JP4421700B2

JP4421700B2 - 系統連系インバータ

Info

Publication number: JP4421700B2
Application number: JP18652499A
Authority: JP
Inventors: 哲裕川本; 泰伸岡田
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP2001016867A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池等の直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して電力系統に連系させる系統連系インバータに係り、詳しくはインバータ出力から電流歪み成分を除去する構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
系統連系インバータにおいては、その出力電流歪み率の上限値（例えば、各次３％、総合５％）が規格（所謂ガイドライン）により設定されており、電力系統に連系させるためには、この規格を満足させる必要がある。そこで、従来から、系統連系インバータでは、上記規格（出力電流歪み率）を満足させるために、
1).インバータ出力電流を直接フィードバック制御することでインバータの出力制御を行う、
2).インバータ出力部にＬＣフィルタ部を設けることでインバータのスイッチング動作時に発生する歪み電流を低減する、
といった構成が知られていた。
【０００３】
しかしながら、系統連系インバータでは、系統電圧の歪みに起因して生じる歪み電流（以下、系統起因歪み電流と称す）が発生し、ＬＣフィルタ部を構成するコンデンサにこの系統起因歪み電流が流れ込むことがあるが、上述した従来の構成では、このような系統起因歪み電流については十分低減することができないという不都合があった。特に、電力系統側のインダクタンス成分と上述したＬＣフィルタ部のコンデンサ成分とで疑似的に構成される共振回路（以下、みなし共振回路と称す）の共振周波数が、系統電圧の歪み周波数成分に近似したものとなる場合には、みなし共振回路の共振周波数付近に周波数帯を有する系統起因歪み電流がＬＣフィルタ部の出力部に多く流れてしまうという不都合があった。
【０００４】
このような不都合を解消するためには、
3).共振周波数調整用のインダクタンスを系統側に別途外付けで設けることで、上述したみなし共振回路の共振周波数を、系統電圧の歪み成分の周波数帯から大きく離間させる、
4).ＬＣフィルタ部に対して直列にダンピング抵抗を接続することで、上述したみなし共振回路の共振周波数成分を含めたインピーダンスを大きくしてみなし共振回路の共振周波数付近に周波数帯を有する電流を減衰させる、
といった構成も考えられ、実際、従来では採用されることもあった。
【０００５】
しかしながら、このような構成に対して次のような不都合がある。すなわち、3).の構成においては、電力系統毎に、インダクタンス成分の値が変動するために、接続する電力系統毎に外付けのインダクタンスのＬを調整する必要があり、その作業が非常に面倒なものとなって製造コストを上昇させる。一方、4).の構成においては、ダンピング抵抗を設ける分、インバータの効率を低下させたり、ＬＣフィルタ部の歪み電流低減効果を減退させる。
【０００６】
そこで、このような不都合を生じさせることなく系統起因歪み電流を低減するものとして、従来から、
5).ＬＣフィルタ部の出力部に電流センサを設けて、この電流センサから供給される電力系統と系統連系インバータとの間に流れる電流（系統起因歪み電流）を直接フィードバック制御することでインバータの出力制御をする、
という構成が知られていた。
【０００７】
この構成によれば、外付けのインダクタンスのＬ（インダクタンス値）を調整する必要がなく、しかも、ダンピング抵抗といったインバータの効率や歪み電流低減効果を減退させる要因となる回路部品を設けることなく、系統起因歪み電流を低減することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにして系統起因歪み電流の低減を図っていた従来の構成（上述した5).の構成）においても、次のような課題があった。すなわち、ＬＣフィルタ出力電流のフィードバック制御系に、ＬＣフィルタ部および上述したみなし共振回路のゲイン特性や位相特性を考慮した微分要素を設ける必要がある。ところが、微分要素には高周波になるほどゲインが大きくなるという特性がある。そのため、このような特性を有する微分要素をＬＣフィルタ部の出力電流のフィードバック制御系に設けると、このフィードバック制御系を流れる制御信号のノイズ成分を増幅して、フィードバック制御系を不安定にしてしまうという課題があった。
【０００９】
なお、このような微分要素によるノイズ成分の増幅を防止したものとしては、従来から微分要素にさらにローパスフィルタ機能を合わせ持った不完全微分要素という微分要素が知られており、広く使われている。しかしながら、このような不完全微分要素と純粋な微分要素とはそのゲイン・位相特性が異なっているため、不完全微分要素を組み込んでＬＣフィルタ部出力電流のフィードバック制御系を構成しても精度高く歪み電流を低減することは困難であった。
