JP2024037292A - インバータ - Google Patents

Abstract

【課題】系統電圧の周波数を特定する技術を提供する。【解決手段】インバータは、電力系統の系統電圧の電圧値を経時的に取得する取得部と、前記系統電圧の実効値と、取得済みの電圧値と、用いて、電圧値が取得されたタイミングにおける前記系統電圧の位相を推定する推定部と、前記系統電圧のゼロクロス後の第１タイミングにおける前記系統電圧の推定済みの第１位相と、前記第１タイミング後に、前記第１タイミングと同様の向きのゼロクロス後の第２タイミングにおける前記系統電圧の推定済みの第２位相と、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの差と、を用いて、前記系統電圧の周波数を算出する算出部と、を備えていてもよい。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、インバータに関する。

特許文献１には、系統連系インバータ装置が開示されている。インバータ装置は、系統電圧がゼロボルトを示すゼロクロスタイミングを検出する検出部を備える。

特開２０１４－２３９６２６号公報

電気自動車に用いられるインバータを再利用して系統連系用のインバータとして用いる場合、系統電圧のゼロクロスタイミングを正確に検出することができない場合がある。この場合、系統電圧の周波数を高精度に特定することは難しい。この場合、電力系統に異常が発生した場合、インバータからの電力を単独で用いる場合等に、適切な交流電力を出力することができない場合がある。本明細書では、系統電圧の周波数を特定する技術を提供する。

本明細書で開示される技術は、インバータに関する。インバータは、電力系統の系統電圧の電圧値を経時的に取得する取得部と、前記系統電圧の実効値と、取得済みの電圧値と、用いて、電圧値が取得されたタイミングにおける前記系統電圧の位相を推定する推定部と、前記系統電圧のゼロクロス後の第１タイミングにおける前記系統電圧の推定済みの第１位相と、前記第１タイミング後に、前記第１タイミングと同様の向きのゼロクロス後の第２タイミングにおける前記系統電圧の推定済みの第２位相と、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの差と、を用いて、前記系統電圧の周波数を算出する算出部と、を備えていてもよい。

上記の構成によると、ゼロクロスタイミングを正確に特定せずとも、系統電圧の周波数を特定することができる。

インバータの概要図を示す。 制御装置が実行する周波数算出処理のフローチャートを示す。

図１に示すように、インバータ１０は、発電機器２によって発電される直流電力を、交流電力に変換して、電力系統の系統電源に出力する。インバータ１０は、ハイブリッド車等の電気自動車に搭載されていたものであり、系統連系用に再利用されるものである。このため、インバータ１０には、電圧値を所定周期（例えば１００マイクロ秒）で検出可能である一方、系統電圧がゼロボルトを示すゼロクロスタイミングを検出する機能を有していない。

インバータ１０は、複数のスイッチング回路１７と、コントローラ１６と、を備える。複数のスイッチング回路１７のそれぞれは、スイッチング素子１３とダイオード１４とで構成される。ダイオード１４とスイッチング素子１３とは並列に接続されている。複数のスイッチング回路１７のうち、２個のスイッチング回路１７が直列に接続され、直列に接続される２個のスイッチング回路１７の複数の組が、互いに並列に接続されている。スイッチング素子１３は、コントローラ１６によって駆動される。コントローラ１６がスイッチング素子１３を適宜にオンオフすることによって、発電機器２によって発電される直流電力を、交流電力に変換する。なお、インバータ１０の回路構成はこれに限らず、ハイブリッド車のような電気自動車に用いられるインバータの回路構成を有していればよい。

コントローラ１６は、コンピュータプログラムを記憶するメモリと、コンピュータプログラムに従って処理を実行するＣＰＵと、スイッチング素子１３のゲート駆動用の駆動信号に変換するゲート駆動回路と、を備える。駆動信号は、スイッチング素子１３を適宜の周期でオンオフさせるＰＷＭ信号（Pulse Width Modulation信号）である。

