JP2020025398A - Power unit - Google Patents
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本発明は、電源装置に関し、特に直流―交流変換する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device, and more particularly, to a power supply device that performs DC-AC conversion.
直流―交流変換装置は、例えばパワーコンディショナーに使用されることがある。パワーコンディショナーの一例が特許文献1に開示されている。特許文献1の技術では、太陽電池等の直流電源からの直流をDC−DCコンバータによって昇圧または降圧し、インバータによって交流に変換した後、外部の商用電源系統に出力している。DC−DCコンバータからインバータに供給される電圧のリップル成分を抑制するために、DC/DCコンバータの出力側にアクティブフィルターが設けられ、DC/DCコンバータの出力電圧が安定するように交流電流がアクティブフィルターから供給されている。DC/DCコンバータの出力電圧を検出し、これが基準電圧になるように、アクティブフィルターにフィードバック制御が行われている。 A DC-AC converter may be used for a power conditioner, for example. An example of a power conditioner is disclosed in Patent Document 1. In the technique of Patent Literature 1, DC from a DC power supply such as a solar cell is boosted or stepped down by a DC-DC converter, converted into AC by an inverter, and then output to an external commercial power supply system. In order to suppress the ripple component of the voltage supplied from the DC-DC converter to the inverter, an active filter is provided on the output side of the DC / DC converter, and the AC current is activated so that the output voltage of the DC / DC converter is stabilized. Supplied from filter. The output voltage of the DC / DC converter is detected, and feedback control is performed on the active filter so that the output voltage becomes the reference voltage.
上記のようなパワーコンディショナーでは、パワーコンディショナー内の中間電圧のリップル成分を抑制することはできる。しかし、パワーコンディショナーの出力を商用電源系統に供給するために伝送ラインを使用するが、この伝送ラインはインピーダンスを有し、そのインピーダンスは、伝送ラインの長さによって異なる。伝送ラインの長さが長く、インピーダンスが大きい場合、商用電源系統に供給される電圧に、インバータが発生するスイッチングノイズが発生することがある。このスイッチングノイズは、インバータの中間電圧をフィードバック制御されているアクティブフィルターによっては抑制することはできない。 In the power conditioner as described above, the ripple component of the intermediate voltage in the power conditioner can be suppressed. However, a transmission line is used to supply the output of the power conditioner to the commercial power system, and the transmission line has an impedance, and the impedance varies depending on the length of the transmission line. When the length of the transmission line is long and the impedance is large, switching noise generated by the inverter may occur in the voltage supplied to the commercial power supply system. This switching noise cannot be suppressed by an active filter whose intermediate voltage of the inverter is feedback-controlled.
本発明は、伝送ラインのインピーダンスによって外部の電源系統に供給される電圧に生じるノイズを抑制することができる電源装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a power supply device capable of suppressing noise generated in a voltage supplied to an external power supply system due to the impedance of a transmission line.
本発明の一態様の電源装置は、直流電源を有している。直流電源としては、例えば太陽電池のような直流発生手段や、交流―直流変換手段を使用することができる。前記直流電源からの直流を交流にスイッチング手段、例えばインバータがスイッチング変換して、伝送ラインを介して電源系統に供給する。前記スイッチング手段からの出力電流を検出して、その出力電流が予め定めた基準電流となるように制御信号を前記スイッチング手段に制御手段が供給する。前記制御手段では、さらに、前記スイッチング手段の出力電圧の検出手段が設けられている。この検出手段で検出された電圧の実効値を実効値算出手段が算出する。前記電源系統の電圧に対応する基準正弦波を基準正弦波発生手段が発生する。前記算出手段による実効値と前記基準正弦波との乗算値で、前記制御信号を補正手段が補正する。 The power supply device according to one embodiment of the present invention includes a DC power supply. As the DC power supply, for example, a DC generation unit such as a solar cell or an AC-DC conversion unit can be used. Switching means, for example, an inverter performs switching conversion of the direct current from the direct current power supply into an alternating current, and supplies the converted power to a power supply system via a transmission line. The control means detects an output current from the switching means and supplies a control signal to the switching means such that the output current becomes a predetermined reference current. The control means further includes means for detecting the output voltage of the switching means. The effective value calculating means calculates the effective value of the voltage detected by the detecting means. The reference sine wave generating means generates a reference sine wave corresponding to the voltage of the power supply system. The correction means corrects the control signal with a multiplied value of the effective value by the calculation means and the reference sine wave.
