predetermined value at which the total current distortion factor of the alternating current and the power factor become the best.

(5)一方、これは、直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、前記DCバスと商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、を備え、前記商用電力系統の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源の直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置において、その制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定して、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせ、その際、前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いる、電力変換装置の制御方法である。   (5) On the other hand, this includes a DC / DC converter connected between a DC power supply and a DC bus, an intermediate capacitor connected between two lines of the DC bus, the DC bus and a commercial power system And a filter circuit provided between the commercial power system and the full bridge circuit and including an AC reactor and an AC-side capacitor, the peak of the absolute value of the commercial power system What is claimed is: 1. A method of controlling a power conversion device, the control unit executing in the power conversion device performing conversion from direct current power to direct current power to alternating current power of a direct current power supply having a voltage lower than a value. Voltage change due to the current flowing through the alternating current reactor and the impedance of the alternating current reactor, reactive current flowing through the intermediate capacitor and the alternating current side capacitor And setting a current target value of the DC / DC converter to be synchronized with the current of the AC power on the basis of the voltage of the DC power, in accordance with the AC phase within the AC half cycle. One of the DC / DC converter and the full bridge circuit is caused to perform switching operation, and the other causes a pause period, wherein the voltage of the AC power is extracted based on the AC voltage detection value of the commercial power system. It is a control method of a power converter using the voltage which supplemented the phase in consideration of the delay of detection and a control system to the fundamental wave which was carried out.

上記のような電力変換装置の制御方法では、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、DC/DCコンバータ及びフルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる、という「最小スイッチング変換方式」を実行する。この方式を高い変換効率で実現すべく、交流電力の電圧、交流リアクトルを流れる電流及びインピーダンスによる電圧変化、中間コンデンサ及び交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、直流電力の電圧に基づいて、DC/DCコンバータの電流目標値を、交流電力の電流と同期するように設定する。そして、交流電力の電圧として、商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いることで、電圧位相に対する制御の遅延を抑制し、また、商用電力系統の系統電圧の擾乱の影響を排除して、安定した、歪の少ない交流電流を得ることができる。   In the control method of the power converter as described above, one of the DC / DC converter and the full bridge circuit is caused to perform switching operation and the other causes a pause period according to the phase of the alternating current in the alternating current half cycle. To execute the "minimum switching conversion method". In order to realize this method with high conversion efficiency, DC based on the voltage of the AC power, the voltage change by the current and impedance flowing through the AC reactor, the reactive current flowing in each of the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and the DC power voltage The current target value of the / DC converter is set to synchronize with the current of the AC power. Then, using a voltage obtained by supplementing the phase in consideration of the delay of the detection or control system to the fundamental wave extracted based on the AC voltage detection value of the commercial power system as the voltage of the AC power, It is possible to obtain a stable, less distorted AC current by suppressing the delay and eliminating the influence of the disturbance of the system voltage of the commercial power system.

(6)また、これは、商用電力系統と、その交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源との間に設けられ、直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置であって、前記直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、前記DCバスと前記商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定するとともに、前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に高調波を考慮した電圧を用いる、電力変換装置である。   (6) Moreover, this is provided between the commercial power grid and the DC power supply of a voltage lower than the peak value of the absolute value of the AC voltage, and performs conversion from DC power to AC power or vice versa A power converter, comprising: a DC / DC converter connected between the DC power supply and a DC bus; an intermediate capacitor connected between two lines of the DC bus; the DC bus; and the commercial power system And a filter circuit including an AC reactor and an AC-side capacitor provided between the commercial power system and the full bridge circuit, and in accordance with the AC phase within an AC half cycle. A control unit for causing one of the DC / DC converter and the full bridge circuit to perform a switching operation, and the other for causing a pause period, and the control unit is configured to The DC / DC converter based on the voltage of the power, the current flowing through the AC reactor, the voltage change due to the impedance of the AC reactor, the reactive current flowing through each of the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and the voltage of the DC power Voltage target value of the AC power is set to be synchronized with the current of the AC power, and a voltage considering harmonics in the fundamental wave extracted based on the AC voltage detection value of the commercial power system as the voltage of the AC power Is a power converter using

この場合、商用電力系統の交流電圧が歪んでいても、(1)の電力変換装置よりさらに、安定した、歪の少ない交流電流を得ることができる。   In this case, even if the AC voltage of the commercial power system is distorted, it is possible to obtain a more stable, less distorted AC current than the power conversion device of (1).

(7)また、これは、直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、前記DCバスと商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、を備え、前記商用電力系統の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源の直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置において、その制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定して、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせ、その際、前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に高調波を考慮した電圧を用いる、電力変換装置の制御方法である。   (7) Also, this includes a DC / DC converter connected between a DC power supply and a DC bus, an intermediate capacitor connected between two lines of the DC bus, and the DC bus and a commercial power system. And a filter circuit provided between the commercial power system and the full bridge circuit and including an AC reactor and an AC-side capacitor, the peak of the absolute value of the commercial power system What is claimed is: 1. A method of controlling a power conversion device, the control unit executing in the power conversion device performing conversion from direct current power to direct current power to alternating current power of a direct current power supply having a voltage lower than a value. Voltage change due to the current flowing through the alternating current reactor and the impedance of the alternating current reactor, reactive current flowing through the intermediate capacitor and the alternating current side capacitor And setting a current target value of the DC / DC converter to be synchronized with the current of the AC power on the basis of the voltage of the DC power, in accordance with the AC phase within the AC half cycle. One of the DC / DC converter and the full bridge circuit is caused to perform switching operation, and the other causes a pause period, wherein the voltage of the AC power is extracted based on the AC voltage detection value of the commercial power system. It is a control method of a power converter using a voltage in which harmonics are taken into consideration for the fundamental wave.

この場合、商用電力系統の交流電圧が歪んでいても、(5)の制御方法よりさらに、安定した、歪の少ない交流電流を得ることができる。   In this case, even if the AC voltage of the commercial power system is distorted, it is possible to obtain a stable, less distorted AC current more than the control method of (5).

[実施形態の詳細]
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
Details of Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<第1実施形態>
[直流から交流への電力変換装置]
まず、系統連系機能を備えた、直流から交流への電力変換装置(以下、単にインバータ装置という。)について詳細に説明する。
First Embodiment
[DC to AC power converter]
First, a direct current to alternating current power conversion device (hereinafter, simply referred to as an inverter device) having a grid connection function will be described in detail.

《全体構成について》
図1は、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。図中、インバータ装置1の入力端には、直流電源としての太陽光発電パネル2が接続され、出力端には、交流の商用電力系統3(交流系統)が接続されている。このシステムは、太陽光発電パネル2が発電する直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統3に出力する連系運転を行う。
<< About the whole composition >>
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a system provided with an inverter device according to an embodiment. In the figure, the photovoltaic power generation panel 2 as a DC power supply is connected to the input end of the inverter device 1, and the AC commercial power grid 3 (AC grid) is connected to the output end. This system converts the DC power generated by the photovoltaic panel 2 into AC power and performs an interconnected operation to output to the commercial power system 3.

インバータ装置1は、太陽光発電パネル2が出力する直流電力が与えられる昇圧回路(DC/DCコンバータ)10と、昇圧回路10から与えられる電力を交流電力に変換して商用電力系統3に出力するインバータ回路(フルブリッジ回路)11と、これら両回路10,11の動作を制御する制御部12とを備えている。   The inverter device 1 converts the power supplied from the booster circuit 10 into AC power and outputs the AC power to the commercial power grid 3, to which the DC power output from the solar panel 2 is supplied. An inverter circuit (full bridge circuit) 11 and a control unit 12 for controlling the operation of both circuits 10 and 11 are provided.

図2は、インバータ装置1の回路図の一例である。
昇圧回路10は、直流リアクトル15と、ダイオード16と、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)からなるスイッチング素子Qbとを備えており、昇圧チョッパ回路を構成している。
昇圧回路10の入力側には、第1電圧センサ17、第1電流センサ18、及び平滑化のためのコンデンサ26が設けられている。
FIG. 2 is an example of a circuit diagram of the inverter device 1.
The booster circuit 10 includes a DC reactor 15, a diode 16, and a switching element Qb made of, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and constitutes a boost chopper circuit.
On the input side of the booster circuit 10, a first voltage sensor 17, a first current sensor 18, and a capacitor 26 for smoothing are provided.

第1電圧センサ17は、太陽光発電パネル2が出力し、昇圧回路10に入力される直流電力の直流入力電圧検出値Vg(直流入力電圧値)を検出し、制御部12に出力する。第1電流センサ18は、直流リアクトル15に流れる電流である昇圧回路電流検出値Iin(直流入力電流値)を検出し、制御部12に出力する。なお、直流入力電流検出値Igを検出するために、コンデンサ26の前段に、さらに電流センサを設けてもよい。
制御部12は、直流入力電圧検出値Vg及び昇圧回路電流検出値Iinから入力電力Pinを演算し、太陽光発電パネル2に対するMPPT(Maximum Power Point Tracking:最大電力点追従)制御を行う機能を有している。
The first voltage sensor 17 detects the DC input voltage detection value Vg (DC input voltage value) of the DC power output from the solar power generation panel 2 and input to the booster circuit 10, and outputs the detected value to the control unit 12. The first current sensor 18 detects a booster circuit current detection value Iin (DC input current value) which is a current flowing through the DC reactor 15, and outputs the detected value to the control unit 12. A current sensor may be further provided in front of the capacitor 26 in order to detect the DC input current detection value Ig.
Control unit 12 calculates input power Pin from DC input voltage detection value Vg and boost circuit current detection value Iin, and has a function to perform MPPT (Maximum Power Point Tracking) control for photovoltaic power generation panel 2 doing.

また、昇圧回路10のスイッチング素子Qbは、後述するように、インバータ回路11と合わせた合計のスイッチング動作を行う回数が最低限になるように制御され、停止期間が発生する。よって、昇圧回路10は、スイッチング動作を行っている期間は、昇圧された電力をインバータ回路11に出力し、スイッチング動作を停止している期間は、太陽光発電パネル2が出力して昇圧回路10に入力される直流電力の直流入力電圧値を昇圧することなくインバータ回路11に出力する。   Further, switching element Qb of booster circuit 10 is controlled such that the total number of switching operations combined with inverter circuit 11 is minimized, as will be described later, and a stop period occurs. Therefore, the boosting circuit 10 outputs boosted power to the inverter circuit 11 during the switching operation, and the photovoltaic panel 2 outputs the boosted power during the switching operation is stopped. Is outputted to the inverter circuit 11 without boosting the DC input voltage value of the DC power inputted to the.

昇圧回路10と、インバータ回路11との間には、平滑用のコンデンサ19(中間コンデンサ)が接続されている。
インバータ回路11は、例えばFET(Field Effect Transistor)からなるスイッチング素子Q1〜Q4を備えている。これらスイッチング素子Q1〜Q4は、フルブリッジ回路を構成している。各スイッチング素子Q1〜Q4は、制御部12に接続されており、制御部12により制御可能とされている。制御部12は、各スイッチング素子Q1〜Q4の動作をPWM(Pulse Width Modulation)制御する。これにより、インバータ回路11は、昇圧回路10から与えられる電力を交流電力に変換する。
A smoothing capacitor 19 (intermediate capacitor) is connected between the booster circuit 10 and the inverter circuit 11.
The inverter circuit 11 includes switching elements Q1 to Q4 formed of, for example, FETs (Field Effect Transistors). These switching elements Q1 to Q4 constitute a full bridge circuit. Each of the switching elements Q1 to Q4 is connected to the control unit 12 and can be controlled by the control unit 12. The control unit 12 performs PWM (Pulse Width Modulation) control on the operation of each of the switching elements Q1 to Q4. Thus, the inverter circuit 11 converts the power supplied from the booster circuit 10 into alternating current power.

インバータ装置1は、インバータ回路11と、商用電力系統3との間にフィルタ回路21を備えている。
フィルタ回路21は、交流リアクトル22と、交流リアクトル22の後段に設けられたコンデンサ23(交流側コンデンサ)とを備えて構成されている。フィルタ回路21は、インバータ回路11から出力される交流電力に含まれる高周波成分を除去する機能を有している。フィルタ回路21により高周波成分が除去された交流電力は、商用電力系統3に与えられる。
The inverter device 1 includes a filter circuit 21 between the inverter circuit 11 and the commercial power grid 3.
The filter circuit 21 is configured to include an AC reactor 22 and a capacitor 23 (AC side capacitor) provided at a subsequent stage of the AC reactor 22. The filter circuit 21 has a function of removing high frequency components included in the AC power output from the inverter circuit 11. The AC power from which the high frequency component has been removed by the filter circuit 21 is given to the commercial power system 3.

このように、昇圧回路10及びインバータ回路11は、太陽光発電パネル2が出力する直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を、フィルタ回路21を介して商用電力系統3へ出力する電力変換装置を構成している。   Thus, the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 convert the DC power output from the photovoltaic panel 2 into AC power, and output the converted AC power to the commercial power system 3 through the filter circuit 21. The converter is configured.

また、フィルタ回路21には、インバータ回路11による出力の電流値であるインバータ電流検出値Iinv(交流リアクトル22に流れる電流)を検出するための第2電流センサ24が接続されている。さらに、フィルタ回路21と、商用電力系統3との間には、商用電力系統3側の電圧値(系統電圧検出値Vad)を検出するための第2電圧センサ25が接続されている。 Further, the filter circuit 21 is connected to a second current sensor 24 for detecting an inverter current detection value Iinv (a current flowing through the AC reactor 22) which is a current value of an output of the inverter circuit 11. Furthermore, between the filter circuit 21 and the commercial power system 3, a second voltage sensor 25 for detecting a voltage value on the commercial power system 3 side (system voltage detection value V ad ) is connected.

第2電流センサ24及び第2電圧センサ25は、検出した系統電圧検出値Vad(商用電力系統の電圧値)及びインバータ電流検出値Iinvを制御部12に出力する。なお、第2電流センサ24は、図のように、コンデンサ23の前段に設けるが、コンデンサ23の後段にインバータ装置1の出力電流を検出する第3電流センサを追加してもよい。 The second current sensor 24 and the second voltage sensor 25 output the detected system voltage detection value V ad (voltage value of the commercial power system) and the inverter current detection value I inv to the control unit 12. Although the second current sensor 24 is provided at the front stage of the capacitor 23 as shown in the drawing, a third current sensor for detecting the output current of the inverter device 1 may be added at the rear stage of the capacitor 23.

《制御部について》
まず、制御部12は、系統電圧検出値Vadのゼロクロスから次のゼロクロスまでの1サイクルの間に多数サンプリングした系統電圧検出値Vadに基づいて、下記の式(01)により系統電圧の実効値Va_rmsを求める。ここで、系統電圧検出値Vadは、位相ωtの関数として表すことができる。

なお、実効値を求める演算は、必ずしも連続して行わなくてもよいが、定期的に行うことが好ましい。
<< About control part >>
First, based on the system voltage detection value V ad sampled a large number during one cycle from the zero crossing of the system voltage detection value V ad to the next zero cross, the control unit 12 executes the system voltage effective by the following equation (01) Determine the value V a_rms . Here, the system voltage detection value V ad can be expressed as a function of the phase ωt.

In addition, although the calculation which calculates | requires an effective value does not necessarily need to be performed continuously, it is preferable to perform regularly.

以後、系統電圧Vaとしては検出値ではなく、実効値から計算した基本波成分を用いる。すなわち、系統電圧Vaは、ゼロクロスからの位相をωtとすれば、
Va=√2・Va_rms×sin(ωt) ・・・(02)
である。系統電圧Vaとして、実測値ではなく、式(02)の値を使うことの効果については後述する。
Hereinafter, not the detected value but the fundamental wave component calculated from the effective value is used as the system voltage Va. That is, assuming that the system voltage Va has a phase from zero crossing as ωt,
Va = 2 2 · V a rms × sin (ωt) · · · (02)
It is. The effect of using the value of Formula (02) instead of an actual measurement value as the grid voltage Va will be described later.

最小スイッチング変換方式の後述の演算は割込処理で行われており、割込処理ごとに系統電圧の位相を決定する。ここで、割込処理1回で進めるべき位相をωt_unit、割込処理の周波数をfint、商用電力系統の電圧の周波数をfcomとすると、以下の式(03)が成り立つ。
ωt_unit=2π/(fint/fcom) ・・・(03)
The below-mentioned operation of the minimum switching conversion method is performed in the interrupt process, and the phase of the system voltage is determined for each interrupt process. Here, assuming that the phase to be advanced in one interrupt process is ωt — unit, the frequency of the interrupt process is f int , and the voltage frequency of the commercial power system is f com , the following equation (03) is established.
ωt _unit = 2π / (f int / f com ) (03)

また、割込処理1回前の位相をωt_normal_before、そして、現在の系統電圧の位相をωt_normalとすると、
ωt_normal=ωt_normal_before+ ωt_unit
・・・(04)
となる。
Also, assuming that the phase before the interrupt processing is ωt_normal_before and the phase of the current grid voltage is ωt_normal ,
ωt _normal = ωt _normal_before + ωt _unit
... (04)
It becomes.

さらに、この現在の系統電圧の位相を以下の式(05)により補正する。補正後の系統電圧位相をωt_correctとすると、増倍率としての所定値をN(>1)とすると、
ωt_correct=ωt_normal+ ωt_unit ×N
・・・(05)
=ωt_normal_before + ωt_unit×(N+1)
・・・(06)
となる。Nの値としては例えば3が適する。
Further, the phase of the present system voltage is corrected by the following equation (05). Assuming that the system voltage phase after correction is ωt _correct , the predetermined value as the multiplication factor is N (> 1).
ωt _correct = ωt _normal + ωt _unit × N
... (05)
= Ωt _normal_before + ωt _unit × ( N + 1)
... (06)
It becomes. For example, 3 is suitable as the value of N.

