JP3804505B2

JP3804505B2 - 高周波リンク方式インバータ装置のオフセット調整方法

Info

Publication number: JP3804505B2
Application number: JP2001308547A
Authority: JP
Inventors: 紀雄栄
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: JP2003116223A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電設備等の分散型電源設備に設けられた高周波リンク方式インバータ装置の制御用計測信号のオフセット調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽光発電設備等の分散型電源設備は、太陽電池等の分散型電源用の直流電源を、系統基本波周波数の交流連系出力に変換して系統側に給電するため、高周波リンク方式インバータ装置を設けて形成される。
【０００３】
このインバータ装置の主回路部は、図１に示す本願発明の実施の１形態のインバータ装置の主回路部と同様の構成であり、前記の直流電源としての太陽電池１に逆流防止ダイオード２，太陽電池電流検出用の直流電流センサ３，平滑コンデンサ４を介して高周波インバータ５が接続され、このインバータ５により、太陽電池１の直流電力を、例えば２０ＫHzの高周波出力に変換する。
【０００４】
さらに、インバータ５に高周波トランス６，半導体整流回路としてのダイオードブリッジ整流回路７を介して直流リアクトル８，平滑コンデンサ９が形成するＬＣ平滑回路１０が接続される。
【０００５】
このとき、整流回路７及び平滑回路１０が整流平滑回路１１を形成し、インバータ５，トランス６，整流平滑回路１１がＤＣ／ＤＣコンバータ１２を形成する。
【０００６】
そして、インバータ５の高周波出力を、高周波トランス６を介して整流回路７，平滑回路１０で整流，平滑し、整流平滑回路１１の次段の低周波インバータ１３の直流電源を形成する。
【０００７】
そして、インバータ１３は出力側がインバータ電流検出用の交流電流センサ１４，交流フィルタ回路１５，連系開閉器１６を介して構内の配電母線等の系統母線１７に接続され、開閉器１６が投入されて閉成する運転中は、入力側の直流電源を、系統電源１８に同期した６０Hz又は５０Hzの系統周波数の交流連系出力に変換し、この連系出力を電流センサ１４, フィルタ回路１５を介して系統母線１７に給電する。
【０００８】
なお、交流フィルタ１５は交流リアクトル１９及びフィルタコンデンサ２０により形成され、インバータ１３の連系出力の過渡ノイズ等を除去する。
【０００９】
また、インバータ５，１３の入力側の直流電圧を直流電圧センサ２１，２２によりそれぞれ計測し、インバータ１３の出力側の交流電圧を交流電圧センサ２３により計測する。
【００１０】
そして、電流センサ３，１４の電流計測値及び電圧センサ２１，２２，２３の電圧計測値を、運転制御回路部２４と同様の運転制御回路部に供給し、この制御回路部のＡ／Ｄ変換により、それぞれデジタルデータに変換する。
【００１１】
さらに、これらのデジタルデータに基づくシーケンス制御等のコンピュータのプログラム制御により、インバータ５については、太陽電池１から最大電力を取出すように、主にセンサ３，２１の計測値を参照して、いわゆる最大電力追尾方式で運転制御し、インバータ１３については、系統電圧の連系出力を発生するように、主にセンサ１４，２２，２３の計測値を参照して、フィードバック制御方式で運転制御する。
【００１２】
