JP3367737B2 - 系統連系インバータの制御装置 - Google Patents
系統連系インバータの制御装置Info
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Description
変換して負荷に供給すると共に、交流電力系統に連系し
て運転する系統連系インバータの制御装置に関する。
御装置の代表例を図5に示し、以下に説明する。太陽電
池あるいは燃料電池等からなる直流電源1の直流電力は
インバータブリッジ2により交流電力に変換され、この
交流電力はリアクトル3とコンデンサ4からなるフィル
タによりPWM(パルス幅変調)制御による高周波分が
除去されて負荷9に供給される。
上変圧器6を介して供給される一般家庭用の交流電力が
負荷9に供給されており、インバータブリッジ(以下イ
ンバータと称する)2の交流電力は交流電力系統8に連
系して運転する。負荷9に供給される交流電圧は、電圧
検出器10によって検出され、バンドパスフィルタ16
を介して電流基準回路12に電流位相基準Vs として入
力される。電流基準発生器12は、増幅器11から出力
される制御信号Vc と内部に持つ正弦波基準を乗算して
電流位相基準Vs と位相が一致するように電流基準I*
を出力する。この電流基準I* と電流検出器5で検出し
たインバータ2の出力電流Iが、増幅器13に入力され
PWM制御部14、駆動部15を介して電流基準I* と
の電流偏差が零になるようにインバータ2をPWM制御
する。
いて、柱上変圧器6を含む負荷9側の保守点検を行う場
合、しゃ断器7を開放して交流電力系統8から切り離し
て行われる。この場合、電圧リレー17と周波数リレー
18により負荷側の状態を監視し、交流電力系統8から
切り離されたとき異常検出回路19によりこれを検出
し、駆動部15の動作を中止させてインバータ2を停止
させるようにしている。
通常の特性、すなわち周波数の増加と共に位相が遅れ、
周波数の減少と共に位相が進む特性であると、しゃ断器
7を開放して交流電力系統8から切り離したとき、イン
バータ2から供給する電力と、負荷9の電力がバランス
していると異常検出回路19では異常検出が行われず、
インバータ2が運転を継続する場合がある。この状態を
アイランディング(islanding)または逆充電
またはインバータの単独運転と呼び保守点検を行うとき
危険な状態となる。
に本出願人が以下に述べる周波数シフト方式を提案した
(特願平5−96199号明細書)。図6〜図8は、該
先願のを説明するための図であり、図6は先願の構成を
示すブロックであり、図5の構成とは異なる点は、バン
ドパスフィルタ16を位相補正器16aに代えると共
に、位相調整器20を新た追加した点である。
力周波数が定格周波数においては入出力の位相差は零、
入力周波数が定格周波数から増加するにしたがって出力
の位相を進め、定格周波数から減少するにしたがって出
力の位相を遅らせる特性を有している。
の要求する無効電力はすべてインバータから供給するこ
とになる。いま、負荷9がわずかな遅れ無効電力を要求
しているとした場合、しゃ断器7の開放によって交流電
圧の周波数がわずかに上昇する。インバータは位相補正
器16の特性に従い、進み電流の出力を増加させる。こ
れにより、交流電圧の周波数はさらに上昇する。この作
用が正帰還となり、周波数はさらに上昇するが、ある範
囲を超えると電流位相が遅れる特性であれば、周波数の
上昇が抑えられる。逆に、負荷9がわずかな進み無効電
力を要求しているときは、しゃ断器7の開放によって交
流電圧の周波数はわずかに下降する。インバータは位相
補正器16の特性に従い、遅れ電流の出力を増加させ
る。これにより、交流電圧の周波数はさらに下降する。
この作用が正帰還となり、周波数はさらに下降するが、
ある範囲を超えると電流位相が進み特性であれば、周波
数の下降が抑えられる。
応じて出力電流基準位相を進み位相あるいは遅れ位相に
補正する位相補正器16aにより、インバータ2の単独
運転時に出力周波数をシフトさせることが可能となり、
周波数異常検出によりインバータ2を停止させることが
でき、単独運転の継続の防止が可能となる。
変化に対する位相の変化が大きいほど、周波数シフトの
効果が大きいことが解析でわかった。インバータに出力
力率制御が要求される場合は、図6に示すように位相補
正器16aの出力と、所望の力率に相当する位相差指令
