JP3838093B2 - 系統連系電力変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電力系統における無効電力を補償する系統連系電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自励式単相インバータを用いて電力系統の無効電力を補償する系統連系電力変換装置として、図８に示すような自励式単相インバータ回路を含むものが用いられていた。
図８に示すように、従来型系統連系電力変換装置における従来型電力変換回路８０は、平滑コンデンサＣを直流電圧源とし、その直流電圧源から交流出力に変換する自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３を備え、それら自励式単相インバータの直流回路部分が共通化するようにそれぞれが並列に接続されており、更に、それらの出力が多重トランスＴｒを介して３相交流電力系統Ｖｓの各相に接続された構成となっている。この従来型電力変換回路８０は、各インバータから無効電力のみを供給するように動作させるので、別途直流電圧源が必要なく、平滑コンデンサＣのみがあればよい。
【０００３】
また、従来型系統連系電力変換装置は、３相交流電力系統Ｖｓとの間で無効電力の入出力を行い、同変換装置を構成する従来型電力変換回路８０の出力の制御を行うことで無効電力の補償を行っている。このとき、各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３における装置損失による電力損失分は、３相交流電力系統Ｖｓから供給するようになっている。
【０００４】
具体的な動作を説明すると、従来型系統連系電力変換装置は、同装置の従来型電力変換回路８０における各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３に、図示しないスイッチングパルス発生装置からのスイッチングパルス信号が入力されており、そのスイッチングパルスによって、インバータを構成するスイッチング素子のオン、オフを切り替えることで直流入力を交流出力に変換している。これらスイッチング素子には、強制転流回路を必要としない、パワートランジスタ、ＧＴＯ（Gate Turn Off）サイリスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の自己消弧型素子が用いられる。
【０００５】
つまり、各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３は、図８に示すように、スイッチング素子とダイオードとを互いに逆方向に並列接続した第１〜第４スイッチング素子部８１〜８４を備えており、これらスイッチング素子部に対してパルス信号を供給し、第１スイッチング素子部８１と第４スイッチング素子部８４との組合わせと、第２スイッチング素子部８２と第３スイッチング素子部８３との組み合わせとに対して、一方がオン状態のときは、他方はオフ状態となるようにスイッチングさせることで直流電圧を交流電圧へと変換する。各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３の平滑コンデンサの出力電圧が装置損失によって低下すると、３相電力系統より装置損失に相当する電力を供給し、平滑コンデンサを充電し、損失分を補正するのである。
【０００６】
更に、各自励式単相インバータの出力は、多重トランスＴｒにおいて、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１との出力が直列多重化されて３相交流電力系統Ｖｓの１つの相に入力される。同様に、自励式単相インバータＵ１２とＵ２２との出力、Ｕ１３とＵ２３との出力もそれぞれ直列多重化され、対応する相に入力されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来型系統連系電力変換装置においては、直流回路が共通であるため、直列多重化されたインバータの出力を合成するための多重トランスが、装置と電力系統との間に必要となり、装置が大型化及び高価格化する傾向にあった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、複数の自励式単相インバータを、その直流回路を独立のままに直接直列接続することで出力を多重化し、その出力をリアクトルを介して交流電力系統に接続する直列多重化に多重トランスを必要としない構成の系統連系電力変換装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の系統連系電力変換装置は、平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを１以上備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記交流電力系統に接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの平滑コンデンサの電圧が所望の電圧となるように、前記複数の自励式単相インバータの出力電圧をそれぞれ独立に制御する出力電圧制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
このような構成であれば、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサなどの直流回路部分を独立にしたまま、複数の自励式単相インバータの交流出力側を直列接続してその出力を多重化するので、多重化された出力を所定の交流電力系統に接続することになり、電力系統への接続には自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルを介すだけで良く、インバータの出力を多重化するための多重トランスなどの大型の装置を必要としないので、装置の小型化、低価格化が可能となる。
【００１１】
また、装置損失検出手段によって、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、出力電圧制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータのそれぞれの出力電圧を独立に制御して、平滑コンデンサの直流電圧が所望の電圧になるように各インバータの出力電流が同じであっても電力系統から各装置損失を補正する有効電力を引き込むように、各インバータの出力電圧を調整する。つまり、装置損失によって自励式単相インバータの平滑コンデンサの電圧が低下したときに、出力電圧制御手段によって、直列接続された自励式単相インバータの出力電圧を制御することで、同インバータにおける平滑コンデンサの電圧を所望の電圧に制御して無効電力の補償を行う。
【００１２】
また、本発明に係る請求項２記載の系統連系電力変換装置は、平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを１以上備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記所定の交流電力系統に接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの装置損失が所望の損失となるように、前記複数の自励式単相インバータを構成するスイッチング素子のそれぞれに供給されるスイッチング信号の周波数をそれぞれ独立に制御するスイッチング周波数制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
このような構成であれば、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサなどの直流回路部分を独立にしたまま、複数の自励式単相インバータの交流出力側を直列接続してその出力を多重化するので、多重化された出力を所定の交流電力系統に接続することになり、電力系統への接続には自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルを介すだけで良く、インバータの出力を多重化するための多重トランスなどの大型の装置を必要としないので、装置の小型化、低価格化につながる。
【００１４】
また、装置損失検出手段によって、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、スイッチング周波数制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータに供給するスイッチング信号のスイッチング周波数を制御して、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が所望の損失になるように制御するようにしたので、直列接続された各インバータの出力電流及び出力電圧が同じであっても装置損失を直接制御することによって、平滑コンデンサの直流電圧を所望の電圧に制御可能となる。つまり、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が異なるときに、スイッチング周波数制御手段によって、自励式単相インバータに供給されるスイッチング信号のスイッチング周波数を制御することで、各自励式単相インバータに発生する装置損失を制御し、同インバータの平滑コンデンサの直流電圧を所望の値に制御することで無効電力の補償を行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明に係る請求項３記載の系統連系電力変換装置は、平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、３相交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを３つ備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記３相交流電力系統の各相にそれぞれ接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの平滑コンデンサの電圧が所望の電圧となるように、前記複数の自励式単相インバータの出力電圧をそれぞれ独立に制御する出力電圧制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
