JP4621013B2 - Inverter control device - Google Patents
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本発明は、パルス幅変調を行うインバータの制御装置に関する。 The present invention relates to an inverter control device that performs pulse width modulation.
この種のインバータとしては、例えば直流電源の出力を交流電力に変換して商用交流電源に供給するという系統連系インバータがある。そして、系統連系インバータには、図11(a)、(b)に示す様な単相電圧形インバータや三相電圧形インバータ等がある。 As this type of inverter, for example, there is a grid-connected inverter that converts the output of a DC power source into AC power and supplies it to a commercial AC power source. Examples of the grid interconnection inverter include a single-phase voltage source inverter and a three-phase voltage source inverter as shown in FIGS.
例えば、図11(a)の単相電圧形インバータでは、スイッチング素子(IGBT, MOSFETなどの半導体素子)S1とダイオードd1を並列接続した上アーム101と、該上アーム101と同様の構成の下アーム102を直列接続し、また該上アーム101と同じ構成の上アーム103と下アーム104を直列接続し、更に上下アーム101、102と上下アーム103、104を並列接続している。そして、直流電源105を各上アーム101、103の上端と各下アーム102、104の下端に接続し、また上下アーム101、102の中点と上下アーム103、104の中点からインダクタ106を介して出力電流isを出力し、更にコンデンサCとインダクタLからなる低域フィルタ(LPF)107を介して商用交流電源108へと出力電流issを供給している。
For example, in the single-phase voltage source inverter of FIG. 11A, an
この様な構成の単相電圧形インバータの動作の一例としては十数kHzのキャリア信号に同期して、上下アーム101、104のスイッチング素子S1、S4と上下アーム102、103のスイッチング素子S2、S3を交互にオン、オフにする方法がある。これにより、出力電流isを制御して、キャリア信号よりも周波数が十分に低い交流の出力電流isを生成し、LPF107により交流の出力電流isから高調波成分を取り除いて、高調波成分を含まない交流の出力電流issを商用交流電源108に供給している。
As an example of the operation of the single-phase voltage source inverter having such a configuration, the switching elements S1, S4 of the upper and
また、上アーム101のスイッチング素子S1をオンにする期間と下アーム102のスイッチング素子S2をオンにする期間の間に、双方のスイッチング素子S1、S2を同時にオンにしないためのデッドタイムを設定している。同様に上下アーム103、104においても、上アーム103のスイッチング素子S3をオンにする期間と下アーム104のスイッチング素子S4をオンにする期間の間に、双方のスイッチング素子S3、S4を同時にオンにしないためのデッドタイムを設定している。
In addition, a dead time is set between the switching element S1 of the
このデッドタイムは、スイッチング素子への指令をオンからオフに切替えても、スイッチング素子が完全な非導通状態となるまでに時間を要することから、例えば上アーム101のスイッチング素子S1への指令をオフにしてから、下アーム102のスイッチング素子S2への指令を直ちにオンにすると、あるいはその逆の順でオンにしてから直ちにオフすると、直列に接続されたスイッチング素子S1、S2が瞬時導通して、直流電源105の両端が短絡してしまうので、この短絡を防止するために設定されている。
Since this dead time takes time for the switching element to become completely non-conductive even if the command to the switching element is switched from on to off, for example, the command to the switching element S1 of the
ところが、このデッドタイムの設定により、インバータ出力電圧vBに誤差が生じ、交流の出力電流isが歪んでしまうという不都合が生じる。 However, the setting of this dead time causes an inconvenience that an error occurs in the inverter output voltage vB and the AC output current is is distorted.
このため、例えば特許文献1では、出力電流の指令値に基づいてインバータ出力電圧vBの電圧指令値及び補償電圧を生成して、この補償電圧を電圧指令値に加算し、この和に基づいてインバータのスイッチング素子の切替えタイミングを制御し、これによりデッドタイムによるインバータ出力電圧vBの誤差を低減している。また、出力電流の指令値が0付近では、インバータ出力電圧vBの誤差が小さいことから、補償電圧を0又は0付近の値に設定して、出力の補償を殆ど行わない様にしている。
しかしながら、特許文献1では、出力電流の指令値に基づいて補償電圧を求めたり、補償電圧を電圧指令値に加算する等の複雑な演算処理を必要とし、この演算処理のための回路構成も複雑化するという問題があった。
However,
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、複雑な演算処理を必要としないインバータの制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an inverter control device that does not require complicated arithmetic processing.
上記課題を解決するために、本発明は、それぞれのスイッチング素子(IGBT、 MOSFETなどの半導体素子)が挿入された上下アームを直列に接続して、複数組の上下アームを並列に接続し、直流電源を各組の上下アームの両端に接続して、各組の上下アームの中点から出力を取り出しており、正極性側に流れる出力電流を流す上アームのスイッチング素子をオンにする第1動作モード期間、及び負極性側に流れる出力電流を流す下アームのスイッチング素子をオンにする第2動作モード期間を交互に繰り返し、第1動作モード期間と第2動作モード期間の間に全ての上下アームのスイッチング素子をオフにするデッドタイムを設定するインバータの制御装置において、キャリア信号と相互に異なる第1及び第2アーム指令値とを比較し、キャリア信号が第1アーム指令値未満になったときに第1動作モード期間を設定し、キャリア信号が第2アーム指令値を超えたときに第2動作モード期間を設定し、キャリア信号が第1及び第2アーム指令値の間にあるときにデッドタイムを設定するタイミング設定手段と、インバータの各上下アーム中点からの出力電流が0付近、該0付近よりも正極性側、及び該0付近よりも負極性側のいずれにあるかを判定する判定手段とを備え、タイミング設定手段は、判定手段により出力電流が0付近にあると判定されたときに、キャリア信号1周期にわたって第1アーム指令値をΔv分下降させ第2アーム指令値をΔv分上昇させ、判定手段により出力電流が正極性側にあると判定されたときに、キャリア信号1周期にわたって第2アーム指令値を2Δv分上昇させ、判定手段により出力電流が負極性側にあると判定されたときに、キャリア信号1周期にわたって第1アーム指令値を2Δv分下降させて、デッドタイムの設定タイミングを変更し、デッドタイム前後の第1動作モード期間及び第2動作モード期間を相反的に伸縮させている。 In order to solve the above-described problems, the present invention connects a plurality of upper and lower arms connected in parallel by connecting upper and lower arms in which switching elements (semiconductor elements such as IGBTs and MOSFETs) are inserted in series. A first operation for connecting the power supply to both ends of the upper and lower arms of each group and taking out the output from the midpoint of the upper and lower arms of each group, and turning on the switching element of the upper arm that supplies the output current flowing to the positive polarity side. The mode period and the second operation mode period in which the switching element of the lower arm that supplies the output current flowing to the negative polarity side is turned on are alternately repeated, and all upper and lower arms are interposed between the first operation mode period and the second operation mode period. In the inverter control device for setting the dead time for turning off the switching element, the carrier signal is compared with the first and second arm command values different from each other, and the carrier When the signal becomes less than the first arm command value, the first operation mode period is set. When the carrier signal exceeds the second arm command value, the second operation mode period is set. Timing setting means for setting the dead time when it is between the second arm command values, and the output current from the middle point of each of the upper and lower arms of the inverter is near 0, more positive than near 0, and near 0 And a timing setting unit that determines whether the output current is in the vicinity of 0 when the determination unit determines that the output current is near zero. Is decreased by Δv and the second arm command value is increased by Δv. When the determination means determines that the output current is on the positive polarity side, the second arm command value is increased by 2Δv over one period of the carrier signal. When the output means determines that the output current is on the negative polarity side, the first arm command value is decreased by 2Δv over one period of the carrier signal, the dead time setting timing is changed, and before and after the dead time The first operation mode period and the second operation mode period are reciprocally expanded and contracted .