φ* を位相調整器20に入力する。位相調整器20は、
位相補正器16の出力をφ* だけ進めた信号を出力し、
この出力信号を電流基準発生器12に入力する。このと
きの位相補正器16aの入力から位相調整器20までの
周波数特性は、図8に示される。
ンバータ2は所望の力率で制御されるが、周波数が定格
周波数から増加するにしたがって、インバータ2の出力
する電流位相が進み、インバータ2の出力力率が変化す
る。
と、インバータ2が出力する電流位相が遅れ、インバー
タ2の出力力率が変化する。どちらの場合も、所望の力
率制御からずれた運転状態となる。
れる場合が多い。力率1付近で運転することは変換器効
率を高くすることにもつながる。系統の周波数が定格周
波数から定常的に偏差がある場合、インバータ2は力率
が低いまま運転することになり、変換器効率も低下する
ことになる。また、周波数に対するインバータ2の位相
の傾きを小さくすれば、周波数の定格からのずれに対す
る力率低下の割合は小さくなるが、単独運転時の周波数
シフト効果が小さくなってしまう。
れたもので、その目的とするところは、系統に連系する
インバータの単独運転の継続防止機能である周波数シフ
ト効果を劣化させることなく、所望の力率を出力するこ
とができる系統連系インバータ装置の制御装置を提供す
ることにある。
め、請求項1に対応する発明は、直流電力を交流電力に
変換し交流系統に連系して運転する系統連系インバータ
の制御装置において、前記インバータの出力側の電圧位
相と周波数を検出する検出手段と、前記電圧位相から基
準電圧位相を得、この基準電圧位相に応じた位相の交流
電流基準を発生する電流基準発生手段と、前記インバー
タの出力電流を制御すると共に、前記周波数の増加ある
いは減少に応じて前記基準電圧位相を進み位相あるいは
遅れ位相に補正する位相補正手段と、前記交流系統の定
常周波数の増減を検出する定常周波数検出手段と、前記
位相補正手段の周波数または位相特性を系統の定常周波
数の増減によって調整する周波数調整手段と、を具備し
た系統連系インバータの制御装置である。
する発明は、直流電力を交流電力に変換し交流系統に連
系して運転する系統連系インバータの制御装置におい
て、前記インバータの出力側の電圧位相と周波数を検出
する検出手段と、前記電圧位相から基準電圧位相を得、
この基準電圧位相に応じた位相の交流電流基準を発生す
る電流基準発生手段と、前記インバータの出力電流を制
御すると共に、前記周波数の増加あるいは減少に応じて
前記基準電圧位相を進み位相あるいは遅れ位相に補正す
る位相補正手段と、前記交流系統の定常周波数の増減を
検出する定常周波数検出手段と、前記位相補正手段の周
波数または位相特性を系統の定常周波数の増減によって
調整する周波数調整手段と、前記交流系統の定格周波数
を判定し、この判定した定格周波数によって、前記位相
補正手段の周波数または位相特性の初期状態を切り換え
る判定手段と、を具備した系統連系インバータの制御装
置である。
する発明は、直流電力を交流電力に変換し交流系統に連
系して運転する系統連系インバータの制御装置におい
て、前記インバータの出力側の電圧位相と周波数を検出
する検出手段と、前記電圧位相から基準電圧位相を得、
この基準電圧位相に応じた位相の交流電流基準を発生す
る電流基準発生手段と、前記インバータの出力電流を制
御すると共に、前記周波数の増加あるいは減少に応じて
前記基準電圧位相を進み位相あるいは遅れ位相に補正す
る位相補正手段と、前記位相補正手段の周波数または位
相特性を系統の定常周波数の増減によって調整する周波
数調整手段と、この周波数調整手段の出力の交流電圧と
交流電流の位相差を検出する位相差検出手段と、この位
相差検出手段で検出した位相差と所望の位相差指令の差
がなくなるように前記位相補正手段に対して制御指令を
与える制御手段と、を具備したことを特徴とした系統連
系インバータの制御装置である。前記目的を達成するた
め、請求項4に対応する発明は、直流電力を交流電力に
変換し交流系統に連系して運転する系統連系インバータ
の制御装置において、前記インバータの出力側の電圧位
相と周波数を検出する検出手段と、前記電圧位相から基
準電圧位相を得、この基準電圧位相に応じた位相の交流
電流基準を発生する電流基準発生手段と、前記インバー
タの出力電流を制御すると共に、前記周波数の増加ある
いは減少に応じて前記基準電圧位相を進み位相あるいは
遅れ位相に補正する位相補正手段と、前記位相補正手段