なお、図１は単線結線図であり、系統電源１８が３相電源であれば、インバータ１３は３相構成であり、センサ１４，フィルタ１５，開閉器１６等が相毎に設けられる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の高周波リンク方式インバータ装置においては、例えば２００Ｖの３相系統に連系運転する場合、系統からインバータ１３への逆流等を防止するため、インバータ１３の入力側直流電圧を約２８８Ｖ（≒２００Ｖ×√２）の一定電圧に保つ必要がある。
【００１４】
しかし、センサ１４，２２，２３の計測値のＡ／Ｄ変換出力（デジタルデータ）には、一般に、センサ自身のノイズやＡ／Ｄ変換ノイズ等の計測系誤差が含まれ、計測対象の電流，電圧が０であっても、Ａ／Ｄ変換後の各計測値が０にならず、この誤差をオフセット調整で除去しなければ、インバータ１３の運転制御ミスが生じ、場合によってはインバータ装置の故障等が生じる。
【００１５】
そこで、従来はつぎの第１又は第２のオフセット調整を施している。
まず、従来の第１のオフセット調整にあっては、各センサ３，１４，２１，２２，２３の計測値のＡ／Ｄ変換に用いられる各Ａ／Ｄ変換回路が、図１の運転制御回路部２４のＡ／Ｄ変換部２５に設けられた各Ａ／Ｄ変換回路２６と同様に形成され、各Ａ／Ｄ変換回路が、図２に示すＡ／Ｄ変換回路２６のノイズ除去用のＣＲフィルタ回路２７，入力レベル調整用の演算増幅部２８，変換回路部（コンバータ部）２９に相当するＣＲフィルタ回路，演算増幅部，変換回路部を有し、演算増幅部，変換回路部が図２のオフセット調整用の可変抵抗２８_R，２９_Rと同様の可変抵抗を有することから、インバータ装置の設置時等に、信号発生器等により、センサ１４，２２，２３の計測値０の出力に相当する信号を発生する。
【００１６】
そして、これらの信号をそれぞれのＡ／Ｄ変換回路に入力し、各Ａ／Ｄ変換回路の出力が０になるように、それぞれの演算増幅部や変換回路部のオフセット調整用の可変抵抗を調整してセンサ１４，２２，２３の計測値の計測系誤差のオフセット調整を行う。
【００１７】
つぎに、従来の第２のオフセット調整においては、第１のオフセット調整と同様、インバータ装置の設置時等に、信号発生器等により、センサ１４，２２，２３の計測値０の出力に相当する信号を発生し、これらの信号をそれぞれのＡ／Ｄ変換回路に入力する。
【００１８】
このときの各Ａ／Ｄ変換回路の出力から、センサ１４，２２，２３の計測値のデジタルデータの誤差を検出する。
【００１９】
そして、オペレータにより、これらの誤差を読取り、読取った各値を、インバータ１３の運転制御プログラムにセンサ１４，２２，２３の計測値のデジタルデータのオフセット値として書込む。
【００２０】
その後、連系開閉器１６を投入し、インバータ５，１３の運転を開始してインバータ装置を起動し、運転中は運転制御プログラムの実行により、各Ａ／Ｄ変換回路のデジタルデータから、それぞれの書込まれたオフセット値を減算し、各デジタルデータのオフセット調整を行う。
【００２１】
したがって、前記従来の第１のオフセット調整の場合は、インバータ装置を設置する毎に、Ａ／Ｄ変換回路の各可変抵抗を操作してオフセット値を手動設定しなければならず、インバータ装置の設置等毎に煩雑な手動の設定作業が必要になる問題点がある。
【００２２】
また、従来の第２のオフセット調整の場合は、インバータ装置の設定毎に、センサ１２，１８，１９の計測値のデジタルデータから、それぞれの計測系誤差のオフセット値を検出し、各オフセット値をインバータ装置の運転制御プログラムに手動で書込む必要があり、インバータ装置の設置等毎に、煩雑なプログラム修正（書換え）作業が必要になる問題点がある。
【００２３】
しかも、従来は、オフセット値の設定が、インバータ装置の設置時等にのみ行われるため、その後、経時変化等により計測系誤差が変動すると、オフセット調整のずれが生じて精度の高いオフセット調整が行えない問題点もある。
【００２４】