最小スイッチング変換方式の制御においては、系統電圧を実際に測定してから演算を行い、その結果に応じて、スイッチング素子の制御を行うが、この測定から制御までに僅かながら遅延時間が存在する。本発明者らは、この遅延時間が、交流電流の総合電流歪率等の電力品質に悪影響を及ぼしているという知見を得た。また、系統電圧にはノイズ等が含まれていることがある。そこで、式(02)に示す系統電圧Vaを、既知の実効値に基づいて振幅を定めた基本波とすることで、実際の系統電圧であれば含まれ得るノイズ等の影響を排除することができる。また、位相に関しては、式(05)、(06)に示すように、スイッチング素子の制御を行う時の位相を割込処理の周期に基づいて進めて与えれば、検出や制御の遅延を抑制することができる。   In the control of the minimum switching conversion system, the system voltage is actually measured and then the operation is performed, and the switching element is controlled according to the result, but there is a slight delay time from the measurement to the control. The inventors of the present invention have found that this delay time adversely affects power quality such as the overall current distortion rate of alternating current. Also, the system voltage may include noise and the like. Therefore, by setting the system voltage Va shown in the equation (02) to a fundamental wave whose amplitude is determined based on a known effective value, the influence of noise etc. which may be contained in an actual system voltage can be eliminated. it can. With regard to the phase, as shown in equations (05) and (06), delaying detection and control can be suppressed by advancing the phase when controlling the switching element based on the cycle of the interrupt processing. be able to.

制御部12は、これら系統電圧Va及びインバータ電流検出値Iinvと、上述の直流入力電圧検出値Vg、昇圧回路電流検出値Iinに基づいて、昇圧回路10及びインバータ回路11を制御する。   The control unit 12 controls the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 based on the system voltage Va and the inverter current detection value Iinv, the above-described DC input voltage detection value Vg, and the booster circuit current detection value Iin.

図3は、制御部12のブロック図である。制御部12は、図3に示すように、制御処理部30と、昇圧回路制御部32と、インバータ回路制御部33と、平均化処理部34とを機能的に有している。
制御部12の各機能は、その一部又は全部がハードウェア回路によって構成されてもよいし、その一部又は全部が、ソフトウェア(コンピュータプログラム)をコンピュータによって実行させることで実現されていてもよい。制御部12の機能を実現するソフトウェア(コンピュータプログラム)は、コンピュータの記憶装置(図示省略)に格納される。
FIG. 3 is a block diagram of the control unit 12. As shown in FIG. 3, the control unit 12 functionally includes a control processing unit 30, a booster circuit control unit 32, an inverter circuit control unit 33, and an averaging processing unit 34.
A part or all of each function of control unit 12 may be configured by a hardware circuit, or a part or all thereof may be realized by executing software (computer program) by a computer . Software (computer program) for realizing the function of the control unit 12 is stored in a storage device (not shown) of the computer.

昇圧回路制御部32は、制御処理部30から与えられる目標値及び検出値に基づいて、昇圧回路10のスイッチング素子Qbを制御し、前記目標値に応じた電流の電力を昇圧回路10に出力させる。
また、インバータ回路制御部33は、制御処理部30から与えられる目標値及び検出値に基づいて、インバータ回路11のスイッチング素子Q1〜Q4を制御し、前記目標値に応じた電流の電力をインバータ回路11に出力させる。
The booster circuit control unit 32 controls the switching element Qb of the booster circuit 10 based on the target value and the detection value given from the control processing unit 30, and causes the booster circuit 10 to output the power of the current according to the target value. .
Further, the inverter circuit control unit 33 controls the switching elements Q1 to Q4 of the inverter circuit 11 based on the target value and the detection value given from the control processing unit 30, and the inverter circuit performs the power of the current corresponding to the target value. Make it output to 11.

制御処理部30には、直流入力電圧検出値Vg、昇圧回路電流検出値Iin、系統電圧Va及びインバータ電流検出値Iinvが与えられる。
制御処理部30は、直流入力電圧検出値Vg及び昇圧回路電流検出値Iinから入力電力Pin及びその平均値〈Pin〉を演算する。なお、この記号〈 〉は、括弧内の値の平均値を示している。以下同じである。
制御処理部30は、入力電力平均値〈Pin〉に基づいて、直流入力電流目標値Ig*(後に説明する)を設定して太陽光発電パネル2に対するMPPT制御を行うとともに、昇圧回路10及びインバータ回路11それぞれをフィードバック制御する機能を有している。
Control processing unit 30 receives DC input voltage detection value Vg, booster circuit current detection value Iin, grid voltage Va, and inverter current detection value Iinv.
The control processing unit 30 calculates the input power Pin and its average value <Pin> from the DC input voltage detection value Vg and the booster circuit current detection value Iin. The symbol <> indicates the average value of the values in parentheses. The same is true below.
The control processing unit 30 sets the DC input current target value Ig * (described later) based on the input power average value <Pin> to perform MPPT control on the photovoltaic panel 2, and the booster circuit 10 and the inverter Each circuit 11 has a function of feedback control.

直流入力電圧検出値Vg及び昇圧回路電流検出値Iinは、平均化処理部34、及び制御処理部30に与えられる。   The DC input voltage detection value Vg and the booster circuit current detection value Iin are provided to the averaging processing unit 34 and the control processing unit 30.

平均化処理部34は、第1電圧センサ17及び第1電流センサ18から与えられる直流入力電圧検出値Vg及び昇圧回路電流検出値Iinを、予め設定された所定の時間間隔ごとにサンプリングし、それぞれの平均値を求め、平均化された直流入力電圧検出値Vg及び昇圧回路電流検出値Iinを制御処理部30に与える機能を有している。   The averaging processing unit 34 samples the DC input voltage detection value Vg and the booster circuit current detection value Iin provided from the first voltage sensor 17 and the first current sensor 18 at predetermined time intervals set in advance, respectively. , And provides the control processing unit 30 with an averaged DC input voltage detection value Vg and a boost circuit current detection value Iin.

図4は、直流入力電圧検出値Vg、及び昇圧回路電流検出値Iin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。
また、直流入力電流検出値Igは、コンデンサ26よりも入力側で検出される電流値である。
FIG. 4 is a graph showing an example of a result obtained by simulation of temporal changes in the DC input voltage detection value Vg and the booster circuit current detection value Iin.
Further, the DC input current detection value Ig is a current value detected on the input side of the capacitor 26.

図4に示すように、直流入力電圧検出値Vg、昇圧回路電流検出値Iin、及び直流入力電流検出値Igは、系統電圧の1/2の周期で変動していることが判る。   As shown in FIG. 4, it can be seen that the DC input voltage detection value Vg, the booster circuit current detection value Iin, and the DC input current detection value Ig fluctuate in a cycle of 1/2 of the system voltage.

図4に示すように、直流入力電圧検出値Vg、及び直流入力電流検出値Igが周期的に変動する理由は、次の通りである。すなわち、昇圧回路電流検出値Iinは、昇圧回路10、及びインバータ回路11の動作に応じて、交流周期の1/2周期でほぼ0Aからピーク値まで大きく変動する。そのため、コンデンサ26で変動成分を完全に取り除くことができず、直流入力電流検出値Igは、交流周期の1/2周期で変動する成分を含む脈流となる。一方、太陽光発電パネルは出力電流によって出力電圧が変化する。
このため、直流入力電圧検出値Vgに生じる周期的な変動は、インバータ装置1が出力する交流電力の1/2周期となっている。
The reason that the DC input voltage detection value Vg and the DC input current detection value Ig periodically fluctuate as shown in FIG. 4 is as follows. That is, in accordance with the operation of the booster circuit 10 and the inverter circuit 11, the boost circuit current detection value Iin largely fluctuates from approximately 0 A to a peak value in a half cycle of the AC cycle. Therefore, the fluctuation component can not be completely removed by the capacitor 26, and the DC input current detection value Ig becomes a pulsating flow including a component that fluctuates in a half cycle of the alternating current cycle. On the other hand, in the photovoltaic panel, the output voltage is changed by the output current.
For this reason, the periodic fluctuation which arises in direct-current input voltage detection value Vg has become 1/2 cycle of the exchange electric power which inverter device 1 outputs.

平均化処理部34は、上述の周期的変動による影響を抑制するために、直流入力電圧検出値Vg及び昇圧回路電流検出値Iinを平均化する。   The averaging processing unit 34 averages the DC input voltage detection value Vg and the booster circuit current detection value Iin in order to suppress the influence of the above-described periodic fluctuation.

図5は、平均化処理部34が行う、直流入力電圧検出値Vgを平均化する際の態様を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing an aspect when the averaging processing unit 34 averages the DC input voltage detection value Vg.

平均化処理部34は、あるタイミングt1から、タイミングt2までの間の期間Lにおいて、予め設定された所定の時間間隔Δtごとに、与えられる直流入力電圧検出値Vgについて複数回サンプリング(図中、黒点のタイミング)を行い、得られた複数の直流入力電圧検出値Vgの平均値を求める。   The averaging processing unit 34 samples the DC input voltage detection value Vg given a plurality of times at predetermined time intervals Δt set in advance in a period L between a certain timing t1 and a timing t2 (in FIG. The timing of the black spot) is performed, and the average value of the plurality of DC input voltage detection values Vg obtained is obtained.

ここで、平均化処理部34は、期間Lを商用電力系統3の周期長さの1/2の長さに設定する。また、平均化処理部34は、時間間隔Δtを、商用電力系統3の1/2周期の長さよりも十分短い期間に設定する。
これにより、平均化処理部34は、商用電力系統3の周期と同期して周期的に変動する、直流入力電圧検出値Vgの平均値を、できるだけサンプリングの期間を短くしつつ、精度よく求めることができる。
なお、サンプリングの時間間隔Δtは、例えば、商用電力系統3の周期の1/100〜1/1000、或いは、20マイクロ秒〜200マイクロ秒等に設定することができる。
Here, the averaging processing unit 34 sets the period L to a half length of the period length of the commercial power grid 3. In addition, the averaging processing unit 34 sets the time interval Δt to a period sufficiently shorter than the length of a half cycle of the commercial power system 3.
Thereby, the averaging processing unit 34 accurately determines the average value of the DC input voltage detection value Vg periodically fluctuating in synchronization with the period of the commercial power grid 3 while shortening the sampling period as much as possible. Can.
The sampling time interval Δt can be set to, for example, 1/100 to 1/1000 of the period of the commercial power grid 3, or 20 microseconds to 200 microseconds or the like.

なお、平均化処理部34は、期間Lを予め記憶しておくこともできるし、系統電圧Vaを取得して商用電力系統3の周期に基づいて期間Lを設定することもできる。
また、ここでは、期間Lを商用電力系統3の周期長さの1/2の長さに設定したが、期間Lは、少なくとも、商用電力系統3の1/2周期に設定すれば、直流入力電圧検出値Vgの平均値を精度よく求めることができる。直流入力電圧検出値Vgは、上述のように、昇圧回路10、及びインバータ回路11の動作によって、商用電力系統3の周期長さの1/2の長さで周期的に変動するからである。
よって、期間Lをより長く設定する必要がある場合、商用電力系統3の1/2周期の3倍や4倍といったように、期間Lを商用電力系統3の1/2周期の整数倍に設定すればよい。これによって、周期単位で電圧変動を把握できる。
The averaging processing unit 34 can also store the period L in advance, or can acquire the system voltage Va and set the period L based on the period of the commercial power system 3.
Here, although the period L is set to a half length of the cycle length of the commercial power grid 3, if the period L is set to at least a half cycle of the commercial power grid 3, the DC input is The average value of the voltage detection values Vg can be determined with high accuracy. This is because, as described above, the DC input voltage detection value Vg periodically fluctuates by a half of the cycle length of the commercial power system 3 by the operation of the booster circuit 10 and the inverter circuit 11.
Therefore, when the period L needs to be set longer, the period L is set to an integral multiple of the half period of the commercial power system 3 such as three times or four times the half period of the commercial power system 3 do it. This makes it possible to grasp the voltage fluctuation on a cycle basis.

上述したように、昇圧回路電流検出値Iinも、直流入力電圧検出値Vgと同様、商用電力系統3の1/2周期で周期的に変動する。
よって、平均化処理部34は、図5に示した直流入力電圧検出値Vgと同様の方法によって、昇圧回路電流検出値Iinの平均値も求める。
制御処理部30は、直流入力電圧検出値Vgの平均値及び昇圧回路電流検出値Iinの平均値をそれぞれ、期間Lごとに逐次求める。
As described above, the boost circuit current detection value Iin also periodically fluctuates in a half cycle of the commercial power grid 3 as in the case of the DC input voltage detection value Vg.
Therefore, the averaging processing unit 34 also obtains the average value of the boost circuit current detection values Iin by the same method as the DC input voltage detection value Vg shown in FIG. 5.
The control processing unit 30 sequentially obtains, for each period L, the average value of the DC input voltage detection value Vg and the average value of the booster circuit current detection value Iin.

平均化処理部34は、求めた直流入力電圧検出値Vgの平均値及び昇圧回路電流検出値Iinの平均値を制御処理部30に与える。   The averaging processing unit 34 provides the control processing unit 30 with the average value of the DC input voltage detection values Vg and the average value of the booster circuit current detection values Iin.

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の平均値(直流入力電圧平均値〈Vg〉)及び昇圧回路電流検出値Iinの平均値(昇圧回路電流平均値〈Iin〉)を求め、制御処理部30は、これら値を用いて、太陽光発電パネル2に対するMPPT制御を行いつつ、昇圧回路10及びインバータ回路11を制御するので、太陽光発電パネル2による直流電流が変動し不安定な場合にも、制御部12は、太陽光発電パネル2からの出力を、インバータ装置1の動作による変動成分を取り除いた直流入力電圧平均値〈Vg〉及び昇圧回路電流平均値〈Iin〉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、太陽光発電パネル2の発電効率が低下するのを効果的に抑制することができる。   In the present embodiment, as described above, the averaging processing unit 34 calculates the average value of the DC input voltage detection value Vg (DC input voltage average value <Vg>) and the average value of the boost circuit current detection value Iin (boost circuit current Since the control processing unit 30 controls the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 while performing the MPPT control on the photovoltaic power generation panel 2 using these values, the photovoltaic power generation panel 2 is determined. Even when the DC current fluctuates and becomes unstable, the control unit 12 controls the output from the photovoltaic power generation panel 2 from the DC input voltage average value <Vg> from which the fluctuation component due to the operation of the inverter device 1 is removed. The current average value <Iin> can be accurately obtained. As a result, MPPT control can be suitably performed, and the reduction in the power generation efficiency of the solar panel 2 can be effectively suppressed.

また、上述したように、インバータ装置1の動作によって、太陽光発電パネル2が出力する直流電力の電圧(直流入力電圧検出値Vg)や電流(昇圧回路電流検出値Iin)に変動が生じる場合、その変動周期は、インバータ回路11が出力する交流電力の1/2周期(商用電力系統3の1/2周期)と一致する。
この点、本実施形態では、商用電力系統3の周期長さの1/2の長さに設定された期間Lの間に、直流入力電圧検出値Vg及び昇圧回路電流検出値Iinのそれぞれについて、交流系統の1/2周期よりも短い時間間隔Δtで複数回サンプリングし、その結果から直流入力電圧平均値〈Vg〉及び昇圧回路電流平均値〈Iin〉を求めたので、直流電流の電圧及び電流が周期的に変動したとしても、できるだけサンプリングの期間を短くしつつ、直流入力電圧平均値〈Vg〉及び昇圧回路電流平均値〈Iin〉を精度よく求めることができる。
Further, as described above, when the voltage (DC input voltage detection value Vg) or the current (boost circuit current detection value Iin) of the DC power output from the solar power generation panel 2 changes due to the operation of the inverter device 1; The fluctuation period coincides with a half cycle of the AC power output from the inverter circuit 11 (1/2 cycle of the commercial power grid 3).
In this respect, in the present embodiment, the DC input voltage detection value Vg and the booster circuit current detection value Iin are each obtained during the period L set to a half length of the cycle length of the commercial power system 3 Since the DC input voltage average value <Vg> and the booster circuit current average value <Iin> were determined multiple times at a time interval Δt shorter than a half cycle of the AC system, the voltage and current of the DC current Even if the value of V.sub.i varies periodically, the DC input voltage average value <Vg> and the booster circuit current average value <Iin> can be accurately obtained while shortening the sampling period as much as possible.

制御処理部30は、上述の入力電力平均値〈Pin〉に基づいて、直流入力電流目標値Ig*を設定し、この設定した直流入力電流目標値Ig*や、上記値に基づいて、昇圧回路10及びインバータ回路11それぞれに対する目標値を求める。
制御処理部30は、求めた目標値を昇圧回路制御部32及びインバータ回路制御部33に与え、昇圧回路10及びインバータ回路11それぞれをフィードバック制御する機能を有している。
The control processing unit 30 sets the DC input current target value Ig * based on the above-described input power average value <Pin>, and based on the set DC input current target value Ig * and the above value, the booster circuit A target value for each of 10 and the inverter circuit 11 is obtained.
The control processing unit 30 has a function of providing the determined target value to the booster circuit control unit 32 and the inverter circuit control unit 33 and performing feedback control of each of the booster circuit 10 and the inverter circuit 11.

図6は、制御処理部30による昇圧回路10、及びインバータ回路11のフィードバック制御を説明するための制御ブロック図である。
制御処理部30は、インバータ回路11の制御を行うための機能部として、第1演算部41、第1加算器42、補償器43、及び第2加算器44を有している。
また、制御処理部30は、昇圧回路10の制御を行うための機能部として、第2演算部51、第3加算器52、補償器53、及び第4加算器54を有している。
FIG. 6 is a control block diagram for explaining feedback control of the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 by the control processing unit 30.
The control processing unit 30 has a first operation unit 41, a first adder 42, a compensator 43, and a second adder 44 as functional units for controlling the inverter circuit 11.
The control processing unit 30 further includes a second operation unit 51, a third adder 52, a compensator 53, and a fourth adder 54 as functional units for controlling the booster circuit 10.

図7は、昇圧回路10及びインバータ回路11の制御処理を示すフローチャートである。図6に示す各機能部は、図7に示すフローチャートに示す処理を実行することで、昇圧回路10及びインバータ回路11を制御する。
以下、図7に従って、昇圧回路10及びインバータ回路11の制御処理を説明する。
FIG. 7 is a flowchart showing control processing of the booster circuit 10 and the inverter circuit 11. Each functional unit shown in FIG. 6 controls the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 by executing the process shown in the flowchart shown in FIG. 7.
Hereinafter, control processing of the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 will be described with reference to FIG.