の周波数または位相特性を系統の定常周波数の増減によ
って調整する周波数調整手段と、この周波数調整手段の
出力の交流電圧と交流電流の位相差を検出する位相差検
出手段と、この位相差検出手段で検出した位相差と所望
の位相差指令の差がなくなるよう に前記位相補正手段に
対して制御指令を与える制御手段と、前記インバータの
運転開始時に前記交流系統の定格周波数を判定し、この
判定した定格周波数によって、前記位相補正手段の周波
数または位相特性の初期状態を切り換える判定手段と、
を具備したことを特徴とした系統連系インバータの制御
装置である。
定常周波数の増減を検出し、位相補正手段の周波数また
は位相特性を交流系統の定常周波数によって決定するよ
うにしたので、過度的な周波数シフト効果を劣化させる
ことなく、定常的に、高力率制御を含む所望の力率制御
が実現できる。
な周波数に応じて位相補正手段の周波数または位相特性
が決定されるので、過度的な周波数シフト効果を劣化さ
せることなく、定常的に、高力率制御を含む所望の力率
制御が実現できる。
統の定常周波数の増減に応じて位相補正手段の周波数特
性が決定されるので、過度的な周波数シフト効果を劣化
させることなく、定常的に、高力率制御を含む所望の力
率制御が実現でき、また請求項4に対応する発明によれ
ば、インバータの運転開始時に定格周波数を判定し、位
相補正手段の周波数または位相特性の初期状態を切り換
えることで、例えば50Hz、60Hzの設定切換えな
しにどちらの周波数でもすみやかに所望の力率で制御す
ることができる。
て説明する。図1は本発明の第1実施例を示すブロック
図であり、図中1〜15、17〜20の構成は図5およ
び図6と同一であるので、ここでは同一番号を付してそ
の説明は省略する。位相補正手段を構成する図1の実施
例の位相補正器16bは、2つのバンドパスフィルタ2
1,22と、バンドパスフィルタ21,22の出力信号
を加算する加算器23で構成する。
の最大ゲイン、Q値(共振の鋭さ)は等しく、加算器2
3の出力が定格周波数時に、位相補正器16bの入出力
位相差が零となるように、バンドパスフィルタ21の中
心周波数は定格周波数より数Hz上、バンドパスフィル
タ22の中心周波数は定格周波数より数Hz下にずらし
ている。また、バンドパスフィルタは、スイッチ・キャ
パシタ・フィルタで構成され、それぞれの中心周波数は
クロック発生器24の出力周波数に比例するものとす
る。従って、クロック発生器24の出力周波数の調整に
より、位相補正器16bの周波数/位相特性は周波数軸
上を移動することになる。
力力率制御が要求される場合、位相補正器16bの出力
は位相調整手段を構成する位相調整器20に入力され、
位相調整器20の出力が電流基準発生手段を構成する電
流基準発生器12に入力される。
検出器25は、一定時間の系統周波数の平均値を求める
機能を有する。この一定時間は、20秒程度とする。定
常周波数検出器25の出力は、クロック発生器24の基
準信号となる。クロック発生器24は入力信号に比例し
た周波数のクロックを発生し、定常周波数が定格周波数
に一致しているときに、位相補正器16bの入出力位相
差が零となるようにする。
用効果について説明する。交流電力系統8の定常周波数
が定格周波数に一致しているとき、位相補正器16bの
入出力位相差は零となるので、インバータ2の出力は所
望の力率で制御される。系統8の周波数が定常的に増加
すると、定常周波数検出器25の出力が比例して増加
し、クロック発生器24の出力も比例して増加する。こ
の結果、位相補正器16bの周波数特性が図4(力率1
制御の場合)に示されるように周波数軸上を右にシフト
し、インバータ出力は所望の力率で制御される。逆に系
統の定常周波数が定常的に減少すると、定常周波数検出
器25の出力が比例して減少し、クロック発生器24の
出力も比例して減少する。この結果、位相補正器16b
の周波数特性が周波数軸上を左にシフトし、インバータ
2の出力は所望の力率で制御される。
働かせるためには、単独運転前後で位相補正器16bの
周波数特性が一定であることが望ましい。系統の定常周
波数の検出が20秒程度の平均値であるので、過度的な
周波数の振動は除去される。単独運転時の周波数シフト
は短時間(1秒以内)で完了する過度的なものであるた
め、定常周波数の演算結果は単独運転中でも大きな変化
はなく、位相補正器16bの周波数特性も単独運転前後
で変化は小さい。