【００１０】
したがって、本発明においては、歪み電流をフィードバック制御系を不安定にすることなく精度高く低減させることを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、インバータ出力部に歪み電流低減用のＬＣフィルタ部を設けて電力系統に連系させる系統連系インバータであって、前記ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される歪み周波数成分を、各歪み周波数毎に静止座標系から歪み角周波数で回転する回転座標系へ変換する回転座標変換手段によって直流に変換し、ローパスフィルタを用いて前記歪み周波数成分の直流変換成分のみを抽出することによって歪み成分を抽出する歪み成分抽出手段と、前記歪み周波数成分を補償するための歪み補償指令を歪み補償指令作成手段により作成し、作成した歪み補償指令を歪み角周波数で回転する回転座標系から静止座標系へ変換する回転逆座標変換手段によりインバータ出力電流補償指令を作成するインバータ出力電流補償指令作成手段と、前記インバータ出力電流補償指令作成手段で作成されたインバータ出力電流補償指令に基づいてインバータの出力制御を行う制御手段と、を有するとともに、前記歪み補償指令作成手段は、前記歪み周波数成分の直流変換成分と予め設定された歪み電流指令値との偏差を積分することのみで前記歪み補償指令を作成することに特徴を有しており、これにより次のような作用を有する。
【００１２】
すなわち歪み周波数成分毎に回転座標変換とローパスフィルタとによる歪み成分の抽出と、歪み補償指令作成手段と回転逆座標変換操作とによるインバータ出力電流補償指令値の作成とを行うので、ＬＣフィルタ部およびみなし共振回路（電力系統側のインダクタンス成分とＬＣフィルタ部のコンデンサ成分とで構成される）のゲイン・位相特性を考慮したフィードバック制御系を構成するためにノイズを増幅させる微分要素やノイズを考慮した不完全微分要素（微分要素とゲイン・位相特性が若干異なる）を用いる必要がなくなるので、制御系のノイズを考慮することなくＬＣフィルタ部および上述したみなし共振回路のゲイン・位相特性を考慮した精度の高い歪み電流制御系を構成できる。また、歪み補償指令作成手段は、前記歪み周波数成分の直流変換成分と予め設定された歪み電流指令値との偏差を積分することのみで前記歪み補償指令を作成することにより、歪み補償指令値の急激な変化がなくなり、歪み電流抽出制御系が安定する。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に係る系統連系インバータであって、前記回転逆座標変換手段は、回転逆座標変換の際に回転座標系の回転角を調整することで前記インバータ出力電流補償指令の位相補正も行うことに特徴を有しており、これにより次のような作用を有する。
【００１４】
すなわち、回転逆座標変換時の回転座標系の回転角の調整により、歪み成分が最も減少するようにインバータ出力電流補償指令値の位相調整を行うことができる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の系統連系インバータであって、前記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電流補償指令作成手段は、インバータで出力制御可能なすべての歪み成分に対して常時動作するものであることに特徴を有しており、これにより次のような作用を有する。
【００１８】
すなわち、インバータで出力制御可能な周波数成分は、インバータのスイッチング周波数（ディジタル制御の場合は、演算周期やサンプリング周波数にも関係する）によって決まる。よって、前記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電流補償指令作成手段を、インバータで出力制御可能なすべての歪み成分に対して常時動作させておけば、インバータの性能を最大限に活かしたさらに精度のよい歪み電流の低減を行えるようになる。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載の系統連系インバータであって、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段をさらに有しており、このフィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、前記ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される歪み周波数成分の歪み率を測定する歪み周波数成分測定手段と、前記歪み周波数成分測定手段で検出した歪み周波数成分の歪み率のうち、歪み率設定値を上回っている周波数成分を明確にして、明確化された歪み情報に応じて前記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電流補償指令作成手段を動作させるフィルタ出力歪み抽出制御部導入指令を出力する歪み周波数成分比較手段と、を有しており、かつ、前記歪み周波数成分比較手段は、歪み率設定値を上回っている歪み周波数成分についてのみ前記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電流補償指令作成手段を動作させるものであることに特徴を有しており、これにより次のような作用を有する。