このように構成された電源装置では、出力電流に応じて、出力電流が基準電流に一致するように制御手段がフィードバック制御するように制御信号をスイッチング手段に供給していても、伝送ラインの長さによって、電源系統に供給される電圧にノイズが発生する。例えば伝送ラインの長さが長い場合には、スイッチング手段のスイッチング周波数に対応した周波数のノイズが電源系統に供給される。このノイズの影響を除去するために、電源系統の電圧の正弦波に対応した基準正弦波に基づいてスイッチング手段をフィードフォワード制御するように、制御信号を補正手段が補正している。但し、基準正弦波の値の大きさを、出力電圧の値の大きさに一致させるために、スイッチング手段の出力電圧を電圧検出手段で検出し、これに基づいてスイッチング手段の出力電圧の実効値を実効値算出手段が算出し、この実効値を基準正弦波に乗算して、この乗算値によってスイッチング手段に対する制御信号を補正し、基準正弦波に実効値を乗算した値に、スイッチング手段の出力電圧が対応したものとなってノイズが除去された出力電圧を得ている。 In the power supply device configured as described above, even if the control signal is supplied to the switching means so that the output current matches the reference current, the control means performs feedback control so that the output current matches the reference current. As a result, noise occurs in the voltage supplied to the power supply system. For example, when the length of the transmission line is long, noise having a frequency corresponding to the switching frequency of the switching means is supplied to the power supply system. In order to remove the influence of the noise, the correction signal is corrected by the correction means so that the switching means is feedforward controlled based on a reference sine wave corresponding to the sine wave of the voltage of the power supply system. However, in order to match the magnitude of the value of the reference sine wave to the magnitude of the value of the output voltage, the output voltage of the switching means is detected by the voltage detection means, and based on this, the effective value of the output voltage of the switching means is determined. Is calculated by the effective value calculating means, the effective value is multiplied by the reference sine wave, the control signal for the switching means is corrected by the multiplied value, and the value obtained by multiplying the reference sine wave by the effective value is output by the switching means. The voltage corresponds to the output voltage from which noise has been removed.
前記基準正弦波の発生手段は、前記電源系統の電圧に同期した周波数で前記基準正弦波を発生するものとすることができる。このように構成すると、電源系統の電圧の周波数がたとえ変化しても、その変化に追従した基準正弦波を得ることができるので、電源系統の周波数に対応したスイッチング手段の出力電圧を得ることができる。 The reference sine wave generating means may generate the reference sine wave at a frequency synchronized with a voltage of the power supply system. With this configuration, even if the frequency of the voltage of the power supply system changes, a reference sine wave that follows the change can be obtained, so that the output voltage of the switching means corresponding to the frequency of the power supply system can be obtained. it can.
以上のように、本発明によれば、伝送ラインの長さの影響によって出力電圧に発生するノイズを減衰させることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to attenuate the noise generated in the output voltage due to the influence of the length of the transmission line.