ク図であり、図1の実施例に新たに定格周波数判定手段
を構成する定格周波数判定器28を設け、これを定常周
波数検出器25の初期値とする。
ような作用効果が得られる。インバータ2の運転開始時
に系統8の周波数を検出することにより、定格周波数判
定器28により定格周波数を判定し、位相補正器16b
の特性の基準となる周波数の初期値を切り換えること
で、50Hz、60Hzの設定切り換え無しにどちらの
周波数でもすみやかに所望の力率で制御することが可能
となる。
ク図であり、図1と異なる点は、定格周波数検出器25
を省き、それ以外に位相制御手段を構成する位相制御器
26、制御手段を構成する制御器27、定格周波数判定
手段を構成する定格周波数判定器28を新たに追加した
点で、これ以外の1〜24の構成は図1と同一であるの
で、ここでは同一番号を付してその説明は省略する。
電流の位相差φを検出する手段である。所望の位相差指
令φ* と検出した位相差φは、制御器27に入力され、
位相差指令φ* と検出した位相差φの差がなくなるよう
に、クロック発生器24の入力信号を発生する。φおよ
びφ* は電圧より電流が進む方向を正とする。位相差φ
が位相差指令φ* より小さい場合は制御器27の出力は
減少し、位相差φが位相差指令φ* より大きい場合は制
御器27の出力は増加する方向とする。また、制御器2
7の動作時定数は20秒程度とする。
いるとき、位相補正器16bの入出力位相差は零となる
ので、インバータ2の出力は所望の力率で制御される。
系統の周波数が過度的に増加すると、インバータ2の出
力電流の電圧に対する位相差は所望の力率に対応する位
相差よりも進み、位相差検出器26の出力が増加する。
位相差検出器26の出力が増加した状態が定常的に継続
すると、制御器27はその出力を増加させる。制御器2
7の増加は、等価的に系統の定常周波数の増加を検出し
たことになる。この結果、クロック発生器24の出力周
波数が増加する。位相補正器16bの周波数特性は、周
波数軸上を右にシフトし、インバータ2の出力は所望の
力率となるように制御される。逆に、系統の周波数が減
少したときは、制御器27はその出力を減少する。これ
は、等価的に系統の定常周波数の減少を検出したことに
相当する。この結果、クロック発生器24の出力周波数
が減少し、位相補正器16bの周波数特性が周波数軸上
で左にシフトし、インバータ2の出力は所望の力率とな
るように制御される。
働かせるためには、単独運転前後で位相補正器16bの
周波数特性が一定であることが望ましい。制御器27の
応答が20秒程度であるので、過度的な周波数の振動は
除去される。単独運転時の周波数シフトは短時間(1秒
以内)で完了する過度的なものであるため、制御器27
の出力は大きな変化はなく、位相補正器16bの周波数
特性も単独運転前後で変化は小さい。
周波数を検出することにより定格周波数を判定し、位相
補正器16bの特性の基準となる周波数の初期値を切り
換えることで、50Hz、60Hzの設定切り換え無し
にどちらの周波数でもすみやかに所望の力率で制御する
ことが可能となる。
例えば前述の実施例の位相補正器16bはバンドパスフ
ィルタを用いずに、デジタル制御を用いて、周波数の増
加あるいは減少に応じて基準位相を進み位相あるいは遅
れ位相に補正する機能を実現するようにしてもよい。
ータの単独運転の継続を防止する機能の特性を劣化させ
ることなく、高力率制御を含む所望の力率を出力するこ
とができる系統連系インバータの制御装置を提供するこ
とができる。
施例を示すブロック図。
施例を示すブロック図。
施例を示すブロック図。
説明するための図。
示すブロック図。
示すブロック図。
るための図。
ル、4…コンデンサ、5…電流検出器、6…柱上変圧
器、7…しゃ断器、8…交流電力系統、9…負荷、10
…電圧検出器、11…増幅器、12…電流基準発生器、
13…増幅器、14…PWM制御回路、15…駆動部、
16…バンドパスフィルタ、16a…位相補正器、17
…電圧リレー、18…周波数リレー、19…異常検出回
路、20…位相調整器、21…バンドパスフィルタ、2
2…バンドパスフィルタ、23…加算器、24…クロッ
ク発生器、25…定常周波数検出器、26…位相差検出
器、27…制御器、28…定格周波数判定器。
Claims (4)
- 【請求項1】 直流電力を交流電力に変換し交流系統に
連系して運転する系統連系インバータの制御装置におい
て、 前記インバータの出力側の電圧位相と周波数を検出する