このような構成であれば、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサなどの直流回路部分を独立にしたまま、複数の自励式単相インバータの交流出力側を直列接続してその出力を多重化したものを３つ並列に接続するので、それぞれの多重化された自励式単相インバータの出力を３相交流電力系統の各相に接続することになり、各相への接続には、多重化された自励式単相インバータのそれぞれの出力電流の変化を抑制するリアクトルを介せば良く、多重化されたインバータの出力を合成する多重トランスなどの大型の装置を必要としないので、装置の小型化、低価格化につながる。
【００１７】
また、装置損失検出手段によって、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、出力電圧制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータのそれぞれの出力電圧を制御して、平滑コンデンサの直流電圧が所望の電圧になるように、各インバータの出力電流が同じであっても電力系統から各装置損失を補正する有効電力を引き込むように、各インバータの出力電圧を調整する。つまり、装置損失によって自励式単相インバータの平滑コンデンサからの直流電圧が低下したときに、出力電圧制御手段によって、直列接続された自励式単相インバータの出力電圧を制御することで、同インバータにおける平滑コンデンサの直流電圧を所望の電圧に制御して無効電力の補償を行う。
【００１８】
また、本発明に係る請求項４記載の系統連系電力変換装置は、平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、３相交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを３つ備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記３相交流電力系統の各相にそれぞれ接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの装置損失が所望の損失となるように、前記複数の自励式単相インバータを構成するスイッチング素子のそれぞれに供給されるスイッチング信号の周波数をそれぞれ独立に制御するスイッチング周波数制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
このような構成であれば、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサなどの直流回路部分を独立にしたまま、複数の自励式単相インバータの交流出力側を直列多重化したものを３つ並列に接続するので、それぞれの多重化された自励式単相インバータの出力を、３相交流電力系統の各相に接続することになり、各相への接続には、多重化された自励式単相インバータのそれぞれの出力電流の変化を抑制するリアクトルを介せば良く、多重化されたインバータの出力を合成する多重トランスなどの大型の装置を必要としないので、装置の小型化、低価格化が可能となる。
【００２０】
また、装置損失検出手段によって、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、スイッチング周波数制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータに供給するスイッチング信号のスイッチング周波数を制御して、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が所望の損失になるように制御するようにしたので、直列接続された各インバータの出力電流及び出力電圧が同じであっても装置損失を直接制御することによって、平滑コンデンサの直流電圧を所望の電圧に制御可能となる。つまり、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が異なるときに、スイッチング周波数制御手段によって、自励式単相インバータに供給されるスイッチング信号のスイッチング周波数を制御することで、同インバータに発生する装置損失を制御し、各インバータの平滑コンデンサの直流電圧を所望の値に制御することで無効電力の補償を行うことが可能となる。
【００２１】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の系統連系電力変換装置において、前記電力損失検出手段は、前記平滑コンデンサの直流電圧を検出し、この検出結果と予め設定された基準直流電圧との差分を演算し、その演算結果を前記装置損失として出力するようになっていることを特徴としている。
【００２２】
つまり、装置損失検出手段は、装置損失として、平滑コンデンサの直流電圧を検出すると共に、検出された電圧と予め設定された基準直流電圧との差分を演算して出力するようにした。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図７は、本発明に係る系統連系電力変換装置の実施の形態を示す図である。
まず、本発明に係る第１の系統連系電力変換装置の構成を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明に係る系統連系電力変換装置の第１の実施の形態の全体構成を示すブロック図であり、図２は、系統連系電力変換装置における電力変換回路を示す図である。なお、図８の従来例と同一の部品には同一の符号を付した。
【００２４】
図１に示すように、第１の系統連系電力変換装置１は、誘導性負荷を有する３相交流電力系統Ｖｓに、進み、遅れを含む無効電力を供給するための電力変換回路２と、スイッチングパルス信号の生成及び電力変換回路２にスイッチングパルス信号の供給を行うスイッチングパルス供給部３と、電力変換回路２における単相交流インバータを構成する平滑コンデンサの直流電圧出力を検出し、その電圧に基づいて装置損失を演算する装置損失検出部４と、この演算結果に基づき電力変換回路２における単相交流インバータの出力電圧を制御する出力電圧制御部５と、を含んだ構成となっており、電力変換回路２の各出力は、３相交流電力系統Ｖｓの各相に後述するリアクトルＬ１〜Ｌ３を介して接続されている。ここで、本実施の形態においては、３相交流電力系統Ｖｓの交流周波数を５０Ｈｚとする。
【００２５】
電力変換回路２は、自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３と、リアクタンスＬ１〜Ｌ３と、を含んだ構成となっている。
自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３は、Ｕ１１とＵ２１、Ｕ１２とＵ２２及びＵ１３とＵ２３がそれぞれ直列に接続されており、それぞれの最終段の出力がリアクタンスＬ１〜Ｌ３を介して３相交流電力系統Ｖｓに接続された構成となっている。
【００２６】
更に、図２に示すように、自励式単相インバータＵ１１は、スイッチング素子部８１〜８４と平滑コンデンサＣとから構成されており、スイッチング素子部８１と８３及び８２と８４がそれぞれ直列に接続され、更に、直列接続されたそれぞれが並列に接続された構成となっている。
なお更に、各スイッチング素子部は、スイッチング素子とダイオードとがそれぞれ逆向きに並列接続された構成となっている。
【００２７】
また、リアクタンスＬ１〜Ｌ３は、直列接続された自励式単相交流インバータの出力電流の変化を抑制するためのものである。
スイッチングパルス供給部３は、電力変換回路２の各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３におけるスイッチング素子８１〜８４を所定のタイミングでスイッチングさせるためのスイッチングパルスを生成し、各自励式単相インバータに供給するものである。
【００２８】
装置損失検出部４は、電力変換回路２における各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３の平滑コンデンサＣの直流電圧を検出し、その検出された直流電圧と予め設定されている基準電圧Ｖｒとの差分を演算し、この演算結果を装置損失として出力電圧制御部５に出力する。
出力電圧制御部５は、入力された装置損失に基づき、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が異なった場合に、対応する自励式単相インバータの出力電圧を制御するもので、前記装置損失に基づき、平滑コンデンサＣの現在の直流電圧が所望の電圧に近づくように自励式単相インバータの出力電圧を制御する。本実施の形態においては、直列接続された各自励式単相インバータにおける平滑コンデンサＣの直流電圧が同一となるように制御を行う。