まず、制御処理部30は、現状の入力電力平均値〈Pin〉を求め(ステップS9)、前回演算時の入力電力平均値〈Pin〉と比較して、直流入力電流目標値Ig*を設定する(ステップS1)。なお、入力電力平均値〈Pin〉は、下記式(1)に基づいて求められる。
入力電力平均値〈Pin〉=〈Iin×Vg〉 ・・・(1)
First, the control processing unit 30 obtains the current input power average value <Pin> (step S9), and sets the DC input current target value Ig * in comparison with the input power average value <Pin> at the previous calculation time. (Step S1). The input power average value <Pin> is obtained based on the following equation (1).
Input power average value <Pin> = <Iin × Vg> (1)

なお、式(1)中、Iinは昇圧回路電流検出値、Vgは直流入力電圧検出値(直流入力電圧値)であり、平均化処理部34によって平均化された値である直流入力電圧平均値〈Vg〉及び昇圧回路電流平均値〈Iin〉が用いられる。
また、式(1)以外の以下に示す制御に関する各式においては、昇圧回路電流検出値Iin、及び直流入力電圧検出値Vgは、平均化されていない瞬時値が用いられる。
In equation (1), Iin is a boost circuit current detection value, and Vg is a DC input voltage detection value (DC input voltage value), and is a DC input voltage average value averaged by the averaging processing unit 34 <Vg> and boost circuit current average value <Iin> are used.
Further, in each of the equations regarding control shown below other than the equation (1), instantaneous values which are not averaged are used as the boost circuit current detected value Iin and the DC input voltage detected value Vg.

制御処理部30は、設定した直流入力電流目標値Ig*を、第1演算部41に与える。
第1演算部41には、直流入力電流目標値Ig*の他、直流入力電圧検出値Vg、系統電圧Vaも与えられる。
The control processing unit 30 supplies the set DC input current target value Ig * to the first calculation unit 41.
In addition to the DC input current target value Ig *, the first calculation unit 41 is also supplied with a DC input voltage detection value Vg and a grid voltage Va.

第1演算部41は、下記式(2)に基づいて、インバータ装置1としての出力電流目標値の平均値〈Ia*〉を演算する。ηはインバータ装置1の変換効率を表す定数である。
出力電流目標値の平均値〈Ia*〉=η〈Ig*×Vg〉/〈Va〉 ・・・(2)
The first calculation unit 41 calculates an average value <Ia *> of the output current target value as the inverter device 1 based on the following equation (2). η is a constant representing the conversion efficiency of the inverter device 1.
Average value of output current target value <Ia *> = η <Ig * × Vg> / <Va> (2)

さらに、第1演算部41は、下記式(3)に基づいて、出力電流目標値Ia*を求める(ステップS2)。
ここで、第1演算部41は、出力電流目標値Ia*を系統電圧Vaと同位相の正弦波として求める。
出力電流目標値Ia*=(√2)×〈Ia*〉×sin(ωt) ・・・(3)
Further, the first calculator 41 obtains the output current target value Ia * based on the following equation (3) (step S2).
Here, the first calculation unit 41 obtains the output current target value Ia * as a sine wave having the same phase as the system voltage Va.
Output current target value Ia * = (√2) × <Ia *> × sin (ωt) (3)

以上のように、第1演算部41は、入力電力平均値〈Pin〉(直流電力の入力電力値)及び系統電圧Vaに基づいて出力電流目標値Ia*を求める。
次いで、第1演算部41は、下記式(4)に示すように、インバータ回路11を制御するための電流目標値であるインバータ電流目標値Iinv*(インバータ回路の電流目標値)を演算する(ステップS3)。
インバータ電流目標値Iinv*=Ia* + s CaVa ・・・(4)
As described above, the first calculation unit 41 obtains the output current target value Ia * based on the input power average value <Pin> (the input power value of the DC power) and the grid voltage Va.
Next, the first calculation unit 41 calculates an inverter current target value Iinv * (current target value for the inverter circuit), which is a current target value for controlling the inverter circuit 11, as shown in the following equation (4) Step S3).
Inverter current target value Iinv * = Ia * + s CaVa (4)

ただし、式(4)中、Caは、コンデンサ23(出力平滑コンデンサ)の静電容量、sはラプラス演算子である。
上記式(4)は、時間tでの微分を用いた表現とすれば、
Iinv*=Ia* + Ca×(d Va/dt) ・・・(4a)
となる。また、コンデンサ23に流れる電流を検出してこれをIcaとすれば、
Iinv*=Ia* + Ica ・・・(4b)
となる。
式(4),(4a),(4b)中、右辺第2項は、フィルタ回路21のコンデンサ23に流れる電流を考慮して加算した値である。
なお、出力電流目標値Ia*は、上記式(3)に示すように、系統電圧Vaと同位相の正弦波として求められる。つまり、制御処理部30は、インバータ装置1が出力する交流電力の電流Ia(出力電流)が系統電圧Vaと同位相となるようにインバータ回路11を制御する。
However, in Formula (4), Ca is an electrostatic capacitance of the capacitor | condenser 23 (output smoothing capacitor), s is a Laplace operator.
If expression (4) above is expressed using differentiation at time t,
Iinv * = Ia * + Ca × (d Va / dt) (4a)
It becomes. Also, if the current flowing to the capacitor 23 is detected and this is Ica,
Iinv * = Ia * + Ica (4b)
It becomes.
In the equations (4), (4a) and (4b), the second term on the right side is a value obtained by taking into consideration the current flowing in the capacitor 23 of the filter circuit 21.
The output current target value Ia * is obtained as a sine wave having the same phase as the system voltage Va, as shown in the above equation (3). That is, the control processing unit 30 controls the inverter circuit 11 so that the current Ia (output current) of the AC power output from the inverter device 1 has the same phase as the system voltage Va.

第1演算部41は、インバータ電流目標値Iinv*を求めると、このインバータ電流目標値Iinv*を第1加算器42に与える。
インバータ回路11は、このインバータ電流目標値Iinv*によって、フィードバック制御される。
When first inverter 41 obtains inverter current target value Iinv *, first operation unit 41 applies this inverter current target value Iinv * to first adder 42.
The inverter circuit 11 is feedback-controlled by the inverter current target value Iinv *.

第1加算器42には、インバータ電流目標値Iinv*の他、現状のインバータ電流検出値Iinvが与えられる。
第1加算器42は、インバータ電流目標値Iinv*と、現状のインバータ電流検出値Iinvとの差分を演算し、その演算結果を補償器43に与える。
In addition to the inverter current target value Iinv *, the first adder 42 receives the current inverter current detection value Iinv.
The first adder 42 calculates the difference between the inverter current target value Iinv * and the current inverter current detection value Iinv, and gives the calculation result to the compensator 43.

補償器43は、上記差分が与えられると、比例係数等に基づいて演算を行い、さらに第2加算器44によって系統電圧Vaと加算することにより、この差分を収束させインバータ電流検出値Iinvをインバータ電流目標値Iinv*とし得るインバータ電圧参照値Vinv#を求める。このインバータ電圧参照値Vinv#を第1演算部41から与えられるDC/DCコンバータの出力電圧目標値Vo*と比較することにより得られる制御信号をインバータ回路制御部33に与えることで、インバータ回路11に、インバータ電圧参照値Vinv#に従った電圧を出力させる。
インバータ回路11が出力した電圧は、交流リアクトル22に与えられ、新たなインバータ電流検出値Iinvとしてフィードバックされる。そして、第1加算器42によってインバータ電流目標値Iinv*とインバータ電流検出値Iinvとの間の差分が再度演算され、上記同様、この差分に基づいてインバータ回路11が制御される。
When the difference is given, the compensator 43 performs an operation based on a proportional coefficient or the like, and the second adder 44 adds it to the system voltage Va, thereby converging this difference and setting the inverter current detection value Iinv to an inverter. An inverter voltage reference value Vinv # that can be used as the current target value Iinv * is obtained. A control signal obtained by comparing the inverter voltage reference value Vinv # with the output voltage target value Vo * of the DC / DC converter supplied from the first calculation unit 41 is supplied to the inverter circuit control unit 33, whereby the inverter circuit 11 is obtained. Outputs a voltage according to the inverter voltage reference value Vinv #.
The voltage output from the inverter circuit 11 is given to the AC reactor 22 and is fed back as a new inverter current detection value Iinv. Then, the difference between the inverter current target value Iinv * and the inverter current detection value Iinv is calculated again by the first adder 42, and the inverter circuit 11 is controlled based on this difference as described above.

以上のようにして、インバータ回路11は、インバータ電流目標値Iinv*と、インバータ電流検出値Iinvとによって、フィードバック制御される(ステップS4)。   As described above, the inverter circuit 11 is feedback-controlled by the inverter current target value Iinv * and the inverter current detection value Iinv (step S4).

一方、第2演算部51には、直流入力電圧検出値Vg、系統電圧Vaの他、第1演算部41が演算したインバータ電流目標値Iinv*が与えられる。
第2演算部51は、下記式(5)に基づいて、インバータ出力電圧目標値Vinv*(インバータ回路の電圧目標値)を演算する(ステップS5)。
インバータ出力電圧目標値Vinv*=Va+ZaIinv* ・・・(5)
On the other hand, the inverter current target value Iinv * calculated by the first calculation unit 41 is given to the second calculation unit 51 in addition to the DC input voltage detection value Vg and the system voltage Va.
The second calculation unit 51 calculates an inverter output voltage target value Vinv * (voltage target value of the inverter circuit) based on the following formula (5) (step S5).
Inverter output voltage target value Vinv * = Va + ZaIinv * (5)

ただし、式(5)中、Zaは、交流リアクトルのインピーダンス、sはラプラス演算子である。
上記式(5)は、時間tでの微分を用いた表現とすれば、
Vinv*=Va + RaIinv*+La× (d Iinv*/dt)
・・・(5a)
となる。ただし、Raは交流リアクトルの抵抗、Laは交流リアクトルのインダクタンスで、(Za=Ra+sLa)である。
式(5)の右辺第2項、(5a)の右辺第2項および第3項は、交流リアクトル22の両端に発生する電圧を考慮して加算した値である。
このように、本実施形態では、インバータ装置1が出力する交流電力の電流位相が系統電圧Vaと同位相となるようにインバータ回路11を制御するための電流目標値であるインバータ電流目標値Iinv*に基づいてインバータ出力電圧目標値Vinv*を設定する。
However, in Formula (5), Za is the impedance of an alternating current reactor, s is a Laplace operator.
If expression (5) above is expressed using differentiation at time t,
Vinv * = Va + RaIinv * + La × (d Iinv * / dt)
... (5a)
It becomes. However, Ra is a resistance of an alternating current reactor, La is an inductance of an alternating current reactor, and is (Za = Ra + sLa).
The second term of the right side of the equation (5) and the second term and the third term of the right side of (5a) are values added in consideration of the voltage generated at both ends of the AC reactor 22.
As described above, in the present embodiment, the inverter current target value Iinv *, which is a current target value for controlling the inverter circuit 11 such that the current phase of the AC power output from the inverter device 1 is in phase with the system voltage Va. The inverter output voltage target value Vinv * is set based on.

上記のように、交流側の目標値であるインバータ回路11の出力目標値(Iinv*,Vinv*)は、インバータ回路11のブリッジ出力端すなわち、インバータ回路11とフィルタ回路21との回路接続点Pで設定される。これにより、本来の系統連系点(商用電力系統3とフィルタ回路21との回路接続点)より目標値の設定点を前に移動し、最終的に適切な系統連系に落ち着くような系統連系が行われる。   As described above, the output target values (Iinv *, Vinv *) of the inverter circuit 11, which are target values on the AC side, are the bridge output terminal of the inverter circuit 11, that is, the circuit connection point P between the inverter circuit 11 and the filter circuit 21. It is set by. Thus, the grid connection is such that the set point of the target value is moved ahead of the original grid connection point (the circuit connection point between the commercial power grid 3 and the filter circuit 21), and finally settles in the appropriate grid connection. The system is done.

インバータ出力電圧目標値Vinv*を求めると、下記式(6)に示すように、第2演算部51は、直流電源側の電圧VDCとしての電圧Vg又は好ましくは下記の直流電圧Vgfと、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値とを比較して、大きい方を昇圧回路電圧目標値Vo*に決定する(ステップS6)。直流電圧Vgfとは、Vgに直流リアクトル15のインピーダンスZによる電圧降下を考慮した電圧であり、昇圧回路電流をIinとして、Vgf=Vg−ZIinである。従って、
Vo*=Max(Vg−ZIin,Vinv*の絶対値) ・・・(6)
とすることができる。
上記式(6)は、時間tでの微分を用いた表現とすれば、
Vo*=Max(Vg−(RIin+L(d Iin/dt),Vinv*の絶対値)
・・・(6a)
である。ただし、Rは直流リアクトルの抵抗、Lは直流リアクトルのインダクタンスで、(Z=R+sL)である。
When the inverter output voltage target value Vinv * is obtained, as shown in the following equation (6), the second calculation unit 51 determines the voltage Vg as the voltage V DC on the DC power supply side or preferably the following DC voltage Vgf The absolute value of the output voltage target value Vinv * is compared, and the larger one is determined as the boost circuit voltage target value Vo * (step S6). The DC voltage Vgf is a voltage taking into account the voltage drop due to the impedance Z of the DC reactor 15 to Vg, and the booster circuit current is Iin, and Vgf = Vg−ZIin. Therefore,
Vo * = Max (Vg-ZIin, absolute value of Vinv *) (6)
It can be done.
If expression (6) above is expressed using differentiation at time t,
Vo * = Max (Vg- (RIin + L (dIin / dt), absolute value of Vinv *))
... (6a)
It is. However, R is resistance of a direct current reactor, L is inductance of a direct current reactor, and is (Z = R + sL).

さらに、第2演算部51は、下記式(7)に基づいて、昇圧回路電流目標値Iin*を演算する(ステップS7)。
昇圧回路電流目標値Iin*=
{(Iinv*×Vinv*) +(s C Vo*)×Vo*} / (Vg−ZIin)
・・・(7)
Furthermore, the second calculation unit 51 calculates the boost circuit current target value Iin * based on the following equation (7) (step S7).
Boost circuit current target value Iin * =
{(Iinv * × Vinv *) + (s C Vo *) × Vo *} / (Vg−ZIin)
... (7)

ただし、式(7)中、Cは、コンデンサ19(平滑コンデンサ)の静電容量、sはラプラス演算子である。
上記式(7)は、時間tでの微分を用いた表現とすれば、
Iin*=
{(Iinv*×Vinv*) +C×(d Vo*/dt)×Vo*} /
{Vg−(R+sL)Iin} ・・・(7a)
となる。また、コンデンサ19に流れる電流を検出してこれをIcとすれば、
Iin*=
{(Iinv*×Vinv*) +Ic×Vo*} / {Vg−ZIin}
・・・(7b)
となる。
Where C is the capacitance of the capacitor 19 (smoothing capacitor) and s is the Laplace operator.
If expression (7) above is expressed using differentiation at time t,
Iin * =
{(Iinv * × Vinv *) + C × (d Vo * / dt) × Vo *} /
{Vg- (R + sL) Iin} (7a)
It becomes. Also, if the current flowing to the capacitor 19 is detected and this is Ic,
Iin * =
{(Iinv * × Vinv *) + Ic × Vo *} / {Vg-ZIin}
... (7b)
It becomes.

式(7),(7a),(7b)中、インバータ電流目標値Iinv*と、インバータ出力電圧目標値Vinv*との積に加算されている項は、コンデンサ19を通過する無効電力を考慮した値である。すなわち、インバータ回路11の電力目標値に加えて、無効電力を考慮することにより、より正確にIin*の値を求めることができる。   The terms added to the product of the inverter current target value Iinv * and the inverter output voltage target value Vinv * in the equations (7), (7a) and (7b) take account of the reactive power passing through the capacitor 19 It is a value. That is, in addition to the power target value of inverter circuit 11, the value of Iin * can be determined more accurately by considering the reactive power.

さらに、予めインバータ装置1の電力損失PLOSSを測定しておけば、上記式(7a)は、以下のようにも表すことができる。
Iin*=
{(Iinv*×Vinv*) + C×(d Vo*/dt)×Vo* + PLOSS}/{Vg−ZIin} ・・・(7c)
同様に、上記式(7b)は、以下のようにも表すことができる。
Iin*=
{(Iinv*×Vinv*) +Ic×Vo* + PLOSS} / {Vg−ZIin}
・・・(7d)
この場合、インバータ回路11の電力目標値に加えて、無効電力及び電力損失PLOSSを考慮することにより、より厳密にIin*の値を求めることができる。
Furthermore, if the power loss PLOSS of the inverter device 1 is measured in advance, the above equation (7a) can also be expressed as follows.
Iin * =
{(Iinv * × Vinv *) + C × (d Vo * / dt) × Vo * + P LOSS } / {Vg−ZIin} (7c)
Similarly, the above formula (7b) can also be expressed as follows.
Iin * =
{(Iinv * × Vinv *) + Ic × Vo * + P LOSS } / {Vg-ZIin}
... (7d)
In this case, by considering reactive power and power loss PLOSS in addition to the power target value of inverter circuit 11, the value of Iin * can be determined more precisely.

なお、コンデンサ19の静電容量C及び電力損失PLOSSが、(Iinv*×Vinv*)に比べて十分小さい場合、下記式(8)が成立する。この式(8)によって求まるIin*を式(6)、(6a)、(7)、(7a)、(7b)、(7c)および(7d)の右辺に含まれるIinとして用いることができる。
昇圧回路電流目標値Iin*=(Iinv*×Vinv*)/Vg・・・(8)
Incidentally, the capacitance C and the power loss P LOSS of the capacitor 19, is sufficiently small, the following equation (8) is established as compared with the (Iinv * × Vinv *). The Iin * determined by the equation (8) can be used as Iin included in the right side of the equations (6), (6a), (7), (7a), (7b), (7c) and (7d).
Boost circuit current target value Iin * = (Iinv * × Vinv *) / Vg (8)

第2演算部51は、昇圧回路電流目標値Iin*を求めると、この昇圧回路電流目標値Iin*を第3加算器52に与える。
昇圧回路10は、この昇圧回路電流目標値Iin*によって、フィードバック制御される。
When the second calculation unit 51 obtains the boost circuit current target value Iin *, the second calculation unit 51 applies the boost circuit current target value Iin * to the third adder 52.
The booster circuit 10 is feedback-controlled by the booster circuit current target value Iin *.