【００２０】
すなわち、歪み周波数成分測定手段は、前記ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される各周波数成分の歪み率を測定するものであり、ＦＦＴ解析器や請求項１記載の歪み成分抽出手段等を用いて構成することができる。一方、歪み周波数成分比較手段は、前記歪み周波数成分測定手段を用いて測定した各周波数成分の歪み率と、歪み率設定値とを比較器（コンパレータ）等を用いて比較し、歪み率設定値を上回っている周波数成分を明確にして、歪み率設定値を上回っている周波数成分についてのみ前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を動作させる。
【００２１】
このようなフィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段を設けることによって、歪み率が設定値を下回っている歪み周波数成分についても前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を動作させてしまうという無駄がなくなる。
【００２２】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４記載の系統連系インバータであって、前記歪み周波数成分比較手段は、歪み率設定値を上回っている歪み周波数成分のうち歪み率の大きいものから上位Ｎ番目までの歪み周波数成分についてのみ前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を動作させるものであることに特徴を有しており、これにより次のような作用を有する。
【００２３】
すなわち、このような歪み周波数成分比較手段を設けることにより、例えば、インバータのディジタル制御に使用しているＣＰＵの能力に限界があって、前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を多数の周波数成分に対して動作させることができない場合（例えば、歪み周波数１０成分の抽出制御しか動作できない場合）であっても、歪み率が設定値を越えている上位Ｎ成分までの歪み周波数成分について抽出制御を導入することで、ＣＰＵの能力を最大限に活かした前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を構築することが可能となる。
【００２４】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項４または５記載の系統連系インバータであって、前記フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、前記電力系統と連系した直後の１回だけ動作するものであることに特徴を有しており、これにより次のような作用を有する。
【００２５】
すなわち、系統の歪み周波数成分は系統の負荷変動等によって若干変化している。しかし、系統の中には負荷変動等がほとんど起こらない安定した系統も存在し、その場合、系統の歪み周波数成分はほとんど一定で、ＬＣフィルタ部の出力電流中に含まれる歪み周波数成分も変化することはない。ゆえに、以上のような安定した系統にインバータを設置する場合は、前記フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段を常時動作させておく必要はなく、前記系統連系インバータを系統と連系した直後の１回だけ動作させれば、歪み電流を制御することが可能となる。
【００２６】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項４または５記載の系統連系インバータであって、前記フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、前記電力系統と連系した直後からある一定周期もしくはランダムに動作するものであることに特徴を有しており、これにより次のような作用を有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施の形態の系統連系インバータの構成を示すブロック図であり、図２はその要部の詳細を示すブロック図である。
【００２９】
この系統連系インバータ１は、インバータ部２と、ＬＣフィルタ部３と、インバータ制御回路部４と、ドライブ回路５とを備えている。
【００３０】
インバータ部２は太陽電池等の直流電源αから供給される直流電圧を裁断して任意の交流電圧波形を作成して電力系統βに連系している。ＬＣフィルタ部３はインバータ部２の交流出力から高調波成分を取り除いている。インバータ制御回路部４はインバータ出力電圧補正信号を発生させている。ドライブ回路５は、インバータ制御回路部４から入力されるインバータ出力電圧補正信号からインバータ主回路素子駆動ＰＷＭ信号を作成してインバータ部２を駆動させている。