また、本発明においては、判定手段は、インバータの各アーム中点からの出力電流レベルに対応する値と相互に異なる2つの閾値との比較結果に基づいて、出力電流が0付近、該0付近よりも正極性側、及び該0付近よりも負極性側のいずれにあるかを判定しており、インバータの状況に応じて各閾値を変更している。 Further, in the present invention, the judging means is configured such that the output current is near 0 based on the comparison result between the value corresponding to the output current level from the midpoint of each arm of the inverter and two different threshold values. It is determined whether it is on the positive polarity side or the negative polarity side from the vicinity of 0, and each threshold value is changed according to the condition of the inverter.
更に、他の本発明は、それぞれのスイッチング素子(IGBT、 MOSFETなどの半導体素子)が挿入された上下アームを直列に接続して、複数組の上下アームを並列に接続し、直流電源を各組の上下アームの両端に接続して、各組の上下アームの中点から出力を取り出しており、正極性側に流れる出力電流を流す上アームのスイッチング素子をオンにする第1動作モード期間、及び負極性側に流れる出力電流を流す下アームのスイッチング素子をオンにする第2動作モード期間を交互に繰り返し、第1動作モード期間と第2動作モード期間の間に全ての上下アームのスイッチング素子をオフにするデッドタイムを設定するインバータの制御装置において、キャリア信号と相互に異なる第1及び第2アーム指令値とを比較し、キャリア信号が第1アーム指令値未満になったときに第1動作モード期間を設定し、キャリア信号が第2アーム指令値を超えたときに第2動作モード期間を設定し、キャリア信号が第1及び第2アーム指令値の間にあるときにデッドタイムを設定するタイミング設定手段と、インバータの各上下アームのオン→オフ、オフ→オン時における各上下アームの中点からの出力電流が正極性側或いは負極性側のいずれに流れているかを判定する判定手段とを備え、タイミング設定手段は、判定手段により出力電流が正極性側に流れると判定された場合に、前記オン→オフ、オフ→オン時の切替わりのタイミングを含むキャリア信号半周期にわたって第2アーム指令値を2Δv分上昇させ、判定手段により出力電流が負極性側に流れると判定された場合に、前記オン→オフ又はオフ→オンの切替わりのタイミングを含むキャリア信号半周期にわたって第1アーム指令値を2Δv分下降させて、デッドタイムの設定タイミングを変更し、デッドタイム前後の第1動作モード期間及び第2動作モード期間を変更している。 Furthermore, the present invention further includes connecting upper and lower arms each having a switching element (semiconductor element such as IGBT or MOSFET) connected in series, connecting a plurality of sets of upper and lower arms in parallel, and connecting a DC power supply to each group. A first operation mode period in which an output is taken out from the middle point of each pair of upper and lower arms, and an upper arm switching element for passing an output current flowing to the positive polarity side is turned on, and The second operation mode period for turning on the lower arm switching element for flowing the output current flowing to the negative polarity side is alternately repeated, and the switching elements of all the upper and lower arms are switched between the first operation mode period and the second operation mode period. In the inverter control device for setting the dead time to be turned off, the carrier signal is compared with the first and second arm command values different from each other, and the carrier signal is the first arm. When the carrier signal becomes less than the command value, the first operation mode period is set, when the carrier signal exceeds the second arm command value, the second operation mode period is set, and the carrier signal is the first and second arm command values. The timing setting means for setting the dead time when the output current is between ON and OFF of each upper and lower arm of the inverter, and the output current from the middle point of each upper and lower arm when OFF and ON is on the positive side or the negative side A timing setting unit that determines whether the output current flows to the positive polarity side when the determination unit determines that the output current flows to the positive polarity side. When the second arm command value is increased by 2Δv over the carrier signal half cycle including the timing, and the determination means determines that the output current flows to the negative polarity side, the ON → OFF or OFF → Decrease the first arm command value by 2Δv over the carrier signal half cycle including the ON switching timing, change the dead time setting timing, the first operation mode period and the second operation mode period before and after the dead time Has changed .
この様な本発明によれば、インバータの各アーム中点からの出力電流が0付近、該0付近よりも正極性側、及び該0付近よりも負極性側のいずれにあるかを判定し、この判定結果に基づいて、デッドタイムの設定タイミングを変更し、これに伴ってデッドタイム前後の各スイッチング素子のオン期間及びオフ期間を相反的に伸縮させている。 According to the present invention as described above, it is determined whether the output current from the midpoint of each arm of the inverter is in the vicinity of 0, the positive side from the vicinity of 0, or the negative side from the vicinity of 0, Based on the determination result, the dead time setting timing is changed, and accordingly, the ON period and the OFF period of each switching element before and after the dead time are reciprocally expanded and contracted.
ここで、出力電流が0付近では、インバータ出力電圧vBの誤差が減少することから、出力電流の波形歪が減少するので、インバータ出力電圧vBを補償する必要が殆どない。また、出力電流が0付近よりも正極性側、及び該0付近よりも負極性側のいずれにあるかにより、デッドタイムもしくはその前後で上下アームに流れる電流の経路が変わることでインバータ出力電圧vBに誤差が生じ、この出力電圧の誤差が出力電流の波形歪の原因となっている。 Here, when the output current is close to 0, the error of the inverter output voltage vB decreases, so that the waveform distortion of the output current decreases. Therefore, there is almost no need to compensate the inverter output voltage vB. Further, depending on whether the output current is on the positive polarity side near 0 or on the negative polarity side near 0, the path of the current flowing in the upper and lower arms changes before or after the dead time, so that the inverter output voltage vB The output voltage error causes distortion of the output current waveform.
一方、デッドタイムの設定タイミングを変更し、デッドタイム前後の各スイッチング素子のオン期間及びオフ期間を相反的に伸縮させると、デッドタイムもしくはその前後での各上下アームの電流の経路が変わりインバータ出力電圧vBが変化する。 On the other hand, if the dead time setting timing is changed and the ON and OFF periods of each switching element before and after the dead time are reciprocally expanded and contracted, the current path of each upper and lower arm before and after the dead time changes and the inverter output The voltage vB changes.
このため、本願発明の様にインバータの各アーム中点からの出力電流の判定結果に基づいて、デッドタイムの設定タイミングを変更して、デッドタイム前後の各スイッチング素子のオン期間及びオフ期間を相反的に伸縮させ、デッドタイムもしくはその前後での上下アームの電流の経路を変更すれば、インバータ出力電圧vBの誤差を低減して、出力電流の波形歪を補償することができる。 Therefore, as in the present invention, the dead time setting timing is changed based on the determination result of the output current from the middle point of each arm of the inverter, and the ON period and the OFF period of each switching element before and after the dead time are contradictory. If the current path of the upper and lower arms before and after the dead time is changed, the error of the inverter output voltage vB can be reduced and the waveform distortion of the output current can be compensated.
また、出力電流に係わる判定及びデッドタイムの変更等に、複雑な演算処理を必要としないので、回路構成も簡単で済む。 In addition, since complicated calculation processing is not required for the determination relating to the output current and the change of the dead time, the circuit configuration is simple.