第3加算器52には、昇圧回路電流目標値Iin*の他、現状の昇圧回路電流検出値Iinが与えられる。
第3加算器52は、昇圧回路電流目標値Iin*と、現状の昇圧回路電流検出値Iinとの差分を演算し、その演算結果を補償器53に与える。
To the third adder 52, the current boost circuit current detection value Iin other than the boost circuit current target value Iin * is given.
The third adder 52 calculates the difference between the boost circuit current target value Iin * and the current boost circuit current detection value Iin, and supplies the calculation result to the compensator 53.

補償器53は、上記差分が与えられると、比例係数等に基づいて演算を行い、さらに第4加算器54によって直流入力電圧検出値Vgからこれを減算することにより、この差分を収束させ昇圧回路電流検出値Iinを昇圧回路電流目標値Iin*とし得る昇圧回路電圧参照値Vbc#を求める。この昇圧回路電圧参照値Vbc#を第1演算部41から与えられるDC/DCコンバータの出力電圧目標値Vo*と比較することにより得られる制御信号を昇圧回路制御部32に与えることで、昇圧回路10に、昇圧回路電圧参照値Vbc#に従った電圧を出力させる。
昇圧回路10が出力した電力は、直流リアクトル15に与えられ、新たな昇圧回路電流検出値Iinとしてフィードバックされる。そして、第3加算器52によって昇圧回路電流目標値Iin*と昇圧回路電流検出値Iinとの間の差分が再度演算され、上記同様、この差分に基づいて昇圧回路10が制御される。
When the above difference is given, the compensator 53 performs an operation based on a proportional coefficient or the like, and further subtracts this from the DC input voltage detection value Vg by the fourth adder 54 to converge this difference and to boost the circuit. A booster circuit voltage reference value Vbc # that can set the current detection value Iin as the booster circuit current target value Iin * is obtained. The booster circuit control unit 32 is provided with a control signal obtained by comparing the booster circuit voltage reference value Vbc # with the output voltage target value Vo * of the DC / DC converter supplied from the first calculation unit 41. At 10, a voltage according to the booster circuit voltage reference value Vbc # is output.
The power output from the booster circuit 10 is supplied to the DC reactor 15, and is fed back as a new booster circuit current detection value Iin. Then, the difference between the boosting circuit current target value Iin * and the boosting circuit current detection value Iin is calculated again by the third adder 52, and the boosting circuit 10 is controlled based on this difference as described above.

以上のようにして、昇圧回路10は、昇圧回路電流目標値Iin*と、昇圧回路電流検出値Iinとによって、フィードバック制御される(ステップS8)。   As described above, the booster circuit 10 is feedback-controlled by the booster circuit current target value Iin * and the booster circuit current detection value Iin (step S8).

上記ステップS8の後、制御処理部30は、上記式(1)に基づいて、現状の入力電力平均値〈Pin〉を求める(ステップS9)。   After the step S8, the control processing unit 30 obtains the present average input power value <Pin> based on the equation (1) (step S9).

制御処理部30は、前回演算時の入力電力平均値〈Pin〉と比較して、入力電力平均値〈Pin〉が最大値となるように(最大電力点に追従するように)、直流入力電流目標値Ig*を設定する。   The control processing unit 30 compares the input power average value <Pin> with the input power average value <Pin> in the previous calculation so that the input power average value <Pin> becomes the maximum value (so as to follow the maximum power point). Set the target value Ig *.

以上によって、制御処理部30は、太陽光発電パネル2に対するMPPT制御を行いつつ、昇圧回路10及びインバータ回路11を制御する。   As described above, the control processing unit 30 controls the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 while performing the MPPT control on the photovoltaic power generation panel 2.

制御処理部30は、上述したように、インバータ回路11及び昇圧回路10を電流目標値によってフィードバック制御する。
図8の(a)は、制御処理部30が上記フィードバック制御において求めた昇圧回路電流目標値Iin*、及びこれに従って制御した場合の昇圧回路電流検出値Iin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り、(b)は、制御処理部30が上記フィードバック制御において求めた昇圧回路電圧目標値Vo*、及びこれに従って制御した場合の昇圧回路電圧検出値Vo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。
As described above, the control processing unit 30 performs feedback control of the inverter circuit 11 and the booster circuit 10 with the current target value.
(A) of FIG. 8 shows an example of the result of simulation for determining the boost circuit current target value Iin * obtained by the control processing unit 30 in the above feedback control and the boost circuit current detection value Iin when controlled according thereto. It is a graph, and (b) shows an example of the result of having calculated the booster circuit voltage target value Vo * which control processing part 30 asked in the above-mentioned feedback control, and booster circuit voltage detection value Vo at the time of controlling according to this by simulation. FIG.

図8の(a)に示すように、昇圧回路電流検出値Iinは、制御処理部30によって、昇圧回路電流目標値Iin*に沿って制御されていることが判る。
また、図8(b)に示すように、昇圧回路電圧目標値Vo*は、上記式(6)によって求められるため、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値が、概ね直流入力電圧検出値Vg以上となる期間では、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値に倣い、それ以外の期間では直流入力電圧検出値Vgに倣うように変化している。
昇圧回路電圧検出値Voは、制御処理部30によって、昇圧回路電圧目標値Vo*に沿って制御されていることが判る。
As shown in (a) of FIG. 8, it is understood that the control circuit 30 controls the boost circuit current detection value Iin in accordance with the boost circuit current target value Iin *.
Further, as shown in FIG. 8B, since the boost circuit voltage target value Vo * is obtained by the above equation (6), the absolute value of the inverter output voltage target value Vinv * is substantially equal to the DC input voltage detection value Vg. In the above period, the absolute value of the inverter output voltage target value Vinv * is followed, and in the other period, the DC input voltage detection value Vg is followed.
It can be seen that the control circuit 30 controls the step-up circuit voltage detection value Vo in accordance with the step-up circuit voltage target value Vo *.

図9は、インバータ出力電圧目標値Vinv*の一例を示す図である。図中、縦軸は電圧、横軸は時間を示している。破線は、商用電力系統3の電圧波形を示しており、実線は、インバータ出力電圧目標値Vinv*の波形を示している。
インバータ回路11は、図7のフローチャートに従った制御によって、図9に示すインバータ出力電圧目標値Vinv*を電圧目標値として電力を出力する。
よって、インバータ回路11は、図9に示すインバータ出力電圧目標値Vinv*の波形に従った電圧の電力を出力する。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the inverter output voltage target value Vinv *. In the figure, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. The broken line shows the voltage waveform of the commercial power system 3, and the solid line shows the waveform of the inverter output voltage target value Vinv *.
The inverter circuit 11 outputs power using the inverter output voltage target value Vinv * shown in FIG. 9 as a voltage target value by control according to the flowchart in FIG. 7.
Therefore, inverter circuit 11 outputs power of a voltage according to the waveform of inverter output voltage target value Vinv * shown in FIG.

図に示すように、両波は、電圧値及び周波数は互いにほぼ同じであるが、インバータ出力電圧目標値Vinv*の位相の方が、商用電力系統3の電圧位相に対して数度進相している。   As shown in the figure, both waves have substantially the same voltage value and frequency, but the phase of the inverter output voltage target value Vinv * is several degrees ahead of the voltage phase of the commercial power system 3 ing.

本実施形態の制御処理部30は、上述のように、昇圧回路10及びインバータ回路11のフィードバック制御を実行する中で、インバータ出力電圧目標値Vinv*の位相を、商用電力系統3の電圧位相に対して約3度進相させている。
インバータ出力電圧目標値Vinv*の位相を商用電力系統3の電圧位相に対して進相させる角度は、数度であればよく、後述するように、商用電力系統3の電圧波形との間で差分を求めたときに得られる電圧波形が、商用電力系統3の電圧波形に対して90度進んだ位相となる範囲で設定される。例えば、0度より大きくかつ10度より小さい値の範囲で設定される。
As described above, the control processing unit 30 according to the present embodiment performs the feedback control of the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 by setting the phase of the inverter output voltage target value Vinv * to the voltage phase of the commercial power system 3. I am advancing about three times against.
The angle for advancing the phase of the inverter output voltage target value Vinv * with respect to the voltage phase of the commercial power system 3 may be several degrees, and as will be described later, the difference between the voltage waveform of the commercial power system 3 and the voltage waveform The voltage waveform obtained when the above is determined is set in a range where the phase is 90 degrees ahead of the voltage waveform of the commercial power grid 3. For example, it is set in a range of values greater than 0 degrees and less than 10 degrees.

上記進相させる角度は、上記式(5)に示すように、系統電圧Va、交流リアクトル22のインダクタンスLa、及びインバータ電流目標値Iinv*によって定まる。この内、系統電圧Va、交流リアクトル22のインダクタンスLaは、制御対象外の固定値なので、進相させる角度は、インバータ電流目標値Iinv*によって定まる。
インバータ電流目標値Iinv*は、上記式(4)に示すように、出力電流目標値Ia*によって定まる。この出力電流目標値Ia*が大きくなるほど、インバータ電流目標値Iinv*における進相した成分が増加し、インバータ出力電圧目標値Vinv*の進み角(進相させる角度)が大きくなる。
The angle to be advanced is determined by the system voltage Va, the inductance La of the AC reactor 22, and the inverter current target value Iinv *, as shown in the above equation (5). Among these, since the system voltage Va and the inductance La of the AC reactor 22 are fixed values not to be controlled, the angle to be advanced is determined by the inverter current target value Iinv *.
The inverter current target value Iinv * is determined by the output current target value Ia * as shown in the above equation (4). As the output current target value Ia * becomes larger, the advanced component in the inverter current target value Iinv * increases, and the lead angle (advance angle) of the inverter output voltage target value Vinv * becomes larger.

出力電流目標値Ia*は、上記式(2)から求められるため、上記進相させる角度は、直流入力電流目標値Ig*によって調整される。   Since the output current target value Ia * is obtained from the above equation (2), the phase advancing angle is adjusted by the DC input current target value Ig *.

《昇圧回路及びインバータ回路の制御について》
昇圧回路制御部32は、昇圧回路10のスイッチング素子Qbを制御する。また、インバータ回路制御部33は、インバータ回路11のスイッチング素子Q1〜Q4を制御する。
<< About control of boost circuit and inverter circuit >>
The booster circuit control unit 32 controls the switching element Qb of the booster circuit 10. Further, the inverter circuit control unit 33 controls the switching elements Q1 to Q4 of the inverter circuit 11.

昇圧回路制御部32及びインバータ回路制御部33は、それぞれ昇圧回路用搬送波及びインバータ回路用搬送波を生成し、これら搬送波を制御処理部30から与えられる目標値である昇圧回路電圧参照値Vbc#、及びインバータ電圧参照値Vinv#で変調し、各スイッチング素子を駆動するための駆動波形を生成する。   The booster circuit control unit 32 and the inverter circuit control unit 33 respectively generate a carrier wave for the booster circuit and a carrier wave for the inverter circuit, and the carrier wave is used as a target value given by the control processing unit 30 for the booster circuit voltage reference value Vbc #, Modulating with the inverter voltage reference value Vinv # generates a drive waveform for driving each switching element.

昇圧回路制御部32及びインバータ回路制御部33は、上記駆動波形に基づいて各スイッチング素子を制御することで、昇圧回路電流目標値Iin*、及びインバータ電流目標値Iinv*に近似した電流波形の交流電力を昇圧回路10及びインバータ回路11に出力させる。   The boost circuit control unit 32 and the inverter circuit control unit 33 control the respective switching elements based on the drive waveform to generate an alternating current of a current waveform approximate to the boost circuit current target value Iin * and the inverter current target value Iinv *. The power is output to the booster circuit 10 and the inverter circuit 11.

図10の(a)は、昇圧回路用搬送波と、昇圧回路電圧参照値Vbc#の波形とを比較したグラフである。図中、縦軸は電圧、横軸は時間を示している。なお、図10の(a)では、理解容易とするために、昇圧回路用搬送波の波長を実際よりも長くして示している。
昇圧回路制御部32が生成する昇圧回路用搬送波は、極小値が「0」である三角波であり、振幅A1が制御処理部30から与えられる昇圧回路電圧目標値Vo*とされている。
また、昇圧回路用搬送波の周波数は、制御処理部30による制御命令によって、所定のディーティ比となるように、昇圧回路制御部32によって設定される。
FIG. 10A is a graph comparing the carrier wave for the booster circuit with the waveform of the booster circuit voltage reference value Vbc #. In the figure, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. In FIG. 10A, the wavelength of the carrier wave for the booster circuit is shown to be longer than the actual one for easy understanding.
The booster circuit carrier generated by the booster circuit control unit 32 is a triangular wave whose minimum value is “0”, and the amplitude A 1 is set as a booster circuit voltage target value Vo * given from the control processing unit 30.
Further, the frequency of the carrier wave for the booster circuit is set by the booster circuit control unit 32 so as to have a predetermined duty ratio according to a control instruction from the control processing unit 30.

なお、昇圧回路電圧目標値Vo*は、上述したように、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値が、概ね直流入力電圧検出値Vg以上となる期間W1では、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値に倣い、それ以外の期間では直流入力電圧検出値Vgに倣うように変化している。よって、昇圧回路用搬送波の振幅A1も昇圧回路電圧目標値Vo*に応じて変化している。   As described above, boost circuit voltage target value Vo * is inverter output voltage target value Vinv * in period W1 in which the absolute value of inverter output voltage target value Vinv * is substantially equal to or greater than DC input voltage detection value Vg. The absolute value is followed, and in the other period, it changes so as to follow the DC input voltage detection value Vg. Therefore, the amplitude A1 of the carrier wave for the booster circuit also changes according to the booster circuit voltage target value Vo *.

なお、本実施形態では、直流入力電圧検出値Vgが、250ボルトであり、商用電力系統3の電圧振幅が288ボルトであるとする。   In the present embodiment, it is assumed that the DC input voltage detection value Vg is 250 volts and the voltage amplitude of the commercial power grid 3 is 288 volts.

昇圧回路電圧参照値Vbc#の波形(以下、昇圧回路用参照波Vbc#ともいう)は、制御処理部30が昇圧回路電流目標値Iin*に基づいて求める値であり、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値が直流入力電圧検出値Vgよりも大きな期間W1において、正の値となっている。昇圧回路用参照波Vbc#は、期間W1では、昇圧回路電圧目標値Vo*が成す波形状と近似するような波形となっており、昇圧回路用搬送波に対して交差している。   The waveform of the booster circuit voltage reference value Vbc # (hereinafter, also referred to as a booster circuit reference wave Vbc #) is a value obtained by the control processing unit 30 based on the booster circuit current target value Iin *, and the inverter output voltage target value Vinv The absolute value of * is a positive value in a period W1 in which the DC input voltage detection value Vg is larger. The boosting circuit reference wave Vbc # has a waveform that approximates the wave shape of the boosting circuit voltage target value Vo * in the period W1, and intersects the boosting circuit carrier.

昇圧回路制御部32は、昇圧回路用搬送波と昇圧回路用参照波Vbc#とを比較し、直流リアクトル15の両端電圧の目標値である昇圧回路用参照波Vbc#が昇圧回路用搬送波以上となる部分でオン、搬送波以下となる部分でオフとなるように、スイッチング素子Qbを駆動するための駆動波形を生成する。   The booster circuit control unit 32 compares the carrier wave for the booster circuit with the reference wave Vbc # for the booster circuit, and the reference wave Vbc # for the booster circuit, which is the target value of the voltage across the DC reactor 15, becomes higher than the carrier wave for the booster circuit. A drive waveform for driving the switching element Qb is generated so as to be on in part and off in parts below the carrier wave.

図10(b)は、昇圧回路制御部32が生成したスイッチング素子Qbを駆動するための駆動波形である。図中、縦軸は電圧、横軸は時間である。横軸は、図10の(a)の横軸と一致するように示している。
この駆動波形は、スイッチング素子Qbのスイッチング動作を示しており、スイッチング素子Qbに与えることで、当該駆動波形に従ったスイッチング動作を実行させることができる。駆動波形は、電圧が0ボルトでスイッチング素子のスイッチをオフ、電圧がプラス電圧でスイッチング素子のスイッチをオンとする制御命令を構成している。
FIG. 10B is a drive waveform for driving the switching element Qb generated by the booster circuit control unit 32. In the figure, the vertical axis is voltage, and the horizontal axis is time. The horizontal axis is shown to coincide with the horizontal axis of FIG.
This drive waveform shows the switching operation of the switching element Qb, and by applying to the switching element Qb, it is possible to execute the switching operation according to the drive waveform. The drive waveform constitutes a control command for turning off the switch of the switching element at a voltage of 0 volt and turning on the switch of the switching element at a positive voltage.

昇圧回路制御部32は、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値が直流入力電圧検出値Vg以上となる期間W1でスイッチング動作が行われるように駆動波形を生成する。よって、直流入力電圧検出値Vg以下の範囲では、スイッチング動作を停止させるようにスイッチング素子Qbを制御する。
また、各パルス幅は、三角波である昇圧回路用搬送波の切片によって定まる。よって、電圧が高い部分ほどパルス幅が大きくなっている。
The booster circuit control unit 32 generates a drive waveform so that the switching operation is performed in a period W1 in which the absolute value of the inverter output voltage target value Vinv * is equal to or more than the DC input voltage detection value Vg. Therefore, switching element Qb is controlled to stop the switching operation in the range of DC input voltage detection value Vg or less.
Also, each pulse width is determined by the intercept of the booster circuit carrier, which is a triangular wave. Therefore, the pulse width is larger as the voltage is higher.

以上のように、昇圧回路制御部32は、昇圧回路用搬送波を昇圧回路用参照波Vbc#で変調し、スイッチングのためのパルス幅を表した駆動波形を生成する。昇圧回路制御部32は、生成した駆動波形に基づいて昇圧回路10のスイッチング素子QbをPWM制御する。   As described above, the booster circuit control unit 32 modulates the carrier wave for the booster circuit with the reference wave Vbc # for the booster circuit, and generates a drive waveform representing a pulse width for switching. The booster circuit control unit 32 performs PWM control of the switching element Qb of the booster circuit 10 based on the generated drive waveform.