【００３１】
インバータ制御回路部４は、第１、第２の電流センサ６，７と、フィルタ出力歪み抽出制御部８と、インバータ出力電流制御部９とを備えている。
【００３２】
第１電流センサ６は、インバータ部２の出力電流（以下、インバータ出力電流情報と称す）を検出している。第２電流センサ７は、ＬＣフィルタ部３の出力電流（以下、ＬＣフィルタ出力電流情報と称す）を検出している。
【００３３】
フィルタ出力歪み抽出制御部８は、歪み成分抽出部１０と、歪み閾値作成部１１と、第１減算器１２と、フィルタ出力歪み制御部１３とを備えている。
【００３４】
歪み成分抽出部１０は、ＬＣフィルタ出力電流情報から歪み電流成分を直流に変換してその直流分を抽出し第１減算器１２に出力している。歪み閾値作成部１１は、歪み電流の閾値レベル信号を作成して第１減算器１２に供給している。閾値レベル信号は直流レベルであって、本実施の形態ではゼロ値に設定している。第１減算器１２では閾値レベル信号（歪み閾値作成部１１から供給）と歪み電流成分（歪み成分抽出部１０から入力）との偏差を算出してその偏差情報をフィルタ出力歪み制御部１３に出力している。フィルタ出力歪み制御部１３は、入力される歪みの偏差を積分（Ｉ制御）することにより、その偏差がゼロになる出力電流歪み補償指令（直流）を作成し、さらに、その出力電流歪み補償指令を回転逆座標変換によりインバータ出力電流補償指令（交流）に変換してインバータ出力電流制御部９にフィードフォワードしている。
【００３５】
インバータ出力電流制御部９は、インバータ出力電流基本波成分作成部１４と、第１加算器１５と、第２減算器１６と、インバータ出力電流制御部本体１７とを備えている。インバータ出力電流基本波成分作成部１４はインバータ出力電流の基本波成分の指令値（以下、基本波成分と称す）を作成して第１加算器１５に供給している。第１加算器１５は、供給される基本波成分に、インバータ出力電流補償指令（フィルタ出力歪み制御部１３から入力される）を加算し、その加算結果であるインバータ出力電流指令を第２減算器１６に出力している。第２減算器１６はインバータ出力電流指令とインバータ出力電流情報（第１の電流センサ６の出力）との偏差を算出して、その偏差情報をインバータ出力電流制御部本体１７に出力している。インバータ出力電流制御部本体１７は、入力される偏差情報に比例要素（Ｐ制御）をかけることにより、その偏差がゼロになるようなインバータ出力電圧補正信号を作成して、ドライブ回路５に供給している。
【００３６】
以上が、この系統連系インバータ１の基本構成である。次に、この系統連系インバータ１の特徴となるフィルタ出力歪み抽出制御部８の構成について説明する。
【００３７】
歪み成分抽出部１０は、ＬＣフィルタ出力電流情報から任意の周波数成分を回転座標変換により直流に変換する回転座標変換手段２０と、回転座標変換手段２０の出力から交流成分を除去するローパスフィルタ２１とを備えている。
【００３８】
フィルタ出力歪み制御部１３は、第１減算器１２の出力である偏差情報を積分処理（Ｉ制御）する積分手段２２と、積分手段２２の出力である出力電流歪み補償指令（直流）を回転逆座標変換することにより元の周波数成分（交流）に変換する回転逆座標変換手段２３とを備えている。
【００３９】
なお、本実施の形態では、歪み成分抽出部１０から歪み成分抽出手段が構成され、歪み閾値作成部１１と第１減算器１２とフィルタ出力歪み制御部１３（積分手段２２のみ）とから歪み補償指令作成手段が構成されており、インバータ出力電流制御部９とドライブ回路５とから制御手段が構成されている。また、図１中、符号１８は、電力系統βの連系点であり、符号Ｌは、電力系統βのインダクタンスである。
【００４０】
次に、この系統連系インバータ１の動作を説明する。
【００４１】
第２電流センサ７からフィードバックされるＬＣフィルタ出力電流情報に対して回転座標変換手段２０により次のような処理を行う。すなわち、抽出する高調波歪みの次数に対応した回転角（例えば５次の正相分の高調波歪みであれば５ωｔ〔ωｔ：基本波正相分の回転角〕）で回転する回転座標系に変換する。このようにして回転座標変換することにより任意次数の歪み成分を直流量に選択的に変換することができる。ここで、任意次数の歪み成分以外は、歪み成分との差周波数の交流量となる。そのため、ローパスフィルタ２１により回転座標変換手段２０の出力から交流分を除去すれば、ＬＣフィルタ出力電流情報から任意の次数の高調波歪み成分だけを回転座標成分（直流量）にして抽出することができる。
【００４２】
次に、第１減算器１２において、直流量にして抽出した歪み成分と歪み電流の歪み閾値レベル信号（本実施の形態では直流ゼロレベル値）との偏差をとり、その偏差を積分手段２２で積分（Ｉ制御）することにより、その偏差をゼロに制御するような出力電流歪み補償指令（直流）を作成する。さらには、出力電流歪み補償指令（直流）を、回転逆座標変換手段２３により回転逆座標変換することにより、上記任意の次数の高調波歪み成分を補償する交流３相のインバータ出力電流補償指令を作成する。
【００４３】