例えば、出力電流レベルに対応する値と相互に異なる2つの閾値とを比較し、出力電流レベルが該各閾値間にあれば、出力電流が0付近にあると判定し、また出力電流レベルが該各閾値よりも正極性側にあれば、出力電流が該0付近よりも正極性側にあると判定し、更に出力電流レベルが該各閾値よりも負極性側にあれば、出力電流が該0付近よりも負極性側にあると判定すれば良い。また、インバータの状況によっても、出力電流の波形が変わるので、インバータの運転状況に応じて各閾値を変更しても良い。これにより、インバータ出力電圧vBの誤差を補償することができ、従って、出力電流の波形歪をより正確に補償することができる。 For example, a value corresponding to the output current level is compared with two different threshold values, and if the output current level is between the threshold values, it is determined that the output current is near 0, and the output current level is If it is on the positive polarity side from each threshold, it is determined that the output current is on the positive polarity side near the zero, and if the output current level is on the negative polarity side from each threshold, the output current is zero. What is necessary is just to determine that it exists in the negative polarity side rather than the vicinity. Further, since the waveform of the output current varies depending on the state of the inverter, each threshold value may be changed according to the operation state of the inverter. As a result, the error of the inverter output voltage vB can be compensated, and therefore the waveform distortion of the output current can be compensated more accurately.
また、他の本発明によれば、各上下アームのオン→オフ、オフ→オン時におけるインバータの各アーム中点からの出力電流の極性を判定し、この判定結果に基づいて、デッドタイムの設定タイミングを変更し、これに伴ってデッドタイム前後の各スイッチング素子のオン期間及びオフ期間を変更している。 According to another aspect of the present invention, the polarity of the output current from the middle point of each arm of the inverter when each of the upper and lower arms is turned on → off and turned off → on is determined, and the dead time is set based on the determination result. The timing is changed, and accordingly, the ON period and OFF period of each switching element before and after the dead time are changed.
厳密に言えば、本発明では出力電流が0付近においてインバータ出力電圧vBの電圧パルスが各スイッチング期間において中央配置とならないため出力電流の波形歪が生じる。このため、この他の本発明の様に各上下アームのオン→オフ、オフ→オン時におけるインバータの各アーム中点からの出力電流の極性により、デッドタイムの設定タイミングを変更して、デッドタイム前後の各スイッチング素子のオン期間及びオフ期間を変更し、デッドタイムもしくはその前後での上下アームの電流の経路を変更すれば、0付近であるか否かにかかわらず、インバータ出力電圧vBの電圧パルスが各スイッチング期間において中央配置となるため出力電流の波形歪が補償され、より正確な補償が可能になる。 Strictly speaking, in the present invention, the output current waveform distortion occurs because the voltage pulse of the inverter output voltage vB is not centrally arranged in each switching period when the output current is near zero. For this reason, the dead time setting timing is changed according to the polarity of the output current from the middle point of each inverter arm when the upper and lower arms are turned on → off and off → on as in the present invention. If the on and off periods of the switching elements before and after are changed and the current path of the upper and lower arms before and after the dead time is changed, the voltage of the inverter output voltage vB regardless of whether it is near zero or not. Since the pulse is centrally arranged in each switching period, the waveform distortion of the output current is compensated, and more accurate compensation is possible.
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の第1実施形態である系統連系インバータの制御装置を概略的に示す回路図である。この系統連系インバータ1は、単相電圧形インバータ部2と、制御部3とを備えている。単相電圧形インバータ部2は、直流電源4の直流電力を交流の出力電流isに変換して、この出力電流isを商用交流電源5に供給する。また、制御部3は、単相電圧形インバータ部2をパルス幅変調し、交流の出力電流isの周波数と位相を商用交流電源2の交流電圧の周波数と位相に整合させたり、出力電流isに含まれる高調波を低減して、出力電流isを正弦波形に近づける。
FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing a control device for a grid-connected inverter according to a first embodiment of the present invention. The
単相電圧形インバータ部2では、それぞれのスイッチング素子S1、S2が挿入された上アーム11と下アーム12を直列接続し、またそれぞれのスイッチング素子S3、S4が挿入された上アーム13と下アーム14を直列接続し、更に上下アーム11、12と上下アーム13、14を並列接続している。そして、直流電源4を各上アーム11、13の上端と各下アーム12、14の下端に接続し、また上下アーム11、12の中点と上下アーム13、14の中点からインダクタ15を介して出力電流isを出力し、この出力電流isを商用交流電源5に供給している。
In the single-phase voltage
制御部3は、十数kHzのキャリア信号Chを入力しており、このキャリア信号Chに同期して、上下アーム11、14のスイッチング素子S1、S4と上下アーム12、13のスイッチング素子S2、S3を相反的にオンにしたり、全ての上下アーム11〜14のスイッチング素子S1〜S4をオフにする等の制御を行って、交流の出力電流isを形成する。
The
ここで、キャリア信号Chは、図2(b)に示す様な十数kHzの三角波である。制御部3は、このキャリア信号Chだけではなく、インバータ部2の出力電圧vB及び出力電流isをそれぞれ指示する出力電圧指令値PV及び出力電流指令値PIを入力しており、出力電圧指令値PVを基準とする第1アーム指令値A1及び第2アーム指令値A2を設定し、キャリア信号Chと第1及び第2アーム指令値A1、A2を比較し、この比較結果に基づいて、各上下アーム11〜14のスイッチング素子S1〜S4をオンオフ制御して、交流の出力電流isを形成する。
Here, the carrier signal Ch is a triangular wave of tens of kHz as shown in FIG. The
例えば、図2(b)に示す様に出力電圧指令値PVに対して一定電圧幅Δvを加減算して、第1及び第2アーム指令値A1、A2を設定する。この場合、時点t01の直前の期間T2では、キャリア信号ChのレベルvCが第2アーム指令値A2よりも大きいので(vC>A2)、上下アーム11、14のスイッチング素子S1、S4をオフにし、上下アーム12、13のスイッチング素子S2、S3をオンにする。これにより、図3(b)に示す様な第2動作モードが設定され、直流電源4の正極→上アーム13のスイッチング素子S3→商用交流電源5→インダクタ15→下アーム12のスイッチング素子S2→直流電源4の負極という電流経路が形成される。
For example, as shown in FIG. 2B, the first and second arm command values A1 and A2 are set by adding or subtracting a constant voltage width Δv to the output voltage command value PV. In this case, since the level vC of the carrier signal Ch is larger than the second arm command value A2 (vC> A2) in the period T2 immediately before the time point t01, the switching elements S1 and S4 of the upper and
そして、この第2動作モード期間の後の時点t01〜t03のデッドタイムDTでは、キャリア信号ChのレベルvCが第2アーム指令値A2以下かつ第1アーム指令値A1以上になるので(A2≧vC≧A1)、全ての上下アーム11〜14のスイッチング素子S1〜S4をオフにする。
At the dead time DT from time t01 to t03 after the second operation mode period, the level vC of the carrier signal Ch is equal to or lower than the second arm command value A2 and equal to or higher than the first arm command value A1 (A2 ≧ vC). ≧ A1), the switching elements S1 to S4 of all the upper and
更に、時点t03〜t06の期間T1では、キャリア信号ChのレベルvCが第1アーム指令値A1よりも小さくなるので(A1>vC)、上下アーム11、14のスイッチング素子S1、S4をオンにし、上下アーム12、13のスイッチング素子S2、S3をオフにする。これにより、図3(a)に示す様な第1動作モードが設定され、直流電源4の正極→上アーム11のスイッチング素子S1→インダクタ15→商用交流電源5→下アーム14のスイッチング素子S4→直流電源4の負極という電流経路が形成される。
Further, in the period T1 from time t03 to time t06, the level vC of the carrier signal Ch is smaller than the first arm command value A1 (A1> vC), so the switching elements S1 and S4 of the upper and
この第1動作モード期間の後の時点t06〜t08のデッドタイムDTでは、キャリア信号ChのレベルvCが第2アーム指令値A2以下かつ第1アーム指令値A1以上になるので(A2≧vC≧A1)、全ての上下アーム11〜14のスイッチング素子S1〜S4をオフにする。
At the dead time DT from time t06 to t08 after the first operation mode period, the level vC of the carrier signal Ch is equal to or lower than the second arm command value A2 and equal to or higher than the first arm command value A1 (A2 ≧ vC ≧ A1). ) The switching elements S1 to S4 of all the upper and
そして、時点t08の直後の期間T2では、再び、キャリア信号ChのレベルvCが第2アーム指令値A2よりも大きくなるので(vC>A2)、上下アーム11、14のスイッチング素子S1、S4をオフにし、上下アーム12、13のスイッチング素子S2、S3をオンにして、図3(b)に示す様な第2動作モードを設定する。
In the period T2 immediately after the time point t08, the level vC of the carrier signal Ch again becomes larger than the second arm command value A2 (vC> A2), so that the switching elements S1 and S4 of the upper and
以降同様に、キャリア信号Chに同期して、デッドタイムの全スイッチング素子S1〜S4のオフ(デッドタイムDT)、第1動作モード(期間T1)、デッドタイムの全スイッチング素子S1〜S4のオフ(デッドタイムDT)、第2動作モード(期間T2)、及びデッドタイムの全スイッチング素子S1〜S4のオフ(デッドタイムDT)、……という動作順序が繰り返される。 Thereafter, similarly, in synchronization with the carrier signal Ch, all the switching elements S1 to S4 in the dead time are turned off (dead time DT), the first operation mode (period T1), and all the switching elements S1 to S4 in the dead time are turned off ( The operation sequence of the dead time DT), the second operation mode (period T2), and all the switching elements S1 to S4 in the dead time are turned off (dead time DT) is repeated.