【００２９】
第１の系統連系電力変換装置１の具体的な動作を図３に基づいて説明する。図３は、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の装置損失と直流電圧との関係の一例を示す図である。
電力変換回路２が動作し、図３に示すように、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の損失ＰＵ１１及びＰＵ２１が、ＰＵ２１の方がＰＵ１１よりも大きくなるような状態になると、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の直流電圧ＶＵ１１及びＶＵ２１は、同図に示すように、ＶＵ１１がＶＵ２１よりも高い電圧となる。これは、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１との装置損失に差があるために生じる状態であり、このような状態になると、３相交流電力系統Ｖｓに供給される無効電力が変化してしまい、無効電力の補償性能が低下する恐れがある。従って、第１の系統連系電力変換装置１は、この装置損失の差を演算し、その演算結果に基づき自励式単相インバータの出力電圧を制御して同インバータの平滑コンデンサの直流電圧を補正することによって、３相交流電力系統Ｖｓに安定した無効電力の供給を行うようにするものである。
【００３０】
つまり、第１の系統連系電力変換装置１は、装置損失検出部４によって各単相インバータの装置損失の検出を常に行っている。つまり、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の装置損失の検出処理を説明すると、装置損失検出部４は、まず、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１のそれぞれの平滑コンデンサＣの直流電圧を検出し、次に、その検出電圧と予め設定されている基準電圧Ｖｒとの差分をそれぞれ演算し、その演算結果を装置損失として出力する。
【００３１】
更に、この演算結果は、出力電圧制御部５に入力され、まず、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の両装置損失の比較処理（例えば、大小比較）が行われる。この比較処理により、上記したようにＵ２１の装置損失の方がＵ１１の装置損失より大きいときは、出力電圧制御部５は、自励式単相インバータＵ２１の出力電圧を装置損失補償電力が大きくなるように制御する。その結果、自励式単相インバータＵ１１の出力電圧とＵ２１の出力電圧とに差が生じて、３相交流電力系統Ｖｓから流れ込む有効電力が自励式単相インバータＵ２１の方に多く流れ込むようになる。これにより、自励式単相インバータＵ２１における平滑コンデンサＣの直流電圧が上昇し、装置損失分が補正され同Ｕ１１の直流電圧と同じ大きさに近づく。ここで、出力電圧制御部５は、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの平滑コンデンサＣの直流電圧の大きさが同じ大きさになるように、自励式単相インバータの出力電圧の制御を行うようになっている。なお、上記第１の実施の形態では、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１の直列接続部分についてのみ説明しているが、自励式単相インバータＵ１２とＵ２２、Ｕ１３とＵ２３の直列接続部分でも同様の処理が行われる。
【００３２】
以上、第１の実施の形態によれば、自励式単相インバータを、その直流回路を独立のままに直列接続することで出力を多重化しているので、電力系統に接続する際に、リアクタンスを介するのみで良くなり、多重トランスなどの出力を多重化する大型で高価な装置が不必要となり、装置全体の小型化、低価格化が可能となる。
【００３３】
また、自励式単相インバータの出力電圧を制御することで、同インバータの備える平滑コンデンサＣの直流電圧を制御可能としたので、直列接続されたそれぞれの自励式単相インバータの出力電圧が同じであり、且つ、それぞれの装置損失が異なっても、その損失を補正することが可能である。
更に、本発明の第２の実施の形態を図４乃至図７に基づいて説明する。まず、本発明に係る第２の系統連系電力変換装置の構成を図５に基づいて説明する。図５は、第２の系統連系電力変換装置の構成を示す図である。
【００３４】
図５に示すように、第２の系統連系電力変換装置６は、電力変換回路２と、装置損失検出部４と、スイッチングパルス制御部７と、を含んで構成され、３相交流電力系統ＶｓにリアクタンスＬ１〜Ｌ３を介して接続されている。
電力変換回路２及び装置損失検出部４は、上記第１の系統連系電力変換装置１と同一のものであるので説明を省略する。
【００３５】
スイッチングパルス制御部７は、装置損失検出部４によって演算された装置損失に基づき、電力変換回路２における、対応する自励式単相インバータに供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を制御し、同インバータの装置損失を調節するものである。つまり、対応する自励式単相インバータにおける平滑コンデンサＣの直流電圧が所望の電圧に近づくように、対応する自励式単相インバータに供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を制御する。本実施の形態においては、直列接続された各自励式単相インバータにおける平滑コンデンサＣの直流電圧が同一となるように制御を行う。
【００３６】
第２の系統連系電力変換装置６の具体的な動作を図４、６及び７に基づいて説明する。図４（ａ）は、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１に供給されるスイッチングパルス信号のスイッチング周波数が同じ場合の装置損失の関係の一例を示す図であり、図４（ｂ）は、（ａ）の状態において、自励式単相インバータＵ２１に供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を低下させた場合の自励式単相インバータＵ１１とＵ２１の装置損失の関係を示す図である。
【００３７】
更に、図６は、発生損失が大きいときにスイッチング周波数を低くした場合の自励式単相インバータの出力電圧波形を示す図であり、図７は発生損失が小さいときにスイッチング周波数を高くした場合の自励式単相インバータの出力電圧波形を示す図である。
電力変換回路２が動作し、図４に示すように、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１に供給されるスイッチングパルス信号のスイッチング周波数が同じ場合に、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の損失ＰＵ１１及びＰＵ２１が、ＰＵ２１の方がＰＵ１１よりも大きくなるような状態になると、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の直流電圧ＶＵ１１及びＶＵ２１は、ＶＵ１１がＶＵ２１よりも高い電圧となる。これは、上記第１の系統連系電力変換装置１と同様に、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１との装置損失に差があるために生じる状態であり、このような状態になると、３相交流電力系統Ｖｓに供給される無効電力が変化してしまい、無効電力補償性能が低下する恐れがある。従って、本実施の形態は、この装置損失の差を演算し、その演算結果に基づき自励式単相インバータに供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を制御して、同インバータに発生する損失を制御することで平滑コンデンサＣの直流電圧を補正し、３相交流電力系統Ｖｓに安定した無効電力の供給を行うようにするものである。
【００３８】
つまり、第２の系統連系電力変換装置６は、装置損失検出部４によって各単相インバータの装置損失の検出を常に行っているので、その演算結果を、スイッチングパルス制御部７に入力する。ここで、装置損失検出部４の処理は上記第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。そして、スイッチングパルス制御部７は、まず、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の両装置損失の比較処理（例えば、大小比較）を行う。この比較処理により、上記したように自励式単相インバータＵ２１の装置損失の方がＵ１１の装置損失より大きいときは、図６に示すように、自励式単相インバータＵ２１に供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を低くして、同インバータＵ２１に発生する装置損失が小さくなるように制御を行う。つまり、自励式単相インバータＵ２１の装置損失を小さくするためには、同インバータの動作により発生する装置損失自体を小さくすれば良く、スイッチング素子はスイッチング周波数が高いほど発生損失が上昇するので、スイッチングパルス制御部７は、自励式単相インバータＵ２１に供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を低くして発生損失が低減するように制御を行う。これにより、自励式単相インバータＵ２１における平滑コンデンサＣの直流電圧が上昇し、その装置損失は小さくなり同Ｕ１１の損失と同じ大きさに近づく。ここで、スイッチングパルス制御部７は、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの平滑コンデンサＣの直流電圧の大きさが同じ大きさになるように、自励式単相インバータに供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数の制御を行うようになっている。