このようなフィルタ出力電流の歪み抽出制御は、ＬＣフィルタ出力電流情報に含まれているすべての歪み周波数成分について設け、フィルタ出力歪み制御部１３から出力されるそれぞれの歪み周波数成分についての交流３相のインバータ出力電流補償指令は、第２加算器２４においてそれぞれの相毎にすべて足し込むことによって、ＬＣフィルタ出力電流情報に含まれているすべての歪み周波数成分を補償する交流３相のインバータ出力電流補償指令を作成する。
【００４４】
このようにして作成した交流３相のインバータ出力電流補償指令を第１加算器１５において基本波成分に加算（フィードフォワード）したのち、その加算結果と第１電流センサ６で検出したインバータ出力電流情報との偏差をとり、さらには、インバータ出力電流制御部本体１７において、その偏差をゼロに制御するようなインバータ出力電圧補正信号を作成して、そのインバータ出力電圧補正信号に基づいて、ドライブ回路５でインバータ２を駆動制御する。
【００４５】
なお、回転逆座標変換手段２３において出力電流歪み補償指令（直流）を回転逆座標変換する際に、回転座標系の回転角を、回転座標変換時の回転角に対して必要に応じて、進ませたり、遅らせたりすることにより、歪み成分が最も減少するように交流３相のインバータ出力電流補償指令の位相補正を簡単に行うことができる。しかも、このような位相補正をノイズ成分を増幅させる微分要素を用いることなく行えるので、安定した制御系を構成することができる。
【００４６】
なお、本発明における回転座標変換手段および回転逆座標変換手段として、３相／ｄｑ軸座標変換およびｄｑ軸／３相座標変換と呼ばれる座標変換手段を用いており、３相／ｄｑ軸座標変換式としては次の（１）式で表され、ｄｑ軸／３相座標変換式としては次の（２）式で表される。
【００４７】
（ただし、ｎ：抽出制御したい高調波歪みの次数［整数］、ωｔ：基本波正相分の回転角、θ（ｎ）：回転逆座標変換時の位相補正量［−π≦θ（ｎ）≦π］）
【００４８】
【数１】

【００４９】
この系統連系インバータ１では、インバータ部２のスイッチングによる歪み電流をＬＣフィルタ部３の動作により低減する。そして、ＬＣフィルタ部３で除去することができない歪み成分（直流電流やＬＣフィルタ部３の共振電流等）をインバータ出力電流制御部９により除去する。さらには、このような２つの歪み電流除去手段によっても除去することができない電流歪み（電力系統βの電圧歪みに起因して電力系統βからＬＣフィルタ部３のコンデンサに流れ込む歪み電流）については、フィルタ出力歪み抽出制御部８の動作により除去する。
【００５０】
したがって、電力系統β側からの歪み電流を抑制するために、電力系統β側にＬＣ共振周波数調整用のインダクタンスＬを外付け配置したり、ＬＣフィルタ部３に共振抑制用のダンピング抵抗を設けたりする必要がなくなり、コスト削減や変換効率の向上につながる。
【００５１】
さらには、制御系に微分要素を挿入することなくＬＣフィルタ部３の出力電流のフィードバック制御系を構成できるので、このフィードバック制御系においてノイズ成分を考慮する必要がなくなる。すなわち、歪み周波数成分毎に、回転座標変換操作とローパスフィルタによる歪み成分の抽出操作と、歪み補償指令作成手段と回転逆座標変換操作によるインバータ出力電流補償指令値の作成とを行うので、ＬＣフィルタ部３やみなし共振回路（電力系統β側のインダクタンス成分とＬＣフィルタ部３のコンデンサ成分とで構成される）のゲイン・位相特性を考慮したフィードバック制御系を構成するために、ノイズを増幅させる要因となる微分要素を用いる必要がなくなるうえに、ノイズを考慮した不完全微分要素（微分要素とゲイン・位相特性が若干異なる）を用いる必要もなくなる。したがって、制御系のノイズを考慮することなくＬＣフィルタ部３および上述したみなし共振回路のゲイン・位相特性を考慮した精度の高い歪み電流制御系を構成できる。
【００５２】
また、インバータ出力電流補償指令作成手段を構成する歪み閾値作成部１１、第１減算器１２、およびフィルタ出力歪み制御部１３において、回転逆座標変換時の回転座標系の回転角を調整することでインバータ出力電流補償指令の位相補正を行えば、歪み成分が最も減少するようにインバータ出力電流補償指令値の位相調整を行うことができる。
【００５３】
この系統連系インバータ１では、上述した構成を備えたうえでさらに、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段１９を備えている。フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段１９は、歪み周波数成分測定手段１９Ａと、歪み周波数成分比較手段１９Ｂとを有している。
【００５４】
歪み周波数成分測定手段１９Ａは、ＬＣフィルタ部３の出力電流（電流センサ７で検出される）中に重畳される歪み周波数成分の歪み率を測定している。
【００５５】
歪み周波数成分比較手段１９Ｂは、歪み周波数成分測定手段１９Ａで検出した歪み周波数成分の歪み率のうち、予め設定しておいた歪み率設定値を上回っている周波数成分を明確にしている。さらに歪み周波数成分比較手段１９Ｂは、明確化された歪み情報に応じてフィルタ出力歪み抽出制御部導入指令をフィルタ出力歪み抽出制御部８に出力している。フィルタ出力歪み抽出制御部導入指令を受けたフィルタ出力歪み抽出制御部８は、歪み率設定値を上回っている歪み周波数成分に対して選択的に動作することになる。