また、出力電圧指令値PVは、インバータ部2の出力電圧vBを指示し、商用交流電源2の交流電圧vsに同期して変化する。この出力電圧指令値PVが正側に上昇して、第1及び第2アーム指令値A1、A2も上昇すると、第1動作モード期間T1が長くなって、第2動作モード期間T2が短くなり、出力電流isが正極性側に上昇する。また、この出力電圧指令値PVが負側に下降して、第1及び第2アーム指令値A1、A2も下降すると、第1動作モード期間T1が短くなって、第2動作モード期間T2が長くなり、出力電流isが負極性側に下降する。この繰り返しにより、商用交流電源2の交流電圧vsに同期した出力電流isが形成されて出力される。
The output voltage command value PV indicates the output voltage vB of the
図4のグラフは、出力電流指令値PI及びインダクタ15の電流is(=出力電流)を模式的に示している。この図4のグラフから明らかな様に出力電流ioは、出力電流指令値PIに従い上昇及び下降を繰り返して、商用交流電源5の交流電圧vsに同期した波形となる。また、この出力電流ioは、キャリア信号Chに対する各スイッチング素子S1〜S4のオンオフ動作による高調波成分を含む。この高調波成分は図11(a)に示す低域フィルタ(LPF)107によりフィルタリングされ該商用交流電源5に供給される。
The graph of FIG. 4 schematically shows the output current command value PI and the current is (= output current) of the
尚、デッドタイムDTは、スイッチング素子(IGBT, MOSFETなどの半導体素子)への指令をオンからオフに切替えても、スイッチング素子が完全な非導通状態となるまでに時間を要することから、第1動作モードから第2動作モードに直ちに移行すると、あるいはその逆に第2動作モードから第1動作モードに直ちに移行すると、全てのスイッチング素子S1〜S4ないしはスイッチング素子S1とS2ないしはスイッチング素子S3とS4が瞬時導通して、直流電源4の両端が短絡してしまうので、この短絡を防止するために設定されている。
The dead time DT is the first because the switching element takes time until it becomes completely non-conductive even if the command to the switching element (semiconductor element such as IGBT and MOSFET) is switched from on to off. When the operation mode is immediately shifted to the second operation mode, or conversely, when the second operation mode is immediately shifted to the first operation mode, all the switching elements S1 to S4 or the switching elements S1 and S2 or the switching elements S3 and S4 are turned on. Since both terminals of the
また、図3(c)に示す様に各上アーム11、13のスイッチング素子S1、S3をオンにし、かつ各下アーム12、14のスイッチング素子S2、S4をオフにする第3動作モード、及び図3(d)に示す様に各上アーム11、13のスイッチング素子S1、S3をオフにし、かつ各下アーム12、14のスイッチング素子S2、S4をオンにする第4動作モードを、第1動作モード、第2動作モード、及びデッドタイム間に適宜に挿入して、出力電流isを制御しても良い。
Further, as shown in FIG. 3C, a third operation mode in which the switching elements S1 and S3 of the
ところで、仮に、出力電圧指令値PVに対して一定電圧幅Δvを加減算して、第1及び第2アーム指令値A1、A2を設定し、一定電圧幅Δvに対応する時間DT/2(デッドタイムDTの1/2の時間)を期間T1と期間T2に均等に振り分けるという処理を、定常的に行ったならば、インバータの出力電圧vBに誤差が生じるという不都合が生じる。 By the way, if the output voltage command value PV is added or subtracted from the output voltage command value PV, the first and second arm command values A1 and A2 are set, and the time DT / 2 (dead time) corresponding to the output voltage command value PV is set. If the process of equally allocating (1/2 time of DT) to the period T1 and the period T2 is performed regularly, there is a disadvantage that an error occurs in the output voltage vB of the inverter.
例えば、出力電流isが正極性側に十分に上昇している場合は、出力電流isが図1のR方向に向いたままの状態で、第1及び第2動作モードに応じて出力電流isの増減が繰り返される。そして、デッドタイムDTでは、全てのスイッチング素子S1〜S4がオフにされているにもかかわらず、R方向の出力電流isが維持されるため、図5(a)で示す様に直流電源4の負極→下アーム12のスイッチング素子S2の寄生ダイオードd2→インダクタ15→商用交流電源5→上アーム13のスイッチング素子S3の寄生ダイオードd3→直流電源4の正極という電流経路が形成される。従って、デッドタイムDTでありながら、第2動作モードと同様の電流経路が形成されることになる。
For example, when the output current is is sufficiently increased to the positive polarity side, the output current is remains in the R direction in FIG. 1 and the output current is is changed according to the first and second operation modes. Increase and decrease are repeated. In the dead time DT, the output current is in the R direction is maintained despite the fact that all the switching elements S1 to S4 are turned off. Therefore, as shown in FIG. A current path of negative electrode → parasitic diode d2 of switching element S2 of
このため、第2動作モードの期間T2だけではなく、デッドタイムDTのときにも第2動作モードと同様の電流経路が形成されることになり、見かけ上、第2動作モードの期間T2が伸長される。この結果、デッドタイムDTもしくはその前後においてインバータの出力電圧vBに誤差が生じ、従って出力電流isに誤差が生じる。 For this reason, not only in the period T2 in the second operation mode but also in the dead time DT, a current path similar to that in the second operation mode is formed, and apparently the period T2 in the second operation mode is extended. Is done. As a result, an error occurs in the output voltage vB of the inverter before or after the dead time DT, and thus an error occurs in the output current is.