【００３９】
なお、３相交流電力系統Ｖｓの系全体の電力損失を安定化させるには、無効電力を安定化させれば良いので、図４に示すように、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１に供給されるスイッチングパルス信号のスイッチング周波数が同じ場合に、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の損失ＰＵ１１及びＰＵ２１が、ＰＵ２１の方がＰＵ１１よりも大きくなるような状態のときに、図７に示すように、発生損失の小さい自励式単相インバータＵ１１に供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を高くして、同インバータＵ１１における平滑コンデンサＣの直流電圧を低下させることで、自励式単相インバータＵ２１における平滑コンデンサＣの直流電圧と同一になるように制御を行っても良い。なお、上記第２の実施の形態では、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１の直列接続部分についてのみ説明しているが、自励式単相インバータＵ１２とＵ２２、Ｕ１３とＵ２３の直列接続部分でも同様の処理が行われる。
【００４０】
以上、第２の実施の形態によれば、自励式単相インバータを、その直流回路を独立のままに直列接続することで出力を多重化しているので、電力系統に接続する際に、リアクタンスを介するのみで良くなり、多重トランスなどの出力を多重化する大型で高価な装置が不必要となり、装置全体の小型化、低価格化が可能となる。
【００４１】
また、自励式単相インバータに供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を制御することで、同インバータに発生する損失を調節し、これにより平滑コンデンサＣの直流電圧を制御するようにしているので、直列接続されたそれぞれの自励式単相インバータの出力電流及び出力電圧が同じであり、且つ、装置損失がそれぞれ異なっていても、その損失を補正することが可能である。
【００４２】
ここで、図１に示す、出力電圧制御部５は、請求項１及び請求項３記載の出六電圧制御手段に対応し、図１及び図２に示す、装置損失制御部４は、請求項１乃至請求項５記載の装置損失検出手段に対応し、図２に示す、スイッチングパルス制御部７は、請求項２及び請求項４記載のスイッチング周波数制御手段に対応する。
【００４３】
なお、上記実施の形態においては、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサの直流電圧を検出し、この電圧と基準電圧Ｖｒとの差分を装置損失としているが、これに限らず、実際の無効電力と基準の無効電力との差分など、発生損失を示すものであれば、どのよなものであっても良い。
また、上記実施の形態においては、自励式単相インバータを２つ直列に接続した場合を説明しているが、これに限らず、自励式単相インバータを２以上の直列接続して回路を構成するようにしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る系統連系電力変換装置によれば、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサなどの直流回路部分を独立にしたまま、複数の自励式単相インバータを直列接続してその出力を多重化するので、多重化された出力を所定の交流電力系統に接続することになり、電力系統への接続には自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルを介すだけで良く、インバータの出力を多重化するための多重トランスなどの大型の装置を必要としないので、装置の小型化、低価格化が可能となる。
【００４５】
また、装置損失検出手段によって、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、出力電圧制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータのそれぞれの出力電圧を独立に制御して、平滑コンデンサの直流電圧が所望の電圧になるように制御するようにしたので各インバータの出力電流が同じであっても電力系統から装置損失を補正する有効電力を引き込むように、各インバータの出力電圧を調整することにより、所望の直流電圧に制御できる。
【００４６】
また、装置損失検出手段によって、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、スイッチング周波数制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータに供給するスイッチング信号のスイッチング周波数を制御して、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が所望の損失になるように制御するようにしたので、直列接続された各インバータの出力電流及び出力電圧が同じであっても装置損失を直接制御することによって、平滑コンデンサの直流電圧を所望の電圧に制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る系統連系電力変換装置の第１の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】系統連系電力変換装置におけるインバータ回路を示す図である。
【図３】自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の装置損失と直流電圧との関係の一例を示す図である。
【図４】（ａ）は、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１に供給されるスイッチングパルス信号のスイッチング周波数が同じ場合の装置損失の関係の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態において、自励式単相インバータＵ２１に供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を低下させた場合の自励式単相インバータＵ１１とＵ２１の装置損失の関係を示す図である。
【図５】第２の系統連系電力変換装置の構成を示す図である。
【図６】発生損失が大きいときにスイッチング周波数を低くした場合の自励式単相インバータの出力電圧波形を示す図である。
【図７】発生損失が小さいときにスイッチング周波数を高くした場合の自励式単相インバータの出力電圧波形を示す図である。
【図８】従来型系統連系電力変換装置における従来型電力変換回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１の系統連系電力変換装置
２ 電力変換回路
３ スイッチングパルス供給部
４ 装置損失検出部
５ 出力電圧制御部
６ 第２の系統連系電力変換装置
７ スイッチングパルス制御部
８０ 従来型電力変換回路
８１〜８４ 第１〜第４スイッチング素子部
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電力系統における無効電力を補償する系統連系電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自励式単相インバータを用いて電力系統の無効電力を補償する系統連系電力変換装置として、図８に示すような自励式単相インバータ回路を含むものが用いられていた。
図８に示すように、従来型系統連系電力変換装置における従来型電力変換回路８０は、平滑コンデンサＣを直流電圧源とし、その直流電圧源から交流出力に変換する自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３を備え、それら自励式単相インバータの直流回路部分が共通化するようにそれぞれが並列に接続されており、更に、それらの出力が多重トランスＴｒを介して３相交流電力系統Ｖｓの各相に接続された構成となっている。この従来型電力変換回路８０は、各インバータから無効電力のみを供給するように動作させるので、別途直流電圧源が必要なく、平滑コンデンサＣのみがあればよい。
【０００３】
また、従来型系統連系電力変換装置は、３相交流電力系統Ｖｓとの間で無効電力の入出力を行い、同変換装置を構成する従来型電力変換回路８０の出力の制御を行うことで無効電力の補償を行っている。このとき、各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３における装置損失による電力損失分は、３相交流電力系統Ｖｓから供給するようになっている。
【０００４】