【００５６】
歪み周波数成分測定手段１９Ａは、ＬＣフィルタ部３の出力電流中に重畳される各周波数成分の歪み率を測定しており、ＦＦＴ解析器や歪み成分抽出部１０と同等の構成を用いて構成することができる。一方、歪み周波数成分比較手段１９Ｂは、歪み周波数成分測定手段１９Ａを用いて測定した各周波数成分の歪み率と、歪み率設定値とを比較器（コンパレータ）等を用いて比較してフィルタ出力歪み抽出制御部導入指令を作成している。
【００５７】
このようなフィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段１９を設けることによって、この系統連系インバータ１は、歪み率が規定値を下回っている歪み周波数成分についてもフィルタ出力歪み抽出制御部８を動作させてしまうという無駄がなくなる。
【００５８】
ここで、歪み周波数成分比較手段１９Ｂにおいて、歪み率設定値を上回っている歪み周波数成分のうち歪み率の大きいものから上位Ｎ番目までの歪み周波数成分についてのみフィルタ出力歪み抽出制御部８を動作させるようにしてもよい。そうすれば、次の点で好都合となる。すなわち、例えば、系統連系インバータ１のディジタル制御に使用しているＣＰＵの能力に限界があって、フィルタ出力歪み抽出制御部８を多数の周波数成分に対して動作させることができない場合（例えば、歪み周波数１０成分の抽出制御しか動作できない場合）であっても、歪み率が設定値を越えている上位Ｎ成分までの歪み周波数成分について抽出制御を導入するようにすれば、ＣＰＵの能力を最大限に活かしたフィルタ出力歪み抽出制御部８を構築することが可能となる。
【００５９】
さらには、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段１９を、電力系統と連系した直後の１回だけ動作するものとしてもよい。そうすれば、次の点で好都合となる。すなわち、電力系統βの歪み周波数成分は電力系統βの負荷変動等によって若干変化している。しかし、電力系統βの中には負荷変動等がほとんど起こらない安定した系統も存在し、その場合、電力系統βの歪み周波数成分はほとんど一定で、ＬＣフィルタ部３の出力電流中に含まれる歪み周波数成分も変化することはない。ゆえに、以上のような安定した電力系統βに系統連系インバータ１を設置する場合は、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段１９を常時動作させておく必要はなく、系統連系インバータ１を電力系統βと連系した直後の１回だけ動作させれば、歪み電流を制御することが可能となる。
【００６０】
さらにまた、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段１９を、電力系統βと連系した直後からある一定周期もしくはランダムに動作するものとしてもよい。そうすれば、次の点で好都合である。すなわち、電力系統βの歪み周波数成分は電力系統βの負荷変動等によって若干変化している。ゆえに、この系統連系インバータ１を電力系統βに連系させた直後からある一定周期、もしくはランダム（例えば、負荷変動時、すなわち、インバータ出力電力変動時）に、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段１９を動作させるようにする。これにより、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段１９を常時働かせる場合に比べて、ＣＰＵの負担が軽くなる。
【００６１】
上述した実施の形態は、電流制御型インバータにおいて本発明を実施した例であったが、本発明はこのようなインバータに限定的に実施されるものではなく、図３に示すように、電力制御型のインバータにおいて実施できるのはいうまでもなく、さらには、図４に示すように、高力率コンバータにおいても実施できる。さらにまた、図５に示すように、電力系統βから負荷υに流れ込む歪み電流を抑制するアクティブフィルタにおいても実施できる。なお、これらの変形例における基本構成は、上述した実施の形態と同様であり、同一ないし同様の部分には、同一の符号を付している。
【００６２】
なお、図３において、符号３０は、電力演算のために設けられた電圧センサであり、符号３１は、電圧センサ３０の出力と第２電流センサ７の出力とから電力を演算する電力演算部であり、符号３２は、電力演算部３１で演算したインバータ出力電力と電力指令値との偏差をとる減算器であり、符号３３は、減算器３２から出力される電力偏差からその偏差をゼロに制御する上述した実施の形態における基本波成分に相当する信号を作成する電力制御部である。
【００６３】
なお、図４において、符号４０は、電力演算のために設けられた電圧センサであり、符号４１は、負荷γとインバータ部２との間の電圧を検出する電圧検出器であり、符号４２は、電圧センサ４０の出力と第２電流センサ７の出力とから電力を演算する電力演算部であり、符号４３は、電力演算部４２で演算したインバータ出力電力と電力指令値との偏差をとる減算器であり、符号４４は、電圧検出器４１で検出した負荷γの電圧と電圧指令値との偏差をとる減算器であり、符号４５は、減算器４３から出力される電力偏差からその偏差をゼロに制御する上述した実施の形態における基本波成分に相当する信号を作成する電力制御部であり、符号４６は、減算器４４から出力される電圧偏差からその偏差をゼロに制御する上述した実施の形態における基本波成分に相当する信号を作成する電圧制御部である。