ダイオード16に並列にダイオードの順方向に導通するスイッチング素子Qbuを設置する場合、スイッチング素子Qbuは、スイッチング素子Qbの駆動波形と反転した駆動波形を用いる。ただし、スイッチング素子Qbとスイッチング素子Qbuが同時に導通することを防ぐため、スイッチング素子Qbuの駆動パルスがオフからオンに移行するときに1マイクロ秒程度のデッドタイムを設ける。   When a switching element Qbu conducting in the forward direction of the diode is disposed in parallel with the diode 16, the switching element Qbu uses a drive waveform inverted from the drive waveform of the switching element Qb. However, in order to prevent the switching element Qb and the switching element Qbu from conducting simultaneously, a dead time of about 1 microsecond is provided when the drive pulse of the switching element Qbu shifts from off to on.

図11の(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である。図中、縦軸は電圧、横軸は時間を示している。なお、図11の(a)においても、理解容易とするために、インバータ回路用搬送波の波長を実際よりも長くして示している。   FIG. 11A is a graph comparing the carrier wave for the inverter circuit with the waveform of the inverter voltage reference value Vinv #. In the figure, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. Also in (a) of FIG. 11, the wavelength of the carrier wave for the inverter circuit is shown to be longer than the actual one for easy understanding.

インバータ回路制御部33が生成するインバータ回路用搬送波は、振幅中央が0ボルトの三角波であり、その片側振幅が、昇圧回路電圧目標値Vo*(コンデンサ23の電圧目標値)に設定されている。よって、インバータ回路用搬送波の振幅A2は、直流入力電圧検出値Vgの2倍(500ボルト)の期間と、商用電力系統3の電圧の2倍(最大576ボルト)の期間とを有している。
また、周波数は、制御処理部30による制御命令等によって、所定のデューティ比となるように、インバータ回路制御部33によって設定される。
The carrier wave for the inverter circuit generated by the inverter circuit control unit 33 is a triangular wave having a center of amplitude of 0 volt, and one side amplitude thereof is set to a target voltage for boost circuit voltage Vo * (target voltage for the capacitor 23). Therefore, the amplitude A2 of the carrier wave for the inverter circuit has a period twice (500 volts) of the DC input voltage detection value Vg and a period twice (maximum 576 volts) of the voltage of the commercial power grid 3 .
The frequency is set by the inverter circuit control unit 33 so as to have a predetermined duty ratio according to a control instruction from the control processing unit 30 or the like.

なお、昇圧回路電圧目標値Vo*は、上述したように、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値が、概ね直流入力電圧検出値Vg以上となる期間W1では、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値に倣い、それ以外の期間である期間W2では直流入力電圧検出値Vgに倣うように変化している。よって、インバータ回路用搬送波の振幅A2も昇圧回路電圧目標値Vo*に応じて変化している。   As described above, boost circuit voltage target value Vo * is inverter output voltage target value Vinv * in period W1 in which the absolute value of inverter output voltage target value Vinv * is substantially equal to or greater than DC input voltage detection value Vg. Following the absolute value, in the period W2 which is the other period, it changes so as to follow the DC input voltage detection value Vg. Therefore, the amplitude A2 of the carrier wave for the inverter circuit also changes in accordance with the boost circuit voltage target value Vo *.

インバータ電圧参照値Vinv#の波形(以下、インバータ回路用参照波Vinv#ともいう)は、制御処理部30がインバータ電流目標値Iinv*に基づいて求める値であり、概ね商用電力系統3の電圧振幅(288ボルト)と同じに設定されている。よって、インバータ回路用参照波Vinv#は、電圧値が−Vg〜+Vgの範囲の部分で、インバータ回路用搬送波に対して交差している。   The waveform of the inverter voltage reference value Vinv # (hereinafter also referred to as a reference wave Vinv # for the inverter circuit) is a value that the control processing unit 30 obtains based on the inverter current target value Iinv *. It is set to the same as (288 volts). Therefore, the inverter circuit reference wave Vinv # crosses the inverter circuit carrier in a portion where the voltage value is in the range of -Vg to + Vg.

インバータ回路制御部33は、インバータ回路用搬送波とインバータ回路用参照波Vinv#とを比較し、電圧目標値であるインバータ回路用参照波Vinv#がインバータ回路用搬送波以上となる部分でオン、搬送波以下となる部分でオフとなるように、スイッチング素子Q1〜4を駆動するための駆動波形を生成する。   The inverter circuit control unit 33 compares the carrier wave for the inverter circuit with the reference wave Vinv # for the inverter circuit, and turns on the portion where the reference wave Vinv # for the inverter circuit, which is the voltage target value, is equal to or higher than the carrier wave for the inverter circuit. The drive waveform for driving the switching elements Q1 to Q4 is generated so as to be turned off at the portion where

図11(b)は、インバータ回路制御部33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である。図中、縦軸は電圧、横軸は時間である。横軸は、図11の(a)の横軸と一致するように示している。
インバータ回路制御部33は、インバータ回路用参照波Vinv#の電圧が−Vg〜+Vgの範囲W2でスイッチング動作が行われるように駆動波形を生成する。よって、それ以外の範囲では、スイッチング動作を停止させるようにスイッチング素子Q1を制御する。
FIG. 11B is a drive waveform for driving the switching element Q1 generated by the inverter circuit control unit 33. In the figure, the vertical axis is voltage, and the horizontal axis is time. The horizontal axis is shown to coincide with the horizontal axis of FIG.
The inverter circuit control unit 33 generates a drive waveform so that the switching operation is performed in the range W2 in which the voltage of the inverter circuit reference wave Vinv # is in the range of −Vg to + Vg. Therefore, in the other range, the switching element Q1 is controlled to stop the switching operation.

図11(c)は、インバータ回路制御部33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。図中、縦軸は電圧、横軸は時間である。
インバータ回路制御部33は、スイッチング素子Q3については、図中破線で示しているインバータ回路用参照波Vinv#の反転波と、搬送波とを比較して駆動波形を生成する。
この場合も、インバータ回路制御部33は、インバータ回路用参照波Vinv#(の反転波)の電圧が、−Vg〜+Vgの範囲W2でスイッチング動作が行われるように駆動波形を生成する。よって、それ以外の範囲では、スイッチング動作を停止させるようにスイッチング素子Q3を制御する。
FIG. 11C is a drive waveform for driving the switching element Q3 generated by the inverter circuit control unit 33. In the figure, the vertical axis is voltage, and the horizontal axis is time.
For the switching element Q3, the inverter circuit control unit 33 compares the inverted wave of the inverter circuit reference wave Vinv # indicated by a broken line in the drawing with the carrier wave to generate a drive waveform.
Also in this case, the inverter circuit control unit 33 generates a drive waveform so that the switching operation is performed in the range W2 of −Vg to + Vg of the voltage of (the inverted wave of) the inverter circuit reference wave Vinv #. Therefore, in the other range, the switching element Q3 is controlled to stop the switching operation.

なお、インバータ回路制御部33は、スイッチング素子Q2の駆動波形については、スイッチング素子Q1の駆動波形を反転させたものを生成し、スイッチング素子Q4の駆動波形については、スイッチング素子Q3の駆動波形を反転させたものを生成する。   The inverter circuit control unit 33 generates an inverted drive waveform of the switching element Q1 for the drive waveform of the switching element Q2, and reverses the drive waveform of the switching element Q3 for the drive waveform of the switching element Q4. Generate what you

以上のように、インバータ回路制御部33は、インバータ回路用搬送波をインバータ回路用参照波Vinv#で変調し、スイッチングのためのパルス幅を表した駆動波形を生成する。インバータ回路制御部33は、生成した駆動波形に基づいてインバータ回路11のスイッチング素子Q1〜Q4をPWM制御する。   As described above, the inverter circuit control unit 33 modulates the carrier wave for the inverter circuit with the reference wave Vinv # for the inverter circuit, and generates a drive waveform representing a pulse width for switching. The inverter circuit control unit 33 performs PWM control of the switching elements Q1 to Q4 of the inverter circuit 11 based on the generated drive waveform.

本実施形態の昇圧回路制御部32は、直流リアクトル15に流れる電流が昇圧回路電流目標値Iin*に一致するように電力を出力させる。この結果、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値が、概ね直流入力電圧検出値Vg以上となる期間W1(図10)で昇圧回路10にスイッチング動作を行わせる。昇圧回路10は、期間W1で直流入力電圧検出値Vg以上の電圧をインバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値に近似するように電力を出力する。一方、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値が概ね直流入力電圧検出値Vg以下の期間では、昇圧回路制御部32は、昇圧回路10のスイッチング動作を停止させる。よって、直流入力電圧検出値Vg以下の期間では、昇圧回路10は、太陽光発電パネル2が出力する直流電力の直流入力電圧値を昇圧することなくインバータ回路11に出力する。   The booster circuit control unit 32 according to the present embodiment causes the electric power to be output so that the current flowing through the DC reactor 15 matches the booster circuit current target value Iin *. As a result, the booster circuit 10 performs the switching operation in a period W1 (FIG. 10) in which the absolute value of the inverter output voltage target value Vinv * is substantially equal to or higher than the DC input voltage detection value Vg. The booster circuit 10 outputs power so as to approximate a voltage equal to or higher than the DC input voltage detection value Vg in the period W1 to the absolute value of the inverter output voltage target value Vinv *. On the other hand, the booster circuit control unit 32 stops the switching operation of the booster circuit 10 in a period in which the absolute value of the inverter output voltage target value Vinv * is approximately equal to or less than the DC input voltage detection value Vg. Therefore, in a period equal to or less than the DC input voltage detection value Vg, the booster circuit 10 outputs the DC input voltage value of the DC power output from the solar panel 2 to the inverter circuit 11 without boosting.

また、本実施形態のインバータ回路制御部33は、交流リアクトル22に流れる電流が、インバータ電流目標値Iinv*に一致するように電力を出力させる。この結果、インバータ出力電圧目標値Vinv*が概ね−Vg〜+Vgの期間W2(図11)でインバータ回路11にスイッチング動作を行わせる。つまり、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値が直流入力電圧検出値Vg以下の期間でインバータ回路11にスイッチング動作を行わせる。
よって、インバータ回路11は、昇圧回路10がスイッチング動作を停止している間、スイッチング動作を行い、インバータ出力電圧目標値Vinv*に近似する交流電力を出力する。
なお、インバータ回路用参照波Vinv#と、インバータ出力電圧目標値Vinv*とは近似するので、図11の(a)においては重複している。
Moreover, the inverter circuit control part 33 of this embodiment outputs electric power so that the current which flows into AC reactor 22 may correspond to inverter current target value Iinv *. As a result, the inverter circuit 11 is caused to perform switching operation in a period W2 (FIG. 11) where the inverter output voltage target value Vinv * is approximately −Vg to + Vg. That is, the inverter circuit 11 is caused to perform switching operation in a period in which the absolute value of the inverter output voltage target value Vinv * is equal to or less than the DC input voltage detection value Vg.
Therefore, while the booster circuit 10 stops the switching operation, the inverter circuit 11 performs the switching operation and outputs AC power approximate to the inverter output voltage target value Vinv *.
Since the inverter circuit reference wave Vinv # and the inverter output voltage target value Vinv * approximate each other, they overlap with each other in (a) of FIG.

一方、インバータ出力電圧目標値Vinv*の電圧が概ね−Vg〜+Vgの期間W2以外の期間では、インバータ回路制御部33は、インバータ回路11のスイッチング動作を停止させる。この間、インバータ回路11には、昇圧回路10により昇圧された電力が与えられる。よって、スイッチング動作を停止しているインバータ回路11は、昇圧回路10から与えられる電力を降圧することなく出力する。   On the other hand, the inverter circuit control unit 33 stops the switching operation of the inverter circuit 11 in a period other than the period W2 in which the voltage of the inverter output voltage target value Vinv * is approximately −Vg to + Vg. During this time, the power boosted by the booster circuit 10 is supplied to the inverter circuit 11. Therefore, the inverter circuit 11 which has stopped the switching operation outputs the power supplied from the booster circuit 10 without stepping down.

つまり、本実施形態のインバータ装置1は、昇圧回路10とインバータ回路11とを交互に切り替わるようにスイッチング動作させ、それぞれが出力する電力を重ね合わせることで、インバータ出力電圧目標値Vinv*に近似した電圧波形の交流電力を出力する。   That is, the inverter device 1 according to the present embodiment performs switching operation so as to alternately switch the booster circuit 10 and the inverter circuit 11, and superimposes the powers output from each other to approximate the inverter output voltage target value Vinv *. Output AC power of voltage waveform.

このように、本実施形態では、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値が、直流入力電圧検出値Vgよりも高い部分の電圧を出力する際には昇圧回路10を動作させ、インバータ出力電圧目標値Vinv*の絶対値が、直流入力電圧検出値Vgよりも低い部分の電圧を出力する際にはインバータ回路11を動作させるように制御される。よって、インバータ回路11が、昇圧回路10によって昇圧された電力を降圧することがないので、電圧を降圧する際の電位差を低く抑えることができるため、昇圧回路のスイッチングによる損失を低減し、より高効率で交流電力を出力することができる。
さらに、昇圧回路10及びインバータ回路11は、共に制御部12が設定したインバータ出力電圧目標値Vinv*に基づいて動作するため、交互に切り替わるように出力される昇圧回路の電力と、インバータ回路の電力との間で、ずれや歪が生じるのを抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, when outputting the voltage of a portion where the absolute value of the inverter output voltage target value Vinv * is higher than the DC input voltage detection value Vg, the booster circuit 10 is operated to set the inverter output voltage target When outputting the voltage of the part where the absolute value of value Vinv * is lower than DC input voltage detection value Vg, control is performed to operate inverter circuit 11. Therefore, since the inverter circuit 11 does not step down the power boosted by the booster circuit 10, the potential difference at the time of stepping down the voltage can be suppressed to a low level, thereby reducing the loss due to the switching of the booster circuit. AC power can be output with efficiency.
Furthermore, since both the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 operate based on the inverter output voltage target value Vinv * set by the control unit 12, the power of the booster circuit output so as to be switched alternately and the power of the inverter circuit Between the above and the other, it is possible to suppress the occurrence of deviation or distortion.

図12は、参照波、及びスイッチング素子の駆動波形の一例とともに、インバータ装置1が出力する交流電力の電流波形の一例を示した図である。
図12において、最上段から順に、インバータ回路の参照波Vinv#及び搬送波、スイッチング素子Q1の駆動波形、昇圧回路の参照波Vbc#及び搬送波、スイッチング素子Qbの駆動波形、及びインバータ装置1が出力する交流電力の電流波形の目標値及び実測値を示すグラフを表している。これら各グラフの横軸は、時間を示しており、互いに一致するように示している。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a current waveform of AC power output from the inverter device 1 together with an example of a reference wave and a drive waveform of a switching element.
12, the reference wave Vinv # and the carrier wave of the inverter circuit, the drive waveform of the switching element Q1, the reference wave Vbc # and the carrier wave of the booster circuit, the drive waveform of the switching element Qb, and the inverter device 1 are output sequentially from the top. The graph which shows the target value and measurement value of the current waveform of alternating current power is represented. The horizontal axes of these graphs indicate time, which are shown to coincide with each other.

図に示すように、出力電流の実測値Iaは目標値Ia*と一致するように制御されていることが判る。
また、昇圧回路10のスイッチング素子Qbのスイッチング動作の期間と、インバータ回路11のスイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング動作の期間とは、概ね互いに交互に切り替わるように制御されていることが判る。
As shown in the figure, it can be seen that the actual measurement value Ia of the output current is controlled to match the target value Ia *.
Further, it can be seen that the period of the switching operation of the switching element Qb of the booster circuit 10 and the period of the switching operation of the switching elements Q1 to Q4 of the inverter circuit 11 are controlled to alternate substantially each other.

また、本実施形態では、図8の(a)に示すように、昇圧回路は直流リアクトル15を流れる電流が上記式(7)に基づいて求められる電流目標値Iin*に一致するように制御される。この結果、昇圧回路とインバータ回路の電圧が、図8(b)に示す波形となり、昇圧回路10、及びインバータ回路11の高周波スイッチング動作にそれぞれ停止期間があり、概ね交互にスイッチング動作を行う運転が可能になる。   Further, in the present embodiment, as shown in (a) of FIG. 8, the booster circuit is controlled such that the current flowing through the DC reactor 15 matches the current target value Iin * obtained based on the above equation (7). Ru. As a result, the voltages of the booster circuit and the inverter circuit have the waveforms shown in FIG. 8B, and the high frequency switching operation of the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 has stop periods, respectively. It will be possible.

なお、理想的には昇圧回路10とインバータ回路11とで「交互に」高周波スイッチングを行い、高周波スイッチングの時期が重ならないことが好ましいが、実際には若干の重なりが生じても、それぞれの停止期間があれば、損失は低減され、高効率化に寄与する。   Ideally, it is preferable that high-frequency switching be performed "alternately" by the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 so that the timings of the high-frequency switching do not overlap, but even if some overlap actually occurs, each stop If there is a period, losses are reduced, which contributes to higher efficiency.

《出力される交流電力の電流位相について》
本実施形態の昇圧回路10及びインバータ回路11は、制御部12による制御によって、インバータ出力電圧目標値Vinv*に近似した電圧波形の交流電力を、その後段に接続されたフィルタ回路21に出力する。インバータ装置1は、フィルタ回路21を介して商用電力系統3に交流電力を出力する。
<< About the current phase of the output AC power >>
The booster circuit 10 and the inverter circuit 11 of the present embodiment output the AC power of the voltage waveform approximate to the inverter output voltage target value Vinv * to the filter circuit 21 connected to the subsequent stage under the control of the control unit 12. The inverter device 1 outputs AC power to the commercial power grid 3 via the filter circuit 21.

ここで、インバータ出力電圧目標値Vinv*は、上述したように、制御処理部30によって商用電力系統3の電圧位相に対して数度進相した電圧位相として生成される。
従って、昇圧回路10及びインバータ回路11が出力する交流電圧も、商用電力系統3の電圧位相に対して数度進相した電圧位相とされる。
Here, the inverter output voltage target value Vinv * is generated by the control processing unit 30 as a voltage phase that is several degrees ahead of the voltage phase of the commercial power grid 3 as described above.
Therefore, the AC voltage output from the booster circuit 10 and the inverter circuit 11 is also set to a voltage phase advanced several times with respect to the voltage phase of the commercial power system 3.