本発明は、この種の高周波リンク方式インバータ装置のオフセット調整が、運転開始毎に最適なオフセット値を自動設定して行えるようにし、オフセット調整の煩雑な作業を省き、精度の高いオフセット調整が行えるようにすることを課題とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明の請求項１記載の高周波リンク方式インバータ装置のオフセット調整方法においては、高周波インバータ部及び低周波インバータの運転を制御する運転制御回路部のプログラム制御に基づき、
運転開始前に、
両インバータの運転を停止して連系開閉器を開放した停止状態での直流電圧，交流電流の計測値のＡ／Ｄ変換出力を、直流電圧，交流電流のオフセット値に設定し、
停止状態から連系開閉器を投入した状態に移行したときの交流電圧の計測値のＡ／Ｄ変換出力から、交流電圧の最大値を求め、
直流電圧の計測値のＡ／Ｄ変換出力と最大値との差を交流電圧のオフセット値に設定し、
連系開閉器を閉成して両インバータを運転制御する運転中に、
直流電圧及び交流電圧，交流電流の計測値のＡ／Ｄ変換出力を、各オフセット値を減算したオフセット調整後の出力に補正する。
【００２６】
したがって、運転制御回路部のプログラム制御に基づき、本来０になる運転開始直前毎に、停止状態での低周波インバータの入力側の直流電圧及び出力側の交流電流の計測値のＡ／Ｄ変換出力から、それぞれのオフセット値が検出されて自動的に設定される。
【００２７】
また、低周波インバータの出力側の交流電圧については、停止状態で連系開閉器を投入したときに、本来は等しくなる低周波インバータの入力側の計測された直流電圧と出力側の計測された交流電圧の最大値のＡ／Ｄ変換出力の差から、オフセット値が検出されて自動的に設定される。
【００２８】
そして、運転中は、低周波インバータの入力側の直流電圧の計測値，出力側の交流電圧及び交流電流の計測値のＡ／Ｄ変換出力が、それぞれの設定されたオフセット値を減算して自動的にオフセット調整され、オフセット調整後の各Ａ／Ｄ変換出力により、それらの計測系誤差の影響を排除して低周波インバータの運転制御が行われる。
【００２９】
この場合、従来のオフセット調整の可変抵抗操作を行うことなく、また、オフセット調整のプログラムへの手動の書込み等を行うこともなく、運転開始毎に自動的に最新のオフセット値の設定が行え、従来のオフセット調整の煩雑な作業を省き、精度の高いオフセット調整が行える。
【００３０】
そして、本発明の請求項２記載の高周波リンク方式インバータ装置のオフセット調整方法の場合は、請求項１記載のオフセット調整方法において、分散型電源用直流電源が太陽電池からなり、太陽光発電設備に適用することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の１形態につき、図１〜図４を参照して説明する。
まず、この形態の高周波リンク方式インバータ装置は、図１に示すように構成された太陽光発電設備のインバータ装置であり、センサ３，２１により高周波インバータ５の入力側の直流電流（太陽電池電流），直流電圧（太陽電池電圧）が計測され、それらの計測信号が運転制御回路部２４のＡ／Ｄ変換部２５に設けられたそれぞれのＡ／Ｄ変換器２６によりデジタルデータに変換される。
【００３２】
また、センサ２２により低周波インバータ１３の入力側の直流電圧が計測され、センサ１４，２３によりインバータ１３の出力側の交流電流，交流電圧が計測され、それらの計測信号も運転制御回路部２４のＡ／Ｄ変換部２５に設けられたそれぞれのＡ／Ｄ変換器２６によりデジタルデータに変換される。
【００３３】
そして、各Ａ／Ｄ変換器２６のデジタルデータが運転制御回路部２４に設けられた処理部３０のマイクロコンピュータ構成の演算制御回路３１に供給され、この演算制御回路３１は、不揮発性の記憶部３２に設定された図３の運転制御プログラムを実行し、シーケンス制御等のコンピュータのプログラム制御にしたがって、インバータ５，１３の運転及び連系開閉器１６の開閉を制御する。