【００６４】
なお、図５において、符号５０は、負荷υに流れ込む電流を検出する電流センサであり、符号５１は、電流センサ５０により検出された負荷電流から歪み成分を抽出する負荷電流歪み成分抽出手段である。ここで、負荷電流歪み成分抽出手段は歪み成分抽出部１０と同等の構成を用いて構成することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、次のような効果を奏する。
【００６６】
請求項１では、ＬＣフィルタ部の出力電流歪みを歪み周波数成分毎に歪み成分を抽出して制御するので、ＬＣフィルタ部、および電力系統側のインダクタンス成分とＬＣフィルタ部のコンデンサ成分とで構成されるみなし共振回路のゲイン・位相特性を考慮したフィードバック制御系を構成するために、ノイズを増幅させる微分要素や、ノイズを考慮した不完全微分要素（微分要素とゲイン・位相特性が若干異なる）を用いる必要がなくなるので、制御系のノイズを考慮することなくＬＣフィルタ部および上述したみなし共振回路のゲイン・位相特性を考慮した精度の高い歪み電流制御系を構成できる。また、歪み補償指令値を積分手段のみを用いて作成するので、歪み補償指令値の急激な変化がなくなり、歪み電流抽出制御系の安定性がよくなる。
【００６７】
また、請求項２では、回転逆座標変換時の回転座標系の回転角の調整を行うことで、歪み成分が最も減少するようにインバータ出力電流補償指令値の位相調整を行うことができ、その分、さらに、歪み除去精度を高めることができる。
【００６９】
また、請求項３では、ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される歪み周波数成分のうち、インバータの出力制御可能な周波数成分についてはすべて制御できるようになるので、インバータの性能を最大限に活かしたさらに精度のよい歪み電流の低減を行えるようになる。
【００７０】
また、請求項４によれば、歪み率が規定値を下回っている歪み周波数成分について歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を動作させてしまうという無駄がなくなり、前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を含めたインバータの制御をディジタル制御で行う場合、制御演算を司るＣＰＵの負担が軽くなって安価なＣＰＵを用いることができ、ＣＰＵのコスト削減につながる、もしくは、演算時間が高速になって、演算時間による制御遅れが短縮され、歪み電流制御系の精度が向上することになる。
【００７１】
さらには、アクティブフィルタのような多数（例えば、４０次以下のすべて）の歪み周波数成分を制御する場合には、このフィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段を設けることによって、（４０次以下の）すべての歪み周波数成分について抽出制御を導入する必要がなくなるので、演算時間および演算時間による制御遅れの大幅な短縮が予想され、歪み電流制御系の精度が大幅に向上する。
【００７２】
また、請求項５では、例えば、インバータのディジタル制御に使用しているＣＰＵの能力に限界があって、前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を多数の周波数成分に対して動作させることができない場合（例えば、歪み周波数１０成分の抽出制御しか動作できない場合）であっても、歪み率が設定値を越えている上位Ｎ成分までの歪み周波数成分について抽出制御を導入するようにすれば、ＣＰＵの能力を最大限に活かした前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を構築することが可能となり、そのため、ＣＰＵのコスト削減にもつながる。
【００７３】
また、請求項６では、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段を働かせるＣＰＵの負担が軽くなって安価なＣＰＵを用いることができ、ＣＰＵのコスト削減につながる、もしくは、演算時間が高速になって、演算時間による制御遅れが短縮され、歪み電流制御系の精度が向上することになる。
【００７４】