（周波数算出処理）
コントローラ１６は、系統電圧の周波数を算出する周波数算出処理を実行する。周波数算出処理は、コントローラ１６への系統電源に交流電力の出力を開始する際に、実行される。周波数算出処理では、Ｓ２において、コントローラ１６は、電力系統の電圧値を取得する。インバータ１０は、電気自動車用に設計されており、コントローラ１６の処理負荷及び耐熱性の観点から、電圧値の取得頻度には限度がある。例えば、系統電圧を例えば１００マイクロ秒未満の頻度で取得することができない。このため、コントローラ１６は、決められた限度の取得頻度よりも低い頻度（例えば１００マイクロ秒毎）で、系統電圧の電圧を取得する。コントローラ１６は、電圧値が取得されたタイミングを、電圧値と組み合わせて記憶しておく。例えば、最初に電圧値が取得されたタイミングを「０」とし、続いて電圧値が取得される毎に、直前に電圧値が取得されたタイミングに１００マイクロ秒を加算して、電圧値の取得タイミングを特定してもよい。

Ｓ４では、コントローラ１６は、Ｓ２で取得済みの複数の電圧値から、最初に電圧値がゼロを示すゼロクロス後に取得される電圧値を特定する。具体的には、コントローラ１６は、複数の電圧値のうち、最初に正負が逆転したタイミングでの電圧値を特定する。次いで、Ｓ６では、コントローラ１６は、Ｓ２で取得済みの複数の複数の電圧値を用いて、系統電圧の実効値を算出する。次に、Ｓ８では、コントローラ１６は、Ｓ４で特定済みの最初のゼロクロス後の電圧値の位相を推定する。具体的には、位相＝ａｒｃｓｉｎ（Ｓ４で特定済みの電圧値／（Ｓ６で算出済みの実効値×√２））を掲載することによって位相を算出する。

次いで、Ｓ１０では、コントローラ１６は、Ｓ２で取得済みの複数の電圧値から、２回目のゼロクロス後に取得される電圧値を特定する。ここで、２回目のゼロクロス後の電圧値は、複数の電圧値のうち、最初のゼロクロスタイミングと同様（例えば最初が「負」から「正」であれば、２回目も「負」から「正」）に正負が逆転した場合のゼロクロスタイミングの直後の電圧値である。Ｓ１２では、コントローラ１６は、Ｓ８と同様に、位相＝ａｒｃｓｉｎ（Ｓ１０で特定済みの電圧値／（Ｓ６で算出済みの実効値×√２））を計算することによって位相を算出する。

Ｓ１４では、コントローラ１６は、系統電圧の周波数を算出して、周波数算出処理を終了する。具体的には、コントローラ１６は、周波数（単位はＨｚ）＝（３６０度＋Ｓ１２で推定済みの位相－Ｓ８で推定済みの位相）／３６０度／（Ｓ１０で特定済みの電圧値の取得タイミングとＳ４で特定済みの電圧値の取得タイミングとの差）を計算することによって、周波数を算出する。

コントローラ１６は、系統電圧の周波数が特定されると、インバータ１０から出力すべき電流及び電圧の指令値を算出し、それにより、スイッチング素子１３の駆動信号を生成して、スイッチング素子１３に出力する。

インバータ１０によると、ゼロクロスタイミングを正確に特定せずとも、系統電圧の周波数を高精度に特定することができる。

なお、Ｓ４で特定済みの電圧値の取得タイミングが「第１タイミング」の一例であり、Ｓ１０で特定済みの電圧値の取得タイミングが「第２タイミング」の一例である。Ｓ８で推定済みの位相が「第１位相」の一例であり、Ｓ１２で推定済みの位相が「第２位相」の一例である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：発電機器、１０ ：インバータ、１６ ：コントローラ

Claims (1)

1. 電力系統の系統電圧の電圧値を経時的に取得する取得部と、
   前記系統電圧の実効値と、取得済みの電圧値と、用いて、電圧値が取得されたタイミングにおける前記系統電圧の位相を推定する推定部と、
   前記系統電圧のゼロクロス後の第１タイミングにおける前記系統電圧の推定済みの第１位相と、前記第１タイミング後に、前記第１タイミングと同様の向きのゼロクロス後の第２タイミングにおける前記系統電圧の推定済みの第２位相と、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの差と、を用いて、前記系統電圧の周波数を算出する算出部と、を備える、インバータ。

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