【００３４】
すなわち、太陽光発電設備においては、太陽電池１の発電時にのみ連系運転を行うため、夜間等には、インバータ５，１３を停止し、連系開閉器１６を開放した停止状態で図３のステップＳ₁により、センサ３，２１の計測値等から、太陽電池１の電圧（開電圧）が設定電圧に上昇したか否かを監視する。
【００３５】
そして、朝日によって太陽電池１の電圧が設定電圧に上昇すると、ステップＳ₁からステップＳ₂のオフセット値設定に移行する。
【００３６】
このオフセット値設定においては、図４に示すステップＱ₁〜Ｑ₆の処理を順に実行する。
【００３７】
すなわち、低周波インバータ１３の入力側の直流電圧をＶ_DC，出力側の交流電圧，交流電流をＶ_AC，Ｉ_ACとするとステップＱ₁において、センサ１４，２２の計測値のＡ／Ｄ変換出力から停止状態での電流Ｉ_AC，電圧Ｖ_DCの値Ｉ_of，Ｖ_DC・ofを検出する。
【００３８】
そして、停止状態では電流Ｉ_AC，電圧Ｖ_DCが本来０になることから、この状態での値Ｉ_of，Ｖ_DC・ofが電流Ｉ_AC，電圧Ｖ_DCのオフセット値になる。
【００３９】
そこで、電流Ｉ_AC及び電圧Ｖ_DC，Ｖ_ACのオフセット値のプログラム上での変数（パラメータ）をＩ_AC・offset，Ｖ_DC・offset，Ｖ_AC・offsetとすると、変数Ｉ_AC・offset＝Ｉ_of，Ｖ_DC・offset＝Ｖ_DC・ofに設定する。
【００４０】
つぎに、ステップＱ₂に移行してインバータ５を一時的に運転し、その高周波出力に基づく直流出力で整流平滑回路１１の平滑コンデンサ９を運転中の電圧より少し低い設定電圧まで予備充電する。
【００４１】
これは、平滑コンデンサ９が放電状態であれば、つぎに連系開閉器１６を投入したときに、平滑コンデンサ９が充電されるまでインバータ１３の入力側の直流電圧が過渡変動し、オフセット値の誤検出が生じるからである。
【００４２】
そして、平滑コンデンサ９が予備充電され、センサ２２の検出電圧が設定電圧まで上昇すると、ステップＱ₂からステップＱ₃に移行し、インバータ５の運転を停止し、インバータ５，１３が停止して連系開閉器１６が開放された停止状態に制御する。
【００４３】
つぎに、ステップＱ₄に移行して停止状態で連系開閉器１６を投入し、インバータ１３の出力側を系統母線１７に接続する。
【００４４】
このとき、系統電圧が２００Ｖ（実効値）であれば、インバータ１３の出力側の電圧は２００Ｖになり、この２００Ｖの電圧印加に基づき、インバータ１３の各ブリッジ辺のＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のスイッチング素子に逆並列に接続された逆流防止ダイオードを通ってインバータ１３の入力側の平滑コンデンサ９が約２８８Ｖ（≒２００×√２）に充電され、この充電電圧はインバータ１３の出力側の電圧２００Ｖの最大値（≒２００×√２）に等しくなる。
【００４５】
そこで、インバータ１３の出力側を系統母線１７に接続した状態でのセンサ２２の計測値のＡ／Ｄ変換出力から、インバータ１３の入力側の直流電圧Ｖ_ＤＣを検出する。
【００４６】
また、センサ２３の計測値のＡ／Ｄ変換出力から、インバータ１３の出力側の交流電圧Ｖ_ACを検出する。
【００４７】
この検出電圧がいわゆる瞬時値であるため、ステップＱ₅により、検出電圧から交流電圧Ｖ_ACの実効値Ｖ_AC・rmsをデジタル演算して求める。
【００４８】
さらに、ステップＱ₆により、実効値Ｖ_AC・rmsから交流電圧Ｖ_ACの最大値√２×Ｖ_AC・rmsを求めて直流電圧Ｖ_DCと最大値√２×Ｖ_AC・rmsとの差を算出し、この差（Ｖ_DC−√２×Ｖ_AC・rms）が電圧Ｖ_ACのオフセット値になることから、このオフセット値の変数Ｖ_AC・offsetをＶ_DC−√２×Ｖ_AC・rmsに設定する。