本発明の1実施形態の電源装置2は、直流電源、例えば太陽電池4からの直流を、交流に変換して、交流電源系統6に必要に応じて供給するパワーコンディショナーである。太陽電池4からの直流は、入力端子8を介して昇圧手段、例えばDC−DC変換器10に供給されて、ここで昇圧されて、スイッチング手段、例えばDC−AC変換器12に供給される。DC−AC変換器12としては、例えばインバータを使用することができる。DC−AC変換器12は、供給された昇圧直流を図示していない複数のスイッチング手段、例えばIGBTやMOSFETをスイッチングして、昇圧交流を交流電源系統6と周波数が一致した交流に変換して、開閉スイッチ14、出力端子16及び伝送ライン18を介して交流電源系統6に供給する。開閉スイッチ14は、交流電源系統6に電源装置2から交流を供給するときに、閉じられる。
The
DC−AC変換器12から予め定めた電流値で交流が出力されるように、制御手段、例えば制御部20がDC−AC変換器12を制御している。そのため、DC−AC変換器12の出力側には、変流器22が設けられ、DC−AC変換器12の出力電流を分流し、その分流された出力電流の値が電流検出手段、例えば電流検出器24によって検出され、制御部20に供給されている。
The control unit, for example, the control unit 20 controls the DC-AC converter 12 so that the DC-AC converter 12 outputs an alternating current with a predetermined current value. Therefore, a current transformer 22 is provided on the output side of the DC-AC converter 12, shunts the output current of the DC-AC converter 12, and outputs the shunted output current value to a current detection unit, for example, a current detection unit. Detected by the
制御部20では、電流検出器24からの出力と予め定めた基準電流との差が偏差検出器26によって算出され、制御手段、例えばフィードバック制御手段、具体的にはPI制御部28に供給される。PI制御部28は、偏差検出器25からの偏差に基づいて比例動作及び積分動作を行って、操作信号を生成し、これを制御信号生成手段、例えばPWM信号発生部30に供給する。PWM信号発生部30は、操作信号に基づいて、DC−AC変換器12に供給するPWM(パルスワイドモジュレーション)信号を生成する。このPWM信号に基づいてDC−AC変換器12内のスイッチング手段がスイッチングして、供給された直流を、基準電流に等しい値の交流に変換する。
In the control unit 20, a difference between the output from the
出力端子16と交流電源系統6との間の伝送ライン18の長さによって、そのインピーダンスが変化し、伝送ライン18の長さが長く、インピーダンスが大きい場合には、その影響によって交流電源系統6に供給される交流電圧に、図2(a)に示すようにノイズ、例えばスイッチングノイズが大きく発生することがある。スイッチングノイズは、DC/AC変換器12においてスイッチングを行うことによって発生するものであるが、伝送ライン18のインピーダンスが大きい場合には、その大きさが大きくなり、無視することができない。
The impedance changes depending on the length of the
この点を改善するために、制御部20では、フィードフォワード制御部31が追加されている。フィードフォワード制御のため、基準正弦波発生手段、例えば正弦波発生器32が設けられている。正弦波発生器32は、図2(b)に示すように、交流電源系統6の交流の電圧波形と同じ波形の正弦波を発生するもので、一点鎖線で示すように交流電源系統6の交流の電圧波形と同期したものである。これによって、基準正弦波は、交流電源系統の交流電圧波形が変動しても、その変動に追従したものとなる。この基準正弦波波形に基づいてスイッチングノイズを抑圧するようにPI制御部28からの操作信号をフィードフォワード制御部31で補正して、PWM信号発生部30に供給する。
In order to improve this point, the control unit 20 has a
但し、正弦波発生器32の正弦波は、DC/AC変換器12の交流電圧の大きさを表していない。そこで、DC/AC変換器12の交流電圧を電圧検出手段、例えば電圧検出器34によって検出する。この検出値を基にDC/AC変換器12の交流電圧の実効値をフィードフォワード制御部31の実効値算出手段、例えば実効値算出部36によって算出する。この算出された実効値をフィードフォワード制御部31の乗算手段、例えば乗算部38において、基準正弦波と乗算し、図2(c)に示すように規準正弦波と同じ値の正弦波を表す乗算値を作成し、これをフィードフォワード制御部31の補正手段、例えば加算部40において、操作信号に加算して、その加算値をPWM信号発生部30に供給する。これによって、操作信号の補正が行われる。即ち、フィードフォワード制御が行われ、伝送ライン18の長さが長い場合でも、交流電源系統6に供給される交流電圧のノイズの影響を抑制することができる。また、伝送ライン18の長さが電源装置2の設置場所によって異なって、ノイズの大きさが設置場所ごとに異なる場合でも、ノイズの影響を抑制することができる。
However, the sine wave of the
上記の説明は、アナログ的に行ったが、実際には、ノイズの周波数の2倍以上のサンプリング周波数で、DC/AC変換器12の電流、電圧をサンプリングして、デジタル化した信号を用いてデジタル的にサンプリング周期ごとに制御を行っている。この場合、正弦波発生器12が発生する基準正弦波も同じサンプリング周波数のデジタル信号である。 Although the above description has been made in an analog manner, in practice, the current and voltage of the DC / AC converter 12 are sampled at a sampling frequency twice or more the frequency of the noise, and a digitalized signal is used. Control is performed digitally at each sampling cycle. In this case, the reference sine wave generated by the sine wave generator 12 is also a digital signal having the same sampling frequency.