同様に、出力電流isが負極性側に十分に下降している場合は、出力電流isが図1のL方向に向いたままの状態で、第1及び第2動作モードに応じて出力電流isの増減が繰り返される。そして、デッドタイムDTでは、全てのスイッチング素子S1〜S4がオフにされているにもかかわらず、L方向の出力電流isが維持されるため、図5(b)で示す様に直流電源4の負極→下アーム14のスイッチング素子S4の寄生ダイオードd4→商用交流電源5→インダクタ15→上アーム11のスイッチング素子S1の寄生ダイオードd1→直流電源4の正極という電流経路が形成される。従って、デッドタイムDTでありながら、第1動作モードと同様の電流経路が形成される。
Similarly, when the output current is sufficiently lowered to the negative polarity side, the output current is is kept in the L direction in FIG. 1 according to the first and second operation modes. The increase / decrease is repeated. In the dead time DT, the output current is in the L direction is maintained even though all the switching elements S1 to S4 are turned off, so that the
このため、第1動作モードの期間T1だけではなく、デッドタイムDTのときにも第1動作モードと同様の電流経路が形成されることになり、見かけ上、第1動作モードの期間T1が伸長される。この結果、デッドタイムDTもしくはその前後においてインバータの出力電圧vBに誤差が生じ、従って出力電流isに誤差が生じる。 For this reason, a current path similar to that in the first operation mode is formed not only in the first operation mode period T1 but also in the dead time DT, and apparently the first operation mode period T1 is extended. Is done. As a result, an error occurs in the output voltage vB of the inverter before or after the dead time DT, and thus an error occurs in the output current is.
この様にデッドタイムもしくはその前後においてインバータの出力電圧vBに誤差が生じると、この誤差が出力電流isの波形歪みとなって現れる。 Thus, if an error occurs in the output voltage vB of the inverter before or after the dead time, this error appears as a waveform distortion of the output current is.
この様な歪みを伴う出力電流isと商用交流電源5に供給される電流issを、図6(a)及び(b)のグラフに例示する。これらのグラフから明らかな様に、出力電流isと商用交流電源5に供給される電流issは、出力電流指令値PIからずれて歪んでいる。
The output current is with such distortion and the current iss supplied to the commercial
ただし、出力電流isが0付近にあるときには、デッドタイムDTの度に、出力電流isの極性が変わっていることが多く、出力電流isが同極性に向いたままの状態にはなり難いので、出力電流isに誤差が生じることは殆どない。 However, when the output current is is close to 0, the polarity of the output current is often changes every time the dead time DT, and it is difficult for the output current is to remain in the same polarity. There is almost no error in the output current is.
そこで、本実施形態の制御部3は、その様な出力電流isの波形歪を補償するために、インバータの各アーム中点からの出力電流isが0付近、該0付近よりも正極性側、及び該0付近よりも負極性側のいずれにあるかを判定し、この判定結果に基づいて、デッドタイムDTの設定タイミングを変更し、これに伴ってデッドタイムDT前後の各スイッチング素子のオン期間T1及びオフ期間T2を相反的に伸縮させている。
Therefore, in order to compensate for such waveform distortion of the output current is, the
次に、図7のフローチャートに従って、制御部3による出力電流isの制御について説明する。
Next, control of the output current is by the
まず、制御部3では、インバータの運転状況を示す運転状況データを判定部31に入力しており(ステップS101)、判定部31は、この運転状況データに基づいて、図4に示す様な第1及び第2閾値±δを設定し、後述する0付近の範囲を適宜に設定する(ステップS102)。また、この±δはスイッチング周期毎に設定される。
First, the
この運転状況データは、固定的なインダクタ15のインダクタンス及びキャリア信号Chの周波数や、変動的な出力電流isの値等を示す。そして、判定部31は、例えばインダクタ15のインダクタンスが大きくなる程、第1及び第2閾値±δの絶対値を小さくしたり、該インダクタンスが小さくなる程、第1及び第2閾値±δの絶対値を大きくする。あるいは、キャリア信号Chの周波数が高くなる程、第1及び第2閾値±δの絶対値を小さくしたり、該周波数が低くなる程、第1及び第2閾値±δの絶対値を大きくする。
This operating state data indicates the inductance of the fixed
そして、判定部31は、図4に示す様な出力電流指令値PIを第1及び第2閾値±δと比較し、この比較結果に基づいて、出力電流isが0付近、該0付近よりも正極性側、及び該0付近よりも負極性側のいずれにあるかを判定する(ステップS103)。すなわち、出力電流指令値PIが第1及び第2閾値±δよりも大きく、PI>+δ>−δであれば、出力電流isが該0付近よりも正極性側にあると判定する(ステップS103で「正極性側」)。また、出力電流指令値PIが第1及び第2閾値±δの間にあり、+δ≧PI≧−δであれば、出力電流isが0付近にあると判定する(ステップS103で「0付近」)。更に、出力電流指令値PIが第1及び第2閾値±δよりも小さく、+δ>−δ>PIであれば、出力電流isが0付近よりも負極性側にあると判定する(ステップS103で「負極性側」)。
Then, the
次に、制御部3では、判定部31による判定結果をタイミング設定部32に入力する。タイミング設定部32は、この判定結果に基づいて、第1及び第2アーム指令値A1、A2を変更して、デッドタイムDTの設定タイミングを変更し、デッドタイムDT前後の各スイッチング素子のオン期間T1及びオフ期間T2を相反的に伸縮させる。
Next, the
例えば、出力電流isが0付近にあると判定されたならば(ステップS103で「0付近」)、タイミング設定部32は、図2(b)に示す様に出力電圧指令値PVに対して一定電圧幅Δvを加減算して、第1及び第2アーム指令値A1、A2を設定する。
For example, if it is determined that the output current is is close to 0 (“near 0” in step S103), the
この場合、デッドタイムDTは変更されることがなく、第1動作モードの期間T1及び第2動作モードの期間T2も伸縮されることがない。従って、デッドタイムDTもしくはその前後でのインバータの出力電圧vBの誤差も補償されない(ステップS104、S105)。 In this case, the dead time DT is not changed, and the first operation mode period T1 and the second operation mode period T2 are not expanded or contracted. Therefore, the error of the inverter output voltage vB before and after the dead time DT is not compensated (steps S104 and S105).
これは、先に述べた様に出力電流isが0付近にあるときには、デッドタイムDTもしくはその前後においてインバータの出力電圧vBに誤差が生じないため出力電流isに誤差が生じることは殆どないからである。 This is because, as described above, when the output current is is near 0, there is almost no error in the output current is because there is no error in the output voltage vB of the inverter before or after the dead time DT. is there.
また、出力電流isが0付近よりも正極性側にあると判定されたならば(ステップS103で「正極性側」)、タイミング設定部32は、図2(a)に示す様に出力電圧指令値PVに対して第1アーム指令値A1を一致させ、第1アーム指令値A1に一定電圧幅Δvの2倍に相当する電圧幅2Δvを加算した値を、第2アーム指令値A2として設定する。
If it is determined that the output current is is on the positive polarity side near 0 (“positive polarity side” in step S103), the
この場合、図2(b)に示す出力電流isが0付近にあるときと比較すると、第1及び第2アーム指令値A1、A2が一定電圧幅Δvだけ大きくなることから、キャリア信号ChのレベルvCが第2アーム指令値A2以下かつ第1アーム指令値A1以上となるそれぞれの時点t00、t02が時間DT/2(デッドタイムDTの1/2の時間)だけT2側に寄って、デッドタイムDTが時間DT/2だけT2側に寄る。同様に、図2(b)に示す出力電流isが0付近にあるときと比較すると、キャリア信号ChのレベルvCが第2アーム指令値A2以下かつ第1アーム指令値A1以上となるそれぞれの時点t07、t09が時間DT/2だけT2側に寄って、デッドタイムDTが時間DT/2だけT2側に寄る。これに伴って第1動作モードの期間T1が実質的に伸長され、第2動作モードの期間T2が実質的に短縮される(各ステップS106、S107)。 In this case, the first and second arm command values A1 and A2 are increased by a constant voltage width Δv as compared with the case where the output current is shown in FIG. Each time t00 and t02 when vC is equal to or less than the second arm command value A2 and equal to or greater than the first arm command value A1 is shifted to the T2 side by the time DT / 2 (half time of the dead time DT). DT approaches T2 side for time DT / 2. Similarly, each time point when the level vC of the carrier signal Ch becomes equal to or lower than the second arm command value A2 and equal to or higher than the first arm command value A1 as compared to when the output current is shown in FIG. t07 and t09 approach the T2 side by time DT / 2, and the dead time DT approaches the T2 side by time DT / 2. Accordingly, the period T1 of the first operation mode is substantially extended, and the period T2 of the second operation mode is substantially shortened (steps S106 and S107).