すると、フィルタ回路21の交流リアクトル22(図2)の両端には、一方が昇圧回路10及びインバータ回路11の交流電圧、他方が商用電力系統3と、互いに数度電圧位相がずれた電圧がかかることなる。   Then, at both ends of the AC reactor 22 (FIG. 2) of the filter circuit 21, a voltage with a voltage phase shifted by several degrees with respect to the commercial power system 3 is applied to one side. It will be different.

図13の(a)は、インバータ回路11から出力された交流電圧、商用電力系統3、及び交流リアクトル22の両端電圧、それぞれの電圧波形を示したグラフである。図中、縦軸は電圧、横軸は時間を示している。
図に示すように、交流リアクトル22の両端が互いに数度電圧位相がずれた電圧がかかると、交流リアクトル22の両端電圧は、交流リアクトル22の両端にかかる互いに数度電圧位相がずれた電圧同士の差分となる。
(A) of FIG. 13 is a graph showing the voltage waveforms of the AC voltage output from the inverter circuit 11, the commercial power grid 3 and the both-end voltage of the AC reactor 22. In the figure, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time.
As shown in the figure, when the voltage across the alternating current reactor 22 is different in voltage phase by several degrees from each other, the voltage across the alternating current reactor 22 is the voltage across the alternating current reactor 22 whose voltage phase is different by several degrees The difference is

よって、図に示すように、交流リアクトル22の両端電圧の位相は、商用電力系統3の電圧位相に対して90度進んだ位相となる。   Therefore, as shown in the figure, the phase of the voltage across the AC reactor 22 is a phase advanced by 90 degrees with respect to the voltage phase of the commercial power grid 3.

図13(b)は、交流リアクトル22に流れる電流波形を示したグラフである。図中、縦軸は電流、横軸は時間を示している。横軸は、図13の(a)の横軸と一致するように示している。
交流リアクトル22の電流位相は、その電圧位相に対して90度遅延する。よって、図に示すように、交流リアクトル22を通して出力される交流電力の電流位相は、商用電力系統3の電流位相に対して同期することとなる。
FIG. 13 (b) is a graph showing a current waveform flowing in the AC reactor 22. In the figure, the vertical axis represents current, and the horizontal axis represents time. The horizontal axis is shown to coincide with the horizontal axis of FIG.
The current phase of AC reactor 22 is delayed by 90 degrees with respect to the voltage phase. Therefore, as shown in the figure, the current phase of the AC power output through the AC reactor 22 is synchronized with the current phase of the commercial power system 3.

従って、インバータ回路11が出力する電圧位相は、商用電力系統3に対して数度進相しているが、電流位相は、商用電力系統3の電流位相に対して一致する。
よって、図12の最下段に示すグラフのように、インバータ装置1が出力する電流波形は、商用電力系統3の電圧位相と一致したものとなる。
この結果、商用電力系統3の電圧と同位相の交流電流を出力することができるので、当該交流電力の力率が低下するのを抑制することができる。
Accordingly, although the voltage phase output from the inverter circuit 11 is advanced several degrees with respect to the commercial power system 3, the current phase matches the current phase of the commercial power system 3.
Therefore, as in the graph shown at the bottom of FIG. 12, the current waveform output from the inverter device 1 matches the voltage phase of the commercial power grid 3.
As a result, since it is possible to output an alternating current having the same phase as the voltage of the commercial power grid 3, it is possible to suppress a decrease in the power factor of the AC power.

《系統電圧Vaの効用》
図17の(a)は、系統模擬電源の良質な交流電圧を表し、(b)は制御用の系統電圧に前述の「Va」ではなく、系統電圧の測定値Vadを用いて制御を行った場合の、交流の系統電流を表す波形図である。具体的な使用条件としては、直流側電圧103Vから電力変換装置を経て、系統電圧217Vで負荷1kWに給電している状態の波形図である。図において、(b)の系統電流には明らかに大きな歪が見られる。
<< Utility of system voltage Va >>
(A) of FIG. 17 represents a good alternating current voltage of the grid simulated power supply, and (b) is a control using the measured value V ad of the grid voltage instead of the aforementioned “Va” for the grid voltage for control. It is a wave form diagram showing the system current of alternating current at the time of having. As a specific use condition, it is a waveform diagram of a state in which power is supplied to a 1 kW load at a system voltage of 217 V from a direct current side voltage 103 V through a power conversion device. In the figure, a large distortion is clearly seen in the grid current of (b).

一方、同様の使用条件において、図18の(a)は、系統模擬電源の交流電圧を表し、(b)は制御用の系統電圧Vaを用いて制御を行った場合の、交流の系統電流を表す波形図である。図において、(b)は、図17の(b)に比べれば大きな歪は低減されており、小さな歪が散見される程度である。   On the other hand, under the same conditions of use, (a) in FIG. 18 represents the AC voltage of the grid simulated power supply, and (b) represents the AC grid current when control is performed using the grid voltage Va for control. FIG. In the figure, in (b), large distortion is reduced as compared with (b) in FIG. 17, and small distortion is scattered.

図19の(a)は、実際の交流の系統電圧を示す波形図であり、(b)は、制御用には系統電圧の測定値Vadを用いて制御を行った場合の、交流の系統電流を表す波形図である。(a)の系統電圧の波形が安定している場合は、(b)の交流電流も歪はあるものの、概ね安定している。しかし、(a)の系統電圧の波形に振動成分が重畳され歪み始めると、それに機敏に(b)の交流電流が反応して発振し始め、最終的には鋭い尖塔状の過電流が流れて、電力変換装置は保護停止の状態となった。 FIG. 19 (a) is a waveform diagram showing an actual alternating current grid voltage, and FIG. 19 (b) is an alternating current grid when control is performed using the measured value V ad of the grid voltage for control. It is a wave form diagram showing current. When the waveform of the grid voltage in (a) is stable, the AC current in (b) is also generally stable although distortion is present. However, when the vibration component is superimposed on the waveform of the system voltage in (a) and distortion starts, the alternating current in (b) quickly responds to it and starts oscillating, and finally a sharp peak-like overcurrent flows. , The power converter was in the state of protection stop.

図20の(a)は、実際の交流の系統電圧を示す波形図であり、(b)は、制御用に系統電圧Vaを用いて制御を行った場合の、交流の系統電流を表す波形図である。(a)の系統電圧の波形は安定しており、(b)の交流電流も安定し、かつ、歪も少ない。その後、図示していないが、(a)の系統電圧に振動成分が重畳されても、交流電流は発振しなかった。   FIG. 20 (a) is a waveform diagram showing an actual AC system voltage, and FIG. 20 (b) is a waveform diagram showing an AC system current when control is performed using a system voltage Va for control. It is. The waveform of the system voltage of (a) is stable, the alternating current of (b) is also stable, and distortion is small. After that, although not shown, the alternating current did not oscillate even if the vibration component was superimposed on the system voltage of (a).

《まとめ》
この電力変換装置の制御部は、又は、制御方法としては、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる最小スイッチング方式の動作を行うべく、交流電力の電圧、交流リアクトルを流れる電流及び交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、中間コンデンサ及び交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、直流電力の電圧に基づいて、DC/DCコンバータの電流目標値を、交流電力の電流と同期するように設定する。また、制御部は、交流電力の電圧として、商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いる。
Summary
Alternatively, as a control method, the control unit of the power conversion device causes one of the DC / DC converter and the full bridge circuit to perform a switching operation according to the phase of alternating current in an alternating current half cycle, and the other is In order to perform the operation of the minimum switching system which causes a pause period, the voltage of AC power, the voltage change due to the current flowing through the AC reactor and the impedance of the AC reactor, the reactive current flowing through the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and DC power The current target value of the DC / DC converter is set to synchronize with the current of the AC power based on the voltage of. Further, the control unit uses, as the voltage of the AC power, a voltage obtained by supplementing the phase of the fundamental wave extracted based on the AC voltage detection value of the commercial power system, in consideration of the delay of the detection and control system.

このような電力変換装置では、最小スイッチング方式の動作を行うとともに、交流電力の電圧として、商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いることで、電圧位相に対する制御の遅延を抑制し、また、商用電力系統に系統電圧が接続されている場合に、系統電圧の擾乱の影響を排除して、安定した、歪の少ない交流電流を得ることができる。   In such a power conversion device, while performing the operation of the minimum switching method, in consideration of the delay of the detection or control system, the fundamental wave extracted based on the AC voltage detection value of the commercial power system as the voltage of the AC power. By using the voltage complemented with the phase, the control delay with respect to the voltage phase is suppressed, and when the grid voltage is connected to the commercial power grid, the influence of the disturbance of the grid voltage is eliminated and stabilized. An alternating current with little distortion can be obtained.

なお、交流の系統電圧は、例えば、実効値をVa_rms、位相をωtとして、
Va=√2 Va_rms×sin(ωt)
とすることができる。
The AC system voltage is, for example, V a — rms as the effective value and ωt as the phase.
Va = √2 V a_rms x sin (ωt)
It can be done.

上記Vaの位相ωtは、現時点で記憶している直前の位相と、位相を進めるための単位位相とに基づいて、スイッチング動作の指令をするタイミングの位相とすることができる。
この場合、直前の位相と、単位位相とに基づいて、演算により現在の位相を決定することができる。
具体的には、位相ωtは、現時点で記憶している直前の位相に、位相を進めるための単位位相に所定値を乗じた位相を加算して、スイッチング動作の指令をする位相とすることができる。この場合、所定値を変えながら結果的に交流電流の総合電流歪率や力率が最も良くなる所定値の好適値を求めることができる。
The phase ωt of the Va can be a phase of timing for instructing a switching operation based on the immediately previous phase stored at the present time and a unit phase for advancing the phase.
In this case, the current phase can be determined by calculation based on the previous phase and the unit phase.
Specifically, the phase ωt may be a phase for instructing switching operation by adding a phase obtained by multiplying a unit phase for advancing the phase by a predetermined value to the phase stored immediately before the current time it can. In this case, while changing the predetermined value, it is possible to obtain a preferable value of the predetermined value at which the total current distortion factor of the alternating current and the power factor become the best.

[交流から直流への電力変換装置]
《全体構成について》
次に、交流から直流への電力変換を行う電力変換装置1Rの一実施形態について説明する。
図14は、このような電力変換装置1Rを備えた蓄電システムの一例を示すブロック図である。図中、電力変換装置1Rの出力端には、蓄電池2が接続され、入力端には商用電力系統3(交流系統)が接続されている。この蓄電システムは、商用電力系統3から提供される電力を、交流から直流に変換して、蓄電池2に蓄えることができる。
[AC to DC power converter]
<< About the whole composition >>
Next, an embodiment of a power conversion device 1R that performs power conversion from alternating current to direct current will be described.
FIG. 14 is a block diagram showing an example of a power storage system provided with such a power conversion device 1R. In the figure, the storage battery 2 is connected to the output end of the power conversion device 1R, and the commercial power grid 3 (AC system) is connected to the input end. The storage system can convert power supplied from the commercial power grid 3 from alternating current to direct current and store the power in the storage battery 2.

電力変換装置1Rは、商用電力系統3から受電した交流を直流に変換するAC/DCコンバータ11uと、AC/DCコンバータ11uの出力電圧を降圧する降圧回路(DC/DCコンバータ)10dと、これら両回路10d,11uの動作を制御する制御部12とを備えている。図1との比較により明らかなように、エネルギーの流れが逆方向になっている。なお、図1におけるインバータ回路11と、図14におけるAC/DCコンバータ11uとを総称して言うときは、単に構造的に、フルブリッジ回路という。   The power conversion device 1R includes an AC / DC converter 11u that converts alternating current received from the commercial power grid 3 into direct current, a step-down circuit (DC / DC converter) 10d that steps down the output voltage of the AC / DC converter 11u, and both of them. The control unit 12 controls the operation of the circuits 10d and 11u. As is apparent from the comparison with FIG. 1, the energy flow is in the reverse direction. When the inverter circuit 11 in FIG. 1 and the AC / DC converter 11 u in FIG. 14 are collectively referred to, they are simply referred to as a full bridge circuit structurally.

図15は、電力変換装置1Rの回路図の一例である。図2との違いは、まず、図2における太陽光発電パネル2が蓄電池2Bに置き換わっている点である。また、電力変換装置1Rとしては、図2の昇圧回路10が降圧回路10dに置き換わり、図2ではインバータ回路11であった回路が、構成要素は同じであるが、交流リアクトル22と協働して昇圧も可能なAC/DCコンバータ11uになる。   FIG. 15 is an example of a circuit diagram of the power conversion device 1R. The difference from FIG. 2 is that, first, the photovoltaic panel 2 in FIG. 2 is replaced with the storage battery 2B. Further, as power conversion device 1R, step-up circuit 10 in FIG. 2 is replaced with step-down circuit 10d, and the circuit which is inverter circuit 11 in FIG. 2 has the same components but cooperates with AC reactor 22. It becomes an AC / DC converter 11 u that can be boosted.

降圧回路10dは、図2と同様のダイオード16と並列に、スイッチング素子Qb2を用いている。スイッチング素子Qb2としては、例えば、図示のIGBT又は、FETを用いることができる。   The step-down circuit 10d uses a switching element Qb2 in parallel with the diode 16 as in FIG. As the switching element Qb2, for example, the illustrated IGBT or FET can be used.

電力変換装置1Rのその他の構成は、図2のインバータ装置1と基本的に同様である。従って、この電力変換装置1Rは双方向性があり、太陽光発電パネルを接続すれば図2のインバータ装置1と同じ動作を行うことができる。また、蓄電池2Bの直流電力を交流電力に変換して自立運転を行うこともできる。
なお、電力変換装置1Rがインバータ装置として動作する場合は、スイッチング素子Qb2は、常時オフの状態となるか(IGBTの場合)又は、スイッチング素子Qbと交互にオン動作するように(FETの場合)、制御部12により制御される。また、降圧回路10dは昇圧回路になり、AC/DCコンバータ11uはインバータ回路となる。
The other configuration of the power conversion device 1R is basically the same as that of the inverter device 1 of FIG. Therefore, the power conversion device 1R is bi-directional and can perform the same operation as the inverter device 1 of FIG. 2 if the solar power generation panel is connected. In addition, the DC power of the storage battery 2B can be converted to AC power to perform a self-sustaining operation.
When the power conversion device 1R operates as an inverter device, the switching element Qb2 is always in the off state (in the case of IGBT) or alternately turned on with the switching element Qb (in the case of FET) , And controlled by the control unit 12. The step-down circuit 10d is a step-up circuit, and the AC / DC converter 11u is an inverter circuit.

商用交流系統3の交流電力に基づいて蓄電池2Bを充電する場合、制御部12は、各スイッチング素子Q1〜Q4の動作を制御し、同期整流をすることができる。また、交流リアクトル22が存在する下でPWM制御を行うことにより、昇圧しつつ整流を行うことができる。こうして、AC/DCコンバータ11uは、商用交流系統3から与えられる交流電力を直流電力に変換する。   When the storage battery 2B is charged based on the AC power of the commercial AC system 3, the control unit 12 can control the operation of each of the switching elements Q1 to Q4 to perform synchronous rectification. Further, by performing PWM control in the presence of the AC reactor 22, it is possible to perform rectification while boosting. Thus, the AC / DC converter 11 u converts AC power supplied from the commercial AC system 3 into DC power.

降圧回路10dは、降圧チョッパ回路を構成している。スイッチング素子Qb,Qb2は、制御部12によって制御される。
また、降圧回路10dのスイッチング動作は、AC/DCコンバータ11uとの間でスイッチング動作を行う期間が交互に切り替わるように制御される。よって、降圧回路10dは、スイッチング動作を行っている期間には、降圧した電圧を蓄電池2Bに出力し、スイッチング動作を停止(スイッチング素子Qbがオフ、Qb2がオン)している期間は、AC/DCコンバータ11uが出力して降圧回路10dに入力した直流電圧を、直流リアクトル15を介して蓄電池2に与える。
The step-down circuit 10d constitutes a step-down chopper circuit. The switching elements Qb and Qb 2 are controlled by the control unit 12.
Further, the switching operation of the step-down circuit 10d is controlled so that the periods in which the switching operation is performed between the AC / DC converter 11u are alternately switched. Therefore, step-down circuit 10d outputs the stepped-down voltage to storage battery 2B during the switching operation, and stops the switching operation (switching element Qb is off, Qb2 is on) during the AC / AC operation. The DC voltage output from the DC converter 11 u and input to the step-down circuit 10 d is applied to the storage battery 2 via the DC reactor 15.

《電圧波形の概要》
図16は、電力変換装置1Rの動作を概念的に示した電圧波形の図である。
(a)は、AC/DCコンバータ11uへの交流入力電圧目標値Vinv*の絶対値の一例を示す。これは、概ね、商用交流の全波整流波形である。二点鎖線は、充電のための直流電圧Vgを示す。(b)に示すように、直流電圧Vgの方が交流入力電圧目標値Vinv*の絶対値より高い区間(t0〜t1,t2〜t3,t4〜)では、AC/DCコンバータ11uがスイッチング動作し、交流リアクトル22との協働により昇圧動作する。
Outline of voltage waveform
FIG. 16 is a voltage waveform diagram conceptually showing the operation of power conversion device 1R.
(A) shows an example of the absolute value of the AC input voltage target value Vinv * to the AC / DC converter 11 u. This is generally a full-wave rectified waveform of commercial alternating current. The two-dot chain line indicates a DC voltage Vg for charging. As shown in (b), in a section (t0 to t1, t2 to t3, t4) in which the DC voltage Vg is higher than the absolute value of the AC input voltage target value Vinv *, the AC / DC converter 11u performs switching operation. , Boost operation in cooperation with the AC reactor 22.

一方、これらの区間(t0〜t1,t2〜t3,t4〜)において降圧回路10dはスイッチング素子Qbがオフ、Qb2がオンの状態となり、降圧動作は停止している。なお、(b)に示す細いストライプは、実際にはPWMパルス列であり、交流入力電圧目標値Vinv*の絶対値に応じてデューティが異なる。従って、仮に、この状態の電圧がDC/DCコンバータに印加されたとすると、DC/DCコンバータの入力電圧、すなわちコンデンサ19の電圧は(c)に示すような波形となる。   On the other hand, in these steps (t0 to t1, t2 to t3, and t4), in the step-down circuit 10d, the switching element Qb is off and Qb2 is on, and the step-down operation is stopped. The thin stripe shown in (b) is actually a PWM pulse train, and the duty differs depending on the absolute value of the AC input voltage target value Vinv *. Therefore, assuming that the voltage in this state is applied to the DC / DC converter, the input voltage of the DC / DC converter, that is, the voltage of the capacitor 19 has a waveform as shown in (c).