具体的な動作を説明すると、従来型系統連系電力変換装置は、同装置の従来型電力変換回路８０における各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３に、図示しないスイッチングパルス発生装置からのスイッチングパルス信号が入力されており、そのスイッチングパルスによって、インバータを構成するスイッチング素子のオン、オフを切り替えることで直流入力を交流出力に変換している。これらスイッチング素子には、強制転流回路を必要としない、パワートランジスタ、ＧＴＯ（Gate Turn Off）サイリスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の自己消弧型素子が用いられる。
【０００５】
つまり、各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３は、図８に示すように、スイッチング素子とダイオードとを互いに逆方向に並列接続した第１〜第４スイッチング素子部８１〜８４を備えており、これらスイッチング素子部に対してパルス信号を供給し、第１スイッチング素子部８１と第４スイッチング素子部８４との組合わせと、第２スイッチング素子部８２と第３スイッチング素子部８３との組み合わせとに対して、一方がオン状態のときは、他方はオフ状態となるようにスイッチングさせることで直流電圧を交流電圧へと変換する。各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３の平滑コンデンサの出力電圧が装置損失によって低下すると、３相電力系統より装置損失に相当する電力を供給し、平滑コンデンサを充電し、損失分を補正するのである。
【０００６】
更に、各自励式単相インバータの出力は、多重トランスＴｒにおいて、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１との出力が直列多重化されて３相交流電力系統Ｖｓの１つの相に入力される。同様に、自励式単相インバータＵ１２とＵ２２との出力、Ｕ１３とＵ２３との出力もそれぞれ直列多重化され、対応する相に入力されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来型系統連系電力変換装置においては、直流回路が共通であるため、直列多重化されたインバータの出力を合成するための多重トランスが、装置と電力系統との間に必要となり、装置が大型化及び高価格化する傾向にあった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、複数の自励式単相インバータを、その直流回路を独立のままに直接直列接続することで出力を多重化し、その出力をリアクトルを介して交流電力系統に接続する直列多重化に多重トランスを必要としない構成の系統連系電力変換装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の系統連系電力変換装置は、平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを１以上備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記交流電力系統に接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの平滑コンデンサの電圧が所望の電圧となるように、前記複数の自励式単相インバータの出力電圧をそれぞれ独立に制御する出力電圧制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
このような構成であれば、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサなどの直流回路部分を独立にしたまま、複数の自励式単相インバータの交流出力側を直列接続してその出力を多重化するので、多重化された出力を所定の交流電力系統に接続することになり、電力系統への接続には自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルを介すだけで良く、インバータの出力を多重化するための多重トランスなどの大型の装置を必要としないので、装置の小型化、低価格化が可能となる。
【００１１】
また、装置損失検出手段によって、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、出力電圧制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータのそれぞれの出力電圧を独立に制御して、平滑コンデンサの直流電圧が所望の電圧になるように各インバータの出力電流が同じであっても電力系統から各装置損失を補正する有効電力を引き込むように、各インバータの出力電圧を調整する。つまり、装置損失によって自励式単相インバータの平滑コンデンサの電圧が低下したときに、出力電圧制御手段によって、直列接続された自励式単相インバータの出力電圧を制御することで、同インバータにおける平滑コンデンサの電圧を所望の電圧に制御して無効電力の補償を行う。
【００１２】
また、本発明に係る請求項２記載の系統連系電力変換装置は、平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを１以上備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記所定の交流電力系統に接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの装置損失が所望の損失となるように、前記複数の自励式単相インバータを構成するスイッチング素子のそれぞれに供給されるスイッチング信号の周波数をそれぞれ独立に制御するスイッチング周波数制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
このような構成であれば、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサなどの直流回路部分を独立にしたまま、複数の自励式単相インバータの交流出力側を直列接続してその出力を多重化するので、多重化された出力を所定の交流電力系統に接続することになり、電力系統への接続には自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルを介すだけで良く、インバータの出力を多重化するための多重トランスなどの大型の装置を必要としないので、装置の小型化、低価格化につながる。
【００１４】
また、装置損失検出手段によって、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、スイッチング周波数制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータに供給するスイッチング信号のスイッチング周波数を制御して、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が所望の損失になるように制御するようにしたので、直列接続された各インバータの出力電流及び出力電圧が同じであっても装置損失を直接制御することによって、平滑コンデンサの直流電圧を所望の電圧に制御可能となる。つまり、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が異なるときに、スイッチング周波数制御手段によって、自励式単相インバータに供給されるスイッチング信号のスイッチング周波数を制御することで、各自励式単相インバータに発生する装置損失を制御し、同インバータの平滑コンデンサの直流電圧を所望の値に制御することで無効電力の補償を行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明に係る請求項３記載の系統連系電力変換装置は、平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、３相交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを３つ備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記３相交流電力系統の各相にそれぞれ接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの平滑コンデンサの電圧が所望の電圧となるように、前記複数の自励式単相インバータの出力電圧をそれぞれ独立に制御する出力電圧制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
このような構成であれば、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサなどの直流回路部分を独立にしたまま、複数の自励式単相インバータの交流出力側を直列接続してその出力を多重化したものを３つ並列に接続するので、それぞれの多重化された自励式単相インバータの出力を３相交流電力系統の各相に接続することになり、各相への接続には、多重化された自励式単相インバータのそれぞれの出力電流の変化を抑制するリアクトルを介せば良く、多重化されたインバータの出力を合成する多重トランスなどの大型の装置を必要としないので、装置の小型化、低価格化につながる。
【００１７】