こうして実質的に第2動作モードの期間T2が短縮されると、先に述べた様に、インバータの各アーム中点からの出力電流isが図1のR方向に向いたままの状態では、見かけ上、第2動作モードの期間T2が伸長されるものの、この見かけ上のT2の伸長がキャンセルされる。この結果、デッドタイムDTもしくはその前後においてインバータの出力電圧vBに誤差が生じないため出力電流isの誤差が補償される。 When the period T2 of the second operation mode is substantially shortened in this way, as described above, when the output current is from the center point of each arm of the inverter remains in the R direction in FIG. In addition, although the period T2 of the second operation mode is extended, this apparent extension of T2 is cancelled. As a result, no error occurs in the output voltage vB of the inverter before or after the dead time DT, so that the error of the output current is is compensated.
更に、出力電流isが0付近よりも負極性側にあると判定されたならば(ステップS103で「負極性側」)、タイミング設定部32は、図2(c)に示す様に出力電圧指令値PVに対して第2アーム指令値A2を一致させ、第2アーム指令値A2に一定電圧幅Δvの2倍に相当する電圧幅2Δvを減算した値を、第1アーム指令値A1として設定する。
Furthermore, if it is determined that the output current is is on the negative polarity side from near zero (“negative polarity side” in step S103), the
この場合、図2(b)に示す出力電流isが0付近にあるときと比較すると、第1及び第2アーム指令値A1、A2が一定電圧幅Δvだけ小さくなることから、キャリア信号ChのレベルvCが第2アーム指令値A2以下かつ第1アーム指令値A1以上となるそれぞれの時点t02、t04が時間DT/2だけT1側に寄って、デッドタイムDTが時間DT/2だけT1側に寄る。同様に、図2(b)に示す出力電流isが0付近にあるときと比較すると、キャリア信号ChのレベルvCが第2アーム指令値A2以下かつ第1アーム指令値A1以上となるそれぞれの時点t05、t07が時間DT/2だけT1側にずれて、デッドタイムDTが時間DT/2だけT1側に寄る。これに伴って第1動作モードの期間T1が実質的に短縮され、第2動作モードの期間T2が実質的に伸長される(ステップS108、S109)。 In this case, since the first and second arm command values A1 and A2 are reduced by a constant voltage width Δv as compared to when the output current is shown in FIG. 2B is near 0, the level of the carrier signal Ch Each time point t02 and t04 at which vC is equal to or smaller than the second arm command value A2 and equal to or greater than the first arm command value A1 approaches the T1 side by time DT / 2, and the dead time DT approaches the T1 side by time DT / 2. . Similarly, each time point when the level vC of the carrier signal Ch becomes equal to or lower than the second arm command value A2 and equal to or higher than the first arm command value A1 as compared to when the output current is shown in FIG. t05 and t07 are shifted to the T1 side by the time DT / 2, and the dead time DT is shifted to the T1 side by the time DT / 2. Accordingly, the period T1 of the first operation mode is substantially shortened, and the period T2 of the second operation mode is substantially extended (Steps S108 and S109).
こうして実質的に第1動作モードの期間T1が短縮されると、先に述べた様に出力電流isが図1のL方向に向いたままの状態では、見かけ上、第1動作モードの期間T1が伸長されるものの、この見かけ上のT1の伸長がキャンセルされる。この結果、デッドタイムDTもしくはその前後においてインバータの出力電圧vBに誤差が生じないため出力電流isの誤差が補償される。 When the period T1 of the first operation mode is substantially shortened in this way, the period T1 of the first operation mode apparently appears in the state where the output current is remains in the L direction in FIG. 1 as described above. Is extended, but this apparent extension of T1 is cancelled. As a result, no error occurs in the output voltage vB of the inverter before or after the dead time DT, so that the error of the output current is is compensated.
この様に本実施形態では、インバータの各アーム中点からの出力電流isが0付近にあるときには、デッドタイムDTのタイミングを変更せず、また出力電流isが0付近よりも正極性側にあるときには、デッドタイムDTを時間DT/2だけT2側にずらして、第1動作モードの期間T1を伸長すると共に、第2動作モードの期間T2を短縮し、更に出力電流isが0付近よりも負極性側にあるときには、デッドタイムDTを時間DT/2だけT1側にずらして、第1動作モードの期間T1を短縮すると共に、第2動作モードの期間T2を伸長しているので、デッドタイムDTでの見かけ上の第1動作モードの期間T1や第2動作モードの期間T2の伸長がキャンセルされ、デッドタイムDTもしくはその前後においてインバータの出力電圧vBに誤差が生じないため出力電流isの誤差が補償される。 Thus, in the present embodiment, when the output current is from the midpoint of each arm of the inverter is near 0, the timing of the dead time DT is not changed, and the output current is is closer to the positive polarity side than near 0. Sometimes, the dead time DT is shifted to the T2 side by the time DT / 2 to extend the first operation mode period T1, to shorten the second operation mode period T2, and to further reduce the output current is from near zero. When it is on the sex side, the dead time DT is shifted to the T1 side by the time DT / 2 to shorten the period T1 of the first operation mode and extend the period T2 of the second operation mode. The apparent extension of the first operation mode period T1 and the second operation mode period T2 is canceled, and the inverter output voltage v before or after the dead time DT. Error in the output current is is compensated for errors does not occur.
また、出力電流isに係わる判定及びデッドタイムDTの変更等に、複雑な演算処理を必要としないので、回路構成も簡単で済む。 Further, since a complicated calculation process is not required for the determination relating to the output current is and the change of the dead time DT, the circuit configuration can be simplified.
更に、インバータの運転状況を示す運転状況データに基づいて、第1及び第2閾値±δを設定し、0付近の範囲を適宜に設定しているので、出力電流isの波形歪をより正確に補償することができる。 Furthermore, since the first and second threshold values ± δ are set based on the operating status data indicating the operating status of the inverter and the range near 0 is appropriately set, the waveform distortion of the output current is is more accurately determined. Can be compensated.
次に、本発明の第2実施形態である系統連系インバータの制御装置について説明する。 Next, the control apparatus of the grid connection inverter which is 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
本実施形態の系統連系インバータは、図1の系統連系インバータ1と同様の構成であり、制御部3によるデッドタイムの付与方法の一部が異なる。
The grid interconnection inverter of the present embodiment has the same configuration as that of the
先に述べた様にインバータの各アーム中点からの出力電流isが0付近にあるときには、デッドタイムDTもしくはその前後においてインバータの出力電圧vBに誤差が生じないため出力電流isに誤差が生じることは殆どない。しかしながら、厳密に言えば、0付近でもインバータ出力電圧vBの電圧パルスが各スイッチング期間において中央配置とならないため出力電流isの波形歪が生じる。 As described above, when the output current is from the middle point of each arm of the inverter is near 0, an error occurs in the output current is because there is no error in the output voltage vB of the inverter before or after the dead time DT. There is almost no. Strictly speaking, however, the waveform of the output current is is generated because the voltage pulse of the inverter output voltage vB is not centrally arranged in each switching period even near zero.