検出手段と、 前記電圧位相から基準電圧位相を得、この基準電圧位相
に応じた位相の交流電流基準を発生する電流基準発生手
段と、 前記インバータの出力電流を制御すると共に、前記周波
数の増加あるいは減少に応じて前記基準電圧位相を進み
位相あるいは遅れ位相に補正する位相補正手段と、 前記交流系統の定常周波数の増減を検出する定常周波数
検出手段と、 前記位相補正手段の周波数または位相特性を系統の定常
周波数の増減によって調整する周波数調整手段と、 を具備したことを特徴とした系統連系インバータの制御
装置。 - 【請求項2】 直流電力を交流電力に変換し交流系統に
連系して運転する系統連系インバータの制御装置におい
て、 前記インバータの出力側の電圧位相と周波数を検出する
検出手段と、 前記電圧位相から基準電圧位相を得、この基準電圧位相
に応じた位相の交流電流基準を発生する電流基準発生手
段と、 前記インバータの出力電流を制御すると共に、前記周波
数の増加あるいは減少に応じて前記基準電圧位相を進み
位相あるいは遅れ位相に補正する位相補正手段と、 前記交流系統の定常周波数の増減を検出する定常周波数
検出手段と、 前記位相補正手段の周波数または位相特性を系統の定常
周波数の増減によって調整する周波数調整手段と、 前記交流系統の定格周波数を判定し、この判定した定格
周波数によって、前記位相補正手段の周波数または位相
特性の初期状態を切り換える判定手段と、 を具備したことを特徴とした系統連系インバータの制御
装置。 - 【請求項3】 直流電力を交流電力に変換し交流系統に
連系して運転する系統連系インバータの制御装置におい
て、 前記インバータの出力側の電圧位相と周波数を検出する
検出手段と、 前記電圧位相から基準電圧位相を得、この基準電圧位相
に応じた位相の交流電流基準を発生する電流基準発生手
段と、 前記インバータの出力電流を制御すると共に、前記周波
数の増加あるいは減少に応じて前記基準電圧位相を進み
位相あるいは遅れ位相に補正する位相補正手段と、 前記位相補正手段の周波数または位相特性を系統の定常
周波数の増減によって調整する周波数調整手段と、 この周波数調整手段の出力の交流電圧と交流電流の位相
差を検出する位相差検出手段と、 この位相差検出手段で検出した位相差と所望の位相差指
令の差がなくなるように前記位相補正手段に対して制御
指令を与える制御手段と、 を 具備したことを特徴とした系統連系インバータの制御
装置。 - 【請求項4】 直流電力を交流電力に変換し交流系統に
連系して運転する系統連系インバータの制御装置におい
て、 前記インバータの出力側の電圧位相と周波数を検出する
検出手段と、 前記電圧位相から基準電圧位相を得、この基準電圧位相
に応じた位相の交流電流基準を発生する電流基準発生手
段と、 前記インバータの出力電流を制御すると共に、前記周波
数の増加あるいは減少に応じて前記基準電圧位相を進み
位相あるいは遅れ位相に補正する位相補正手段と、 前記位相補正手段の周波数または位相特性を系統の定常
周波数の増減によって調整する周波数調整手段と、 この周波数調整手段の出力の交流電圧と交流電流の位相
差を検出する位相差検出手段と、 この位相差検出手段で検出した位相差と所望の位相差指
令の差がなくなるように前記位相補正手段に対して制御
指令を与える制御手段と、 前記インバータの運転開始時に前記交流系統の定格周波
数を判定し、この判定した定格周波数によって、前記位
相補正手段の周波数または位相特性の初期状態 を切り換
える判定手段と、 を具備したことを特徴とした系統連系インバータの制御
装置。
Priority Applications (1)
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JP03461294A JP3367737B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 系統連系インバータの制御装置 |
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1994
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JPH07245876A (ja) | 1995-09-19 |
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