また、装置損失検出手段によって、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、出力電圧制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータのそれぞれの出力電圧を制御して、平滑コンデンサの直流電圧が所望の電圧になるように、各インバータの出力電流が同じであっても電力系統から各装置損失を補正する有効電力を引き込むように、各インバータの出力電圧を調整する。つまり、装置損失によって自励式単相インバータの平滑コンデンサからの直流電圧が低下したときに、出力電圧制御手段によって、直列接続された自励式単相インバータの出力電圧を制御することで、同インバータにおける平滑コンデンサの直流電圧を所望の電圧に制御して無効電力の補償を行う。
【００１８】
また、本発明に係る請求項４記載の系統連系電力変換装置は、平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、３相交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを３つ備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記３相交流電力系統の各相にそれぞれ接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの装置損失が所望の損失となるように、前記複数の自励式単相インバータを構成するスイッチング素子のそれぞれに供給されるスイッチング信号の周波数をそれぞれ独立に制御するスイッチング周波数制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
このような構成であれば、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサなどの直流回路部分を独立にしたまま、複数の自励式単相インバータの交流出力側を直列多重化したものを３つ並列に接続するので、それぞれの多重化された自励式単相インバータの出力を、３相交流電力系統の各相に接続することになり、各相への接続には、多重化された自励式単相インバータのそれぞれの出力電流の変化を抑制するリアクトルを介せば良く、多重化されたインバータの出力を合成する多重トランスなどの大型の装置を必要としないので、装置の小型化、低価格化が可能となる。
【００２０】
また、装置損失検出手段によって、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、スイッチング周波数制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータに供給するスイッチング信号のスイッチング周波数を制御して、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が所望の損失になるように制御するようにしたので、直列接続された各インバータの出力電流及び出力電圧が同じであっても装置損失を直接制御することによって、平滑コンデンサの直流電圧を所望の電圧に制御可能となる。つまり、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が異なるときに、スイッチング周波数制御手段によって、自励式単相インバータに供給されるスイッチング信号のスイッチング周波数を制御することで、同インバータに発生する装置損失を制御し、各インバータの平滑コンデンサの直流電圧を所望の値に制御することで無効電力の補償を行うことが可能となる。
【００２１】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の系統連系電力変換装置において、前記電力損失検出手段は、前記平滑コンデンサの直流電圧を検出し、この検出結果と予め設定された基準直流電圧との差分を演算し、その演算結果を前記装置損失として出力するようになっていることを特徴としている。
【００２２】
つまり、装置損失検出手段は、装置損失として、平滑コンデンサの直流電圧を検出すると共に、検出された電圧と予め設定された基準直流電圧との差分を演算して出力するようにした。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図７は、本発明に係る系統連系電力変換装置の実施の形態を示す図である。
まず、本発明に係る第１の系統連系電力変換装置の構成を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明に係る系統連系電力変換装置の第１の実施の形態の全体構成を示すブロック図であり、図２は、系統連系電力変換装置における電力変換回路を示す図である。なお、図８の従来例と同一の部品には同一の符号を付した。
【００２４】
図１に示すように、第１の系統連系電力変換装置１は、誘導性負荷を有する３相交流電力系統Ｖｓに、進み、遅れを含む無効電力を供給するための電力変換回路２と、スイッチングパルス信号の生成及び電力変換回路２にスイッチングパルス信号の供給を行うスイッチングパルス供給部３と、電力変換回路２における単相交流インバータを構成する平滑コンデンサの直流電圧出力を検出し、その電圧に基づいて装置損失を演算する装置損失検出部４と、この演算結果に基づき電力変換回路２における単相交流インバータの出力電圧を制御する出力電圧制御部５と、を含んだ構成となっており、電力変換回路２の各出力は、３相交流電力系統Ｖｓの各相に後述するリアクトルＬ１〜Ｌ３を介して接続されている。ここで、本実施の形態においては、３相交流電力系統Ｖｓの交流周波数を５０Ｈｚとする。
【００２５】
電力変換回路２は、自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３と、リアクタンスＬ１〜Ｌ３と、を含んだ構成となっている。
自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３は、Ｕ１１とＵ２１、Ｕ１２とＵ２２及びＵ１３とＵ２３がそれぞれ直列に接続されており、それぞれの最終段の出力がリアクタンスＬ１〜Ｌ３を介して３相交流電力系統Ｖｓに接続された構成となっている。
【００２６】
更に、図２に示すように、自励式単相インバータＵ１１は、スイッチング素子部８１〜８４と平滑コンデンサＣとから構成されており、スイッチング素子部８１と８３及び８２と８４がそれぞれ直列に接続され、更に、直列接続されたそれぞれが並列に接続された構成となっている。
なお更に、各スイッチング素子部は、スイッチング素子とダイオードとがそれぞれ逆向きに並列接続された構成となっている。
【００２７】
また、リアクタンスＬ１〜Ｌ３は、直列接続された自励式単相交流インバータの出力電流の変化を抑制するためのものである。
スイッチングパルス供給部３は、電力変換回路２の各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３におけるスイッチング素子８１〜８４を所定のタイミングでスイッチングさせるためのスイッチングパルスを生成し、各自励式単相インバータに供給するものである。
【００２８】
装置損失検出部４は、電力変換回路２における各自励式単相インバータＵ１１〜Ｕ１３及びＵ２１〜Ｕ２３の平滑コンデンサＣの直流電圧を検出し、その検出された直流電圧と予め設定されている基準電圧Ｖｒとの差分を演算し、この演算結果を装置損失として出力電圧制御部５に出力する。
出力電圧制御部５は、入力された装置損失に基づき、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が異なった場合に、対応する自励式単相インバータの出力電圧を制御するもので、前記装置損失に基づき、平滑コンデンサＣの現在の直流電圧が所望の電圧に近づくように自励式単相インバータの出力電圧を制御する。本実施の形態においては、直列接続された各自励式単相インバータにおける平滑コンデンサＣの直流電圧が同一となるように制御を行う。
【００２９】
第１の系統連系電力変換装置１の具体的な動作を図３に基づいて説明する。図３は、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の装置損失と直流電圧との関係の一例を示す図である。
電力変換回路２が動作し、図３に示すように、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の損失ＰＵ１１及びＰＵ２１が、ＰＵ２１の方がＰＵ１１よりも大きくなるような状態になると、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の直流電圧ＶＵ１１及びＶＵ２１は、同図に示すように、ＶＵ１１がＶＵ２１よりも高い電圧となる。これは、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１との装置損失に差があるために生じる状態であり、このような状態になると、３相交流電力系統Ｖｓに供給される無効電力が変化してしまい、無効電力の補償性能が低下する恐れがある。従って、第１の系統連系電力変換装置１は、この装置損失の差を演算し、その演算結果に基づき自励式単相インバータの出力電圧を制御して同インバータの平滑コンデンサの直流電圧を補正することによって、３相交流電力系統Ｖｓに安定した無効電力の供給を行うようにするものである。
【００３０】