【００４９】
そして、各変数Ｉ_AC・offset，Ｖ_DC・offset，Ｖ_AC・offsetの最新の設定値を記憶部３２に書換自在に保持する。
【００５０】
なお、信頼性向上等を図る場合は、ステップＱ₁〜Ｑ₆の処理を複数回くり返し、各変数Ｉ_AC・offset，Ｖ_DC・offset，Ｖ_AC・offsetの設定値を複数個求め、これらの平均から各変数Ｉ_AC・offset，Ｖ_DC・offset，Ｖ_AC・offsetの最新の設定値を決定する。
【００５１】
そして、オフセット値設定を終了すると、図３のステップＳ₂からステップＳ₃に移行し、インバータ５，１３の運転制御を開始して連系運転状態になる。
【００５２】
この連系運転状態中に、周期的な計測値の取込みに基づき、センサ１４，２２，２３の計測値のＡ／Ｄ変換出力が得られると、その電流Ｉ_AC，電圧Ｖ_DC，Ｖ_ACにつき、ステップＳ₄のシーケンス制御により、Ｉ_AC＝Ｉ_AC−Ｉ_AC・offset，Ｖ_DC＝Ｖ_DC−Ｖ_DC・offset，Ｖ_AC＝Ｖ_AC−Ｖ_AC・offsetのオフセット調整演算を実行し、自動的に、電流Ｉ_AC，電圧Ｖ_DC，Ｖ_ACの計測値のＡ／Ｄ変換出力のオフセット調整を行う。
【００５３】
そして、ステップＳ₅に移行し、オフセット調整された電流Ｉ_AC，電圧Ｖ_DC，Ｖ_ACの計測値のＡ／Ｄ変換出力に基づき、インバータ１３の出力を系統電源１８に同期するようにフィードバック制御してインバータ１３を連系運転する。
【００５４】
なお、インバータ５については、センサ３，２１の計測値に基づき、最大電力追尾方式で運転制御する。
【００５５】
そして、手動の停止操作又は太陽電池電圧低下により、連系運転の停止状態になるまでは、ステップＳ₆を介してステップＳ₄に戻り、このステップＳ₄から処理をくり返してインバータ５，１３の運転制御を続けて連系運転状態を維持する。
【００５６】
つぎに、連系運転の停止状態になると、ステップＳ₆からステップＳ₇に移行し、連系開閉器１６を開放して系統から切離した後、ステップＳ₈に移行してインバータ５，１３を停止する。
【００５７】
したがって、インバータ１３の連系運転の制御に必要なインバータ１３の入力側の直流電圧Ｖ_DC及び出力側の交流電流Ｉ_AC，交流電圧Ｖ_ACの計測値のＡ／Ｄ変換出力のオフセット調整が、従来のような可変抵抗の手動調整やオフセット値のプログラムへの書込み等を行うことなく、コンピュータのプログラム制御により、インバータ１３の一連の運転制御に組込まれて自動的に行われる。
【００５８】
しかも、運転開始毎に最新のオフセット値が求められて設定されるため、精度の高いオフセット調整が行われる。
【００５９】
そのため、直流電源を太陽電池１とする太陽光発電設備において、精度の高いオフセット調整に基づき、正確な連系運転制御を実現することができる。
【００６０】
そして、本発明は分散型電源としての直流電源が太陽電池以外の場合にも適用することができ、例えば直流電源が蓄電池等からなる無停電圧源設備等に適用して前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
まず、請求項１記載の高周波リンク方式インバータ装置のオフセット調整方法の場合は、運転制御回路部２４のコンピュータのプログラム制御に基づき、運転開始直前毎に、本来０になる停止状態での低周波インバータ１３の入力側の直流電圧Ｖ_ＤＣ及び出力側の交流電流Ｖ_ＡＣの計測値のＡ／Ｄ変換出力から、それぞれのオフセット値を検出して自動的に設定することができる。
【００６２】
また、低周波インバータ１３の出力側の交流電圧Ｖ_ACについては、停止状態で連系開閉器１６を投入したときに、本来は等しくなる低周波インバータ１３の入力側の計測された直流電圧Ｖ_DCのＡ／Ｄ変換出力と出力側の計測された交流電圧Ｖ_DCの最大値のＡ／Ｄ変換出力との差から、オフセット値を検出して自動的に設定することができる。