一方、直流電圧Vgの方が交流入力電圧目標値Vinv*の絶対値より低い区間(t1〜t2,t3〜t4)では、AC/DCコンバータ11uはスイッチングを停止し、代わりに、降圧回路10dが動作する。なお、ここで言うスイッチングとは、例えば20kHz程度の高周波スイッチングを意味し、同期整流を行う程度(商用周波数の2倍)の低周波なスイッチングのことではない。なお、AC/DCコンバータ11uのスイッチング停止によりスイッチング素子Q1〜Q4が全てオフであるとしても、各スイッチング素子Q1〜Q4の内蔵ダイオードを通して整流された電圧が降圧回路10dに入力される。但し、導通損失を低減するためには、同期整流を行うことが好ましい。   On the other hand, in a section (t1 to t2, t3 to t4) in which the DC voltage Vg is lower than the absolute value of the AC input voltage target value Vinv *, the AC / DC converter 11u stops switching, and instead, the step-down circuit 10d Operate. The term "switching" as used herein means high frequency switching of, for example, about 20 kHz, and does not mean low frequency switching of the level (two times the commercial frequency) at which synchronous rectification is performed. Even if all the switching elements Q1 to Q4 are turned off by stopping the switching of the AC / DC converter 11u, the voltage rectified through the built-in diodes of the switching elements Q1 to Q4 is input to the step-down circuit 10d. However, in order to reduce conduction loss, synchronous rectification is preferably performed.

同期整流を行う場合のAC/DCコンバータ11uは、制御部12の制御により、AC/DCコンバータ11uの電流の符号が正の期間では、スイッチング素子Q1,Q4をオン、スイッチング素子Q2,Q3をオフとし、また、AC/DCコンバータ11uの電流の符号が負の期間では、これらのオン/オフを反転する。この反転の周波数は、商用周波数の2倍であるため、高周波スイッチングに比べると、周波数が非常に小さい。従って、オン/オフによる損失も極めて少ない。   AC / DC converter 11u in the case of performing synchronous rectification turns on switching elements Q1 and Q4 and turns off switching elements Q2 and Q3 in a period in which the sign of the current of AC / DC converter 11u is positive under the control of control unit 12. Also, in the period in which the sign of the current of the AC / DC converter 11 u is negative, these on / off are reversed. The frequency of this inversion is twice that of the commercial frequency, so the frequency is very small compared to high frequency switching. Therefore, the loss due to on / off is extremely small.

一方、上記の区間(t1〜t2,t3〜t4)において降圧回路10dは降圧動作する。(d)に示す細いストライプは、実際にはPWMパルス列であり、交流入力電圧目標値Vinv*の絶対値に応じてデューティが異なる。降圧の結果、(e)に示す所望の直流電圧Vgが得られる。   On the other hand, the step-down circuit 10d performs a step-down operation in the above section (t1 to t2, t3 to t4). The thin stripe shown in (d) is actually a PWM pulse train, and the duty differs depending on the absolute value of the AC input voltage target value Vinv *. As a result of the step-down, the desired DC voltage Vg shown in (e) is obtained.

以上のように、交流電圧に基づく交流入力電圧目標値Vinv*の絶対値が直流電圧Vgより低い期間のみAC/DCコンバータ11uが動作し、その他の期間ではスイッチングを停止させることで、AC/DCコンバータ11uのスイッチング損失を低減することができる。
同様に、交流入力電圧目標値Vinv*の絶対値が直流電圧Vgより高い期間のみ降圧回路10dが動作し、その他の期間ではスイッチングを停止させることで、降圧回路10dのスイッチング損失を低減することができる。
As described above, the AC / DC converter 11 u operates only while the absolute value of the AC input voltage target value Vinv * based on the AC voltage is lower than the DC voltage Vg, and AC / DC is stopped by stopping switching in other periods. The switching loss of converter 11 u can be reduced.
Similarly, the step-down circuit 10d operates only during a period when the absolute value of the AC input voltage target value Vinv * is higher than the DC voltage Vg, and switching is stopped during other periods to reduce the switching loss of the step-down circuit 10d. it can.

こうして、AC/DCコンバータ11uと降圧回路10dとが、交互にスイッチング動作することになり、一方が動作するときは他方はスイッチングを停止している。すなわちAC/DCコンバータ11u及び降圧回路10dのそれぞれに、スイッチングの停止期間が生じる。また、AC/DCコンバータ11uは、交流入力電圧目標値Vinv*の絶対値のピーク及びその近傍を避けて動作することになるので、スイッチングを行う際の電圧が相対的に低くなる。このことも、スイッチング損失の低減に寄与する。こうして、電力変換装置1R全体としてのスイッチング損失を大幅に低減することができる。   Thus, the AC / DC converter 11 u and the step-down circuit 10 d perform switching operations alternately, and when one operates, the other stops the switching. That is, a stop period of switching occurs in each of the AC / DC converter 11 u and the step-down circuit 10 d. Further, since the AC / DC converter 11 u operates to avoid the peak of the absolute value of the AC input voltage target value Vinv * and the vicinity thereof, the voltage at the time of switching becomes relatively low. This also contributes to the reduction of the switching loss. Thus, the switching loss of the power converter 1R as a whole can be significantly reduced.

《制御の仕様》
上記電力変換装置1Rの制御は、図2のインバータ装置1による系統連系の制御を逆方向に見た類似の制御として考えることができる。これは、インバータ装置1と同じ系統連系をさせ得る電力変換装置1Rを用いて、逆方向の動作においても電力変換装置1Rの効率を高めることに好適な制御である。
<< Specification of control >>
Control of the power conversion device 1R can be considered as similar control in which control of grid interconnection by the inverter device 1 of FIG. 2 is viewed in the reverse direction. This is control suitable for enhancing the efficiency of the power conversion device 1R also in the reverse direction operation using the power conversion device 1R that can cause the same grid connection as the inverter device 1.

インバータ装置1における諸量とそれぞれ対応する電力変換装置1Rにおける諸量は、以下のようになる。
Ia*:商用電力系統3からの入力電流目標値
Iin:降圧回路電流検出値
Iin*:降圧回路電流目標値
Iinv*:AC/DCコンバータ11uへの交流入力電流目標値
Ig*:蓄電池2Bへの直流入力電流目標値
Ic:コンデンサ19に流れる電流
Ica:コンデンサ23に流れる電流
The quantities in the inverter device 1 and the quantities in the corresponding power converter 1 R are as follows.
Ia *: Input current target value from the commercial power grid 3 Iin: Step-down circuit current detection value Iin *: Step-down circuit current target value Iinv *: AC input current target value to the AC / DC converter 11 u Ig *: To the storage battery 2B DC input current target value Ic: current flowing to capacitor 19 Ica: current flowing to capacitor 23

Va:系統電圧
Vg:蓄電池電圧値
Vinv*:AC/DCコンバータ11uへの交流入力電圧目標値
Vo*:降圧回路10dへの入力電圧目標値
Pin:蓄電池2Bへの入力電力
LOSS:電力変換装置1Rの電力損失
η:電力変換装置1Rの電力変換効率
Va: System voltage Vg: Battery voltage value Vinv *: AC input voltage target value to AC / DC converter 11u Vo *: Input voltage target value to step-down circuit 10d Pin: Input power to storage battery 2B P LOSS : Power converter Power loss of 1R η: Power conversion efficiency of the power converter 1R

従って、図2のインバータ装置1における前述の式(1)〜(8)と対応した以下の関係が適用できる。
式(1)と対応する蓄電池2Bへの入力電力Pinの平均値〈Pin〉は、
〈Pin〉=〈Iin×Vg〉 ・・・(R1)
である。
式(2)に対応する商用電力系統3からの入力電流目標値の平均値〈Ia*〉は、
〈Ia*〉=〈Ig*×Vg〉/(η×〈Va〉) ・・・(R2)
である。
式(3)に対応する入力電流目標値Ia*は、
Ia*=(√2)×〈Ia*〉×sin(ωt) ・・・(R3)
である。
Therefore, the following relationship corresponding to the above-mentioned Formula (1)-(8) in the inverter apparatus 1 of FIG. 2 is applicable.
Average value <Pin> of input electric power Pin to storage battery 2B corresponding to Formula (1) is
<Pin> = <Iin × Vg> (R1)
It is.
The average value <Ia *> of the input current target value from the commercial power grid 3 corresponding to the equation (2) is
<Ia *> = <Ig * × Vg> / (η × <Va>) (R2)
It is.
The input current target value Ia * corresponding to the equation (3) is
Ia * = (√2) × <Ia *> × sin (ωt) (R3)
It is.

式(4)に対応する交流入力電流目標値Iinv*は、
Iinv*=Ia* − s CaVa ・・・(R4)
である。
上記式(R4)は、時間tでの微分を用いた表現とすれば、
Iinv*=Ia* − Ca×(d Va/dt) ・・・(R4a)
となる。また、コンデンサ23に流れる電流を検出してこれをIcaとすれば、
Iinv*=Ia* − Ica ・・・(R4b)
となる。
The AC input current target value Iinv * corresponding to the equation (4) is
Iinv * = Ia *-s CaVa ... (R4)
It is.
If expression (R4) above is expressed using differentiation at time t,
Iinv * = Ia * -Ca × (d Va / dt) (R4a)
It becomes. Also, if the current flowing to the capacitor 23 is detected and this is Ica,
Iinv * = Ia * -Ica (R4b)
It becomes.

また、式(5)に対応する交流入力電圧目標値Vinv*は、
Vinv*=Va−Za Iinv* ・・・(R5)
である。
上記式(R5)は、時間tでの微分を用いた表現とすれば、
Vinv*=Va − {RaIinv*+La× (d Iinv*/dt)
・・・(R5a)
となる。
Further, the AC input voltage target value Vinv * corresponding to the equation (5) is
Vinv * = Va-Za Iinv * (R5)
It is.
If expression (R5) above is expressed using differentiation at time t,
Vinv * = Va− {RaIinv * + La × (d Iinv * / dt)
... (R5a)
It becomes.

上記のように、交流側の目標値であるAC/DCコンバータ11uへの入力目標値(Iinv*,Vinv*)は、AC/DCコンバータ11uとフィルタ回路21との回路接続点Pで設定される。従って、系統連系を行う場合と同様に、商用電力系統3と電力変換装置1Rの回路接続点より目標値の設定点を前(AC/DCコンバータ11u側)に移動していることになる。このような、いわば「逆」系統連系により、交流と直流との適切な連系が行われる。   As described above, input target values (Iinv *, Vinv *) to the AC / DC converter 11u, which are target values on the AC side, are set at a circuit connection point P between the AC / DC converter 11u and the filter circuit 21. . Therefore, as in the case of grid connection, the set point of the target value is moved forward (AC / DC converter 11 u side) from the circuit connection point of the commercial power grid 3 and the power conversion device 1R. By so-called "reverse" grid interconnection, appropriate interconnection between AC and DC is performed.

また、式(6)に対応する降圧回路10dへの入力電圧目標値Vo*は、式(6)におけるVgfすなわち(Vg−Z Iin)が、Vgrすなわち(Vg+Z Iin)に置き換わり、
Vo*=Max(Vg+Z Iin,Vinv*の絶対値) ・・・(R6)
とすることができる。
上記式(R6)は、時間tでの微分を用いた表現とすれば、
Vo*=
Max(Vg+R Iin+L(d Iin/dt),Vinv*の絶対値)
・・・(R6a)
となる。
Further, for the input voltage target value Vo * to the step-down circuit 10d corresponding to the equation (6), Vgf in the equation (6), that is, (Vg−Z Iin) is replaced by Vgr, that is, (Vg + Z Iin)
Vo * = Max (Vg + Z Iin, absolute value of Vinv *) (R6)
It can be done.
If expression (R6) above is expressed using differentiation at time t,
Vo * =
Max (Vg + R Iin + L (d Iin / dt), absolute value of Vinv *)
... (R6a)
It becomes.

また、降圧回路電流目標値Iin*は、
Iin*=
{(Iinv*×Vinv*)−(s C Vo*)×Vo*} /
(Vg+ZIin) ・・(R7)
である。
上記式(R7)は、時間tでの微分を用いた表現とすれば、
Iin*=
{(Iinv*×Vinv*) − C×(d Vo*/dt)×Vo*} /
{Vg+RIin+L(dIin/dt)) ・・・(R7a)
となる。また、コンデンサ19に流れる電流を検出してこれをIcとすれば、
Iin*=
{(Iinv*×Vinv*) −Ic×Vo*} / (Vg+ZIin)
・・・(R7b)
となる。
Also, the step-down circuit current target value Iin * is
Iin * =
{(Iinv * × Vinv *)-(s C Vo *) × Vo *} /
(Vg + ZIin) · · (R7)
It is.
If expression (R7) above is expressed using differentiation at time t,
Iin * =
{(Iinv * × Vinv *) − C × (d Vo * / dt) × Vo *} /
{Vg + RIin + L (dIin / dt)) (R7a)
It becomes. Also, if the current flowing to the capacitor 19 is detected and this is Ic,
Iin * =
{(Iinv * × Vinv *) − Ic × Vo *} / (Vg + ZIin)
... (R 7 b)
It becomes.

式(R7),(R7a),(R7b)中、交流入力電流目標値Iinv*と、交流入力電圧目標値Vinv*との積に加算されている項は、コンデンサ19を通過する無効電力を考慮した値である。すなわち、AC/DCコンバータ11uの電力目標値に加えて、無効電力を考慮することにより、より正確にIin*の値を求めることができる。   The terms added to the product of AC input current target value Iinv * and AC input voltage target value Vinv * in the equations (R7), (R7a) and (R7b) take account of reactive power passing through capacitor 19 Value. That is, the value of Iin * can be determined more accurately by considering the reactive power in addition to the power target value of the AC / DC converter 11 u.

さらに、予め電力変換装置1Rの電力損失PLOSSを測定しておけば、上記式(R7a)は、以下のようにも表すことができる。
Iin*=
{(Iinv*×Vinv*) − C×(d Vo*/dt)×Vo* − PLOSS}/(Vg+ZIin) ・・・(R7c)
同様に、上記式(R7b)は、以下のようにも表すことができる。
Iin*=
{(Iinv*×Vinv*) −Ic×Vo* − PLOSS} / (Vg+ZIin)
・・・(R7d)
この場合、AC/DCコンバータ11uの電力目標値に加えて、無効電力及び電力損失PLOSSを考慮することにより、より厳密にIin*の値を求めることができる。
Further, if measuring the power loss P LOSS pre power converter 1R, the formula (R7a) can also be expressed as follows.
Iin * =
{(Iinv * × Vinv *) − C × (d Vo * / dt) × Vo * −P LOSS } / (Vg + ZIin) (R7c)
Similarly, the above formula (R7b) can also be expressed as follows.
Iin * =
{(Iinv * × Vinv *) − Ic × Vo * −P LOSS } / (Vg + ZIin)
... (R7d)
In this case, the value of Iin * can be determined more strictly by considering the reactive power and the power loss P LOSS in addition to the power target value of the AC / DC converter 11 u.

なお、コンデンサ19の静電容量C及び電力損失PLOSSが、(Iinv*×Vinv*)に比べて十分小さい場合、下記式(R8)が成立する。この式(R8)によって求まるIin*を式(R6)、(R6a)、(R7)、(R7a)、(R7b)、(R7c)および(R7d)の右辺に含まれるIinとして用いることができる。
Iin*=(Iinv*×Vinv*)/Vg・・・(R8)
Incidentally, the capacitance C and the power loss P LOSS of the capacitor 19, is sufficiently small, the following formula (R8) is established as compared with the (Iinv * × Vinv *). The Iin * determined by the formula (R8) can be used as Iin included in the right side of the formulas (R6), (R6a), (R7), (R7a), (R7b), (R7c) and (R7d).
Iin * = (Iinv * × Vinv *) / Vg (R8)

以上のようにして、制御部12は、AC/DCコンバータ11uへの交流入力電圧目標値Vinv*の絶対値が、直流電圧(Vg+Z Iin)よりも高い部分の電圧を出力する際には、降圧回路10dを動作させ、AC/DCコンバータ11uのへ交流入力電圧目標値Vinv*の絶対値が、直流電圧(Vg+Z Iin)よりも低い部分の電圧を出力する際にはAC/DCコンバータ11uを動作させるように制御される。そのため、AC/DCコンバータ11uによって昇圧する際の電位差を低く抑えることができるとともに、AC/DCコンバータ11u及び降圧回路10dのスイッチング損失を低減し、より高効率で直流電力を出力することができる。   As described above, when the control unit 12 outputs a voltage of a portion where the absolute value of the AC input voltage target value Vinv * to the AC / DC converter 11 u is higher than the DC voltage (Vg + Z Iin), When the circuit 10d is operated to output a voltage of a portion where the absolute value of the AC input voltage target value Vinv * is lower than the DC voltage (Vg + ZIin) to the AC / DC converter 11u, the AC / DC converter 11u operates. Is controlled to Therefore, the potential difference at the time of boosting by the AC / DC converter 11 u can be suppressed low, and the switching loss of the AC / DC converter 11 u and the step-down circuit 10 d can be reduced to output DC power with higher efficiency.

さらに、降圧回路10d及びAC/DCコンバータ11uは、ともに制御部12が設定した目標値に基づいて動作するため、両回路の高周波スイッチング期間が交互に切り替わるように動作を行っても、AC/DCコンバータ11uに入力される交流電流に位相ずれや歪みが生じるのを抑制することができる。   Furthermore, since both step-down circuit 10d and AC / DC converter 11u operate based on the target value set by control unit 12, even if the high frequency switching periods of both circuits are alternately switched, AC / DC does not occur. It is possible to suppress the occurrence of phase shift and distortion in the alternating current input to converter 11 u.

また、前述のように、電力変換装置IRは、図2のインバータ装置1と同様の系統連系の動作を行わせることができる。従って、系統連系を行う直流/交流の変換、及び、交流/直流の変換の双方向に使用可能で効率の良い電力変換装置を実現することができる。   In addition, as described above, the power conversion device IR can perform the same grid connection operation as the inverter device 1 of FIG. 2. Therefore, it is possible to realize an efficient power converter that can be used in both directions of direct current / AC conversion and grid-connected AC / DC conversion.