つまり、第１の系統連系電力変換装置１は、装置損失検出部４によって各単相インバータの装置損失の検出を常に行っている。つまり、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の装置損失の検出処理を説明すると、装置損失検出部４は、まず、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１のそれぞれの平滑コンデンサＣの直流電圧を検出し、次に、その検出電圧と予め設定されている基準電圧Ｖｒとの差分をそれぞれ演算し、その演算結果を装置損失として出力する。
【００３１】
更に、この演算結果は、出力電圧制御部５に入力され、まず、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の両装置損失の比較処理（例えば、大小比較）が行われる。この比較処理により、上記したようにＵ２１の装置損失の方がＵ１１の装置損失より大きいときは、出力電圧制御部５は、自励式単相インバータＵ２１の出力電圧を装置損失補償電力が大きくなるように制御する。その結果、自励式単相インバータＵ１１の出力電圧とＵ２１の出力電圧とに差が生じて、３相交流電力系統Ｖｓから流れ込む有効電力が自励式単相インバータＵ２１の方に多く流れ込むようになる。これにより、自励式単相インバータＵ２１における平滑コンデンサＣの直流電圧が上昇し、装置損失分が補正され同Ｕ１１の直流電圧と同じ大きさに近づく。ここで、出力電圧制御部５は、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの平滑コンデンサＣの直流電圧の大きさが同じ大きさになるように、自励式単相インバータの出力電圧の制御を行うようになっている。なお、上記第１の実施の形態では、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１の直列接続部分についてのみ説明しているが、自励式単相インバータＵ１２とＵ２２、Ｕ１３とＵ２３の直列接続部分でも同様の処理が行われる。
【００３２】
以上、第１の実施の形態によれば、自励式単相インバータを、その直流回路を独立のままに直列接続することで出力を多重化しているので、電力系統に接続する際に、リアクタンスを介するのみで良くなり、多重トランスなどの出力を多重化する大型で高価な装置が不必要となり、装置全体の小型化、低価格化が可能となる。
【００３３】
また、自励式単相インバータの出力電圧を制御することで、同インバータの備える平滑コンデンサＣの直流電圧を制御可能としたので、直列接続されたそれぞれの自励式単相インバータの出力電圧が同じであり、且つ、それぞれの装置損失が異なっても、その損失を補正することが可能である。
更に、本発明の第２の実施の形態を図４乃至図７に基づいて説明する。まず、本発明に係る第２の系統連系電力変換装置の構成を図５に基づいて説明する。図５は、第２の系統連系電力変換装置の構成を示す図である。
【００３４】
図５に示すように、第２の系統連系電力変換装置６は、電力変換回路２と、装置損失検出部４と、スイッチングパルス制御部７と、を含んで構成され、３相交流電力系統ＶｓにリアクタンスＬ１〜Ｌ３を介して接続されている。
電力変換回路２及び装置損失検出部４は、上記第１の系統連系電力変換装置１と同一のものであるので説明を省略する。
【００３５】
スイッチングパルス制御部７は、装置損失検出部４によって演算された装置損失に基づき、電力変換回路２における、対応する自励式単相インバータに供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を制御し、同インバータの装置損失を調節するものである。つまり、対応する自励式単相インバータにおける平滑コンデンサＣの直流電圧が所望の電圧に近づくように、対応する自励式単相インバータに供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を制御する。本実施の形態においては、直列接続された各自励式単相インバータにおける平滑コンデンサＣの直流電圧が同一となるように制御を行う。
【００３６】
第２の系統連系電力変換装置６の具体的な動作を図４、６及び７に基づいて説明する。図４（ａ）は、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１に供給されるスイッチングパルス信号のスイッチング周波数が同じ場合の装置損失の関係の一例を示す図であり、図４（ｂ）は、（ａ）の状態において、自励式単相インバータＵ２１に供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を低下させた場合の自励式単相インバータＵ１１とＵ２１の装置損失の関係を示す図である。
【００３７】
更に、図６は、発生損失が大きいときにスイッチング周波数を低くした場合の自励式単相インバータの出力電圧波形を示す図であり、図７は発生損失が小さいときにスイッチング周波数を高くした場合の自励式単相インバータの出力電圧波形を示す図である。
電力変換回路２が動作し、図４に示すように、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１に供給されるスイッチングパルス信号のスイッチング周波数が同じ場合に、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の損失ＰＵ１１及びＰＵ２１が、ＰＵ２１の方がＰＵ１１よりも大きくなるような状態になると、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の直流電圧ＶＵ１１及びＶＵ２１は、ＶＵ１１がＶＵ２１よりも高い電圧となる。これは、上記第１の系統連系電力変換装置１と同様に、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１との装置損失に差があるために生じる状態であり、このような状態になると、３相交流電力系統Ｖｓに供給される無効電力が変化してしまい、無効電力補償性能が低下する恐れがある。従って、本実施の形態は、この装置損失の差を演算し、その演算結果に基づき自励式単相インバータに供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を制御して、同インバータに発生する損失を制御することで平滑コンデンサＣの直流電圧を補正し、３相交流電力系統Ｖｓに安定した無効電力の供給を行うようにするものである。
【００３８】
つまり、第２の系統連系電力変換装置６は、装置損失検出部４によって各単相インバータの装置損失の検出を常に行っているので、その演算結果を、スイッチングパルス制御部７に入力する。ここで、装置損失検出部４の処理は上記第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。そして、スイッチングパルス制御部７は、まず、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の両装置損失の比較処理（例えば、大小比較）を行う。この比較処理により、上記したように自励式単相インバータＵ２１の装置損失の方がＵ１１の装置損失より大きいときは、図６に示すように、自励式単相インバータＵ２１に供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を低くして、同インバータＵ２１に発生する装置損失が小さくなるように制御を行う。つまり、自励式単相インバータＵ２１の装置損失を小さくするためには、同インバータの動作により発生する装置損失自体を小さくすれば良く、スイッチング素子はスイッチング周波数が高いほど発生損失が上昇するので、スイッチングパルス制御部７は、自励式単相インバータＵ２１に供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を低くして発生損失が低減するように制御を行う。これにより、自励式単相インバータＵ２１における平滑コンデンサＣの直流電圧が上昇し、その装置損失は小さくなり同Ｕ１１の損失と同じ大きさに近づく。ここで、スイッチングパルス制御部７は、直列接続された自励式単相インバータのそれぞれの平滑コンデンサＣの直流電圧の大きさが同じ大きさになるように、自励式単相インバータに供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数の制御を行うようになっている。
【００３９】
なお、３相交流電力系統Ｖｓの系全体の電力損失を安定化させるには、無効電力を安定化させれば良いので、図４に示すように、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１に供給されるスイッチングパルス信号のスイッチング周波数が同じ場合に、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の損失ＰＵ１１及びＰＵ２１が、ＰＵ２１の方がＰＵ１１よりも大きくなるような状態のときに、図７に示すように、発生損失の小さい自励式単相インバータＵ１１に供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を高くして、同インバータＵ１１における平滑コンデンサＣの直流電圧を低下させることで、自励式単相インバータＵ２１における平滑コンデンサＣの直流電圧と同一になるように制御を行っても良い。なお、上記第２の実施の形態では、自励式単相インバータＵ１１とＵ２１の直列接続部分についてのみ説明しているが、自励式単相インバータＵ１２とＵ２２、Ｕ１３とＵ２３の直列接続部分でも同様の処理が行われる。