また、請求項７では、フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段を常時働かせる場合に比べて、ＣＰＵの負担が軽くなって安価なＣＰＵを用いることができ、ＣＰＵのコスト削減につながる、もしくは、演算時間が高速になって、演算時間による制御遅れが短縮され、歪み電流制御系の精度が向上する。また、負荷変動等によって系統の歪み周波数成分が変化した場合でも、その系統の変化に応じてフィルタ出力歪み抽出制御部の選択導入が行われるので、系統の歪み周波数成分の変化に強い歪み電流制御系を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る系統連系インバータの全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態の要部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の変形例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の変形例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の変形例を示すブロック図である。
【符号の説明】
α 直流電源２インバータ部
β 電力系統３ＬＣフィルタ部
４インバータ制御回路部５ドライブ回路
６第１電流センサ７第２電流センサ
８フィルタ出力歪み抽出制御部９インバータ出力電流制御部
１０歪み成分抽出部１１歪み閾値作成部
１２第１減算器１３フィルタ出力歪み制御部
１４インバータ出力電流基本波成分作成部
１５第１加算器
１６第２減算器１７インバータ出力電流制御部本体
１９フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段
１９Ａ歪み周波数成分測定手段１９Ｂ歪み周波数成分比較手段
２０回転座標変換手段２１ローパスフィルタ
２２積分手段２３回転逆座標変換手段
２４第２加算器

Claims

インバータ出力部に歪み電流低減用のＬＣフィルタ部を設けて電力系統に連系させる系統連系インバータであって、
前記ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される歪み周波数成分を、各歪み周波数毎に静止座標系から歪み角周波数で回転する回転座標系へ変換する回転座標変換手段によって直流に変換し、ローパスフィルタを用いて前記歪み周波数成分の直流変換成分のみを抽出することによって歪み成分を抽出する歪み成分抽出手段と、前記歪み周波数成分を補償するための歪み補償指令を歪み補償指令作成手段により作成し、作成した歪み補償指令を歪み角周波数で回転する回転座標系から静止座標系へ変換する回転逆座標変換手段によりインバータ出力電流補償指令を作成するインバータ出力電流補償指令作成手段と、前記インバータ出力電流補償指令作成手段で作成されたインバータ出力電流補償指令に基づいてインバータの出力制御を行う制御手段と、を有するとともに、
前記歪み補償指令作成手段は、前記歪み周波数成分の直流変換成分と予め設定された歪み電流指令値との偏差を積分することのみで前記歪み補償指令を作成することを特徴とする系統連系インバータ。
請求項１記載の系統連系インバータであって、
前記回転逆座標変換手段は、回転逆座標変換の際に回転座標系の回転角を調整することで前記インバータ出力電流補償指令の位相補正も行うことを特徴とする系統連系インバータ。
請求項１または２記載の系統連系インバータであって、
前記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電流補償指令作成手段は、インバータで出力制御可能なすべての歪み成分に対して常時動作するものであることを特徴とする系統連系インバータ。
請求項１または２記載の系統連系インバータであって、
フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段をさらに有しており、このフィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、前記ＬＣフィルタ部の出力電流中に重畳される歪み周波数成分の歪み率を測定する歪み周波数成分測定手段と、前記歪み周波数成分測定手段で検出した歪み周波数成分の歪み率のうち、歪み率設定値を上回っている周波数成分を明確にして、明確化された歪み情報に応じて前記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電流補償指令作成手段を動作させるフィルタ出力歪み抽出制御部導入指令を出力する歪み周波数成分比較手段と、を有しており、かつ、前記歪み周波数成分比較手段は、歪み率設定値を上回っている歪み周波数成分についてのみ前記歪み成分抽出手段および前記インバータ出力電流補償指令作成手段を動作させるものであることを特徴とする系統連系インバータ。
請求項４記載の系統連系インバータであって、
前記歪み周波数成分比較手段は、歪み率設定値を上回っている歪み周波数成分のうち歪み率の大きいものから上位Ｎ番目までの歪み周波数成分についてのみ前記歪み成分抽出手段およびインバータ出力電流補償指令作成手段を動作させるものであることを特徴とする系統連系インバータ。
請求項４または５記載の系統連系インバータであって、
前記フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、前記電力系統と連系した直後の１回だけ動作するものであることを特徴とする系統連系インバータ。
請求項４または５記載の系統連系インバータであって、
前記フィルタ出力歪み抽出制御部導入選択手段は、前記電力系統と連系した直後からある一定周期もしくはランダムに動作するものであることを特徴とする系統連系インバータ。