そこで、本実施形態の制御部3は、出力電流isが0付近にあれば、各上下アームのオン→オフ、オフ→オン時における出力電流isが正極性及び負極性のいずれであるかにより、デッドタイムDTの設定タイミングを変更して、デッドタイムDT前後の第1動作モードの期間T1及び第2動作モードの期間T2を変更し、デッドタイムDTもしくはその前後での上下アームの電流の経路を変更する。これにより、0付近であっても、インバータ出力電圧vBの電圧パルスが各スイッチング期間において中央配置となるため出力電流isの波形歪が補償され、より正確な補償がなされる。
Therefore, when the output current is is near 0, the
次に、図8のフローチャートに従って、制御部3による出力電流isの制御について説明する。尚、図8において、図7と同様のステップSには同じ符号を付して説明を簡略化する。従って、各ステップS101〜S103、各ステップS106〜S107、及び各ステップS108〜S109の説明を省略し、ステップS103に引き続く各ステップS111〜S113のみを説明する。
Next, control of the output current is by the
さて、判定部31は、出力電流isが0付近にあると判定したときには(ステップS103で「0付近」、更に、この出力電流isが各上下アームのオン→オフ、オフ→オン時において正極性及び負極性のいずれであるかを判定する(ステップS111)。そして、この判定部31による判定結果をタイミング設定部32に入力する。
When the
タイミング設定部32は、出力電流isが0付近にあり、かつ出力電流isが各上下アームのオン→オフ、オフ→オン時において正極性であると判定されたならば(ステップS103で「0付近」、ステップS111で「正極性」)、図9(キャリア信号Chの傾きが負の時)に示す様に出力電圧指令値PVに対して第1アーム指令値A1を一致させ、第1アーム指令値A1に一定電圧幅Δvの2倍に相当する電圧幅2Δvを加算した値を、第2アーム指令値A2として設定する(ステップS112)。 If it is determined that the output current is is near zero and the output current is positive when the upper and lower arms are turned on → off and turned off → on (“near 0” in step S103). As shown in FIG. 9 (when the slope of the carrier signal Ch is negative), the first arm command value A1 is matched with the output voltage command value PV as shown in FIG. A value obtained by adding a voltage width 2Δv corresponding to twice the constant voltage width Δv to the value A1 is set as the second arm command value A2 (step S112).
これにより、例えば図9に示す様に第2アーム指令値A1が一定電圧幅2Δvだけ大きくなることから、キャリア信号ChのレベルvCが第2アーム指令値A2以下かつ第1アーム指令値A1以上となるそれぞれの時点t00、t02が時間DT/2だけ期間T2側にずれて、デッドタイムDTが時間DT/2だけT2側にずれる。このため、このときのデッドタイムDTの前後では、第1動作モードの期間T1が実質的に伸長され、第2動作モードの期間T2が実質的に短縮される(ステップS113)。 As a result, for example, as shown in FIG. 9, the second arm command value A1 is increased by a constant voltage width 2Δv, so that the level vC of the carrier signal Ch is not more than the second arm command value A2 and not less than the first arm command value A1. The respective time points t00 and t02 are shifted to the period T2 side by the time DT / 2, and the dead time DT is shifted to the T2 side by the time DT / 2. For this reason, before and after the dead time DT at this time, the period T1 of the first operation mode is substantially extended, and the period T2 of the second operation mode is substantially shortened (step S113).
また、タイミング設定部32は、出力電流isが0付近にあり、かつ出力電流isが各上下アームのオン→オフ、オフ→オン時において負極性であると判定されたならば(ステップS103で「0付近」、ステップS111で「負極性」)、図9(キャリア信号Chの傾きが正の時)に示す様に出力電圧指令値PVに対して第2アーム指令値A2を一致させ、第2アーム指令値A2に一定電圧幅Δvの2倍に相当する電圧幅2Δvを減算した値を、第1アーム指令値A1として設定する(ステップS114)。
Further, the
これにより、例えば図9に示す様に第1アーム指令値A1が一定電圧幅2Δvだけ小さくなることから、キャリア信号ChのレベルvCが第2アーム指令値A2以下かつ第1アーム指令値A1以上となるそれぞれの時点t05、t07が時間DT/2だけ期間T1側にずれて、デッドタイムDTが時間DT/2だけT1側にずれる。このため、このときのデッドタイムDTの前後では、第1動作モードの期間T1が実質的に短縮され、第2動作モードの期間T2が実質的に伸長される(ステップS115)。 As a result, for example, as shown in FIG. 9, the first arm command value A1 is reduced by a constant voltage width 2Δv, so that the level vC of the carrier signal Ch is not more than the second arm command value A2 and not less than the first arm command value A1. The respective time points t05 and t07 are shifted to the period T1 side by the time DT / 2, and the dead time DT is shifted to the T1 side by the time DT / 2. Therefore, before and after the dead time DT at this time, the period T1 of the first operation mode is substantially shortened and the period T2 of the second operation mode is substantially extended (step S115).
この様に本実施形態では、出力電流isが0付近にあるときには、出力電流isが各上下アームのオン→オフ、オフ→オン時において正極性及び負極性のいずれであるかを判定し、出力電流isが正極性であるときには、デッドタイムDTを時間DT/2だけT2側にずらして、第1動作モード期間T1を伸長すると共に、第2動作モードの期間T2を短縮し、また出力電流isが負極性であるときには、デッドタイムDTを時間DT/2だけT1側にずらして、第1動作モードの期間T1を短縮すると共に、第2動作モードの期間T2を伸長している。このため、出力電流isが0付近にあるときにも、インバータ出力電圧vBの電圧パルスが各スイッチング期間において中央配置となるため出力電流isの波形歪が補償される。 As described above, in this embodiment, when the output current is is close to 0, it is determined whether the output current is is positive or negative when each of the upper and lower arms is turned on → off and turned off → on. When the current is is positive, the dead time DT is shifted to the T2 side by the time DT / 2 to extend the first operation mode period T1, shorten the second operation mode period T2, and output current is. Is negative, the dead time DT is shifted to the T1 side by the time DT / 2 to shorten the period T1 of the first operation mode and extend the period T2 of the second operation mode. For this reason, even when the output current is is near 0, the voltage pulse of the inverter output voltage vB is centrally arranged in each switching period, so that the waveform distortion of the output current is is compensated.
また、ここでも、出力電流isに係わる判定及びデッドタイムDTの変更等に、複雑な演算処理を必要としないので、回路構成が簡単で済む。 Also in this case, the circuit configuration is simple because no complicated arithmetic processing is required for the determination relating to the output current is and the change of the dead time DT.
尚、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、出力電流isが0付近、該0付近よりも正極性側、及び該0付近よりも負極性側のいずれにあるかを判定する方法として、他の方法を適用することができる。例えば、キャリア信号の一周期毎に、出力電流isが0クロスするか否かを判定し、出力電流isが0クロスすれば、出力電流isが0付近にあると判定し、出力電流isが0クロスしなければ、出力電流isが正極性側及び負極性側のいずれにあるかを判定しても良い。 In addition, this invention is not limited to said each embodiment, It can deform | transform variously. For example, another method can be applied as a method for determining whether the output current is is in the vicinity of 0, on the positive side of the vicinity of 0, or on the negative side of the vicinity of 0. For example, for each cycle of the carrier signal, it is determined whether or not the output current is crosses 0. If the output current is crosses 0, it is determined that the output current is is close to 0 and the output current is is 0. If it does not cross, it may be determined whether the output current is is on the positive polarity side or the negative polarity side.