上記の実施形態では、直流電源として、太陽電池4を使用したが、これに限ったものではなく、例えば燃料電池発電装置を使用することもできるし、パワーコンディショナーとして使用しない場合には、例えば交流―直流変換装置を直流電源として使用することもできる。また、上記の実施形態では、DC/DC変換器10を使用したが、直流電源から供給される電圧の値が、DC/AC変換器12が必要とする電圧に対応するものであれば、DC/DC変換器10は不要である。上記の実施形態では、PI制御部28を使用したが、これに限ったものではなく、フィードバック制御を行う制御部であれば、他の制御部、例えばPID制御部やPD制御部を使用することもできる。上記の実施形態では、正弦波発生器32の基準正弦波は、交流電源系統6の電圧に同期したものを使用したが、交流電源系統6の電圧が安定していて、変化が少ない場合には、交流電源系統6の電圧に同期させる必要は無い。
In the above embodiment, the solar cell 4 was used as the DC power supply. However, the present invention is not limited to this. For example, a fuel cell power generator can be used. -The DC converter can be used as a DC power supply. In the above embodiment, the DC /
2 電源装置
4 太陽電池(直流電源)
6 交流電源系統
12 DC/AC変換器
18 伝送ライン
20 制御部(制御手段)
22 電流検出器
28 PI制御部
32 正弦波発生器(基準正弦波発生手段)
34 電圧検出器(電圧検出手段)
36 実効値算出部(実効値算出手段)
38 乗算部
2 Power supply 4 Solar cell (DC power supply)
6 AC power system 12 DC /
Reference Signs List 22
34 voltage detector (voltage detection means)
36 Effective value calculation unit (effective value calculation means)
38 Multiplication unit
Claims (2)
前記直流電源からの直流を交流にスイッチング変換して、伝送ラインを介して電源系統に供給するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段からの出力電流を検出して、その出力電流が予め定めた基準電流となるように制御信号を前記スイッチング手段に供給する制御手段とを、
有し、前記制御手段は、さらに、
前記スイッチング手段の出力電圧の検出手段と、この検出手段で検出された電圧の実効値を算出する算出手段と、
前記電源系統の電圧に対応する基準正弦波の発生手段と、
前記算出手段による実効値と前記基準正弦波との乗算値で前記制御信号を補正する補正手段とを、
有する電源装置。 DC power supply,
Switching means for switching and converting DC from the DC power supply to AC, and supplying the DC power to a power supply system via a transmission line,
Control means for detecting an output current from the switching means, and supplying a control signal to the switching means such that the output current becomes a predetermined reference current,
And the control means further comprises:
Output voltage detection means for the switching means, and calculation means for calculating the effective value of the voltage detected by the detection means,
Means for generating a reference sine wave corresponding to the voltage of the power supply system;
Correction means for correcting the control signal with a multiplied value of the effective value and the reference sine wave by the calculation means,
Power supply having.
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JP2012070590A (en) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Meidensha Corp | Synchronous controller of ac-dc converter |
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- 2018-08-07 JP JP2018148490A patent/JP2020025398A/en active Pending
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