【００４０】
以上、第２の実施の形態によれば、自励式単相インバータを、その直流回路を独立のままに直列接続することで出力を多重化しているので、電力系統に接続する際に、リアクタンスを介するのみで良くなり、多重トランスなどの出力を多重化する大型で高価な装置が不必要となり、装置全体の小型化、低価格化が可能となる。
【００４１】
また、自励式単相インバータに供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を制御することで、同インバータに発生する損失を調節し、これにより平滑コンデンサＣの直流電圧を制御するようにしているので、直列接続されたそれぞれの自励式単相インバータの出力電流及び出力電圧が同じであり、且つ、装置損失がそれぞれ異なっていても、その損失を補正することが可能である。
【００４２】
ここで、図１に示す、出力電圧制御部５は、請求項１及び請求項３記載の出六電圧制御手段に対応し、図１及び図２に示す、装置損失制御部４は、請求項１乃至請求項５記載の装置損失検出手段に対応し、図２に示す、スイッチングパルス制御部７は、請求項２及び請求項４記載のスイッチング周波数制御手段に対応する。
【００４３】
なお、上記実施の形態においては、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサの直流電圧を検出し、この電圧と基準電圧Ｖｒとの差分を装置損失としているが、これに限らず、実際の無効電力と基準の無効電力との差分など、発生損失を示すものであれば、どのよなものであっても良い。
また、上記実施の形態においては、自励式単相インバータを２つ直列に接続した場合を説明しているが、これに限らず、自励式単相インバータを２以上の直列接続して回路を構成するようにしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る系統連系電力変換装置によれば、自励式単相インバータを構成する平滑コンデンサなどの直流回路部分を独立にしたまま、複数の自励式単相インバータを直列接続してその出力を多重化するので、多重化された出力を所定の交流電力系統に接続することになり、電力系統への接続には自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルを介すだけで良く、インバータの出力を多重化するための多重トランスなどの大型の装置を必要としないので、装置の小型化、低価格化が可能となる。
【００４５】
また、装置損失検出手段によって、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、出力電圧制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータのそれぞれの出力電圧を独立に制御して、平滑コンデンサの直流電圧が所望の電圧になるように制御するようにしたので各インバータの出力電流が同じであっても電力系統から装置損失を補正する有効電力を引き込むように、各インバータの出力電圧を調整することにより、所望の直流電圧に制御できる。
【００４６】
また、装置損失検出手段によって、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出し、スイッチング周波数制御手段によって、その検出結果に基づき自励式単相インバータに供給するスイッチング信号のスイッチング周波数を制御して、自励式単相インバータのそれぞれの装置損失が所望の損失になるように制御するようにしたので、直列接続された各インバータの出力電流及び出力電圧が同じであっても装置損失を直接制御することによって、平滑コンデンサの直流電圧を所望の電圧に制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る系統連系電力変換装置の第１の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】系統連系電力変換装置におけるインバータ回路を示す図である。
【図３】自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１の装置損失と直流電圧との関係の一例を示す図である。
【図４】（ａ）は、自励式単相インバータＵ１１及びＵ２１に供給されるスイッチングパルス信号のスイッチング周波数が同じ場合の装置損失の関係の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態において、自励式単相インバータＵ２１に供給するスイッチングパルス信号のスイッチング周波数を低下させた場合の自励式単相インバータＵ１１とＵ２１の装置損失の関係を示す図である。
【図５】第２の系統連系電力変換装置の構成を示す図である。
【図６】発生損失が大きいときにスイッチング周波数を低くした場合の自励式単相インバータの出力電圧波形を示す図である。
【図７】発生損失が小さいときにスイッチング周波数を高くした場合の自励式単相インバータの出力電圧波形を示す図である。
【図８】従来型系統連系電力変換装置における従来型電力変換回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１の系統連系電力変換装置
２ 電力変換回路
３ スイッチングパルス供給部
４ 装置損失検出部
５ 出力電圧制御部
６ 第２の系統連系電力変換装置
７ スイッチングパルス制御部
８０ 従来型電力変換回路
８１〜８４ 第１〜第４スイッチング素子部
Claims (5)
- 平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力等の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを１以上備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記交流電力系統に接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの平滑コンデンサの電圧が所望の電圧となるように、前記複数の自励式単相インバータの出力電圧をそれぞれ独立に制御する出力電圧制御手段と、を備えることを特徴とする系統連系電力変換装置。 - 平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力等の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを１以上備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記所定の交流電力系統に接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの装置損失が所望の損失となるように、前記複数の自励式単相インバータを構成するスイッチング素子のそれぞれに供給されるスイッチング信号の周波数をそれぞれ独立に制御するスイッチング周波数制御手段と、を備えることを特徴とする系統連系電力変換装置。 - 平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、３相交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力等の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを３つ備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記３相交流電力系統の各相にそれぞれ接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの平滑コンデンサの電圧が所望の電圧となるように、前記複数の自励式単相インバータの出力電圧をそれぞれ独立に制御する出力電圧制御手段と、を備えることを特徴とする系統連系電力変換装置。 - 平滑コンデンサを直流電圧源として含み、当該直流電圧を交流電圧に変換する複数の自励式単相インバータと、当該複数の自励式単相インバータの出力電流の変化を抑制するリアクトルと、を備え、３相交流電力系統との間で電力の入出力を行うことで無効電力等の補償を行う系統連系電力変換装置であって、
２以上の前記自励式単相インバータの交流出力側を、当該２以上の自励式単相インバータのそれぞれの直流回路部分を独立のままに直列接続したものを３つ備えると共に、その全体の出力は、前記所定のリアクトルを介して前記３相交流電力系統の各相にそれぞれ接続されるようになっており、
前記複数の自励式単相インバータのそれぞれの装置損失を検出する装置損失検出手段と、この検出結果に基づき前記複数の自励式単相インバータにおけるそれぞれの装置損失が所望の損失となるように、前記複数の自励式単相インバータを構成するスイッチング素子のそれぞれに供給されるスイッチング信号の周波数をそれぞれ独立に制御するスイッチング周波数制御手段と、を備えることを特徴とする系統連系電力変換装置。 - 前記装置損失検出手段は、前記平滑コンデンサの電圧を検出し、この検出結果と予め設定された基準直流電圧との差分を演算し、その演算結果を前記装置損失として出力するようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の系統連系電力変換装置。
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