また、出力電流指令値PIの代わりに、実際の出力電流isを検出し、この出力電流isを、出力電流isが0付近、該0付近よりも正極性側、及び該0付近よりも負極性側のいずれにあるかを判定するために用いても良い。 Further, instead of the output current command value PI, an actual output current is is detected, and the output current is is detected when the output current is is near 0, more positive than near 0, and more negative than near 0. It may be used to determine which side is on the side.
更に、第2実施形態の0付近の制御を、出力電流isが0付近、該0付近よりも正極性側、及び該0付近よりも負極性側のいずれにあるかにかかわらず、つまり定常的に、行っても良い。これによっても、第1実施形態と同様の作用及び効果を達成することができる。また、本発明は、単相電圧形インバータだけではなく、図10に示す様な3組の上下アーム11と12、13と14、及び17と18を有する三相電圧形インバータにも適用することができる。更に、商用交流電源に出力電流isを供給する系統連系インバータだけではなく、電力を消費する負荷に出力を供給するインバータにも本発明を適用することができる。あるいは、図3(a)の第1動作モードとデッドタイムのみを交互に繰り返して、正極性側の出力波形を形成し、図3(b)の第2動作モードとデッドタイムのみを交互に繰り返して、負極性側の出力波形を形成するというインバータにも、本発明を適用することができる。
Further, in the second embodiment, the control near 0 is performed regardless of whether the output current is is near 0, on the positive side of the vicinity of 0, or on the negative side of the vicinity of 0. You may also go. Also by this, the same operation and effect as the first embodiment can be achieved. Further, the present invention is applicable not only to a single-phase voltage source inverter but also to a three-phase voltage source inverter having three sets of upper and
1 系統連系インバータ
2 単相電圧形インバータ部
3 制御部
4 直流電源
5 商用交流電源
11、13 上アーム
12、14 下アーム
S1、S2、S3、S4 スイッチング素子
15 インダクタ
31 判定部
32 タイミング設定部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
キャリア信号と相互に異なる第1及び第2アーム指令値とを比較し、キャリア信号が第1アーム指令値未満になったときに第1動作モード期間を設定し、キャリア信号が第2アーム指令値を超えたときに第2動作モード期間を設定し、キャリア信号が第1及び第2アーム指令値の間にあるときにデッドタイムを設定するタイミング設定手段と、
インバータの各上下アーム中点からの出力電流が0付近、該0付近よりも正極性側、及び該0付近よりも負極性側のいずれにあるかを判定する判定手段とを備え、
タイミング設定手段は、判定手段により出力電流が0付近にあると判定されたときに、キャリア信号1周期にわたって第1アーム指令値をΔv分下降させ第2アーム指令値をΔv分上昇させ、判定手段により出力電流が正極性側にあると判定されたときに、キャリア信号1周期にわたって第2アーム指令値を2Δv分上昇させ、判定手段により出力電流が負極性側にあると判定されたときに、キャリア信号1周期にわたって第1アーム指令値を2Δv分下降させて、デッドタイムの設定タイミングを変更し、デッドタイム前後の第1動作モード期間及び第2動作モード期間を相反的に伸縮させることを特徴とするインバータの制御装置。 Connect the upper and lower arms with each switching element (semiconductor elements such as IGBT and MOSFET) connected in series, connect multiple sets of upper and lower arms in parallel, and connect the DC power supply to both ends of each set of upper and lower arms. The output is taken out from the midpoint of the upper and lower arms of each set, the first operation mode period during which the switching element of the upper arm that supplies the output current flowing to the positive polarity side is turned on, and the output current that flows to the negative polarity side The second operation mode period in which the switching elements of the lower arm to be turned on are alternately repeated, and a dead time for turning off all the upper and lower arm switching elements is set between the first operation mode period and the second operation mode period. In the inverter control device,
The first and second arm command values different from each other are compared with the carrier signal, the first operation mode period is set when the carrier signal becomes less than the first arm command value, and the carrier signal is the second arm command value. A timing setting means for setting a second operation mode period when exceeding, and setting a dead time when the carrier signal is between the first and second arm command values;
Determining means for determining whether the output current from the middle point of each upper and lower arm of the inverter is near 0, on the positive side from near 0, and on the negative side from near 0,
When the determination means determines that the output current is near 0, the timing setting means decreases the first arm command value by Δv and increases the second arm command value by Δv over one period of the carrier signal. When the output current is determined to be on the positive polarity side, the second arm command value is increased by 2Δv over one cycle of the carrier signal, and when the determination means determines that the output current is on the negative polarity side, The first arm command value is lowered by 2Δv over one carrier signal period, the dead time setting timing is changed, and the first and second operation mode periods before and after the dead time are reciprocally expanded and contracted. Inverter control device.
キャリア信号と相互に異なる第1及び第2アーム指令値とを比較し、キャリア信号が第1アーム指令値未満になったときに第1動作モード期間を設定し、キャリア信号が第2アーム指令値を超えたときに第2動作モード期間を設定し、キャリア信号が第1及び第2アーム指令値の間にあるときにデッドタイムを設定するタイミング設定手段と、
インバータの各上下アームのオン→オフ、オフ→オン時における各上下アームの中点からの出力電流が正極性側或いは負極性側のいずれに流れているかを判定する判定手段とを備え、
タイミング設定手段は、判定手段により出力電流が正極性側に流れると判定された場合に、前記オン→オフ、オフ→オン時の切替わりのタイミングを含むキャリア信号半周期にわたって第2アーム指令値を2Δv分上昇させ、判定手段により出力電流が負極性側に流れると判定された場合に、前記オン→オフ又はオフ→オンの切替わりのタイミングを含むキャリア信号半周期にわたって第1アーム指令値を2Δv分下降させて、デッドタイムの設定タイミングを変更し、デッドタイム前後の第1動作モード期間及び第2動作モード期間を変更することを特徴とするインバータの制御装置。 Connect the upper and lower arms with each switching element (semiconductor elements such as IGBT and MOSFET) connected in series, connect multiple sets of upper and lower arms in parallel, and connect the DC power supply to both ends of each set of upper and lower arms. The output is taken out from the midpoint of the upper and lower arms of each set, the first operation mode period during which the switching element of the upper arm that supplies the output current flowing to the positive polarity side is turned on, and the output current that flows to the negative polarity side The second operation mode period in which the switching elements of the lower arm to be turned on are alternately repeated, and a dead time for turning off all the upper and lower arm switching elements is set between the first operation mode period and the second operation mode period. In the inverter control device,
The first and second arm command values different from each other are compared with the carrier signal, the first operation mode period is set when the carrier signal becomes less than the first arm command value, and the carrier signal is the second arm command value. A timing setting means for setting a second operation mode period when exceeding, and setting a dead time when the carrier signal is between the first and second arm command values;
Determining means for determining whether the output current from the middle point of each upper and lower arm at the time of turning on and off of each upper and lower arm of the inverter from the middle point of each upper and lower arm flows to the positive polarity side or the negative polarity side ,
The timing setting means, when the determination means determines that the output current flows to the positive polarity side, sets the second arm command value over a half cycle of the carrier signal including the switching timing of the on → off and off → on. When the determination means determines that the output current flows to the negative polarity side by 2Δv, the first arm command value is set to 2Δv over a half cycle of the carrier signal including the switching timing of ON → OFF or OFF → ON. A control apparatus for an inverter, wherein the inverter control device changes the dead time setting timing to change the first operation mode period and the second operation mode period before and after the dead time .
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