【００６３】
そして、運転中は、低周波インバータ１３の入力側の直流電圧Ｖ_DCの計測値，出力側の交流電圧Ｖ_AC及び交流電流Ｉ_ACの計測値のＡ／Ｄ変換出力を、それぞれの設定されたオフセット値を減算して自動的にオフセット調整し、オフセット調整後の各Ａ／Ｄ変換出力により、それらの計測系誤差の影響を排除して低周波インバータ１３の運転制御を行うことができる。
【００６４】
この場合、従来のオフセット調整の可変抵抗操作を行うことなく、また、オフセット調整のプログラムへの手動の書込み等を行うこともなく、運転開始毎に自動的にオフセット調整の最新のオフセット値を設定することができ、従来のオフセット調整の煩雑な作業を省き、精度の高いオフセット調整を行うことができる。
【００６５】
また、請求項２記載の高周波リンク方式インバータ装置のオフセット調整方法の場合は、請求項１記載のオフセット調整方法において、分散型電源用の直流電源が太陽電池１からなるため、太陽光発電設備に適用して請求項１のオフセット調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態の高周波リンク方式インバータ装置のブロック図である。
【図２】図１の一部の詳細なブロック図である。
【図３】図１の動作説明用のフローチャートである。
【図４】図３の一部の詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
１太陽電池
５高周波インバータ
１１整流平滑回路
１２ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３低周波インバータ
１６連系開閉器
２４運転制御回路部
２５Ａ／Ｄ変換部
３０処理部
Ｖ_DC 直流電圧
Ｉ_AC 交流電流
Ｖ_AC 交流電圧

Claims

分散型電源用の直流電源に高周波インバータを接続し、
前記高周波インバータに高周波トランスを介して整流平滑回路を接続し、
前記高周波インバータ，前記高周波トランス及び前記整流平滑回路により、ＤＣ／ＤＣコンバータを形成し、
前記整流平滑回路に低周波インバータの入力側を接続し、
前記低周波インバータの出力側を連系開閉器を介して系統に接続し、
前記入力側の直流電圧及び前記出力側の交流電圧，交流電流の計測値のＡ／Ｄ変換出力に基づく前記低周波インバータの運転制御により、前記低周波インバータから前記連系開閉器を介して前記系統に系統周波数の交流連系出力を給電する高周波リンク方式インバータ装置において、
前記各計測値のＡ／Ｄ変換出力に含まれた計測系誤差をオフセット調整する高周波リンク方式インバータ装置のオフセット調整方法であって、
前記両インバータの運転を制御する運転制御回路部のコンピュータのプログラム制御に基づき、
運転開始前に、
前記両インバータの運転を停止して前記連系開閉器を開放した停止状態での前記直流電圧，前記交流電流の計測値のＡ／Ｄ変換出力を、前記直流電圧，前記交流電流のオフセット値に設定し、
前記停止状態から前記連系開閉器を投入した状態に移行したときの前記交流電圧の計測値のＡ／Ｄ変換出力から、前記交流電圧の最大値を求め、
前記直流電圧の計測値のＡ／Ｄ変換出力と前記最大値との差を前記交流電圧のオフセット値に設定し、
前記連系開閉器を閉成して前記両インバータを運転制御する運転中に、
前記直流電圧及び前記交流電圧，前記交流電流の計測値のＡ／Ｄ変換出力を、前記各オフセット値を減算したオフセット調整後の出力に補正する
ことを特徴とする高周波リンク方式インバータ装置のオフセット調整方法。
分散型電源用の直流電源が太陽電池からなることを特徴とする請求項１に記載の高周波リンク方式インバータ装置のオフセット調整方法。