<第2実施形態>
上記第1実施形態では、系統電圧Vaとして、実際の系統電圧測定値ではなく、式(01),(02)に基づいて生成した系統電圧Vaを用いた。従って、式(5)は、
Vinv*=√2・Va_rms×sin(ωt)+Za・Iinv*
・・・(5’)
になる。インバータ出力電圧目標値Vinv*を決める際に、系統電圧の基本波成分を用いた場合、DC/DCコンバータやフルブリッジ回路は、その基本波成分だけを相手にした出力電流を生成する。そのため、系統電圧に電圧歪みがあると、歪みがフィードフォワード的に制御に作用し、電圧歪みに対応した出力電流を出さないがために、出力電流の歪が大きくなる。
Second Embodiment
In the first embodiment, not the actual system voltage measurement value but the system voltage Va generated based on the equations (01) and (02) is used as the system voltage Va. Thus, equation (5)
Vinv * = √2 · V a_rms × sin (ωt) + Za · Iinv *
... (5 ')
become. When the inverter output voltage target value Vinv * is determined, when the fundamental wave component of the grid voltage is used, the DC / DC converter or the full bridge circuit generates an output current whose counterpart is only the fundamental wave component. Therefore, if there is voltage distortion in the grid voltage, the distortion acts on the control in a feedforward manner, and the output current distortion is increased because the output current corresponding to the voltage distortion is not output.

そこで、最小スイッチング変換方式のインバータ電圧目標値算出時に系統電圧の各次高調波を考慮することで、系統電圧に歪みがあっても、出力電流歪率を低減させ力率を向上させる。すなわち、以下の式(9)を用いる。
Vinv*={√2Va_rms×sin(ωt)+V×sin(2ωt+θ)+V×sin(3ωt+θ)+・・・+V×sin(nωt+θ)}+Za・Iinv* ・・・(9)
なお、Vは、系統電圧中のn次高調波の波高値、nは整数、θは、系統電圧中のn次高調波の初期位相である。
Therefore, the output current distortion factor is reduced and the power factor is improved by considering the respective harmonics of the grid voltage when calculating the inverter voltage target value of the minimum switching conversion method, even if the grid voltage is distorted. That is, the following equation (9) is used.
Vinv * = {√2V a_rms × sin (ωt) + V 2 × sin (2ωt + θ 2 ) + V 3 × sin (3ωt + θ 3 ) +... + V n × sin (nωt + θ n )} + Za · Iinv * (9) )
V n is the peak value of the n th harmonic in the grid voltage, n is an integer, and θ n is the initial phase of the n th harmonic in the grid voltage.

そこで、V、θの算出には離散フーリエ変換の考え方を利用する。
系統電圧の位相ごとの、例えば20kHzでのサンプリング値をVa_samplingとする。n次のフーリエ係数a、bは、以下のようになる。
Therefore, the concept of discrete Fourier transform is used to calculate V n and θ n .
A sampling value at, for example, 20 kHz for each phase of the grid voltage is taken as Va_sampling. The n-th order Fourier coefficients a n and b n are as follows.


・・・(10)

... (10)


・・・(11)

... (11)

n次高調波の波高値Vは、

・・・(12)
である。
The peak value V n of the n-th harmonic is

... (12)
It is.

また、n次高調波の初期位相θは、

・・・(13)
である。
Also, the initial phase θ n of the n-th harmonic is

... (13)
It is.

図21は、特に歪みの多い系統電圧の高調波を考慮しないでインバータ出力電圧目標値Vinv*を定めて制御する場合の系統電圧の波形図(上)及び出力電流の波形図(下)である。
条件としては、交流電圧202V(周波数50Hz)に、初期位相0の3次高調波3%、初期位相0の5次高調波3%、初期位相0の7次高調波3%をそれぞれ含ませたものを系統電圧の対象とし、直流側電圧を100Vとして1kW放電を行う場合を考える。電圧などのサンプリングとPWM制御を行う周期は20kHzである。この場合、総合電流歪率は24.8%、力率0.955となり、出力電流はかなり歪んでいる。
FIG. 21 is a waveform diagram (top) of the system voltage and a waveform diagram (bottom) of the output current in the case where the inverter output voltage target value Vinv * is determined and controlled without considering harmonics of the system voltage with particularly high distortion. .
As the conditions, the AC voltage 202 V (frequency 50 Hz) contains 3% of 3rd harmonic of initial phase 0, 3% of 5th harmonic of initial phase 0, and 3% of 7th harmonic of initial phase 0 Consider the case where 1kW discharge is performed with a DC voltage of 100V as the target of the system voltage. The period for sampling voltage and the like and performing PWM control is 20 kHz. In this case, the total current distortion factor is 24.8%, the power factor is 0.955, and the output current is considerably distorted.

図22は、特に歪みの多い系統電圧の高調波を考慮してインバータ出力電圧目標値Vinv*を定めて制御する場合の系統電圧の波形図(上)及び出力電流の波形図(下)である。
条件としては、同様に、交流電圧202V(周波数50Hz)に、初期位相0の3次高調波3%、初期位相0の5次高調波3%、初期位相0の7次高調波3%をそれぞれ含ませたものを系統電圧の対象とし、直流側電圧を100Vとして1kW放電を行う場合を考える。
FIG. 22 is a waveform diagram (top) of the system voltage and a waveform diagram (bottom) of the output current in the case of determining and controlling the inverter output voltage target value Vinv * in consideration of harmonics of the particularly strained system voltage. .
As conditions, similarly, AC voltage 202 V (frequency 50 Hz), 3rd harmonic of 3rd phase of initial phase 0, 3rd harmonic of 5th harmonic of initial phase 0, 3rd harmonic of 7th harmonic of initial phase 0 Consider the case where 1kW discharge is performed by setting the included voltage as the target of the system voltage and setting the DC side voltage to 100V.

図22の場合、インバータ出力電圧目標値算出で考慮する高調波は制御部12の演算負荷の観点からa=0、つまり初期位相0とし、高調波の次数としては3次、5次、7次とした。インバータ出力電圧目標値を式で書くと、
Vinv*=√2Va_rms×sin(ωt)+V×sin(3ωt)+V×sin(5ωt)+V×sin(7ωt) ・・・(14)
である。このとき、総合電流歪率は2.6%、力率は0.998となり、出力電流は正弦波状の形状である。このように、インバータ出力電圧目標値に高調波を考慮したことにより出力電流歪みを低減して力率を向上させたことがわかる。
For Figure 22, a n = 0 in view of the operation load of the harmonic considered in the inverter output voltage target value calculation control section 12, i.e. the initial phase 0, cubic as order harmonics, fifth, seventh It is as follows. If the inverter output voltage target value is written by the formula,
Vinv * = √2V a_rms × sin (ωt) + V 3 × sin (3ωt) + V 5 × sin (5ωt) + V 7 × sin (7ωt) (14)
It is. At this time, the total current distortion factor is 2.6%, the power factor is 0.998, and the output current has a sinusoidal shape. Thus, it is understood that the power factor is improved by reducing the output current distortion by considering the harmonics in the inverter output voltage target value.

<補記>
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
<Supplementary Note>
It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown by the claim, and it is intended that the meaning of a claim and equality and all the changes within the range are included.

1 インバータ装置
1R 電力変換装置
2 太陽光発電パネル
2B 蓄電池
3 商用電力系統
10 昇圧回路(DC/DCコンバータ)
10d 降圧回路(DC/DCコンバータ)
11 インバータ回路(フルブリッジ回路)
11u AC/DCコンバータ(フルブリッジ回路)
12 制御部
15 直流リアクトル
16 ダイオード
17 第1電圧センサ
18 第1電流センサ
19 コンデンサ(中間コンデンサ))
21 フィルタ回路
22 交流リアクトル
23 コンデンサ(交流側コンデンサ)
24 第2電流センサ
25 第2電圧センサ
26 コンデンサ
27 第3電圧センサ
30 制御処理部
32 昇圧回路制御部
33 インバータ回路制御部
34 平均化処理部
41 第1演算部
42 第1加算器
43 補償器
44 第2加算器
51 第2演算部
52 第3加算器
53 補償器
54 第4加算器
P 回路接続点
Q1〜Q4,Qb スイッチング素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 inverter apparatus 1R power converter 2 photovoltaic generation panel 2B storage battery 3 commercial power grid 10 step-up circuit (DC / DC converter)
10d Step-down circuit (DC / DC converter)
11 Inverter circuit (full bridge circuit)
11u AC / DC converter (full bridge circuit)
12 control part 15 direct current reactor 16 diode 17 first voltage sensor 18 first current sensor 19 capacitor (intermediate capacitor))
21 filter circuit 22 AC reactor 23 capacitor (AC side capacitor)
24 second current sensor 25 second voltage sensor 26 capacitor 27 third voltage sensor 30 control processing unit 32 step-up circuit control unit 33 inverter circuit control unit 34 averaging processing unit 41 first calculation unit 42 first adder 43 compensator 44 Second adder 51 Second arithmetic unit 52 Third adder 53 Compensator 54 Fourth adder P Circuit connection point Q1 to Q4, Qb Switching element

Claims (7)

商用電力系統と、その交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源との間に設けられ、直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置であって、
前記直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、
前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、
前記DCバスと前記商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、
前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、
交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる制御部と、を備え、前記制御部は、
前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定するとともに、
前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いる、電力変換装置。
A power conversion device provided between a commercial power system and a DC power supply having a voltage lower than a peak value of an absolute value of the AC voltage, which converts DC power into AC power or vice versa.
A DC / DC converter connected between the DC power supply and the DC bus;
An intermediate capacitor connected between the two wires of the DC bus;
A full bridge circuit provided between the DC bus and the commercial power system;
A filter circuit provided between the commercial power system and the full bridge circuit and including an AC reactor and an AC side capacitor;
A control unit for causing one of the DC / DC converter and the full bridge circuit to perform a switching operation and causing the other to perform a rest period according to an alternating current phase in an alternating current half cycle; Is
The voltage of the AC power, the current flowing through the AC reactor, the voltage change due to the impedance of the AC reactor, the reactive current flowing through each of the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and the voltage of the DC power, The current target value of the DC converter is set to be synchronized with the current of the AC power, and
A power conversion device using, as a voltage of the AC power, a voltage obtained by supplementing a phase in consideration of a delay of a detection or control system to a fundamental wave extracted based on an AC voltage detection value of the commercial power system.
前記制御部は、
負荷への出力電流目標値をIa*、前記交流側コンデンサの静電容量をCa、前記交流の系統電圧をVa、前記直流電源側の電圧をVDC、ラプラス演算子をsとするとき、前記フィルタ回路と前記フルブリッジ回路との回路接続点での前記フルブリッジ回路の交流出力電流目標値Iinv*を、
Iinv*= Ia*+s CaVa
に設定し、さらに、前記交流リアクトルのインピーダンスをZaとするとき、前記回路接続点での前記フルブリッジ回路の交流出力電圧目標値Vinv*を、
Vinv*= Va+ZaIinv*
に設定し、前記電圧VDC、及び、前記フルブリッジ回路の交流出力電圧目標値Vinv*の絶対値のいずれか大きい方を、前記DC/DCコンバータの出力電圧目標値Vo*に設定し、前記中間コンデンサの静電容量をCとするとき、前記DC/DCコンバータの電流目標値Iin*は、
Iin*={(Iinv* × Vinv*)+(s C Vo*)×Vo*}/VDC
に設定し、
前記交流の系統電圧Vaは、前記実効値をVa_rms、前記スイッチング動作の指令をするタイミングの位相をωtとして、
Va=√2 Va_rms×sin(ωt)
とする請求項1に記載の電力変換装置。
The control unit
Assuming that the output current target value to the load is Ia *, the capacitance of the AC capacitor is Ca, the AC system voltage is Va, the DC power supply voltage is V DC , and the Laplace operator is s AC output current target value Iinv * of the full bridge circuit at the circuit connection point between the filter circuit and the full bridge circuit,
Iinv * = Ia * + s CaVa
Further, when the impedance of the AC reactor is Za, the AC output voltage target value Vinv * of the full bridge circuit at the circuit connection point is
Vinv * = Va + ZaIinv *
Setting the voltage V DC and the absolute value of the AC output voltage target value Vinv * of the full bridge circuit, whichever is larger, to the output voltage target value Vo * of the DC / DC converter; Assuming that the capacitance of the intermediate capacitor is C, the current target value Iin * of the DC / DC converter is
Iin * = {(Iinv * × Vinv *) + (s C Vo *) × Vo *} / V DC
Set to
The ac grid voltage Va has the effective value as Va_rms , and the phase of the timing for instructing the switching operation as ωt.
Va = √2 V a_rms x sin (ωt)
The power conversion device according to claim 1.
現時点で記憶している直前の位相と、位相を進めるための単位位相とに基づいて、前記スイッチング動作の指令をするタイミングの位相を得る請求項1に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the phase of the timing at which the switching operation is instructed is obtained based on the immediately previous phase stored at this point and a unit phase for advancing the phase. 現時点で記憶している直前の位相に、位相を進めるための単位位相に所定値を乗じた位相を加算して、前記タイミングの位相とする請求項3に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 3, wherein a phase obtained by multiplying a unit phase for advancing the phase by a predetermined value is added to the phase stored immediately at the present time to obtain the phase of the timing. 直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、前記DCバスと商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、を備え、前記商用電力系統の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源の直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置において、その制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、
前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定して、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせ、その際、
前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に、検出や制御系の遅れを考慮して位相を補足した電圧を用いる、電力変換装置の制御方法。
A DC / DC converter connected between a DC power supply and a DC bus, an intermediate capacitor connected between two lines of the DC bus, and a full bridge circuit provided between the DC bus and a commercial power system And a filter circuit provided between the commercial power system and the full bridge circuit and including an AC reactor and an AC-side capacitor, wherein the DC power supply has a voltage lower than the peak value of the absolute value of the commercial power system. What is claimed is: 1. A method of controlling a power conversion device, the control unit executing, in a power conversion device that converts direct current power into alternating current power or vice versa.
The voltage of the AC power, the current flowing through the AC reactor, the voltage change due to the impedance of the AC reactor, the reactive current flowing through each of the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and the voltage of the DC power, The current target value of the DC converter is set to be synchronized with the current of the AC power, and switching operation is performed to one of the DC / DC converter and the full bridge circuit according to the phase of the AC within an AC half cycle. Create a period of rest, with the other
A control method of a power conversion device, using, as a voltage of the AC power, a voltage obtained by supplementing a phase in consideration of a delay of a detection or control system to a fundamental wave extracted based on an AC voltage detection value of the commercial power system.
商用電力系統と、その交流電圧の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源との間に設けられ、直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置であって、
前記直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、
前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、
前記DCバスと前記商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、
前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、
交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせる制御部と、を備え、前記制御部は、
前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定するとともに、
前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に高調波を考慮した電圧を用いる、電力変換装置。
A power conversion device provided between a commercial power system and a DC power supply having a voltage lower than a peak value of an absolute value of the AC voltage, which converts DC power into AC power or vice versa.
A DC / DC converter connected between the DC power supply and the DC bus;
An intermediate capacitor connected between the two wires of the DC bus;
A full bridge circuit provided between the DC bus and the commercial power system;
A filter circuit provided between the commercial power system and the full bridge circuit and including an AC reactor and an AC side capacitor;
A control unit for causing one of the DC / DC converter and the full bridge circuit to perform a switching operation and causing the other to perform a rest period according to an alternating current phase in an alternating current half cycle; Is
The voltage of the AC power, the current flowing through the AC reactor, the voltage change due to the impedance of the AC reactor, the reactive current flowing through each of the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and the voltage of the DC power, The current target value of the DC converter is set to be synchronized with the current of the AC power, and
The power converter which uses the voltage which considered the harmonic to the fundamental wave extracted based on the alternating current voltage detection value of the said commercial power grid as a voltage of the said alternating current power.
直流電源とDCバスとの間に接続されたDC/DCコンバータと、前記DCバスの2線間に接続された中間コンデンサと、前記DCバスと商用電力系統との間に設けられたフルブリッジ回路と、前記商用電力系統と前記フルブリッジ回路との間に設けられ、交流リアクトル及び交流側コンデンサを含むフィルタ回路と、を備え、前記商用電力系統の絶対値のピーク値より低い電圧の直流電源の直流電力から交流電力への変換又はその逆の変換を行う電力変換装置において、その制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、
前記交流電力の電圧、前記交流リアクトルを流れる電流及び前記交流リアクトルのインピーダンスによる電圧変化、前記中間コンデンサ及び前記交流側コンデンサをそれぞれ流れる無効電流、並びに、前記直流電力の電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータの電流目標値を、前記交流電力の電流と同期するように設定して、交流半サイクル内で、交流の位相に応じて、前記DC/DCコンバータ及び前記フルブリッジ回路の一方にスイッチング動作を行わせ、他方は休止させる期間を生じさせ、その際、
前記交流電力の電圧として、前記商用電力系統の交流電圧検出値に基づいて抽出した基本波に高調波を考慮した電圧を用いる、電力変換装置の制御方法。
A DC / DC converter connected between a DC power supply and a DC bus, an intermediate capacitor connected between two lines of the DC bus, and a full bridge circuit provided between the DC bus and a commercial power system And a filter circuit provided between the commercial power system and the full bridge circuit and including an AC reactor and an AC-side capacitor, wherein the DC power supply has a voltage lower than the peak value of the absolute value of the commercial power system. What is claimed is: 1. A method of controlling a power conversion device, the control unit executing, in a power conversion device that converts direct current power into alternating current power or vice versa.
The voltage of the AC power, the current flowing through the AC reactor, the voltage change due to the impedance of the AC reactor, the reactive current flowing through each of the intermediate capacitor and the AC side capacitor, and the voltage of the DC power, The current target value of the DC converter is set to be synchronized with the current of the AC power, and switching operation is performed to one of the DC / DC converter and the full bridge circuit according to the phase of the AC within an AC half cycle. Create a period of rest, with the other
The control method of the power converter device using the voltage which considered the harmonic to the fundamental wave extracted based on the alternating voltage detection value of the said commercial power grid as a voltage of the said alternating current power.
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